CN110246761A - 一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，包括：提供硅片，在所述硅片正面生长栅氧层；在所述栅氧层上沉积多晶硅栅；在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜，所述硅片正面的氮化硅薄膜覆盖所述栅氧层和所述多晶硅栅的侧壁，以及覆盖所述多晶硅栅的顶部；在所述硅片正面沉积APF薄膜，覆盖所述多晶硅栅和所述栅氧层；去除硅片背面的氮化硅薄膜；去除硅片正面的APF薄膜。本发明在不损伤晶圆正面图形的情况下去除晶背氮化硅薄膜，从而避免晶背氮化硅膜对快速热退火工艺中测温和热处理过程的影响，有效降低晶圆内和晶圆间的不均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法。
背景技术
在传统快速热处理工艺中，WAT和良率的晶圆内(Within wafer,WIW)非均匀性作为长期存在的问题受到人们的广泛关注。晶圆边缘往往表现出较差的性能，与晶圆中心之间存在明显差异。例如，晶边区域的漏电流失效是主要的良率损失之一。虽然业界已经采取一些措施来改善这种不均匀性，例如在快速热退火(RTA)工艺中根据wafer的不同区域对加热温度进行相应调制，但目前来看这些改善的效果相当有限。
造成WAT及良率晶圆内非均匀性的RTA工艺主要受侧壁氮化硅薄膜(Spacer)沉积工艺影响。由于Spacer侧壁氮化硅薄膜是在扩散炉管中生长，因此晶圆背面也会同时生长一层氮化硅薄膜。晶圆背面上氮化硅薄膜由于对热能具有更高的辐射率，会对RTA测温过程造成干扰从而影响到晶圆整体的热处理过程。此外，炉管生长氮化硅工艺不仅会造成晶圆内的厚度不均，即晶圆边缘与中心的差异，还会造成不同晶圆与晶圆间(Wafer to wafer，WTW)的差异，即炉管内晶圆所处位置不同(炉管顶部或底部)导致的差异，这些都会带来WAT和良率的不均匀性。尽管业界存在Spacer氮化硅薄膜沉积后的晶背清洗专门设备来克服这一缺点，但设备费用昂贵，且操作复杂，提高了整体的成本。
因此，需要提出一种新的方法来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，用于解决现有技术中WAT和良率的晶圆内非均匀性的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，该方法至少包括以下步骤：步骤一、提供硅片，在所述硅片正面生长栅氧层；步骤二、在所述栅氧层上沉积多晶硅栅；步骤三、在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜，所述硅片正面的氮化硅薄膜覆盖所述栅氧层和所述多晶硅栅的侧壁，以及覆盖所述多晶硅栅的顶部；步骤四、在所述硅片正面沉积APF薄膜，覆盖所述多晶硅栅和所述栅氧层；步骤五、去除硅片背面的氮化硅薄膜；步骤六、去除硅片正面的APF薄膜。
优选地，步骤三中在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜分两步进行，第一步先形成第一氮化硅薄膜；第二步再形成第二氮化硅薄膜。
优选地，步骤四中的所述APF薄膜为无定型碳薄膜。
优选地，步骤五中去除硅片背面的氮化硅薄膜的方法为湿法腐蚀。
优选地，步骤五中去除硅片背面的氮化硅薄膜的方法为采用热磷酸溶液对硅片进行湿法腐蚀。
优选地，步骤六中去除硅片正面的APF薄膜的方法为分别采用干法刻蚀和湿法腐蚀的方法。
优选地，步骤三中在所述硅片正面和背面先形成第一氮化硅薄膜的厚度为7nm，再形成所述第二氮化硅薄膜的厚度为33nm。
优选地，步骤三中所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜是在扩散炉管中进行。
优选地，步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的方法为采用等离子体增强化学气相沉积法。
优选地，步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的厚度为450埃至550埃。
优选地，步骤六中去除硅片正面的APF薄膜采用的干法刻蚀法为等离子灰化，湿法腐蚀剂为硫酸和盐酸的混合溶液。
优选地，步骤六中去除硅片正面的APF薄膜采用的湿法腐蚀剂为硫酸和盐酸的混合溶液。
如上所述，本发明的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，具有以下有益效果：本发明在不损伤晶圆正面图形的情况下去除晶背氮化硅薄膜，从而避免晶背氮化硅膜对快速热退火工艺中测温和热处理过程的影响，有效降低晶圆内和晶圆间的不均匀性。
附图说明
图1显示为本发明的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法的流程示意图；
图2a显示为现有技术中传统工艺的晶圆饱和电流Idsat数值；
图2b和图2c显示为本发明中晶背工艺的晶圆饱和电流Idsat数值。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图2c。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，如图1所示，图1显示为本发明的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法的流程示意图。该方法至少包括以下步骤：
步骤一、提供硅片，在所述硅片正面生长栅氧层；也就是说在晶圆的正面(后续用于制作器件结构的硅基底上)生长一层氧化硅oxide，作为栅极氧化层。
步骤二、在所述栅氧层上沉积多晶硅栅。也就是说在步骤一中生长了栅氧层的硅片上继续沉积多晶硅poly，作为多晶硅栅。
步骤三、在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜，所述硅片正面的氮化硅薄膜覆盖所述栅氧层和所述多晶硅栅的侧壁，以及覆盖所述多晶硅栅的顶部。
该步骤进行氮化硅的生长是在晶圆(硅片)的正面和背面同步进行，亦即在硅片正面形成氮化硅薄膜的同时也做晶圆背面形成一层氮化硅薄膜，该步骤中在晶圆正面形成的所述氮化硅薄膜覆盖了步骤一和步骤二中形成的栅氧化层和多晶硅栅的侧壁，由于所述多晶硅栅位于所述栅氧层的上部，因此所沉积的氮化硅薄膜同时也覆盖了所述多晶硅的顶部。
本发明中优选地，步骤三中在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜分两步进行，第一步先形成第一氮化硅薄膜；第二步再形成第二氮化硅薄膜。也就是说，经过步骤二在所述栅氧层上沉积多晶硅栅后，同时在所述硅片的正面和背面同时生长第一氮化硅薄膜，本实施例进一步地，在所述硅片正面和背面先形成第一氮化硅薄膜的厚度为7nm，更进一步地，本实施例在所述硅片正面和背面再形成所述第二氮化硅薄膜的厚度为33nm。因此，本实施例中所述硅片正面具有第一、第二氮化硅薄膜，且第一氮化硅薄膜的厚度为7nm，第二氮化硅薄膜的厚度为33nm；同时硅片背面也有第一、第二氮化硅薄膜，且第一化硅薄膜的厚度为7nm，第二氮化硅薄膜的厚度为33nm。
本发明优选地，步骤三中所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜是在扩散炉管中进行。也就是说，本发明中将硅片送入扩散炉管中，在硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜。
步骤四、在所述硅片正面沉积APF薄膜，覆盖所述多晶硅栅和所述栅氧层。所述APF薄膜在本发明中优选为无定型碳薄膜。也就是说，由于所述氮化硅薄膜覆盖在所述多晶硅栅和所述栅氧层之上，而所述多APF薄膜覆盖在所述氮化硅薄膜上，亦覆盖了所述多晶硅栅和所述栅氧层。
本发明中在所述硅片正面沉积APF薄膜的目的是保护正面图形，亦即保护所述硅片正面的多晶硅栅和所述栅氧层。
本发明进一步优选地，步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的方法为采用等离子体增强化学气相沉积法。也就是说，本发明通过等离子体增强化学气相沉积的方法在所述硅片的正面沉积一层APF薄膜。
步骤五、去除硅片背面的氮化硅薄膜，本发明通过步骤四中在所述硅片正面沉积APF薄膜后，接着去除硅片背面的氮化硅薄膜，该薄膜是经过步骤三在硅片的正面和背面同时生长的。该步骤五去除所述硅片背面氮化硅薄膜的方法优选为湿法腐蚀。也就是说，通过湿法腐蚀的方法，亦即用湿法清洗的方法将所述硅片背面的氮化硅薄膜用腐蚀剂去除，虽然所述硅片正面也具有氮化硅薄膜，由于硅片正面的氮化硅薄膜被所述APF薄膜覆盖，APF薄膜对所述硅片正面的氮化硅薄膜起到保护作用，在湿法腐蚀硅片背面的氮化硅薄膜的同时，硅片正面的氮化硅薄膜由于所述APF薄膜的保护而不会被去除。
本发明优选地，步骤五中去除硅片背面的氮化硅薄膜的方法为采用热磷酸溶液对硅片进行湿法腐蚀。也就是说，去除所述硅片背面的氮化硅薄膜的方法为湿法腐蚀，而本发明中湿法腐蚀剂为热磷酸溶液，用热磷酸溶液将所述硅片背面的氮化硅薄膜清洗去除。
步骤六、去除硅片正面的APF薄膜。本发明进一步地，该步骤六中去除硅片正面的APF薄膜的方法为分别采用干法刻蚀和湿法腐蚀的方法。本实施例更进一步地，去除所述硅片正面APF薄膜采用的干法刻蚀的方法为等离子灰化法。也就是说，本发明优选采用等离子灰化法(Asher)和湿法腐蚀相结合的方法去除所述硅片正面的APF薄膜。
经过本发明的步骤一至步骤六，参考图2a、图2b和图2c，其中图2a显示为现有技术中传统工艺的晶圆饱和电流Idsat数值；图2b和图2c显示为本发明中晶背工艺的晶圆饱和电流Idsat数值。该三个图中的数值均已做归一化处理，经对比发现，可以看到现有技术晶圆(所述硅片)边缘和中心存在明显的差异，而采用晶背薄膜去除工艺后(图2b和图2c)，这一差异得到显著改善，晶圆的整体性能更加均匀。
实施例二
本发明还提供另一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，如图1所示，图1显示为本发明的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法的流程示意图。该方法至少包括以下步骤：
步骤一、提供硅片，在所述硅片正面生长栅氧层；也就是说在晶圆的正面(后续用于制作器件结构的硅基底上)生长一层氧化硅oxide，作为栅极氧化层。
步骤二、在所述栅氧层上沉积多晶硅栅。也就是说在步骤一中生长了栅氧层的硅片上继续沉积多晶硅poly，作为多晶硅栅。
步骤三、在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜，所述硅片正面的氮化硅薄膜覆盖所述栅氧层和所述多晶硅栅的侧壁，以及覆盖所述多晶硅栅的顶部。
该步骤进行氮化硅的生长是在晶圆(硅片)的正面和背面同步进行，亦即在硅片正面形成氮化硅薄膜的同时也做晶圆背面形成一层氮化硅薄膜，该步骤中在晶圆正面形成的所述氮化硅薄膜覆盖了步骤一和步骤二中形成的栅氧化层和多晶硅栅的侧壁，由于所述多晶硅栅位于所述栅氧层的上部，因此所沉积的氮化硅薄膜同时也覆盖了所述多晶硅的顶部。
本发明中优选地，步骤三中在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜分两步进行，第一步先形成第一氮化硅薄膜；第二步再形成第二氮化硅薄膜。也就是说，经过步骤二在所述栅氧层上沉积多晶硅栅后，同时在所述硅片的正面和背面同时生长第一氮化硅薄膜，本实施例进一步地，在所述硅片正面和背面先形成第一氮化硅薄膜的厚度为7nm，更进一步地，本实施例在所述硅片正面和背面再形成所述第二氮化硅薄膜的厚度为33nm。因此，本实施例中所述硅片正面具有第一、第二氮化硅薄膜，且第一氮化硅薄膜的厚度为7nm，第二氮化硅薄膜的厚度为33nm；同时硅片背面也有第一、第二氮化硅薄膜，且第一化硅薄膜的厚度为7nm，第二氮化硅薄膜的厚度为33nm。
本发明优选地，步骤三中所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜是在扩散炉管中进行。也就是说，本发明中将硅片送入扩散炉管中，在硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜。
步骤四、在所述硅片正面沉积APF薄膜，覆盖所述多晶硅栅和所述栅氧层。所述APF薄膜在本发明中优选为无定型碳薄膜。也就是说，由于所述氮化硅薄膜覆盖在所述多晶硅栅和所述栅氧层之上，而所述多APF薄膜覆盖在所述氮化硅薄膜上，亦覆盖了所述多晶硅栅和所述栅氧层。
本发明中在所述硅片正面沉积APF薄膜的目的是保护正面图形，亦即保护所述硅片正面的多晶硅栅和所述栅氧层。
本发明进一步优选地，步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的方法为采用等离子体增强化学气相沉积法。也就是说，本发明通过等离子体增强化学气相沉积的方法在所述硅片的正面沉积一层APF薄膜。
本实施例优选地，该步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的厚度为450埃至550埃。也就是说，该步骤四通过等离子体增强化学气相沉积法沉积在所述硅片正面的所述APF薄膜的厚度的范围为500±50埃。
步骤五、去除硅片背面的氮化硅薄膜，本发明通过步骤四中在所述硅片正面沉积APF薄膜后，接着去除硅片背面的氮化硅薄膜，该薄膜是经过步骤三在硅片的正面和背面同时生长的。该步骤五去除所述硅片背面氮化硅薄膜的方法优选为湿法腐蚀。也就是说，通过湿法腐蚀的方法，亦即用湿法清洗的方法将所述硅片背面的氮化硅薄膜用腐蚀剂去除，虽然所述硅片正面也具有氮化硅薄膜，由于硅片正面的氮化硅薄膜被所述APF薄膜覆盖，APF薄膜对所述硅片正面的氮化硅薄膜起到保护作用，在湿法腐蚀硅片背面的氮化硅薄膜的同时，硅片正面的氮化硅薄膜由于所述APF薄膜的保护而不会被去除。
本发明优选地，步骤五中去除硅片背面的氮化硅薄膜的方法为采用热磷酸溶液对硅片进行湿法腐蚀。也就是说，去除所述硅片背面的氮化硅薄膜的方法为湿法腐蚀，而本发明中湿法腐蚀剂为热磷酸溶液，用热磷酸溶液将所述硅片背面的氮化硅薄膜清洗去除。
步骤六、去除硅片正面的APF薄膜。本发明进一步地，该步骤六中去除硅片正面的APF薄膜的方法为分别采用干法刻蚀和湿法腐蚀的方法。本实施例更进一步地，去除所述硅片正面APF薄膜采用的干法刻蚀的方法为等离子灰化法。也就是说，本发明优选采用等离子灰化法(Asher)和湿法腐蚀相结合的方法去除所述硅片正面的APF薄膜。
本实施例更进一步地，步骤六中去除硅片正面的APF薄膜采用的湿法腐蚀剂为硫酸和盐酸的混合溶液。也就是说，本实施例通过等离子灰化的干法刻蚀和用硫酸和盐酸的混合溶液的湿法腐蚀相结合的方法去除所述硅片正面的APF薄膜。
经过本发明的步骤一至步骤六，参考图2a、图2b和图2c，其中图2a显示为现有技术中传统工艺的晶圆饱和电流Idsat数值；图2b和图2c显示为本发明中晶背工艺的晶圆饱和电流Idsat数值。该三个图中的数值均已做归一化处理，经对比发现，可以看到现有技术晶圆(所述硅片)边缘和中心存在明显的差异，而采用晶背薄膜去除工艺后(图2b和图2c)，这一差异得到显著改善，晶圆的整体性能更加均匀。
综上所述，本发明在不损伤晶圆正面图形的情况下去除晶背氮化硅薄膜，从而避免晶背氮化硅膜对快速热退火工艺中测温和热处理过程的影响，有效降低晶圆内和晶圆间的不均匀性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
步骤一、提供硅片，在所述硅片正面生长栅氧层；
步骤二、在所述栅氧层上沉积多晶硅栅；
步骤三、在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜，所述硅片正面的氮化硅薄膜覆盖所述栅氧层和所述多晶硅栅的侧壁，以及覆盖所述多晶硅栅的顶部；
步骤四、在所述硅片正面沉积APF薄膜，覆盖所述多晶硅栅和所述栅氧层；
步骤五、去除硅片背面的氮化硅薄膜；
步骤六、去除硅片正面的APF薄膜。
2.根据权利要求1所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤三中在所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜分两步进行，第一步先形成第一氮化硅薄膜；第二步再形成第二氮化硅薄膜。
3.根据权利要求1所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤四中的所述APF薄膜为无定型碳薄膜。
4.根据权利要求2所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤五中去除硅片背面的氮化硅薄膜的方法为湿法腐蚀。
5.根据权利要求4所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤五中去除硅片背面的氮化硅薄膜的方法为采用热磷酸溶液对硅片进行湿法腐蚀。
6.根据权利要求1所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤六中去除硅片正面的APF薄膜的方法为分别采用干法刻蚀和湿法腐蚀的方法。
7.根据权利要求2所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤三中在所述硅片正面和背面先形成第一氮化硅薄膜的厚度为7nm，再形成所述第二氮化硅薄膜的厚度为33nm。
8.根据权利要求7所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤三中所述硅片正面和背面同时生长氮化硅薄膜是在扩散炉管中进行。
9.根据权利要求1或3所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的方法为采用等离子体增强化学气相沉积法。
10.根据权利要求9所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤四中在所述硅片正面沉积所述APF薄膜的厚度为450埃至550埃。
11.根据权利要求6所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤六中去除硅片正面的APF薄膜采用的干法刻蚀法为等离子灰化。
12.根据权利要求11所述的去除晶圆背面氮化硅薄膜的方法，其特征在于：步骤六中去除硅片正面的APF薄膜采用的湿法腐蚀剂为硫酸和盐酸的混合溶液。
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