CN110534412A - 避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法及存储器单元的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法及存储器单元的制造方法，该避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法包括：提供一具有重掺杂多晶硅层的晶片，其中，所述重掺杂多晶硅层中的磷掺杂浓度为1x1018～1x1022atom/cm3；进行后清洗工艺去除从重掺杂多晶硅层表面析出的磷及形成的含磷污染物，以避免该磷和含磷污染物对后续刻蚀造成影响而导致刻蚀残留；刻蚀去除该晶片表面的重掺杂多晶硅层。本发明可以对具有磷掺杂的多晶硅的晶片进行清洗，除去磷及磷在多晶硅表面析出形成的含磷污染物，可以避免磷掺杂的多晶硅后续刻蚀有残留或者与其他层之间存在污染物造成可靠性问题，提高良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法及存储器单元的制造方法。
背景技术
一般而言，用于存储数据的半导体存储器分为易失性存储器和非易失性存储器件，易失性存储器在电源中断时易于丢失数据，而非易失性存储器件在电源关闭后仍可及时保存存储器内部信息，而且非易失性存储器件具有成本低、密度大等特点，使得非易失性存储器件广泛应用于各个领域，包括嵌入式系统，如PC及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表，同时还包括语音、图像、数据存储类产品，如数码相机、数码录音机等。
在存储器单元的制造过程中，研发人员发现晶片上存在刻蚀残留，导致制备出的存储器单元存在失效现象，而导致晶片被部分刻蚀的主要因素是从掺杂多晶硅中析出的磷，即磷掺杂的浮栅多晶硅层长时间暴露在空气中会造成磷在多晶硅表面析出，形成含磷的污染物。经进一步研究发现，磷的析出程度受浮栅多晶硅层沉积后暴露在空气中的时间(Q-time)大于10小时时，缺陷指数会随着Q-time的增加而上升。
发明内容
本发明提供一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法及存储器单元的制造方法，以现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，包括：
提供一具有重掺杂多晶硅层的晶片，其中，所述重掺杂多晶硅层中的磷离子掺杂浓度为1x1018～1x1022atom/cm3；
进行后清洗工艺去除从重掺杂多晶硅层表面析出的磷及形成的含磷污染物，以避免因磷及形成的含磷污染物对后续重掺杂多晶硅层的刻蚀造成影响而导致刻蚀残留。
作为优选，所述后清洗工艺具体包括：将晶片放置到SPM溶液中进行清洗，然后将晶片转移到碱性清洗液中进行清洗，以去除从晶片上析出的磷及形成的含磷污染物。
作为优选，所述SPM溶液采用硫酸与双氧水的混合溶液。
作为优选，所述SPM溶液中的硫酸与双氧水体积比为3:1～10:1。
作为优选，所述晶片在SPM溶液中的清洗时间为，清洗温度为100～150℃。
作为优选，所述碱性清洗液采用APM溶液，所述APM溶液为氨水、双氧水和水混合而成的溶液。
作为优选，所述APM溶液中双氧水、氨水和水的体积比为1:2:5～1:2:40。
作为优选，所述碱性清洗液的温度为55℃～60℃。
本发明还提供一种存储器单元的制造方法，包括：提供晶片，所述晶片包括外围区和功能区，所述功能区和外围区均包括衬底、在衬底表面依次形成的栅氧化层和浮栅多晶硅层；所述功能区还包括依次设置在所述浮栅多晶硅层上的ONO膜层、控制栅层和氮化硅层，其中，所述外围区设置有浅隔离沟槽，所述功能区设置栅极和栅极侧墙；
进行后清洗工艺去除从浮栅多晶硅层表面析出的磷及形成的含磷污染物；
刻蚀去除外围区的浮栅多晶硅层。
作为优选，所述后清洗工艺具体包括：将晶片放置到SPM溶液中进行清洗，然后将晶片转移到碱性清洗液中进行清洗，以去除晶片表面析出的磷及形成的含磷污染物；其中，所述SPM溶液为硫酸与双氧水的混合溶液，所述硫酸与所述双氧水的体积比为3:1～10:1。
与现有技术相比，本发明在刻蚀硬掩模层对晶片进行后清洗工艺的同时，去除掉从重掺杂多晶硅层中析出的磷及形成的含磷污染物，进而避免磷及形成的含磷污染物在后续工艺中对存储器单元造成刻蚀影响，确保存储器单元可以正常工作。由于磷及形成的含磷污染物的去除在后清洗工艺中进行，故不会对存储器单元的制程造成大的影响，保证了存储器单元的原有产能。本发明可以对具有磷掺杂的多晶硅层的晶片进行清洗，除去磷在多晶硅表面析出形成的污染物，可以避免磷掺杂多晶硅后续刻蚀有残留或者与其他层之间存在污染物造成可靠性问题，提高良率。
附图说明
图1为本发明的存储器单元的制造方法流程示意图；
图2a至图2c为本发明在避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法过程中的器件结构剖面示意图；
图3为未进行后清洗工艺的存储器件单元的结构剖视图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供一种存储器单元的制造方法，其主要目的在于清除掺杂多晶硅层中析出的磷及形成的含磷污染物，以免后续刻蚀过程形成刻蚀残留，对存储器单元造成影响，故本发明还同时提供一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法。
具体请参照图1，本发明提供的存储器单元的制造方法，包括：
提供晶片，如图2a所示，所述晶片包括功能区和外围区，其中，所述功能区和所述外围区均包括衬底1、在衬底1表面依次形成的栅氧化层2和浮栅多晶硅层3；进一步的，所述功能区还包括依次设置在所述浮栅多晶硅层3上的ONO膜层5、控制栅层6和氮化硅层7，其中，所述外围区设置有浅隔离沟槽，所述功能区设置栅极8和栅极侧墙9，所述栅极侧墙9为氧化物侧墙，设置于所述氮化硅层7中，所述栅极8采用多晶硅，该栅极8依次贯穿所述氮化硅层7、控制栅层6、ONO膜层5和浮栅多晶硅层3。
进一步的，所述晶片的制造工艺包括：提供衬底1，在衬底1上依次形成浮栅氧化层2、浮栅多晶硅层3、硬掩模层以及图形化光刻胶层。其中，所述衬底1为硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底、玻璃衬底或III-V族化合物衬底(例如氮化硅衬底或砷化镓衬底)、碳化硅衬底或其叠层结构，或金刚石衬底，或本领域技术人员公知的其他半导体材料衬底等。
所述浮栅氧化层2用于隔离衬底1与浮栅多晶硅层3，其厚度可以根据具体的工艺需求而定，本实施例优选为100～150A，浮栅氧化层2可以采用化学气相沉积工艺或者热氧化工艺形成，所述浮栅多晶硅层3可以采用化学气相沉积工艺形成，其能够俘获或失去电子，从而能够使最终形成的存储器单元具有存储以及擦除功能。所述硬掩模层为氮化硅层，同样可以采用化学气相沉积工艺形成。图形化光刻胶层通过涂覆、曝光、显影等光刻工艺形成，用于定义浮栅形成的位置。然后，以所述图形化光刻胶层为掩膜，干法刻蚀硬掩模层至浮栅多晶硅层表面，将图形化光刻胶层的图形转移到硬掩模层，即在浮栅多晶硅层上形成图形分立的硬掩模层，剩余的硬掩模层所覆盖的区域为后续栅极形成的区域。接着，通过干法去胶工艺或者湿法去胶工艺去除所述图形化光刻胶层。
接着，如图1和图2b所示，采用后清洗工艺去除从浮栅多晶硅层3表面析出的磷及形成的含磷污染物4以及暴露在晶片表面的颗粒残留或者颗粒污染。所述后清洗工艺具体包括：将晶片放置到SPM溶液中进行清洗，进而去除掉暴露在浮栅多晶硅层表面的磷及形成的含磷污染物4，以避免因磷及形成的含磷污染物4的存在而造成后续刻蚀工艺中存在刻蚀残留，进而可以去除晶片表面受到的机械损伤。本次清洗的SPM溶液为硫酸与双氧水的混合溶液，所述硫酸与所述双氧水的体积比为3:1～10:1，温度为常温。
然后将晶片转移到碱性清洗液中进行清洗，进而使残留于栅氧化层2表面等处的聚合物和污染物可以很容易的随碱性清洗溶液一起去除，从而提高晶片清洗的效果，晶片清洗的良率高。此次清洗采用的所述碱性清洗液为APM溶液，所述APM溶液为氨水、双氧水和水混合而成的溶液。其中双氧水、氨水和水的体积比为1:2:5～1:2:40，所述碱性清洗液的温度为55℃～60℃。
接着，如图1和图2c所示，通过刻蚀工艺对所述外围区浮栅多晶硅层3进行刻蚀，以暴露出下方的栅氧化层2。需要说明的是，由于该浮栅多晶硅层3中含有磷离子，暴露一段时间后浮栅多晶硅层3的表面会有磷析出，并形成的含磷污染物。如果不在刻蚀外围区浮栅多晶硅层3之前，对晶片进行后清洗工艺处理，该磷及形成的含磷污染物4会在浮栅多晶硅层3刻蚀工艺中成为保护浮栅多晶硅层3的掩模，导致浮栅多晶硅层3的部分区域没有被刻蚀，进而会形成如图3所示的刻蚀残留，影响形成的器件的后续性能。
进一步的，在上述步骤完成后，还包括用去离子水冲洗所述晶片，并通过旋转甩干或氮气吹干等干燥方式对所述晶片进行干燥，干燥的持续时间可以为3分钟～5分钟。较佳的，在上述后清洗步骤中伴有超声或者兆声振动，以使晶片表面的污染物等掉落到清洗槽中。
本发明在上述存储器单元的制造工艺的基础上，还提供一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法。也即是说，上述的后清洗工艺不仅可以用于存储器单元的制造工艺中，还可以用于其他任何需要因磷掺杂多晶硅暴露在空气中析出的磷及形成的含磷污染物的晶片。故所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法具体包括：
首先，提供一具有重掺杂多晶硅层的晶片，并且重掺杂多晶硅层铺设于氧化层上，氧化层位于衬底上。
接着，刻蚀去除重掺杂多晶硅层，由于该重掺杂多晶硅层中含有磷离子，磷离子掺杂浓度为1x1018～1x1022atom/cm3；暴露一段时间后重掺杂多晶硅层表面会有磷析出，并在重掺杂多晶硅层表面形成含磷污染物，该磷及形成的含磷污染物在重掺杂多晶硅层刻蚀工艺中成为保护重掺杂多晶硅层的掩模，故导致重掺杂多晶硅层的部分区域没有被刻蚀，使得晶片表面存在刻蚀残留；故在此刻蚀去除所述重掺杂多晶硅层的步骤之前，需要进行后清洗工艺以去除晶片表面析出的磷及形成的含磷污染物。
具体地，所述后清洗工艺具体包括：将晶片放置到SPM溶液中进行清洗，进而去除掉从重掺杂多晶硅层表面的磷及形成的含磷污染物，同时去除晶片表面由于暴露在空气中而形成的自然氧化层以及去除晶片因刻蚀而受到的机械损伤。本次清洗的SPM溶液为硫酸与双氧水的混合溶液，所述硫酸与所述双氧水的体积比为3:1～10:1，温度为常温。
然后将晶片转移到碱性清洗液中进行清洗，进而使残留于晶片表面等处的聚合物和污染物可以很容易的随碱性清洗溶液一起去除，从而提高晶片清洗的效果，晶片清洗的良率高。此次清洗采用的所述碱性清洗液为APM溶液，所述APM溶液为氨水、双氧水和水混合而成的溶液。其中双氧水、氨水和水的体积比为1:2:5～1:2:40，所述碱性清洗液的温度为55℃～60℃。
进一步的，在上述步骤完成后，还包括用去离子水冲洗所述晶片，并通过旋转甩干或氮气吹干等干燥方式对所述晶片进行干燥，干燥的持续时间可以为3分钟～5分钟。较佳的，在上述后清洗步骤中伴有超声或者兆声振动，以使晶片表面的污染物等掉落到清洗槽中。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，包括：
提供一具有重掺杂多晶硅层的晶片，其中，所述重掺杂多晶硅层中，磷离子的掺杂浓度为1x1018～1x1022 atom/cm3；
进行后清洗工艺去除从重掺杂多晶硅层表面析出的磷及形成的含磷污染物，以避免因磷及形成的含磷污染物对后续重掺杂多晶硅层的刻蚀造成影响而导致刻蚀残留。
2.如权利要求1所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述后清洗工艺具体包括：将晶片放置到SPM溶液中进行清洗，然后将晶片转移到碱性清洗液中进行清洗，以去除晶片表面的磷及形成的含磷污染物。
3.如权利要求2所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述SPM溶液采用硫酸与双氧水的混合溶液。
4.如权利要求3所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述SPM溶液中的硫酸与双氧水体积比为3:1～10:1。
5.如权利要求3所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述晶片在SPM溶液中的清洗时间为，清洗温度为100～150℃。
6.如权利要求2所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述碱性清洗液采用APM溶液，所述APM溶液为氨水、双氧水和水混合而成的溶液。
7.如权利要求6所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述APM溶液中双氧水、氨水和水的体积比为1:1:5～1:2:40。
8.如权利要求6所述的避免磷掺杂多晶硅缺陷的方法，其特征在于，所述碱性清洗液的温度为55℃～60℃。
9.一种存储器单元的制造方法，其特征在于，包括：
提供晶片，所述晶片包括外围区和功能区，所述功能区和外围区均包括衬底、在衬底表面依次形成的栅氧化层和浮栅多晶硅层；所述功能区还包括依次设置在所述浮栅多晶硅层上的ONO膜层、控制栅层和氮化硅层，其中，所述外围区设置有浅隔离沟槽，所述功能区设置栅极和栅极侧墙；
进行后清洗工艺去除从浮栅多晶硅层表面析出的磷及形成的含磷污染物；
刻蚀去除外围区的浮栅多晶硅层。
10.如权利要求9所述的存储器单元的制造方法，其特征在于，所述后清洗工艺具体包括：将晶片放置到SPM溶液中进行清洗，然后将晶片转移到碱性清洗液中进行清洗，以去除晶片表面的磷及形成的含磷污染物；其中，所述SPM溶液为硫酸与双氧水的混合溶液，所述硫酸与所述双氧水的体积比为3:1～10:1。
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2019
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