CN111009459A - 含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法，该去除方法包括以下步骤：S1，将工艺后的晶片传入退火腔室；S2，向退火腔室内通入吹扫气体和氨气，以去除晶片上的含氟残留物。本发明提供的含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法的技术方案，可以降低工艺后的晶片上的氟含量，从而减少器件的漏电流，提升器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法。
背景技术
高深宽比通道的自然氧化层清洗技术是3D NAND(计算机闪存设备)中最具有挑战性的步骤之一。此工艺要求完全去除自然氧化层，与此同时，要求通道侧壁上的TEOS(正硅酸乙酯)去除量需要尽量小，在进行清洗之后通道底部残留的氧含量和氟含量尽可能低。尤其对于氟含量，其高低会直接影响器件的漏电流。这是因为残留的氟会与后续Ti膜层的沉积工序中的物质反应，生成氟化钛(TiFx)副产物，此副产物会进一步影响Ti膜层的质量，最终增加器件的漏电流。
现有的干法刻蚀方法在完成对晶片的刻蚀之后，晶片上的氟含量比较高，与未进行刻蚀工艺的晶片相比，刻蚀后的晶片上的氟含量增加5倍以上，导致器件的漏电流增加。因此，目前亟需一种能够降低氟含量的残留物去除方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法，其可以降低工艺后的晶片上的氟含量，从而减少器件的漏电流，提升器件性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种含氟残留物去除方法，包括以下步骤：
S1，将工艺后的晶片传入退火腔室；
S2，向所述退火腔室内通入吹扫气体和氨气，以去除所述晶片上的含氟残留物。
可选的，所述步骤S2，进一步包括：
S21，向所述退火腔室内通入所述氨气，或者按预设顺序通入所述氨气和吹扫气体，以去除所述晶片上的含氟残留物；
S22，向所述退火腔室内通入所述吹扫气体，以去除所述氨气和所述含氟残留物的反应生成物。
可选的，在所述步骤S21之前，还包括：
S20，向所述退火腔室内通入所述吹扫气体，以去除所述晶片上的固态生成物。
可选的，所述预设顺序包括：
同时通入所述氨气和吹扫气体；或者，
先通入所述氨气，后通入所述吹扫气体；或者，
先通入所述吹扫气体，后通入所述氨气；或者，
交替通入所述氨气和吹扫气体至少两次；或者，
连续地通入所述吹扫气体，并间隔地通入所述氨气。
可选的，所述吹扫气体包括氮气。
可选的，所述氨气的流量的取值范围在50-1000sccm。
可选的，所述吹扫气体的流量的取值范围在5-3000sccm。
可选的，所述步骤S2采用的腔室压力的取值范围在10-2-10Torr。
可选的，所述步骤S2采用的工艺温度的取值范围在100-300℃。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种刻蚀方法，包括以下步骤：
S101，将晶片传入工艺腔室；
S102，向所述工艺腔室通入反应气体；
S103，对所述晶片进行刻蚀工艺；
S104，采用本发明提供的上述含氟残留物去除方法去除所述晶片上的含氟残留物。
可选的，所述反应气体包括氟化氢气体和甲醇气体；或者，所述反应气体包括氟化氢气体和氨气。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种氧化层清洗方法，包括：
S1，采用刻蚀方法去除晶片上的氧化层；
S2，去除所述晶片上的含氟残留物，所述去除方法为本发明提供的上述含氟残留物去除方法。
可选的，所述刻蚀方法包括采用氟化氢气体和甲醇气体对所述氧化层进行刻蚀，或者采用氟化氢气体和氨气对所述氧化层进行刻蚀。
本发明的有益效果：
本发明提供的含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法的技术方案，采用吹扫气体和氨气去除晶片上的含氟残留物，其中，氨气可以通过与含氟残留物反应，以去除氟元素，从而降低工艺后的晶片上的氟含量，减少器件的漏电流；同时，吹扫气体可以物理去除残留物以及氨气与残留物的反应生成物，避免氨气残留在晶片上。由此，本发明提供的含氟残留物去除方法不仅可以有效去除含氟残留物，提升器件性能，而且还可以改善刻蚀形貌，例如可以消除碗型(footing)效应，提高形貌平整度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的含氟残留物去除方法的流程框图；
图2为本发明实施例采用的退火腔室的结构图；
图3为本发明实施例采用的刻蚀方法的流程框图；
图4为本发明实施例采用的去除晶片上的含氟残留物的方法的流程框图；
图5为本发明实施例采用的吹扫气体和氨气的通气时间的波形图；
图6为在含氟残留物去除方法进行前后的刻蚀形貌对比图；
图7为本发明实施例提供的刻蚀方法的流程框图；
图8为本发明实施例提供的氧化层清洗方法的一种流程框图；
图9为本发明实施例提供的氧化层清洗方法的另一种流程框图；
图10为3D NAND的结构图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的含氟残留物去除方法、刻蚀方法和氧化层清洗方法进行详细描述。
请参阅图1，本发明实施例提供一种含氟残留物去除方法，其包括以下步骤：
S1，将工艺后的晶片传入退火腔室；
S2，向退火腔室内通入吹扫气体和氨气，以去除晶片上的含氟残留物。
具体地，本申请中，工艺后的晶片表面上残留有包含HF的残留物，通过在退火腔室中通入吹扫气体和氨气(NH3)，NH3与HF反应生成固态NH4F,而后固态的NH4F在退火腔室中升华，并排出腔室，最终实现对晶片上的含氟残留物进行去除，NH3与HF的具体反应如下：
NH3(g)+HF(g)→NH4F(s) (1)
NH4F(s)→NH4F(g) (2)
其中，反应式(1)为NH3与HF反应生成固态NH4F；反应式(2)为固态的NH4F升华为气态的NH4F。
在本实施例中，如图2所示，含氟残留物去除方法所采用的退火腔室包括腔体11、用于抽取腔室中的气体的抽真空系统12、用于向腔室中通入吹扫气体(例如氮气)的管路13以及用于向腔室中通入氨气的管路14，并且，在管路13和管路14上分别设置有质量流量控制器(MFC)15和16，用以控制通入腔室的气体流量大小。
本发明实施例提供的含氟残留物去除方法，其在退火腔室中去除去除晶片上的含氟残留物，由于退火腔室所采用的工艺温度(100-300℃)相对于工艺腔室(20-180℃)更高，有利于加快氨气与含氟残留物的反应生成物升华成气态，并排出腔室。
本发明实施例提供的含氟残留物去除方法适用于需要在工艺后去除含氟残留物的任意工艺，例如半导体晶片的刻蚀工艺，如图3所示，该刻蚀工艺包括：
将晶片传入工艺腔室；
向工艺腔室通入反应气体；
对晶片进行刻蚀工艺；
当晶片的刻蚀厚度达到目标刻蚀厚度之后，进行本发明实施例提供的含氟残留物去除方法去除晶片上的含氟残留物。
本发明实施例提供的含氟残留物去除方法，其采用吹扫气体和氨气去除晶片上的含氟残留物，其中，氨气可以通过与含氟残留物(例如包含氟化氢的残留物)反应，以去除氟元素，从而降低工艺后的晶片上的氟含量，减少器件的漏电流；同时，吹扫气体可以物理(不发生化学反应)去除残留物以及氨气与残留物的反应生成物，避免氨气残留在晶片上。由此，本发明实施例提供的含氟残留物去除方法不仅可以有效去除含氟残留物，提升器件性能，而且还可以改善刻蚀形貌，例如可以消除碗型(footing)效应，提高形貌平整度。
表1，为现有技术和本发明实施例提供的含氟残留物去除方法的氟含量比值的对比表。
在上述表1中，氟含量比值是指在刻蚀工艺(包含含氟残留物的去除方法)之后晶片上的氟含量与在刻蚀工艺之前晶片上的氟含量的比值。具体地，第一种刻蚀工艺利用氟化氢气体和氨气刻蚀晶片；第二种刻蚀工艺利用氟化氢气体和甲醇气体刻蚀晶片。
通过对比可知，现有技术采用的第一种刻蚀方法对应的氟含量比值大于10，而第二种刻蚀方法对应的氟含量比值的范围在4-5。本发明实施例采用的第一种刻蚀方法和第二种刻蚀方法对应的氟含量比值的范围均控制在0-2，由此可知，本发明实施例提供的含氟残留物去除方法有效去除了含氟残留物，减少了器件的漏电流，从而提升了器件性能。
请参阅图4，上述步骤S2进一步包括：
S20，向退火腔室内通入吹扫气体，以去除晶片上的固态生成物；
S21，向退火腔室内通入氨气，或者按预设顺序通入氨气和吹扫气体，以去除晶片上的含氟残留物；
S22，向退火腔室内通入吹扫气体，以去除氨气和含氟残留物的反应生成物。
借助上述步骤S22，可以在去除含氟残留物之后，进一步去除氨气与残留物的反应生成物，避免氨气残留在晶片上，影响器件性能以及产生污染。
在实际应用中，当工艺后的晶片上残留有固态生成物时，会阻碍氨气的扩散，使之无法与晶片上的含氟残留物反应，例如利用氟化氢气体和氨气刻蚀晶片的刻蚀工艺，经过该工艺后的晶片会产生固态生成物，从而导致含氟残留物无法去除，针对这种情况，先进行步骤S20去除固态生成物之后，再进行上述步骤S21和步骤S22，以保证含氟残留物的顺利去除。当然，针对没有固态生成物的情况，则可以不进行上述步骤S20，例如，利用氟化氢气体和甲醇气体刻蚀晶片的刻蚀工艺，经过该工艺后的晶片不会产生固态生成物。
在本实施例中，上述步骤S21采用预设顺序通入氨气和吹扫气体，该预设顺序可以根据工艺采用的反应气体和残留物的种类来自由设定。具体地，通入氨气和吹扫气体的预设顺序包括但不限于以下几种方式：
1)同时通入氨气和吹扫气体；
2)先通入氨气，后通入吹扫气体；
3)先通入吹扫气体，后通入氨气；
4)交替通入氨气和吹扫气体至少两次；
5)连续地通入吹扫气体，并间隔地通入氨气。
具体地，针对上述第5)种方式，如图5所示，吹扫气体(例如氮气)在进行步骤S21的过程(即，时间段T1-T2)中始终保持通入状态，而氨气采用脉冲方式通入，即，每间隔一定的时间通入预定时长的氨气。此外，针对工艺后的晶片上残留有固态生成物的情况，通入氨气的起始时间T3晚于吹扫气体的起始时间T1，即，时间段T1-T3为上述步骤S20的过程，以去除固态生成物。另外，通入氨气的终止时间T4早于通入吹扫气体的终止时间T2，即，时间段T4-T2为上述步骤S22的过程，以在去除含氟残留物之后，进一步去除氨气与残留物的反应生成物，避免氨气残留在晶片上，影响器件性能以及产生污染。
在实际应用中，上述步骤S21也可以仅通入氨气，而不通入吹扫气体。
在实际应用中，上述吹扫气体可以包括氮气，或者其他任意不发生化学反应的气体，例如氩气。
可选的，氨气的流量的取值范围在50-1000sccm。在该范围内，可以有效去除氟元素，使工艺后的晶片上的氟含量与工艺前大致相同，从而避免器件的漏电流增加。
可选的，吹扫气体的流量的取值范围在5-3000sccm。在该范围内，可以有效去除含有诸如H、O等元素的其他残留物以及氨气与残留物的反应生成物，避免氨气残留在晶片上。
可选的，上述步骤S2采用的腔室压力的取值范围在10-2-10Torr。
可选的，步骤S2采用的工艺温度的取值范围在100-300℃。在该温度范围内，有利于加快氨气与含氟残留物的反应生成物升华成气态，并排出腔室。
请参阅图6，在完成某些刻蚀工艺，例如二氧化硅的刻蚀之后，刻蚀形貌如图6中a图所示，在A位置存在碗型(footing)结构，导致形貌平整度较差。本发明实施例提供的含氟残留物去除方法，其可以改善刻蚀形貌，例如图6中b图所示，可以消除碗型(footing)效应，提高形貌平整度。
作为另一个技术方案，请参阅图7，本发明实施例还提供一种刻蚀方法，其包括以下步骤：
S101，将晶片传入工艺腔室；
S102，向工艺腔室通入反应气体；
S103，对晶片进行刻蚀工艺；
S104，采用本发明实施例提供的上述含氟残留物去除方法去除晶片上的含氟残留物。
可选的，反应气体可以包括氟化氢气体和甲醇气体；或者，包括氟化氢气体和氨气。这两种气体组合均可以应用于去除氧化层，例如二氧化硅层。
其中，当反应气体包括氟化氢气体和甲醇气体时，经过该工艺后的晶片不会产生固态生成物，在这种情况下，可以对工艺后的晶片采用上述实施例中的步骤S21和步骤S22去除含氟残留物。当反应气体包括氟化氢气体和氨气时，经过该工艺后的晶片上会残留有固态生成物，在这种情况下，可以先对工艺后的晶片采用上述实施例中的步骤S20去除固态生成物，以避免其阻碍氨气的扩散，使之无法与晶片上的含氟残留物反应；然后，再采用上述实施例中的步骤S21和步骤S22去除含氟残留物。
本发明实施例提供的刻蚀方法，其通过采用本发明实施例提供的上述含氟残留物去除方法，不仅可以有效去除含氟残留物，提升器件性能，而且还可以改善刻蚀形貌，例如可以消除碗型(footing)效应，提高形貌平整度。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种氧化层清洗方法，其包括：
采用刻蚀方法去除晶片上的氧化层；
采用本发明实施例提供的上述含氟残留物去除方法去除晶片上的含氟残留物。
可选的，上述刻蚀方法例如为干法刻蚀方法。
在上述刻蚀方法中，当反应气体包括氟化氢气体和甲醇气体时，经过该工艺后的晶片不会产生固态生成物，在这种情况下，氧化层清洗方法的具体过程如图8所示，首先采用刻蚀方法去除氧化层，直至刻蚀厚度达到目标厚度；然后采用本发明实施例提供的上述含氟残留物去除方法去除晶片上的含氟残留物。
在上述刻蚀方法中，当反应气体包括氟化氢气体和氨气时，经过该工艺后的晶片上会残留有固态生成物，在这种情况下，氧化层清洗方法的具体过程如图9所示，首先在工艺腔室中采用刻蚀方法去除氧化层；然后将晶片传入退火腔室中采用本发明实施例提供的上述含氟残留物先后去除方法去除固态生成物以及晶片上的含氟残留物；之后，判断刻蚀厚度是否达到目标厚度，若是，则结束工艺；若否，则返回工艺腔室中继续采用刻蚀方法去除氧化层，如此循环，直至刻蚀厚度达到目标厚度。
本发明实施例提供的氧化层清洗方法可以应用于3D NAND(计算机闪存设备)结构中高深宽比通道的自然氧化层的去除。如图10所示，3DNAND结构包括位线21、接触线22、阶梯23、字线24、通道孔25、狭缝26、堆叠层27和存储单元28。
制造上述高深宽比的3D NAND结构需要极高水平的精确性和重复性。相关工艺流程包括堆叠层27的沉积、高深宽比的通道孔25的刻蚀、高深宽比的通道孔25的自然氧化层的清洗、字线24的金属化、阶梯23的刻蚀、高深宽比的狭缝26蚀刻等等。其中，对于高深宽比的通道孔25的自然氧化层的清洗是最具挑战性的步骤之一。该步骤通过采用本发明实施例提供的氧化层清洗方法，不仅可以有效去除含氟残留物，提升器件性能，而且还可以改善刻蚀形貌，例如可以消除碗型(footing)效应，提高形貌平整度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种含氟残留物去除方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将工艺后的晶片传入退火腔室；
S2，向所述退火腔室内通入吹扫气体和氨气，以去除所述晶片上的含氟残留物。
2.根据权利要求1所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述步骤S2，进一步包括：
S21，向所述退火腔室内通入所述氨气，或者按预设顺序通入所述氨气和吹扫气体，以去除所述晶片上的含氟残留物；
S22，向所述退火腔室内通入所述吹扫气体，以去除所述氨气和所述含氟残留物的反应生成物。
3.根据权利要求2所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，在所述步骤S21之前，还包括：
S20，向所述退火腔室内通入所述吹扫气体，以去除所述晶片上的固态生成物。
4.根据权利要求2所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述预设顺序包括：
同时通入所述氨气和吹扫气体；或者，
先通入所述氨气，后通入所述吹扫气体；或者，
先通入所述吹扫气体，后通入所述氨气；或者，
交替通入所述氨气和吹扫气体至少两次；或者，
连续地通入所述吹扫气体，并间隔地通入所述氨气。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述吹扫气体包括氮气。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述氨气的流量的取值范围在50-1000sccm。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述吹扫气体的流量的取值范围在5-3000sccm。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述步骤S2采用的腔室压力的取值范围在10-2-10Torr。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的含氟残留物去除方法，其特征在于，所述步骤S2采用的工艺温度的取值范围在100-300℃。
10.一种刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，将晶片传入工艺腔室；
S102，向所述工艺腔室通入反应气体；
S103，对所述晶片进行刻蚀工艺；
S104，采用权利要求1-9任意一项所述的含氟残留物去除方法去除所述晶片上的含氟残留物。
11.根据权利要求10所述的刻蚀方法，其特征在于，所述反应气体包括氟化氢气体和甲醇气体；或者，所述反应气体包括氟化氢气体和氨气。
12.一种氧化层清洗方法，其特征在于，包括：
S1，采用刻蚀方法去除晶片上的氧化层；
S2，去除所述晶片上的含氟残留物，所述去除方法为采用权利要求1-9任意一项所述的含氟残留物去除方法。
13.根据权利要求12所述的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法包括采用氟化氢气体和甲醇气体对所述氧化层进行刻蚀，或者采用氟化氢气体和氨气对所述氧化层进行刻蚀。
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