CN113113291A - 基片清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基片清洁方法。所述基片清洁方法中，待清洁的半导体基片具有多晶硅暴露面，在所述半导体基片上形成保护层，所述保护层至少覆盖所述多晶硅暴露面，接着对覆盖有所述保护层的半导体基片执行湿法清洗，所述湿法清洗采用的清洗液含有强氧化剂。在湿法清洗过程中，由于设置了保护层，可以降低清洗液中的强氧化剂氧化多晶硅导致多晶硅暴露面产生凹坑缺陷的风险，使多晶硅表面在含强氧化剂的清洗液清洗后仍然能够保持完整性。

Description

基片清洁方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基片清洁方法。
背景技术
清洗是半导体元器件制造过程中的必要步骤，根据清洗表面不同，会采用不同成分的清洗液，如硫酸清洗液、SC1清洗液、SC2清洗液等。
SC1清洗液是半导体前端工艺晶圆清洗的主要化学试剂，SC1清洗液是氨水、双氧水以及水的混合物，清洗过程反应温度例如为25摄氏度，主要通过氧化和电性排斥机制来去除晶圆表面的微粒杂质以及聚合物，提升成品率。SC2清洗液是盐酸、双氧水和水的混合物，SC2清洗液的清洗机理是提供一个低PH值的环境，使得碱性的金属离子及金属氢化物能溶于SC2清洗液，因此SC2清洗液主要用来清除晶圆上的金属离子。
研究发现，在采用如SC1清洗液等含有双氧水这类强氧化剂的清洗液清洗多晶硅表面(尤其是掺杂多晶硅表面)时，在去除表面颗粒缺陷的同时容易给多晶硅表面引入新的缺陷，具体表现为在经过诸如SC1清洗液清洗后，多晶硅的部分区域被氧化甚至蚀刻去除，形成凹坑，称为凹坑缺陷(Pits defect)。凹坑缺陷可能发生在半导体基片上进行的其它工艺(如离子注入、热氧化、去胶等)之前或之后的清洗中，在这些清洗过程中，对于暴露的多晶硅表面，含强氧化剂的清洗液容易与多晶硅发生氧化反应，被氧化的多晶硅部分在碱性环境或者在后续的刻蚀工艺中被去除，则在多晶硅表面形成凹坑缺陷。
发明内容
为了避免清洗后多晶硅出现凹坑缺陷，使多晶硅表面在含强氧化剂的清洗液清洗后仍然能够保持完整性，本发明提供一种基片清洁方法。
本发明提供的基片清洁方法，包括：
获得半导体基片，所述半导体基片的待清洁面包括多晶硅暴露面；
在所述半导体基片上形成保护层，所述保护层至少覆盖所述多晶硅暴露面；以及，
对覆盖有所述保护层的半导体基片执行湿法清洗，所述湿法清洗采用的清洗液含有强氧化剂。
可选的，所述多晶硅暴露面区域的多晶硅为掺杂多晶硅。
可选的，所述保护层为氧化硅。
可选的，所述强氧化剂包括高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸、二氧化锰、三氯化铁和双氧水中的至少一种。
可选的，所述清洗液为SC1清洗液。
可选的，在执行所述湿法清洗之前，所述保护层覆盖所述半导体基片的整个待清洁面。
可选的，所述保护层的厚度大于等于
Figure BDA0003008042390000021
可选的，所述保护层采用快速热氧化、湿法氧化及原位蒸汽生成中的至少一种形成。
可选的，在所述湿法清洗完成后，所述基片清洁方法还包括：
去除所述半导体基片上剩余的保护层。
可选的，去除所述剩余的保护层采用湿法蚀刻或者干法蚀刻。
本发明的基片清洁方法中，在执行湿法清洗前，先在半导体基片上形成保护层，所述保护层至少覆盖所述多晶硅暴露面，在湿法清洗过程中，由于设置了保护层，可以降低清洗液中的强氧化剂氧化多晶硅导致多晶硅不完整(指不平整或存在缺失)的风险，也可以降低多晶硅暴露面产生凹坑缺陷的风险，使多晶硅表面在含强氧化剂的清洗液清洗后仍然能够保持完整性。
附图说明
图1是一种待清洁的半导体基片的剖面示意图。
图2是采用现有清洗工艺形成凹坑缺陷的示意图。
图3是本发明实施例的基片清洁方法的步骤示意图。
图4是采用本发明一实施例的基片清洁方法在形成保护层后的剖面结构示意图。
图5是采用本发明一实施例的基片清洁方法在湿法清洗后的剖面结构示意图。
附图标记说明：
100-衬底；101-栅氧化层；110-多晶硅栅极；120-保护层。
具体实施方式
图1是一种待清洁的半导体基片的剖面示意图。图2是采用现有清洗工艺形成凹坑缺陷的示意图。参见图1和图2，以形成有多晶硅栅极110的半导体基片为例，该半导体基片包括衬底100以及在衬底100上依次叠加形成的栅氧化层101以及多晶硅栅极110。在形成多晶硅栅极110之后(如图1)，进行光刻和/离子注入工艺后，引入了颗粒杂质，接着利用诸如SC1等含有强氧化剂的清洗液对半导体基片进行清洗，但清洗后(如图2)，显微镜下可观察到相比于清洗之前，多晶硅栅极的表面容易出现凹坑缺陷A。
研究发现，凹坑缺陷A是由于多晶硅的晶格排列杂乱，强氧化剂容易从晶界处与多晶硅发生反应而导致的。强氧化剂以双氧水(H2O2)为例，其与多晶硅的反应过程可用反应式(1)表示：
H2O2+Si——>SiO2+H2 (1)
而通过反应式(1)生成的氧化硅(SiO2)在碱性环境下或者后续针对氧化硅的刻蚀过程中会被至少部分去除。以SC1清洗液为例，其中含有OH-离子，反应式(1)生成的氧化硅可以通过反应式(2)被溶解而脱离多晶硅表面：
SiO2+2OH-——>SiO3 2-+H2O (2)
因而如果采用SC1清洗液或SC2清洗液等含有强氧化剂的清洗液对暴露有多晶硅表面的半导体基片进行湿法清洗，在清洁的同时，清洗液中的强氧化剂也容易导致多晶硅完整性变差，并且还可能引起多晶硅表面产生凹坑缺陷。凹坑缺陷的产生对于具有离子掺杂的多晶硅尤其突出，因为具有离子掺杂的多晶硅的晶格排列相对于非掺杂多晶硅更为杂乱，氧化反应更快。
需要说明的是，关于清洗液中的强氧化剂与多晶硅发生反应导致凹坑缺陷的问题，可能在半导体基片上进行的其它工艺之后的清洗过程中发生，所述其它工艺后的清洗过程例如去除光刻胶后的清洗、执行离子注入后的清洗、热处理之前或之后的清洗等等。多晶硅生长完之后一般会用去离子水通过TSBS(Top Spray,Backside Scrub，顶部喷涂，背面擦洗)的方式清洗，清洗完之后进行其它的后续工艺如离子注入等，离子注入一般需要引入光刻胶作为图形形成层，离子注入完成后需要去除光刻胶，去除光刻胶一般采用湿法去胶或干法湿法混合去胶方式，去胶过程可能引入颗粒缺陷，后续需要采用SC1清洗液去除颗粒缺陷。在制作半导体元器件的全过程中，对于采用包含强氧化剂的清洗液进行清洁的场合，半导体基片的待清洁面很可能有意或者被动地包含了至少一部分多晶硅的暴露面，这些多晶硅的暴露面即存在于清洗之后出现凹坑缺陷的风险。该凹坑缺陷作为清洗过程引入的缺陷，对多晶硅的电性能以及半导体元器件的性能具有不良影响。
本发明即是为了避免清洗后多晶硅表面出现凹坑缺陷，以使多晶硅表面在含强氧化剂的清洗液清洗后仍然能够保持完整性而提出的。以下结合附图和具体实施例对本发明的基片清洁方法作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。应当理解，说明书的附图均采用了非常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。
图3是本发明实施例的基片清洁方法的步骤示意图。参见图3，本发明实施例的基片清洁方法包括以下步骤：
S1：获得半导体基片，所述半导体基片的待清洁面包括多晶硅暴露面；
S2：在所述半导体基片上形成保护层，所述保护层至少覆盖所述多晶硅暴露面；
S3：对覆盖有所述保护层的半导体基片执行湿法清洗，所述湿法清洗采用的清洗液含有强氧化剂。
以下结合附图对本发明实施例的基片清洁方法作进一步说明。
参见图1，本发明实施例的基片清洁方法包括步骤S1，获得半导体基片，所述半导体基片的待清洁面包括多晶硅暴露面。
本实施例中，所述半导体基片包括衬底100，所述衬底100例如为硅衬底，在其它实施例中，衬底100也可以是锗硅衬底、Ⅲ-Ⅴ族元素化合物衬底、碳化硅衬底、SOI衬底中的任何一种或几种的叠层结构。所述硅衬底中还可以形成有其它公知的结构，例如阱区。衬底100中还可以根据设计需求注入一定的掺杂离子以改变电学参数。所述半导体基片上可形成有电子元件，所述电子元件可以包括存储单元和/或逻辑电路，也可以包括诸如MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)、CMOS(互补金属氧化物半导体)、pFET(p沟道场效应晶体管)、nFET(n沟道场效应晶体管)、高压晶体管以及高频晶体管中的至少一种，还可以包括其它合适的组件。如图1所示，一实施例中，所述半导体基片上形成有栅氧化层101以及位于栅氧化层101上的多晶硅栅极110，所述半导体基片的上侧表面为待清洁面，所述待清洁面包括多晶硅暴露面，此处“多晶硅暴露面”指的是多晶硅栅极的表面(包括侧表面和上表面)。本发明不限于此，半导体基片上的多晶硅暴露面也可以以其它结构形态呈现。例如，在另外的实施例中，待清洁的半导体基片整面均覆盖有多晶硅，或者，待清洁的半导体基片上形成有凹槽，多晶硅填充在凹槽中，其中，多晶硅的全部上表面为多晶硅暴露面。
本发明对所述半导体基片在步骤S1之前执行的工艺不作限定。在步骤S1之前，所述半导体基片可以经过诸如沉积、刻蚀、注入、热处理等半导体工艺。
所述半导体基片上多晶硅暴露面区域设置的多晶硅例如是掺杂多晶硅，具体可掺杂有p型离子(如硼(B)或二氟化硼(BF2))或者n型离子(如磷(P)或砷(As))，掺杂多晶硅中掺杂离子的浓度约1E18～1E21/cm3。
图4是采用本发明一实施例的基片清洁方法在形成保护层后的剖面结构示意图。参见图4，本发明实施例的基片清洁方法包括步骤S2，在所述半导体基片上形成保护层120，所述保护层120至少覆盖所述多晶硅暴露面。
本实施例中，所述保护层120用于保护半导体基片的待清洁面尤其是多晶硅暴露面，避免直接采用含强氧化剂的清洗液清洗而破坏多晶硅的完整性以及产生凹坑缺陷。所述保护层120的材料可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料中的至少一种，所述保护层120可以是单层结构或者叠层结构。可选的，所述保护层120为氧化硅，采用氧化物可以避免保护层与后续清洗液中的强氧化剂反应而快速剥落进而导致凹坑缺陷。所述保护层120可以采用适合的工艺形成，如化学气相沉积、物理气相沉积等。以所述保护层120为氧化硅为例，其可以采用快速热氧化、湿法氧化、原位蒸汽生成(in situ steam generation，ISSG)等工艺形成。ISSG工艺属于低压工艺，具体是将氧气和氢气以一定比例混合，在半导体基片表面附近(原位)使氢气(H2)和氧气(O2)间发生反应。
本实施例中，所述保护层120至少覆盖多晶硅暴露面，例如可以覆盖所述半导体基片的整个待清洁面，或者也可以仅覆盖多晶硅暴露面，以至少能够降低在所述多晶硅暴露面产生凹坑缺陷的风险。所述保护层120的厚度在
Figure BDA0003008042390000061
以上，或者
Figure BDA0003008042390000062
以上，可以根据具体清洁效果调整。
图5是采用本发明一实施例的基片清洁方法在湿法清洗后的剖面结构示意图。参见图5，本发明实施例的基片清洁方法包括步骤S3，对覆盖有所述保护层120的半导体基片执行湿法清洗，所述湿法清洗采用的清洗液含有强氧化剂。
具体的，采用湿法清洗的目的是去除半导体基片表面的微粒杂质以及聚合物等。含有强氧化剂的清洗液的类型可以根据需要选择，目的是使所述含有强氧化剂的清洗液通过其中的强氧化剂和/或其它有效成分来达到较佳的清洁效果。
所述清洗液中的强氧化剂可包括高锰酸钾(KMnO4)、浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸、二氧化锰(MnO2)、三氯化铁(FeCl3)、双氧水(H2O2)中的至少一种。例如，所述清洗液可以是SC1清洗液或SC2清洗液，二者均包括双氧水，较常用的用来清洁多晶硅暴露面的是SC1清洗液，本实施例以SC1清洗液为例，在湿法清洗时，可将覆盖有所述保护层120的半导体基片浸入SC1清洗液中预设时间(例如3分钟、5分钟、10分钟或者15分钟以上)，然后将半导体基片取出，用去离子水冲洗并吹干。
在湿法清洗的过程中，半导体基片上由于设置了保护层120，可以减轻甚至避免清洗液中的强氧化剂氧化多晶硅，从而可以降低多晶硅不完整的风险以及多晶硅暴露面产生凹坑缺陷的风险。
在所述湿法清洗过程中，保护层120可能与清洗液发生反应(如上述反应式(2))，从而其厚度在所述湿法清洗后可能发生变化，参照图5，一实施例中，相较于步骤S3之前，步骤S3之后的保护层120的厚度有所减小。
在步骤S2和S3之间，可能会有光刻、离子注入或其他工艺，在此不做限定。
在步骤S3后，可根据半导体工艺及器件设计使所述半导体基片接着准备执行后面的工序。在执行后面的工序之前，可以考察保护层120是否需要去除，具体去除还是保留可以根据器件设计确定。例如，一实施例中，可以在步骤S3的湿法清洗完成后，去除所述半导体基片上剩余的保护层120。
去除剩余的保护层120可采用湿法蚀刻或者干法蚀刻，以保护层120为氧化硅材质为例，可采用氢氟酸(HF)溶液或者BOE(Buffered Oxide Etch，缓冲氧化物刻蚀液)进行湿法刻蚀，也可以采用干法蚀刻，干法蚀刻的气体可以选自HBr、Cl2、SF6、O2、N2、NF3、Ar、He和CF4中的一种或几种。在去除保护层120的蚀刻过程后，可采用去离子水清洗半导体基片，尽量避免采用含有强氧化剂的清洗液清洗，在一些情况下，如果采用了含有强氧化剂的清洗液，可稀释该清洗液再使用，或者严格限定含有强氧化剂的清洗液的清洗时间，例如限制在14分钟内。
上述实施例描述的基片清洁方法可以根据需要在半导体元器件(包括芯片)的制作工艺中使用，尤其是清洗时半导体基片上形成有多晶硅暴露面、且对应的多晶硅结构是否具有凹坑缺陷与半导体元器件的良率关联性较高时，或者多晶硅暴露面对应的多晶硅结构为掺杂多晶硅时，可以采用上述实施例描述的基片清洁方法进行清洁。但不限于此，本领域技术人员也可以根据需要在其它情况下选择本发明实施例的基片清洁方法。所述基片清洁方法中，在执行湿法清洗前，先在半导体基片上形成保护层120，所述保护层120至少覆盖半导体基片上的多晶硅暴露面，在湿法清洗过程中，由于设置了保护层120，可以降低清洗液中的强氧化剂氧化多晶硅导致多晶硅不完整的风险，也可以降低清洗后的半导体基片产生凹坑缺陷的风险，使多晶硅表面在含强氧化剂的清洗液清洗后仍然能够保持完整性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种基片清洁方法，其特征在于，包括：
获得半导体基片，所述半导体基片的待清洁面包括多晶硅暴露面；
在所述半导体基片上形成保护层，所述保护层至少覆盖所述多晶硅暴露面；以及，
对覆盖有所述保护层的半导体基片执行湿法清洗，所述湿法清洗采用的清洗液含有强氧化剂。
2.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，所述多晶硅暴露面区域的多晶硅为掺杂多晶硅。
3.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，所述保护层为氧化硅。
4.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，所述强氧化剂包括高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸、稀硝酸、二氧化锰、三氯化铁和双氧水中的至少一种。
5.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，所述清洗液为SC1清洗液。
6.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，在执行所述湿法清洗之前，所述保护层覆盖所述半导体基片的整个待清洁面。
7.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，所述保护层的厚度大于等于
Figure FDA0003008042380000011
8.如权利要求1所述的基片清洁方法，其特征在于，所述保护层采用快速热氧化、湿法氧化及原位蒸汽生成中的至少一种形成。
9.如权利要求1至8任一项所述的基片清洁方法，其特征在于，在所述湿法清洗完成后，所述基片清洁方法还包括：
去除所述半导体基片上剩余的保护层。
10.如权利要求9所述的基片清洁方法，其特征在于，去除所述剩余的保护层采用湿法蚀刻或者干法蚀刻。
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