CN1614748A - 半导体的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体的清洗方法，此清洗方法系适用于闪存的闸间介电层形成之后，此方法包括先提供一半导体晶圆。然后，于半导体晶圆上形成第一氧化硅层。接着，于第一氧化硅层上形成浮置闸极层。之后，于浮置闸极层上形成第二氧化硅层。继之，蚀刻第一氧化硅层、浮置闸极层与第二氧化硅层，以形成闸极结构，其中此第二氧化硅层系作为闸间介电层之用。然后，使用含有臭氧之去离子水清洗包含有闸极结构之半导体晶圆。接着，更包括使用第一清洗液清洗已经过含有臭氧之去离子水清洗之晶圆。之后，使用第二清洗液清洗已经过第一清洗液清洗的半导体晶圆。
Description
技术领域
本发明是有关于一种硅晶圆的清洗方法，且特别是有关于一种使用含有臭氧的去离子水来清洗晶圆的方法。
背景技术
在半导体制程中，高分子、光阻或是不可溶的有机物等污染物可能会存在并且堆积于半导体晶圆上，如此将不利于半导体组件的操作。第1图是绘示一个半导体组件的剖面示意图，且在制程过程中此半导体组件上系堆积有污染物。
请参照第1图，半导体组件100包括半导体基底102以及一个快闪记忆胞(未绘示)的闸极结构(未标号)，此闸极结构包括穿隧氧化层104、浮置闸极106与介电层108。其中，浮置闸极106的材质包括多晶硅或是氮化硅，介电层108的材质包括氧化硅或是已知由氧化硅/氮化硅/氧化硅所构成的多层结构。
在进行半导体组件100的制程中，一些污染物110可能会残留于快闪记忆胞的闸极结构的侧壁上，这些污染物例如是有机残留物或是金属离子。其中，有机残留物可能在光阻进行蚀刻、涂布(Coating)以及显影的过程中产生，而金属离子可能在蚀刻或是离子植入的过程中产生。
因此，为了获得具有较好的效能表现(High-Performance)以及高可靠度(High-Reliability)的快闪记体，所以必须将污染物去除，亦即必须对组件100进行清洗。
一种由RCA实验室所开发，且用于硅晶圆清洗的清洗制程已成为业界的标准清洗制程，此清洗制程称为RCA清洗制程。一个RCA清洗制程包括依序进行下面三个主要的清洗步骤：
1.使用水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/氨水(NH4OH)的混合液(标准清洗液SC1)来移除不可溶的有机污染物，其中水、过氧化氢与氨水的混合比例系为5∶1∶1；
2.使用水(H2O)/氢氟酸(HF)的混合液来移除薄的氧化硅层，其中在步骤1所产生的金属污染物会对堆积于此氧化硅层上。此外，混合液中的水与氢氟酸其稀释比例系为50∶1；以及
3.使用水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/盐酸(HCl)的混合液(标准清洗液SC2)来移除重金属原子以及重金属离子污染物，其中水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为6∶1∶1。
虽然RCA清洗制程已广泛地使用于半导体制程中，但是随着半导体制程技术的不断改良以及各种新材料的出现，此清洗制程不再能够满足各种半导体制程的需求。举例来说，对于在现今的半导体组件(例如：闪存)中，所使用的金属材料或是低介电常数(Low-K)材料来说，使用RCA清洗制程中的清洗液就可能会造成腐蚀问题。
附图说明
第1图是一个半导体组件的剖面示意图，且在制程过程中此半导体组件上系堆积有污染物。
第2图是经过本发明的清洗方法清洗所得的半导体组件的剖面示意图。
第3图是MOS结构的崩溃电荷(QBD)值的量测结果，且其系为在进行MOS结构的制程时使用本发明的清洗方法以及标准清洗方法SC1与SC2的比较结果。
第4图是内存组件的闸极耦合率(Gate Coupling Ratios，GCR)的量测结果，且其系为在进行内存组件的制程时使用本发明的清洗方法以及标准清洗方法SC1与SC2的比较结果。
附图标记说明
100、200：半导体组件
102、202：半导体基底
104、204：穿隧氧化层
106、206：浮置闸极
108、208：介电层
110：污染物
210：闸极结构
212：光阻层
发明内容
因此，本发明的目的就是在提供一种新颖的晶圆清洗方法，以解决在现今半导体组件的制程中，使用已知清洗方法所遭遇到问题。
本发明提出一种半导体的清洗方法，此清洗方法系适用于闪存的闸间介电层形成之后，此方法包括先提供一半导体晶圆。然后，于半导体晶圆上形成第一氧化硅层。接着，于第一氧化硅层上形成浮置闸极层。之后，于浮置闸极层上形成第二氧化硅层。继之，蚀刻第一氧化硅层、浮置闸极层与第二氧化硅层，以形成闸极结构，其中第二氧化硅层系作为闸间介电层之用。然后，使用含臭氧(Ozonated)的去离子水(De-Ionized，DI)清洗包含有闸极结构的半导体晶圆。接着，更包括使用第一清洗液清洗已经过含有臭氧的去离子水清洗的晶圆。之后，使用第二清洗液清洗已经过第一清洗液清洗的晶圆。
本发明提出另一种半导体清洗的方法，此清洗方法系适用于闪存的闸间介电层形成之后，此方法包括先提供一半导体晶圆。然后，于半导体晶圆上形成第一氧化硅层。接着，于第一氧化硅层上形成浮置闸极层。之后，于浮置闸极层上形成第二氧化硅层。继之，于第二氧化硅层上形成氮化硅层。然后，于氮化硅层上形成第三氧化硅层。接着，蚀刻第一氧化硅层、浮置闸极层、第二氧化硅层、氮化硅层与第三氧化硅层，以形成闸极结构，其中第二氧化硅层、氮化硅层与第三氧化硅层系作为闸间介电层之用。之后，使用含臭氧的去离子水清洗半导体晶圆。继之，使用一清洗液清洗半导体晶圆。然后，使用含臭氧的去离子水清洗半导体晶圆。
值得一提的是，上述的第一清洗液或清洗液例如是使用水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/氨水(NH4OH)的混合液、水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/盐酸(HCl)的混合液或氢氟酸(HF)/盐酸(HCl)的混合液，或是依序使用水/过氧化氢/氨水的混合液，以及水/过氧化氢/盐酸的混合液。
本发明的其它目的与优点将于以下的描述中被提出，而且亦可藉由以下的实施例或是依照本发明的内容加以施行而使本发明的优点与目的更浅显易见。除此之外，本发明的目的与优点可以藉由后附的权利要求来加以实施并达到其目的。
在上述的描述与以下的实施例中系用以解释本发明的精神与内容而使其更浅显易懂，但本发明并不限定于此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
具体实施方式
以下举出来较佳实施例来说明本发明，在实施例的图标与文字的叙述中，相同或相似的参考标号系指相同的或相似的部分。
本发明提供一种新颖的晶圆清洗方法，此清洗方法系适用于闪存的闸间介电层形成之后。第2图是绘示经过本发明的清洗方法清洗所得的半导体组件200的剖面示意图。请参照第2图，半导体组件200包括半导体基底202，且此半导体基底202上系形成有多数个组件(未绘示)。然后，于半导体基底202上形成穿隧氧化层204。接着，于穿隧氧化层204上形成浮置闸极206。之后，于浮置闸极206上形成介电层208。继之，蚀刻介电层208、浮置闸极206与穿隧氧化层204，以形成数个闸极结构210，其中介电层208系作为闸间介电层之用。
其中，半导体基底202的材质例如是任何已知技术所使用的基底材料，其例如是硅、锗或是硅锗化合物。此外，浮置闸极206的材质例如是多晶硅或是氮化硅。另外，介电层208的材质例如是氧化硅或是由氧化硅/氮化硅/氧化硅所构成的多层结构。
另一方面，当于基底上形成光阻时，可以藉由进行微影蚀刻制程，而于基底上形成一些图案。在第2图中亦绘示出这样的一层光阻层212，其中此光阻层212系形成于介电层208上。接着，进行本发明的清洗方法，以去除光阻残留物：
1.使用含有臭氧(Ozonated)的去离子水(De-Ionized，DI)进行第一次的清洗；
2.使用清洗液进行清洗步骤；以及
3.使用含有臭氧的去离子水进行第二次的清洗，
其中，含有臭氧的去离子水的制备系藉由将臭氧导入去离水中而完成的，且臭氧浓度例如是介于10至80ppm，而较佳的使用浓度例如是40ppm。
在本发明的第一个实施例中，清洗液是SC1，其例如是水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/氨水(NH4OH)的混合液，且水、过氧化氢与氨水的混合比例系为4～80∶1～5∶1，而较佳的混合比例例如是80∶3.1∶2.2。在本发明的第二个实施例中，清洗液是SC2，其例如是水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/盐酸(HCl)的混合液，且水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为4～80∶1～5∶1，而较佳的混合比例例如是80∶2.2∶1.3。在本发明的第三个实施例中，清洗液是依序使用水/过氧化氢/氨水的混合液(SC1)，以及水/过氧化氢/盐酸的混合液(SC2)。其中，水、过氧化氢与氨水的混合比例系为4～80∶1～5∶1，且水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为4～80∶1～5∶1，而且较佳的混合比例SC1例如是80∶3.1∶2.2，且SC2例如是80∶2.2∶1.3。
在本发明的第四个实施例中，清洗液是氢氟酸(HF)/盐酸(HCl)的混合液，其中氢氟酸、盐酸与水的混合比例例如是1∶1～5∶50～500，而较佳的混合比例例如是1∶1.3∶400。
虽然在上述的说明中系以光阻为例来说明本发明，但是本发明的方法亦可使用在晶圆上残留有其它如高分子、金属离子或是其它微粒等污染物的清洗上。
为了量测本发明的清洗效果，以下系进行数个试验，其结果如第3图与第4图所示。第3图是绘示记忆胞结构的崩溃电荷(Breakdown Charge)(QBD)值的量测结果，且其系为在进行记忆胞结构的制程时使用本发明的清洗方法以及标准清洗方法SC1与SC2所得的量测结果。其中，横轴系表示四种不同的清洗过程，纵轴系表示经过这些清洗过程后，所量测到的个别对应的闸氧化层的崩溃电荷QBD值。这四个清洗过程包括本发明的第一个实施例与第二个实施例，以及已知的使用SC1与SC2的标准清洗方法，其中在本发明的第一个实施例中系使用标准清洗液SC1，而在本发明的第二个实施例中系使用标准清洗液SC2。此外，崩溃电荷QBD值的单位系为库仑(Coulomb)/平方公分(cm2)。由第3图中可清楚地知道，使用本发明的方法其闸氧化层的崩溃电荷QBD值相较于已知的标准清洗方法具有较佳的表现。
第4图是绘示内存组件的闸极耦合率(Gate CouplingRatios，GCR)的量测结果，且其系为在进行内存组件的制程时使用本发明的清洗方法以及标准清洗方法SC1与SC2所得的测量结果。由第4图可知，本发明相较于已知的标准清洗方法系提供一较佳的闸极耦合率。
此外，亦对使用本发明的清洗方法与已知使用标准清洗液SC1的清洗方法所得的内存胞组件，进行良率(Yield)量测，并进行比较。在一个晶圆上总共可制作出870晶粒(Die)，而使用本发明的方法可使得一晶圆上会有754个晶粒通过规格测试，而使用已知的清洗方法一晶圆上却仅有682个晶粒通过规格测试。此外，使用本发明的方法来进行闸极结构的制程，在闸极结构的侧壁上会具有较少的缺陷数目，其每一单位(Arbitrary Unit)约有65个缺陷数目，而使用已知的清洗方法，每一单位(Arbitrary Unit)的缺陷数目约有682个。
由上述关于本发明的实施例的说明可知，本发明的清洗方法并不需要制备已知清洗方法中所使用的所有清洗液，例如于RCA清洗中所使用的稀释比例为50∶1的H2O/HF混合液。因此本发明对于制程来说可以降低持有成本(Cost ofOwnership，CoO)，并且改善良率及降低缺陷数目。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (22)
1.一种半导体的清洗方法，该清洗方法系适用于一闪存之一闸间介电层形成之后，该清洗方法包括：
提供一半导体晶圆；
于该半导体晶圆上形成一第一氧化硅层；
于该第一氧化硅层上形成一浮置闸极层；
于该浮置闸极层上形成一第二氧化硅层；
蚀刻该第一氧化硅层、该浮置闸极层与该第二氧化硅层，以形成一闸极结构，其中该第二氧化硅层系作为该闸间介电层之用；
使用一含有臭氧(Ozonated)之去离子水(De-Ionized，DI)清洗包含有该闸极结构之该半导体晶圆；
更包括使用一第一清洗液清洗已经过该含有臭氧的去离子水清洗的该半导体晶圆；以及
使用一第二清洗液清洗已经过该第一清洗液清洗的该半导体晶圆。
2.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该半导体晶圆的材质包括硅。
3.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该浮置闸极的材质包括多晶硅。
4.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该浮置闸极的材质包括氮化硅。
5.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该半导体晶圆上已形成有至少一组件。
6.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中在先前之至少一制程步骤中，该半导体晶圆上已堆积有多数种污染物。
7.如权利要求6所述的半导体的清洗方法，其中该些污染物包括高分子。
8.如权利要求7所述的半导体的清洗方法，其中该高分子包括光阻。
9.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该第一清洗液包括一水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/氨水(NH4OH)之混合液，且水、过氧化氢与氨水的混合比例系为4～80∶1～5∶1。
10.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该第一清洗液包括一水(H2O)/过氧化氢(H2O2)/盐酸(HCl)之混合液，且水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为4～80∶1～5∶1。
11.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该第一清洗液包括依序使用一水/过氧化氢/氨水之混合液，以及一水/过氧化氢/盐酸之混合液，其中水、过氧化氢与氨水的混合比例系为4～80∶1～5∶1，且水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为4～80∶1～5∶1。
12.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该第一清洗液包括一氢氟酸(HF)/盐酸(HCl)之混合液，且氢氟酸、盐酸与水之混合比例系为1∶1～5∶50～500。
13.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该含有臭氧之去离子水的臭氧浓度系介于10至80ppm。
14.如权利要求1所述的半导体的清洗方法，其中该第二清洗溶液包括一含有臭氧之去离子水。
15.如权利要求第14项所述的半导体的清洗方法，其中该含有臭氧之去离子水的臭氧浓度系介于10至80ppm。
16.一种半导体的清洗方法，该清洗方法系适用于一闪存之一闸间介电层形成之后，该清洗方法包括：
提供一半导体晶圆；
于该半导体晶圆上形成一第一氧化硅层；
于该第一氧化硅层上形成一浮置闸极层；
于该浮置闸极层上形成一第二二氧化硅层；
于该第二氧化硅层上形成一氮化硅层；
于该氮化硅层上形成一第三氧化硅层；
蚀刻该第一氧化硅层、该浮置闸极层、该第二氧化硅层、该氮化硅层与该第三氧化硅层，以形成一闸极结构，其中该第二氧化硅层、该氮化硅层与该第三氧化硅层系作为该闸间介电层之用；
使用一含有臭氧的去离子水清洗该半导体晶圆；
使用一清洗液清洗该半导体晶圆；以及
使用一含有臭氧之去离子水清洗该半导体晶圆。
17.如权利要求16所述的半导体的清洗方法，其中该浮置闸极的材质包括多晶硅与氮化硅其中之一。
18.如权利要求16所述的半导体的清洗方法，其中该清洗液包括一水/过氧化氢/氨水之混合液，且水、过氧化氢与氨水的混合比例系为4～80∶1～5∶1。
19.如权利要求16所述的半导体的清洗方法，其中该清洗液包括一水/过氧化氢/盐酸之混合液，且水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为4～80∶1～5∶1。
20.如权利要求16所述的半导体的清洗方法，其中该清洗液包括依序使用一水/过氧化氢/氨水之混合液，以及一水/过氧化氢/盐酸之混合液，其中水、过氧化氢与氨水的混合比例系为4～80∶1～5∶1，且水、过氧化氢与盐酸的混合比例系为4～80∶1～5∶1。
21.如权利要求16所述的半导体的清洗方法，其中该清洗液包括一氢氟酸/盐酸的混合液，且氢氟酸、盐酸与水的混合比例系为1∶1～5∶50～500。
22.如权利要求16所述的半导体的清洗方法，其中该含有臭氧的去离子水的臭氧浓度系介于10至80ppm。
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