[發明專利]一種多晶硅化學機械研磨后的清洗方法

在審

• 申請號: 201711191628.4
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107993920A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 周小紅;閔源;周小云;蔣陽波
• 申請（專利權）人: 長江存儲科技有限責任公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L27/11524;H01L27/11551;H01L27/1157;H01L27/11578
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司11619
• 代理人: 佟林松

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種3D NAND閃存結構制作過程中多晶硅化學機械研磨后的清洗方法。

背景技術

隨著平面型閃存存儲器的發展，半導體的生產工藝取得了巨大的進步。但是最近幾年，平面型閃存的發展遇到了各種挑戰：物理極限，現有顯影技術極限以及存儲電子密度極限等。在此背景下，為解決平面閃存遇到的困難以及最求更低的單位存儲單元的生產成本，各種不同的三維(3D)閃存存儲器結構應運而生，例如3D NOR(3D或非)閃存和3D NAND(3D與非)閃存。

同時，為了提高三維(3D)閃存存儲器的性能，要求三維(3D)閃存存儲器的尺寸日益減小，而由于尺寸日益減小的三維(3D)閃存存儲器的多層互連或填充深度較大的沉積過程導致了晶圓(Wafer)表面過大的起伏，降低了整個晶圓上線寬的一致性。因此，在三維(3D)閃存存儲器結構的制作過程中，往往要采用化學機械研磨工藝(Chemical Mechanical Polish，CMP)對晶圓表面進行平坦化處理，根據待研磨晶圓類型不同，CMP工藝分為多晶硅研磨(Poly CMP)、硅氧化物研磨(Oxide CMP)、鎢研磨(W CMP)和銅研磨(Cu CMP)等。

在多晶硅研磨(Poly CMP)工藝中，化學機械研磨(CMP)后需要進行清洗工藝，以去除殘留的研磨液(Slurry)和研磨顆粒物(Particle)等。由于晶圓表面的多晶硅(Poly Si)在空氣中容易被氧化并生成厚度約40埃自然氧化層，并且在蝕刻工藝中多晶硅與氧化硅的蝕刻速率相差很大(其速率比可達幾十比一)，因此即便多晶硅表面自然氧化層的厚度很薄，也會對蝕刻工藝造成很大的影響。但CMP后的清洗過程對多晶硅表面自然氧化層的形成具有較大的影響，如果清洗后多晶硅表面生成的氧化層厚度不均勻，將直接導致蝕刻工藝后的多晶硅源線的線寬不穩定、不同晶圓表面的氧化層厚度的差異導致晶片間關鍵尺寸(Critical Dimension，CD)存在較大差異、同晶圓不同位置的氧化層厚度的差異導致晶圓內關鍵存在較大差異等等各種問題，而這些將影響晶圓的整體良率以及性能。

現有多晶硅在化學機械研磨后的清洗過程通常分為四個步驟，參見圖1：

S1：顆粒物清洗，采用一定的清洗劑在(如SC1)兆聲波(Megasonic)條件下對晶圓表面進行清洗，用于去除大部分的來自化學機械研磨過程的大污染物顆粒；在清洗劑(SC1)的氧化作用下，多晶硅表面還將生成一層厚度均勻的氧化硅，如下式1)，

Si+2H₂O₂→SiO₂+2H₂O 1)；

S2：第一道刷洗(Brush1)，采用一定的清洗劑如氫氟酸配合刷子對晶圓表面進行刷洗，氫氟酸能有效的去除晶圓表面上的金屬氧化物，包括化學機械研磨過程所帶來的微小劃傷，以及微粒與有機物等；在氫氟酸的作用下，步驟(1)中形成的氧化硅層將被部分或完全去除，如下式2)，

SiO₂+6HF→H₂SiF₆+2H₂O 2)；

S3：第二道刷洗(Brush2)，采用一定的清洗劑如氨水配合刷子對晶圓表面進行刷洗，用于進一步去除晶圓表面殘留的較小的顆粒；

S4：旋轉潤濕干燥(Spinrinse Dry)，潤濕劑為超純水，用于對晶圓表面做最后的清洗，然后對晶圓進行干燥。

但是在上述清洗過程中，由于氫氟酸會破壞步驟(1)中形成的對于多晶硅起到一定保護作用的氧化硅層，從而使得在步驟(3)中多晶硅表面直接暴露于氨水環境下，進而導致多晶硅表面粗糙化(Roughness)甚至產生破壞(Damage)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于多晶硅化學機械研磨(CMP)后的清洗方法，能有效清洗CMP后殘留和雜質顆粒的同時，減少清洗導致的多晶硅表面粗糙化和破壞，從而獲得均勻平整的多晶硅表面，并進而提高3D NAND閃存結構的整體性能。

為了實現上述目的，本發明提出了一種化學機械研磨后的清洗方法，其特征在于包括以下步驟：

顆粒物清洗；

第一道刷洗(Brush1)，采用氨水作為清洗劑配合刷子對晶圓表面進行刷洗；

第二道刷洗(Brush2)，采用氫氟酸溶液作為清洗劑配合刷子對晶圓表面進行刷洗。

進一步的，所述化學機械研磨是對多晶硅膜表面所進行的化學機械研磨。