CN111508820B - 清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种清洗方法，该清洗方法用于去除晶圆表面的部分介质层，清洗方法包括：对介质层的指定部分进行加热，以使指定部分的温度高于介质层中未被指定的部分的温度，指定部分覆盖晶圆的边缘区域；以及采用清洗剂对指定部分进行刻蚀，其中，清洗剂对介质层的刻蚀速率与介质层的温度正相关，以便于刻蚀停止在指定部分与未被指定的部分之间的分界面附近。该清洗方法不仅去除了位于晶圆边缘介质层的指定部分，而且保证了在去除指定部分时，不损伤介质层未被指定的部分。

Description

清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种清洗方法。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，会以晶圆(wafer)为基础，采用例如化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺、光刻以及刻蚀等工艺在晶圆的表面上形成多层介质薄膜，并对相应的薄膜进行加工形成各种图案。在经过上述工艺后，位于晶圆边缘(wafer bevel)的薄膜表面会变得很粗糙，容易出现剥离等缺陷，降低产品的良率。
对于3D存储器件的制造过程来说，为了提高3D存储器件的容量，需要在晶圆上形成更多的氮氧叠层，此时，位于晶圆边缘的薄膜质量对于3D存储器件更加重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进清洗方法，不仅去除了位于晶圆边缘介质层的指定部分，而且保证了在去除指定部分时，不损伤介质层未被指定的部分。
本发明实施例提供了一种清洗方法，用于去除晶圆表面的部分介质层，所述清洗方法包括：对所述介质层的指定部分进行加热，以使所述指定部分的温度高于所述介质层中未被指定的部分的温度，所述指定部分覆盖所述晶圆的边缘区域；以及采用清洗剂对所述指定部分进行刻蚀，其中，所述清洗剂对所述介质层的刻蚀速率与所述介质层的温度正相关，以便于所述刻蚀停止在所述指定部分与所述未被指定的部分之间的分界面附近。
优选地，采用加热器对所述指定部分进行加热，所述加热器包括激光加热器，所述激光加热器的出光方向朝向所述指定部分，并且所述出光方向与所述分界面平行。
优选地，还包括：在所述介质层上方沿所述分界面的延伸方向设置隔热层。
优选地，所述清洗剂从所述介质层上方输出至所述指定部分。
优选地，所述清洗剂自所述未被指定部分上方向所述指定部分斜向输出。
优选地，在采用清洗剂对所述指定部分进行刻蚀之前，所述清洗方法还包括：在所述未被指定部分上方设置阻挡层，用于阻挡所述清洗剂落在所述指定部分上。
优选地，在对所述介质层的指定部分进行加热和/或采用清洗剂对所述指定部分进行刻蚀的步骤中，旋转所述晶圆。
优选地，所述分界面呈斜面，并且所述分界面与所述晶圆边缘到所述晶圆中心方向的夹角小于90度。
优选地，所述介质层包括沿所述晶圆的厚度方向交替堆叠在所述晶圆表面的层间绝缘层与层间牺牲层，其中，所述层间绝缘层与所述层间牺牲层用于形成3D存储器件中的叠层结构。
优选地，所述层间绝缘层的材料包括氧化硅，所述层间牺牲层的材料包括氮化硅。
优选地，所述清洗剂包括氟化氢。
根据本发明实施例的清洗方法，通过加热位于晶圆边缘介质层的指定部分，使得被加热的指定部分相对于介质层未被指定的部分更容易被清洗剂刻蚀，相比于现有技术，本申请的清洗剂对介质层的刻蚀停止在指定部分与未被指定的部分之间的分界面附近，不仅去除了晶圆边缘的介质层，而且保证了在去除边缘的介质层时，不损伤其他区域的介质层。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1a示出了晶圆的结构示意图。
图1b示出了图1a中晶圆沿直径截取的截面图。
图2示出了一种晶圆边缘清洗后的结构示意图。
图3至图5示出了本发明实施例的晶圆边缘的清洗步骤示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。
在本申请中，术语“半导体结构”指在制造存储器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1a示出了晶圆的结构示意图，图1b示出了图1a中晶圆沿直径截取的截面图。
如图1a与图1b所示，晶圆101的表面具有器件区10与非器件区20，其中，非器件区20为晶圆101的边缘区域，非器件区20呈环状包围器件区10，非器件区20的边界到器件区10的边界的距离d可以根据需要设置。在晶圆101的表面形成有介质层110。在本实施例中，介质层包括沿晶圆101的厚度方向堆叠在晶圆101表面的氧化层111与氮化层112。氧化层111的材料包括但不限于氧化硅，氮化层112的材料包括但不限于氮化硅。
然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对介质层110的材料或结构进行其他设置，例如介质层110为单一材料，或者介质层110包括多层交替堆叠的氧化层111与氮化层112。氧化层111作为层间介质层，氮化层112作为层间牺牲层，用于形成3D存储器件中的叠层结构。
图2示出了一种晶圆边缘清洗后的结构示意图。
如图2所示，由于晶圆101边缘区域上的介质层容易出现缺陷，可以对晶圆101进行整体的加热，并采用的氢氟酸(HF)对晶圆101的缘进行清洗。由于HF对介质材料(尤其是氮化材料与氧化材料)的刻蚀速率较高，因此在清洗后，晶圆101的边缘上的介质层容易出现侧掏现象形成凹陷102，不仅破坏了位于器件区10上的氮化层111与氧化层112，而且在后续的工艺制程中，由于凹陷102的存在，器件依然会有剥落(peeling)、散焦(defocus)以及边缘颗粒污染(particle)等问题，从而影响器件的良率。
图3至图5示出了本发明实施例的晶圆边缘的清洗步骤示意图。
如图3所示，在晶圆101上形成介质层110后，在介质层110上方设置加热装置200，通过加热装置200对介质层110的指定部分103进行加热，以使指定部分103的温度高于介质层110中未被指定的部分的温度。其中，指定部分103覆盖晶圆101的边缘区域(非器件区20)，并且与未被指定的部分之间具有分界面。
在该步骤中，加热装置200例如采用激光加热器将指定部分103从室温加热至50℃，由于激光的定向发光性能好，因此，可以将激光加热器的出光方向设置成与分界面平行。分界面的斜率通过调整激光加热器的出光方向调整。
在本实施例中，分界面呈斜面，分界面与晶圆边缘到晶圆中心方向的夹角α小于90度。形成斜面的好处是后续的工艺步骤中，会在氮氧层上方生长薄膜，有个缓坡会使薄膜在边缘覆盖性更好。若分界面呈垂直面，则后续生长出来的薄膜可能会造成中间空洞，在后续热处理及其他工艺过程中可能会造成剥落，影响器件的良率。
在一些实施例中，加热装置200的形状呈园环状，对应与非器件区20的形状，园环半径可以根据加热装置200到介质层110的距离设置。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对指定部分103的加热温度进行其他设置，还可以对加热装置200的种类、形状、数量进行其他设置。例如加热装置200设置在晶圆101的一侧，通过旋转晶圆101也可以使得对应在非器件区20的指定部分103被加热，如图4所示。
在一些优选的实施例中，在介质层110上方沿着分界面的延伸方向设置隔热层300，用于防止加热装置200对位于未被指定的部分(器件区10的介质层110)进行加热。
进一步的，采用清洗剂对指定部分103进行刻蚀，从而去除位于非器件区20上的介质层，如图5所示。其中，清洗剂对介质层110的刻蚀速率与介质层110的温度正相关，以便于刻蚀停止在指定部分103与未被指定的部分之间的分界面104附近。
在该步骤中，清洗剂例如通过喷头400从介质层110上方输出至指定部分的表面。其中，清洗剂包括浓度为49％的氢氟酸(HF)溶剂。
在本实施例中，清洗剂自未被指定部分上方向指定部分斜向输出，既清洗剂被喷头400斜向喷射。其中，喷头400设置在晶圆101的一侧，喷头400的出液口朝向可设置为与分界面104平行，通过旋转晶圆101也可以使得对应在非器件区20的指定部分103被清洗剂去除。
相比于将清洗剂垂直输出至指定部分103的表面，清洗剂会向晶圆的边缘方向流动，容易通过旋转晶圆将使用后的清洗剂移除。如果喷嘴垂直往下喷射清洗剂，喷射在介质层110表面的位置会形成一个凹坑，可能造成介质层110的指定部分103没有被完全去除，也会造成清洗剂向往晶圆中心方向刻蚀介质层，造成侧掏。
然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对喷头400数量、出液口的朝向以及清洗剂的喷射方向进行其他设置。
在一些优选的实施例中，在介质层110中未被加热的部分上方设置阻挡层，用于阻挡清洗剂落在介质层110中未被加热的部分上。
根据本发明实施例的清洗方法，通过加热位于晶圆边缘介质层的指定部分，使得被加热的指定部分相对于介质层未被指定的部分更容易被清洗剂刻蚀，相比于现有技术，本申请的清洗剂对介质层的刻蚀停止在指定部分与未被指定的部分之间的分界面附近，不仅去除了晶圆边缘的介质层，而且保证了在去除边缘的介质层时，不损伤其他区域的介质层。
此外，由于本申请仅对晶圆上的介质层进行了局部加热，相比于对晶圆进行整体加热以提高清洗剂对介质层刻蚀速率的方案，局部加热速度更快，费用更低。
在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种清洗方法，用于去除晶圆表面的部分介质层，所述清洗方法包括：
对所述介质层的指定部分进行加热，以使所述指定部分的温度高于所述介质层中未被指定的部分的温度，所述指定部分覆盖所述晶圆的边缘区域；以及
采用清洗剂对所述指定部分进行刻蚀，
其中，所述清洗剂对所述介质层的刻蚀速率与所述介质层的温度正相关，以便于所述刻蚀停止在所述指定部分与所述未被指定的部分之间的分界面附近，
其中，采用加热器对所述指定部分进行加热，
所述加热器包括激光加热器，所述激光加热器的出光方向是从所述未被指定的部分上方朝向所述指定部分，并且所述出光方向与所述分界面平行，所述分界面为斜面，
所述清洗剂自所述未被指定的部分上方向所述指定部分斜向输出。
2.根据权利要求1所述的清洗方法，其中，用于喷射清洗剂的喷头出液口的朝向与所述分界面平行。
3.根据权利要求2所述的清洗方法，还包括：在所述介质层上方沿所述分界面的延伸方向设置隔热层。
4.根据权利要求2所述的清洗方法，在采用清洗剂对所述指定部分进行刻蚀之前，所述清洗方法还包括：在所述未被指定的部分上方设置阻挡层，用于阻挡所述清洗剂落在所述指定部分上。
5.根据权利要求1-4任一所述的清洗方法，其中，在对所述介质层的指定部分进行加热和/或采用清洗剂对所述指定部分进行刻蚀的步骤中，旋转所述晶圆。
6.根据权利要求1-4任一所述的清洗方法，其中，所述分界面与所述晶圆边缘到所述晶圆中心方向的夹角小于90度。
7.根据权利要求1-4任一所述的清洗方法，其中，所述介质层包括沿所述晶圆的厚度方向交替堆叠在所述晶圆表面的层间绝缘层与层间牺牲层，
其中，所述层间绝缘层与所述层间牺牲层用于形成3D存储器件中的叠层结构。
8.根据权利要求7所述的清洗方法，其中，所述层间绝缘层的材料包括氧化硅，所述层间牺牲层的材料包括氮化硅。
9.根据权利要求1-4任一所述的清洗方法，其中，所述清洗剂包括氟化氢。
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