CN111540670B - 晶圆的湿法清洗方法及半导体器件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种晶圆的湿法清洗方法及半导体器件的制造方法，所述晶圆的湿法清洗方法包括：提供一晶圆；将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中，以对所述晶圆表面进行清洗，清洗之后的所述晶圆表面形成有原硅酸；以及，溶解去除所述原硅酸，以避免在进入下一清洗工艺之前所述原硅酸分解为偏硅酸。本发明的技术方案能够避免在完成氢氟酸溶液清洗后晶圆表面产生的原硅酸在晶圆转移进入下一清洗工艺之前分解为后续清洗工艺无法去除的偏硅酸，进而避免导致晶圆表面产生缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种晶圆的湿法清洗方法及半导体器件的制造方法。
背景技术
随着超大规模集成电路的发展，晶圆尺寸不断增大，芯片关键尺寸却在不断缩小，前道和后道晶圆清洗技术面临着新的挑战。晶圆表面的颗粒、金属污染、有机污染和自然氧化膜等严重影响着集成电路的性能和成品率。
因此，在晶圆的制造过程中，晶圆在进入炉管生长膜层结构之前，会对晶圆表面进行湿法清洗。其中，会将晶圆置于氢氟酸水溶液槽中，以清洗去除晶圆表面的自然氧化膜；并且，清洗结束之后，会将晶圆取出并置于纯水槽中，以清洗去除晶圆表面的氢氟酸。但是，由于在前道工艺中，晶圆表面会形成氮氧化硅膜层，氮氧化硅膜层会与氢氟酸反应生成原硅酸(H4SiO4)，在晶圆浸没于氢氟酸水溶液中时，原硅酸生成之后会立即被溶解掉；而当晶圆离开氢氟酸水溶液之后且进入下一清洗槽之前，氮氧化硅膜层与晶圆表面附着的氢氟酸反应生成原硅酸，原硅酸会分解为偏硅酸(H2SiO3)，后续的纯水以及其它清洗溶液无法将偏硅酸清洗去除，进而导致晶圆的表面产生缺陷。参阅图1a～图1b和图2，图1a～图1b是晶圆表面的偏硅酸导致的缺陷的扫描电子显微镜图，图2是表面无缺陷的晶圆的扫描电子显微镜图，从图2中可看出，晶圆的表面无缺陷，与图2相比，图1a中的晶圆表面生成的偏硅酸使得膜层结构之间的间隙被堵上(即位置A处)，导致无法向间隙中生长其它膜层结构；图1b中的晶圆表面的膜层结构上形成凸起颗粒(即位置B处)，导致后续工艺形成的膜层结构与原有膜层结构之间的黏附性差，从而导致形成的半导体器件的性能受到影响。
因此，需要提出一种晶圆的湿法清洗方法及半导体器件的制造方法，以解决在完成氢氟酸水溶液清洗后晶圆表面产生的原硅酸在晶圆转移过程中分解为偏硅酸且无法被后续清洗工艺去除的问题，进而避免导致晶圆表面产生缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆的湿法清洗方法及半导体器件的制造方法，能够避免在完成氢氟酸溶液清洗晶圆之后，所述晶圆表面产生的原硅酸在所述晶圆转移进入下一清洗工艺之前分解为后续清洗工艺无法去除的偏硅酸，进而避免导致所述晶圆表面产生缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆的湿法清洗方法，包括：
提供一晶圆；
将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中，以对所述晶圆表面进行清洗，清洗之后的所述晶圆表面形成有原硅酸；以及，
溶解去除所述原硅酸，以避免在进入下一清洗工艺之前所述原硅酸分解为偏硅酸。
可选的，在采用所述氢氟酸溶液对所述晶圆表面进行清洗之前，所述晶圆表面上形成有氮氧化硅和/或碳氧化硅；在采用所述氢氟酸溶液对所述晶圆表面进行清洗之后，所述氮氧化硅和/或碳氧化硅与所述氢氟酸溶液反应形成所述原硅酸。
可选的，溶解去除所述原硅酸的步骤包括：
将所述晶圆从所述氢氟酸溶液中取出，且在取出的过程中同时采用除所述氢氟酸溶液以外的清洗液冲洗所述晶圆的表面，以使得所述清洗液溶解所述原硅酸并冲洗去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液；或者，
将所述清洗槽中的氢氟酸溶液排出，同时向所述清洗槽中加入除所述氢氟酸溶液以外的清洗液，采用所述清洗液浸泡所述晶圆，以溶解所述原硅酸并去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液。
可选的，所述氢氟酸溶液中的HF与H2O的体积比为1:500～1:50，所述氢氟酸溶液的温度为20℃～50℃。
可选的，所述清洗液为水，或者H2SO4与H2O2的混合液，或者NH4OH、H2O2与H2O的混合液，或者HCl、H2O2与H2O的混合液。
可选的，当所述清洗液为所述H2SO4与H2O2的混合液，或者NH4OH、H2O2与H2O的混合液，或者HCl、H2O2与H2O的混合液时，在采用所述清洗液溶解所述原硅酸并去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液之后，再采用水清洗去除所述晶圆表面附着的所述清洗液。
可选的，在将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中之前，将所述晶圆浸泡在H2SO4与H2O2的混合液中，以去除所述晶圆表面的有机污染物；在溶解去除所述原硅酸之后，依次将所述晶圆浸泡在NH4OH、H2O2与H2O的混合液以及HCl、H2O2与H2O的混合液中，以依次去除所述晶圆表面的颗粒污染物和金属化污染物；并且，在每次去除相应的污染物之后，将所述晶圆浸泡在水中，以去除所述晶圆表面附着的相应的混合液。
可选的，H2SO4与H2O2的体积比为5:1～20:1，所述H2SO4与H2O2的混合液的温度为110℃～140℃；NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:2:100～1:2:40，所述NH4OH、H2O2与H2O的混合液的温度为20℃～50℃；HCl、H2O2与H2O的体积比为1:1:100～1:1:40，所述HCl、H2O2与H2O的混合液的温度为20℃～50℃。
可选的，在将所述晶圆浸泡在水中以去除所述HCl、H2O2与H2O的混合液之后，对所述晶圆进行干燥处理；干燥的温度为20℃～50℃或120℃～160℃。
本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，包括：本发明提供的所述晶圆的湿法清洗方法，在采用氢氟酸溶液对一晶圆表面进行清洗之后，溶解去除所述晶圆表面形成的原硅酸。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的晶圆的湿法清洗方法，能够避免在完成氢氟酸溶液清洗晶圆之后，所述晶圆表面产生的原硅酸在所述晶圆转移进入下一清洗工艺之前分解为后续清洗工艺无法去除的偏硅酸，进而避免导致所述晶圆表面产生缺陷。
2、本发明的半导体器件的制造方法，由于采用本发明提供的所述晶圆的湿法清洗方法，能够避免导致所述晶圆表面产生缺陷，进而避免导致所述半导体器件的性能受到影响，从而避免导致所述半导体器件的良率下降。
附图说明
图1a～图1b是晶圆表面的偏硅酸导致的缺陷的扫描电子显微镜图；
图2是表面无缺陷的晶圆的扫描电子显微镜图；
图3是本发明一实施例的晶圆的湿法清洗方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下对本发明提出的晶圆的湿法清洗方法及半导体器件的制造方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用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。
本发明一实施例提供一种晶圆的湿法清洗方法，参阅图3，图3是本发明一实施例的晶圆的湿法清洗方法的流程图，所述晶圆的湿法清洗方法包括：
步骤S1，提供一晶圆；
步骤S2，将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中，以对所述晶圆表面进行清洗，清洗之后的所述晶圆表面形成有原硅酸；
步骤S3，溶解去除所述原硅酸，以避免在进入下一清洗工艺之前所述原硅酸分解为偏硅酸。
下面更为详细的介绍本实施例提供的晶圆的湿法清洗方法。
按照步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆可以包括衬底以及形成于所述衬底上的膜层结构。所述衬底可以为本领域技术人员熟知的任意合适的底材，例如可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体，还包括这些半导体构成的多层结构等，或者为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)，或者还可以为双面抛光硅片(Double Side Polished Wafers，DSP)，也可为氧化铝等的陶瓷基底、石英或玻璃基底等。所述晶圆上形成的膜层结构例如是栅极结构或介质层等，所述栅极结构可以是多晶硅栅极或金属栅极，所述介质层可以是氧化硅、氮氧化硅或碳氧化硅中的至少一种。需要说明的是，本发明对晶圆的结构不作限定，可以依据要形成的器件选择合适的晶圆。
按照步骤S2，将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中，以对所述晶圆表面进行清洗，清洗之后的所述晶圆表面形成有原硅酸。
所述氢氟酸溶液中的HF与H2O的体积比为1:500～1:50(例如为1:400、1:300、1:100等)，所述氢氟酸溶液的温度为20℃～50℃(例如为30℃、40℃等)。所述氢氟酸溶液主要用于清洗去除所述晶圆表面的自然氧化膜。
在采用所述氢氟酸溶液对所述晶圆表面进行清洗之前，所述晶圆表面上形成有制造半导体器件所需的氮氧化硅和/或碳氧化硅。在采用所述氢氟酸溶液对所述晶圆表面进行清洗的过程中，所述晶圆表面上的氮氧化硅和/或碳氧化硅与所述氢氟酸溶液反应生成副产物原硅酸，由于此时所述晶圆仍浸泡在所述氢氟酸溶液中，所述氢氟酸溶液可以立即将生成的原硅酸溶解。在采用所述氢氟酸溶液对所述晶圆表面进行清洗之后，将所述晶圆从所述氢氟酸溶液中取出且在所述晶圆进入下一个清洗工艺之前，所述晶圆暴露在空气中，所述氮氧化硅和/或碳氧化硅与所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液反应形成所述原硅酸，此时，没有大量的所述氢氟酸溶液去溶解生成的所述原硅酸，所述原硅酸会立即分解为偏硅酸附着在所述晶圆的表面，而后续的清洗工艺无法将偏硅酸清洗去除，进而导致晶圆的表面产生缺陷。且所述晶圆在空气中暴露的时间越长，分解的偏硅酸越多，进而导致所述晶圆表面形成的缺陷越多。因此，在将所述晶圆从所述氢氟酸溶液中取出且在所述晶圆进入下一个清洗工艺之前，需要在所述原硅酸生成的同时立即被溶解去除，以避免所述原硅酸分解为偏硅酸，进而避免导致晶圆的表面产生缺陷。
其中，所述氢氟酸溶液与所述氮氧化硅、所述碳氧化硅反应生成原硅酸的化学反应方程式如下：
HF+SixOyNz→H4SiO4+SiF4+N2O；
HF+SixOyCz→H4SiO4+SiF4+CO2；
所述原硅酸分解为偏硅酸的化学反应方程式如下：
H4SiO4＝H2SiO3+H2O。
按照步骤S3，溶解去除所述原硅酸，以避免在进入下一清洗工艺之前所述原硅酸分解为偏硅酸。
溶解去除所述原硅酸的步骤包括：将所述晶圆从所述氢氟酸溶液中取出，且在取出的过程中同时采用除所述氢氟酸溶液以外的清洗液冲洗所述晶圆的表面，以使得所述清洗液溶解所述原硅酸并冲洗去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液，以避免所述原硅酸分解为偏硅酸，同时也避免所述晶圆表面附着的所述氢氟酸溶液与所述氮氧化硅和/或碳氧化硅生成新的原硅酸。
或者，溶解去除所述原硅酸的步骤包括：将所述清洗槽中的氢氟酸溶液排出，同时向所述清洗槽中加入除所述氢氟酸溶液以外的清洗液，在此过程中所述晶圆始终处于氢氟酸溶液或清洗液浸泡的环境中，所述氢氟酸溶液完全排出之后，采用所述清洗液浸泡所述晶圆，以溶解所述原硅酸并去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液，以避免所述原硅酸分解为偏硅酸，同时也避免所述晶圆表面附着的所述氢氟酸溶液与所述氮氧化硅和/或碳氧化硅生成新的原硅酸。
通过采用上述步骤溶解去除所述原硅酸，避免在完成所述氢氟酸溶液清洗后所述晶圆表面产生的原硅酸在所述晶圆转移过程中分解为后续清洗工艺无法去除的偏硅酸，进而避免导致所述晶圆表面产生缺陷。
另外，在采用上述步骤溶解去除所述原硅酸之后，所述晶圆转移进入下一清洗工艺，此时，可将所述清洗槽中更换新的所述氢氟酸溶液，以备后续清洗所述晶圆使用。
所述清洗液可以为水(可以为去离子水)，或者H2SO4与H2O2的混合液，或者NH4OH、H2O2与H2O的混合液，或者HCl、H2O2与H2O的混合液。当所述清洗液为所述H2SO4与H2O2的混合液，或者NH4OH、H2O2与H2O的混合液，或者HCl、H2O2与H2O的混合液时，在采用所述清洗液溶解所述原硅酸并去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液之后，再采用水清洗去除所述晶圆表面附着的所述清洗液，以避免影响下一清洗工艺对所述晶圆表面的清洗效果。需要说明的是，所述清洗液的种类不限于上述的范围，也可以为除所述氢氟酸溶液以外的其它种类。
另外，在将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中之前，将所述晶圆浸泡在H2SO4与H2O2的混合液中，以去除所述晶圆表面的有机污染物。在溶解去除所述原硅酸之后，所述晶圆可以进入下一清洗工艺，即依次将所述晶圆浸泡在NH4OH、H2O2与H2O的混合液以及HCl、H2O2与H2O的混合液中，以依次去除所述晶圆表面的颗粒污染物和金属化污染物。并且，在每次去除相应的污染物之后，可以将所述晶圆浸泡在水(可以为去离子水)中，以去除所述晶圆表面附着的相应的混合液，进而避免影响所述晶圆在不同的混合液中清洗去除相应的污染物的效果。
上述的所述清洗液以及去除相应污染物的混合液的浓度和温度范围如下：H2SO4与H2O2的体积比为5:1～20:1(例如为10:1、15:1等)，所述H2SO4与H2O2的混合液的温度为110℃～140℃(例如为120℃、130℃等)；NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:2:100～1:2:40(例如为1:2:80、1:2:60等)，所述NH4OH、H2O2与H2O的混合液的温度为20℃～50℃(例如为30℃、40℃等)；HCl、H2O2与H2O的体积比为1:1:100～1:1:40(例如为1:1:80、1:1:60等)，所述HCl、H2O2与H2O的混合液的温度为20℃～50℃(例如为30℃、40℃等)。
并且，用于去除所述晶圆表面附着的H2SO4与H2O2的混合液的水的温度为50℃～70℃(例如为55℃、60℃、65℃等)；用于去除所述晶圆表面附着的NH4OH、H2O2与H2O的混合液的水的温度为20℃～50℃(例如为30℃、40℃等)；用于去除所述晶圆表面附着的HCl、H2O2与H2O的混合液的水的温度为20℃～50℃(例如为30℃、40℃等)。
并且，在将所述晶圆浸泡在水中以去除所述HCl、H2O2与H2O的混合液之后，也就是说，在完成所有的清洗工艺之后，对所述晶圆进行干燥处理。干燥的温度可以为20℃～50℃(例如为30℃、40℃等)或120℃～160℃(例如为130℃、150℃等)；干燥温度越高，所需的时间越短。
综上所述，本发明提供的晶圆的湿法清洗方法，包括：提供一晶圆；将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中，以对所述晶圆表面进行清洗，清洗之后的所述晶圆表面形成有原硅酸；以及，溶解去除所述原硅酸，以避免在进入下一清洗工艺之前所述原硅酸分解为偏硅酸。本发明的晶圆的湿法清洗方法能够避免在完成所述氢氟酸溶液清洗后所述晶圆表面产生的原硅酸在所述晶圆转移过程中分解为后续清洗工艺无法去除的偏硅酸，进而避免导致所述晶圆表面产生缺陷。
本发明一实施例提供一种半导体器件的制造方法，包括：采用本发明提供的所述晶圆的湿法清洗方法，在采用氢氟酸溶液对一晶圆表面进行清洗之后，溶解去除所述晶圆表面形成的原硅酸。
由于采用本发明提供的所述晶圆的湿法清洗方法，能够避免在完成所述氢氟酸溶液清洗所述晶圆之后，所述晶圆表面产生的原硅酸在所述晶圆转移进入下一清洗工艺之前分解为后续清洗工艺无法去除的偏硅酸，进而避免导致所述晶圆表面产生缺陷，避免导致所述半导体器件的性能受到影响，从而避免导致所述半导体器件的良率下降。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (8)
1.一种晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆，所述晶圆表面上形成有氮氧化硅和/或碳氧化硅；
将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中，以对所述晶圆表面进行清洗；在清洗的过程中，所述氮氧化硅和/或碳氧化硅与所述氢氟酸溶液反应生成原硅酸，且所述氢氟酸溶液溶解去除所述原硅酸；在清洗之后并将所述晶圆从所述氢氟酸溶液中取出时，所述晶圆表面形成所述氮氧化硅和/或碳氧化硅与所述晶圆表面附着的氢氟酸反应生成的所述原硅酸；以及，
溶解去除所述原硅酸，以避免在进入下一清洗工艺之前所述晶圆暴露在空气中而导致所述原硅酸分解为偏硅酸，进而避免所述下一清洗工艺无法清洗去除所述偏硅酸；
其中，溶解去除所述原硅酸的步骤包括：
将所述晶圆从所述氢氟酸溶液中取出，且在取出的过程中同时采用除所述氢氟酸溶液以外的清洗液冲洗所述晶圆的表面，以使得所述清洗液溶解所述原硅酸并冲洗去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液；或者，
将所述清洗槽中的氢氟酸溶液排出，同时向所述清洗槽中加入除所述氢氟酸溶液以外的清洗液，采用所述清洗液浸泡所述晶圆，以溶解所述原硅酸并去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液。
2.如权利要求1所述的晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，所述氢氟酸溶液中的HF与H2O的体积比为1:500~1:50，所述氢氟酸溶液的温度为20℃~50℃。
3.如权利要求1所述的晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，所述清洗液为水，或者H2SO4与H2O2的混合液，或者NH4OH、H2O2与H2O的混合液，或者HCl、H2O2与H2O的混合液。
4.如权利要求3所述的晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，当所述清洗液为所述H2SO4与H2O2的混合液，或者NH4OH、H2O2与H2O的混合液，或者HCl、H2O2与H2O的混合液时，在采用所述清洗液溶解所述原硅酸并去除所述晶圆表面附着的氢氟酸溶液之后，再采用水清洗去除所述晶圆表面附着的所述清洗液。
5.如权利要求1所述的晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，在将所述晶圆浸泡于含氢氟酸溶液的清洗槽中之前，将所述晶圆浸泡在H2SO4与H2O2的混合液中，以去除所述晶圆表面的有机污染物；在溶解去除所述原硅酸之后，依次将所述晶圆浸泡在NH4OH、H2O2与H2O的混合液以及HCl、H2O2与H2O的混合液中，以依次去除所述晶圆表面的颗粒污染物和金属化污染物；并且，在每次去除相应的污染物之后，将所述晶圆浸泡在水中，以去除所述晶圆表面附着的相应的混合液。
6.如权利要求4或5所述的晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，H2SO4与H2O2的体积比为5:1~20:1，所述H2SO4与H2O2的混合液的温度为110℃~140℃；NH4OH、H2O2与H2O的体积比为1:2:100~1:2:40，所述NH4OH、H2O2与H2O的混合液的温度为20℃~50℃；HCl、H2O2与H2O的体积比为1:1:100~1:1:40，所述HCl、H2O2与H2O的混合液的温度为20℃~50℃。
7.如权利要求5所述的晶圆的湿法清洗方法，其特征在于，在将所述晶圆浸泡在水中以去除所述HCl、H2O2与H2O的混合液之后，对所述晶圆进行干燥处理；干燥的温度为20℃~50℃或120℃~160℃。
8.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：采用如权利要求1至7中任一项所述的晶圆的湿法清洗方法，在采用氢氟酸溶液对一晶圆表面进行清洗之后，溶解去除所述晶圆表面形成的原硅酸。
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