本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種避免多晶硅刻蝕殘留的方法及分柵快閃存儲器制造方法。

背景技術(shù)：

半導體芯片制造過程中，多晶硅常用來做器件產(chǎn)品的柵極，現(xiàn)有的一種典型的用于制作存儲柵極的多晶硅刻蝕工藝包括以下步驟：首先，在半導體襯底晶圓表面依次形成柵氧化層、多晶硅層以及氮化硅硬掩膜層；然后，對所述氮化硅硬掩膜層進行刻蝕，并進行后清洗(POST CLEAN)；接著，對多晶硅層進行刻蝕，以形成存儲柵極。所述后清洗過程具體如下：通常先將晶片放置到稀釋的HF(氫氟酸)清洗槽中進行一段時間的清洗，然后在將晶片轉(zhuǎn)移到APM(即氨水與雙氧水混合液)清洗槽中進行一段時間的清洗，從而希望徹底去除對氮化硅硬掩膜層刻蝕殘留。然而，由于從HF清洗槽轉(zhuǎn)移出來時，晶片表面為疏水性的，暴露的多晶硅層表面容易附著水印物質(zhì)(water mark defect)，且在晶片被放入到APM清洗槽之前，會不可避免的暴露在空氣中一段時間，該水印物質(zhì)會與空氣中的氧等發(fā)生反應，轉(zhuǎn)化為難以去除的物質(zhì)(如圖1A所示)，當晶片經(jīng)過APM清洗槽清洗后，多晶硅層表面仍殘留有該物質(zhì)，在這種物質(zhì)的遮擋下，對多晶硅刻蝕而形成柵極時，容易造成多晶硅的多晶硅殘留(Poly residue)，造成器件單元失效，而且晶片邊緣暴露在空氣中時間更長地方的多晶硅殘留情況尤為嚴重，如圖1B所示。

因此，需要一種避免多晶硅刻蝕工藝中多晶硅殘留的方法及分柵快閃存儲器制造方法，能夠避免濕法清洗步驟中由于轉(zhuǎn)移清洗槽而產(chǎn)生的多晶硅殘留問題，以提高器件芯片的成品率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種避免多晶硅刻蝕殘留的方法及分柵快閃存儲器制造方法，能夠避免濕法清洗步驟中由于轉(zhuǎn)移清洗槽而產(chǎn)生的多晶硅殘留問題，以提高器件芯片的成品率。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種避免多晶硅刻蝕殘留的方法，包括：

提供一具有待刻蝕的多晶硅層表面的晶片，所述待刻蝕的多晶層表面通過移除硬掩膜層而暴露出來；

將所述晶片置于盛有酸性清洗液的清洗槽中進行清洗；

將所述清洗槽中的酸性清洗液替換為常溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗；

采用溫度高于所述常溫堿性清洗液的高溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗。

進一步的，所述酸性清洗液為氫氟酸溶液。

進一步的，所述堿性清洗液為氨水、雙氧水和水混合而成的溶液。

進一步的，所述堿性清洗液中雙氧水、氨水和水的體積比為1:2:20～1:2:100。

進一步的，所述高溫堿性清洗液與所述常溫堿性清洗液不在同一個清洗槽中。

進一步的，所述晶片被所述常溫堿性清洗液清洗的時間短于被所述高溫堿性清洗液清洗的時間。

進一步的，所述晶片被所述常溫堿性清洗液清洗的時間為40s～200s，被所述高溫堿性清洗液清洗的時間為400s～1000s。

進一步的，所述常溫堿性清洗液的溫度為15℃～40℃。

進一步的，所述高溫堿性清洗液的溫度為50℃～100℃。

本發(fā)明還提出一種分柵快閃存儲器制造方法，包括：

提供半導體襯底晶圓，所述半導體襯底晶圓上依次形成有浮柵氧化層、浮柵多晶硅層以及浮柵硬掩膜層，且所述半導體襯底晶圓上還設有貫穿浮柵硬掩膜層、浮柵多晶硅層和浮柵氧化層的溝槽，所述溝槽兩內(nèi)側(cè)形成有側(cè)墻，所述側(cè)墻之間形成有與所述半導體襯底晶圓相連的源線多晶硅；

刻蝕去除所述浮柵氮化硅層，暴露出所述浮柵多晶層，以獲得一具有待刻蝕的多晶硅層表面的晶片；

采用上述的避免多晶硅刻蝕殘留的方法對所述晶片表面進行清洗；

對清洗后的晶片的浮柵多晶硅層進行刻蝕，以形成浮柵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方法具有以下有益效果：

先將晶片置于盛有酸性清洗液的清洗槽進行清洗，然后直接將所述清洗槽中的酸性清洗液替換為常溫堿性清洗液，而避免晶片轉(zhuǎn)移清洗槽，同時將暴露的多晶硅表面由疏水性變?yōu)橛H水性，可以避免多晶硅表面附著難以去除的物質(zhì)，使得多晶硅表面在高溫堿性清洗液中被清洗干凈，在后續(xù)刻蝕過程中不會由于清洗后殘留物質(zhì)的遮擋而產(chǎn)生多晶硅殘留的問題，從而大大提高了器件芯片的成品率。

附圖說明

圖1A是現(xiàn)有的多晶硅刻蝕工藝中多晶硅殘留的SEM圖；

圖1B是現(xiàn)有的多晶硅刻蝕工藝中多晶硅殘留的晶片表面缺陷分布圖；

圖1C是現(xiàn)有技術(shù)中制備分柵快閃存儲器的浮柵過程中的器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2是本發(fā)明具體實施例的分柵快閃存儲器制造方法流程圖；

圖3A至3C是圖2所示的分柵快閃存儲器制造方法中的器件結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明具體實施例的分柵快閃存儲器晶片表面的缺陷分布圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的說明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實現(xiàn)，不應只是局限在所述的實施例。

下面以分柵快閃存儲器的浮柵刻蝕為例，來詳細說明本發(fā)明提出的分柵快閃存儲器制造方法以及避免多晶硅刻蝕的方法。

近年來，在存儲器件中，快閃存儲器(flash memory，簡稱閃存)的發(fā)展尤為迅速，其主要特點是在不加電的情況下能長期保持存儲的信息；且具有集成度高、存取速度快、易于擦除和重寫等優(yōu)點，因而在微機、自動化控制等多項領(lǐng)域得到了廣泛的應用。一般而言，快閃存儲器包括兩種基本結(jié)構(gòu)：柵極疊層(stackgate)和分柵(splitgate)結(jié)構(gòu)。請參考圖1C，圖1C為制備分柵快閃存儲器浮柵時的剖面示意圖，包括：半導體襯底晶圓100、形成在半導體襯底晶圓100上的浮柵氧化層101、形成在浮柵氧化層101上的浮柵多晶硅層102，形成在浮柵多晶硅層102上的側(cè)墻104、105以及形成在側(cè)墻104、105之間的源線多晶硅(SourcePoly)106。通常工藝下，浮柵多晶硅層102的表面會形成浮柵氮化硅層103，用于提供形成側(cè)墻104、105以及源線多晶硅106的開口，并作為硬掩膜層保護其下方覆蓋的浮柵多晶硅層102，在形成浮柵時，需要先刻蝕去除側(cè)墻104外側(cè)的浮柵氮化硅層103，再進行清洗工藝，然后再對浮柵多晶硅層102進行刻蝕以形成浮柵，然后再沉積形成隧穿氧化層，接著再形成字線(WordLine)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，在刻蝕去除側(cè)墻104外側(cè)的浮柵氮化硅層103之后，對暴露出的器件表面進行清洗的工藝一般如下：通常先將晶片放置到HF清洗槽中進行一段時間的清洗，然后再將晶片轉(zhuǎn)移到APM(即氨水與雙氧水混合液)清洗槽中進行一段時間的清洗，以期獲得潔凈的浮柵多晶硅層102刻蝕表面。然而，由于從HF清洗槽轉(zhuǎn)移出來時，晶片表面為疏水性的，暴露的浮柵多晶硅層102表面容易附著水印物質(zhì)(water mark defect)，且在晶片被放入到APM清洗槽之前，會不可避免的暴露在空氣中一段時間，該水印物質(zhì)會與空氣中的氧等發(fā)生反應，轉(zhuǎn)化為難以去除的物質(zhì)(如圖1A所示)，當晶片經(jīng)過APM清洗槽清洗后，多晶硅層表面仍殘留有該物質(zhì)，在這種物質(zhì)的遮擋下，對浮柵多晶硅層102刻蝕而形成浮柵時，容易造成側(cè)墻104外側(cè)出現(xiàn)不必要的浮柵多晶硅層102殘留(FG Poly residue)，不能形成性能良好的浮柵，這些多晶硅殘留會造成分柵快閃存儲器的存儲單元失效，會對產(chǎn)品的良率造成影響。

請參考圖2，本發(fā)明提供一種分柵快閃存儲器制造方法，包括：

S1，提供半導體襯底晶圓，所述半導體襯底晶圓上依次形成有浮柵氧化層、浮柵多晶硅層以及浮柵硬掩膜層，且所述半導體襯底晶圓上還設有貫穿浮柵硬掩膜層、浮柵多晶硅層和浮柵氧化層的溝槽，所述溝槽兩內(nèi)側(cè)形成有側(cè)墻，所述側(cè)墻之間形成有與所述半導體襯底晶圓相連的源線多晶硅；

S2，刻蝕去除所述浮柵氮化硅層，暴露出所述浮柵多晶層，以獲得一具有待刻蝕的多晶硅層表面的晶片；

S3，將所述晶片置于盛有酸性清洗液的清洗槽中進行清洗；

S4，將所述清洗槽中的酸性清洗液替換為常溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗；

S5，采用溫度高于所述常溫堿性清洗液的高溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗；

S6，對清洗后的浮柵多晶層進行刻蝕，以形成浮柵。

請參考圖3A，在步驟S1中，首先，提供半導體襯底晶圓300，并在所述半導體襯底晶圓上依次形成浮柵氧化層301、浮柵多晶層302、浮柵硬掩膜層303以及具有浮柵圖案的圖形化光刻膠層(未圖示)。其中，所述半導體襯底晶圓300可以是硅襯底、硅鍺襯底、碳化硅襯底、絕緣體上硅(SOI)襯底、絕緣體上鍺(GOI)襯底、玻璃襯底或III-V族化合物襯底(例如氮化硅襯底或砷化鎵襯底)、碳化硅襯底或其疊層結(jié)構(gòu)，或金剛石襯底，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他半導體材料襯底等。浮柵氧化層301用于隔離半導體襯底晶圓300與浮柵多晶硅層302，其厚度可以根據(jù)具體的工藝需求而定，浮柵氧化層301可以采用沉積工藝形成，例如化學氣相沉積工藝(CVD)，當半導體襯底晶圓300的材料為硅時，浮柵氧化層301的形成工藝還可以是熱氧化工藝；浮柵多晶層302可以采用沉積工藝形成，例如化學氣相沉積工藝，能夠俘獲或失去電子，從而能夠使最終形成的分柵式閃存器件具有存儲以及擦除功能；浮柵硬掩膜層303可以氮化硅層或者氮氧化硅層，厚度可以為1500埃～4500埃，可以采用沉積工藝形成，例如化學氣相沉積工藝。圖形化光刻膠層通過涂覆、曝光、顯影等光刻工藝形成，用于定義浮柵形成的位置，可以為單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)，單層結(jié)構(gòu)時可僅僅包括光刻膠層，多層結(jié)構(gòu)時可以包括覆蓋浮柵硬掩膜層303的底部抗反射層、位于底部抗反射層上的光刻膠層以及位于光刻膠層上的頂部抗反射層。然后，以所述圖形化光刻膠層為掩膜，干法刻蝕浮柵硬掩膜層303至浮柵多晶硅層302表面，將圖形化光刻膠層的圖形轉(zhuǎn)移到浮柵硬掩膜層303，即在浮柵多晶硅層302上形成圖形分立的浮柵硬掩膜層303，剩余的浮柵硬掩膜層303所覆蓋的區(qū)域為后續(xù)字線多晶硅層形成的區(qū)域，本步驟中，優(yōu)選的，對浮柵硬掩膜層303進行一定的過刻蝕，使刻蝕停止在浮柵多晶硅層302的一定深度，使暴露出的所述浮柵多晶硅層302形成弧形表面，為后面浮柵頂部的浮柵尖端的最終形成做好準備；接著，通過干法去膠工藝或者濕法去膠工藝去除所述圖形化光刻膠層；然后，在浮柵硬掩膜層303表面和暴露出的浮柵多晶硅層302表面上沉積側(cè)墻薄膜層，并對側(cè)墻薄膜層進行刻蝕直至暴露出底部的部分浮柵多晶硅層302表面，以在浮柵硬掩膜層303和浮柵多晶硅層302的開口內(nèi)側(cè)壁上形成側(cè)墻304；然后，以側(cè)墻304為掩膜，采用干法刻蝕工藝刻蝕側(cè)墻304底部暴露的浮柵多晶層302和浮柵氧化層301至半導體襯底晶圓300表面，接著，在側(cè)墻304及其下方的浮柵多晶層302、浮柵氧化層301的側(cè)壁上形成側(cè)墻305，側(cè)墻304和側(cè)墻305構(gòu)成浮柵側(cè)墻，側(cè)墻305在后續(xù)的半導體襯底晶圓300的源區(qū)離子注入過程中能夠保護浮柵多晶層302及浮柵氧化層301不受損傷。然后，以側(cè)墻304和側(cè)墻305為掩膜，對下方暴露出的半導體襯底晶圓300進行離子注入，形成源區(qū)(圖未示)，并在形成源區(qū)后，在堆疊的浮柵硬掩膜層303、浮柵多晶硅層302以及浮柵氧化層301之間形成源線多晶硅層306，源線多晶硅層306具體地形成工藝可以為：采用化學氣相沉積在浮柵硬掩膜層303表面以及源區(qū)表面沉積多晶硅薄膜層；采用化學機械拋光工藝或回刻蝕工藝去除高于所述浮柵硬掩膜層303表面的所述多晶硅薄膜層，再對所述多晶硅薄膜層進行摻雜(也可以在多晶硅薄膜層的形成過程中采用原位摻雜)，形成源線多晶硅層306。此外，源線多晶硅層306的形成工藝還可以為：采用選擇性外延沉積工藝，以半導體襯底晶圓300的源區(qū)表面作為生長單晶硅的種子層，由源區(qū)表面逐漸向上方外延生長源線多晶硅層306，直至填滿側(cè)墻304和側(cè)墻305連通的開口。精確控制所述源線多晶硅層306的高度能夠精準控制后續(xù)形成的字線多晶硅層以及字線多晶硅層外側(cè)的字線側(cè)墻的關(guān)鍵尺寸。

請參考圖3B，在步驟S2中，可以采用磷酸等濕法刻蝕工藝去除側(cè)墻304外側(cè)的浮柵硬掩膜層，以暴露出下方的浮柵多晶硅層302，以用于后續(xù)刻蝕形成浮柵。

由于去除浮柵硬掩膜層后，暴露出的浮柵多晶硅層302表面可能會存在顆粒殘留或者顆粒污染，因此需要對其進行清洗，以獲得表面潔凈的浮柵多晶硅層302。因此，請繼續(xù)參考圖3B，先執(zhí)行步驟S3：將所述晶片置于盛有酸性清洗液的清洗槽中進行清洗，該步驟中使用的酸性清洗液可以為稀釋的氫氟酸溶液(DHF)，所述稀釋的氫氟酸為質(zhì)量百分比為49％的HF溶液與H₂O以1：x的體積比混合而成，其中50≤x≤500。本次清洗的主要目的是去除浮柵多晶層302表面由于暴露在空氣中而形成的自然氧化層以及去除浮柵多晶層302表面由于移除浮柵掩膜層而受到的機械損傷，本次清洗的溫度為常溫，清洗時間控制在70s以內(nèi)，例如為40-100s。接著，執(zhí)行步驟S4：將所述清洗槽中的酸性清洗液替換為常溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗，本次清洗不需要轉(zhuǎn)移晶片，從而可以較好地將晶片表面的疏水性轉(zhuǎn)化為親水性，避免出現(xiàn)水印(wafer mark)以及避免轉(zhuǎn)移晶片造成水印變?yōu)殡y以去除的物質(zhì)，本步驟中的常溫堿性清洗液可以為氨水、雙氧水和水混合而成的溶液，混合溶液中雙氧水、氨水和去離子水的體積比為1:2:20～1:2:100(例如為1:2:50)，溫度為15℃～40℃(例如為25℃～30℃)，清洗時間為40s～200s(例如為80s)。最后，再執(zhí)行步驟S5：采用溫度高于所述常溫堿性清洗液的高溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗，由于經(jīng)過步驟S4后浮柵多晶層302表面以及晶片其余的暴露表面均為親水性，其易于與高溫堿性清洗溶液接觸，進而使殘留于介質(zhì)層浮柵多晶層302表面等處的聚合物和污染物可以很容易的隨高溫堿性清洗溶液一起去除，從而提高晶圓清洗的效果，晶圓清洗的良率高，本步驟的清洗時間可以比步驟S4的清洗時間長；其中，所述高溫堿性清洗液的溫度為50℃～100℃(例如為75℃～85℃)，清洗的時間為400s～1000s(例如為750s)，且所述高溫堿性清洗液與所述常溫堿性清洗液不在同一個清洗槽中，此時高溫堿性清洗液的成分可以與所述常溫堿性清洗液相同，也可以不同，這種情況下在執(zhí)行步驟S5時，需要將晶片從常溫堿性清洗液所在的清洗槽轉(zhuǎn)移到高溫堿性清洗液所在的清洗槽中。

較佳的，在步驟S5結(jié)束后，用去離子水沖洗所述晶圓，并通過旋轉(zhuǎn)甩干或氮氣吹干等干燥方式對所述晶片進行干燥，干燥的持續(xù)時間可以為3分鐘～5分鐘。較佳的，步驟S3、S4、S5中均伴有超聲或者兆聲振動，以使晶片表面的污染物等掉落到清洗槽中。

請參考圖3C，經(jīng)過步驟S3、S4、S5的多步清洗后，浮柵多晶硅層302用于形成浮柵的待刻蝕表面非常潔凈，基本上沒有殘留物質(zhì)遮擋，因此，在步驟S6中，以側(cè)墻304為掩膜，干法刻蝕側(cè)墻304外側(cè)暴露出的浮柵多晶硅層302以及浮柵氧化層301至半導體襯底晶圓300表面時，側(cè)墻304外側(cè)不會出現(xiàn)不必要的浮柵多晶硅層302殘留，從而可以形成性能良好的存儲浮柵。

在步驟S6之后，可以接著在浮柵多晶層302的外側(cè)以及半導體襯底晶圓300表面形成隧穿氧化層(未圖示)，用于電性隔離浮柵多晶硅層302與后續(xù)形成的字線多晶硅層以及隔離字線多晶硅層與半導體襯底晶圓300表面；然后，在具有隧穿氧化層的整個器件表面沉積多晶硅層，并刻蝕該多晶硅層，以在隧穿氧化層表面上以及側(cè)墻304側(cè)面上形成字線多晶硅層(未圖示)；之后，可以在具有字線多晶硅層的器件表面沉積字線側(cè)墻材料，并刻蝕字線側(cè)墻材料，以在字線多晶硅層和隧穿氧化層的側(cè)面形成字線側(cè)墻。

我們還對應用本發(fā)明的分柵快閃存儲器制造方法而獲得分柵快閃存儲器晶片進行了缺陷檢測，如圖4所示。對比圖1B所示的現(xiàn)有技術(shù)下的分柵快閃存儲器晶片表面缺陷分布圖和圖4所示的應用本發(fā)明的分柵快閃存儲器制造方法而獲得分柵快閃存儲器晶片表面缺陷分布圖，顯然，應用本發(fā)明的分柵快閃存儲器制造方法而獲得分柵快閃存儲器晶片表面的缺陷大大減少，產(chǎn)品良率大大提高。

需要說明的是步驟S3、S4、S5中晶片清洗方法不僅僅可以分柵快閃存儲器的制造，還可以用于任何一具有通過移除硬掩膜層而暴露出來的待刻蝕的多晶硅層表面的晶片，以用于提供潔凈的多晶層刻蝕表面，避免由于移除硬掩膜層后的清洗工藝產(chǎn)生的水印殘留物在多晶硅刻蝕中造成遮擋而產(chǎn)生多晶硅殘留。因此，本發(fā)明還提供一種避免多晶硅刻蝕殘留的方法，包括：

首先，提供一具有待刻蝕的多晶硅層表面的晶片，所述待刻蝕的多晶層表面通過移除硬掩膜層而暴露出來；

接著，將所述晶片置于盛有酸性清洗液的清洗槽中進行清洗；

然后，將所述清洗槽中的酸性清洗液替換為常溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗；

之后，采用溫度高于所述常溫堿性清洗液的高溫堿性清洗液，對所述晶片繼續(xù)清洗。

較佳的，所述酸性清洗液為稀釋的氫氟酸溶液。

較佳的，所述常溫堿性清洗液或所述高溫堿性清洗液為氨水、雙氧水和水混合而成的溶液。

較佳的，所述常溫堿性清洗液或所述高溫堿性清洗液中雙氧水、氨水和水的體積比為1:2:20～1:2:100。

較佳的，所述高溫堿性清洗液與所述常溫堿性清洗液不在同一個清洗槽中。

較佳的，所述晶片被所述常溫堿性清洗液清洗的時間短于被所述高溫堿性清洗液清洗的時間，例如，所述晶片被所述常溫堿性清洗液清洗的時間為40s～200s，被所述堿性清洗液清洗的時間為400s～1000s。

較佳的，所述常溫堿性清洗液的溫度為15℃～40℃，而所述高溫堿性清洗液的溫度為50℃～100℃。

綜上所述，本發(fā)明的避免多晶硅刻蝕殘留的方法以及分柵快閃存儲器制造方法，先將晶片置于盛有酸性清洗液的清洗槽進行清洗，然后直接將所述清洗槽中的酸性清洗液替換為常溫堿性清洗液，而避免晶片轉(zhuǎn)移清洗槽，同時將暴露的多晶硅表面由疏水性變?yōu)橛H水性，可以避免多晶硅表面附著難以去除的物質(zhì)，使得多晶硅表面在高溫堿性清洗液中被清洗干凈，在后續(xù)刻蝕過程中不會由于清洗后殘留物質(zhì)的遮擋而產(chǎn)生多晶硅殘留的問題，從而大大提高了器件芯片的成品率。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。