半导体结构的清洗方法

半导体结构的清洗方法
【专利摘要】本发明揭示了一种半导体结构的清洗方法，所清洗的半导体结构至少裸露出了硅的氧化物表面和硅的氮化物表面，该清洗方法采用干法清洗工艺，通过气相状态的清洗物质对硅的氧化物表面以及硅的氮化物表面进行清洗，其中，清洗物质包括HF气体和醇的气体。在清洗过程中，控制工艺条件使清洗物质对硅的氮化物表面和对硅的氧化物表面的刻蚀速率相等，从而保证了在实现清洗目的的基础上，清洗之后获得的半导体结构还能具有平整的表面。
【专利说明】
半导体结构的清洗方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体生产和加工的结构清洗领域，更具体地说，涉及一种NAND储存结构的清洗方法。【背景技术】
[0002]NAND闪存是一种比硬盘驱动器更好的存储方案，这在不超过4GB的低容量应用中表现的尤为明显。由于人们持续追求功耗更低、重量更轻和性能更佳的产品，NAND的优势逐渐显现，对追求极致的业内人士有着非凡的吸引力。
[0003]在美好的市场前景的驱使下，行业中对NAND结构进行了不懈的探索，开发出了一层为存储单元、另一层为隔离层的电容结构。而电容的深孔结构由氧化硅构成，隔离层则是由氮化硅构成。但是，这种简单的NAND结构已经不足以满足用户的需求，人们苛刻地要求存储结构的尺寸需要更小，存储容量需要更大，而读写速度需要更快。
[0004]在这一精神的引领下，NAND技术需要继续更新和进步，但路在何方呢？ V-NAND (也即3D-NAND)，通过电荷撷取闪存(charge trap flash)技术制造的3D闪存是 NAND技术引领未来的必由之路。V-NAND技术，简而言之，就是不再缩小cell单元，而是通过3D堆叠技术将氧化硅和氮化硅多层堆叠，以封装更多的cell单元。
[0005]采用这样的3D-NAND结构，在多层氮化硅和氧化硅薄膜结构刻蚀完成以后，需要对刻蚀后的表面进行清洗和处理，以便去除掉刻蚀产生的颗粒污染。此时的氧化硅材料和氮化硅材料的表面均裸露在外面，并层层堆叠，如此一来，原有的湿法清洗工艺的应用就受到了限制:首先，随着深宽比、液体张力等因素增大的影响，部分存储结构出现倒塌；另外， 一般来讲液体的蚀刻速率要高于气体，对不同材料的选择比差别较大，而且液体反应较快，难以精确调节。比如，湿法清洗中的氢氟酸(HF)清洗对氧化硅和氮化硅的选择比很难达到1:1，这样，NAND结构在经过含有氢氟酸的清洗液清洗之后，会形成不平整的内表面， 影响后续工艺。
[0006]图1展示了带有3D-NAND结构的存储器件在经历了现有技术中的湿法清洗后内表面不平整的结果。该NAND结构由下至上分别是栅极101、氧化硅102和氮化硅103,结构的中部开有深孔，深孔的侧壁即为裸露的氧化硅102的表面和氮化硅103的表面。对比图 1的清洗前状态和图1的清洗后状态，可以明显的看出，经历了湿法清洗后的深孔被不均匀的拓宽，这主要是因为湿法清洗中的清洗液能够对深孔侧壁的结构进行一定的微刻蚀，这种微刻蚀会造成深孔内壁很不平整。
【发明内容】

[0007]针对现有技术中存在的问题，有必要开发出一种新的清洗方法，在不降低清洗效果的前提下，消除张力影响，避免倒塌；并通过良好的选择比修整出理想的、平坦化的结构表面。
[0008] 为了达到上述目的，本发明提供了一种半导体结构的清洗方法，具体方案如下:
[0009]—种半导体结构的清洗方法，半导体结构至少裸露出了硅的氧化物表面和硅的氮化物表面，采用干法清洗工艺，通过气相状态的清洗物质对硅的氧化物表面以及硅的氮化物表面进行清洗，清洗物质包括HF气体和醇的气体。
[0010]可选地，醇为甲醇、乙醇、异丙醇或它们的任意混合。
[0011]可选地，干法清洗工艺中，通过调节工艺条件中的温度、压强及流量，使清洗物质对硅的氧化物表面的刻蚀速率与清洗物质对硅的氮化物表面的刻蚀速率相差在5%以内。
[0012]优选地，干法清洗工艺中，通过调节工艺条件中的温度、压强及流量，使清洗物质对硅的氧化物表面的刻蚀速率与清洗物质对硅的氮化物表面的刻蚀速率相等。
[0013]进一步地，硅的氧化物表面与硅的氮化物表面依次交替的堆叠多层。
[0014]可选地，干法清洗工艺中，工艺温度在50_75°C的范围内选取。
[0015]可选地，干法清洗工艺中，HF气体的流量控制在l_500sccm。
[0016]可选地，干法清洗工艺中，醇的气体的流量控制在l_400sccm。
[0017]可选地，干法清洗工艺中，工艺压强控制在0.01torr-400torr。
[0018]优选地，清洗物质中还包括氮气、氦气或氩气。
[0019]采用本发明所提供的技术方案，能够消除张力影响，避免了 NAND结构倒塌；且通过调节清洗的工艺参数，还能控制刻蚀气体的选择比，修整出理想的结构表面。
【附图说明】
[0020]图1揭不了米用湿法工艺对3D-NAND结构进彳丁清洗的不意图；
[0021]图2揭示了 HF气体对氮化硅、氧化硅的刻蚀速率随温度变化的曲线图；
[0022]图3揭示了根据本发明的半导体结构的清洗方法的第一实施方式的示意图；
[0023]图4揭示了根据本发明的半导体结构的清洗方法的第二实施方式的示意图；
[0024]图5揭示了根据本发明的半导体结构的清洗方法的第三实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】进一步地描述本发明的技术方案:
[0026]本发明采用干法工艺对NAND结构进行清洗，通过控制工艺条件，使清洗物质对氧化硅结构和氮化硅结构的刻蚀速率尽可能趋同，从而保证清洗结束后NAND结构的表面仍然保持平整。
[0027]根据上述原理，在其他工艺条件一定的情况下，以HF气体为主的清洗物质在对氮化硅结构和氧化硅结构进行刻蚀时二者的刻蚀速率通常存在差异。如果以温度为变量，刻蚀速率为应变量，则两种结构的刻蚀速率随温度变化的一般规律可以反映为图2中所示的情形。其中的实线201对应于清洗物质对氧化硅的刻蚀速率，其中的虚线202对应于清洗物质对氮化硅的刻蚀速率。图中可以看到，在不同温度下，清洗物质对氮化硅和氧化硅的刻蚀速率各不相同，在温度较低的初始状态下，清洗物质对氧化硅的刻蚀速率明显高于清洗物质对氮化硅的刻蚀速率；而随着温度的升高，实线201逐渐走低，虚线202有所爬升，最终两条线相交于A点，这也就意味着其他条件一定时，在A点所对应的温度下，清洗物质对氮化硅的刻蚀速率与对氧化硅的刻蚀速率相同。
[0028]虽然压强和流量的改变会影响交点A所具体对应的温度值，但经过实验得出，该交点A存在的话，其对应的温度一定落在50°C -75°C的区间内。所以，如果在类似于A点所确定的工艺条件下实施干法清洗工艺，NAND结构中深孔的侧壁将被较为均匀地微刻蚀，那么最终清洗工艺结束后，得到的NAND结构的表面就可以非常平整，对开展后续工艺非常有利。
[0029]由于在各项工艺条件中，保持流量和气压恒定、以温度作为变量进行调节的方案比较容易实施，所以在【具体实施方式】中较多的涉及到该类方案的阐释。以本发明的第一实施方式为例，参考图3所示的NAND结构的清洗工艺，在该清洗过程中，采用的是干法清洗工艺，所使用到的清洗物质为HF气体和甲醇气体的混合气体，其中HF气体主要用于微刻蚀， 而甲醇气体在其中主要起催化作用。被清洗的NAND结构堆叠的并不太高，除了具有栅极 301外，仅在栅极301上方具有一层氧化硅层302和氮化硅层303,氧化硅层302和氮化硅层303构成了 NAND结构的深孔，在该深孔的侧壁处裸露。
[0030]第一实施方式中将工艺压强恒定在400torr，通入的HF气体的流量为500sccm， 甲醇气体的流量为lsccm，二者共同构成工艺中的清洗物质。在此确定的压强和流量下，调节温度使HF气体对氧化硅层302的刻蚀速率与HF气体对氮化硅层303的刻蚀速率相接近， 在工艺进行到足够长的时间之后即可在不破坏NAND结构表面平整性的前提下实现清洗目的。其中，工艺温度选取的区间在50°C-75°C。由于HF气体对两不同物质层的刻蚀速率完全相等是太过理想的状态，并不一定能准确的达到或保持，因此在表面平整度允许的范围之内，实际操作中只要HF气体对二者的刻蚀速率相差在5%的范围以内时，例如HF气体对氧化硅层302的刻蚀速率设为lv，而对氮化硅层303的刻蚀速率在0.95v以上、1.05v以下， 都认为清洗后的结果是符合要求。
[0031]图4进一步揭示了采用干法清洗工艺的第二实施方式，对多层的3D-NAND结构进行处理的过程。与第一实施方式相比，本实施方式中所清洗的NAND结构更加复杂，以栅极 401为基础，在其上依次地上下交替堆叠了 n层氧化硅层402和氮化硅层403,但这并不影响采用本发明技术方案对其进行清洗处理。而在本实施方式的清洗过程中，使用的清洗物质主要包括起刻蚀作用的HF气体、起催化作用的异丙醇气体，除此之外，还包括了作为载气的氮气。加入的氮气能够以一定的流速带动HF气体和异丙醇气体向NAND结构运动，加快了它们的扩散速度。
[0032]在本发明的第二实施方式中，对工艺条件进行了较为精确的控制，从而达到了 HF 气体对氧化硅层402的刻蚀速率与HF气体对氮化硅层403的刻蚀速率恰好相等的状态。 此工艺条件具体为:压强设定为0.5torr，HF气体的流量为5〇SCCm，异丙醇气体的流量为 200sccm，氮气的流量为700sccm，工艺温度维持在55°C。在这样的条件下，HF气体对氧化硅层402的刻蚀速率与HF气体对氮化硅层403的刻蚀速率恰好相等。在此条件下进行干法清洗，得到的3D-NAND结构的表面将非常均匀、平整。
[0033]本发明还提供了第三实施方式，可参考图5所示。第三实施方式中的NAND结构与图3所示的第一实施方式中的NAND结构相同，同样包括栅极501和其上的一层氧化硅层 502、一层氮化硅层503。不过，在其干法清洗工艺中，所选用的清洗物质有所不同，该清洗物质包括了 HF气体、醇类气体和氮气，其中的醇类气体是甲醇和乙醇的混合气体。同时，相较于第一实施方式，清洗过程中的工艺条件也发生了变化:HF气体的流量为lsccm，甲醇和乙醇的混合气体的流量为400sccm，氮气的流量为2000sccm，同时在50-75°C的范围内选取一温度，通过调节压强使HF气体对氧化硅层502的刻蚀速率与HF气体对氮化硅层503的刻蚀速率相等，从而清洗并获得均匀、平整的表面。由于本实施方式中HF气体的流量非常稀薄，所以清洗的时间可能会非常之长，但由于刻蚀速率相同，在足够长时间的清洗之后，同样能够得到洁净且平整的NAND结构，从而实现发明目的。
[0034]需要注意的是，本发明工艺条件中的压强宜在0.01torr-400torr的范围内选取或调节，如果超出该范围，有可能导致图2中所表现的规律得不到满足，实线201和虚线202的图像发生改变，甚至二者没有交点；也即超过上述压强范围，有可能导致无论如何调节温度和流量，都不能使HF气体对氧化硅层的刻蚀速率与HF气体对氮化硅层的刻蚀速率相等，从而导致发明目的无法实现。
[0035]显然，本发明的保护范围是较为宽泛且不以【具体实施方式】为限的，即使对上述内容进行形式或条件上的改变，也不会够脱离本发明的精神实质的。
【主权项】
1.一种半导体结构的清洗方法，所述半导体结构至少裸露出了硅的氧化物表面和硅的氮化物表面，其特征在于，采用干法清洗工艺，通过气相状态的清洗物质对所述硅的氧化物表面以及所述硅的氮化物表面进行清洗，所述清洗物质包括HF气体和醇的气体。2.根据权利要求1所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述的醇为甲醇、乙醇、异丙醇或它们的任意混合物。3.根据权利要求1所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺中，通过调节工艺条件中的温度、压强及流量，使所述清洗物质对所述硅的氧化物表面的刻蚀速率与所述清洗物质对所述硅的氮化物表面的刻蚀速率相差在5%以内。4.根据权利要求1所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺中，通过调节工艺条件中的温度、压强及流量，使所述清洗物质对所述硅的氧化物表面的刻蚀速率与所述清洗物质对所述硅的氮化物表面的刻蚀速率相等。5.根据权利要求1所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述硅的氧化物表面与所述硅的氮化物表面依次交替的堆叠多层。6.根据权利要求3或4所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺中，工艺温度在50-75°C的范围内选取。7.根据权利要求3或4所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺中，HF气体的流量控制在l-500sccm。8.根据权利要求3或4所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺中，所述醇的气体的流量控制在l_400sccm。9.根据权利要求3或4所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述干法清洗工艺中，工艺压强控制在0.01torr-400to;r;r。10.根据权利要求1所述的半导体结构的清洗方法，其特征在于，所述清洗物质中还包括氮气、氦气或氩气。
【文档编号】H01L21/02GK105990096SQ201510081881
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月15日
【发明人】贾照伟, 王坚, 王晖
【申请人】盛美半导体设备（上海）有限公司