[发明专利]一种磷酸清洗控制装置及方法

说明书

本发明涉及一种磷酸清洗控制装置及方法，所述装置包括以下结构：第一控制器，其分别与硅监控器、空气阀、第二控制器连接；第二控制器，连接磷酸循环回路和第一控制器，用于控制磷酸循环回路中磷酸药液的排出；硅监控器，连接磷酸循环回路，用于监测磷酸循环回路中的硅浓度，将硅浓度反馈给第一控制器；空气阀，连接第一控制器和磷酸循环回路，控制磷酸循环回路中磷酸药液的补入；磷酸循环回路，自所述空气阀引入磷酸药液，清洗待处理的3D NAND存储器等级层堆栈。本发明的磷酸清洗控制装置及方法，通过自动实时监测并控制硅浓度，便于维护硅浓度，可以消除氧化物层大头现象，从而提高3D NAND等级层堆栈中导体层的填充良率，进而提高器件性能。

技术领域

本发明涉及一种磷酸清洗控制装置及方法，涉及3D NAND存储器制造技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，提出了各种半导体存储器件。相对于常规存储装置如磁存储器件，半导体存储器件具有访问速度快、存储密度高等优点。这当中，NAND结构正受到越来越多的关注。为进一步提升存储密度，出现了多种三维(3D)NAND器件。

如图1A-C所示，是现有技术3D NAND存储器等级层堆栈制造过程示意图。具体包含以下步骤：

(1)如图1A所示，在硅基板101上形成有等级层堆栈103，通过干法/湿法刻蚀形成栅极线狭缝102(Gate Line Slit，GLS)垂直贯穿等级层堆栈103；所述等级层堆栈103由依次间隔形成的氧化物层104和氮化物层105组成。其中氮化物层105可以由氮化硅形成。

(2)如图1B所示，通过干法/湿法刻蚀去除栅极线狭缝102附近的等级层堆栈103中的氮化物层105(例如SiN)，形成凹陷区域106。

(3)如图1C所示，沉积金属钨，以填充步骤(2)后形成的凹陷区域106，形成金属钨层107。

(4)刻蚀金属钨层107，最终形成新的导体/绝缘体等级层堆栈103。

然而上述的传统方法存在以下缺陷：

氮化硅层的去除工艺中会使用到磷酸材料，并且磷酸材料的蚀刻速率与其中的硅浓度相关。如果硅浓度高，则蚀刻速率较低，反之如果硅浓度低则蚀刻速率较高，除了氮化硅，氧化物也会被刻蚀掉。

当蚀刻速率较低时，如图1B所示，在步骤(2)时会生成新的二氧化硅，导致增加多余氧化物(厚度约5-10埃，1埃＝10^-10米)，导致形成氧化物层104的大头现象(图1B的圆圈处所示)，进而会导致在步骤(3)时形成气泡或虚空区108，这是NAND器件制作中不希望出现或者想要避免出现的现象，因为这种气泡或虚空区最终会导致金属钨层开口或电阻值上升，从而严重影响器件性能。

通常这种大头现象很难避免，因为磷酸材料中的硅浓度很难控制，原因是当刻蚀去除氮化硅层时会使得硅浓度上升。

目前3D NAND湿法刻蚀工艺氮化硅层消除研发中用到的磷酸清洗控制装置，如图2所示，使用ELC单片机采用边滴边补充的策略，来控制磷酸药液中的硅浓度。包括采用空气阀控制磷酸充入，使用过滤器、在线加热器、泵的回路循环磷酸药液的使用，实现反复清洗。ELC控制磷酸药液的滴入量。

然而这种装置及清洗控制方法存在以下问题：其根据产品工艺的氮化硅前值来计算ELC滴入或供给的磷酸量以控制硅浓度，并不能实时监测控制磷酸药液中的硅浓度。如果硅浓度控制不好，如前所述，硅浓度太低则会导致氧化层也被刻蚀掉，而如果硅浓度过高则氧化层会出现大头现象，导致后续工艺异常。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是设计一种3D NAND存储器制造过程中的磷酸清洗控制装置及方法，通过自动实时监测并控制硅浓度，可以消除氧化物层大头现象。