[发明专利]一种多晶硅化学机械研磨后的清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种3D NAND闪存结构制作过程中多晶硅化学机械研磨后的清洗方法。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限，现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及最求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。

同时，为了提高三维(3D)闪存存储器的性能，要求三维(3D)闪存存储器的尺寸日益减小，而由于尺寸日益减小的三维(3D)闪存存储器的多层互连或填充深度较大的沉积过程导致了晶圆(Wafer)表面过大的起伏，降低了整个晶圆上线宽的一致性。因此，在三维(3D)闪存存储器结构的制作过程中，往往要采用化学机械研磨工艺(Chemical Mechanical Polish，CMP)对晶圆表面进行平坦化处理，根据待研磨晶圆类型不同，CMP工艺分为多晶硅研磨(Poly CMP)、硅氧化物研磨(Oxide CMP)、钨研磨(W CMP)和铜研磨(Cu CMP)等。

在多晶硅研磨(Poly CMP)工艺中，化学机械研磨(CMP)后需要进行清洗工艺，以去除残留的研磨液(Slurry)和研磨颗粒物(Particle)等。由于晶圆表面的多晶硅(Poly Si)在空气中容易被氧化并生成厚度约40埃自然氧化层，并且在蚀刻工艺中多晶硅与氧化硅的蚀刻速率相差很大(其速率比可达几十比一)，因此即便多晶硅表面自然氧化层的厚度很薄，也会对蚀刻工艺造成很大的影响。但CMP后的清洗过程对多晶硅表面自然氧化层的形成具有较大的影响，如果清洗后多晶硅表面生成的氧化层厚度不均匀，将直接导致蚀刻工艺后的多晶硅源线的线宽不稳定、不同晶圆表面的氧化层厚度的差异导致晶片间关键尺寸(Critical Dimension，CD)存在较大差异、同晶圆不同位置的氧化层厚度的差异导致晶圆内关键存在较大差异等等各种问题，而这些将影响晶圆的整体良率以及性能。

现有多晶硅在化学机械研磨后的清洗过程通常分为四个步骤，参见图1：

S1：颗粒物清洗，采用一定的清洗剂在(如SC1)兆声波(Megasonic)条件下对晶圆表面进行清洗，用于去除大部分的来自化学机械研磨过程的大污染物颗粒；在清洗剂(SC1)的氧化作用下，多晶硅表面还将生成一层厚度均匀的氧化硅，如下式1)，

Si+2H₂O₂→SiO₂+2H₂O 1)；

S2：第一道刷洗(Brush1)，采用一定的清洗剂如氢氟酸配合刷子对晶圆表面进行刷洗，氢氟酸能有效的去除晶圆表面上的金属氧化物，包括化学机械研磨过程所带来的微小划伤，以及微粒与有机物等；在氢氟酸的作用下，步骤(1)中形成的氧化硅层将被部分或完全去除，如下式2)，

SiO₂+6HF→H₂SiF₆+2H₂O 2)；

S3：第二道刷洗(Brush2)，采用一定的清洗剂如氨水配合刷子对晶圆表面进行刷洗，用于进一步去除晶圆表面残留的较小的颗粒；

S4：旋转润湿干燥(Spinrinse Dry)，润湿剂为超纯水，用于对晶圆表面做最后的清洗，然后对晶圆进行干燥。

但是在上述清洗过程中，由于氢氟酸会破坏步骤(1)中形成的对于多晶硅起到一定保护作用的氧化硅层，从而使得在步骤(3)中多晶硅表面直接暴露于氨水环境下，进而导致多晶硅表面粗糙化(Roughness)甚至产生破坏(Damage)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多晶硅化学机械研磨(CMP)后的清洗方法，能有效清洗CMP后残留和杂质颗粒的同时，减少清洗导致的多晶硅表面粗糙化和破坏，从而获得均匀平整的多晶硅表面，并进而提高3D NAND闪存结构的整体性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种化学机械研磨后的清洗方法，其特征在于包括以下步骤：

颗粒物清洗；

第一道刷洗(Brush1)，采用氨水作为清洗剂配合刷子对晶圆表面进行刷洗；

第二道刷洗(Brush2)，采用氢氟酸溶液作为清洗剂配合刷子对晶圆表面进行刷洗。

进一步的，所述化学机械研磨是对多晶硅膜表面所进行的化学机械研磨。