專利名稱：一種半導體結構形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，特別涉及一種半導體結構形成方法。
背景技術：
金屬-氧化物-半導體晶體管(M0S晶體管)是構成集成電路尤其是超大規模集成電路的主要器件之一。自MOS晶體管發明以來，其幾何尺寸按照摩爾定律一直在不斷縮小，目前其特征尺寸已發展進入深亞微米以下。在此尺度下，器件的幾何尺寸按比例縮小變得越來越困難。另外，在MOS晶體管器件及其電路制造領域，最具挑戰性的是傳統CMOS工藝在器件按比例縮小過程中，由于多晶硅或者二氧化硅柵介質層高度減小所帶來的從柵極向襯底的漏電流問題。為解決上述漏電問題，目前MOS晶體管工藝中，采用高K柵介質材料代替傳統的二氧化硅柵介質，并使用金屬作為柵電極，兩者配合使用以避免柵極損耗以及硼滲透所導致的漏電流問題。另外，在公開號為CN101438389A的中國專利申請提供一種具有金屬柵極的半導體結構的形成方法，包括提供襯底，所述襯底正面形成有替代柵結構、以及與所述替代柵結構齊平的層間介質層；除去所述替代柵結構后形成開口 ；并在所述開口內的襯底表面依次形成高k介質層和填充滿所述開口的金屬層。所述高k介質層和金屬層構成金屬柵。但是在形成高k介質層和金屬層的時候，會同時在襯底的背面的邊緣處形成高k介質層和金屬層。為了去除位于襯底背面的高k介質層和金屬層，需要在形成高k介質層和金屬層之后，先采用酸性溶液清洗襯底背面；再進行后續工藝。對于在晶片背部的清洗方法，在公開號為US2010/0313915A1的專利中有所披露。 但是在實際工藝中發現，在采用酸性溶液清洗襯底背面之后，在后續工藝中容易在位于襯底上的半導體結構表面形成大量顆粒，從而影響所形成的半導體結構的性質。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種半導體結構形成方法，以解決現有技術在采用酸性溶液清洗襯底背面之后，容易在后續工藝中在位于襯底正面的半導體結構的表面形成大量顆粒，從而影響所形成的半導體結構的性質的問題。為解決上述問題，本發明的實施例提供一種半導體結構形成方法，包括提供襯底，所述襯底正面形成有半導體結構；采用酸性溶液清洗所述襯底背面的含金屬離子或原子的殘留；清洗后，對所述襯底的背面進行氧化處理，修復酸洗造成的缺陷。可選地，所述氧化處理的氧化劑為雙氧水或者臭氧的水溶液。可選地，所述氧化處理在室溫下進行。可選地，所述半導體結構包括位于襯底表面的高k介質層和/或金屬層。可選地，所述酸性溶液為氫氟酸和硝酸的混合溶液。可選地，清洗所述襯底的背面與氧化處理所述襯底的背面在同一機臺內進行。
可選地，清洗所述襯底的背面與氧化處理所述襯底的背面不同機臺內進行。可選地，在氧化處理之前，先在進行氧化處理的機臺里，采用氫氟酸對所述襯底的背面進行清洗。可選地，所述氫氟酸的質量濃度為40% -50%。可選地，，所述硝酸的質量濃度是40% -50%。與現有技術相比，本發明的實施例具有以下優點在采用酸性溶液清洗所述襯底的背面之后，對所述襯底的背面進行氧化處理，所述氧化處理可以修復酸性溶液清洗過程中在襯底背面造成的腐蝕性缺陷，比如將襯底背面的硅-硅斷鍵氧化，形成硅-氧鍵。因為襯底背面的缺陷被修復，所以襯底背面不容易吸附環境中的顆粒物質，從而避免了在后續工藝中，將所述襯底背面的顆粒物質吹拂到襯底正面的半導體結構表面；進一步，當對襯底背面的清洗處理和對襯底的氧化處理不在同一機臺內進行的時候；在把襯底從進行清洗處理所使用的機臺轉移到氧化處理所使用的機臺的過程中，襯底背面可能會吸附顆粒物質。為此，本發明的實施例在對襯底背面進行氧化處理之前，先在同一機臺采用氫氟酸對襯底背面進行清洗，去除吸附在襯底背面的顆粒物質。
圖1是爐管工藝前、后，襯底正面的顆粒分布情況示意圖；圖2是本發明的實施例所提供的半導體結構形成方法的流程示意圖；圖3和圖4是本發明的實施例所提供的半導體結構形成過程的剖面結構示意圖。
具體實施例方式由背景技術可知，現有工藝在形成高k介質層和金屬層之后，先采用酸性溶液清洗襯底背面，以去除位于襯底背面的金屬層；再進行后續工藝形成半導體結構。但是后續工藝中，會在半導體結構表面形成大量顆粒物質，從而影響所形成的半導體結構的性質。為此，發明人選取了編號為001、002、003的三個樣品，所述三個樣品正面形成有金屬柵極，并在形成金屬柵極后采用酸性溶液清洗了襯底背面；清洗之后，采用爐管工藝在形成有金屬柵極的襯底正面形成一層薄膜。發明人比較了爐管工藝前、后襯底正面(此處，襯底包括形成在襯底正面的半導體結構)的顆粒分布情況。請參考圖1，圖1中00la、002a、003a分別指的是編號為001、002、003的三個樣品在爐管工藝前，樣品表面顆粒10分布情況；001b、002b、003b分別指的是編號為001、002、003的三個樣品在爐管工藝后，所形成的樣品表面顆粒10分布情況。由圖1可以看出在爐管工藝后，樣品表面的顆粒數發生大幅度增加。發明人針對上述現象進行分析，認為爐管工藝后，樣品表面顆粒數增加的原因是在采用酸性溶液清洗襯底背面的時候，酸性溶液對襯底背面造成腐蝕，在襯底背面形成大量的缺陷，比如硅-硅斷鍵；這些缺陷使得襯底背面很容易吸附一些環境中的顆粒物質，比如空氣中的灰塵。在后續的爐管工藝中，爐管中會有工藝氣體，工藝氣體流動的過程中會將襯底背面所吸附的顆粒物質吹拂到襯底的正面。發明人經過進一步的研究，在本發明的實施例中，提供一種半導體結構形成方法。
為了進一步闡明本發明的精神和實質，下文中結合附圖和實施例對本發明進行詳細闡述。圖2為本發明的實施例所提供的半導體結構形成方法的流程示意圖，包括步驟S101，提供襯底，所述襯底正面形成有半導體結構；步驟S102，采用酸性溶液清洗所述襯底背面的含金屬離子或原子的殘留；步驟S103，清洗后，對所述襯底的背面進行氧化處理，修復酸洗造成的缺陷。圖3和圖4是本發明的實施例所提供的半導體結構形成過程的剖面結構示意圖。參考圖3，提供襯底100，所述襯底100正面形成有半導體結構，所述半導體結構包括金屬柵110。所述襯底100為硅襯底。本實施例中，所述金屬柵110的形成步驟包括在所述襯底100正面形成替代柵結構、以及與所述替代柵結構齊平的層間介質層120 ；除去所述替代柵結構后形成開口，所述開口暴露襯底100的表面；采用原子層沉積工藝(ALD工藝)在所述開口底部或底部與側壁形成柵介質層I IOa,所述柵介質層IlOa的材料是高k材料；采用ALD工藝在所述高k材料表面形成填充滿所述開口的金屬層IlOb,金屬層IlOb和柵介質層IlOa構成金 屬柵。在形成所述高k介質層IlOa和金屬層IlOb的工藝中，會有一部分原子沉積在襯底100背面的邊緣處，即在背面邊緣位置形成高k介質層130a和金屬層130b,所述高k介質層130a的材料為金屬氧化物,含有金屬離子；所述金屬層130b
含有金屬原子。參考圖4，采用酸性溶液清洗所述襯底100的背面，去除襯底100背面的含金屬離子或原子的殘留，即去除位于所述襯底100的背面的高k介質層和金屬層(參考圖3)。所述清洗過程包括將襯底正面朝下置于支撐臺上，襯底背面朝向噴灑裝置；在清洗過程中，噴灑裝置向襯底背面噴灑酸性溶液和去離子水；所述酸性溶液可以溶解形成在襯底背面的高k介質層和金屬層，形成溶液；去離子水將所形成的溶液從襯底背面沖洗掉。因為清洗襯底背部的裝置和方法已為本領域技術人員所熟知，在此不再詳述。本實施例中，清洗所采用的溶液是氫氟酸和硝酸的混合溶液。其中氫氟酸的質量濃度是40% -50%，硝酸的質量濃度是40% -50%。為了保證形成在襯底100的背面的高k介質層和金屬層被完全去除，清洗的時間會稍微長一點，從而所采用的清洗溶液會對襯底100的背面形成一定程度的腐蝕，在襯底100的背面形成缺陷，比如形成硅-硅斷鍵。因為硅-硅斷鍵是吸水鍵，容易吸附顆粒物質，所以在將襯底100從清洗機臺轉移到后續工藝所使用的機臺的過程中，以及轉移到后續工藝所使用的機臺之后，襯底100背面的缺陷會吸附環境中的一些顆粒，例如一些灰塵。這些灰塵會在后續工藝中被工藝氣體吹拂到襯底正面，對后續所形成的半導體器件的性質產生不利的影響。為了解決這一問題，必須修復所述襯底100背面的缺陷。所以，在所述清洗后，對所述襯底進行氧化處理，修復襯底背面的缺陷。比如通過氧化反應使襯底背面的硅-硅斷鍵轉變為硅-氧飽和鍵，硅-氧飽和鍵是斥水鍵，不容易吸附其他物質。
所述氧化處理在室溫下進行。所述氧化處理的氧化劑可以采用雙氧水，或者臭氧的水溶液。為了提高氧化處理的效率，可以采用臭氧飽和水溶液或飽和雙氧水。在一個實施例中，所述氧化處理與前述清洗處理在同一機臺中進行。在此種情況下，襯底的背面在清洗過程中所產生的硅-硅斷鍵在隨后的氧化處理中，直接被雙氧水或者臭氧水溶液氧化，不會吸附顆粒物質，氧化處理后襯底的背面是潔凈的可以直接進行后續工藝。在另外一個實施例中，所述氧化處理與前述清洗處理在不同機臺中進行。在此種情況下，襯底的背面在清洗過程中會產生缺陷。在后續襯底從清洗所使用的機臺轉移到氧化處理所使用的機臺的過程中，所述缺陷會吸附一些顆粒，所以在轉移到氧化處理所使用的機臺之后，先采用氫氟酸清洗所述襯底的背面，去除背面所吸附的顆粒；然后采用雙氧水或者臭氧的水溶液對襯底的背面進行氧化處理。在所述氧化處理之后，襯底背面的缺陷被修復，不容易吸附顆粒，可以進行后續工藝。在本發明的其他實施例中，還可以在形成高k介質層和金屬層之后，分別對襯底的背面進行清洗處理和氧化處理。 綜上，本發明的實施例在采用酸性溶液清洗所述襯底的背面之后，對所述襯底的背面進行氧化處理，所述氧化處理可以修復酸性清洗過程中在襯底背面造成的腐蝕性缺陷，比如將襯底背面的硅-硅斷鍵氧化，形成硅-氧鍵。因為襯底背面的缺陷被修復，所以襯底背面不容易吸附環境中的顆粒物質，從而避免了在后續工藝中，將所述襯底背面的顆粒物質吹拂到襯底正面的半導體結構表面；進一步，當對襯底背面的清洗處理和對襯底背面的氧化處理不在同一機臺內進行的時候，在把襯底從進行清洗處理所使用的機臺轉移到氧化處理所使用的機臺的過程中，襯底背面可能會吸附顆粒物質。為此，本發明的實施例在對襯底背面進行氧化處理之前，先在同一機臺采用氫氟酸對襯底背面進行清洗，去除吸附在襯底背面的顆粒物質。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種半導體結構形成方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底正面形成有半導體結構；采用酸性溶液清洗所述襯底背面的含金屬離子或原子的殘留；清洗后，對所述襯底的背面進行氧化處理，修復酸洗造成的缺陷。
2.依據權利要求1所述的半導體結構形成方法，其特征在于，所述氧化處理的氧化劑為雙氧水或者臭氧的水溶液。
3.依據權利要求1所述的半導體結構形成方法，其特征在于，所述氧化處理在室溫下進行。
4.依據權利要求1所述的半導體結構形成方法，其特征在于，所述半導體結構包括位于襯底表面的高k介質層和/或金屬層。
5.依據權利要求1所述的半導體結構形成方法，其特征在于，所述酸性溶液為氫氟酸和硝酸的混合溶液。
6.依據權利要求1所述的半導體結構形成方法，其特征在于，清洗所述襯底的背面與氧化處理所述襯底的背面在同一機臺內進行。
7.依據權利要求1所述的半導體結構形成方法，其特征在于，清洗所述襯底的背面與氧化處理所述襯底的背面在不同機臺內進行。
8.依據權利要求7所述的半導體結構形成方法，其特征在于，在氧化處理之前，先在進行氧化處理的機臺里，采用氫氟酸對所述襯底的背面進行清洗。
9.依據權利要求5所述的半導體結構形成方法，其特征在于，所述氫氟酸的質量濃度為 40% -50%。
10.依據權利要求5所述的半導體結構形成方法，其特征在于，所述硝酸的質量濃度是40% -50%。
全文摘要
一種半導體結構形成方法，包括提供襯底，所述襯底正面形成有半導體結構；采用酸性溶液清洗所述襯底背面的含金屬離子或原子的殘留；清洗后，對所述襯底的背面進行氧化處理，修復酸洗造成的缺陷。本發明在采用酸性溶液清洗所述襯底背面之后，對所述襯底背面進行氧化處理，所述氧化處理可以修復襯底背面的缺陷，比如將襯底背面的硅-硅斷鍵氧化，形成硅-氧鍵。因為襯底背面的缺陷被修復，所以襯底背面不容易吸附環境中的顆粒物質，從而避免了在后續工藝中，將所述襯底背面的顆粒物質吹拂到襯底正面的半導體結構表面。
文檔編號H01L21/02GK103035479SQ201110298518
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者宋化龍, 林靜, 何永根 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司