用牺牲支撑材料无塌陷干燥高深宽比结构的系统和方法
用牺牲支撑材料无塌陷干燥高深宽比结构的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于处理衬底的系统和方法，更具体地，涉及用于无塌陷地干燥衬底的高深宽比(HAR)结构的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在此提供的背景描述出于大体上提供本公开的背景的目的。在本背景段落中描述的程度上的目前提名的发明者的工作和在申请时可能无资格另外作为现有技术的描述的方面既未清楚地，也未隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。
[0003]诸如半导体晶片之类的衬底的制造典型地要求多个处理步骤，处理步骤可能包括材料沉积、平坦化、特征图案化、特征蚀刻和/或特征清洗。这些处理步骤典型地在处理衬底期间重复一次或多次。
[0004]随着半导体器件持续缩小至较小的特征尺寸，日益要求高深宽比(HAR)结构来达到期望的器件性能目标。HAR结构的使用对一些衬底处理步骤产生了挑战。例如，由于在干燥衬底的期间生成的毛细作用力而导致诸如蚀刻和清洗之类的湿法处理引起关于HAR结构的问题。毛细作用力的强度取决于正被干燥的蚀刻流体、清洗流体或漂洗流体的表面张力、接触角，特征间距和/或结构的深宽比。如果在干燥期间生成的毛细作用力太高，则HAR结构将被拉紧或塌陷于彼此上，从而严重地降低器件产量。
[0005]为了解决这一问题，一种方法使用具有比去离子水更低的表面张力的漂洗液体来防止结构塌陷。该方法虽然对于相对地较低的深宽比的结构而言大体上是成功的，但在较高的深宽比的结构上具有与使用去离子水的方法相同的塌陷和粘滞问题。漂洗流体仍然具有有限的量的表面张力，该表面张力在干燥期间生成对于脆性HAR结构而言仍然太强的力。
[0006]备选的用于干燥HAR结构的方法涉及利用超临界流体来使漂洗流体溶解并冲洗漂洗流体。超临界流体在被适当地处理时无表面张力。然而，在使用超临界流体时，出现若干技术和制造挑战。挑战包括高昂的装备和安全成本、长期的处理时间、在处理期间可变的溶剂质量、由于流体的扩散和可调的性质而导致的极大的灵敏度以及由超临界流体与处理室的构件的相互作用引起的晶片缺陷/污染问题。
[0007]另一用于防止高深宽比结构的塌陷的策略是添加支承结构的永久性机械支撑结构。对于包括较高的成本和负面地影响生产能力和产量的处理复杂性的该方法存在若干折中方案。此外，永久性机械支撑结构限于某些类型的HAR结构。
[0008]作为备选的用于干燥HAR结构的方法，还提出了冷冻干燥。冷冻干燥通过首先冷冻溶剂且然后直接地在真空下升华而消除塌陷。冷冻干燥避免使毛细作用力最小化的液体/蒸气界面。虽然有希望，但与竞争的方法相比，冷冻干燥具有相对地高的成本、低的生产能力和多的缺陷。
[0009]还可以执行HAR结构的侧壁的表面改性。在该方法中，小分子可以化学地粘合至HAR结构的侧壁。小分子通过防止材料接触时的材料的粘滞或通过变更湿法化学过程的接触角以使拉普拉斯(Laplace)压强最小化而改善塌陷性能。表面改性未完全地消除干燥力并且结构在干燥处理期间可能变形，从而可能造成损坏。此外，在改变表面材料时，要求新定制的分子粘合至HAR结构的侧壁。
【发明内容】
[0010]—种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的方法，其包括:在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻和/或湿法清洗中的至少一种且不干燥所述衬底之后:使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体，其中，在所述溶剂汽化之后，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；使所述衬底暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品产生的等离子体，以去除所述支撑材料，从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
[0011]在其他特征中，所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计该一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氢的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。
[0012]在另一些特征中，被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种。所述方法包括用过渡溶剂替换所述湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种，并且其中被置换的所述流体包括所述过渡溶剂。所述等离子体气体化学品进一步包括温和氧化剂或惰性气体中的至少一种。所述温和氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。所述温和氧化剂包括二氧化碳。所述惰性气体选自氮、氩、氙、氪、氦、和氖。
[0013]在其他特征中，所述等离子体是下游等离子体。等离子体工艺条件包括使用介于500W_10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C _400°C之间的衬底支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。所述方法包括在所述等离子体期间施加衬底偏置。
[0014]在另一些特征中，所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90%至98%的氢气分子和10%至2%的二氧化碳气体的混合物。所述多个HAR结构具有大于或等于8的深宽比。所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种，所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换，和所述多个HAR结构的所述暴露发生在单个处理室中。所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种，以及所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换发生在旋涂处理室中，而使用等离子体的所述多个HAR结构的所述暴露发生在等离子体处理室中。
[0015]—种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的系统，其包括:处理室；布置于所述处理室中的衬底支架；以及气体输送系统，其用于将气体混合物输送至所述处理室。流体输送系统被配置成将流体输送至所述衬底。等离子体产生器被配置成产生在所述处理室中的等离子体。控制器与所述流体输送系统、所述气体输送系统和所述等离子体产生器通信，并被配置成，在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻或湿法清洗中的一种且不干燥所述衬底之后:使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体，其中，随着所述溶剂汽化，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；以及使所述多个HAR结构暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品通过所述等离子体产生器产生的等离子体，以去除所述支撑材料，并且干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
[0016]在其他特征中，所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种反应气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氢的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。
[0017]在另一些特征中，被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种。所述控制器被配置为用过渡流体替换所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液中的至少一种。被置换的所述流体包括所述过渡流体。所述等离子体气体化学品进一步包括温和氧化剂或惰性气体中的至少一种。所述温和氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。所述温和氧化剂包括二氧化碳。所述惰性气体选自氮、氩、氙、氪、氦、和氖。所述等离子体是下游等离子体。
[0018]在其他特征中，等离子体工艺条件包括使用介于500W_10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C -400°C之间的基座支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。RF源在所述等离子体期间施加衬底偏置。
[0019]在另一些特征中，所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90%至98%的氢气分子和10%至2%的二氧化碳气体的混合物。所述多个H AR结构的深宽比大于或等于8。
[0020]根据详细描述、权利要求和附图，本公开的适用性的更多的领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的且不旨在限制本公开的范围。
附图简述
[0021]根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中:
[0022]图1是示出根据本公开的用于利用等离子体干燥衬底的多个HAR特征的方法的实施例的流程图；
[0023]图2A-2D是示出根据本公开的使用等离子体进行干燥期间衬底的实施例的侧视图；
[0024]图3A是示出根据本公开的旋涂处理室和等离子体处理室的功能框图；
[0025]图3B是示出根据本公开的组合的旋涂和等离子体处理室的功能框图；
[0026]图4是根据本公开的示例性旋涂处理室的系统的功能框图；
[0027]图5是据本公开的示例性等离子体处理室的功能框图；和
[0028]图6是根据本公开的示例性组合的旋涂和等离子体处理室的功能框图。
[0029]在附图中，可以重复使用附图标记来标识类似的和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0030]已使用一些牺牲支撑方法来防止高深宽比(HAR)结构的塌陷。仅举例来说，2013年6月21日提交且名称为“高深宽比结构的无塌陷的干燥的方法”的共同转让的美国专利申请N0.13/924314公开了牺牲支撑方法，通过引用将该申请整体地并入本文。如其中所描述的，在进行湿法蚀刻或清洗处理之后，但在干燥晶片之前，直接使诸如玻璃态聚合物或富勒烯溶液之类的牺牲支撑材料沉积至HAR结构中。随着溶剂汽化，牺牲支撑材料从溶液析出并填充HAR结构。机械支撑件在HAR结构中形成，以对抗在溶剂干燥期间产生的毛细作用力。然后，利用干法等离子体处理来去除牺牲支撑材料。
[0031]下游等离子体处理典型地使用诸如N2/02或富含N 2的/H 2气体之类的反应物。牺牲支撑方法已成功地在具有高达约20:1的AR的HAR浅沟槽隔离(STI)结构上得到证实。然而，使用等离子体处理来去除牺牲支撑结构会导致表面改性。更具体地，富含02的或富含N2的等离子体可能使HAR结构的表面化学地改性。表面改性可能导致充电且/或产生导致结构塌陷和/或粘滞的应力。
[0032]在湿法蚀刻后从诸如电容器之类HAR结构去除牺牲支撑而不造成塌陷是困难的。防止浅沟槽隔离(STI)HAR结构塌陷的相同的支撑材料和等离子体化学品未能防止具有深宽比(AR)>15:1的电容结构塌陷。未塌陷的电容会通过将其暴露于富含02的下游灰化化学品而塌陷。虽然富含N2/H2等离子体化学品通常表现较好，但一些有限的塌陷仍有发生。富含02或富含N 2的等离子体已显示出对HAR结构的表面化学改性。表面改性可以导致充电和/或产生导致结构塌陷/粘滞的应力。
[0033]根据本公开，具有富含氢化学品的等离子体被用于从HAR特征(如具有AR多15:1的电容器)去除牺牲支撑材料，而不会引起塌陷。如本文所用，HAR是指具有AR多8:1、10:U15:1,20:1 或 50:1 的 HAR 结构。
[0034]下面阐述富含氢化学品的实施例。仅作为示例，等离子体气体化学品可包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。仅作为示例，富含氢化学品还可以包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计，氢构成所述一种或多种反应气体的50%以上。仅作为示例，可以使用一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的混合物。在一些实施例中，以摩尔值计，氢构成一种或多种反应气体的50 %以上但不必然构成包含一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的全部气体混合物的50%以上。在一些实施例中，可以使用90%的氩气(惰性气体)和10%的比的气体混合物。
[0035]在其它实施例中，等离子体气体化学品是富含氢的，并且可以包括多种气体(例如，aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体)其中，贡献氣的多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c...中的最高的一个。例如，富含氢气体的混合物可以包括40 %的H2，30 %的队和30 %的C0 2，或40 %的H2，30 %的队和30 %的C0，但也可以使用其它气体混合物。
[0036]仅作为示例，等离子体气体化学品可与温和的氧化剂(例如C02)混合。在一个实施例中，等离子体气体化学品分别包括90%至98%的比和10%至2%的C02的气体混合物。在一个实施例中，等离子体气体化学品包括96 %的&和4 %的C0 2的混合物。还有其他的例子在下面给出。
[0037]用富含氢的化学品的牺牲支撑使HAR结构的湿法处理在无塌陷的情况下可行。例如，牺牲支撑去除工艺使得针对具有AR ^ 15的HAR电容结构使用牺牲支撑可行。作为结果，牺牲支撑方法已不再局限于某些结构类型，并可以用现有的制造设备充分实施。
[0038]现在参考图1，示出用于干燥包括多个HAR结构的衬底的方法100。在122，使用所期望的蚀刻剂溶液(如酸)和/或清洗溶液湿法蚀刻或清洗包括多个HAR结构的衬底。湿法蚀刻或清洗之后，不干燥衬底，湿法蚀刻或清洗溶液保留在衬底上。
[0039]在一些实施例中，HAR结构是线/间隔、STI或圆柱形电容器。材料可包括金属、半导体或电介质材料。在一些实施例中，蚀刻和清洗工艺将在旋涂处理室中进行。
[0040]在124，可以使用任选的过渡溶剂以置换湿法蚀刻或清洗溶液。可根据蚀刻和/或清洗溶液和用于溶解支撑材料的溶剂的化学组成和相容性来使用过渡溶剂。
[0041]在126，湿法蚀刻或清洗溶液或任选的过渡溶剂被包括牺牲支撑材料的溶剂置换。在一些实施例中，牺牲支撑材料可包括聚合物、富勒烯、含碳材料，或其它有机材料。如可以理解的，在步骤122、124和126期间，衬底保持湿的。在一些实施例中，牺牲支撑材料包括可用富含氢的化学品进行挥发的含碳材料。
[0042]在130，多余的溶剂可以选择性地旋转抛出。该牺牲机械支撑填充衬底上的多个HAR结构。随着溶剂汽化，牺牲支撑材料从溶液中析出并填充结构。机械支撑在HAR结构中形成，以对抗在溶剂干燥期间产生的毛细力。衬底可被传送到等离子体处理室或如果使用组合的旋涂和等离子体处理室则处理可以在不传送的情况下继续进行。
[0043]在一些实施例中，在暴露于等离子体期间衬底支架或台板加热衬底至介于25°C _400°C之间的温度。在134，衬底被暴露于富含氢的等离子体气体化学品。额外的气体可以与富含氢的气体混合，以改善残留物或蚀刻速率且不使HAR结构表面改性。在一些实施例中，额外的气体可以包括温和氧化剂或惰性气体。温和氧化剂的例子包括二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。在一些实施例中，混合物包括小于10%的C02。也可以加入包括氮、氩、氙、氪、氦，和氖的惰性气体。在一些实施例中，可以使用富含比的分子，如甲烷(ch4)或氨(nh3)。这些富含Η或富含比的分子可以单独使用或与惰性气体和/或温和氧化剂组合使用。
[0044]在138，在处理室中等离子体被激励并使衬底暴露于等离子体以去除牺牲支撑材料。在一些实施例中，等离子体是远程或下游等离子体。在一些实施例中，工艺条件包括使用500W-10kW的RF功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的真空压强，和500-10000sccms的总气体流量，但也可以使用其它工艺条件。在140，可以使用任选的衬底RF偏置。
[0045]在142，在去除牺牲支撑材料之后将衬底从等离子体处理室移除。
[0046]现在参考图2A-2C，示出使用牺牲支撑干燥期间衬底200的实施例。在图2A，衬底200包括从下衬底层212向上延伸的多个HAR结构204。例如，多个HAR结构204可以包括从下衬底层212向上延伸的一个或多个支柱216或其他结构，例如线/间隔、电容器等，但是其他的HAR结构是预期的。
[0047]湿法蚀刻或湿法清洗后流体224保留在衬底200上。仅作为示例，流体224可以位于支柱216之间，如在220所确定的。在图2B中，任选的过渡溶剂238可被用于置换流体224。在图2C中，包括牺牲支撑材料的溶剂240可用于置换流体224或任选的过渡溶剂238 (如果使用的话)。在图2D中，在241等离子体可被用于去除支撑材料，而不损坏多个HAR结构。
[0048]现在参考图3A和3B，示出了用于干燥具有多个HAR结构的衬底的处理室的例子。在图3中，湿法蚀刻和/或清洗可在旋涂处理室300中进行。此外，具有牺牲支撑材料的溶剂(或过渡溶剂和具有牺牲支撑材料的溶剂)可被施加到在旋涂处理室300中的衬底 。然后，衬底可被传送到等离子体处理室304，用于进行等离子体处理以去除牺牲支撑材料，而不会损坏多个HAR结构。
[0049]在图3B中，示出了组合的旋涂和等离子体处理室310。湿法蚀刻和/或清洗可使用组合旋涂和等离子体处理室310的旋涂部件。可以使用旋涂部件施加具有牺牲支撑材料的溶剂(或过渡溶剂和具有牺牲支撑材料的溶剂)行。然后，将合并的旋涂和等离子体处理室310的等离子体部件用于等离子体处理以去除衬底的牺牲支撑材料而不损坏HAR结构。
[0050]现在参考图4，示出了包括旋涂处理室404的系统410的示例。可以设置衬底支架408，诸如基座或台板。衬底410被布置在衬底支架408上。可以根据需要而使用电动机412来选择性地使衬底支架410旋转，以将液体旋涂于衬底410上。衬底支架408可以包括连接至加热器422的嵌入式线圈(未示出)。
[0051]流体输送系统424用于将来自一种或更多种流体源426-1、426-2、…、以及426-N(共同地称为流体源426)的流体输送至衬底410。流体输送系统424可以包括一个或多个阀428-1、428-2、…、以及428_N(共同地称为阀428)。分流阀430可以用于冲洗来自流体输送系统424的液体。流体输送系统424可以配置成输送用于湿法蚀刻、湿法清洗的流体、冲洗流体、包括结构支撑材料的溶剂和/或其他流体。阀452和栗454可以用于根据需要从旋涂处理室404抽空反应物。可以设置一个或多个传感器458以监控诸如在处理室404中的温度和压强之类条件。
[0052]控制器460可以用于控制系统400中的一个或更多个器件。更具体地，控制器460可以用于控制电动机412、加热器422、流体输送系统424、和/或阀452和栗154。控制器460可以部分地基于来自一个或更多个传感器458的传感反馈而运行。
[0053]现在参考图5，不出根据本公开的衬底处理系统510的例子。衬底处理系统510包括处理室512和气体分配装置513。在一些实施例中，远程等离子体可被提供给气体分配装置13或如将在下面进一步描述的在气体分配装置13中产生。衬底支架516，如基座或台板，可以被布置在处理室512中。在使用过程中，衬底518，例如半导体晶片或其它类型的衬底可以被布置在衬底支架516上。
[0054]衬底处理系统510包括气体输送系统520。仅作为示例，气体输送系统520可包括一个或多个气体源522-1、522-2.....和522_N(统称为气体源522)其中N是大于零的整数，阀524-1,524-2.....和524_N(统称阀524)，和质量流量控制器(MFC) 526-1,
526-2.....和526-N(统称MFC 526)。气体输送系统520的输出可以在歧管530被混合并输送到远程等离子体源和/或气体分配装置513。气体输送系统520供给等离子体气体化
^ 口子PR ο
[0055]控制器540可以被连接到监控在处理室512中的运行参数(如温度、压强等)的一个或多个传感器541。可以根据需要设置加热器542以加热衬底支架516和衬底518。可以设置阀550和栗552以从处理室512抽空气体。
[0056]仅作为示例，也可以设置等离子体产生器556。在一些实施例中，等离子体产生器556是下游等离子体源。等离子体产生器556可以包括等离子体管，感应线圈或其他设备来产生远程等离子体。仅作为示例，等离子体产生器556可以使用射频(RF)或微波功率以利用上面确定的气体化学物质来产生远程等离子体。在一些实施例中，感应线圈缠绕在喷头的上杆部，并通过由RF源和匹配网络产生的RF信号激励。流经杆部的反应气体由通过感应线圈的RF信号激发成等离子体状态。
[0057]控制器540可以被用于控制气体输送系统520、加热器542、阀550、栗552、以及由远程等离子体源556产生的等离子体。
[0058]现在参考图6，示出了组合的旋涂和等离子体处理室610。合并的旋涂和等离子体处理室610包括配置成控制湿法蚀刻或湿法清洗、施加可选的过渡溶剂、施加包括牺牲支撑材料的溶剂、以及产生等离子体的控制器620。
[0059]更具体地，控制器620输送湿法蚀刻溶液或清洗溶液到衬底上。随后，控制器620输送包括牺牲支撑材料的溶剂(或可选的过渡溶剂，然后包括牺牲支撑材料的溶剂)。流体输送期间或之后，控制器可以使用电动机412旋转衬底支架408以旋涂流体到衬底上。
[0060]在施加之后，溶剂汽化，牺牲支撑材料支持多个HAR结构。随后，控制器620控制气体输送系统520和等离子体产生器556，以产生等离子体，以去除牺牲支撑材料并干燥HAR结构而不损坏HAR结构。
[0061]前文的描述在本质上仅仅是说明性的，并且决不意在限制本发明及其应用或用途。本发明的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本发明包括了特定实施例，但本发明的真实范围不应被如此限制，这是因为，在研究了附图、说明书和随附权利要求书后，其它的修改将变得显而易见。如本文所用的，短语“A、B和C中的至少一种”应当解释为意味着使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，并且不应当被解释为是指“至少一种A，至少一种B，和至少一种C”。应该理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不改变本公开的原理的不同的顺序(或同时)来执行。
[0062]在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
[0063]宽泛地讲，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洗操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)通信到控制器、定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数的指令。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
[0064]在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
[0065]在没有限制的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、等离子体剥离室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、 离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
[0066]如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者将晶片的容器搬运到半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口以及从工具位置和/或装载口搬运晶片的容器的材料搬运中使用的工具通信。
【主权项】
1.一种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的方法，其包括: 在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻和/或湿法清洗中的至少一种且不干燥所述衬底之后: 使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体， 其中，在所述溶剂汽化之后，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；以及 使所述衬底暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品产生的等离子体，以去除所述支撑材料，从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底。2.根据权利要求所述1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氢的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。6.根据权利要求1所述的方法，其中被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液中的至少一种。7.根据权利要求1所述的方法，其还包括:用过渡溶剂替换所述湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种，并且其中被置换的所述流体包括所述过渡溶剂。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体气体化学品进一步包括氧化剂或惰性气体中的至少一种。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述氧化剂包括二氧化碳。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述惰性气体选自氮、氩、氣、氪、氦、和氖。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体是下游等离子体。13.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体工艺条件包括使用介于500W-10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C -400°C之间的衬底支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。14.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述等离子体期间施加衬底偏置。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90%至98%的氢气分子和10%至2%的二氧化碳气体的混合物。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个HAR结构具有大于或等于8的深宽比。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种，所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换，和所述多个HAR结构的所述暴露发生在单个处理室中。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种以及所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换发生在旋涂处理室中，而使用等离子体的所述多个HAR结构的所述暴露发生在等离子体处理室中。19.一种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的系统，其包括: 处理室； 布置于所述处理室中的衬底支架； 气体输送系统，其用于将气体混合物输送至所述处理室； 流体输送系统，其配置成将流体输送至所述衬底； 等离子体产生器，其配置成产生在所述处理室中的等离子体； 控制器，其与所述流体输送系统、所述气体输送系统和所述等离子体产生器通信，并被配置成，在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻或湿法清洗中的一种且不干燥所述衬底之后: 使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体， 其中，随着所述溶剂汽化，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；以及 使所述多个HAR结构暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品通过所述等离子体产生器产生的等离子体，以去除所述支撑材料，并干燥包括所述HAR结构的所述衬底。20.根据权利要求19所述的系统，其中所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。21.根据权利要求19所述的系统，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。22.根据权利要求19所述的系统，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。23.根据权利要求19所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氣的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。24.根据权利要求19所述的系统，其中被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液的至少一种。25.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器被配置为用过渡流体替换所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液中的至少一种，并且其中被置换的所述流体包括所述过渡流体。26.根据权利要求19所述的系统，所述等离子体气体化学品进一步包括温和氧化剂或惰性气体中的至少一种。27.根据权利要求26所述的系统，其中所述温和氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧经。28.根据权利要求26所述的系统，其中所述温和氧化剂包括二氧化碳。29.根据权利要求26所述的系统，其中所述惰性气体选自氮、氩、氙、氪、氦、和氖。30.根据权利要求19所述的方法，其中所述等离子体是下游等离子体。31.根据权利要求19所述的系统，其中，其中等离子体工艺条件包括使用介于500W-10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C _400°C之间的基座支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。32.根据权利要求19所述的系统，其还包括在所述等离子体期间施加衬底偏置的RF源。33.根据权利要求19所述的系统，其中所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90 %至98 %的氢气分子和10 %至2 %的二氧化碳气体的混合物。34.根据权利要求19所述的系统，其中所述多个HAR结构具有大于或等于8的深宽比。35.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器使所述多个HAR结构暴露于通过所述等离子体产生器使用富含氢的所述等离子体气体化学品产生的等离子体以去除所述支撑材料并干燥包含所述多个HAR结构的所述衬底而不损坏所述HAR结构。36.根据权利要求1所述的方法，其中使所述衬底暴露于使用富含氢的所述等离子体气体化学品产生的等离子体以去除所述支撑材料从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
【专利摘要】本发明涉及用牺牲支撑材料无塌陷干燥高深宽比结构的系统和方法。在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底进行湿法蚀刻和/或湿法清洗中的至少一种且不干燥该衬底之后，执行用于干燥该衬底的系统和方法。使用包括支撑材料的溶剂来置换多个HAR结构之间的流体。在溶剂汽化之后，支撑材料从溶液析出且至少部分地填充多个HAR结构。使所述衬底暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品产生的等离子体，以去除所述支撑材料，从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
【IPC分类】H01L21/02, H01L21/67
【公开号】CN105489529
【申请号】CN201510646062
【发明人】斯蒂芬·M·西拉尔德, 伊利亚·卡利诺夫斯基, 杰夫·哈恩
【申请人】朗姆研究公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年10月8日
【公告号】US20160097590
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于处理衬底的系统和方法，更具体地，涉及用于无塌陷地干燥衬底的高深宽比(HAR)结构的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在此提供的背景描述出于大体上提供本公开的背景的目的。在本背景段落中描述的程度上的目前提名的发明者的工作和在申请时可能无资格另外作为现有技术的描述的方面既未清楚地，也未隐含地被承认作为针对本公开的现有技术。
[0003]诸如半导体晶片之类的衬底的制造典型地要求多个处理步骤，处理步骤可能包括材料沉积、平坦化、特征图案化、特征蚀刻和/或特征清洗。这些处理步骤典型地在处理衬底期间重复一次或多次。
[0004]随着半导体器件持续缩小至较小的特征尺寸，日益要求高深宽比(HAR)结构来达到期望的器件性能目标。HAR结构的使用对一些衬底处理步骤产生了挑战。例如，由于在干燥衬底的期间生成的毛细作用力而导致诸如蚀刻和清洗之类的湿法处理引起关于HAR结构的问题。毛细作用力的强度取决于正被干燥的蚀刻流体、清洗流体或漂洗流体的表面张力、接触角，特征间距和/或结构的深宽比。如果在干燥期间生成的毛细作用力太高，则HAR结构将被拉紧或塌陷于彼此上，从而严重地降低器件产量。
[0005]为了解决这一问题，一种方法使用具有比去离子水更低的表面张力的漂洗液体来防止结构塌陷。该方法虽然对于相对地较低的深宽比的结构而言大体上是成功的，但在较高的深宽比的结构上具有与使用去离子水的方法相同的塌陷和粘滞问题。漂洗流体仍然具有有限的量的表面张力，该表面张力在干燥期间生成对于脆性HAR结构而言仍然太强的力。
[0006]备选的用于干燥HAR结构的方法涉及利用超临界流体来使漂洗流体溶解并冲洗漂洗流体。超临界流体在被适当地处理时无表面张力。然而，在使用超临界流体时，出现若干技术和制造挑战。挑战包括高昂的装备和安全成本、长期的处理时间、在处理期间可变的溶剂质量、由于流体的扩散和可调的性质而导致的极大的灵敏度以及由超临界流体与处理室的构件的相互作用引起的晶片缺陷/污染问题。
[0007]另一用于防止高深宽比结构的塌陷的策略是添加支承结构的永久性机械支撑结构。对于包括较高的成本和负面地影响生产能力和产量的处理复杂性的该方法存在若干折中方案。此外，永久性机械支撑结构限于某些类型的HAR结构。
[0008]作为备选的用于干燥HAR结构的方法，还提出了冷冻干燥。冷冻干燥通过首先冷冻溶剂且然后直接地在真空下升华而消除塌陷。冷冻干燥避免使毛细作用力最小化的液体/蒸气界面。虽然有希望，但与竞争的方法相比，冷冻干燥具有相对地高的成本、低的生产能力和多的缺陷。
[0009]还可以执行HAR结构的侧壁的表面改性。在该方法中，小分子可以化学地粘合至HAR结构的侧壁。小分子通过防止材料接触时的材料的粘滞或通过变更湿法化学过程的接触角以使拉普拉斯(Laplace)压强最小化而改善塌陷性能。表面改性未完全地消除干燥力并且结构在干燥处理期间可能变形，从而可能造成损坏。此外，在改变表面材料时，要求新定制的分子粘合至HAR结构的侧壁。
【发明内容】
[0010]—种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的方法，其包括:在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻和/或湿法清洗中的至少一种且不干燥所述衬底之后:使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体，其中，在所述溶剂汽化之后，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；使所述衬底暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品产生的等离子体，以去除所述支撑材料，从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
[0011]在其他特征中，所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计该一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氢的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。
[0012]在另一些特征中，被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种。所述方法包括用过渡溶剂替换所述湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种，并且其中被置换的所述流体包括所述过渡溶剂。所述等离子体气体化学品进一步包括温和氧化剂或惰性气体中的至少一种。所述温和氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。所述温和氧化剂包括二氧化碳。所述惰性气体选自氮、氩、氙、氪、氦、和氖。
[0013]在其他特征中，所述等离子体是下游等离子体。等离子体工艺条件包括使用介于500W_10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C _400°C之间的衬底支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。所述方法包括在所述等离子体期间施加衬底偏置。
[0014]在另一些特征中，所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90%至98%的氢气分子和10%至2%的二氧化碳气体的混合物。所述多个HAR结构具有大于或等于8的深宽比。所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种，所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换，和所述多个HAR结构的所述暴露发生在单个处理室中。所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种，以及所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换发生在旋涂处理室中，而使用等离子体的所述多个HAR结构的所述暴露发生在等离子体处理室中。
[0015]—种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的系统，其包括:处理室；布置于所述处理室中的衬底支架；以及气体输送系统，其用于将气体混合物输送至所述处理室。流体输送系统被配置成将流体输送至所述衬底。等离子体产生器被配置成产生在所述处理室中的等离子体。控制器与所述流体输送系统、所述气体输送系统和所述等离子体产生器通信，并被配置成，在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻或湿法清洗中的一种且不干燥所述衬底之后:使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体，其中，随着所述溶剂汽化，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；以及使所述多个HAR结构暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品通过所述等离子体产生器产生的等离子体，以去除所述支撑材料，并且干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
[0016]在其他特征中，所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种反应气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氢的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。
[0017]在另一些特征中，被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种。所述控制器被配置为用过渡流体替换所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液中的至少一种。被置换的所述流体包括所述过渡流体。所述等离子体气体化学品进一步包括温和氧化剂或惰性气体中的至少一种。所述温和氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。所述温和氧化剂包括二氧化碳。所述惰性气体选自氮、氩、氙、氪、氦、和氖。所述等离子体是下游等离子体。
[0018]在其他特征中，等离子体工艺条件包括使用介于500W_10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C -400°C之间的基座支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。RF源在所述等离子体期间施加衬底偏置。
[0019]在另一些特征中，所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90%至98%的氢气分子和10%至2%的二氧化碳气体的混合物。所述多个H AR结构的深宽比大于或等于8。
[0020]根据详细描述、权利要求和附图，本公开的适用性的更多的领域将变得显而易见。详细描述和具体示例仅用于说明的目的且不旨在限制本公开的范围。
附图简述
[0021]根据详细描述和附图将更充分地理解本公开，其中:
[0022]图1是示出根据本公开的用于利用等离子体干燥衬底的多个HAR特征的方法的实施例的流程图；
[0023]图2A-2D是示出根据本公开的使用等离子体进行干燥期间衬底的实施例的侧视图；
[0024]图3A是示出根据本公开的旋涂处理室和等离子体处理室的功能框图；
[0025]图3B是示出根据本公开的组合的旋涂和等离子体处理室的功能框图；
[0026]图4是根据本公开的示例性旋涂处理室的系统的功能框图；
[0027]图5是据本公开的示例性等离子体处理室的功能框图；和
[0028]图6是根据本公开的示例性组合的旋涂和等离子体处理室的功能框图。
[0029]在附图中，可以重复使用附图标记来标识类似的和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0030]已使用一些牺牲支撑方法来防止高深宽比(HAR)结构的塌陷。仅举例来说，2013年6月21日提交且名称为“高深宽比结构的无塌陷的干燥的方法”的共同转让的美国专利申请N0.13/924314公开了牺牲支撑方法，通过引用将该申请整体地并入本文。如其中所描述的，在进行湿法蚀刻或清洗处理之后，但在干燥晶片之前，直接使诸如玻璃态聚合物或富勒烯溶液之类的牺牲支撑材料沉积至HAR结构中。随着溶剂汽化，牺牲支撑材料从溶液析出并填充HAR结构。机械支撑件在HAR结构中形成，以对抗在溶剂干燥期间产生的毛细作用力。然后，利用干法等离子体处理来去除牺牲支撑材料。
[0031]下游等离子体处理典型地使用诸如N2/02或富含N 2的/H 2气体之类的反应物。牺牲支撑方法已成功地在具有高达约20:1的AR的HAR浅沟槽隔离(STI)结构上得到证实。然而，使用等离子体处理来去除牺牲支撑结构会导致表面改性。更具体地，富含02的或富含N2的等离子体可能使HAR结构的表面化学地改性。表面改性可能导致充电且/或产生导致结构塌陷和/或粘滞的应力。
[0032]在湿法蚀刻后从诸如电容器之类HAR结构去除牺牲支撑而不造成塌陷是困难的。防止浅沟槽隔离(STI)HAR结构塌陷的相同的支撑材料和等离子体化学品未能防止具有深宽比(AR)>15:1的电容结构塌陷。未塌陷的电容会通过将其暴露于富含02的下游灰化化学品而塌陷。虽然富含N2/H2等离子体化学品通常表现较好，但一些有限的塌陷仍有发生。富含02或富含N 2的等离子体已显示出对HAR结构的表面化学改性。表面改性可以导致充电和/或产生导致结构塌陷/粘滞的应力。
[0033]根据本公开，具有富含氢化学品的等离子体被用于从HAR特征(如具有AR多15:1的电容器)去除牺牲支撑材料，而不会引起塌陷。如本文所用，HAR是指具有AR多8:1、10:U15:1,20:1 或 50:1 的 HAR 结构。
[0034]下面阐述富含氢化学品的实施例。仅作为示例，等离子体气体化学品可包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。仅作为示例，富含氢化学品还可以包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计，氢构成所述一种或多种反应气体的50%以上。仅作为示例，可以使用一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的混合物。在一些实施例中，以摩尔值计，氢构成一种或多种反应气体的50 %以上但不必然构成包含一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的全部气体混合物的50%以上。在一些实施例中，可以使用90%的氩气(惰性气体)和10%的比的气体混合物。
[0035]在其它实施例中，等离子体气体化学品是富含氢的，并且可以包括多种气体(例如，aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体)其中，贡献氣的多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c...中的最高的一个。例如，富含氢气体的混合物可以包括40 %的H2，30 %的队和30 %的C0 2，或40 %的H2，30 %的队和30 %的C0，但也可以使用其它气体混合物。
[0036]仅作为示例，等离子体气体化学品可与温和的氧化剂(例如C02)混合。在一个实施例中，等离子体气体化学品分别包括90%至98%的比和10%至2%的C02的气体混合物。在一个实施例中，等离子体气体化学品包括96 %的&和4 %的C0 2的混合物。还有其他的例子在下面给出。
[0037]用富含氢的化学品的牺牲支撑使HAR结构的湿法处理在无塌陷的情况下可行。例如，牺牲支撑去除工艺使得针对具有AR ^ 15的HAR电容结构使用牺牲支撑可行。作为结果，牺牲支撑方法已不再局限于某些结构类型，并可以用现有的制造设备充分实施。
[0038]现在参考图1，示出用于干燥包括多个HAR结构的衬底的方法100。在122，使用所期望的蚀刻剂溶液(如酸)和/或清洗溶液湿法蚀刻或清洗包括多个HAR结构的衬底。湿法蚀刻或清洗之后，不干燥衬底，湿法蚀刻或清洗溶液保留在衬底上。
[0039]在一些实施例中，HAR结构是线/间隔、STI或圆柱形电容器。材料可包括金属、半导体或电介质材料。在一些实施例中，蚀刻和清洗工艺将在旋涂处理室中进行。
[0040]在124，可以使用任选的过渡溶剂以置换湿法蚀刻或清洗溶液。可根据蚀刻和/或清洗溶液和用于溶解支撑材料的溶剂的化学组成和相容性来使用过渡溶剂。
[0041]在126，湿法蚀刻或清洗溶液或任选的过渡溶剂被包括牺牲支撑材料的溶剂置换。在一些实施例中，牺牲支撑材料可包括聚合物、富勒烯、含碳材料，或其它有机材料。如可以理解的，在步骤122、124和126期间，衬底保持湿的。在一些实施例中，牺牲支撑材料包括可用富含氢的化学品进行挥发的含碳材料。
[0042]在130，多余的溶剂可以选择性地旋转抛出。该牺牲机械支撑填充衬底上的多个HAR结构。随着溶剂汽化，牺牲支撑材料从溶液中析出并填充结构。机械支撑在HAR结构中形成，以对抗在溶剂干燥期间产生的毛细力。衬底可被传送到等离子体处理室或如果使用组合的旋涂和等离子体处理室则处理可以在不传送的情况下继续进行。
[0043]在一些实施例中，在暴露于等离子体期间衬底支架或台板加热衬底至介于25°C _400°C之间的温度。在134，衬底被暴露于富含氢的等离子体气体化学品。额外的气体可以与富含氢的气体混合，以改善残留物或蚀刻速率且不使HAR结构表面改性。在一些实施例中，额外的气体可以包括温和氧化剂或惰性气体。温和氧化剂的例子包括二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。在一些实施例中，混合物包括小于10%的C02。也可以加入包括氮、氩、氙、氪、氦，和氖的惰性气体。在一些实施例中，可以使用富含比的分子，如甲烷(ch4)或氨(nh3)。这些富含Η或富含比的分子可以单独使用或与惰性气体和/或温和氧化剂组合使用。
[0044]在138，在处理室中等离子体被激励并使衬底暴露于等离子体以去除牺牲支撑材料。在一些实施例中，等离子体是远程或下游等离子体。在一些实施例中，工艺条件包括使用500W-10kW的RF功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的真空压强，和500-10000sccms的总气体流量，但也可以使用其它工艺条件。在140，可以使用任选的衬底RF偏置。
[0045]在142，在去除牺牲支撑材料之后将衬底从等离子体处理室移除。
[0046]现在参考图2A-2C，示出使用牺牲支撑干燥期间衬底200的实施例。在图2A，衬底200包括从下衬底层212向上延伸的多个HAR结构204。例如，多个HAR结构204可以包括从下衬底层212向上延伸的一个或多个支柱216或其他结构，例如线/间隔、电容器等，但是其他的HAR结构是预期的。
[0047]湿法蚀刻或湿法清洗后流体224保留在衬底200上。仅作为示例，流体224可以位于支柱216之间，如在220所确定的。在图2B中，任选的过渡溶剂238可被用于置换流体224。在图2C中，包括牺牲支撑材料的溶剂240可用于置换流体224或任选的过渡溶剂238 (如果使用的话)。在图2D中，在241等离子体可被用于去除支撑材料，而不损坏多个HAR结构。
[0048]现在参考图3A和3B，示出了用于干燥具有多个HAR结构的衬底的处理室的例子。在图3中，湿法蚀刻和/或清洗可在旋涂处理室300中进行。此外，具有牺牲支撑材料的溶剂(或过渡溶剂和具有牺牲支撑材料的溶剂)可被施加到在旋涂处理室300中的衬底 。然后，衬底可被传送到等离子体处理室304，用于进行等离子体处理以去除牺牲支撑材料，而不会损坏多个HAR结构。
[0049]在图3B中，示出了组合的旋涂和等离子体处理室310。湿法蚀刻和/或清洗可使用组合旋涂和等离子体处理室310的旋涂部件。可以使用旋涂部件施加具有牺牲支撑材料的溶剂(或过渡溶剂和具有牺牲支撑材料的溶剂)行。然后，将合并的旋涂和等离子体处理室310的等离子体部件用于等离子体处理以去除衬底的牺牲支撑材料而不损坏HAR结构。
[0050]现在参考图4，示出了包括旋涂处理室404的系统410的示例。可以设置衬底支架408，诸如基座或台板。衬底410被布置在衬底支架408上。可以根据需要而使用电动机412来选择性地使衬底支架410旋转，以将液体旋涂于衬底410上。衬底支架408可以包括连接至加热器422的嵌入式线圈(未示出)。
[0051]流体输送系统424用于将来自一种或更多种流体源426-1、426-2、…、以及426-N(共同地称为流体源426)的流体输送至衬底410。流体输送系统424可以包括一个或多个阀428-1、428-2、…、以及428_N(共同地称为阀428)。分流阀430可以用于冲洗来自流体输送系统424的液体。流体输送系统424可以配置成输送用于湿法蚀刻、湿法清洗的流体、冲洗流体、包括结构支撑材料的溶剂和/或其他流体。阀452和栗454可以用于根据需要从旋涂处理室404抽空反应物。可以设置一个或多个传感器458以监控诸如在处理室404中的温度和压强之类条件。
[0052]控制器460可以用于控制系统400中的一个或更多个器件。更具体地，控制器460可以用于控制电动机412、加热器422、流体输送系统424、和/或阀452和栗154。控制器460可以部分地基于来自一个或更多个传感器458的传感反馈而运行。
[0053]现在参考图5，不出根据本公开的衬底处理系统510的例子。衬底处理系统510包括处理室512和气体分配装置513。在一些实施例中，远程等离子体可被提供给气体分配装置13或如将在下面进一步描述的在气体分配装置13中产生。衬底支架516，如基座或台板，可以被布置在处理室512中。在使用过程中，衬底518，例如半导体晶片或其它类型的衬底可以被布置在衬底支架516上。
[0054]衬底处理系统510包括气体输送系统520。仅作为示例，气体输送系统520可包括一个或多个气体源522-1、522-2.....和522_N(统称为气体源522)其中N是大于零的整数，阀524-1,524-2.....和524_N(统称阀524)，和质量流量控制器(MFC) 526-1,
526-2.....和526-N(统称MFC 526)。气体输送系统520的输出可以在歧管530被混合并输送到远程等离子体源和/或气体分配装置513。气体输送系统520供给等离子体气体化
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[0055]控制器540可以被连接到监控在处理室512中的运行参数(如温度、压强等)的一个或多个传感器541。可以根据需要设置加热器542以加热衬底支架516和衬底518。可以设置阀550和栗552以从处理室512抽空气体。
[0056]仅作为示例，也可以设置等离子体产生器556。在一些实施例中，等离子体产生器556是下游等离子体源。等离子体产生器556可以包括等离子体管，感应线圈或其他设备来产生远程等离子体。仅作为示例，等离子体产生器556可以使用射频(RF)或微波功率以利用上面确定的气体化学物质来产生远程等离子体。在一些实施例中，感应线圈缠绕在喷头的上杆部，并通过由RF源和匹配网络产生的RF信号激励。流经杆部的反应气体由通过感应线圈的RF信号激发成等离子体状态。
[0057]控制器540可以被用于控制气体输送系统520、加热器542、阀550、栗552、以及由远程等离子体源556产生的等离子体。
[0058]现在参考图6，示出了组合的旋涂和等离子体处理室610。合并的旋涂和等离子体处理室610包括配置成控制湿法蚀刻或湿法清洗、施加可选的过渡溶剂、施加包括牺牲支撑材料的溶剂、以及产生等离子体的控制器620。
[0059]更具体地，控制器620输送湿法蚀刻溶液或清洗溶液到衬底上。随后，控制器620输送包括牺牲支撑材料的溶剂(或可选的过渡溶剂，然后包括牺牲支撑材料的溶剂)。流体输送期间或之后，控制器可以使用电动机412旋转衬底支架408以旋涂流体到衬底上。
[0060]在施加之后，溶剂汽化，牺牲支撑材料支持多个HAR结构。随后，控制器620控制气体输送系统520和等离子体产生器556，以产生等离子体，以去除牺牲支撑材料并干燥HAR结构而不损坏HAR结构。
[0061]前文的描述在本质上仅仅是说明性的，并且决不意在限制本发明及其应用或用途。本发明的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本发明包括了特定实施例，但本发明的真实范围不应被如此限制，这是因为，在研究了附图、说明书和随附权利要求书后，其它的修改将变得显而易见。如本文所用的，短语“A、B和C中的至少一种”应当解释为意味着使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，并且不应当被解释为是指“至少一种A，至少一种B，和至少一种C”。应该理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不改变本公开的原理的不同的顺序(或同时)来执行。
[0062]在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
[0063]宽泛地讲，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洗操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)通信到控制器、定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数的指令。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
[0064]在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
[0065]在没有限制的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、等离子体剥离室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、 离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
[0066]如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者将晶片的容器搬运到半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口以及从工具位置和/或装载口搬运晶片的容器的材料搬运中使用的工具通信。
【主权项】
1.一种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的方法，其包括: 在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻和/或湿法清洗中的至少一种且不干燥所述衬底之后: 使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体， 其中，在所述溶剂汽化之后，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；以及 使所述衬底暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品产生的等离子体，以去除所述支撑材料，从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底。2.根据权利要求所述1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氢的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。6.根据权利要求1所述的方法，其中被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液中的至少一种。7.根据权利要求1所述的方法，其还包括:用过渡溶剂替换所述湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种，并且其中被置换的所述流体包括所述过渡溶剂。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体气体化学品进一步包括氧化剂或惰性气体中的至少一种。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧烃。10.根据权利要求8所述的方法，其中所述氧化剂包括二氧化碳。11.根据权利要求8所述的方法，其中所述惰性气体选自氮、氩、氣、氪、氦、和氖。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体是下游等离子体。13.根据权利要求1所述的方法，其中等离子体工艺条件包括使用介于500W-10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C -400°C之间的衬底支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。14.根据权利要求1所述的方法，其还包括在所述等离子体期间施加衬底偏置。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90%至98%的氢气分子和10%至2%的二氧化碳气体的混合物。16.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个HAR结构具有大于或等于8的深宽比。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种，所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换，和所述多个HAR结构的所述暴露发生在单个处理室中。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述湿法蚀刻和/或湿法清洗中的所述至少一种以及所述多个HAR结构之间的所述流体的所述置换发生在旋涂处理室中，而使用等离子体的所述多个HAR结构的所述暴露发生在等离子体处理室中。19.一种用于干燥包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底的系统，其包括: 处理室； 布置于所述处理室中的衬底支架； 气体输送系统，其用于将气体混合物输送至所述处理室； 流体输送系统，其配置成将流体输送至所述衬底； 等离子体产生器，其配置成产生在所述处理室中的等离子体； 控制器，其与所述流体输送系统、所述气体输送系统和所述等离子体产生器通信，并被配置成，在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对所述衬底进行湿法蚀刻或湿法清洗中的一种且不干燥所述衬底之后: 使用包括支撑材料的溶剂置换在所述多个HAR结构之间的流体， 其中，随着所述溶剂汽化，所述支撑材料从溶液析出且至少部分地填充所述多个HAR结构；以及 使所述多个HAR结构暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品通过所述等离子体产生器产生的等离子体，以去除所述支撑材料，并干燥包括所述HAR结构的所述衬底。20.根据权利要求19所述的系统，其中所述富含氢的化学品包括以摩尔值计大于50%的分子和/或原子氢。21.根据权利要求19所述的系统，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种反应物气体，其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。22.根据权利要求19所述的系统，其中所述富含氢的化学品包括一种或多种惰性气体和一种或多种反应气体的气体混合物，并且其中以摩尔值计所述一种或多种反应气体的50%以上是氢。23.根据权利要求19所述的方法，其中所述富含氢的化学品包括多种气体aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩尔值以及A、B、C、...是气体，并且其中贡献氣的所述多种气体中的至少一种具有摩尔值a、b、c、...中的最高的一个。24.根据权利要求19所述的系统，其中被置换的在所述多个HAR结构之间的所述流体包括所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液的至少一种。25.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器被配置为用过渡流体替换所述湿法蚀刻溶液和/或所述湿法清洗溶液中的至少一种，并且其中被置换的所述流体包括所述过渡流体。26.根据权利要求19所述的系统，所述等离子体气体化学品进一步包括温和氧化剂或惰性气体中的至少一种。27.根据权利要求26所述的系统，其中所述温和氧化剂选自二氧化碳、一氧化碳、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、一氧化硫、二氧化硫、水和含氧经。28.根据权利要求26所述的系统，其中所述温和氧化剂包括二氧化碳。29.根据权利要求26所述的系统，其中所述惰性气体选自氮、氩、氙、氪、氦、和氖。30.根据权利要求19所述的方法，其中所述等离子体是下游等离子体。31.根据权利要求19所述的系统，其中，其中等离子体工艺条件包括使用介于500W-10kW之间的等离子体功率产生的等离子体，0.1乇-3乇的处理室内的真空压强，介于25°C _400°C之间的基座支架的温度，和500-10000sCCm的所述等离子体气体化学品的总气流。32.根据权利要求19所述的系统，其还包括在所述等离子体期间施加衬底偏置的RF源。33.根据权利要求19所述的系统，其中所述多个HAR结构具有大于或等于15的深宽比，所述等离子体气体化学品包括90 %至98 %的氢气分子和10 %至2 %的二氧化碳气体的混合物。34.根据权利要求19所述的系统，其中所述多个HAR结构具有大于或等于8的深宽比。35.根据权利要求19所述的系统，其中所述控制器使所述多个HAR结构暴露于通过所述等离子体产生器使用富含氢的所述等离子体气体化学品产生的等离子体以去除所述支撑材料并干燥包含所述多个HAR结构的所述衬底而不损坏所述HAR结构。36.根据权利要求1所述的方法，其中使所述衬底暴露于使用富含氢的所述等离子体气体化学品产生的等离子体以去除所述支撑材料从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
【专利摘要】本发明涉及用牺牲支撑材料无塌陷干燥高深宽比结构的系统和方法。在分别使用湿法蚀刻溶液和/或湿法清洗溶液中的至少一种来对包括多个高深宽比(HAR)结构的衬底进行湿法蚀刻和/或湿法清洗中的至少一种且不干燥该衬底之后，执行用于干燥该衬底的系统和方法。使用包括支撑材料的溶剂来置换多个HAR结构之间的流体。在溶剂汽化之后，支撑材料从溶液析出且至少部分地填充多个HAR结构。使所述衬底暴露于使用富含氢的等离子体气体化学品产生的等离子体，以去除所述支撑材料，从而干燥包括所述HAR结构的所述衬底而不损坏所述多个HAR结构。
【IPC分类】H01L21/02, H01L21/67
【公开号】CN105489529
【申请号】CN201510646062
【发明人】斯蒂芬·M·西拉尔德, 伊利亚·卡利诺夫斯基, 杰夫·哈恩
【申请人】朗姆研究公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年10月8日
【公告号】US20160097590
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