用犧牲支撐材料無(wú)塌陷干燥高深寬比結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及用于處理襯底的系統(tǒng)和方法，更具體地，涉及用于無(wú)塌陷地干燥襯底的高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在此提供的背景描述出于大體上提供本公開(kāi)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發(fā)明者的工作和在申請(qǐng)時(shí)可能無(wú)資格另外作為現(xiàn)有技術(shù)的描述的方面既未清楚地，也未隱含地被承認(rèn)作為針對(duì)本公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]諸如半導(dǎo)體晶片之類的襯底的制造典型地要求多個(gè)處理步驟，處理步驟可能包括材料沉積、平坦化、特征圖案化、特征蝕刻和/或特征清洗。這些處理步驟典型地在處理襯底期間重復(fù)一次或多次。
[0004]隨著半導(dǎo)體器件持續(xù)縮小至較小的特征尺寸，日益要求高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到期望的器件性能目標(biāo)。HAR結(jié)構(gòu)的使用對(duì)一些襯底處理步驟產(chǎn)生了挑戰(zhàn)。例如，由于在干燥襯底的期間生成的毛細(xì)作用力而導(dǎo)致諸如蝕刻和清洗之類的濕法處理引起關(guān)于HAR結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。毛細(xì)作用力的強(qiáng)度取決于正被干燥的蝕刻流體、清洗流體或漂洗流體的表面張力、接觸角，特征間距和/或結(jié)構(gòu)的深寬比。如果在干燥期間生成的毛細(xì)作用力太高，則HAR結(jié)構(gòu)將被拉緊或塌陷于彼此上，從而嚴(yán)重地降低器件產(chǎn)量。
[0005]為了解決這一問(wèn)題，一種方法使用具有比去離子水更低的表面張力的漂洗液體來(lái)防止結(jié)構(gòu)塌陷。該方法雖然對(duì)于相對(duì)地較低的深寬比的結(jié)構(gòu)而言大體上是成功的，但在較高的深寬比的結(jié)構(gòu)上具有與使用去離子水的方法相同的塌陷和粘滯問(wèn)題。漂洗流體仍然具有有限的量的表面張力，該表面張力在干燥期間生成對(duì)于脆性HAR結(jié)構(gòu)而言仍然太強(qiáng)的力。
[0006]備選的用于干燥HAR結(jié)構(gòu)的方法涉及利用超臨界流體來(lái)使漂洗流體溶解并沖洗漂洗流體。超臨界流體在被適當(dāng)?shù)靥幚頃r(shí)無(wú)表面張力。然而，在使用超臨界流體時(shí)，出現(xiàn)若干技術(shù)和制造挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)包括高昂的裝備和安全成本、長(zhǎng)期的處理時(shí)間、在處理期間可變的溶劑質(zhì)量、由于流體的擴(kuò)散和可調(diào)的性質(zhì)而導(dǎo)致的極大的靈敏度以及由超臨界流體與處理室的構(gòu)件的相互作用引起的晶片缺陷/污染問(wèn)題。
[0007]另一用于防止高深寬比結(jié)構(gòu)的塌陷的策略是添加支承結(jié)構(gòu)的永久性機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)。對(duì)于包括較高的成本和負(fù)面地影響生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的處理復(fù)雜性的該方法存在若干折中方案。此外，永久性機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)限于某些類型的HAR結(jié)構(gòu)。
[0008]作為備選的用于干燥HAR結(jié)構(gòu)的方法，還提出了冷凍干燥。冷凍干燥通過(guò)首先冷凍溶劑且然后直接地在真空下升華而消除塌陷。冷凍干燥避免使毛細(xì)作用力最小化的液體/蒸氣界面。雖然有希望，但與競(jìng)爭(zhēng)的方法相比，冷凍干燥具有相對(duì)地高的成本、低的生產(chǎn)能力和多的缺陷。
[0009]還可以執(zhí)行HAR結(jié)構(gòu)的側(cè)壁的表面改性。在該方法中，小分子可以化學(xué)地粘合至HAR結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。小分子通過(guò)防止材料接觸時(shí)的材料的粘滯或通過(guò)變更濕法化學(xué)過(guò)程的接觸角以使拉普拉斯(Laplace)壓強(qiáng)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結(jié)構(gòu)在干燥處理期間可能變形，從而可能造成損壞。此外，在改變表面材料時(shí)，要求新定制的分子粘合至HAR結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]—種用于干燥包括多個(gè)高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)的襯底的方法，其包括:在分別使用濕法蝕刻溶液和/或濕法清洗溶液中的至少一種來(lái)對(duì)所述襯底進(jìn)行濕法蝕刻和/或濕法清洗中的至少一種且不干燥所述襯底之后:使用包括支撐材料的溶劑置換在所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)之間的流體，其中，在所述溶劑汽化之后，所述支撐材料從溶液析出且至少部分地填充所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)；使所述襯底暴露于使用富含氫的等離子體氣體化學(xué)品產(chǎn)生的等離子體，以去除所述支撐材料，從而干燥包括所述HAR結(jié)構(gòu)的所述襯底而不損壞所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)。
[0011]在其他特征中，所述富含氫的化學(xué)品包括以摩爾值計(jì)大于50%的分子和/或原子氫。所述富含氫的化學(xué)品包括一種或多種反應(yīng)物氣體，其中以摩爾值計(jì)所述一種或多種反應(yīng)氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學(xué)品包括一種或多種惰性氣體和一種或多種反應(yīng)氣體的氣體混合物，并且其中以摩爾值計(jì)該一種或多種反應(yīng)氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學(xué)品包括多種氣體aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩爾值以及A、B、C、...是氣體，并且其中貢獻(xiàn)氫的所述多種氣體中的至少一種具有摩爾值a、b、c、...中的最高的一個(gè)。
[0012]在另一些特征中，被置換的在所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)之間的所述流體包括濕法蝕刻溶液和/或濕法清洗溶液中的至少一種。所述方法包括用過(guò)渡溶劑替換所述濕法蝕刻溶液和/或濕法清洗溶液中的至少一種，并且其中被置換的所述流體包括所述過(guò)渡溶劑。所述等離子體氣體化學(xué)品進(jìn)一步包括溫和氧化劑或惰性氣體中的至少一種。所述溫和氧化劑選自二氧化碳、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、水和含氧烴。所述溫和氧化劑包括二氧化碳。所述惰性氣體選自氮、氬、氙、氪、氦、和氖。
[0013]在其他特征中，所述等離子體是下游等離子體。等離子體工藝條件包括使用介于500W_10kW之間的等離子體功率產(chǎn)生的等離子體，0.1乇-3乇的處理室內(nèi)的真空壓強(qiáng)，介于25°C _400°C之間的襯底支架的溫度，和500-10000sCCm的所述等離子體氣體化學(xué)品的總氣流。所述方法包括在所述等離子體期間施加襯底偏置。
[0014]在另一些特征中，所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)具有大于或等于15的深寬比，所述等離子體氣體化學(xué)品包括90%至98%的氫氣分子和10%至2%的二氧化碳?xì)怏w的混合物。所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)具有大于或等于8的深寬比。所述濕法蝕刻和/或濕法清洗中的所述至少一種，所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)之間的所述流體的所述置換，和所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)的所述暴露發(fā)生在單個(gè)處理室中。所述濕法蝕刻和/或濕法清洗中的所述至少一種，以及所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)之間的所述流體的所述置換發(fā)生在旋涂處理室中，而使用等離子體的所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)的所述暴露發(fā)生在等離子體處理室中。
[0015]—種用于干燥包括多個(gè)高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)的襯底的系統(tǒng)，其包括:處理室；布置于所述處理室中的襯底支架；以及氣體輸送系統(tǒng)，其用于將氣體混合物輸送至所述處理室。流體輸送系統(tǒng)被配置成將流體輸送至所述襯底。等離子體產(chǎn)生器被配置成產(chǎn)生在所述處理室中的等離子體?？刂破髋c所述流體輸送系統(tǒng)、所述氣體輸送系統(tǒng)和所述等離子體產(chǎn)生器通信，并被配置成，在分別使用濕法蝕刻溶液和/或濕法清洗溶液中的至少一種來(lái)對(duì)所述襯底進(jìn)行濕法蝕刻或濕法清洗中的一種且不干燥所述襯底之后:使用包括支撐材料的溶劑置換在所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)之間的流體，其中，隨著所述溶劑汽化，所述支撐材料從溶液析出且至少部分地填充所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)；以及使所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)暴露于使用富含氫的等離子體氣體化學(xué)品通過(guò)所述等離子體產(chǎn)生器產(chǎn)生的等離子體，以去除所述支撐材料，并且干燥包括所述HAR結(jié)構(gòu)的所述襯底而不損壞所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)。
[0016]在其他特征中，所述富含氫的化學(xué)品包括以摩爾值計(jì)大于50%的分子和/或原子氫。所述富含氫的化學(xué)品包括一種或多種反應(yīng)氣體，其中以摩爾值計(jì)所述一種或多種反應(yīng)氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學(xué)品包括一種或多種惰性氣體和一種或多種反應(yīng)氣體的氣體混合物，并且其中以摩爾值計(jì)所述一種或多種反應(yīng)氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學(xué)品包括多種氣體aA+bB+cC...，其中，a、b、c、...是摩爾值以及A、B、C、...是氣體，并且其中貢獻(xiàn)氫的所述多種氣體中的至少一種具有摩爾值a、b、c、...中的最高的一個(gè)。
[0017]在另一些特征中，被置換的在所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)之間的所述流體包括濕法蝕刻溶液和/或濕法清洗溶液中的至少一種。所述控制器被配置為用過(guò)渡流體替換所述濕法蝕刻溶液和/或所述濕法清洗溶液中的至少一種。被置換的所述流體包括所述過(guò)渡流體。所述等離子體氣體化學(xué)品進(jìn)一步包括溫和氧化劑或惰性氣體中的至少一種。所述溫和氧化劑選自二氧化碳、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、水和含氧烴。所述溫和氧化劑包括二氧化碳。所述惰性氣體選自氮、氬、氙、氪、氦、和氖。所述等離子體是下游等離子體。
[0018]在其他特征中，等離子體工藝條件包括使用介于500W_10kW之間的等離子體功率產(chǎn)生的等離子體，0.1乇-3乇的處理室內(nèi)的真空壓強(qiáng)，介于25°C -400°C之間的基座支架的溫度，和500-10000sCCm的所述等離子體氣體化學(xué)品的總氣流。RF源在所述等離子體期間施加襯底偏置。
[0019]在另一些特征中，所述多個(gè)HAR結(jié)構(gòu)具有大于或等于15的深寬比，所述等離子體氣體化學(xué)品包括90%至98%的氫氣分子和10%至2%的二氧化碳?xì)怏w的混合物。所述多個(gè)H