用犧牲支撐材料無塌陷干燥高深寬比結構的系統和方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及用于處理襯底的系統和方法，更具體地，涉及用于無塌陷地干燥襯底的高深寬比(HAR)結構的系統和方法。
【背景技術】
[0002]在此提供的背景描述出于大體上提供本公開的背景的目的。在本背景段落中描述的程度上的目前提名的發明者的工作和在申請時可能無資格另外作為現有技術的描述的方面既未清楚地，也未隱含地被承認作為針對本公開的現有技術。
[0003]諸如半導體晶片之類的襯底的制造典型地要求多個處理步驟，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一次或多次。
[0004]隨著半導體器件持續縮小至較小的特征尺寸，日益要求高深寬比(HAR)結構來達到期望的器件性能目標。HAR結構的使用對一些襯底處理步驟產生了挑戰。例如，由于在干燥襯底的期間生成的毛細作用力而導致諸如蝕刻和清洗之類的濕法處理引起關于HAR結構的問題。毛細作用力的強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/或結構的深寬比。如果在干燥期間生成的毛細作用力太高，則HAR結構將被拉緊或塌陷于彼此上，從而嚴重地降低器件產量。
[0005]為了解決這一問題，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防止結構塌陷。該方法雖然對于相對地較低的深寬比的結構而言大體上是成功的，但在較高的深寬比的結構上具有與使用去離子水的方法相同的塌陷和粘滯問題。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于脆性HAR結構而言仍然太強的力。
[0006]備選的用于干燥HAR結構的方法涉及利用超臨界流體來使漂洗流體溶解并沖洗漂洗流體。超臨界流體在被適當地處理時無表面張力。然而，在使用超臨界流體時，出現若干技術和制造挑戰。挑戰包括高昂的裝備和安全成本、長期的處理時間、在處理期間可變的溶劑質量、由于流體的擴散和可調的性質而導致的極大的靈敏度以及由超臨界流體與處理室的構件的相互作用引起的晶片缺陷/污染問題。
[0007]另一用于防止高深寬比結構的塌陷的策略是添加支承結構的永久性機械支撐結構。對于包括較高的成本和負面地影響生產能力和產量的處理復雜性的該方法存在若干折中方案。此外，永久性機械支撐結構限于某些類型的HAR結構。
[0008]作為備選的用于干燥HAR結構的方法，還提出了冷凍干燥。冷凍干燥通過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作用力最小化的液體/蒸氣界面。雖然有希望，但與競爭的方法相比，冷凍干燥具有相對地高的成本、低的生產能力和多的缺陷。
[0009]還可以執行HAR結構的側壁的表面改性。在該方法中，小分子可以化學地粘合至HAR結構的側壁。小分子通過防止材料接觸時的材料的粘滯或通過變更濕法化學過程的接觸角以使拉普拉斯(Laplace)壓強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構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，要求新定制的分子粘合至HAR結構的側壁。

【發明內容】

[0010]—種用于干燥包括多個高深寬比(HAR)結構的襯底的方法，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對所述襯底進行濕法蝕刻和/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HAR結構之間的流體，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HAR結構；使所述襯底暴露于使用富含氫的等離子體氣體化學品產生的等離子體，以去除所述支撐材料，從而干燥包括所述HAR結構的所述襯底而不損壞所述多個HAR結構。
[0011]在其他特征中，所述富含氫的化學品包括以摩爾值計大于50%的分子和/或原子氫。所述富含氫的化學品包括一種或多種反應物氣體，其中以摩爾值計所述一種或多種反應氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學品包括一種或多種惰性氣體和一種或多種反應氣體的氣體混合物，并且其中以摩爾值計該一種或多種反應氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學品包括多種氣體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。
[0012]在另一些特征中，被置換的在所述多個HAR結構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渡溶劑。所述等離子體氣體化學品進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生的等離子體，0.1乇-3乇的處理室內的真空壓強，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HAR結構具有大于或等于15的深寬比，所述等離子體氣體化學品包括90%至98%的氫氣分子和10%至2%的二氧化碳氣體的混合物。所述多個HAR結構具有大于或等于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HAR結構之間的所述流體的所述置換，和所述多個HAR結構的所述暴露發生在單個處理室中。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HAR結構之間的所述流體的所述置換發生在旋涂處理室中，而使用等離子體的所述多個HAR結構的所述暴露發生在等離子體處理室中。
[0015]—種用于干燥包括多個高深寬比(HAR)結構的襯底的系統，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，其用于將氣體混合物輸送至所述處理室。流體輸送系統被配置成將流體輸送至所述襯底。等離子體產生器被配置成產生在所述處理室中的等離子體。控制器與所述流體輸送系統、所述氣體輸送系統和所述等離子體產生器通信，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對所述襯底進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HAR結構之間的流體，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HAR結構；以及使所述多個HAR結構暴露于使用富含氫的等離子體氣體化學品通過所述等離子體產生器產生的等離子體，以去除所述支撐材料，并且干燥包括所述HAR結構的所述襯底而不損壞所述多個HAR結構。
[0016]在其他特征中，所述富含氫的化學品包括以摩爾值計大于50%的分子和/或原子氫。所述富含氫的化學品包括一種或多種反應氣體，其中以摩爾值計所述一種或多種反應氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學品包括一種或多種惰性氣體和一種或多種反應氣體的氣體混合物，并且其中以摩爾值計所述一種或多種反應氣體的50%以上是氫。所述富含氫的化學品包括多種氣體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。
[0017]在另一些特征中，被置換的在所述多個HAR結構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渡流體。所述等離子體氣體化學品進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生的等離子體，0.1乇-3乇的處理室內的真空壓強，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HAR結構具有大于或等于15的深寬比，所述等離子體氣體化學品包括90%至98%的氫氣分子和10%至2%的二氧化碳氣體的混合物。所述多個H