制造半导体结构的蚀刻溶液与使用蚀刻溶液制造半导体结构的方法与流程

本发明实施例涉及制造半导体结构的蚀刻溶液与使用蚀刻溶液制造半导体结构的方法。

背景技术：

半导体集成电路(ic)产业已经历指数增长。ic材料及设计的技术进步已产生几代ic，其中各代具有比前代更小且更复杂的电路。在ic演变进程中，功能密度(即，每芯片面积的互连装置数目)通常已增大而几何大小(即，可使用工艺产生的最小组件(或线))减小。此按比例缩小工艺通常通过提高生产效率而提供益处。然而，此按比例缩小工艺还已增加处理及制造ic的复杂性。为实现这些进展，需要改进ic处理及制造。

蚀刻操作是用于从膜、沟槽、表面或层移除一部分的技术。然而，蚀刻操作可能面临关于逐渐变小尺寸的挑战。

技术实现要素：

本发明的一实施例涉及一种半导体结构蚀刻溶液，其包括：蚀刻剂；离子强度增强剂，其在所述半导体结构蚀刻溶液中具有大于10^-3m的离子强度；及溶剂，其具有低于水的介电常数的介电常数。

本发明的一实施例涉及一种将蚀刻剂输送至具有小于20nm的开口的半导体沟槽的底部的方法，所述方法包括：将离子强度增强剂与所述蚀刻剂施用至所述半导体沟槽。

本发明的一实施例涉及一种在半导体结构中移除具有小于20nm的线宽的条带的方法，所述方法包括：形成条带；形成围绕所述条带的侧壁的侧壁间隔件；及将蚀刻溶液施用至所述条带，由此获得条带沟槽，其中所述蚀刻溶液包括：离子强度增强剂，其在所述蚀刻溶液中具有大于10^-3m的离子强度；溶剂；及蚀刻剂。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述最佳理解本揭露的方面。应注意，根据产业中的标准实践，各种构件未按比例绘制。事实上，为了清楚论述可任意增大或减小各种构件的尺寸。

图1a是在蚀刻操作期间在半导体衬底中形成沟槽的图解。

图1b是展示根据本揭露的一些比较实施例的蚀刻操作下的沟槽顶部处及沟槽底部处的沟槽宽度与蚀刻速率之间的关系的图式。

图2a至图2b是根据本揭露的一些比较实施例的制造操作的中间阶段期间的半导体结构的剖面。

图2c是展示根据本揭露的一些比较实施例的蚀刻操作下的膜的膜厚度与蚀刻速率之间的关系的图式。

图3a是展示根据本揭露的一些比较实施例的第一表面上的液体材料的润湿行为的cassie-baxter模型的示意图。

图3b是展示根据本揭露的一些比较实施例的第二表面上的液体材料的润湿行为的wenzel模型的示意图。

图3c是图解说明根据本揭露的一些比较实施例的沟槽的纵横比与其上的水的临界接触角之间的关系的查找表。

图3d是图解说明根据本揭露的一些比较实施例的水与具有不同材料的各个表面之间的接触角的查找表。

图4a是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽中的离子分布及其电位分布的示意图。

图4b是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽中的离子分布及其电位分布的示意图。

图5a是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽中的质子浓度分布的模拟结果的等质子浓度图式。

图5b是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽中的质子浓度分布的模拟结果的等质子浓度图式。

图5c是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽中的质子浓度分布的模拟结果的等质子浓度图式。

图6是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽宽度与基于模拟结果的沟槽中的质子浓度分布之间的关系的图式。

图7是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽宽度与基于模拟结果的沟槽底部处的质子浓度之间的关系的图式。

图8是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽宽度与蚀刻比之间的关系的图式，且进一步包含沟槽宽度与基于模拟结果的沟槽底部处的质子浓度之间的关系。

图9是展示根据本揭露的一些实施例的蚀刻剂中的离子强度增强剂的摩尔浓度与形成于沟槽中的电双层的厚度之间的关系的图式。

图10a展示表示根据本揭露的一些实施例的在半导体结构中移除具有小于20nm的线宽的条带的方法的流程图。

图10b至图10d是根据本揭露的一些实施例的制造操作的中间阶段期间的半导体结构的剖面。

具体实施方式

以下揭露提供用于实施所提供的主题的不同构件的许多不同实施例或实例。下文描述组件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且非意欲限制。举例来说，在以下描述中的第一构件形成于第二构件上方或上可包含其中所述第一构件及所述第二构件经形成直接接触的实施例，且还可包含其中额外构件可形成在所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各个实例中重复参考数字及/或字母。此重复出于简化及清楚的目的且本身不指示所论述的各个实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于描述，例如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”及类似者的空间相对术语可在本文中用于描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中图解说明。空间相对术语意欲涵盖除在图中描绘的定向以外的使用或操作中的装置的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或按其它定向)且因此可同样解释本文中使用的空间相对描述符。

虽然陈述本揭露的广泛范围的数值范围及参数是近似值，但尽可能精确地报告在具体实例中陈述的数值。然而，任何数值本质上含有必然由各自测试测量中发现的标准偏差所引起的某些误差。此外，如本文中使用，术语“大致上”、“约”或“大约”通常意指在一般技术人员可预期的值或范围内。替代地，术语“大致上”、“约”或“大约”意指在由一般技术人员考量时在平均值的可接受标准误差内。一般技术人员可了解，可接受标准误差可根据不同技术而变动。除了在操作/工作实例中之外，或除非另有明确指定，否则全部数值范围、量、值及百分比(例如针对材料数量、持续时间、温度、操作条件、量的比率及本文中揭示的其类似者的数值范围、量、值及百分比)应理解为在全部例子中由术语“大致上”、“约”或“大约”修饰。因此，除非相反地指示，否则本揭露及随附权利要求书中陈述的数值参数是可视需要变动的近似值。至少，各数值参数应至少依据所报告有效数字的数目且通过应用普通舍入技术而理解。可在本文中将范围表达为从一个端点至另一端点或在两个端点之间。除非另有指定，否则本文中揭示的全部范围皆包含端点。

参考图1a及图1b，图1a是在蚀刻操作期间在半导体衬底中形成沟槽的图解，图1b是展示根据本揭露的一些比较实施例的蚀刻操作下的沟槽顶部处及沟槽底部处的沟槽宽度与蚀刻速率之间的关系的图式。通过在运用适当遮蔽结构的湿式蚀刻操作期间施用蚀刻溶液2而形成沟槽15，其中沟槽15的开口的位置被称为沟槽顶部15t，且沟槽15的与沟槽顶部15t相对的端部被称为沟槽底部15b。在一些实施例中，在蚀刻操作之后，归因于关于蚀刻溶液2的不同可接近性，沟槽顶部15t处的宽度w及沟槽底部15b处的宽度w'可不同。

鉴于施用于其上的蚀刻溶液2是否可被输送至沟槽底部15b，沟槽15的尺寸可为影响湿式蚀刻的结果的因素的一者。在一些实施例中，当宽度w小于20nm时，沟槽底部15b处的蚀刻速率可能显著减小，其可能源于蚀刻溶液无法被输送至沟槽底部15b。在一些其它实施例中，在沟槽15的纵横比(即，沟槽15的高度h除以沟槽15的平均宽度(w+w')/2)大于2时可引发类似问题。图1b中图解说明此现象，其中图式的x轴表示沟槽宽度，且y轴表示蚀刻速率。

还可在沿横向方向蚀刻的操作中观察到类似问题。参考图2a至图2c，图2a至图2b是根据本揭露的一些比较实施例的制造操作的中间阶段期间的半导体结构的剖面，且图2c是展示根据本揭露的一些比较实施例的蚀刻操作下的膜的膜厚度与蚀刻速率之间的关系的图式。举例来说，在衬底1与多晶硅层32之间形成氧化物膜31。在一些实施例中，在给定选择性湿式蚀刻操作中，氧化物膜31上的蚀刻速率大于多晶硅层32上的蚀刻速率。在一些实施例中，氧化物膜31可包含二氧化硅(sio2)。蚀刻氧化物膜31的一部分且由此形成具有开口33'的沟槽33。然而，如果膜31的厚度t比阈值(举例来说，约20nm)更薄，那么与沟槽33的开口33'相对的远端33”处的蚀刻速率大致上降低，从而使氧化物膜31无法在默认条件下移除至所要程度。蚀刻速率的降低可能源于蚀刻溶液无法被输送至沟槽33的远端33”。因此，远端33”与开口33'之间的距离d33在此湿式蚀刻操作下可能无法达到预定值，因此使装置的性能劣化。

沿不同方向形成的沟槽(例如蚀刻图2a至图2b中的膜33上的横向沟槽)可能面临与图1中提及类似的问题。出于简洁的目的，下文中开口33可被称为沟槽15的沟槽顶部15t，而远端33可被称为沟槽15的沟槽底部15b。图2c中图解说明此现象，其中图式的x轴表示膜厚度，且y轴表示蚀刻速率。当膜厚度小于临界值k时，在相同蚀刻剂及蚀刻条件下蚀刻速率开始降低。

为改进湿式蚀刻操作的性能，本揭露中发现导致蚀刻溶液2无法被输送至沟槽底部15b的精确定位因素。参考图3a及图3b，图3a是展示根据本揭露的一些实施例的第一表面上的液体材料的润湿行为的cassie-baxter模型的示意图，且图3b是展示根据本揭露的一些实施例的第二表面上的液体材料的润湿行为的wenzel模型的示意图。可通过cassie-baxter模型(图3a中展示)及wenzel模型(图3b中展示)描述粗糙化表面上的液体材料的润湿行为方面的可润湿性，其中在cassie-baxter状态中，液体材料2a与粗糙化表面40a之间的接触角θa是钝角，且在wenzel状态中，液体材料2b与粗糙化表面40b之间的接触角θb是锐角。cassie-baxter状态中的液体-表面相互作用弱于液体-液体相互作用，而wenzel状态中的液体-表面相互作用强于液体-液体相互作用。可观察到，粗糙化表面40a上的液体材料2a的可润湿性低于粗糙化表面40b上的液体材料2b的可润湿性，其中鉴于透过纳米级沟槽或纳米级粗糙化表面输送液体材料2a，cassie-baxter状态中的液体材料2a的较高表面张力可产生能障。同时在wenzel状态中纳米级沟槽或纳米级粗糙化表面可由液体材料2b润湿。处于cassie-baxter状态或wenzel状态的液体材料及粗糙化表面可由液体材料与表面之间的表面张力以及表面处的粗糙程度决定。

一个假设是表面上的液体材料的润湿行为可为造成图1a及图1b中解决的问题的主要因素，即，蚀刻溶液无法被输送至沟槽15的沟槽底部15b可能归因于蚀刻溶液2与其的接触表面之间的低可润湿性(即，在cassie-baxter状态中)。本文中通过实验结果检查润湿行为的因素以验证可润湿性是否是根本原因的一者。

参考图3c及图3d，图3c是图解说明根据本揭露的一些比较实施例的沟槽的纵横比与其上的水的临界接触角之间的关系的查找表，图3d是图解说明根据本揭露的一些比较实施例的水与具有不同材料的各个表面之间的接触角的查找表。临界接触角指示液体材料与其的接触表面之间的最低接触角，其允许将液体材料输送至沟槽或纳米级粗糙化表面中，其也可被视为cassie-baxter状态与wenzel状态之间的临界状态。图3c的表中呈现具有不同纵横比的沟槽上的水的各临界接触角。可观察到，在相同液体材料及表面材料的条件下，在表面上的沟槽的纵横比增大时所述液体材料的临界接触角减小。换句话说，与低纵横比对应体相比，液体材料更易于被输送至具有高纵横比的沟槽中。在先进半导体制造操作中，纳米级沟槽往往具有高纵横比。

图3d证明水与在半导体制造中(明确地说在制造沟槽、鳍状物、纳米柱、侧壁间隔件、蚀刻停止层或间隔层中)利用的各种材料(例如，硅、氧化硅、碳化硅、氮化钛及氮化硅等)的表面之间的接触角通常低于90度。此外，蚀刻溶液2包含具有低于相同表面上的水表面张力的表面张力、因此较低临界接触角的有机溶剂。从图3c及图3d得出结论，如果润湿行为是造成问题的主要因素，那么蚀刻溶液2可容易输送至具有等于或大于15的纵横比的沟槽的沟槽底部。由此，可合理地排除蚀刻溶液2无法被输送至纳米级沟槽15的沟槽底部15b的问题源于液体润湿性质。

参考图4a及图4b，图4a是展示根据本揭露的一些实施例的第一沟槽15'中的离子的分布及其电位分布的示意图，且图4b是展示根据本揭露的一些实施例的第二沟槽15”中的离子的分布及其电位分布的示意图。沟槽的侧壁上的表面电荷可为造成蚀刻溶液2无法被输送至沟槽底部的问题的另一可能因素。另一假设是沟槽的侧壁处的表面电荷可引发阻碍蚀刻溶液2朝向沟槽底部输送的排斥力。如图4a及图4b中图解说明，负电荷接近沟槽底部累积于沟槽的侧壁处，由此吸引蚀刻溶液中的正电荷中心朝向侧壁。在一些实施例中，蚀刻溶液中的吸引电荷中心在沟槽中形成电双层(edl)。edl是由表面电荷引发的局部双极电荷，其中德拜长度是用于量化edl的电场效应持续的距离的值的一者。应注意，沟槽侧壁处的表面电荷可为正的或负的。

如图4a中展示，由于第一沟槽15'的edl15e'分离达足够距离，故edl15e'之间的中心部分可能大致上不受表面电荷的影响，如图4a中的电位分布中展示。电位在到达沟槽的中心部分之前从侧壁降低至零。因此，蚀刻溶液2可能够在不受电位干扰的情况下透过无edl通道输送至第一沟槽15'的底部。允许蚀刻溶液2渗透通过的无edl通道的宽度wc可与沟槽15'的宽度w15'正相关且与edl15e'的德拜长度负相关。

如图4b中展示，由于第一沟槽15'的edl15e”未分离达足够距离，故在edl15e”的两侧重叠的一些实施例中，第二沟槽15”的中心部分可能受表面电荷影响，如图4b中的电位分布中展示。电位从侧壁朝向沟槽的中心部分降低但在相对侧壁之间保持于正值。蚀刻溶液2可能无法被转移至第二沟槽15”的底部，这是因为几乎不存在无edl通道。在一些实施例中，第一沟槽15'的宽度w15'宽于20nm，且第二沟槽15”的宽度w15”窄于20nm。在一些其它实施例中，第一沟槽15'的纵横比小于2，且第二沟槽15”的纵横比大于2。

执行模拟及实验以检查蚀刻溶液2无法被输送至沟槽的沟槽底部的问题源于表面电荷的假设。参考图5a、图5b及图5c，图5a是展示根据本揭露的一些实施例的第一沟槽15'中的质子浓度分布的模拟结果的等质子浓度图式，且图5b是展示根据本揭露的一些实施例的第二沟槽15”中的质子浓度分布的模拟结果的等质子浓度，图5c是展示根据本揭露的一些实施例的第三沟槽15”'中的质子浓度分布的模拟结果的等质子浓度图式。可使用分析模拟系统(例如)或其它适合系统(例如多物理场模拟器或有限元系统)来模拟施用于具有电双层(edl)的沟槽上方的液体材料的电气行为。举例来说，液体材料可表示为质子，这是因为图5a中图解说明第一沟槽15'中的质子浓度分布，图5b中图解说明第二沟槽15”中的质子浓度分布，且图5c中图解说明第三沟槽15”'中的质子浓度分布。举例来说，第一沟槽15'的宽度是约20nm，第二沟槽15”的宽度是约5nm，且第三沟槽15”'的宽度是约54nm。通过等质子浓度线或等-[h⁺]线呈现质子浓度分布，其中第一区15p表示质子浓度分布大于1,500摩尔/m³的区，第二区15q表示质子浓度分布在从约1,000摩尔/m³至约1,500摩尔/m³的范围中的区，第三区15r表示质子浓度分布在从约700摩尔/m³至约1,000摩尔/m³的范围中的区，且第四区15s表示质子浓度分布小于700摩尔/m³的区。

应注意，还可通过电子、氢氧化物、阳离子、阴离子、或其它适合离子表示液体材料，其中可获得类似结果。在图5a、图5b及图5c中，我们可推断，相较于较窄沟槽宽度对应体，在较宽沟槽宽度的情况下，第一区15p(即，质子浓度分布大于1,500摩尔/m³)更接近沟槽底部。还观察到，在沟槽宽度窄于20nm的情况下，归因于质子、或在此情况中蚀刻溶液的不可接近性，接近沟槽底部的湿式蚀刻速率大致上降低。

参考图6，图6是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽宽度与基于模拟结果的沟槽中的质子浓度分布之间的关系的图式。执行具有各种宽度的沟槽的上述模拟结果，这是因为图6中展示从沟槽底部至沟槽顶部的各沟槽的质子浓度分布。具有4nm、10nm、12nm、20nm、54nm的宽度的沟槽的示范性模拟结果并入图6的图式中。质子浓度从沟槽顶部至沟槽底部减小。而相比之下，较宽沟槽(例如，54nm)的沟槽底部处的质子浓度大于较窄沟槽(例如，4nm)的沟槽底部处的质子浓度。图6展示相较于在较宽沟槽中，蚀刻溶液的向下输送在较窄沟槽中更易于被edl阻碍。

参考图6及图7，图7是展示根据本揭露的一些实施例的沟槽宽度与基于模拟结果的沟槽底部处的质子浓度之间的关系的图式。获得基于模拟结果的沟槽的各种宽度的沟槽底部处的质子浓度，其为图6中展示的各数据线的x截距。因此，可通过将沟槽底部处的质子浓度与其沟槽宽度配对而将沟槽的各宽度的沟槽底部处的质子浓度并入至图式中，如图7中展示。沟槽宽度与沟槽底部处的质子浓度之间的关系可通过适合方法拟合，其中相较于较宽沟槽对应体，较窄沟槽在沟槽底部处具有较低质子浓度。由于质子浓度是蚀刻溶液的浓度的指示，故沟槽底部处的较低浓度与以下事实相关：当沟槽归因于edl的干扰而足够窄时，蚀刻溶液无法被输送至沟槽底部。

参考图7及图8，图8是展示沟槽宽度与蚀刻比之间的关系的图式。执行湿式蚀刻控制实验以与先前在图7中论述的所获得模拟结果进行比较。类似于图1a的实例，湿式蚀刻控制实验需要湿式蚀刻操作以形成沟槽，其中选择具有相同高度与不同宽度的各种沟槽作为比较参考。本文中，相对于源自具有大于50nm的宽度的块体沟槽的归一化值(即，约99％)测量蚀刻比。此蚀刻比可为湿式蚀刻溶液是否可被输送至沟槽底部的指示符。湿式蚀刻操作下的各沟槽的上述蚀刻速率与其沟槽的宽度的关系并入为图8中展示的图式。可观察到，湿式蚀刻控制实验的结果与图7中呈现的模拟结果高度相关。因此，可通过图7中呈现的模拟结果与图8中呈现的实验结果的比较支持蚀刻溶液无法被输送至沟槽的沟槽底部源于表面电荷的假设。

如先前在图4a及图4b中所论述，德拜长度是用于量化edl的电场效应持续的距离的值的一者。单价电解质的德拜长度可表示为κ^-1，且通过德拜长度公式表达，

κ^-1＝[(εr*ε0*kb*t)/(2*na*i*e²)]^0.5，

其中i是电解质的离子强度，ε0是真空电容率，εr是相对电容率或介电常数，kb是波尔兹曼常数，t是绝对温度(k)，na是亚佛加德罗常数，且e是元电荷。

为降低表面电荷的静电效应，或换句话说，减小edl的德拜长度，可根据德拜长度公式调整蚀刻溶液(例如图1a中展示的蚀刻溶液2)的材料。

在一些实施例中，可通过增大蚀刻溶液的电解质(i)的离子强度而减小德拜长度，其中可通过添加离子强度增强剂而制备蚀刻溶液。在一些实施例中，离子强度增强剂可包含阳离子(例如li⁺、na⁺、k⁺、mg²⁺、ca²⁺、nh⁴⁺、n(ch3)⁺、n(c2h5)⁴⁺或类似者)及/或阴离子(例如f^-、cl^-、br^-、i^-、so4^2-、co3^2-、hco3^-或类似者)。在一些实施例中，离子强度增强剂可包含氯化铵(nh4cl)、四甲基氯化铵、碳酸铵、或类似者。在一些实施例中，离子强度增强剂可能不会显著更改蚀刻溶液的ph值。

在一些实施例中，离子强度增强剂可进一步添加至常规蚀刻溶液中，包含(但不限于)四甲基氢氧化铵(tmah)、盐酸(hcl)、氢氧化铵(nh4oh)、铵溶液、或其它适合溶液。在一些实施例中，蚀刻剂可包含与离子强度增强剂相同的阳离子。在一些实施例中，蚀刻剂可包含盐酸(hcl)、四甲基氢氧化铵、氨、或类似者。

参考图9，图9是展示根据本揭露的一些实施例的蚀刻溶液中的离子强度增强剂的摩尔浓度与形成于沟槽中的edl的厚度之间的关系的图式。当离子强度增强剂在蚀刻溶液中具有大于10^-3m的离子强度时，edl的厚度可大致上减小，由此允许在纳米级沟槽中形成无edl通道。

再次参考德拜长度公式，介电常数εr与德拜长度正相关，因此可通过降低溶剂的介电常数而降低德拜长度。在一些实施例中，如果添加至其的溶剂的介电常数低于水的介电常数，或进一步低于约30，那么可大致上降低蚀刻溶液的介电常数。在一些实施例中，具有较低介电常数的溶剂可包含异丙醇(ipa，其具有约17.9的介电常数)、超临界二氧化碳(scco2，其具有约1.5的介电常数)、丙酮(c3h6o，其具有约20.7的介电常数)、乙酸(c2h4o2，其具有约6.15的介电常数)、乙酸乙酯(c4h8o2，其具有约6.02的介电常数)、或类似者。在一些实施例中，乙酸可用于酸性配方。在一些实施例中，丙酮及异丙醇可用于酸性、碱性及中性配方。在一些实施例中，乙酸乙酯可用于酸性或中性配方。

还参考德拜长度公式，蚀刻溶液的绝对温度与德拜长度相关。然而，应注意，蚀刻溶液的介电常数与温度负相关，其中在蚀刻溶液的绝对温度升高给定比率时，蚀刻溶液的介电常数降低超过此给定比率。换句话说，在蚀刻溶液的温度升高时，德拜长度公式中的介电常数εr与温度t的乘积可减小。因此，为减小德拜长度，在将蚀刻溶液施用于半导体纳米级沟槽之前将蚀刻溶液的温度加热至至少30℃(303k)的预定温度以便达到所要德拜长度。

参考图10a，图10a展示表示根据本揭露的一些实施例的在半导体结构中移除具有小于20nm的线宽的条带的方法的流程图。在半导体结构中移除具有小于20nm的线宽的条带的方法1000可包含形成条带(操作1001)，形成围绕条带的侧壁的侧壁间隔件(操作1002)，及将蚀刻溶液施用至条带，由此获得条带沟槽(操作1003)。

参考图10b及图10c，图10b及图10c是根据本揭露的一些实施例的制造操作的中间阶段期间的半导体结构的剖面。在衬底1上形成具有平均线宽w”的条带12，其中平均线宽w”可小于20nm。在一些实施例中，条带的高宽比可大于2。可任选地在条带12与衬底1之间形成衬层11。在一些实施例中，条带12可包含硅外延或多晶硅。在一些实施例中，用于形成牺牲栅极或虚设栅极的其它适合材料也在条带形成的范围内。形成条带12可能需要例如形成硅外延层或多晶硅层且图案化此层以形成多个条带的操作。随后形成侧壁间隔件13以围绕条带12的侧壁，且任选地形成电介质层14以围绕侧壁间隔件13。

参考图10c，图10c是根据本揭露的一些实施例的制造操作的中间阶段期间的半导体结构的剖面。执行湿式蚀刻操作。在湿式蚀刻操作中利用上述蚀刻溶液，其可包含蚀刻剂、在蚀刻溶液中具有大于10^-3m(摩尔/m³)的离子强度增强剂的离子强度、及/或具有低于水的介电常数的溶剂。在一些实施例中，蚀刻溶液2可在施用于半导体结构之前进一步加热至预定温度。如先前论述，调整蚀刻溶液2的温度通过降低蚀刻溶液2的介电常数与温度的乘积而有效地减小edl的德拜长度。蚀刻溶液2随后施用于半导体结构上以移除条带12。

在一些实施例中，蚀刻溶液2可包含作为蚀刻剂的氨溶液(nh4oh，0.1％至29％浓度)及作为离子强度增强剂的具有从约10^-3m至约10m的范围中的摩尔浓度的氯化铵(nh4cl)。可将蚀刻溶液加热至至少30℃。

在一些实施例中，蚀刻溶液2可包含作为蚀刻剂的50％至90％重量百分比的四甲基氢氧化铵(例如，从2.38％tmah稀释)及作为溶剂的10％至50％重量百分比的异丙醇(ipa)以降低介电常数。可将蚀刻溶液加热至至少30℃。

在一些实施例中，蚀刻溶液2可为上文描述的任何蚀刻剂、离子强度增强剂及溶剂的混合物。

参考图10d，图10d是根据本揭露的一些实施例的制造操作的中间阶段期间的半导体结构的剖面。在将蚀刻溶液2施用于条带顶部15t之后，蚀刻溶液2可进一步被输送至条带沟槽15的沟槽底部15b，且侧壁间隔件13之间的条带沟槽15由此形成为具有接近条带宽度w”的平均沟槽宽度。条带沟槽15的宽度可小于20nm，或条带沟槽15的纵横比可大于2。

本揭露提供一种半导体结构蚀刻溶液、将蚀刻剂输送至具有小于20nm的开口的半导体沟槽的底部的方法、及在半导体结构中移除具有小于20nm的线宽的条带的方法。为将蚀刻剂输送至具有小于20nm的开口的半导体沟槽的底部且缓解由edl引起的离子输送通道的变窄，本揭露提供蚀刻溶液，在蚀刻溶液中具有大于10^-3m的离子强度的离子强度增强剂，其含有阳离子及阴离子，例如li⁺、na⁺、k⁺、mg²⁺、ca²⁺、nh⁴⁺、n(ch3)⁺、n(c2h5)⁴⁺、f^-、cl^-、br^-、i^-、so4^2-、co3^2-、hco3^-、氯化铵(nh4cl)、四甲基氯化铵(n(ch3)4cl)、碳酸铵((nh4)2co3)。蚀刻溶液还可包含适合蚀刻剂(例如盐酸(hcl)、四甲基氢氧化铵(tmah)、氨(nh4oh))及适合溶剂(例如乙酸、丙酮、异丙醇(ipa)、乙酸乙酯、超临界二氧化碳(scco2)、及类似者)。在一些实施例中，蚀刻溶液可进一步加热至至少30℃。

蚀刻溶液可用于各种蚀刻操作中，例如条带移除、牺牲栅极移除、金属栅极移除、膜蚀刻、横向蚀刻、沟槽制造、finfet制造、dram制造、选择性移除操作、纳米线制造、纳米薄片制造、或类似者。

前述内容略述数项实施例的特征，使得所属领域的技术人员可更佳地理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，他们可容易地使用本揭露作为用于设计或修改其它操作及结构的基础以实行相同目的及/或实现本文中介绍的实施例的相同优点。所属领域的技术人员还应了解，这些等效构造不背离本揭露的精神及范围，且他们可在不背离本揭露的精神及范围的情况下在本文中作出各种改变、置换及更改。

此外，本申请案的范围不意欲限于说明书中描述的工艺、机器、制造、物质组合物、构件、方法及步骤的特定实施例。一般技术人员将容易从本揭露了解，可根据本揭露利用当前存在或后来开发的执行与本文中描述的对应实施例大致上相同的功能或实现大致上相同结果的工艺、机器、制造、物质组合物、构件、方法或步骤。因此，随附权利要求书意欲在它们的范围内包含这些工艺、机器、制造、物质组合物、构件、方法或步骤。

本揭露的一些实施例提供一种半导体结构蚀刻溶液，其包含蚀刻剂、在所述半导体结构蚀刻溶液中具有大于10^-3m的离子强度的离子强度增强剂、及具有低于水的介电常数的介电常数的溶剂。

本揭露的一些实施例提供一种将蚀刻剂输送至具有小于20nm的开口的半导体沟槽的底部的方法，所述方法包含将离子强度增强剂与蚀刻剂施用至半导体沟槽。

本揭露的一些实施例提供一种在半导体结构中移除具有小于20nm的线宽的条带的方法，所述方法：包含形成条带；形成围绕所述条带的侧壁的侧壁间隔件；及将蚀刻溶液施用至所述条带，由此获得条带沟槽，其中所述蚀刻溶液包含在所述蚀刻溶液中具有大于10^-3m的离子强度的离子强度增强剂、溶剂、及蚀刻剂。

符号说明

1衬底

2蚀刻溶液

2a液体材料

2b液体材料

11衬层

12条带

13侧壁间隔件

14电介质层

15沟槽

15'第一沟槽

15”第二沟槽

15”'第三沟槽

15b沟槽底部

15e'电双层(edl)

15e”电双层(edl)

15p第一区

15q第二区

15r第三区

15s第四区

15t沟槽顶部

31氧化物膜

32多晶硅层

33沟槽

33'开口

33”远端

40a粗糙化表面

40b粗糙化表面

1000方法

1001操作

1002操作

1003操作

d33距离

h高度

k临界值

t厚度

w宽度

w'宽度

w”平均线宽

wc宽度

w15'宽度

w15”宽度

θa接触角

θb接触角