用于高深宽比半导体器件结构的具有污染物去除的无黏附干燥工艺的制作方法
【专利说明】用于高深宽比半导体器件结构的具有污染物去除的无黏附 干燥工艺
[0001] 发巧背景 发明领域
[0002] 本发明的实施例大体而言设及一种用于清洁半导体基板的方法和设备，更具体地 说，设及一种用于高深宽比半导体器件结构的无黏附清洁及/或干燥工艺。
[0003] 现有技术的描述
[0004] 在半导体器件的清洁中，必须从基板的表面去除液体和固体污染物，从而留下清 洁的表面。湿式清洁工艺通常牵设到清洁液的使用，例如清洁水溶液。湿式清洁基板之后， 必须在清洁腔室中从基板的表面去除清洁液。
[0005] 目前，大多数的湿式清洁技术利用液体喷洒或沉浸步骤来清洁基板。在施加清洁 液之后干燥具有高深宽比特征或具有空隙或孔洞的低k材料的基板是非常具有挑战性的。 清洁液的毛细力时常导致该些结构中的材料变形，从而可能产生不良的黏附，所述黏附除 了在基板上留下来自所使用的清洁溶液的残余物之外，还会损坏半导体基板。在后续干燥 基板的过程中，上述缺点在具有高深宽比半导体器件结构的基板上尤其明显。线黏附或线 塌陷是由于形成高深宽比沟槽或过孔的侧壁由于在一或多个湿式清洁工艺过程中陷在沟 槽或过孔中的液体上方横跨液-气界面的毛细压力而弯向彼此所导致的。具有窄线宽和高 深宽比的特征对于液-气和液-壁界面之间由于毛细压力（有时也被称为毛细作用力）而 产生的表面张力差尤其敏感。目前可行的干燥作法，在防止由于器件尺度快速发展而导致 线黏附中面临着急剧上升的挑战。
[0006] 因此，在本技术领域中需要有减少或消除线黏附的干燥工艺，所述线黏附会降低 基板上的半导体器件产率。
【发明内容】
[0007] 本文中提供的实施例大体而言设及一种清洁基板的方法及一种基板处理设备。更 具体地说，实施例设及一种W减少或消除半导体器件特征之间的线黏附负面效应的方式清 洁基板的方法。其它的实施例设及一种基板处理设备，所述基板处理设备允许W减少或消 除半导体器件特征之间的线黏附的方式清洁基板。
[0008] -个实施例大体而言设及一种清洁基板的方法。所述方法包含W下步骤；使基板 暴露于溶剂，W去除位于所述基板的表面上的一数量的残余清洁溶液；使所述基板暴露于 超临界流体，W去除位于所述基板的所述表面上的溶剂；W及使所述基板暴露于等离子体。
[0009] 另一个实施例提供一种基板处理设备。所述设备具有传送腔室，所述传送腔室中 设有机械手。所述机械手适W在多个禪接至所述传送腔室的处理腔室之间传送一或多个基 板。在一些构造中，所述基板处理设备可W包括禪接至所述传送腔室的湿式清洁腔室。所 述湿式清洁腔室具有基板支撑件及清洁溶液输送设备，所述清洁溶液输送设备适W提供清 洁溶液至所述湿式清洁腔室的处理区。溶剂交换处理腔室被禪接至所述传送腔室。所述溶 剂交换腔室具有基板支撑件并被禪接至液体溶剂输送设备，所述液体溶剂输送设备适w提 供液体溶剂至所述溶剂交换腔室。超临界流体腔室被禪接至所述传送腔室。所述超临界流 体腔室具有基板支撑件、加热元件、适W接收气体或液体C〇2的端口及加压设备。等离子体 腔室被禪接至所述传送腔室。所述等离子体腔室具有基板支撑件、喷头、适W接收面素或氧 气的端口及RF电源，所述RF电源适W在所述等离子体腔室的处理区中形成等离子体。
[0010] 另一个实施例提供一种基板处理设备。所述设备具有禪接至传送腔室的湿式清洁 腔室。所述湿式清洁腔室具有基板支撑件及处理区，所述处理区被禪接至清洁溶液输送设 备，所述清洁溶液输送设备适W提供清洁溶液至所述湿式清洁腔室的处理区。溶剂交换处 理腔室被禪接至所述传送腔室。所述溶剂交换腔室具有基板支撑件并被禪接至液体溶剂输 送设备，所述液体溶剂输送设备适W提供液体溶剂至所述溶剂交换腔室。超临界流体腔室 被禪接至所述传送腔室。所述超临界流体腔室具有基板支撑件、加热元件、适W接收气体或 液体C〇2的端口及加压设备。等离子体腔室被禪接至所述传送腔室。所述等离子体腔室具 有基板支撑件、喷头、适W接收面素或氧气的端口及RF电源，所述RF电源适W在所述等离 子体腔室的处理区中形成等离子体。所述传送腔室具有第一机械手，所述第一机械手适W 在所述湿式清洁腔室、所述溶剂交换处理腔室、所述超临界流体腔室及所述等离子体腔室 之间传送一或多个基板。
[0011] 附图简单说明
[0012] 为详细理解上述本发明的特征，可参照实施例及附图而对W上简单概述的本发明 作更特定的描述。然而应注意，【附图说明】的只是本发明的典型实施例，因而不应将【附图说明】 视为是对本发明范围作限制，因本发明可认可其它同样有效的实施例。
[0013] 图1图示湿式处理之后在干燥过程中形成在基板上的半导体器件结构内形成的 特征之间由于产生毛细力所产生的黏附效应；
[0014] 图2A图示依据本文提供的某些实施例的基板处理设备；
[0015] 图2B图示依据本文提供的某些实施例的基板处理设备；
[0016] 图3A图示在依据本文提供的某些实施例的处理设备中的基板处理流程；
[0017] 图3B图示在依据本文提供的某些实施例的处理设备中的基板处理流程；
[001引图4A图示依据本文提供的某些实施例的湿式处理腔室的剖视图；
[0019] 图4B图示依据本文提供的某些实施例的溶剂过滤系统的示意图；
[0020] 图5A图示依据本文提供的某些实施例的超临界流体腔室的剖面示意图；
[0021] 图5B图示依据本文提供的某些实施例的图5A超临界流体腔室的示意侧视图；
[0022] 图5C图示依据本文提供的某些实施例的图5A超临界流体腔室的部分剖面示意 图；
[0023] 图抓图示依据本文提供的某些实施例的图5C超临界流体腔室的示意侧视图；
[0024] 图祀示意性图示依据本文提供的某些实施例的超临界流体输送系统；
[00巧]图6图示表示CA的相变图；
[0026] 图7图示依据本文提供的某些实施例的等离子体腔室的剖视图拟及
[0027] 图8图示依据本文提供的某些实施例用于清洁基板的方法步骤的流程图。
[0028] 为了便于理解，已在可能处使用相同的元件符号来指称所有图为相同的元件。构 思的是，可W将一个实施例中揭示的元件有益地使用于其它实施例中而无需具体详述。不 应将本文所参照的图式理解为依比例绘制，除非有特别说明。另外，时常将图简化，并且出 于清晰地说明和解释的目的，将图的细节或部件省略。图和讨论用W解释W下讨论的原理， 其中相同的标号表示相同的元件。
[002引具体描述
[0030] 本文提供的实施例大体而言设及一种用W清洁基板的方法和设备。更具体地说， 实施例设及在已于基板上执行湿式清洁工艺之后，W减少或消除半导体器件特征之间形成 的线黏附的方式清洁基板的方法。其它的实施例设及一种基板处理设备，所述设备允许W 减少或消除半导体器件特征之间的线黏附的方式清洁基板。
[0031] 在W下的描述中，出于解释的目的，提出许多具体的细节，W便提供对于本文所提 供实施例的全面理解。然而，对于本技术领域中普通技术人员而言，将显而易见的是可W在 没有该些具体细节之下实施本发明。在其它的情况下，并未描述具体的设备结构，W免混淆 所描述的实施例。下面的描述和图是说明性的实施例，而且不应被解读为限制本发明。
[0032] 图1为图示半导体器件100的示意性剖视图，其中线黏附已经发生在半导体器件 100内的两个特征之间。如图示，高深宽比的器件结构被形成在基板的表面上。在处理过 程中，器件结构102应保持在垂直方向上，并且壁106不应该穿过开口 104而接触到相邻的 器件结构102的壁106。当半导体器件100在被用湿化学品清洁之后正在被干燥时，器件 结构102的壁106受到了由于位于开口 104内的清洁液所形成的气-液界面所产生的毛细 力，所述毛细力导致相邻器件结构102的壁106弯向彼此并相互接触。相邻器件结构102 的壁106之间的接触所产生的线黏附最终导致开口 104闭合。线黏附通常是不理想的，因 为线黏附会在后续的基板处理步骤（例如进一步的沉积步骤）过程中妨碍进入开口 104。
[0033] 为了防止线黏附，依据本文提供的方法，可W在湿式清洁腔室中使基板暴露于清 洁水溶液，例如去离子水或清洁化学品。该样的基板包括基板上设置有或形成有电子器件 的半导体基板。在湿式清洁腔室中在基板上使用清洁水溶液去除了进行湿式清洁工艺之后 留在基板上的残余物。在一些构造中，湿式清洁腔室可W是单片式清洁腔室及/或水平旋 转腔室。另外，所述湿式清洁腔室可W具有适用于产生声能的超音波板，所述声能被定向到 基板的非器件侧上。
[0034] 在湿式清洁基板之后，基板可被传送到溶剂交换腔室，W置换在湿式清洁腔室中 使用的任何先前使用的清洁水溶液。然后基板可被传送到超临界流体腔室，W在基板上进 行进一步的清洁和干燥步骤。在一个实施例中，干燥基板可能牵设到输送超临界流体到基 板的表面。可W选择干燥气体，W在处于超临界处理腔室中实现或保持的某种压力和温度 配置下转变到超临界状态。该样的干燥气体的一个实例包括二氧化碳（C〇2)。干燥气体的 另一个实例是丙烷佑3&)。图6图示0)2的相变图。由于超临界二氧化碳是一种超临界气 体，故超临界二氧化碳没有表面张力是因为超临界二氧化碳的表面张力类似于气体但具有 类似于液体的密度。图6图示超临界C〇2在约73. 0个大气压的压力和约31.rc的温度下 具有临界点。超临界流体（例如二氧化碳）的一个独特性质是在任何高于超临界压力的压 力和高于超临界点的温度下（例如对于二氧化碳为31.rc和73个大气压）不会发生冷凝。 临界温度右边和临界压力上方（例如对于二氧化碳为73个大气压）的区域限定了二氧化 碳干燥气体的超临界状态。
[0035] 由于超临界流体的独特性能，超临界流体可W穿透基板中大致上所有的孔洞或空 隙，并去除可能存在于开口 104中的任何剩余液体或颗粒。在一个实施例中，在超临界处理 进行了所需时段W去除颗粒和残余物之后，腔室的压力在几乎恒定的温度下降低，从而允 许超临界流体在开口 104内直接转变成气相。在超临界流体处理之前存在于开口 104中的 液体通常可W是来自溶剂交换腔室的置换溶剂。存在于开口 104中的颗粒通常可W是任何 的固体颗粒物质，例如有机物种（即碳）、无机物种（即娃）及/或金属。可W通过超临界 流体进行干燥的开口 104的实例包括介电层中的空隙或孔洞、低k介电材料中的空隙或孔 洞及基板中可能捕获清洁流体和颗粒的其它类型的间隙。此外，超临界干燥可W通过在相 变过程中跳过液体状态并由于超临界流体（例如超临界C〇2)的可忽略表面张力而消除器 件结构102的壁106之间形成的毛细力来防止线黏附。
[0036] 然后可W将基板从超临界流体腔室传送到后处理腔室。后处理腔室可W是等离子 体处理腔室，在等离子体处理腔室中可能存在于基板上的污染物可W被去除。对基板进行 后处理还可W进一步释放存在于器件结构中的任何线黏附。本文所述的处理可用于清洁具 有高深宽比的器件结构，所述高深宽比例如约10:1或更大、20:1或更大或30:1或更大的深 宽比。在某些实施例中，本文所述的处理对于清洁3D/垂直NAND快闪器件结构是特别有用 的。
[0037] 图2A图示依据本发明的一个实施例可适于执行上述一或多个步骤的基板处理设 备。在一个实施例中，处理设备200包含湿式清洁腔室201、溶剂交换腔室202、超临界流体 腔室203、后处理腔室204、传送腔室206及湿式机械手208。处理基板可W包括但不限于形 成电器件，例如由金属线互连的晶体管、电容器或电阻器，所述金属线是由基板上的层间介 电质隔绝。该些处理可W包括清洁基板、清洁形成在基板上的膜、干燥基板及干燥形成在基 板上的膜。在另一个实施例中，处理设备200包括检查腔室205,检查腔室205可W包括检 查已在处理设备200中进行处理的基板的工具（未图示）。
[0038] 在一个实施例中，基板处理设备200是包含几个基板处理腔室的群集工具，所述 基板处