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