專利名稱：用于制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體晶片上制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和對應(yīng)的方法，具體地，本發(fā)明涉及蝕刻、清洗、和干燥具有圖案化層的半導(dǎo)體晶片以在半導(dǎo)體晶片上制造底部電極結(jié)構(gòu)以及清洗和/或干燥底部電極結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在集成電路制造中的一個目標是不斷地減小所制造元件的特征尺寸。對于某些元件，像電容器，縮小不利地影響著元件的特性。為了獲得希望的電容值，因此必須將電容器的表面面積保持在閾值之上。這對于要求高集成度的動態(tài)隨機存取存儲器單元(DRAM)是特別重要的。
由于單個存儲器單元的表面面積減小，所以存儲電容器的電容也減小。為了使存儲器單元正確地運行，必須要求存儲電容器具有某一最小電容(典型地在30毫微微法拉左右)。如果存儲電容器的電容太小，那么存儲在存儲電容器中的電荷不足以產(chǎn)生可檢測的信號。在這種情況下，存儲在存儲器單元中的信息就會丟失，存儲單元不能以理想的方式工作。
已經(jīng)開發(fā)了幾個方法來克服與以通過三維樣式集成DRAM單元的電容器來縮小特征尺寸相關(guān)的問題。例如，一種方法是引入在半導(dǎo)體晶片的襯底中形成的深溝槽電容器以維持具有高電容的大電容器面積同時僅使用少量襯底表面。按照這種方法選擇或存取晶體管通常形成在襯底的平坦表面上。
在另一示例中，使用形成在襯底上的平坦表面的頂部上的層疊式電容器。按照這種方法在平坦表面之下形成選擇晶體管。該層疊式電容器包括第一電極和第二電極，在該兩個電極之間具有電介質(zhì)層。通常通過排列具有電極材料的已圖案化的犧牲模壓層的溝槽，在襯底的表面上形成像圓柱形結(jié)構(gòu)的第一電極(也稱底部電極)。然后，通過蝕刻犧牲模壓層來釋放底部電極。接著，清洗底部電極的表面以準備進一步的處理，包括沉積電介質(zhì)層和第二或頂部電極。
然而，隨著結(jié)構(gòu)的特征尺寸的不斷減小，蝕刻和/或清洗步驟變得日益困難。通常通過濕法工藝進行蝕刻和/或清洗步驟。標準的濕法工藝，例如用超純凈去離子水清洗晶片，會在相鄰的結(jié)構(gòu)之間(例如，在相鄰的底部電極之間)引入毛細管作用力。隨著特征尺寸的減小，這可能導(dǎo)致相鄰結(jié)構(gòu)間的粘附。這在Legtenberg等人發(fā)表的”Stiction of surface macromachined structures after rinsingand dryingmodel and investigation of adhesion mechanisms”中描述過，Sensors andActuators A，43(1994)第230-238頁。通過清洗液來調(diào)停相鄰結(jié)構(gòu)的粘附，通常稱為“靜摩擦”。
對于半導(dǎo)體處理，在半導(dǎo)體晶片處理中通常在蝕刻和清洗步驟之后的干燥步驟過程中靜摩擦是非常重要的。這里，由液體引起的毛細管作用力導(dǎo)致了相鄰底部電極的粘附。甚至在完全干燥之后，相鄰底部電極仍保持彼此間的吸附，特別是當接觸相鄰底部電極之間的粘附力比變形的底部電極的彈性恢復(fù)力大時。
在蝕刻、清洗和干燥處理模塊之間轉(zhuǎn)換的過程中將晶片暴露到空氣-液體界面對獲得無靜摩擦的工藝特性不利。未能獲得無靜摩擦的工藝特性最終導(dǎo)致了生產(chǎn)電路的低產(chǎn)量。該問題的一個潛在解決方法是完全地避免濕法處理和執(zhí)行使用氣相處理的蝕刻步驟，例如在氟化氫蒸汽中。然而，這種氣相處理導(dǎo)致了蝕刻殘留物并導(dǎo)致了會接著阻止進一步處理的硅表面終止態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于在半導(dǎo)體晶片上制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和對應(yīng)方法，其能夠克服與靜摩擦有關(guān)的上述問題。
本發(fā)明的另一目的是提供上述系統(tǒng)和包括對具有用于制造底部電極結(jié)構(gòu)的圖案化硬掩模層的半導(dǎo)體晶片的蝕刻、清洗和干燥的方法。
根據(jù)本發(fā)明單獨和結(jié)合來獲得前述目的，除非附屬的權(quán)利要求清楚地需求，否則不意圖將本發(fā)明構(gòu)建為需要待結(jié)合的兩個或多個目的。
根據(jù)本發(fā)明，一種制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的方法包括提供包含襯底和襯底上方的圖案化層的半導(dǎo)體晶片，該圖案化層包括從圖案化層的表面到襯底表面排列的多個開口和布置在開口內(nèi)的結(jié)構(gòu)元件，提供一個處理室，該處理室被配置成容納半導(dǎo)體晶片，將該半導(dǎo)體晶片引入處理室，將蝕刻化學(xué)成分注入處理室以蝕刻圖案化層并釋放結(jié)構(gòu)元件作為半導(dǎo)體晶片上的獨立式納米結(jié)構(gòu)，該蝕刻化學(xué)成分包括二氧化碳流體和蝕刻溶液，通過將二氧化碳液體流進處理室來清洗半導(dǎo)體晶片，并通過將超臨界二氧化碳流體注入處理室和通過從處理室排出超臨界二氧化碳流體來干燥半導(dǎo)體晶片。
因此，通過使用超臨界或液態(tài)的二氧化碳的獨特特性獲得無靜摩擦處理。超臨界態(tài)是以低粘性和零表面張力為特征的高密度相位，因而賦予蝕刻化學(xué)成分以更好的可溶性和效率。另一方面，與氣相相似的特性表現(xiàn)為高擴散性能，能夠容易地除去溶劑和具有更大的干燥效率。本發(fā)明的另一特征是在相同的處理室中執(zhí)行所有的處理步驟。這確保在蝕刻、清洗和干燥處理之間轉(zhuǎn)換的過程中不產(chǎn)生氣液界面。因此，消除了毛細管作用力。這是通過使用各種狀態(tài)的二氧化碳例如超臨界、液態(tài)和氣態(tài)來實現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，一種用于制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)包括包含襯底和襯底上方的圖案化層的半導(dǎo)體晶片，該圖案化層包括從圖案化層的表面到襯底表面排列的多個開口和布置在開口內(nèi)的結(jié)構(gòu)元件，處理室，該處理室被配置成容納半導(dǎo)體晶片，用于將該半導(dǎo)體晶片引入處理室的裝置，用于將蝕刻化學(xué)成分注入處理室以蝕刻圖案化層和釋放結(jié)構(gòu)元件作為半導(dǎo)體晶片上的獨立式納米結(jié)構(gòu)的裝置，該蝕刻化學(xué)成分包括液態(tài)或超臨界的二氧化碳流體和蝕刻溶液，用于通過將液態(tài)或超臨界的二氧化碳流體流進處理室來清洗半導(dǎo)體晶片的裝置，用于通過從處理室排出超臨界二氧化碳流體來干燥半導(dǎo)體晶片的裝置。
考慮到其具體實施例的下列定義、描述和說明性附圖使本發(fā)明的上述和進一步的目的、特征和優(yōu)點變得明顯，其中使用各個附圖中相同的參考數(shù)字表示相同的元件。當這些說明加入到本發(fā)明的具體描述時，應(yīng)當理解，基于這里的描述，可以存在多種變化并且該些變化對本領(lǐng)域領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯的。


圖1描述包括多個疊層電容器DRAM單元的半導(dǎo)體晶片的局部截面的側(cè)視圖。
圖2描述包括多個圍繞柵極晶體管的半導(dǎo)體晶片的局部截面的側(cè)視圖。
圖3A-3D描述根據(jù)本發(fā)明的示范性方法形成的疊層電容器DRAM單元的局部截面的側(cè)視圖。
圖4A-4B描述根據(jù)本發(fā)明的另一示范性方法形成獨立式納米結(jié)構(gòu)的局部截面的側(cè)視圖。
圖5描述根據(jù)本發(fā)明的晶片的干躁、清洗和清潔系統(tǒng)的局部截面的側(cè)視圖；圖6是顯示根據(jù)常規(guī)濕法蝕刻技術(shù)形成的疊層電容器DRAM單元的多個底部電極的圖像；圖7是顯示根據(jù)常規(guī)濕法蝕刻技術(shù)形成的多個圍繞柵極晶體管的部分的圖像；以及圖8是本發(fā)明的另一實施例的方法步驟的流程圖。
具體實施例方式
下面詳細地討論根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的示范性實施例。然而，應(yīng)當理解的是本發(fā)明提供能夠在各種具體上下文中體現(xiàn)的一些應(yīng)用性發(fā)明的概念。具體實施例僅僅以具體的方式描述本發(fā)明使用的方法和系統(tǒng)，且不限制本發(fā)明的范圍。
特別是，在制造用于疊層電容DRAM單元的底部電極結(jié)構(gòu)和用于垂直單元技術(shù)的圍繞柵極晶體管的上下文中描述下面的實施例。在這兩種技術(shù)中，形成獨立式納米結(jié)構(gòu)作為半導(dǎo)體晶片表面上的突起元件，根據(jù)該技術(shù)該獨立式納米結(jié)構(gòu)具有超過20的高寬比。然而，應(yīng)當注意，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)也可以應(yīng)用于其它的高寬比的納米結(jié)構(gòu)。
參照圖1，采用側(cè)視圖來顯示疊層電容器DRAM單元。應(yīng)當理解圖1僅僅用作制造疊層電容器DRAM單元的圖例，圖1所示的獨立元件不是其真實尺寸。
在圖1中，顯示了包括半導(dǎo)體材料(例如硅)的襯底4的半導(dǎo)體晶片2。半導(dǎo)體晶片2用于制造多個疊層電容器DRAM單元6。每個DRAM單元6包括選擇晶體管10和疊層電容器12。疊層電容器12位于襯底表面8的上方。
晶體管10位于襯底4中。通過第一結(jié)14和第二結(jié)16形成晶體管10。柵極20布置在第一結(jié)14和第二結(jié)16之間的柵電介質(zhì)層18的上方。柵極20包括多個層(例如硅和鎢)的疊層。多個層的疊層降低了柵極20的電阻。在工作期間柵極20也用作用于尋址多個DRAM單元中的具體DRAM單元6的字線。
第一結(jié)14連接到位線接觸22。位線接觸22布置在第一結(jié)14的上方。位線接觸22連接到位于位線接觸22上方的位線24。在工作期間位線24用作寫或讀線。
第二結(jié)16連接到接觸塞26。接觸塞26布置在第二結(jié)16的上方。接觸塞26用作到電容器12的底部電極28的連接。電容器12的底部電極28位于襯底表面8的上方。
在圖1中，采用截面?zhèn)纫晥D顯示底部電極28。對于底部電極28的三維形狀，可以使用包括圓柱形、橢圓形或矩形的多個不同的幾何圖形。
如圖1所示，用垂直側(cè)壁將底部電極28形成在接觸塞26的上方。然而，非垂直側(cè)壁或橫向凹陷的側(cè)壁也是可以的。
電容器12的底部電極28被用作電容器12的電介質(zhì)的電介質(zhì)層30覆蓋。在電介質(zhì)層30的上方布置頂部電極32。電容器12的頂部電極32通常為所有的SRAM單元6所共有，因而在相鄰的DRAM單元6之間提供連接。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，制造工作DRAM單元6需要其它的元件是已知的。例如，相鄰晶體管10之間的絕緣材料是必須的，以避免相鄰結(jié)區(qū)域的電短路。另外，如果必要，可以提供接觸塞26和底部電極28之間的阻擋層以消除不同材料的擴散。
而且，圍繞著接觸塞26布置隔離材料以避免相鄰DRAM單元6的短路。也可以通過使用修改的位線接觸22在電容器12的頂部電極32的頂部上布置位線24。
現(xiàn)在參照圖2，顯示了包含半導(dǎo)體材料(例如硅)的襯底4的第二半導(dǎo)體晶片2。該半導(dǎo)體晶片2用于制造多個圍繞柵極晶體管10。
每個晶體管10位于形成在襯底4上的柱子21上，其中通過在柱子21的底側(cè)上的第一結(jié)14和在柱子21的頂側(cè)上的第二結(jié)16來形成晶體管。柵電介質(zhì)層18和柵極20布置在第一結(jié)14和第二結(jié)16之間的柱子21的側(cè)壁上。
在用于形成圖1的DRAM單元6的本發(fā)明的示范性方法中，首先提供如圖3A所示的半導(dǎo)體晶片2。該半導(dǎo)體晶片2具有襯底4，每個DRAM單元6中，晶體管10已經(jīng)形成在襯底中(未顯示)。
在圖3A中，接觸塞26顯示在襯底4的表面8上。如上所述，接觸塞26用于使底部電極與晶體管的結(jié)區(qū)接觸。接觸塞26通常具有低電阻并由例如摻砷的非晶硅形成。作為示例，在提供70nm最小特征尺寸的技術(shù)中，相鄰接觸塞26彼此以范圍從50nm到200nm的距離放置。
在襯底4的表面8上，沉積模壓層作為硬掩模40。硬掩模40由例如氧化硅構(gòu)成，硬掩模40之后用作疊層電容器DRAM單元6的底部電極28的模型。因此，硬掩模的厚度41直接影響將要形成的底部電極28的高度，從而影響疊層電容器12的電容。因此，例如對于70nm技術(shù)，硬掩模40必須具有大約2μm的特定厚度。然而，也可以使用厚度41的其它值，例如范圍從1μm到20μm的厚度。
在沉積硬掩模40之后，在硬掩模40中形成多個開口或溝槽48，如圖3B所示，例如使用光刻圖案化抗蝕劑以限定溝槽48的區(qū)域。每個溝槽48布置在各自的接觸塞26上方，如圖3B所示。使用反應(yīng)離子蝕刻步驟形成溝槽48。
在蝕刻步驟的過程中，除去掩模層40的材料，因而形成從接觸塞26的頂表面開始的溝槽48。結(jié)果，用接觸塞26形成溝槽48的底部而溝槽的側(cè)壁49形成在硬掩模40的內(nèi)部。溝槽48的蝕刻優(yōu)選地導(dǎo)致了具有在50nm至200nm范圍內(nèi)的寬度的側(cè)壁49，該寬度是在溝槽48的中心處測量的。
隨后，導(dǎo)電層50均勻地沉積在半導(dǎo)體晶片2上。導(dǎo)電層50覆蓋硬掩模40的頂側(cè)、溝槽側(cè)壁49、和溝槽48的底面部分(包括接觸塞26)。通過沉積形成導(dǎo)電層50的適合材料可以是例如摻雜的非晶硅。一旦除去硬掩模40并釋放底部電極，導(dǎo)電層50之后用作DRAM單元6的疊層電容器12的底部電極28。因此，導(dǎo)電層50的厚度影響?yīng)毩⑹降撞侩姌O28的穩(wěn)定性。
在下一步處理步驟中，從硬掩模40的表面除去一部分導(dǎo)電層50，如圖3C所示，例如使用等離子體蝕刻機通過蝕刻除去導(dǎo)電層50的該部分?？商鎿Q地，在通過化學(xué)機械拋光從硬掩模40的頂表面除去該部分的導(dǎo)電層50之后用填充材料填充溝槽48，然后從溝槽48內(nèi)除去填充材料。根據(jù)這些處理步驟，填充材料保護溝槽48的內(nèi)側(cè)沒有殘留物，該殘留物可能在后續(xù)處理步驟(例如電介質(zhì)層30的沉積)的過程中產(chǎn)生問題。
參照圖3D，下一處理步驟包括為了釋放作為獨立式納米結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層50的剩余部分，除去硬掩模層40。獨立式納米結(jié)構(gòu)形成疊層電容器DRAM單元6的底部電極，如上所述和圖1顯示。
在圖4A和4B中，顯示根據(jù)本發(fā)明的制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的另一處理順序。參照圖4A，用圖案化抗蝕劑層或已經(jīng)被例如光刻處理步驟構(gòu)建的任何其它適合的硬掩模層覆蓋半導(dǎo)體晶片2的表面8。參照圖4B，下一處理步驟包括通過蝕刻釋放獨立式納米結(jié)構(gòu)52。例如，圖4B的獨立式納米結(jié)構(gòu)52用作圍繞柵晶體管的硅柱子，例如上面所述的和圖2顯示的柵晶體管。
根據(jù)本發(fā)明實施例，通過蝕刻步驟執(zhí)行如上面方法所述和圖3A-3D和4A-B中顯示的獨立式柱子和底部電極的釋放。在第一示范性實施例中，蝕刻步驟使用具有處于液相的二氧化碳流體和蝕刻溶液的蝕刻化學(xué)成分。二氧化碳流體用作關(guān)于在蝕刻步驟中要被除去的材料而選擇的蝕刻溶液的載體。參照圖3C所示的實施例，模壓層由二氧化硅構(gòu)成，以使得氟基蝕刻化學(xué)成分(例如氫氟酸的形式)可以用于蝕刻模壓層。
另外，蝕刻化學(xué)成分是二氧化碳、蝕刻溶液和共溶劑的混合物。對于共溶劑，可以選擇乙醇/去離子水混合物，但也可以使用包含乙醇、烷烴、酮、胺或氟的混合物。下面確定了適合的物質(zhì)。
而且，為了增強水結(jié)合將表面活性劑混合到蝕刻化學(xué)成分中。表面活性劑應(yīng)當與二氧化碳流體相容。另外，下面確定了適合的物質(zhì)。
在第二示范性實施例中，通過被超臨界二氧化碳流體調(diào)停的蝕刻步驟來執(zhí)行釋放獨立式結(jié)構(gòu)的處理步驟。通常，超臨界流體是在某一臨界溫度和臨界壓力下處于壓力/溫度相位圖的所謂的臨界點之上的化合物。超臨界態(tài)通常稱為物質(zhì)的第四態(tài)。超臨界流體表現(xiàn)出液體和流體的性質(zhì)。例如，像粘性一樣的傳輸特性與氣體相似，同時像密度一樣的溶劑特性與液體相似。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種包括處理室60的系統(tǒng)，如圖5所示。配置處理室60(例如適合的尺寸)以容納半導(dǎo)體晶片2。如圖5所示，處理室60連接到能夠輸送超臨界相的二氧化碳的容器62。另外，圖5所示的系統(tǒng)允許添加具有受控濃度的額外的物質(zhì)，例如蝕刻劑和/或共溶劑，如下所述。而且，可以對處理室60加壓，并使處理室在受控的溫度下運行。這可以通過示意地連接到容器62和處理室60的控制單元64來獲得。
對于圖5所示的超臨界流體系統(tǒng)，可以使用一些市場上可買到的系統(tǒng)。作為示例，TELSSI公司和SC流體公司提供超臨界流體裝置。也可以使用其它賣家的裝置。
在處理開始之前，將半導(dǎo)體晶片2引進處理室60。在下一步驟中，將蝕刻化學(xué)成分注入處理室60中。使用蝕刻化學(xué)成分蝕刻硬掩模40并釋放作為半導(dǎo)體晶片2上的獨立式納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)元件52。該蝕刻化學(xué)成分包括超臨界或液體二氧化碳流體和蝕刻溶液。根據(jù)在蝕刻步驟的過程中要除去的材料來選擇蝕刻溶液。根據(jù)圖3C所示的實施例，硬掩模層40或模壓層由二氧化硅構(gòu)成。因此，可以使用氟基蝕刻化學(xué)成分。
蝕刻化學(xué)成分是混合二氧化碳和共溶劑的氫氟酸的形式。優(yōu)選地，按照每升蝕刻化學(xué)成分中幾微升的標準將氫氟酸加到蝕刻化學(xué)成分中。
對于共溶劑，可以選擇乙醇/去離子水混合物，但也可以使用包含乙醇、烷烴(例如己烷)、酮(丙酮)、胺或氟的混合物。適合的醇類物質(zhì)包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇和/或戊醇。適合的胺類物質(zhì)包括n-甲基吡咯烷酮、二甘醇胺、二異丙基胺和/或三異丙基胺。適當?shù)暮镔|(zhì)包括氟化銨和/或1，1，1-氟代甲烷。
另外，為了增強水結(jié)合將表面活性劑混合到蝕刻化學(xué)成分中。表面活性劑應(yīng)當與超臨界二氧化碳流體相容?？梢允褂米鳛闅馊苣z-OT或氣溶膠-OT衍生物的陰離子表面活性劑和/或非離子表面活性劑。適合的非離子表面活性劑包括環(huán)氧乙烷和/或那些可以買到的化合物和它們的衍生物的任何一種或組合物，其對應(yīng)于下面的商標TRITON，SURFYNOL和DYNOL。
在超過二氧化碳的臨界點的溫度和壓力下注入包括超臨界二氧化碳流體和蝕刻溶液的蝕刻化學(xué)成分，在相位圖中位于大約34℃和大約1050psi之上。
優(yōu)選地，在選自50℃與100℃之間和在大約1100psi的溫度和壓力下以單一透明相位將蝕刻化學(xué)成分注入處理室60。在該溫度和壓力的范圍內(nèi)，超臨界二氧化碳流體的密度在0.4和0.8g/mL(g/mL＝克/毫升)之間的范圍。超臨界態(tài)是以低粘性和可忽略的零表面張力為特征。
當在處理室中注入蝕刻化學(xué)成分時，蝕刻半導(dǎo)體晶片2。結(jié)果，從半導(dǎo)體晶片2的表面8完全地除去模壓層40。釋放底部電極28作為半導(dǎo)體晶片2的表面8上的獨立式納米結(jié)構(gòu)52。
應(yīng)當注意通過選擇適當?shù)奶幚項l件，即低于二氧化碳的臨界點的溫度和壓力，可以使用相同的處理室來處理如上所述的非超臨界液體二氧化碳流體。
為了除去蝕刻殘留物，在下一步驟中清洗半導(dǎo)體晶片2。這通過將超臨界二氧化碳流體流進處理室60來實現(xiàn)。用受控的超臨界二氧化碳流體的梯度流速執(zhí)行注入，梯度流速能確?；瘜W(xué)成分從反應(yīng)混和物中逐步的除去。
在清洗步驟之后，在處理室60內(nèi)執(zhí)行獨立式納米結(jié)構(gòu)的可選擇沖洗。再一次使用超臨界二氧化碳流體。在從0.1L/min到5L/min的范圍內(nèi)選擇超臨界二氧化碳流體的流速，優(yōu)選在0.5L/min到2L/min之間(L/min＝升每分鐘)。也可以用非超臨界液態(tài)二氧化碳流體執(zhí)行清洗步驟和沖洗步驟。優(yōu)選地，通過選擇適當?shù)奶幚項l件即高于或低于二氧化碳流體的臨界點的溫度和壓力使用相同的處理室60來執(zhí)行蝕刻、清洗和沖洗步驟。
之后，執(zhí)行半導(dǎo)體晶片的干燥步驟。這是通過從處理室60排出超臨界或液態(tài)的二氧化碳流體來實現(xiàn)的。在該步驟過程中，釋放了由在處理室內(nèi)排放超臨界二氧化碳流體產(chǎn)生的壓力。由于超臨界二氧化碳流體具有可忽略的表面張力特性，因此在干燥過程中不發(fā)生毛細管作用力。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例的處理順序是無靜摩擦的。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過使用處于超臨界態(tài)和/或液態(tài)的二氧化碳的獨特性質(zhì)來實現(xiàn)無靜摩擦處理。超臨界態(tài)是以低粘性和零表面張力為特征的高密度相，因而確保蝕刻化學(xué)成分的較好的可溶性和效率。另一方面，氣相表現(xiàn)出高擴散性能，利于容易地除去溶劑和具有更高的干燥效率。本發(fā)明的實施例的另一特征是在同一處理室60中完全地運行該處理，確保納米結(jié)構(gòu)永遠是濕的，因而一起消除了毛細管作用力。這通過很好地使用各種態(tài)的二氧化碳也是可能的，例如超臨界態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的處理順序也提供了額外的優(yōu)點，如二氧化碳是非可燃和無毒物質(zhì)并可以容易地重復(fù)利用。
因此，防止在現(xiàn)有技術(shù)中遇到的關(guān)于高的高寬比的納米結(jié)構(gòu)的問題，如下面所示。
現(xiàn)在參照圖6A和6B，顯示通過使用現(xiàn)有技術(shù)濕法蝕刻和干燥技術(shù)制造的疊層電容器DRAM單元的底部電極28。在圖6A中，第一SEM圖像80顯示側(cè)視中的疊層電容器DRAM單元的底部電極28。在圖6B中，第二SEM圖像82顯示頂視中的疊層電容器DRAM單元的底部電極28。在第一SEM圖像80中和在第二SEM圖像82中清晰可見底部電極28的相鄰柱子之間的靜摩擦。
參照圖7，顯示通過使用現(xiàn)有技術(shù)濕法蝕刻和干燥技術(shù)制造的周圍柵晶體管的獨立式納米結(jié)構(gòu)52。在圖7中，第三SEM圖像84顯示側(cè)視圖中的納米結(jié)構(gòu)52。在第三SEM圖像84中清晰可見在相鄰納米結(jié)構(gòu)52之間的靜摩擦。
參照圖8，提供了利用圖5的系統(tǒng)的方法步驟的流程圖。參照流程圖，在步驟100中提供半導(dǎo)體晶片2。在步驟102中，提供用于容納半導(dǎo)體晶片2的處理室60。在步驟104中，將半導(dǎo)體晶片2引入處理室60。在步驟106中，將蝕刻化學(xué)成分注入處理室60以蝕刻圖案化層40和釋放半導(dǎo)體晶片2上的獨立式納米結(jié)構(gòu)。該蝕刻化學(xué)成分包括超臨界或液態(tài)二氧化碳流體和蝕刻溶液。在步驟108中，通過用超臨界或液態(tài)的二氧化碳流體注入到處理室60中來清洗半導(dǎo)體晶片。在步驟110中，通過將超臨界二氧化碳流體注入處理室60和通過從處理室60排出超臨界二氧化碳流體來干燥半導(dǎo)體晶片。
已經(jīng)描述了用于制造獨立式半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)的實施例。相信本領(lǐng)域的技術(shù)人員考慮到這里提出的教導(dǎo)是能夠提出其它的修改、變形和變化。因此應(yīng)當理解相信所有的這些變形、修改和變化都落在如由附加的權(quán)利要求和它們的等同物所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參考標號2 晶片4 襯底6 DRAM單元8 襯底表面10 晶體管12 電容器14 第一結(jié)16 第二結(jié)18 柵電介質(zhì)層19 柱子20 柵極22 位線接觸24 位線26 接觸插塞28 底部電極30 電介質(zhì)層32 頂部電極40 硬掩模41 硬掩模寬度48 溝槽49 溝槽側(cè)壁50 導(dǎo)電層52 獨立式納米結(jié)構(gòu)60 處理室62 容器64 控制單元80 第一SEM圖像82 第二SEM圖像84 第三SEM圖像100-110 處理步驟
權(quán)利要求
1.一種制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的方法，包括提供包含襯底和襯底上方的圖案化層的半導(dǎo)體晶片，該圖案化層包括從圖案化層的上表面延伸到襯底的上表面的多個開口和布置在開口內(nèi)的結(jié)構(gòu)元件；提供一個處理室，該處理室被配置成容納半導(dǎo)體晶片；將該半導(dǎo)體晶片引入處理室；將蝕刻化學(xué)成分注入處理室以蝕刻圖案化層并釋放結(jié)構(gòu)元件作為半導(dǎo)體晶片上的獨立式納米結(jié)構(gòu)，該蝕刻化學(xué)成分包括二氧化碳流體和蝕刻溶液；通過將二氧化碳流體流進處理室來清洗半導(dǎo)體晶片；以及通過將超臨界二氧化碳流體注入處理室和通過從處理室排出超臨界二氧化碳流體來干燥半導(dǎo)體晶片。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在注入到處理室的蝕刻化學(xué)成分中二氧化碳流體為液態(tài)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在注入到處理室的蝕刻化學(xué)成分中二氧化碳流體為超臨界態(tài)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中在超臨界二氧化碳流體的單一透明相下執(zhí)行將包含蝕刻化學(xué)成分的超臨界二氧化碳流體注入到處理室。
5.權(quán)利要求4的方法，其中在高于1000psi的處理室內(nèi)的超臨界二氧化碳流體的壓力下執(zhí)行將蝕刻化學(xué)成分注入處理室的步驟。
6.權(quán)利要求5的方法，其中在高于40℃的處理室內(nèi)的超臨界二氧化碳流體的溫度下執(zhí)行將蝕刻化學(xué)成分注入處理室的步驟。
7.權(quán)利要求1的方法，其中在半導(dǎo)體晶片的清洗過程中二氧化碳流體處于液態(tài)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中在半導(dǎo)體晶片的清洗過程中二氧化碳流體處于超臨界態(tài)。
9.權(quán)利要求8的方法，其中在處理室內(nèi)的超臨界二氧化碳流體的恒壓和恒溫下執(zhí)行半導(dǎo)體晶片的清洗。
10.權(quán)利要求1的方法，其中干燥半導(dǎo)體晶片的步驟還包括釋放由在處理室內(nèi)排出的超臨界二氧化碳流體產(chǎn)生的壓力。
11.權(quán)利要求1的方法，其中，在干燥半導(dǎo)體晶片的步驟之前，該方法還包括以范圍從0.1L/min到5L/min的流速的超臨界二氧化碳來沖洗獨立納米結(jié)構(gòu)。
12.權(quán)利要求1的方法，其中以大約200nm或更小的距離隔開半導(dǎo)體晶片的多個開口中的相鄰開口。
13.權(quán)利要求12的方法，其中半導(dǎo)體晶片的圖案化層具有在1μm至20μm的范圍內(nèi)的厚度。
14.權(quán)利要求13的方法，其中半導(dǎo)體晶片的多個開口中的開口具有大約200nm或更小的寬度。
15.權(quán)利要求14的方法，其中提供半導(dǎo)體晶片的步驟還包括通過在襯底的上表面上沉積模壓層來形成圖案化層；將多個開口蝕刻到模壓層中，每個開口包括從模壓層的表面延伸到襯底表面的側(cè)壁；和通過在半導(dǎo)體晶片上均勻地沉積襯墊層來形成結(jié)構(gòu)元件，該襯墊層至少覆蓋開口的側(cè)壁。
16.權(quán)利要求14的方法，其中半導(dǎo)體晶片的結(jié)構(gòu)元件填充開口直到圖案化層的上表面，和對于蝕刻化學(xué)成分使用比圖案化層的蝕刻速率低的蝕刻速率。
17.權(quán)利要求16的方法，其中半導(dǎo)體晶片的圖案化層包括氧化硅和硅化玻璃的其中之一。
18.權(quán)利要求17的方法，其中在將蝕刻化學(xué)成分注入到處理室中的蝕刻溶液包括含有化學(xué)成分的氫氟酸。
19.權(quán)利要求18的方法，其中在將蝕刻化學(xué)成分注入到處理室中的蝕刻溶液還包括共溶劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中共溶劑選自由乙醇、烷烴、酮、胺、含氟的混合物、和乙醇/去離子水混合物組成的組。
21.權(quán)利要求19的方法，其中共溶劑包括從包括甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇和戊醇的組中選擇的醇。
22.權(quán)利要求19的方法，其中共溶劑包括烷烴。
23.權(quán)利要求19的方法，其中聯(lián)合溶劑包括酮。
24.權(quán)利要求19的方法，其中共溶劑包括從由n-甲基吡咯烷酮、二甘醇胺、二異丙基胺和三異丙基胺組成的組中選擇的胺。
25.權(quán)利要求19的方法，其中共溶劑包括含有從由氟化銨、1，1，1-氟代甲烷、和其混合物組成的組中選擇的物質(zhì)的氟。
26.權(quán)利要求17的方法，其中在將蝕刻化學(xué)成分注入到處理室中的蝕刻化學(xué)成分還包括陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑的其中之一。
27.權(quán)利要求26的方法，其中陰離子表面活性劑包括氣溶膠OT和氣溶膠OT衍生物的其中之一。
28.權(quán)利要求26的方法，其中非離子表面活性劑選自由ERITON、TRITON衍生物、SURFYNOL、SURFYNOL衍生物、DYNOL、DYNOL衍生物、和環(huán)氧乙烷組成的組。
29.一種用于制造獨立式納米結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，包括包含襯底和襯底上方的圖案化層的半導(dǎo)體晶片，該圖案化層包括從圖案化層的表面到襯底表面延伸的多個開口和布置在開口內(nèi)的結(jié)構(gòu)元件；處理室，該處理室被配置成容納半導(dǎo)體晶片；用于將該半導(dǎo)體晶片引入處理室的裝置；用于將蝕刻化學(xué)成分注入處理室以蝕刻圖案化層和釋放結(jié)構(gòu)元件作為半導(dǎo)體晶片上的獨立式納米結(jié)構(gòu)的裝置，該蝕刻化學(xué)成分包括液體或超臨界二氧化碳流體和蝕刻溶液；用于通過將液體或超臨界的二氧化碳流體流進處理室來清洗半導(dǎo)體晶片的裝置；和用于通過從處理室排出超臨界二氧化碳液體來干燥半導(dǎo)體晶片的裝置。
30.權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中至少部分的獨立式納米結(jié)構(gòu)具有20或更大的高寬比。
31.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中獨立式納米結(jié)構(gòu)彼此對準并且與襯底對準以易于形成疊層電容器存儲單元的底部電極。
32.權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其中獨立式納米結(jié)構(gòu)彼此對準并且與襯底對準以易于形成圍繞柵晶體管的有源晶體管。
全文摘要
系統(tǒng)和方法包括將半導(dǎo)體晶片引入處理室。將蝕刻化學(xué)成分注入到處理室以蝕刻圖案化層和釋放半導(dǎo)體晶片上的獨立式納米結(jié)構(gòu)。蝕刻化學(xué)成分包括超臨界或液態(tài)二氧化碳流體和蝕刻溶液。通過將超臨界或液態(tài)二氧化碳流體涌入處理室來清洗半導(dǎo)體晶片。通過從處理室排出超臨界或液態(tài)二氧化碳流體來干燥半導(dǎo)體晶片。
文檔編號B08B3/00GK1825538SQ20061005922
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月25日
發(fā)明者R·霍耶爾, A·杜蓬特 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司