半导体处理中的氢化硅烷化

摘要

形成半导体装置的实例可包含：通过将包含图案化特征的硅结构暴露于含氟化氢HF溶液而在所述硅结构上形成硅氢Si‑H封端表面；及通过将所述Si‑H封端表面暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化执行表面改性。

权利要求

1.一种用于形成半导体装置的方法，其包括：通过将包含图案化特征的硅结构暴露于含氟化氢HF溶液而在所述硅结构上形成硅氢Si‑H封端表面；

经由去离子DI水冲洗移除所述含HF溶液；

在所述硅结构的所述Si‑H封端表面上形成溶剂；及通过将所述Si‑H封端表面暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化执行表面改性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述表面改性防止了所述硅结构的所述图案化特征倒塌。

3.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述表面改性减少了所述硅结构的所述图案化特征之间的粘连。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在执行所述表面改性之前在所述硅结构上的所述Si‑H封端表面上形成所述溶剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述Si‑H封端表面暴露于烯烃和/或炔烃置换了所述Si‑H封端表面上的溶剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在执行所述表面改性之后经由蒸发移除所述烯烃及/或所述炔烃的部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在执行所述表面改性之后经由等离子体剥除工艺移除所述烯烃及/或所述炔烃的部分。

8.根据权利要求1所述的方法，执行所述表面改性包含将所述硅结构加热到100℃与

300℃之间。

9.一种用于形成半导体装置的方法，其包括：在硅结构上形成特征；

在所述硅结构上形成所述特征之后对所述硅结构执行湿法清洁操作以移除残留在所述硅结构上的材料，其中所述湿法清洁操作包含将所述硅结构暴露于含氟化氢HF溶液；及通过将所述硅结构暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化执行所述硅结构的表面改性，

其中所述烯烃和/或炔烃置换了所述硅结构上的溶剂。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含响应于执行所述湿法清洁操作而将所述硅结构暴露于溶剂。

11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包含响应于将所述硅结构暴露于所述溶剂而将所述硅结构从第一腔室移动到第二腔室。

12.根据权利要求9所述的方法，其中在所述硅结构上形成特征包含形成具有大于10的纵横比的特征。

13.根据权利要求9所述的方法，其中将所述硅结构暴露于所述含氟化氢HF溶液会在所述硅结构上形成硅氢Si‑H封端表面。

14.根据权利要求9所述的方法，其进一步包含经由去离子水移除所述含氟化氢HF溶液。

15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包含用溶剂交换所述去离子水。

16.一种用于形成半导体装置的方法，其包括：经由去离子DI水冲洗从硅结构的Si‑H封端表面移除含HF溶液及在所述硅结构的所述Si‑H封端表面上形成溶剂；以及通过使烯烃及/或炔烃与所述硅结构反应而经由氢化硅烷化对所述硅结构的所述Si‑H封端表面执行表面改性，其中使所述烯烃及/或炔烃与所述硅结构反应包含使选自以下的化合物进行反应：

乙烯基苯；

乙炔基苯；

乙烯基和甲硅烷基；

乙炔基和甲硅烷基；及

碳氟化合物和乙烯基。

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含使具有5到20个碳原子的所述烯烃与所述硅结构反应。

18.根据权利要求16所述的方法，其进一步包含使具有5到15个碳原子的所述炔烃与所述硅结构反应。

19.一种半导体处理系统，其包括：第一腔室，其经配置以对硅结构执行湿法清洁操作，其中所述湿法清洁操作移除在所述硅结构上形成图案化特征之后残留在所述硅结构上的材料，且经由去离子DI水冲洗从所述硅结构移除含HF溶液及在所述硅结构的Si‑H封端表面上形成溶剂；及第二腔室，其经配置以通过将所述硅结构暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化对所述硅结构执行表面改性。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述第二腔室经配置以加热所述硅结构到100℃与300℃之间。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一腔室经配置以在所述湿法清洁操作之后将所述溶剂施加到所述硅结构。

22.根据权利要求19所述的系统，其中所述第二腔室经配置以在所述表面改性期间增加所述第二腔室中的压力。

23.根据权利要求19所述的系统，其中所述第二腔室经配置以响应于通过降低所述第二腔室中的压力来完成所述表面改性而移除所述烯烃及/或所述炔烃。

24.根据权利要求19所述的系统，其中所述硅结构受到所述溶剂保护，且响应于完成所述湿法清洁操作之后从所述第一腔室移动到所述第二腔室。

说明书

半导体处理中的氢化硅烷化

技术领域

[0001] 本发明大体上涉及半导体处理，且更特定来说，涉及在半导体处理中使用氢化硅烷化。

背景技术

[0002] 半导体处理(例如，制造)可用于形成半导体装置，例如集成电路、存储器装置、微机电装置(MEMS)等。

[0003] 可通过半导体处理形成的存储器装置的实例包含但不限于：易失性存储器(例如，其可需要电源来维持其数据)，例如随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同
步动态随机存取存储器(SDRAM)等等；及非易失性存储器(例如，其可通过在未被供电时保
持经存储数据而提供永久性数据)，例如NAND快闪存储器、NOR快闪存储器、只读存储器
(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)等等。

[0004] 半导体处理可涉及形成可被称为晶片或衬底的(例如，硅的)半导体上及/或中的特征(例如，图案)。在一些实例中，一或多种材料，例如硅基材料(例如，氧化硅(SiO)、碳化
硅(SiN)、原硅酸四乙酯(TEOS)及/或多晶硅)可形成在半导体上。例如，可使用沉积工艺(例
如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、电化学沉积及/或分子束外
延等等)将一或多种材料形成在半导体上。

[0005] 随后，可例如通过湿法及/或干法蚀刻移除一或多种材料的部分(及在一些情况下，半导体的部分)以形成特征。在一些实例中，特征可具有高纵横比(例如，高度对宽度或
直径的比)且可被称为高纵横比(HAR)特征。例如，特征可能通过HAR开口彼此分离。

[0006] 在处理期间，半导体及特征可经受湿法处理(例如湿法清洁)及后续干燥。例如，湿法清洁可有助于例如通过移除工艺或其它处理移除留下的残余物。

发明内容

[0007] 根据本申请案的一方面，提供一种用于形成半导体装置的方法。所述方法包括：通过将包含图案化特征的硅结构暴露于含氟化氢(HF)溶液而在所述硅结构上形成硅氢(Si‑
H)封端表面；及通过将所述Si‑H封端表面暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化执行表
面改性。

[0008] 根据本申请案的另一方面，提供一种用于形成半导体装置的方法。所述方法包括：在硅结构上形成特征；在所述硅结构上形成所述特征之后对所述硅结构执行湿法清洁操作
以移除残留在所述硅结构上的材料，其中所述湿法清洁操作包含将所述硅结构暴露于含氟
化氢(HF)溶液；及通过将所述硅结构暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化执行所述硅
结构的表面改性。

[0009] 根据本申请案的又一方面，提供一种用于形成半导体装置的方法。所述方法包括：通过使烯烃及/或炔烃与硅结构反应而经由氢化硅烷化对所述硅结构的Si‑H封端表面执行
所述表面改性。

[0010] 根据本申请案的再一方面，提供一种半导体处理系统。所述半导体处理系统包括：第一腔室，其经配置以对硅结构执行湿法清洁操作，其中所述湿法清洁操作移除在所述硅
结构上形成图案化特征之后残留在所述硅结构上的材料；及第二腔室，其经配置以通过将
所述硅结构暴露于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化对所述硅结构执行表面改性。

附图说明

[0011] 图1呈现特征倾倒的各种实例。

[0012] 图2A到2C说明根据本发明的数个实施例的与形成半导体装置相关联的处理步骤的横截面视图。

[0013] 图3是根据本发明的数个实施例的结合与形成半导体装置相关联的处理步骤使用的处理设备的框图说明。

[0014] 图4是至少部分根据本发明的数个实施例形成的设备的框图说明。

具体实施方式

[0015] 本发明包含与形成半导体装置(例如集成电路、存储器装置、MEMS等等)相关联的处理方法。形成半导体装置的实例可包含：通过将包含图案化特征的硅结构暴露于含氟化
氢(HF)溶液而在所述硅结构上形成硅氢(Si‑H)封端表面；及通过将所述Si‑H封端表面暴露
于烯烃及/或炔烃而经由氢化硅烷化执行表面改性。

[0016] 相较于先前方法，本发明的实施例提供技术优点，例如降低处理期间的特征倒塌(例如，倾倒)及特征之间的粘连的可能性。例如，数个实施例执行氢化硅烷化表面改性工
艺，所述工艺的作用是通过改变液体在硅结构上的接触角以减小特征之间的毛细压力及/
或减少特征之间的粘连而防止特征倒塌(例如，有时称为图案倒塌)。

[0017] 一些现有方法可包含使用与表面OH基团反应的硅烷执行表面改性。这些现有方法不能有效地防止特征倒塌及/或减少包含纵横比为10比1或更大的特征的结构上的粘连。所
述现有方法还可包含氧化表面，因此硅烷可起反应且改性表面，这在氧化表面时导致材料
损失。

[0018] 硅结构可在湿法清洁工艺期间及/或在制造期间在工具间移动时暴露于水分。例如，硅结构的特征可暴露于水及/或来自空气的水蒸气可冷凝在结构的表面上(例如，形成
液体冷凝物)。这可能对于在例如HAR特征的特征之间具有小开口的结构来说是个问题。例
如，液体冷凝物可形成在特征之间的开口中。高表面张力可由开口中的液体造成，这可致使
特征朝向彼此倾倒(例如，倒塌)，从而使相邻特征彼此接触。例如，图1说明倾倒(例如，倒
塌)到相邻特征中的特征101及倾倒到彼此中(例如，有时被称为桥接)的一对相邻特征102。
这可导致半导体装置结构中的缺陷，且甚至可致使半导体装置无法操作。在本发明的数个
实施例中，氢化硅烷化表面改性工艺可通过改变液体在硅结构上的接触角以减小特征之间
的毛细压力及/或减少硅结构的特征之间的粘连而防止特征倒塌(例如，有时称为图案倒
塌)。

[0019] 在以下详细描述中，参考形成其部分且其中以说明方式展示特定实例的附图。在附图中，贯穿若干视图，类似数字描述基本上类似组件。可利用其它实例且可在不脱离本发
明的范围的情况下进行结构及电气改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义，且本发
明的范围仅由权利要求书及其等效物定义。

[0020] 术语半导体可指例如材料层、晶片或衬底且包含任何基底半导体结构。“半导体”应被理解为包含蓝宝石上覆硅(silicon‑on‑sapphire)(SOS)技术、绝缘体上覆硅
(silicon‑on‑insulator)(SOI)技术、薄膜晶体管(TFT)技术、掺杂及非掺杂半导体、由基底
半导体结构支撑的硅的外延层以及其它半导体结构。此外，当在以下描述中引用半导体时，
可能已利用先前工艺步骤来形成基底半导体结构中的区/结，且术语半导体可包含含有此
类区/结的下伏层。

[0021] 本文中的图遵循编号惯例，其中首位或前几位数字对应于附图图号且剩余数字识别附图中的元件或组件。可通过使用类似数字而识别不同图之间的类似元件或组件。例如，
211可在图2A中指涉元件“11”，且类似元件在图2B中可被指涉为211。如将明白，可添加、交
换及/或消除在本文中的各个实施例中所展示的元件以便提供本发明的数个额外实施例。
另外，如将明白，图中所提供的元件的比例及相对尺度意在说明本发明的实施例且不应被
视为限制意义。

[0022] 图2A到2C说明根据本发明的数个实施例的与形成半导体装置(例如集成电路的部分、存储器装置、MEMS等等)相关联的处理步骤的横截面视图。例如，处理步骤可与形成DRAM
存储器装置、NAND快闪存储器装置、NOR快闪存储器装置等等(例如，其存储器阵列)相关联。

[0023] 图2A描绘在已发生若干处理步骤之后的结构(例如，待用于半导体装置中)。结构可包含基底结构，例如衬底206(例如，半导体)。在一些实例中，可使用例如沉积工艺(例如
PVD、CVD、ALD、电化学沉积及/或分子束外延等等)将一或多种材料210(例如硅基材料)形成
在半导体206的表面208(例如上表面)上(例如，上方)。

[0024] 通过移除结构的部分(例如一或多种材料210的部分及半导体206的部分)而形成特征211，例如微特征(例如，具有约0.1微米到约100微米的宽度或直径)及/或纳米特征(例
如，具有约0.1纳米到约100纳米的宽度或直径)。移除工艺形成穿过一或多种材料210而停
止在半导体206上或中(例如，如图2A中展示)的开口212，例如空间(例如，沟槽)。例如，开口
212可介于相邻特征211之间。在一些实例中，相应特征211中的每一者包含一或多种材料
210及半导体206的部分。

[0025] 在一些实例中，半导体206中的开口212(例如，低于表面208)的部分可对应于隔离区(例如浅沟槽隔离(STI)区)及/或高纵横比特征(例如在形成电容器、晶体管及其它电组
件时使用的特征)。在实例中，特征211可完全为半导体206，且开口212可对应于STI区。特征
211可为HAR特征，且开口212可为HAR开口。例如，HAR可具有10比1、25比1或更大的高度对宽
度或直径比。

[0026] 在一些实例中，开口212及因此图2A中的结构可使用干法处理工具(未展示)(例如干法移除工具(例如，干法蚀刻工具))、使用干法移除工艺(例如干法蚀刻)而形成。掩模(未
展示)(例如成像抗蚀剂(例如，光致抗蚀剂))可形成在一或多种材料210上方且经图案化以
暴露一或多种材料210的区。随后，可例如通过干法蚀刻工艺移除经暴露区以形成可终止在
半导体206上或中的开口212。

[0027] 可经由湿法清洁工具(例如，作为湿法清洁工艺的部分)从图2A的结构移除来自干法蚀刻工艺的残余材料以清洁特征211之间的开口212。在实例中，湿法清洁工艺可在惰性
气氛中执行使得未将图2A的结构暴露于反应性气体(例如，O2)。

[0028] 在一些实例中，湿法清洁可包含水性湿法清洁，所述水性湿法清洁可包含氢氟酸(HF)。在实例中，水性湿法清洁可包含标准清洁‑1(SC‑1)(例如，用于移除有机物、颗粒及
膜)，所述SC‑1可包含去离子(DI)水、水性氢氧化铵及水性过氧化氢。在一些情况下，可在
SC‑1之后作为水性湿法清洁的部分执行标准清洁2(SC‑2)(例如，用于移除金属离子)，所述
SC‑2可包含去离子(DI)水、水性盐酸及水性过氧化氢。湿法清洁工艺可进一步包含运用DI
水清洗、之后溶剂(例如，异丙醇(IPA))清洗的水性湿法清洁，之后干燥，例如旋转干燥，以
形成图2A的结构。

[0029] 如图2B中所展示，可在湿法清洁工艺之后对图2A的结构执行氢化硅烷化表面改性工艺。表面改性工艺可减少特征211之间的特征倒塌及粘连。可通过将所述结构暴露于含HF
溶液(例如，0.1％到49％HF或NH4F)而形成所述结构的硅氢(Si‑H)及/或氟硅(Si‑F)封端表
面。可使用单晶片旋转清洁工具将含HF溶液施加到所述结构。

[0030] 可经由DI水清洗移除含HF溶液且DI水可与例如举例来说IPA的溶剂交换。所述结构可移动到另一腔室进行进一步处理，同时受溶剂水坑保护。

[0031] 可通过用表面改性化学物质214置换溶剂而继续进行氢化硅烷化表面改性工艺。表面改性化学物质214可包含烯烃及/或炔烃且可施加到所述结构的Si‑H及/或Si‑F封端表
面。可施加纯的及/或用烃类溶剂稀释的表面改性化学物质214。表面改性化学物质214可包
含具有5到20个碳原子的支链或直链末端烯烃(例如，1‑戊烯及/或1‑二十碳烯)、具有5到15
个碳原子的支链或直链末端炔烃(例如，1‑戊炔及/或1‑十五炔)、具有5到20个碳原子的支
链或直链末端烯烃(例如，1‑戊烯及/或1‑二十碳烯)、含乙烯基苯基的化合物(例如，苯乙
烯)、含乙炔基苯基的化合物(例如，1‑乙炔基‑4‑戊基苯及/或4‑叔丁基苯基乙炔)、含乙烯
基或乙炔基及甲硅烷基的化合物(例如，乙炔基三甲基硅烷及/或乙烯基三甲基硅烷)及/或
含碳氟化合物及乙烯基的化合物(例如，1H、1H、2H‑全氟‑1‑辛烯)等等。

[0032] 在将具有封端Si‑H及/或Si‑F表面的结构暴露于表面改性化学物质214之后，可将所述结构加热到近似100℃到300℃。可调节腔室中的压力以控制表面改性化学物质214及/
或溶剂的蒸发。一旦表面改性完成，就可经由蒸发(例如，旋离(spin‑off)及/或将腔室排气
到大气压)移除过量表面改性化学物质及/或溶剂。

[0033] 如图2C中所展示，可经由干法等离子体剥离工艺移除表面改性剂。图2C中的结构可包含特征211，经由湿法清洁工艺、之后氢化硅烷化表面改性工艺形成及清洁特征211以
减少干燥所述结构时的特征倒塌及粘连。图2C中的结构已准备好用于进一步处理步骤。

[0034] 图3是根据本发明的数个实施例的结合与形成半导体装置相关联的处理步骤使用的处理设备的框图说明。处理设备可包含：腔室340，其用于执行氢化硅烷化表面改性工艺
及/或将牺牲材料形成在结构的开口中；载体342，其可固持一批半导体晶片343；及工具，例
如泵344、气体冲洗346及温度控件348，其可经由升华移除固体牺牲材料。制造系统可包含
数个腔室(例如，数个腔室340)，每一腔室经配置以在制造期间执行特定工艺(例如，湿法蚀
刻工艺、干法蚀刻工艺及/或沉积工艺等)。

[0035] 可在腔室340中对图2A的结构执行氢化硅烷化表面改性工艺。可通过将晶片343的结构暴露于含HF溶液(例如，0.1％到49％HF或NH4F)而形成所述结构的硅氢(Si‑H)及/或硅
氟(Si‑F)封端表面。可在腔室340中使用单晶片旋转清洁工具将含HF溶液施加到所述结构。

[0036] 可经由DI水清洗移除含HF溶液且可用例如举例来说IPA的溶剂交换DI水。所述结构可移动到另一腔室进行进一步处理，同时受溶剂水坑保护。

[0037] 可通过用表面改性化学物质置换溶剂而继续进行氢化硅烷化表面改性工艺。表面改性化学物质可包含烯烃及/或炔烃且可施加到所述结构的Si‑H及/或Si‑F封端表面。

[0038] 在将具有封端Si‑H及/或Si‑F表面的结构暴露于表面改性化学物质之后，可经由温度控件348将所述结构加热到近似100℃到300℃。可调节腔室中的压力以经由泵344控制
表面改性化学物质214及/或溶剂的蒸发。一旦表面改性完成，就可经由蒸发(例如，旋离及/
或将腔室排气到大气压)经由气体冲洗346移除过量表面改性化学物质及/或溶剂。

[0039] 图4是设备(例如存储器装置450)的框图。例如，存储器装置450可为易失性存储器装置(例如DRAM)、非易失性存储器装置(例如NAND快闪存储器或NOR快闪存储器)等等。例
如，存储器装置450可至少部分使用例如先前结合图2A到2C所描述的处理形成。

[0040] 存储器装置450包含耦合到存储器阵列454(例如DRAM阵列、NAND阵列、NOR阵列等等)的控制器452，例如专用集成电路(ASIC)。例如，存储器阵列454可至少部分根据先前所
描述的处理形成。

[0041] 控制器452可控制存储器装置450上及存储器阵列454的操作，包含例如数据感测(例如，读取)及数据编程(例如，写入)。存储器装置450可耦合到主机装置(图4中未展示)。

[0042] 相较于先前方法，本发明的实施例提供技术优点，例如降低处理期间的特征倒塌(例如，倾倒)及特征之间的粘连的可能性。例如，数个实施例执行氢化硅烷化表面改性工
艺，所述工艺的作用是通过改变液体在硅结构上的接触角以减小特征之间的毛细压力及/
或减少特征之间的粘连而防止特征倒塌(例如，有时称为图案倒塌)。

[0043] 尽管本文中已说明及描述特定实例，但是所属领域一般技术人员将明白，经计算以实现相同结果的布置可取代所展示的特定实施例。本发明意在涵盖本发明的一或多个实
施例的调适或变动。应了解，已以说明性方式且非限制性方式进行以上描述。应参考权利要
求书以及此权利要求书被授权的等效物的全范围确定本发明的一或多个实例的范围。