描述了抑制胶体二氧化硅沉积物在磷酸中处理的表面上生长的技术。在一个实施方案中，所公开的技术包括使用胶体二氧化硅生长抑制剂作为用于氮化硅蚀刻的磷酸溶液中的添加剂。在一些实施方案中，所述添加剂可以具有可以含有强阴离子基团的化学品。提供了这样的方法和装置：其监测在处理期间磷酸溶液中的二氧化硅浓度和/或胶体二氧化硅生长抑制剂浓度，并根据需要调节这些组分的量。提供了用于控制磷酸溶液中待使用的添加剂浓度以及二氧化硅浓度的方法和装置的技术。本文所述的技术提供了相对于二氧化硅的高选择性氮化硅蚀刻，而不使胶体二氧化硅沉积物在暴露的表面上生长。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】胶体二氧化硅生长抑制剂以及相关的方法和系统本申请要求于2016年3月30日提交的临时专利申请第62/315,632号的优先权，其公开内容明确地通过引用整体并入本文。本申请还要求于2016年3月30日提交的临时专利申请第62/315,559号的优先权，其公开内容明确地通过引用整体并入本文。本申请还通过引用将由Bassett等同时提交的题为“ProcessandApparatusforProcessingaNitrideStructureWithoutSilicaDeposition”的美国专利申请第15/467973号整体并入。
技术介绍
本公开内容涉及在磷酸(H3PO4)溶液中处理硅基底。具体地，提供了在磷酸中处理期间防止胶体二氧化硅沉积物在基底表面上生长的新方法。在半导体工业中已使用对二氧化硅和纯硅具有高选择性的磷酸以去除氮化硅膜。在1967年，Gelder和Hauser发表了一篇文章，其中他们提出使用沸腾的磷酸来除去氮化硅膜。他们利用给定稀释度的酸的沸点来控制酸温度及其在处理罐中的浓度。该处理已经在半导体工业中被广泛采用，并且其用于现在的生产中。沸腾磷酸处理在半导体工业中的典型应用是去除氮化硅膜。在这样的应用中，氮化硅膜通常位于二氧化硅膜上并且被沉积的二氧化硅包围。除去氮化硅膜的过程开始于通过稀氢氟酸(HF)处理小心地去除可能停留在氮化硅膜上面的任何残留二氧化硅。调节HF的稀释度以从氮化硅表面去除任何残留二氧化硅而不显著地去除位于氮化硅区域之间的沉积二氧化硅。在HF中的氮化硅清洗步骤之后，高选择性蚀刻在沸腾的磷酸中进行以去除氮化硅膜而不去除存在于氮化硅膜之间的沉积二氧化硅膜，在位于氮化硅膜下面的二氧化硅膜上停止。已经发现，在某些半导体结构的处理期间，胶体二氧化硅沉积物在暴露的二氧化硅区域上的不利生长可能阻碍氮化硅去除和/或其他后续处理步骤。需要在磷酸中表面处理期间抑制胶体二氧化硅沉积物生长的方法。
技术实现思路
本文描述了抑制胶体二氧化硅沉积物在磷酸(H3PO4)中处理的表面上生长的创新方法。在一个实施方案中，所公开的技术包括使用胶体二氧化硅生长抑制剂作为磷酸溶液中的添加剂。在一些实施方案中，添加剂可以具有可以含有强阴离子基团的化学品。可能的阴离子基团包括但不限于：-COOH和-PO3H2。这些化学基团与胶体二氧化硅网络中的Si中心反应，使得形成硅酸酯R-C(O)-SiOx，致使胶体二氧化硅保留在溶液中。也可以使用其他胶体二氧化硅生长抑制剂。在一些实施方案中，提供了这样的方法和装置，其在处理期间监测磷酸中的二氧化硅浓度和/或生长抑制剂浓度，并根据需要调节这些组分的量。本文所述的技术提供了相对于二氧化硅的高选择性氮化硅蚀刻而不使胶体二氧化硅沉积物在暴露的表面上生长。在一个实施方案中，所公开的技术包括提供用于湿法蚀刻微电子基底上的结构的化学组合物。该组合物可以包含水、磷酸和胶体二氧化硅生长抑制剂，其中微电子基底至少包括第一结构和第二结构，该化学组合物相对于第二结构选择性地蚀刻第一结构而不产生胶体二氧化硅沉积物在第一结构或第二结构的暴露表面上的生长。在另一个实施方案中，提供了用于湿法蚀刻微电子基底上的结构的方法。该方法可以包括：将基底装载至湿法化学处理系统中，该基底具有第一结构和第二结构；以及将湿法蚀刻溶液分配到基底上。湿法蚀刻溶液可以包含水、磷酸和胶体二氧化硅生长抑制剂，其中湿法化学处理系统被配置为相对于基底上的第二结构选择性地蚀刻基底上的第一结构，而不产生胶体二氧化硅沉积物在基底上的第一结构或第二结构的暴露表面上的生长。在又一个实施方案中，提供了湿法化学处理系统。湿法化学处理系统可以包括被配置为接收基底并将基底暴露于湿法蚀刻化学组合物的室。湿法化学处理系统还可以包括耦接至室的化学供应系统，该化学供应系统将湿法蚀刻化学组合物供应至室。湿法蚀刻化学组合物包含水、磷酸和胶体二氧化硅生长抑制剂。湿法化学处理系统还包括控制器，该控制器被配置为控制湿法化学处理系统的部件，至少包括化学供应系统。附图说明通过参照以下结合附图的描述，可以获得对本专利技术及其优点的更完整的理解，附图中相同的附图标记表示相同的特征。然而，应注意，附图仅示出了所公开的构思的示例性实施方案，并且因此不应视为对范围的限制，因为所公开的构思可以允许其他同等有效的实施方案。图1A至图1D示出了具有待去除的氮化硅的示例性半导体结构和在半导体结构上形成二氧化硅沉积物。图2示出了可以用于进行本文所述技术的示例性湿法化学处理系统。图3示出了用于单个基底湿法化学处理系统的示例性分配系统。图4和图5示出了使用本文所述技术的单个基底湿法化学处理系统的一个实施方案的示例性处理流程。图6示出了使用本文所述技术的分批浸没湿法化学处理系统的一个实施方案的示例性处理流程。具体实施方案已经发现，在某些半导体结构的氮化硅的磷酸蚀刻期间，沉积在暴露的二氧化硅区域上的胶体二氧化硅的不利生长可能阻碍处理期间的氮化硅去除。更具体地，形成在具有窄间隙、窄沟槽和/或高纵横比的结构中的氮化硅是特别成问题的。如本文所使用的，高纵横比结构的纵横比为至少4:1或更大。这样的结构可以见于多种半导体结构中，例如逻辑器件、互连结构、鳍式场效应晶体管(FinFieldEffectTransistors，FinFET)、3D半导体结构、闪存器件如NotAND(NAND)型存储器件，等等。在磷酸氮化硅蚀刻中，氮化硅蚀刻速率和二氧化硅蚀刻速率之间的高选择性至少部分地由磷酸溶液中的硅含量调节。硅含量越高，二氧化硅蚀刻速率越低。由于氮化硅几乎不受硅含量的影响，因此随着溶液的硅含量增加，氮化硅蚀刻和二氧化硅蚀刻之间的选择性增加。然而，溶液的硅含量增加导致处理期间胶体二氧化硅沉积物在暴露的二氧化硅区域上生长。胶体二氧化硅沉积物的生长对复杂结构的蚀刻具有负面影响，因为胶体二氧化硅沉积物可能阻止溶液流入高纵横比的沟槽，显著减缓氮化物蚀刻过程。此外，胶体二氧化硅沉积物的生长可能对后续处理步骤具有不利影响。如上所述，本文所公开的技术可以适用于多种半导体结构，例如逻辑器件、互连结构、FinFET、3D半导体结构、NAND闪存器件等。示例性结构如图1A所示。这样的结构可以存在于3DNAND器件或者许多其他半导体器件中的任一者中。应认识到，图1A的窄间隙、高纵横比结构仅仅是示例性的，并且本领域技术人员将理解本文所述技术可以用于其中发生胶体二氧化硅沉积物的不利形成的许多其他结构的处理。因此，图1A所示的窄间隙、高纵横比结构仅仅是多种窄结构和/或高纵横比结构中的任意的示例。例如，本文所述技术与高纵横比的沟槽结构相关。如图1A所示，示出了示例性半导体结构100(其可以是例如3DNAND结构的一部分)，其具有氮化硅结构和二氧化硅结构，其中氮化硅形成为窄的、高纵横比的间隙。如所示的，窄的、高纵横比的间隙形成在二氧化硅(SiO2)层102之间。SiO2层102可以替选地为Si层或其他氧化物层。在SiO2层之间的间隙中形成有氮化硅(SiN)层104。然后SiN层的蚀刻可以通过将半导体结构100暴露于热磷酸溶液中来进行，例如浸入热磷浴中或者将结构暴露于热磷酸喷雾。如图1B所示，由于SiN的蚀刻，在SiO2表面附近存在分散在磷酸溶液中的高浓度胶体本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于微电子基底上的结构的湿法蚀刻的化学组合物，包含：水；磷酸；和胶体二氧化硅生长抑制剂，其中所述微电子基底至少包括第一结构和第二结构，所述化学组合物相对于所述第二结构选择性地蚀刻所述第一结构，而不在所述第一结构或所述第二结构的暴露表面上产生胶体二氧化硅沉积物的生长。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.30 US 62/315,632;2016.03.30 US 62/315,559;1.一种用于微电子基底上的结构的湿法蚀刻的化学组合物，包含：水；磷酸；和胶体二氧化硅生长抑制剂，其中所述微电子基底至少包括第一结构和第二结构，所述化学组合物相对于所述第二结构选择性地蚀刻所述第一结构，而不在所述第一结构或所述第二结构的暴露表面上产生胶体二氧化硅沉积物的生长。2.根据权利要求1所述的化学组合物，还包含：硫酸。3.根据权利要求1所述的化学组合物，其中所述胶体二氧化硅生长抑制剂包含至少一个-COOH基团或至少一个-PO3H2基团，或包含两者。4.根据权利要求1所述的化学组合物，其中所述胶体二氧化硅生长抑制剂是多羧酸盐/酯。5.根据权利要求1所述的化学组合物，其中所述胶体二氧化硅生长抑制剂包括选自以下的至少一种化合物：柠檬酸、乙酸、草酸、苹果酸、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸盐/酯(PBTC)、二亚乙基三胺五乙酸盐/酯(DETPA)、乙二胺四羧酸盐/酯(EDTA)、1,2,3,4-丁烷四羧酸盐/酯(BTC)、氨基酸、L-组氨酸、L-苯丙氨酸、氟化氢铵和/或氟化铵。6.根据权利要求5所述的化学组合物，其中所述胶体二氧化硅生长抑制剂的浓度为0.1体积％至10体积％。7.根据权利要求5所述的化学组合物，其中所述胶体二氧化硅生长抑制剂的浓度为0.2体积％至1体积％。8.根据权利要求5所述的化学组合物，其中柠檬酸的浓度为0.2体积％至1体积％。9.根据权利要求5所述的化学组合物，其中氟化氢铵的浓度为0.01体积％至10体积％。10.根据权利要求5所述的化学组合物，其中氟化氢铵的浓度为0.02体积％至1体积％。11.根据权利要求5所述的化学组合物，其中氟化铵的浓度为0.01体积％至10体积％。12.根据权利要求5所述的化学组合物，其中氟化铵的浓度为0.02体积％至1体积％。13.根据权利要求1所述的化学组合物，其中所述第一结构是氮化硅结构，所述第二结构是氧化硅结构。14.一种用于微电子基底上的结构的湿法蚀刻的方法，包括：将所述微电子基底装载至湿法化学处理系统中，所述微电子基底具有第一结构和第二结...
【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼奥·L·P·罗通达龙，华莱士·P·普林茨，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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