JP7411818B2 - 半導体構造の処理方法及び形成方法 - Google Patents
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Description
［関連出願への相互参照］
本願は、２０２０年７月２日に中国特許局に提出された、発明の名称が「半導体構造の処理方法及び形成方法」であり、出願番号が２０２０１０６３３７４４．２である中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願の全ての内容が参照として本願に援用される。
本願は、２０２０年７月２日に中国特許局に提出された、発明の名称が「半導体構造の処理方法及び形成方法」であり、出願番号が２０２０１０６３３７４４．２である中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願の全ての内容が参照として本願に援用される。
本願は、半導体分野に関し、半導体構造の処理方法及び形成方法に関する。
半導体製造プロセスでは、通常、材料の堆積、平坦化、特徴のパターニング、エッチング、洗浄などの複数の処理工程が必要とされる。集積回路の要素のサイズの継続的な縮小に伴い、製造工程はますます複雑になり、高アスペクト比（ＨＡＲ：ｈｉｇｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）構造がますます重要になっている。要素のサイズの縮小により、特徴部分の深度は変わらないか、深くなるとともに幅が小さくなり、その結果、特徴部分のアスペクト比が大きくなる。高アスペクト比（ＨＡＲ）構造の生産工程では、横曲げ、頂部限界寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）及び底部ＣＤの変化、ネッキング、傾斜及びパターンの歪みなどの問題が発生しやすくなる。如何にＨＡＲ構造の品質を向上させて、ＨＡＲ構造の傾斜を防ぐかは、解決すべき緊急の課題となっている。
本願実施例は、高アスペクト比構造の傾斜の問題を効果的に解決し、プロセスが簡単で低コストの半導体構造の処理方法及び形成方法を提供する。
上記の技術的課題を解決するために、本願実施例は半導体構造の処理方法を提供し、前記方法は、半導体基板を提供することであって、半導体基板上には、特徴部分が設けられており、特徴部分の頂部には、マスク層が設けられていことと、半導体構造に対して灰化処理を実行することであって、半導体構造は、半導体基板、特徴部分及びマスク層を備えることと、マスク層を除去することと、半導体構造に対して洗浄処理を実行し、特徴部分に対して洗浄処理を実行した後、特徴部分の表面に酸化物層を形成することと、半導体構造に対して乾燥処理を実行することと、酸化物層を除去することと、を含み、ここで、乾燥処理過程では、少なくとも隣接する１つのグループ特徴部分において、一方の特徴部分は、それに隣接する他方の特徴部分に向かって傾斜し、乾燥処理を行った後、傾斜した特徴部分とそれに隣接する特徴部分との間の距離は、乾燥処理を行う前のそれらの間の距離より小さい。
特徴部分は高アスペクト比構造であり、特徴部分の傾斜は高アスペクト比構造の傾斜であり、特徴部分が垂直状態にあるとき、高アスペクト比構造の傾斜は回避され得る。関連技術では、エッチングにより特徴部分を形成した後の灰化処理及び洗浄処理の実行中に、特徴部分の頂部のマスク層が除去され、特徴部分は毛管力により傾斜する。関連技術と比較すると、本発明は、洗浄処理前に、特徴部分の頂部のマスク層を除去し、洗浄処理中に、形成された酸化物層をエッチングせず、特徴部分は毛管力により傾斜するが、酸化物層が除去された後、特徴部分は初期状態に戻るため、高アスペクト比構造を洗浄するときに発生する高アスペクト比構造の傾斜の問題が効果的に解決され、工程プロセスが簡単でコストが低い。
更に、半導体構造に対して灰化処理を実行することは、無酸素の第１混合ガスを使用して半導体構造に対して灰化処理を実行することを含む。更に、第１混合ガスは、少なくとも水素及び窒素を含む。無酸素の第１混合ガスを使用して灰化処理を実行することで、灰化処理中の半導体構造の表面の酸化を回避する。
更に、半導体構造に対して灰化処理を実行することは、酸素を含む第２混合ガスを使用して特徴部分の表面に対して灰化処理を実行することを含む。更に、第２混合ガスは、少なくとも水素、窒素及び酸素を含む。酸素を含む第２混合ガスを使用して灰化処理を実行することで、灰化処理工程時間を短縮し、これにより、半導体製造プロセスの製造プロセス効率を向上させる。
更に、洗浄処理はＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合液を使用し、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの体積比は、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１～４：２０～１００である。
更に、半導体構造に対して乾燥処理を実行した後、酸化物層を除去する前に、前記方法は、酸化物層に対して補償処理を実行することを更に含む。酸化物層に対して補償処理を実行した後、特徴部分の酸化により形成される酸化物層の厚さが増加し、これにより、後続に酸化物層が除去された後、特徴部分が元の状態に復元するのを確保するか、又は特徴部分が元の状態に復元する速度を加速させることができる。
更に、酸化物層に対して補償処理を実行することは、第３混合ガスを使用して、酸化物層に対して補償処理を実行することを含み、第３混合ガスは、少なくとも水素、窒素及び酸素を含む。
更に、酸化物層に対して補償処理を実行することは、混合プラズマを使用して、酸化物層に対して補償処理を実行することを含み、混合プラズマは少なくとも、水素、窒素及び酸素のプラズマを含む。
更に、半導体構造に対して乾燥処理を実行することは、第１温度のイソプロパノールを使用して特徴部分の表面を乾燥させることと、特徴部分の表面を乾燥させながら、第２温度の脱イオン水を使用して半導体基板の底部を乾燥させることと、を含む。具体的には、半導体基板がウェーハであることを例にとると、このプロセスでは、乾燥中に高温の脱イオン水をウェーハの背面に供給すると同時に、加熱したイソプロパノールをウェーハの前面に供給する。その理由は、ウェーハの背面が加熱されない場合、ウェーハの表面に到達するイソプロパノールの温度が低下するからであり、ウェーハの背面に提供される高温の脱イオン水によりウェーハの温度を制御することで、ウェーハの中心とエッジの温度が異なるのを防ぐことができる。このようにして、イソプロパノールの乾燥効果を更に向上させ、ウェーハをよりよく乾燥させることができる。
更に、第１温度の温度範囲は６０℃～８０℃であり、第２温度の温度範囲は６０℃～８０℃である。
更に、マスク層を除去することは、マスク層に化学ガスを供給し、第３温度でマスク層と化学反応することと、化学反応が行われた後、第４温度でマスク層に対して熱処理を実行し、同時にマスク層にキャリアガスを供給して、蒸発によりマスク層を除去することと、を含む。
更に、第３温度の温度範囲は３０℃～１５０℃であり、第４温度の温度範囲は１００℃～２００℃である。
更に、化学ガスと、マスク層と特徴部分とのエッチング選択比は、５００：１を超える。
更に、化学ガスは、少なくともアンモニア及びフッ化水素を含み、キャリアガスは、少なくとも窒素又はアルゴンを含む。
更に、半導体基板に設けられた特徴部分のアスペクト比は１０である。
本願実施例は、半導体構造の形成方法を更に提供し、前記半導体構造の形成方法は、半導体基板及び半導体基板上に配置されたマスク層を提供することと、マスク層をマスクとして、半導体基板をエッチングして個別の特徴部分を形成することと、半導体構造に対して灰化処理を実行することであって、半導体構造は、半導体基板、特徴部分及びマスク層を備えることと、マスク層を除去することと、半導体構造に対して洗浄処理及び乾燥処理を順次に実行することと、酸化物層を除去することと、を含む。
当該方法は、崩壊のない高アスペクト比構造を形成することができ、高アスペクト比構造の傾斜の問題を効果的に解決し、工程プロセスが簡単でコストが低い。
毛管力による高アスペクト比（ＨＡＲ）構造の傾斜は深刻な問題であり、半導体の欠陥につながる可能性がある。半導体の集積度の向上に伴い、高アスペクト比構造がより一般的に使用されている。高アスペクト比構造は、５：１、１０：１又は２０：１を超えるアスペクト比を有する特徴部分であり得る。高アスペクト比構造、特にアスペクト比が１０を超える高アスペクト比構造の半導体製造プロセスでは、洗浄及び乾燥処理中、ＨＡＲ構造は毛管力により傾斜又は崩壊される可能性があり、アスペクト比が高いほど、傾斜度が大きくなる。
しかしながら、出願人は、ＨＡＲ構造の傾斜を低減するための方法が開発され適用されていることを発見した。例えば、ウェーハの洗浄中、超臨界二酸化炭素を使用して乾燥処理を実行するが、この工程は非常に費用がかかり、多くの場合、精確な制御が必要であり、乾燥処理に必要なイソプロパノールの重量を精確に計量する必要があり、臨界点に到達するために超臨界二酸化炭素を高圧化する必要がある。
したがって、高アスペクト比構造を洗浄する際の高アスペクト比構造の傾斜の問題を低減するために、低コストで簡単な処理方法が緊急に必要とされている。
上記の問題を解決するために、本願実施例は半導体構造の処理方法を提供し、前記方法は、半導体基板を提供することであって、半導体基板上には、特徴部分が設けられており、特徴部分の頂部には、マスク層が設けられていることと、半導体構造に対して灰化処理を実行することであって、半導体構造は、半導体基板、特徴部分及びマスク層を備えることと、マスク層を除去することと、半導体構造に対して洗浄処理を実行し、特徴部分に対して洗浄処理を実行した後、特徴部分の表面に酸化物層を形成することと、半導体構造に対して乾燥処理を実行することと、酸化物層を除去することと、を含み、ここで、乾燥処理過程では、少なくとも隣接する１つのグループの特徴部分において、一方の特徴部分は、それに隣接する他方の特徴部分に向かって傾斜し、乾燥処理を行った後、傾斜した特徴部分と隣接する特徴部分との間の距離は、乾燥処理を行う前のそれらの間の距離より小さい。
本願実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下は、図面を参照して、本願の各実施例について詳細に説明する。しかしながら、当業者なら理解できるように、本願の各実施例において、読者に本願をよりよく理解させるための多くの技術的詳細が開示されているが、本願で請求される技術的解決策は、これらの技術的詳細や、以下の各実施例に基づく種々の変更及び修正なしにも実現することができる。以下の各実施例の区分は、説明の便宜のためであり、本願の特定の実施形態を限定するものとして解釈されるべきではない。各実施例は、矛盾することなく互いに組み合わせて引用することができる。
図１～図６は、本願実施例に係る、半導体構造の処理方法の各ステップに対応する断面構造の概略図であり、以下、この実施例の半導体構造の処理方法について具体的に説明する。
図１及び図２を参照すると、半導体基板１１１を提供し、半導体基板上には、特徴部分１１２が設けられており、特徴部分１１２の頂部の表面にマスク層２００がある。
具体的には、図１を参照すると、マスク層２００が基板１０１上に形成されており、マスク層２００に基づいて基板１０１をエッチングして、図２に示される半導体基板１１１及び個別の特徴部分１１２を形成し、特徴部分１１２はマスク層２００を備えている。この実施例では、半導体基板１１１は、ケイ素又はゲルマニウム等の材料で形成され、マスク層２００は、二酸化ケイ素で形成され、他の実施例では、マスク層２００は、他の絶縁材料（例えば、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素など）で形成されてもよい。更に、この実施例で提供される特徴部分１１２は、後続でアクティブ領域を形成するために使用され、特徴部分１１２の傾斜は、形成されるアクティブ領域の傾斜をもたらし、すなわち、垂直状態の特徴部分１１２は、アクティブ領域の傾斜を回避することができる。更に、本発明は、他の領域を実現するために使用されてもよい。
図２を参照すると、特徴部分１１２の高さはＨであり、個別の特徴部分１１２間の間隙はＳであり、特徴部分１１２のアスペクト比Ｈ／Ｓは比較的大きい。この実施例では、特徴部分１１２のアスペクト比Ｈ／Ｓは１０であり、他の実施例では、所定のアスペクト比は、５、８、１２、１５等であってもよく、実際の必要に応じてそれを設定してもよい。更に、特徴部分のアスペクト比Ｈ／Ｓは、所定のアスペクト比よりも大きく設定してもよく、所定のアスペクト比は、５、８、１０、１２、１５等であってもよい。特徴部分１１２のアスペクト比が大きい半導体製造プロセスでは、特徴部分１１２の傾斜の欠陥が発生しやすい。当業者なら自明であるが、実施例における特徴部分１１２のアスペクト比の限定は、特徴部分１１２が後続の乾燥工程で傾斜することを確実にするためであり、アスペクト比の限定により後続の特徴部分１１２の傾斜をもたらす全ての技術案は、本願の保護範囲に含まれるべきである。
半導体構造に対して灰化処理を実行し、半導体構造は、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００を備える。灰化処理は、エッチング後の残留のエッチングガス又はエッチング液体を灰化するために使用され、これにより、残留のエッチングガス又はエッチング液体が半導体基板１１１及び特徴部分１１２をエッチングし続けるのを防ぐことができる。
具体的には、この実施例では、２つの灰化処理方式を提供し、具体的には、以下の通りである。
無酸素灰化処理：無酸素の第１混合ガスを使用して、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００に対して灰化処理を実行し、第１混合ガスは、少なくとも水素及び窒素を含み、これによって、エッチング後に表面に残留している腐食性ガス及び高分子材料を除去する。無酸素灰化処理の場合、混合ガスに酸素が含まれていないため、半導体基板１１１及び特徴部分１１２の表面に損傷（特徴部分１１２及び半導体基板１１１の表面が酸化されず、例えば、ケイ素が酸化されない）を与えない。したがって、この実施例では、無酸素灰化処理を使用して灰化処理を実行し、更に、水素を使用して特徴部分及び半導体基板１１１の表面に残留している腐食性ガスや高分子材料を効果的に除去する。
有酸素灰化処理：酸素を含む第２混合ガスを使用して、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００に対して灰化処理を実行し、第２混合ガスは、少なくとも水素、窒素及び酸素を含む。有酸素灰化処理の場合、混合ガスに酸素が含まれているため、灰化効率がより高く、エッチング後に表面に残留している腐食性ガスや高分子材料をより迅速に除去することができる。他の実施例では、有酸素灰化処理を使用して灰化処理を実行してもよい。
図３を参照すると、マスク層２００を除去する。
図４を参照すると、半導体構造に対して洗浄処理を実行し、半導体構造は、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００を備え、マスク層２００が既に除去されているため、半導体基板１１１及び特徴部分１１２に対して洗浄処理を実行する。
洗浄処理は、特徴部分１１２の表面の欠陥を修復するために使用され、欠陥は、すなわち、エッチングにより特徴部分１１２を形成する過程で、一部の側壁が過度にエッチングされることによって形成されるくぼみ、又は一部の側壁が不完全にエッチングされることによって形成される突起であり、これにより、特徴部分１１２の表面が不均一になり、洗浄処理後、特徴部分１１２の表面が酸化されて酸化物層１２０を形成する。
具体的には、洗浄処理は、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合液（すなわち、ＳＣ－１混合液）を使用し、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの比率（体積比）は、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１～４：２０～１００である。
洗浄処理で使用される混合液体は強い酸化性を有するため、洗浄処理中、一部の特徴部分１１２の表面に酸化物層１２０が形成される。
留意すべきこととして、一部の半導体基板１１１も洗浄中に酸化される可能性があり、酸化された半導体基板１１１は本願の進歩性に関するものではないため、酸化された半導体基板１１１は図面に明示的に示されていない。当業者なら自明であるが、洗浄処理中に、一部の半導体基板１１１も酸化されて酸化物層１２０を形成する。
図５を参照すると、洗浄処理後、半導体構造に対して乾燥処理を実行し、半導体構造は、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００を備え、マスク層２００が既に除去されているため、半導体基板１１１、特徴部分１１２及び酸化物層１２０（図４を参照）に対して乾燥処理を実行する。
乾燥処理は、第１温度のイソプロパノール（ＩＰＡ）を使用して一部の特徴部分１１２の表面を乾燥させることと、一部の特徴部分１１２の表面を乾燥させながら、第２温度の脱イオン水を使用して基板１１１の底部を乾燥させることと、を含む。
半導体基板がウェーハであることを例にとると、このプロセスでは、乾燥中に高温の脱イオン水をウェーハの背面に供給すると同時に、加熱したイソプロパノールをウェーハの前面に供給する。その理由は、ウェーハの背面が加熱されない場合、ウェーハの表面に到達するイソプロパノールの温度が低下するからであり、ウェーハの背面に提供される高温の脱イオン水によりウェーハの温度を制御することで、ウェーハの中心とエッジの温度が異なるのを防ぐことができる。このようにして、イソプロパノールの乾燥効果を更に向上させ、ウェーハをよりよく乾燥させることができる。
ここで、第１温度の温度範囲は６０℃～８０℃であり、第２温度の温度範囲は６０℃～８０℃である。この実施例では、第１温度又は第２温度は、６５℃、７０℃又は７５℃にしてもよい。
乾燥処理過程では、少なくとも隣接する１つのグループの特徴部分１１２において、一方の特徴部分１１２は、それに隣接する他方の特徴部分１１２に向かって傾斜し、乾燥処理を行った後、傾斜した特徴部分１１２と隣接する特徴部分１１２との間の距離は、乾燥処理を行う前のそれらの間の距離より小さい。この実施例では、傾斜した一部の特徴部分１１２の表面の酸化物層１２０が互いに接着されていることを例として説明する。
具体的には、乾燥処理プロセスにおいて、化学試薬の毛管力は、乾燥中に残りの特徴部分の傾斜を引き起こすのに充分な力を生成することができ、その原理については図７を参照されたい。図に示すように、２つの個別の突起部分（突起部分は、特徴部分及び特徴部分の表面の酸化物層を含み、突起部分は、上端が狭く下端が広い構造、又は上端と下端の幅が等しい構造、又は上端が広く下端が狭い構造を有することができ、この実施例の図面に示されている、上端と下端の幅が等しい突起部分は例示的なものに過ぎず、実際にエッチングされた突起部分の底部の幅は頂部の幅より広い）には幅差があるため、突起部分の頂部の表面張力は接線γ方向に沿っており、γ方向と垂直方向の夾角はθであり、突起部分の両側に作用する毛管力は、Ｆ＝２γＨＤｔ・ｃｏｓθ／Ｓを満たし、ここで、Ｈ、Ｄ、Ｓはそれぞれ突起部分の高さ、長さ及び突起部分間の距離であり、ｔは、毛管力Ｆの作用時間である。
上記の記載から分かるように、他の条件（γ、Ｄ、ｔ、ｃｏｓθ及びＳ）が一定である場合、毛管力Ｆは、突起部分の高さＨに正比例し、つまり、突起部分上の位置が高いほど、受ける毛管力Ｆは大きくなり、これに対応して、傾斜度も大きくなる。この場合、突起部分の頂端の特徴部分１１２の傾斜度が最大となり、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層が接着して接着酸化物層１３０を形成し、特徴部分１１２の底部も傾斜しているが、特徴部分１１２の底部の傾斜度は特徴部分１１２の頂部よりはるかに小さい。
この実施例では、酸化物層を除去する前に、前記方法は、酸化物層１２０に対して補償処理を実行することを更に含む。酸化物層１２０に対して補償処理を実行した後、特徴部分１１２の酸化により形成される酸化物層１２０の厚さが増加し、つまり、一部の特徴部分１１２は補償酸化されて酸化物層１２０を形成し、酸化物層１２０の厚さが水平方向に増大すると同時に、特徴部分１１２の幅は狭くなり、これにより、後続に酸化物層１２０が除去された後、特徴部分１１２が元の状態に復元するのを確保するか、又は特徴部分１１２が元の状態に復元する速度を加速させることができる。
具体的には、この実施例は、２つの補償処理の具体的な方法を提供する。
方法１：第３混合ガスを使用して、酸化物層１２０に対して補償処理を実行し、第３混合ガスは、少なくとも水素、窒素及び酸素を含む。
方法１の補償処理方法を使用すると、上部の特徴部分１１２と下部の特徴部分１１２の酸化度は同じである。
方法２：混合プラズマを使用して、酸化物層１２０に対して補償処理を実行し、混合プラズマは少なくとも、水素、窒素及び酸素のプラズマを含む。具体的には、ＩＣＰプラズマ（誘導結合プラズマ）を使用して酸化物層１２０を形成することで、特徴部分１１２を酸化する目的を達成し、アスペクト比が高く、特徴部分１１２の直径が大きいため、高温高圧下でプラズマが短時間で降下する距離が制限され、これにより、深さが異なると酸化度が異なるという結果を得る。方法２の補償処理方法を使用すると、上部の特徴部分１１２と下部の特徴部分１１２の酸化度は一貫しておらず、上から下への特徴部分１１２の酸化度はますます小さくなり、つまり、この場合、酸化物層１２０の高さが高いほど、酸化物層１２０の厚さは厚くなる。
この実施例では、方法２の補償処理方法を使用して酸化物層１２０を補償し、特徴部分１１２の頂部の酸化により形成される酸化物層１２０の厚みを増し、これにより、後続に酸化物層１２０が除去された後、特徴部分１１２が元の状態に復元するのを確保するか、又は特徴部分１１２が元の状態に復元する速度を加速させることができ、特徴部分１１２の底部の表面の酸化物層１２０の厚さは大きく変化せず、特徴部分１２０の不必要な損失を回避することができる。
図５及び図６を参照すると、乾燥処理後、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層を除去する。
この実施例では、乾燥処理後、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層は接着されて接着酸化物層１３０（図５を参照）を形成し、接着酸化物層１３０が除去されると、接着酸化物層１３０の接着力が消失し、傾斜した特徴部分１１２に毛管力が加えられないので、傾斜した特徴部分１１２は元の状態（すなわち、垂直状態）に徐々に復元する。
具体的には、化学的方法により、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層を除去し、化学的方法に使用される化学ガスによる、酸化物層及び傾斜した特徴部分１１２とのエッチング選択比は５００：１を超える。エッチング選択比が高い化学ガスを使用することで、エッチングにより酸化物層を除去する過程で、傾斜した特徴部分１１２がエッチングされるのを可能な限り防ぐことができる。
具体的には、図８及び図９を参照すると、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層を除去するために採用される化学的方法は、以下の操作を含む。
半導体構造４００全体を反応室３００に配置する。ここで、反応室３００は少なくとも、２つのガス入口（第１ガス入口３０１及び第２ガス入口３０２）、２つのガス出口（第１ガス出口３０３及び第２ガス出口３０４）、及び半導体構造４００全体を支持するための支持プラットフォーム３０５を含む。
反応室３００に化学ガスを導入し、化学ガスは少なくとも、アンモニア及びフッ化水素を含む。この実施例では、化学ガスは、アルゴンを更に含む。
具体的には、図８を参照すると、先ず、第１ガス入口３０１を通して反応室３００にアンモニアを導入し、第２ガス入口３０２を通して反応室３００にフッ化水素を導入する。
この場合、支持プラットフォーム３０５上の半導体構造４００全体は、以下のように反応する。
ＳｉＯ２＋４ＨＦ＋４ＮＨ３－＞ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３ （１）
ＳｉＦ４＋２ＨＦ＋２ＮＨ３－＞（ＮＨ４）２ＳｉＦ６ （２）
ここで、反応（１）では、フッ化水素は、反応ガスとして、半導体構造４００全体の酸化物層と反応してＳｉＦ４を形成し、アンモニアは反応を加速するための触媒として使用される。反応（２）では、アンモニアとフッ化水素は反応ガスとして同時に使用され、最初の反応で形成されたＳｉＦ４と反応し続け、揮発性の（ＮＨ４）２ＳｉＦ６固体を形成する。一方、上記の反応では、アルゴンをキャリアガスとして導入してもよく、アルゴンは、フッ化水素ガスがガス入口パイプライン（この実施例では、具体的には、第２ガス入口３０２である）で凝縮するのを防ぐことができ、フッ化水素ガスを半導体構造４００全体に運ばれて反応させるために使用される。
ＳｉＦ４＋２ＨＦ＋２ＮＨ３－＞（ＮＨ４）２ＳｉＦ６ （２）
ここで、反応（１）では、フッ化水素は、反応ガスとして、半導体構造４００全体の酸化物層と反応してＳｉＦ４を形成し、アンモニアは反応を加速するための触媒として使用される。反応（２）では、アンモニアとフッ化水素は反応ガスとして同時に使用され、最初の反応で形成されたＳｉＦ４と反応し続け、揮発性の（ＮＨ４）２ＳｉＦ６固体を形成する。一方、上記の反応では、アルゴンをキャリアガスとして導入してもよく、アルゴンは、フッ化水素ガスがガス入口パイプライン（この実施例では、具体的には、第２ガス入口３０２である）で凝縮するのを防ぐことができ、フッ化水素ガスを半導体構造４００全体に運ばれて反応させるために使用される。
上記の反応が起こったとき、反応室内の半導体構造４００全体が第３温度にあることを確保する必要があり、半導体構造４００全体の温度の変化は、支持プラットフォーム３０５によって実現される。ここで、第３温度の温度範囲は３０℃～１５０℃であり、具体的には、５０℃、７０℃、９０℃１１０℃又は１３０℃にしてもよく、この実施例では、第３温度は３５℃である。
化学反応後、第４温度で酸化物層に対して熱処理を実行し、同時に酸化物層にキャリアガスを供給して、蒸発により、反応で形成された（ＮＨ４）２ＳｉＦ６固体を除去する。図９を参照すると、支持プラットフォーム３０５により半導体構造４００全体を加熱することで、半導体構造４００全体の温度が第４温度になるようにする。ここで、第４温度の温度範囲は１００℃～２００℃であり、具体的には、１１０℃、１３０℃、１５０℃、１７０℃又は１９０℃にしてもよく、この実施例では、第４温度は１５０℃である。酸化物層に対して熱処理を実行することで（ＮＨ４）２ＳｉＦ６固体の揮発を加速し、窒素は、キャリアガスとして第１ガス入口３０１と第２ガス入口３０２に同時に導入され、揮発した（ＮＨ４）２ＳｉＦ６固体をガス出口（第１ガス出口３０３及び第２ガス出口３０４）に運び、これにより、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層のエッチングが完了する。
特徴部分は高アスペクト比構造であり、特徴部分の傾斜は高アスペクト比構造の傾斜であり、特徴部分が垂直状態にあるとき、高アスペクト比構造の傾斜は回避され得る。関連技術では、エッチングにより特徴部分を形成した後の灰化処理及び洗浄処理の実行中に、特徴部分の頂部のマスク層が除去され、毛管力により特徴部分が傾斜する。関連技術と比較すると、本発明は、洗浄処理前に、特徴部分の頂部のマスク層を除去し、洗浄処理中に、形成された酸化物層をエッチングせず、特徴部分は毛管力により傾斜するが、酸化物層が除去された後、特徴部分は初期状態に戻るため、高アスペクト比構造を洗浄するときに発生する高アスペクト比構造の傾斜の問題が効果的に解決され、工程プロセスが簡単でコストが低い。
以上の各ステップの分割は、単に説明を明確にするためのものに過ぎず、実施中に、１つのステップに結合したり、又はいくつかのステップを複数のステップに分割したりすることができ、同じ論理関係が含まれている限り、本願の保護範囲に含まれる。プロセスに重要でない変更を加えること、又はプロセスのコア設計を変更せずに重要でない設計を導入することは、本願の保護範囲に含まれる。
本願の別の実施例は、半導体構造の形成方法を提供し、前記半導体構造の形成方法は、半導体基板及び半導体基板に配置されるマスク層を提供することと、マスク層をマスクとして、半導体基板をエッチングして個別の特徴部分を形成することと、半導体構造に対して灰化処理を実行することであって、半導体構造は、半導体基板、特徴部分及びマスク層を備えることと、マスク層を除去することと、半導体構造に対して洗浄処理及び乾燥処理を順次に実行することと、酸化物層を除去することと、を含む。
以下は、図面を参照して、この実施例に係る半導体構造の形成方法について具体的に説明する。
図１及び図２を参照すると、半導体基板１１１を提供し、半導体基板１１１の頂部の表面にマスク層２００があり、マスク層２００をマスクとして、半導体基板１１１をエッチングして個別の特徴部分１１２を形成する。
具体的には、図１を参照すると、マスク層２００が基板１０１上に形成されており、マスク層２００に基づいて基板１０１をエッチングして、図２に示される半導体基板１１１及び個別の特徴部分１１２を形成し、特徴部分１１２はマスク層２００を備えている。この実施例では、半導体基板１１１は、ケイ素又はゲルマニウム等の材料で形成され、マスク層２００は、二酸化ケイ素で形成され、他の実施例では、マスク層２００は、他の絶縁材料（例えば、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素など）で形成されてもよい。更に、この実施例で提供される特徴部分１１２は、後続でアクティブ領域を形成するために使用され、特徴部分１１２の傾斜は、形成されるアクティブ領域の傾斜をもたらし、すなわち、垂直状態の特徴部分１１２は、アクティブ領域の傾斜を回避することができる。更に、本発明は、他の領域を実現するために使用されてもよい。
図２を参照すると、特徴部分１１２の高さはＨであり、個別の特徴部分１１２間の間隙はＳであり、特徴部分１１２のアスペクト比Ｈ／Ｓは比較的大きい。この実施例では、特徴部分１１２のアスペクト比Ｈ／Ｓは１０であり、他の実施例では、所定のアスペクト比は、５、８、１２、１５等であってもよく、実際の必要に応じてそれを設定してもよい。更に、特徴部分のアスペクト比Ｈ／Ｓは、所定のアスペクト比よりも大きく設定してもよく、所定のアスペクト比は、５、８、１０、１２、１５等であってもよい。特徴部分１１２のアスペクト比が大きい半導体製造プロセスでは、特徴部分１１２の傾斜の欠陥が発生しやすい。当業者なら自明であるが、実施例における特徴部分１１２のアスペクト比の限定は、特徴部分１１２が後続の乾燥工程で傾斜することを確実にするためであり、アスペクト比の限定により後続の特徴部分１１２の傾斜をもたらす全ての技術案は、本願の保護範囲に含まれるべきである。
半導体構造に対して灰化処理を実行し、半導体構造は、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００を備える。灰化処理は、エッチング後の残留のエッチングガス又はエッチング液体を灰化するために使用され、これにより、残留のエッチングガス又はエッチング液体が半導体基板１１１及び特徴部分１１２をエッチングし続けるのを防ぐことができる。
図３を参照すると、エッチングすることによりマスク層２００を除去する。
図４を参照すると、半導体構造に対して洗浄処理を実行し、半導体構造は、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００を備え、マスク層２００が既に除去されているため、半導体基板１１１及び特徴部分１１２に対して洗浄処理を実行する。
洗浄処理は、特徴部分１１２の表面の欠陥を修復するために使用され、欠陥は、すなわち、エッチングにより特徴部分１１２を形成する過程で、一部の側壁が過度にエッチングされることによって形成されるくぼみ、又は一部の側壁が不完全にエッチングされることによって形成される突起であり、これにより、特徴部分１１２の表面が不均一になり、洗浄処理後、特徴部分１１２の表面が酸化されて酸化物層１２０を形成する。
図５を参照すると、洗浄処理後、半導体構造に対して乾燥処理を実行し、半導体構造は、半導体基板１１１、特徴部分１１２及びマスク層２００を備え、マスク層２００が既に除去されているため、半導体基板１１１、特徴部分１１２に対して乾燥処理を実行する。
図５及び図６を参照すると、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層を除去する。
この実施例では、乾燥処理後、傾斜した特徴部分１１２の表面の酸化物層は接着されて接着酸化物層１３０（図５を参照）を形成し、接着酸化物層１３０が除去されると、接着酸化物層１３０の接着力が消失し、傾斜した特徴部分１１２に毛管力が加えられないので、傾斜した特徴部分１１２は元の状態（すなわち、垂直状態）に徐々に復元する。
この実施例は、前述した実施例に対応しているので、この実施例は、前述した実施例と連携して実施することができる。前述した実施例で述べた関連する技術的詳細は、この実施例でも有効であり、前述した実施例で得られる技術的効果は、この実施例でも得られることができ、繰り返しを減らすために、ここでは詳細に説明しない。これに対応して、この実施例で述べた関連する技術的詳細は、前述した実施例にも適用することができる。
以上の各ステップの分割は、単に説明を明確にするためのものに過ぎず、実施中に、１つのステップに結合したり、又はいくつかのステップを複数のステップに分割したりすることができ、同じ論理関係が含まれている限り、本願の保護範囲に含まれる。プロセスに重要でない変更を加えること、又はプロセスのコア設計を変更せずに重要でない設計を導入することは、本願の保護範囲に含まれる。
当業者なら理解できるように、上記の各実施例は、本願を実現するための特定の実施例であり、実際の応用では、本願の趣旨及び範囲から逸脱することなく、その形式と詳細に種々な変更を加えることができる。
Claims (14)
- 半導体構造の処理方法であって、
半導体基板を提供することであって、前記半導体基板上には、特徴部分が設けられており、前記特徴部分の頂部には、マスク層が設けられていることと、
半導体構造に対して灰化処理を実行することであって、前記半導体構造は、前記半導体基板、前記特徴部分及び前記マスク層を備えることと、
前記マスク層を除去することと、
前記半導体構造に対して洗浄処理を実行し、前記特徴部分に対して洗浄処理を実行した後、前記特徴部分の表面に酸化物層を形成することと、
前記半導体構造に対して乾燥処理を実行することと、
酸化物層を除去することと、を含み、
前記半導体構造に対して乾燥処理を実行した後、前記酸化物層を除去する前に、前記半導体構造の処理方法は、
前記酸化物層に対して補償処理を実行することを更に含み、
前記乾燥処理の過程では、少なくとも隣接する１つのグループの特徴部分において、一方の特徴部分は、それに隣接する他方の特徴部分に向かって傾斜し、前記乾燥処理を行った後、傾斜した特徴部分とそれに隣接する特徴部分との間の距離は、前記乾燥処理を行う前のそれらの間の距離より小さいことを特徴とする、前記半導体構造の処理方法。 - 前記半導体構造に対して灰化処理を実行することは、
無酸素の第１混合ガスを使用して前記半導体構造に対して灰化処理を実行することを含むことを特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記第１混合ガスは、少なくとも水素及び窒素を含むことを特徴とする、
請求項２に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記半導体構造に対して灰化処理を実行することは、
酸素を含む第２混合ガスを使用して前記半導体構造に対して灰化処理を実行することを含むことを特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記第２混合ガスは、少なくとも水素、窒素及び酸素を含むことを特徴とする、
請求項４に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記洗浄処理は、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの混合液を使用し、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２及びＨ２Ｏの体積比は、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１～４：２０～１００であることを特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記半導体構造に対して乾燥処理を実行することは、
第１温度のイソプロパノールを使用して前記特徴部分の表面を乾燥させることと、
前記特徴部分の表面を乾燥させながら、第２温度の脱イオン水を使用して前記半導体基板の底部を乾燥させることと、を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記第１温度の温度範囲は、６０℃～８０℃であり、前記第２温度の温度範囲は、６０℃～８０℃であることを特徴とする、
請求項７に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記酸化物層に対して補償処理を実行することは、
第３混合ガスを使用して、前記酸化物層に対して補償処理を実行することであって、前記第３混合ガスは、少なくとも水素、窒素及び酸素を含むこと、又は、
混合プラズマを使用して、前記酸化物層に対して補償処理を実行することであって、前記混合プラズマは少なくとも、水素、窒素及び酸素のプラズマを含むこと、を含むことを
特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記酸化物層を除去することは、
前記酸化物層に化学ガスを供給し、第３温度で前記酸化物層と化学反応することと、
前記化学反応が行われた後、第４温度で前記酸化物層に対して熱処理を実行し、同時に前記酸化物層にキャリアガスを供給して、蒸発により酸化物層を除去することと、を含むことを特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記第３温度の温度範囲は、３０℃～１５０℃であり、前記第４温度の温度範囲は、１００℃～２００℃であることを特徴とする、
請求項１０に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記化学ガスによる、前記マスク層と前記特徴部分とのエッチング選択比は５００：１を超えることを特徴とする、
請求項１０に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記化学ガスは、少なくともアンモニア及びフッ化水素を含み、前記キャリアガスは、少なくとも窒素又はアルゴンを含むことを特徴とする、
請求項１２に記載の半導体構造の処理方法。 - 前記半導体基板上に設けられた前記特徴部分のアスペクト比は５～１０であることを特徴とする、
請求項１に記載の半導体構造の処理方法。
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