半导体结构的处理方法与流程

1.本公开属于半导体领域，具体涉及一种半导体结构的处理方法。


背景技术：

2.在半导体结构的制程中，清洗制程的重复次数越来越多。在对半导体结构清洗后，通常会对半导体结构进行干燥处理以去除清洗液。然而，在去除清洗液的过程中，半导体结构的内部图案容易发生倾斜和坍塌的问题，从而降低半导体结构的良率。


技术实现要素：

3.本公开实施例提供一种半导体结构的处理方法，至少有利于避免图案层发生倾斜和坍塌的问题，从而提高半导体结构的良率。
4.根据本公开一些实施例，本公开实施例一方面提供一种半导体结构的处理方法，包括：提供半导体结构，所述半导体结构包括多个间隔设置的图案层以及位于相邻图案层之间的沟槽；采用清洗液对所述半导体结构进行清洗处理，所述清洗液填充于所述沟槽中；所述清洗处理后，对所述沟槽中的所述清洗液进行蒸发处理，以去除部分所述清洗液；对所述沟槽中剩余的所述清洗液进行冷冻处理，以使所述清洗液凝固；对所述清洗液的凝固物进行升华处理，以去除所述清洗液的凝固物。
5.另外，在所述蒸发处理中，还包括：称重处理，以获取所述半导体结构与所述沟槽中的所述清洗液的总重量；判断所述总重量是否大于重量阈值，若是，则继续进行所述蒸发处理；若否，则停止所述蒸发处理。
6.另外，在所述蒸发处理前，还包括：预设剩余所述清洗液的重量范围；基于所述重量范围确定蒸发时间和蒸发速率；根据所述蒸发时间和所述蒸发速率进行所述蒸发处理。所述清洗液包括去离子水。
7.另外，对所述半导体结构进行清洗处理包括：采用去离子水对所述半导体结构进行第一清洗处理；所述第一清洗处理后，采用化学溶剂对所述半导体结构进行第二清洗处理；所述第二清洗处理后，采用去离子水对所述半导体结构进行第三清洗处理；所述第三清洗处理所采用的所述去离子水填充于所述沟槽中；所述第三清洗处理后，依次进行所述蒸发处理、所述冷冻处理和所述升华处理。
8.另外，所述第三清洗处理包括依次进行的第一旋转阶段和第二旋转阶段；所述半导体结构在所述第一旋转阶段具有第一转速，所述半导体结构在所述第二旋转阶段具有第二转速，且所述第二转速小于所述第一转速。在所述冷冻处理中，采用卡盘控制所述半导体结构的温度，且所述卡盘的温度范围为-1℃～-30℃。
9.另外，在所述冷冻处理中，所述卡盘的温度变化程度不超过10℃。
10.另外，在所述冷冻处理中，所述卡盘的温度保持不变。
11.另外，所述升华处理中，采用卡盘控制所述半导体结构的温度，且所述卡盘的温度范围-20℃～0℃。
12.另外，在所述升华处理中，腔室压力的范围为200mtorr～100torr。
13.另外，剩余所述清洗液在所述沟槽中的高度与所述沟槽的深宽比呈正比关系。
14.另外，剩余所述清洗液在所述沟槽中的高度大于所述沟槽深度的1/10，且小于所述沟槽深度的1/2。
15.另外，在所述清洗处理后，且在所述升华处理前，还包括：抽真空处理。
16.另外，所述抽真空处理后，还包括：向腔室中通入氮气。
17.本公开实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
18.在本公开实施例中，通过蒸发处理去除部分清洗液，能够避免过多的清洗液在后续冷冻处理中发生膨胀而对图案层造成损伤；对剩余的清洗液冷冻处理以使清洗液凝固，并通过升华处理去除清洗液的凝固物。由于升华处理不会使得清洗液的凝固物对图案层产生毛细力，因而，可以避免图案层在毛细力的作用下发生倾斜或坍塌。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1-图3分别示出了一种半导体结构在蒸发清洗液过程中各阶段对应的示意图；
21.图4示出了本公开一实施例所述的半导体结构的处理方法的流程图；
22.图5示出了本公开一实施例所述的半导体结构的示意图；
23.图6示出了本公开一实施例所述的半导体结构在第一清洗处理中的示意图；
24.图7示出了本公开一实施例所述的半导体结构在第二清洗处理中的示意图；
25.图8示出了本公开一实施例所述的半导体结构在第三清洗处理中的示意图；
26.图9示出了本公开一实施例所述的清洗腔室的示意图；
27.图10示出了本公开一实施例所述的半导体结构在蒸发处理中的示意图；
28.图11示出了本公开一实施例所述的蒸发腔室的示意图；
29.图12示出了本公开一实施例所述的半导体结构在冷冻处理中的示意图；
30.图13示出了本公开一实施例所述的冷冻腔室的示意图；
31.图14示出了本公开一实施例所述的半导体结构在升华处理中的示意图；
32.图15示出了本公开一实施例所述的升华腔室的示意图；
33.图16示出了本公开一实施例所述的半导体结构的处理方法的工艺产线的示意图。
具体实施方式
34.由背景技术可知，在去除清洗液的过程中，半导体结构的内部图案容易发生倾斜和坍塌的问题。经分析发现，主要原因在于：直接蒸发干燥的处理方法会产生较大的毛细力，毛细力造成了图案的清洗和坍塌。具体地，参考图1-图3，图1示出了蒸发清洗液的初期阶段的示意图，图2示出了蒸发清洗液的后期阶段的示意图，图3示出了蒸发清洗液完成后的示意图，其中，图1和图2中的黑色箭头用于示意清洗液在沟槽中的流动方向，图中的白色箭头用于示意清洗液蒸汽。在蒸发过程中，沟槽62上部的清洗液不断转变为蒸汽并脱离半
导体结构6；沟槽62内剩余的清洗液会朝向图案层61的侧部移动，并形成凹液面，从而会对图案层61造成挤压，使得图案层61的上部发生倾斜、粘连和倒塌的问题。换言之，蒸发过程产生了较大的毛细力，从而会破坏图案层61。
35.毛细力的计算公式为其中，γ为表面张力，h为图案层的高度，d为沟槽62的宽度，s为清洗液在沟槽62中的深度，t为力的作用时间，θ为清洗液与图案层61的接触角。其中，表面张力γ与清洗液的种类有关。基于上述计算公式可知，较大表面张力的清洗液，较大深宽比的沟槽62和较长的作用力时间等因素下会增大毛细力。
36.另外，在蒸发过程中，通常将半导体结构6浸入异丙醇中，异丙醇与水互溶，从而将沟槽62中的水溶解至异丙醇中；对半导体结构6进行加热，使得液态异丙醇转变为蒸汽，最终脱离半导体结构6的内部。虽然异丙醇的表面张力相较于水的表面张力小，但是仍会产生较大的毛细力，进而破坏图案层61。另外，由于会蒸发所有异丙醇，因此，蒸发时间较长，使得作用力的时间延长，进一步增大了毛细力。
37.基于上述问题，本公开实施例提供一种半导体结构的处理方法，避免通过蒸发处理一次性将所有清洗液去除，而是通过蒸发处理、冷冻处理和升华处理结合的方式去除清洗液。蒸发处理去除部分清洗液，可以减小清洗液在冷冻处理中的膨胀程度，避免因膨胀对图案层造成损伤；冷冻处理以使剩余清洗液凝固；升华处理以去除清洗液的凝固物。凝固物在升华过程中不会挤压图案层，能够避免图案层倾斜或坍塌，从而提高半导体结构的良率。
38.下面将结合附图对本公开的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本公开各实施例中，为了使读者更好地理解本公开实施例而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本公开实施例所要求保护的技术方案。
39.如图4-图16所示，本公开实施例提供一种半导体结构1的处理方法，该处理方法包括步骤s1～步骤s4，以下将结合附图对该处理方法进行详细说明。
40.参考图4-图5，步骤s1：提供半导体结构1，半导体结构1包括多个间隔设置的图案层11以及位于相邻图案层11之间的沟槽12，即相邻图案层11用于围成沟槽12。
41.示例地，该半导体结构1可以为晶圆，半导体结构1的图案层11可以为电容结构，沟槽12可以处于相邻电容结构之间。为增大电容结构的电容量，电容结构通常具有较大的高度，且电容结构的排布密度较大，因此，相邻电容结构之间的沟槽12具有较大的深宽比。
42.示例地，该半导体结构1内可具有因刻蚀工艺等前序步骤产生的残留物，残留物可以包括微尘、金属离子以及有机物等杂质，因而后续需采用清洗液对半导体结构1进行清洗处理。
43.参考图4和图6-图9，步骤s2：采用清洗液对半导体结构1进行清洗处理，清洗液填充于沟槽12中。
44.清洗液可以根据图案层11和残留物的种类进行选择，比如去离子水2、硫酸、双氧水、臭氧水、氨水或盐酸等，以实现对半导体结构1的高选择比清洗。换言之，在去除残留物的同时，不去除半导体结构1内的有效结构。
45.以下将对清洗处理的具体步骤进行举例说明。
46.参考图6，采用去离子水2对半导体结构1进行第一清洗处理。去离子水2用于对半
导体结构1进行初步的清洗，可去除易脱落的颗粒，有利于减小后续化学溶剂的用量。第一清洗处理后，由于还未经过干燥处理，因而去离子水2仍填充于沟槽12中。
47.参考图7，第一清洗处理后，采用化学溶剂3对半导体结构1进行第二清洗处理。在第二清洗处理中，化学溶剂3逐渐替换去离子水2，并填充于沟槽12中。
48.化学溶剂3能够与半导体结构1中顽固的残留物发生反应，进而将残留物溶解于液体中。举例而言，化学溶剂3可以为sc1清洗液(氢氧化铵、过氧化氢和去离子水的混合物)，可去除轻微有机污染物及部分金属化污染物。化学溶剂3还可以为sc2清洗液(盐酸、过氧化氢和去离子水2的混合物)，能够溶解碱金属离子和铝、铁及镁的氢氧化物。化学溶剂3还可以为sc3清洗液(硫酸、过氧化氢和去离子水2的混合物)，能够去除有机污染物。
49.参考图8，第二清洗处理后，采用去离子水2对半导体结构1进行第三清洗处理。去离子水2可以洗去沟槽12中的化学溶剂3以及被溶解的残留物，从而提高半导体结构1的清洁程度，进而提高半导体结构1的性能。在第三清洗处理中，去离子水2逐渐替换化学溶剂3，进而填充于沟槽12中。
50.在一些实施例中，第三清洗处理包括依次进行的第一旋转阶段和第二旋转阶段；半导体结构1在第一旋转阶段具有第一转速，半导体结构1在第二旋转阶段具有第二转速，且第二转速小于第一转速。即，第一清洗处理包括高速清洗阶段和低速清洗阶段。示例地，第一转速为500rpm～1000rpm，比如600rpm、700rpm或800rpm等；第二转速为10rpm～30rpm，比如15rpm、23rpm或27rpm等。
51.值得说明的是，第一转速阶段的较高转速能够提高离心力，有利于去除半导体结构1中的残留物。第二转速阶段的较低转速能够保证去离子水2仍保留在半导体结构1的表面。
52.参考图9，图9为清洗腔室41的示意图，承载台51可用用于承载半导体结构1。承载台51可以进行旋转，以带动半导体结构1旋转。承载台51的转速可以进行调节，从而实现第一转速阶段和第二转速阶段。此外，清洗处理中，可以朝向半导体结构1喷淋清洗液，或将半导体结构1浸泡于清洗液中。
53.第三清洗处理后，依次进行蒸发处理、冷冻处理和升华处理。需要说明的是，对去离子水的蒸发处理，并未将去离子水完全蒸发，沟槽中还保有去离子水。因此，对去离子水2进行蒸发处理过程中所产生的毛细力较小，能够避免对图案层11造成破坏。
54.参考图4和图10-图11，步骤s3：对沟槽12中的清洗液进行蒸发处理，以去除部分清洗液。
55.蒸发处理以部分清洗液的主要目的在于：在后续的冷冻处理中，清洗液可能会发生膨胀，进而挤压图案层11；蒸发去除部分清洗液，可以降低后续在冷冻处理中的膨胀程度。换言之，蒸发处理可以减小清洗液在沟槽12中的高度，因而，被清洗液露出的沟槽12可以为膨胀提供空间位置；如此，清洗液沿着沟槽12的高度方向向上膨胀，从而降低对图案层11的横向作用力，进而避免图案层11倾斜和倒塌。此外，蒸发处理可以减少清洗液的含量，有利于减少后续的冷冻处理和升华处理的时长，从而提高处理效率。另外，由于只需蒸发部分清洗液，因而蒸发处理的时间较短；根据毛细力计算公式可知，在作用力时间较短的情况下，毛细力也相应减小；因而，相比于完全蒸发，部分蒸发有利于避免对图案层11的损伤。
56.值得说明的是，过多的蒸发会造成较大的毛细力，从而可能造成图案层11倾斜或
倒塌，因此，可以设置一个预设安全水位。不同的产品和制程的预设安全水位不一样，沟槽12的深宽比与预设安全水位有一定关系。沟槽12的深宽比越大时，图案层11所受的毛细力越大，因此，可选择更高的预设安全水位，以降低对图案层11的作用力。换言之，剩余清洗液在沟槽12中的高度与沟槽12的深宽比呈正比关系。
57.在一些实施例中，剩余清洗液在沟槽12中的高度大于沟槽12深度的1/10，且小于沟槽12深度的1/2。当清洗液在沟槽12中的高度与沟槽12深度满足上述关系时，有利于兼顾膨胀程度和毛细力两方面的因素，从而避免图案层11受到损伤。示例地，当沟槽12的深宽比为10:1时，剩余清洗液在沟槽12中的高度可以为沟槽12深度的1/5。
58.在一些实施例中，预设安全水位可以换算成剩余清洗液的重量，以方便对蒸发处理过程进行监控。为了实现精准控制剩余清洗液的重量，可以通过如下两个示例进行处理。
59.示例一：在蒸发处理的过程中，还包括：称重处理，以获取半导体结构1与沟槽12中的清洗液的总重量；判断总重量是否大于重量阈值，若是，则继续进行蒸发处理；若否，则停止蒸发处理。
60.举例而言，可以在蒸发处理的过程中对半导体结构1和清洗液的总重量进行实时称量，并将实时称量结果与重量阈值进行对比，根据对比结果以确定后续的处理步骤。在另一些实施例中，也可以根据蒸发处理的阶段和时间进行称重。
61.此外，除了沟槽12中的清洗液外，图案层11的表面也可能具有部分清洗液，因此，在计算总重量时也可考虑此部分清洗液的重量，以提高称重处理的精确程度。
62.此外，重量阈值也可以设置为重量范围，当总重量处于此重量范围内时，则停止蒸发处理。
63.参考图11，图11为蒸发腔室42的示意图，卡盘52用于提供热源；卡盘52上的三个支撑部53用于支撑半导体结构1。卡盘52下方可设置重量感测器54，以对半导体结构1和清洗液的总重量进行感测。图11中的箭头用于示意蒸发处理所产生的蒸汽。
64.示例二：
65.预设剩余清洗液的重量范围；基于重量范围确定蒸发时间和蒸发速率；根据蒸发时间和蒸发速率进行蒸发处理。
66.举例而言，根据预设安全水位提前计算需要蒸发的清洗液的重量；根据腔室温度、腔室压力和清洗液的种类等因素计算蒸发速率；根据蒸发速率和蒸发重量确定蒸发时间。如此，后续可以直接按照计算的蒸发速率和蒸发重量进行蒸发，而无需进行称重处理。
67.在另一些实施例中，也可以结合示例一和示例二的方案对蒸发处理进行监控。比如，先按照预设的蒸发时间和蒸发速率进行蒸发，此后，再通过称重处理进行监测，而无需进行实时称重。两种方案结合有利于减少称重次数，并提高监控的准确程度。此外，基于称重处理的数据，还可以对预设的蒸发时间和蒸发速率进行调整，以使得后续批次的蒸发处理能够更好地满足预设安全水位的要求。
68.参考图4和图12-图13，步骤s4：对沟槽12中剩余的清洗液进行冷冻处理，以使清洗液凝固。
69.示例地，清洗液可以为去离子水2，经冷冻处理后变为固态冰。去离子子水2从液态转变为固态的过程中，会发生膨胀现象。为抑制膨胀对图案层11造成的副作用，可以对冷冻速率进行控制，以避免清洗液快速膨胀从而横向挤压图案层11。
70.在一些实施例中，在冷冻处理中，采用卡盘52控制半导体结构1的温度，即卡盘52的温度可以传输至半导体结构1以及清洗液。以清洗液为去离子水2为例，卡盘52的温度范围为-1℃～-30℃，比如-5℃、-10℃或-20℃等。值得说明的是，若卡盘52温度过小，则可能使得清洗液急速降温，从而加大横向的膨胀程度；若卡盘52温度过大，则可能会延长冷冻处理的时间。当卡盘52的温度处于上述范围时，有利于降低清洗液的横向膨胀程度，并提升冷冻效率。
71.在冷冻处理中，卡盘52的温度变化程度不超过10℃，比如变化程度为2℃、6℃或9℃。值得说明的是，若卡盘52的前后温度变化过大，可能也会引发急速降温的问题，因此，将温度变化程度控制在10℃能够便于控制膨胀速率。示例地。冷冻处理中，卡盘52的温度保持不变，如此，凝固过程更为温和。
72.参考图13，图13示出了冷冻腔室43的示意图，卡盘52的下方可设置冷冻液机组54，用于向卡盘52传输和回收冷冻液。即，冷冻液传输至卡盘52后，可用于吸收卡盘52的热量，进而对卡盘52进行降温；吸热后的冷冻液通过冷冻液机组54传输至冷冻腔室43的外部，释放热量后的冷冻液可在此进入冷冻腔室43。如此，可实现循环降温，有利于减少冷冻液的用量。
73.参考图4和图14-图15，步骤s5：对清洗液的凝固物2a进行升华处理，以去除清洗液的凝固物2a。在升华过程中，清洗液的凝固物2a直接由固态转变为气态，而不会产生液态，因此，升华处理不会对图案层11产生毛细力，有利于提高图案层11的质量。
74.在升华处理中，采用卡盘52控制半导体结构1的温度。以清洗液的凝固物2a为固态冰为例，卡盘52的温度范围可以为-20℃～0℃，比如卡盘52可以为-10℃、-5℃或-2℃等。需要说明的是，升华温度不宜过低，否则可能降低升华速率；升华温度也不宜过大，否则可能使得清洗液的凝固物2a转变为液态，再由液态转化为气态。当卡盘52的温度在上述范围时，有利于提高升华速率，还能够避免产生液态这一中间态。
75.在升华处理中，升华腔室44的压力范围为200mtorr～100torr，比如10torr、20torr或90torr等。需要说明的是，腔室压力越低，越利于固态转变为气态；但是升华是吸热过程，升华所吸收的焓叫升华焓或升华热，因此，腔室压力过低也会影响传热，传热过慢会使清洗液的凝固物2a获能量较慢，从而可能会降低升华速率。因此，将腔室压力的范围设置在上述范围有利于兼顾上述两方面的问题。
76.在一些实施例中，在升华处理前，还包括：抽真空处理。具体地，将半导体结构1传输到升华腔室44后，升华腔室44在标准大气压下被抽到真空状态，后续在真空状态下进行升华干燥。值得注意的是，抽真空处理有利于降低腔室内的压力，从而提升升华速率。此外，真空升华还有利于降低升华温度，可防止被升华的物质因温度过高而分解或在升华时被氧化。
77.在一些实施例中，在抽真空处理后，还包括：向升华腔室44中通入氮气。氮气能够对半导体结构1进行吹拂，以增大气体流动程度，从而有利于提高真空处理的效率。此外，氮气还有利于吹去半导体结构1表面的残留物，进而提高半导体结构1的清洁程度。
78.参考图15，图15为升华腔室44的示意图，抽真空管55与升华腔室44连通，并用于将升华腔室44内的空气泵出。氮气传输管56与升华腔室44连通，在抽真空处理后，氮气通过氮气传输管56进入升华腔室44中。
79.为便于理解，下面将结合工艺产线的示意图对半导体结构1的处理方法进行举例说明。
80.参考图16，以半导体结构1为晶圆为例，每25片晶圆可以被放置在同一晶圆盒内，四个晶圆盒分别从第一装载端口lp1、第二装载端口lp2、第三装载端口lp3和第四装载端口lp4进入缓冲区45。缓冲区45将四个晶圆盒传送至工艺产线上。工艺产线包括清洗腔室41、蒸发腔室42、冷冻腔室43和升华腔室44，四者均具有第一腔室ch1、第二腔室ch2、第三腔室ch3和第四腔室ch4，用于与四个晶圆盒一一对应。首先，机器手46将缓冲区45的四个晶圆盒分别放置在清洗腔室41的第一腔室ch1、第二腔室ch2、第三腔室ch3和第四腔室ch4中。经过清洗处理后，机器手46将四个晶圆盒从清洗腔室41中取出，并将其分别放置在蒸发腔室42的第一腔室ch1、第二腔室ch2、第三腔室ch3和第四腔室ch4。经过蒸发处理后，机器手46将四个晶圆盒从蒸发腔室42中取出，并将其分别放置在冷冻腔室43第一腔室ch1、第二腔室ch2、第三腔室ch3和第四腔室ch4。经过冷冻处理后，机器手46将四个晶圆盒从冷冻腔室43中取出，并将其分别放置在升华腔室44的第一腔室ch1、第二腔室ch2、第三腔室ch3和第四腔室ch4中。经过升华处理后，机器手46将四个晶圆盒从升华腔室44中取出，并将其放置在缓冲区45。缓冲区45将四个晶圆盒分别传送至第一装载端口lp1、第二装载端口lp2、第三装载端口lp3和第四装载端口lp4进入缓冲区45，从而完成清洗和干燥的处理步骤。
81.综上所述，本公开实施例通过蒸发处理、冷冻处理和升华处理相结合的方式，避免采用异丙醇等干燥溶液直接对半导体结构1进行蒸发干燥，从而避免化学溶剂的毛细力造成图案层11的倾斜以及上部粘连的问题。
82.在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例地”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
83.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本公开的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本公开专利涵盖的范围之内。