通过未预干燥的湿润表面用旋涂电介质覆盖高深宽比特征制造技术

本发明专利技术涉及通过未预干燥的湿润表面用旋涂电介质覆盖高深宽比特征，具体提供了一种方法，其包括在湿式清洁了半导体衬底之后并且在湿式清洁之后不执行干燥步骤的情况下沉积膜溶液到半导体衬底的图案化的特征上湿式清洁。膜溶液包括电介质膜前体或包括反应物、溶剂、表面活性剂以及载体流体中的至少一种和所述电介质膜前体。该方法包括通过加热衬底到烘烤温度将至少一种溶剂和未反应的溶液烘烤出由膜溶液形成的膜。该方法包括固化衬底。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及衬底处理方法，更具体而言，涉及用于在衬底上沉积膜的方法。
技术介绍
这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。当前所冠名的专利技术人的工作(一定程度上在该背景部分中有所描述)以及在提交申请时可能没有资格作为现有技术的本说明书的方面，既不能明显地也不能隐含地被当做针对本专利技术的现有技术。衬底(如半导体晶片)的制造通常需要多个处理步骤，该多个处理步骤可包括材料沉积、平坦化、特征图案化、特征蚀刻和特征清洁。在衬底的处理期间，这些处理步骤通常重复一次或更多次。随着半导体装置不断缩小到更小的特征尺寸，越来越需要高深宽比(HAR)结构以达到预期的器件性能目标。使用HAR结构对于一些衬底处理步骤产生了挑战。例如，诸如蚀刻和清洁之类的湿式处理对于HAR结构带来了归因于衬底的干燥期间所产生的毛细管力所产生的问题。毛细管力的强度取决于表面张力、正在进行干燥的蚀刻流体、清洁流体或冲洗流体的接触角、特征分隔和/或特征的深宽比。如果在干燥过程中所产生的毛细管力过高，则HAR特征将会变得收紧或塌毁到彼此上且可能会发生静摩擦，这严重地降低了器件的成品率。为了解决这个问题，一种方法使用具有比去离子水更低的表面张力的冲洗流体，以防止特征塌毁。虽然该方法对于相对低的深宽比结构一般是成功的，但这种方法也有与使用去离子水的方法同样的塌毁和静摩擦问题。冲洗流体仍产生有限量的表面张力，该有限量的表面张力在干燥期间生成力，该力对于脆弱的HAR结构而言依然过强。用于干燥HAR结构的另一种方法涉及用超临界流体溶解和冲洗冲洗流体。超临界流体在正常处理时不会产生表面张力。然而，在使用超临界流体时会产生一些技术上和制造上的挑战。这些挑战包括:高的设备和安全成本、长的处理时间、在处理期间会变化的溶剂质量、由于流体的扩散性和可调性所带来的极端敏感性、以及由于超临界流体与处理腔室的组件的相互作用所产生的晶片缺陷/污染问题。用于防止在处理期间HAR结构塌毁的另一种方法是添加机械支撑。然而，这种方法通常具有较高的成本和工艺复杂性，这会对吞吐量和产量产生不利影响。此外，机械支撑受限于特定类型的图案化特征。
技术实现思路
本专利技术提供了一种方法，该方法包括在湿式清洁半导体衬底之后且在湿式清洁之后不执行干燥步骤的情况下沉积膜溶液到半导体衬底的图案化特征上。所述膜溶液包括电介质膜前体或反应物、溶剂、表面活性剂以及载体流体中的至少一种和所述电介质膜前体。所述方法包括通过加热所述衬底到烘烤温度，将至少一种溶剂和未反应溶液烘烤出由所述膜溶液形成的膜。在其它特征中，所述方法包括，在沉积所述膜溶液之前且在干法清洁之后，用冲洗流体冲洗所述图案化的特征。所述冲洗流体包括水、含水的醇和极性溶剂中的至少一种。在其它特征中，所述方法包括在烘烤所述膜之后固化所述衬底。所述固化包括加热、热退火、紫外线(UV)固化、等离子体固化或化学反应固化中的至少一种。所述固化的固化温度大于所述烘烤温度。在其它特征中，所述方法包括使用旋涂方法施加所述膜溶液到所述图案化的特征。在其它特征中，沉积所述膜溶液包括:用第一溶液预先湿润所述半导体衬底；使用所述膜溶液置换所述第一溶液；以及使用旋涂机旋涂所述衬底。所述置换和所述旋涂以连续、同时以及重叠的方式中的一种方式进行。在其它特征中，所述膜溶液的所述电介质膜前体包括聚硅氮烷。所述图案化的特征包括至少一种高深宽比(HAR)特征。所述至少一种高深宽比(HAR)特征的深宽比大于或等于8。—种方法包括在湿式清洁半导体之后并且在湿式清洁后不执行干燥步骤的情况下用冲洗流体冲洗半导体衬底的图案化特征湿式清洁。该方法包括使用膜溶液至少部分置换在所述图案化的特征上的所述冲洗流体。所述膜溶液包括电介质膜前体或反应物、溶剂、表面活性剂以及载体流体中的至少一种和所述电介质膜前体。所述方法包括通过加热所述衬底到烘烤温度，将至少一种溶剂和未反应溶液烘烤出由所述膜溶液形成的膜。所述方法包括在烘烤所述膜之后固化所述衬底。在其它特征中，所述冲洗流体包括水、含水的醇和极性溶剂中的至少一种。所述固化包括加热、热退火、紫外线(UV)固化、等离子体固化或化学反应固化中的至少一种。所述固化的固化温度大于所述烘烤温度。在其它特征中，所述方法包括使用旋涂方法施加所述膜溶液到所述图案化的特征。所述膜溶液的所述电介质膜前体包括聚硅氮烷。所述图案化的特征包括至少一种高深宽比(HAR)特征。所述至少一种高深宽比(HAR)特征的深宽比大于或等于8。本公开的进一步的适用范围将会从详细描述、权利要求和附图中变得显而易见。详细叙述以及具体实施例旨在仅供说明，而并非意在限制本公开的范围。【附图说明】根据详细说明和附图，会更充分地理解本专利技术，其中:图1是包括高深宽比(HAR)结构的衬底的一个实施例的侧剖视图；图2A-2D是根据本公开的在使用旋涂膜进行的特征填充期间的包括HAR结构的衬底的一个实施例的侧剖视图；图3是根据本公开的使用旋涂膜对HAR结构进行特征填充的方法的一个实施例；图4是根据本公开的用于在衬底的HAR结构上置换并沉积旋涂膜的方法的一个实施例；和图5A-5C示出了根据本公开的在衬底的HAR结构上置换并沉积旋涂膜的一个实施例。在附图中，附图标记可以被重复使用，以确定相似和/或相同的元件。【具体实施方式】根据本公开的系统和方法使得能够在晶片湿式清洁步骤后并且没有事先干燥步骤的情况下，使用旋涂膜沉积对HAR结构进行无塌陷特征填充。所述方法通过在湿式清洁后保持表面湿润并转换到用于旋涂膜的液体前体，消除了在干燥过程中发生的在HAR特征之间的蒸气/液体界面。干燥过程中所产生的毛细管力被消除，并且HAR结构能够使用旋涂膜在没有塌陷也没有静摩擦的情况下填充。仅作为示例，用于膜沉积的方法可以在清洁轨道上执行。在湿式清洁后，衬底可以用后冲洗流体冲洗。在一些实施例中，后冲洗流体包括水、含水的醇或极性溶剂，其保持在具有HAR特征的表面上。旋涂机可用于旋涂膜溶液，该膜溶液包括膜前体或包括溶剂、反应物、表面活性剂或载体液体中的至少一种和膜前体。如果使用反应物化学品的话，则反应物化学品与膜前体反应以创建固体膜。仅作为示例，热板或其它固化方法可用于驱除在膜中的过量的或未反应的液体。在一些实施例中，沉积的膜可以是电介质膜。仅作为示例，该溶液可以是电介质溶液，该电介质溶液包括在含水醇溶液中的电介质膜前体。在衬底上的润湿体积由膜溶液置换(displace) ο选择膜溶液以通过润湿表面扩散，从而提供自底向上的填充。在一些实施例中，如在浅沟槽隔离(STI)、预金属电介质(PMD)或金属间电介质(Π?)应用中，该膜溶液以有助于间隙填充的方案进行操作。在可替换的方法中，只有膜前体被沉积，并且扩散/反应通过润湿层发生。如可以理解的，本文所描述的方法使得能在湿式清洁后并且没有事先干燥上面沉积膜的表面的情况下，将诸如电介质膜之类的膜沉积到诸如半导体晶片之类的衬底的图案化的表面上。这种方法避免了具有在湿式清洁后的干燥过程中HAR特征塌陷或变得收紧的问题。这种方法还通过减少干燥衬底所需的步骤来提高工艺产量。现在参考图1，示出了包括高深宽比(HAR)结构的衬底10的实施例。衬底10是半导体衬底，其包括下伏衬底层14、半导体器件16、预金属电介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：在湿式清洁包含图案化的特征的半导体衬底之后：在湿式清洁所述半导体衬底之后不执行干燥步骤，而将膜溶液沉积到所述半导体衬底的所述图案化的特征上，其中，所述膜溶液包括：电介质膜前体；或反应物、溶剂、表面活性剂以及载体流体中的至少一种和所述电介质膜前体；以及通过加热所述衬底到烘烤温度，将至少一种溶剂和未反应溶液烘烤出由所述膜溶液形成的膜。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗特莎娜·李玛丽，尼莉莎·德雷格，黛安·海姆斯，理查德·戈特斯古，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US