具有水蒸气的ＵＶ固化方法与设备技术

本发明专利技术实施例大致有关于固化沉积于基材表面中的沟槽或间隙内的介电材料以产生不具空隙与缝隙的特征的方法与设备。一实施例中，介电材料暴露于紫外光辐射时经蒸汽退火。一实施例中，介电材料进一步于氮环境中经热退火。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术实施例大致关于固化介电材料以产生不具有空隙与缝隙的隔离结构等的 方法与设备。
技术介绍
现代集成电路在单一芯片上包括数百万部件的复杂组件；然而，对更快、更小电子 装置的需求始终在增加。此需求不仅需要更快的电路，同时也需要各个芯片上更高的电路 密度。为了达到更高的电路密度，不仅必须降低组件特征尺寸，而且亦必须缩小组件之间的 隔离结构。目前隔离技术包括浅沟槽隔离(STI)处理。STI处理包括首先将具有预定宽度与 深度的沟槽蚀刻进入基材。接着以介电材料层填满沟槽。接着经由例如化学机械研磨(CMP) 来平坦化介电材料。随着沟槽宽度持续变小，深宽比(深度除以宽度)持续增加。与制造高深宽比沟 槽有关的一个挑战避免在将介电材料沉积于沟槽中的过程中形成空隙。为了填满沟槽，首先沉积介电材料(例如，氧化硅)层。介电层通常覆盖场以及沟 槽的壁与底部。若沟槽既宽且浅，则相当容易完全填满沟槽。然而，随着深宽比提高，沟槽 开口变得更容易「捏合」而将空隙捕捉于沟槽中。为了减少将空隙捕捉于沟槽中的机率，高深宽比工艺(HARP)可用来形成介电材 料。这些工艺包括在不同处理阶段以不同速率沉积介电材料。较低的沉积速率可用来于沟 槽中形成更共形的介电层，而较高的沉积速率可用来在沟槽上形成块介电层。填满高深宽比沟槽中的另一挑战避免在介电材料与其本身的界面处形成虚弱缝 隙。当沉积的介电材料由沟槽的相对壁向内生长且虚弱地附着或无法附着其本身时形成虚 弱缝隙。比起其它部分的介电材料，沿着缝隙的介电材料具有较低密度与较高多孔性，这 造成介电材料在随后处理(例如，CMP)过程中暴露于蚀刻剂时凹陷比率的提高。如同空隙 一般，虚弱缝隙在间隙填充的介电强度中产生不同质，这会负面影响半导体组件的运作。可经由在高温熔炉中蒸汽退火基材来修复介电材料中的空隙与缝隙。蒸汽退火之 后，可额外地将基材置于高温氮环境以密化介电材料。熔炉退火充分运作以修复介电材料 中的空隙或缝隙。然而，由于熔炉大小与其对基材处理的影响而存在有某些熔炉退火的限 制。一般熔炉大小用来大批处理基材，而这造成控制、均勻性与产量的受限。由于熔炉 大小与需要的处理气体体积的故，熔炉内反应环境的控制与弹性受限的。例如，因为用来填 充熔炉所需的气体体积，改变或微调批处理熔炉中的处理气体混合物需要可观的时间。此 外，当水蒸汽与氧的混合物流过一批基材，水蒸汽压力会随着水蒸汽被基材吸收而降低。因 此，氧气与水蒸汽的比例随着其自入口流过基材并到达熔炉出口而提高。降低的蒸汽压造 成批次基材中膜生长的减少与均勻的降低。因为除了传统熔炉退火所需时间外，基材必须在熔炉处理之前与之后排队等候的时间亦会减少基材制造产量。因此，需要可产生不具空隙与缝隙的高深宽比隔离结构等的改良处理与设备。
技术实现思路
本专利技术一实施例中，固化形成于基材上沟槽中的介电材料的方法包括将基材转移 至设以暴露紫外光辐射给基材的腔室处理区、将气体混合物流入腔室处理区、并将气体混 合物暴露于紫外光辐射。一实施例中，气体混合物包括一或更多水蒸汽、臭氧与过氧化氢。 一实施例中，将气体混合物暴露于紫外光辐射以产生氢氧自由基。一实施例中，将基材暴露 于紫外光辐射。另一实施例中，在基材上的沟槽中形成介电材料的方法包括将基材转移至多-腔 室处理系统中第一处理腔室的处理区中、以第一流率将第一气体混合物引导进入第一处理 腔室的处理区中、以第二流率将第二气体混合物引导进入第一处理腔室的处理区中、将基 材由第一处理腔室的处理区转移至多-腔室处理系统中的第二处理腔室的处理区中、将第 三气体混合物流入第二处理腔室的处理区中、并将第三气体混合物暴露于紫外光辐射。一 实施例中，第一处理腔室设以沉积介电材料于基材上。一实施例中，第二气体混合物导入第 一处理腔室的处理区的流率大于第一气体导入第一处理腔室的处理区的流率。一实施例 中，第二处理腔室设以暴露基材于紫外光辐射。一实施例中，第三气体混合物包括一或更多 水蒸汽、臭氧与过氧化氢。一实施例中，第三气体混合物暴露于紫外光辐射以产生氢氧自由 基。一实施例中，基材暴露于紫外光辐射。本专利技术又另一实施例中，多-腔室处理系统包括设以沉积介电材料的第一腔室、 设以固化介电材料的第二腔室、设以将基材自第一腔室转移至第二腔室的转移机器人及系 统控制器。一实施例中，系统控制器经程序化以提供控制信号好以第一与第二速率沉积介 电材料。一实施例中，第二速率高于第一速率。一实施例中，系统控制器经程序化以将包括 一或更多水蒸汽、臭氧与过氧化氢的气体混合物导入第二腔室并将气体混合物暴露于紫外 光辐射。附图说明为了更详细地了解本专利技术的上述特征，可参照实施例(某些描绘于附图中)来理 解本专利技术简短概述于上的特定描述。然而，需注意附图仅描绘本专利技术的典型实施例而因此 不被视为其的范围的限制因素，因为本专利技术可允许其它等效实施例。图1 (现有技术)填充有利用传统处理沉积的介电材料的示范性沟槽的简要剖面 图。图2(现有技术)填充有利用传统处理沉积的介电材料的另一沟槽实例的简要剖 面图。图3(现有技术)图2的沟槽在平面化后的简要剖面图。图4修补形成于以介电材料填充的沟槽中的缝隙的化学机制的概要图标。图5根据本专利技术一实施例而应用的示范性处理系统的平面图。图6设以用于紫外光(UV)固化的串接处理腔室的一实施例的等角图。图7图6的串接处理腔室的一实施例的部分剖面图。图8描绘根据本专利技术一实施例的示范性方法。图9比较根据本专利技术一实施例在UV蒸汽退火之前与之后沉积介电质膜填充的沟 槽的傅立叶转换红外线光谱的图表。图10比较热蒸汽退火沟槽填充介电质膜与UV蒸汽退火沟槽填充介电质膜的图表。具体实施例方式本专利技术实施例包括固化介电材料以产生不具空隙与缝隙的隔离结构等的方法与 设备。一实施例包括利用紫外光(UV)辐射来退火与密化用来填充基材中间隙与沟槽的介 电材料。图1填充有介电材料102(例如，氧化硅)的示范性沟槽100的简单剖面图，利用 传统处理来沉积介电材料。如图所示，在沟槽100的提高边缘上介电材料102沉积速率的 提高会造成沟槽100的捏合并在沟槽100中产生不欲的空隙104。块介电层106形成于介 电质填充沟槽100上。块介电层106提供额外的介电材料以作为待续处理(例如，CMP)的 起始点，而待续处理会暴露空隙104。图2填充有介电材料202(例如，氧化硅)的另一沟槽200实例的简单剖面图，利用 传统处理来沉积介电材料。在由沟槽200的相对侧壁201成长的介电材料202的接合处形 成虚弱缝隙204。虚弱缝隙204可造成将块层206在接续处理(例如，CMP)中暴露于蚀刻 剂时，比起周围的介电材料202而言，沿着缝隙204的介电材料202以较快的速率被移除。图3图2中绘示的沟槽200经过CMP处理后的简单剖面图。沿着缝隙204的蚀刻 速率增加造成介电质填充沟槽200的表面中的不欲凹陷208。图4修复介电质沟槽填充材料中形成的缝隙(例如，缝隙204)的机制的概要描 述。介电材料沉积402具有低密度的硅醇(SiOH)，造成缝隙204处的虚弱附着。蒸汽退火 404经由并入氢氧自由基(-0H)而提高缝隙204处的硅醇密度。高温退火406进一步促进 氢氧自由基化合以释出水分而促进稳定的Si本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固化一形成于一基材上的一沟槽中的介电材料的方法，包括：　　转移该基材进入一腔室的一处理区中，该处理区设以暴露紫外光辐射给该基材；　　流动一气体混合物进入该腔室的处理区中，其中该气体混合物包括一或更多水蒸汽、臭氧与过氧化氢；　　暴露该气体混合物于紫外光辐射以产生一氢氧自由基；及　　暴露该基材于紫外光辐射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DW何，SA亨德里克森，JC罗查阿尔瓦雷斯，S巴录佳，T诺瓦克，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US