專利名稱：具有水蒸氣的uv固化方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例大致關(guān)于固化介電材料以產(chǎn)生不具有空隙與縫隙的隔離結(jié)構(gòu)等的 方法與設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代集成電路在單一芯片上包括數(shù)百萬部件的復(fù)雜組件；然而，對(duì)更快、更小電子 裝置的需求始終在增加。此需求不僅需要更快的電路，同時(shí)也需要各個(gè)芯片上更高的電路 密度。為了達(dá)到更高的電路密度，不僅必須降低組件特征尺寸，而且亦必須縮小組件之間的 隔離結(jié)構(gòu)。目前隔離技術(shù)包括淺溝槽隔離(STI)處理。STI處理包括首先將具有預(yù)定寬度與 深度的溝槽蝕刻進(jìn)入基材。接著以介電材料層填滿溝槽。接著經(jīng)由例如化學(xué)機(jī)械研磨(CMP) 來平坦化介電材料。隨著溝槽寬度持續(xù)變小，深寬比(深度除以寬度)持續(xù)增加。與制造高深寬比溝 槽有關(guān)的一個(gè)挑戰(zhàn)避免在將介電材料沉積于溝槽中的過程中形成空隙。為了填滿溝槽，首先沉積介電材料(例如，氧化硅)層。介電層通常覆蓋場(chǎng)以及溝 槽的壁與底部。若溝槽既寬且淺，則相當(dāng)容易完全填滿溝槽。然而，隨著深寬比提高，溝槽 開口變得更容易「捏合」而將空隙捕捉于溝槽中。為了減少將空隙捕捉于溝槽中的機(jī)率，高深寬比工藝(HARP)可用來形成介電材 料。這些工藝包括在不同處理階段以不同速率沉積介電材料。較低的沉積速率可用來于溝 槽中形成更共形的介電層，而較高的沉積速率可用來在溝槽上形成塊介電層。填滿高深寬比溝槽中的另一挑戰(zhàn)避免在介電材料與其本身的界面處形成虛弱縫 隙。當(dāng)沉積的介電材料由溝槽的相對(duì)壁向內(nèi)生長(zhǎng)且虛弱地附著或無法附著其本身時(shí)形成虛 弱縫隙。比起其它部分的介電材料，沿著縫隙的介電材料具有較低密度與較高多孔性，這 造成介電材料在隨后處理(例如，CMP)過程中暴露于蝕刻劑時(shí)凹陷比率的提高。如同空隙 一般，虛弱縫隙在間隙填充的介電強(qiáng)度中產(chǎn)生不同質(zhì)，這會(huì)負(fù)面影響半導(dǎo)體組件的運(yùn)作?？山?jīng)由在高溫熔爐中蒸汽退火基材來修復(fù)介電材料中的空隙與縫隙。蒸汽退火之 后，可額外地將基材置于高溫氮環(huán)境以密化介電材料。熔爐退火充分運(yùn)作以修復(fù)介電材料 中的空隙或縫隙。然而，由于熔爐大小與其對(duì)基材處理的影響而存在有某些熔爐退火的限 制。一般熔爐大小用來大批處理基材，而這造成控制、均勻性與產(chǎn)量的受限。由于熔爐 大小與需要的處理氣體體積的故，熔爐內(nèi)反應(yīng)環(huán)境的控制與彈性受限的。例如，因?yàn)橛脕硖?充熔爐所需的氣體體積，改變或微調(diào)批處理熔爐中的處理氣體混合物需要可觀的時(shí)間。此 外，當(dāng)水蒸汽與氧的混合物流過一批基材，水蒸汽壓力會(huì)隨著水蒸汽被基材吸收而降低。因 此，氧氣與水蒸汽的比例隨著其自入口流過基材并到達(dá)熔爐出口而提高。降低的蒸汽壓造 成批次基材中膜生長(zhǎng)的減少與均勻的降低。因?yàn)槌藗鹘y(tǒng)熔爐退火所需時(shí)間外，基材必須在熔爐處理之前與之后排隊(duì)等候的時(shí)間亦會(huì)減少基材制造產(chǎn)量。因此，需要可產(chǎn)生不具空隙與縫隙的高深寬比隔離結(jié)構(gòu)等的改良處理與設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一實(shí)施例中，固化形成于基材上溝槽中的介電材料的方法包括將基材轉(zhuǎn)移 至設(shè)以暴露紫外光輻射給基材的腔室處理區(qū)、將氣體混合物流入腔室處理區(qū)、并將氣體混 合物暴露于紫外光輻射。一實(shí)施例中，氣體混合物包括一或更多水蒸汽、臭氧與過氧化氫。 一實(shí)施例中，將氣體混合物暴露于紫外光輻射以產(chǎn)生氫氧自由基。一實(shí)施例中，將基材暴露 于紫外光輻射。另一實(shí)施例中，在基材上的溝槽中形成介電材料的方法包括將基材轉(zhuǎn)移至多-腔 室處理系統(tǒng)中第一處理腔室的處理區(qū)中、以第一流率將第一氣體混合物引導(dǎo)進(jìn)入第一處理 腔室的處理區(qū)中、以第二流率將第二氣體混合物引導(dǎo)進(jìn)入第一處理腔室的處理區(qū)中、將基 材由第一處理腔室的處理區(qū)轉(zhuǎn)移至多-腔室處理系統(tǒng)中的第二處理腔室的處理區(qū)中、將第 三氣體混合物流入第二處理腔室的處理區(qū)中、并將第三氣體混合物暴露于紫外光輻射。一 實(shí)施例中，第一處理腔室設(shè)以沉積介電材料于基材上。一實(shí)施例中，第二氣體混合物導(dǎo)入第 一處理腔室的處理區(qū)的流率大于第一氣體導(dǎo)入第一處理腔室的處理區(qū)的流率。一實(shí)施例 中，第二處理腔室設(shè)以暴露基材于紫外光輻射。一實(shí)施例中，第三氣體混合物包括一或更多 水蒸汽、臭氧與過氧化氫。一實(shí)施例中，第三氣體混合物暴露于紫外光輻射以產(chǎn)生氫氧自由 基。一實(shí)施例中，基材暴露于紫外光輻射。本發(fā)明又另一實(shí)施例中，多-腔室處理系統(tǒng)包括設(shè)以沉積介電材料的第一腔室、 設(shè)以固化介電材料的第二腔室、設(shè)以將基材自第一腔室轉(zhuǎn)移至第二腔室的轉(zhuǎn)移機(jī)器人及系 統(tǒng)控制器。一實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器經(jīng)程序化以提供控制信號(hào)好以第一與第二速率沉積介 電材料。一實(shí)施例中，第二速率高于第一速率。一實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器經(jīng)程序化以將包括 一或更多水蒸汽、臭氧與過氧化氫的氣體混合物導(dǎo)入第二腔室并將氣體混合物暴露于紫外 光輻射。


為了更詳細(xì)地了解本發(fā)明的上述特征，可參照實(shí)施例(某些描繪于附圖中)來理 解本發(fā)明簡(jiǎn)短概述于上的特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發(fā)明的典型實(shí)施例而因此 不被視為其的范圍的限制因素，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其它等效實(shí)施例。圖1 (現(xiàn)有技術(shù))填充有利用傳統(tǒng)處理沉積的介電材料的示范性溝槽的簡(jiǎn)要剖面 圖。圖2(現(xiàn)有技術(shù))填充有利用傳統(tǒng)處理沉積的介電材料的另一溝槽實(shí)例的簡(jiǎn)要剖 面圖。圖3(現(xiàn)有技術(shù))圖2的溝槽在平面化后的簡(jiǎn)要剖面圖。圖4修補(bǔ)形成于以介電材料填充的溝槽中的縫隙的化學(xué)機(jī)制的概要圖標(biāo)。圖5根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例而應(yīng)用的示范性處理系統(tǒng)的平面圖。圖6設(shè)以用于紫外光(UV)固化的串接處理腔室的一實(shí)施例的等角圖。圖7圖6的串接處理腔室的一實(shí)施例的部分剖面圖。
圖8描繪根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示范性方法。圖9比較根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在UV蒸汽退火之前與之后沉積介電質(zhì)膜填充的溝 槽的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線光譜的圖表。圖10比較熱蒸汽退火溝槽填充介電質(zhì)膜與UV蒸汽退火溝槽填充介電質(zhì)膜的圖表。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例包括固化介電材料以產(chǎn)生不具空隙與縫隙的隔離結(jié)構(gòu)等的方法與 設(shè)備。一實(shí)施例包括利用紫外光(UV)輻射來退火與密化用來填充基材中間隙與溝槽的介 電材料。圖1填充有介電材料102(例如，氧化硅)的示范性溝槽100的簡(jiǎn)單剖面圖，利用 傳統(tǒng)處理來沉積介電材料。如圖所示，在溝槽100的提高邊緣上介電材料102沉積速率的 提高會(huì)造成溝槽100的捏合并在溝槽100中產(chǎn)生不欲的空隙104。塊介電層106形成于介 電質(zhì)填充溝槽100上。塊介電層106提供額外的介電材料以作為待續(xù)處理(例如，CMP)的 起始點(diǎn)，而待續(xù)處理會(huì)暴露空隙104。圖2填充有介電材料202(例如，氧化硅)的另一溝槽200實(shí)例的簡(jiǎn)單剖面圖，利用 傳統(tǒng)處理來沉積介電材料。在由溝槽200的相對(duì)側(cè)壁201成長(zhǎng)的介電材料202的接合處形 成虛弱縫隙204。虛弱縫隙204可造成將塊層206在接續(xù)處理(例如，CMP)中暴露于蝕刻 劑時(shí)，比起周圍的介電材料202而言，沿著縫隙204的介電材料202以較快的速率被移除。圖3圖2中繪示的溝槽200經(jīng)過CMP處理后的簡(jiǎn)單剖面圖。沿著縫隙204的蝕刻 速率增加造成介電質(zhì)填充溝槽200的表面中的不欲凹陷208。圖4修復(fù)介電質(zhì)溝槽填充材料中形成的縫隙(例如，縫隙204)的機(jī)制的概要描 述。介電材料沉積402具有低密度的硅醇(SiOH)，造成縫隙204處的虛弱附著。蒸汽退火 404經(jīng)由并入氫氧自由基(-0H)而提高縫隙204處的硅醇密度。高溫退火406進(jìn)一步促進(jìn) 氫氧自由基化合以釋出水分而促進(jìn)穩(wěn)定的Si-O-Si鍵結(jié)，造成無縫隙的氧化物填充溝槽。圖5根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例而應(yīng)用的示范性處理系統(tǒng)500的平面圖。處理系統(tǒng)500 可為自備式系統(tǒng)，其具有主框架結(jié)構(gòu)501上支撐的必須處理工具。處理系統(tǒng)500可包括前 端平臺(tái)區(qū)502，其中支撐有基材匣509并將基材負(fù)載與卸載于負(fù)載鎖定腔室512。處理系統(tǒng) 500可進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)移室511(其容納基材處理機(jī)51 、一列安裝于轉(zhuǎn)移室511上的串接處 理腔室506、及后端538(其容納系統(tǒng)500運(yùn)作所需的支持工具)。一實(shí)施例中，后端538包 括氣體面板503與功率分布面板505。一實(shí)施例中，各個(gè)串接處理腔室506包括兩個(gè)處理基材的處理區(qū)(參見第6與7 圖)。兩個(gè)處理區(qū)可共有相同的氣體供應(yīng)、相同的壓力控制器與相同的處理氣體排氣/泵送 系統(tǒng)。系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)可自一結(jié)構(gòu)配置快速轉(zhuǎn)換成另一個(gè)。為了執(zhí)行特定處理步驟，可改 變腔室的配置與組合。一實(shí)施例中，至少一串接處理腔室506可包括根據(jù)如下所述的本發(fā) 明方面的蓋，其包括一或更多用來固化介電材料的UV燈。一實(shí)施例中，至少一串接處理腔 室506化學(xué)氣相沉積腔室，其用來沉積介電材料于基材上以填充溝槽。一實(shí)施例中，兩個(gè)串 接處理腔室506具有UV燈并設(shè)以成為平行運(yùn)作的UV固化腔室。一實(shí)施例中，所有三個(gè)串 接處理腔室506具有UV燈并設(shè)以成為平行運(yùn)作的UV固化腔室。
一實(shí)施例中，處理系統(tǒng)500配有系統(tǒng)控制器550，其經(jīng)程序化以控制并執(zhí)行不同處 理方法與順序，諸如圖8中所述的處理與隨后的描述以及執(zhí)行于處理系統(tǒng)500中的其它描 述。系統(tǒng)控制器550通常促進(jìn)整體系統(tǒng)的控制與自動(dòng)化，并通?？砂ㄖ醒胩幚韱卧?CPU) (未顯示)、內(nèi)存(未顯示)與支持電路(未顯示)。CPU可為用于工業(yè)設(shè)定中以控制不同 系統(tǒng)功能與腔室處理的任何計(jì)算機(jī)處理器的其中一者。一實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器550提供控制信號(hào)好以第一與第二速率于一或更多串接 處理腔室506中沉積介電材料于基材上形成的溝槽內(nèi)，其中第二速率高于第一速率。一實(shí) 施例中，系統(tǒng)控制器550進(jìn)一步經(jīng)程序化以提供控制信號(hào)而將包括一或更多水蒸汽、臭氧 與過氧化氫的氣體混合物引導(dǎo)進(jìn)入串接處理腔室506中并暴露氣體混合物于UV輻射。一實(shí) 施例中，系統(tǒng)控制器550進(jìn)一步經(jīng)程序化以提供控制信號(hào)好暴露基材于串接處理腔室506 中的UV輻射。圖6描繪半導(dǎo)體處理系統(tǒng)500的串接處理腔室506中設(shè)以用于UV固化的一處理腔 室的一實(shí)施例。串接處理腔室506可包括主體600與可鉸鏈安裝至主體600的蓋602。蓋 602耦接有兩個(gè)外罩604，其各自耦接至入口 606以及出口 608，好讓冷卻空氣穿過外罩604 的內(nèi)部。中央加壓氣體源610提供足夠的氣體流率至入口 606以確保與串接處理腔室506 有關(guān)的任何UV燈泡與/或燈泡的功率源614的適當(dāng)運(yùn)作。出口 608自外罩604接收排出 氣體，并由共同的排氣系統(tǒng)612所收集。圖7繪示具有蓋602、外罩604與功率源614的串接處理腔室506的一實(shí)施例的 部分剖面圖。各個(gè)外罩604覆蓋兩個(gè)分別位于兩個(gè)處理區(qū)700(界定于主體600中)上的 個(gè)別UV燈泡702。各個(gè)處理區(qū)700包括加熱基座706以于處理區(qū)700中支撐基材708?；?座706可包括陶瓷或金屬(例如，鋁)。一實(shí)施例中，基座706耦接至桿710，其延伸穿過主 體600的底部并由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)712運(yùn)作以移動(dòng)處理區(qū)700中的基座706朝向與遠(yuǎn)離UV燈泡 702。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)712亦可在固化過程中旋轉(zhuǎn)與/或轉(zhuǎn)移基座706以進(jìn)一步提高均勻性?！愣?，實(shí)施例考慮過任何UV源，諸如水銀微波弧光燈、脈沖氙氣閃光燈與高 效UV發(fā)光二極管數(shù)組。UV燈泡702可為密封的等離子體燈泡，其充滿一或更多氣體(諸 如，氙氣或水銀)以由功率源614所激發(fā)。一實(shí)施例中，功率源614微波產(chǎn)生器，其可包括 一或更多磁電管(未顯示)與一或更多供給磁電管的細(xì)絲能量的變壓器(未顯示)。具有 千瓦微波功率源的一實(shí)施例中，各個(gè)外罩604包括鄰近功率源614的孔洞615，以自功率源 614接收高達(dá)約6000W的微波功率好接著自各個(gè)UV燈泡702產(chǎn)生高達(dá)約100W的UV光。一 實(shí)施例中，UV燈泡702可包括電極或細(xì)絲于其中，以致功率源614代表電極的電路與/或 電流供應(yīng)器，諸如直流(DC)或脈沖DC。一實(shí)施例中，功率源614可包括射頻(RF)功率源，其能夠激發(fā)UV燈泡702中的氣 體。燈泡中的RF激發(fā)配置可為電容式或感應(yīng)式。感應(yīng)耦合等離子體(ICP)燈泡可經(jīng)由產(chǎn) 生比電容耦合放電更密的等離子體來有效地提高燈泡亮度。此外，ICP燈可排除起因?yàn)殡?極消減的UV輸出消減而造成較長(zhǎng)的燈泡壽命以提高系統(tǒng)生產(chǎn)率。一實(shí)施例中，UV燈泡702散發(fā)的UV光經(jīng)由穿過蓋602中的孔洞內(nèi)配置的窗口 714 而進(jìn)入處理區(qū)700。窗口 714可由不具OH的合成石英玻璃所構(gòu)成且其的厚度足以維持真空 而不會(huì)破裂。一實(shí)施例中，窗口 714傳送下至約150nm的UV光的熔融二氧化硅。一實(shí)施例中，處理區(qū)700提供的容積能夠維持約1托(Torr)至約650托的壓力。一實(shí)施例中，處理氣體717可通過兩個(gè)入口通道716其中一者進(jìn)入處理區(qū)700。處理氣體 717可通過相同的出口埠718離開。一實(shí)施例中，供應(yīng)至外罩604內(nèi)部的冷卻氣體經(jīng)由窗口 714而與處理區(qū)700分隔。一實(shí)施例中，入口通道716與蒸汽輸送系統(tǒng)750流體連通。此外，蒸汽輸送系統(tǒng)可 設(shè)以產(chǎn)生且輸送去離子水蒸汽穿過入口通道716并進(jìn)入處理區(qū)700。一實(shí)施例中，蒸汽輸送 系統(tǒng)750的部件、入口通道716與其它與處理區(qū)700流體連通的部件可包括具有鈍化或涂 覆表面的材料以避免去離子水蒸汽的腐蝕攻擊。一實(shí)施例中，蒸汽輸送系統(tǒng)750的部件以及與其流體連通的部件包括電解拋光的 不銹鋼。不銹鋼的電解拋光過程中，產(chǎn)生選擇性自部件表面移除鐵與鎳原子且留下實(shí)質(zhì)由 鉻與其氧化物構(gòu)成的表面層的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果為實(shí)質(zhì)抵抗可能腐蝕物質(zhì)(例如，去離子水 蒸汽)攻擊的表面層。一實(shí)施例中，蒸汽輸送系統(tǒng)750的部件以及與其流體連通的部件包括具有鉻氧化 物(chromoxide)膜薄層生長(zhǎng)于其的表面上的不銹鋼。得到的表面層實(shí)質(zhì)抵抗可能腐蝕物 質(zhì)(例如，去離子水蒸汽)的攻擊?！獙?shí)施例中，蒸汽輸送系統(tǒng)750的部件以及與其流體連通的部件包括具有聚合物 涂層(例如，TEFLON PTFE(聚四氟乙烯))的不銹鋼。涂層可抵抗極端溫度，且結(jié)果為實(shí) 質(zhì)抵抗可能腐蝕物質(zhì)(例如，去離子水蒸汽)攻擊的表面。一實(shí)施例中，各個(gè)外罩604包括由涂覆有兩向色性膜的鑄模石英襯里704界定的 內(nèi)拋物線表面。石英襯里704反射UV燈泡702散發(fā)的UV光并根據(jù)石英襯里704導(dǎo)入處理 區(qū)700的UV光圖案而塑形以符合固化處理。一實(shí)施例中，石英襯里704經(jīng)由移動(dòng)與改變內(nèi) 拋物線表面來調(diào)節(jié)以更適合各個(gè)處理或任務(wù)。此外由于兩向色性膜，石英襯里704可傳送 紅外線并反射UV燈泡702散發(fā)的UV光?！獙?shí)施例中，在固化過程中旋轉(zhuǎn)或以其它方式周期性移動(dòng)石英襯里704可提高基 材面中的亮度均勻性。一實(shí)施例中，當(dāng)石英襯里相對(duì)于燈泡702為固定時(shí)，可旋轉(zhuǎn)或周期性 移動(dòng)外罩604越過基材708。一實(shí)施例中，經(jīng)由基座706的基材708旋轉(zhuǎn)或周期性轉(zhuǎn)移可提 供基材708與燈泡702間的相對(duì)移動(dòng)以提高亮度與固化均勻性。一實(shí)施例中，UV燈泡702可為UV燈數(shù)組。一實(shí)施例中，UV燈數(shù)組可包括至少一 散發(fā)第一波長(zhǎng)分布的燈泡與至少一散發(fā)第二波長(zhǎng)分布的燈泡。因此，除了調(diào)節(jié)氣體流動(dòng)、組 成、壓力與基材溫度外，可經(jīng)由界定已知固化腔室中的不同燈的不同照射順序來控制固化處理。圖8描繪根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的示范性方法800。文字塊802，沉積介電層于基材 上。利用高深寬比溝填工藝(HARP)技術(shù)來在介電層形成過程中改變介電材料的沉積速率 來沉積氧化物層。示范性沉積處理如下。首先將基材置于處理腔室(例如，串接處理腔室506)中。一實(shí)施例中，串接處理 腔室506化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室。一實(shí)施例中，前體材料可流過與處理腔室506流體連 通的歧管。這可包括將氧化氣體前體、含硅前體與含氫氧自由基前體流過歧管。各個(gè)前體 以初始流率流過歧管并進(jìn)入處理腔室506。取決于應(yīng)用的處理類型，前體材料可幫助形成產(chǎn)物用來在基材上形成介電層的等 離子體。沉積處理可包括諸如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、大氣壓力化學(xué)氣相沉積(APCVD)、次大氣壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)、或低 壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)等技術(shù)。前體的初始流率建立含硅前體比上氧化氣體前體以及含硅前體比上含氫氧自由 基前體的第一流率比例。對(duì)高深寬比溝槽中介電材料的初始沉積而言，含硅前體比上氧化 氣體前體的比例相當(dāng)?shù)鸵蕴峁喜壑薪殡姴牧系妮^慢沉積。隨著沉積進(jìn)展，含硅前體比上 氧化氣體前體的比例可被提高以增加介電材料的沉積速率。較高沉積速率造成溝槽中空隙 機(jī)率降低的沉積階段可達(dá)成調(diào)節(jié)。一但在文字塊802沉積氧化物層之后，在文字塊804中介電層可經(jīng)退火以提高高 深寬比溝槽的縫隙中介電層的硅醇密度。一實(shí)施例中，通過暴露于蒸汽與UV輻射來完成退 火處理?？勺杂糜谖淖謮K802 (用來沉積介電層于基材上)中的處理腔室506移除基材并 置于UV暴露腔室(例如，另一串接處理腔室506)中。與處理腔室506的入口通道716流 體連通的蒸汽輸送系統(tǒng)750引導(dǎo)蒸汽至基材表面。同時(shí)基材表面可于處理腔室506中暴露 于來自UV燈泡702的UV輻射。UV輻射可分解輸送至基材的蒸汽以致將氫氧自由基并入介 電材料、提高硅醇的密度，特別在縫隙處。一實(shí)施例中，蒸汽輸送系統(tǒng)750輸送水蒸汽(H2O)至基材表面以用于氫氧自由基 的分離。一實(shí)施例中，亦可在UV輻射存在下引導(dǎo)臭氧(O3)與水蒸汽反應(yīng)。一實(shí)施例中，可 在UV輻射存在下輸送過氧化氫(H2O2)至基材表面以用于氫氧自由基的分離。一實(shí)施例中， 蒸汽輸送系統(tǒng)可在UV輻射存在下輸送水蒸汽、臭氧與過氧化氫以反應(yīng)與分離好形成氫氧 自由基。因此，可根據(jù)下列化學(xué)式產(chǎn)生氫氧自由基H2O+ (UV) — 0Η+ΗO3+ (UV) — 02+0H2CHO — 20HH2O2+ (UV) — H2CHOH2CHO — 20H基材進(jìn)一步暴露于UV輻射以進(jìn)一步固化。因此，氫氧自由基化合以自介電層釋放 水分。進(jìn)一步UV固化亦促進(jìn)穩(wěn)定、網(wǎng)狀的Si-O-Si鍵結(jié)。文字塊806，可將氮?dú)? )導(dǎo)入處理區(qū)700以進(jìn)一步退火且密化介電材料層。一 實(shí)施例中，氮?dú)馔嘶鸢l(fā)生于蒸汽退火介電材料的相同處理腔室506中。一實(shí)施例中，氮?dú)馔?火發(fā)生于處理系統(tǒng)500中不同的處理腔室506內(nèi)。圖9比較根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例在UV蒸汽退火之前與之后沉積的溝槽填充介電質(zhì) 膜的傅立葉轉(zhuǎn)換紅外線(FT-IR)光譜。如圖所示，(-0H)與H2O鍵結(jié)(約3500cm-l處)的 尖峰高度在UV蒸汽退火后減少的。吸收的減少暗指UV蒸汽退火處理造成膜的水分去吸附。圖10比較熱蒸汽退火的溝槽填充介電質(zhì)膜與UV蒸汽退火的溝槽填充介電質(zhì)膜的 圖表。如長(zhǎng)條圖所示，UV蒸汽退火的膜具有明顯較高的膜收縮。此外，如線圖所示，UV蒸汽 退火的膜亦具有明顯較高的Si-O網(wǎng)狀/籠狀比例。這指出膜具有非常少的不欲的籠狀鍵 結(jié)且有相當(dāng)高數(shù)目所欲的網(wǎng)狀鍵結(jié)。籠狀鍵結(jié)具有懸垂鍵結(jié)并易于在水分存在下吸引氫原 子。然而，一但膜經(jīng)UV退火，許多Si-O籠狀鍵結(jié)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)狀鍵結(jié)而造成更穩(wěn)定、高度抗水 膜。
本發(fā)明實(shí)施例提供修補(bǔ)隔離結(jié)構(gòu)等中的空隙與縫隙的處理的控制提高，其經(jīng)由單 一基材工藝容積中快速與有效的退火處理。既然本發(fā)明實(shí)施例中所用的UV暴露腔室的處 理區(qū)的容積明顯低于批處理熔爐的那些容積，因此可達(dá)成較高的彈性于改變或微調(diào)退火處 理中所用的氣體混合物。再者，腔室中所需的氣體體積的較小數(shù)量導(dǎo)致改變所欲氣體混合 物所需時(shí)間的明顯減少。此外，本發(fā)明實(shí)施例的較小處理容積導(dǎo)致退火基材中均勻性的提高。均勻性退火 處理中溫度與氣體壓力的函數(shù)。批次烘爐退火所需的大容積導(dǎo)致橫跨一批基材的氣體壓力 的非-均勻性。相對(duì)地，本發(fā)明實(shí)施例所需的工藝容積可讓明顯更恒定的氣體壓力橫跨基 材，導(dǎo)致均勻性的明顯提高。相對(duì)于批次烘爐退火，本發(fā)明實(shí)施例的修復(fù)處理產(chǎn)量亦明顯改善。UV退火比起熱 蒸汽退火需要明顯較少的時(shí)間。此外，相對(duì)于批次烘爐退火，本發(fā)明實(shí)施例在退火處理之前 或之后不需時(shí)間用于排隊(duì)等候。因此，本發(fā)明實(shí)施例導(dǎo)致產(chǎn)生無空隙與縫隙的隔離結(jié)構(gòu)等等，同時(shí)改善現(xiàn)有技術(shù) 的方法與處理的控制、均勻性與產(chǎn)量。雖然上文針對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)施例，但可在不悖離本發(fā)明的基本范圍下設(shè)計(jì)出本 發(fā)明其它與進(jìn)一步實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書所界定。
權(quán)利要求
1.一種固化一形成于一基材上的一溝槽中的介電材料的方法，包括轉(zhuǎn)移該基材進(jìn)入一腔室的一處理區(qū)中，該處理區(qū)設(shè)以暴露紫外光輻射給該基材； 流動(dòng)一氣體混合物進(jìn)入該腔室的處理區(qū)中，其中該氣體混合物包括一或更多水蒸汽、 臭氧與過氧化氫；暴露該氣體混合物于紫外光輻射以產(chǎn)生一氫氧自由基；及 暴露該基材于紫外光輻射。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在一氮環(huán)境中熱退火該基材，其中該氮環(huán)境 提供于該腔室的處理區(qū)中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 轉(zhuǎn)移該基材進(jìn)入一第二腔室中；及在一氮環(huán)境中熱退火該基材。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體混合物包括水蒸汽與臭氧。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體混合物包括水蒸汽與過氧化氫。
6.一種在一基材上的一溝槽中形成介電材料的方法，包括轉(zhuǎn)移該基材進(jìn)入一多-腔室處理系統(tǒng)中的一第一處理腔室的一處理區(qū)中，其中該第一 處理腔室設(shè)以沉積該介電材料于該基材上；以一第一流率將一第一氣體混合物引導(dǎo)進(jìn)入該第一處理腔室的處理區(qū)中； 以一第二流率將一第二氣體混合物引導(dǎo)進(jìn)入該第一處理腔室的處理區(qū)中；其中該第二 流率大于該第一流率；將該基材自該第一處理腔室的處理區(qū)轉(zhuǎn)移進(jìn)入該多-腔室處理系統(tǒng)中的一第二處理 腔室的處理區(qū)中，其中該第二處理腔室設(shè)以暴露該基材于紫外光輻射；將一第三氣體混合物流入該第二處理腔室的處理區(qū)中，其中該第三氣體混合物包括一 或更多水蒸汽、臭氧與過氧化氫；暴露該第三氣體混合物于紫外光輻射以產(chǎn)生一氫氧自由基；及 暴露該基材于紫外光輻射。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該第一與第二氣體混合物各自包括一氧化氣體前 體、一含硅前體與一含氫氧自由基前體，且其中該第二氣體混合物的含硅前體/氧化氣體 前體的比例高于該第一氣體混合物。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括將氮?dú)庖龑?dǎo)進(jìn)入該第二處理腔室的處理區(qū)中；及 在一氮?dú)夥諊袩嵬嘶鹪摶摹?br> 9.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括將該基材自該第二處理腔室轉(zhuǎn)移至該多-腔室處理系統(tǒng)中的一第三處理腔室；及 在一氮環(huán)境中熱退火該基材。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該第三氣體混合物包括水蒸汽與臭氧。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該第三氣體混合物包括水蒸汽與過氧化氫。
12.—種多-腔室處理系統(tǒng)，包括 一第一腔室，設(shè)以沉積一介電材料； 一第二腔室，設(shè)以固化該介電材料；一轉(zhuǎn)移機(jī)器人，設(shè)以將一基材自該第一腔室轉(zhuǎn)移至該第二腔室； 一蒸汽輸送系統(tǒng)，流體連通于該第二腔室；及 一系統(tǒng)控制器，經(jīng)程序化以提供控制信號(hào)好以一第一與第二速率將該介電材料沉積進(jìn)入該基材上形成的一溝槽中，其中該第二速 率高于該第一第一速率；通過該蒸汽輸送系統(tǒng)將一氣體混合物引導(dǎo)進(jìn)入該第二腔室中，該氣體混合物包括一或 更多水蒸汽、臭氧與過氧化氫；及 暴露該氣體混合物于紫外光輻射。
13.如權(quán)利要求12所述的多-腔室處理系統(tǒng)，其中該蒸汽輸送系統(tǒng)與該第二腔室包括 具有鈍化表面層的部件，且其中該系統(tǒng)控制器進(jìn)一步經(jīng)程序化以提供控制信號(hào)好暴露該基 材于紫外光輻射。
14.如權(quán)利要求13所述的多-腔室處理系統(tǒng)，其中該第二腔室進(jìn)一步設(shè)以在一氮環(huán)境 中熱退火該基材。
15.如權(quán)利要求13所述的多-腔室處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一設(shè)以在一氮環(huán)境中熱退火 該基材的第三處理腔室，其中該轉(zhuǎn)移機(jī)器人進(jìn)一步設(shè)以將該基材自該第二腔室轉(zhuǎn)移至該第三腔室。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例大致有關(guān)于固化沉積于基材表面中的溝槽或間隙內(nèi)的介電材料以產(chǎn)生不具空隙與縫隙的特征的方法與設(shè)備。一實(shí)施例中，介電材料暴露于紫外光輻射時(shí)經(jīng)蒸汽退火。一實(shí)施例中，介電材料進(jìn)一步于氮環(huán)境中經(jīng)熱退火。
文檔編號(hào)H01L21/76GK102057479SQ200980122000
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者D·W·何, J·C·羅查-阿爾瓦雷斯, S·A·亨德里克森, S·巴錄佳, T·諾瓦克 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司