高压退火及降低湿蚀刻速率制造技术

描述通过在沉积过程中流动材料进入间隙来降低形成在图案化基板上的介电膜的湿蚀刻速率的方法。以此方式沉积的膜可能最初呈现提高的湿蚀刻速率。通过暴露图案化基板至气相水蒸汽的高压力来处理介电膜。处理可降低介电膜的湿蚀刻速率，特别是介电膜的间隙填充部分。扫描电子显微镜已经确认通过本文所述的工序降低或排除孔的数量与/或尺寸。也已经发现处理降低了例如由介电膜填充的间隙的底部处的蚀刻速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压退火及降低湿蚀刻速率
本申请主张名称为“高压退火及降低湿蚀刻速率(HIGH-PRESSUREANNEALINGANDREDUCINGWETETCHRATES)”且在2016年11月1日申请的美国临时专利申请第62/415,757号以及名称为“高压退火及降低湿蚀刻速率(HIGH-PRESSUREANNEALINGANDREDUCINGWETETCHRATES)”且在2016年11月23日申请的美国非临时申请第15/360,016号的优先权。通过参照其全文的方式在此将62/415,757与15/360,016的公开内容并入而用于所有用途。本文公开的实施方式涉及降低间隙-填充可流动膜的湿蚀刻速率。
技术介绍
半导体电路元件的微型化已经达到在商业规模上制造特征尺寸约10nm的地步。随着尺寸持续变小，如以避免电串扰的介电材料填充电路元件之间的间隙的工艺步骤出现新的挑战。随着元件之间的宽度持续缩小，元件之间的间隙通常变得较高与较窄，这使得间隙填充难以实现不使电介质材料卡住而产生孔洞或不牢缝隙。传统化学气相沉积(CVD)技术通常在已经完全填满间隙之前经历间隙的顶部处的材料过度生长。这可在间隙中产生孔洞或缝隙，其中沉积的介电材料已经过早地由过度生长所切断；此问题有时称为面包块化(breadloafing)。面包块化问题的一个解决方案已经使用更容易流入间隙的液体前驱物作为电介质起始材料。执行此方案的商业上应用的当前技术被称为旋涂式玻璃(SOG)。最近，已经发展给予可流动特征至由CVD沉积的介电材料的技术。这些技术可沉积可流动前驱物而以多孔材料填充高窄间隙，同时降低产生孔洞或不牢缝隙的发生率。虽然新的可流动CVD技术在以多孔材料(例如，低-k介电材料)填充高窄(即，高-深宽比)间隙中表现显著突破，仍然有需求提高沉积之后的间隙填充材料的密度。
技术实现思路
描述通过在沉积过程中流动材料进入间隙来降低形成在图案化基板上的多孔膜的湿蚀刻速率的方法。可通过可流动化学气相沉积来沉积膜，在可流动化学气相沉积中，来自气相的前驱物在图案化基板上反应或者由来自液相的前驱物沉积(诸如，旋涂式玻璃(SOG)或旋涂式电介质(SOD))。多孔膜可为进一步包含碳、氧与氮的至少一者的含硅与氢层。在沉积后不久，通过暴露图案化基板至气相水蒸汽的高压力来处理多孔膜。在暴露图案化基板至水蒸汽的高压力之前，多孔膜可经固化或未经固化。处理可降低多孔膜的湿蚀刻速率，特别是沟槽与间隙(多孔膜的“间隙填充”部分)内部的多孔膜部分。扫描电子显微镜已经确认通过本文所述的工序降低或排除孔的数量或尺寸。也已经发现处理降低了例如由介电膜填充的间隙的底部处的蚀刻速率。本文所述的实施方式包括处理图案化基板上的间隙填充电介质的方法。方法包括在图案化基板上的间隙中形成间隙填充电介质。间隙填充电介质包括孔但除此之外仍填充图案化基板上的间隙。方法进一步包括放置图案化基板进入基板处理腔室的基板处理区域中。方法进一步包括通过暴露间隙填充电介质至分压大于14.7psi的气相H2O来致密化间隙填充电介质以形成致密化的间隙填充电介质。间隙填充电介质可包括硅与氢。方法可进一步包括在致密化间隙填充电介质之前暴露间隙填充电介质至(UV)-光。方法可进一步包括在致密化间隙填充电介质之前暴露间隙填充电介质至臭氧。方法可进一步包括以HF或缓冲氧化物蚀刻溶液蚀刻间隙填充电介质。图案化基板的温度在间隙填充电介质的致密化过程中可在300℃与700℃之间。基板处理区域中的暴露表面的最低温度可大于220℃。方法可进一步包括在致密化间隙填充电介质之后自基板处理区域移除图案化基板。形成间隙填充电介质可包括在间隙填充电介质开始被沉积于图案化基板上别处之后流动材料进入间隙中。形成间隙填充电介质可包括流动来自液相前驱物的材料至图案化基板上。形成间隙填充电介质可包括流动来自气相前驱物的材料至图案化基板上。在形成间隙填充电介质之后，间隙填充电介质除了硅、碳、氮、氢与氧以外不包含其他元素。本文所述的实施方式包括填充图案化基板中的沟槽的方法。方法包括形成介电膜于图案化基板上。形成介电膜包括在开始沉积至图案化基板上别处之后流动介电材料进入沟槽中。方法进一步包括放置图案化基板进入基板处理腔室的基板处理区域中。方法进一步包括通过在基板处理区域中的H2O分压下暴露介电材料至气相H2O来致密化沟槽中的介电材料，以形成致密化间隙填充电介质。基板处理区域中暴露的最冷表面的温度可在180℃与275℃之间。基板处理区域中H2O的分压可在145psi与864psi之间。工艺压力(以psi计)可低于(14.7/760)*10(a-b/(T+c))，其中a＝7.96681、b＝1668.21、c＝228而T是基板处理区域中任何暴露表面的最低温度。T可在100℃与374℃之间。在实施方式中致密化介电材料时没有凝结可形成于基板处理区域中。在根据实施方式暴露介电材料至气相H2O时没有液体H2O可形成于基板处理腔室中。沟槽可为密集沟槽阵列的部分。额外的实施方式与特征部分提出于下方的描述内容，且部分将在本领域技术人员检验说明书后变得显而易见或可学自实施方式的执行。可通过说明书所述的手段、组合与方法来实现与实现实施方式的特征与优点。附图说明可通过参照说明书的剩余部分与附图来实现实施方式的本质与优点的进一步理解。图1A是描绘在根据实施方式的处理之前的间隙填充电介质的侧视图。图1B是描绘在根据实施方式的处理之后的间隙填充电介质的侧视图。图2是在根据实施方式的多种处理之前与之后的湿蚀刻速率的图表。图3是在根据实施方式的水相图与操作温度与压力中的压力比温度的图表。图4是描绘根据实施方式的致密化图案化基板上的多孔膜的方法中的挑选步骤的流程图。图5是描绘根据实施方式的致密化图案化基板上的多孔膜的方法中的挑选步骤的流程图。图6A显示根据实施方式的基板处理腔室。图6B显示根据实施方式的基板处理腔室。图7A显示根据实施方式的基板处理腔室。图7B显示根据实施方式的气体分配喷头。图8显示根据实施方式的基板处理系统。在附图中，相似的部件与/或特征可具有相同的组件符号。再者，可通过在组件符号后标示短划与在相似部件中作为区别的第二符号来区别相同类型的多个部件。若在说明书中仅使用第一个组件符号，描述内容适用于具有相同第一个组件符号(不论第二组件符号)的相似部件的任何一个。具体实施方式描述通过在沉积过程中流动材料进入间隙来降低形成在图案化基板上的多孔膜的湿蚀刻速率的方法。可通过可流动化学气相沉积来沉积膜，在可流动化学气相沉积中，来自气相的前驱物在图案化基板上反应或者由来自液相的前驱物沉积(诸如，旋涂式玻璃(SOG)或旋涂式电介质(SOD))。多孔膜可为进一步包含碳、氧与氮的至少一者的含硅与氢层。在沉积后不久，通过暴露图案化基板至气相水蒸汽的高压力来处理多孔膜。在暴露图案化基板至水蒸汽的高压力之前，多孔膜可经固化或未经固化。处理可降低多孔膜的湿蚀刻速率，特别是沟槽与间隙(多孔膜的“间隙填充”部分)内部的多孔膜部分。扫描电子显微镜已经确认通过本文所述的工序降低或排除孔的数量或尺寸。也已经发现处理降低了例如由介电膜填充的间隙的底部处的蚀刻速率。可流动地形成介电膜而以低-k介电材料填充图案化基板的间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种处理图案化基板上的间隙填充电介质的方法，所述方法包括以下步骤：形成间隙填充电介质于所述图案化基板上的间隙中，其中所述间隙填充电介质包括孔但除此之外仍填充所述图案化基板上的所述间隙；放置所述图案化基板进入基板处理腔室的基板处理区域中；和通过暴露所述间隙填充电介质至分压大于14.7psi的气相H2O来致密化所述间隙填充电介质，以形成致密化的间隙填充电介质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.01 US 62/415,757;2016.11.23 US 15/360,0161.一种处理图案化基板上的间隙填充电介质的方法，所述方法包括以下步骤：形成间隙填充电介质于所述图案化基板上的间隙中，其中所述间隙填充电介质包括孔但除此之外仍填充所述图案化基板上的所述间隙；放置所述图案化基板进入基板处理腔室的基板处理区域中；和通过暴露所述间隙填充电介质至分压大于14.7psi的气相H2O来致密化所述间隙填充电介质，以形成致密化的间隙填充电介质。2.如权利要求1所述的方法，其中所述间隙填充电介质包括硅与氢。3.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在致密化所述间隙填充电介质之前暴露所述间隙填充电介质至UV-光。4.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：以HF或缓冲氧化物蚀刻溶液蚀刻所述间隙填充电介质。5.如权利要求1所述的方法，其中所述图案化基板的温度在所述间隙填充电介质的致密化过程中为在300℃与700℃之间。6.如权利要求1所述的方法，其中所述基板处理区域中的暴露表面的最低温度为大于180℃。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在致密化所述间隙填充电介质之后自所述基板处理区域移除所述图案化基板。8.如权利要求1所述的方法，其中形成所述间隙填充电介质的步骤包括在所述间...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯蒂斯·S·莱斯基斯，基思·塔特森·王，史蒂文·维哈沃贝克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US