[发明专利]具有水蒸气的UV固化方法与设备

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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、均匀性与产量的受限。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匀的降低。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。

发明内容

本发明一实施例中，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。