通過未預(yù)干燥的濕潤表面用旋涂電介質(zhì)覆蓋高深寬比特征的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及襯底處理方法，更具體而言，涉及用于在襯底上沉積膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]這里提供的背景描述是為了一般地呈現(xiàn)本公開的上下文的目的。當(dāng)前所冠名的發(fā)明人的工作(一定程度上在該背景部分中有所描述)以及在提交申請時(shí)可能沒有資格作為現(xiàn)有技術(shù)的本說明書的方面，既不能明顯地也不能隱含地被當(dāng)做針對本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]襯底(如半導(dǎo)體晶片)的制造通常需要多個(gè)處理步驟，該多個(gè)處理步驟可包括材料沉積、平坦化、特征圖案化、特征蝕刻和特征清潔。在襯底的處理期間，這些處理步驟通常重復(fù)一次或更多次。
[0004]隨著半導(dǎo)體裝置不斷縮小到更小的特征尺寸，越來越需要高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)以達(dá)到預(yù)期的器件性能目標(biāo)。使用HAR結(jié)構(gòu)對于一些襯底處理步驟產(chǎn)生了挑戰(zhàn)。例如，諸如蝕刻和清潔之類的濕式處理對于HAR結(jié)構(gòu)帶來了歸因于襯底的干燥期間所產(chǎn)生的毛細(xì)管力所產(chǎn)生的問題。毛細(xì)管力的強(qiáng)度取決于表面張力、正在進(jìn)行干燥的蝕刻流體、清潔流體或沖洗流體的接觸角、特征分隔和/或特征的深寬比。如果在干燥過程中所產(chǎn)生的毛細(xì)管力過高，則HAR特征將會(huì)變得收緊或塌毀到彼此上且可能會(huì)發(fā)生靜摩擦，這嚴(yán)重地降低了器件的成品率。
[0005]為了解決這個(gè)問題，一種方法使用具有比去離子水更低的表面張力的沖洗流體，以防止特征塌毀。雖然該方法對于相對低的深寬比結(jié)構(gòu)一般是成功的，但這種方法也有與使用去離子水的方法同樣的塌毀和靜摩擦問題。沖洗流體仍產(chǎn)生有限量的表面張力，該有限量的表面張力在干燥期間生成力，該力對于脆弱的HAR結(jié)構(gòu)而言依然過強(qiáng)。
[0006]用于干燥HAR結(jié)構(gòu)的另一種方法涉及用超臨界流體溶解和沖洗沖洗流體。超臨界流體在正常處理時(shí)不會(huì)產(chǎn)生表面張力。然而，在使用超臨界流體時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些技術(shù)上和制造上的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括:高的設(shè)備和安全成本、長的處理時(shí)間、在處理期間會(huì)變化的溶劑質(zhì)量、由于流體的擴(kuò)散性和可調(diào)性所帶來的極端敏感性、以及由于超臨界流體與處理腔室的組件的相互作用所產(chǎn)生的晶片缺陷/污染問題。
[0007]用于防止在處理期間HAR結(jié)構(gòu)塌毀的另一種方法是添加機(jī)械支撐。然而，這種方法通常具有較高的成本和工藝復(fù)雜性，這會(huì)對吞吐量和產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響。此外，機(jī)械支撐受限于特定類型的圖案化特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種方法，該方法包括在濕式清潔半導(dǎo)體襯底之后且在濕式清潔之后不執(zhí)行干燥步驟的情況下沉積膜溶液到半導(dǎo)體襯底的圖案化特征上。所述膜溶液包括電介質(zhì)膜前體或反應(yīng)物、溶劑、表面活性劑以及載體流體中的至少一種和所述電介質(zhì)膜前體。所述方法包括通過加熱所述襯底到烘烤溫度，將至少一種溶劑和未反應(yīng)溶液烘烤出由所述膜溶液形成的膜。
[0009]在其它特征中，所述方法包括，在沉積所述膜溶液之前且在干法清潔之后，用沖洗流體沖洗所述圖案化的特征。所述沖洗流體包括水、含水的醇和極性溶劑中的至少一種。
[0010]在其它特征中，所述方法包括在烘烤所述膜之后固化所述襯底。所述固化包括加熱、熱退火、紫外線(UV)固化、等離子體固化或化學(xué)反應(yīng)固化中的至少一種。所述固化的固化溫度大于所述烘烤溫度。
[0011]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圖案化的特征。
[0012]在其它特征中，沉積所述膜溶液包括:用第一溶液預(yù)先濕潤所述半導(dǎo)體襯底；使用所述膜溶液置換所述第一溶液；以及使用旋涂機(jī)旋涂所述襯底。所述置換和所述旋涂以連續(xù)、同時(shí)以及重疊的方式中的一種方式進(jìn)行。
[0013]在其它特征中，所述膜溶液的所述電介質(zhì)膜前體包括聚硅氮烷。所述圖案化的特征包括至少一種高深寬比(HAR)特征。所述至少一種高深寬比(HAR)特征的深寬比大于或等于8。
[0014]—種方法包括在濕式清潔半導(dǎo)體之后并且在濕式清潔后不執(zhí)行干燥步驟的情況下用沖洗流體沖洗半導(dǎo)體襯底的圖案化特征濕式清潔。該方法包括使用膜溶液至少部分置換在所述圖案化的特征上的所述沖洗流體。所述膜溶液包括電介質(zhì)膜前體或反應(yīng)物、溶劑、表面活性劑以及載體流體中的至少一種和所述電介質(zhì)膜前體。所述方法包括通過加熱所述襯底到烘烤溫度，將至少一種溶劑和未反應(yīng)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襯底。
[0015]在其它特征中，所述沖洗流體包括水、含水的醇和極性溶劑中的至少一種。所述固化包括加熱、熱退火、紫外線(UV)固化、等離子體固化或化學(xué)反應(yīng)固化中的至少一種。所述固化的固化溫度大于所述烘烤溫度。
[0016]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圖案化的特征。所述膜溶液的所述電介質(zhì)膜前體包括聚硅氮烷。所述圖案化的特征包括至少一種高深寬比(HAR)特征。所述至少一種高深寬比(HAR)特征的深寬比大于或等于8。
[0017]本公開的進(jìn)一步的適用范圍將會(huì)從詳細(xì)描述、權(quán)利要求和附圖中變得顯而易見。詳細(xì)敘述以及具體實(shí)施例旨在僅供說明，而并非意在限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0018]根據(jù)詳細(xì)說明和附圖，會(huì)更充分地理解本發(fā)明，其中:
[0019]圖1是包括高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)的襯底的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖視圖；
[0020]圖2A-2D是根據(jù)本公開的在使用旋涂膜進(jìn)行的特征填充期間的包括HAR結(jié)構(gòu)的襯底的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)剖視圖；
[0021]圖3是根據(jù)本公開的使用旋涂膜對HAR結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征填充的方法的一個(gè)實(shí)施例；
[0022]圖4是根據(jù)本公開的用于在襯底的HAR結(jié)構(gòu)上置換并沉積旋涂膜的方法的一個(gè)實(shí)施例；和
[0023]圖5A-5C示出了根據(jù)本公開的在襯底的HAR結(jié)構(gòu)上置換并沉積旋涂膜的一個(gè)實(shí)施例。
[0024]在附圖中，附圖標(biāo)記可以被重復(fù)使用，以確定相似和/或相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)本公開的系統(tǒng)和方法使得能夠在晶片濕式清潔步驟后并且沒有事先干燥步驟的情況下，使用旋涂膜沉積對HAR結(jié)構(gòu)進(jìn)行無塌陷特征填充。所述方法通過在濕式清潔后保持表面濕潤并轉(zhuǎn)換到用于旋涂膜的液體前體，消除了在干燥過程中發(fā)生的在HAR特征之間的蒸氣/液體界面。干燥過程中所產(chǎn)生的毛細(xì)管力被消除，并且HAR結(jié)構(gòu)能夠使用旋涂膜在沒有塌陷也沒有靜摩擦的情況下填充。
[0026]僅作為示例，用于膜沉積的方法可以在清潔軌道上執(zhí)行。在濕式清潔后，襯底可以用后沖洗流體沖洗。在一些實(shí)施例中，后沖洗流體包括水、含水的醇或極性溶劑，其保持在具有HAR特征的表面上。旋涂機(jī)可用于旋涂膜溶液，該膜溶液包括膜前體或包括溶劑、反應(yīng)物、表面活性劑或載體液體中的至少一種和膜前體。如果使用反應(yīng)物化學(xué)品的話，則反應(yīng)物化學(xué)品與膜前體反應(yīng)以創(chuàng)建固體膜。
[0027]僅作為示例，熱板或其它固化方法可用于驅(qū)除在膜中的過量的或未反應(yīng)的液體。在一些實(shí)施例中，沉積的膜可以是電介質(zhì)膜。僅作為示例，該溶液可以是電介質(zhì)溶液，該電介質(zhì)溶液包括在含水醇溶液中的電介質(zhì)膜前體。在襯底上的潤濕體積由膜溶液置換(displace) ο選擇膜溶液以通過潤濕表面擴(kuò)散，從而提供自底向上的填充。在一些實(shí)施例中，如在淺溝槽隔離(STI)、預(yù)金屬電介質(zhì)(PMD)或金屬間電介質(zhì)(Π?)應(yīng)用中，該膜溶液以有助于間隙填充的方案進(jìn)行操作。在可替換的方法中，只有膜前體被沉積，并且擴(kuò)散/反應(yīng)通過潤濕層發(fā)生。
[0028]如可以理解的，本文所描述的方法使得能在濕式清潔后并且沒有事先干燥上面沉積膜的表面的情況下，將諸如電介質(zhì)膜之類的膜沉積到諸如半導(dǎo)體晶片之類的襯底的圖案化的表面上。這種方法避免了具有在濕式清潔后的干燥過程中HAR特征塌陷或變得收緊的問題。這種方法還通過減少干燥襯底所需的步驟來提高工藝產(chǎn)量。
[0029]現(xiàn)在參考圖1，示出了包括高深寬比(HAR)結(jié)構(gòu)的襯底10的實(shí)施例。襯底10是半導(dǎo)體襯底，其包括下伏襯底層14、半導(dǎo)體器件16、預(yù)金屬電介質(zhì)(PMD)層18、一個(gè)或多個(gè)金屬間電介質(zhì)(MD)層20-1，20-2以及20-N(統(tǒng)稱Π?層20)、和HAR結(jié)構(gòu)24，其中N是大于零的整數(shù)。在一些實(shí)施例中，HAR結(jié)構(gòu)24可包括窄溝槽(例如20納米的溝槽)。在一些實(shí)施例中，HAR結(jié)構(gòu)24可具有的深寬比彡8，10，12，15，20或50。雖然示出了襯底的一個(gè)具體實(shí)施例，但這里描述的方法可以用于用膜填充具有圖案化的表面的其它類型的襯底。
[0030]現(xiàn)在參考圖2A-2D，顯示了在執(zhí)行晶片濕式清潔步驟之后在用膜對HAR結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征填充期間的包括HAR結(jié)構(gòu)110的襯底的實(shí)施例。該特征填充可以不經(jīng)事先干燥的步驟進(jìn)行。在濕式清潔步驟之后，流體保留在HAR結(jié)構(gòu)110上。后沖洗流體118可以用