JP2023162144A - シリコンオキシカーバイド層を形成するためのプラズマ強化方法およびシステムならびにそれを使用して形成された構造 - Google Patents

Abstract

【課題】基材の表面上にシリコンオキシカーバイド層を形成する方法が開示される。
【解決手段】例示的な方法は、反応チャンバへと無酸素反応物質を提供することと、１回以上の堆積サイクルを実施することと、を含み、各堆積サイクルは、ケイ素前駆体パルス期間の間、反応チャンバへとケイ素前駆体を提供することと、シリコンオキシカーバイド層を形成するためにプラズマ電力期間の間プラズマ電力を提供することと、を含む。例示的なケイ素前駆体は、ケイ素、酸素、炭素、および任意選択的に窒素を含む分子を含む。ケイ素前駆体は、（ｉ）１つまたは２つのケイ素－酸素結合、（ｉｉ）１つまたは２つのケイ素－炭素結合、または（ｉｉｉ）１つの炭素－炭素二重結合のうちの１つ以上をさらに含むことができる。
【選択図】図１

Description

本開示は、概して電子デバイスを形成するために好適な構造を形成する方法およびシステムに関する。より具体的には、本開示の実施例は、シリコンオキシカーバイドを含む層を形成するための方法およびシステムに関する。

電界効果トランジスタなどの電子デバイスの製造中、例えば、そうでなければ生じる場合がある近くのデバイス構成要素間の連結を抑制するために、スペーサー、具体的には低誘電率スペーサーまたは低ｋスペーサーを使用することができる。トランジスタのサイズが減少するにつれて、こうした連結はますます問題となる可能性がある。

最近では、シリコンオキシカーバイドの使用は、例えば、ＦｉｎＦＥＴおよびガスオールアラウンドデバイスなどの三次元電界効果トランジスタにおいて、低ｋスペーサー材料としての使用に対して関心が高まっている。しかしながら、望ましい堆積速度、誘電率、ウェットエッチング比、およびコンフォーマル性を有するシリコンオキシカーバイドスペーサー材料の形成は、困難であった。実際、多くの場合、１つ以上のこうした特性を改善する試みは、その他の特性のうちの１つ以上に対する悪影響をもたらす。

シリコンオキシカーバイドの堆積速度を改善するために、プラズマ強化堆積プロセスが採用されてきた。堆積中のプラズマの使用は、堆積速度を増加させ、またより低い堆積温度を可能にすることができる一方で、望ましいウェットエッチング速度、誘電率、およびコンフォーマル性を有するシリコンオキシカーバイドは依然として困難である。

その結果、シリコンオキシカーバイドを形成する改善された方法、および望ましいスペーサー材料特性を達成する改善された方法が望まれる。さらに、こうしたパターン化された構造を含むデバイス構造も望まれる。方法を実施するためのシステムも望まれる。

このセクションに記載される問題および解決策の任意の考察は、本開示に対する状況を提供する目的でのみこの開示に含まれ、また本発明がなされた時点で、考察のいずれかまたはすべてが公知であったことを認めたものと取られるべきではない。

本開示の様々な実施形態は、シリコンオキシカーバイド層を形成する方法に関する。シリコンオキシカーバイド層は、半導体デバイスおよび他の電子デバイスなどのデバイスの形成に使用することができる。より具体的には、下記により詳細に記述するように、シリコンオキシカーバイド層は、電子デバイスの形成中のスペーサー（例えば、低ｋ）の形成における使用に良好に適する場合がある。

本開示の様々な実施形態が、以前の方法およびシステムの欠点に対処するやり方を下記により詳細に考察するが、一般的に、本開示の様々な実施形態は、比較的低いエッチング速度、比較的低い誘電率、隣接層への比較的良好な付着、比較的良好または均一な基材（例えば、ウエハ）内および基材間の厚さおよび特性（例えば、密度または空隙率）の均一性などの所望の特性を有するシリコンオキシカーバイド層を形成する改善された方法を提供する。

本開示の実施例によると、基材の表面上にシリコンオキシカーバイド層を形成する方法が開示される。本方法は、例えば、電子デバイスの形成中に低ｋスペーサーを形成するために使用することができる。例示的な方法は、反応器の反応チャンバ内に基材を提供することと、反応チャンバへと無酸素反応物質を提供することと、１回以上の堆積サイクルを実施することと、を含み、各堆積サイクルは、ケイ素前駆体パルス期間の間、反応チャンバへとケイ素前駆体を提供することと、反応器内にプラズマを形成するためにプラズマ電力期間の間、電極にプラズマ電力を提供することと、を含む。本開示の実施例によると、ケイ素前駆体は、ケイ素、酸素、炭素、および任意選択的に窒素を含む分子を含む。ケイ素前駆体は、（ｉ）１つまたは２つのケイ素－酸素結合、（ｉｉ）１つまたは２つのケイ素－炭素結合、または（ｉｉｉ）１つの炭素－炭素二重結合のうちの１つ以上をさらに含むことができる。下記により詳細に記載するように、こうした前駆体の使用は、比較的高い堆積速度と、低いエッチング速度（例えば、１ｎｍ／分未満の０．５％希フッ化水素酸中のウェットエッチング速度）および低い誘電率（例えば、４．５未満または４未満、または約３．５～約４．２５）などの他の望ましい特性と、を有する、シリコンオキシカーバイド層の形成を可能にする。本開示のさらなる実施例によると、無酸素反応物質は、アルゴン（Ａｒ）および水素（Ｈ_２）のうちの１つ以上を含む。さらなる実施例によると、プラズマ電力を提供する工程中のプラズマ電力オン時間デューティサイクルは、０より大きく、かつ７５％未満、または約１０～約５０％であってもよい。

本開示のさらなる実施形態によると、構造が提供される。構造は、本明細書に記載する方法に従って形成される層を含むことができる。これらの実施形態の実施例によると、構造は、本明細書に記載の方法を使用して形成されるスペーサーを含むことができる。

本開示のさらに追加的な実施例によると、本明細書に記述されるような方法を実施するように構成されたシステム、および／またはデバイス構造を形成するように構成されたシステムが提供される。

これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照する以下のある特定の実施形態の発明を実施するための形態から、当業者には容易に明らかとなることになり、本発明は、開示されるいかなる特定の実施形態にも限定されないことになる。

本開示の例示的な実施形態のより完全な理解は、以下の例示的な図に関連して考慮される場合、「発明を実施するための形態」および「特許請求の範囲」を参照することによって得ることができる。

図１は、本開示のさらなる実施例による方法を図示する。 図２は、本開示の実施例によるタイミングシーケンスを図示する。 図３は、本開示の実施例によるタイミングシーケンスを図示する。 図４は、本開示の実施例に従って形成されたスペーサーを含む構造を図示する。 図５は、本開示の少なくとも１つの実施形態によるシステムを図示する。

当然のことながら、図内の要素は単純化および明瞭化のために例示されており、必ずしも原寸に比例して描かれていない。例えば、図内の要素のうちの一部の寸法は、本開示の例示された実施形態の理解の向上を助けるために他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。

ある特定の実施形態および実施例を下記に開示するが、本発明の具体的に開示された実施形態および／または使用、ならびにその明白な修正および均等物を超えて本発明が延長することは、当業者によって理解されるであろう。それ故に、開示された本発明の範囲は、後述する特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。

本開示は、概して、基材の表面上にシリコンオキシカーバイド層を形成する方法、本方法を使用して形成されたオキシカーバイド層を含む構造、および本方法を実施するためのシステムに関する。下記により詳細に記述するように、例示的な方法を使用して、電子デバイスを形成するために好適な構造を形成することができる。例えば、例示的な方法を使用して、例えば、ＦｉｎＦＥＴおよびゲートオールアラウンドデバイスの形成に使用される三次元デバイス構造の形成における使用のために好適なスペーサーを形成することができる。さらに下記により詳細に記載するように、例示的な方法およびシステムは、堆積されたシリコンオキシカーバイドの望ましい特性（例えば、誘電率、エッチング速度、エッチング選択性、およびこれに類するもの）を維持しながら、望ましいシリコンオキシカーバイド層堆積速度を提供することができる。

この開示では、「ガス」は、常温常圧（ＮＴＰ）において気体である材料、気化した固体、および／または気化した液体を含むことができ、また状況によっては単一の気体または気体の混合物によって構成することができる。プロセスガス以外のガス、すなわち、ガス分配アセンブリ、マルチポートインジェクションシステム、他のガス分配装置、またはこれに類するものを通過することなく導入されるガスは、例えば、反応空間をシールするために使用することができ、また貴ガス等のシールガスを含むことができる。一部の事例では、「前駆体」という用語は、別の化合物、特に膜マトリクスまたは膜の主骨格を構成する化合物を生成する化学反応に関与する化合物を指すことができ、一方で「反応物質」という用語は、一部の事例では前駆体以外の、前駆体を活性化する、前駆体を修飾する、または前駆体の反応を触媒する化合物を指すことができる。一部の事例では、反応物質は、プラズマなどの励起源を使用して活性化された、他の不活性ガスを含むことができる。

本明細書で使用される場合、「キャリアガス」という用語は、１つ以上の前駆体とともに反応チャンバに提供されるガスを指してもよい。例示的なキャリアガスとしては、Ｎ_２、Ｈ_２、およびＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ａｒ、およびＸｅなどの貴ガスが挙げられる。具体的な例として、キャリアガスは、水素（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）、またはヘリウム（Ｈｅ）のうちの１つ以上を、任意の組み合わせで含むことができる。一部の事例では、希釈ガスはキャリアガスとすることができ、またはキャリアガスを含むことができる。

キャリアガスとは対照的に、パージガスは、別々に、すなわち、１つ以上の前駆体と一緒にではなく、反応チャンバに提供されてもよい。これにもかかわらず、キャリアガスとして一般に使用されるガスは、同じプロセス内であっても、パージガスとしても使用することができる。例えば、周期的堆積エッチングプロセスでは、キャリアガスとして使用されるアルゴンは、堆積パルス中に１つ以上の前駆体とともに提供されてもよく、またパージガスとして使用されるアルゴンは、堆積パルスおよびエッチングパルスを分離するために使用されてもよい。当然のことながら、アルゴンは、Ｈ_２などの別の好適な不活性ガス、またはＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ａｒ、およびＸｅなどの貴ガス、もしくはそれらの任意の組み合わせによって置き換えられてもよい。よって、具体的な状況において、ガスがパージガスまたはキャリアガスのどちらとして機能するかを決定するのは、反応チャンバにガスがどのように提供されるかの様態である。それ故に、本明細書で使用される場合、「パージ」という用語は、互いに反応する場合があるガスの２つのパルスの間に、不活性ガスまたは実質的に不活性なガスが、反応チャンバに提供される手順を指してもよい。例えば、パージガスは、前駆体パルス間に提供されてもよい。当然のことながら、パージは時間的に、または空間的に、または両方で影響を与えることができる。例えば、時間的なパージの事例では、パージ工程は、例えば、前駆体を反応チャンバに提供し、次いでパージガスを反応チャンバに提供するという、時系列で使用することができ、層がその上に堆積される基材は移動しない。

本明細書で使用される場合、基材という用語は、形成するために使用されてもよい、またはデバイス、回路、もしくはフィルムがその上に形成されてもよい、任意の下地材料または材料を指すことができる。基材は、シリコン（例えば単結晶シリコン）などのバルク材料、ゲルマニウムなどの他の第ＩＶ族材料、またはＧａＡｓなどの複合半導体材料を含むことができ、またバルク材料の上に重なるまたはバルク材料の下にある１つ以上の層を含むことができる。さらに、基材は、基材の層の少なくとも一部分の中またはその上に形成される凹部、線、およびこれに類するものなどの、様々な特徴を含むことができる。具体的な例として、基材は、スペーサーがその上に形成される突出部または凹部を含むことができる。

一部の実施形態では、膜は、標的または該当する表面全体を覆うように厚さ方向に垂直な方向に延在する層、または単純に標的もしくは該当する表面を覆う層を指す。一部の実施形態では、層は、表面上に形成されるある特定の厚さを有する構造、または膜もしくは膜ではない構造の同義語を指す。層は、連続的、または非連続的とすることができる。膜または層は、ある特定の特性を有する個別の単一の膜もしくは層、または複数の膜もしくは層によって構成されてもよく、また隣接する膜または層の間の境界は、明確であってもよく、明確でなくてもよく、そして物理的、化学的、および／もしくは他の任意の特性、形成プロセスもしくは順序、ならびに／または隣接する膜もしくは層の機能もしくは目的に基づいて確立されていてもよく、確立されていなくてもよい。

本開示では、連続的に、とは、真空を破壊することがない、時系列として中断することない、いかなる物質介在工程も有しない、次の工程として、直後の処理条件を変更することがない、または一部の実施形態において２つの構造の間にその２つの構造以外に介在する個別の物理的構造または化学的構造がない、のうちの１つ以上を指すことができる。例えば、反応物質は、方法の２つ以上の工程中に、堆積サイクル中に、および／または２回以上の堆積サイクル中に連続的に供給することができる。

周期的堆積プロセス（ｃｙｃｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）または周期的堆積プロセス（ｃｙｃｌｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）または周期的堆積サイクルという用語は、基材上に層を堆積するために前駆体を反応チャンバの中へとパルス状で導入すること、および／またはパルス化されたプラズマ電力の使用を指すことができ、また原子層堆積（ＡＬＤ）、周期的化学蒸着（周期的ＣＶＤ）、ならびにＡＬＤ構成要素および周期的ＣＶＤ構成要素を含むハイブリッド周期的堆積プロセスなどの処理技法を含む。以下に記載されるように、こうしたプロセスは、プラズマ工程を含むことができ、またプラズマ強化プロセスと呼ばれる。

シリコンオキシカーバイド（ＳｉＯＣ）は、ケイ素、酸素、および炭素を含む材料を指すことができる。本明細書で使用される場合、別段の記載のない限り、ＳｉＯＣは、結合または化学的状態、例えば、膜内のＳｉ、Ｃ、Ｏ、および／または任意の他の元素のいずれかの酸化状態を限定、制限、または定義することを意図しない。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、Ｓｉ、Ｃ、およびＯに加えて、ＨまたはＮなど、１つ以上の元素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、Ｓｉ－Ｃ結合および／またはＳｉ－Ｏ結合を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、Ｓｉ－Ｃ結合および／またはＳｉ－Ｏ結合に加えて、Ｓｉ－Ｈ結合を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で０％より多く、約６０％までの炭素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で約０．１％～約４０％、約０．５％～約３０％、約１％～約３０％、または約５％～約２０％の炭素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で０％より多く、約７０％までの酸素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で約１０％～約７０％、約１５％～約５０％、約２０％～約４０％の酸素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で０％より多く、約５０％までのケイ素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で約１０％～約５０％、約１５％～約４０％、約２０％～約３５％のケイ素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、原子基準で約０．１％～約４０％、約０．５％～約３０％、約１％～約３０％、または約５％～約２０％の水素を含んでもよい。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、窒素を含まなくてもよい。一部の事例では、ＳｉＯＣ層は、原子基準で約０．１％～約２０％、約０．５％～約１５％、約１％～約１０％、または約１．５％～約５％の窒素を含むことができる。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、少なくとも１つのＳｉ－Ｃ結合および／または前駆体からの少なくとも１つのＳｉ－Ｏ結合を含み、下記により詳細に考察する。一部の実施形態では、ＳｉＯＣは、前駆体からの窒素を含む。

本明細書で使用される場合、重複という用語は、時間に関して、および反応チャンバ内で同時に起こることを意味することができる。例えば、前駆体パルス期間および反応物質期間などのガスパルス期間に関しては、それぞれの期間からのガスが反応チャンバ内にある、またはある期間の間、反応チャンバに提供される時、２つ以上のガス期間は重複する可能性がある。同様に、プラズマ電力期間は、ガス（例えば、反応物質ガス）期間（後述する１回以上のサイクルを通して連続的とすることができる）と重複することができる。

さらにこの開示では、変数の任意の２つの数字は、その変数の実行可能な範囲を構成することができ、また示される任意の範囲は、端点を含んでもよく、または除外してもよい。加えて、一部の実施形態では、示された変数の任意の値は（それらが約を有して示されているか否かにかかわらず）、正確な値またはおおよその値を指してもよく、また均等物を含んでもよく、また平均値、中央値、代表値、または大多数、またはこれに類するものを指してもよい。さらに、この開示では、含む、含んでいる、によって構成される、および、有する、という用語は、一部の実施形態では、典型的にまたは広く含む、から本質的になる、または、からなる、を独立して指すことができる。この開示では、任意の定義された意味は、一部の実施形態では、通常の意味および慣習的な意味を必ずしも除外するものではない。

ここで図に目を移すと、図１は、本開示の実施例による、基材の表面上にシリコンオキシカーバイド層を形成する方法１００を図示する。方法１００を使用して、比較的高い堆積速度、比較的低い温度、比較的低いウェットエッチング速度、および比較的低い誘電率を有するシリコンオキシカーバイド層を形成することができる。図示するように、方法１００は、反応チャンバ内に基材を提供する工程（工程１０２）、反応チャンバへと無酸素反応物質を提供する工程（工程１０４）、および１回以上の堆積サイクル（サイクル１１２）を実施する工程を含む。各サイクル１１２は、反応チャンバへとケイ素前駆体を提供すること（工程１０６）、およびプラズマ電力を提供すること（工程１０８）を含むことができる。方法１００はまた、スペーサーを形成する任意選択的な工程（工程１１０）も含むことができる。

工程１０２の間、基材は反応器の反応チャンバ内に提供される。基材は、本明細書に記述される任意の基材とすることができ、またはそれを含むことができる。工程１０２の間に使用される反応チャンバは、周期的堆積プロセスを、そして具体的にはプラズマ強化周期的堆積プロセスを実施するように構成された化学蒸着反応器システムの反応チャンバとすることができ、またはそれを含むことができる。反応チャンバは、スタンドアローンの反応チャンバまたはクラスタツールもしくはモジュールの一部とすることができる。

工程１０２は、基材を反応チャンバ内で望ましい堆積温度へと加熱することを含むことができる。本開示の一部の実施形態では、工程１０２は、基材を６００℃未満、または５００℃未満の温度へと加熱することを含む。例えば、本開示の一部の実施形態では、基材を堆積温度へと加熱することは、基材を約７５℃～約５５０℃、または約７５℃～約５００℃、または約１２０℃～約３００℃の温度へと加熱することを含んでもよい。基材の温度を制御することに加えて、反応チャンバ内の圧力もまた調整されてもよい。例えば、本開示の一部の実施形態では、工程１０２中の反応チャンバ内の圧力は、１００Ｐａ超、かつ／もしくは３０００Ｐａ未満、または約３００～約３０００Ｐａ、または約４００～約１５００Ｐａであってもよい。これらの温度および圧力は、工程１０４～１０８のためにも好適である。

工程１０４の間、無酸素反応物質が反応チャンバへと提供される。例示的な無酸素反応物質としては、例えば、アルゴン（Ａｒ）および水素（Ｈ_２）のうちの１つ以上が挙げられる。これらの事例では、無酸素反応物質は、約８０～約１００もしくは約９０～約９９．９体積パーセントのアルゴン（Ａｒ）および／または約０．１～約２０もしくは約０．５～約１０体積パーセントの水素（Ｈ_２）を含むことができる。本開示の特定の実施例によると、無酸素反応物質は、アルゴン（Ａｒ）および水素（Ｈ_２）を含む混合物であるか、またはこれらを含む。反応チャンバへの無酸素反応物質の流量は、制御することができ、また約１００～約６０００ｓｃｃｍ、または約１０００～約４０００ｓｃｃｍとすることができる。

工程１０６中に、ケイ素前駆体が、ケイ素前駆体パルス期間の間、反応チャンバへと提供される。本明細書で使用される場合、パルス期間または期間は、ガス（例えば、前駆体、反応物質、不活性ガス、および／またはキャリアガス）が、反応チャンバへと流れる時間、および／または電力（例えば、プラズマを生成する電力）が印加される期間を意味する。一部の事例では、期間は、１回以上の堆積サイクルを通して連続とすることができる。一部の事例では、連続的な期間は、ガスを反応チャンバへと連続的に提供することを含むことができる。図示されたパルス期間（図２に図示）の高さおよび／または幅は、必ずしも特定のパルスの量または持続時間を示すものではない。

工程１０６のために好適な例示的なケイ素前駆体としては、ケイ素、酸素、炭素、および任意選択的に窒素を含む分子が挙げられる。分子は、式：Ｓｉ_ａＣ_ｂＯ_ｃＨ_ｄＮ_ｅによって表すことができ、式中、ａは、少なくとも１から最大で２までの整数であり、ｂは、少なくとも５から最大で１４までの整数であり、ｃは、少なくとも２から最大で４までの整数であり、ｄは、少なくとも１２から最大で３０までの整数であり、ｅは、少なくとも０から最大で２までの整数である。

例示的なケイ素前駆体は、（ｉ）１つまたは２つのケイ素－酸素結合、（ｉｉ）１つまたは２つのケイ素－炭素結合、または（ｉｉｉ）１つの炭素－炭素二重結合のうちの１つ以上をさらに含む。一部の事例では、分子は、２つのケイ素－酸素結合および２つのケイ素－炭素結合を含む。追加的または代替的に、分子は、炭素－炭素二重結合を含む。一部の事例では、分子は、ケイ素－窒素結合を含むことができる。

さらなる実施例によると、分子は、以下からなる群から選択される骨格構造を備える。
および

骨格内の各Ｃは、独立して選択されるＣ１－Ｃ２１アルキル基によって独立して置き換えることができる。同様に、各Ｏは独立して選択されるＣ１－Ｃ７アルコキシ基で独立して置き換えることができる。追加的または代替的に、ＮをＣ１－Ｃ１４アミン官能基で置き換えることができる。

特定の例示的なケイ素前駆体としては、以下が挙げられる。

他の例示的な前駆体／分子としては、ジメトキシメチルビニルシラン、ビス（メチルジメトキシシリル）メタン、および１，２－ビス（メチルジエトキシシリル）エタンが挙げられる。

ケイ素前駆体パルス期間の持続時間は、約０．１～約２．０秒、または約０．１５～約１．０秒とすることができる。ケイ素前駆体（例えば、キャリアガスを有する）の流量は、約１００～約６０００ｓｃｃｍ、または約１０００～約４０００ｓｃｃｍとすることができる。ケイ素前駆体とキャリアガスとの混合物は、ケイ素前駆体の約０．１～約４０体積パーセントを含むことができる。

工程１０８中に、プラズマ電力は、プラズマ電力期間の間、電極（例えば、反応器内）へと提供されて、反応器内にプラズマを形成する。一部の事例では、プラズマ電力は、プラズマ電力期間の間にパルスされてもよい。この工程の間、反応チャンバ内のケイ素前駆体は、シリコンオキシカーバイド層を重合および形成することができる。

工程１０８中に使用されるプラズマ電力は、約３５～約１５００Ｗ、または約１００～約５００Ｗとすることができる。プラズマ電力期間の持続時間は、０．０１～５．０秒とすることができる。プラズマパルス期間、すなわち、プラズマ電力期間中のプラズマ電力の各パルスの持続時間は、約０．０１～０．２ｍｓｅｃとすることができる。プラズマ電力オン時間デューティサイクルは、０より大きく、かつ７５％未満、または約１０～約５０％の間とすることができる。パルスプラズマ電力の周波数は、約５０００～２０００００Ｈｚ、または約１００００～１０００００Ｈｚとすることができる。

図示するように、方法１００は、スペーサーを形成する工程１１０を含むことができる。工程１１０は、工程１０２～１０８を使用して形成されたシリコンオキシカーバイド層の一部分をエッチングして、基材表面上の特徴部の周りまたは内部にスペーサーを形成することを含むことができる。工程１１０中に形成することができる例示的なスペーサーを、下記の図４に図示する。

図２および３は、方法１００のために好適な例示的なタイミングシーケンス２００を図示する。図示した実施例では、反応物質は反応物質期間２０２の間、反応チャンバへと提供され、ケイ素前駆体は、ケイ素前駆体パルス期間２０４の間、反応チャンバへと提供され、そしてプラズマ電力は、プラズマ電力期間２０６中にプラズマを形成するように印加される。シーケンス２００は、１回以上の堆積サイクル２０８を含むことができる。図示した実施例では、各堆積サイクル２０８は、ケイ素前駆体パルス期間２０４およびプラズマ電力期間２０６を含み、一方で反応物質期間２０２は、１回以上の堆積サイクル２０８を通して連続的とすることができ、例えば、反応物質は、堆積サイクル２０８中、または２回以上の堆積サイクル２０８中に、反応チャンバへと連続的に提供することができる。

シーケンス２００はまた、キャリアガス期間２１０も含むことができる。キャリアガス期間２１０の間、アルゴン、ヘリウムのうちの１つ以上の単独または任意の組み合わせなどのキャリアガス（例えば、ケイ素前駆体の提供を容易にするために使用される）が、反応チャンバへと提供される。キャリアガスの流量は、約１００～約５０００ｓｃｃｍとすることができる。キャリアガス期間２１０は、反応物質期間２０２と重複することができる。

シーケンス２００はまた、シールガス期間２１２も含むことができる。シールガス期間２１２の間、不活性ガスは、例えば、反応器の移送領域へと提供されて、こうした領域へのプロセスガスの流れを軽減することができる。

図示した実施例では、ケイ素前駆体パルス期間２０４は、プラズマ電力期間２０６の前に停止する。反応物資期間２０２およびキャリアガス期間２１０は、１回以上の堆積サイクル２０８を通して連続的とすることができる。一部の事例では、連続的な期間中に、反応物質および／またはキャリアガスの流量は、変化させることができ、例えば、これにより、反応チャンバへのガスの総（例えば、体積）流量は、期間２０２、２０４、および２１０の重複中に、ほぼ一定のままに留まる。

図３は、例示的なプラズマ電力期間２０６をより詳細に例示する。図示した実施例では、プラズマ電力期間２０６は、複数のオンオフサイクル３０２を含み、各オンオフサイクル３０２は、オン時間３０４およびオフ時間３０６を有することができ、ここでパーセントデューティまたはデューティサイクルはオン時間／（オン時間＋オフ時間）とすることができる。プラズマ電力期間およびデューティサイクルの例示的な持続時間は、上記に提供される。

上記のように、本明細書に記載の方法の利点は、所望の特性を有するシリコンオキシカーバイド層を形成することができることである。例えば、４．５未満、４．２５未満、もしくは４未満、または約３．５～約４．２５の誘電率のシリコンオキシカーバイド層を有し、かつ／または１ｎｍ／分未満、０．８ｎｍ／分未満、０．６ｎｍ／分未満、または０．４ｎｍ／分～０．９ｎｍのシリコンオキシカーバイド層の０．５％希フッ化水素酸におけるウェットエッチング速度を有する、シリコンオキシカーバイド層を得ることができる。

図４は、本開示の実施例に従って形成された構造を図示する。構造４００は、基材４０２、特徴部４０４、およびスペーサー４０６を含む。基材４０２は、本明細書に記述される任意の基材とすることができ、またはそれを含むことができる。特徴部４０４は、金属の、半導体の、または誘電体のパターン化された特徴部を含むことができる。スペーサー４０６は、例えば、方法１００に従ってシリコンオキシカーバイド層を堆積させ、次いで層の一部分を除去することによって形成することができる。

ここで図５に移ると、本開示の例示的な実施形態による反応器システム５００を例示されている。反応器システム５００は、本明細書に記述されるような１つ以上の工程または下位工程を実施するため、および／または本明細書に記述されるような１つ以上の構造またはその部分を形成するために使用することができる。

反応器システム５００は、反応器５０２の内部５０１内（反応ゾーンまたは反応チャンバ）に、平行にかつ向かい合った一対の導電性平板電極５１４、５１８を含む。１つの反応器５０２を有して図示されているが、システム５００は、２つ以上の反応器または反応チャンバを含むことができる。プラズマを、例えば、プラズマ電力供給源５０８からのＲＦ電力を、一方の電極（例えば、電極５１８）に印加し、もう一方の電極（例えば、電極５１４）を電気的に接地することによって、反応器５０２内で励起することができる。下部ステージ電極５１４（下部電極）には温度調整器５０３を提供することができ、その上に定置された基材５２２の温度は、上記の温度などの望ましい温度に保持することができる。電極５１８は、シャワープレートまたはシャワーヘッドなどのガス分配装置として機能することができる。前駆体ガス、反応物質ガス、キャリアガスまたは不活性ガス、およびこれに類するものは、１つ以上のガスライン（例えば、反応物質源５３０へと連結された反応物質ガスライン５０４（例えば、本明細書に記述されるような無酸素反応物質））と、ケイ素前駆体源５３１および不活性ガス源５３４に連結された前駆体ガスライン５０６と、を使用して、反応空間５０１の中へと導入することができる。例えば、不活性ガスおよび反応物質（例えば、上述したような）は、ライン５０４を使用して反応空間５０１の中へと導入することができ、かつ／または前駆体およびキャリアガス（例えば、上述したような）は、ライン５０６を使用して反応空間５０１の中へと導入することができる。２つの入口ガスライン５０４、５０６を有して図示されているが、反応器システム５００は、任意の好適な数のガスラインを含むことができる。流量コントローラ５３２、５３３、５３５を含む流れ制御システムを使用して、反応空間５０１の中への１つ以上の反応物質、前駆体、および不活性ガスの流れを制御することができる。

反応器５０２内には、排気ライン５２１を有する円形状ダクト５２０を提供することができ、これを通して反応器５０２の内部５０１内のガスを排気源５１０へと排気することができる。追加的に、移送チャンバ５２３には、移送チャンバ５２３の内部（移送ゾーン）を介して反応器５０２の内部の中へとシールガスを導入するためのシールガスライン５２９を提供することができ、反応ゾーン５０１と移送チャンバ５２３とを分離するための分離プレート５２５を提供することができる（これを通して基材が移送チャンバ５２３の中へと、またはそこから移送されるゲート弁は、この図では省略されている）。移送チャンバ５２３にはまた、排気源５１０へと連結された排気ライン５２７も提供することができる。一部の実施形態では、反応チャンバ５０１へのキャリアガスの連続的な流れは、フローパスシステム（ＦＰＳ）を使用して達成することができる。

反応器システム５００は、本明細書に記述されるような行われるべき１つ以上の方法工程を引き起こすようにプログラムされた、または別の方法で構成された、１つ以上のコントローラ５１２を含むことができる。当業者には理解されるように、コントローラ５１２は、様々な電源、加熱システム、ポンプ、ロボット、およびガス流量コントローラまたは反応器の弁と連結される。一例として、コントローラ５１２は、１つ以上の反応チャンバのうちの少なくとも１つの中への前駆体、反応物質、および不活性ガスのガス流を制御して、基材の表面上に層を形成するように構成することができる。コントローラ５１２は、例えば、反応チャンバ５０１内に電力を提供するようにさらに構成することができる。コントローラ５１２は、同様に、本明細書に記述されるような追加的な工程を実施するように構成することができる。例として、コントローラ５１２は、１つ以上の反応チャンバのうちの少なくとも１つの中への前駆体、不活性ガス、および反応物質のガス流を制御して、基材の上に重なるシリコンオキシカーバイド層を形成するように構成することができる。

コントローラ５１２は、弁、マニホールド、ヒーター、ポンプ、およびシステム５００に含まれる他の構成要素を選択的に動作させるための電子回路およびソフトウェアを含むことができる。こうした回路および構成要素は、前駆体、反応物質、およびパージガスを、それぞれの供給源から導入するように動作する。コントローラ５１２は、システム５００の適切な動作を提供するために、ガスパルスシーケンスのタイミング、基材および／または反応チャンバの温度、反応チャンバ内の圧力、ならびに様々な他の動作を制御することができる。

コントローラ５１２は、反応チャンバ５０１および反応器５０２の中へ、およびそれらの外への前駆体、反応物質、およびパージガスの流れを制御するために、弁を電気的にまたは空気圧で制御する制御ソフトウェアを含むことができる。コントローラ５１２は、ある特定のタスクを実施するソフトウェアまたはハードウェア構成要素、例えばＦＰＧＡまたはＡＳＩＣなどのモジュールを含むことができる。モジュールは、有利なことに、制御システムのアドレス指定可能な記憶媒体上に常駐するように構成され、かつ１つ以上のプロセスを実行するように構成することができる。

具体的な例として、コントローラ５１２は、ケイ素前駆体パルスのためのケイ素前駆体のガス流、１回以上のサイクル中の無酸素反応物質の（例えば、連続的な）流れ、およびプラズマ電力（例えば、プラズマ電力の電力レベル、持続時間、および／またはデューティサイクル）を制御するように構成される。

一部の実施形態では、デュアルチャンバ反応器（互いに近くに配置された基材を処理するための２つのセクションまたはコンパートメント）を使用することができ、反応物質ガスおよび貴ガスを共有されるラインを通して供給することができる一方で、前駆体ガスは共有されないラインを通して供給される。

システム５００の動作中に、半導体ウエハなどの基材は、例えば、基材取り扱いエリア５２３から反応ゾーン５０１へと移送される。基材が反応ゾーン５０１へと移送されると、前駆体、反応物質、キャリアガス、および／またはパージガスなどの１つ以上のガスは、反応空間５０１の中へと導入される。

これらの実施形態は、本発明の実施形態の単なる実施例にすぎないので、上述の本開示の例示の実施形態は、本発明の範囲を限定しない。任意の均等な実施形態は、本発明の範囲内であることが意図される。実際、記述された要素の代替的な有用な組み合わせなど、本明細書に示されかつ記述された実施形態に加えて、本開示の様々な修正は、記述から当業者に明らかになる場合がある。こうした修正および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図される。

Claims (24)

1. 基材の表面上にシリコンオキシカーバイド層を形成する方法であって、
   基材を反応器の反応チャンバ内に提供する工程と、
   前記反応チャンバへと無酸素反応物質を提供する工程と、
   １回以上の堆積サイクルを実施する工程であって、各堆積サイクルが、
   ケイ素前駆体パルス期間の間、前記反応チャンバへとケイ素前駆体を提供することと、
   プラズマ電力期間の間、プラズマ電力を電極へと提供して前記反応器内にプラズマを形成することと、を含む工程と、を含み、
   前記ケイ素前駆体が、ケイ素、酸素、炭素、および任意選択的に窒素を含む分子を含み、前記ケイ素前駆体が、（ｉ）１つまたは２つのケイ素－酸素結合、（ｉｉ）１つまたは２つのケイ素－炭素結合、または（ｉｉｉ）１つの炭素－炭素二重結合のうちの１つ以上をさらに含む、方法。
2. 前記無酸素反応物質が、アルゴン（Ａｒ）および水素（Ｈ_２）のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記無酸素反応物質が、約８０～約１００または約９０～約９９．９体積パーセントのアルゴン（Ａｒ）を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記無酸素反応物質が、約０～約２０または約０．１～約１０体積パーセントの水素（Ｈ_２）を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
5. 前記無酸素反応物質が、アルゴン（Ａｒ）および水素（Ｈ_２）を含む混合物を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
6. 前記プラズマ電力期間の持続時間が０．０１～５．０秒である、請求項１または請求項２に記載の方法。
7. プラズマ電力オン時間デューティサイクルが、０より大きく、かつ７５％未満、または約１０～約５０％である、請求項１または請求項２に記載の方法。
8. 前記分子がケイ素－窒素結合を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
9. 前記分子が、
   および
   からなる群から選択される骨格構造を備える、請求項１または請求項２に記載の方法。
10. 前記分子が、式Ｓｉ_ａＣ_ｂＯ_ｃＨ_ｄＮ_ｅによって表され、式中、ａは少なくとも１から最大で２の整数であり、ｂは少なくとも５から最大で１４の整数であり、ｃは少なくとも２から最大で４の整数であり、ｄは少なくとも１２から最大で３０の整数であり、ｅは少なくとも０から最大で２の整数である、請求項１または請求項２に記載の方法。
11. 前記分子が、２つのケイ素－酸素結合および２つのケイ素－炭素結合を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
12. 前記分子が、前記炭素－炭素二重結合を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
13. 前記ケイ素前駆体が、Ｎ－［ジメトキシ（プロパン－２－イル）シリル］－Ｎ－メチルメタンアミン、Ｎ－［エチル（ジメトキシ）シリル］－Ｎ－メチルメタンアミン、ジイソブチルジメトキシシラン、ジメトキシジエチルシラン、ジメトキシメチルビニルシラン、ビス（メチルジメトキシシリル）メタン、および１，２－ビス（メチルジエトキシシリル）エタンのうちの１つ以上を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
14. 前記シリコンオキシカーバイド層がスペーサーを形成する、請求項１または請求項２に記載の方法。
15. 前記シリコンオキシカーバイド層の誘電率が４．５未満である、請求項１または請求項２に記載の方法。
16. ０．５％希フッ化水素酸中の前記シリコンオキシカーバイド層のウェットエッチング速度が、１ｎｍ／分未満である、請求項１または請求項２に記載の方法。
17. 前記無酸素反応物質が、前記１回以上の堆積サイクルの堆積サイクル中に、前記反応チャンバに連続的に提供される、請求項１または請求項２に記載の方法。
18. 前記無酸素反応物質が、２回以上の堆積サイクルの間に、前記反応チャンバに連続的に提供される、請求項１または請求項２に記載の方法。
19. 前記ケイ素前駆体パルス期間が、前記プラズマ電力期間の前に終了する、請求項１または請求項２に記載の方法。
20. 前記ケイ素前駆体パルス期間の持続時間が、約０．１～約２秒、または約０．１５～約１秒である、請求項１または請求項２に記載の方法。
21. 前記基材の温度が、約７５～約５００℃または約１２０～約３００℃である、請求項１または請求項２に記載の方法。
22. 前記堆積サイクル中の前記反応チャンバ内の圧力が、約３００～約３０００Ｐａ、または約４００～約１５００Ｐａである、請求項１または請求項２に記載の方法。
23. 請求項１または請求項２に記載の方法に従って形成された構造。
24. 請求項１または請求項２に記載の方法を実施するための反応器システム。