JP2023534828A - 分子層堆積方法及びシステム - Google Patents

分子層堆積方法及びシステム Download PDF

Info

Publication number
JP2023534828A
JP2023534828A JP2023504156A JP2023504156A JP2023534828A JP 2023534828 A JP2023534828 A JP 2023534828A JP 2023504156 A JP2023504156 A JP 2023504156A JP 2023504156 A JP2023504156 A JP 2023504156A JP 2023534828 A JP2023534828 A JP 2023534828A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
deposition
compound layer
deposition precursor
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023504156A
Other languages
English (en)
Inventor
バスカー ブイヤン，
ツェシン シェン，
ポー チー，
アブヒジット バス マリック，
シンコー ワン，
マーク サリー，
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of JP2023534828A publication Critical patent/JP2023534828A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02118—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer carbon based polymeric organic or inorganic material, e.g. polyimides, poly cyclobutene or PVC
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/042—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C16/045—Coating cavities or hollow spaces, e.g. interior of tubes; Infiltration of porous substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02205—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates the layer being characterised by the precursor material for deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/0228—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition deposition by cyclic CVD, e.g. ALD, ALE, pulsed CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02318—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer post-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/36—Successively applying liquids or other fluent materials, e.g. without intermediate treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/60—Deposition of organic layers from vapour phase

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Organic Insulating Materials (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

例示的な処理方法は、第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させて初期化合物層の第１の部分を形成することを含み得る。第１の堆積前駆体は、アルデヒド反応性基を含むことができる。この方法は、基板処理領域から第１の堆積前駆体を含む第１の堆積流出物を除去することを含み得る。この方法は、第２の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることを含み得る。第２の堆積前駆体はアミン反応性基を含むことができ、アミン反応性基はアルデヒド反応性基と反応して初期化合物層の第２の部分を形成することができる。この方法は、基板処理領域から第２の堆積前駆体を含む第２の堆積流出物を除去することを含み得る。この方法は、初期化合物層をアニーリングして、アニーリングされた炭素含有材料を基板の表面上に形成することを含み得る。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
［０００１］本出願は、２０２０年７月２２日に出願された「ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＬＡＹＥＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国仮出願第１６／９３５，３８５号の利益及び優先権を主張し、その全体を参照により本明細書に援用する。
発明の分野
［０００２］本技術は、半導体処理に関する。具体的には、本技術は、半導体基板上に炭素含有材料を堆積させてアニーリング変換するための方法及びシステムに関する。
［０００３］集積回路は、基板表面上に複雑にパターン形成された材料層を生成するプロセスによって可能になる。基板上にパターン形成された材料を生成するには、露出した材料の形成と除去の制御された方法が必要である。デバイスのサイズが縮小し続けるにつれて、材料形成がその後の操作に影響を与え得る。例えば、間隙充填操作では、半導体基板上に形成されたトレンチ又は他のフィーチャを充填するために、材料を形成する又は堆積させることができる。フィーチャは、より高いアスペクト比及び低減された限界寸法を特徴とすることができるため、これらの充填操作は困難になり得る。例えば、堆積はフィーチャの上部において及び側壁に沿って行われ得るため、継続した堆積は、フィーチャ内の側壁間を含むフィーチャをピンチオフし、フィーチャ内にボイドを生成し得る。これは、デバイスの性能と後続の処理操作に影響を与える可能性がある。
［０００４］したがって、高品質デバイス及び構造物を生成するために使用することのできる改善されたシステム及び方法が必要とされている。これらの必要性及び他の必要性は、本技術によって対処される。
［０００５］本技術の実施形態は、分子層堆積（ＭＬＤ）を使用して基板上に炭素含有材料を形成する処理方法を含む。この方法は、初期化合物層の第１の部分を形成するために、第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることを含み得る。第１の堆積前駆体は、アルデヒド反応性基を含むことができる。この方法は、基板処理領域から第１の堆積前駆体を含む第１の堆積流出物を除去することを含み得る。この方法は、第２の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることを含み得る。第２の堆積前駆体はアミン反応性基を含むことができ、アミン反応性基はアルデヒド反応性基と反応して初期化合物層の第２の部分を形成することができる。この方法は、基板処理領域から第２の堆積前駆体を含む第２の堆積流出物を除去することを含み得る。この方法は、初期化合物層をアニーリングして、アニーリングされた炭素含有材料を基板の表面上に形成することを含み得る。
［０００６］いくつかの実施形態では、方法は、初期化合物層上に少なくとも１つの追加の化合物層を堆積させることを含み得る。初期化合物層及び少なくとも１つの追加の化合物層は、基板の表面上に、アニーリングされた炭素含有材料を形成し得る。第１の堆積前駆体は、約１００℃以上の温度で送達され得る。第２の堆積前駆体は、約１００℃以下の温度で送達され得る。第１の堆積時間及び第２の堆積時間は、約５秒以下とすることができる。第１の堆積時間は、第２の堆積時間より長くすることができる。第１の堆積前駆体を流すことで、基板処理領域内の圧力を約１ミリトールから約５００トールの圧力範囲まで上昇させることができる。基板処理領域からの第１堆積流出物の除去は、約６０秒以下の除去時間を含み得る。化合物層のアニーリングのための例示的な熱アニーリング温度は、約１００℃以上（例えば、約１００℃から約６００℃）とすることができる。いくつかの実施形態では、堆積されアニーリングされた初期化合物層は、初期化合物層のアニーリングにより１０体積％未満収縮する。いくつかの実施形態では、基板は、約５：１以上のアスペクト比、及び約１０ｎｍ以下の幅を特徴とする１つ又は複数の基板フィーチャを含み得る。いくつかの実施形態では、方法は、初期化合物層上に少なくとも１つの追加の化合物層を堆積させることをさらに含んでもよく、初期化合物層及び少なくとも１つの追加の化合物層は、基板の表面上に、アニーリングされた炭素含有材料を形成する。
［０００７］本技術の実施形態は、第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることを含む処理方法も含む。第１の堆積前駆体は、以下を含む第１の式を特徴とすることができる：
Ｙ１－Ｒ１－Ｙ２
［式中、Ｒ１は、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基のうちの１つ又は複数を含み、
Ｙ１及びＹ２は独立して、水酸化物基（ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｇｒｏｕｐ）、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基を含む］。
第１の堆積前駆体は、基板処理領域内で基板の表面上の反応性基と反応して、基板の表面上に初期化合物層の第１の部分を形成し得る。この方法は、基板処理領域から第１の堆積前駆体を含む第１の堆積流出物を除去すること、及び第２の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることをさらに含み得る。第２の堆積前駆体は、以下を含む第２の式を特徴とすることができる：
Ｚ１－Ｒ２－Ｚ２
［式中、Ｒ２は、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基のうちの１つ又は複数を含み、
Ｚ１及びＺ２は独立して、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基を含む］。
第２の堆積前駆体は、初期化合物層の第１の部分と反応して、初期化合物層の第２の部分を形成し得る。この方法は、基板処理領域から第２の堆積前駆体を含む第２の堆積流出物を除去することをさらに含み得る。この方法は、初期化合物層をアニーリングして、アニーリングされた炭素含有材料を基板の表面上に形成することも含み得る。
［０００８］追加の実施形態では、例示的なＲ１は芳香族基とすることができ、例示的なＹ１及びＹ２は独立してアルデヒド基又はイソシアネート基とすることができ、例示的なＲ２はアルキル基とすることができ、例示的なＺ１及びＺ２はアミノ基とすることができる。例示的な第１の堆積前駆体は、テレフタルアルデヒド又は１，４－フェニレンジイソシアネートを含むことができ、例示的な第２の堆積前駆体は、エチレンジアミンを含むことができる。さらなる実施形態では、第１の堆積前駆体の除去は、パージガスを基板処理領域に流入させること、及び基板処理領域から第１の堆積流出物とパージガスとの混合物を除去することを含み得る。例示的なパージガスはヘリウムを含み得る。
［０００９］本技術の実施形態は、基板上に炭素含有複合層を形成する２つ以上のサイクルを実施する処理方法をさらに含む。炭素含有複合層を形成する２つ以上のサイクルの各々は、基板の表面上に化合物層の第１の部分を形成することを含むことができ、化合物層の第１の部分は、第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることにより形成され、第１の堆積前駆体は、基板処理領域内で基板の表面上の反応性基と反応して、化合物層の第１の部分を形成する。２つ以上のサイクルの各々は、第１の化合物層の少なくとも一部分の上に化合物層の第２の部分を形成することも含むことができ、化合物層の第２の部分は、第２の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることによって形成され、第２の堆積前駆体は、初期化合物層の第１の部分と反応して、化合物層の第２の部分を形成する。基板上の２つ以上の炭素含有複合層をアニーリングして、基板の表面にアニーリングされた炭素含有材料を形成することができる。
［００１０］追加の実施形態では、第１の堆積前駆体はテレフタルアルデヒド又は１，４－フェニレンジイソシアネートを含むことができ、第２の堆積前駆体はエチレンジアミンを含むことができる。さらなる実施形態では、２つ以上の炭素含有化合物層は、化合物層のアニーリングにより１０体積％未満収縮する。
［００１１］このような技術は、従来のシステム及び方法を上回る多くの利点を提供することができる。例えば、本技術の実施形態は、従来の方法によって形成された炭素含有材料よりもボイド、割れ目、及び他の物理的欠陥が有意に少ない炭素含有層を生成する。本技術はまた、従来の方法によって形成された材料よりも密度が高く、多孔性が低い炭素含有材料を形成することができる。本技術の実施形態についてのさらなる詳細は、それらの利点及び特徴の多くとともに、以下の説明及び添付図面と併せて記載される。
［００１２］開示された技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面とを参照することによってさらに理解を深めることができる。
［００１３］本技術のいくつかの実施形態による分子層堆積プロセスによって堆積された化合物層の一部分の形成における段階を示す。 ［００１４］本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバの概略断面図である。 ［００１５］本技術のいくつかの実施形態による処理方法における例示的な操作を示している。
［００１６］図面のいくつかは、概略図として含まれている。図面は例示を目的としており、縮尺どおりであると明記されていない限り、縮尺どおりであるとみなしてはならないことを理解するべきである。加えて、概略図として、図面は、理解を助けるために提供されており、現実的な描写に比べてすべての態様又は情報を含まない場合があり、例示を目的として強調された素材を含むことがある。
［００１７］添付図面では、類似の構成要素及び／又は特徴は、同じ参照符号を有し得る。さらに、同種の様々な構成要素は、類似の構成要素を区別する文字により参照符号をたどることによって区別され得る。本明細書で第１の参照符号のみが使用される場合、説明は、文字に関係なく、同じ第１の参照符号を有する類似の構成要素の任意の１つに適用可能である。
［００１８］炭素含有材料は、多くの構造及びプロセスのための半導体デバイス製造において使用することができ、それには、他の用途の中でも、マスク材料、耐エッチング材料、及びトレンチ充填材料として使用される場合が含まれる。炭素含有材料の用途の具体的な例には、中でも、ホットインプラントハードマスク、金属ゲート（ＭＧ）カットハードマスク、金属ゲート製造、及びリバーストーンパターニングの形成が含まれる。現在の技術は、分子層堆積（ＭＬＤ）を使用した半導体基板上でのこれら炭素含有材料の形成を含む。
［００１９］本技術の実施形態は、半導体基板上に炭素含有材料を形成するための分子層堆積（ＭＬＤ）方法及びシステムを含む。例示的なＭＬＤ法は、第１の堆積前駆体を半導体基板の表面に提供することを含むことができ、前駆体は基板表面上に第１の層（例えば、第１の単層）を形成する。第１の層の形成中又は形成後に、第１の堆積前駆体の未結合分子を含み得る未結合堆積流出物が、半導体基板が露出している処理領域から除去される。次いで、第２の堆積前駆体を半導体基板に導入することができ、そこで第２の堆積前駆体の分子が第１の層上の反応性部分に結合して第２の層（例えば、第２の単層）を形成する。第２の層の形成中又は形成後に、第２の堆積前駆体の未結合分子を含み得る未結合堆積流出物が、処理領域から除去される。ここで、半導体基板は、半導体基板に結合した第１の層と、第１の層に結合した第２の層とから作製された第１の化合物層を有している。第１及び第２の層の追加の化合物層は、構築された化合物層の数が半導体基板上の炭素含有材料の所望の厚さに達するまで、堆積層上に構築され得る。次いで、化合物層をアニーリングして、半導体基板上に炭素含有材料を形成することができる。
［００２０］本技術は、半導体基板上に炭素含有材料を形成する従来の方法に伴う問題に対する解決策を提供する。例えば、本技術は、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）及び流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）法を使用して形成された炭素含有材料よりも有意に少ないボイド、割れ目、及びその他の物理的欠陥を有する炭素含有材料を形成する。また、本技術は、ＳＯＣ及びＦＣＶＤで形成された材料よりも密度が高く、多孔性が低い炭素含有材料を形成することができる。
［００２１］多くのＳＯＣ及びＦＣＶＤ前駆体に見られる高レベルの水素は、堆積されたままの材料が処理されて最終材料を形成するとき、高レベルの収縮をもたらす。５０体積％もの高い収縮は、処理後の堆積されたままのＳＯＣ及びＦＣＶＤ材料には珍しくなく、これにより、処理された材料に間隙、割れ目、及びボイドが生じるだけでなく、材料と接触する基板フィーチャ上に応力が生じる。本技術は、堆積されたままの材料の収縮が１０体積％未満（例えば、５～１０体積％、約５体積％未満）である、処理された炭素含有材料を生成する。
［００２２］本技術はまた、半導体基板上に炭素含有材料を形成する従来のプラズマ堆積法に伴う問題に対する解決策を提供する。プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）及び高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰＣＶＤ）などの従来のプラズマ堆積法では、半導体基板上の基板フィーチャに損傷を生じさせるイオンスパッタリングが発生することがよくある。また、再スパッタリングされたイオン、及び堆積した炭素含有材料に欠陥を生じさせ得る他の核種が生成される可能性がある。加えて、それら堆積法ではしばしば、基板フィーチャ内及びその周囲に材料が不均一に堆積し、基板のトレンチ及びステップ内及びその周囲にボイドが生じ、平坦な基板領域に不均一な表面が生じる。本技術は、堆積中に基板フィーチャを損傷させ得るプラズマを必要とせずに、狭い基板フィーチャ（例えば、約２５ｎｍ未満の寸法幅）及び高アスペクト比（例えば、１０：１以上のＡＲ）において高レベルの共形性を有する炭素含有材料を形成することができる。
［００２３］図１は、基板表面上に化合物層を形成するための例示的なＭＬＤプロセスの６つのフェーズの間の基板表面の簡略化された断面を示している。第１の断面１０２は、式：
Figure 2023534828000002
［式中、「－Ｙ」は、対応する反応条件下で基板表面上の「－Ｘ」基と共有結合を形成できる反応性基を表す］を有する第１の堆積前駆体との結合に利用可能な反応性表面核種「－Ｘ」を有する基板の一部分を示す。次の断面１０４は、第１の堆積前駆体が基板表面に導入され、前駆体のいくつかの分子が表面上の－Ｘ基との共有結合を形成することを示している。続く断面１０６は、利用可能な－Ｘ基を飽和させて化合物層の第１の部分（例えば、第１の単層）を形成し、さらなる前駆体分子を第１の堆積前駆体流出物の一部として気相中に浮遊させたままにする第１の堆積前駆体の分子を示している。次の断面１０８は、第２の堆積前駆体の導入を準備するために、第１の堆積前駆体中の未反応分子が基板表面の近傍から除去されることを示している。
［００２４］いくつかの実施形態では、－Ｘ基は、基板のいくつかの部分に他の部分よりも大きい数密度（例えば、－Ｘ基／単位面積）を有し得る。例えば、基板の間隙、トレンチ、又はその他の基板フィーチャの底面の単位面積あたりに存在する－Ｘ基の数は、基板フィーチャの側壁（例えば、垂直壁）上の－Ｘ基の数より大きくてよい。例えば、いくつかの実施形態では、フィーチャの基部は、第１の堆積前駆体の反応性リガンドをより容易に形成することができ、したがって、基板の基部単位面積は、側壁の少なくとも１．１倍の数の反応性リガンドを生成することができ、少なくとも１．２倍の数の反応性リガンド、少なくとも１．４倍の数の反応性リガンド、少なくとも１．６倍の数の反応性リガンド、少なくとも１．８倍の数の反応性リガンド、少なくとも２．０倍の数の反応性リガンド、少なくとも２．５倍の数の反応性リガンド、少なくとも３．０倍の数の反応性リガンド、少なくとも５．０倍の数の反応性リガンド、少なくとも１０．０倍の数の反応性リガンド、又はそれより大きい数の反応性リガンドを生成し得る。これら実施形態では、ＭＬＤプロセスは、－Ｘ基がより大きい数密度を有する基板フィーチャの底面上に化合物層を形成し、－Ｘ基の数密度がより低いか又はゼロである基板フィーチャの側壁表面上には化合物層をほとんど又はまったく形成しない。これら実施形態は、基板フィーチャ内の化合物層のボトムアップ間隙充填を容易にし、基板フィーチャの側壁上に蓄積するＭＬＤ堆積材料からボイド又はシームが形成される可能性を有意に低下させる。
［００２５］この実施例に示される第２の堆積前駆体は、式：
Figure 2023534828000003
［式中、「－Ｚ」は、第１の堆積前駆体と基板表面上の利用可能な「－Ｘ」基との反応によって形成された層上の未反応の「－Ｙ」との共有結合を形成できる反応性基を表す］によって表される。断面１１０は、第２の堆積前駆体が基板表面に導入され、第２の前駆体のいくつかの分子が、第１の前駆体によって形成された層内の利用可能な－Ｙ基との共有結合を形成することを示している。次の断面１１２は、利用可能な－Ｙ基を飽和させて化合物層の第２の部分（例えば、第２の単層）を形成し、さらなる前駆体分子を第１の堆積前駆体流出物の一部として気相中に浮遊させたままにする第２の堆積前駆体の分子を示している。第２の堆積前駆体流出物中の未反応の第２の前駆体分子は、基板上に炭素含有材料を形成するための追加の化合物層の形成又は化合物層の処理に備えるために、基板表面から除去され得る。
［００２６］図１に示される実施形態では、第１の堆積前駆体は、中央の芳香環の周囲のパラ位に配置された２つの反応性基「－Ｙ」を含み得る。例示的な－Ｙ基には、他の反応性基の中でも、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基が含まれ得る。追加の実施形態では、芳香環の周りに配置された２つ以上の－Ｙ基、３つ以上の－Ｙ基、４つ以上の－Ｙ基、５つ以上の－Ｙ基が存在し得る。追加の実施形態はまた、第１の堆積前駆体中の－Ｙ基の他の組み合わせの中でも、各－Ｙ基が同じ反応性基である場合、少なくとも２つの－Ｙ基が異なる反応性基である場合、すべての－Ｙ基が異なる反応性基である場合を含む。第１の堆積前駆体の具体例には、とりわけ、ヒドロキノン、テレフタルアルデヒド、塩化テレフタロイル、及びｐ－フェニレンジアミンが含まれる。
［００２７］図１に示される実施形態の第２の堆積前駆体は、エチル基の両側の炭素上に配置された２つの反応性基「－Ｚ」を含んでいる。反応性「－Ｚ」基は、化合物層の第１の部分が形成された基板表面に近接する処理条件下で「－Ｙ」基と反応性であるように選択される。例示的な－Ｚ基には、他の反応性基の中でも、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基が含まれ得る。第２の堆積前駆体の具体的な例には、とりわけ、エチレングリコール、及びエチレンジアミンが含まれる。
［００２８］－Ｙ基及び－Ｚ基は、これら基が基板表面の近くで接触するときに共有反応結合を形成するように選択することができる。第１及び第２の堆積前駆体中の－Ｙ基と－Ｚ基との例示的な組み合わせには、－Ｙ基と－Ｚ基の他の組み合わせの中でも、塩化アシル－Ｙ基とヒドロキシル－Ｚ基、及びアルデヒド－Ｙ基とアミノ－Ｚ基が含まれ得る。第１の堆積前駆体と第２の堆積前駆体との具体的な組み合わせには、他の組み合わせの中でも、塩化テレフタロイルとエチレングリコール、テレフタルアルデヒドとエチレンジアミン、及びｐ－フェニレンジアミンとスクシンアルデヒドが含まれる。
［００２９］さらに別の実施形態では、第１の堆積前駆体はフェニル基以外の中心結合基を含むことができ、第２の堆積前駆体はエチレン基以外の中心結合基を含むことができる。例えば、第１及び第２の堆積前駆体は、
Ｙ－Ｒ１－Ｙと
ＺＲ２－Ｚ
［式中、－Ｙ基は上記のとおりであり、－Ｒ１－及び－Ｒ２－基は独立して、他の種類の炭化水素基の中でも、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基を表すことができる］によって表わされ得る。
［００３０］図２は、本技術のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバ１００の断面図である。図は、本技術の１つ又は複数の態様を組み込んだ、及び／又は本技術の実施形態による１つ又は複数の堆積又は他の処理操作を実施できる、システムの概要を示し得る。チャンバ２００又は実施される方法の追加の詳細は、以下でさらに説明され得る。チャンバ２００は、本技術のいくつかの実施形態に従って複合層を形成するために利用され得るが、方法は、内部で複合膜形成が行われ得る任意のチャンバにおいて同様に実施され得ると理解されたい。
［００３１］図２を参照すると、チャンバ２００は、その側壁２０４に形成されたスリットバルブ２０８を有するチャンバ本体２０２と、その中に配置された基板支持体２１２とを含む。基板支持体２１２は、基板支持体２１２及びその上に配置された基板２１０を上昇及び下降させるリフトモータ２１４に取り付けられている。基板支持体２１２は、処理中に基板２１０を基板支持体２１２に固定するための真空チャック、静電チャック、又はクランプリングも含み得る。さらに、基板支持体２１２は、抵抗加熱器などの埋め込み加熱要素を使用して加熱することができるか、又は基板支持体２１２の上方に配置された加熱ランプなどの放射熱を使用して加熱することができる。パージリング２２２は、基板支持体２１２上に配置されて、基板２１０の周辺部分への堆積を防止するためにパージガスを提供するパージチャネル２２４を画定することができる。
［００３２］前駆体送達装置２３０は、チャンバ本体２０２の上部に配置されて、堆積前駆体、キャリアガス、及び／又はパージガスなどの前駆体をチャンバ２００に提供する。真空システム２７８は、チャンバ２００から堆積流出物及び／又は他のガスを排出し、チャンバ２００のポンピングゾーン２６６内側の所望の圧力又は所望の圧力範囲を維持するのを助けるために、ポンピングチャネル２７９と連通している。
［００３３］前駆体送達装置２３０は、その中央部分内に形成された拡張チャネル２３４を有するチャンバリッド２３２を含む。チャンバリッド２３２はまた、拡張チャネル２３４からチャンバリッド２３２の周辺部分まで延びる底面２６０を含む。底面２６０は、基板支持体２１２の上に配置された基板２１０を実質的に覆うように、サイズ及び形状が決められている。拡張チャネル２３４は、上部２３７からチャンバリッド２３２の底面２６０に隣接する下部２３５まで徐々に増加する内径を有する。拡張チャネルを通って流れる前駆体の速度は、前駆体が拡張チャネル２３４を通って流れる際に前駆体の拡張により低下する。低下した前駆体速度は、基板２１０の表面に吸着した反応物質を吹き飛ばす可能性を減少させる。
［００３４］前駆体送達装置２３０はまた、１つ又は複数のポートを有する少なくとも２つの高速作動バルブ２４２を含む。少なくとも１つのバルブ２４２は、特定の堆積前駆体専用とすることができる。例えば、第１のバルブは、ジアルデヒド含有前駆体又はジイソシアネート含有前駆体などの第１の堆積前駆体専用とすることができ、第２のバルブは、ジアミノ含有前駆体などの第２の堆積前駆体専用とすることができる。第３の堆積前駆体が望まれるとき、第３のバルブを第３の堆積前駆体専用とすることができる。例えば、ＭＬＤプロセスが基板をジアルデヒド含有前駆体及びジイソシアネート含有堆積前駆体の両方に曝露することを含む場合、ジアルデヒド含有前駆体は第２のバルブを通して導入することができ、ジイソシアネート含有前駆体は第３のバルブを通して導入することができる。
［００３５］バルブ２４２は、堆積前駆体、キャリアガス、及び／又はパージガスの短いパルスをチャンバ本体２０２内に正確にかつ繰り返し送達できる任意のバルブであり得る。場合によっては、バルブ２４２のオン／オフサイクル又はパルスは、約１００ミリ秒以下の速さであり得る。バルブ２４２は、例えばメインフレームなどのシステムコンピュータによって直接制御することができるか、又はプログラマブルロジックコンピュータ（ＰＬＣ）などのチャンバ／アプリケーション固有のコントローラによって制御することができる。例えば、バルブ２４２は、電子制御（ＥＣ）バルブであってもよい。
［００３６］図２に戻ると、処理条件を制御するために、プログラムされたパーソナルコンピュータ、ワークステーションコンピュータなどといった制御ユニット２８０をチャンバ２００に連結することができる。例えば、制御ユニット２８０は、基板プロセスシーケンスの異なる段階中にバルブ２４２Ａ、２４２Ｂを通るガス源２３８、２３９、２４０からの堆積前駆体及びパージガスの流れを制御するように構成され得る。制御ユニット２８０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために工業環境で使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つとすることができる。
［００３７］例示的に、制御ユニット２８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、サポート回路、及び関連する制御ソフトウエアを含むメモリを備える。ＣＰＵは、任意の適切なメモリ、例えばランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又はローカル若しくはリモートの他の任意の形態のデジタルストレージを使用することができる。様々なサポート回路が、チャンバ２００をサポートするために、ＣＰＵに連結され得る。制御ユニット２８０は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂのプログラマブルロジックコントローラなどの個々のチャンバ構成要素に隣接して位置する別のコントローラに連結され得る。制御ユニット２８０とチャンバ２００の他の様々な構成要素との間の双方向通信は、集合的に信号バスと呼ばれる多数の信号ケーブルを通して処理される。ガス源２３８、２３９、２４０からの、及びバルブ２４２Ａ、２４２Ｂのプログラマブルロジックコントローラからのプロセスガス及びパージガスの制御に加えて、制御ユニット２８０は、ウエハ処理において使用される他の動作、例えば他の動作の中でも、ウエハ搬送、温度制御、チャンバ排気の自動制御を担うように構成することができ、そのいくつかを本明細書に別途記載する。
［００３８］処理チャンバ２００は、本技術のいくつかの実施形態において、半導体構造の材料の形成、エッチング、又は変換を含み得る処理方法のために利用され得る。記載されるチャンバは限定的なものとみなされるべきではなく、記載されるように操作を実施するように構成され得る任意のチャンバが同様に使用され得ることを理解されたい。図３は、本技術のいくつかの実施形態による処理方法２００における例示的な操作を示す。この方法は、上述の処理チャンバ２００を含む、様々な処理チャンバ内で、及び１つ又は複数のメインフレーム若しくはツール上で、実施され得る。方法３００は、本技術による方法のいくつかの実施形態に具体的に関連付けられても関連付けられなくてもよい、多数の任意選択的操作を含み得る。例えば、操作の多くは、構造形成のより広い範囲を提供するために記載されており、技術にとって重要ではないか、又は容易に理解されるように代替方法論によって実施することもできる。方法３００は、図３に概略的に示される操作を記載しており、その説明は、方法３００の操作と併せて記載される。図が部分概略図を示しているにすぎず、基板が図示のようにさまざまな特性及び態様を有する任意の数の追加の材料及びフィーチャを含み得ることを理解されたい。
［００３９］方法３００は、列挙された操作の開始前に追加の操作を含むことができる。例えば、追加の処理操作は、半導体基板上に構造を形成することを含むことができ、これは、材料の形成及び除去の両方を含み得る。例えば、トランジスタ構造、メモリ構造、又は他の任意の構造を形成することができる。以前の処理操作は、方法３００が実施され得るチャンバで実施され得るか、又は処理は、方法３００が実施され得る１つ又は複数の半導体処理チャンバ内に基板を送達する前に、１つ又は複数の他の処理チャンバで実施され得る。いずれにせよ、方法３００は、上述の処理チャンバ２００などの半導体処理チャンバ、又は上述の構成要素を含み得る他のチャンバの処理領域に半導体基板を送達することを任意選択的に含み得る。基板は基板支持体上に堆積させることができ、この基板支持体は、基板支持体２１２などのペデスタルであってもよく、処理容積などのチャンバの処理領域に存在してもよい。
［００４０］方法３００に示される本技術の実施形態は、第１の堆積前駆体を基板処理領域３０２に流入させることを含む。第１の前駆体は、基板処理領域において基板の表面に付着した基との結合を形成できる少なくとも２つの反応性基を有する炭素含有前駆体であり得る。第１の前駆体の分子は表面基と反応して、第１の前駆体分子を基板表面に繋げる結合を形成する。第１の前駆体分子と基板表面上の基との間の反応は、ほとんど又はすべての表面基が第１の前駆体分子上の反応性基に結合するまで続く。第１の前駆体流出物中の第１の前駆体分子と基板との間のさらなる反応をブロックする堆積前駆体の化合物層の第１の部分が形成される。
［００４１］化合物層の第１の部分の形成速度は、基板処理領域に流入する堆積前駆体の温度だけでなく、基板の温度にも依存し得る。形成操作中の例示的な基板温度は、約５０℃以上、約６０℃以上、約７０℃以上、約８０℃以上、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、約１２０℃以上、約１３０℃以上、約１４０℃以上、約１５０℃以上、又はそれより高い温度であり得る。いくつかの実施形態では、基板温度を、上昇させた温度、例えば１００℃以上に維持することにより、基板に沿って利用可能な核形成部位の数を増加させることができ、各位置での形成範囲を改善することによって形成を改善し、ボイド形成を減少させることができる。
［００４２］堆積前駆体は、基板全体のリガンド形成を増加させて初期形成及び基板全体の形成範囲を改善するために、任意の数の温度で送達され得る。第１の堆積前駆体は、約８０℃以上の温度で送達することができ、約９０℃以上、約１００℃以上、約１１０℃以上、又はそれよりも高い温度で送達されてもよい。第１の前駆体の堆積を増加させることによって、増加した数の堆積部位を形成することができ、基板上に材料をよりシームレスに成長させることができる。追加的に、これは、第２の堆積前駆体が第１の温度よりも低い温度で送達されることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、第２の堆積前駆体と第１の堆積前駆体との間の反応は、第１の堆積前駆体と基板との間の反応よりも容易に起こり得るため、上昇させた温度で第１の堆積前駆体を送達することにより、基板全体に十分な形成を確保することができる。次いで、第２の堆積前駆体が、低下させた温度で第１の堆積前駆体の反応性基と反応することができる。例えば、第２の堆積前駆体は、約１００℃以下の温度で送達することができ、約９０℃以下、約８０℃以下、約７０℃以下、約６０℃以下、約５０℃以下、約４０℃以下、又はそれよりも低い温度で送達されてもよい。
［００４３］化合物層の第１の部分の形成速度は、基板処理領域内の第１の堆積前駆体流出物の圧力にも依存し得る。基板処理領域内の例示的な流出物の圧力は、約１ミリトールから約５００トールの範囲であり得る。追加の例示的な範囲には、他の例示的な範囲の中でも、１トールから約２０トール、５トールから１５トール、及び９トールから１２トールが含まれる。
［００４４］第１の堆積前駆体流出物は、化合物層の第１の部分をほぼ又は完全に形成するために、しばらく基板処理領域に留まることがある。前駆体は、材料を成長させるために、交互パルスで送達され得る。いくつかの実施形態では、第１の堆積前駆体及び第２の堆積前駆体の一方又は両方のパルス時間は、約０．５秒以上、約１秒以上、約２秒以上、約３秒以上、約４秒以上、約５秒以上、約１０秒以上、約２０秒以上、約４０秒以上、約６０秒以上、約８０秒以上、約１００秒以上、又はそれよりも長い時間であり得る。いくつかの実施形態では、第１の堆積前駆体は、第２の堆積前駆体よりも長い期間にわたりパルス化され得る。上述の温度と同様に、第１の堆積前駆体の滞留時間を増加させることによって、基板全体に改善された接着を生成することができる。次いで、第２の堆積前駆体は、第１の堆積前駆体のリガンドとより容易に反応することができ、したがって、第２の堆積前駆体は、より短い時間にわたってパルス化することができ、これによりスループットが改善され得る。例えば、いくつかの実施形態では、第２の前駆体は、第１の前駆体がパルス化される時間の約９０％以下にわたってパルス化され得る。第２の前駆体は、第１の前駆体がパルス化される時間の約８０％以下に割ってパルス化することもでき、第１の前駆体がパルス化される時間の約７０％以下、第１の前駆体がパルス化される時間の約６０％以下、第１の前駆体がパルス化される時間の約５０％以下、第１の前駆体がパルス化される時間の約４０％以下、第１の前駆体がパルス化される時間の約３０％以下、又はそれより短い時間にわたってパルス化されてもよい。
［００４５］方法３００はまた、化合物層の第１の部分の形成に続いて、基板処理領域３０４から第１の堆積前駆体流出物をパージ又は除去する操作を含む。流出物は、約１０秒から約１００秒の範囲の期間にわたって基板堆積領域から排出することにより除去することができる。追加の例示的な時間範囲は、他の例示的な時間範囲の中でも、約２０秒から約５０秒、及び２５秒から約４５秒を含み得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、パージ時間が延長されると反応部位が除去され始めることがあり、均一な形成が減少する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、パージは、約６０秒以下にわたって実施することができ、約５０秒以下、約４０秒以下又は約３０秒以下、又はそれよりも短い時間にわたって実施されてもよい。いくつかの実施形態では、パージガスは、基板処理領域に導入されて、流出物の除去を補助し得る。例示的なパージガスには、他のパージガスの中でも、ヘリウム及び窒素が含まれる。
［００４６］第１の堆積前駆体流出物の除去後、第２の堆積前駆体を、基板処理領域３０６に流入させることができる。第２の前駆体は、化合物層の第１の部分を形成した第１の堆積前駆体の未反応反応性基との結合を形成できる少なくとも２つの反応性基を有する炭素含有前駆体であり得る。第２の前駆体の分子は、第１の堆積前駆体の未反応の反応性基と反応して、第２の前駆体分子を第１の前駆体分子に繋げる結合を形成する。第２の前駆体分子と第１の前駆体分子との間の反応は、第１の前駆体分子上の未反応反応性基のほとんど又はすべてが第２の前駆体分子との反応を完了するまで続く。第２の前駆体流出物中の第２の前駆体分子と化合物層の第１の部分との間のさらなる反応をブロックする堆積前駆体の化合物層の第２の部分が形成される。
［００４７］化合物層の第２の部分の形成速度は、基板処理領域内の第２の堆積前駆体流出物の圧力にも依存し得る。基板処理領域内の例示的な流出物の圧力は、約１トールから約２０トールの範囲であり得る。追加の例示的範囲には、他の例示的範囲の中でも、５トールから１５トール、及び９トールから１２トールが含まれる。
［００４８］方法３００はまた、化合物層の第２の部分の形成に続いて、基板処理領域３０８から第２の堆積前駆体流出物をパージ又は除去する操作を含む。流出物は、約１０秒から約１００秒の範囲の期間にわたって基板堆積領域から排出することにより除去することができる。追加の例示的な時間範囲は、他の例示的な時間範囲の中でも、約２０秒から約５０秒、及び２５秒から約４５秒を含み得る。いくつかの実施形態では、パージガスは、基板処理領域に導入されて、流出物の除去を補助し得る。例示的なパージガスには、他のパージガスの中でも、ヘリウム及び窒素が含まれる。
［００４９］方法３００に示される実施形態には、化合物層を形成する１又は複数のサイクルに続き（例えば、化合物層の第１及び第２の部分の形成に続き）、基板上に堆積されたままの炭素含有材料のターゲット厚が達成されたかどうかの決定３１０がある。堆積されたままの炭素含有材料のターゲット厚が達成されていない場合、化合物層の第１及び第２の部分を形成する新たなサイクルが実施される。堆積されたままの炭素含有材料のターゲット厚が達成された場合、別の化合物層を形成するための別のサイクルは開始されない。化合物層の形成のための例示的なサイクル数は、１サイクルから２０００サイクルを含み得る。サイクル数のさらなる例示的範囲は、他の例示的範囲の中でも、５０サイクルから１０００サイクル、及び１００サイクルから７５０サイクルを含み得る。化合物層を形成するさらなるサイクルを中止するためのターゲット厚の例示的な範囲は、約１０ｎｍから約５００ｎｍを含み得る。追加の例示的厚さ範囲は、他の例示的厚さ範囲の中でも、約５０ｎｍから約３００ｎｍ、及び１００ｎｍから約２００ｎｍを含み得る。
［００５０］方法３００に示される実施形態では、基板上に堆積されたままの炭素含有材料をアニーリングすることができる３１２。例示的なアニーリングは、１つ又は複数の連続する化合物層から作製される堆積されたままの炭素含有材料の熱アニーリングを含み得る。熱アニーリングのための例示的な温度範囲は、約１００℃から約６００℃を含み得る。追加の例示的温度範囲は、他の温度範囲の中でも、約２００℃から約５００℃、及び約３００℃から約４５０℃を含み得る。熱アニーリングの例示的時間は、他の例示的な時間範囲の中でも、約１分から約１２０分、約１０分から約６０分、及び約２０分から約４０分の範囲を含み得る。
［００５１］いくつかの実施形態では、方法３００は、堆積のために基板の表面を準備するために実施され得る、前処理などの任意選択的な処理操作を含み得る。例えば、基板表面は、前処理された基板を第１の堆積前駆体に導入する前に、化学エッチャント、熱処理、プラズマ、又はパッシベーションガスのうちの１つ又は複数に曝露されてもよい。
［００５２］本技術は、堆積されたままの材料と比較して収縮がほとんどない、アニーリングされた炭素含有材料の形成を含む。例示的な収縮範囲は、堆積されたままの材料と比較して、アニーリングされた材料の、約２０％未満の収縮、約１５％未満の収縮、約１０％未満の収縮、約５％未満の収縮を含む。例示的な収縮範囲は、堆積されたままの炭素含有材料と比較して、アニーリングされた材料の、約１５％から約５％、及び約１０％から約５％の収縮を含む。
［００５３］上述のように、多数の分子層堆積前駆体を現在の技術に使用して、基板上に炭素含有材料を形成することができる。例示的な堆積前駆体は、第１の堆積前駆体及び第２の堆積前駆体を含む。第１の堆積前駆体は、基板表面上の反応性基及び第２の堆積前駆体上の反応性基との結合を形成するように作用可能な２つ以上の第１の堆積反応性基を含み得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の堆積反応性基は同じであり、追加の実施形態では、２つ以上の堆積反応性基のうちの２つが異なっていてもよい。第１の堆積前駆体の例には、式：
ＹＲ１－Ｙ
［式中、Ｒ１は、他の基の中でも、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基のうちの１つ又は複数を含むことがき、
Ｙは独立して、他の反応性基の中でも、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基を含み得る］を有する前駆体が含まれる。
第１の堆積前駆体の具体例には、とりわけ、ヒドロキノン、テレフタルアルデヒド、塩化テレフタロイル、及びｐ－フェニレンジアミンが含まれる。
［００５４］第２の堆積前駆体は、第１の堆積前駆体上の未反応反応性基「Ｙ」との結合を形成するように作用可能な２つ以上の第２の堆積反応性基を含み得る。いくつかの実施形態では、２つ以上の第２の堆積反応性基は同じであり、追加の実施形態では、２つ以上の第２の堆積反応性基のうちの２つは異なる。第２の堆積前駆体の例には、式：
ＺＲ２－Ｚ
［式中、Ｒ２は、他の基の中でも、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基のうちの１つ又は複数を含むことがき、
Ｚは独立して、他の反応性基の中でも、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基を含み得る］を有する前駆体が含まれる。
第２の堆積前駆体の具体的な例には、とりわけ、エチレングリコール、及びエチレンジアミンが含まれる。
［００５５］上に炭素含有材料が形成される基板は、１つ又は複数のフィーチャが形成され得る材料を含み得る。基板は、半導体処理に使用される任意の数の材料を含み得る。基板材料は、シリコン、ゲルマニウム、酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む誘電体材料、金属材料、又はこれら材料の任意の数の組み合わせであってよいか、又はそれを含み得る。基板はまた、基板内に形成された１つ又は複数の基板フィーチャを含み得る。基板フィーチャは、本技術による任意の形状又は構成を特徴とすることができる。いくつかの実施形態では、フィーチャは、基板内に形成されたトレンチ構造又は開孔であってよいか、又はそれを含み得る。
［００５６］基板フィーチャは任意の形状又はサイズを特徴とすることができるが、いくつかの実施形態では、基板フィーチャは、より高いアスペクト比、又はフィーチャを横切る幅に対するフィーチャの深さの比を特徴とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、基板フィーチャは、約５：１以上のアスペクト比を特徴とすることができ、約１０：１以上、約１５：１以上、約２０：１以上、約２５：１以上、約３０：１以上、約４０：１以上、約５０：１以上、又はそれよりも大きいアスペクト比を特徴とし得る。加えて、フィーチャは、２つの側壁間を含む、フィーチャを横切る狭い幅又は直径、例えば約２０ｎｍ以下の寸法を特徴とすることができ、約１５ｎｍ以下、約１２ｎｍ以下、約１０ｎｍ以下、約９ｎｍ以下、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約６ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又はそれより小さいフィーチャを横切る幅を特徴とし得る。
［００５７］上記の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を提供するために、多数の詳細が提示された。しかしながら、当業者には、これらの詳細のうちの一部なしで、又は追加の詳細と共に、特定の実施形態が実施され得ることが明らかであろう。
［００５８］いくつかの実施形態を開示したが、当業者であれば、実施形態の精神から逸脱することなく、様々な修正例、代替構造、及び均等物が使用され得ることを認識するであろう。加えて、いくつかの周知のプロセス及び要素は、本技術を不要に不明瞭にすることを避けるために、記載されなかった。したがって、上記の記載は、本技術の範囲を限定するものと解釈すべきでない。加えて、方法又はプロセスは、連続的又は段階的に記載され得るが、操作は、同時に実施されても、又は記載とは異なる順序で実施されてもよいことを理解されたい。
［００５９］値の範囲が提供されているところでは、文脈上そうでないと明示されていない限り、その範囲の上限値と下限値との間の各介在値は、下限の単位の最小単位まで具体的に開示されている。記載された範囲の任意の記載値又は記載されていない介在値の間の任意のより狭い範囲、及びその記載範囲の他のあらゆる記載値又は介在値が含まれる。このようなより狭い範囲の上限値及び下限値は、独立して、その範囲に含まれるか、又はその範囲から除外される場合があり、限界値の一方又は両方がより狭い範囲に含まれるか、又はそのどちらもより狭い範囲に含まれない各範囲も、この技術に包含されており、記載された範囲で特別に除外されたいずれかの限界値を対象としている。記載された範囲が限界値の一方又は両方を含む場合、これら含まれる限界値の一方又は両方を除外する範囲も含まれる。
［００６０］本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が他のことを明らかに示していない限り、複数の言及物を含む。したがって、例えば、「前駆体（ａ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」が言及されている場合、複数のこのような前駆体が含まれ、「層（ｔｈｅ ｌａｙｅｒ）」が言及されている場合、当業者に既知の１つ又は複数の層及び均等物への言及が含まれ、その他も同様である。
［００６１］さらに、「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ（ｓ））」、「含んでいる／備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む／含有する（ｃｏｎｔａｉｎ（ｓ））」、「含んでいる／含有している（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ（ｓ））」、及び「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用されるとき、記載された特徴、整数、構成要素、又は操作の存在を特定することを意図しているのであって、１つ以上の他の特徴、整数、構成要素、操作、作用、又は群の存在又は追加を除外するものではない。

Claims (20)

  1. アルデヒド反応性基を含む第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させて、初期化合物層の第１の部分を形成すること、
    前記第１の堆積前駆体を含む第１の堆積流出物を前記基板処理領域から除去すること、
    前記アルデヒド反応性基と反応するアミン反応性基を含む第２の堆積前駆体を前記基板処理領域に流入させて、前記初期化合物層の第２の部分を形成すること、
    前記第２の堆積前駆体を含む第２の堆積流出物を前記基板処理領域から除去すること、及び
    前記初期化合物層をアニーリングして、前記基板の前記表面上に、アニーリングされた炭素含有材料を形成すること
    を含む処理方法。
  2. 前記初期化合物層上に少なくとも１つの追加の化合物層を堆積させることをさらに含み、前記初期化合物層及び前記少なくとも１つの追加の化合物層が、前記基板の前記表面上に前記アニーリングされた炭素含有材料を形成する、請求項１に記載の処理方法。
  3. 前記第１の堆積前駆体が約１００℃以上の温度で送達される、請求項１に記載の処理方法。
  4. 前記第２の堆積前駆体が約１００℃以下の温度で送達される、請求項１に記載の処理方法。
  5. 第１の堆積時間及び第２の堆積時間が約５秒以下である、請求項１に記載の処理方法。
  6. １の堆積時間が第２の堆積時間よりも長い、請求項１に記載の処理方法。
  7. 前記第１の堆積前駆体の流れが、前記基板処理領域内の圧力を約１ミリトールから約５００トールの圧力範囲まで増加させる、請求項１に記載の処理方法。
  8. 前記基板処理領域からの前記第１の堆積流出物の除去が、約６０秒以下の除去時間を有する、請求項１に記載の処理方法。
  9. 前記初期化合物層のアニーリングが、約１００℃から約６００℃の範囲の温度での熱アニーリングを含む、請求項１に記載の処理方法。
  10. 前記初期化合物層のアニーリングによって、前記初期化合物層が１０体積％未満だけ収縮する、請求項１に記載の処理方法。
  11. 前記基板内のフィーチャが、約５：１以上のアスペクト比を特徴とする基板フィーチャを含み、前記基板フィーチャは、前記基板フィーチャを横切る幅が約１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の処理方法。
  12. 第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることであって、前記第１の堆積前駆体が：
    Ｙ１－Ｒ１－Ｙ２
    ［式中、Ｒ１は、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基のうちの１つ又は複数を含み、
    Ｙ１及びＹ２は独立して、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基を含む］を含む第１の式を有し、
    前記第１の堆積前駆体は、前記基板処理領域内で基板の表面上の反応性基と反応して、前記基板の前記表面上に初期化合物層の第１の部分を形成する、第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させること、
    前記第１の堆積前駆体を含む第１の堆積流出物を前記基板処理領域から除去すること、
    第２の堆積前駆体を前記基板処理領域に流入させることであって、前記第２の堆積前駆体が：
    Ｚ１－Ｒ２－Ｚ２
    ［式中、Ｒ２は、アルキル基、芳香族基、又はシクロアルキル基のうちの１つ又は複数を含み、
    Ｚ１及びＺ２は独立して、水酸化物基、アルデヒド基、ケトン基、酸基、アミノ基、イソシアネート基、チオシアネート基、又は塩化アシル基を含む］を含む第２の式を有し、
    前記第２の堆積前駆体は、前記初期化合物層の前記第１の部分と反応して、前記初期化合物層の第２の部分を形成する、第２の堆積前駆体を前記基板処理領域に流入させること、
    前記第２の堆積前駆体を含む第２の堆積流出物を前記基板処理領域から除去すること、及び
    前記初期化合物層をアニーリングして、前記基板の前記表面上にアニーリングされた炭素含有材料を形成すること
    を含む処理方法。
  13. Ｒ１が芳香族基を含み、Ｙ１及びＹ２が独立してアルデヒド基又はイソシアネート基を含み、Ｒ２がアルキル基を含み、Ｚ１及びＺ２がアミノ基を含む、請求項１２に記載の処理方法。
  14. 前記第１の堆積前駆体がテレフタルアルデヒド又は１，４－フェニレンジイソシアネートを含む、請求項１２に記載の処理方法。
  15. 前記第２の堆積前駆体がエチレンジアミンを含む、請求項１２に記載の処理方法。
  16. 前記第１の堆積前駆体の除去が、
    前記基板処理領域にパージガスを流入させること、及び
    前記第１の堆積流出物と前記パージガスとの混合物を前記基板処理領域から除去すること
    を含む、請求項１２に記載の処理方法。
  17. 前記パージガスがヘリウムを含む、請求項１６に記載の処理方法。
  18. 基板上に炭素含有複合層を形成する２以上のサイクルを実施することであって、
    前記炭素含有複合層を形成する２以上のサイクルの各々が、
    前記基板の表面上に化合物層の第１の部分を形成することであって、前記化合物層の前記第１の部分が、第１の堆積前駆体を基板処理領域に流入させることによって形成され、前記第１の堆積前駆体が前記基板処理領域内で前記基板の前記表面上の反応性基と反応して、前記化合物層の前記第１の部分を形成する、前記基板の表面上に化合物層の第１の部分を形成すること、及び
    前記第１の化合物層の少なくとも一部分の上に前記化合物層の第２の部分を形成することであって、前記化合物層の前記第２の部分が、第２の堆積前駆体を前記基板処理領域に流入させることによって形成され、前記第２の堆積前駆体が前記初期化合物層の前記第１の部分と反応して、前記化合物層の前記第２の部分を形成する、前記第１の化合物層の少なくとも一部分の上に前記化合物層の第２の部分を形成すること
    を含む、基板上に炭素含有複合層を形成する２以上のサイクルを実施すること、並びに
    前記基板上の２つ以上の前記炭素含有複合層をアニーリングして、前記基板の前記表面上にアニーリングされた炭素含有材料を形成すること
    を含む処理方法。
  19. 前記第１の堆積前駆体がテレフタルアルデヒド又は１，４－フェニレンジイソシアネートを含み、前記第２の堆積前駆体がエチレンジアミンを含む、請求項１８に記載の処理方法。
  20. ２つ以上の前記炭素含有化合物層が、前記化合物層のアニーリングにより、１０体積％未満だけ収縮する、請求項１８に記載の処理方法。
JP2023504156A 2020-07-22 2021-07-21 分子層堆積方法及びシステム Pending JP2023534828A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/935,385 2020-07-22
US16/935,385 US11545354B2 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Molecular layer deposition method and system
PCT/US2021/042663 WO2022020533A1 (en) 2020-07-22 2021-07-21 Molecular layer deposition method and system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023534828A true JP2023534828A (ja) 2023-08-14

Family

ID=79689408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023504156A Pending JP2023534828A (ja) 2020-07-22 2021-07-21 分子層堆積方法及びシステム

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11545354B2 (ja)
JP (1) JP2023534828A (ja)
KR (1) KR20230042072A (ja)
CN (1) CN116157897A (ja)
TW (1) TWI803914B (ja)
WO (1) WO2022020533A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11972940B2 (en) 2022-04-18 2024-04-30 Applied Materials, Inc. Area selective carbon-based film deposition
US20230402285A1 (en) * 2022-06-14 2023-12-14 Applied Materials, Inc. Method of forming carbon-based spacer for euv photoresist patterns
US20240055255A1 (en) * 2022-08-04 2024-02-15 Applied Materials, Inc. Selective deposition for sub 20 nm pitch euv patterning

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100392840B1 (ko) 2000-12-02 2003-07-28 주식회사 우광케미칼 저온 플라즈마 중합법을 이용한 중합박막의 형성방법
US9689072B2 (en) * 2014-09-01 2017-06-27 Asm Ip Holding B.V. Method of depositing thin film
WO2016081146A1 (en) 2014-11-21 2016-05-26 Applied Materials, Inc. Alcohol assisted ald film deposition
US9997373B2 (en) 2014-12-04 2018-06-12 Lam Research Corporation Technique to deposit sidewall passivation for high aspect ratio cylinder etch
KR102391745B1 (ko) 2016-05-20 2022-04-28 닛산 가가쿠 가부시키가이샤 레지스트 하층막 형성 조성물
WO2019173074A2 (en) 2018-02-25 2019-09-12 Robinson Alex P G Hard mask composition
JP2019212776A (ja) 2018-06-05 2019-12-12 東京エレクトロン株式会社 成膜用組成物および成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
TWI803914B (zh) 2023-06-01
US11545354B2 (en) 2023-01-03
TW202212622A (zh) 2022-04-01
CN116157897A (zh) 2023-05-23
US20220028686A1 (en) 2022-01-27
WO2022020533A1 (en) 2022-01-27
KR20230042072A (ko) 2023-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108140578B (zh) 通过表面毒化处理的由下而上的间隙填充
CN108780735B (zh) 用于间隔件应用的氮化硅膜的选择性沉积
CN110226214B (zh) 用于介电膜的选择性沉积的方法及设备
JP2023534828A (ja) 分子層堆積方法及びシステム
TW201732925A (zh) 用於選擇性乾式蝕刻的方法及設備
TW201843332A (zh) 使用反應性退火的間隙填充
TWI794175B (zh) 處理基板的方法
TW201308432A (zh) 降低釋氣的覆蓋層
US9869024B2 (en) Methods and apparatus for depositing a cobalt layer using a carousel batch deposition reactor
JP6913752B2 (ja) 核形成のない間隙充填ａｌｄプロセス
TW201812999A (zh) 使用沉積/蝕刻技術之無接縫溝道填充
TW201732065A (zh) 正形及縫隙填充非晶矽薄膜的沉積
JP2017531921A (ja) ２層ａｌｄを用いた正確な限界寸法制御
US10957532B2 (en) Method and apparatus for deposition of low-k films
JP6946463B2 (ja) ワードライン抵抗を低下させる方法
TWI833804B (zh) 含鋁膜的間隙填充
US11978625B2 (en) Methods of forming metal nitride films
CN116075602A (zh) 氮化硅硼膜的沉积