KR20220115784A - 기판의 표면 상에 붕소 질화물을 형성하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

기판의 표면 상에 붕소 질화물을 형성하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20220115784A
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boron nitride
substrate
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에릭 제임스 셰로
글렌 윌크
제렐드 리 윙클러
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에이에스엠 아이피 홀딩 비.브이.
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Abstract

기판의 표면 상에 붕소 질화물을 증착하는 방법이 제공된다. 예시적인 방법은, 요오드 및 브롬 중 하나 이상을 포함하는 붕소-할로겐 화합물을 포함한 붕소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계, 및 치환된 히드라진 화합물을 포함한 질소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함한다.

Description

기판의 표면 상에 보론 나이트라이드를 형성하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR FORMING BORON NITRIDE ON A SURFACE OF A SUBSTRATE}
본 개시는, 일반적으로 재료를 증착하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 예시는 기판의 표면 상에 붕소 질화물을 형성하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전자 소자의 형성에 있어서 붕소 질화물(BN)의 사용은 다수의 이유로 바람직할 수 있다. 예를 들어, 붕소 질화물은 원하는 유전 상수, 에칭 또는 화학 저항성, 에칭 선택도(예, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물에 대한 습식 또는 건식 에칭 선택도), 기계적 특성(예, 다른 유전체 재료에 대한 화학 기계적 폴리싱 저항성) 등을 갖는 층을 형성하는 데 사용될 수 있다.
붕소 질화물 막을 증착하는 방법은, 전구체로서 보라진을 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 공정을 포함할 수 있다. 보라진은 비교적 고가의 전구체이다. 또한, 보라진은 처리 중에 중합될 수 있으며, 이는 원하지 않는 오염 및/또는 막 특성을 초래할 수 있다. 붕소 질화물을 증착하기 위해 다른 기술이 사용되었지만, 이러한 기술은 상대적으로 불량한 장벽 저항을 갖는 막 및/또는 바람직하지 않게 높은 유전 상수를 갖는 붕소 질화물 막을 초래할 수 있다.
따라서, 붕소 질화물을 증착하기 위한 개선된 방법이 매우 바람직하다.
이 부분에 진술된 문제점 및 해결책을 포함한 임의의 논의는, 단지 본 개시에 대한 맥락을 제공하는 목적으로만 본 개시에 포함되었다. 이러한 논의는 임의의 또는 모든 정보가 본 발명이 만들어졌거나 그렇지 않으면 선행 기술을 구성하는 시점에 알려진 것으로 간주되어서는 안된다.
본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라, 기판 표면 상에 붕소 질화물을 형성하는 방법이 제공된다. 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 예시적인 방법은, 다른 기술을 사용하여 형성된 붕소 질화물과 비교하면, 보다 양호한 등각 커버리지를 제공하고, 보다 바람직한 특성-예를 들어, 보다 낮은 유전 상수, 보다 높은 장벽 저항, 보다 높은 에칭 선택도, 및/또는 보다 바람직한 기계적 특성을 갖는 붕소 질화물을 제공할 수 있다.
본 개시의 예시에 따라, 기판의 표면 상에 붕소 질화물을 형성하는 예시적인 방법은 기판을 반응 챔버 내에 제공하는 단계, 붕소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계(상기 붕소 전구체는 요오드와 브롬 중 하나 이상을 포함하는 붕소-할로겐 화합물을 포함함), 및 질소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계(상기 질소 전구체는 치환된 히드라진 화합물을 포함함)를 포함한다. 일부 경우에, 방법은, 증착 공정 동안에, 붕소 전구체, 질소 전구체, 또는 다른 화합물의 플라즈마 여기의 사용을 포함하지 않는 열 공정을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 방법은, 증착 공정 동안에, 하나 이상의 가스의 플라즈마 여기를 포함할 수 있다. 방법은 화학 기상 증착 공정을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 방법은 주기적 증착 공정을 포함할 수 있다. 본 개시의 추가 예시에 따라, 방법은, 플라즈마 처리 단계를 포함할 수 있는 처리 단계를 추가로 포함한다.
본 개시의 추가 예시에 따라, 붕소 질화물을 포함하는 소자 구조체가 제공된다. 붕소 질화물 층의 유전 상수는 2.6 미만, 2 미만 또는 1.8 미만일 수 있다.
본 개시의 추가 구현예에 따라, 기판 표면 상에 붕소 질화물을 형성하는 시스템이 제공된다. 시스템은, 기판을 수용하기 위한 반응 챔버, 제1 밸브를 통해 반응 챔버와 유체 연통하는 붕소 전구체, 제2 밸브를 통해 반응 챔버와 유체 연통하는 질소 공급원, 및 제1 밸브와 제2 밸브에 작동 가능하게 연결된 제어기를 포함할 수 있다. 제어기는, 요오드 및 브롬 중 하나 이상을 포함한 붕소 전구체를 반응 챔버 내에 공급하고, 치환된 히드라진 화합물을 포함한 질소 전구체를 반응 챔버에 공급함으로써 기판 상에 붕소 질화물을 증착하는 것을 제어하도록 구성되고 프로그래밍될 수 있다.
본 발명은 개시된 임의의 특정 구현예(들)에 제한되지 않으며, 이들 및 다른 구현예는 첨부된 도면을 참조하는 특정 구현예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 분명해질 것이다.
본 개시의 예시적인 실시예에 대한 더 완전한 이해는 다음의 예시적인 도면과 관련하여 고려될 때, 발명의 상세한 설명 및 청구 범위를 참조함으로써 도출될 수 있다.
도 1은, 본 개시의 적어도 하나의 예시에 따라 기판 표면 상에 붕소 질화물 층을 형성하는 방법을 나타낸다.
도 2는, 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 붕소 질화물 층을 포함한 소자 구조체를 나타낸다.
도 3은, 본 개시의 적어도 하나의 구현예에 따라 기판 표면 상에 붕소 질화물 층을 형성하는 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 개시의 추가 예시에 따라 부분 제조된 DRAM 소자 구조체의 단면 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시에 따라 부분 제조된 다른 반도체 소자 구조를 나타낸다.
도면의 구성 요소들은 간략하고 명료하게 도시되어 있으며, 반드시 축적대로 도시되지 않았음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 개시에서 예시된 구현예의 이해를 돕기 위해 도면 중 일부 구성 요소의 치수는 다른 구성 요소에 비해 과장될 수 있다.
특정 구현예 및 실시예가 아래에 개시되었지만, 당업자는 본 발명이 구체적으로 개시된 구현예 및/또는 본 발명의 용도 및 이들의 명백한 변형물 및 균등물을 넘어 확장된다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명의 범주는 후술되는 구체적인 개시된 구현예에 의해 제한되지 않는 것으로 의도된다.
본 개시의 다양한 구현예는 기판 표면 상에 붕소 질화물을 형성하는 방법, 이러한 방법을 사용하여 형성된 소자 구조체 및 소자, 그리고 상기 방법을 수행하고/수행하거나 상기 구조체를 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 구현예가 이전 방법과 시스템의 문제점을 해결하는 방식은 이하에서 보다 상세히 논의되면서, 일반적으로 본 개시의 다양한 구현예는, 비교적 높은 에칭 및/또는 폴리싱 저항성, 비교적 낮은 유전체 상수, 비교적 낮은 장벽 저항, 및/또는 비교적 높은 열 안정성을 나타내는 붕소 질화물을 형성하기 위한 개선 방법을 제공한다.
본 개시에서, "가스"는 정상 온도 및 압력(NTP)에서 가스, 증기화된 고체 및/또는 증기화된 액체인 재료를 포함할 수 있으며, 맥락에 따라 단일 가스 또는 가스 혼합물로 구성될 수 있다. 공정 가스 이외의 가스, 즉 가스 분배 어셈블리, 다른 가스 분배 장치 등을 통과하지 않고 유입되는 가스는, 예를 들어 반응 공간을 밀폐하기 위해 사용될 수 있고, 희귀 가스와 같은 밀폐 가스를 포함할 수 있다.
용어 "전구체"는 다른 화합물을 생성하는 화학 반응에 참여하는 화합물을 지칭할 수 있다. 용어 반응물은 용어 전구체화 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "불활성 가스"는, 화학 반응에 참여하지 않고/않거나 상당한 정도로 층의 일부가 되지 않는 가스를 지칭할 수 있다. 예시적인 불활성 가스는 헬륨 및 아르곤 그리고 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 경우에, 질소 및/또는 수소 분자는 불활성 가스일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "퍼지"는 서로 반응하는 가스의 두 펄스 사이에서 불활성 또는 실질적으로 불활성인 가스가 반응기 챔버에 제공되는 절차를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 퍼지 또는 퍼징 가스는 두 전구체의 펄스 사이에 제공될 수 있어서, 두 전구체 사이의 기상 상호 작용을 피하거나 적어도 최소화할 수 있다. 퍼지는 시간 또는 공간, 또는 둘 모두에 영향을 미칠 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 시간적 퍼지의 경우, 퍼지 단계는, 예를 들어 반응기 챔버에 제1 전구체를 제공하는 단계, 반응기 챔버에 퍼지 가스를 제공하는 단계, 및 반응기 챔버에 제2 전구체를 제공하는 단계의 시간적 순서로 사용될 수 있으며, 여기서 층이 증착되는 기판은 이동하지 않는다. 공간적 퍼지의 경우, 퍼지 단계는, 기판을, 제1 전구체가 (예를 들어, 연속적으로) 공급되는 제1 위치로부터 퍼지 가스 커튼을 통해 제2 전구체가 (예를 들어, 연속적으로) 공급되는 제2 위치로 이동시키는 단계에 의해 효과가 생길 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기판"은, 형성하기 위해 사용될 수 있는, 또는 그 위에 구조, 소자, 회로, 또는 층이 형성될 수 있는, 임의의 하부 재료 또는 재료들을 지칭할 수 있다. 기판은 실리콘(예, 단결정 실리콘), 게르마늄과 같은 다른 IV족 재료, 또는 II-VI족 또는 III-V족 반도체 재료와 같은 다른 반도체 재료와 같은 벌크 재료를 포함할 수 있고, 벌크 재료 위에 놓이거나 그 아래에 놓인 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 또한, 기판은, 기판의 층의 적어도 일부 내에 또는 그 위에 형성된 다양한 특징부, 예컨대 오목부, 돌출부 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 벌크 반도체 재료, 및 상기 벌크 반도체 재료의 적어도 일부분 위에 놓인 절연 또는 유전체 재료 층을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 기판은, 예를 들어 트렌치 구조체, 수직형 갭 특징부, 수평형 갭 특징부, 및/또는 핀 구조체와 같은 고 종횡비 특징부를 포함한 패터닝된 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 하나 이상의 실질적으로 수직인 갭 특징부 및/또는 하나 이상의 실질적으로 수평인 갭 특징부를 포함할 수 있다. 용어 "갭 특징부"는, 기판의 표면으로부터 수직 연장되는 두 돌출부 또는 기판의 표면 내로 수직 연장되는 오목부의 대향하는 경사 측벽 사이에 배치된, 개구 또는 공동을 지칭할 수 있다. 이러한 갭 특징부는 "수직형 갭 특징부"로서 지칭될 수 있다. 일부 구현예에서, 수직형 갭 특징부는 2:1 초과, 또는 5:1 초과, 또는 10:1 초과, 또는 25:1 초과, 또는 50:1 초과, 또는 심지어 100:1 초과의 종횡비(높이:폭)를 가질 수 있으며, 이 예시에서 사용된 "초과"는 갭 특징부의 높이에서 더 큰 거리를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "막" 및/또는 "층"은 본원에 개시된 방법에 의해 증착된 재료와 같이 임의의 연속적인 또는 비연속적인 구조 및 재료를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 막 및/또는 층은 이차원 재료, 삼차원 재료, 나노입자 또는 심지어는 부분 또는 전체 분자층 또는 부분 또는 전체 원자층 또는 원자 및/또는 분자 클러스터를 포함할 수 있다. 막 또는 층은 핀홀을 갖는 재료 또는 층을 포함할 수 있고, 이는 적어도 부분적으로 연속적일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "구조체"는 본원에 기술된 바와 같은 기판일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 구조체는, 기판 위에 놓이는 하나 이상의 층, 예컨대 본 개시에 따른 방법에 따라 형성된 하나 이상의 층을 포함할 수 있다.
용어 "주기적 증착 공정" 또는 "순환 증착 공정"은 반응 챔버 내로 전구체(및/또는 반응물)를 순차적으로 도입시켜 기판 위에 층을 증착하는 것을 지칭할 수 있으며 원자층 증착(ALD) 및 주기적 화학 기상 증착(주기적 CVD), 및 ALD 성분과 주기적 CVD 성분을 포함한 하이브리드 주기적 증착 공정과 같은 처리 기술을 포함한다. 공정은 전구체를 도입하는 단계 사이의 퍼지 단계를 포함할 수 있다.
용어 "원자층 증착"은 기상 증착 공정을 지칭할 수 있고, 여기서 증착 사이클, 전형적으로 복수의 연속 증착 사이클은 공정 챔버에서 수행된다. 본원에서 사용된 용어 원자층 증착은 전구체(들)/반응 가스(들), 및 퍼지(예, 불활성 캐리어) 가스(들)의 교번 펄스로 수행되는 경우, 화학 기상 원자층 증착과 같은 관련 용어에 의해 지정된 공정을 포함하는 것을 또한 의미한다.
일반적으로, ALD 공정의 경우, 각각의 사이클 중에 전구체는 반응 챔버에 도입되고 증착 표면(예, 이전 ALD 사이클로부터 이전에 증착된 재료 또는 다른 재료를 포함할 수 있는 기판 표면)에 화학 흡착되고, 추가적인 전구체와 쉽게 반응하지 않는(즉, 자기 제한적 반응인) 단층 또는 서브 단층을 형성한다. 그 후, 일부 경우에서, 반응물(예, 다른 전구체 또는 반응 가스)을 후속해서 공정 챔버에 도입시켜 증착 표면 상에서 화학 흡착된 전구체를 원하는 재료로 전환시키는 데 사용한다. 반응물은 전구체와 더 반응할 수 있다. 하나 이상의 사이클 동안, 예를 들어 각 사이클의 각 단계 중에 퍼지 단계를 사용하여, 공정 챔버로부터 과잉의 전구체를 제거하고/제거하거나, 공정 챔버로부터 과잉의 반응물 및/또는 반응 부산물을 제거할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "플라즈마 강화 원자층 증착"(PEALD)은, 하나 이상의 전구체, 반응물 및/또는 다른 가스가 플라즈마에 노출되어 여기 종을 형성하는, ALD 공정을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "붕소 질화물"은 붕소 및 질소를 포함한 화학 조성식으로 나타낼 수 있는 재료일 수 있다. 일부 구현예에서, 붕소 질화물은 붕소 및 질화물보다 상당한 비율의 원소를 포함하지 않을 수 있다. 일부 구현예에서, 붕소 질화물은 BN을 포함한다. 일부 구현예에서, 붕소 질화물은 본질적으로 BN으로 이루어질 수 있다. 일부 구현예에서, 붕소 질화물은 본질적으로 붕소 질화물로 이루어질 수 있다. 붕소 질화물로 이루어진 층은, 붕소 질화물을 증착하기 위해 사용되는 하나 이상의 전구체로부터 유래할 수 있는 수소, 탄소, 요오드, 브롬 등과 같이, 허용 가능한 양의 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 개시에서, 변수의 임의의 두 수치가 상기 변수의 실행 가능한 범위를 구성할 수 있고, 표시된 임의의 범위는 끝점을 포함하거나 배제할 수 있다. 추가적으로, 표시된 변수의 임의의 값은 ("약"의 표시 여부에 관계없이) 정확한 값 또는 대략적인 값을 지칭할 수 있고 등가를 포함할 수 있으며, 평균, 중간, 대표, 다수 등을 지칭할 수 있다. 또한, 본 개시에서, 용어 "포함한", "의해 구성되는", 및 "갖는"은 일부 구현예에서 "통상적으로 또는 대략적으로 포함하는", "포함하는", "본질적으로 이루어지는", 또는 "이루어지는"을 독립적으로 지칭할 수 있다. 본 개시에서, 임의로 정의된 의미는 일부 구현예에서 보통이고 관습적인 의미를 반드시 배제하는 것은 아니다.
이제 도면으로 돌아가면, 도 1은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 방법(100)을 나타낸다. 방법(100)은 기판의 표면 상에 붕소 질화물을 형성하는 데 사용될 수 있다. 나타낸 예시에서, 방법(100)은 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계(102), 붕소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계(104), 및 질소 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계(106)를 포함한다. 방법(100)은 또한, 처리 단계(108)를 포함할 수 있다.
단계(102) 동안에, 반응 챔버 내에 기판을 제공한다. 단계(102) 동안에 사용된 반응 챔버는, 증착 공정을 수행하도록 구성된 화학 기상 증착 반응기 시스템의 반응 챔버일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 증착 공정은 화학 기상 증착 공정 및/또는 주기적 증착 공정일 수 있다. 반응 챔버는 독립형 반응 챔버 또는 클러스터 툴의 일부일 수 있다. 반응 챔버는 배치식 처리 툴일 수 있다. 일부 구현예에서, 유동형 반응기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 샤워헤드형 반응기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 공간 분할 반응기가 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 대량 생산 가능 단일 웨이퍼 반응기가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 다중 기판을 포함하는 배치식 반응기가 사용될 수 있다. 배치식 반응기가 사용되는 구현예에서, 기판의 수는 10 내지 200개, 또는 50 내지 150개, 또는 심지어 100 내지 130개의 범위일 수 있다. 반응기는 플라즈마 여기 장치가 없는 열 반응기로서 구성될 수 있다. 대안적으로, 반응기는 직접식 및/또는 원격식 플라즈마 장치를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 원하는 경우, 반응 부위를 제공하도록, 기판의 노출된 표면이 전처리될 수 있다. 일부 구현예에서, 별도의 전처리 단계는 필요하지 않다. 일부 구현예에서, 기판은, 예를 들어 기판 표면을 전처리 플라즈마에 노출시킴으로써, 목적하는 표면 말단화를 제공하도록 전처리된다.
본 개시의 일부 구현예에서, 반응 챔버 내에 배치된 기판은, 후속의 증착을 위해 원하는 증착 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 기판은 약 600℃ 미만, 또는 약 500℃ 미만, 또는 약 450℃ 미만, 또는 약 400℃ 미만, 또는 약 350℃ 미만, 또는 약 300℃ 미만, 또는 약 250℃ 미만, 또는 심지어 약 200℃ 미만의 기판 온도로 가열될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 단계(102) 동안에 기판 온도는 약 300℃ 내지 약 600℃, 또는 약 350℃ 내지 550℃, 또는 200℃ 내지 400℃일 수 있다. 온도가 낮을수록 플라즈마 보조 공정에서는 바람직할 수 있는 반면에 온도가 높을수록 열 증착 공정에 바람직할 수 있다. 단계(104 및/또는 106) 동안의 온도는 또한 이들 범위 내에 있을 수 있다.
기판 온도의 조절 외에도, 목적하는 붕소 질화물의 증착이 가능하도록 반응 챔버 내의 압력도 또한 조절될 수 있다. 일부 구현예에서, 압력은 약 0.5 토르 내지 약 50 토르(예를 들어, 열적 공정의 경우) 또는 약 1 토르 내지 약 10 토르(예를 들어, 플라즈마 강화 공정의 경우)로 제어될 수 있다. 단계(104 및/또는 106) 동안의 압력은 또한 이들 범위 내에 있을 수 있다.
일단 기판의 온도가 원하는 증착 온도로 설정되고 반응 챔버 내 압력이 원하는 대로 조절되면, 방법(100)은 단계(104 및 106)를 계속할 수 있다. 방법(100)이 CVD 공정을 포함하는 경우, 단계(104 및 106)는 중첩할 수 있다. 방법(100)이 주기적 공정을 포함하는 경우, 단계(104 및 106)는 단계(104 및 106) 사이의 중간 퍼지 단계로 순차적으로 수행될 수 있다.
단계(104) 동안, 붕소 전구체가 반응 챔버 내에 제공된다. 주기적 증착의 경우, 붕소 전구체가 반응 챔버로 펄스화될 수 있다. 용어 "펄스"는 소정의 시간 동안 전구체를 반응 챔버 내로 공급하는 것을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 달리 표시하지 않는 한, 용어 "펄스"는 펄스의 길이 또는 지속시간을 제한하지 않으며, 펄스는 임의의 시간일 수 있다. 일부 구현예에서, 주기적 증착 공정 동안에 붕소 전구체 이외의 가스가 반응 챔버에 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 가스는 PEALD 공정의 단계 동안에 활용되는 반응성 종을 생성하기 위한 가스를 모두 포함할 수 있고, 또한 과량의 반응물, 반응성 종 및 반응 부산물을 반응 챔버로부터 제거하기 위한 퍼지 가스로서 활용될 수도 있다.
초기 표면 처리 후, 필요하거나 원하는 경우, 붕소 전구체 펄스가 기판에 공급될 수 있다. 일부 구현예에 따라, 붕소 전구체는 캐리어 가스 유동과 함께 반응 챔버에 공급될 수 있다. 일부 구현예에서, 붕소 전구체는 기판의 표면(들)과 반응성인 휘발성 붕소 종을 포함할 수 있다. 붕소 전구체 펄스는 붕소 전구체 펄스의 과량의 성분이 이 공정에 의해 형성된 분자 층과 더 이상 반응하지 않도록 기판 표면을 자기 포화시킨다.
붕소 전구체 펄스는 기상 반응물로서 공급되는 것이 바람직하다. 본 개시에 있어서, 노출된 표면을 포화시키기에 충분한 농도로 기판 표면에 종을 이송하기 위한 공정 조건 하에 종이 충분한 증기압을 나타내는 경우, 붕소 전구체 가스는 "휘발성"으로 간주된다.
본 개시의 일부 구현예에서, 붕소 기상 전구체는 붕소, 및 요오드와 브롬으로부터 선택된 적어도 하나의 할로겐을 포함한다. 일부 경우에, 붕소 전구체는 불소 및/또는 염소를 포함하지 않는다. 본 개시의 일부 구현예에 따라, 붕소 전구체는 붕소, 및 요오드와 브롬 중 하나 이상으로 구성된다. 예를 들어, 붕소 전구체는 붕소 트리요오드(BI3) 및/또는 붕소 트리브로마이드(BBr3)이거나 이를 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 붕소 전구체는 약 0.05초 내지 약 5.0초, 또는 약 0.1초 내지 약 3초, 또는 심지어 약 0.2초 내지 약 1.0초의 시간 동안 반응 챔버 내로 펄스화될 수 있다. 추가적으로, 붕소 전구체와 기판을 접촉시키는 단계 동안에, 붕소 전구체의 유량은 200 sccm 미만, 또는 100 sccm 미만, 또는 50 sccm 미만, 또는 10 sccm 미만 또는 심지어 2 sccm 미만일 수 있다. 또한, 붕소 전구체와 기판을 접촉시키는 단계 동안에, 붕소 전구체의 유량은 약 2 내지 10 sccm, 약 10 내지 50 sccm, 또는 약 50 내지 약 200 sccm의 범위일 수 있다.
일부 구현예에서, 과량의 붕소 전구체는, 과량의 반응물 및 반응 부산물이 있는 경우에 이를 반응 챔버로부터 확산시키거나 퍼지시키기에 충분한 시간 동안, 캐리어 가스, 퍼지 가스, 또는 가스 혼합물을 계속 흐르게 하면서 붕소 기상 전구체의 흐름을 정지시킴으로써 퍼지될 수 있다. 일부 구현예에서, 과량의 붕소 전구체는 주기적 증착 단계(104 및 106) 전체에 걸쳐 흐를 수 있는 질소, 헬륨 또는 아르곤과 같은 하나 이상의 불활성 가스를 사용하여 퍼지될 수 있다.
일부 구현예에서, 붕소 전구체는 약 0.1초 내지 약 10초, 또는 약 0.3초 내지 약 5초, 또는 심지어 약 0.3초 내지 약 1초의 시간으로 반응 챔버로부터 퍼지될 수 있다. 붕소 전구체의 제공 및 제거는 예시적인 방법(100)의 제1 페이즈 또는 "붕소 페이즈"로 간주될 수 있다.
단계(106) 동안에, 치환된 히드라진 화합물을 포함한 질소 전구체가 반응 챔버에 제공된다. 본 개시의 예시에 따라, 치환된 히드라진은, 적어도 네(4) 개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 포함할 수 있되, "알킬기"는 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸 및 옥틸 및 이들의 이성체, 예를 들면 이들의 n-, 이소-, 2차- 및 3차-이성체와 같지만 이에 제한되지 않는 적어도 네(4) 개의 탄소 원자 길이의 포화 또는 불포화 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알킬기는 선형 사슬 또는 분지형 사슬일 수 있고 알킬기의 모든 구조 이성체 형태를 포괄할 수 있다. 일부 구현예에서, 알킬 사슬은 치환될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 알킬-히드라진은 질소에 결합된 적어도 하나의 수소를 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 알킬-히드라진은 질소에 결합된 적어도 두 개의 수소를 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 알킬-히드라진은 질소에 결합된 적어도 하나의 수소 및 질소에 결합된 적어도 하나의 알킬 사슬 또는 기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 구현예에서, 제2 반응물은 알킬-히드라진을 포함할 수 있고, 터트부틸히드라진(C4H9N2H3), 메틸히드라진(CH3NHNH2), 디메틸히드라진(C2H8N2) 또는 디에틸히드라진(C4H12N2) 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 1,1-디에틸히드라진, 1-에틸-1-메틸히드라진, 이소프로필히드라진, 페닐히드라진, 1,1-디페닐히드라진, 1,2-디페닐히드라진, N-메틸-N-페닐히드라진, 1,1-디벤질히드라진, 1,2-디벤질히드라진, 1-에틸-1-페닐히드라진, 1-메틸-1-(m-톨릴)히드라진, 및 1-에틸-1-(p-톨릴)히드라진 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 적어도 하나의 탄화수소기를 갖는다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 적어도 두 개의 탄화수소기를 갖는다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 적어도 세 개의 탄화수소기를 갖는다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 적어도 하나의 C1-C3 탄화수소기를 갖는다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 적어도 하나의 C4-C10 탄화수소기를 갖는다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 선형, 분지형, 또는 환형 또는 방향족 탄화수소기를 갖는다. 본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 질소에 부착된 치환된 탄화수소기를 포함한다.
본 개시의 일부 구현예에서, 치환된 히드라진은 다음의 조성식을 갖는다:
RIRII-N-NRIIIRIV (1)
여기서, RI은 선형, 분지형, 환형, 방향족 또는 치환된 탄화수소기와 같은 탄화수소기로부터 선택될 수 있고, 각각의 RII, RIII, 및 RIV 기는 수소, 또는 선형, 분지형, 환형, 방향족 또는 치환된 탄화수소기와 같은 탄화수소기로부터 독립적으로 선택될 수 있다. RI 및 R2는 동일한 질소 원자에 결합될 수 있고, RIII 및 RIV는 동일한 질소 원자에 결합될 수 있다.
일부 구현예에서, 화학식(1)에서 각각의 RI, RII, RIII, 및 RIV 기는 C1-C10 탄화수소, C1-C3 탄화수소, C4-C10 탄화수소 또는 수소, 예를 들면 선형, 분지형, 환형, 방향족 또는 치환된 탄화수소기일 수 있다. 일부 구현예에서, RI, RII, RIII, 및 RIV 기 중 적어도 하나는 페닐기와 같은 방향족을 포함한다. 일부 구현예에서, RI, RII, RIII, 및 RIV 기 중 적어도 하나는 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, s-부틸, 터트부틸기 또는 페닐기를 포함한다. 일부 구현예에서, 각각의 RI, RII, RIII, 및 RIV기 중 적어도 두 개는 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, s-부틸, 터트부틸기 또는 페닐기를 포함하도록 독립적으로 선택될 수 있다. 일부 구현예에서, RII, RIII 및 RIV 기는 수소이다. 일부 구현예에서, 각각의 RII, RIII, 및 RIV 기 중 적어도 두 개는 수소이다. 일부 구현예에서, RII, RIII, 및 RIV 기 중 적어도 하나는 수소이다. 일부 구현예에서, RII, RIII, 및 RIV 기는 모두 탄화수소이다. 본 개시의 추가 예시에 따라, RI, RII, RIII, 및 RIV 중 하나 이상은 실리콘 또는 다른 IV족 원자로 치환될 수 있다.
본원에서 언급된 바와 같이 알킬 또는 다른 탄소계 기로 치환된 히드라진의 사용은 유리할 수 있는데, 그 이유는 다른 질소 반응물과 비교하면, 화합물이 비교적 반응성일 수 있고, 더 높은 온도 안정성을 나타내고, 더 낮은 수분 함량을 포함하고, 원하는 양의 탄소를 붕소 질화물에 혼입시킬 수 있기 때문이다.
치환된 히드라진 화합물이 탄소를 포함하는 경우에, 탄소는 붕소 질화물에 혼입될 수 있다. 탄소의 혼입은 붕소 질화물의 산화 저항성을 개선하고 붕소 질화물의 반응성을 감소시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 질소 전구체는, 예를 들어 수소 및/또는 불활성 가스와 같은 추가 가스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 질소 전구체 및 추가 가스는, 1:1 초과, 또는 1:2 초과, 또는 1:3 초과, 또는 심지어 1:5 초과의 질소 함유 가스 대 추가 가스의 유량비로 반응 챔버 내로 유입될 수 있다.
일부 구현예에서, 질소계 플라즈마는 질소 전구체를 포함한 가스 로부터 발생될 수 있다. 예를 들어, 질소계 플라즈마는 약 10 W 내지 약 2000 W, 또는 약 50 W 내지 약 1000 W, 또는 약 100 W 내지 약 500 W의 RF 전력을 인가함으로써 발생될 수 있다. 일부 구현예에서, 플라즈마는 그 위치에서 발생될 수 있는 반면, 다른 구현예에서는 플라즈마가 원격으로 발생될 수 있다. 일부 구현예에서, 샤워헤드 반응기가 활용될 수 있고, 플라즈마는 서셉터(그 상부에 기판이 위치함)와 샤워헤드 플레이트 사이에서 발생될 수 있다.
일부 구현예에서, 질소 전구체로부터 생성되는 질소 전구체 및/또는 반응성 종은 약 0.1초 내지 약 20초, 또는 약 0.5초 내지 약10초, 또는 심지어 약 0.5 초 내지 약 5초의 시간 동안 기판과 접촉할 수 있다. 일부 구현예에서, 질소 전구체 및/또는 질소 전구체로부터 생성된 반응성 종은, 약 2초 내지 10초의 시간 동안 기판과 접촉할 수 있다.
이전에 흡착된 분자 층을 질소 전구체 및/또는 이로부터 형성된 반응성 종으로 완전히 포화시키고 반응시키기에 충분한 시간이 지난 후, 과량의 반응물, 종, 및 반응 부산물은 반응 챔버로부터 제거될 수 있다. 제1 반응물, 즉 붕소 기상 전구체의 제거에 있어서, 이 단계는 반응성 종의 생성을 정지시키는 단계, 불활성 가스(예를 들어, 질소, 헬륨, 그리고 일부 구현예에서 추가적으로 아르곤을 포함하는 가스)를 계속 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 불활성 가스 유동은 과량의 반응성 종 및 휘발성 반응 부산물이 반응 챔버로부터 확산되고 퍼지되는 데 충분한 시간 동안 흐를 수 있다. 예를 들어, 퍼지 공정은 약 0.1 초 내지 약 10 초, 또는 약 0.1 초 내지 약 4.0 초, 또는 심지어 약 0.1 초 내지 약 0.5 초 사이의 시간 동안 활용될 수 있다. 함께, 질소계 플라즈마의 공급 및 제거는 제2 페이즈, 즉 질소 페이즈를 나타낸다.
방법(100)은 본원에서 붕소 페이즈로 시작하는 것으로 일반적으로 지칭되지만, 다른 구현예에서 사이클은 질소 페이즈로 시작할 수 있는 것으로 여겨진다. 당업자는 제1 전구체 페이즈가 대체로 이전 사이클 중 마지막 페이즈에 의해 남겨진 종결부와 반응한다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 질소가 사이클 중 제1 페이즈인 경우, 반응물이 기판 표면 상에 미리 흡착되거나 반응 챔버에 존재할 수 없지만, 후속 사이클에서 반응성 종 페이즈는 효과적으로 붕소 페이즈를 따를 것이다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 상이한 사이클(예, 상이한 시간, 전구체, 유량 등)이 방법(100)에 제공된다.
일부 구현예에서, 단위 증착 사이클 당 붕소 질화물의 성장 속도는 사이클 당 0.2 나노미터 초과, 또는 사이클 당 0.5 나노미터 초과, 또는 사이클 당 1.0 나노미터 초과일 수 있다. 일부 구현예에서, 단위 증착 사이클 당 붕소 질화물 막의 성장 속도는 200°C 초과의 증착 온도에서 사이클 당 0.2 나노미터 초과, 또는 사이클 당 0.5 나노미터 초과, 또는 사이클 당 1.0 나노미터 초과일 수 있다.
일부 구현예에서, 붕소 질화물은 약 3 나노미터 내지 약 50 나노미터, 또는 약 5 나노미터 내지 약 30 나노미터, 또는 약 5 나노미터 내지 약 20 나노미터의 두께로 증착될 수 있다. 이들 두께는 약 100 나노미터 미만, 또는 약 50 나노미터 미만, 또는 약 30 나노미터 미만, 또는 약 20 나노미터 미만, 또는 심지어 약 10 나노미터 미만의 특징부 크기(폭)로 달성될 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서의 붕소 질화물은 3차원 구조, 예를 들어 고 종횡비 특징부를 포함하는 비평면 기판 상에 증착될 수 있다. 일부 구현예에서, 붕소 질화물 막의 스텝 커버리지는, 약 2 초과, 약 5 초과, 약 10 초과, 약 25 초과, 약 50 초과, 또는 심지어 약 100 초과의 종횡비(높이/폭)를 갖는 구조체에서 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상, 또는 약 98% 이상, 또는 약 99% 이상일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 일부 예시에 따라, 증착 공정은 열 증착 공정일 수 있다. 이들 경우에, 증착 공정은, 증착 공정에 사용하기 위해 활성 종을 형성하는 플라즈마의 사용을 포함하지 않는다. 예를 들어, 증착 공정은 플라즈마의 형성 또는 사용을 포함하지 않을 수 있고, 여기된 종의 형성 또는 사용을 포함하지 않을 수 있고/있거나 라디칼의 형성 또는 사용을 포함하지 않을 수 있다. 써멀 주기적 증착 공정의 경우, 전구체를 반응 챔버에 제공하는 단계의 지속 시간은, 전구체를 다른 전구체 또는 이의 유도체와 반응시킬 수 있도록 비교적 길 수 있다. 예를 들어, 지속 시간은 5초 이상이거나 10초 이상이거나 약 5초 내지 10초 사이일 수 있다.
다른 경우에, 본원에 나타낸 바와 같이, 플라즈마는 하나 이상의 전구체, 및/또는 하나 이상의 불활성 가스를 여기시키기 위해 사용될 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 방법(100)은 단위 증착 사이클을 반복하는 단계를 포함하고, 이는 단계(104 및 106)를 선택적 퍼지와 함께 포함하거나 단계(104) 및/또는 단계(106) 이후의 단계로 이동한다. 증착 사이클은, 예를 들어 붕소 질화물 층의 원하는 두께에 기반하여 1회 이상 반복될 수 있다. 예를 들어, 붕소 질화물의 두께가 특정 응용에 대해 원하는 것보다 작은 경우에, 단계(104 및 106)는 1회 이상 반복될 수 있다. 일부 구현예에서, 방법은 적어도 1 사이클 내지 최대 100 사이클, 또는 적어도 2 사이클 내지 최대 80 사이클, 또는 적어도 3 사이클 내지 최대 70 사이클, 또는 적어도 4 사이클 내지 최대 60 사이클, 또는 적어도 5 사이클 내지 최대 50 사이클, 또는 적어도 10 사이클 내지 최대 40 사이클, 또는 적어도 20 사이클 내지 최대 30 사이클을 포함한다. 일부 구현예에서, 방법은 최대 100 사이클, 또는 최대 90 사이클, 또는 최대 80 사이클, 또는 최대 70 사이클, 또는 최대 60 사이클, 또는 최대 50 사이클, 또는 최대 40 사이클, 또는 최대 30 사이클, 또는 최대 20 사이클, 또는 최대 10 사이클, 또는 최대 5 사이클, 또는 최대 4 사이클, 또는 최대 3 사이클, 또는 최대 2 사이클, 또는 단일 사이클을 포함한다.
처리 단계(108)는 플라즈마 공정을 포함할 수 있다. 처리 단계(108)는 하나 이상의 증착 사이클 후에 수행될 수 있고/있거나, 처리 단계(108)는 하나 이상의 증착 사이클 동안 수행될 수 있다(즉, 증착 및 처리가 동시에 발생할 수 있음). 특정 구현예에서, 처리(108)는, 수소 함유 가스, 질소 함유 가스, 및/또는 불활성 가스 중 적어도 하나로부터 생성된 플라즈마와 기판(그 위에 붕소 질화물 막을 갖음)을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있는, 플라즈마 처리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 처리(108)는, 붕소 질화물 막을 치밀화하는 단계(예를 들어, 수소, 또는 아르곤계 플라즈마를 이용), 붕소 질화물 막을 환원시키는 단계(예, 수소 또는 히드라진계 플라즈마를 이용), 붕소 질화물 막을 질화시키는 단계(예, 질소계 플라즈마, 예컨대 분자 질소, 또는 암모니아를 이용), 또는 붕소 질화물 막의 불순물 농도를 감소시키는 단계(예를 들어, 불활성 가스 기반 플라즈마, 예컨대 아르곤을 이용) 중 적어도 하나에 의해 증착된 붕소 질화물의 품질을 향상시키기 위한 플라즈마 처리를 포함할 수 있다. 처리 단계(108)는 선택적일 수 있다.
도 2는 본 개시의 추가적인 예시에 따른 소자(200)의 구조체/일부를 나타낸다. 소자 또는 구조체(200)는 기판(202) 및 기판(202) 위에 형성된 붕소 질화물의 층(또는 붕소 질화물 층)(204)을 포함한다.
기판(202)은 본원에 설명된 임의의 기판 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 붕소 질화물 층(204)은 본원에 설명된 방법에 따라 형성될 수 있다. 층(204)이 주기적 증착 공정을 사용하여 형성되는 경우에, 붕소, 질소 및/또는 붕소 질화물 층(204) 내의 다른 성분(예, 탄소, 수소 등)의 농도는, 붕소 질화물 층(204)의 바닥에서 붕소 질화물 층(204)의 상단까지, 예를 들어 하나 이상의 증착 사이클 동안에 붕소 전구체 및/또는 반응물(들)의 양 및/또는 펄스의 각각의 시간 또는 횟수를 제어하는 것에 따라 달라질 수 있다. 일부 경우에, 붕소 질화물 층(204)은 화학량론적 조성물을 가질 수 있다. 붕소 질화물 층(204)의 다양한 특성은, 층 또는 증착 사이클에서 붕소, 질소 및/또는 다른 화합물의 양을 변경함으로써, 변경될 수 있다.
일부 구현예에서, 본원에 개시된 방법에 따라 증착된 붕소 질화물은 종래의 공정으로 증착된 유사한 붕소 질화물 막에 비해 우수한 에칭 저항성을 가질 수 있다. 예를 들어, 희석 불산(1:100)에서의 열 실리콘 산화물의 습식 에칭율(WERR)에 대한 본 개시의 방법으로 증착된 붕소 질화물 막의 습식 에칭율의 비는, 1.0 미만, 또는 0.5 미만, 또는 0.4 미만, 또는 0.2 미만, 또는 0.1 미만, 또는 약 0.1 내지 약 1.0일 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 본원에 개시된 방법에 따라 증착된 붕소 질화물은 희석된 플루오르화수소산(1:100)에서 1.5 나노미터/분 미만, 또는 1.0 나노미터/분 미만, 또는 심지어 0.8 나노미터/분 미만의 (실온에서) 습식 식각을 가질 수 있다.
본 개시의 일부 구현예에서, 붕소 질화물은 본질적으로 붕소 및 질소로 구성된다. 일부 구현예에서, 붕소 질화물 막은 탄소 도핑된 붕소 질화물을 포함할 수 있다.
일부 경우에, 붕소 질화물 층(204)은 비정질이다. 일부 경우에, 붕소 질화물 층(204)은 다결정질이 아니다.
붕소 질화물 층(204)의 유전 상수는 2.6 미만, 2 미만 또는 1.8 미만일 수 있다. 유전체 상수는 1 초과 또는 1.5 초과 또는 1.7 초과일 수 있다.
도 4는, 부분 제조된 DRAM 소자 구조체(400)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 예시적인 DRAM 소자 구조체(400)를 형성하기 위한 예시적인 공정은 Roh 등에 발행된 미국 특허 제7,910,452호에 설명되어 있고, 본원에 참조로서 포함된다. 도 4를 참조하면, 절연 층(406)은 반도체 몸체(402) 위에 형성될 수 있다. 스토리지 노드 컨택 홀이 절연 층(406)에 형성될 수 있고 스토리지 노드 컨택 플러그(408)가 스토리지 노드 컨택 홀에 형성될 수 있다. 절연 층(406)은 도핑되지 않은 실리케이트 유리(USG)를 포함할 수 있다. 패터닝된 에칭 정지 층(410)이 절연 층(406) 위에 형성될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 패터닝된 에칭 정지 층(410)은 본 개시의 구현예에 따라 증착된 붕소 질화물 막을 포함할 수 있다. 또한, 저장 노드를 형성하기 위한 전도 층은, 예를 들어 금속 질화물과 같은 전극(404)을 포함할 수 있다.
본원에 설명된 바와 같이 또는 본원에 설명된 바와 같이 형성된 바와 같이 붕소 질화물은 백-엔드-오브-라인(BEOL) 공정에서 사용될 수 있다. 비제한적인 구현 예시로서, 본 개시의 구현예에 따라 증착된 붕소 질화물 막은 도 5에 나타낸 바와 같이, BEOL 금속화 응용 분야의 장벽 층으로서 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 도 5는, 기판(502)을 포함해서 부분적으로 제조된 반도체 소자 구조체(500)를 나타내고 있고, 이는 부분적으로 제조되고/제조되거나 제조된 반도체 소자 구조체, 예컨대 트랜지스터 및 메모리 요소(미도시)를 포함할 수 있다. 부분적으로 제조된 반도체 소자 구조체(500)는 기판(502) 위에 형성된 유전체 재료(504)를 포함할 수 있고, 이 유전체 재료는 낮은 유전 상수 재료, 즉 저 유전율 유전체, 예컨대 실리콘 함유 유전체 또는 금속 산화물 유전체를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 유전체 재료(504)는 본 개시의 구현예에 따라 증착된 붕소 질화물 막을 포함할 수 있다.
트렌치가 유전체 재료(504)에 형성될 수 있고, 금속 배선 재료(508)가 주변의 유전체 재료(504) 내로 확산하는 것을 방지하거나 실질적으로 방지하는 장벽 재료(506)가 트렌치의 표면 상에 배치될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 장벽 재료(506)는 본원에 설명된 증착 공정에 의해 증착된 붕소 질화물을 포함할 수 있다.
부분적으로 제조된 반도체 구조체(500)는, 또한 기판(502) 내/상에 배치된 복수의 소자 구조체를 전기적으로 상호 연결하기 위한 금속 배선 재료(508)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 금속 배선 재료(508)는 구리 또는 코발트를 포함할 수 있다. 또한, 캡핑 층(510)은 금속 배선(508)의 상부 표면 위에 배치될 수 있다.
그러므로, 도 5를 참조하면, 반도체 소자 구조체(500)는 금속 배선 재료(508)의 상부 표면 위에 바로 배치된 캡핑 층(510)을 또한 포함할 수 있다. 캡핑 층(510)은 금속 배선 재료(508)의 산화를 방지하기 위해, 그리고 중요하게는 금속 배선 재료(508)가 후속 제조 공정, 즉 멀티-레벨 배선 구조를 위한 후속 공정에서 부분적으로 제조된 반도체 구조체(500) 위에 형성된 추가적인 유전체 재료 내로 확산되는 것을 방지하기 위해, 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 금속 배선 재료(508), 장벽 재료(506), 및 캡핑층(510)은 다 함께 기판(502) 내/상에 배치된 복수의 반도체 소자를 전기적으로 연결하기 위한 전극을 형성할 수 있다. 일부 구현예에서, 캡핑 층(510)은 본 개시의 구현예에 따라 증착된 붕소 질화물 막을 포함할 수 있다.
도 3은, 본 개시의 예시적인 추가 구현예에 따른 시스템(300)을 나타낸다. 시스템(300)은, 본원에 설명된 바와 같은 방법을 수행하고/수행하거나 본원에 설명된 바와 같은 구조체 또는 소자를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
나타낸 예시에서, 시스템(300)은 하나 이상의 반응 챔버(314), 제1 밸브(303)를 통해 반응 챔버(314)와 유체 연통하는 붕소 전구체 공급원(302), 제2 밸브(305)를 통해 반응 챔버(314)와 유체 연통하는 질소 공급원(304), 제3 밸브(307)를 통해 반응 챔버(314)와 유체 연통하는 제3 가스 공급원(예, 캐리어 및/또는 퍼지 가스 공급원)(306), 배기원(316), 및 제어기(318)를 포함한다. 시스템(300)은, 하나 이상의 공급원(302-306)으로부터의 가스를 여기시키기 위해 원격식 플라즈마 공급원(320)을 선택적으로 포함할 수 있다.
반응 챔버(314)는 임의의 적합한 반응 챔버, 예컨대 ALD 또는 CVD 반응 챔버를 포함할 수 있다. 반응 챔버(314)는, 기판을 유지하기 위해, 샤워헤드와 같은 가스 분배 시스템(322)과 서셉터(324)를 포함할 수 있다. 가스 분배 시스템(322)과 서셉터(324)는 반응 챔버(314) 내에 직접식 플라즈마를 형성하는 데 사용될 수 있다.
붕소 전구체 공급원(302)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 붕소 전구체를 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어(예를 들어, 불활성) 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 질소 공급원(304)은, 용기 및 본원에 설명된 바와 같은 하나 이상의 전구체(예, 질소 전구체)를 단독으로 또는 하나 이상의 캐리어 가스와 혼합하여 포함할 수 있다. 제3 가스 공급원(306)은 본원에 설명된 바와 같이 하나 이상의 불활성 및/또는 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 세 개의 가스 공급원(302-306)으로 나타냈지만, 시스템(300)은 적절한 임의 개수의 가스 공급원을 포함할 수 있다. 가스 공급원(302-306)은 라인(308-312)을 통해 반응 챔버(314)에 결합될 수 있으며, 이들 각각은 흐름 제어기, 밸브, 히터 등을 포함할 수 있다.
배기원(316)은 하나 이상의 진공 펌프를 포함할 수 있다.
제어기(318)는 밸브, 매니폴드, 히터, 펌프 및 시스템(300)에 포함된 다른 구성 요소를 선택적으로 작동시키기 위한 전자 회로 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이러한 회로 및 구성 요소는, 전구체, 반응물, 퍼지 가스를 각각의 공급원(302-306)으로부터 도입하기 위해 작동할 수 있다. 제어기(318)는 가스 펄스 순서의 시점, 기판 및/또는 반응 챔버의 온도, 반응 챔버의 압력, 및 시스템(300)의 적절한 작동을 제공하는데 다양한 기타 작동을 제어할 수 있다. 제어기(318)는, 반응 챔버(314) 내로 그리고 반응 챔버로부터의 전구체, 반응물 및 퍼지 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 전기식 혹은 공압식으로 제어하는 제어 소프트웨어를 포함할 수 있다. 제어기(318)는, 소프트웨어 또는 하드웨어 구성 요소, 예를 들어 특정 작업을 수행하는 FPGA 또는 ASIC과 같은 모듈을 포함할 수 있다. 모듈은 제어 시스템의 어드레스 가능한 저장 매체에 탑재되도록 구성되고, 하나 이상의 공정을 실행하도록 유리하게 구성될 수 있다. 예시로서, 제어기(318)는 제1 밸브(303)와 제2 밸브(305)에 작동 가능하게 연결될 수 있고 다음 단계를 제어하기 위해 구성되고 프로그래밍될 수 있다: 요오드 및 브롬 중 하나 이상을 포함한 붕소 전구체를 반응 챔버 내에 공급하는 단계, 및 치환된 히드라진 화합물을 포함한 질소 전구체를 반응 챔버에 공급함으로써 기판 상에 붕소 질화물을 증착하는 단계.
상이한 수 및 종류의 전구체 및 반응물 공급원 및 퍼지 가스 공급원을 포함하는 시스템(300)의 다른 구성이 가능하다. 또한, 가스를 반응 챔버(314) 내로 선택적으로 공급하는 목적을 달성하는데 사용될 수 있는 밸브, 도관, 전구체 공급원, 퍼지 가스 공급원의 다수의 배열이 존재함을 이해할 것이다. 또한, 장치를 개략적으로 표현하면서, 많은 구성 요소가 예시의 단순화를 위해 생략되었는데, 이러한 구성 요소는, 예를 들어 다양한 밸브, 매니폴드, 정화기, 히터, 용기, 벤트, 및/또는 바이패스를 포함할 수 있다.
증착 시스템(300)의 작동 중에, 반도체 웨이퍼(미도시)와 같은 기판은, 예를 들어 기판 취급 시스템에서 반응 챔버(314)로 이송된다. 일단 기판(들)이 반응 챔버(314)로 이송되면, 전구체, 반응물, 캐리어 가스, 및/또는 퍼지 가스와 같이, 가스 공급원(302-306)으로부터 하나 이상의 가스가 반응 챔버(314) 내로 유입되어 붕소 질화물을 증착한다.
전술한 본 개시의 예시적 구현예는 본 발명의 범주를 제한하지 않는데, 그 이유는 이들 구현예는 본 발명의 구현예의 예시일 뿐이기 때문이며, 이는 첨부된 청구범위 및 그의 법적 균등물에 의해 정의된다. 임의의 균등한 구현예는 본 발명의 범주 내에 있도록 의도된다. 확실하게, 본원에 나타내고 설명된 것 외에도, 설명된 요소의 대안적인 유용한 조합과 같은 본 발명의 다양한 변경은 설명으로부터 당업자에게 분명할 수 있다. 이러한 변경예 및 구현예도 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 기판 표면 상에 붕소 질화물을 형성하는 방법으로서, 상기 방법은,
    기판을 반응 챔버 내에 제공하는 단계;
    요오드 및 브롬 중 하나 이상을 포함하는 붕소-할로겐 화합물을 포함한 붕소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계; 및
    치환된 히드라진 화합물을 포함한 질소 전구체를 상기 반응 챔버에 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은 열 증착 공정인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방법은 플라즈마 보조 공정을 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 화학 기상 증착(CVD)을 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 주기적 증착 공정을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 붕소 질화물은 비정질인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 붕소 전구체는 붕소 트리요오드 및 붕소 트리브로마이드 중 하나 이상으로부터 선택되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 붕소 전구체는 불소 또는 염소를 포함하지 않는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치환된 히드라진 화합물은 질소 원자에 결합된 적어도 하나의 수소 원자를 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치환된 히드라진 화합물은 질소 원자에 결합된 적어도 두 개의 수소 원자를 포함하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치환된 히드라진 화합물은 질소 원자에 결합된 적어도 하나의 알킬기를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 알킬기는 1 내지 10개의 탄소 원자를 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치환된 히드라진 화합물은 터트부틸히드라진(C4H9N2H3), 메틸히드라진(CH3NHNH2), 디메틸히드라진(C2H8N2), 및 디에틸히드라진(C4H12N2)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버 내 온도는 300℃ 내지 약 600℃, 약 350℃ 내지 약 550℃, 또는 약 200℃ 내지 약 400℃인, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반응 챔버 내 압력은 약 0.5 토르 내지 약 50 토르, 또는 약 1 토르 내지 약 10 토르인, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법에 따라 형성된 붕소 질화물 층을 포함하는 소자 구조체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 붕소 질화물 층의 유전 상수는 2.6 미만, 2 미만, 또는 1.8 미만인, 소자 구조체.
  19. 기판의 표면 상에 붕소 질화물을 형성하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
    기판을 수용하기 위한 반응 챔버;
    제1 밸브를 통해 상기 반응 챔버와 유체 연통하는 붕소 전구체;
    제2 밸브를 통해 상기 반응 챔버와 유체 연통하는 질소 공급원;
    상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브에 작동 가능하게 연결되고 다음 단계를 제어하도록 구성되고 프로그래밍된 제어기를 포함하며, 상기 다음 단계는,
    요오드 및 브롬 중 하나 이상을 포함한 붕소 전구체를 상기 반응 챔버에 공급하는 단계;
    치환된 히드라진 화합물을 포함한 질소 전구체를 상기 반응 챔버에 공급하는 단계; 및
    상기 기판 상에 상기 붕소 질화물을 증착하는 단계인, 시스템.
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