(57)【要約】【課題】  様々な電子デバイス内のコンポーネントとして使用できる、低い誘電率を有する、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を提供する。【解決手段】  誘電率が３．６に等しいかまたはそれ未満である、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜（１４）が提供され、これは様々な電子デバイス内のコンポーネントとして使用される。この炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜は、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有し、ここでｘは３５原子百分率またはそれを超え、ｙは６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚは８原子百分率から３３原子百分率までである。【選択図】  図３
2014532297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣｘＢｙＮｚという化学式を有し、ここでｘが３５原子百分率またはそれより大きく、ｙが６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚが８原子百分率から３３原子百分率までである、誘電体膜。
【請求項２】
３．６に等しいかまたはそれ未満の誘電率をさらに備える、請求項１記載の誘電体膜。
【請求項３】
前記誘電率が２．５から３．２までの範囲である、請求項２記載の誘電体膜。
【請求項４】
ｘが３５原子百分率から７０原子百分率までであり、ｙが１５原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚが１５原子百分率から３３原子百分率までである、請求項１記載の誘電体膜。
【請求項５】
前記窒素が前記誘電体膜の全体にわたって均一に分散される、請求項１記載の誘電体膜。
【請求項６】
前記窒素が前記誘電体膜の所定の深さの範囲内の選択された領域内に提供され、濃度勾配付けされた膜を提供する、請求項１記載の誘電体膜。
【請求項７】
基板と、
前記基板の表面上に位置する誘電体膜であって、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有し、ここでｘが３５原子百分率またはそれより大きく、ｙが６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚが８原子百分率から３３原子百分率までである、誘電体膜と
を含む、電子デバイス（６０）。
【請求項８】
前記基板が、そこに位置する少なくとも１つの導電材料を有する相互接続誘電体材料であり、前記誘電体膜が前記少なくとも１つの導電材料の少なくとも１つの露出表面上に位置する、請求項７記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記基板がパターン形成されたゲート・スタックであり、前記誘電体膜が前記パターン形成されたゲート・スタックの側壁上に位置する、請求項７記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記基板が炭素ベースの材料である、請求項７記載の電子デバイス。
【請求項１１】
前記炭素ベースの材料が、グラフェン、グラファイト、およびカーボンナノチューブからなるグループから選択される、請求項１０記載の電子デバイス。
【請求項１２】
少なくとも１つの誘電体材料層と、前記誘電体膜の上に位置する少なくとも１つの導電材料層とをさらに含む、請求項１０記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記誘電体膜が３．６に等しいかまたはそれ未満の誘電率を有する、請求項７記載の電子デバイス。
【請求項１４】
ｘが３５原子百分率から７０原子百分率までであり、ｙが１５原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚが１５原子百分率から３３原子百分率までである、請求項７記載の電子デバイス。
【請求項１５】
前記窒素が前記誘電体膜の前記深さの範囲内の選択された領域内に提供され、濃度勾配された膜を提供する、請求項７記載の電子デバイス。
【請求項１６】
誘電体膜を形成する方法であって、
リアクタ・チャンバ内に基板を提供することと、
少なくともＣ、Ｂ、およびＮの原子を含有する少なくとも１つの前駆物質を前記リアクタ・チャンバに提供することと、
前記基板の表面上に誘電体膜を付着させることであって、前記誘電体膜が、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有し、ここでｘが３５原子百分率またはそれより大きく、ｙが６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚが８原子百分率から３３原子百分率までであること
を含む、方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの前駆物質が、少なくともホウ素含有気体前駆物質、窒素含有気体前駆物質、および炭化水素含有気体前駆物質を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの前駆物質が、結合ホウ素窒素含有液体前駆物質および炭化水素含有気体前駆物質を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記付着が、プラズマ・エンハンス化学気相付着、化学的気相堆積、原子層付着、またはスピン・オン・プロセスを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を処理することをさらに含み、前記処理が、熱処理、化学処理、ＵＶ処理、Ｅビーム処理、マイクロ波処理、プラズマ処理、およびそれらの任意の組み合わせからなるグループから選択される、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な電子デバイスで使用するための誘電体膜に関し、詳細には、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜（carbon-richcarbon boron nitride dielectric film）に関する。また、本発明は、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む電子デバイスならびに炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を形成する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスを継続的にスケーリングするには、デバイス回路内のクロッキング速度を上げるためにＲＣ（抵抗／キャパシタンス）遅延の低減が求められる。フロントエンドオブライン（ＦＥＯＬ）集積化あるいはバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）集積化またはその両方で使用するために新しい材料を採用することにより、寄生キャパシタンスの低減を達成することができる。たとえば、標準的なＢＥＯＬ信頼性要件を満たすために、４．０未満の低い誘電率（ｋ）を有する新しい誘電体膜が必要である。また、ＦＥＯＬ適用例についても４．０未満の誘電率を有する新しい誘電体膜が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、様々な電子デバイス内のコンポーネントとして使用できる、低い誘電率ｋを有する誘電体膜が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、低い誘電率ｋを有する、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を提供する。「低い誘電率」または「低ｋ」とは、本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜が３．６に等しいかまたはそれ未満の誘電率を有することを意味する。「炭素を多量に含む」とは、本発明の窒化炭素ホウ素誘電体膜が３５原子百分率またはそれを超える炭素含有量を有することを意味する。本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜は、たとえば、相互接続構造物用の誘電体キャップ、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）用のスペーサ、またはグラフェン含有デバイスで使用すべき誘電体材料を含む、様々な電子デバイス内の絶縁体として使用することができる。
【０００５】
本発明の一実施形態では、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有する誘電体膜が提供され、ここでｘは３５原子百分率またはそれを超え、ｙは６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚは８原子百分率から３３原子百分率までである。
【０００６】
他の実施形態では、基板と基板の表面上に位置する誘電体膜とを含む電子デバイスが提供される。基板の表面上に位置する誘電体膜は、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有し、ここでｘは３５原子百分率またはそれを超え、ｙは６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚは８原子百分率から３３原子百分率までである。
【０００７】
さらに他の実施形態では、誘電体膜を形成する方法が提供される。具体的には、本発明の方法は、リアクタ・チャンバ内に基板を提供することと、少なくともＣ、Ｂ、およびＮの原子を含有する少なくとも１つの前駆物質をリアクタ・チャンバに提供することと、基板の表面上に誘電体膜を付着させることを含む。付着させる誘電体膜は、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有し、ここでｘは３５原子百分率またはそれを超え、ｙは６原子百分率から３２原子百分率までであり、ｚは８原子百分率から３３原子百分率までである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態で使用できる初期構造物を示す断面図である。
【図２】その上に炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を形成した後の図１の初期構造物を示す断面図である。
【図３】その上に炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜が形成された、本発明で使用できる他の初期構造物を示す断面図である。
【図４】炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含むいくつかの模範的な電子デバイスの１つを描写する断面図である。
【図５】炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含むいくつかの模範的な電子デバイスの１つを描写する断面図である。
【図６】炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含むいくつかの模範的な電子デバイスの１つを描写する断面図である。
【図７】ゲート・スペーサとして、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む電子デバイスを描写する断面図である。
【図８】炭素ベースの基板の層の上に位置する炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む電子デバイスを描写する断面図である。
【図９】炭素ベースの基板の層の上に位置する炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む電子デバイスを描写する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、以下の考察ならびに本出願に付随する図面を参照することにより、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む電子デバイス、ならびに炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を形成する方法に関する本発明について、より詳細に説明する。本出願の図面は例示目的で提供されており、このため、一定の縮尺で描かれているわけではないことに注意されたい。
【００１０】
以下の説明では、本発明を完全に理解するために、特定の構造物、コンポーネント、材料、寸法、処理ステップ、および技法など、多数の具体的な詳細が明記されている。しかし、当業者であれば、本発明は、このような具体的な詳細なしで、実行可能な代替プロセス・オプションによって実践できることが認識されるであろう。その他の事例では、本発明の様々な実施形態を曖昧するのを回避するために、周知の構造物または処理ステップについては詳細に記載されていない。
【００１１】
層、領域、または基板としてのある要素が他の要素の「上（on）」または「上方（over）」にあるものとして言及されている場合、その要素が他の要素のすぐ上にある場合もあれば、介在する要素も存在する場合もあることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が他の要素の「すぐ上（directlyon）」または「真上（directly over）」にあるものとして言及されている場合、介在する要素はまったく存在しない。また、ある要素が他の要素の「下方（beneath）」または「下（under）」にあるものとして言及されている場合、その要素が他の要素の「真下（directlybeneath）」または「すぐ下（directly under）」にある場合もあれば、介在する要素が存在する場合もあることが理解されるであろう。対照的に、ある要素が他の要素の「真下」または「すぐ下」にあるものとして言及されている場合、介在する要素はまったく存在しない。
【００１２】
上記のように、本発明の一実施形態は、３５原子百分率またはそれを超える炭素含有量を有する炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を提供する。特に、３５原子百分率またはそれを超える量の炭素原子、６原子百分率から３２原子百分率までの量のホウ素原子、ならびに８原子百分率から３３原子百分率までの量の窒素原子を含有する、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜が提供される。また、本発明の炭素を多量に含む誘電体膜は、任意選択の元素として、酸素および水素のうちの少なくとも１つも含むことができる。本発明の一実施形態の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜は３．６に等しいかまたはそれ未満の誘電率を有する。
【００１３】
一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜は、たとえば、相互接続構造物用の誘電体キャップ、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）用のスペーサ、またはグラフェン含有デバイスで使用すべき誘電体材料を含む、様々な電子デバイス内の絶縁体コンポーネントとして使用することができる。炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を誘電体キャップとして使用できると、炭素を多量に含む誘電体膜は、相互接続構造物の全体的な実効キャパシタンスを低減し、その結果としてデバイス性能を高めることになる。
【００１４】
次に図１を参照すると、同図は、本発明の一実施形態で使用できる初期構造物１０を示している。図１に描写されている初期構造物１０は基板１２を含む。好ましいことに使用できる基板１２は、半導体材料、絶縁材料、導電材料、または多層構造物を含む任意のそれらの組み合わせを含む。
【００１５】
一実施形態では、基板１２が半導体材料であるかまたは半導体材料を含む場合、その半導体材料は、たとえば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、およびその他のＩＩＩ／ＶまたはＩＩ／ＶＩ化合物半導体を含む、半導体特性を有する任意の材料にすることができる。たとえば、Ｓｉ／ＳｉＧｅ、Ｓｉ／Ｇｅ、Ｓｉ／ＳｉＣ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、またはシリコン・ゲルマニウム・オン・インシュレータ（ＳＧＯＩ）などの積層半導体材料も基板１２として使用することができる。
【００１６】
基板１２が絶縁材料であるかまたは絶縁材料を含む場合、その絶縁材料は、有機絶縁体、無機絶縁体、または多層を含むそれらの組み合わせにすることができる。基板１２が導電材料であるかまたは導電材料を含む場合、その導電材料は、たとえば、Ｂ、Ｐ、またはＡｓ添加ポリシリコン、元素金属、複数元素金属の合金、金属シリサイド、金属窒化物、および多層を含むそれらの組み合わせを含むことができる。
【００１７】
他の実施形態では、基板１２は、半導体材料と絶縁材料の組み合わせ、半導体材料と導電材料の組み合わせ、または半導体材料と絶縁材料と導電材料の組み合わせを含む。
【００１８】
他の実施形態では、基板１２は、たとえば、グラフェン、グラファイト、およびカーボンナノチューブを含む、炭素ベースの材料である。その他の諸実施形態では、炭素ベースの材料は、半導体材料、誘電体材料、導電材料、または多層スタックを含む任意のそれらの組み合わせにすることができるベース基板の上に位置することができる。
【００１９】
「グラフェン」という用語は、蜂の巣状の結晶格子になるように高密度にパックされた１原子の厚さのｓｐ２結合炭素原子の平面シートを示すために本明細書で使用されている。基板１２として使用できるグラフェンは六角形の結晶結合構造を有する。グラフェンは、単層グラフェン（公称で０．３４ｎｍの厚さ）、複層グラフェン（２〜１０層のグラフェン）、多層グラフェン（１０層を超えるグラフェン）、単層、複層、および多層グラフェンの混合物、もしくは無定形あるいは無秩序またはその両方の炭素相と混合したグラフェン層の任意の組み合わせを含むことができる。また、グラフェンは、要望があれば、置換型ならびに侵入型あるいは介在型またはその両方のドーパント種も含むことができる。グラフェンが基板１２として使用される場合、グラフェンは、当技術分野で周知の技法を使用して形成することができる。たとえば、グラファイトの機械的剥離、炭化シリコン上のエピタキシャル成長、金属基板上のエピタキシャル成長、グラフェン酸化物ペーパを単層グラフェンに還元する純粋ヒドラジンの溶液中にグラフェン酸化物ペーパを入れるヒドラジン還元、およびエタノールのナトリウム還元、すなわち、ナトリウム金属によるエタノールの還元に続いてエトキシド生成物の熱分解およびナトリウム塩除去のための洗浄を行うことにより、グラフェンを形成することができる。グラフェンを形成するもう１つの方法は、カーボンナノチューブによるものにすることができる。
【００２０】
カーボンナノチューブが基板１２として使用される場合、カーボンナノチューブは単層または多層のものにすることができる。カーボンナノチューブは典型的に、折り重ねられた六角形の結晶結合構造を有する。単一カーボンナノチューブを使用することができるが、典型的に複数カーボンナノチューブのアレイが使用される。カーボンナノチューブが基板１２として使用される場合、カーボンナノチューブは当業者にとって周知の技法を使用して形成することができる。カーボンナノチューブを形成する際に使用できる適切な技法の例としては、アーク放電、レーザアブレーション、化学的気相堆積、ならびにプラズマ・エンハンス化学気相付着を含むが、これらに限定されない。
【００２１】
基板１２として使用できるその他の可能な炭素ベースの材料としては、短距離の六角形(short-rangehexagonal)および無定形結晶結合構造を有するグラファイト、ならびに、たとえば、ロンスダレイトまたは高密度にパックされた六角結合相フラーレンなどのわずかにゆがんだ六角形の結晶結合構造を有する様々な形の炭素材料を含む。
【００２２】
図２を参照すると、基板１２の表面上に炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を形成した後の図１の初期構造物１０が示されている。上記のように、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、および窒素（Ｎ）の原子を含有する。また、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、そこに存在することができる任意選択の元素として、酸素および水素のうちの１つも含むことができる。また、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、ＣｘＢｙＮｚという化学式を有する炭素を多量に含む誘電体膜と呼ぶこともでき、ここでｘは膜内に存在する炭素の原子百分率であり、ｙは膜内に存在するホウ素の原子百分率であり、ｚは膜内に存在する窒素の原子百分率である。ｘ、ｙ、およびｚの値については以下の本明細書においてより詳細に述べる。
【００２３】
本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は３．６に等しいかまたはそれ未満の誘電率を有する。一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は２．５から３．２までの誘電率を有する。すべての誘電率は、他に明記されていない限り、真空に対して相対的なものである。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は２．５未満の誘電率を有する。一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は非多孔質である。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は多孔質である。「多孔質」とは、その膜がそこに存在する空隙を有することを意味する。
【００２４】
上記のように、本発明の炭素を多量に含む誘電体膜１４は炭素を多量に含むものである。「炭素を多量に含む」とは、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４が３５原子百分率に等しいかまたはそれを超える炭素含有量、すなわち、ｘを有することを意味する。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内の炭素含有量、すなわち、ｘは３５原子百分率から約７０原子百分率までである。
【００２５】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４はホウ素も含む。炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内のホウ素含有量、すなわち、ｙは６原子百分率から３２原子百分率までである。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内のホウ素含有量、すなわち、ｙは１５原子百分率から約３２原子百分率までである。
【００２６】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は窒素も含む。炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内の窒素含有量、すなわち、ｚは８原子百分率から３３原子百分率までである。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内の窒素含有量、すなわち、ｚは１５原子百分率から３３原子百分率までである。いくつかの実施形態では、窒素は炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の全体にわたって均一に分散される。本発明のさらに他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の選択された領域内に窒素が提供され、窒素含有量が濃度勾配された（graded）誘電体膜を提供する。
【００２７】
いくつかの実施形態では、ｘ（炭素含有量）とｙ（ホウ素含有量）とｚ（窒素含有量）の合計が１００原子百分率になる。このような一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に、炭素、ホウ素、および窒素以外のその他の元素はまったく存在しない。その他のいくつかの実施形態では、ｘ（炭素含有量）とｙ（ホウ素含有量）とｚ（窒素含有量）の合計が１００原子百分率にならない。このような実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に、たとえば、酸素あるいは水素またはその両方などの元素が存在する可能性がある。
【００２８】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に酸素が存在する場合、酸素の含有量は１原子百分率から１０原子百分率の範囲にすることができる。他の実施形態において炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に酸素が存在する場合、酸素含有量は１原子百分率から４原子百分率までにすることができる。
【００２９】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に水素が存在する場合、水素の含有量は１０原子百分率から４０原子百分率まで変化する可能性がある。他の実施形態において炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に水素が存在する場合、水素含有量は１０原子百分率から２５原子百分率までにすることができる。
【００３０】
一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は４０ＧＰａから９０ＧＰａまでの範囲の係数を有する。他の実施形態において付着させた炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜の場合、この炭素を多量に含む誘電体膜は２００ＭＰａから８００ＭＰａまでの範囲の圧縮応力を有する。さらに他の実施形態においてＵＶ硬化（４５０秒から１４５０秒）の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜の場合、この炭素を多量に含む誘電体膜は１５０ＭＰａから５０ＭＰａまでの圧縮応力を有する。
【００３１】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、まず基板１０をリアクタ・チャンバ内に入れ、少なくともＣ、Ｂ、およびＮの原子を含有する少なくとも１つの前駆物質をリアクタ・チャンバに提供し、基板１２の表面上に炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を付着させることにより、形成することができる。一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の付着は、プラズマ・エンハンス化学気相付着（ＰＥＣＶＤ）プロセスによって実行することができる。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の付着は、化学的気相堆積（ＣＶＤ）、原子層付着（ＡＬＤ）、またはスピン・オン・プロセスによって実行することができる。上記の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を形成できるものである限り、その他の付着プロセスも可能である。
【００３２】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の厚さは様々になる可能性があり、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の典型的な範囲は１ｎｍから５００ｎｍまでであり、厚さは典型的に５ｎｍから２００ｎｍまでの範囲になる。
【００３３】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、液体、気体、または蒸気状態になり得る様々な前駆物質を使用して付着させることができる。一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、すべて気体の前駆物質を使用して形成することができる。この実施形態では、ホウ素含有前駆物質、窒素含有前駆物質、および炭化水素含有前駆物質を使用することができる。いくつかの実施形態では、ホウ素含有前駆物質および窒素含有前駆物質を単一前駆物質に結合することができる。さらに他の諸実施形態では、ホウ素含有前駆物質、窒素含有前駆物質、および炭化水素含有前駆物質をすべて単一前駆物質に結合することができる。
【００３４】
他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、少なくとも１つの気体前駆物質と少なくとも１つの液体前駆物質とを使用して形成することができる。たとえば、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、ホウ素および窒素含有液体前駆物質と炭化水素含有気体前駆物質とを使用して形成することができる。
【００３５】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を形成する際にホウ素含有前駆物質（液体、蒸気、または気体）を使用する場合、ホウ素含有前駆物質はホウ素を含む任意の材料を含む。本発明で使用できるホウ素含有前駆物質の例としては、ジボラン、トリエチルボラン、三塩化ホウ素、および三フッ化ホウ素を含むが、これらに限定されない。
【００３６】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を形成する際に窒素含有前駆物質（液体、蒸気、または気体）を使用する場合、窒素含有前駆物質は窒素を含む任意の材料を含む。本発明で使用できる窒素含有前駆物質の例としては、Ｎ２およびＮＨ３を含むが、これらに限定されない。窒素含有量の点で格付けされていない炭素を多量に含む誘電体膜と格付けされた炭素を多量に含む誘電体膜が企図されている。格付けは、リアクタ内に導入された窒素含有前駆物質の量を変化させることによって達成される。
【００３７】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を形成する際に使用できる炭化水素含有前駆物質（液体、蒸気、または気体）は、炭素原子間に１つまたは複数の二重結合または三重結合を有する不飽和炭化水素である。二重結合を有する不飽和炭化水素含有前駆物質は、本明細書ではアルケンと呼ぶことができ、ＣｎＨ２ｎという化学式を有するものとして特徴付けられ、ここでｎは２またはそれを超える整数であり、典型的に使用されるｎの値は２から１６までである。炭化水素含有前駆物質として使用できるアルケンの例としては、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ６、およびＣ４Ｈ８を含むが、これらに限定されない。
【００３８】
三重結合を含有する不飽和炭化水素は、本明細書ではアルキンと呼ぶことができ、ＣｍＨ２ｍ−２という一般式を有するものとして特徴付けられ、ここでｍは２またはそれを超える整数であり、典型的に使用されるｍの値は２から１６までである。炭化水素含有前駆物質として使用できるアルキンの例としては、Ｃ２Ｈ２を含むが、これに限定されない。
【００３９】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を形成する際に結合窒素ホウ素含有前駆物質を使用する場合、この結合窒素ホウ素含有前駆物質は単一化合物内に窒素とホウ素の両方を含む。本発明で使用できる結合窒素ホウ素含有前駆物質の例としては、ボラジン、アルキルボラジン、ビニルボラジン、およびビニルアルキルボラジンを含むが、これらに限定されない。
【００４０】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を形成する際に結合窒素ホウ素炭化水素含有前駆物質を使用する場合、この結合窒素ホウ素炭化水素含有前駆物質は単一化合物内に窒素とホウ素と炭化水素を含む。使用できる結合窒素ホウ素炭化水素含有前駆物質の例としては、ジボランとＮＨ３とアルケンの組み合わせを含むが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、ジボランとＮＨ３と、モノアルキルジボラン、ジアルキルジボラン、トリアルキルジボラン、およびテトラアルキルジボランとの組み合わせを使用することができる。その他の諸実施形態では、アンモニアおよびトリメチルアミンアルキルボランを有する前駆物質を使用することができる。
【００４１】
一実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、８５ｃｍ２から１６００ｃｍ２の間の基板チャックの導電エリアと、１ｃｍから１２ｃｍの間の基板と上部電極との間のギャップとを有する平行板リアクタを設けるステップを含む方法を使用して付着させることができる。０．４５ＭＨｚから２００ＭＨｚまでの周波数の高周波ＲＦ電力を電極の１つに加えることができる。任意選択で、追加の低周波電力を電極の１つに加えることもできる。この特定の実施形態において付着ステップに使用される条件は、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の所望の最終誘電率次第で様々になる可能性がある。概して、３．６に等しいかまたはそれ未満の誘電率を有する炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を提供するために使用される条件としては、基板温度を２００℃から４２５℃までの温度に設定することと、高周波ＲＦ電力密度を０．１Ｗ／ｃｍ２から１．５Ｗ／ｃｍ２までの範囲内に設定することと、ホウ素含有前駆物質の流量を液体前駆物質として１００ｍｇ／分から３０００ｍｇ／分まで（または気体前駆物質として５０ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍまで）の範囲内に設定し、窒素含有前駆物質の流量を２０ｓｃｃｍから１０００ｓｃｃｍまでの範囲内に設定し、炭化水素含有前駆物質の流量を５０ｓｃｃｍから２０００ｓｃｃｍまでの範囲内に設定することと、任意選択で、ヘリウム（あるいはアルゴンまたはその両方）などの不活性キャリヤガスの流量を５０ｓｃｃｍから５０００ｓｃｃｍまでの範囲内に設定することと、リアクタ圧力を１０００ｍＴｏｒｒから７０００ｍＴｏｒｒまでの範囲内の圧力に設定することと、高周波ＲＦ電力を７５Ｗから１０００Ｗまでの範囲内に設定することを含む。任意選択で、３０Ｗから４００Ｗまでの範囲内で超低周波電力をプラズマに加えることもできる。基板チャックの導電エリアをＸ倍に変更した場合、基板チャックに加えられるＲＦ電力もＸ倍に変化する可能性がある。その他の条件および前駆物質は、上記の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を付着させることができるものである限り、使用することができる。
【００４２】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４の付着後に、任意選択で、付着させた炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４に対して、非酸化環境で実行される硬化ステップを行うことができる。「硬化」とは、付着物が、任意選択で、少なくとも０．１０時間の間、加熱サイクルの少なくとも１つで、３００℃以上の温度で、好ましくは３００℃から４２０℃までの温度で熱処理されるが、必ずしもそうであるわけではないことを意味する。「非酸化環境」とは、酸素含有量が２０ｐｐｍ未満である雰囲気を意味する。いくつかの実施形態では、１０ｐｐｍ未満の量の酸素を含有する非酸化環境を使用することができる。炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を付着させる際に使用したものと同じリアクタ・チャンバで硬化が行われる場合もあれば、別個のリアクタ・チャンバで硬化が行われる場合もあることは注目に値する。熱処理ステップ、すなわち、硬化は、急速熱アニール、ファーネスアニール、レーザアニール、またはスパイクアニールを含むことができる。いくつかの実施形態では、たとえば、不活性ガス（たとえば、Ｈｅ、Ａｒ、またはそれらの混合物）などの無酸素雰囲気中で硬化が行われる。
【００４３】
本発明のさらにその他の諸実施形態では、単一温度で硬化ステップを実行することができる。本発明のいくつかの他の実施形態では、２通りまたはそれ以上の異なる温度で硬化ステップを行うことができる。たとえば、一実施形態では、第１の期間の間、３００℃以下の温度で硬化を実行し、第２の期間の間、４００℃以上の第２の温度で硬化を実行することができ、第２の期間は第１の期間より長い。いくつかの実施形態では、第２の期間が第１の期間より少なくとも１０倍長い場合もある。
【００４４】
また、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、高エネルギー付着後処理ステップを使用して硬化させることもできる。このような高エネルギー付着後処理ステップは、上述の熱硬化より短い時間で実行することができる。具体的には、高エネルギー源を使用して、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を処理することができる。後処理ステップに使用できる適切なエネルギー源としては、化学薬品、紫外線（ＵＶ）光、電子ビーム（Ｅビーム）、マイクロ波、およびプラズマを含む。前述のエネルギー源単独または熱硬化との組み合わせは、５分に等しいかまたはそれ未満の短い硬化時間で使用することができる。熱硬化あるいは高エネルギーＵＶ／Ｅビーム硬化またはその両方による後処理は、炭化水素含有前駆物質によるプラズマ付着中に膜構造内に緩く取り込まれた炭化水素を気化させる（drive up）ものである。この処理は、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内に少量のナノ細孔（nanoporosity）を発生する。「少量」とは、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４内のナノ細孔が０．５ｎｍから３ｎｍまでであり、そのうち、通常好ましい範囲が０．５ｎｍから１．２ｎｍであることを意味する。
【００４５】
ＵＶ光処理ステップは、ウェハ温度が典型的に２５℃から５００℃までの温度に維持され、３００℃から４２０℃までの温度が典型的である間に基板に照射するために５００ｎｍから１５０ｎｍまでの波長を有する光を発生することができる光源を使用して実行することができる。３７０ｎｍ未満の照射は重要な結合を分離するかまたは活性化するためには不十分なエネルギーであり、したがって、本発明では１５０〜３７０ｎｍという波長範囲が典型的に使用される。文献データならびに付着させた炭素を多量に含む誘電体膜上で測定した吸光度スペクトルを使用して、本発明者は、炭素を多量に含む誘電体膜の劣化のために１７０ｎｍ未満の照射が支持されない可能性があることに気付いた。さらに、３１０〜３７０ｎｍからの光子あたりのエネルギーは比較的低いので、３１０〜３７０ｎｍというエネルギー範囲は１５０〜３１０ｎｍという範囲より有用ではない。１５０〜３１０ｎｍの範囲内では、炭素を多量に含む誘電体膜の特性を変更するためにＵＶスペクトルの最も効果的な領域を選択するために、付着させた膜の吸光度スペクトルと膜の特性（疎水性など）の最小劣化との最適な重複部分を任意選択で使用することができる。
【００４６】
電子ビーム処理ステップは、ウェハ温度が２５℃から５００℃までの温度に維持されている間に、０．５ｋｅＶから２５ｋｅＶまでのエネルギーおよび０．１マイクロアンペア／ｃｍ２から１００マイクロアンペア／ｃｍ２までの電流密度で、ウェハの上に均一な電子束を発生することができる発生源を使用して実行される。一実施形態では、電子ビーム処理ステップで使用される電子の用量は、５０マイクロクーロン／ｃｍ２から５００マイクロクーロン／ｃｍ２まで様々である。一実施形態において４００〜９００ｎｍ厚のＵＶ硬化（４５０〜１４５０秒）の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜の場合、この炭素を多量に含む誘電体膜は、３０ＧＰａから９０ＧＰａまでの範囲内の係数と、１５０ＭＰａから８００ＭＰａまで圧縮応力と、３．２〜５．０の範囲内の誘電率を有する。
【００４７】
次に図３を参照すると、同図は、相互接続構造物２０の表面の上に形成された炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４を示している。相互接続構造物２０は、少なくとも１つの導電材料２４がそこに埋め込まれている相互接続誘電体材料２２を含む。相互接続構造物２０は、当業者にとって周知の従来の処理ステップを使用して形成することができる。たとえば、シングルダマシンまたはデュアルダマシン・プロセスを使用することができる。この特定の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は相互接続構造物２０用の誘電体キャップとして機能する。本発明のいくつかの実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、相互接続構造物２０の上面全体を完全に覆っている。他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜１４は、少なくとも１つの導電材料２４の上に位置するだけである。さらに他の実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜は、少なくとも１つの導電材料２４を部分的に覆い、相互接続誘電体材料２２を部分的にまたは完全に覆っている。
【００４８】
相互接続誘電体材料２２は、無機誘電体または有機誘電体を含む、任意の層間（interlevel）または層内（intralevel）誘電体を含む。相互接続誘電体材料２２は、多孔質であるか、非多孔質であるか、もしくは多孔質である領域あるいは表面またはその両方と非多孔質である可能性のあるその他の領域あるいは表面またはその両方を含むことができる。相互接続誘電体材料２２として使用できる適切な誘電体のいくつかの例としては、二酸化シリコン、シルセスキオキサン、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、およびＨの原子を含むＣ添加酸化物（すなわち、オルガノシリケート）、熱硬化性ポリアリーレンエーテル、またはそれらの多層を含むが、これらに限定されない。「ポリアリーレン」という用語は、結合、縮合環、または、たとえば、酸素、硫黄、スルホン、スルホキシド、カルボニルなどの不活性連結基によって一緒に連結された、アリール部分あるいは不活性置換したアリール部分を示すために本出願で使用されている。少なくとも１つの導電材料２４は、たとえば、ポリシリコン、元素金属、複数元素金属の合金、金属シリサイド、あるいは金属窒化物、またはこれらの組み合わせを含むことができる。相互接続誘電体材料２２は、たとえば、化学的気相堆積、プラズマ・エンハンス化学気相付着、蒸着、およびスピン・オン・コーティングを含む、当技術分野で周知の従来の技法を使用して形成することができる。同様に、少なくとも１つの導電材料２４は、たとえば、メッキ、スパッタリング、物理的気相堆積、蒸着、および化学的気相堆積を含む、当技術分野で周知の従来の付着技法を使用して形成することができる。
【００４９】
炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素膜を含むことができる追加の電子デバイスは、図４、図５、および図６に示されている。図４、図５、および図６に示されているデバイスは単に例示的な例に過ぎないことに留意されたい。
【００５０】
図４には、半導体基板３２上に構築された電子デバイス６０が示されている。基板３２の上には、第１の相互接続誘電体材料層３４がまず形成され、第１の導電材料領域３６がそこに埋め込まれている。第１の導電材料領域３６についてＣＭＰプロセスが行われた後、第１の相互接続誘電体材料層３４および第１の導電材料領域３６の上に第２の相互接続誘電体材料層３８が形成される。第１および第２の相互接続誘電体材料層は、相互接続誘電体材料２２について上述した誘電体材料のうちの１つで適切に形成することができ、第１の導電材料領域３６は導電材料２４について上述した金属のうちの１つを含むことができる。次に、フォトリソグラフィ・プロセスとそれに続くエッチングによって第２の相互接続誘電体材料層３８がパターン形成され、その上に導体層４０（第１の導体層３６と同じかまたは異なる材料にすることができる）が付着している。導体層４０についてＣＭＰプロセスが行われた後、第２の相互接続誘電体材料層３８および導体層４０の上に重なる第３の相互接続誘電体材料層４４（第１および第２の相互接続誘電体層と同じかまたは異なる誘電体材料にすることができる）が形成される。導体層４０は第１の導電材料領域３６と電気的に通じている。
【００５１】
次に、第３の相互接続誘電体材料層４４についてフォトリソグラフィ・プロセスとそれに続くエッチングが行われ、その後、第２の導体材料について付着プロセスが行われた後、第２の導電材料領域５０が形成される。第２の導電材料領域５０は導電材料２４について上述した材料のうちの１つにすることができる。第２の導電材料領域５０は、第１の導電材料領域４０と電気的に通じており、第３の相互接続誘電体材料層４４に埋め込まれている。第３の相互接続誘電体材料層４４は、第２の相互接続誘電体材料層３８と密接に接触しており、この第２の相互接続誘電体材料層３８は、いくつかの実施形態では、本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素膜で構成することができる。
【００５２】
また、図４は、第２の相互接続誘電体材料層３８と第３の相互接続誘電体材料層４４との間に付着させた誘電体キャップ層６２も示している。誘電体キャップ層６２は本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素膜を含むことができる。誘電体キャップ層６２は、第３の相互接続材料層４４内にまたはそれより下の層、特に層３４および３２内に第１の導体層４０が拡散するのを防止するための拡散バリア層として機能する。
【００５３】
図５は代替電子デバイス７０を示している。電子デバイス７０では、ＲＩＥマスクおよびＣＭＰ（化学的機械的研磨）研磨ストップ層として作用する２つの追加の誘電体キャップ層７２および７４が使用されている。第１の誘電体キャップ層７２は、第２の相互接続誘電体材料層３８の上に付着し、ＲＩＥマスクおよびＣＭＰストップとして使用され、したがって、第１の導体層４０および層７２はＣＭＰ後にほぼ共面になる。第２の誘電体キャップ層７４の機能は層７２と同様であるが、層７４は第２の導体層５０を平坦化する際に使用される。研磨ストップ層７４は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン、シリコンカーボオキサイド（ＳｉＣＯ）、シリコンカーボオキシナイトライド（ＳｉＣＯＮ）、またはそれらの水素添加化合物などの適切な誘電体材料で付着させることができる。代わって、本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜は研磨ストップ層７４用の材料として使用することができる。
【００５４】
図６はさらに他の代替電子デバイス８０を示している。この実施形態では、追加の誘電体材料層８２が付着し、したがって、第３の相互接続誘電体材料層４４を２つの別個の層８４および８６に分割している。一実施形態では、追加の誘電体材料層８２は本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含むことができる。上部誘電体層７４の上には追加の拡散バリア層９６（本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で構成することができる）がさらに付着している。電子デバイス８０によって提供される追加の利点は、誘電体層８２がＲＩＥエッチング・ストップとして作用し、優れた相互接続深さ制御を行うことである。したがって、層８２の組成は、層８６に対するエッチング選択を可能にするように選択される。
【００５５】
他の代替実施形態は、前処理された半導体基板を含み、配線構造内の層内または層間誘電体として絶縁材料の層を有する電子デバイスであって、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層に密接に接触している第２の絶縁材料層に埋め込まれ、第１の金属領域と電気的に通じている第１の導体領域と、第１の導体領域と電気的に通じており、第２の絶縁材料層と密接に接触している第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域と、第２の絶縁材料層と第３の絶縁材料層の間に炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された第１の誘電体キャップ層と、第３の絶縁材料層の上に炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された第２の誘電体キャップ層とを有する、電子デバイスを含むことができる。
【００５６】
他の代替実施形態は、前処理された半導体基板を含み、配線構造内の層内または層間誘電体として絶縁材料の層を有する電子デバイスであって、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層に密接に接触している第２の絶縁材料層に埋め込まれ、第１の金属領域と電気的に通じている第１の導体領域と、第１の導体領域と電気的に通じており、第２の絶縁材料層と密接に接触している第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域と、第２および第３の絶縁材料層のうちの少なくとも１つの上に付着させた炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された拡散バリア層とを有する、電子デバイスを含むことができる。
【００５７】
さらに他の代替実施形態は、前処理された半導体基板を含み、配線構造内の層内または層間誘電体として絶縁材料の層を有する電子デバイスであって、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層に密接に接触している第２の絶縁材料層に埋め込まれ、第１の金属領域と電気的に通じている第１の導体領域と、第１の導体領域と電気的に通じており、第２の絶縁材料層と密接に接触している第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域と、第２の絶縁材料層の上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）ハード・マスク／研磨ストップ層と、ＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された拡散バリア層とを有する、電子デバイスを含むことができる。
【００５８】
さらに他の代替実施形態は、前処理された半導体基板を含み、配線構造内の層内または層間誘電体として絶縁材料の層を有する電子デバイスであって、第１の絶縁材料層に埋め込まれた第１の金属領域と、第１の絶縁材料層に密接に接触している第２の絶縁材料層に埋め込まれ、第１の金属領域と電気的に通じている第１の導体領域と、第１の導体領域と電気的に通じており、第２の絶縁材料層と密接に接触している第３の絶縁材料層に埋め込まれた第２の導体領域と、第２の絶縁材料層の上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された第１のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層と、第１のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された第１の拡散バリア層と、第３の絶縁材料層の上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された第２のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層と、第２のＲＩＥハード・マスク／研磨ストップ層の上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で形成された第２の拡散バリア層とを有する、電子デバイスを含むことができる。
【００５９】
次に図７を参照すると、同図は、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体スペーサ１１４を含む電子デバイス１００を示している。この実施形態では、電子デバイス１００は、置換ゲート・プロセスを含む、任意の従来のＦＥＴプロセス・フローを使用して形成することができる。いくつかの実施形態では、使用できるＦＥＴプロセスは、様々な材料層の付着、リソグラフィ、およびエッチングを含む。
【００６０】
スペーサ適用例のためのプレーナ・デバイスの幾何学的形状に関する以下の考察は例示目的のみのものであり、このため、本発明はプレーナ・デバイス・アーキテクチャに限定されない。その代わり、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体スペーサは、たとえば、フィンＦＥＴ、トライゲート、ダブルゲート、Ｓｉナノワイヤ・デバイスなどの３Ｄデバイス・アーキテクチャでも使用することができる。
【００６１】
電子デバイス１００は、上述の半導体材料の１つを含む半導体基板１０２を含む。ゲート・スタック１０６の下方に位置する半導体基板１０２の一部分は、デバイスのチャネル領域１０４を定義する。ゲート・スタック１０６は、少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８と、その上に位置するゲート導体１１０とを含む。半導体基板１０２内に位置するゲート・スタック１０８のフットプリントには、ソース領域１１２およびドレイン領域１１３が存在する。ソース領域１１２およびドレイン領域１１３はチャネル領域１０４を介して接続されている。
【００６２】
好ましくは、１つのゲート誘電体材料１０８は、酸化物、窒化物、酸窒化物、またはそれらの多層スタックを含むことができる。一実施形態では、少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８は、半導体酸化物、半導体窒化物、または半導体酸窒化物を含む。他の実施形態では、少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８は、酸化シリコンの誘電率を超える誘電率、たとえば、３．９を有する、誘電体金属酸化物または混合金属酸化物を含む。典型的に、少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８の誘電体の１つは４．０を超える誘電率を有し、８．０を超える誘電率がより一般的である。このような誘電体材料は本明細書では高ｋ誘電体と呼ぶ。模範的な高ｋ誘電体としては、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯｘＮｙ、ＺｒＯｘＮｙ、Ｌａ２ＯｘＮｙ、Ａｌ２ＯｘＮｙ、ＴｉＯｘＮｙ、ＳｒＴｉＯｘＮｙ、ＬａＡｌＯｘＮｙ、Ｙ２ＯｘＮｙ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮｘ、それらのシリケート、およびそれらの合金を含むが、これらに限定されない。また、これらの高ｋ材料の多層スタックも少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８として使用することができる。ｘのそれぞれの値は独立して０．５から３までであり、ｙのそれぞれの値は独立して０から２までである。少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８の厚さは典型的に１ｎｍから１０ｎｍまでであり、厚さは典型的に２ｎｍから５ｎｍまでの範囲である。
【００６３】
ゲート導体１１０は、多結晶シリコン、多結晶シリコンゲルマニウム、元素金属（たとえば、タングステン、チタン、タンタル、アルミニウム、ニッケル、ルテニウム、パラジウム、および白金）、少なくとも１つの元素金属の合金、元素金属窒化物（たとえば、窒化タングステン、窒化アルミニウム、および窒化チタン）、元素金属シリサイド（たとえば、タングステンシリサイド、ニッケルシリサイド、およびチタンシリサイド）、ならびにそれらの多層化した組み合わせなどの導電材料を含むが、これらに限定されない。一実施形態では、ゲート導体１１０として使用できる導電材料はｎＦＥＴ金属ゲートで構成することができる。他の実施形態では、ゲート導体１１０として使用できる導電材料はｐＦＥＴ金属ゲートで構成することができる。他の一実施形態では、ゲート導体１１０として使用できる導電材料は多結晶シリコンで構成することができる。ポリシリコン導電材料は、単独で使用するか、もしくは、たとえば、金属導電材料あるいは金属シリサイド材料またはその両方などの他の導電材料とともに使用することができる。ゲート導体１１０は典型的に１ｎｍから１００ｎｍまでの厚さを有し、３ｎｍから３０ｎｍまでの厚さがより典型的である。
【００６４】
図７に示されているように、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素スペーサ１１４はゲート・スタック１０６の側壁上に位置する。この実施形態では、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素スペーサ１１４は、まず、その構造物上に上記の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素膜を付着させ、次に、ゲート・スタック１０６の側壁上にスペーサ１１４を形成するようにその膜をエッチングすることによって形成される。ゲート・スタック１０６の側壁上に本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素スペーサ１１４が存在することにより、ＦＥＴデバイス内の寄生キャパシタンスが低減される。本明細書に記載された炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜のための多層サイクリックＰＥＣＶＤプロセスは、低いマイクロローディングで優れたステップ・カバレージを可能にすることができ、炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜の疎水性により、スペーサ適用例で要求される良好なウェット・エッチング抵抗がもたらされる。
【００６５】
次に図８および図９を参照すると、これらの図は、炭素ベースの材料基板の層の上に位置する炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む模範的な電子デバイスを示している。まず、図８を参照すると、置換ゲート・プロセスを含む、任意の従来のＦＥＴプロセス・フローを使用して形成できる、あるタイプの電子デバイス１５０が示されている。いくつかの実施形態では、使用できるＦＥＴプロセスは、様々な材料層の付着、リソグラフィ、およびエッチングを含む。
【００６６】
特に、図８は、基板１５２として炭素ベースの材料を含み、その炭素ベースの材料の一部分がデバイス・チャネル１５４を定義する、電子デバイス１５０を示している。少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６はデバイス・チャネル１５４の上部表面上に位置する。界面誘電体材料１５６は本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜を含む。少なくとも１つの誘電体材料層１５８は少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６の最上部表面上に位置し、少なくとも１つの導電材料層１６０は少なくとも１つの誘電体材料層１５８の最上部表面上に位置する。本発明のこの特定の実施形態内で述べた誘電体材料１５８および導電材料１６０が図７の少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８およびゲート導体１１０について上述した誘電体材料および導電材料の１つで構成されることは注目に値する。図８に示されている電子デバイス１５０は、デバイス・チャネル１５４に隣接する炭素ベースの材料１５２の一部分に対して電気的に接触する少なくとも２つの領域１６２、１６２’をさらに含む。この２つの領域１６２、１６２’は電子デバイス１５０のソース／ドレイン領域であり、ゲート導体１１０について上述した導電材料の１つを含む。一実施形態では、少なくとも２つの領域１６２、１６２’はグラフェンまたは炭素ベースの材料で構成される。少なくとも２つの領域１６２、１６２’は、付着、リソグラフィ、およびエッチングによって形成される。一実施形態（図示せず）では、少なくとも２つの領域１６２、１６２’は炭素ベースの材料１５２と直接接触している。このようなデバイスは、エッチングによって少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６の一部分を除去することによって達成される。他の実施形態では、少なくとも２つの領域１６２、１６２’は少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６の一部分と直接接触している。電子構造物１５０では、界面誘電体材料１５６は、下にある炭素ベースの材料１５２と結合するための高い親和力を有する。
【００６７】
次に図９を参照すると、基板として炭素ベースの材料１５２を含み、その炭素ベースの材料の一部分がデバイス・チャネル１５４を定義する、第２のタイプの電子デバイス１５０’が示されている。この電子構造物では、１５１として示されているバックゲート層が存在し、この層はパターン形成される場合もあれば、ブランケット層として複数デバイスのアレイ全体にわたって存在する場合もある。バックゲート層は、添加Ｓｉ含有材料、導電金属、導電金属合金、導電金属窒化物、あるいは導電金属シリサイド、またはこれらの組み合わせを含む導電材料を含む。少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６（本発明の炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体膜で構成される）はデバイス・チャネル１５４の上部表面上に位置する。少なくとも１つの誘電体材料層１５８は少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６の最上部表面上に位置し、少なくとも１つの導電材料層１６０は少なくとも１つの誘電体材料層１５８の最上部表面上に位置する。本発明のこの特定の実施形態内で述べた誘電体材料１５８および導電材料１６０が図７の少なくとも１つのゲート誘電体材料１０８およびゲート導体１１０について上述した誘電体材料および導電材料の１つで構成されることは注目に値する。図９に示されている電子デバイス１５０’は、デバイス・チャネル１５４に隣接する炭素ベースの材料１５２の一部分に対して電気的に接触する少なくとも２つの領域１６２、１６２’をさらに含む。この２つの領域１６２、１６２’は電子デバイス１５０’のソース／ドレイン領域であり、ゲート導体１１０について上述した導電材料の１つを含む。一実施形態では、少なくとも２つの領域１６２、１６２’はグラフェンまたは炭素ベースの材料で構成される。少なくとも２つの領域１６２、１６２’は、付着、リソグラフィ、およびエッチングによって形成される。一実施形態（図示せず）では、少なくとも２つの領域１６２、１６２’は炭素ベースの材料１５２と直接接触している。このようなデバイスは、エッチングによって少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６の一部分を除去することによって達成される。他の実施形態では、少なくとも２つの領域１６２、１６２’は少なくとも１つの界面誘電体材料層１５６の一部分と直接接触している。電子構造物１５０’では、界面誘電体材料１５６は、下にある炭素ベースの材料１５２と結合するための高い親和力を有する。
【００６８】
その好ましい諸実施形態に関して本発明について詳細に示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神および範囲を逸脱せずに形式および詳細における上記その他の変更が可能であることが理解されるであろう。したがって、本発明は記載され例示されている正確な形式および詳細に限定されず、特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、多様な電子および電気装置に応用される集積回路に取り入れられる炭素を多量に含む窒化炭素ホウ素誘電体を使用する電子デバイスの設計および形成において、産業上の応用が可能である。
【図１】
2014532297.tif 000003
【図２】
2014532297.tif 000004
【図３】
2014532297.tif 000005
【図４】
2014532297.tif 000006
【図５】
2014532297.tif 000007
【図６】
2014532297.tif 000008
【図７】
2014532297.tif 000009
【図８】
2014532297.tif 000010
【図９】
2014532297.tif 000011
【国際調査報告】
2014532297.tif 000012
2014532297.tif 000013