(57)【要約】【解決手段】様々な実施形態は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を製造する方法を含む。一実施形態では、交互のＡＬＤサイクルおよびドーパント材料を使用して、シリコンｌｏｗ−ｋ材料の新しいファミリーを生成する。具体的には、これらの材料は、高アスペクト比の構造をリエントラント型フィーチャで充填するために開発された。しかし、このような膜は、共形ナノラミネートが適用可能なブランケット用途でも有用である。様々な実施形態はまた、ＳｉＯＦ、ならびにＳｉＯＣＦ、ＳｉＯＮＦ、ＧｅＯＣＦ、およびＧｅＯＦを開示している。類似の膜は、ヨウ素および臭素を有するハロゲン化物誘導体を含むことができる（例えば、「Ｆ」を「Ｉ」または「Ｂｒ」で置き換える）。他の方法、化学物質、および技術も開示されている。【選択図】  図５
2022501822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を形成する方法であって、
原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、膜堆積層を堆積することと、
前記堆積された膜層にフッ素をドープすることと、
原子層堆積技術によって、後続の膜堆積層を堆積することと、
必要に応じて前記堆積操作および前記ドーピング操作を繰り返し、低誘電率を有する膜の最終的な膜厚を得ることと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記形成されたｌｏｗ−ｋ膜は、シリコンベースの材料である、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
シラン前駆体を選択することをさらに含む、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記ｌｏｗ−ｋ膜は、フッ素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）、カルボノフルオリドイルシリコン（ＳｉＯＣＦ）、およびフッ素化シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮＦ）を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
密度が約１×１０18原子／ｃｍ3〜約１×１０21原子／ｃｍ3の範囲内にあるフッ素ドーパントを選択することをさらに含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記フッ素ドーパントの前記密度の指定の範囲は、酸化ケイ素（ＳｉＯx）マトリックス内にある、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、
フッ素ドーピングのレベルおよび堆積層ごとの堆積膜厚を含む変数から少なくとも１つの変数を選択することをさらに含む、方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
得られる形成された膜が約３．２〜約３．４の範囲の低誘電率を有するように前記少なくとも１つの変数を選択することをさらに含む、方法。
【請求項９】
低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を形成する方法であって、
シラン前駆体を反応チャンバに導入することと、
原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスによって、少なくとも第１の層の膜を堆積することと、
前記第１の層の膜を酸化および洗浄することと、
前記第１の層の膜にフッ素ベースのドーパント材料をドープすることと
を含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
必要に応じて前記堆積操作および前記ドーピング操作を繰り返し、約３．２〜約３．４の範囲の低誘電率を有する膜の最終的な所望の膜厚を得ることをさらに含む、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、
アニール操作を追加することをさらに含む、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、
高アスペクト比のフィーチャ内に少なくとも部分的に前記膜を形成し、それによって前記高アスペクト比のフィーチャの実質的にボイドフリーのギャップフィルを提供することをさらに含む、方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の方法であって、
少なくとも１つの空間方向に勾配プロファイルを有するようにフッ素ドーパントプロファイルのプロファイルを選択することをさらに含む、方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の方法であって、
少なくとも１つの空間方向に勾配プロファイルを有するようにフッ素ドーパントプロファイルのプロファイルを選択することをさらに含む、方法。
【請求項１５】
低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）酸化ケイ素（ＳｉＯx）膜を形成する方法であって、
原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、膜堆積層を堆積することと、
前記堆積された膜層にハロゲン化物をドープすることと、
原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、後続のＳｉＯxの膜堆積層を堆積することと、
必要に応じて前記堆積操作および前記ドーピング操作を繰り返し、約３．２〜約３．４の範囲の低誘電率を有する前記ＳｉＯx膜の最終的な膜厚を得ることと
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
ヨウ素および臭素を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含むように前記ハロゲン化物を選択することをさらに含む、方法。
【請求項１７】
低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を形成する方法であって、
原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、層ごとの膜堆積プロセスにおいて膜厚を変調することと、
各堆積された膜層にフッ素およびハロゲン化物を含む少なくとも１つのドーパント材料から選択されるドーパント材料をドープすることと、
原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、後続の膜堆積層を堆積することと、
必要に応じて前記堆積操作および前記ドーピング操作を繰り返し、前記ｌｏｗ−ｋ膜の最終的な膜厚を得ることと
を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
堆積される誘電体材料のタイプを選択することをさらに含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、
前記ｌｏｗ−ｋ膜は、フッ素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）、カルボノフルオリドイルシリコン（ＳｉＯＣＦ）、およびフッ素化シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮＦ）を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の方法であって、
前記ｌｏｗ−ｋ膜は、カルボノフルオリドイルゲルマニウム（ＧｅＯＣＦ）およびフッ素ドープ酸化ゲルマニウム（ＧｅＯＦ）材料を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本特許出願は、２０１８年９月２１日に出願された「ＬＯＷ−Ｋ  ＡＬＤ  ＧＡＰ−ＦＩＬＬ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬ」と題する米国仮出願番号第６２／７３４，６３５号の優先権を主張し、上記の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に開示される主題は、半導体および関連産業で使用するための様々なタイプの膜の調製に関する。より具体的には、開示される主題は、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料の形成およびギャップフィル方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスに対する抵抗−静電容量（ＲＣ）スケーリングは、アグレッシブなフィーチャに対して堆積を行い充填する能力を備えた新しい膜および材料の開発に依存している。ＮＡＮＤ、ＤＲＡＭ、ＰＣＲＡＭ、および関連するメモリや他のデバイスは、一般的な誘電体デバイスに二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を組み込むことに依存している。高品質のバルクＳｉＯ2膜は、ｋ＝４．０の比誘電率ｋを有する。同様に、オキシ炭化ケイ素（ＳｉＯＣ）などのｌｏｗ−ｋ材料は、本明細書に開示されているのと同様のｋ値を達成することが可能である。
【０００３】
このセクションで説明されている情報は、当業者に以下の開示された主題の背景を提示するために提供されており、認められた先行技術と見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】図１は、本明細書に開示されるｌｏｗ−ｋ膜を製造する様々な実施形態のための、フッ素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＦ、フルオロシリケートガラスとしても知られる）、または他のハロゲン化物による酸化ケイ素膜（ＳｉＯx）膜のナノラミネートドーピングのプロセス方法を示す図である。
【０００５】
【図２Ａ】図２Ａ〜図２Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する２００℃の相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）ブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的な原子層堆積（ＡＬＤ）酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【図２Ｂ】図２Ａ〜図２Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する２００℃の相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）ブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的な原子層堆積（ＡＬＤ）酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【図２Ｃ】図２Ａ〜図２Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する２００℃の相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）ブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的な原子層堆積（ＡＬＤ）酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【０００６】
【図３Ａ】図３Ａ〜図３Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する４００℃のＰＣＲＡＭブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的なＡＬＤ酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【図３Ｂ】図３Ａ〜図３Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する４００℃のＰＣＲＡＭブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的なＡＬＤ酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【図３Ｃ】図３Ａ〜図３Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する４００℃のＰＣＲＡＭブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的なＡＬＤ酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【０００７】
【図４】図４は、ドーパントプロセスフローを組み込んだＡＬＤプロセスフローの方法の例示的な実施形態を示す図である。
【０００８】
【図５】図５は、ドーパントプロセスフローおよびアニールプロセス制御フローを組み込んだＡＬＤプロセスフローの方法の例示的な実施形態を示す図である。
【０００９】
【図６】図６は、低アスペクト比（低ＡＲ）のフィーチャについて、ドーパントプロセスフローを組み込んだＡＬＤプロセスフローの方法の例示的な実施形態を示す図である。
【００１０】
【図７】図７は、高アスペクト比（高ＡＲ）のフィーチャについて、ドーパントプロセスフローを組み込んだＡＬＤプロセスフローの方法の例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、様々な添付の図面に示されるいくつかの一般的かつ具体的な実施形態を参照して、開示された主題を詳細に説明する。以下の説明では、開示された主題の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載されている。しかし、当業者には、開示された主題がこれらの具体的な詳細の一部またはすべてがなくても実践され得ることは明らかであろう。他の例では、開示された主題を不明瞭にしないために、周知のプロセスステップまたは構造は詳細には説明されていない。
【００１２】
開示された主題は、交互の原子層堆積（ＡＬＤ）サイクルおよびドーパント材料を用いて、シリコンベースのｌｏｗ−ｋ材料の新しいファミリーを生成するプロセス方法を開示している。様々な実施形態において、比誘電率ｋは、約３．２〜約３．４の範囲にあり得る。具体的には、これらの材料は、高アスペクト比の構造をリエントラント型フィーチャで充填するために開発された。本明細書に開示されるプロセスは、高アスペクト比のフィーチャにおいてボイドフリーまたは実質的にボイドフリーの充填物を製造することができる。しかし、これらの膜は、共形ナノラミネートが適用可能なブランケット膜用途にも使用することができる。開示された主題は、例えば、フッ素ドープ酸化ケイ素ＳｉＯＦ、ならびに例えば、カルボノフルオリドイルシリコン（ＳｉＯＣＦ）、フッ素化シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮＦ）、カルボノフルオリドイルゲルマニウム（ＧｅＯＣＦ）、およびフッ素ドープ酸化ゲルマニウム（ＧｅＯＦ）の材料に対する提案された手段を含む。これらの膜に類似した膜はまた、ハロゲン化物誘導体の代わりに、またはそれに加えて、ヨウ素および臭素を含むことができる（例えば、前述の材料のＦをＩまたはＢｒで置き換える）。
【００１３】
ギャップフィル用途の場合、これらの材料は、例えば、３Ｄ  ＮＡＮＤワードライン、ＤＲＡＭシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）、ロジックＳＴＩ、ＰＣＲＡＭ  ＳＴＩ、ＭＲＡＭ、およびロジックプレメタル誘電体（ＰＭＤ）を含む幾何学的に複雑な集積回路構造の３Ｄボイドフリーのギャップ充填を含む、ＮＡＮＤギャップフィル（例えば、スリットおよびピラーまたは穴）に適用可能である。これらの材料および方法は、水平および垂直デバイスギャップフィルのタンデム堆積およびギャップフィルにも用いることができる（例えば、ＮＡＮＤワードラインと他のデバイスとの間の層間コンデンサスタックと同様）。フッ素、または別のハロゲン化物は、ＳｉＯxマトリックス内で密度が約１×１０18原子／ｃｍ3から約１×１０21原子／ｃｍ3まで変化する場合がある。
【００１４】
本明細書に記載のギャップフィルプロセスはまた、例えば、ドーパントとしてフッ素を使用して、堆積膜厚を層ごとに変調することによるＡＬＤプロセスである。したがって、様々な実施形態において、ＡＬＤプロセスは、所与のプロセスについて必要に応じて、膜堆積層、フッ素ドーピング、それに続く別の膜堆積層などを含む。様々な実施形態において、各層は、例えば、約７Å〜約５０Åから１００Å以上であり得る。反復回数はデバイスタイプによって異なり、最大数百以上の層で構成される場合がある。したがって、本明細書に開示される他の変数に加えて、変更することができる２つの変数は、例えば、フッ素（または他のドーパントタイプ）ドーピングのレベル、ならびに堆積誘電体層のタイプおよび厚さを含む。
【００１５】
さらに、フッ素ドーパントプロファイルは、勾配または非勾配であり、ｚ方向または横方向にあり得る。その結果、必要に応じて、ドーパントプロファイルにおける勾配を任意の方向に作成することができる。様々な実施形態において、フッ素（または上記のようにヨウ素（Ｉ）または臭素（Ｂｒ））の組み込みは、本開示の一部として含まれる様々な図に記述されるように制御される。
【００１６】
場合によっては、膜のハロゲン化物含有量の低下を行うことができる。膜のハロゲン化物含有量を低下させる方法は、例えば、中間処理または後処理のいずれか（１つまたは複数の高処理温度、水素処理（＋／−プラズマ）、Ｈ2／Ｏ2混合物、および／または紫外線（ＵＶ）もしくは真空紫外線（ＶＵＶ）処理）を含む。これらの材料の堆積は、例えば、１３．５６ＭＨｚでの容量結合プラズマ（ＣＣＰ）ＡＬＤ処理により実証されている。ただし、他の周波数も適用可能である（例えば、４００Ｋｈｚ、２７ＭＨｚ、または６０ＭＨｚ）。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、ＶＵＶ、および熱線ラジカル（ｈｏｔ−ｗｉｒｅ  ｒａｄｉｃａｌｓ）を含む、追加の活性化方法もまた適用可能である。
【００１７】
一般に、他の要因が実質的に一定である場合、周波数が高くなると、比誘電率ｋは減少する。様々な実施形態において、電力範囲は、約１００ワット（またはそれ以下）〜約６０００ワット（またはそれ以上）であり得る。電力の増加は、製造された膜の緻密化を高める傾向がある。
【００１８】
ＳｉＯＦ膜は、約２００℃〜約５５０℃の堆積温度で製造されている。他の実施形態では、ＳｉＯＦ膜は、約０℃〜約７００℃の温度で製造され、これは、シリコン前駆体の選択に少なくとも部分的に依存している。また、温度を使用して膜密度を制御することも可能である。例えば、一実施形態では、０℃で製造されたＡＬＤ膜は低い密度を有し、７００℃で製造されたＡＬＤ膜はより高い密度を有する。
【００１９】
様々な実施形態において、以下の前駆体および関連する類似体を使用することができる：本明細書に提供される開示を読んで理解することに基づいて当業者に認識可能なものとして、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（３ＤＭＡＳ）、トリスジメチルアミノシラン（ＴＤＭＡＳ）、ビスジエチルアミノシラン（ＢＤＥＡＳ）、ジイソプロピルアミノシラン（ＤＩＰＡＳ）、シリレン、ハロゲン化シリル（例えば、Ｆ、Ｂｒ、Ｉ）など。
【００２０】
ＳｉＯＦ膜のファミリーは、新しいドーピング戦略で開発されている。材料は、以下でより詳細に説明するように、ＡＬＤ  ＳｉＯ2層間に断続的にフッ素前駆体を投入して堆積される。一実施形態では、フッ素前駆体は、三フッ化窒素（ＮＦ3）を含む。しかし、様々な実施形態は、誘電体材料のドライエッチングで使用される一般的なガスおよびそれらの混合物を含む、他の前駆体を含む（例えば、テトラフルオロエチレン（Ｃ2Ｆ4）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、塩素（Ｃｌ2）、フッ素（Ｆ2）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ2）、四フッ化キセノン（ＸｅＦ4）、フッ化カルボニル（ＣＯＦ2）、六フッ化硫黄（ＳＦ6）、トリクロロフルオロメタン（ＣＦＣｌ3）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）、トリクロロフルオロメタン（ＣＣｌ3Ｆ）、三フッ化ホウ素（ＢＦ3）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）、テトラクロロメタン（ＣＣｌ4）、ジクロロジフルオロメタン（ＣＣｌ2Ｆ2）など）。
【００２１】
ここで図１を参照すると、本明細書に開示されるｌｏｗ−ｋ膜を製造する様々な実施形態のための、フッ素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＦ、フルオロシリケートガラスとしても知られる）、または他のハロゲン化物による酸化ケイ素膜（ＳｉＯx）膜のナノラミネートドーピングのプロセス方法１００が示されている。したがって、プロセス方法１００は大まかな概要を提供し、方法が一般的な特定の例示的な実施形態に関して以下により詳細に説明される。例えば、材料の第１のブロックを調製する際、最初のＡＬＤが実施され（例えば、ＡＬＤ堆積中にＡＬＤ形成酸化物ブロック）、続いて指定の抑制条件（例えば、温度、圧力、体積流量など）での抑制（例えば、反応チャンバから１つまたは複数の他のガスを流出させながら、１つまたは複数のガスを反応チャンバに投入することによってＡＬＤ堆積ガスをパージする）に移行し、次にＡＬＤ堆積に戻る（例えば、ＡＬＤ形成酸化物に戻る）。これらの操作の各々は、所与のまたは所定のサイクル数の間繰り返され得る。本明細書で提供される開示された主題を読んで理解することに基づいて当業者に理解可能なように、所与の操作についての様々なレシピおよびプロセス条件、ならびにサイクル数は、少なくとも部分的に所与のフィーチャの形状の関数である。（例えば、ピンチポイントの数および場所、リエントラント型フィーチャ、構造内の屈曲などに依存する）。ブロック２〜ブロックＮは、ブロック１の操作の少なくとも一部を繰り返すことができる。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する２００℃の相変化ランダムアクセスメモリ（ＰＣＲＡＭ）ブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的な原子層堆積（ＡＬＤ）酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【００２３】
例えば、図２Ａのグラフ２００は、ベースラインプロセス２０１の比誘電率ｋを、開示された主題によって本明細書で定義される新しいプロセス２０３と比較する。グラフ２００が示すように、新しいプロセス２０３は、著しく低い比誘電率を有する膜を製造する（例えば、ベースラインプロセス２０１が約４．２５の平均ｋを有する膜を製造するのに対し、新しいプロセス２０３は約３．１５の平均ｋを有する膜を製造する）。グラフ２００によってさらに示されるように、エラーバー（例えば、得られた膜誘電率の「広がり」）は、新しいプロセス２０３では著しく小さく、それによって新しいプロセス２０３によって製造された作製膜について、より一定かつ再現性のある比誘電率値を示している。
【００２４】
図２Ｂのグラフ２３０は、ベースラインプロセス２３１の破壊電界強度（ＭＶ／ｃｍ単位）を、開示された主題によって本明細書で定義される新しいプロセス２３３と比較する。グラフ２３０が示すように、新しいプロセス２３３は、著しく高い破壊電界強度を有する膜を製造する（例えば、ベースラインプロセス２３１が約１１．２ＭＶ／ｃｍの平均破壊電界強度を有する膜を製造するのに対し、新しいプロセス２３３は約１２．６ＭＶ／ｃｍの平均破壊電界強度を有する膜を製造する）。グラフ２３０によってさらに示されるように、エラーバーは、新しいプロセス２３３では著しく小さく、それによって新しいプロセス２３３によって製造された作製膜について、より一定かつ再現性のある破壊電界強度を示している。
【００２５】
図２Ｃのグラフ２５０は、ベースラインプロセス２５１の漏れ電流（Ａ／ｃｍ2単位）を、開示された主題によって本明細書で定義される新しいプロセス２５３と比較する。グラフ２５０が示すように、新しいプロセス２５３は、ベースラインプロセス２５１よりもごくわずかに高く同等の漏れ電流を有する膜を製造するが（漏れ電流の範囲は互いに重複しているが）、新しいプロセス２５３ではエラーバーが著しく小さく、それによって新しいプロセス２５３によって製造された作製膜について、より一定かつ再現性のある漏れ電流値を示している。
【００２６】
図３Ａ〜図３Ｃは、比誘電率（より低いｋ膜を製造する）、破壊電界強度（ベースラインプロセスによって製造された膜よりも大きい破壊電圧Ｖbdを有する）、および漏れ電流（１×１０-9Ａ／ｃｍ2未満の２ＭＶにおいて）について、ベースラインプロセスを開示された主題の新しいプロセスと比較する４００℃のＰＣＲＡＭブランケット試験の例示的な実施形態を示す図であり、それによって本明細書に開示される技術および方法によって製造されたｌｏｗ−ｋ膜が、標準的なＡＬＤ酸化物と同等またはそれ以上の電気的性質を有することを示している。
【００２７】
例えば、図３Ａのグラフ３００は、ベースラインプロセス３０１の比誘電率ｋを、開示された主題によって本明細書で定義される新しいプロセス３０３と比較する。グラフ３００が示すように、新しいプロセス３０３は、著しく低い比誘電率を有する膜を製造する（例えば、ベースラインプロセス３０１が約３．８の平均ｋを有する膜を製造するのに対し、新しいプロセス３０３は約３．３の平均ｋを有する膜を製造する）。グラフ３００によってさらに示されるように、エラーバーによって示される範囲は、ベースラインプロセス３０１と比較して新しいプロセス３０３はほぼ同じである。
【００２８】
図３Ｂのグラフ３３０は、ベースラインプロセス３３１の破壊電界強度（ＭＶ／ｃｍ単位）を、開示された主題によって本明細書で定義される新しいプロセス３３３と比較する。グラフ３３０が示すように、新しいプロセス３３３は、著しく高い破壊電界強度を有する膜を製造する（例えば、ベースラインプロセス３３１が約１１．２ＭＶ／ｃｍの平均破壊電界強度を有する膜を製造するのに対し、新しいプロセス２３３は約１２．７ＭＶ／ｃｍの平均破壊電界強度を有する膜を製造する）。グラフ３３０によってさらに示されるように、エラーバーは、新しいプロセス３３３では著しく小さく、それによって新しいプロセス３３３によって製造された作製膜について、より一定かつ再現性のある破壊電界強度を示している。
【００２９】
図３Ｃのグラフ３５０は、ベースラインプロセス３５１の漏れ電流（Ａ／ｃｍ2単位）を、開示された主題によって本明細書で定義される新しいプロセス３５３と比較する。グラフ３５０が示すように、新しいプロセス３５３は、ベースラインプロセス３５１よりもごくわずかに高く同等の漏れ電流を有する膜を製造するが（漏れ電流の範囲は互いに重複しているが）、新しいプロセス３５３ではエラーバーが著しく小さく、それによって新しいプロセス３５３によって製造された作製膜について、より一定かつ再現性のある漏れ電流値を示している。
【００３０】
図４は、ドーパントプロセスフロー４３０を組み込んだＡＬＤプロセスフロー４１０の方法４００の例示的な実施形態を示す。特定の操作（必要な膜厚および特性、ギャップフィル能力、フィーチャのアスペクト比、ならびに当業者に理解可能な他の要因を含む）に応じて、ＡＬＤプロセスフロー４１０は、１〜１００回以上（例えば、ｎ＝１〜ｎ≧１００サイクル）繰り返され得る。ドーパントプロセスフロー４３０の少なくとも一部は、「ｎ」サイクル中に必要に応じて、ＡＬＤプロセスフロー４１０内に組み込まれてもよい。
【００３１】
特定の例示的な実施形態では、投入操作４１１において、シラン前駆体ガスが反応器チャンバ内の基板（例えば、シリコンウエハ）に導入され、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１標準リットル／分（ｓｌｐｍ）〜約２０ｓｌｐｍのアルゴン（Ａｒ）、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍの窒素（Ｎ2）、および約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍの水素（Ｈ2）。チャンバ内の圧力は約０．６トル〜約１０トルであり、チャンバ内の温度は約１５０℃〜約５５０℃であり得る。上記のように、温度の変化を使用して、所与の操作の膜密度を制御することができる。指定のチャンバ圧力および温度は、方法４００の例示的な実施形態全体について実質的に一定であるか、または指定の圧力および温度の範囲内で可変であってもよい。
【００３２】
パージ操作４１３中、副生成物および過剰の反応ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍの酸素（Ｏ2）、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍの亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を含む。
【００３３】
酸化操作４１５では、基板の表面が酸化され、ＲＦプラズマで洗浄される。酸化操作４１５は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏ。ＲＦ電力は、約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００３４】
第２のパージ操作４１７では、残留酸化剤が反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。第２のパージ操作４１７の完了後、ＡＬＤプロセスフロー４１０のシーケンスは、投入操作４１１で再び開始することができる。上記のように、ＡＬＤプロセスフロー４１０を通るサイクル数は、所与の操作および所望の膜特性に応じてｎ＝１回〜ｎ＝１００回以上であり得る。
【００３５】
ドーパントプロセスフロー４３０は、所与のプロセスについて、ＡＬＤプロセスフロー４１０の１つまたは複数の適切な点で操作４０１に導入され得、ドーパントプロセスフロー４３０は、操作４０３でＡＬＤプロセスフロー４１０に戻ることができる。ドーパントプロセスフロー４３０は、点火操作４３１、ドープ操作４３３、およびパージ操作４３５を含むことが示されている。ＡＬＤプロセスフロー４１０に関して上で述べたように、チャンバ内の圧力は約０．６〜約１０トルであり、チャンバ内の温度は約１５０℃〜約５５０℃であり得る。指定のチャンバ圧力および温度は、方法４００の例示的な実施形態全体について反応チャンバ内で、または指定の圧力および温度の範囲内で実質的に一定であってもよい。
【００３６】
点火操作４３１は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）〜約２５００ｓｃｃｍの三フッ化窒素（ＮＦ3）。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００３７】
ドープ操作４３３は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。期間は、約０．０２秒〜約２．０秒である。
【００３８】
パージ操作４３５では、残留ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および他の残留ガスを含む。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００３９】
図５は、ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０を組み込んだＡＬＤプロセスフロー５１０の方法５００の例示的な実施形態を示す。特定の操作（必要な膜厚および特性、ギャップフィル能力、フィーチャのアスペクト比、ならびに当業者に理解可能な他の要因を含む）に応じて、ＡＬＤプロセスフロー５１０は、１〜１００回以上（例えば、ｎ＝１〜ｎ≧１００サイクル）繰り返され得る。ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０の少なくとも一部は、「ｎ」サイクル中に必要に応じて、ＡＬＤプロセスフロー５１０内および方法５００内に部分的または全体的に組み込まれてもよい。
【００４０】
さらに、ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０は特定の順序であるものとして図５に示されているが、そのような順序は推論されるべきではない。例えば、ドーパントプロセスフロー５３０内の操作の１つまたは複数は、アニールプロセス制御フロー５５０内の１つまたは複数の操作に続いて発生し得る。例えば、ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０の操作は、所望のドーピング制御に応じて切り替えることができる。
【００４１】
再びＡＬＤプロセスフロー５１０を参照すると、特定の例示的な実施形態では、投入操作５１１において、シラン前駆体ガスが反応器チャンバ内の基板（例えば、シリコンウエハ）に導入され、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約１０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、および約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2。チャンバ内の圧力は約０．６トル〜約１０トルであり、チャンバ内の温度は約１５０℃〜約５５０℃であり得る。上記のように、温度の変化を使用して、所与の操作の膜密度を制御することができる。指定のチャンバ圧力および温度は、方法５００の例示的な実施形態全体について実質的に一定であるか、または指定の圧力および温度の範囲内で可変であってもよい。
【００４２】
パージ操作５１３中、副生成物および過剰の反応ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約１０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。
【００４３】
酸化操作５１５では、基板の表面が酸化され、ＲＦプラズマで洗浄される。酸化操作５１５は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏ。ＲＦ電力は、約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００４４】
第２のパージ操作５１７では、残留酸化剤が反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。第２のパージ操作５１７の完了後、ＡＬＤプロセスフロー５１０のシーケンスは、投入操作５１１で再び開始することができる。上記のように、ＡＬＤプロセスフロー５１０を通るサイクル数は、所与の操作および所望の膜特性に応じてｎ＝１回〜ｎ＝１００回以上であり得る。
【００４５】
ドーパントプロセスフロー５３０は、所与のプロセスについて、ＡＬＤプロセスフロー５１０の１つまたは複数の適切な点で操作５０１に導入され得、ドーパントプロセスフロー５３０は、アニールプロセス制御フロー５５０のすべてまたは一部に続くことができる。また、上述のように、ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０は特定の順序であるものとして図５に示されているが、そのような順序は推論されるべきではない。例えば、ドーパントプロセスフロー５３０内の操作の１つまたは複数は、アニールプロセス制御フロー５５０内の１つまたは複数の操作に続いて発生し得る。例えば、ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０の操作は、所望のドーピング制御に応じて切り替えることができる。したがって、ドーパントプロセスフロー５３０およびアニールプロセス制御フロー５５０のいずれかにおける１つまたは複数の操作の後、方法５００内の操作は、操作５０５でＡＬＤプロセスフロー５１０に戻ることができる。
【００４６】
ドーパントプロセスフロー５３０を引き続き参照すると、点火操作５３１、ドープ操作５３３、およびパージ操作５３５が、ドーパントプロセスフロー５３０内に含まれることが示されている。ＡＬＤプロセスフロー５１０に関して上で述べたように、チャンバ内の圧力は約０．６〜約１０トルであり、チャンバ内の温度は約１５０℃〜約５５０℃であり得る。指定のチャンバ圧力および温度は、方法５００の例示的な実施形態全体について反応チャンバ内で、または指定の圧力および温度の範囲内で実質的に一定であってもよい。
【００４７】
点火操作５３１は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）〜約２５００ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００４８】
ドープ操作５３３は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。期間は、約０．０２秒〜約２．０秒である。
【００４９】
パージ操作５３５では、残留ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および他の残留ガスを含む。ＲＦ電力は、約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００５０】
アニールプロセス制御フロー５５０は、点火操作５５１、ドープ操作５５３、およびパージ操作５５５を含むことが示されている。ＡＬＤプロセスフロー５１０に関して上で述べたように、チャンバ内の圧力は約０．６〜約１０トルであり、チャンバ内の温度は約１５０℃〜約５５０℃であり得る。指定のチャンバ圧力および温度は、方法５００の例示的な実施形態全体について反応チャンバ内で、または指定の圧力および温度の範囲内で実質的に一定であってもよい。
【００５１】
点火操作５５１は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００５２】
ドープ操作５５３は、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、および約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2。ＲＦ電力は、例えば、単一ＲＦ電力または二重ＲＦ電力のいずれかで約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。期間は、約０．０２秒〜約２．０秒である。
【００５３】
パージ操作５５５では、残留ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約１ｓｌｐｍ〜約２０ｓｌｐｍのＡｒ、約０ｓｌｐｍ〜約３０ｓｌｐｍのＮ2、約０ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＨ2、約０．５ｓｌｐｍ〜約５ｓｌｐｍのＯ2、および他の残留ガスを含む。ＲＦ電力は、約５００Ｗ〜約５０００Ｗの範囲にあり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００５４】
図６は、低アスペクト比（低ＡＲ）のフィーチャについて、ドーパントプロセスフローを組み込んだＡＬＤプロセスフローの方法６００の例示的な実施形態を示す。方法６００の例示的な実施形態は、ＡＬＤプロセスフロー６１０と、ドーパントプロセスフロー６３０とを含む。特定の操作（必要な膜厚および特性、ギャップフィル能力、フィーチャのアスペクト比、ならびに当業者に理解可能な他の要因を含む）に応じて、ＡＬＤプロセスフロー６１０は、１〜５回以上（例えば、ｎ＝１〜ｎ≧５サイクル）繰り返され得る。ドーパントプロセスフロー６３０は、「ｎ」サイクル中に必要に応じて、ＡＬＤプロセスフロー６１０内および方法６００内に部分的または全体的に組み込まれてもよい。さらに、当業者には認識可能なように、方法６００について述べられたこれらのガス、体積流量、圧力、および温度は、特定の例示的な実施形態のためのものであり、特定の用途のために変えることができる。
【００５５】
ここでＡＬＤプロセスフロー６１０を参照すると、特定の例示的な実施形態では、投入操作６１１において、シラン前駆体ガスが反応器チャンバ内の基板（例えば、シリコンウエハ）に導入され、指定の流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１０ｓｌｐｍのＡｒおよび約１０ｓｌｐｍのＮ2。チャンバ内の圧力は約７トルであり、チャンバ内の温度は約５５０℃であり得る。
【００５６】
パージ操作６１３中、副生成物および過剰の反応ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約１０ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。チャンバ内の圧力は約７トルであり、チャンバ内の温度は約５５０℃であり得る。
【００５７】
酸化操作６１５では、基板の表面が酸化され、ＲＦプラズマで洗浄される。酸化操作６１５は、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１０ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏ。チャンバ内の圧力は約７トルであり、チャンバ内の温度は約５５０℃であり得る。ＲＦ電力は、約５０００Ｗであり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００５８】
第２のパージ操作６１７では、残留酸化剤が反応チャンバからパージされる。ガスは、約１０ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約５ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。チャンバ内の圧力は約７トルであり、チャンバ内の温度は約５５０℃であり得る。第２のパージ操作５１７の完了後、ＡＬＤプロセスフロー５１０のシーケンスは、投入操作６１１で再び開始することができる。上記のように、ＡＬＤプロセスフロー５１０を通るサイクル数は、所与の操作および所望の膜特性に応じてｎ＝１回〜ｎ＝５回以上であり得る。
【００５９】
ドーパントプロセスフロー６３０は、所与のプロセスについて、ＡＬＤプロセスフロー６１０の１つまたは複数の適切な点で操作６０１に導入され得、ドーパントプロセスフロー６３０は、操作６０３でＡＬＤプロセスフロー６１０に戻ることができる。ドーパントプロセスフロー６３０は、点火操作６３１、ドープ操作６３３、およびパージ操作６３５を含むことが示されている。この特定の例示的な実施形態では、チャンバ内の圧力は約１トルであり、チャンバ内の温度は約５５０℃であり得る。さらに、当業者には認識可能なように、ドーパントプロセスフロー６３０について述べられた列挙されたガス、体積流量、圧力、および温度は、特定の例示的な実施形態のためのものであり、特定の用途のために変えることができる。
【００６０】
ドーパントプロセスフロー６３０を引き続き参照すると、点火操作６３１は、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約２ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約１ｓｌｐｍのＯ2、および約５０ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約１５００Ｗであり、約４００ｋＨｚの周波数で約７５０Ｗであり得る。
【００６１】
ドープ操作６３３は、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約２ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約１ｓｌｐｍのＯ2、および約５０ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約１５００Ｗであり、約４００ｋＨｚの周波数で約７５０Ｗであり得る。当業者に知られているように、所与のドーピング操作について期間を決定することができる。
【００６２】
パージ操作６３５では、残留ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、２ｓｌｐｍのＡｒ、１０ｓｌｐｍのＮ2、約１ｓｌｐｍのＯ2、約５０ｓｃｃｍのＮＦ3、および他の残留ガスを含む。ＲＦ電力は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約１５００Ｗであり、約４００ｋＨｚの周波数で約７５０Ｗであり得る。
【００６３】
ここで図７を参照すると、高アスペクト比（高ＡＲ）のフィーチャについて、ドーパントプロセスフローを組み込んだＡＬＤプロセスフローの方法７００の例示的な実施形態。方法７００の例示的な実施形態は、ＡＬＤプロセスフロー７１０と、ドーパントプロセスフロー７３０とを含む。特定の操作（必要な膜厚および特性、ギャップフィル能力、フィーチャのアスペクト比、ならびに当業者に理解可能な他の要因を含む）に応じて、ＡＬＤプロセスフロー７１０は、１〜１０回以上（例えば、ｎ＝１〜ｎ≧１０サイクル）繰り返され得る。ドーパントプロセスフロー７３０は、「ｎ」サイクル中に必要に応じて、ＡＬＤプロセスフロー７１０内および方法７００内に部分的または全体的に組み込まれてもよい。さらに、当業者には認識可能なように、方法７００について述べられたこれらのガス、体積流量、圧力、および温度は、特定の例示的な実施形態のためのものであり、特定の用途のために変えることができる。
【００６４】
ここでＡＬＤプロセスフロー７１０を参照すると、特定の例示的な実施形態では、投入操作７１１において、シラン前駆体ガスが反応器チャンバ内の基板（例えば、シリコンウエハ）に導入され、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約５ｓｌｐｍのＡｒおよび約１０ｓｌｐｍのＮ2。チャンバ内の圧力は約３トルであり、チャンバ内の温度は約４００℃であり得る。
【００６５】
パージ操作７１３中、副生成物および過剰の反応ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、約５ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約２ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。チャンバ内の圧力は約３トルであり、チャンバ内の温度は約４００℃であり得る。
【００６６】
酸化操作７１５では、基板の表面が酸化され、ＲＦプラズマで洗浄される。酸化操作７１５は、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約５ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約２ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏ。チャンバ内の圧力は約３トルであり、チャンバ内の温度は約４００℃であり得る。ＲＦ電力は、約５０００Ｗであり得る。ＲＦ電力の周波数は、前述の周波数の１つまたは複数、または反応器チャンバが動作するように構成される別の周波数であってもよい。
【００６７】
第２のパージ操作７１７では、残留酸化剤が反応チャンバからパージされる。ガスは、約５ｓｌｐｍのＡｒ、約１０ｓｌｐｍのＮ2、約２ｓｌｐｍのＯ2、および約５ｓｌｐｍのＮ2Ｏを含む。チャンバ内の圧力は約３トルであり、チャンバ内の温度は約４００℃であり得る。第２のパージ操作７１７の完了後、ＡＬＤプロセスフロー７１０のシーケンスは、投入操作７１１で再び開始することができる。上記のように、ＡＬＤプロセスフロー７１０を通るサイクル数は、所与の操作および所望の膜特性に応じてｎ＝１回〜ｎ＝１０回以上であり得る。
【００６８】
ドーパントプロセスフロー７３０は、所与のプロセスについて、ＡＬＤプロセスフロー７１０の１つまたは複数の適切な点で操作７０１に導入され得、ドーパントプロセスフロー７３０は、操作７０３でＡＬＤプロセスフロー７１０に戻ることができる。ドーパントプロセスフロー７３０は、点火操作７３１、ドープ操作７３３、およびパージ操作７３５を含むことが示されている。この特定の例示的な実施形態では、チャンバ内の圧力は約５トルであり、チャンバ内の温度は約４００℃であり得る。さらに、当業者には認識可能なように、ドーパントプロセスフロー７３０について述べられた列挙されたガス、体積流量、圧力、および温度は、特定の例示的な実施形態のためのものであり、特定の用途のために変えることができる。
【００６９】
ドーパントプロセスフロー７３０を引き続き参照すると、点火操作７３１は、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍのＮａ、約８ｓｌｐｍのＮ2、約２ｓｌｐｍのＯ2、および約２５０ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約７００Ｗであり、約４００ｋＨｚの周波数で約４００Ｗであり得る。
【００７０】
ドープ操作７３３は、指定の体積流量またはその近くの以下のガスの１つまたは複数を含む：約１ｓｌｐｍのＡｒ、約８ｓｌｐｍのＮ2、約２ｓｌｐｍのＯ2、および約２５０ｓｃｃｍのＮＦ3。ＲＦ電力は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約７５０Ｗであり、約４００ｋＨｚの周波数で約４００Ｗであり得る。所与のドーピング操作について期間を決定することができるが、この特定の例示的な実施形態では、約０．５秒であり得る。
【００７１】
パージ操作７３５では、残留ガスが反応チャンバからパージされる。ガスは、１ｓｌｐｍのＡｒ、８ｓｌｐｍのＮ2、約２ｓｌｐｍのＯ2、約２５０ｓｃｃｍのＮＦ3、および他の残留ガスを含む。ＲＦ電力は、約１３．５６ＭＨｚの周波数で約７５０Ｗであり、約４００ｋＨｚの周波数で約４００Ｗであり得る。
【００７２】
開示された主題の例
第１の例では、開示された主題は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を形成する方法を含む。この方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、膜堆積層を堆積することと、堆積された膜層にフッ素をドープすることと、原子層堆積技術によって、後続の膜堆積層を堆積することと、必要に応じて堆積操作およびドーピング操作を繰り返し、低誘電率を有する膜の最終的な膜厚を得ることとを含む。
【００７３】
第２の例は、第１の例の方法を含み、形成されたｌｏｗ−ｋ膜は、シリコンベースの材料である。
【００７４】
第３の例は、前述の例のいずれか１つを含み、シラン前駆体を選択することをさらに含む。
【００７５】
第４の例は、前述の例のいずれか１つを含み、ｌｏｗ−ｋ膜は、フッ素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）、カルボノフルオリドイルシリコン（ＳｉＯＣＦ）、およびフッ素化シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮＦ）を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含む。
【００７６】
第５の例は、第４の例を含み、密度が約１×１０18原子／ｃｍ3〜約１×１０21原子／ｃｍ3の範囲内にあるフッ素ドーパントを選択することをさらに含む。
【００７７】
第６の例は、第４の例および第５の例のいずれか１つを含み、フッ素ドーパントの密度の指定の範囲は、酸化ケイ素（ＳｉＯx）マトリックス内にある。
【００７８】
第７の例は、前述の例のいずれか１つを含み、フッ素ドーピングのレベルおよび堆積層ごとの堆積膜厚を含む変数から少なくとも１つの変数を選択することをさらに含む。
【００７９】
第８の例は、第７の例を含み、得られる形成された膜が約３．２〜約３．４の範囲の低誘電率を有するように少なくとも１つの変数を選択することをさらに含む。
【００８０】
第９の例では、開示された主題は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を形成する方法を含む。この方法は、シラン前駆体を反応チャンバに導入することと、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスによって、少なくとも第１の層の膜を堆積することと、第１の層の膜を酸化および洗浄することと、第１の層の膜にフッ素ベースのドーパント材料をドープすることとを含む。
【００８１】
第１０の例は、第９の例の方法を含み、必要に応じて堆積操作およびドーピング操作を繰り返し、約３．２〜約３．４の範囲の低誘電率を有する膜の最終的な所望の膜厚を得ることをさらに含む。
【００８２】
第１１の例は、前述の例のいずれか１つを含み、アニール操作を追加することをさらに含む。
【００８３】
第１２の例は、前述の例のいずれか１つを含み、高アスペクト比のフィーチャ内に少なくとも部分的に膜を形成し、それによって高アスペクト比のフィーチャの実質的にボイドフリーのギャップフィルを提供することをさらに含む。
【００８４】
第１３の例は、第１２の例の方法を含み、少なくとも１つの空間方向に勾配プロファイルを有するようにフッ素ドーパントプロファイルのプロファイルを選択することをさらに含む。
【００８５】
第１４の例は、第１３の例を含み、少なくとも１つの空間方向に勾配プロファイルを有するようにフッ素ドーパントプロファイルのプロファイルを選択することをさらに含む。
【００８６】
第１５の例では、開示された主題は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）酸化ケイ素（ＳｉＯx）膜を形成する方法を含む。この方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、膜堆積層を堆積することと、堆積された膜層にハロゲン化物をドープすることと、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、後続のＳｉＯxの膜堆積層を堆積することと、必要に応じて堆積操作およびドーピング操作を繰り返し、約３．２〜約３．４の範囲の低誘電率を有するＳｉＯx膜の最終的な膜厚を得ることとを含む。
【００８７】
第１６の例は、第１５の例を含み、ヨウ素および臭素を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含むようにハロゲン化物を選択することをさらに含む。
【００８８】
第１７の例では、開示された主題は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）膜を形成する方法を含む。この方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、層ごとの膜堆積プロセスにおいて膜厚を変調することと、各堆積された膜層にフッ素およびハロゲン化物を含む少なくとも１つのドーパント材料から選択されるドーパント材料をドープすることと、原子層堆積（ＡＬＤ）技術によって、後続の膜堆積層を堆積することと、必要に応じて堆積操作およびドーピング操作を繰り返し、ｌｏｗ−ｋ膜の最終的な膜厚を得ることとを含む。
【００８９】
第１８の例は、第１７の例を含み、堆積される誘電体材料のタイプを選択することをさらに含む。
【００９０】
第１９の例は、第１７の例または第１８の例のいずれか１つを含み、ｌｏｗ−ｋ膜は、フッ素ドープ酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）、カルボノフルオリドイルシリコン（ＳｉＯＣＦ）、およびフッ素化シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮＦ）を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含む。
【００９１】
第２０の例は、第１７〜第１９の例のいずれか１つを含み、ｌｏｗ−ｋ膜は、カルボノフルオリドイルゲルマニウム（ＧｅＯＣＦ）およびフッ素ドープ酸化ゲルマニウム（ＧｅＯＦ）材料を含む材料から選択される少なくとも１つの材料を含む。
【００９２】
本明細書全体を通して、単一の事例として説明された構成要素、操作、化学物質、または構造を複数の事例が実装してもよい。１つまたは複数の方法の個々の操作は別個の操作として図示し説明されているが、個々の操作の１つまたは複数が同時に実施されてもよく、各操作を例示された順序で実施する必要はない。例示的な構成において別個の構成要素として提示された構造および機能は、組み合わされた構造または構成要素として実装されてもよい。同様に、単一の構成要素として提示された構造および機能は、別個の構成要素として実装されてもよい。これらおよび他の変形、修正、追加、および改良は、本明細書の主題の範囲内に含まれる。
【００９３】
いくつかの実施形態は、論理もしくは多数の構成要素、モジュール、機構、または特定の化学物質を含むものとして本明細書に記載されている。様々な実施形態において、１つまたは複数のコンピュータシステム（例えば、スタンドアロンコンピュータシステム、クライアントコンピュータシステム、またはサーバコンピュータシステム）またはコンピュータシステムの１つまたは複数のハードウェアモジュール（例えば、プロセッサまたはプロセッサのグループ）が、本明細書において説明するようにいくつかの操作（例えば、様々なプロセスレシピ）を実施するように動作するハードウェアモジュールとして、ソフトウェア（例えば、アプリケーションまたはアプリケーション部分）によって構成されてもよい。
【００９４】
本明細書で使用される場合、「または」という用語は、包括的または排他的な意味で解釈され得る。さらに、他の実施形態は、提供される本開示を読んで理解することにより、当業者によって理解されるであろう。さらに、本明細書で提供される本開示を読んで理解すると、当業者は、本明細書で提供される化学物質、技術、および例の様々な組み合わせがすべて様々な組み合わせで適用され得ることを容易に理解するであろう。
【００９５】
様々な実施形態が別個に論じられているが、これらの別個の実施形態は、独立した技術または設計と見なされることを意図していない。上に示したように、様々な部分の各々は相互に関連していてもよく、各々は別個に、または説明した他の操作もしくは方法と組み合わせて使用されてもよい。例えば、方法、操作、化学物質、およびプロセスの様々な実施形態が説明されてきたが、これらの方法、操作、化学物質、およびプロセスは、別個にまたは様々な組み合わせで使用することができる。
【００９６】
その結果、本明細書で提供される本開示を読んで理解すると当業者には明らかであるように、多くの修正および変形を行うことができる。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲内の機能的に同等の方法および装置は、前述の説明から当業者には明らかであろう。いくつかの実施形態の部分および特徴は、他の実施形態のそれらに含まれても、または代用されてもよい。そのような修正および変形は、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。したがって、本開示は、特許請求の範囲の権利が与えられる同等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲の条件によってのみ限定される。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定的であることを意図するものではないことも理解されたい。
【００９７】
本開示の要約書は、読者が技術的開示の性質を迅速に確認できるようにするために提供されている。要約書は、特許請求の範囲の解釈または限定に使用されないことを理解した上で提出されている。加えて、前述の発明を実施するための形態において、本開示を合理化する目的で、様々な特徴または方法が単一の実施形態に一緒にグループ化されてもよいことが理解され得る。本開示の方法は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の特許請求の範囲は、本明細書によって発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は、別個の実施形態として自立するものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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