(57)【要約】【解決手段】リモートプラズマ処理を用いて炭化ケイ素膜を高密度化するための方法および装置が記載される。炭化ケイ素膜のリモートプラズマ堆積動作およびリモートプラズマ処理動作は、膜密度を制御するために交互に起こる。第１の厚さの炭化ケイ素膜は、リモートプラズマ処理に続いて堆積し、次に、第２の厚さの炭化ケイ素膜が、別のリモートプラズマ処理に続いて堆積する。リモートプラズマ処理は、基底状態の水素ラジカルなど実質的に低エネルギ状態のソースガスラジカルを、基板上に堆積した炭化ケイ素膜に向かって流しうる。実質的に低エネルギ状態のソースガスラジカルは、炭化ケイ素膜における架橋および膜の高密度化を促進させる。【選択図】図５Ｄ
2020502797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素膜を高密度化する方法であって、
反応チャンバに基板を提供することと、
前記基板上に炭化ケイ素膜の第１の厚さを堆積させることと、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことであって、前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さは、高密度化されることと、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さの上に前記炭化ケイ素膜の第２の厚さを堆積させることと、
前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことであって、前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さは、高密度化されることと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の厚さおよび前記第２の厚さの各々は、約５Åから約３０Åの間である、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さを堆積させることは、
（ａ）１つ以上のケイ素含有前駆体を前記反応チャンバに流すことと、
（ｂ）リモートプラズマ源から生成された１つ以上の水素ラジカルを流して、第１の期間に前記１つ以上のケイ素含有前駆体と反応させることと、を含み、
前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さを堆積させることは、第２の期間に動作（ａ）および動作（ｂ）を繰り返すことを含む、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、
前記１つ以上のケイ素含有前駆体の各々は、
（ｉ）１つ以上のケイ素−水素結合および／またはケイ素−ケイ素結合と、
（ｉｉ）１つ以上のケイ素−炭素結合、ケイ素−窒素結合、および／またはケイ素−酸素結合と
を有する、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記１つ以上のケイ素含有前駆他の各々は、環状シロキサン、直鎖状シロキサン、アルコキシシラン、アルキルシラン、およびシラザンからなる群より選択される、方法。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである、方法。
【請求項７】
請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１の期間は、前記第２の期間と異なる、方法。
【請求項８】
請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記第１の期間は、前記第２の期間と同一である、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、
（ｃ）水素ソースガスをリモートプラズマ源に流すことと、
（ｄ）前記水素ソースガスと共に不活性ガスを流すことと、
（ｅ）前記リモートプラズマ源において前記水素ソースガスから水素ラジカルを生成することと、
（ｆ）前記水素ラジカルを前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さに流すことと、を含み、
前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、動作（ｃ）から動作（ｆ）を前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さ上で繰り返すことを含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記不活性ガスは、ヘリウムであって、前記ヘリウム中の前記水素ソースガスは、１〜１０％の水素濃度を有する、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、
前記水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである、方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、さらに、
（ｇ）前記ソースガスと共に共反応ガスを流すことであって、前記共反応ガスは、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、水（Ｈ2Ｏ）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、オゾン（Ｏ3）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、アンモニア（ＮＨ3）、ジアゼン（Ｎ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、またはそれらの組み合わせを含み、
前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、さらに、動作（ｇ）を前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さに対して繰り返すことを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記共反応ガスは、Ｏ2またはＮ2を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記反応チャンバの圧力は、約０．２Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒの間である、方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さを堆積させることと、前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことと、前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さを堆積させることと、前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すこととは、真空破壊をもたらすことなく起こる、方法。
【請求項１６】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記基板は、複数のフィーチャを有し、前記複数のフィーチャの各々は、５：１より大きい深さ対幅のアスペクト比を有する、方法。
【請求項１７】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さおよび前記第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝す前に、前記炭化ケイ素膜は、（１）Ｓｉ−Ｏ結合および／またはＳｉ−Ｃ結合、ならびに、（２）末端ＣＨ3結合、Ｓｉ−ＯＨ結合、および／またはＳｉ−Ｈ結合を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記リモート水素プラズマ処理は、前記炭化ケイ素膜においてＳｉ−Ｏ結合および／またはＳｉ−Ｃ結合の数を増やし、末端ＣＨ3結合、Ｓｉ−ＯＨ結合、および／またはＳｉ−Ｈ結合の数を減らすように構成される、方法。
【請求項１９】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜は、前記基板上にシリコンオキシカーバイド（ＳｉＣＯ）、窒化シリコンカーバイド（ＳｉＣＮ）、または酸窒化シリコンカーバイド（ＳｉＯＮＣ）を含むドープ炭化ケイ素膜である、方法。
【請求項２０】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法であって、
前記炭化ケイ素膜の前記第１の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、約５秒から約５０秒の間の期間に起こり、前記炭化ケイ素膜の前記第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、約５秒から約５０秒の間の期間に起こる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、全ての目的のためにその全てが参照により本明細書に援用される、２０１６年１２月１６日出願の「ＤＥＮＳＩＦＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＣＡＲＢＩＤＥ  ＦＩＬＭ  ＵＳＩＮＧ  ＲＥＭＯＴＥ  ＰＬＡＳＭＡ  ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ」と題した米国特許出願第１５／３８２，１３７の優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、一般に炭化ケイ素膜の形成に関し、特に、炭化ケイ素膜を高密度化するためのリモートプラズマ堆積およびリモートプラズマ処理に関する。
【０００３】
薄膜の炭化ケイ素（ＳｉＣ）種は、固有の物理的、化学的、および機械的な特性を有し、様々な用途、特に、集積回路の用途に用いられる。ＳｉＣ薄膜の種は、シリコンオキシカーバイドとしても知られる酸素ドープ炭化ケイ素、シリコン窒素カーバイドとしても知られる窒素ドープ炭化ケイ素、シリコンオキシ窒素カーバイドとしても知られる酸素ドープおよび窒素ドープ炭化ケイ素、ならびに、非ドープ炭化ケイ素を含む。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、炭化ケイ素膜を高密度化する方法に関する。この方法は、反応チャンバに基板を提供することと、基板上に第１の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることと、第１の厚さの炭化ケイ素膜が高密度化されるリモート水素プラズマ処理に第１の厚さの炭化ケイ素膜を曝すことと、第１の厚さの炭化ケイ素膜の上に第２の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることと、第２の厚さの炭化ケイ素膜が高密度化されるリモート水素プラズマ処理に第２の厚さの炭化ケイ素膜を曝すことと、を含む。
【０００５】
いくつかの実施形態では、第１の厚さおよび第２の厚さの各々は、約５Åから約３０Åの間である。いくつかの実施形態では、第１の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることは、（ａ）１つ以上のケイ素含有前駆体を反応チャンバに流すことと、（ｂ）第１の期間に１つ以上のケイ素含有前駆体と反応させるために、リモートプラズマ源から生成された１つ以上の水素ラジカルを流すこととを含み、第２の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることは、動作（ａ）および動作（ｂ）を第２の期間に繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のケイ素含有前駆体の各々は、（ｉ）１つ以上のケイ素−水素結合および／またはケイ素−ケイ素結合、ならびに、（ｉｉ）１つ以上のケイ素−炭素結合、ケイ素−窒素結合、および／または、ケイ素−酸素結合を有する。いくつかの実施形態では、１つ以上のケイ素含有前駆体の各々は、環状シロキサン、鎖状シロキサン、アルコキシシラン、アルキルシラン、およびシラザンからなる群より選択される。いくつかの実施形態では、水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである。いくつかの実施形態では、第１の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、（ｃ）水素ソースガスをリモートプラズマ源に流すことと、（ｄ）不活性ガスを水素ソースガスと共に流すことと、（ｅ）リモートプラズマ源において水素ソースガスから水素ラジカルを生成することと、（ｆ）水素ラジカルを第１の厚さの炭化ケイ素膜に流すことと、を含み、第２の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、第２の厚さの炭化ケイ素膜上で動作（ｃ）ないし動作（ｆ）を繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、不活性ガスはヘリウムであり、ヘリウム中の水素ソースガスは、１〜１０％の水素濃度を有する。いくつかの実施形態では、第１の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、さらに、（ｇ）共反応ガスをソースガスと共に流すことであって、共反応ガスは、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、水（Ｈ2Ｏ）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、オゾン（Ｏ3）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、アンモニア（ＮＨ3）、ジアゼン（Ｎ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、またはそれらの組み合わせを含み、第２の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、さらに、動作（ｇ）を第２の厚さの炭化ケイ素膜に対して繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、反応チャンバ内の圧力は、約０．２Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒの間である。いくつかの実施形態では、第１の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、約５秒から約５０秒の間の期間に起こり、第２の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、約５秒から約５０秒の間の期間に起こる。
【０００６】
本開示は、また、炭化ケイ素膜を高密度化するための装置にも関する。この装置は、反応チャンバ、反応チャンバから離れたプラズマ源、反応チャンバ内で基板を保持するための基板支持体、および、動作を提供するための命令を備えた制御装置であって、動作は、基板を反応チャンバに提供することと、基板上に第１の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることと、第１の厚さの炭化ケイ素膜が高密度化されるリモート水素プラズマ処理に第１の厚さの炭化ケイ素膜を曝すことと、第１の厚さの炭化ケイ素の上に第２の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることと、第２の厚さの炭化ケイ素膜が高密度化されるリモート水素プラズマ処理に第２の厚さの炭化ケイ素膜を曝すことと、を含む制御装置を備える。
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１の厚さおよび第２の厚さの各々は、約５Åから約３０Åの間である。いくつかの実施形態では、第１の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることは、（ａ）１つ以上のケイ素含有前駆体を反応チャンバに流すことと、（ｂ）第１の期間に１つ以上のケイ素含有前駆体と反応させるために、リモートプラズマ源から生成された１つ以上の水素ラジカルを流すことと、を含み、第２の厚さの炭化ケイ素膜を堆積させることは、第２の期間に動作（ａ）および動作（ｂ）を繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、水素ラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである。いくつかの実施形態では、第１の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、（ｃ）水素ソースガスをリモートプラズマ源に流すことと、（ｄ）不活性ガスを水素ソースガスと共に流すことと、（ｅ）リモートプラズマ源において水素ソースガスから水素ラジカルを生成することと、（ｆ）水素ラジカルを第１の厚さの炭化ケイ素膜に流すことと、を含み、第２の厚さの炭化ケイ素膜をリモート水素プラズマ処理に曝すことは、第２の厚さの炭化ケイ素膜上で動作（ｃ）ないし動作（ｆ）を繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、不活性ガスはヘリウムであり、ヘリウム中の水素ソースガスは、１〜１０％の水素濃度を有する。いくつかの実施形態では、反応チャンバ内の圧力は、約０．２Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒの間である。
【０００８】
これらの実施形態および他の実施形態は、図を参照して以下にさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】基板上に堆積した炭化ケイ素膜例の断面図。
【００１０】
【図１Ｂ】トランジスタのゲート電極構造の側壁における炭化ケイ素垂直構造を表す図。
【００１１】
【図１Ｃ】エアギャップ型金属化層における銅線の露出側壁上の炭化ケイ素垂直構造を表す図。
【００１２】
【図１Ｄ】多孔質誘電材料用の炭化ケイ素孔シーラントを表す図。
【００１３】
【図２】代表的なケージシロキサン前駆体の例を表す図。
【００１４】
【図３】リモートプラズマ源を備える装置の概略図。
【００１５】
【図４Ａ】高密度化前の酸素ドープ炭化ケイ素の化学構造例。
【００１６】
【図４Ｂ】高密度化後の酸素ドープ炭化ケイ素の化学構造例。
【００１７】
【図５Ａ】基板上において炭化ケイ素膜を堆積させるおよび高密度化する様々な段階を表す図。
【図５Ｂ】基板上において炭化ケイ素膜を堆積させるおよび高密度化する様々な段階を表す図。
【図５Ｃ】基板上において炭化ケイ素膜を堆積させるおよび高密度化する様々な段階を表す図。
【図５Ｄ】基板上において炭化ケイ素膜を堆積させるおよび高密度化する様々な段階を表す図。
【００１８】
【図６Ａ】積層を有する処理済みの炭化ケイ素膜および積層なしの処理済みの炭化ケイ素膜において特定の結合型を検出するための様々な振動ピークを有するフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）吸光度スペクトルを表す図。
【００１９】
【図６Ｂ】積層を有する処理済みの炭化ケイ素膜および積層なしの処理済みの炭化ケイ素膜において特定の結合型を検出するための様々な振動ピークの図６ＡにおけるＦＴＩＲ吸光度スペクトルの拡大図。
【図６Ｃ】積層を有する処理済みの炭化ケイ素膜および積層なしの処理済みの炭化ケイ素膜において特定の結合型を検出するための様々な振動ピークの図６ＡにおけるＦＴＩＲ吸光度スペクトルの拡大図。
【図６Ｄ】積層を有する処理済みの炭化ケイ素膜および積層なしの処理済みの炭化ケイ素膜において特定の結合型を検出するための様々な振動ピークの図６ＡにおけるＦＴＩＲ吸光度スペクトルの拡大図。
【図６Ｅ】積層を有する処理済みの炭化ケイ素膜および積層なしの処理済みの炭化ケイ素膜において特定の結合型を検出するための様々な振動ピークの図６ＡにおけるＦＴＩＲ吸光度スペクトルの拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の説明では、提示の概念の十分な理解を提供するために多くの特定の詳細が記載される。提示の概念は、これらの特定の詳細の一部または全てなしに実行されてよい。他の例では、周知のプロセス動作は、記載の概念を不必要に曖昧にしないように詳細には説明されていない。いくつかの概念は特定の実施形態と併せて説明されるが、これらの実施形態が限定する意図はないことが理解されるだろう。
【００２１】
本開示では、「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「半製品の集積回路」との用語は、同じ意味で用いられる。当業者は、「半製品の集積回路」との用語が、多くの集積回路製作段階のいずれかの間におけるシリコンウエハを意味しうることを理解するだろう。半導体デバイス業界において用いられるウエハまたは基板は、通常、２００ｍｍ、または３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。以下の発明を実施するための形態は、本開示がウエハ上で実行されることを前提としている。しかし、本開示は、そのように限定されない。ワークピースは、様々な形状、大きさ、および材料を有してよい。半導体ウエハに加えて、本開示を利用しうる他のワークピースは、プリント回路基板、磁気記憶媒体、磁気記憶センサ、ミラー、光学素子、マイクロメカニカルデバイスなどの様々な物品を含む。
序論
【００２２】
半導体デバイスの製造は、通常、統合製作プロセスにおいて基板上に１枚以上の薄膜を堆積させることを含む。製作プロセスのいくつかの態様では、炭化ケイ素、シリコンオキシカーバイド、シリコン窒素カーバイド、およびシリコンオキシ窒素カーバイドなどの薄膜の種類は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、または他の適した堆積法を用いて堆積される。本明細書で用いられる炭化ケイ素との用語は、非ドープ炭化ケイ素またはドープ炭化ケイ素（酸素ドープ炭化ケイ素（ＳｉＣＯ）、窒素ドープ炭化ケイ素（ＳｉＣＮ）、窒素ドープおよび酸素ドープ炭化ケイ素（ＳｉＯＣＮ）など）を含む。多くにとって、ドープ炭化ケイ素は、ドーパント原子の最大で約５０％の原子を有する（それらの原子が、酸素、窒素、または別の元素の原子に関わらず）。ドーピングレベルは、所望の膜の特性を提供する。
【００２３】
炭化ケイ素を堆積させるための前駆体分子は、ケイ素−水素（Ｓｉ−Ｈ）および／またはケイ素−ケイ素（Ｓｉ−Ｓｉ）結合、ならびにケイ素−炭素（Ｓｉ−Ｃ）結合を有するケイ素含有分子を含みうる。シリコンオキシカーバイドを堆積させるための前駆体分子は、ケイ素−水素（Ｓｉ−Ｈ）結合および／またはケイ素−ケイ素（Ｓｉ−Ｓｉ）結合、ならびに、ケイ素−酸素（Ｓｉ−Ｏ）結合および／またはケイ素−炭素（Ｓｉ−Ｃ）結合を有するケイ素含有分子を含む。シリコン窒素カーバイドを堆積させるための前駆体分子は、ケイ素−水素（Ｓｉ−Ｈ）結合および／またはケイ素−ケイ素（Ｓｉ−Ｓｉ）結合、ならびに、ケイ素−窒素（Ｓｉ−Ｎ）結合および／またはケイ素−炭素（Ｓｉ−Ｃ）結合を有するケイ素含有分子を含む。シリコンオキシ窒素カーバイドを堆積させるための前駆体分子は、ケイ素−水素（Ｓｉ−Ｈ）結合および／もしくはケイ素−ケイ素（Ｓｉ−Ｓｉ）結合、ケイ素−窒素（Ｓｉ−Ｎ）結合、ケイ素−酸素（Ｓｉ−Ｏ）結合、ならびに／またはケイ素−炭素（Ｓｉ−Ｃ）結合を有するケイ素含有分子を含む。現在のＰＥＣＶＤプロセスは、プラズマが基板付近に直接提供されるｉｎ−ｓｉｔｕプラズマ処理を用いてよい。
【００２４】
高品質の炭化ケイ素薄膜を堆積させることは、優れたステップカバレッジ、低誘電率、高耐圧、低リーク電流、高気孔率、および／または、金属面の酸化なしの露出金属面に対するカバレッジ、を有する膜を提供することなど、特定の課題を有しうる。
【００２５】
本開示は、特定の理論によって限定されないが、通常のＰＥＣＶＤプロセスにおけるプラズマ条件は、望ましくない影響を生じさせるケイ素含有前駆体分子を分解すると思われる。例えば、ＰＥＣＶＤは、前駆体分子におけるＳｉ−Ｏ結合および／またはＳｉ−Ｃ結合を切断して、高反応性ラジカルまたは高付着係数を有する他の断片型を生成してよい。結果として生じたドープ炭化ケイ素膜の断片は、「ダングリング状態の」結合を有するケイ素原子、炭素原子、および／または、酸素原子を含みうる、つまり、ケイ素原子、炭素原子、および／または、酸素原子は、反応性の不対価電子を有する。反応性前駆体断片が凹状部分における側壁の上部領域および他の構造体に不均衡に付着するため、高付着係数の前駆体分子およびそれらの断片は、乏しいステップカバレッジの炭化ケイ素膜を堆積させうる。
【００２６】
ダングリングボンドは、堆積したシリコンオキシカーバイド膜またはシリコンオキシ窒素カーバイド膜においてシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を生成しうる。結果として、膜は、有害に高誘電率を有する可能性がある。直接プラズマ条件は、堆積した膜から炭素を抽出する傾向があるため、膜の品質が落ちる可能性もある。
【００２７】
さらに、ダングリングボンドは、堆積した炭化ケイ素膜において高まったケイ素−水素結合（Ｓｉ−Ｈ）を生成しうる。切断されたＳｉ−Ｃ結合は、直接プラズマ堆積条件でＳｉ−Ｈに置き換えられうる。炭化ケイ素膜におけるＳｉ−Ｈ結合の存在は、劣った電気特性の膜を生成しうる。例えば、Ｓｉ−Ｈ結合が電子のリークパスを提供するため、Ｓｉ−Ｈ結合の存在は、高耐圧を低減し、リーク電流を増加させうる。
【００２８】
さらに、ダングリングボンドは、炭化ケイ素膜において制御されない化学構造または形態構造を引き起こしうる。そのような構造は、フィラメントが受け入れがたいほどの高誘電率を有するように、低い多孔性を有する、または多孔性を有しない高密度フィラメントである場合がある。多孔性の欠如は、超低ｋ誘電材料において多孔性を提供する環状シロキサンにおけるＳｉ−Ｃ結合および／またはＳｉ−Ｏ結合を切断する直接プラズマ条件の結果でありうる。
【００２９】
前駆体分子を分解するためのエネルギが表面での多くのイオン衝撃を引き起こす低周波でありうるため、ＰＥＣＶＤで用いられることがある直接プラズマ条件は、堆積において方向性をもたらしうる。方向性堆積も、乏しいステップカバレッジの炭化ケイ素膜の堆積を引き起こしうる。直接プラズマは、堆積中に基板表面の極めて近くに存在する、時に、プラズマシースによってのみ基板表面から分離される、プラズマ（適した濃度の電子および正イオン）である。
【００３０】
一般的なＰＥＣＶＤプロセスは、金属を酸化しうるため、露出した銅または他の金属面の上に炭化ケイ素膜を堆積させるのに不適切なことがある。ＰＥＣＶＤプロセスは、シリコンオキシカーバイド膜を形成するために、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、二酸化炭素（ＣＯ2）、または、他の酸化種などの酸化剤を用いてよい。
堆積中の基板面における環境
【００３１】
図１Ａは、基板上に堆積した炭化ケイ素膜例の断面を表す。炭化ケイ素膜１０１は、基板１００付近に比較的穏やかな環境を作り出すプロセス条件下で形成されうる。基板１００は、任意の、ウエハ、半導体ウエハ、半製品の集積回路、プリント回路基板、表示画面、または、他の適したワークピースであってよい。炭化ケイ素膜１０１を堆積させるプロセスは、１つ以上のＳｉ−Ｈ結合および／または１つ以上のＳｉ−Ｓｉ結合と共に、生成されるドープ構造の種類に応じて、Ｓｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、および／またはＳｉ−Ｎ結合などの他の結合を有する１つ以上のケイ素含有前駆体を含みうる。
【００３２】
図１Ｂ〜図１Ｄには、炭化ケイ素膜を用いる特定の用途が示される。いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、ケイ素−酸素含有前駆体、ケイ素−窒素含有前駆体、および／または、ケイ素−炭素含有前駆体を含みうる。ケイ素−酸素含有前駆体は、１つ以上のＳｉ−Ｏ結合を含み、ケイ素−窒素含有前駆体は、１つ以上のＳｉ−Ｎ結合を含み、ケイ素−炭素含有前駆体は、１つ以上のＳｉ−Ｃ結合を含みうる。いくつかの実施形態では、例えば、ケイ素含有前駆体は、Ｓｉ−Ｏ結合およびＳｉ−Ｃ結合、または、Ｓｉ−Ｎ結合およびＳｉ−Ｃ結合を有する１つの反応剤Ａを含みうる。いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、Ｓｉ−Ｏ結合またはＳｉ−Ｎ結合を有する反応剤Ｂと、Ｓｉ−Ｃ結合を有する反応剤Ｃとを含みうる。本開示の範囲において任意の数の適した反応剤が用いられてよいことが理解されるだろう。ケイ素含有前駆体例の化学構造は、以下にさらに詳細に説明される。
【００３３】
ケイ素含有前駆体は、１つ以上のＳｉ−Ｈ結合、および／または、１つ以上のＳｉ−Ｓｉ結合を含む。堆積プロセスの間に、Ｓｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−Ｓｉ結合は、切断され、堆積した炭化ケイ素膜１０１においてケイ素含有前駆体の間に結合を形成するための反応部位として機能する。切断された結合は、堆積中または堆積後に行われる熱処理の間に架橋部位としても機能しうる。反応部位および架橋部位における結合は、結果として生じた炭化ケイ素膜１０１において集合的に主鎖またはマトリックスを形成しうる。
【００３４】
いくつかの実施形態では、プロセス条件は、炭化ケイ素膜１０１の堆積層における、Ｓｉ−Ｃ結合、ならびに、存在する場合は、Ｓｉ−Ｏ結合およびＳｉ−Ｎ結合を実質的に維持しうる。従って、基板１００付近の反応条件は、Ｓｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−Ｓｉ結合の選択的な切断（例えば、切断されたＳｉ−Ｈ結合から水素を抽出すること）を提供するが、反応条件は、Ｓｉ−Ｏ結合から酸素を、Ｓｉ−Ｎ結合から窒素を、または、Ｓｉ−Ｃ結合から炭素を抽出することは提供しない。しかし、酸素などの共反応剤の導入は、Ｓｉ−Ｃ結合から炭素を抽出してよい。一般に、記載の反応条件は、基板１００の露出面（炭化ケイ素膜１０１が堆積する面）に存在する。反応条件は、さらに、基板１００上方のある程度の距離（例えば、基板１００上方の約０．５マイクロメータから約１５０ミリメータ）に存在してよい。事実上、前駆体の活性化は、基板１００上方の実質的な距離において気相で起こりうる。通常、関連する反応条件は、基板１００の露出面全体にわたって均一または実質的に均一であるが、特定の用途ではある程度の変動が許容されてよい。
【００３５】
ケイ素含有前駆体に加えて、ワークピース（例えば、基板１００）付近の環境は、１つ以上のラジカル種（好ましくは、実質的に低エネルギ状態のラジカル種）を含みうる。そのような種の例は、水素原子ラジカルを含む。いくつかの実施形態では、全て、または実質的に全て、またはかなりの割合の水素原子ラジカルは、基底状態にありうる（例えば、ワークピース付近の水素原子ラジカルの少なくとも約９０％または約９５％は、基底状態にある）。特定の実施形態では、ソースガスは、ヘリウムなどのキャリアガスに提供される。例として、水素ガスは、約１〜１０％の水素濃度でヘリウムキャリアに提供されてよい。圧力、ヘリウムなどのキャリアガスの比率、および他のプロセス条件は、水素原子が再結合なしに低エネルギ状態のラジカルとして基板１００に衝突するように選択される。
【００３６】
他の箇所で説明されたように、水素ガスは、リモートプラズマ源に供給されて水素原子ラジカルまたは水素ラジカルを生成してよい。水素原子ラジカルは、生成されると励起エネルギ状態であってよい。例えば、励起エネルギ状態の水素は、少なくとも１０．２ｅＶのエネルギ（第１の励起状態）を有しうる。励起した水素原子ラジカルは、ケイ素含有前駆体の無差別な分解を引き起こす可能性がある。例えば、励起状態の水素原子ラジカルは、炭化ケイ素膜１０１の組成または物理特性もしくは電気特性を変更しうるＳｉ−Ｈ結合、Ｓｉ−Ｓｉ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、およびＳｉ−Ｃ結合を簡単に切断しうる。いくつかの実施形態では、励起した水素原子ラジカルがそのエネルギを失う、またはそのエネルギを緩和するときは、励起した水素原子ラジカルは、実質的に低エネルギ状態の水素原子ラジカル、または、基底状態の水素原子ラジカルになってよい。実質的に低エネルギ状態または基底状態の水素原子ラジカルは、一般に、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、およびＳｉ−Ｃ結合を維持しながら、Ｓｉ−Ｈ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合を選択的に切断することができる。いくつかの実施形態では、プロセス条件は、励起した水素原子ラジカルがエネルギを失うまたは緩和して、実質的に低エネルギ状態または基底状態の水素原子ラジカルを形成するように提供されてよい。例えば、リモートプラズマ源または関連構成部品は、リモートプラズマ源から基板１００に拡散する水素原子ラジカルの滞留時間が、励起した水素原子ラジカルのエネルギ緩和時間よりも長くなるように設計されてよい。励起した水素原子ラジカルのエネルギ緩和時間は、約１×１０-3秒以下であってよい。
【００３７】
かなりの割合の水素原子ラジカルが基底状態にある状態は、様々な技術によって達成されうる。以下に説明されるようないくつかの装置は、この状態を達成するように設計されている。装置の特徴部およびプロセスコントロールの特徴部は、かなりの割合の水素原子ラジカルが基底状態にある穏やかな状態を作るためにテストされ調整されうる。例えば、装置は、プラズマ源の下流（すなわち、基板１００付近）の荷電粒子のために操作されテストされてよい。プロセスおよび装置は、基板１００付近に存在する荷電種が実質的に存在しなくなるまで調整されてよい。また、装置特徴部およびプロセス特徴部は、トリメチルシランなどの標準的な前駆体から炭化ケイ素膜１０１を生成し始める構成に調整されてよい。そのような成膜を支援する比較的穏やかな条件が選択される。
【００３８】
ラジカル種の他の例は、（原子または２原子の）元素酸素ラジカルなどの酸素含有種、（原子または２原子の）元素窒素ラジカルなどの窒素含有種、および、窒素が必要に応じて膜に組み込まれるアンモニアラジカルなどのＮ−Ｈ含有ラジカルを含む。Ｎ−Ｈ含有ラジカルの例は、メチルアミン、ジメチルアミン、およびアニリンのラジカルを含むがそれらに限定されない。前述のラジカル種は、水素、窒素、Ｎ−Ｈ含有種、またはこれらの混合物を含むソースガスから生成されてよい。いくつかの実施形態では、実質的に全て、またはかなりの割合の堆積膜の原子は、前駆体分子によって提供される。その場合、堆積反応を促進させるのに用いられる低エネルギラジカルは、排他的に、堆積層の質量に実質的に寄与しない水素種または他の種であってよい。いくつかの実施形態では、以下にさらに詳細に説明されるように、ラジカル種は、リモートプラズマ源によって生成されうる。いくつかの実施形態では、より高いエネルギ状態のラジカル、または、イオンラジカルですら、ウエハ面付近に潜在的に存在しうる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、プロセス条件は、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、およびＳｉ−Ｃ結合を実質的に維持しながらＳｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−Ｓｉ結合を切断するのに十分な、実質的に低エネルギ状態のラジカル種を用いる。そのようなプロセス条件は、基底状態より上の状態などの高エネルギ状態のイオン、電子、またはラジカル種を相当量は有さなくてよい。いくつかの実施形態では、膜付近の領域におけるイオン濃度は、約１０7／ｃｍ3以下である。相当量のイオンまたは高エネルギラジカルの存在は、望ましくない電気特性（例えば、高誘電率および／または低耐圧）ならびに劣悪な共形性を有する膜を生成しうるＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、ならびにＳｉ−Ｃ結合を切断する傾向があってよい。過度な反応性環境は、高い付着係数（ワークピース側壁に化学的および物理的に付着する傾向を表す）を有する反応性前駆体断片を生成し、劣悪な共形性を引き起こす。
【００４０】
ケイ素含有前駆体は、通常、基板１００付近の環境において他の種（特に、キャリアガス）と共に供給される。いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、ラジカル種、ならびに、他の反応種および／またはキャリアガスを含む他の種と共に存在する。いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、混合物として導入されてよい。ケイ素含有前駆体は、堆積反応面の上流で不活性キャリアガスと混合されうる。不活性キャリアガスの例は、アルゴン（Ａｒ）およびヘリウム（Ｈｅ）を含むがそれらに限定されない。また、ケイ素含有前駆体は、主要種および非主要種を有する混合物に導入されてよく、非主要種は、比較的低濃度で炭化ケイ素膜１０１に存在するいくつかの要素または構造的特徴（例えば、リング構造、ケージ構造、不飽和結合など）を含む。複数の前駆体は、結果として生じた炭化ケイ素膜１０１において主鎖またはマトリックスを形成するために、必要に応じて等モルにまたは比較的類似部分に存在してよい。他の実施形態では、異なる前駆体の相対量は、等モル状態から実質的にスキューされる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、１つ以上のケイ素含有前駆体は、基本的に、堆積した炭化ケイ素膜１０１の全ての質量を提供し、リモートプラズマからの少量の水素または他の元素は、膜質量の約５原子％未満または約２原子％未満を提供する。いくつかの実施形態では、ラジカル種および１つ以上のケイ素含有前駆体のみが、堆積した炭化ケイ素膜１０１の組成に寄与する。他の実施形態では、堆積反応は、１つ以上のケイ素含有前駆体およびラジカル種以外の共反応剤を含む。そのような共反応剤の例は、二酸化炭素（ＣＯ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、水（Ｈ2Ｏ）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）、酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、窒素（Ｎ2）、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、アンモニア（ＮＨ3）、ジアゼン（Ｎ2Ｈ2）、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、エチレン（Ｃ2Ｈ4）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、およびこれらの組み合わせを含む。そのような物質は、窒化剤、酸化剤、還元剤などとして用いられてよい。場合によっては、それらは、ケイ素含有前駆体が提供されたわずかな炭素を除去することによって、堆積膜における炭素の量を調整するのに用いられうる。非水素共反応剤を用いるいくつかの実施形態では、共反応剤は、通常、プラズマへの直接的な曝露なしに、ケイ素含有前駆体と同じ流路（例えば、シャワーヘッドを含む経路）を通って反応チャンバに導入される。いくつかの実施形態では、酸素および／または二酸化炭素は、堆積中に膜または前駆体から炭素を取り除くことによって、炭化ケイ素膜１０１の組成を変更するために前駆体と共に導入される。非水素共反応剤を用いるいくつかの実施形態では、共反応剤がラジカルおよび／またはイオンに少なくとも部分的に変換されるように、共反応剤は、水素と同じ流路を通って反応チャンバに導入される。そのような実施形態では、水素ラジカルおよび共反応剤ラジカルは共に、堆積した炭化ケイ素膜１０１を生成するためにケイ素含有前駆体と反応する。
【００４２】
共反応剤が用いられ、ラジカル（例えば、水素）に変換される種と共にそれらがチャンバに導入される特定の実施形態では、共反応剤は、ラジカル（例えば、水素）源、およびヘリウムなどのキャリアガスを含む反応チャンバ内の他のガスと比べて、比較的少量で反応チャンバに提供されてよい。例えば、共反応剤は、約０．０５質量％以下、または約０．０１質量％以下、または約０．００１質量％以下でプロセスガス中に存在してよい。例えば、（プラズマ源に入る）混合反応剤は、毎分約１０〜２０リットル（Ｌ／ｍ）のＨｅ、毎分約２００〜５００標準立方センチメートル（ｓｃｃｍ）のＨ2、および、約１〜１０ｓｃｃｍの酸素であってよい。共反応剤がケイ素含有前駆体と共に反応チャンバに導入される（例えば、シャワーヘッドを通って）ときは、共反応剤は、例えば、約２％以下または約１％以下の高濃度で存在してよい。共反応剤が比較的弱い反応剤（例えば、二酸化炭素などの弱い酸化剤）であるときは、共反応剤は、約１０％以下または約４％以下などのさらに高濃度で存在してよい。
【００４３】
基板１００付近の環境における温度は、堆積反応を促進させるのに適した温度でありうるが、時に炭化ケイ素膜１０１を備えるデバイスの用途に限定されうる。いくつかの実施形態では、基板１００付近の環境における温度は、炭化ケイ素膜１０１の堆積中に基板１００が支持される台座の温度によって主に制御されうる。いくつかの実施形態では、動作温度は、約５０℃から約５００℃の間でありうる。例えば、動作温度は、多くの集積回路用途において約２５０℃から約４００℃の間でありうる。いくつかの実施形態では、温度の上昇は、基板表面上の架橋の増加につながりうる。
【００４４】
基板１００付近の環境における圧力は、反応チャンバ内で反応性ラジカルを生成するのに適した圧力でありうる。いくつかの実施形態では、圧力は、約３５Ｔｏｒｒ以下でありうる。例えば、圧力は、マイクロ波生成プラズマを実施する実施形態などでは、約１０Ｔｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒの間でありうる。他の例では、圧力は、無線周波数（ＲＦ）生成プラズマを実施する実施形態などでは、約５Ｔｏｒｒ未満、または、約０．２Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒの間でありうる。
【００４５】
図１Ｂ〜図１Ｄは、様々な用途の炭化ケイ素膜を含む構造の断面を表す。図１Ｂは、トランジスタのゲート電極構造の側壁上の炭化ケイ素垂直構造を表す。図１Ｃは、エアギャップ型金属化層における銅線の露出側壁上の炭化ケイ素垂直構造を表す。図１Ｄは、多孔誘電材料用の炭化ケイ素孔シーラントを表す。これらの用途の各々は、以下にさらに詳細に説明される。
前駆体の化学構造
【００４６】
記載のように、炭化ケイ素膜の形成時に用いられる前駆体は、ケイ素含有前駆体を含み、少なくとも一部のケイ素含有前駆体は、少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−Ｓｉ結合を有しうる。特定の実施形態では、ケイ素含有前駆体は、各ケイ素原子に最大１つの水素原子を有する。そのため、例えば、１つのケイ素原子を有する前駆体は、ケイ素原子に結合された最大１つの水素原子を有し、２つのケイ素原子を有する前駆体は、１つのケイ素原子に結合された１つの水素原子、および、必要に応じて第２のケイ素原子に結合された別の水素原子を有し、３つのケイ素原子を有する前駆体は、１つのケイ素原子に結合された少なくとも１つの水素原子、および、必要に応じて１または２つの残りのケイ素原子に結合された１つまたは２つ以上の水素原子を有する。また、ケイ素含有前駆体は、少なくとも１つのＳｉ−Ｏ結合、少なくとも１つのＳｉ−Ｎ結合、および／または、少なくとも１つのＳｉ−Ｃ結合を含んでよい。炭化ケイ素膜の形成には任意の数の適切な前駆体が用いられうるが、少なくともいくつかの前駆体は、少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合またはＳｉ−Ｓｉ結合、ならびに、必要に応じて少なくとも１つのＳｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、および／またはＳｉ−Ｃ結合を有するケイ素含有前駆体を含むだろう。様々な実施形態では、ケイ素含有前駆体は、Ｏ−Ｃ結合またはＮ−Ｃ結合を含まない（例えば、前駆体は、アルコキシ（−Ｏ−Ｒ）を含まない（Ｒは、炭化水素基またはアミン（−ＮＲ1Ｒ2）基などの有機基であり、Ｒ1およびＲ2は、独立に水素基または有機基）。
【００４７】
特定の実施形態では、炭化ケイ素膜のために提供された少なくとも一部の炭素は、ケイ素含有前駆体上の１つ以上の炭化水素部分によって提供される。そのような部分は、アルキル基、アルケン基、アルキン基、アリール基などからであってよい。特定の実施形態では、炭化水素基は、堆積中の反応を中断させるＳｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−Ｓｉ結合の立体障害を最小限にするため、１つの炭素原子を有する。しかし、前駆体は、１つの炭素基に限定されず、２つ、３つ、４つ、５つ、または６つの炭素原子など、より多くの炭素原子が用いられてよい。特定の実施形態では、炭化水素基は直鎖状状である。特定の実施形態では、炭化水素基は環状である。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、化学分類に該当する。他の化学分類のケイ素含有前駆体が用いられてよいこと、および、ケイ素含有前駆体は、以下に記載の化学分類に限定されないことが理解されるだろう。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、シロキサンでありうる。いくつかの実施形態では、シロキサンは環状であってよい。環状シロキサンは、２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、およびヘプタメチルシクロテトラシロキサン（ＨＭＣＴＳ）などのシクロテトラシロキサンを含んでよい。他の環状シロキサンも、シクロトリシロキサンおよびシクロペンタシロキサンを含みうるが、それらに限定されない。環状シロキサンを用いる実施形態は、多孔性を炭化ケイ素膜に導入できるリング構造であり、孔の大きさは、リングの半径に対応する。例えば、シクロテトラシロキサンリングは、約６．７Åの半径を有しうる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、シロキサンは、３次元構造またはケージ構造を有してよい。図２は、代表的なケージ状のシロキサン前駆体の例を表す。ケージ状シロキサンは、多面体または３Ｄ構造を形成するために、酸素原子を介して互いに架橋されたケイ素原子を有する。ケージ状シロキサン前駆体分子の例は、シルセスキオキサンである。ケージ状シロキサン構造は、全ての目的のためにその全てが本明細書に参照として援用される、本出願の譲渡人に譲渡された、Ｃｌｅｅｍｐｕｔらによる米国特許第６，５７６，３４５号においてさらに詳細に説明される。環状シロキサンと同様に、ケージ状シロキサンは、多孔性を炭化ケイ素膜に導入しうる。いくつかの実施形態では、多孔性スケールはメソポーラスである。
【００５１】
いくつかの実施形態では、シロキサンは直鎖状である。適した直鎖状シロキサンの例は、ペンタメチルジシロキサン（ＰＭＤＳＯ）、テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、およびトリシロキサン（例えば、ヘキサメチルトリシロキサン、ヘプタメチルトリシロキサン）などのジシロキサンを含むがそれらに限定されない。
【００５２】
いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、アルキルシランまたは他の炭化水素置換シランでありうる。アルキルシランは、結合された１つ以上のアルキル基だけでなく、結合された１つ以上の水素原子を有する中心ケイ素原子を含む。特定の実施形態では、１つ以上のアルキル基は、１〜５つの炭素原子を含む。炭化水素基は、飽和または不飽和であってよい（例えば、アルケン（例えば、ビニール）、アルキン、および芳香族基）。例には、トリメチルシラン（３ＭＳ）、トリエチルシラン、ペンタメチルジシラメタン（（ＣＨ3）2Ｓｉ−ＣＨ2−Ｓｉ（ＣＨ3）3）、およびジメチルシラン（２ＭＳ）が含まれるが、それらに限定されない。
【００５３】
いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、アルコキシシランでありうる。アルコキシシランは、結合された１つ以上のアルコキシ基、および、結合された１つ以上の水素原子を有する中心ケイ素原子を含む。例には、トリメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、ジメトキシシラン（ＤＭＯＳ）、メトキシシラン（ＭＯＳ）、メチルジメトキシシラン（ＭＤＭＯＳ）、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、ジメチルエトキシシラン（ＤＭＥＳ）、およびジメチルメトキシシラン（ＤＭＭＯＳ）が含まれるが、それらに限定されない。
【００５４】
また、モノシランの代わりに、ジシラン、トリシラン、または他の高次シランが用いられてよい。アルキルシラン類からのそのようなジシランの一例は、ヘキサメチルジシラン（ＨＭＤＳ）である。アルキルシラン類からのジシランの別の例は、ペンタメチルジシラン（ＰＭＤＳ）を含みうる。他の種類のアルキルシランは、ケイ素原子に結合された炭素だけでなくケイ素原子に結合されたアルキル基も有する分岐高分子構造を有しうるアルキルカルボシランを含みうる。例には、ジメチルトリメチルシリルメタン（ＤＴＭＳＭ）およびビス−ジメチルシリルエタン（ＢＤＭＳＥ）が含まれる。いくつかの実施形態では、ケイ素原子の１つは、そこに付着する炭素含有基または炭化水素含有基を有し、ケイ素原子の１つは、そこに付着する水素原子を有しうる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体は、ケイ素−窒素水素化物（例えば、シラザン）などの窒素含有化合物でありうる。一般に、そのような化合物は、炭素を含むが、ケイ素原子のみに結合され、窒素原子には結合されない。特定の実施形態では、窒素含有化合物は、炭素−窒素結合を有しない。特定の実施形態では、窒素含有化合物は、アミン部分（−Ｃ−ＮＲ1Ｒ2）を有しない（Ｒ1およびＲ2は、水素原子および炭化水素基（例えば、アルキル基、アルケン基、またはアルキン基）などの同一の基または異なる基）。適したケイ素−窒素前駆体の例は、１つ以上のケイ素原子に結合された１つ以上の炭化水素部分、および、１つ以上のケイ素原子に結合された１つ以上の水素原子を含む環状シラザンならびに直鎖状シラザンなどの様々なシラザンを含む。シラザンの例は、テトラメチルジシラザンおよびヘキサメチルトリシラザンなどのメチル置換ジシラザンおよびトリシラザンを含む。
【００５６】
炭化ケイ素の堆積時に、プロセスガスには複数のケイ素含有前駆体が存在しうる。例えば、シロキサンおよびアルキルシランは一緒に用いられてよい、または、シロキサンおよびアルコキシシランは一緒に用いられてよい。個々の前駆体の相対比率は、選択された前駆体の化学構造、および、結果として生じた炭化ケイ素膜の用途に基づいて選択されうる。例えば、シロキサンの量は、以下により詳細に説明する多孔質膜を生成するために、モルパーセントでシランの量よりも多くてよい。
【００５７】
酸素ドープ炭化ケイ素膜を堆積させるのに適した前駆体の例は、シクロテトラシロキサン（例えば、ヘプタメチルシクロテトラシロキサン（ＨＭＣＴＳ）およびテトラメチルシクロテトラシロキサン）などの環状シロキサンを含む。他の環状シロキサンも、シクロトリシロキサンおよびシクロペンタシロキサンを含みうるが、それらに限定されない。酸素ドープ炭化ケイ素膜を堆積させるのに適した前駆体の他の例は、ジシロキサン（例えば、ペンタメチルジシロキサン（ＰＭＤＳＯ）、テトラメチルジシロキサン（ＴＭＤＳＯ）、ヘキサメチルトリシロキサン、およびヘプタメチルトリシロキサン）などの直鎖状シロキサンを含むが、それらに限定されない。
【００５８】
記載のように、ケイ素含有前駆体は、高共形炭化ケイ素膜を提供するために選択される。低付着係数を有するケイ素含有前駆体は、高共形膜を生成できるとされている。「付着係数」は、同じ期間において表面上に衝突する種の総数に対するその表面に吸着／付着する吸着質種（例えば、断片または分子）の数の比率を述べるのに用いられる用語である。記号Ｓcは、付着係数を指すのに用いられることがある。Ｓcの値は、０（付着する種がないことを意味する）から１（全ての衝突種が付着することを意味する）の間である。衝突種の種類、表面温度、表面被覆度、表面構造の詳細、および衝突種の運動エネルギを含む様々な要因が、付着係数に影響を及ぼす。特定の種は、他よりも本質的に「粘着性」があり、それらの種が表面に衝突する度に表面により吸着しやすくなる。これらのより粘着性のある種は、より低い付着係数を有する粘着性の少ない種と比べて、より大きい付着係数を有し（全ての他の要因は等しい）、凹状部分の入口付近により吸着しやすい。場合によっては、（適切な堆積条件における）前駆体の付着係数は、約０．０５未満（例えば約０．００１未満）であってよい。
高密度化された炭化ケイ素膜
【００５９】
テクノロジノードは、集積回路製造業界において絶えず縮小している。各テクノロジノードと共に、デバイスジオメトリは縮小し、ピッチは小さくなる。そのようなテクノロジノードにおける高アスペクト比のギャップは、低誘電率（低ｋ）を有する絶縁材料などの絶縁材料で充填される必要があるだろう。半導体集積動作は、高アスペクト比ギャップを低ｋ誘電材料で充填することを含んでよい。これは、浅いトレンチ分離、金属間誘電体層、パッシベーション層などの場合である。
【００６０】
例えば、４５ｎｍのテクノロジノードから１４ｎｍのテクノロジノードに移行する場合は、デバイスフィーチャは、導電材料がより近くなるように横方向に縮小する。導電材料が近くなればなるほど望まない導電結合が起きる可能性があり、寄生容量、信号伝搬の遅延、および容量性効果による信号クロストークを引き起こしうる。しかし、テクノロジノードが縮小するため、導電相互接続部の層間絶縁体（ＩＬＤ）としての低ｋ材料は、寄生容量、信号遅延、および信号クロストークを減少させることができる。フィン電界効果トランジスタ（ｆｉｎＦＥＴ）構造およびダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）ビット構造を含むいくつかの用途は、側壁スペーサ材として低ｋ材料を必要とする。
【００６１】
窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）は、そのステップカバレッジ、熱安定性、エッチング性およびエッチング耐性、ならびに高耐圧のため、多くの集積回路用途において絶縁材料として用いられることが多い。しかし、窒化ケイ素の誘電率（約７〜８）は、テクノロジノードがより小さくなるため高すぎる可能性がある。
【００６２】
酸化ケイ素（ＳｉＯ2）は、より低い誘電率（約４．０）を有し、導電相互接続部の層間絶縁体として容量の大幅な減少を提供しうる。しかし、酸化ケイ素は、様々なデバイス集積動作におけるエッチング動作に対して十分な耐性または選択性を有しない可能性がある。
【００６３】
ドープ炭化ケイ素材料および非ドープ炭化ケイ素材料を含む炭化ケイ素材料は、低誘電率だけでなく、ステップカバレッジ、熱安定性、ウェットエッチング耐性、酸化物／窒化物に対するドライエッチング選択性、および高耐圧をも提供する、集積回路用途における絶縁材として機能してよい。例えば、酸素原子および／または窒素原子の混入により、炭化ケイ素材料の特性が調整されてよい。いくつかの実施形態では、酸素ドープ炭化ケイ素膜は、低誘電率、デバイス集積動作に耐えるウェットエッチング耐性、および酸化物／窒化物に対するドライエッチング選択性を提供する集積回路用途において絶縁材料として機能しうる。
【００６４】
薄膜を高密度化するための様々な技術は、薄膜の特性を向上させてよい。材料の高密度化は、通常、熱アニール処理および直接プラズマ処理を用いて遂行される。直接プラズマ処理またはＰＥＣＶＤ処理は、イオン衝突によって薄膜を高密度化させてよく、直接プラズマ処理またはＰＥＣＶＤ処理は、不活性ガス種または反応性ガス種（アンモニア（ＮＨ3）、窒素（Ｎ2）、または酸素（Ｏ2）など）を用いてよい。反応性ガス種によるイオン衝突は、炭化ケイ素膜の炭素、窒化ケイ素膜の窒素、または酸化ケイ素膜の酸素など、薄膜における１つ以上の元素を変換してよい。ＮＨ3プラズマは、例えば、ＳｉＣＮ膜を高密度化するのに用いられてよい。ＮＨ3プラズマからのイオンおよびラジカルは、膜の高密度化に貢献するが、直接プラズマ処理中にイオン損傷が起こる可能性がある。また、膜の高密度化は、フィーチャ（例えば、トレンチ、凹部）に堆積した膜の直接プラズマ処理を用いても均一でない可能性があり、膜の高密度化は、フィーチャの側壁よりもフィーチャの上部および底部において大きい可能性がある。
【００６５】
炭化ケイ素膜は、集積回路を製造するときに、１つ以上のデバイス集積動作を施されてよい。そのようなデバイス集積動作は、様々な堆積プロセス、エッチングプロセス、洗浄／剥離プロセス、アニーリングプロセスを含んでよい。デバイス集積動作では、炭化ケイ素膜は、エッチング、アッシング、および／またはアニーリングのプロセスを施されてよい。例えば、炭化ケイ素膜は、ウェットエッチング、ＳｉＯ2のドライエッチング、フォトレジストの酸素プラズマアッシング、および水蒸気アニーリングのうちの１つ以上のプロセスを施されてよい。従って、改善した化学安定性、ＳｉＯ2に対する改善したドライエッチングの選択性、アッシングに対する改善したプラズマ耐性、および改善した熱安定性を有する炭化ケイ素膜を開発することが望ましいだろう。高密度化された炭化ケイ素膜は、全ての前述の改善といわないまでも、少なくともいくつかの前述の改善を提供してよい。
【００６６】
高密度化された炭化ケイ素膜は、高密度化されていない炭化ケイ素膜よりも高い結合密度のＳｉ−Ｃ結合および／またはＳｉ−Ｏ結合を有する。高密度化は、ダングリングケイ素結合および／または炭素結合を除去し、ケイ素原子および／または炭素原子の架橋を促進してよい。通常、堆積した炭化ケイ素膜の化学構造は、いくつかの末端メチル基（ＣＨ3）および増加した水素含有量を含んでよい。例として、高密度化前の酸素ドープ炭化ケイ素膜は、いくつかの末端ＣＨ3結合を含み、高い水素含有量を有してよい。水素原子は、酸素原子と結合してシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）を形成し、ケイ素原子と結合して末端Ｓｉ−Ｈ結合を形成してよい。図４Ａは、高密度化前の酸素ドープ炭化ケイ素の化学構造の例を示す。図４Ａに示すように、酸素ドープ炭化ケイ素構造は、複数の末端ＣＨ3結合を含み、炭素原子は、酸素原子および水素原子によって配位される。炭素原子の多く、または少なくともかなりの割合の炭素原子は、架橋されていない。
【００６７】
炭化ケイ素膜のリモートプラズマ処理は、Ｓｉ−Ｃ結合の結合密度を高め、末端ＣＨ3結合およびＳｉ−Ｈ結合の数を減らすことで、炭化ケイ素膜を高密度化させる。リモートプラズマ処理は、末端ＣＨ3結合およびＳｉ−Ｈ結合から水素原子を取り除き、少なくともＳｉ−Ｃ結合を形成するために架橋を促進させてよい。Ｓｉ−Ｓｉ結合も架橋によって形成されてよい。Ｓｉ−ＣＨ3基からの水素は、処理中に除去され、架橋されてＳｉ−Ｃ−Ｓｉ結合が形成されてよい。酸素ドープ炭化ケイ素膜が堆積するいくつかの実施形態では、高密度化は、末端ＣＨ3結合、Ｓｉ−ＯＨ結合、およびＳｉ−Ｈ結合の除去によってＳｉ−Ｏ結合およびＳｉ−Ｃ結合の結合密度を増加させる。リモートプラズマ処理は、酸素ドープ炭化ケイ素膜から水素を抽出し、より多くのＳｉ−Ｏ結合およびＳｉ−Ｃ結合が形成されるように架橋を促進させてよい。Ｓｉ−ＣＨ3基からの水素は、処理中に除去され、架橋されてＳｉ−Ｃ−Ｓｉ結合が形成されてよい。Ｓｉ−ＯＨ基およびＳｉ−Ｈ基からの水素は、処理中に除去され、そのような基は、架橋されてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が形成されてよい。さらに、リモートプラズマ処理は、Ｓｉ−ＯＨ基のヒドロキシルを反応させて水（Ｈ2Ｏ）を形成し、互いを架橋させてＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を形成してよい。リモートプラズマ処理は、Ｓｉ−Ｏ結合およびＳｉ−Ｃ結合の結合密度を増加させ、末端ＣＨ3結合、Ｓｉ−ＯＨ結合、およびＳｉ−Ｈ結合の量を減少させるための、他の可能な機構または他の可能な反応経路をもたらす可能性があることが理解されるだろう。図４Ｂは、高密度化後の酸素ドープ炭化ケイ素膜の化学構造の例を示す。図４Ｂに示すように、酸素ドープ炭化ケイ素膜は、ＣＨ3結合をほとんどまたは全く含まず、炭素原子は、一般に架橋されてケイ素原子によって配位される。炭素原子または少なくともかなりの割合の炭素原子は、架橋されて、水素原子または酸素原子によって配位されない。
【００６８】
理論に制限されることなく、増加したＳｉ−Ｃ結合密度は、炭化ケイ素膜の特定の特性を改善してよい。いくつかの実施形態では、増加したＳｉ−Ｃ結合およびＳｉ−Ｏ結合の密度は、酸素ドープ炭化ケイ素膜の特定の特性を改善してよい。ドープ炭化ケイ素膜または非ドープ炭化ケイ素膜は、高密度化後により一層の化学安定性および熱安定性を有してよい。例えば、高密度化後のドープ炭化ケイ素膜または非ドープ炭化ケイ素膜は、低エッチングレート、酸化ケイ素に対する高エッチング選択性、高いＯ2プラズマアッシング耐性、および高い熱安定性のうちの１つ以上の特性を示してよい。
【００６９】
本開示は、リモートプラズマ処理を用いて、特定の実施形態では、リモート水素プラズマ処理を用いて、炭化ケイ素膜を高密度化してよい。本開示の炭化ケイ素膜は、非ドープ炭化ケイ素膜、ならびに、シリコンオキシカーバイド（ＳｉＣＯ）膜、窒化シリコンカーバイド（ＳｉＣＮ）膜、および酸窒化シリコンカーバイド（ＳｉＯＮＣ）膜などのドープ炭化ケイ素膜を含むことが理解されるだろう。高密度化された炭化ケイ素膜は、改善された化学安定性、熱安定性、エッチングへの耐性、酸化物／窒化物に対する選択性、およびプラズマアッシングへの耐性を示してよい。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、層ごとのアプローチで高密度化される。炭化ケイ素膜の厚さ全体の膜の膜密度および組成は、層ごとのプロセスで制御されてよい。層ごとのアプローチにおけるリモートプラズマ処理を用いた炭化ケイ素膜の高密度化は、直接プラズマ処理におけるイオン衝突から引き起こされうる損傷を最小限にしながら、より均一な膜の高密度化を提供する。
【００７０】
図５Ａ〜図５Ｄは、基板上の炭化ケイ素膜を堆積させ高密度化する様々な段階を表す。堆積およびリモートプラズマ処理のサイクルは、高密度化した炭化ケイ素膜を形成するために交互に起こってよい。図５Ａ〜図５Ｄに示す動作は、異なる動作、より少ない動作、または追加の動作によって実施されてよい。
【００７１】
図５Ａは、基板上に堆積した炭化ケイ素膜例の断面を表す。炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１は、基板５００の上に堆積しうる。基板５００は、ウエハ、半導体ウエハ、半製品集積回路、プリント回路基板、表示画面、または他の適したワークピースでありうる。いくつかの実施形態では、基板５００は、複数の高アスペクト比のフィーチャを含んでよく、各フィーチャは、２：１より大きい、５：１より大きい、または１０：１より大きい深さ対幅のアスペクト比を有してよい。炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１は、優れたステップカバレッジでそのような高アスペクト比のフィーチャに堆積されてよい。優れたステップカバレッジは、側壁スペーサ用途など様々な集積回路用途に有効でありうる。
【００７２】
炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１は、所望の厚さを達成するために、所定の堆積時間に従って制御されうる。いくつかの実施形態では、堆積時間は、約５秒から約５００秒の間、または約１０秒から約２００秒の間でありうる。いくつかの実施形態では、第１の厚さ５０１の所望の厚さは、約５Åと約３０Åの間でありうる。堆積時間は、第１の厚さ５０１の所望の厚さに対応しうる。第１の厚さ５０１は、第１の厚さ５０１を高密度化するために、次のリモートプラズマ処理の十分な浸透を可能にするように制御されうる。
【００７３】
炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の堆積は、本明細書に前述したリモートプラズマ堆積技術を用いて起こりうる。いくつかの実施形態では、第１の厚さ５０１は、１つ以上のケイ素含有前駆体を基板５００に向けて反応チャンバに流し、ソースガスの１つ以上のラジガルを第１の期間（例えば、堆積時間）にリモートプラズマ源から流して１つ以上のケイ素含有前駆体と反応させることによって堆積する。ソースガスのラジカルは、１つ以上のケイ素含有前駆体と反応する際は、低エネルギ状態または基底状態であってよい。１つ以上のケイ素含有前駆体との反応は、基板５００付近の環境における比較的穏やかなプロセス条件を提供する。
【００７４】
いくつかの実施形態では、ラジカルは、水素、窒素、ＮＨ3などのＮ−Ｈ含有種、酸素、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、もしくはＮ2Ｏなどの酸素含有種、またはそれらの混合物を含むソースガスから生成されてよい。例えば、ソースガスは、水素を含みうる。かなりの割合のラジカルは、基底状態などの実質的に低エネルギ状態のラジカルであってよい。実質的に低エネルギ状態または基底状態の水素ラジカルは、一般に、Ｓｉ−Ｏ結合、Ｓｉ−Ｎ結合、およびＳｉ−Ｃ結合を維持しながら、Ｓｉ−Ｈ結合およびＳｉ−Ｓｉ結合を選択的に切断することができる。いくつかの実施形態では、ソースガスのラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである。かなりの割合の水素ラジカルが実質的に低エネルギ状態または基底状態である状態は、様々な技術によって達成されうる。以下に説明するいくつかの装置は、この状態を達成するように設計されている。
【００７５】
前述のプロセス条件は、１つ以上のケイ素含有前駆体によるリモートプラズマ堆積を用いて炭化ケイ素膜を堆積させるために適用されてよい。圧力、温度、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成などのプロセス条件は、リモートプラズマの特性に影響するように堆積中に調整されうる。
【００７６】
いくつかの実施形態では、基板５００付近の環境の圧力は、反応チャンバで反応性ラジカルを生成するのに適した圧力でありうる。例えば、圧力は、約３５Ｔｏｒｒ以下（約１０Ｔｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒの間、または約０．２Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒの間など）でありうる。
【００７７】
いくつかの実施形態では、基板５００付近の環境の温度は、堆積を促進するのに適した温度でありうる。例えば、温度は、約５０℃から約５００℃の間、または約２５０℃から約４００℃の間でありうる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、リモートプラズマ源に印加されたＲＦ電力は、プラズマ源の種類、ウエハサイズ、および他の動作条件に応じて変化しうる。通常、例えば、３００ｍｍのウエハ向けの誘導結合プラズマのＲＦ電力は、約３００ワットから約１０キロワットの間、または約１キロワットから約６キロワットの間でありうる。リモートプラズマ源においてより多くのラジカルを生成するために、より高いＲＦ電力が印加されてよい。
【００７９】
いくつかの実施形態では、リモート水素プラズマ堆積の間のガス組成は、１つ以上のケイ素含有前駆体を含みうる。１つ以上のケイ素含有前駆体の各々は、少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合および／または少なくとも１つのＳｉ−Ｓｉ結合を含む。また、ケイ素含有前駆体の各々は、さらに、少なくとも１つのＳｉ−Ｏ結合、少なくとも１つのＳｉ−Ｎ結合、および／または少なくとも１つのＳｉ−Ｃ結合を含んでよい。いくつかの実施形態では、ケイ素含有前駆体の各々は、Ｏ−Ｃ結合またはＮ−Ｃ結合を含まない。例えば、前駆体は、アルコキシ（−Ｏ−Ｒ）を含まない（Ｒは、炭化水素基またはアミン（−ＮＲ1Ｒ2）基などの有機基であって、Ｒ1およびＲ2は、独立に水素基または有機基）。１つ以上のケイ素含有前駆体は、炭化ケイ素膜の組成を調整するように、および高いステップカバレッジを実現するように選択されてよい。いくつかの実施形態では、１つ以上のケイ素含有前駆体の各々は、環状シロキサン、直鎖状シロキサン、アルコキシシラン、アルキルシラン、およびシラザンからなる群より選択される。例えば、１つ以上のケイ素含有前駆体は、炭化ケイ素膜、酸素ドープ炭化ケイ素膜、窒素ドープ炭化ケイ素膜、または酸素および窒素ドープ炭化ケイ素膜を形成するときは、アルキルカルボシラン、直鎖状シロキサン、環状シロキサン、シラザン、またはそれらの組み合わせを含みうる。１つ以上のケイ素含有前駆体は、堆積した炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の基本的に全ての質量を提供し、リモートプラズマからの少量の水素または他の元素は、膜質量の約５原子％未満または約２原子％未満を提供する。
【００８０】
いくつかの実施形態では、リモート水素プラズマ堆積中のガス組成は、１つ以上のケイ素含有前駆体に加えて、１つ以上の共反応剤を含みうる。１つ以上の共反応剤は、ケイ素含有前駆体と同じ流路を通って１つ以上の共反応剤がプラズマに曝露されない反応チャンバに導入されてよい、または、１つ以上の共反応剤は、リモートプラズマと同じ流路を通って１つ以上の共反応剤がプラズマに曝露される反応チャンバに導入されてよい。共反応剤は、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の組成を調整するように選択されてよい。共反応剤の選択に応じて、共反応剤は、炭化ケイ素膜の炭素、酸素、または窒素の含有量を増加させ、または減少させてよい。共反応剤は、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2Ｏ、ＣＨ3ＯＨ、Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｎ2Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｂ2Ｈ6、またはこれらの組み合わせを含んでよい。いくつかの例では、１つ以上の共反応剤は、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2、ＮＨ3、またはこれらの組み合わせを含んでよい。１つ以上の共反応剤は、ラジカルのソースガスおよびキャリアガスを含む反応チャンバ内の他のガスに比べて、比較的少量で反応チャンバに導入されてよい。
【００８１】
いくつかの実施形態では、リモートプラズマ堆積中のガス組成は、１つ以上のキャリアガスを含みうる。特に、ソースガスは、キャリアガスが提供されてよい。キャリアガスの例は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンを含むが、それらに限定されない。キャリアガスの濃度は、ソースガスの濃度より実質的に大きくてよい。例として、水素ガスは、約１〜１０％の水素濃度でヘリウムキャリアガスに提供されてよい。キャリアガスの存在は、ソースガスのイオン化の増加、および再結合の減少に貢献しうる。低圧力は、通常、ソースガスのイオン化の増加および再結合の減少を促進するが、キャリアガスの存在は、同じ効果を与えうる。そのように、かなりの割合のラジカルは、高圧力でも、ヘリウムなどのキャリアガスがソースガスと共に流されたときは、最小限の再結合で生成されてよい。堆積中の反応チャンバ内のより高い圧力は、炭化ケイ素膜の共形性を向上させてよい。反応チャンバ内の高圧は、約７Ｔｏｒｒなど、約３Ｔｏｒｒより大きい圧力または約５Ｔｏｒｒより大きい圧力に対応してよい。
【００８２】
炭化ケイ素膜の組成は、前駆体の選択、前駆体の流れ、および共反応剤の流れに応じて変化しうることが理解されるだろう。いくつかの実施形態では、前駆体の内部構造は、堆積膜において維持される。この構造は、十分な熱エネルギが提供される場合に、Ｓｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−Ｓｉ結合が、前駆体分子において存在した、および／または、成長表面上での追加の縮合反応を通じて存在した位置において、個々の前駆体部分を結合によって結鎖または架橋させながら、存在する場合は、前駆体のＳｉ−Ｃ結合、Ｓｉ−Ｏ結合、および／またはＳｉ−Ｎ結合の全てまたはほとんどを維持してよい。
【００８３】
図５Ｂは、リモートプラズマ処理によって高密度化された図５Ａの炭化ケイ素膜の断面を表す。炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１が基板５００の上に堆積した後に、第１の厚さ５０１は、リモートプラズマ処理５１０に曝されて高密度化される。堆積中にソースガスのラジカルを生成するためのリモートプラズマ源は、処理中にソースガスのラジカルを生成するように機能してもよい。従って、炭化ケイ素膜の堆積は、炭化ケイ素膜の処理と同じ反応チャンバで起きてもよい。これにより、堆積および処理の交互のサイクルが同じツールで実施されることが可能になる。結果として、第１の厚さ５０１を堆積させること、および、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すことは、真空破壊（例えば、気中遮断）を導入することなく起こりうる。真空破壊は、スループットを低減させ、酸化作用を半導体デバイスに導入しうることで、より高い電気抵抗および性能低下をもたらしうる。
【００８４】
炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の高密度化は、リモートプラズマ処理５１０によって遂行されうる。炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すことは、ソースガスをリモートプラズマ源に流すことと、リモートプラズマ源においてソースガスからそのラジカルを生成することと、ソースガスのラジカルを炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１に流すこととを含みうる。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すことは、さらに、ソースガスと共に不活性ガスを流すことを含む。いくつかの実施形態では、ソースガスは、水素、窒素、Ｎ−Ｈ含有種（ＮＨ3など）、酸素、酸素含有種（Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｎ2Ｏなど）、またはこれらの混合物を含みうる。例えば、ソースガスは水素を含みうる。
【００８５】
炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すことは、ケイ素含有前駆体の供給なしで起こる。つまり、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の堆積は、１つ以上のケイ素含有前駆体を流すことを含むが、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の処理は、ケイ素含有前駆体の流れを止める。しかし、リモートプラズマ処理５１０は、実質的に低エネルギ状態のラジカルを炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１に供給することによって、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１を処理しうる。かなりの割合のラジカルは、基底状態などの実質的に低エネルギ状態にあるラジカルであってよい。いくつかの実施形態では、ソースガスのラジカルの少なくとも９０％は、基底状態の水素ラジカルである。リモートプラズマ処理５１０の間に、ソースガスのラジカルは、１つ以上の共反応ガスや不活性キャリアガスなどの他のガスに加えて、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１に流されてよい。リモートプラズマ処理５１０は、炭化ケイ素膜のＳｉ−ＣＨ3基、Ｓｉ−ＯＨ基、Ｓｉ−Ｈ基から水素を除去し、Ｓｉ−Ｃ結合および／またはＳｉ−Ｏ結合の全体結合密度を増加させるために架橋を促進させてよい。
【００８６】
リモートプラズマ処理５１０を用いる炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の高密度化は、所定の処理時間に従って制御されうる。いくつかの実施形態では、処理時間は、約２秒から約１００秒の間、または約５秒から約５０秒の間でありうる。より長い処理時間は、高密度化の増加に対応しうる。処理時間の決定は、第１の厚さ５０１の厚さに依存し、層をより十分に高密度化するために、より厚い層は、より長い処理時間を必要としてよい。
【００８７】
処理時間に加えて、高密度化および処理の効率は、圧力、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成などの１つ以上のプロセス条件を調整することによって制御されてよい。圧力、ＲＦ電力、ガス流、ガス組成、および他のプロセス条件は、リモートプラズマの特性に影響を与えるためにリモートプラズマ処理５１０の間に調整されてよく、それにより炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１において異なる結合密度をもたらしうる。
【００８８】
リモートプラズマ処理５１０の間の反応チャンバ内の圧力は、ソースガスのイオン化を進め、ソースガスのラジカルの滞留時間を減少させるように調節されうる。滞留時間の減少は、ラジカルの再結合の影響を低減させるだろう。より低い圧力で分子はより速く動くことが可能になり、それによってソースガスのイオン化の推進、滞留時間の減少、およびラジカルの再結合の減少がもたらされる。いくつかの実施形態では、圧力は、約０．２Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒの間、または約１Ｔｏｒｒから約３Ｔｏｒｒの間でありうる。しかし、リモートプラズマ処理５１０の間の反応チャンバ内の圧力は、３Ｔｏｒｒより大きいまたは５Ｔｏｒｒより大きくてよく、他のプロセス条件（例えば、不活性キャリアガス）は、十分なイオン化および滞留時間の減少をもたらすことが理解されるだろう。
【００８９】
リモートプラズマ処理５１０の間にリモートプラズマ源に印加されたＲＦ電力は、ソースガスのラジカルの生成を増加させるように調節されうる。ＲＦ電力の増加は、ソースガスのイオン化を促進させるため、かなりの割合のソースガスのラジカルを生成するだろう。通常、例えば、３００ｍｍのウエハ用の誘電結合プラズマのためのＲＦ電力は、約３００ワットから約１０キロワットの間、または約１キロワットから約６キロワットの間でありうる。
【００９０】
ソースガスは、リモートプラズマ処理５１０の間に、不活性キャリアガスと共に流されてよい。不活性キャリアガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノンを含みうるが、それらに限定されない。不活性キャリアガスの濃度は、ソースガスの濃度よりも実質的に高くてよい。いくつかの実施形態では、不活性キャリアガスに対するソースガスの濃度は、約１％から約１０％の間、または約２％から約５％の間でありうる。理論に制限されることなく、ソースガスに対して実質的により高い濃度の不活性キャリアガスを有する理由は、不活性キャリアガスは「ペニングイオン化」に寄与し、ソースガスの著しい分離を引き起こして、かなりの割合のラジカルを生成するからである。実質的により高い濃度の不活性キャリアガスは、ラジカルの再結合を最小限にもできる。例として、水素ガスは、約１〜１０％の水素濃度でヘリウムキャリアガスに提供されてよい。ヘリウムなどの低分子量の不活性キャリアガスは、高分子量の不活性キャリアガスよりも高い効率を有するペニングイオン化に貢献してよい。さらに、低分子量の不活性キャリアガス（例えば、ヘリウム）、および、不活性キャリアガスに対して低濃度のソースガス（例えば、約１〜１０％の水素濃度のヘリウム内の少量の水素）を流すことは、再結合を最小限にしながら高圧（例えば、３Ｔｏｒｒより大きい）でもかなりの割合のラジカルを生成しうる。そのため、適切な濃度の適した不活性キャリアガスの存在は、反応チャンバの圧力に関係なく、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１を高密度化するのに役立ちうる。
【００９１】
１つ以上の共反応剤は、リモートプラズマ処理５１０の間に流されて、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の結合密度および組成を調整してよい。１つ以上の共反応剤は、リモートプラズマと同じ流路を通って、１つ以上の共反応剤がプラズマに曝露される反応チャンバに導入されてよい。共反応剤の選択に応じて、共反応剤は、炭化ケイ素膜の酸素、窒素、または炭素の含有量を増加させ、または減少させてよい。共反応剤は、ＣＯ2、ＣＯ、Ｈ2Ｏ、ＣＨ3ＯＨ、Ｏ2、Ｏ3、Ｎ2、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｎ2Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ2、Ｃ2Ｈ4、Ｂ2Ｈ6、またはこれらの組み合わせを含んでよい。いくつかの例では、１つ以上の共反応剤は、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2、ＮＨ3、またはこれらの組み合わせを含んでよい。酸素ガスまたは酸素ラジカルの存在は、Ｓｉ−Ｃ結合から炭素を抽出する傾向がある。つまり、酸素の存在は、炭化物を酸化物に変換しうる。炭素は、基板上のケイ素含有前駆体から除去され、いくつかの例では、酸素に置換されうる。そのため、リモートプラズマ処理５１０の間にリモートプラズマにおける酸素の濃度を上昇させることは、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の炭素含有量を効率的に調整しうる。また、または、あるいは、窒素ガスまたは窒素ラジカルの存在は、Ｓｉ−Ｃ結合から炭素を抽出する傾向がある。そのため、リモートプラズマ処理５１０の間にリモートプラズマにおける窒素の濃度を上昇させることは、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の炭素含有量を効率的に調整しうる。
【００９２】
図５Ｃは、炭化ケイ素膜の第１の厚さの上に堆積した第２の厚さを有する図５Ｂの炭化ケイ素膜の断面図を表す。炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２は、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１の上に堆積されうる。第２の厚さ５０２を堆積させる動作は、第１の厚さ５０１を堆積させる動作と同じ、または少なくとも類似してよい。言い換えれば、第２の厚さ５０２を堆積させるプロセスは、第１の厚さ５０１を堆積させるプロセスを繰り返しうる。例えば、第１の厚さ５０１を堆積させることは、１つ以上のケイ素含有前駆体を反応チャンバに流すことと、リモートプラズマ源から生成されたソースガスの１つ以上のラジカルを流して、第１の期間に１つ以上のケイ素含有前駆体と反応させることとを含み、第２の厚さ５０２を堆積させることは、前述の動作を第２の期間に繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、第１の期間は、第２の期間と同じである。いくつかの実施形態では、第１の期間は、第２の期間と異なる。異なる期間は、異なる厚さに対応してよい。いくつかの実施形態では、第２の厚さ５０２の厚さは、約５Åから約３０Åの間でありうる。また、堆積時間、ならびに、圧力、温度、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成などの様々なプロセス条件を制御することは、炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２の厚さおよび成分を調整しうる。従って、炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２を堆積させるための堆積時間、圧力、温度、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成は、炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１を堆積させるための堆積時間、圧力、温度、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成と同じであってよい、または異なってよい。
【００９３】
図５Ｄは、リモートプラズマ処理によって高密度化された図５Ｃの炭化ケイ素膜の断面を表す。炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２が第１の厚さ５０１の上に堆積した後に、第２の厚さ５０２はリモートプラズマ処理５２０に曝されて、少なくとも第２の厚さ５０２が高密度化される。第２の厚さ５０２をリモートプラズマ処理５２０に曝す動作は、第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すための動作と同じ、または少なくとも類似してよい。つまり、第２の厚さ５０２をリモートプラズマ処理５２０に曝すプロセスは、第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すプロセスを繰り返しうる。例えば、第１の厚さ５０１をリモートプラズマ処理５１０に曝すことは、ソースガスをリモートプラズマ源に流すことと、リモートプラズマ源においてソースガスからそのラジカルを生成することと、ソースガスのラジカルを炭化ケイ素膜の第１の厚さ５０１に流すこととを含み、第２の厚さ５０２をリモートプラズマ処理５２０に曝すことは、炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２の上で前述の動作を繰り返すことを含む。いくつかの実施形態では、処理時間は同じである。いくつかの実施形態では、処理時間は異なる。処理時間は、リモートプラズマが炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２に浸透するのに十分であってよい。異なる処理時間は、膜の厚さ全体に密度勾配を有する炭化ケイ素膜をもたらしうる。また、処理時間、ならびに、圧力、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成などの様々なプロセス条件を制御することは、炭化ケイ素膜の第２の厚さ５０２の処理効率および高密度化を変更しうる。従って、リモートプラズマ処理５２０の処理時間、圧力、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成は、リモートプラズマ処理５１０の処理時間、圧力、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成と同じであってよい、または異なってよい。
【００９４】
図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、ドープ炭化ケイ素膜または非ドープ炭化ケイ素膜の堆積および高密度化は、堆積および処理のサイクルを変更することによって達成されうる。堆積および高密度化は、各リモートプラズマ処理サイクルが堆積層を完全に高密度化できるように層ごとのアプローチで起こる。そのようにして、積層膜全体は、高密度化され、積層膜の厚さ全体にわたってより均一な膜密度を有しうる。そのため、炭化ケイ素膜の形成における堆積および処理のサイクルは、図５Ａ〜図５Ｄに示す動作に限定されないが、所望の膜厚が達成されるまで継続して繰り返されてよい。本開示の高密度化された炭化ケイ素膜は、以下にさらに詳しく説明される図１Ｂ〜図１Ｄに示す構造を含む様々な用途で実施されうる。
【００９５】
層ごとのアプローチにおける炭化ケイ素膜の高密度化は、層ごとのアプローチなしの炭化ケイ素膜の高密度化と比べて、より高い全体結合密度を生じさせうる。リモートプラズマ処理は、水素原子をＳｉ−ＣＨ3基、Ｓｉ−ＯＨ基、および／または、Ｓｉ−Ｈ基から除去し、炭化ケイ素膜の化学構造における架橋を促進させることによって、炭化ケイ素膜を高密度化できる。リモートプラズマ処理は、Ｓｉ−Ｃ結合の結合密度を高め、末端ＣＨ3結合およびＳｉ−Ｈ結合の数を減らすことによって、炭化ケイ素膜を高密度化できる。酸素ドープ炭化ケイ素膜を含むいくつかの実施形態では、リモートプラズマ処理は、Ｓｉ−Ｃ結合およびＳｉ−Ｏ結合の結合密度を高め、末端ＣＨ3結合、Ｓｉ−ＯＨ結合、およびＳｉ−Ｈ結合の数を減らすことによって、酸素ドープ炭化ケイ素膜を高密度化できる。
【００９６】
高密度化した炭化ケイ素膜を形成するためのプロセス条件は、極めて共形な膜構造を提供しうる。堆積および処理の間の比較的穏やかなプロセス条件は、堆積および処理が等方になるように、基板の表面におけるイオン衝突の程度を最小にできる。また、比較的穏やかなプロセス条件は、以前に堆積した層または膜の側壁に付着する傾向がある高付着係数のラジカルの数を減少させうる。特定の実施形態では、約２：１から１０：１の深さ対幅のアスペクト比に対して、高密度化した炭化ケイ素膜は、約２５％から１００％の間の共形性、より一般的には、約５０％から１００％の間の共形性、さらにより一般的には、約８０％から１００％の間の共形性で堆積してよい。共形性は、フィーチャの底部、側壁または上部に堆積した膜の平均厚さをフィーチャの底部、側壁、または上部に堆積した膜の平均厚さと比較することによって算出されてよい。例えば、共形性は、フィーチャの側壁の堆積膜の平均厚さをフィーチャの上部の堆積膜の平均厚さで割り、それを１００倍してパーセンテージを得ることによって算出されてよい。特定の用途では、約８５％から９５％の間の共形性で十分である。約２：１から約４：１の間のアスペクト比を有するフィーチャ上に高密度化した炭化ケイ素を形成するいくつかの例では、共形性は、少なくとも約９０％である。特定のＢＥＯＬ（バックエンド）プロセスがこのカテゴリに当てはまる。約４：１から約６：１の間のアスペクト比を有するフィーチャ上に高密度化した炭化ケイ素を形成するいくつかの例では、共形性は、少なくとも約８０％である。特定のスペーサ堆積プロセスがこのカテゴリに当てはまる。いくつかの例では、約７：１から約１０：１の間の（または、さらに高い）アスペクト比を有するフィーチャ上に高密度化した炭化ケイ素を形成するいくつかの例では、共形性は、少なくとも約９０％である。特定のＤＲＡＭ製造プロセスがこのカテゴリに当てはまる。
【００９７】
高密度化した炭化ケイ素膜を形成するためのプロセス条件は、高耐圧および低リーク電流の膜構造を提供することもできる。いくつかの実施形態では、限定された量の酸素または窒素を炭化ケイ素類の材料に導入することで、Ｓｉ−Ｈ結合および／またはＳｉ−ＣＨ2−Ｓｉ結合によって提供されたリークパスが酸素または窒素によって遮断されるだろう。伝導モードは、低電界のＳｉ−ＯおよびＳｉ−Ｎにおいて異なってよい。リモートプラズマ処理は、比較的低誘電率を維持しながら、改善された電気特性を提供しうる。様々な実施形態では、膜は、約６．０以下、約５．０以下、または約４．０以下の実効誘電率を有し、いくつかの場合では約３．５以下、いくつかの場合では約３．０以下、また、さらに他の実施形態では約２．５以下の有効誘電率を有する。実効誘電率は、結合および密度に依存しうる。
【００９８】
図６Ａは、積層を有する処理炭化ケイ素膜および未処理炭化ケイ素膜における特定の結合タイプを検出するための様々な振動ピークを伴うフーリエ変換赤外分光分析法（ＦＴＩＲ）吸光度スペクトルを示す。図６Ｂ〜図６Ｅは、積層を有する処理炭化ケイ素膜および未処理炭化ケイ素膜における特定の結合タイプを検出するための様々な振動ピークについての図６ＡのＦＴＩＲ吸光度スペクトルの拡大図を示す。積層を有する処理炭化ケイ素膜および未処理炭化ケイ素膜は、同じ厚さを共有する。図６Ｂは、層ごとのアプローチにおいて処理された炭化ケイ素膜のＳｉ−ＯピークおよびＳｉ−Ｃピークの増加を示す。より高いピークは、単位容積当りのより多くのＳｉ−Ｏ結合およびＳｉ−Ｃ結合に相当する。理論に制限されることなく、Ｓｉ−Ｃ結合の結合密度の増加は、Ｓｉ−ＣＨ3基の架橋によって生じやすい。Ｓｉ−Ｏ結合の結合密度の増加は、Ｓｉ−ＯＨ基の架橋によって生じやすい。
【００９９】
積層を伴うリモートプラズマ処理は、炭化ケイ素膜の特性を向上させてよい。例えば、積層を有する処理炭化ケイ素膜は、酸化物／窒化物に対するより優れたドライエッチングの選択性を示してよい。積層を有する処理炭化ケイ素膜は、より優れた熱安定性および化学安定性も示してよい。また、積層を有する処理炭化ケイ素膜は、改善された酸素プラズマアッシング耐性を示してよい。表１は、フォトレジストを除去するための酸素プラズマアッシングプロセス、および、それに続くＳｉＯ2を除去するためのフッ化水素（ＨＦ）ウェットエッチングプロセスの間に除去された炭化ケイ素膜の量を示す。具体的には、炭化ケイ素膜は、４００℃でＯ2プラズマ処理に３０秒間曝され、ＨＦ浴に１０秒間浸漬される。表１では、Ｘは約１０秒から約２００秒の間の値であり、Ｙは約５秒から約５０秒の間の値でありうる。表１の結果は、炭化ケイ素膜の中心部の膜減り量が処理サイクルごとのより長い処理時間によって減少することを示す。また、炭化ケイ素膜の中心部の膜減り量は、堆積サイクルごとのより短い堆積時間によって減少する。そのため、堆積サイクルごとのより薄い膜は、処理炭化ケイ素膜のエッチング耐性および化学安定性を向上させる。
【表１】
2020502797.tif 000003
装置
【０１００】
本開示の一態様は、本明細書に記載の方法を実現するように構成された装置である。適した装置は、プロセス動作を実現するためのハードウェア、および、本開示に従ってプロセス動作を制御するための命令を有するシステムコントローラを備える。いくつかの実施形態では、前述のプロセス動作を実行するための装置は、リモートプラズマ源を備えうる。リモートプラズマ源は、直接プラズマと比べて穏やかな反応条件を提供する。適したリモートプラズマ装置の例は、全ての目的のためにその全てが参照として本明細書に援用される、２０１３年１０月２４日出願の米国特許出願第１４／０６２，６４８号に記載されている。
【０１０１】
図３は、特定の実施形態によるリモートプラズマ装置の概略図を示す。装置３００は、シャワーヘッドアセンブリ３２０を有する反応チャンバ３１０を備える。反応チャンバ３１０の内部には、基板３３０がステージまたは台座３３５の上に載っている。いくつかの実施形態では、台座３３５には加熱／冷却要素が取り付けられうる。コントローラ３４０は、装置３００の動作を制御するために装置３００の構成部品に接続されてよい。例えば、コントローラ３４０は、温度プロセス条件および／または圧力プロセス条件など、装置３００の動作のプロセス条件を制御するための命令を含んでよい。いくつかの実施形態では、コントローラ３４０は、前駆体ガス、共反応ガス、ソースガス、およびキャリアガスの流量を制御するための命令を含んでよい。コントローラ３４０は、堆積サイクルの堆積時間および処理サイクルの処理時間を制御するための命令を含んでよい。また、コントローラ３４０は、堆積サイクルまたは処理サイクルの圧力、ＲＦ電力、ガス流、およびガス組成を調節するための命令を含んでよい。
【０１０２】
動作中に、ガスまたはガス混合物は、反応チャンバ３１０に結合された１つ以上のガス入口を通じて反応チャンバ３１０に導入される。いくつかの実施形態では、２つ以上のガス入口が反応チャンバ３１０に結合される。第１のガス入口３５５は、反応チャンバ３１０に結合され、容器３５０に接続され、第２のガス入口３６５は、反応チャンバ３１０に結合され、リモートプラズマ源３６０に接続されうる。リモートプラズマの構成を含む実施形態では、前駆体の供給ラインと、リモートプラズマ源で生成されたラジカル種の供給ラインとは、別々である。よって、前駆体およびラジカル種は、基板３３０に到達する前は実質的に相互作用しない。
【０１０３】
１つ以上のラジカル種は、リモートプラズマ源３６０で生成され、ガス入口３６５を通じて反応チャンバ３１０に入るように構成されてよい。ラジカル種を生成するために、あらゆる種類のプラズマ源がリモートプラズマ源３６０で用いられてよい。これには、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、ＤＣプラズマ、およびレーザ生成プラズマが含まれるが、それらに限定されない。容量結合プラズマの一例は、高周波（ＲＦ）プラズマでありうる。高周波プラズマは、１３．５６ＭＨｚ以上で動作するように構成されうる。そのようなリモートプラズマ源３６０の一例は、カリフォルニア州フレモントのラムリサーチコーポレーションによって製造されたＧＡＭＭＡ（登録商標）でありうる。そのようなリモートプラズマ源３６０の別の例は、マサチューセッツ州ウィルミントンのＭＫＳインスツルメンツによって製造されたＡｓｔｒｏｎ（登録商標）であって、４４０ｋＨｚで動作し、並行して１つ以上の基板を処理するためのより大型の装置にボルト留めされたサブユニットとして提供されうる。いくつかの実施形態では、マイクロ波プラズマは、同じくＭＫＳインスツルメンツによって製造されたＡｓｔｅｘ（登録商標）などのリモートプラズマ源３６０として用いられうる。マイクロ波プラズマは、２．４５ＧＨｚの周波数で動作するように構成されうる。リモートプラズマ源に提供されるガスは、水素、窒素、酸素、および本明細書の他の箇所に記載した他のガスを含んでよい。特定の実施形態では、水素は、ヘリウムなどのキャリアに提供される。例として、水素ガスは、約１％〜１０％の水素濃度でヘリウムキャリアに提供されてよい。
【０１０４】
前駆体は、容器３５０に提供され、第１のガス入口３５５を通じてシャワーヘッド３２０に供給されうる。シャワーヘッド３２０は、前駆体を基板３３０に向けて反応チャンバ３１０に分配する。基板３３０は、シャワーヘッド３２０の下方に位置しうる。シャワーヘッド３２０は、任意の適した形状を有し、ガスを基板３３０に分配するための任意の数および配置のポートを有してよいことが理解されるだろう。前駆体は、シャワーヘッド３２０に供給され、最終的に、制御された流量で基板３３０に供給されうる。
【０１０５】
リモートプラズマ源３６０で形成された１つ以上のラジカル種は、基板３３０に向けて気相で運搬されうる。１つ以上のラジカル種は、第２のガス入口３６５を通って反応チャンバ３１０に流入しうる。第２のガス入口３６５は、図３に表すように、基板３３０の表面を横切る必要はないことが理解されるだろう。特定の実施形態では、第２のガス入口３６５は、基板３３０の真上、または他の位置にあってよい。リモートプラズマ源３６０と反応チャンバ３１０との間の距離は、リモートプラズマ源３６０で生成されたイオン化された種が実質的に中和されるように穏やかな反応条件を提供するように構成されうるが、実質的に低エネルギ状態の少なくともいくつかのラジカル種は、基板３３０付近の環境に留まる。そのような低エネルギ状態のラジカル種は、安定した化合物を形成するために再結合しない。リモートプラズマ源３６０と反応チャンバ３１０との間の距離は、（例えば、ＲＦ電源レベルによって部分的に決定される）プラズマの攻撃性、プラズマ内のガス濃度（例えば、高濃度の水素原子がある場合は、それらの大部分は、反応チャンバ３１０に到達する前にＨ2を形成するために再結合する）、および他の要因の関数でありうる。いくつかの実施形態では、リモートプラズマ源３６０と反応チャンバ３１０との間の距離は、約５ｃｍまたは約１５ｃｍなど、約１ｃｍから３０ｃｍの間でありうる。
【０１０６】
いくつかの実施形態では、初晶ケイ素含有前駆体または水素ラジカルではない共反応剤は、堆積サイクル中または処理サイクル中に導入される。いくつかの実施形態では、装置は、共反応剤を第２のガス入口３６５を通じて導入するように構成され、その場合、共反応剤は、少なくとも部分的にプラズマに変換される。いくつかの実施形態では、装置は、第１のガス入口３５５を介してシャワーヘッド３２０を通じて共反応剤を導入するように構成されている。共反応剤の例は、酸素、窒素、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素などを含む。
【０１０７】
コントローラ３４０は、装置３００の動作のプロセス条件を制御するための命令を含んでよい。コントローラ３４０は、通常、１つ以上の記憶装置および１つ以上のプロセッサを備えるだろう。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタルの入出力接続、ステッパモータコントローラ基板などを備えてよい。適切な制御動作を実施するための命令は、プロセッサで実行される。これらの命令は、コントローラ３４０に関連付けられた記憶装置に格納されてよい、または、ネットワークを介して提供されてよい。
【０１０８】
特定の実施形態では、コントローラ３４０は、本明細書に記載の半導体処理装置３００の全てまたはほとんどの動作を制御する。例えば、コントローラ３４０は、炭化ケイ素膜の堆積、および、炭化ケイ素膜を高密度化させるための炭化ケイ素膜の処理に関連する半導体処理装置３００の全てまたはほとんどの動作を制御してよい。コントローラ３４０は、タイミング、ガス組成、ガス流量、チャンバ圧、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、基板位置、および／または、他のパラメータを制御するための命令のセットを含むシステム制御ソフトウェアを実行してよい。コントローラ３４０に関連付けられた記憶装置に格納された他のコンピュータプログラム、スクリプト、またはルーチンは、いくつかの実施形態で用いられてよい。基板３３０付近の環境における比較的穏やかな反応条件を提供するために、ＲＦ電力レベル、リモートプラズマ領域に対するガス流量、およびプラズマ点火のタイミングなどのパラメータは、コントローラ３４０によって調節され維持されうる。また、基板位置を調節することは、さらに、基板３３０付近の環境における高エネルギラジカル種の存在を減少させてよい。マルチステーションリアクタにおいて、コントローラ３４０は、異なる装置ステーションのための異なる命令、または同一の命令を備えてよいため、装置ステーションは、独立してまたは同調して動作することができる。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、コントローラ３４０は、基板３３０を反応チャンバ３１０に提供すること、基板３３０上に炭化ケイ素膜の第１の厚さを堆積させること、炭化ケイ素膜の第１の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すこと、炭化ケイ素膜の第１の厚さの上に炭化ケイ素膜の第２の厚さを堆積させること、炭化ケイ素膜の第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すこと、などの動作を実施するための命令を含んでよい。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜の第１の厚さおよび第２の厚さをリモート水素プラズマ処理に曝すことは、実質的に低エネルギ状態の水素の１つ以上のラジカルをリモートプラズマ源３６０から流すことを含む。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、装置は、コントローラ３４０に関連付けられたユーザインタフェースを備えてよい。ユーザインタフェースは、表示装置、装置および／またはプロセス条件の画像用ソフトウェア表示装置、ならびに、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクなどのユーザ入力デバイスを含んでよい。
【０１１１】
上記の動作を制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語（例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン、またはその他）で書かれうる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムにおいて特定されるタスクを実施するためにプロセッサによって実行される。
【０１１２】
プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタルの入力接続部によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、処理システムのアナログおよびデジタルの出力接続部によって出力される。
【０１１３】
一般に、本明細書に記載の方法は、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または特定の処理部品（例えば、ウエハ台座、ガス流システム）などの半導体処理装置を含むシステムで実施されうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後にその動作を制御するための電子機器と統合されてよい。一般に、電子機器は、システムの様々な部品またはサブパーツを制御しうるコントローラと呼ばれる。コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、プロセスガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、処理時間、堆積時間、ツールもしくは他の搬送ツール、および／または、特定のシステムに接続もしくはインタフェースされたロードロックへのウエハ搬入出を含む、本明細書に開示のあらゆるプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
【０１１４】
概して、コントローラは、命令を受け取り、命令を発行し、動作を制御し、クリーニング動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、記憶装置、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、１つ以上のマイクロプロセッサ、もしくは、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であって、１つ以上の層、材料（例えば、炭化ケイ素）、表面、回路、および／または、ウエハダイの製作中における１つ以上の処理工程を実現してよい。
【０１１５】
いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合または結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよく、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってよい、または、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にするファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のためのパラメータを特定するデータ形式の命令を受け取る。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラがインタフェースするまたは制御するように構成されるツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。そのため、上述のように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続される１つ以上の個別のコントローラを含むことや、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向かって協働することによって分散されてよい。そのような目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）位置し、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、チャンバ上の１つ以上の集積回路であろう。
【０１１６】
本明細書に記載の炭化ケイ素の堆積および処理に加えて、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、クリーンチャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他の半導体処理システムを含んでよい。
【０１１７】
上述のように、ツールによって実施されるプロセス工程に応じて、コントローラは、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通してよい。
【０１１８】
上述の装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、表示装置、ＬＥＤ、太陽光発電パネルなどの製作または製造のためのリソグラフィパターニングツールまたはプロセスと併せて用いられてよい。通常、必ずしもではないが、そのようなツール／プロセスは、共通の製作施設で共に用いられる、または実施されるだろう。膜のリソグラフィパターニングは、通常、（１）スピンオンツールまたはスプレイオンツールを用いてワークピース（すなわち、基板）上にフォトレジストを塗布する動作、（２）ホットプレートまたは加熱炉またはＵＶ硬化ツールを用いてフォトレジストを硬化させる動作、（３）ウエハステッパなどのツールを用いてフォトレジストを可視線または紫外線またはＸ線に曝露する動作、（４）レジストを選択的に除去することでウェットベンチなどのツールを用いてレジストをパターニングするためにレジストを現像する動作、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを用いて、レジストパターンを下地膜またはワークピースに転写する動作、および（６）ＲＦプラズマまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを用いてレジストを除去する動作、のうちのいくつかまたは全てを含み、各動作は、多くの可能なツールを用いて可能である。
用途
【０１１９】
本開示は、さらに、高密度化した炭化ケイ素膜を含む高品質の炭化ケイ素膜の以下の用途を参照して理解されてよく、この用途は、単に例としての役割を果たすことを意図する。本開示は、単に本開示の態様の説明である特定の用途によって範囲が限定されない。
【０１２０】
いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、露出した銅の上に堆積されてよい。炭化ケイ素膜の堆積時に、基板付近の反応条件は、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ2（それらのラジカルを含む）などの酸化剤がなくてもよい。そのため、炭化ケイ素膜は、銅を酸化させずに（例えば、酸化銅を生成せずに）露出した銅の上に直接堆積してよい。そのような膜は、エッチング停止層として機能し、銅拡散バリアとしても機能しうる。炭化ケイ素膜の存在は、拡散バリアとして機能するために優れたリーク特性を有する十分に低い誘電率を提供しうる。炭化ケイ素膜は、それ自体で、または二重積層（例えば、露出した銅に堆積した炭化ケイ素／ＳｉＣＮ二重層）として、または傾斜膜（例えば、傾斜ＳｉＣＯ膜）として、または多層積層（例えば、多層ＳｉＣＯ膜）として、エッチング止めおよび／または拡散バリアとなりうる。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、通常、ダマシンプロセスによって生成される隣り合う金属化層の間に設置されうる。炭化ケイ素膜は、エッチング耐性があり、隣り合う誘電材料領域への銅イオンの拡散を最小限にするのに十分な密度でありうる。いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜に用いられる前駆体は、非環状でありうる。非環状前駆体は、ＰＭＤＳＯまたはＴＭＤＳＯを含みうる。非環状前駆体は、密封バリアまたは拡散バリアとして機能するのに十分な高密度を提供しうる。いくつかの実施形態では、窒素含有前駆体、または、元素窒素ラジカルもしくはアミンラジカルなどのプラズマ活性化窒素含有ラジカルを用いることによって、窒素は膜に添加されてよい。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、金属構造または半導体構造に隣接する垂直構造として堆積してよい。炭化ケイ素の堆積は、垂直構造を形成するために金属構造または半導体構造の側壁に沿って優れたステップカバレッジを提供する。特定の実施形態では、垂直構造は、スペーサまたはライナと呼ばれてよい。図１Ｂは、トランジスタのゲート電極構造の側壁に堆積した炭化ケイ素ライナの断面を表す。図１Ｂに示すように、トランジスタは、ソース１１２およびドレイン１１３を有するシリコン基板１１０を備えるＣＭＯＳトランジスタでありうる。ゲート誘電体１１４は、シリコン基板１１０の上に堆積し、ゲート電極は、トランジスタを形成するためにゲート誘電体１１５の上に堆積しうる。炭化ケイ素ライナ１１１は、ゲート電極１１５およびゲート誘電体１１４の側壁に堆積しうる。別の例では、図１Ｃは、エアギャップ型金属化層における露出した銅線の側壁に堆積した炭化ケイ素の断面を表す。エアギャップ１２０は、層の有効ｋ値を低減させうる銅線１２２の間の集積回路層に導入されうる。炭化ケイ素ライナ１２１は、銅線１２２の側壁に堆積し、非共形誘電層１２３は、エアギャップ１２０、ライナ１２１、および銅線１２２に堆積しうる。そのようなエアギャップ型金属化層の例は、全ての目的のためにその全てが参照として本明細書に援用される、Ｆｅｉ  Ｗａｎｇらによる米国特許公開第２００４／０２３２５５２号に記載されうる。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、パターン化多孔誘電材料の側壁に堆積してよい。超低ｋ誘電材料は、多孔構造から作られうる。そのような材料における孔は、タンタル（Ｔａ）などの金属を含む拡散バリアの堆積を含む後続層の堆積中に、金属の侵入のための区間を提供しうる。過剰な量の金属が誘電材料に流入した場合は、誘電材料は、隣接する銅金属化線の間に短絡を提供してよい。図１Ｄは、多孔誘電材料用の孔シーラントとしての炭化ケイ素の断面を表す。多孔誘電層１３２は、孔１３０を形成するために多孔誘電層１３２に切り込まれた複数のトレンチまたはビアを有しうる。炭化ケイ素１３１は、孔１３０を効率的に封止するために孔１３０に沿って堆積しうる。炭化ケイ素１３１を用いる孔１３０の封止は、プラズマを用いる他の封止技術によって被りうる多孔誘電層１３２の損傷を回避できる。炭化ケイ素１３１は、孔シーラントとして十分に高密度化され、ＰＭＤＳＯおよびＴＭＤＳＯなどの非環状ケイ素含有前駆体を含んでよい。いくつかの実施形態では、多孔誘電層１３２などのエッチングされた誘電材料は、まず、多孔誘電層１３２を紫外線照射および還元剤に曝す「ｋ回復」プロセスによって処理されてよい。この回復プロセスは、全ての目的のためにその全てが参照として本明細書に援用される、本出願の譲渡人に譲渡された、Ｖａｒａｄａｒａｊａｎらによる米国特許公開第２０１１／０１１１５３３号でさらに説明される。別の「ｋ回復」プロセスでは、多孔誘電層１３２は、紫外線照射および化学シリル化剤に曝露されうる。この回復プロセスは、全ての目的のためにその全てが参照として本明細書に援用される、本出願の譲渡人に譲渡された、Ｖａｒａｄａｒａｊａｎらによる米国特許公開第２０１１／０１１７６７８号でさらに説明される。表面をさらに親水性にし、単層材料を提供する回復処理に孔１３０を曝した後に、共形に堆積した炭化ケイ素１３１の層は、多孔誘電層１３２の孔を効果的に封止するために堆積しうる。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、炭化ケイ素膜は、超低ｋ誘電材料自体として堆積してよい。超低ｋ誘電体は、従来、２．５未満の誘電率を有する材料として定義されている。そのような構成では、炭化ケイ素の超低ｋ誘電材料は、多孔誘電層でありうる。誘電層の孔は、環状シロキサンおよびシルセスキオキサンを含む環状前駆体分子またはケージ前駆体分子を用いることによって導入されうる。一例では、炭化ケイ素の超低ｋ誘電層の多孔率は、約２０％から５０％の間でありうる。さらに、超低ｋ誘電層は、約５Åから２０Åの間など約１００Å未満の平均孔径を有しうる。例えば、シクロシロキサンリングは、約６．７Åの半径を有しうる。孔の数およびサイズの増加は誘電率を低下させるが、多孔すぎる場合は、誘電層の機械的完全性は損なわれうる。
【０１２４】
前述は、明確性および理解のためにある程度詳細に説明されたが、特定の変更および修正が添付の特許請求の範囲内で行われてよいことは明らかだろう。記載のプロセス、システム、および装置を実施する多くの代替方法があることに注意されたい。従って、記載の実施形態は、例示とみなされ、制限的とはみなされない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【国際調査報告】
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