KR20210024674A - Remote plasma-based deposition of silicon carbide films using silicon-containing precursors and carbon-containing precursors - Google Patents

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KR20210024674A
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Abstract

도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막은 리모트 플라즈마 CVD (chemical vapor deposition) 기법을 사용하여 증착될 수 있다. 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들이 반응 챔버에 제공된다. 수소 라디칼 종과 같은 라디칼 종은 실질적으로 저 에너지 상태 또는 접지 상태로 제공되고 탄화 실리콘 막을 증착하기 위해 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 상호 작용한다. 탄소-함유 전구체는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 함께 흐를 수도 있고, 여기서 탄소-함유 전구체는 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 또는 삼중 결합을 갖고 실리콘-함유 전구체 각각은 적어도 하나의 실리콘 원자가 실리콘 원자에 결합된 2 개 이상의 수소 원자들을 갖는 실란-기반 전구체이다.Doped or undoped silicon carbide films can be deposited using a remote plasma chemical vapor deposition (CVD) technique. One or more silicon-containing precursors are provided to the reaction chamber. A radical species, such as a hydrogen radical species, is provided in a substantially low energy state or ground state and interacts with one or more silicon-containing precursors to deposit a silicon carbide film. The carbon-containing precursor may flow with one or more silicon-containing precursors, wherein the carbon-containing precursor has one or more carbon-carbon double bonds or triple bonds and each of the silicon-containing precursors has at least one silicon atom attached to the silicon atom. It is a silane-based precursor having two or more hydrogen atoms bonded to it.

Description

실리콘-함유 전구체 및 탄소-함유 전구체를 사용한 탄화 실리콘 막들의 리모트 플라즈마 기반 증착Remote plasma-based deposition of silicon carbide films using silicon-containing precursors and carbon-containing precursors

참조로서 인용Quoted by reference

PCT 신청 양식이 본 출원의 일부로서 본 명세서와 동시에 제출되었다. 본 출원이 동시에 제출된 PCT 신청 양식에서 식별된 바와 같이 우선권의 이익을 주장하는 출원 각각은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용되었다.A PCT application form was filed concurrently with this specification as part of this application. Each of the applications claiming the benefit of priority as identified in the PCT application form to which this application was filed at the same time is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

탄화 실리콘 (SiC) 부류의 박막들은 다양한 적용 예들, 특히 집적 회로 적용 예들에서 사용되고, 물리적, 화학적, 전기적 및 기계적 특성들을 갖는다. SiC 박막들의 부류들은 산화탄화 실리콘으로 또한 공지된 산소 도핑된 탄화 실리콘, 질화탄화 실리콘으로 또한 공지된 질소 도핑된 탄화 실리콘, 및 산화질화탄화 실리콘으로 또한 공지된 산소 및 질소 도핑된 탄화 실리콘, 및 도핑되지 않은 탄화 실리콘을 포함한다.Thin films of the silicon carbide (SiC) class are used in a variety of applications, especially integrated circuit applications, and have physical, chemical, electrical and mechanical properties. Classes of SiC thin films include oxygen-doped silicon carbide, also known as silicon oxide carbide, nitrogen-doped silicon carbide, also known as silicon nitride carbide, and oxygen and nitrogen-doped silicon carbide, also known as silicon oxynitride carbide, and doped. Contains unused silicon carbide.

본 명세서에 제공된 배경기술은 본 개시의 맥락을 일반적으로 제시할 목적들이다. 이 배경기술에 기술되는 정도의 본 명세서에 명명된 발명자들의 업적, 뿐만 아니라 출원시 종래 기술로서 달리 인증되지 않을 수도 있는 본 기술 (description) 의 양태들은 본 개시에 대한 종래 기술로서 명시적으로나 암시적으로 인정되지 않는다.The background technology provided herein is for purposes of generally presenting the context of the present disclosure. The achievements of the inventors named herein to the extent described in this background, as well as aspects of the description, which may not otherwise be certified as prior art at the time of filing, are expressly or implied as prior art to the present disclosure. It is not recognized as.

기판 상에 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법이 본 명세서에 제공된다. 방법은 반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계, 붕소-함유 전구체를 반응 챔버 내로 기판을 향해 흘리는 단계, 및 탄소-함유 전구체를 붕소-함유 전구체와 함께 반응 챔버 내로 흘리는 단계를 포함한다. 실리콘-함유 전구체는 실리콘 원자에 결합된 적어도 2 개의 수소 원자들을 갖고, 공-반응 물질은 탄화수소 분자이다. 방법은 실리콘-함유 전구체 및 공-반응물질의 업스트림에서 생성되는 리모트 플라즈마 소스에서 수소 라디칼들을 수소 소스 가스로부터 생성하는 단계, 및 수소 라디칼들을 반응 챔버 내로 그리고 기판을 향해 도입하는 단계를 더 포함하고, 수소의 라디칼들은 기판 상에 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막을 형성하기 위해 실리콘-함유 전구체 및 공-반응물질과 반응하도록 바닥 상태에 있다.A method of depositing a silicon carbide film on a substrate is provided herein. The method includes providing a substrate in a reaction chamber, flowing a boron-containing precursor into the reaction chamber toward the substrate, and flowing a carbon-containing precursor into the reaction chamber together with the boron-containing precursor. The silicon-containing precursor has at least two hydrogen atoms bonded to the silicon atom, and the co-reacting material is a hydrocarbon molecule. The method further comprises generating hydrogen radicals from the hydrogen source gas in a remote plasma source generated upstream of the silicon-containing precursor and co-reactant, and introducing the hydrogen radicals into the reaction chamber and towards the substrate, The radicals of hydrogen are in the ground state to react with the silicon-containing precursor and co-reactant to form a doped or undoped silicon carbide film on the substrate.

일부 구현 예들에서, 기판에 인접한 분위기의 수소의 라디칼들 모두 또는 실질적으로 모두는 바닥 상태의 수소 라디칼들이다. 일부 구현 예들에서, 탄화수소 분자는 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합 또는 삼중 결합을 갖는다. 탄소-함유 전구체는 프로필렌, 에틸렌, 부텐, 펜텐, 부타디엔, 펜타디엔, 헥사디엔, 헵타디엔, 톨루엔, 벤젠, 아세틸렌, 프로핀, 부틴, 펜틴, 또는 헥신을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 실란, 디실란, 트리실란, 메틸실란, 또는 디메틸실란을 포함한다. 일부 구현 예들에서, 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않는다. 일부 구현 예들에서, 방법은 질화제의 라디칼들이 리모트 플라즈마 소스에서 생성되는, 질화제를 리모트 플라즈마 소스 내에 수소 소스 가스와 함께 제공하는 단계, 및 질화제 및 수소의 라디칼들은 탄화질화 실리콘 (SiCN) 막을 형성하도록 실리콘-함유 전구체 및 공-반응물질과 반응하는, 수소 라디칼들과 함께 질화제의 라디칼들을 반응 챔버 내로 그리고 기판을 향하여 도입하는 단계를 더 포함한다. SiCN 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않고, C-N 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-N 결합들을 갖지 않는다. 일부 구현 예들에서, 방법은 산화제의 라디칼들이 리모트 플라즈마 소스에서 생성되는, 산화제를 리모트 플라즈마 소스 내에 수소 소스 가스와 함께 제공하는 단계, 및 산화제 및 수소의 라디칼들은 산화탄화 실리콘 (SiCO) 막을 형성하도록 실리콘-함유 전구체 및 공-반응물질과 반응하는, 수소 라디칼들과 함께 산화제의 라디칼들을 반응 챔버 내로 그리고 기판을 향하여 도입하는 단계를 더 포함한다. SiCO 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않고, C-O 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-O 결합들을 갖지 않는다. 일부 구현 예들에서, 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막은 적어도 75 ％의 컨포멀성 (conformality) 을 갖는다. 일부 구현 예들에서, 실리콘 함유 전구체는 (i) C-O 결합들을 갖지 않고, 그리고 (ii) C-N 결합들을 갖지 않는다.In some embodiments, all or substantially all of the radicals of hydrogen in the atmosphere adjacent to the substrate are ground state hydrogen radicals. In some embodiments, the hydrocarbon molecule has one or more carbon-carbon double bonds or triple bonds. Carbon-containing precursors may include propylene, ethylene, butene, pentene, butadiene, pentadiene, hexadiene, heptadiene, toluene, benzene, acetylene, propine, butine, pentine, or hexine. In some embodiments, the silicon-containing precursor includes silane, disilane, trisilane, methylsilane, or dimethylsilane. In some implementations, the doped or undoped silicon carbide film has no or substantially no C-C bonds. In some implementations, the method comprises providing a nitriding agent with a hydrogen source gas in the remote plasma source, wherein radicals of the nitriding agent are generated in the remote plasma source, and the radicals of the nitriding agent and hydrogen form a silicon carbide nitride (SiCN) film. And introducing radicals of the nitrifying agent together with hydrogen radicals, which react with the silicon-containing precursor and co-reactant to form, into the reaction chamber and towards the substrate. The SiCN film has no or substantially no C-C bonds, no C-N bonds, or substantially no C-N bonds. In some implementations, the method comprises providing an oxidant with a hydrogen source gas in the remote plasma source, wherein radicals of the oxidant are generated in the remote plasma source, and the radicals of the oxidant and the hydrogen are silicon dioxide to form a silicon oxide (SiCO) film. And introducing radicals of the oxidizing agent together with hydrogen radicals, which react with the containing precursor and the co-reactant, into the reaction chamber and towards the substrate. The SiCO film has no or substantially no C-C bonds, no C-O bonds, or substantially no C-O bonds. In some implementations, the doped or undoped silicon carbide film has a conformality of at least 75%. In some embodiments, the silicon containing precursor (i) has no C-O bonds, and (ii) no C-N bonds.

이들 및 다른 양태들은 도면들을 참조하여 이하에 더 기술된다.These and other aspects are further described below with reference to the drawings.

도 1a는 기판 위에 증착된 예시적인 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막의 단면 개략도를 예시한다.
도 1b는 기판의 피처들 상에 컨포멀하게 증착된 예시적인 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막의 단면 개략도를 예시한다.
도 1c는 트랜지스터의 게이트 전극의 측벽들 상의 예시적인 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 수직 구조체들의 단면 개략도를 예시한다.
도 1d는 에어 갭 타입 금속화 층의 구리 라인들의 노출된 측벽들 상의 예시적인 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 구조체들의 단면 개략도를 예시한다.
도 1e는 다공성 유전체 재료들에 대한 예시적인 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 기공 시일링제의 단면 개략도를 예시한다.
도 2는 대표적인 케이지된 (caged) 실록산 전구체들의 예들의 화학적 구조들을 예시한다.
도 3은 일부 구현 예들에 따른 리모트 플라즈마 소스를 갖는 예시적인 플라즈마 프로세싱 장치의 개략도를 예시한다.
도 4는 일부 다른 구현 예들에 따른 리모트 플라즈마 소스를 갖는 예시적인 플라즈마 프로세싱 장치의 개략도를 예시한다.
도 5는 탄소-함유 전구체로부터 활성화된 알칸(들)과 활성화된 실란-기반 전구체 사이의 화학 반응의 예를 도시한다.
도 6a는 실리콘-함유 전구체 및 가변하는 양의 탄소-함유 전구체를 사용하는 탄화 실리콘 막의 리모트 플라즈마 CVD에 대한 FTIR 스펙트럼의 그래프를 도시한다.
도 6b는 도 6a의 FTIR 스펙트럼의 일부의 확대도를 도시한다.
도 7은 실리콘-함유 전구체 및 탄소-함유 전구체를 사용하여 기판 피처들 상에 증착된 탄화 실리콘 박막의 TEM 이미지를 도시한다.1A illustrates a cross-sectional schematic diagram of an exemplary doped or undoped silicon carbide film deposited over a substrate.
1B illustrates a cross-sectional schematic diagram of an exemplary doped or undoped silicon carbide film conformally deposited on features of a substrate.
1C illustrates a cross-sectional schematic diagram of exemplary doped or undoped silicon carbide vertical structures on sidewalls of a gate electrode of a transistor.
1D illustrates a cross-sectional schematic diagram of exemplary doped or undoped silicon carbide structures on exposed sidewalls of copper lines of an air gap type metallization layer.
1E illustrates a schematic cross-sectional view of an exemplary doped or undoped silicon carbide pore sealing agent for porous dielectric materials.
2 illustrates the chemical structures of examples of representative caged siloxane precursors.
3 illustrates a schematic diagram of an exemplary plasma processing apparatus having a remote plasma source in accordance with some implementations.
4 illustrates a schematic diagram of an exemplary plasma processing apparatus having a remote plasma source in accordance with some other implementations.
5 shows an example of a chemical reaction between an activated alkane(s) from a carbon-containing precursor and an activated silane-based precursor.
6A shows a graph of the FTIR spectrum for remote plasma CVD of a silicon carbide film using a silicon-containing precursor and a varying amount of carbon-containing precursor.
6B shows an enlarged view of a portion of the FTIR spectrum of FIG. 6A.
7 shows a TEM image of a silicon carbide thin film deposited on substrate features using a silicon-containing precursor and a carbon-containing precursor.

본 개시에서, 용어들 "반도체 웨이퍼", "웨이퍼", "기판", "웨이퍼 기판", 및 "부분적으로 제조된 집적 회로"는 상호 교환 가능하게 사용된다. 당업자는 용어 "부분적으로 제조된 집적 회로"가 집적 회로 제조의 많은 단계들 중 임의의 단계 동안의 실리콘 웨이퍼를 지칭할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반도체 디바이스 산업계에 사용된 웨이퍼 또는 기판은 통상적으로 200 ㎜, 또는 300 ㎜, 또는 450 ㎜의 직경을 갖는다. 이하의 상세한 기술은 본 개시가 웨이퍼 상에서 구현된다는 것을 가정한다. 그러나, 본 개시는 이렇게 제한되지 않는다. 워크피스는 다양한 형상들, 사이즈들, 및 재료들일 수도 있다. 반도체 웨이퍼들에 더하여, 본 개시의 이점을 취할 수도 있는 다른 워크피스들은 인쇄 회로 기판들 등과 같은 다양한 물품들을 포함한다.In this disclosure, the terms “semiconductor wafer”, “wafer”, “substrate”, “wafer substrate”, and “partially fabricated integrated circuit” are used interchangeably. One of skill in the art will understand that the term “partially fabricated integrated circuit” can refer to a silicon wafer during any of the many stages of integrated circuit fabrication. Wafers or substrates used in the semiconductor device industry typically have a diameter of 200 mm, or 300 mm, or 450 mm. The detailed description below assumes that the present disclosure is implemented on a wafer. However, the present disclosure is not so limited. The workpiece may be of various shapes, sizes, and materials. In addition to semiconductor wafers, other workpieces that may benefit from the present disclosure include various articles such as printed circuit boards and the like.

도입Introduction

반도체 디바이스들의 제작은 통상적으로 통합된 제조 프로세스에서 기판 상에 하나 이상의 박막들을 증착하는 것을 수반한다. 제조 프로세스의 일부 양태들에서, 탄화 실리콘, 산화탄화 실리콘, 질화탄화 실리콘, 및 산화질화탄화 실리콘과 같은 부류의 박막들은 ALD (atomic layer deposition), CVD (chemical vapor deposition), 플라즈마-강화된 화학적 기상 증착 (plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 또는 임의의 다른 적합한 증착 방법을 사용하여 증착된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 탄화 실리콘은, 산소 도핑된 탄화 실리콘 (SiCO), 질소 도핑된 탄화 실리콘 (SiCN), 및 질소 및 산소 도핑된 탄화 실리콘 (SiOCN) 과 같은, 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘들을 포함한다. 많은 경우에, 도핑된 탄화 실리콘들은, 산소, 질소, 또는 또 다른 원소의 원자들이든 상관없이 최대 약 50 원자％ (％atomic) 의 도펀트 원자들을 갖는다. 도핑 레벨은 목표된 막 특성들을 제공한다.Fabrication of semiconductor devices typically involves depositing one or more thin films on a substrate in an integrated fabrication process. In some aspects of the manufacturing process, thin films of the class such as silicon carbide, silicon oxide carbide, silicon nitride carbide, and silicon oxynitride carbide are used for atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), plasma-enhanced chemical vapor deposition. It is deposited using plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or any other suitable deposition method. As used herein, the term silicon carbide is doped or undoped, such as oxygen doped silicon carbide (SiCO), nitrogen doped silicon carbide (SiCN), and nitrogen and oxygen doped silicon carbide (SiOCN). Includes silicon carbide. In many cases, doped silicon carbides have up to about 50 atomic percent (% atomic) dopant atoms, whether they are atoms of oxygen, nitrogen, or another element. The doping level provides the desired film properties.

탄화 실리콘들을 증착하기 위한 전구체 분자들은 실리콘-수소 (Si-H) 및/또는 실리콘-실리콘 (Si-Si) 결합들, 및 실리콘-탄소 (Si-C) 결합들을 갖는 실리콘-함유 분자들을 포함할 수 있다. 산화탄화 실리콘들을 증착하기 위한 전구체 분자들은 실리콘-수소 (Si-H) 결합들 및/또는 실리콘-실리콘 (Si-Si) 결합들, 및 실리콘-산소 (Si-O) 결합들 및/또는 실리콘-탄소 (Si-C) 결합들을 갖는 실리콘-함유 분자들을 포함한다. 실리콘 질화물들을 증착하기 위한 전구체 분자들은 실리콘-수소 (Si-H) 결합들 및/또는 실리콘-실리콘 (Si-Si) 결합들, 및 실리콘-질소 (Si-N) 결합들 및/또는 실리콘-탄소 (Si-C) 결합들을 포함하는 실리콘-함유 분자들을 포함한다. 산화질화탄화 실리콘들을 증착하기 위한 전구체 분자들은 실리콘-수소 (Si-H) 결합들 및/또는 실리콘-실리콘 (Si-Si) 결합들, 및 실리콘-질소 (Si-N) 결합들, 실리콘-산소 (Si-O) 결합들, 및/또는 실리콘-탄소 (Si-C) 결합들을 갖는 실리콘-함유 분자들을 포함한다. 현재 PECVD 프로세스들은 플라즈마가 기판에 바로 인접하게 제공되는 인시츄 플라즈마 프로세싱을 사용할 수도 있다.Precursor molecules for depositing silicon carbide include silicon-hydrogen (Si-H) and/or silicon-silicon (Si-Si) bonds, and silicon-containing molecules having silicon-carbon (Si-C) bonds. I can. The precursor molecules for depositing silicon oxide carbides include silicon-hydrogen (Si-H) bonds and/or silicon-silicon (Si-Si) bonds, and silicon-oxygen (Si-O) bonds and/or silicon- It includes silicon-containing molecules with carbon (Si-C) bonds. The precursor molecules for depositing silicon nitrides include silicon-hydrogen (Si-H) bonds and/or silicon-silicon (Si-Si) bonds, and silicon-nitrogen (Si-N) bonds and/or silicon-carbon. It contains silicon-containing molecules containing (Si-C) bonds. The precursor molecules for depositing silicon oxynitride carbides include silicon-hydrogen (Si-H) bonds and/or silicon-silicon (Si-Si) bonds, and silicon-nitrogen (Si-N) bonds, silicon-oxygen Silicon-containing molecules with (Si-O) bonds, and/or silicon-carbon (Si-C) bonds. Current PECVD processes may use in-situ plasma processing in which plasma is provided directly adjacent to the substrate.

고품질 탄화 실리콘 박막들을 증착하는 것은 우수한 단차 커버리지, 저 유전 상수들, 고 파괴 전압들, 저 누설 전류들, 고 다공성, 및/또는 금속 표면을 산화시키지 않고 노출된 금속 표면들에 대한 커버리지를 갖는 막들을 제공하는 것과 같은 특정한 과제들을 가질 수 있다는 것을 알게 되었다.Deposition of high-quality silicon carbide thin films is a film with good step coverage, low dielectric constants, high breakdown voltages, low leakage currents, high porosity, and/or coverage to exposed metal surfaces without oxidizing the metal surface. It has been found that you can have certain tasks, such as providing them.

이 개시는 어떠한 특정한 이론으로 제한되지 않지만, 통상적인 PECVD 프로세스들에서 플라즈마 조건들은 원치 않은 효과들을 생성하는 방식으로 실리콘-함유 전구체 분자들을 단편화한다고 여겨진다. 예를 들어, PECVD는 고 반응성 라디칼들 또는 고 부착 계수들을 갖는 다른 단편 타입들을 생성하도록 전구체 분자들의 Si-O 및/또는 Si-C 결합들을 파괴할 수도 있다. 발생되는 도핑된 탄화 실리콘 막의 단편들은 실리콘, 탄소, 및/또는 산소 원자들이 반응성의 짝을 이루지 않은 원자가 전자들을 갖는다는 것을 의미하는, "댕글링 (dangling)" 결합들을 갖는 실리콘, 탄소, 및/또는 산소 원자들을 포함할 수 있다. 반응성 전구체 단편들이 리세스된 피처들의 측벽들 및 다른 구조체들의 상부 영역들에 불균형하게 부착될 수도 있기 때문에, 고 부착 계수들의 전구체 분자들 및 이들의 단편들은 불량한 단차 커버리지를 갖는 탄화 실리콘 막들을 증착할 수 있다.While this disclosure is not limited to any particular theory, it is believed that plasma conditions in conventional PECVD processes fragment the silicon-containing precursor molecules in a way that creates undesired effects. For example, PECVD may break the Si-O and/or Si-C bonds of the precursor molecules to create highly reactive radicals or other fragment types with high adhesion coefficients. The resulting fragments of the doped silicon carbide film are silicon, carbon, and/or silicon with “dangling” bonds, meaning that the silicon, carbon, and/or oxygen atoms have reactive unpaired valence electrons. Or may contain oxygen atoms. Because reactive precursor fragments may be unevenly attached to the sidewalls of recessed features and upper regions of other structures, precursor molecules of high adhesion coefficients and fragments thereof may deposit silicon carbide films with poor step coverage. I can.

댕글링 결합들은 증착된 산화탄화 실리콘 막 또는 산화질화탄화 실리콘 막에서 실라놀기들 (Si-OH) 을 생성할 수 있다. 댕글링 본드들은 또한 증착된 탄화질화 실리콘 막에 실릴 아민기들 (Si-NH2) 을 생성할 수 있다. 이들 작용기들의 결과로서, 막은 유해하게 높은 유전 상수들을 가질 수도 있다. 막 품질은 또한 직접 플라즈마 조건들이 증착된 막으로부터 탄소를 추출하는 경향이 있기 때문에 악화될 수도 있다.Dangling bonds can generate silanol groups (Si-OH) in the deposited silicon oxide carbide film or silicon oxynitride carbide film. Dangling bonds can also create silyl amine groups (Si-NH 2 ) in the deposited silicon carbide nitride film. As a result of these functional groups, the film may have detrimentally high dielectric constants. Film quality may also deteriorate because direct plasma conditions tend to extract carbon from the deposited film.

게다가, 댕글링 결합들은 증착된 탄화 실리콘 막들에서 증가된 실리콘-수소 결합 (Si-H) 을 생성할 수 있다. Si-C의 파괴된 결합들은 직접 플라즈마 증착 조건들에서 Si-H로 대체될 수 있다. 탄화 실리콘 막들 내 Si-H 결합들의 존재는 불량한 전기적 특성들을 갖는 막들을 생성할 수 있다. 예를 들어, Si-H 결합들의 존재는 Si-H 결합들이 전자들에 누설 경로를 제공하기 때문에 파괴 전압들을 감소시킬 수 있고 누설 전류들을 증가시킬 수 있다.In addition, dangling bonds can create increased silicon-hydrogen bonds (Si-H) in deposited silicon carbide films. The broken bonds of Si-C can be replaced with Si-H in direct plasma deposition conditions. The presence of Si-H bonds in silicon carbide films can produce films with poor electrical properties. For example, the presence of Si-H bonds can reduce breakdown voltages and increase leakage currents because Si-H bonds provide a leakage path for electrons.

또한, 댕글링 결합들은 탄화 실리콘 막들에서 제어되지 않은 화학적 또는 형태적 구조들을 야기할 수 있다. 일부 경우들에서, 이러한 구조체들은 막이 용인할 수 없을 정도로 높은 유전 상수를 갖도록, 다공성이 낮거나 없는 치밀한 필라멘트들이다. 다공성의 결여는 고리형 실록산들에서 Si-C 결합 및/또는 Si-O 결합을 파괴하는 직접 플라즈마 조건들의 결과일 수 있고, 그렇지 않으면 ULK (ultralow-k) 유전체 재료에 다공성을 제공할 것이다.Also, dangling bonds can lead to uncontrolled chemical or morphological structures in silicon carbide films. In some cases, these structures are dense filaments with low or no porosity, such that the film has an unacceptably high dielectric constant. The lack of porosity may be the result of direct plasma conditions breaking Si-C bonds and/or Si-O bonds in the cyclic siloxanes, otherwise it will provide porosity to the ULK (ultralow-k) dielectric material.

PECVD에서 때때로 채용된 직접 플라즈마 조건들은 전구체 분자들을 분해하기 위한 에너지가 표면에서 많은 이온 충격을 생성하는 저 주파수일 수 있기 때문에 증착시 방향성을 야기할 수 있다. 방향성 증착은 또한 불량한 단차 커버리지를 갖는 탄화 실리콘 막들의 증착을 야기할 수 있다. 직접 플라즈마는 플라즈마 (적절한 농도의 전자들 및 양이온들) 가 증착 동안 기판 표면에 매우 근접하게 존재하고, 때때로 플라즈마 시스에 의해서만 기판 표면으로부터 분리되는 플라즈마이다.Direct plasma conditions sometimes employed in PECVD can cause directionality in deposition because the energy to decompose the precursor molecules can be at a low frequency that creates a lot of ion bombardment at the surface. Directional deposition can also lead to deposition of silicon carbide films with poor step coverage. Direct plasma is a plasma in which the plasma (adequate concentration of electrons and cations) exists in close proximity to the substrate surface during deposition and is sometimes separated from the substrate surface only by a plasma sheath.

통상적인 PECVD 프로세스들은, 이러한 프로세스들이 금속을 산화시킬 수 있기 때문에, 때때로 노출된 구리 또는 다른 금속 표면들 위에 탄화 실리콘 막들을 증착하는데 부적절하다. PECVD 프로세스는 산화탄화 실리콘 막을 형성하기 위해 산소 (O2), 오존 (O3), 이산화탄소 (CO2), 또는 다른 산화 종과 같은 산화제들을 사용할 수도 있다.Conventional PECVD processes are sometimes inadequate for depositing silicon carbide films over exposed copper or other metal surfaces because these processes can oxidize metal. The PECVD process may use oxidizing agents such as oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), carbon dioxide (CO 2 ), or other oxidizing species to form a silicon oxide carbide film.

증착 동안 기판 표면의 분위기Atmosphere on the surface of the substrate during deposition

도 1a는 기판 위에 증착된 예시적인 탄화 실리콘 막의 단면을 예시한다. 탄화 실리콘 막 (101) 은 기판 (100) 에 인접한 상대적으로 약한 분위기를 생성하는 프로세스 조건들 하에서 형성될 수 있다. 기판 (100) 은 임의의 웨이퍼, 반도체 웨이퍼, 부분적으로 제조된 집적 회로, 인쇄 회로 기판, 디스플레이 스크린, 또는 다른 적절한 워크피스일 수 있다. 탄화 실리콘 막 (101) 을 증착하기 위한 프로세스는 하나 이상의 Si-H 결합들 및/또는 하나 이상의 Si-Si 결합들을 갖는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들을 수반할 수 있다. 선택가능하게, 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들은 생성될 도핑된 구조체의 타입에 따라, Si-C 결합들, Si-O 결합들, 및/또는 Si-N 결합들과 같은 다른 결합들을 포함할 수도 있다. 1A illustrates a cross-section of an exemplary silicon carbide film deposited over a substrate. The silicon carbide film 101 can be formed under process conditions that create a relatively weak atmosphere adjacent to the substrate 100. Substrate 100 may be any wafer, semiconductor wafer, partially fabricated integrated circuit, printed circuit board, display screen, or other suitable workpiece. The process for depositing the silicon carbide film 101 may involve one or more silicon-containing precursors having one or more Si-H bonds and/or one or more Si-Si bonds. Optionally, one or more silicon-containing precursors may include other bonds such as Si-C bonds, Si-O bonds, and/or Si-N bonds, depending on the type of doped structure to be created. .

탄화 실리콘 막들을 채용하는 특정한 적용 예들이 도 1b 내지 도 1e에 도시된다. 일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체들은 실리콘-산소 함유 전구체들, 실리콘-질소 함유 전구체들, 및/또는 실리콘-탄소 함유 전구체들을 포함할 수 있다. 실리콘-산소 함유 전구체들은 하나 이상의 Si-O 결합들을 포함할 수 있고, 실리콘-질소 함유 전구체들은 하나 이상의 Si-N 결합들을 포함할 수 있고, 실리콘-탄소 함유 전구체들은 하나 이상의 Si-C 결합들을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 예를 들어, 실리콘-함유 전구체들은 Si-O 결합 및 Si-C 결합, 또는 Si-N 결합 및 Si-C 결합을 갖는 단일 반응물질 A를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체들은 Si-O 결합들 또는 Si-N 결합들을 갖는 반응물질 B, 및 Si-C 결합들을 갖는 반응물질 C를 포함할 수 있다. 임의의 수의 적합한 반응물질들이 본 개시의 범위 내에서 채용될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 예시적인 실리콘-함유 전구체들의 화학적 구조들은 이하에 더 상세히 논의된다.Specific application examples employing silicon carbide films are shown in Figs. 1B-1E. In some embodiments, the silicon-containing precursors may include silicon-oxygen containing precursors, silicon-nitrogen containing precursors, and/or silicon-carbon containing precursors. Silicon-oxygen containing precursors may contain one or more Si-O bonds, silicon-nitrogen containing precursors may contain one or more Si-N bonds, and silicon-carbon containing precursors contain one or more Si-C bonds can do. In some embodiments, for example, silicon-containing precursors may include a single reactant A having Si-O bonds and Si-C bonds, or Si-N bonds and Si-C bonds. In some embodiments, the silicon-containing precursors may include reactant B having Si-O bonds or Si-N bonds, and reactant C having Si-C bonds. It will be appreciated that any number of suitable reactants may be employed within the scope of this disclosure. The chemical structures of exemplary silicon-containing precursors are discussed in more detail below.

실리콘-함유 전구체는 하나 이상의 Si-H 결합들 및/또는 하나 이상의 Si-Si 결합들을 포함한다. 그러나, 부가적인 실리콘-함유 전구체들은 Si-H 결합들 또는 Si-Si 결합들을 반드시 포함하지 않을 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 이들 부가적인 실리콘-함유 전구체들은 하나 이상의 Si-H 결합들 및/또는 Si-Si 결합들을 갖는 실리콘-함유 전구체와 동시에 제공될 수도 있다. 증착 프로세스 동안, Si-H 결합들 및/또는 Si-Si 결합들은 파괴되고 증착된 탄화 실리콘 막 (101) 내 실리콘-함유 전구체들 또는 다른 전구체들 사이에 결합들을 형성하기 위한 반응성 사이트들로서 기능한다. 파괴된 결합들은 또한 증착 동안 또는 증착 후에 수행된 열적 프로세싱 동안 교차-결합을 위한 사이트들로 기능할 수 있다. 반응성 사이트들에서의 결합 및 교차-결합은 발생되는 탄화 실리콘 막 (101) 내에 집합적으로 1 차 백본 또는 매트릭스를 형성할 수 있다.The silicon-containing precursor comprises one or more Si-H bonds and/or one or more Si-Si bonds. However, it will be appreciated that additional silicon-containing precursors may not necessarily contain Si-H bonds or Si-Si bonds. These additional silicon-containing precursors may be provided simultaneously with the silicon-containing precursor having one or more Si-H bonds and/or Si-Si bonds. During the deposition process, Si-H bonds and/or Si-Si bonds are broken and serve as reactive sites for forming bonds between silicon-containing precursors or other precursors in the deposited silicon carbide film 101. Broken bonds can also serve as sites for cross-linking during deposition or during thermal processing performed after deposition. Bonding and cross-linking at the reactive sites can collectively form a primary backbone or matrix in the resulting silicon carbide film 101.

일부 실시 예들에서, 프로세스 조건들은 탄화 실리콘 막 (101) 의 증착된 층의 Si-C 결합들 및 존재한다면, Si-O 결합들 및 Si-N 결합들을 보존하거나 실질적으로 보존할 수 있다. 따라서, 기판 (100) 에 인접한 반응 조건들은 Si-H 결합들 및/또는 Si-Si 결합들의 선택적인 파괴, 예를 들어, 파괴된 Si-H 결합들로부터 수소를 추출하지만, 반응 조건들은 Si-O 결합들로부터 산소, Si-N 결합들로부터 질소, 또는 Si-C 결합들로부터 탄소를 추출을 제공하지 않는다. 그러나, 산소와 같은 공-반응물질의 도입은 Si-C 결합들로부터 탄소를 추출할 수도 있다. 치환 반응들과 같이 동역학적으로 보다 덜 유리한 반응 메커니즘들을 포함하는, 다른 반응 메커니즘들이 기판 표면에 인접한 분위기에서 일어날 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 일반적으로, 기술된 반응 조건들은 기판 (100) 의 노출된 면 (탄화 실리콘 막 (101) 이 증착되는 면) 에 존재한다. 이들은 기판 (100) 위로 약간의 거리, 예를 들어, 기판 (100) 위로 약 0.5 마이크로미터 내지 약 150 ㎜에 더 존재할 수도 있다. 사실상, 전구체의 활성화는 기판 (100) 위의 상당한 거리에서 가스상 (gas phase) 으로 일어날 수 있다. 통상적으로, 적절한 반응 조건들은 기판 (100) 의 전체 노출된 면에 걸쳐 균일하거나 실질적으로 균일할 것이지만, 특정한 적용 예들은 일부 변동을 허용할 수도 있다.In some embodiments, process conditions may preserve or substantially preserve Si-C bonds and, if present, Si-O bonds and Si-N bonds of the deposited layer of silicon carbide film 101. Thus, the reaction conditions adjacent to the substrate 100 extract hydrogen from the Si-H bonds and/or the selective destruction of Si-Si bonds, for example, the broken Si-H bonds, but the reaction conditions are Si- It does not provide extraction of oxygen from O bonds, nitrogen from Si-N bonds, or carbon from Si-C bonds. However, the introduction of a co-reactant such as oxygen can also extract carbon from Si-C bonds. It will be appreciated that other reaction mechanisms may take place in an atmosphere adjacent to the substrate surface, including reaction mechanisms that are less kineticly advantageous, such as substitution reactions. In general, the described reaction conditions exist on the exposed side of the substrate 100 (the side on which the silicon carbide film 101 is deposited). They may further exist some distance above the substrate 100, for example, from about 0.5 microns to about 150 mm above the substrate 100. In fact, activation of the precursor can occur in the gas phase at a significant distance above the substrate 100. Typically, the appropriate reaction conditions will be uniform or substantially uniform over the entire exposed side of the substrate 100, but certain applications may allow some variation.

실리콘-함유 전구체들에 더하여, 워크피스 (예를 들어, 기판 (100)) 에 인접한 분위기는 바람직하게 실질적으로 저 에너지 상태의 하나 이상의 라디칼 종을 포함할 수 있다. 이러한 종의 예는 수소 라디칼들 (즉, 수소 원자 라디칼들) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 수소 원자 라디칼들의 전부, 또는 실질적으로 전부, 또는 상당한 분획은 바닥 상태에 있을 수 있고, 예를 들어, 워크피스에 인접한 수소 원자 라디칼들의 적어도 약 90 ％ 또는 95 ％는 바닥 상태에 있다. 특정한 실시 예들에서, 소스 가스는 헬륨과 같은 캐리어 가스에 제공된다. 예로서, 수소 가스는 약 1 내지 10 ％ 수소의 농도로 헬륨 캐리어에 제공될 수도 있다. 압력, 헬륨과 같은 캐리어 가스의 분획, 및 다른 프로세스 조건들은 수소 원자들이 재결합하지 않고 저 에너지 상태의 라디칼들로서 기판 (100) 과 직면하도록 선택된다.In addition to silicon-containing precursors, the atmosphere adjacent to the workpiece (eg, substrate 100) may preferably comprise one or more radical species in a substantially low energy state. Examples of such species include hydrogen radicals (ie, hydrogen atom radicals). In some embodiments, all, or substantially all, or a significant fraction of the hydrogen atom radicals may be in a ground state, for example, at least about 90% or 95% of the hydrogen atom radicals adjacent to the workpiece are in a ground state. have. In certain embodiments, the source gas is provided to a carrier gas such as helium. As an example, hydrogen gas may be provided to the helium carrier at a concentration of about 1 to 10% hydrogen. The pressure, fraction of the carrier gas such as helium, and other process conditions are chosen such that the hydrogen atoms do not recombine and face the substrate 100 as radicals in a low energy state.

다른 곳에 설명된 바와 같이, 수소 가스는 수소 원자 라디칼들을 생성하도록 리모트 플라즈마 소스 내로 공급될 수도 있다. 리모트 플라즈마 소스는 기판 표면에 인접한 분위기 및 기판 표면으로부터 업스트림에 위치될 수도 있다. 일단 생성되면, 수소 원자 라디칼들은 여기된 에너지 상태일 수도 있다. 예를 들어, 여기된 에너지 상태의 수소는 적어도 10.2 eV (제 1 여기된 상태) 의 에너지를 가질 수 있다. 여기된 수소 원자 라디칼들은 실리콘-함유 전구체의 비선택적인 분해를 유발할 수도 있다. 예를 들어, 여기된 상태의 수소 원자 라디칼들은 탄화 실리콘 막 (101) 의 조성 또는 물리적 또는 전기적 특성을 변경할 수 있는 Si-H 결합, Si-Si 결합, Si-N 결합, Si-O 결합, 및 Si-C 결합을 쉽게 파괴할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 여기된 수소 원자 라디칼들이 에너지를 잃거나 방출할 때, 여기된 수소 원자 라디칼은 실질적으로 저 에너지 상태 수소 원자 라디칼 또는 바닥 상태 수소 원자 라디칼이 될 수도 있다. 실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태의 수소 원자 라디칼들은 일반적으로 Si-O, Si-N, 및 Si-C 결합들을 보존하면서 Si-H 및 Si-Si 결합들을 선택적으로 파괴할 수 있다. 일부 구현 예들에서, 프로세스 조건들은 여기된 수소 원자 라디칼들이 실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태 수소 원자 라디칼들을 형성하도록 에너지를 잃거나 방출하도록 제공될 수도 있다. 예를 들어, 리모트 플라즈마 소스 또는 연관된 컴포넌트들은 리모트 플라즈마 소스로부터 기판 (100) 으로 확산하는 수소 원자 라디칼들의 체류 시간이 여기된 수소 원자 라디칼의 에너제틱 완화 시간 (energetic relaxation time) 보다 길도록 설계될 수도 있다. 여기된 수소 원자 라디칼에 대한 에너제틱 완화 시간은 약 1x10-3초 이하일 수 있다.As described elsewhere, hydrogen gas may be supplied into the remote plasma source to generate hydrogen atom radicals. The remote plasma source may be located in an atmosphere adjacent to the substrate surface and upstream from the substrate surface. Once generated, hydrogen atom radicals may be in an excited energy state. For example, hydrogen in an excited energy state may have an energy of at least 10.2 eV (first excited state). Excited hydrogen atom radicals may cause non-selective decomposition of the silicon-containing precursor. For example, the hydrogen atom radicals in the excited state are Si-H bonds, Si-Si bonds, Si-N bonds, Si-O bonds, and Si-C bonds can be easily broken. In some embodiments, when the excited hydrogen atom radicals lose or release energy, the excited hydrogen atom radical may be a substantially low energy state hydrogen atom radical or a ground state hydrogen atom radical. Substantially low energy or ground state hydrogen atom radicals can selectively destroy Si-H and Si-Si bonds while generally preserving Si-O, Si-N, and Si-C bonds. In some implementations, process conditions may be provided such that excited hydrogen atom radicals lose or release energy to form substantially low energy state or ground state hydrogen atom radicals. For example, the remote plasma source or associated components may be designed such that the residence time of the hydrogen atom radicals diffusing from the remote plasma source to the substrate 100 is longer than the energetic relaxation time of the excited hydrogen atom radical. have. The energetic relaxation time for an excited hydrogen atom radical may be about 1×10 −3 seconds or less.

수소 원자 라디칼들의 상당한 분획이 바닥 상태에 있는 상태는 다양한 기법들에 의해 달성될 수 있다. 이하에 기술된 바와 같은 일부 장치들은 이 상태를 달성하도록 설계된다. 장치 피처들 및 프로세스 제어 피처들은 수소 원자 라디칼들의 상당한 분획이 바닥 상태에 있는 약한 상태를 생성하도록 테스트되고 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 장치는 플라즈마 소스의 다운스트림 즉, 기판 (100) 근방에서 대전된 입자들에 대해 동작되고 테스트될 수도 있다. 프로세스 및 장치는 기판 (100) 근방에 대전된 종이 실질적으로 존재하지 않을 때까지 튜닝될 수도 있다. 부가적으로, 장치 및 프로세스 피처들은 표준 실리콘-함유 전구체로부터 탄화 실리콘 막 (101) 을 생성하기 시작하는 구성으로 튜닝될 수도 있다. 이러한 막 증착을 지지하는 상대적으로 약한 조건들이 선택된다.The state in which a significant fraction of the hydrogen atom radicals are in the ground state can be achieved by various techniques. Some devices as described below are designed to achieve this state. The device features and process control features can be tested and tuned to create a weak state in which a significant fraction of the hydrogen atom radicals are in the ground state. For example, the apparatus may be operated and tested against charged particles downstream of the plasma source, ie in the vicinity of the substrate 100. The process and apparatus may be tuned until there is substantially no charged species in the vicinity of the substrate 100. Additionally, the device and process features may be tuned to a configuration that starts creating a silicon carbide film 101 from a standard silicon-containing precursor. Relatively weak conditions to support such film deposition are selected.

라디칼 종의 다른 예들은 원소 산소 라디칼들 (원자 또는 이원자) 과 같은 산소-함유 종, 원소 질소 라디칼들 (원자 또는 이원자) 과 같은 질소-함유 종, 및 암모니아 라디칼들과 같은 N-H 함유 라디칼들을 포함하고, 질소는 막 내에 선택가능하게 혼입된다. N-H 함유 라디칼들의 예들은 메틸아민, 디메틸아민, 및 아닐린의 라디칼들을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 전술한 라디칼 종은 수소, 질소, N-H 함유 종, 또는 이들의 혼합물들을 포함하는 소스 가스로부터 생성될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 증착된 막의 실질적으로 모든 또는 상당한 분획의 원자들이 전구체 분자들에 의해 제공된다. 이러한 경우들에서, 증착 반응을 구동하도록 사용된 저 에너지 라디칼들은 배타적으로 수소일 수도 있고 또는 증착된 층의 질량에 실질적으로 기여하지 않는, 다른 종일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 이하에 더 상세히 논의된 바와 같이, 라디칼 종은 리모트 플라즈마 소스에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 보다 고 에너지 상태의 일부 라디칼들 또는 심지어 이온들이 잠재적으로 웨이퍼 평면 근방에 존재할 수 있다.Other examples of radical species include oxygen-containing species such as elemental oxygen radicals (atomic or diatomic), nitrogen-containing species such as elemental nitrogen radicals (atomic or diatomic), and NH containing radicals such as ammonia radicals, and , Nitrogen is optionally incorporated into the membrane. Examples of N-H containing radicals include, but are not limited to, radicals of methylamine, dimethylamine, and aniline. The aforementioned radical species may be generated from a source gas comprising hydrogen, nitrogen, N-H containing species, or mixtures thereof. In some embodiments, substantially all or a significant fraction of the atoms of the deposited film are provided by precursor molecules. In these cases, the low energy radicals used to drive the deposition reaction may be exclusively hydrogen or may be other species, which do not substantially contribute to the mass of the deposited layer. In some embodiments, as discussed in more detail below, the radical species can be generated by a remote plasma source. In some embodiments, some radicals or even ions in a higher energy state may potentially be near the wafer plane.

일부 실시 예들에서, 프로세스 조건들은 Si-H 결합들 및/또는 Si-Si 결합들을 파괴하기에 충분한 실질적으로 저 에너지 상태의 라디칼 종을 채용하는 한편, Si-O, Si-N, 및 Si-C 결합들을 실질적으로 보존한다. 이러한 프로세스 조건들은 바닥 상태 위의 상태들과 같은 고 에너지 상태들의 상당한 양의 이온들, 전자들, 또는 라디칼 종들을 갖지 않을 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 막에 인접한 영역에서의 이온들의 농도는 약 107/㎤보다 크지 않다. 상당한 양의 이온들 또는 고 에너지 라디칼들의 존재는 Si-O, Si-N, 및 Si-C 결합들을 파괴하는 경향이 있을 수도 있고, 이는 원치 않은 전기적 특성들 (예를 들어, 고 유전 상수들 및/또는 저 파괴 전압들), 및 불량한 컨포멀성을 갖는 막들을 생성할 수 있다. 과도하게 반응성인 분위기는 (워크피스 측벽들에 화학적으로 또는 물리적으로 부착되는 경향을 나타내는) 고 부착 계수들을 갖는 반응성 전구체 단편들을 생성하여, 불량한 컨포멀성을 발생시킨다고 여겨진다.In some embodiments, the process conditions employ a radical species in a substantially low energy state sufficient to break Si-H bonds and/or Si-Si bonds, while Si-O, Si-N, and Si-C Substantially preserves the bonds. These process conditions may not have a significant amount of ions, electrons, or radical species in high energy states such as states above the ground state. In some embodiments, the concentration of ions in the region adjacent to the film is no greater than about 10 7 /cm 3. The presence of significant amounts of ions or high energy radicals may tend to destroy Si-O, Si-N, and Si-C bonds, which may lead to unwanted electrical properties (e.g., high dielectric constants and / Or low breakdown voltages), and films with poor conformality can be produced. It is believed that an overly reactive atmosphere produces reactive precursor fragments with high adhesion coefficients (which exhibit a tendency to chemically or physically attach to the workpiece sidewalls), resulting in poor conformality.

실리콘-함유 전구체들은 통상적으로 기판 (100) 에 인접한 분위기에서 다른 종, 특히 캐리어 가스와 함께 전달된다. 일부 구현 예들에서, 실리콘-함유 전구체들은 라디칼 종 및 다른 반응성 종 및/또는 캐리어 가스들을 포함하는 다른 종과 함께 존재한다. 일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체들은 혼합물로서 도입될 수도 있다. 증착 반응 표면으로부터 업스트림에서, 실리콘-함유 전구체들은 불활성 캐리어 가스와 혼합될 수 있다. 예시적인 불활성 캐리어 가스들은 아르곤 (Ar) 및 헬륨 (He) 을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 이에 더하여, 실리콘-함유 전구체들은 주 종 (major species) 및 부 종 (minor species) 을 갖는 혼합물로 도입될 수 있고, 부 종은 상대적으로 낮은 농도로 탄화 실리콘 막 (101) 내에 존재하는, 일부 원소 또는 구조적 특징 (예를 들어, 고리 구조, 케이지 구조, 불포화 결합, 등) 을 포함한다. 그러나, 부 종은 탄화 실리콘 막 (101) 의 조성 또는 구조적 특징에 상당히 기여하지 않을 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 복수의 전구체들은 발생되는 탄화 실리콘 막 (101) 내에 1 차 백본 또는 매트릭스를 형성하기에 적절하게 등몰 또는 상대적으로 유사한 비율로 존재할 수도 있다. 다른 실시 예들에서, 상이한 전구체들의 상대적인 양들은 등몰성으로부터 실질적으로 치우친다 (skew).Silicon-containing precursors are typically delivered together with other species, particularly a carrier gas, in an atmosphere adjacent to the substrate 100. In some embodiments, silicon-containing precursors are present with radical species and other reactive species and/or other species including carrier gases. In some embodiments, silicon-containing precursors may be introduced as a mixture. Upstream from the deposition reaction surface, silicon-containing precursors can be mixed with an inert carrier gas. Exemplary inert carrier gases include, but are not limited to, argon (Ar) and helium (He). In addition, the silicon-containing precursors can be introduced as a mixture having a major species and a minor species, and the edema is present in the silicon carbide film 101 at a relatively low concentration. Or structural features (eg, ring structures, cage structures, unsaturated bonds, etc.). However, it will be understood that the edema may not contribute significantly to the composition or structural characteristics of the silicon carbide film 101. The plurality of precursors may be present in equimolar or relatively similar proportions as appropriate to form a primary backbone or matrix in the generated silicon carbide film 101. In other embodiments, the relative amounts of different precursors are substantially skew from equimolarity.

일부 실시 예들에서, 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들은 본질적으로 막 질량의 약 5 원자％ 미만 또는 약 2 원자％ 미만을 제공하는 리모트 플라즈마로부터의 소량의 수소 또는 다른 원소와 함께 증착된 탄화 실리콘 막 (101) 의 모든 질량을 제공한다. 일부 실시 예들에서, 라디칼 종 및 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들만이 증착된 탄화 실리콘 막 (101) 의 조성에 기여한다. 다른 실시 예들에서, 증착 반응은 증착된 탄화 실리콘 막 (101) 의 조성에 기여할 수도 있고 기여하지 않을 수도 있는, 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들 및 라디칼 종 이외의 공-반응물질을 포함한다. 이러한 공-반응물질들의 예들은 이산화탄소 (CO2), 일산화탄소 (CO), 물 (H2O), 메탄올 (CH3OH), 산소 (O2), 오존 (O3), 질소 (N2), 아산화 질소 (N2O), 암모니아 (NH3), 다이아젠 (diazene) (N2H2), 메탄 (CH4), 에탄 (C2H6), 아세틸렌 (C2H2), 에틸렌 (C2H4), 디보란 (B2H6), 및 이들의 조합을 포함한다. 이러한 재료들은 질화제, 산화제, 환원제, 등으로 사용될 수도 있다. 일부 경우들에서, 이들은 실리콘-함유 전구체와 함께 제공된 탄소의 일부를 제거하거나 첨가함으로써 증착된 막 내의 탄소의 양을 튜닝하도록 사용될 수 있다. 비-수소 공-반응물질을 채용하는 일부 구현 예들에서, 공-반응물질은 실리콘-함유 전구체와 동일한 플로우 경로 예를 들어, 통상적으로 플라즈마에 직접 노출없이, 가스 유출구 또는 샤워헤드를 포함하는 경로를 통해 반응 챔버로 도입된다. 일부 실시 예들에서, 산소 및/또는 이산화탄소는 증착 동안 막 또는 전구체로부터 탄소를 제거함으로써 탄화 실리콘 막 (101) 의 조성을 변경하도록 전구체와 함께 도입된다. 비-수소 공-반응물질을 채용하는 일부 구현 예들에서, 공-반응물질이 적어도 부분적으로 라디칼들 및/또는 이온들로 변환되도록, 공-반응물질은 수소와 동일한 플로우 경로를 통해 반응 챔버로 도입된다. 이러한 구현 예들에서, 수소 라디칼들 및 공-반응물질 라디칼들 모두는 증착된 탄화 실리콘 막 (101) 을 생성하도록 실리콘-함유 전구체(들)와 반응한다.In some embodiments, the one or more silicon-containing precursors are essentially deposited with a small amount of hydrogen or other element from a remote plasma providing less than about 5 atomic percent or less than about 2 atomic percent of the film mass. ) To give all the masses. In some embodiments, only the radical species and one or more silicon-containing precursors contribute to the composition of the deposited silicon carbide film 101. In other embodiments, the deposition reaction includes one or more silicon-containing precursors and co-reactants other than radical species, which may or may not contribute to the composition of the deposited silicon carbide film 101. Examples of these co-reactants are carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), water (H 2 O), methanol (CH 3 OH), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), nitrogen (N 2 ). , Nitrous oxide (N 2 O), ammonia (NH 3 ), diazene (N 2 H 2 ), methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), acetylene (C 2 H 2 ), ethylene (C 2 H 4 ), diborane (B 2 H 6 ), and combinations thereof. These materials may be used as nitrifying agents, oxidizing agents, reducing agents, and the like. In some cases, they can be used to tune the amount of carbon in the deposited film by removing or adding some of the carbon provided with the silicon-containing precursor. In some implementations employing a non-hydrogen co-reactant, the co-reactant is in the same flow path as the silicon-containing precursor, for example, a path including a gas outlet or showerhead, typically without direct exposure to plasma. Is introduced into the reaction chamber through. In some embodiments, oxygen and/or carbon dioxide is introduced with the precursor to change the composition of the silicon carbide film 101 by removing carbon from the film or precursor during deposition. In some embodiments employing a non-hydrogen co-reactant, the co-reactant is introduced into the reaction chamber through the same flow path as hydrogen so that the co-reactant is at least partially converted to radicals and/or ions. do. In these embodiments, both hydrogen radicals and co-reactant radicals react with the silicon-containing precursor(s) to produce the deposited silicon carbide film 101.

공-반응물질들이 사용되고 이들이 라디칼들 (예를 들어, 수소) 로 변환되는 종과 함께 챔버로 도입되는 특정한 실시 예들에서, 이들은 라디칼들 (예를 들어, 수소) 및 헬륨과 같은 임의의 캐리어 가스(들)의 소스를 포함하는 반응 챔버의 다른 가스들과 비교하여 상대적으로 소량으로 반응 챔버에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 공-반응물질은 약 0.05 중량％ 이하, 또는 약 0.01 중량％ 이하, 또는 약 0.001 중량％ 이하로 프로세스 가스들에 존재할 수도 있다. 예를 들어, (플라즈마 소스로 들어가는) 반응물질 혼합물은 약 10 내지 20 리터/분 (L/m) He, 약 200 내지 500 sccm (standard cubic centimeters per minute) H2, 및 약 1 내지 10 sccm 산소일 수도 있다. 그러나, 일부 구현 예들에서, 공-반응물질은 약 0.05 중량％ 이상, 또는 약 1 중량％ 이상, 또는 약 20 중량％ 이상으로 프로세스 가스들에 존재할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 공-반응물질들이 실리콘-함유 전구체와 함께 (예를 들어, 가스 유출구 또는 샤워헤드를 통해) 반응 챔버로 도입될 때, 이들은 예를 들어 약 2 중량％ 이하 또는 약 0.1 중량％ 이하의 보다 높은 농도로 존재할 수도 있다. 공-반응물질이 상대적으로 약한 반응물질 (예를 들어, 이산화탄소와 같은 약한 산화제) 일 때, 약 10 중량％ 이하 또는 약 4 중량％ 이하와 같은 훨씬 더 높은 농도로 존재할 수도 있다. 공-반응물질이 첨가제 또는 부가적인 전구체일 때, 약 10 중량％ 이상 또는 20 중량％ 이상과 같은 훨씬 보다 높은 농도로 존재할 수도 있다.In certain embodiments in which co-reactants are used and introduced into the chamber with a species that converts them to radicals (e.g. hydrogen), these are radicals (e.g., hydrogen) and any carrier gas such as helium ( S) may be provided to the reaction chamber in a relatively small amount compared to other gases in the reaction chamber including the source of the source. For example, the co-reactant may be present in the process gases at about 0.05% by weight or less, or about 0.01% by weight or less, or about 0.001% by weight or less. For example, the reactant mixture (entering the plasma source) may be about 10 to 20 liters/minute (L/m) He, about 200 to 500 sccm (standard cubic centimeters per minute) H 2 , and about 1 to 10 sccm oxygen. May be. However, it will be appreciated that in some embodiments, the co-reactant may be present in the process gases at least about 0.05% by weight, or at least about 1% by weight, or at least about 20% by weight. When the co-reactants are introduced into the reaction chamber with the silicon-containing precursor (e.g., through a gas outlet or showerhead), they have a higher concentration, for example, about 2% by weight or less or about 0.1% by weight or less. May exist as. When the co-reactant is a relatively weak reactant (eg, a weak oxidant such as carbon dioxide), it may be present in even higher concentrations, such as about 10% by weight or less or about 4% by weight or less. When the co-reactant is an additive or additional precursor, it may be present in even higher concentrations, such as at least about 10% or at least 20% by weight.

기판 (100) 에 인접한 분위기의 온도는 증착 반응을 용이하게 하는 임의의 적합한 온도일 수 있지만, 때때로 탄화 실리콘 막 (101) 을 포함하는 디바이스의 적용에 의해 제한된다. 일부 실시 예들에서, 기판 (100) 에 인접한 분위기의 온도는 탄화 실리콘 막 (101) 의 증착 동안 기판 (100) 이 지지되는 페데스탈의 온도에 의해 대체로 제어될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 온도는 약 50 ℃ 내지 약 500 ℃일 수 있다. 예를 들어, 동작 온도는 많은 집적 회로 적용 예들에서 약 250 ℃ 내지 약 400 ℃일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 온도를 상승시키는 것은 기판 표면 상에서 증가된 교차-결합을 야기할 수 있다.The temperature of the atmosphere adjacent to the substrate 100 may be any suitable temperature that facilitates the deposition reaction, but is sometimes limited by the application of a device comprising a silicon carbide film 101. In some embodiments, the temperature of the atmosphere adjacent to the substrate 100 may be generally controlled by the temperature of the pedestal on which the substrate 100 is supported during deposition of the silicon carbide film 101. In some embodiments, the operating temperature may be between about 50 °C and about 500 °C. For example, the operating temperature can be between about 250° C. and about 400° C. in many integrated circuit applications. In some embodiments, raising the temperature can cause increased cross-linking on the substrate surface.

기판 (100) 에 인접한 분위기의 압력은 반응 챔버 내에서 반응성 라디칼들을 생성하기 위한 임의의 적합한 압력일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 압력은 약 35 Torr 이하일 수 있다. 예를 들어, 압력은 마이크로파 생성된 플라즈마를 구현하는 실시 예들에서와 같이, 약 10 Torr 내지 약 20 Torr일 수 있다. 다른 예들에서, 압력은 RF (radio-frequency) 생성된 플라즈마를 구현하는 실시 예들에서와 같이, 약 5 Torr 미만, 또는 약 0.2 Torr 내지 약 5 Torr일 수 있다.The pressure of the atmosphere adjacent to the substrate 100 can be any suitable pressure to generate reactive radicals within the reaction chamber. In some embodiments, the pressure can be less than or equal to about 35 Torr. For example, the pressure may be about 10 Torr to about 20 Torr, as in embodiments implementing microwave-generated plasma. In other examples, the pressure may be less than about 5 Torr, or between about 0.2 Torr and about 5 Torr, as in embodiments implementing a radio-frequency (RF) generated plasma.

기판 (100) 에 인접한 분위기는 리모트 플라즈마 CVD에 의해 기판 (100) 상에 탄화 실리콘 막 (101) 의 증착을 제공한다. 소스 가스는 리모트 플라즈마 소스에 공급되고, 전력은 소스 가스로 하여금 해리되게 하고 여기된 에너지 상태의 이온들 및 라디칼들을 생성하게 할 수도 있는 리모트 플라즈마 소스로 제공된다. 여기 후, 여기된 에너지 상태의 라디칼들은 실질적으로 저 에너지 상태 라디칼들 또는 바닥 상태 라디칼들, 예컨대 바닥 상태 수소 라디칼들로 완화된다. 실리콘-함유 전구체의 결합들은 완화된 에너지 상태의 수소 라디칼들에 의해 선택적으로 파괴될 수도 있다. 공-반응물질 또는 부가적인 전구체의 결합들은 공-반응물질 또는 부가적인 전구체를 활성화시키기 위해 완화된 에너지 상태의 수소 라디칼들에 의해 선택적으로 파괴될 수도 있다.The atmosphere adjacent to the substrate 100 provides deposition of a silicon carbide film 101 on the substrate 100 by remote plasma CVD. The source gas is supplied to the remote plasma source, and power is provided to the remote plasma source, which may cause the source gas to dissociate and generate ions and radicals in an excited energy state. After excitation, the excited energy state radicals are substantially mitigated to low energy state radicals or ground state radicals, such as ground state hydrogen radicals. The bonds of the silicon-containing precursor may be selectively broken by hydrogen radicals in a relaxed energy state. Bonds of the co-reactant or additional precursor may be selectively broken by hydrogen radicals in a relaxed energy state to activate the co-reactant or additional precursor.

탄화 실리콘 막들은 반도체 디바이스들에서 빈번하게 사용된다. 예를 들어, 다른 적용 예들보다도, 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막들은 금속 확산 배리어들, 에칭 정지 층들, 하드 마스크 층들, 소스 주입 및 드레인 주입을 위한 게이트 스페이서들, MRAM (magnetoresistive random-access memory) 또는 RRAM (resistive random-access memory) 을 위한 캡슐화 배리어, 및 에어 갭들에서 기밀 확산 배리어로서 채용될 수도 있다. 도 1b 내지 도 1e는 다양한 적용 예들에서 탄화 실리콘 막들을 포함하는 구조체들의 단면들을 예시한다. 도 1b는 기판의 피처들 상에 컨포멀하게 증착된 탄화 실리콘 박막을 예시한다. 도 1c는 트랜지스터의 게이트 전극 구조체의 측벽들 상의 탄화 실리콘 수직 구조체들을 예시한다. 도 1d는 에어 갭 타입 금속 화 층의 구리 라인들의 노출된 측벽들 상의 탄화 실리콘 수직 구조체들을 예시한다. 도 1e는 다공성 유전체 재료들에 대한 탄화 실리콘 기공 시일링제들을 예시한다. 이들 적용 예들 각각은 이하에 더 상세히 논의된다.Silicon carbide films are frequently used in semiconductor devices. For example, among other applications, doped or undoped silicon carbide films include metal diffusion barriers, etch stop layers, hard mask layers, gate spacers for source implantation and drain implantation, magnetoresistive random-access memory (MRAM). Or it may be employed as an encapsulation barrier for a resistive random-access memory (RRAM), and a hermetic diffusion barrier in air gaps. 1B-1E illustrate cross-sections of structures including silicon carbide films in various applications. 1B illustrates a silicon carbide thin film conformally deposited on features of a substrate. 1C illustrates silicon carbide vertical structures on sidewalls of a gate electrode structure of a transistor. 1D illustrates silicon carbide vertical structures on exposed sidewalls of copper lines of an air gap type metallization layer. 1E illustrates silicon carbide pore sealing agents for porous dielectric materials. Each of these application examples is discussed in more detail below.

전구체들의 화학적 구조Chemical structure of precursors

논의된 바와 같이, 탄화 실리콘 막들을 형성하는데 채용된 전구체들은 실리콘-함유 전구체들을 포함할 수 있고, 실리콘-함유 전구체들 중 적어도 일부는 적어도 하나의 Si-H 및/또는 적어도 하나의 Si-Si 결합을 갖는다. 특정한 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 모든 실리콘 원자 상에 최대 하나의 수소 원자를 갖는다. 따라서, 예를 들어, 하나의 실리콘 원자를 갖는 전구체는 실리콘 원자에 결합된 최대 1 개의 수소 원자를 갖고; 2 개의 실리콘 원자를 갖는 전구체는 일 실리콘 원자에 결합된 일 수소 원자 및 선택가능하게 두번째 실리콘 원자에 결합된 또 다른 수소 원자를 갖고; 3 개의 실리콘 원자들을 갖는 전구체는 일 실리콘 원자에 결합된 적어도 하나의 수소 원자 및 선택 가능하게 1 또는 2 개의 남아있는 실리콘 원자들에 결합된 1 또는 2 개 이상의 수소 원자들을 갖는, 등을 한다. 그러나, 일부 구현 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 실리콘 원자 상 또는 실리콘 원자 마다 결합된 2 개 이상의 수소 원자들을 갖는다. 이에 더하여, 실리콘-함유 전구체들은 적어도 하나의 Si-O 결합, 적어도 하나의 Si-N 결합, 및/또는 적어도 하나의 Si-C 결합을 포함할 수도 있다. 임의의 수의 적절한 전구체들이 탄화 실리콘 막들을 형성하는데 사용될 수 있지만, 전구체들 중 적어도 일부는 적어도 하나의 Si-H 결합 또는 Si-Si 결합, 및 선택가능하게 적어도 하나의 Si-O 결합, Si-N 결합, 및/또는 Si-C 결합을 갖는 실리콘-함유 전구체들을 포함할 것이다. 다양한 구현 예들에서, 실리콘-함유 전구체(들)는 O-C 또는 N-C 결합들을 포함하지 않는다; 예를 들어, 전구체(들)는 알콕시 (-O-R) 를 함유하지 않고, 여기서 R은 탄화수소기와 같은 유기기, 또는 아민 (-NR1R2) 기이고, 여기서 R1 및 R2는 독립적으로 수소기 또는 유기기이다. 이러한 기들은 이들이 상주하는 전구체들 또는 단편들에 고 부착 계수들을 부여할 수도 있다고 여겨진다. As discussed, the precursors employed to form silicon carbide films may include silicon-containing precursors, and at least some of the silicon-containing precursors are at least one Si-H and/or at least one Si-Si bond. Has. In certain embodiments, the silicon-containing precursor has at most one hydrogen atom on every silicon atom. Thus, for example, a precursor having one silicon atom has at most one hydrogen atom bonded to the silicon atom; A precursor having two silicon atoms has one hydrogen atom bonded to one silicon atom and optionally another hydrogen atom bonded to a second silicon atom; A precursor having three silicon atoms includes at least one hydrogen atom bonded to one silicon atom and optionally one or two or more hydrogen atoms bonded to one or two remaining silicon atoms, and the like. However, in some embodiments, the silicon-containing precursor has two or more hydrogen atoms bonded on or per silicon atom. In addition, silicon-containing precursors may include at least one Si-O bond, at least one Si-N bond, and/or at least one Si-C bond. While any number of suitable precursors may be used to form silicon carbide films, at least some of the precursors may be at least one Si-H bond or Si-Si bond, and optionally at least one Si-O bond, Si- Silicon-containing precursors with N bonds, and/or Si-C bonds. In various embodiments, the silicon-containing precursor(s) do not contain OC or NC bonds; For example, the precursor(s) do not contain alkoxy (-OR), where R is an organic group such as a hydrocarbon group, or an amine (-NR 1 R 2 ) group, wherein R 1 and R 2 are independently hydrogen It is a group or an organic group. It is believed that these groups may impart high adhesion coefficients to the precursors or fragments in which they reside.

특정한 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막에 제공된 일부 탄소는 실리콘-함유 전구체 상의 하나 이상의 탄화수소 모이어티들 (moieties) 에 의해 제공될 수도 있다. 이러한 모이어티들은 알킬기들, 알켄기들, 알킨기들, 아릴기들, 등으로부터 일 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 탄화수소기는 증착 동안 Si-H 및/또는 Si-Si 결합 파괴 반응의 입체 장애 (steric hindrance) 를 최소화하도록 단일 탄소 원자를 갖는다. 그러나, 전구체들은 단일-탄소기들로 제한되지 않는다; 2, 3, 4, 5, 또는 6 개의 탄소 원자들과 같은 보다 많은 수의 탄소 원자들이 사용될 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 탄화수소기는 선형이다. 특정한 실시 예들에서, 탄화수소기는 고리형이다.In certain embodiments, some of the carbon provided to the silicon carbide film may be provided by one or more hydrocarbon moieties on the silicon-containing precursor. These moieties may be from alkyl groups, alkene groups, alkyne groups, aryl groups, and the like. In certain embodiments, the hydrocarbon group has a single carbon atom to minimize steric hindrance of Si-H and/or Si-Si bond breakdown reactions during deposition. However, the precursors are not limited to single-carbon groups; A larger number of carbon atoms may be used, such as 2, 3, 4, 5, or 6 carbon atoms. In certain embodiments, the hydrocarbon group is linear. In certain embodiments, the hydrocarbon group is cyclic.

특정한 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막에 제공된 탄소의 일부는 탄소-함유 전구체 내의 하나 이상의 탄화수소 분자들에 의해 제공될 수도 있다. 이러한 탄화수소 분자들은 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7 개의 탄소 원자들과 같은 다수의 탄소 원자들이 사용될 수도 있는, 탄소-탄소 사슬들을 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 탄화수소 분자들은 하나 이상의 탄소 이중 결합들 및/또는 탄소 삼중 결합들을 포함한다.In certain embodiments, some of the carbon provided to the silicon carbide film may be provided by one or more hydrocarbon molecules in the carbon-containing precursor. These hydrocarbon molecules may contain carbon-carbon chains, in which multiple carbon atoms may be used, such as 2, 3, 4, 5, 6, or 7 carbon atoms. In some embodiments, hydrocarbon molecules contain one or more carbon double bonds and/or carbon triple bonds.

일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 화학적 분류에 속한다. 다른 화학적 부류들의 실리콘-함유 전구체들이 채용될 수도 있고 실리콘-함유 전구체들은 이하에 논의된 화학적 부류들로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다.In some embodiments, the silicon-containing precursor belongs to the chemical class. It will be appreciated that other chemical classes of silicon-containing precursors may be employed and that silicon-containing precursors are not limited to the chemical classes discussed below.

일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 실록산일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 실록산은 고리형일 수도 있다. 고리형 실록산들은 2,4,6,8-테트라메틸사이클로테트라실록산 (TMCTS), 옥타메틸사이클로테트라실록산 (OMCTS), 및 헵타메틸사이클로테트라실록산 (HMCTS) 과 같은 사이클로테트라실록산들을 포함할 수도 있다. 다른 고리형 실록산들은 또한 이로 제한되는 것은 아니지만 사이클로트리실록산들 및 사이클로펜타실록산들을 포함할 수 있다. 고리형 실록산들을 사용하는 실시 예들은 고리의 반경에 대응하는 기공들의 사이즈를 가진 탄화 실리콘 막 내로 다공성을 도입할 수 있는 고리 구조들이다. 예를 들어, 사이클로테트라실록산 고리는 약 6.7 Å의 반경을 가질 수 있다.In some embodiments, the silicon-containing precursor can be a siloxane. In some embodiments, the siloxane may be cyclic. Cyclic siloxanes may also include cyclotetrasiloxanes such as 2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS), octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS), and heptamethylcyclotetrasiloxane (HMCTS). Other cyclic siloxanes may also include, but are not limited to, cyclotrisiloxanes and cyclopentasiloxanes. Embodiments using cyclic siloxanes are cyclic structures capable of introducing porosity into a silicon carbide film having a size of pores corresponding to the radius of the ring. For example, the cyclotetrasiloxane ring can have a radius of about 6.7 Å.

일부 실시 예들에서, 실록산은 3 차원 구조 또는 케이지된 구조를 가질 수도 있다. 도 2는 대표적인 케이지된 실록산 전구체들의 예들을 예시한다. 케이지된 실록산들은 다면체 또는 임의의 3-D 구조를 형성하도록 산소 원자들을 통해 서로 브리지된 실리콘 원자들을 갖는다. 케이지된 실록산 전구체 분자의 예는 실세스퀴옥산이다. 케이지된 실록산 구조체들은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된, Cleemput 등에 의해 공동으로 소유된 미국 특허 번호 제 6,576,345 호에 더 상세히 기술된다. 고리형 실록산들과 같이, 케이지된 실록산은 탄화 실리콘 막 내로 다공성을 도입할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 다공성 스케일은 메조포러스 (mesoporous) 이다.In some embodiments, the siloxane may have a three-dimensional structure or a caged structure. 2 illustrates examples of representative caged siloxane precursors. Caged siloxanes have silicon atoms bridged to each other through oxygen atoms to form a polyhedral or arbitrary 3-D structure. An example of a caged siloxane precursor molecule is silsesquioxane. Caged siloxane structures are described in more detail in US Pat. No. 6,576,345, jointly owned by Cleemput et al., incorporated herein by reference in its entirety for all purposes. Like cyclic siloxanes, caged siloxanes can introduce porosity into the silicon carbide film. In some embodiments, the porous scale is mesoporous.

일부 실시 예들에서, 실록산은 선형일 수도 있다. 적합한 선형 실록산들의 예들은 이로 제한되는 것은 아니지만 펜타메틸디실록산 (PMDSO) 및 테트라메틸디실록산 (TMDSO) 과 같은 디실록산들, 및 헥사메틸트리실록산, 헵타메틸트리실록산과 같은 트리실록산들을 포함한다.In some embodiments, the siloxane may be linear. Examples of suitable linear siloxanes include, but are not limited to, disiloxanes such as pentamethyldisiloxane (PMDSO) and tetramethyldisiloxane (TMDSO), and trisiloxanes such as hexamethyltrisiloxane, heptamethyltrisiloxane.

일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 알킬실란 또는 다른 탄화수소-치환된 실란일 수 있다. 알킬실란들은 하나 이상의 알킬기들이 결합될 뿐만 아니라 하나 이상의 수소 원자들이 결합된 중심 실리콘 원자를 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 임의의 하나 이상의 알킬기들은 1 내지 5 개의 탄소 원자들을 함유한다. 탄화수소기들은 포화되거나 불포화될 수도 있다 (예를 들어, 알켄 (예를 들어, 비닐), 알킨, 및 방향족기들). 예들은 트리메틸실란 (3MS), 트리에틸실란, 펜타메틸 디실라메탄 ((CH3)2Si-CH2-Si(CH3)3), 및 디메틸실란 (2MS) 을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.In some embodiments, the silicon-containing precursor can be an alkylsilane or other hydrocarbon-substituted silane. Alkylsilanes include a central silicon atom to which one or more alkyl groups are bonded as well as one or more hydrogen atoms are bonded. In certain embodiments, any one or more alkyl groups contain 1 to 5 carbon atoms. Hydrocarbon groups may be saturated or unsaturated (eg, alkene (eg vinyl), alkyne, and aromatic groups). Examples include, but are not limited to, trimethylsilane (3MS), triethylsilane, pentamethyl disilamethane ((CH 3 ) 2 Si-CH 2 -Si(CH 3 ) 3 ), and dimethylsilane (2MS).

일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 알콕시실란일 수 있다. 그러나, 일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 알콕시기들의 존재를 방지하기 위해 알콕시실란이 아니라는 것이 이해될 수도 있다. 알콕시실란은 하나 이상의 알콕시기가 결합되고 하나 이상의 수소 원자가 결합된 중심 실리콘 원자를 포함한다. 예들은 트리메톡시실란 (TMOS), 디메톡시실란 (DMOS), 메톡시실란 (MOS), 메틸디메톡시실란 (MDMOS), 디에티옥시메틸실란 (DEMS), 디메틸에톡시실란 (DMES), 및 디메틸메톡시실란 (DMMOS) 을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다.In some embodiments, the silicon-containing precursor can be an alkoxysilane. However, it may be understood that in some embodiments, the silicon-containing precursor is not an alkoxysilane to prevent the presence of alkoxy groups. The alkoxysilane includes a central silicon atom to which one or more alkoxy groups are bonded and one or more hydrogen atoms are bonded. Examples are trimethoxysilane (TMOS), dimethoxysilane (DMOS), methoxysilane (MOS), methyldimethoxysilane (MDMOS), diethoxymethylsilane (DEMS), dimethylethoxysilane (DMES), and Dimethylmethoxysilane (DMMOS).

디실란, 트리실란, 또는 다른 고차 실란이 모노실란 대신 사용될 수도 있다. 알킬실란 부류로부터 이러한 디실란의 일 예는 헥사메틸디실란 (HMDS) 이다. 알킬실란 부류로부터 디실란의 또 다른 예는 펜타메틸디실란 (PMDS) 을 포함할 수 있다. 다른 타입들의 알킬실란들은 실리콘 원자에 결합된 탄소뿐만 아니라 실리콘 원자에 결합된 알킬기를 갖는 분기된 폴리머 구조를 가질 수 있는 알킬카보실란들을 포함할 수 있다. 예들은 디메틸 트리메틸실릴 메탄 (DTMSM) 및 비스-디메틸실릴 에탄 (BDMSE) 을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 실리콘 원자들 중 하나는 부착된 탄소-함유 또는 탄화수소-함유기를 가질 수 있고, 실리콘 원자들 중 하나는 부착된 수소 원자를 가질 수 있다.Disilane, trisilane, or other higher order silanes may be used in place of monosilane. An example of such a disilane from the class of alkylsilanes is hexamethyldisilane (HMDS). Another example of a disilane from the class of alkylsilanes may include pentamethyldisilane (PMDS). Other types of alkylsilanes may include alkylcarbosilanes that may have a branched polymer structure having an alkyl group bonded to a silicon atom as well as carbon bonded to a silicon atom. Examples include dimethyl trimethylsilyl methane (DTMSM) and bis-dimethylsilyl ethane (BDMSE). In some embodiments, one of the silicon atoms can have an attached carbon-containing or hydrocarbon-containing group, and one of the silicon atoms can have an attached hydrogen atom.

일부 실시 예들에서, 실리콘-함유 전구체는 실리콘-질소 하이드라이드 (예를 들어, 실라잔) 와 같은 질소-함유 화합물일 수 있다. 일반적으로, 이러한 화합물들은 탄소를 함유하지만, 실리콘 원자들에만 결합되고 질소 원자들에는 결합되지 않는다. 특정한 실시 예들에서, 질소-함유 화합물은 어떠한 탄소-질소 결합도 갖지 않는다. 특정한 실시 예들에서, 질소-함유 화합물은 어떠한 아민 모이어티들 (-C-NR1R2) 도 갖지 않고, 여기서 R1 및 R2는 수소 원자들 및 알킬기들, 알켄기들, 또는 알킨기들과 같은 탄화수소기들과 같은 동일하거나 상이한 기들이다. 적합한 실리콘-질소 전구체들의 예들은 하나 이상의 실리콘 원자들에 결합된 하나 이상의 탄화수소 모이어티들 및 하나 이상의 실리콘 원자들에 결합된 하나 이상의 수소 원자들을 함유하는 고리형 실라잔 및 선형 실라잔과 같은 다양한 실라잔들을 포함한다. 실라잔들의 예들은 메틸-치환된 디실라잔들 및 트리실라잔들, 예컨대 테트라메틸디실라잔 및 헥사메틸트리실라잔을 포함한다.In some embodiments, the silicon-containing precursor may be a nitrogen-containing compound such as a silicon-nitrogen hydride (eg, silazane). In general, these compounds contain carbon, but are bonded only to silicon atoms and not nitrogen atoms. In certain embodiments, the nitrogen-containing compound does not have any carbon-nitrogen bonds. In certain embodiments, the nitrogen-containing compound does not have any amine moieties (-C-NR 1 R 2 ), wherein R 1 and R 2 are hydrogen atoms and alkyl groups, alkene groups, or alkyne groups. The same or different groups, such as the same hydrocarbon groups. Examples of suitable silicon-nitrogen precursors include various silazanes such as cyclic silazane and linear silazane containing one or more hydrocarbon moieties bonded to one or more silicon atoms and one or more hydrogen atoms bonded to one or more silicon atoms. Include glasses. Examples of silazanes include methyl-substituted disilazanes and trisilazanes such as tetramethyldisilazane and hexamethyltrisilazane.

탄화 실리콘을 증착할 때, 복수의 실리콘-함유 전구체들이 프로세스 가스에 존재할 수 있다. 예를 들어, 실록산 및 알킬실란이 함께 사용될 수도 있고, 또는 실록산 및 알콕시실란이 함께 사용될 수도 있다. 개별 전구체들의 상대적인 비율은 선택된 전구체들의 화학적 구조들 및 발생되는 탄화 실리콘 막의 적용에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 실록산의 양은 이하에 보다 상세히 논의된 바와 같이 다공성 막을 생성하기 위해 몰 백분율의 실란의 양보다 많을 수 있다.When depositing silicon carbide, a plurality of silicon-containing precursors may be present in the process gas. For example, siloxane and alkylsilane may be used together, or siloxane and alkoxysilane may be used together. The relative proportion of the individual precursors can be selected based on the chemical structures of the selected precursors and the application of the resulting silicon carbide film. For example, the amount of siloxane can be greater than the amount of silane in mole percent to create a porous membrane, as discussed in more detail below.

산소 도핑된 탄화 실리콘 막들을 증착하기 위해, 적합한 전구체들의 예들은 헵타메틸사이클로테트라실록산 (HMCTS) 및 테트라메틸사이클로테트라실록산과 같은 사이클로테트라실록산들과 같은 고리형 실록산들을 포함할 수 있다. 다른 고리형 실록산들은 또한 이로 제한되는 것은 아니지만 사이클로트리실록산들 및 사이클로펜타실록산들을 포함할 수 있다. 산소 도핑된 탄화 실리콘 막들을 증착하기 위해, 적합한 전구체들의 다른 예들은, 이로 제한되는 것은 아니지만, 디실록산들, 예컨대 펜타메틸디실록산 (PMDSO), 테트라메틸디실록산 (TMDSO), 헥사메틸트리실록산, 및 헵타메틸트리실록산과 같은 선형 실록산들을 포함한다.For depositing oxygen-doped silicon carbide films, examples of suitable precursors may include cyclic siloxanes such as heptamethylcyclotetrasiloxane (HMCTS) and cyclotetrasiloxanes such as tetramethylcyclotetrasiloxane. Other cyclic siloxanes may also include, but are not limited to, cyclotrisiloxanes and cyclopentasiloxanes. For depositing oxygen-doped silicon carbide films, other examples of suitable precursors include, but are not limited to, disiloxanes such as pentamethyldisiloxane (PMDSO), tetramethyldisiloxane (TMDSO), hexamethyltrisiloxane, And linear siloxanes such as heptamethyltrisiloxane.

도핑되지 않은 탄화 실리콘 막들을 증착하기 위해, 적합한 전구체들의 예들은 예를 들어, 1 내지 5 개의 탄소 원자들을 함유하는 하나 이상의 알킬기, 알켄기, 및/또는 알킨기로 치환된 모노실란들을 포함할 수 있다. 예들은 트리메틸실란 (3MS), 디메틸실란 (2MS), 트리에틸실란 (TES), 및 펜타메틸디실라메탄을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 부가적으로, 디실란들, 트리실란들, 또는 다른 고급실란들이 모노실란들 대신 사용될 수도 있다. 디실란들의 예들은 헥사메틸디실란 (HMDS) 및 펜타메틸디실란 (PMDS) 을 포함할 수 있다. 다른 타입들의 알킬실란들은 알킬카보실란들을 포함할 수 있다. 예들은 디메틸 트리메틸실릴 메탄 (DTMSM) 및 비스-디메틸실릴 에탄 (BDMSE) 을 포함한다.For depositing undoped silicon carbide films, examples of suitable precursors may include monosilanes substituted with one or more alkyl, alkene, and/or alkyne groups containing, for example, 1 to 5 carbon atoms. . Examples include, but are not limited to, trimethylsilane (3MS), dimethylsilane (2MS), triethylsilane (TES), and pentamethyldisilamethane. Additionally, disilanes, trisilanes, or other higher silanes may be used in place of monosilanes. Examples of disilanes may include hexamethyldisilane (HMDS) and pentamethyldisilane (PMDS). Other types of alkylsilanes may include alkylcarbosilanes. Examples include dimethyl trimethylsilyl methane (DTMSM) and bis-dimethylsilyl ethane (BDMSE).

질소 도핑된 탄화 실리콘 막들을 증착하기 위해, 적합한 전구체들의 예들은 실라잔들, 예를 들어, 알킬디실라잔들 및 아마도 하나 이상의 실리콘 원자들에 개별적으로 결합된 아미노기 (-N-H2) 및 알킬기를 포함하는 화합물들을 포함할 수 있다. 알킬디실라잔은 2 개의 실리콘 원자들에 결합된 실리잔들 (silizanes) 과 알킬기들을 포함한다. 예는 1,1,3,3-테트라메틸디실라잔 (TMDSN) 을 포함한다.For depositing nitrogen-doped silicon carbide films, examples of suitable precursors include silazanes, e.g., alkyldisilazanes and possibly an amino group (-N-H2) and an alkyl group individually bonded to one or more silicon atoms. It may include compounds containing. Alkyldisilazane contains silizanes and alkyl groups bonded to two silicon atoms. Examples include 1,1,3,3-tetramethyldisilazane (TMDSN).

설명된 바와 같이, 실리콘-함유 전구체들은 매우 컨포멀한 탄화 실리콘 막들을 제공하도록 선택된다. 저 부착 계수들을 갖는 실리콘-함유 전구체들은 매우 컨포멀한 (conformal) 막들을 생성할 수 있다고 여겨진다. "부착 계수"는 동일한 시간 기간 동안 표면에 충돌하는 종의 총 수와 비교하여 표면에 흡착/부착하는 흡착제 종 (예를 들어, 단편들 또는 분자들) 의 수의 비를 기술하도록 사용된 용어이다. 기호 Sc는 때때로 부착 계수를 지칭하기 위해 사용된다. Sc의 값은 0 (어떤 종도 부착되지 않는다는 것을 의미) 과 1 (충돌하는 모든 종이 부착되는 것을 의미) 사이이다. 충돌하는 종의 타입, 표면 온도, 표면 커버리지, 표면의 구조적 세부 사항, 및 충돌하는 종의 운동 에너지를 포함하는 다양한 인자들이 부착 계수에 영향을 준다. 특정한 종은 본질적으로 다른 종들보다 "끈적 끈적 (sticky)"하여, 종이 표면에 충돌할 때마다 표면에 흡착하기 쉽게 한다. 이들 보다 끈적한 종들은 보다 큰 부착 계수들을 갖고 (다른 모든 인자들은 동일함), 보다 낮은 부착 계수들을 갖는 보다 덜 끈적한 종과 비교하여 리세스된 피처의 입구 근방에 흡착하기 쉽다. 일부 경우들에서, (관련된 증착 조건들에서) 전구체들의 부착 계수는 약 0.05 이하, 예를 들어 약 0.001 이하일 수도 있다.As described, silicon-containing precursors are chosen to provide highly conformal silicon carbide films. It is believed that silicon-containing precursors with low adhesion coefficients can produce very conformal films. "Coefficient of adhesion" is a term used to describe the ratio of the number of adsorbent species (eg fragments or molecules) adsorbing/adhering to a surface compared to the total number of species impinging on the surface during the same period of time. . The symbol S c is sometimes used to refer to the coefficient of adhesion. The value of S c is between 0 (meaning that no species are attached) and 1 (meaning that all colliding species are attached). Various factors affect the adhesion coefficient including the type of colliding species, surface temperature, surface coverage, structural details of the surface, and the kinetic energy of the colliding species. Certain species are inherently more "sticky" than others, making them easier to adsorb to the surface whenever it hits the surface. These tacky species have higher adhesion coefficients (all other factors are the same) and are more likely to adsorb near the inlet of the recessed feature compared to less sticky species with lower adhesion coefficients. In some cases, the adhesion coefficient of the precursors (at related deposition conditions) may be about 0.05 or less, such as about 0.001 or less.

장치Device

본 개시의 일 양태는 본 명세서에 기술된 방법들을 달성하도록 구성된 장치이다. 적합한 장치는 프로세스 동작들을 달성하기 위한 하드웨어 및 본 개시에 따른 프로세스 동작들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 갖는 시스템 제어기를 포함한다. 일부 실시 예들에서, 전술한 프로세스 동작들을 수행하기 위한 장치는 리모트 플라즈마 소스를 포함할 수 있다. 리모트 플라즈마 소스는 직접 플라즈마와 비교하여 약한 반응 조건들을 제공한다. 적합한 리모트 플라즈마 장치의 예는 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된, 2013 년 10 월 24일 출원된 미국 특허 출원 번호 제 14/062,648 호에 기술된다.One aspect of the present disclosure is an apparatus configured to achieve the methods described herein. A suitable apparatus includes hardware for achieving process operations and a system controller with instructions for controlling process operations according to the present disclosure. In some embodiments, an apparatus for performing the process operations described above may include a remote plasma source. The remote plasma source provides weaker reaction conditions compared to direct plasma. An example of a suitable remote plasma device is described in U.S. Patent Application No. 14/062,648 filed Oct. 24, 2013, which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

도 3은 특정한 실시 예들에 따른 리모트 플라즈마 장치의 개략도를 제공한다. 디바이스 (300) 는 샤워헤드 (320) 를 갖는 반응 챔버 (310) 를 포함한다. 반응 챔버 (310) 내부에서, 기판 (330) 이 스테이지 또는 페데스탈 (335) 상에 놓인다. 일부 실시 예들에서, 페데스탈 (335) 은 가열/냉각 엘리먼트와 피팅될 수 있다. 제어기 (340) 는 디바이스 (300) 의 동작을 제어하도록 디바이스 (300) 의 컴포넌트들에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (340) 는 온도 프로세스 조건들 및/또는 압력 프로세스 조건들과 같은, 디바이스 (300) 의 동작들을 위한 프로세스 조건들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 제어기 (340) 는 전구체 가스, 공-반응물질 가스, 소스 가스, 및 캐리어 가스의 플로우 레이트들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제어기 (340) 는 시간에 따라 공-반응물질 가스의 플로우 레이트를 변화시키기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 이에 더하여 또는 대안적으로, 제어기 (340) 는 시간에 따라 전구체 가스의 플로우 레이트를 변화시키기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제어기 (340) 의 보다 상세한 기술이 이하에 제공된다.3 provides a schematic diagram of a remote plasma apparatus according to certain embodiments. Device 300 includes a reaction chamber 310 with a showerhead 320. Inside the reaction chamber 310, a substrate 330 is placed on a stage or pedestal 335. In some embodiments, pedestal 335 may be fitted with a heating/cooling element. Controller 340 may be connected to components of device 300 to control the operation of device 300. For example, controller 340 may include instructions for controlling process conditions for operations of device 300, such as temperature process conditions and/or pressure process conditions. In some embodiments, the controller 340 may include instructions for controlling the flow rates of the precursor gas, co-reactant gas, source gas, and carrier gas. The controller 340 may include instructions for varying the flow rate of the co-reactant gas over time. Additionally or alternatively, the controller 340 may include instructions for changing the flow rate of the precursor gas over time. A more detailed description of the controller 340 is provided below.

동작 동안, 가스들 또는 가스 혼합물들은 반응 챔버 (310) 에 커플링된 하나 이상의 가스 유입구들을 통해 반응 챔버 (310) 내로 도입된다. 일부 실시 예들에서, 2 개 이상의 가스 유입구들이 반응 챔버 (310) 에 커플링된다. 제 1 가스 유입구 (355) 는 반응 챔버 (310) 에 커플링되고 용기 (350) 에 연결될 수 있고, 제 2 가스 유입구 (365) 는 반응 챔버 (310) 에 커플링되고 리모트 플라즈마 소스 (360) 에 연결될 수 있다. 리모트 플라즈마 구성들을 포함하는 실시 예들에서, 리모트 플라즈마 소스에서 생성된 전구체들 및 라디칼 종들을 위한 전달 라인들은 분리된다. 따라서, 전구체들 및 라디칼 종은 기판 (330) 에 도달하기 전에 실질적으로 상호 작용하지 않는다. 일부 구현 예들에서, 용기 (350) 가 제 2 가스 유입구 (365) 를 통해 전구체 가스 플로우를 제공할 수도 있고 리모트 플라즈마 소스 (360) 가 제 1 가스 유입구 (355) 를 통해 이온들 및 라디칼들을 제공할 수도 있도록 가스 라인들이 반전될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.During operation, gases or gas mixtures are introduced into the reaction chamber 310 through one or more gas inlets coupled to the reaction chamber 310. In some embodiments, two or more gas inlets are coupled to the reaction chamber 310. The first gas inlet 355 is coupled to the reaction chamber 310 and can be connected to the vessel 350, and the second gas inlet 365 is coupled to the reaction chamber 310 and to the remote plasma source 360. Can be connected. In embodiments including remote plasma configurations, the delivery lines for precursors and radical species generated in the remote plasma source are separated. Thus, the precursors and radical species do not substantially interact before reaching the substrate 330. In some implementations, the vessel 350 may provide a precursor gas flow through the second gas inlet 365 and the remote plasma source 360 may provide ions and radicals through the first gas inlet 355. It will be appreciated that the gas lines may be reversed so that there may be.

하나 이상의 라디칼 종은 리모트 플라즈마 소스 (360) 에서 생성될 수도 있고 제 2 가스 유입구 (365) 를 통해 반응 챔버 (310) 로 들어가도록 구성될 수도 있다. 임의의 타입의 플라즈마 소스가 라디칼 종을 생성하도록 리모트 플라즈마 소스 (360) 에서 사용될 수도 있다. 이는 용량 결합 플라즈마들, 유도 결합 플라즈마들, 마이크로파 플라즈마들, DC 플라즈마들, 및 레이저-생성된 플라즈마들을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 용량 결합 플라즈마의 예는 RF (radio frequency) 플라즈마일 수 있다. 고 주파수 플라즈마는 13.56 ㎒ 이상에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 리모트 플라즈마 소스 (360) 의 예는 캘리포니아 프리몬트 소재의 Lam Research Corporation에 의해 제조된 GAMMA®일 수 있다. 이러한 RF 리모트 플라즈마 소스 (360) 의 또 다른 예는 440 ㎑에서 동작될 수 있고 하나 이상의 기판들을 병렬로 프로세싱하기 위해 보다 큰 장치 상에 볼트로 고정된 서브 유닛으로서 제공될 수 있는, 매사추세츠 윌밍턴 소재의 MKS Instruments에 의해 제조된 Astron®일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 마이크로파 플라즈마는 또한 MKS Instruments에 의해 제조된 Astex®와 같은 리모트 플라즈마 소스 (360) 로서 사용될 수 있다. 마이크로파 플라즈마는 2.45 ㎓의 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 리모트 플라즈마 소스에 제공된 가스는 수소, 질소, 산소, 및 본 명세서의 다른 곳에 언급된 다른 가스들을 포함할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 수소는 헬륨과 같은 캐리어에 제공된다. 예로서, 수소 가스는 약 1 내지 10 ％ 수소의 농도로 헬륨 캐리어에 제공될 수도 있다.One or more radical species may be generated in the remote plasma source 360 and may be configured to enter the reaction chamber 310 through the second gas inlet 365. Any type of plasma source may be used in remote plasma source 360 to generate radical species. This includes, but is not limited to, capacitively coupled plasmas, inductively coupled plasmas, microwave plasmas, DC plasmas, and laser-generated plasmas. An example of a capacitively coupled plasma may be a radio frequency (RF) plasma. The high frequency plasma can be configured to operate above 13.56 MHz. An example of such a remote plasma source 360 may be GAMMA® manufactured by Lam Research Corporation of Fremont, Calif. Another example of such an RF remote plasma source 360 is Wilmington, Mass., which can be operated at 440 kHz and can be provided as a bolted sub-unit on a larger device to process one or more substrates in parallel. It may be Astron® manufactured by MKS Instruments. In some embodiments, microwave plasma may also be used as a remote plasma source 360 such as Astex® manufactured by MKS Instruments. The microwave plasma can be configured to operate at a frequency of 2.45 GHz. Gases provided to the remote plasma source may include hydrogen, nitrogen, oxygen, and other gases mentioned elsewhere herein. In certain embodiments, hydrogen is provided in a carrier such as helium. As an example, hydrogen gas may be provided to the helium carrier at a concentration of about 1 to 10% hydrogen.

전구체들은 용기 (350) 내에 제공될 수 있고 제 1 가스 유입구 (355) 를 통해 샤워헤드 (320) 로 공급될 수 있다. 샤워헤드 (320) 는 기판 (330) 을 향해 반응 챔버 (310) 내로 전구체들을 분배한다. 기판 (330) 은 샤워헤드 (320) 밑에 위치될 수 있다. 샤워헤드 (320) 는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있고, 기판 (330) 으로 가스들을 분배하기 위한 임의의 수 및 배열의 포트들을 가질 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 전구체들은 제어된 플로우 레이트로 샤워헤드 (320) 로 그리고 궁극적으로 기판 (330) 으로 공급될 수 있다.Precursors may be provided within the vessel 350 and may be supplied to the showerhead 320 through a first gas inlet 355. Showerhead 320 distributes precursors into reaction chamber 310 towards substrate 330. The substrate 330 may be located under the showerhead 320. It will be appreciated that the showerhead 320 may have any suitable shape and may have any number and arrangement of ports for distributing gases to the substrate 330. The precursors can be supplied to the showerhead 320 and ultimately to the substrate 330 at a controlled flow rate.

리모트 플라즈마 소스 (360) 에서 형성된 하나 이상의 라디칼 종은 기판 (330) 을 향해 가스상으로 반송될 수 있다. 하나 이상의 라디칼 종은 제 2 가스 유입구 (365) 를 통해 반응 챔버 (310) 내로 흐를 수 있다. 제 2 가스 유입구 (365) 가 도 3에 예시된 바와 같이 기판 (330) 의 표면을 횡단할 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 특정한 실시 예들에서, 제 2 가스 유입구 (365) 는 기판 (330) 바로 위 또는 다른 위치들에 있을 수 있다. 리모트 플라즈마 소스 (360) 와 반응 챔버 (310) 사이의 거리는 리모트 플라즈마 소스 (360) 에서 생성된 이온화된 종들이 실질적으로 중화되지만, 실질적으로 저 에너지 상태들의 적어도 일부 라디칼 종은 기판 (330) 에 인접한 분위기에 남아 있도록 약한 반응성 조건들을 제공하도록 구성될 수 있다. 이러한 저 에너지 상태 라디칼 종들은 안정한 화합물들을 형성하도록 재조합되지 않는다. 리모트 플라즈마 소스 (360) 와 반응 챔버 (310) 사이의 거리는 (예를 들어, 소스 RF 전력 레벨에 의해 부분적으로 결정된) 플라즈마의 공격성, (예를 들어, 고 농도의 수소 원자들이 있다면, 이들 중 상당 분획이 반응 챔버 (310) 에 도달하기 전에 H2를 형성하도록 재결합할 수도 있는) 플라즈마 내 가스의 밀도, 및 다른 인자들의 함수일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 리모트 플라즈마 소스 (360) 와 반응 챔버 (310) 사이의 거리는 약 1 ㎝ 내지 30 ㎝, 예컨대 약 5 ㎝ 또는 약 15 ㎝일 수 있다.One or more radical species formed in the remote plasma source 360 may be conveyed in the gaseous phase towards the substrate 330. One or more radical species may flow into the reaction chamber 310 through the second gas inlet 365. It will be appreciated that the second gas inlet 365 need not traverse the surface of the substrate 330 as illustrated in FIG. 3. In certain embodiments, the second gas inlet 365 may be directly above the substrate 330 or in other locations. The distance between the remote plasma source 360 and the reaction chamber 310 is that the ionized species generated in the remote plasma source 360 are substantially neutralized, but at least some radical species of substantially low energy states are adjacent to the substrate 330. It can be configured to provide weakly reactive conditions to remain in the atmosphere. These low energy state radical species do not recombine to form stable compounds. The distance between the remote plasma source 360 and the reaction chamber 310 is the aggressiveness of the plasma (e.g., determined in part by the source RF power level), a significant of these (e.g., if there are high concentrations of hydrogen atoms). The fraction may recombine to form H 2 before reaching the reaction chamber 310) and may be a function of the density of the gas in the plasma, and other factors. In some embodiments, the distance between the remote plasma source 360 and the reaction chamber 310 may be between about 1 cm and 30 cm, such as about 5 cm or about 15 cm.

일부 실시 예들에서, 1 차 실리콘-함유 전구체 또는 수소 라디칼이 아닌, 공-반응물질이 증착 반응 동안 도입된다. 일부 구현 예들에서, 장치는 제 2 가스 유입구 (365) 를 통해 공-반응물질을 도입하도록 구성되고, 이 경우 공-반응물질은 플라즈마로 적어도 부분적으로 변환된다. 일부 구현 예들에서, 장치는 제 1 가스 유입구 (355) 를 통해 샤워헤드 (320) 를 통해 공-반응물질을 도입하도록 구성된다. 공-반응물질의 예들은 산소, 질소, 암모니아, 이산화탄소, 일산화탄소 등을 포함한다. 공-반응물질의 플로우 레이트는 등급화된 막에서 조성 구배를 생성하도록 시간에 따라 가변할 수 있다.In some embodiments, a co-reactant that is not a primary silicon-containing precursor or hydrogen radical is introduced during the deposition reaction. In some implementations, the apparatus is configured to introduce a co-reactant through the second gas inlet 365, in which case the co-reactant is at least partially converted to plasma. In some implementations, the apparatus is configured to introduce the co-reactant through the showerhead 320 through the first gas inlet 355. Examples of co-reactants include oxygen, nitrogen, ammonia, carbon dioxide, carbon monoxide, and the like. The flow rate of the co-reactant can be varied over time to create a compositional gradient in the graded membrane.

도 4는 일부 다른 구현 예들에 따른 리모트 플라즈마 소스를 갖는 예시적인 플라즈마 프로세싱 장치의 개략도를 예시한다. 플라즈마 프로세싱 장치 (400) 는 반응 챔버 (404) 로부터 분리된 리모트 플라즈마 소스 (402) 를 포함한다. 리모트 플라즈마 소스 (402) 는 또한 샤워헤드로 지칭될 수도 있는 멀티포트 가스 분배기 (406) 를 통해 반응 챔버 (404) 와 유체로 커플링된다. 라디칼 종은 리모트 플라즈마 소스 (402) 에서 생성되고 반응 챔버 (404) 에 공급된다. 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들은 리모트 플라즈마 소스 (402) 로부터 그리고 멀티포트 가스 분배기 (406) 로부터 다운스트림으로 반응 챔버 (404) 로 공급된다. 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들은 기판 (412) 의 표면 상에 탄화 실리콘 막을 증착하도록 반응 챔버 (404) 의 화학적 기상 증착 존 (408) 에서 라디칼 종과 반응한다. 화학적 기상 증착 존 (408) 은 기판 (412) 의 표면에 인접한 분위기를 포함한다.4 illustrates a schematic diagram of an exemplary plasma processing apparatus having a remote plasma source in accordance with some other implementations. The plasma processing apparatus 400 includes a remote plasma source 402 that is separate from the reaction chamber 404. The remote plasma source 402 is fluidly coupled with the reaction chamber 404 through a multiport gas distributor 406, which may also be referred to as a showerhead. The radical species are generated in the remote plasma source 402 and supplied to the reaction chamber 404. One or more silicon-containing precursors are supplied from the remote plasma source 402 and downstream from the multiport gas distributor 406 to the reaction chamber 404. One or more silicon-containing precursors react with the radical species in the chemical vapor deposition zone 408 of the reaction chamber 404 to deposit a silicon carbide film on the surface of the substrate 412. The chemical vapor deposition zone 408 includes an atmosphere adjacent to the surface of the substrate 412.

기판 (412) 은 기판 지지부 또는 페데스탈 (414) 상에 지지된다. 페데스탈 (414) 은 화학적 기상 증착 존 (408) 내에 기판 (412) 을 위치 시키도록 반응 챔버 (404) 내에서 이동할 수도 있다. 도 4에 도시된 실시 예에서, 화학적 기상 증착 존 (408) 내에서 상승된 기판 (410) 을 갖는 페데스탈 (414) 이 도시된다. 페데스탈 (414) 은 또한 일부 실시 예들에서 기판 (412) 의 온도를 조정할 수도 있고, 이는 기판 (412) 상의 열적으로 활성화된 표면 반응들에 대한 일부 선택적인 제어를 제공할 수 있다.The substrate 412 is supported on a substrate support or pedestal 414. Pedestal 414 may move within reaction chamber 404 to position substrate 412 within chemical vapor deposition zone 408. In the embodiment shown in FIG. 4, a pedestal 414 with a substrate 410 raised within a chemical vapor deposition zone 408 is shown. Pedestal 414 may also adjust the temperature of substrate 412 in some embodiments, which may provide some selective control over thermally activated surface reactions on substrate 412.

도 4는 리모트 플라즈마 소스 (402) 주위에 배치된 코일 (418) 을 도시하고, 리모트 플라즈마 소스 (402) 는 외측 벽 (예를 들어, 석영 돔) 을 포함한다. 코일 (418) 은 유도 결합 플라즈마 생성을 통해 플라즈마 영역 (424) 내에서 플라즈마를 형성하고 지속시키도록 사용될 수도 있는 플라즈마 생성기 제어기 (422) 에 전기적으로 커플링된다. 일부 구현 예들에서, 플라즈마 생성기 제어기 (422) 는 코일 (418) 에 전력을 공급하기 위한 전력 공급부를 포함할 수도 있고, 전력은 플라즈마 생성 동안 약 1 내지 6 kW (kilowatts) 의 범위일 수 있다. 일부 구현 예들에서, 병렬 플레이트 또는 용량 결합 플라즈마 생성을 위한 전극들 또는 안테나는 유도 결합 플라즈마 생성보다는 플라즈마 여기를 통해 라디칼들의 연속적인 공급을 생성하도록 사용될 수도 있다. 플라즈마 영역 (424) 에서 플라즈마를 점화하고 지속시키기 위해 사용된 메커니즘과 무관하게, 라디칼 종은 막 증착 동안 플라즈마 여기를 사용하여 연속적으로 생성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 수소 라디칼들은 정상-상태 막 증착 동안 대략 정상-상태 조건들 하에서 생성되지만, 과도 현상들은 막 증착의 시작 및 끝에서 발생할 수도 있다.4 shows a coil 418 disposed around a remote plasma source 402, which includes an outer wall (eg, a quartz dome). The coil 418 is electrically coupled to a plasma generator controller 422, which may be used to form and sustain a plasma within the plasma region 424 through inductively coupled plasma generation. In some implementations, the plasma generator controller 422 may include a power supply to power the coil 418, and the power may range from about 1 to 6 kilowatts (kW) during plasma generation. In some implementations, a parallel plate or electrodes or antenna for capacitively coupled plasma generation may be used to generate a continuous supply of radicals through plasma excitation rather than inductively coupled plasma generation. Regardless of the mechanism used to ignite and sustain the plasma in the plasma region 424, radical species may be continuously generated using plasma excitation during film deposition. In some implementations, hydrogen radicals are generated under approximately steady-state conditions during steady-state film deposition, but transients may occur at the beginning and end of the film deposition.

수소 라디칼들의 공급은 수소 가스 또는 다른 소스 가스가 리모트 플라즈마 소스 (402) 에 공급되는 동안 플라즈마 영역 (424) 내에서 연속적으로 생성될 수도 있다. 여기된 수소 라디칼들은 리모트 플라즈마 소스 (402) 에서 생성될 수도 있다. 재여기되지 않거나 에너지가 재공급되지 않거나 다른 라디칼들과 재결합되지 않으면, 여기된 수소 라디칼들은 에너지를 잃거나 방출한다. 따라서, 여기된 수소 라디칼들은 실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태의 수소 라디칼들을 형성하도록 완화될 수도 있다.The supply of hydrogen radicals may be continuously generated within the plasma region 424 while hydrogen gas or other source gas is supplied to the remote plasma source 402. Excited hydrogen radicals may be generated in the remote plasma source 402. Excited hydrogen radicals lose or release energy unless they are re-excited, re-energized or recombined with other radicals. Thus, excited hydrogen radicals may be relaxed to form substantially low energy state or ground state hydrogen radicals.

수소 가스 또는 다른 소스 가스는 하나 이상의 부가적인 가스들로 희석될 수도 있다. 이들 하나 이상의 부가적인 가스들은 리모트 플라즈마 소스 (402) 에 공급될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 수소 가스 또는 다른 소스 가스는 가스 혼합물을 형성하도록 하나 이상의 부가적인 가스들과 혼합되고, 여기서 하나 이상의 부가적인 가스들은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 부가적인 가스들의 비 제한적인 예들은 헬륨 (He), 네온 (Ne), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr), 제논 (Xe), 및 질소 (N2) 를 포함할 수 있다. 하나 이상의 부가적인 가스들은 리모트 플라즈마 소스 (402) 내에서 정상 상태 플라즈마 조건들을 지지하거나 안정화시킬 수도 있고 또는 일시적인 플라즈마 점화 또는 소멸 프로세스들을 보조할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 예를 들어, 수소 가스 또는 다른 소스 가스를 헬륨으로 희석하는 것은 수반되는 플라즈마 파괴없이 보다 높은 총 압력들을 허용할 수도 있다. 달리 말하면, 수소 가스와 헬륨의 희석된 가스 혼합물은 리모트 플라즈마 소스 (402) 로의 플라즈마 전력을 증가시키지 않고 보다 높은 총 가스 압력을 허용할 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 소스 가스 공급부 (426) 는 수소 가스 또는 소스 가스를 공급하기 위해 리모트 플라즈마 소스 (402) 와 유체적으로 커플링된다. 이에 더하여, 부가적인 가스 공급부 (428) 는 하나 이상의 부가적인 가스들을 공급하기 위해 리모트 플라즈마 소스 (402) 와 유체적으로 커플링된다. 하나 이상의 부가적인 가스들은 또한 상기 기술된 바와 같이 공-반응물질 가스를 포함할 수도 있다. 도 4의 실시 예는 별개의 가스 유출구들을 통해 도입되는 소스 가스와 하나 이상의 부가적인 가스들의 가스 혼합물을 도시하지만, 가스 혼합물은 리모트 플라즈마 소스 (402) 내로 직접 도입될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 즉, 미리 혼합된 희석된 가스 혼합물은 단일 가스 유출구를 통해 리모트 플라즈마 소스 (402) 에 공급될 수도 있다.Hydrogen gas or other source gas may be diluted with one or more additional gases. These one or more additional gases may be supplied to the remote plasma source 402. In some implementations, a hydrogen gas or other source gas is mixed with one or more additional gases to form a gas mixture, wherein the one or more additional gases may include a carrier gas. Non-limiting examples of additional gases may include helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), and nitrogen (N 2 ). One or more additional gases may support or stabilize steady state plasma conditions within the remote plasma source 402 or may assist in temporary plasma ignition or extinguishing processes. In some implementations, for example, diluting hydrogen gas or other source gas with helium may allow higher total pressures without the accompanying plasma destruction. In other words, a diluted gas mixture of hydrogen gas and helium may tolerate a higher total gas pressure without increasing the plasma power to the remote plasma source 402. 4, the source gas supply 426 is fluidly coupled with the remote plasma source 402 to supply hydrogen gas or source gas. In addition, the additional gas supply 428 is fluidly coupled with the remote plasma source 402 to supply one or more additional gases. One or more additional gases may also include a co-reactant gas as described above. While the embodiment of FIG. 4 shows a gas mixture of a source gas and one or more additional gases introduced through separate gas outlets, it will be appreciated that the gas mixture may be introduced directly into the remote plasma source 402. That is, the premixed diluted gas mixture may be supplied to the remote plasma source 402 through a single gas outlet.

여기된 수소 및 헬륨 라디칼들 및 완화된 가스들/라디칼들과 같은 가스들은 리모트 플라즈마 소스 (402) 로부터 그리고 멀티포트 가스 분배기 (406) 를 통해 반응 챔버 (404) 내로 흐른다. 멀티포트 가스 분배기 (406) 내 및 반응 챔버 (404) 내 가스들은 일반적으로 내부에서 계속된 플라즈마 여기를 겪지 않는다. 일부 구현 예들에서, 멀티포트 가스 분배기 (406) 는 이온 필터 및/또는 광자 필터를 포함한다. 이온들 및/또는 광자들을 필터링하는 것은 기판 손상, 분자들의 원치 않은 재 여기, 및/또는 반응 챔버 (404) 내 실리콘-함유 전구체들의 선택적인 파괴 또는 분해를 감소시킬 수도 있다. 멀티포트 가스 분배기 (406) 는 반응 챔버 (404) 내로 가스들의 플로우를 확산시키기 위해 복수의 가스 포트들 (434) 을 가질 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 은 상호 이격될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 은 리모트 플라즈마 소스 (402) 와 반응 챔버 (404) 를 분리하는 플레이트를 통해 연장하는 규칙적으로 이격된 채널들 또는 쓰루-홀들의 어레이로서 배치될 수도 있다. 복수의 가스 포트들 (434) 은 리모트 플라즈마 소스 (402) 로부터 나가는 라디칼들을 반응 챔버 (404) 내로 원활하게 분산시키고 확산시킬 수도 있다.Gases such as excited hydrogen and helium radicals and mitigated gases/radicals flow from the remote plasma source 402 and through the multiport gas distributor 406 into the reaction chamber 404. The gases in the multiport gas distributor 406 and in the reaction chamber 404 generally do not undergo continued plasma excitation therein. In some implementations, the multiport gas distributor 406 includes an ion filter and/or a photon filter. Filtering out ions and/or photons may reduce substrate damage, unwanted re-excitation of molecules, and/or selective destruction or decomposition of silicon-containing precursors in reaction chamber 404. The multiport gas distributor 406 may have a plurality of gas ports 434 to diffuse the flow of gases into the reaction chamber 404. In some implementations, the plurality of gas ports 434 may be spaced apart from each other. In some implementations, the plurality of gas ports 434 may be arranged as an array of regularly spaced channels or through-holes extending through the plate separating the remote plasma source 402 and the reaction chamber 404. have. The plurality of gas ports 434 may smoothly disperse and diffuse radicals exiting the remote plasma source 402 into the reaction chamber 404.

통상적인 리모트 플라즈마 소스들은 반응 용기들로부터 멀리 떨어져 있다. 결과적으로, 라디칼 소멸 및 재조합, 예를 들어 벽 충돌 이벤트들을 통해, 활성 종을 실질적으로 감소시킬 수도 있다. 반대로, 일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 에 대한 치수들은 반응 챔버 (404) 내로 라디칼들의 자유 통과를 보조하기 위해 통상적인 프로세싱 조건들 하에서 평균 자유 경로 또는 가스 플로우 체류 시간의 관점에서 구성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 을 위한 개구부들은 멀티포트 가스 분배기 (406) 의 노출된 표면적의 약 5 ％ 내지 약 20 ％를 점유할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 각각은 약 3:1 내지 10:1 또는 약 6:1 내지 약 8:1의 축 방향 길이 대 직경 비를 가질 수도 있다. 이러한 종횡비들은 복수의 가스 포트들 (434) 을 통과하는 라디칼 종에 대한 벽-충돌 빈도를 감소시킬 수도 있는 한편, 대부분의 여기된 상태 라디칼 종이 바닥 상태 라디칼 종으로 완화되기에 충분한 시간을 제공한다. 일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 의 치수들은 멀티포트 가스 분배기 (406) 를 통과하는 가스들의 체류 시간이 여기된 상태 라디칼 종의 통상적인 에너제틱 완화 시간보다 크도록 구성될 수도 있다. 수소 소스 가스에 대한 여기된 상태 라디칼 종은 도 4에서

Figure pct00001
H*로 표시될 수도 있고 수소 소스 가스에 대한 바닥 상태 라디칼 종은 도 4에서
Figure pct00002
H로 표시될 수도 있다.Conventional remote plasma sources are remote from the reaction vessels. As a result, it is also possible to substantially reduce the active species through radical extinction and recombination, for example wall impact events. Conversely, in some implementations, the dimensions for the plurality of gas ports 434 are in terms of average free path or gas flow residence time under conventional processing conditions to aid in the free passage of radicals into the reaction chamber 404. It can also be configured. In some implementations, the openings for the plurality of gas ports 434 may occupy about 5% to about 20% of the exposed surface area of the multiport gas distributor 406. In some implementations, each of the plurality of gas ports 434 may have an axial length-to-diameter ratio of about 3:1 to 10:1 or about 6:1 to about 8:1. These aspect ratios may reduce the wall-collision frequency for radical species passing through the plurality of gas ports 434, while providing sufficient time for most excited state radical species to be relaxed to ground state radical species. In some implementations, the dimensions of the plurality of gas ports 434 may be configured such that the residence time of the gases passing through the multiport gas distributor 406 is greater than the typical energetic relaxation time of the excited state radical species. . The excited state radical species for the hydrogen source gas is shown in FIG. 4.
Figure pct00001
H * may be represented and the ground state radical species for the hydrogen source gas is shown in FIG. 4.
Figure pct00002
It can also be denoted by H.

일부 구현 예들에서, 복수의 가스 포트들 (434) 을 나가는 여기된 상태 라디칼 종들은 반응 챔버 (404) 의 내부 내에 포함된 완화 존 (438) 내로 흐를 수도 있다. 완화 존 (438) 은 화학적 기상 증착 존 (408) 의 업스트림이지만 멀티포트 가스 분배기 (406) 의 다운스트림에 위치된다. 멀티포트 가스 분배기 (406) 를 나가는 실질적으로 모든 또는 적어도 90 ％의 여기된 상태 라디칼 종은 완화 존 (438) 에서 완화된 상태 라디칼 종으로 전이할 것이다. 달리 말하면, 완화 존 (438) 에 들어가는 거의 모든 여기된 상태 라디칼 종 (예를 들어, 여기된 수소 라디칼들) 은 완화 존 (438) 을 나가기 전에 탈 여기되거나 완화된 상태 라디칼 종 (예를 들어, 바닥 상태 수소 라디칼들) 으로 전이된다. 일부 구현 예들에서, 완화 존 (438) 의 프로세스 조건들 또는 기하구조는 완화 존 (438) 을 통해 흐르는 라디칼 종의 체류 시간, 예를 들어, 평균 자유 경로 및 평균 분자 속도에 의해 결정된 시간이 완화 존 (438) 으로부터 흐르는 완화된 상태 라디칼 종을 발생시키도록 구성될 수도 있다.In some implementations, excited state radical species exiting the plurality of gas ports 434 may flow into the relaxation zone 438 contained within the interior of the reaction chamber 404. The relaxation zone 438 is located upstream of the chemical vapor deposition zone 408 but downstream of the multiport gas distributor 406. Substantially all or at least 90% of the excited state radical species exiting the multiport gas distributor 406 will transition from the relaxation zone 438 to the relaxed state radical species. In other words, almost all excited state radical species (e.g., excited hydrogen radicals) entering the relaxation zone 438 are de-excited or relaxed state radical species (e.g., Ground state hydrogen radicals). In some implementations, the process conditions or geometry of the relaxation zone 438 is determined by the residence time of the radical species flowing through the relaxation zone 438, e.g., the average free path and the average molecular velocity. It may be configured to generate relaxed state radical species flowing from (438).

멀티포트 가스 분배기 (406) 로부터 완화 존 (438) 으로의 라디칼 종의 전달과 함께, 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들 및/또는 하나 이상의 공-반응물질들이 화학적 기상 증착 존 (408) 내로 도입될 수도 있다. 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들은 가스 분배기 또는 가스 유출구 (442) 를 통해 도입될 수도 있고, 가스 유출구 (442) 는 전구체 공급 소스 (440) 와 유체로 커플링될 수도 있다. 완화 존 (438) 은 멀티포트 가스 분배기 (406) 와 가스 유출구 (442) 사이의 공간 내에 포함될 수도 있다. 가스 유출구 (442) 는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들의 플로우가 완화 존 (438) 으로부터 흐르는 가스 혼합물과 평행한 방향으로 도입될 수도 있도록 상호 이격된 개구부들을 포함할 수도 있다. 가스 유출구 (442) 는 멀티포트 가스 분배기 (406) 및 완화 존 (438) 으로부터 다운스트림에 위치될 수도 있다. 가스 유출구 (442) 는 화학적 기상 증착 존 (408) 및 기판 (412) 의 업스트림에 위치될 수도 있다. 화학적 기상 증착 존 (408) 은 반응 챔버 (404) 의 내부 내에 그리고 가스 유출구 (442) 와 기판 (412) 사이에 위치된다.Along with the transfer of the radical species from the multiport gas distributor 406 to the relaxation zone 438, one or more silicon-containing precursors and/or one or more co-reactants may be introduced into the chemical vapor deposition zone 408. have. One or more silicon-containing precursors may be introduced through a gas distributor or gas outlet 442, and the gas outlet 442 may be fluidly coupled with the precursor supply source 440. The relief zone 438 may be included in the space between the multiport gas distributor 406 and the gas outlet 442. The gas outlet 442 may include openings spaced from each other such that a flow of one or more silicon-containing precursors may be introduced in a direction parallel to the gas mixture flowing from the relaxation zone 438. The gas outlet 442 may be located downstream from the multiport gas distributor 406 and relief zone 438. The gas outlet 442 may be located upstream of the chemical vapor deposition zone 408 and the substrate 412. The chemical vapor deposition zone 408 is located within the interior of the reaction chamber 404 and between the gas outlet 442 and the substrate 412.

하나 이상의 실리콘-함유 전구체들의 실질적으로 모든 플로우는 멀티포트 가스 분배기 (406) 에 인접한 여기된 상태 라디칼 종과 혼합되는 것이 방지될 수도 있다. 완화되거나 바닥 상태 라디칼 종은 기판 (412) 에 인접한 영역에서 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 혼합된다. 화학적 기상 증착 존 (408) 은 완화되거나 바닥 상태 라디칼 종이 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 혼합되는 기판 (412) 에 인접한 영역을 포함한다. 완화되거나 바닥 상태 라디칼 종은 탄화 실리콘 막의 CVD 형성 동안 가스상으로 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 혼합된다.Substantially all of the flow of one or more silicon-containing precursors may be prevented from mixing with the excited state radical species adjacent the multiport gas distributor 406. The relaxed or ground state radical species is mixed with one or more silicon-containing precursors in a region adjacent to the substrate 412. The chemical vapor deposition zone 408 includes a region adjacent to the substrate 412 where the relaxed or ground state radical species is mixed with one or more silicon-containing precursors. The relaxed or ground state radical species are mixed with one or more silicon-containing precursors in the gaseous phase during the CVD formation of the silicon carbide film.

일부 구현 예들에서, 공-반응물질은 가스 유출구 (442) 로부터 도입될 수도 있고 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 함께 흐를 수도 있다. 공-반응물질은 이하에 기술된 바와 같이 탄소-함유 전구체를 포함할 수도 있다. 공-반응물질은 리모트 플라즈마 소스 (402) 로부터 다운 스트림으로 도입될 수도 있다. 공-반응물질은 전구체 공급 소스 (440) 또는 가스 유출구 (442) 에 유체적으로 커플링된 다른 소스 (미도시) 로부터 공급될 수도 있다. 공-반응물질은 이하에 기술된 바와 같이 탄소-함유 전구체일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 공-반응물질은 멀티포트 가스 분배기 (406) 로부터 도입될 수도 있고 리모트 플라즈마 소스 (402) 에서 생성된 라디칼 종과 함께 그리고 반응 챔버 (404) 내로 흐를 수도 있다. 이는 리모트 플라즈마 소스 (402) 에 제공된 공-반응물질 가스의 라디칼들 및/또는 이온들을 포함할 수도 있다. 공-반응물질은 부가적인 가스 공급부 (428) 로부터 공급될 수도 있다.In some implementations, the co-reactant may be introduced from the gas outlet 442 and may flow with one or more silicon-containing precursors. The co-reactant may comprise a carbon-containing precursor as described below. The co-reactant may be introduced downstream from the remote plasma source 402. The co-reactant may be supplied from a precursor supply source 440 or another source (not shown) fluidly coupled to the gas outlet 442. The co-reactant may be a carbon-containing precursor as described below. In some implementations, the co-reactant may be introduced from the multiport gas distributor 406 and may flow into the reaction chamber 404 and together with the radical species generated in the remote plasma source 402. It may contain radicals and/or ions of the co-reactant gas provided to the remote plasma source 402. The co-reactant may be supplied from an additional gas supply 428.

가스 유출구 (442) 는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들의 역 확산 또는 역 스트리밍을 방지하도록 충분한 거리만큼 멀티포트 가스 분배기 (406) 로부터 분리될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 가스 유출구 (442) 는 복수의 가스 포트들 (434) 로부터 약 0.5 인치 내지 약 5 인치, 또는 약 1.5 인치 내지 약 4.5 인치, 또는 약 1.5 인치 내지 약 3 인치의 거리로 분리될 수도 있다.The gas outlet 442 may be separated from the multiport gas distributor 406 by a distance sufficient to prevent reverse diffusion or reverse streaming of one or more silicon-containing precursors. In some implementations, the gas outlet 442 may be separated from the plurality of gas ports 434 by a distance of about 0.5 inches to about 5 inches, or about 1.5 inches to about 4.5 inches, or about 1.5 inches to about 3 inches. May be.

프로세스 가스들은 펌프 (미도시) 에 유체로 커플링되도록 구성된 유출구 (448) 를 통해 반응 챔버 (404) 로부터 제거될 수도 있다. 따라서, 과잉의 실리콘-함유 전구체들, 공-반응물질들, 라디칼 종, 및 희석제 및 치환 가스 또는 퍼지 가스가 반응 챔버 (404) 로부터 제거될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (450) 는 플라즈마 프로세싱 장치 (400) 와 동작하여 통신한다. 일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (450) 는 데이터 시스템 (454) (예를 들어, 메모리) 내에 보유된 인스트럭션들을 실행하도록 구성된 프로세서 시스템 (452) (예를 들어, 마이크로 프로세서) 을 포함한다. 일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (450) 는 플라즈마 파라미터들 및/또는 조건들을 제어하기 위해 플라즈마 생성기 제어기 (422) 와 통신할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (450) 는 페데스탈 상승 및 온도를 제어하기 위해 페데스탈 (414) 과 통신할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 시스템 제어기 (450) 는, 그 중에서도, RF 전력 설정들, 주파수 설정들, 듀티 사이클들, 펄스 시간들, 반응 챔버 (404) 내 압력, 리모트 플라즈마 소스 (402) 내 압력, 소스 가스 공급부 (426) 및 부가적인 가스 공급부 (428) 로부터의 가스 플로우 레이트들, 전구체 공급 소스 (440) 및 다른 소스들로부터의 가스 플로우 레이트들, 페데스탈 (414) 의 온도, 및 반응 챔버 (404) 의 온도와 같은 다른 프로세싱 조건들을 제어할 수도 있다.Process gases may be removed from the reaction chamber 404 through an outlet 448 configured to fluidly couple to a pump (not shown). Accordingly, excess silicon-containing precursors, co-reactants, radical species, and diluent and displacing gas or purge gas may be removed from reaction chamber 404. In some implementations, the system controller 450 operates and communicates with the plasma processing apparatus 400. In some implementations, the system controller 450 includes a processor system 452 (eg, a microprocessor) configured to execute instructions held in the data system 454 (eg, memory). In some implementations, system controller 450 may communicate with plasma generator controller 422 to control plasma parameters and/or conditions. In some implementations, system controller 450 may communicate with pedestal 414 to control the pedestal rise and temperature. In some implementations, the system controller 450 includes, among others, RF power settings, frequency settings, duty cycles, pulse times, pressure in reaction chamber 404, pressure in remote plasma source 402, and source. Gas flow rates from gas supply 426 and additional gas supply 428, gas flow rates from precursor supply source 440 and other sources, temperature of pedestal 414, and reaction chamber 404 You can also control other processing conditions, such as the temperature of.

이하에 기술된 도 4의 제어기 (450) 의 양태들은 또한 도 3의 제어기 (340) 에 적용된다. 제어기 (450) 는 플라즈마 프로세싱 장치 (400) 의 동작을 위한 프로세스 조건들을 제어하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 제어기 (450) 는 통상적으로 하나 이상의 메모리 디바이스들 및 하나 이상의 프로세서들을 포함할 것이다. 프로세서는 CPU 또는 컴퓨터, 아날로그 입력/출력 연결부 및/또는 디지털 입력/출력 연결부, 스텝퍼 모터 제어기 보드들, 등을 포함할 수도 있다. 적절한 제어 동작들을 구현하기 위한 인스트럭션들이 프로세서 상에서 실행될 수도 있다. 이들 인스트럭션들은 제어기 (450) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장될 수도 있고, 또는 이들이 네트워크를 통해 제공될 수도 있다.The aspects of controller 450 of FIG. 4 described below also apply to controller 340 of FIG. 3. The controller 450 may include instructions for controlling process conditions for operation of the plasma processing apparatus 400. Controller 450 will typically include one or more memory devices and one or more processors. The processor may include a CPU or computer, analog input/output connections and/or digital input/output connections, stepper motor controller boards, and the like. Instructions to implement appropriate control operations may be executed on the processor. These instructions may be stored on memory devices associated with the controller 450, or they may be provided over a network.

특정한 실시 예들에서, 제어기 (450) 는 본 명세서에 기술된 플라즈마 프로세싱 장치 (400) 의 모든 또는 대부분의 액티비티들을 제어한다. 예를 들어, 제어기 (450) 는 탄화 실리콘 막을 증착하는 것과 연관된 플라즈마 프로세싱 장치 (400) 의 모든 또는 대부분의 액티비티들을 제어할 수도 있고, 선택 가능하게, 탄화 실리콘 막을 포함하는 제조 플로우의 다른 동작들을 제어할 수도 있다. 제어기 (450) 는 타이밍, 가스 조성, 가스 플로우 레이트들, 챔버 압력, 챔버 온도, RF 전력 레벨들, 기판 위치, 및/또는 다른 파라미터들을 제어하기 위한 인스트럭션들의 세트들을 포함하는 시스템 제어 소프트웨어를 실행할 수도 있다. 일부 실시 예들에서 제어기 (450) 와 연관된 메모리 디바이스들 상에 저장된 다른 컴퓨터 프로그램들, 스크립트들, 또는 루틴들이 채용될 수도 있다. 기판 (412) 에 인접한 환경에서 상대적으로 약한 반응성 조건들을 제공하기 위해, RF 전력 레벨들, 플라즈마 영역 (424) 으로의 가스 플로우 레이트들, 화학적 기상 증착 존 (408) 으로의 가스 플로우 레이트들, 및 플라즈마 점화의 타이밍과 같은 파라미터들이 제어기 (450) 에 의해 조정되고 유지될 수 있다. 부가적으로, 기판 위치를 조정하는 것은 기판 (412) 에 인접한 환경에서 고-에너지 라디칼 종의 존재를 더 감소시킬 수도 있다. 멀티-스테이션 리액터에서, 제어기 (450) 는 상이한 장치 스테이션들에 대해 상이하거나 동일한 인스트럭션들을 포함할 수도 있고, 따라서 장치 스테이션들로 하여금 독립적으로 또는 동기적으로 동작하게 한다.In certain embodiments, the controller 450 controls all or most of the activities of the plasma processing apparatus 400 described herein. For example, the controller 450 may control all or most of the activities of the plasma processing apparatus 400 associated with depositing the silicon carbide film and, optionally, control other operations of the manufacturing flow including the silicon carbide film. You may. Controller 450 may execute system control software including sets of instructions to control timing, gas composition, gas flow rates, chamber pressure, chamber temperature, RF power levels, substrate position, and/or other parameters. have. Other computer programs, scripts, or routines stored on memory devices associated with controller 450 may be employed in some embodiments. To provide relatively weak reactive conditions in the environment adjacent to the substrate 412, RF power levels, gas flow rates to the plasma region 424, gas flow rates to the chemical vapor deposition zone 408, and Parameters such as the timing of plasma ignition can be adjusted and maintained by the controller 450. Additionally, adjusting the substrate position may further reduce the presence of high-energy radical species in the environment adjacent to the substrate 412. In a multi-station reactor, the controller 450 may contain different or identical instructions for different device stations, thus causing the device stations to operate independently or synchronously.

일부 실시 예들에서, 제어기 (450) 는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들을 가스 유출구 (442) 를 통해 반응 챔버 (404) 내로 흘리고, 소스 가스를 리모트 플라즈마 소스 (402) 내로 제공하고, 리모트 플라즈마 소스 (402) 내의 소스 가스의 하나 이상의 라디칼 종을 생성하고, 기판 (412) 상에 탄화 실리콘 막을 증착하기 위해 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 반응하도록 리모트 플라즈마 소스 (402) 로부터 반응 챔버 (404) 내로 실질적으로 저 에너지 상태의 하나 이상의 라디칼 종을 도입하는 것과 같은 동작들을 수행하기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 기판 (412) 에 인접한 환경의 반응 챔버 (404) 내 하나 이상의 라디칼 종은 바닥 상태의 수소 라디칼들일 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 제어기 (450) 는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들과 함께 공-반응물질을 반응 챔버 (404) 내로 흘리기 위한 인스트럭션들을 포함할 수도 있다. 공-반응물질은 탄화수소 분자일 수도 있고 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들 각각은 실리콘 원자에 결합된 적어도 2 개의 수소 원자들을 가질 수도 있다.In some embodiments, the controller 450 flows one or more silicon-containing precursors through the gas outlet 442 into the reaction chamber 404, provides a source gas into the remote plasma source 402, and provides the remote plasma source 402. ) Substantially into the reaction chamber 404 from the remote plasma source 402 to react with one or more silicon-containing precursors to generate one or more radical species of the source gas within and deposit a silicon carbide film on the substrate 412. It may include instructions for performing operations such as introducing one or more radical species in a low energy state. The one or more radical species in the reaction chamber 404 in the environment adjacent to the substrate 412 may be ground state hydrogen radicals. In some implementations, the controller 450 may include instructions for flowing a co-reactant into the reaction chamber 404 along with one or more silicon-containing precursors. The co-reactant may be a hydrocarbon molecule and each of the one or more silicon-containing precursors may have at least two hydrogen atoms bonded to a silicon atom.

일부 실시 예들에서, 장치 (400) 는 제어기 (450) 와 연관된 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 사용자 인터페이스는 디스플레이 스크린, 장치 (400) 및/또는 프로세스 조건들의 그래픽 소프트웨어 디스플레이들, 포인팅 디바이스들, 키보드들, 터치 스크린들, 마이크로폰들, 등과 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수도 있다.In some embodiments, device 400 may include a user interface associated with controller 450. The user interface may include user input devices such as a display screen, graphical software displays of apparatus 400 and/or process conditions, pointing devices, keyboards, touch screens, microphones, and the like.

상기 동작들을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 임의의 종래의 컴퓨터 판독 가능 프로그래밍 언어: 예를 들어, 어셈블리어, C, C++, Pascal, Fortran, 등으로 작성될 수 있다. 컴파일링된 객체 코드 또는 스크립트가 프로그램에서 식별된 태스크들을 수행하도록 프로세서에 의해 실행된다.Computer program code for controlling the above operations may be written in any conventional computer-readable programming language: for example, assembly language, C, C++, Pascal, Fortran, and the like. The compiled object code or script is executed by the processor to perform the tasks identified in the program.

프로세스를 모니터링하기 위한 신호들은 시스템 제어기의 아날로그 입력 연결부 및/또는 디지털 입력 연결부에 의해 제공될 수도 있다. 프로세스를 제어하기 위한 신호들은 프로세스 시스템의 아날로그 출력 연결부 및 디지털 출력 연결부 상에 출력된다.Signals for monitoring the process may be provided by analog input connections and/or digital input connections of the system controller. Signals for controlling the process are output on the analog output connection and the digital output connection of the process system.

일반적으로 본 명세서에 기술된 방법들은 프로세싱 툴 또는 툴들, 챔버 또는 챔버들, 프로세싱용 플랫폼 또는 플랫폼들, 및/또는 특정 프로세싱 컴포넌트들 (웨이퍼 페데스탈, 가스 플로우 시스템, 등) 과 같은, 반도체 프로세싱 장비를 포함하는 시스템들 상에서 수행될 수 있다. 이들 시스템들은 반도체 웨이퍼 또는 기판의 프로세싱 이전에, 프로세싱 동안에, 그리고 프로세싱 이후에 그들의 동작을 제어하기 위한 전자장치에 통합될 수도 있다. 일반적으로, 전자장치는 시스템 또는 시스템들의 다양한 컴포넌트들 또는 하위부분들을 제어할 수도 있는 제어기로서 지칭된다. 제어기는, 시스템의 프로세싱 요건들 및/또는 타입에 따라서, 프로세싱 가스들의 전달, 온도 설정사항들 (예를 들어, 가열 및/또는 냉각), 압력 설정사항들, 진공 설정사항들, 전력 설정사항들, RF 생성기 설정사항들, RF 매칭 회로 설정사항들, 주파수 설정사항들, 플로우 레이트 설정사항들, 유체 전달 설정사항들, 위치 및 동작 설정사항들, 툴 및 다른 이송 툴들 및/또는 특정 시스템과 연결되거나 인터페이싱된 로드록들 내외로의 웨이퍼 이송들을 포함하는, 본 명세서에 개시된 프로세스들 중 임의의 프로세스들을 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.In general, the methods described herein utilize semiconductor processing equipment, such as a processing tool or tools, chamber or chambers, platform or platforms for processing, and/or specific processing components (wafer pedestal, gas flow system, etc.). It can be performed on containing systems. These systems may be integrated into electronics for controlling their operation prior to, during, and after processing of a semiconductor wafer or substrate. In general, an electronic device is referred to as a controller that may control the system or various components or subparts of the systems. The controller can, depending on the processing requirements and/or type of the system, the delivery of processing gases, temperature settings (e.g., heating and/or cooling), pressure settings, vacuum settings, power settings. , RF generator settings, RF matching circuit settings, frequency settings, flow rate settings, fluid delivery settings, position and motion settings, tools and other transport tools and/or connection to specific systems. It may be programmed to control any of the processes disclosed herein, including wafer transfers into and out of or interfaced loadlocks.

일반적으로 말하면, 제어기는 인스트럭션들을 수신하고, 인스트럭션들을 발행하고, 동작을 제어하고, 세정 동작들을 인에이블하고, 엔드포인트 측정들을 인에이블하는, 등을 하는 다양한 집적 회로들, 로직, 메모리, 및/또는 소프트웨어를 갖는 전자장치로서 규정될 수도 있다. 집적 회로들은 프로그램 인스트럭션들을 저장하는 펌웨어의 형태의 칩들, 디지털 신호 프로세서들 (DSPs), ASICs (Application Specific Integrated Circuits) 로서 규정되는 칩들, 및/또는 프로그램 인스트럭션들 (예를 들어, 소프트웨어) 을 실행하는 하나 이상의 마이크로프로세서들, 또는 마이크로제어기들을 포함할 수도 있다. 프로그램 인스트럭션들은 반도체 웨이퍼 상에서 또는 반도체 웨이퍼에 대한 특정 프로세스를 실행하기 위한 동작 파라미터들을 규정하는, 다양한 개별 설정사항들 (또는 프로그램 파일들) 의 형태로 제어기로 또는 시스템으로 전달된 인스트럭션들일 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 동작 파라미터들은 하나 이상의 층들, 재료들 (예를 들어, 탄화 실리콘), 표면들, 회로들, 및/또는 웨이퍼의 다이들의 제조 동안에 하나 이상의 프로세싱 단계들을 달성하도록 프로세스 엔지니어들에 의해서 규정된 레시피의 일부일 수도 있다.Generally speaking, the controller receives instructions, issues instructions, controls operation, enables cleaning operations, enables endpoint measurements, etc. Various integrated circuits, logic, memory, and/or Alternatively, it may be defined as an electronic device having software. Integrated circuits are chips in the form of firmware that store program instructions, digital signal processors (DSPs), chips defined as Application Specific Integrated Circuits (ASICs), and/or executing program instructions (e.g., software). It may include one or more microprocessors, or microcontrollers. Program instructions may be instructions passed to a controller or to a system in the form of various individual settings (or program files) that specify operating parameters for executing a specific process on or on a semiconductor wafer. In some embodiments, operating parameters are determined by process engineers to achieve one or more processing steps during fabrication of one or more layers, materials (e.g., silicon carbide), surfaces, circuits, and/or dies of a wafer. It may be part of a prescribed recipe.

제어기는, 일부 구현 예들에서, 시스템에 통합되거나, 시스템에 커플링되거나, 그렇지 않으면 시스템에 네트워킹되거나, 또는 이들의 조합인 컴퓨터에 커플링되거나 이의 일부일 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 웨이퍼 프로세싱의 원격 액세스를 가능하게할 수 있는 공장 (fab) 호스트 컴퓨터 시스템의 전부 또는 일부이거나 "클라우드" 내에 있을 수도 있다. The controller may be coupled to, or be part of, a computer that is, in some implementations, integrated into the system, coupled to the system, otherwise networked to the system, or a combination thereof. For example, the controller may be in the “cloud” or all or part of a fab host computer system that may enable remote access of wafer processing.

컴퓨터는 제조 동작들의 현 진행을 모니터링하고, 과거 제조 동작들의 이력을 조사하고, 복수의 제조 동작들로부터 경향들 또는 성능 계측치들을 조사하고, 현 프로세싱의 파라미터들을 변경하고, 현 프로세싱을 따르는 프로세싱 단계들을 설정하고, 또는 새로운 프로세스를 시작하기 위해서 시스템으로의 원격 액세스를 인에이블할 수도 있다. 일부 예들에서, 원격 컴퓨터 (예를 들어, 서버) 는 로컬 네트워크 또는 인터넷을 포함할 수도 있는 네트워크를 통해 프로세스 레시피들을 시스템에 제공할 수 있다. 원격 컴퓨터는 차후에 원격 컴퓨터로부터 시스템으로 전달될 파라미터들 및/또는 설정사항들의 입력 또는 프로그래밍을 인에이블하는 사용자 인터페이스를 포함할 수도 있다. 일부 예들에서, 제어기는 하나 이상의 동작들 동안 수행될 프로세싱 단계들 각각에 대한 파라미터들을 특정하는, 데이터의 형태의 인스트럭션들을 수신한다. 파라미터들은 제어기가 제어하거나 인터페이싱하도록 구성되는 툴의 타입 및 수행될 프로세스의 타입에 특정적일 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서 상기 기술된 바와 같이, 제어기는 예컨대 본 명세서에 기술된 프로세스들 및 제어들과 같은, 공동의 목적을 향해 함께 네트워킹되고 작동하는 하나 이상의 개별 제어기들을 포함함으로써 분산될 수도 있다. 이러한 목적들을 위한 분산형 제어기의일 예는 챔버 상의 프로세스를 제어하도록 조합되는 (예컨대 플랫폼 레벨에서 또는 원격 컴퓨터의 일부로서) 원격으로 위치한 하나 이상의 집적 회로들과 통신하는 챔버 상의 하나 이상의 집적 회로들일 것이다.The computer monitors the current progress of manufacturing operations, examines the history of past manufacturing operations, examines trends or performance metrics from a plurality of manufacturing operations, changes parameters of current processing, and performs processing steps following the current processing. You can configure, or enable remote access to the system to start a new process. In some examples, a remote computer (eg, server) can provide process recipes to the system over a local network or a network that may include the Internet. The remote computer may include a user interface that enables programming or input of parameters and/or settings to be passed from the remote computer to the system in the future. In some examples, the controller receives instructions in the form of data specifying parameters for each of the processing steps to be performed during one or more operations. It should be understood that the parameters may be specific to the type of tool the controller is configured to control or interface with and the type of process to be performed. Thus, as described above, the controller may be distributed by including one or more individual controllers networked and operating together for a common purpose, such as the processes and controls described herein, for example. One example of a distributed controller for these purposes would be one or more integrated circuits on a chamber that communicate with one or more remotely located integrated circuits (e.g., at the platform level or as part of a remote computer) that are combined to control a process on the chamber. .

본 명세서에 기술된 탄화 실리콘 증착에 더하여, 예시적인 시스템들은 플라즈마 에칭 챔버 또는 모듈, 증착 챔버 또는 모듈, 스핀-린스 챔버 또는 모듈, 금속 도금 챔버 또는 모듈, 세정 챔버 또는 모듈, 베벨 에지 에칭 챔버 또는 모듈, PVD (Physical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, CVD (Chemical Vapor Deposition) 챔버 또는 모듈, ALD 챔버 또는 모듈, ALE (Atomic Layer Etch) 챔버 또는 모듈, 이온 주입 챔버 또는 모듈, 트랙 (track) 챔버 또는 모듈, 및 반도체 웨이퍼들의 제조 및/또는 제작 시에 사용되거나 연관될 수도 있는 임의의 다른 반도체 프로세싱 시스템들을 포함할 수도 있다.In addition to the silicon carbide deposition described herein, exemplary systems include a plasma etch chamber or module, a deposition chamber or module, a spin-rinse chamber or module, a metal plating chamber or module, a cleaning chamber or module, a bevel edge etch chamber or module. , PVD (Physical Vapor Deposition) chamber or module, CVD (Chemical Vapor Deposition) chamber or module, ALD chamber or module, ALE (Atomic Layer Etch) chamber or module, ion implantation chamber or module, track chamber or module, And any other semiconductor processing systems that may be used or associated in the fabrication and/or fabrication of semiconductor wafers.

상술한 바와 같이, 툴에 의해서 수행될 프로세스 단계 또는 단계들에 따라서, 제어기는, 반도체 제작 공장 내의 툴 위치들 및/또는 로드 포트들로부터/로드 포트들로 웨이퍼들의 컨테이너들을 이동시키는 재료 이송 시에 사용되는, 다른 툴 회로들 또는 모듈들, 다른 툴 컴포넌트들, 클러스터 툴들, 다른 툴 인터페이스들, 인접 툴들, 이웃하는 툴들, 공장 도처에 위치한 툴들, 메인 컴퓨터, 또 다른 제어기, 또는 툴들 중 하나 이상과 통신할 수도 있다.As described above, depending on the process step or steps to be carried out by the tool, the controller is capable of transferring containers of wafers from/to load ports and/or tool locations within a semiconductor fabrication plant. Other tool circuits or modules, other tool components, cluster tools, other tool interfaces, adjacent tools, neighboring tools, tools located throughout the factory, main computer, another controller, or one or more of the tools used, You can also communicate.

본 명세서에 상기 기술된 장치/프로세스는 예를 들어, 반도체 디바이스들, 디스플레이들, LED들, 광전 패널들 등의 제조 또는 제작을 위해 리소그래픽 패터닝 툴들 또는 프로세스들과 함께 사용될 수도 있다. 통상적으로, 반드시 그러한 것은 아니지만, 이러한 툴들/프로세스들은 공통 제조 설비에서 함께 사용되거나 수행될 것이다. 막의 리소그래픽 패터닝은 통상적으로 동작 각각이 다수의 가능한 툴들을 사용하여 인에이블되는 이하의 동작들: (1) 스핀온 (spin-on) 툴 또는 스프레이온 (spray-on) 툴을 사용하여 워크피스, 즉, 기판 상에 포토레지스트를 도포하는 동작; (2) 핫 플레이트 또는 노 또는 UV 경화 툴을 사용하여 포토레지스트를 경화하는 동작; (3) 웨이퍼 스텝퍼와 같은 툴을 사용하여 가시광선 또는 UV 또는 x-선 광에 포토레지스트를 노출시키는 동작; (4) 습식 벤치와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 선택적으로 제거하여 레지스트를 패터닝하도록 레지스트를 현상하는 동작; (5) 건식 또는 플라즈마 보조 에칭 툴을 사용함으로써 아래에 놓인 막 또는 워크피스 내로 레지스트 패턴을 전사하는 동작; 및 (6) RF 또는 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트립퍼와 같은 툴을 사용하여 레지스트를 제거하는 동작 중 일부 또는 전부를 포함한다.The apparatus/process described above herein may be used in conjunction with lithographic patterning tools or processes, for example, for the manufacture or fabrication of semiconductor devices, displays, LEDs, photovoltaic panels, and the like. Typically, but not necessarily, these tools/processes will be used or performed together in a common manufacturing facility. Lithographic patterning of a film typically involves the following operations, each of which is enabled using a number of possible tools: (1) a workpiece using a spin-on tool or a spray-on tool. That is, applying a photoresist on the substrate; (2) curing the photoresist using a hot plate or furnace or UV curing tool; (3) exposing the photoresist to visible or UV or x-ray light using a tool such as a wafer stepper; (4) developing the resist to pattern the resist by selectively removing it using a tool such as a wet bench; (5) transferring the resist pattern into the underlying film or work piece by using a dry or plasma assisted etching tool; And (6) some or all of the operations of removing the resist using a tool such as an RF or microwave plasma resist stripper.

실리콘-함유 전구체 및 탄소-함유 전구체를 사용하는 리모트 Remote using silicon-containing precursors and carbon-containing precursors 플라즈마plasma CVD CVD

ALD를 사용한 질화탄화 실리콘 막들을 포함하는, 탄화 실리콘 막들의 증착은 탄화 실리콘 막들의 ALD를 달성하기 어렵게 할 수 있는 열역학적 과제들을 포함하여 많은 과제들을 제시한다. 이에 더하여, ALD의 증착 레이트는 통상적인 CVD 기법들과 비교하여 보다 느리고 제조 프로세스들에서 바람직하지 않을 수도 있다. 더욱이, 실리콘-기반 막 또는 질화 실리콘-기반 막 내로 탄소의 혼입은 탄화 실리콘 막의 단차 커버리지, 막 밀도, 및/또는 막 품질의 특성들의 절충 없이 매우 어려울 수 있다. 본 개시는 리모트 플라즈마 CVD를 사용한 탄화 실리콘 막들의 증착에 관한 것이다. 실리콘-기반 막 또는 질화 실리콘-기반 막 내로 탄소의 혼입은 어떠한 C-C 결합들 및 N-C 결합들의 형성없이 본 개시에서 달성될 수 있다. C-C 또는 N-C 결합들의 존재는 탄화 실리콘 막의 특성들에 부정적인 영향을 줄 수도 있다.The deposition of silicon carbide films, including silicon nitride carbide films using ALD, presents a number of challenges, including thermodynamic challenges that can make ALD of silicon carbide films difficult to achieve. In addition, the deposition rate of ALD is slower compared to conventional CVD techniques and may be undesirable in manufacturing processes. Moreover, the incorporation of carbon into a silicon-based film or a silicon nitride-based film can be very difficult without compromising characteristics of the step coverage, film density, and/or film quality of the silicon carbide film. The present disclosure relates to the deposition of silicon carbide films using remote plasma CVD. Incorporation of carbon into a silicon-based film or a silicon nitride-based film can be achieved in the present disclosure without the formation of any C-C bonds and N-C bonds. The presence of C-C or N-C bonds may negatively affect the properties of the silicon carbide film.

상기 논의된 바와 같이, 탄화 실리콘 막들을 증착하기 위한 증착 반응은 실리콘-함유 전구체 및 라디칼 종에 더하여 공-반응물질을 포함할 수도 있다. 공-반응물질의 도입은 탄화 실리콘 막의 조성을 튜닝하도록 역할을 할 수도 있다. 공-반응물질은 실리콘-함유 전구체와 함께 반응 챔버 내로 흐를 수도 있고, 공-반응물질은 리모트 플라즈마 소스로부터 다운 스트림으로 흐를 수도 있다. 예를 들어, 실리콘-함유 전구체 및 공-반응물질을 도입하기 위한 가스 유출구는 리모트 플라즈마 소스로부터 다운 스트림에 위치될 수도 있다. 리모트 플라즈마 소스는 기판에 인접한 분위기 및 기판으로부터 업스트림으로 간주된다. 일부 구현 예들에서, 실리콘-함유 전구체 및 공-반응물질을 도입하기 위한 가스 유출구는 리모트 플라즈마 소스로부터 다운스트림 그리고 기판으로부터 업스트림 및 기판에 인접한 분위기에 위치될 수도 있다.As discussed above, the deposition reaction for depositing silicon carbide films may include a co-reactant in addition to the silicon-containing precursor and radical species. The introduction of the co-reactant may serve to tune the composition of the silicon carbide film. The co-reactant may flow into the reaction chamber with the silicon-containing precursor, and the co-reactant may flow downstream from a remote plasma source. For example, a gas outlet for introducing the silicon-containing precursor and co-reactant may be located downstream from the remote plasma source. The remote plasma source is considered to be the atmosphere adjacent to the substrate and upstream from the substrate. In some implementations, a gas outlet for introducing the silicon-containing precursor and co-reactant may be located downstream from the remote plasma source and upstream from the substrate and in an atmosphere adjacent to the substrate.

공-반응물질은 실리콘-함유 전구체에 더하여 제 2 전구체로서 도입될 수도 있다. 제 2 전구체는 탄화 실리콘 막의 조성을 튜닝하도록 역할을 하는 화학 물질을 갖는다. 일부 구현 예들에서, 제 2 전구체는 탄화 실리콘 막의 단차 커버리지를 개선하도록 역할을 하는 화학물질을 갖는다. 증착된 탄화 실리콘 막의 단차 커버리지는 기판의 하나 이상의 피처들에 대해 측정될 수도 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "피처 (feature)"는 기판, 통상적으로 반도체 디바이스 제조 동작에서 수정될 표면 상의 비-평면형 구조체를 지칭할 수도 있다. 피처들의 예들은 트렌치들, 비아들, 패드들, 필라들 (pillars), 돔들 (domes), 등을 포함한다. 피처는 통상적으로 종횡비 (깊이 또는 높이 대 폭) 를 갖는다. 일부 구현 예들에서, 탄화 실리콘 막의 단차 커버리지는 적어도 75 ％, 적어도 80 ％, 적어도 85 ％, 적어도 90 ％, 적어도 95 ％, 또는 적어도 99 ％이다.The co-reactant may be introduced as a second precursor in addition to the silicon-containing precursor. The second precursor has a chemical that serves to tune the composition of the silicon carbide film. In some implementations, the second precursor has a chemical that serves to improve the step coverage of the silicon carbide film. The step coverage of the deposited silicon carbide film may be measured for one or more features of the substrate. As used herein, “feature” may refer to a non-planar structure on a substrate, typically a surface to be modified in a semiconductor device manufacturing operation. Examples of features include trenches, vias, pads, pillars, domes, and the like. Features typically have an aspect ratio (depth or height to width). In some implementations, the step coverage of the silicon carbide film is at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, or at least 99%.

일부 구현 예들에서, 공-반응물질은 탄화수소 분자이다. 본 개시의 공-반응물질은 또한 실리콘-함유 전구체와 함께 흐르는 탄소-함유 전구체로 참조될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 탄화수소 분자는 적어도 하나의 이중 결합 또는 적어도 하나의 삼중 결합을 갖는 소쇄 (small-chain) 탄화수소 분자일 수도 있다. 예를 들어, 탄화수소 분자는 3 개의 탄소 원자들과 7 개의 탄소 원자들 사이의 탄소 사슬을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 탄화수소 분자는 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합들 또는 삼중 결합들과 같은 하나 이상의 불포화 탄소 결합들을 포함할 수도 있다. 따라서, 탄화수소 분자는 알켄기 또는 알킨기를 포함할 수도 있다. 적합한 탄화수소 분자들의 예들은 프로필렌, 에틸렌, 부텐, 펜텐, 부타디엔, 펜타디엔 (예를 들어, 1,4 펜타디엔), 헥사디엔, 헵타디엔, 톨루엔, 및 벤젠을 포함한다. 적합한 탄화수소 분자들의 부가적인 예들은 아세틸렌, 프로핀, 부틴, 펜틴 (예를 들어, 1-펜틴), 및 헥신 (예를 들어, 2-헥신) 을 포함한다. In some embodiments, the co-reactant is a hydrocarbon molecule. The co-reactant of the present disclosure may also be referred to as a carbon-containing precursor that flows with the silicon-containing precursor. In some embodiments, the hydrocarbon molecule may be a small-chain hydrocarbon molecule having at least one double bond or at least one triple bond. For example, a hydrocarbon molecule contains a carbon chain between 3 carbon atoms and 7 carbon atoms. In some embodiments, the hydrocarbon molecule may contain one or more unsaturated carbon bonds, such as one or more carbon-carbon double bonds or triple bonds. Thus, the hydrocarbon molecule may contain an alkene group or an alkyne group. Examples of suitable hydrocarbon molecules include propylene, ethylene, butene, pentene, butadiene, pentadiene (eg 1,4 pentadiene), hexadiene, heptadiene, toluene, and benzene. Additional examples of suitable hydrocarbon molecules include acetylene, propyne, butyne, fentine (e.g. 1-pentine), and hexine (e.g. 2-hexine).

탄소-함유 전구체는 하나 이상의 실리콘-함유 전구체와 함께 흐른다. 일부 구현 예들에서, 실리콘-함유 전구체들 각각은 C-O 결합들을 갖지 않고 C-N 결합들을 갖지 않는다. 실리콘-함유 전구체들 각각은 2 개 이상의 Si-H 결합들을 포함할 수도 있다. 실제로, 실리콘-함유 전구체들 각각은 2 개 이상의 수소 원자들이 결합된 적어도 하나의 실리콘 원자를 갖는다. 따라서, 적어도 하나의 실리콘 원자는 이에 결합된 3 개 이상의 탄소 원자들, 질소 원자들, 및/또는 산소 원자들을 갖지 않는다. 실리콘-함유 전구체의 예들은 실란들 및 고차 실란들, 또는 알킬실란들 및 고차 알킬실란들을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 실리콘-함유 전구체는 실란, 디실란, 트리실란, 메틸실란, 또는 디메틸실란일 수도 있다. 따라서, 탄소-함유 전구체와 함께 흐르는 실리콘-함유 전구체는 실란-기반 전구체일 수도 있다. 실란-기반 전구체는 실리콘 원자에 결합된 4 개의 치환기를 갖는 실리콘 원자를 갖는다. 실리콘 원자 상의 4 개의 치환기들 중, 적어도 2 개의 치환기들은 수소이다.The carbon-containing precursor flows together with one or more silicon-containing precursors. In some embodiments, each of the silicon-containing precursors has no C-O bonds and no C-N bonds. Each of the silicon-containing precursors may contain two or more Si-H bonds. In fact, each of the silicon-containing precursors has at least one silicon atom to which two or more hydrogen atoms are bonded. Thus, at least one silicon atom does not have three or more carbon atoms, nitrogen atoms, and/or oxygen atoms bonded thereto. Examples of silicon-containing precursors include, but are not limited to, silanes and higher order silanes, or alkylsilanes and higher order alkylsilanes. For example, the silicon-containing precursor may be silane, disilane, trisilane, methylsilane, or dimethylsilane. Thus, the silicon-containing precursor flowing together with the carbon-containing precursor may be a silane-based precursor. The silane-based precursor has a silicon atom with 4 substituents bonded to the silicon atom. Of the four substituents on the silicon atom, at least two of the substituents are hydrogen.

탄소-함유 전구체 및 실리콘-함유 전구체는 하나 이상의 라디칼 종으로부터 다운스트림의 반응 챔버 내로 도입된다. 라디칼 종은 탄소-함유 전구체 및 실리콘-함유 전구체를 도입하기 위해 가스 유출구로부터 업스트림의 리모트 플라즈마 소스에서 생성될 수도 있다. 라디칼 종은 수소 라디칼들을 포함할 수도 있고, 수소 라디칼들은 탄소-함유 전구체 및 실리콘-함유 전구체와 혼합하거나 상호 작용할 때 실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태에 있다.The carbon-containing precursor and the silicon-containing precursor are introduced downstream from one or more radical species into the reaction chamber. Radical species may be generated in a remote plasma source upstream from the gas outlet to introduce carbon-containing precursors and silicon-containing precursors. The radical species may comprise hydrogen radicals, and the hydrogen radicals are in a substantially low energy state or ground state when mixing or interacting with the carbon-containing precursor and the silicon-containing precursor.

탄화 실리콘 막 내의 전부가 아니더라도 대부분의 Si-C 결합들은 리모트 플라즈마 CVD에 의해 탄화 실리콘 막을 증착할 때 실리콘-함유 전구체 내의 기존의 Si-C 결합들에 의해 제공될 수도 있다. 이는 탄화 실리콘 막의 조성을 튜닝하는 능력을 제한할 수 있다. 공-반응 물질을 실리콘-함유 전구체와 흘리는 것은 보다 많은 또는 보다 적은 탄소가 탄화 실리콘 막에 혼입될 수도 있도록 탄화 실리콘 막의 조성을 튜닝하는데 보다 큰 유연성을 부가할 수도 있다. 그러나, 공-반응 물질이 탄소-함유 공-반응 물질인 경우, 공-반응 물질은 탄화 실리콘 막의 조성 튜닝에 기여하지 않거나, 공-반응 물질은 탄화 실리콘 막의 전기적 특성들 및/또는 단차 커버리지에 부정적 영향을 줄 수 있는, C-C 결합들, C-O 결합들, 또는 C-N 결합들을 부가한다. 탄소-함유 공-반응 물질 및 실리콘-함유 전구체는 탄소-함유 공-반응 물질이 C-C 결합들, C-O 결합들, 또는 C-N 결합들을 부가하지 않고 탄화 실리콘 막의 조성 튜닝에 기여하도록 본 개시에서 선택된다. 탄소-함유 공-반응 물질 및 실리콘-함유 전구체는 실리콘- 함유 전구체 내에 기존의 Si-C 결합들을 사용하여 증착된 탄화 실리콘 막들과 비교하여 막 품질을 유지하거나 개선하면서 탄화 실리콘 막의 조성을 튜닝하기 위한 추가의 프로세스 노브를 부가한다.Most, if not all, Si-C bonds in the silicon carbide film may be provided by existing Si-C bonds in the silicon-containing precursor when depositing the silicon carbide film by remote plasma CVD. This can limit the ability to tune the composition of the silicon carbide film. Flowing the co-reactant material with the silicon-containing precursor may add greater flexibility in tuning the composition of the silicon carbide film so that more or less carbon may be incorporated into the silicon carbide film. However, when the co-reacting material is a carbon-containing co-reacting material, the co-reacting material does not contribute to the composition tuning of the silicon carbide film, or the co-reacting material is negative for the electrical properties and/or step coverage of the silicon carbide film. Add CC bonds, CO bonds, or CN bonds, which may have an effect. The carbon-containing co-reacting material and the silicon-containing precursor are selected in this disclosure so that the carbon-containing co-reacting material contributes to the composition tuning of the silicon carbide film without adding C-C bonds, C-O bonds, or C-N bonds. The carbon-containing co-reactant and silicon-containing precursor are added to tune the composition of the silicon carbide film while maintaining or improving the film quality compared to silicon carbide films deposited using existing Si-C bonds in the silicon-containing precursor. Add the process knob of.

실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태의 수소 라디칼들은 탄소-함유 전구체 및 실란-기반 전구체와 상호 작용할 수도 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 증착 반응에서 보다 동역학적으로 유리한 반응 메커니즘들 중 하나는 실리콘 기반 전구체에서 Si-H 결합들의 선택적인 파괴를 수반하는 수소 추출 (abstraction) 을 포함한다. 수소 추출은 활성화된 실란 기반 전구체를 발생시킨다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태의 수소 라디칼들은 활성화된 알칸들 (예를 들어, 메탄) 의 형성을 발생시키는 탄화수소 분자의 알킨기 또는 알켄기와 상호 작용할 수도 있다. 일부 예들에서, 탄화수소 분자는 보다 작은 사슬 탄화수소 분자들 또는 라디칼들로 분해된다. 활성화된 알칸들은 활성 사이트로서 탄소 라디칼을 함유하고 활성화된 실란-기반 전구체는 활성 사이트로서 실리콘 라디칼을 함유하고, 이들 활성 사이트들은 Si-C 결합을 형성하도록 함께 반응할 수 있다. 도 5는 탄소-함유 전구체로부터 활성화된 알칸과 활성화된 실란-기반 전구체 사이의 화학 반응의 예를 도시한다.Substantially low energy state or ground state hydrogen radicals may interact with carbon-containing precursors and silane-based precursors. Without being bound by any theory, one of the more kinematically advantageous reaction mechanisms in the deposition reaction involves hydrogen extraction, which involves the selective destruction of Si-H bonds in a silicon-based precursor. Hydrogen extraction produces an activated silane-based precursor. Without being bound by any theory, hydrogen radicals in a substantially low energy state or ground state may interact with an alkyne group or alkene group of a hydrocarbon molecule resulting in the formation of activated alkanes (eg, methane). In some examples, the hydrocarbon molecule breaks down into smaller chain hydrocarbon molecules or radicals. Activated alkanes contain carbon radicals as active sites and activated silane-based precursors contain silicon radicals as active sites, and these active sites can react together to form Si-C bonds. 5 shows an example of a chemical reaction between an activated alkane and an activated silane-based precursor from a carbon-containing precursor.

탄소-함유 전구체는 패시브 관전자 (passive spectator) 로서 기능하지 않고, 탄화 실리콘 막의 조성에 상당히 기여할 수 있다. 탄소-함유 전구체 및 실질적으로 저 에너지 상태 또는 바닥 상태의 수소 라디칼들과의 임의의 반응의 부산물들이 상당한 양으로 탄화 실리콘 막에 혼입될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 탄화 실리콘 막 내의 탄소-함유 전구체로부터의 탄소의 혼입에 대해 "상당한 양"은 탄소-함유 전구체없이 탄화 실리콘 막을 증착과 비교하여 약 5 ％ 이상의 양만큼 탄소의 원자 농도의 변화를 지칭할 수도 있다. 탄소-함유 전구체로부터 탄소의 기여는 C-C 결합들의 혼입을 방지하거나 그렇지 않으면 최소화한다. 탄화 실리콘 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않는다. 일부 구현 예들에서, 탄화 실리콘 막 내 C-C 결합들의 백분율은 약 2 ％ 이하, 약 1 ％ 이하, 약 0.5 ％ 이하, 또는 심지어 0 ％이다.The carbon-containing precursor does not function as a passive spectator and can contribute significantly to the composition of the silicon carbide film. The carbon-containing precursor and by-products of any reaction with hydrogen radicals in the substantially low energy state or ground state may be incorporated into the silicon carbide film in significant amounts. As used herein, a "significant amount" for the incorporation of carbon from a carbon-containing precursor in a silicon carbide film is an atomic concentration of carbon by an amount of at least about 5% compared to deposition of a silicon carbide film without a carbon-containing precursor. It can also refer to a change of. The contribution of carbon from the carbon-containing precursor prevents or otherwise minimizes the incorporation of C-C bonds. The silicon carbide film has no or substantially no C-C bonds. In some embodiments, the percentage of C-C bonds in the silicon carbide film is about 2% or less, about 1% or less, about 0.5% or less, or even 0%.

본 개시의 리모트 플라즈마 CVD 프로세스는 리모트 플라즈마 소스로부터 다운스트림에서 탄소-함유 전구체 및 실리콘-함유 전구체와 상호 작용하는 수소 라디칼들을 갖는 리모트 수소 플라즈마를 포함할 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 리모트 수소 플라즈마는 리모트 질소 플라즈마 또는 리모트 산소 플라즈마를 더 포함할 수도 있다. 질화제 또는 산화제는 질소 라디칼들 또는 산소 라디칼들을 각각 생성하도록 리모트 플라즈마 소스에 첨가될 수도 있다. 질화제는 질화탄화 실리콘 (SiCN) 막들의 형성을 용이하게 할 수도 있고, 산화제는 산화탄화 실리콘 (SiCO) 막들의 형성을 용이하게 할 수도 있다.The remote plasma CVD process of the present disclosure may include a remote hydrogen plasma having hydrogen radicals interacting with the carbon-containing precursor and the silicon-containing precursor downstream from the remote plasma source. In some implementations, the remote hydrogen plasma may further include a remote nitrogen plasma or a remote oxygen plasma. A nitrifying agent or oxidizing agent may be added to the remote plasma source to generate nitrogen radicals or oxygen radicals, respectively. The nitriding agent may facilitate formation of silicon nitride carbide (SiCN) films, and the oxidizing agent may facilitate formation of silicon oxide carbide (SiCO) films.

SiCN 막들을 형성할 때, 질화제 및 수소가 리모트 플라즈마 소스에 제공될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 헬륨과 같은 캐리어 가스가 질화제 및 수소와 혼합되도록 리모트 플라즈마 소스에 제공된다. 질화제 및 수소의 라디칼들이 리모트 플라즈마 소스에서 생성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 질화제는 질소 (N2) 또는 암모니아 (NH3) 를 포함한다. 질화제의 라디칼들은 수소 라디칼들의 플로우 경로를 따라 리모트 플라즈마 소스로부터 반응 챔버 내로 도입될 수도 있다. 질화제 및 수소의 라디칼들은 SiCN 막들을 형성하도록 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들 및 공-반응 물질과 반응한다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 아민 라디칼들 또는 질소 라디칼들은 Si-N 결합들을 형성하도록 활성화된 실리콘-함유 전구체와 상호 작용한다. SiCN 막들은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않고, 그리고 C-N 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-N 결합들을 갖지 않는다. 일부 구현 예들에서, SiCN 막 내 C-C 결합들 또는 C-N 결합들의 백분율은 약 2 ％ 이하, 약 1 ％ 이하, 약 0.5 ％ 이하, 또는 심지어 0 ％이다.When forming SiCN films, a nitriding agent and hydrogen may be provided to the remote plasma source. In some implementations, a carrier gas such as helium is provided to the remote plasma source to mix with the nitriding agent and hydrogen. Radicals of nitriding agent and hydrogen may be generated in a remote plasma source. In some embodiments, the nitrifying agent comprises nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ). The radicals of the nitrifying agent may be introduced into the reaction chamber from a remote plasma source along the flow path of the hydrogen radicals. The radicals of the nitriding agent and hydrogen react with one or more silicon-containing precursors and co-reacting material to form SiCN films. Without being bound by any theory, amine radicals or nitrogen radicals interact with the activated silicon-containing precursor to form Si-N bonds. SiCN films have no or substantially no CC bonds, and no or substantially no CN bonds. In some embodiments, the percentage of CC bonds or CN bonds in the SiCN film is about 2% or less, about 1% or less, about 0.5% or less, or even 0%.

SiCO 막들을 형성할 때, 산화제 및 수소가 리모트 플라즈마 소스에 제공될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 헬륨과 같은 캐리어 가스가 산화제 및 수소와 혼합되도록 리모트 플라즈마 소스에 제공된다. 산화제 및 수소의 라디칼들이 리모트 플라즈마 소스에서 생성될 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 산화제는 이산화탄소 (CO2), 일산화탄소 (CO), 산소 (O2), 오존 (O3), 또는 아산화질소 (N2O) 를 포함한다. 산화제의 라디칼들은 수소 라디칼들의 플로우 경로를 따라 리모트 플라즈마 소스로부터 반응 챔버 내로 도입될 수도 있다. 산화제 및 수소의 라디칼들은 SiCO 막들을 형성을 형성하도록 하나 이상의 실리콘-함유 전구체들 및 공-반응 물질과 반응한다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 산소 라디칼들은 Si-O 결합들을 형성하도록 활성화된 실리콘-함유 전구체와 상호 작용한다. SiCO 막들은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않고, 그리고 C-O 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-O 결합들을 갖지 않는다. 일부 구현 예들에서, SiCO 막 내 C-C 결합들 또는 C-O 결합들의 백분율은 약 2 ％ 이하, 약 1 ％ 이하, 약 0.5 ％ 이하, 또는 심지어 0 ％이다.When forming SiCO films, an oxidizing agent and hydrogen may be provided to the remote plasma source. In some implementations, a carrier gas such as helium is provided to the remote plasma source to mix with the oxidant and hydrogen. Radicals of oxidizing agent and hydrogen may be generated in a remote plasma source. In some embodiments, the oxidizing agent comprises carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), or nitrous oxide (N 2 O). The radicals of the oxidant may be introduced into the reaction chamber from a remote plasma source along the flow path of hydrogen radicals. The radicals of the oxidizing agent and hydrogen react with one or more silicon-containing precursors and co-reacting material to form SiCO films. Without being bound by any theory, oxygen radicals interact with the activated silicon-containing precursor to form Si-O bonds. SiCO films have no or substantially no CC bonds, and no or substantially no CO bonds. In some embodiments, the percentage of CC bonds or CO bonds in the SiCO film is about 2% or less, about 1% or less, about 0.5% or less, or even 0%.

도 6a는 실리콘-함유 전구체 및 가변하는 양의 탄소-함유 전구체를 사용하는 탄화 실리콘 막의 리모트 플라즈마 CVD에 대한 FTIR 스펙트럼의 그래프를 도시한다. 도 6b는 도 6a의 FTIR 스펙트럼의 일부의 확대도를 도시한다. 탄소-함유 전구체 및 실리콘-함유 전구체는 리모트 플라즈마로부터 다운스트림에 제공된다. 리모트 수소 플라즈마는 수소 라디칼들 및 질소 라디칼들을 포함한다. 도 6a 및 도 6b에서, FTIR 스펙트럼은 탄소-함유 전구체의 0 sccm의 플로우 레이트를 갖는 가장 높은 피크를 갖는 플롯, 탄소-함유 전구체의 1 sccm의 플로우 레이트를 갖는 두 번째로 높은 피크를 갖는 플롯, 탄소-함유 전구체의 3 sccm의 플로우 레이트를 갖는 세 번째로 높은 피크를 갖는 플롯, 탄소-함유 전구체의 5 sccm의 플로우 레이트를 갖는 네 번째로 높은 피크를 갖는 플롯, 10 sccm의 탄소-함유 전구체의 플로우 레이트를 갖는 다섯 번째로 높은 피크를 갖는 플롯, 15 sccm의 탄소-함유 전구체의 플로우 레이트를 갖는 여섯 번째로 높은 피크를 갖는 플롯, 및 24 sccm의 탄소-함유 전구체의 플로우 레이트를 갖는 가장 짧은 피크를 갖는 플롯의, 몇몇 플롯들을 도시한다. Si-N 결합들의 존재는 약 835 ㎝-1에서 관찰될 수 있고 Si-C 결합들의 존재는 약 790 ㎝-1에서 관찰될 수 있다.6A shows a graph of the FTIR spectrum for remote plasma CVD of a silicon carbide film using a silicon-containing precursor and a varying amount of carbon-containing precursor. 6B shows an enlarged view of a portion of the FTIR spectrum of FIG. 6A. The carbon-containing precursor and the silicon-containing precursor are provided downstream from the remote plasma. The remote hydrogen plasma contains hydrogen radicals and nitrogen radicals. 6A and 6B, the FTIR spectrum is a plot with the highest peak with a flow rate of 0 sccm of the carbon-containing precursor, a plot with the second highest peak with a flow rate of 1 sccm of the carbon-containing precursor, The plot with the third highest peak with a flow rate of 3 sccm of the carbon-containing precursor, the plot with the fourth highest peak with a flow rate of 5 sccm of the carbon-containing precursor, of the carbon-containing precursor of 10 sccm Plot with the fifth highest peak with a flow rate, a plot with the sixth highest peak with a flow rate of a carbon-containing precursor of 15 sccm, and the shortest peak with a flow rate of a carbon-containing precursor of 24 sccm Some plots of a plot with a are shown. The presence of Si-N bonds can be observed at about 835 cm -1 and the presence of Si-C bonds can be observed at about 790 cm -1.

탄소-함유 전구체 없이, 실리콘-함유 전구체가 질소 라디칼들을 포함하는 리모트 플라즈마와 반응할 때 질화 실리콘 막이 증착된다. 탄소-함유 전구체의 도입은 질화탄화 실리콘 막의 형성을 발생시킨다. 질화탄화 실리콘 막은 Si-N 결합들 및 Si-C 결합들을 모두 포함한다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 탄소 함유 전구체의 플로우 레이트를 상승시키는 것은 질화탄화 실리콘 막에서 Si-C 결합의 양을 증가시킨다. Si-C 결합들은 탄소-함유 전구체의 결과이다. Si-C 결합들의 존재는 통상적으로 단일 실리콘-함유 전구체로부터 오는 반면, 본 개시는 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막에 Si-C 결합들을 형성하도록 실리콘-함유 전구체 및 탄소-함유 전구체를 도입할 수 있다.Without the carbon-containing precursor, a silicon nitride film is deposited when the silicon-containing precursor reacts with a remote plasma containing nitrogen radicals. Introduction of the carbon-containing precursor results in the formation of a silicon nitride carbide film. The silicon nitride carbide film contains both Si-N bonds and Si-C bonds. 6A and 6B, increasing the flow rate of the carbon-containing precursor increases the amount of Si-C bonds in the silicon nitride carbide film. Si-C bonds are the result of a carbon-containing precursor. While the presence of Si-C bonds typically comes from a single silicon-containing precursor, the present disclosure can introduce a silicon-containing precursor and a carbon-containing precursor to form Si-C bonds in a doped or undoped silicon carbide film. have.

도 7은 실리콘-함유 전구체 및 탄소-함유 전구체를 사용하여 기판 피처들 상에 증착된 탄화 실리콘 박막의 TEM 이미지를 도시한다. 리모트 수소 플라즈마는 수소 라디칼들 및 질소 라디칼들을 포함한다. XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) 데이터는 도 7에서 탄화 실리콘 박막을 포함하는 증착된 막의 조성을 식별할 수 있다. 탄화 실리콘 박막에 대해 컴파일된 XPS 데이터의 요약이 표 1에 도시된다. 원소 조성은 백분율 원자 농도로 표현되고, 탄소와 실리콘 (C/Si), 질소와 실리콘 (N/Si), 탄소와 질소 (C/N) 사이의 원자 백분율 비가 표현된다. 표 1에 도시된 바와 같이, 탄소-함유 전구체의 도입은 고 탄소 함량을 갖는 도핑된 탄화 실리콘 막을 생성할 수 있다.7 shows a TEM image of a silicon carbide thin film deposited on substrate features using a silicon-containing precursor and a carbon-containing precursor. The remote hydrogen plasma contains hydrogen radicals and nitrogen radicals. XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) data can identify the composition of a deposited film including a silicon carbide thin film in FIG. 7. A summary of the XPS data compiled for the silicon carbide thin film is shown in Table 1. Elemental composition is expressed as a percentage atomic concentration, and the atomic percentage ratio between carbon and silicon (C/Si), nitrogen and silicon (N/Si), and carbon and nitrogen (C/N) is expressed. As shown in Table 1, the introduction of a carbon-containing precursor can produce a doped silicon carbide film having a high carbon content.

Si (at. ％)Si (at.%) O (at. ％)O (at.%) C (at. ％)C (at. %) F (at. ％)F (at.%) N (at. ％)N (at.%) C/SiC/Si N/SiN/Si C/NC/N SiCNSiCN 31.731.7 7.57.5 51.451.4 0.60.6 8.98.9 1.621.62 0.280.28 5.785.78

제 2 전구체, 특히 탄소-함유 전구체의 도입은 탄화 실리콘 막의 단차 커버리지를 상당히 개선한다. 일부 구현 예들에서, 탄화 실리콘 막의 단차 커버리지는 적어도 75 ％, 적어도 80 ％, 적어도 85 ％, 또는 적어도 90 ％이다. 막 품질 및 막 밀도는 또한 탄소-함유 전구체의 도입으로 실질적으로 보존된다. 예를 들면, 막 밀도는 약 2.0 g/㎤ 이상일 수 있다.The introduction of a second precursor, in particular a carbon-containing precursor, significantly improves the step coverage of the silicon carbide film. In some implementations, the step coverage of the silicon carbide film is at least 75%, at least 80%, at least 85%, or at least 90%. Film quality and film density are also substantially preserved with the introduction of carbon-containing precursors. For example, the film density may be greater than or equal to about 2.0 g/cm 3.

증착된 막의 구조 및 특성들Structure and properties of the deposited film

증착된 막은 실리콘, 탄소, 및 일부 경우들에서 산소, 질소, 및/또는 하나 이상의 다른 원소들을 포함할 것이다. 일부 실시 예들에서, 실리콘의 원자 농도는 약 15 ％ 내지 45 ％ (또는 약 25 ％ 내지 40 ％) 이고, 탄소의 원자 농도는 약 10 ％ 내지 50 ％이고, 산소의 원자 농도는 약 0 ％ 내지 45 ％이고, 질소의 원자 농도는 약 0 ％ 내지 45 ％이다. 일 예에서, 실리콘의 원자 농도는 약 30 ％이고, 산소의 원자 농도는 약 25 ％이고, 탄소의 원자 농도는 약 45 ％이다. 또 다른 예에서, 실리콘의 원자 농도는 약 30 ％이고, 산소의 원자 농도는 약 45 ％이고, 탄소의 원자 농도는 약 25 ％이다. 또 다른 예에서, 막은 모두 원자 기준으로 약 10 내지 15 ％의 탄소 및 약 30 내지 40 ％의 산소를 함유한다. 모든 경우들에서, 막은 일부 수소를 포함할 수도 있다. 그러나, 수소의 상대적인 원자 농도는 작고, 예를 들어, 약 5 ％ 이하일 것이라는 것이 이해될 것이다. 상대적인 원자 농도들은 전구체들의 선택에 따라 가변할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 실리콘 원자들은 탄소 및 선택 가능하게 질소 및/또는 산소 원자들과 결합들을 형성할 것이다. 일부 실시 예들에서, 증착된 막은 Si-N 결합들보다 많은 Si-C 결합들을 포함한다. 일부 예들에서, 증착된 막은 약 0.5:1 내지 3:1 인 Si-C 결합들 대 Si-N 결합들의 비를 포함한다. 특정한 실시 예들에서, 막 밀도는 약 2 내지 2.7 g/㎤이다.The deposited film will include silicon, carbon, and in some cases oxygen, nitrogen, and/or one or more other elements. In some embodiments, the atomic concentration of silicon is about 15% to 45% (or about 25% to 40%), the atomic concentration of carbon is about 10% to 50%, and the atomic concentration of oxygen is about 0% to 45%. %, and the atomic concentration of nitrogen is about 0% to 45%. In one example, the atomic concentration of silicon is about 30%, the atomic concentration of oxygen is about 25%, and the atomic concentration of carbon is about 45%. In another example, the atomic concentration of silicon is about 30%, the atomic concentration of oxygen is about 45%, and the atomic concentration of carbon is about 25%. In another example, the membrane contains about 10-15% carbon and about 30-40% oxygen, all on an atomic basis. In all cases, the membrane may contain some hydrogen. However, it will be understood that the relative atomic concentration of hydrogen is small, for example about 5% or less. It will be appreciated that the relative atomic concentrations may vary depending on the choice of precursors. The silicon atoms will form bonds with carbon and optionally nitrogen and/or oxygen atoms. In some embodiments, the deposited film contains more Si-C bonds than Si-N bonds. In some examples, the deposited film includes a ratio of Si-C bonds to Si-N bonds that is about 0.5:1 to 3:1. In certain embodiments, the film density is about 2 to 2.7 g/cm 3.

실리콘 원자에 결합된 적어도 2 개의 수소 원자들을 갖는 탄소-함유 전구체 및 실리콘-함유 전구체를 채용할 때, 실리콘 및 탄소의 상대적인 원자 농도는 탄화 실리콘 막의 다른 원소들과 비교하여 상대적으로 높을 수도 있다. 일부 구현 예들에서, 실리콘의 상대적인 원자 농도는 적어도 25 ％ 또는 적어도 30 ％일 수도 있고, 탄소의 상대적인 원자 농도는 적어도 25 ％ 또는 적어도 30 ％ 또는 적어도 40 ％일 수도 있다. 게다가, 도핑된 탄화 실리콘 막들에 대해, 산소의 상대적인 원자 농도는 약 10 ％ 미만일 수도 있고 질소의 상대적인 원자 농도는 약 10 ％ 미만일 수도 있다.When employing a carbon-containing precursor and a silicon-containing precursor having at least two hydrogen atoms bonded to a silicon atom, the relative atomic concentration of silicon and carbon may be relatively high compared to other elements of the silicon carbide film. In some embodiments, the relative atomic concentration of silicon may be at least 25% or at least 30%, and the relative atomic concentration of carbon may be at least 25% or at least 30% or at least 40%. Furthermore, for doped silicon carbide films, the relative atomic concentration of oxygen may be less than about 10% and the relative atomic concentration of nitrogen may be less than about 10%.

일부 실시 예들에서, 전구체의 내부 구조는 증착된 막에서 유지된다. 이 구조는 전구체 분자들 내에 Si-H 및/또는 Si-Si 결합들이 존재하는 위치들에서 결합들을 통해 그리고/또는 충분한 열 에너지가 제공된다면 성장하는 표면상의 부가적인 축합 반응들을 통해 개별 전구체 모이어티들을 결합하거나 교차-결합하는 동안, 전구체 내에 존재한다면, Si-C, 및 Si-O 및/또는 Si-N 결합들의 전부 또는 대부분을 보존할 수도 있다.In some embodiments, the internal structure of the precursor is maintained in the deposited film. This structure allows individual precursor moieties to be removed through bonds at locations where Si-H and/or Si-Si bonds are present in the precursor molecules and/or through additional condensation reactions on the growing surface if sufficient thermal energy is provided. During bonding or cross-linking, it may preserve all or most of the Si-C and Si-O and/or Si-N bonds, if present in the precursor.

본 명세서에 앞서 기술된 프로세스 조건들은 매우 컨포멀한 막 구조를 제공할 수 있다. 상대적으로 약한 프로세스 조건들은 증착이 방향성을 갖지 않도록 기판의 표면에서 이온 충돌 정도를 최소화할 수 있다. 더욱이, 상대적으로 약한 프로세스 조건들은 이전에 증착된 층들 또는 막들의 측벽들에 부착하는 경향을 갖는 고 부착 계수들을 갖는 라디칼들의 수를 감소시킬 수 있다. 특정한 실시 예들에서, 약 2:1 내지 10:1의 종횡비에 대해, 탄화 실리콘 막은 약 25 ％ 내지 100 ％, 보다 통상적으로 약 50 ％ 내지 100 ％, 그리고 훨씬 더 통상적으로 약 80 ％ 내지 100 ％의 컨포멀성으로 증착될 수도 있다. 컨포멀성은 피처의 하단부, 측벽, 또는 상단부 상에 증착된 막의 평균 두께를 피처의 하단부, 측벽, 또는 상단부 상에 증착된 막의 평균 두께와 비교함으로써 계산될 수도 있다. 예를 들어, 컨포멀성은 측벽 상에 증착된 막의 평균 두께를 피처의 상단부 상에 증착된 막의 평균 두께로 나누고 백분율을 얻기 위해 100을 곱함으로써 계산될 수도 있다. 특정한 적용 예들에 대해, 약 85 ％ 내지 95 ％의 컨포멀성이 충분하다. 약 2:1 내지 약 4:1의 종횡비를 갖는 피처들 상에 탄화 실리콘을 증착하는 일부 예들에서, 컨포멀성은 적어도 약 90 ％이다. 특정한 BEOL (back end of line) 프로세스들은 이 카테고리에 속한다. 약 4:1 내지 약 6:1의 종횡비를 갖는 피처들 상에 탄화 실리콘을 증착하는 일부 예들에서, 컨포멀성은 적어도 약 80 ％이다. 특정한 스페이서 증착 프로세스들이 이 카테고리에 속한다. 약 7:1 내지 약 10:1 (그리고 훨씬 보다 높은) 종횡비를 갖는 피처들 상에 탄화 실리콘을 증착하는 일부 예들에서, 컨포멀성은 적어도 약 90 ％이다. 특정한 DRAM (dynamic random access memory) 제조 프로세스들이 이 카테고리에 속한다.The process conditions previously described herein can provide a very conformal film structure. Relatively weak process conditions can minimize the degree of ion bombardment at the surface of the substrate so that the deposition is not directional. Moreover, relatively weak process conditions can reduce the number of radicals with high adhesion coefficients that tend to adhere to the sidewalls of previously deposited layers or films. In certain embodiments, for an aspect ratio of about 2:1 to 10:1, the silicon carbide film is about 25% to 100%, more typically about 50% to 100%, and even more typically about 80% to 100%. It can also be deposited conformally. Conformality may be calculated by comparing the average thickness of a film deposited on the lower end, sidewall, or upper end of the feature to the average thickness of the film deposited on the lower end, sidewall, or upper end of the feature. For example, conformality may be calculated by dividing the average thickness of the film deposited on the sidewall by the average thickness of the film deposited on the top of the feature and multiplying by 100 to get a percentage. For certain applications, a conformality of about 85% to 95% is sufficient. In some examples of depositing silicon carbide on features having an aspect ratio of about 2:1 to about 4:1, the conformality is at least about 90%. Certain back end of line (BEOL) processes fall into this category. In some examples of depositing silicon carbide on features having an aspect ratio of about 4:1 to about 6:1, the conformality is at least about 80%. Certain spacer deposition processes fall into this category. In some examples of depositing silicon carbide on features having an aspect ratio of about 7:1 to about 10:1 (and even higher), the conformality is at least about 90%. Certain dynamic random access memory (DRAM) manufacturing processes fall into this category.

프로세스 조건들은 또한 고 파괴 전압 및 저 누설 전류를 갖는 막 구조를 제공할 수 있다. 제한된 양의 산소 또는 질소를 재료의 SiC 부류에 도입함으로써, Si-H 결합들 및/또는 Si-CH2-Si 결합들에 의해 제공된 누설 경로들은 산소 또는 질소에 의해 차단될 수도 있다. 전도 모드는 저 필드들에서 Si-O 및 Si-N에서 상이할 수도 있다. 이는 상대적으로 저 유전 상수를 유지하면서 개선된 전기적 특성을 제공할 수 있다. 다양한 실시 예들에서, 막은 약 5 이하, 또는 약 4.0 이하, 그리고 일부 경우들에서 약 3.5 이하, 그리고 일부 경우들에서 약 3.0 이하, 그리고 또 다른 구현 예들에서 약 2.5 이하의 유효 유전 상수를 갖는다. 유효 유전 상수는 결합 및 밀도에 따라 결정될 수 있다. 특정한 실시 예들에서, SiOC 막들은, 특히 탄소 함량이 상대적으로 높을 때 6 이상의 유전 상수로 이루어진다. 누설 전류가 중요한 고려 사항이라면 SiOC는 5 미만이어야 한다. 낮게 갈수록 기밀성 및 배리어 및 내열 특성이 악화된다. 적용 예들이 저 기밀성 및 확산 한계들, 우수한 에칭 내성, 열적 안정성 등을 요구하는 일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 치밀하고 고도로 교차-결합될 수도 있다. 이는, 예를 들어, a) 상대적으로 고온에서 막을 증착하고, 그리고/또는 b) 상대적으로 높은 라디칼들:전구체 비를 제공함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 상대적으로 박형일 수 있지만 효과적인 밀폐 또는 확산 배리어로서 역할을 한다.Process conditions can also provide a film structure with high breakdown voltage and low leakage current. By introducing a limited amount of oxygen or nitrogen into the SiC class of material, the leakage paths provided by Si-H bonds and/or Si-CH 2 -Si bonds may be blocked by oxygen or nitrogen. The conduction mode may be different for Si-O and Si-N at low fields. This can provide improved electrical properties while maintaining a relatively low dielectric constant. In various embodiments, the film has an effective dielectric constant of about 5 or less, or about 4.0 or less, and in some cases about 3.5 or less, and in some cases about 3.0 or less, and in still other embodiments about 2.5 or less. The effective dielectric constant can be determined by bonding and density. In certain embodiments, SiOC films consist of a dielectric constant of 6 or higher, especially when the carbon content is relatively high. If leakage current is an important consideration, SiOC should be less than 5. Airtightness and barrier and heat resistance properties deteriorate as it decreases. In some embodiments where application examples require low hermeticity and diffusion limits, good etch resistance, thermal stability, etc., the silicon carbide film may be dense and highly cross-linked. This can be achieved, for example, by a) depositing a film at a relatively high temperature, and/or b) providing a relatively high radicals:precursor ratio. In some embodiments, the silicon carbide film may be relatively thin, but serves as an effective sealing or diffusion barrier.

일부 실시 예들에서, 증착된 막은 다공성일 수 있다. 본 명세서에서 앞서 논의된 바와 같이, 실리콘-함유 전구체들은 고리형 실록산들 및 케이지된 실록산들을 포함할 수 있다. 이들 전구체들 및 상당한 내부 개방 공간을 갖는 다른 전구체들은 증착된 막의 구조 내로 상당한 다공성을 도입할 수 있다. 증착된 막의 다공성은 유전 상수를 더 낮출 수 있다. 일부 실시 예들에서, 증착된 탄화 실리콘 막의 다공성은 약 20 ％ 내지 50 ％이다. 다공성 막의 기공 사이즈는 고리형 또는 케이지된 전구체의 사이즈를 추적할 수도 있다. 특정한 실시 예들에서, 막의 평균 포어 사이즈는 약 5 Å 내지 20 Å 예컨대 약 16 Å이다.In some embodiments, the deposited film can be porous. As previously discussed herein, silicon-containing precursors may include cyclic siloxanes and caged siloxanes. These precursors and other precursors with significant internal open space can introduce significant porosity into the structure of the deposited film. The porosity of the deposited film can lower the dielectric constant. In some embodiments, the porosity of the deposited silicon carbide film is between about 20% and 50%. The pore size of the porous membrane may also track the size of the annular or caged precursor. In certain embodiments, the average pore size of the film is about 5 Å to 20 Å, such as about 16 Å.

적용 예들Application examples

본 개시는 고품질 탄화 실리콘 막들에 대한 다음의 적용 예들을 참조하여 더 이해될 수도 있고, 적용 예들은 순전히 예시적인 것으로 의도된다. 본 개시는 단지 본 개시의 양태들의 예시들인, 명시된 적용 예들에 의해 범위가 제한되지 않는다.The present disclosure may be further understood with reference to the following application examples for high quality silicon carbide films, and the application examples are intended to be purely illustrative. The present disclosure is not limited in scope by the specified application examples, which are merely examples of aspects of the present disclosure.

일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 노출된 구리 위에 증착될 수도 있다. 일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막을 증착할 때 기판에 인접한 반응 조건들은 산화제들, 예컨대 이의 라디칼들을 포함하여, O2, O3, 및 CO2이 없을 수 있다. 따라서, 탄화 실리콘 막은 구리를 산화시키지 않고 (예를 들어, 제 2 구리 산화물을 생성하지 않고) 노출된 구리 바로 위에 증착될 수도 있다. 이러한 탄화 실리콘 막들은 에칭 정지 층들로서 역할을할 수 있고, 이는 또한 구리 확산 배리어들로서 역할을할 수 있다. 탄화 실리콘 막의 존재는 확산 배리어로서 역할을 하도록 우수한 누설 특성들을 갖는 충분히 낮은 유전 상수를 제공할 수 있다. 탄화 실리콘 막은 그 자체로 또는 이중층 스택 (예를 들어, 노출된 구리 위에 증착된 SiCO/SiNC 이중층) 으로서 에칭 정지부 및/또는 확산 배리어일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 통상적으로 다마신 프로세스에 의해 생성되는 인접한 금속화 층들 사이에 배치될 수 있다. 탄화 실리콘 막은 에칭에 내성이 있을 수 있고 유전체 재료의 인접한 영역들 내로 구리 이온들의 확산을 최소화하도록 충분히 치밀할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 질소는 질소-함유 전구체들 또는 플라즈마 활성화 질소-함유 라디칼들, 예컨대 원소 질소 라디칼들 또는 아민 라디칼들을 채용함으로써 막 내로 혼입될 수도 있다.In some embodiments, a silicon carbide film may be deposited over the exposed copper. In some embodiments, when depositing a silicon carbide film, the reaction conditions adjacent to the substrate may be free of O 2 , O 3 , and CO 2 , including oxidizing agents, such as radicals thereof. Thus, a silicon carbide film may be deposited directly over the exposed copper without oxidizing the copper (eg, without producing a second copper oxide). These silicon carbide films can serve as etch stop layers, which can also serve as copper diffusion barriers. The presence of a silicon carbide film can provide a sufficiently low dielectric constant with good leakage properties to serve as a diffusion barrier. The silicon carbide film may be an etch stop and/or diffusion barrier as such or as a double layer stack (eg, a SiCO/SiNC bilayer deposited over exposed copper). In some embodiments, a silicon carbide film may be disposed between adjacent metallization layers typically created by a damascene process. The silicon carbide film can be resistant to etching and can be dense enough to minimize diffusion of copper ions into adjacent regions of the dielectric material. In some embodiments, nitrogen may be incorporated into the film by employing nitrogen-containing precursors or plasma activated nitrogen-containing radicals, such as elemental nitrogen radicals or amine radicals.

도 1b에 도시된 바와 같이 일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막 (111) 은 기판 (110) 의 피처들 (112) 상에 컨포멀하게 증착될 수 있다. 피처들 (112) 은 격리되거나 치밀한 피처들일 수 있고, 피처들 (112) 은 상대적으로 작은 CD (critical dimension) 들을 가질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 피처들은 약 20 ㎚ 이하, 약 10 ㎚ 이하, 또는 약 5 ㎚ 이하인 CD를 가질 수 있다. 피처들 (112) 의 높이 대 폭 종횡비는 2:1 초과, 5:1 초과, 10:1 초과, 또는 20:1 초과일 수 있다. 피처들 (112) 상에 증착된 탄화 실리콘 막 (111) 의 단차 커버리지는 적어도 75 ％, 적어도 80 ％, 적어도 85 ％, 적어도 90 ％, 적어도 95 ％, 또는 적어도 99 ％이다.In some embodiments as shown in FIG. 1B, the silicon carbide film 111 may be conformally deposited on the features 112 of the substrate 110. The features 112 may be isolated or dense features, and the features 112 may have relatively small critical dimensions (CDs). In some embodiments, the features can have a CD that is about 20 nm or less, about 10 nm or less, or about 5 nm or less. The height to width aspect ratio of features 112 may be greater than 2:1, greater than 5:1, greater than 10:1, or greater than 20:1. The step coverage of the silicon carbide film 111 deposited on the features 112 is at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, or at least 99%.

일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 금속 또는 반도체 구조체들에 인접한 수직 구조체들로서 증착될 수도 있다. 탄화 실리콘의 증착은 수직 구조체들을 생성하도록 금속 또는 반도체 구조체들의 측벽들을 따라 우수한 단차 커버리지를 제공한다. 특정한 실시 예들에서, 수직 구조체들은 스페이서들 또는 라이너들로 지칭될 수도 있다.In some embodiments, the silicon carbide film may be deposited as vertical structures adjacent to metal or semiconductor structures. The deposition of silicon carbide provides good step coverage along the sidewalls of metal or semiconductor structures to create vertical structures. In certain embodiments, vertical structures may be referred to as spacers or liners.

도 1c는 트랜지스터의 게이트 전극 구조체의 측벽들 상에 증착된 탄화 실리콘 라이너들의 단면을 예시한다. 도 1c에 예시된 바와 같이, 트랜지스터는 소스 (122) 및 드레인 (123) 을 갖는 실리콘 기판 (120) 을 갖는 CMOS 트랜지스터일 수 있다. 게이트 유전체 (124) 는 실리콘 기판 (120) 위에 증착될 수 있고, 게이트 전극 (125) 은 트랜지스터를 형성하도록 게이트 유전체 (124) 위에 증착될 수 있다. 탄화 실리콘 스페이서들 또는 라이너들 (121) 은 게이트 전극 (125) 및 게이트 유전체 (124) 의 측벽들 상에 증착될 수 있다.1C illustrates a cross section of silicon carbide liners deposited on sidewalls of a gate electrode structure of a transistor. As illustrated in FIG. 1C, the transistor may be a CMOS transistor having a silicon substrate 120 having a source 122 and a drain 123. A gate dielectric 124 can be deposited over the silicon substrate 120 and a gate electrode 125 can be deposited over the gate dielectric 124 to form a transistor. Silicon carbide spacers or liners 121 may be deposited on the sidewalls of the gate electrode 125 and the gate dielectric 124.

또 다른 예에서, 도 1d는 에어 갭 타입 금속화 층에서 노출된 구리 라인들의 측벽들 상에 증착된 탄화 실리콘 막들의 단면을 예시한다. 에어 갭들 (130) 은 층의 유효 k-값을 감소시킬 수 있는 구리 라인들 (132) 사이의 집적 회로 층 내로 도입될 수 있다. 탄화 실리콘 라이너들 (131) 이 구리 라인들 (132) 의 측벽들 상에 증착될 수 있고, 컨포멀하지 않은 유전체 층 (133) 이 에어 갭들 (130), 라이너들 (131), 및 구리 라인들 (132) 상에 증착될 수 있다. 이러한 에어 갭 타입 금속화 층들의 예들은 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된, Fei Wang 등의 미국 특허 출원 공보 제 2004/0232552 호에 기술될 수 있다.In another example, FIG. 1D illustrates a cross section of silicon carbide films deposited on sidewalls of copper lines exposed in an air gap type metallization layer. Air gaps 130 can be introduced into the integrated circuit layer between the copper lines 132 which can reduce the effective k-value of the layer. Silicon carbide liners 131 may be deposited on the sidewalls of the copper lines 132, and a non-conformal dielectric layer 133 may include air gaps 130, liners 131, and copper lines. It may be deposited on 132. Examples of such air gap type metallization layers may be described in US Patent Application Publication No. 2004/0232552 to Fei Wang et al., which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes.

일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 패터닝된 다공성 유전체 재료들의 측벽들 상에 증착될 수도 있다. ULK 유전체 재료들은 다공성 구조로부터 이루어질 수 있다. 이러한 재료들의 기공들은 탄탈룸 (Ta) 과 같은 금속을 함유하는 확산 배리어들의 증착을 포함하여, 후속 층들의 증착 동안 금속의 진입을 위한 영역들을 제공할 수 있다. 너무 많은 금속이 유전체 재료 내로 마이그레이션한다면 (migrate), 유전체 재료는 인접한 구리 금속화 라인들 사이에 단락을 제공할 수도 있다.In some embodiments, a silicon carbide film may be deposited on the sidewalls of the patterned porous dielectric materials. ULK dielectric materials can be made from a porous structure. The pores of these materials can provide areas for entry of metal during deposition of subsequent layers, including deposition of diffusion barriers containing a metal such as tantalum (Ta). If too much metal migrates into the dielectric material, the dielectric material may provide a short between adjacent copper metallization lines.

도 1e는 다공성 유전체 재료들에 대한 기공 시일링제로서 탄화 실리콘 막의 단면을 예시한다. 다공성 유전체 층 (142) 은 기공들 (140) 을 형성하도록 다공성 유전체 층 (142) 내로 절단된 복수의 트렌치들 또는 비아들을 가질 수 있다. 탄화 실리콘 막 (141) 은 기공들 (140) 을 효과적으로 시일링하도록 기공들 (140) 을 따라 증착될 수 있다. 탄화 실리콘 막 (141) 으로 기공들 (140) 을 시일링하는 것은 그렇지 않으면 플라즈마를 사용하는 다른 시일링 기법들에 의해 발생할 수도 있는 다공성 유전체 층 (142) 의 손상을 방지할 수 있다. 탄화 실리콘 막 (141) 은 기공 시일링제로서 충분히 치밀할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 다공성 유전체 층 (142) 과 같은 에칭된 유전체 재료는 먼저 다공성 유전체 층 (142) 을 UV 복사선 및 환원제에 노출시키는 "k-복구" 프로세스에 의해 처리될 수도 있다. 이 복구 프로세스는 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된, Varadarajan 등의 공동으로 소유된 미국 특허 출원 공보 제 2011/0111533 호에 더 기술된다. 또 다른 "k-복구" 프로세스에서, 다공성 유전체 층 (142) 은 UV 복사선 및 화학적 실릴화제에 노출될 수 있다. 이 복구 프로세스는 전체가 모든 목적들을 위해 참조로서 본 명세서에 인용된, Varadarajan 등의 공동으로 소유된 미국 특허 출원 공보 제 2011/0117678 호에 더 기술된다. 표면을 보다 친수성이 되게 하고 재료의 단층을 제공하는, 기공들 (140) 을 복구 처리에 노출한 후, 컨포멀하게 증착된 탄화 실리콘 막 (141) 층이 다공성 유전체 층 (142) 의 기공들 (140) 을 효과적으로 시일링하도록 증착될 수 있다.1E illustrates a cross section of a silicon carbide film as a pore sealing agent for porous dielectric materials. Porous dielectric layer 142 can have a plurality of trenches or vias cut into porous dielectric layer 142 to form pores 140. The silicon carbide film 141 may be deposited along the pores 140 to effectively seal the pores 140. Sealing the pores 140 with the silicon carbide film 141 may prevent damage to the porous dielectric layer 142 that may otherwise be caused by other sealing techniques using plasma. The silicon carbide film 141 can be sufficiently dense as a pore sealing agent. In some embodiments, an etched dielectric material such as porous dielectric layer 142 may be treated by a “k-recovery” process that first exposes porous dielectric layer 142 to UV radiation and a reducing agent. This recovery process is further described in jointly owned US Patent Application Publication No. 2011/0111533 to Varadarajan et al., which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes. In another "k-recovery" process, the porous dielectric layer 142 may be exposed to UV radiation and a chemical silylating agent. This recovery process is further described in jointly owned US Patent Application Publication No. 2011/0117678 to Varadarajan et al., which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes. After exposing the pores 140 to the repair treatment, which renders the surface more hydrophilic and provides a monolayer of material, the conformally deposited silicon carbide film 141 layer is formed of the pores of the porous dielectric layer 142 ( 140) can be deposited to effectively seal.

일부 실시 예들에서, 탄화 실리콘 막은 ULK 유전체 재료 자체로서 증착될 수도 있다. ULK 유전체들은 관례적으로 2.5보다 낮은 유전 상수를 갖는 재료들로 규정된다. 이러한 구성들에서, 탄화 실리콘의 ULK 유전체 재료는 다공성 유전체 층일 수 있다. 유전체 층의 기공들은 고리형 실록산들 및 실세스퀴옥산들을 포함하는 고리형 또는 케이지된 전구체 분자들을 사용함으로써 도입될 수 있다. 일 예에서, 탄화 실리콘의 ULK 유전체 층의 다공성은 약 20 ％ 내지 50 ％일 수 있다. 또한, ULK 유전체 층은 약 100 Å 미만, 예컨대 약 5 Å 내지 20 Å의 평균 기공 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들어, 사이클로실록산 고리는 약 6.7 Å의 반경을 가질 수 있다. 기공들의 수 및 사이즈를 증가시키는 것은 유전 상수를 낮출 수 있지만, 유전체 층이 너무 다공성이라면 유전체 층의 기계적 무결성이 절충될 수 있다.In some embodiments, the silicon carbide film may be deposited as the ULK dielectric material itself. ULK dielectrics are customarily defined as materials with a dielectric constant less than 2.5. In these configurations, the ULK dielectric material of silicon carbide may be a porous dielectric layer. The pores of the dielectric layer can be introduced by using cyclic or caged precursor molecules including cyclic siloxanes and silsesquioxanes. In one example, the porosity of the ULK dielectric layer of silicon carbide may be between about 20% and 50%. Further, the ULK dielectric layer may have an average pore size of less than about 100 Å, such as between about 5 Å and 20 Å. For example, the cyclosiloxane ring can have a radius of about 6.7 Å. Increasing the number and size of pores can lower the dielectric constant, but if the dielectric layer is too porous, the mechanical integrity of the dielectric layer can be compromised.

결론conclusion

전술한 기술 (description) 에서, 제시된 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 수많은 구체적 상세들이 제시되었다. 개시된 실시예들은 이들 구체적인 상세들 중 일부 또는 전부가 없이 실시될 수도 있다. 다른 예들에서, 공지된 프로세스 동작들은 개시된 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해 상세히 기술되지 않았다. 개시된 실시예들이 구체적인 실시예들과 함께 기술되었지만, 이는 개시된 실시예들을 제한하는 것으로 의도되지 않았다는 것이 이해될 것이다.In the foregoing description, numerous specific details have been set forth in order to provide a thorough understanding of the presented embodiments. The disclosed embodiments may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well-known process operations have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure the disclosed embodiments. While the disclosed embodiments have been described in conjunction with specific embodiments, it will be understood that this is not intended to limit the disclosed embodiments.

전술한 실시예들이 이해의 명확성의 목적들을 위해 다소 상세히 기술되었지만, 특정한 변화들 및 수정들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 실시될 수도 있다는 것이 자명할 것이다. 본 실시 예들의 프로세스들, 시스템들, 및 장치를 구현하는 많은 대안적인 방식들이 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 본 실시예들은 예시적이고, 제한적이지 않은 것으로 간주될 것이며, 실시예들은 본 명세서에 주어진 세부사항들로 한정되지 않을 것이다.While the foregoing embodiments have been described in some detail for purposes of clarity of understanding, it will be apparent that certain changes and modifications may be practiced within the scope of the appended claims. It should be noted that there are many alternative ways of implementing the processes, systems, and apparatus of the present embodiments. Accordingly, the present embodiments will be regarded as illustrative and non-limiting, and the embodiments will not be limited to the details given herein.

Claims (17)

기판 상에 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법에 있어서,
반응 챔버 내에 기판을 제공하는 단계;
실리콘-함유 전구체를 상기 기판을 향해 상기 반응 챔버 내로 흘리는 단계로서, 상기 실리콘-함유 전구체는 실리콘 원자에 결합된 적어도 2 개의 수소 원자들을 갖는, 상기 실리콘-함유 전구체를 흘리는 단계;
상기 실리콘-함유 전구체와 함께 상기 반응 챔버 내로 탄소-함유 전구체를 흘리는 단계로서, 상기 탄소-함유 전구체는 하나 이상의 탄소-대-탄소 이중 결합들 또는 삼중 결합들을 갖는 탄화수소 분자인, 상기 탄소-함유 전구체를 흘리는 단계;
수소 소스 가스로부터, 상기 실리콘-함유 전구체 및 상기 탄소-함유 전구체의 업스트림에서 생성되는 리모트 플라즈마 소스에서 수소 라디칼들을 생성하는 단계; 및
상기 반응 챔버 내로 그리고 상기 기판을 향하여 상기 수소 라디칼들을 도입하는 단계로서, 상기 수소 라디칼들은 상기 기판 상에 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막을 형성하기 위해 상기 실리콘-함유 전구체 및 상기 탄소-함유 전구체와 반응하도록 바닥 상태에 있는, 상기 수소 라디칼들을 도입하는 단계를 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.In the method of depositing a silicon carbide film on a substrate,
Providing a substrate within the reaction chamber;
Flowing a silicon-containing precursor toward the substrate into the reaction chamber, the silicon-containing precursor having at least two hydrogen atoms bonded to a silicon atom;
Flowing a carbon-containing precursor together with the silicon-containing precursor into the reaction chamber, wherein the carbon-containing precursor is a hydrocarbon molecule having one or more carbon-to-carbon double bonds or triple bonds. Shedding;
Generating hydrogen radicals from a hydrogen source gas in a remote plasma source generated upstream of the silicon-containing precursor and the carbon-containing precursor; And
Introducing the hydrogen radicals into the reaction chamber and towards the substrate, wherein the hydrogen radicals react with the silicon-containing precursor and the carbon-containing precursor to form a doped or undoped silicon carbide film on the substrate. And introducing the hydrogen radicals, which are in a ground state to make, a silicon carbide film. 제 1 항에 있어서,
상기 기판에 인접한 환경의 모든 또는 실질적으로 모든 수소 라디칼들은 상기 바닥 상태의 수소 라디칼들인, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 1,
A method of depositing a silicon carbide film, wherein all or substantially all hydrogen radicals in the environment adjacent to the substrate are hydrogen radicals in the ground state. 제 1 항에 있어서,
상기 탄화수소 분자는 프로필렌, 부텐, 펜텐, 부타디엔, 펜타디엔, 헥사디엔, 헵타디엔, 톨루엔, 벤젠, 프로핀, 부틴, 펜틴, 또는 헥신을 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법. The method of claim 1,
The hydrocarbon molecule comprises propylene, butene, pentene, butadiene, pentadiene, hexadiene, heptadiene, toluene, benzene, propine, butine, pentine, or hexine. 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 전구체는 실란, 디실란, 트리실란, 메틸실란, 또는 디메틸실란을 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 1,
The silicon-containing precursor comprises silane, disilane, trisilane, methylsilane, or dimethylsilane. 제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 원자에 결합된 적어도 2 개의 수소 원자들을 갖는 상기 실리콘-함유 전구체는 상기 실리콘 원자에 결합된 2 개 이상의 탄소 원자들, 질소 원자들, 및/또는 산소 원자들을 갖지 않는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법. The method of claim 1,
The silicon-containing precursor having at least two hydrogen atoms bonded to the silicon atom deposits a silicon carbide film, which does not have two or more carbon atoms, nitrogen atoms, and/or oxygen atoms bonded to the silicon atom. Way. 제 1 항에 있어서,
상기 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 1,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the doped or undoped silicon carbide film has no or substantially no CC bonds. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리모트 플라즈마 소스에서 상기 수소 소스 가스와 함께 질화제를 제공하는 단계로서, 상기 질화제의 라디칼들은 상기 리모트 플라즈마 소스에서 생성되는, 상기 질화제를 제공하는 단계; 및
상기 수소의 라디칼들과 함께 상기 질화제의 라디칼들을 상기 반응 챔버 내로 그리고 상기 기판을 향해 도입하는 단계로서, 탄화질화 실리콘 (SiCN) 막을 형성하기 위해 상기 질화제의 라디칼들 및 상기 수소의 라디칼들은 상기 실리콘-함유 전구체 및 상기 탄소-함유 전구체와 반응하는, 상기 질화제의 라디칼들을 도입하는 단계를 더 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
Providing a nitriding agent together with the hydrogen source gas in the remote plasma source, wherein radicals of the nitriding agent are generated in the remote plasma source; And
Introducing the radicals of the nitrifying agent together with the radicals of the hydrogen into the reaction chamber and toward the substrate, wherein the radicals of the nitriding agent and the radicals of the hydrogen are used to form a silicon carbide nitride (SiCN) film. A method of depositing a silicon carbide film, further comprising the step of introducing radicals of the nitride agent, which react with the silicon-containing precursor and the carbon-containing precursor. 제 7 항에 있어서,
상기 SiCN 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않고, C-N 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-N 결합들을 갖지 않는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 7,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the SiCN film has no or substantially no CC bonds, no CN bonds or substantially no CN bonds. 제 7 항에 있어서,
상기 질화제는 질소 (N2) 또는 암모니아 (NH3) 를 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 7,
The nitriding agent comprises nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ), a method of depositing a silicon carbide film. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리모트 플라즈마 소스에서 상기 수소 소스 가스와 함께 산화제를 제공하는 단계로서, 상기 산화제의 라디칼들은 상기 리모트 플라즈마 소스에서 생성되는, 상기 산화제를 제공하는 단계; 및
상기 수소의 라디칼들과 함께 상기 질화제의 라디칼들을 상기 반응 챔버 내로 그리고 상기 기판을 향해 도입하는 단계로서, 산화탄화 실리콘 (SiCO) 막을 형성하기 위해 상기 질화제의 라디칼들 및 상기 수소의 라디칼들은 상기 실리콘-함유 전구체 및 상기 탄소-함유 전구체와 반응하는, 상기 질화제의 라디칼들을 도입하는 단계를 더 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
Providing an oxidizing agent together with the hydrogen source gas in the remote plasma source, wherein radicals of the oxidizing agent are generated in the remote plasma source; And
Introducing the radicals of the nitrifying agent together with the radicals of the hydrogen into the reaction chamber and toward the substrate, wherein the radicals of the nitriding agent and the radicals of the hydrogen to form a silicon oxide carbide (SiCO) film are the A method of depositing a silicon carbide film, further comprising the step of introducing radicals of the nitride agent, which react with the silicon-containing precursor and the carbon-containing precursor. 제 10 항에 있어서,
상기 SiCO 막은 C-C 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-C 결합들을 갖지 않고, C-O 결합들을 갖지 않거나 실질적으로 C-O 결합들을 갖지 않는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 10,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the SiCO film has no or substantially no CC bonds, no CO bonds or substantially no CO bonds. 제 10 항에 있어서,
상기 산화제는 이산화탄소 (CO2), 일산화탄소 (CO), 산소 (O2), 오존 (O3), 또는 아산화질소 (N2O) 를 포함하는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method of claim 10,
The oxidizing agent includes carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), or nitrous oxide (N 2 O). 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리콘-함유 전구체는 실란-기반 전구체인, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the silicon-containing precursor is a silane-based precursor. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막은 적어도 75 ％의 컨포멀성 (conformality) 을 갖는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the doped or undoped silicon carbide film has a conformality of at least 75%. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄화 실리콘 막은 도핑되지 않은 탄화 실리콘 (SiC) 인, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the silicon carbide film is undoped silicon carbide (SiC). 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막 내의 실리콘의 원자 농도는 적어도 25 ％이고, 그리고 상기 도핑되거나 도핑되지 않은 탄화 실리콘 막 내의 탄소의 원자 농도는 적어도 25 ％인, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
The method of depositing a silicon carbide film, wherein the atomic concentration of silicon in the doped or undoped silicon carbide film is at least 25%, and the atomic concentration of carbon in the doped or undoped silicon carbide film is at least 25%. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실리콘 함유 전구체는 (i) C-O 결합들을 갖지 않고, 그리고 (ii) C-N 결합들을 갖지 않는, 탄화 실리콘 막을 증착하는 방법.The method according to any one of claims 1 to 6,
The silicon-containing precursor is (i) has no CO bonds, and (ii) has no CN bonds, a method of depositing a silicon carbide film.
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