用于沉积含硅膜的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷制造技术

本文公开了具有至少两个硅原子和两个氧原子以及有机氨基基团的氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷以及用于制备所述低聚硅氧烷的方法。本文还公开了使用所述有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷沉积含硅和氧的膜的方法。

Organo amino functionalized linear and cyclic oligomeric siloxane used for depositing silicon containing films

Amino functionalized linear and cyclic oligosiloxanes with at least two silicon atoms and two oxygen atoms and organic amino groups and methods for preparing the oligosiloxanes are disclosed. A method for depositing silicon and oxygen-containing membranes using the organic amino functionalized linear and cyclic oligosiloxanes is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
用于沉积含硅膜的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年2月8日提交的美国临时申请序列号62/456,297和2017年10月20日提交的美国临时申请序列号62/574,952的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及可用于沉积含硅和氧的膜(例如氧化硅、氧碳氮化硅、氧碳化硅、碳掺杂氧化硅，以及其它含硅和氧的膜)的有机硅化合物，使用所述化合物沉积含氧化硅膜的方法以及由所述化合物和方法获得的膜。
技术介绍
本文描述了新颖的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷前体化合物和包含该前体化合物以通过热原子层沉积(ALD)或等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺或其组合沉积含硅膜(例如但不限于氧化硅、氧氮化硅、氧碳氮化硅或碳掺杂氧化硅)的组合物和方法。更具体地，本文描述了用于在约600℃或更低(包括例如约25℃至约300℃)的一个或多个沉积温度下形成化学计量的或非化学计量的含硅膜或材料的组合物和方法。原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)是用于在低温(<500℃)下沉积例如氧化硅保形膜的工艺。在ALD和PEALD工艺两者中，前体和反应性气体(如氧气或臭氧)被单独脉冲一定次数的循环，以在每个循环时形成氧化硅单层。然而，使用这些工艺在低温下沉积的氧化硅可能含有一定水平的杂质，例如但不限于碳(C)或氢(H)，这可能在某些半导体应用中是有害的。为了解决这一问题，一个可能的解决方案是将沉积温度提高到500℃或更高。然而，在这些较高的温度下，半导体工业所使用的常规前体倾向于自反应、热分解，并以化学气相沉积(CVD)模式而不是ALD模式沉积。与ALD沉积相比，CVD模式沉积具有降低的保形性，特别是对于在许多半导体应用中需要的高纵横比结构。另外，与ALD模式沉积相比，CVD模式沉积对膜或材料厚度具有更少的控制。可以用于通过原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺在相对低的温度(<300℃)下和以相对高的每循环生长(GrowthPerCycle)(GPC>/循环)沉积含硅膜的有机氨基硅烷和氯硅烷前体在本领域中是已知的。已知前体和方法的实例公开于以下公开出版物、专利和专利申请中。美国专利号7,084,076B2描述了卤素取代或NCO取代的二硅氧烷前体使用碱催化ALD工艺沉积氧化硅膜的用途。美国公布号2015087139AA描述了使用氨基官能化碳硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。美国专利号9,337,018B2描述了使用有机氨基乙硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。美国专利号8,940,648B2、9,005,719B2和8,912,353B2描述了使用有机氨基硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。美国公布号2015275355AA描述了使用单和双(有机氨基)烷基硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。美国公布号2015376211A描述了使用单(有机氨基)取代的、卤素取代的和假卤化物(pseudohalido-)取代的三甲硅烷基胺通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。公布号WO15105337和美国专利号9,245,740B2描述了使用烷基化三甲硅烷基胺通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。公布号WO15105350描述了使用具有至少一个Si-H键的四元环环二硅氮烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。美国专利号7,084,076B2描述了卤素取代的或NCO取代的二硅氧烷前体使用碱催化ALD工艺沉积氧化硅膜的用途。前文确定的专利和专利申请的公开内容通过引入并入本文。本领域需要用于以高的每循环生长(GPC)沉积含氧化硅膜的前体和方法，以使半导体制造设施中的生产量最大化。尽管某些前体能够以>/循环的GPC进行沉积，但这些前体具有缺点，如低质量的膜(元素污染、低密度、不良的电性质、高湿蚀刻速率)、高工艺温度、需要催化剂、昂贵、产生低保形膜等缺点。
技术实现思路
本专利技术通过提供含硅和含氧的前体，特别是有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷(其具有至少两个硅和两个氧原子以及用于将低聚硅氧烷单元锚定到衬底表面的有机氨基基团)作为沉积含硅和氧的膜的工艺的部分而解决与常规前体和工艺相关的问题。本专利技术公开的多硅前体与上述
技术介绍
部分中描述的那些相比具有新颖的结构，且因此可以提供在涉及前体合成的成本或便利性、前体的物理性质(包括热稳定性、反应性或挥发性)、沉积含硅膜的工艺或沉积的含硅膜的性质的一个或多个方面的优势。本专利技术公开了组合物，其包含选自式A、B、C、D和E的至少一种有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物：其中R1选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基；R2选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；R3-10各自独立地选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基和C4至C10芳基；和X选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基、C4至C10芳基、C1至C10酰基、胺基(-NR1R2)、H、Cl、Br、I、F、C2至C12羧酸酯基、C1至C10直链或支链烷氧基、三甲基甲硅烷氧基、二甲基甲硅烷氧基、甲基甲硅烷氧基和甲硅烷氧基，其中R1和X连接形成环状环或不连接形成环状环，其中如果在式C中R1-8全部是甲基，则X不可以是三甲基甲硅烷氧基，并且其中如果在式D中R1-10全部是甲基，则X不可以是甲基或二甲基氨基。本文描述了用于使用含氧反应物源、含氮反应物源或其组合，在等离子体增强ALD(PEALD)、等离子体增强循环化学气相沉积(PECCVD)、可流动化学气相沉积(FCVD)、等离子体增强可流动化学气相沉积(PEFCVD)、等离子体增强ALD样工艺(plasmaenhancedALD-like)或ALD工艺中，在相对低的温度下(例如，在600℃或更低的一个或多个温度下)，沉积化学计量的或非化学计量的含硅和氧的材料或膜(例如但不限于氧化硅、碳掺杂氧化硅、氧氮化硅膜或碳掺杂氧氮化硅膜)的方法。在一个方面，本专利技术公开了用于将包含硅和氧的膜沉积到衬底上的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在反应器中提供衬底；(b)向所述反应器中引入选自式A、B、C、D和E的至少一种硅前体化合物，其中R1选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基；R2选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；R3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，其包含选自式A、B、C和D的至少一种有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物：

【技术特征摘要】
2017.02.08 US 62/456,297;2017.10.20 US 62/574,952;1.一种组合物，其包含选自式A、B、C和D的至少一种有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物：其中，R1选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基；R2选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；R3-10各自独立地选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基和C4至C10芳基；和X选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基、C4至C10芳基、C1至C10酰基、胺基(-NR1R2)、H、Cl、Br、I、F、C2至C12羧酸酯基、C1至C10直链或支链烷氧基、三甲基甲硅烷氧基、二甲基甲硅烷氧基、甲基甲硅烷氧基和甲硅烷氧基，其中R1和X连接形成环状环或不连接形成环状环，其中如果在式C中R1-8全部是甲基，则X不可以是三甲基甲硅烷氧基，并且其中如果在式D中R1-10全部是甲基，则X不可以是甲基或二甲基氨基。2.根据权利要求1所述的组合物，其包含选自式A和式B的至少一种化合物。3.根据权利要求1所述的组合物，其包含选自式C和式D的至少一种化合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，所述组合物还包含选自溶剂和吹扫气体的至少一种。5.根据权利要求2所述的组合物，其中R1-9各自独立地选自氢和C1至C4烷基。6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其中所述组合物基本上不含选自卤化物、金属离子、金属及其组合的一种或多种杂质。7.根据权利要求2所述的组合物，其中所述有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物选自：2-二甲基氨基-2,4,4,6,6-五甲基环三硅氧烷、2-二乙基氨基-2,4,4,6,6-五甲基环三硅氧烷、2-乙基甲基氨基-2,4,4,6,6-五甲基环三硅氧烷、2-异丙基氨基-2,4,4,6,6-五甲基环三硅氧烷、2-二甲基氨基-2,4,4,6,6,8,8-七甲基环四硅氧烷、2-二乙基氨基-2,4,4,6,6,8,8-七甲基环四硅氧烷、2-乙基甲基氨基-2,4,4,6,6,8,8-七甲基环四硅氧烷、2-异丙基氨基-2,4,4,6,6,8,8-七甲基环四硅氧烷、2-二甲基氨基-2,4,6-三甲基环三硅氧烷、2-二乙基氨基-2,4,6-三甲基环三硅氧烷、2-乙基甲基氨基-2,4,6-三甲基环三硅氧烷、2-异丙基氨基-2,4,6-三甲基环三硅氧烷、2-二甲基氨基-2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷、2-二乙基氨基-2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷、2-乙基甲基氨基-2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷和2-异丙基氨基-2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷。8.根据权利要求3所述的组合物，其中所述有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物选自：1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5-六甲基-5-甲氧基三硅氧烷、1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5,7,7-八甲基-7-甲氧基四硅氧烷、1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5-六甲基-5-乙酰氧基三硅氧烷、1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5,7,7-八甲基-7-乙酰氧基四硅氧烷、1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9,9-十一甲基五硅氧烷、1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5,7,7-八甲基四硅氧烷，1-二甲基氨基-1,1,3,3,5,5,7,7,9,9-十甲基五硅氧烷、1-二甲基氨基-1,3,3,5,5,7,7,7-八甲基四硅氧烷、1-二甲基氨基-1,3,3,5,5,7,7,9,9,9-十甲基五硅氧烷、1-二甲基氨基-3,3,5,5,7,7,7-七甲基四硅氧烷、1-二甲基氨基-3,3,5,5,7,7,9,9,9-九甲基五硅氧烷、1-二甲基氨基-1,3,5,7,7,7-六甲基四硅氧烷和1-二甲基氨基-1,3,5,7,9,9,9-七甲基五硅氧烷。9.一种用于制备选自式A和B的有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物的方法：所述方法包括以下步骤：如反应式(1)或(3)所示，在催化剂的存在下使式(i)的环三硅氧烷化合物或式(iii)的环四硅氧烷化合物与有机胺反应：其中，R1选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基；R2选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；和R3-9各自独立地选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基和C4至C10芳基。10.根据权利要求9所述的方法，其中R1-9各自独立地选自氢和C1至C4烷基。11.一种用于制备选自式A和B的有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物的方法：所述方法包括以下步骤：如反应式(2)或(4)所示，在催化剂的存在下使式(ii)的氯化环三硅氧烷化合物或式(iv)的氯化环四硅氧烷化合物与有机胺或有机胺的金属盐反应：其中，R1选自C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基；R2选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支链烷基、C3至C10环状烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；和R3-9各自独立地选自氢、C1至C10直链烷基、C3至C10支...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧满超，M·R·麦克唐纳，雷新建，王美良，
申请(专利权)人：弗萨姆材料美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US