组合物和使用其沉积含硅膜的方法技术

本文描述了组合物和使用其在具有表面特征的衬底的至少一个表面上形成含硅膜的方法，所述含硅膜例如但不限于碳化硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅，碳掺杂氮化硅、碳掺杂氧化硅或碳掺杂氮氧化硅膜。在一个方面中，使用包含碳‑碳双键或碳‑碳三键的第一化合物和包含至少一个Si‑H键的第二化合物的共沉积来沉积含硅膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组合物和使用其沉积含硅膜的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年2月26日提交的申请号62/300,312的权益。申请号62/300,312的公开内容通过引用并入本文。
本文描述了一种用于制造电子器件的工艺。更具体而言，本文描述了用于在沉积工艺(例如但不限于可流动化学气相沉积)中形成含硅膜的组合物。可使用本文描述的组合物和方法沉积的示例性含硅膜包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或碳掺杂氧化硅或碳掺杂氮化硅膜。
技术介绍
美国公开号2013/0217241公开了含Si-C-N的可流动层的沉积和处理。Si和C可来自含Si-C的前体，而N可来自含N的前体。处理含Si-C-N的初始可流动层以除去使得能够流动的组分。这些组分的除去可增加蚀刻耐受性、减少收缩、调节膜张力和电性质。后处理可以是热退火、UV暴露或高密度等离子体。美国专利号8889566公开了一种通过用局部等离子体激发硅前体并用第二等离子体沉积来沉积可流动膜的方法。所述硅前体可以是甲硅烷基胺、更高级的硅烷或卤代硅烷。第二反应物气体可以是NH3、N2、H2和/或O2。美国专利号7825040公开了一种通过引入烷氧基硅烷或氨基硅烷前体填充间隙，并通过等离子体反应沉积可流动的含Si膜的方法。所述前体不含Si-C键或C-C键。美国专利号8889566、7521378和8575040描述了使用可流动化学气相沉积工艺沉积氧化硅膜的一种方法是气相聚合。使用诸如三甲硅烷基胺(TSA)的化合物沉积含有Si、H和N的低聚物，随后使用臭氧暴露将其氧化成SiOx膜。美国专利号8846536公开了一种沉积和改性可流动介电膜的方法。通过一个或多个集成工艺，所述可流动介电膜的湿蚀刻速率可以改变至少10倍。前面提到的专利和专利申请的公开内容通过引用并入本文。尽管在与可流动化学气相沉积和其他膜沉积工艺有关的领域中存在最新的活动，但问题仍然存在。这些问题之一与膜应力和空隙有关。可流动膜大多在较低温度下沉积，高温和高能量后处理导致高膜应力并在特征中产生空隙。由于低工艺温度下的低膜质量，降低湿蚀刻速率一直是具有挑战性的。因此，需要提供替代的前体化合物、前体组合或改性技术、或其组合。
技术实现思路
本文描述的组合物或制剂以及使用其的方法通过在衬底表面的至少一部分上沉积含硅膜来克服现有技术的问题，所述含硅膜在沉积后处理时提供所需的膜性质。本专利技术的组合物和方法可以提供具有以下特征的含硅膜：i)使用Toho应力工具测量的热固化后约10至约20MPa范围内，以及UV固化后约150至约190MPa范围内的膜拉伸应力，和ii)通过X射线反射率测量的约1.35至约2.10g/cm3范围内的密度。含硅膜选自氮化硅、碳化硅、氧化硅、碳掺杂氮化硅、氮氧化硅和碳掺杂氮氧化硅膜。在某些实施方式中，衬底包含表面特征。如本文所用，术语“表面特征”是指衬底或部分制造的衬底包含以下中的一者或多者：孔隙、沟槽、浅沟槽隔离(STI)、通孔、凹入特征等。组合物可以是预混组合物、预混合物(在用于沉积工艺之前混合)或原位混合物(在沉积工艺过程中混合)。因此，在本公开中，术语“混合物”、“制剂”和“组合物”是可互换的。在一个方面中，提供了一种用于沉积含硅膜的方法，所述方法包括：将包含表面特征的衬底置入反应器中，所述反应器处于-20℃至约400℃范围内的一个或多个温度下；向所述反应器中引入具有至少一个碳-碳双键或碳-碳三键的第一化合物，其中所述至少一种第一化合物具有式RnSiR14-n，其中R选自直链或支链C2至C6烯基、直链或支链C2至C6炔基；R1选自氢和支链C1至C10烷基；且n是选自0、1、2、3的数字；向所述反应器中引入具有至少一个Si-H键的第二化合物，其中所述至少一种第二化合物选自由下式IIA至IIH和IIIA构成的组：IIA.具有式SixH2x+2的聚硅烷化合物，其中x是2至6的数字；IIB.具有式R1mSiH4-m的化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；且m是选自1、2和3的数字；IIC.具有式SiH3-R2-SiH3的化合物，其中R2是直链或支链C1至C6亚烷基；IID.具有式R3SiH2-R2-SiH2R4的化合物，其中R2是直链或支链C1至C6亚烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链支链C1至C10烷基；IIE.具有式(R3R4N)nSiH3-nR1的化合物，其中R1选自氢和支链C1至C10烷基；R3选自氢、支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；IIF.硅杂环烷基化合物；IIG.三甲硅烷基胺化合物或其衍生物；IIH.具有式[(R3R4N)pSiH3-p]2NR1或[R3pSiH2-pNR1]q的硅氮烷化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；p＝0、1、2；q＝2或3；IIIA.具有式(R3R4N)SiH2SiH3的有机氨基乙硅烷，其中R3选自氢、支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；在一些实施方式中，R3和R4可以连接以形成环；在其他实施方式中，R3和R4不连接成环；和将等离子体源提供到所述反应器中以使所述第一和第二化合物至少部分地反应以形成可流动的液体或低聚物，其中所述可流动的液体或低聚物至少部分地填充所述表面特征的一部分。在一个特定的实施方式中，等离子体源选自但不限于以下：氮等离子体；包含氮和氦的等离子体；包含氮和氩的等离子体；氨等离子体；包含氨和氦的等离子体；包含氨和氩的等离子体；氦等离子体；氩等离子体；氢等离子体；包含氢和氦的等离子体；包含氢和氩的等离子体；包含氨和氢的等离子体；有机胺等离子体；包含氧的等离子体；包含氧和氢的等离子体，及其混合物。在另一个实施方式中，等离子体源选自但不限于碳源等离子体，包括烃等离子体、包含烃和氦的等离子体、包含烃和氩的等离子体、二氧化碳等离子体、一氧化碳等离子体、包含烃和氢的等离子体、包含烃和氮源的等离子体、包含烃和氧源的等离子体、及其混合物。在任何上述或替代实施方式中，在约100℃至约1000℃范围内的一个或多个温度下处理可流动的液体或低聚物，以使至少一部分材料致密化。在一些实施方式中，将热处理后(postthermaltreatment)材料暴露于等离子体、红外光、化学处理、电子束或UV光以形成致密膜。上述步骤定义了本文所述方法的一个循环；并且可以重复该循环，直至获得所需厚度的含硅膜。在该实施方式或其他实施方式中，应当理解，本文所述方法的步骤可以以各种顺序进行，可以依序或同时进行(例如，在另一步骤的至少一部分期间)，及其任何组合。供应化合物和其它试剂的各自步骤可以通过改变供应它们的时间段来进行以改变所得含硅膜的化学计量组成。本专利技术的一个实施方式涉及用于形成含硅膜的化学前体，其包含至少两种化合物，其中第一化合物包含选自具有至少一个碳-碳双键或C-C三键的化合物中的至少一个成员，其中所述化合物由式RnSiR14-n表示，其中R选自直链或支链C2至C6烯基、直链或支链C2至C6炔基；R1选自氢和支链C1至C10烷基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在可流动化学气相沉积工艺中沉积含硅膜的方法，所述方法包括：将包含表面特征的衬底置入反应器中，所述反应器处于‑20℃至约400℃范围内的一个或多个温度下；向所述反应器中引入具有至少一个碳‑碳双键或碳‑碳三键的第一化合物，其中所述第一化合物具有式RnSiR14‑n，其中R选自直链或支链C2至C6烯基、直链或支链C2至C6炔基；R1选自氢和支链C1至C10烷基；且n是选自0、1、2和3的数字；向所述反应器中引入具有至少一个Si‑H键的第二化合物，其中所述至少一种第二化合物选自由下式IIA至IIH构成的组：IIA.具有式SixH2x+2的聚硅烷化合物，其中x是2至6的数字；IIB.具有式R1mSiH4‑m的化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；且m是选自1、2和3的数字；IIC.具有式SiH3‑R2‑SiH3的化合物，其中R2是直链或支链C1至C6亚烷基；IID.具有式R3SiH2‑R2‑SiH2R4的化合物，其中R2是直链或支链C1至C6亚烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；IIE.具有式(R3R4N)nSiH3‑nR1的化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；IIF.硅杂环烷基化合物；IIG.三甲硅烷基胺化合物或其衍生物；和IIH.具有式[(R3R4N)pSiH3‑p]2NR1或[R3pSiH2‑pNR1]q的硅氮烷化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；p＝0、1、2；q＝2或3；和IIIA.具有式(R3R4N)SiH2SiH3的有机氨基乙硅烷，其中R3选自氢、支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.26 US 62/300,3121.一种用于在可流动化学气相沉积工艺中沉积含硅膜的方法，所述方法包括：将包含表面特征的衬底置入反应器中，所述反应器处于-20℃至约400℃范围内的一个或多个温度下；向所述反应器中引入具有至少一个碳-碳双键或碳-碳三键的第一化合物，其中所述第一化合物具有式RnSiR14-n，其中R选自直链或支链C2至C6烯基、直链或支链C2至C6炔基；R1选自氢和支链C1至C10烷基；且n是选自0、1、2和3的数字；向所述反应器中引入具有至少一个Si-H键的第二化合物，其中所述至少一种第二化合物选自由下式IIA至IIH构成的组：IIA.具有式SixH2x+2的聚硅烷化合物，其中x是2至6的数字；IIB.具有式R1mSiH4-m的化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；且m是选自1、2和3的数字；IIC.具有式SiH3-R2-SiH3的化合物，其中R2是直链或支链C1至C6亚烷基；IID.具有式R3SiH2-R2-SiH2R4的化合物，其中R2是直链或支链C1至C6亚烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；IIE.具有式(R3R4N)nSiH3-nR1的化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；IIF.硅杂环烷基化合物；IIG.三甲硅烷基胺化合物或其衍生物；和IIH.具有式[(R3R4N)pSiH3-p]2NR1或[R3pSiH2-pNR1]q的硅氮烷化合物，其中R1选自氢和直链或支链C1至C10烷基；R3选自氢、直链或支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基；p＝0、1、2；q＝2或3；和IIIA.具有式(R3R4N)SiH2SiH3的有机氨基乙硅烷，其中R3选自氢、支链C1至C10烷基和C4至C10芳基；且R4选自直链或支链C1至C10烷基。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括含氮的等离子体源，其选自氮等离子体、包含氮和氢的等离子体、包含氮和氦的等离子体、包含氮和氩的等离子体、氨等离子体、包含氨和氦的等离子体、包含氨和氩的等离子体、包含氨和氮的等离子体、NF3、NF3等离子体、有机胺等离子体及其混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括等离子体源，其选自但不限于碳源等离子体，包括烃等离子体、包含烃和氦的等离子体、包含烃和氩的等离子体、二氧化碳等离子体、一氧化碳等离子体、包含烃和氢的等离子体、包含烃和氮源的等离子体、包含烃和氧源的等离子体及其混合物。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体源选自但不限于氢等离子体、氦等离子体、氩等离子体，氙等离子体及其混合物。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供步骤包括含氧的等离子体源，其选自水(H2O)等离子体、氧等离子体、臭氧(O3)等离子体、NO等离子体、N2O等离子体、一氧化碳(CO)等离子体、二氧化碳(CO2)等离子体及其组合。6.根据权利要求1所述的方法，其还包括在约100℃至约1000℃范围内的一个或多个温度下处理可流动液体以使至少一部分材料致密化。7.根据权利要求1所述的方法，其中将热处理后材料暴露于等离子体、红外光、化学处理、电子束或UV光以形成致密膜。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积工艺是等离子体增强化学气相沉积，并且所述等离子体是原位产生的。9.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建恒，雷新建，R·N·弗蒂斯，R·G·里德格韦，D·西纳托雷，萧满超，
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