硅硫族化物前体、形成硅硫族化物前体的方法和形成氮化硅以及半导体结构的相关方法技术

本申请案涉及硅硫族化物前体、形成所述硅硫族化物前体的方法和形成氮化硅以及半导体结构的相关方法。本发明专利技术揭示一种硅硫族化物前体，其包含化学式Si(XR

Silicon chalcogenide precursors, methods for forming silicon chalcogenide precursors and related methods for forming silicon nitride and semiconductor structures

The present application relates to silicon chalcogenide precursors, methods for forming the silicon chalcogenide precursors, and related methods for forming silicon nitride and semiconductor structures. The invention discloses a silicon chalcogenide precursor comprising a chemical formula Si (XR).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅硫族化物前体、形成硅硫族化物前体的方法和形成氮化硅以及半导体结构的相关方法优先权主张本申请案主张于2016年7月20日提出申请的美国专利申请案第15/215,102号“硅硫族化物前体、形成硅硫族化物前体的方法和形成氮化硅以及半导体结构的相关方法(SiliconChalcogenatePrecursors，MethodsofFormingtheSiliconChalcogenatePrecursors，andRelatedMethodsofFormingSiliconNitrideandSemiconductorStructures)”的申请日期的益处。
本文所揭示的实施例涉及半导体制作，其包括用于形成氮化硅的前体化合物、形成前体化合物的方法、形成氮化硅的方法和形成半导体结构的方法。更具体来说，本专利技术的实施例涉及硅硫族化物前体、形成硅硫族化物前体的方法、使用硅硫族化物前体形成氮化硅的方法和形成半导体结构的方法。
技术介绍
氮化硅(SiN)为制造集成电路(IC)广泛使用的材料。由于其低反应性和高热稳定性，氮化硅用作绝缘材料、遮罩材料、蚀刻终止材料、障壁材料、间隔材料等。形成SiN的技术包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)，例如高温热CVD或等离子体增强的CVD(PECVD)。在一个工艺中，使硅烷(SiH4)与氨(NH3)反应以形成SiN。可使用其它硅前体，例如卤化硅，包括氟化硅、氯化硅、碘化硅或溴化硅。卤化硅的实例包括(但不限于)四氯化硅(SiCl4)或二氯硅烷(SiCl2H2)、三氯硅烷(SiHCl3)、HSiI3、H2SiI2、H3SiI、H2Si2I4、H4Si2I2或H5Si2I。为形成高质量SiN，在高温(通常高于750℃)下进行PVD和CVD工艺。然而，这些温度与当前IC中所使用的材料不相容，其中一些具热敏性。另外，使用卤化硅作为硅前体为不合意的，这是因为产生诸如盐酸(HCl)的反应性卤化物物质作为副产物。已知反应性卤化物物质蚀刻半导体制作中所用的材料，例如含硅材料。原子层沉积(ALD)还已用于形成SiN。硅烷、卤化硅和氨CVD前体在高温下或在等离子体环境中具有足够反应性以通过ALD形成SiN。然而，前体在低温下或无等离子体的情形下无足够反应性。尽管已使用等离子体增强的ALD(PEALD)来形成SiN，且与CVD工艺的保形性和沉积温度相比，已实现增加的保形性和增加的沉积温度，但SiN的阶梯覆盖的保形性不足以覆盖当前IC中所存在的复杂形貌。另外，在PEALD工艺的等离子体部分期间所产生的激发物质对IC上的暴露材料无选择性，且因此出现激发物质与暴露材料之间的非预期反应。即使在不存在等离子体的情况下，也需要谨慎地选择硅前体以避免这些非预期反应，所述非预期反应可导致IC性能的退化。还已提出基于硅烷胺的化合物，例如双[(二甲基氨基)甲基硅基](三-甲基硅基)胺、双[(二乙基氨基)二甲基硅基](三甲基硅基)胺或三[(二乙基氨基)-二甲基硅基]胺作为硅前体用于ALD工艺。随着SiN的沉积需求变得更加严格，上文所提及的技术已不能以所需保形度和在低温下形成SiN。附图说明图1为包括氮化硅材料的半导体结构的简化剖面图，所述氮化硅材料是根据本专利技术的实施例所形成；且图2为硅-配体(Si-R)系统与氨的反应的活化能(Ea)随能量变化(dE)而变化的图形。具体实施方式本专利技术揭示硅硫族化物前体，同样揭示形成硅硫族化物前体的方法和使用硅硫族化物前体形成氮化硅(SiN)的方法。可在低温和不使用等离子体的情形下通过ALD工艺在衬底上形成SiN。硅硫族化物前体可与还原剂充分反应，以在ALD工艺的反应条件下形成SiN同时仍展现稳定性。通过本专利技术的方法形成的SiN可具有高保形度，例如大于约90％的阶梯覆盖率，使得SiN能够在高密度、高纵横比的半导体结构上形成。由于SiN为在低温下形成，因此本专利技术的方法与可在ALD工艺期间暴露的热敏性材料相容。另外，尽管硅硫族化物前体可包括卤素原子，但本专利技术的方法不产生反应性含卤素物质(即，不含反应性含卤素物质)且不使用等离子体(即，无等离子体)。因此硅硫族化物前体为卤化硅前体的适宜替代物。如本文中所使用，术语“硅硫族化物”意指并包括含有至少一个硅原子和至少一个硫族元素原子的化合物，且包括至少一个硅-硫族元素键。硅硫族化物类似于硅醇盐，只是用硫原子、硒原子或碲原子替代硅醇盐的氧原子。硫族元素包括周期表第VI族的元素，例如硫、硒或碲。如本文中所使用，术语“氮化硅”意指并包括含有硅原子和氮原子的化合物。氮化硅可包括化学计量量的硅和氮(例如，Si3N4)或可包括非化学计量量的硅和氮(例如，SixNy)，其中x和y中的每一者独立地为约0.5到约2.0的有理数。氮化硅还可包括Si(CH)xNy，其中x和y中的每一者独立地为约0到约2.0的有理数。如本文中所使用，术语“衬底”意指并包括在其上形成其它材料的基底材料或构筑体。衬底可为半导体衬底、支撑结构上的基底半导体层、金属电极或其上形成有一或多个材料、层、结构或区域的半导体衬底。半导体结构上的材料可包括(但不限于)半导电材料、绝缘材料、导电材料等。所述材料中的一或多者可具热敏性。衬底可为常规硅衬底或包含半导电材料层的其它块状衬底。如本文中所使用，术语“块状衬底”不仅意指并包括硅晶片，而且意指并包括绝缘体上硅(“SOI”)衬底(例如，蓝宝石上硅(“SOS”)衬底和玻璃上硅(“SOG”)衬底)、基底半导体底座上的硅的外延层和其它半导体或光电子材料(例如，硅锗、锗、砷化镓、氮化镓和磷化铟)。衬底可经掺杂或未经掺杂。如本文中所使用，术语“纵横比”意指并包括特征的高度对特征的宽度的比率。以下说明提供具体细节(例如，材料类型、材料厚度和处理条件)，以便提供对本文所述实施例的透彻说明。然而，所属领域技术人员将理解，可在不采用这些具体细节的情形下实践本文所揭示的实施例。实际上，实施例可结合半导体工业中所采用的常规制作技术来实践。另外，本文所提供的说明不形成半导体结构的完整说明或制造半导体结构的完整工艺流程，且下文所阐述的结构不形成完整的半导体结构。下文仅详细地阐述理解本文所述实施例所必需的那些工艺措施和结构。形成包括本文所述结构的完整半导体结构的其它措施可通过常规技术来实施。硅硫族化物前体可具有化学式Si(XR1)nR24-n，其中X为硫、硒或碲，R1为氢、烷基、经取代的烷基、醇盐基、经取代的醇盐基、酰胺基、经取代的酰胺基、胺基、经取代的胺基或卤素基团，各R2独立地为氢、烷基、经取代的烷基、醇盐基、经取代的醇盐基、酰胺基、经取代的酰胺基或卤化物基团，且n为1、2、3或4。独立地选择X、R1和R2中的每一者，以提供硅硫族化物前体与还原剂所需反应性并提供硅硫族化物前体所需稳定性。各R2可独立地包括直接或间接键结到硅原子的卤素原子，而剩余取代基(即，R1)仅包括间接键结到硅原子的卤素原子(如果其存在)。因此，硅硫族化物前体中可存在多个卤素原子。如本文中所使用，术语“烷基”意指并包括含有1个碳原子(C1)到10个碳原子(C10)(例如1个碳原子(C1)到6个碳原子(C6))的饱和、不饱和、直链、具支链或环状烃链。如本文中所使用，术语“醇盐”意指并包括连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成氮化硅的方法，其包含：使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅，所述硅硫族化物前体包含化学式Si(XR1)nR24‑n，其中X为硫、硒或碲，R1为氢、烷基、经取代的烷基、醇盐基、经取代的醇盐基、酰胺基、经取代的酰胺基、胺基、经取代的胺基或卤素基团，各R2独立地为氢、烷基、经取代的烷基、醇盐基、经取代的醇盐基、酰胺基、经取代的酰胺基、胺基、经取代的胺基或卤素基团，且n为1、2、3或4。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.20 US 15/215,1021.一种形成氮化硅的方法，其包含：使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅，所述硅硫族化物前体包含化学式Si(XR1)nR24-n，其中X为硫、硒或碲，R1为氢、烷基、经取代的烷基、醇盐基、经取代的醇盐基、酰胺基、经取代的酰胺基、胺基、经取代的胺基或卤素基团，各R2独立地为氢、烷基、经取代的烷基、醇盐基、经取代的醇盐基、酰胺基、经取代的酰胺基、胺基、经取代的胺基或卤素基团，且n为1、2、3或4。2.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含通过原子层沉积形成所述氮化硅。3.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含通过化学气相沉积形成所述氮化硅。4.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含在衬底上保形地形成所述氮化硅。5.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含使所述硅硫族化物前体与氨、肼、叔丁基肼、单烷基肼、二烷基肼或其组合反应。6.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含在小于或等于约350℃的温度下形成所述氮化硅。7.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含在小于或等于约250℃的温度下形成所述氮化硅。8.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含使所述硅硫族化物前体与所述含氮前体在无等离子体环境中反应。9.根据权利要求1所述的方法，其中使硅硫族化物前体与含氮前体反应以形成氮化硅包含：使所述硅硫族化物前体与衬底反应以在所述衬底上形成硅；使所述硅与所述含氮前体反应以在所述硅上形成氮；和重复使所述硅硫族化物前体反应和使所述硅与所述含氮前体反应的行为以在所述衬底上形成所述氮化硅。10.根据权利要求9所述的方法，其中使所述硅硫族化物前体与衬底反应以在所述衬底上形成硅包含使包含以下各项的硅硫族化物前体与所述衬底反应：Si(XR1)(R2)(R3...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·A·奎克，苏密特·C·潘迪，斯特凡·乌伦布罗克，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US