用于碳掺杂含硅膜的组合物以及使用所述组合物的方法技术

本文公开了一种组合物和在电子器件的制造中使用该组合物的方法。公开了用于沉积低介电常数(

Compositions for carbon-doped silicon-containing films and methods for using the compositions

This article discloses a composition and a method for using the composition in the manufacture of electronic devices. Low dielectric constant for deposition is disclosed.\uff08

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于碳掺杂含硅膜的组合物以及使用所述组合物的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年7月19日提交的美国申请No15/654,426和2016年7月27日提交的美国临时申请No.62/367,260的优先权。该美国申请No15/654,426和美国临时申请No.62/367,260的公开内容在此通过引用并入本文。本公开的主题与2016年2月4日提交的专利合作条约申请No.PCT/US2016/016514相关。申请No.PCT/US2016/016514的公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
本文描述的是用于制造电子器件的组合物和方法。更具体地，本文描述的是用于沉积低介电常数(<4.0)和高氧灰化抗性的含硅膜的化合物及包含所述化合物的组合物和方法，所述含硅膜例如是但不限于碳掺杂氧化硅膜、碳掺杂氮化硅膜、碳掺杂氮氧化硅膜。本领域需要提供用于沉积用于电子行业中的某些应用的高碳含量(例如，通过X射线光电子能谱(XPS)测量的约10原子％或更大的碳含量)掺杂的含硅膜的组合物和使用所述组合物的方法。美国专利No.8,575,033描述了在衬底表面上沉积碳化硅膜的方法。所述方法包括使用气相碳硅烷前体，并且可以采用等离子体增强原子层沉积工艺。美国公开No.2013/022496教导了通过原子层沉积(ALD)在半导体衬底上形成具有Si-C键的介电膜的方法，包括：(i)在衬底的表面上吸附前体；(ii)使吸附的前体与反应物气体在表面上反应；和(iii)重复步骤(i)和(ii)以在衬底上形成具有至少Si-C键的介电膜。PCT申请No.WO14134476A1描述了用于沉积包含SiCN和SIOCN的膜的方法。某些方法包括将衬底表面暴露于第一和第二前体，第一前体具有式(XyH3-ySi)zCH4-z、(XyH3-ySi)(CH2)(SiXpH2-p)(CH2)(SiXyH3-y)或(XyH3-ySi)(CH2)n(SiXyH3-y)，其中X是卤素，y具有1和3之间的值，z具有1和3之间的值，p具有0和2之间的值，并且n具有2和5之间的值，并且第二前体包含还原性胺。某些方法还包括将衬底表面暴露于氧源以提供包含碳掺杂氧化硅的膜。Hirose,Y.，Mizuno,K.，Mizuno,N.，Okubo,S.，Okubo,S.，Yanagida,K.和Yanagita,K.(2014)“methodofmanufacturingsemiconductordevice,substrateprocessingapparatus,andrecordingmedium”美国申请No.2014287596A描述了一种制造半导体装置的方法，其包括通过执行预定次数的循环在衬底上形成包含硅、氧和碳的膜，该循环包括：向衬底提供含有硅、碳和卤素元素和具有Si-C键的前体气体，以及第一催化气体；和向衬底提供氧化气体和第二催化气体。Hirose,Y.，Mizuno,N.，Yanagita,K.和Okubo,S.(2014)“Methodofmanufacturingsemiconductordevice,substrateprocessingapparatus,andrecordingmedium.”美国专利No.9,343,290B描述了一种制造半导体装置的方法，其包括通过执行预定次数的循环在衬底上形成氧化物膜。该循环包括向衬底提供前体气体；并向衬底提供臭氧气体。在提供前体气体的过程中，该前体气体在不向衬底提供催化气体的状态下被提供到衬底，且在提供臭氧气体的过程中，该臭氧气体在将基于胺的催化气体提供到衬底的状态下提供于衬底。美国专利No.9,349,586B公开了一种具有所需蚀刻抗性和低介电常数的薄膜。美国公开No.2015/0044881A描述了一种形成含有以高浓度添加的碳的膜的方法，其以高可控性形成。一种制造半导体装置的方法包括通过执行预定次数的循环在衬底上形成包含硅、碳和预定元素的膜。该预定元素是氮和氧之一。该循环包括向衬底提供含有每1mol至少两个硅原子，含有碳和卤素元素，以及具有Si-C键合的前体气体，和向衬底提供包含预定元素的改性气体。题为“HighlyStableUltrathinCarbosiloxaneFilmsbyMolecularLayerDeposition”的参考文献(Han,Z.等，JournalofPhysicalChemistryC，2013，117，19967)教导了使用1,2-双[(二甲基氨基)二甲基甲硅烷基]乙烷和臭氧生长碳硅氧烷膜。热稳定性显示膜在高达40℃下稳定，在60℃下具有很少的厚度损失。Liu等，Jpn.J.Appl.Phys.,1999,Vol.38,3482–3486教导了在用旋涂技术沉积的聚倍半硅氧烷上使用H2等离子体。H2等离子体提供稳定的介电常数并改善膜热稳定性和O2灰化(等离子体)处理。Kim等，JournaloftheKoreanPhysicalSociety,2002,Vol.40,94教导了在PECVD碳掺杂氧化硅膜上的H2等离子体处理改善了漏电流密度(4-5个数量级)，同时介电常数从2.2增加到2.5。H2等离子体后的碳掺杂氧化硅膜在氧灰化过程中损伤较小。Posseme等，SolidStatePhenomena,2005,Vol.103-104,337教导了在碳掺杂氧化硅PECVD膜上的不同H2/惰性等离子体处理。在H2等离子体处理之后k没有改善，表明没有本体改性(bulkmodification)。先前确定的专利、专利申请和出版物的公开内容在此引入作为参考。
技术实现思路
本文所述的组合物和方法通过提供用于沉积具有一种或多种以下性质的保形含硅膜的组合物或制剂而克服现有技术的问题：i)如在稀氢氟酸中测量的比热氧化硅(例如，在1:99稀HF中)低至少0.5倍的蚀刻速率，以及如通过X射线光谱法(XPS)测量的约为10原子重量百分比(原子％)或更高的碳含量；ii)在氧灰化工艺中或暴露于氧等离子体过程中介电常数和稀HF(dHF)中的湿蚀刻速率对损害的较低敏感性，氧灰化抗性可通过O2灰化后通过的损伤厚度以及O2灰化后低于4.0的膜介电常数来量化；iii)介电常数小于4.0；和(iv)所得膜中的氯杂质小于2.0原子％，优选小于1.0原子％，最优选小于0.5原子％。在下面的实施例中更详细地说明了本专利技术可以实现的所需性能。在一个特定实施方式中，本文所述的组合物可用于使用热原子层沉积(ALD)来沉积碳掺杂氧化硅膜的方法中。在一个方面，用于沉积含硅膜的组合物包含：(a)至少一种列于表1和2中具有一个Si-C-Si或两个Si-C-Si键的线性或环状硅前体化合物。表1.具有一个Si-C-Si键的硅前体表2.具有两个Si-C-Si键的硅前体和在本专利技术的至少一个方面中，包含(b)至少一种溶剂。在本文所述组合物的某些实施方式中，示例性溶剂可包括但不限于醚、叔胺、烷基烃、芳烃、硅氧烷、叔氨基醚及其组合。在某些实施方式中，硅化合物的沸点与溶剂的沸点之间的差异为40℃或更小，小于约30℃，以及在一些情况下小于约20℃，优选小于10℃。在另一方面，提供了用于在衬底的至少表面上沉积选自碳掺杂氧化硅膜和碳掺杂氮氧化硅膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，其包含：(a)至少一种具有一个Si‑C‑Si或两个Si‑C‑Si键的硅前体化合物，其选自1,1,1,3,3,3‑六氯‑1,3‑二硅杂丙烷、1,1,1,3,3,3‑六氯‑2‑甲基‑1,3‑二硅杂丙烷、1,1,1,3,3,3‑六氯‑2,2‑二甲基‑1,3‑二硅杂丙烷、1,1,1,3,3,3‑六氯‑2‑乙基‑1,3‑二硅杂丙烷、1‑氯‑1,3‑二硅杂环丁烷、1‑溴‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,3‑二氯‑1,3‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,3‑二溴‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,1,3‑三氯‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,1,3‑三溴‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,1,3,3‑四溴‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,3‑二氯‑1,3‑二甲基‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,3‑溴‑1,3‑二甲基‑1,3‑二硅杂环丁烷、1,1,1,3,3,5,5,5‑八氯‑1,3,5‑三硅杂戊烷、1,1,1,3,3,5,5,5‑八氯‑1,3,5‑三硅杂戊烷、1,1,1,3,3,5,5,5‑八氯‑1,5‑二甲基‑1,3,5‑三硅杂戊烷、1,1,1,5,5,5‑六氯‑3,3‑二甲基‑1,3,5‑三硅杂戊烷、1,1,3,5,5,5‑五氯‑1,3,5‑三甲基‑1,3,5‑三硅杂戊烷、1,1,1,5,5,5‑六氯‑1,3,5‑三硅杂戊烷、1,1,5,5‑四氯‑1,3,5‑三硅杂戊烷；和(b)至少一种溶剂。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.27 US 62/367,260;2017.07.19 US 15/654,4261.一种组合物，其包含：(a)至少一种具有一个Si-C-Si或两个Si-C-Si键的硅前体化合物，其选自1,1,1,3,3,3-六氯-1,3-二硅杂丙烷、1,1,1,3,3,3-六氯-2-甲基-1,3-二硅杂丙烷、1,1,1,3,3,3-六氯-2,2-二甲基-1,3-二硅杂丙烷、1,1,1,3,3,3-六氯-2-乙基-1,3-二硅杂丙烷、1-氯-1,3-二硅杂环丁烷、1-溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-二氯-1,3-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-二溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3-三氯-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3-三溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3,3-四溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-二氯-1,3-二甲基-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-溴-1,3-二甲基-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,1,3,3,5,5,5-八氯-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,3,3,5,5,5-八氯-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,3,3,5,5,5-八氯-1,5-二甲基-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,5,5,5-六氯-3,3-二甲基-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,3,5,5,5-五氯-1,3,5-三甲基-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,5,5,5-六氯-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,5,5-四氯-1,3,5-三硅杂戊烷；和(b)至少一种溶剂。2.如权利要求1的组合物，其中所述溶剂包括至少一个选自醚、叔胺、硅氧烷、烷基烃、芳烃和叔氨基醚的成员。3.如权利要求1的组合物，其中所述硅前体的沸点与所述溶剂的沸点之间的差异为约40℃或更小。4.如权利要求1的组合物，其包含少于5ppm的至少一种选自Al3+离子、Fe2+、Fe3+、Ni2+和Cr3+的金属离子。5.如权利要求1的组合物，其中所述溶剂包括至少一个选自庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十二烷、环辛烷、环壬烷、环癸烷、甲苯和均三甲苯的成员。6.一种用于通过热ALD工艺形成具有从15原子％至30原子％范围的碳含量的碳掺杂氧化硅膜的方法，该方法包括：a)将包含表面特征的一个或多个衬底放入反应器中；b)加热反应器到从环境温度至约550℃范围内的一个或多个温度，并任选地将所述反应器保持在100托或更低的压力下；c)将至少一种具有两个Si-C-Si键的硅前体引入所述反应器中，该硅前体选自1-氯-1,3-二硅杂环丁烷、1-溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-二氯-1,3-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-二溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3-三氯-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3-三溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3,3-四氯-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,3,3-四溴-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-二氯-1,3-二甲基-1,3-二硅杂环丁烷、1,3-溴-1,3-二甲基-1,3-二硅杂环丁烷、1,1,1,3,3,5,5,5-八氯-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,3,3,5,5,5-八氯-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,3,3,5,5,5-八氯-1,5-二甲基-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,1,5,5,5-六氯-3,3-二甲基-1,3,5-三硅杂戊烷、1,1,3,5,5,5-五氯-1,3,5-三甲基-1,3,5-三...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·钱德拉，雷新建，A·马力卡琼南，金武性，
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