用于热沉积含硅膜的组合物及其使用方法技术

一种用于使用沉积工艺过程沉积氧化硅膜或碳掺杂的氧化硅膜的方法中的组合物，其中该组合物包含至少一种具有如本文所述的式I表示的结构的硅前体。R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于热沉积含硅膜的组合物及其使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年5月21日提交的美国临时专利申请第62/850,717号的优先权，出于所有允许的目的，通过引用将其全部内容并入本文。
[0003]专利技术背景
[0004]本文描述了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含硅膜(例如，但不限于氧化硅、碳掺杂的氧化硅、碳掺杂的氮化硅、碳掺杂的氮氧化硅或碳化硅膜)的化合物及包含该化合物的组合物和方法。
[0005]本领域需要提供使用非卤化前体和温和氧化剂用于沉积用于半导体工业中的某些应用的氧化硅或碳掺杂的含硅膜，例如，氧化硅的组合物和方法。
[0006]美国专利号7,084,076和6,992,019描述了使用原子层沉积(ALD)用于沉积二氧化硅膜的方法，其中卤素
‑
或NCO
‑
取代的硅氧烷被用作Si源。
[0007]美国公开号2013/022496教导了一种通过ALD在半导体衬底上形成具有Si
‑
C键的介电膜的方法，其包括：(i)在衬底表面上吸附前体；(ii)使吸附的前体在表面上与反应气体反应；和(iii)重复步骤(i)和(ii)以在衬底上形成至少具有Si
‑
C键的介电膜。
[0008]美国公开号2014/302688描述了一种用于在图案化衬底上形成介电层的方法，该方法可以包括在化学气相沉积室内的无等离子体衬底处理区域中组合含硅和碳的前体和自由基氧前体。含硅和碳的前体与自由基氧前体反应以在图案化衬底上沉积可流动的硅
‑
碳
‑
氧层。
[0009]美国公开号2014/302690描述了用于在衬底上形成低
‑
k介电材料的方法。该方法可以包括以下步骤：通过使未激发的前体流入远程等离子体区域中来产生自由基前体，并使该自由基前体与气相硅前体反应以在衬底上沉积可流动的膜。气相硅前体可以包含至少一种含硅和氧的化合物和至少一种硅和碳接头。可流动膜可被固化以形成低
‑
k介电材料。
[0010]美国公开号2014/051264描述了在衬底上沉积初始可流动的介电膜的方法。该方法包括将含硅前体引入到包含衬底的沉积室。该方法进一步包括用位于沉积室外部的远程等离子体系统产生至少一种激发前体，例如自由基氮或氧前体。激发的前体也被引入到沉积室，在那里它在反应区中与含硅前体反应，以在衬底上沉积最初可流动的膜。可流动膜可在例如蒸汽环境中处理以形成氧化硅膜。
[0011]PCT公开号WO11043139 A1描述了用于形成含硅膜的含三异氰酸硅烷(HSi(NCO)3)的原料。
[0012]PCT公开号WO14134476A1描述了用于沉积包含SiCN和SiCON的膜的方法。某些方法涉及将衬底表面暴露于第一和第二前体，第一前体具有式(X
y
H3‑
y
Si)zCH4‑
z
、(X
y
H3‑
y
Si)(CH2)(SiX
p
H2‑
p
)(CH2)(SiX
y
H3‑
y
)或(X
y
H3‑
y
Si)(CH2)
n
(SiX
y
H3‑
y
)，其中X是卤素，y的值介于1和3之间，z的值介于1和3之间，p的值介于0和2之间，并且n的值在2和5之间，并且第二前体包括还原胺。某些方法还包括将衬底表面暴露于氧源以提供包含SiCON的膜。
[0013]题为“Quasi
‑
monolayer deposition of silicon dioxide”，Gasser,W,Z.等，Thin Solid Films,1994,250,213的参考文献公开了从新的硅源气体，即四异氰酸硅烷(Si
(NCO)4)逐层沉积的SiO2膜。
[0014]题为“Atomic
‑
layer chemical
‑
vapor
‑
deposition of silicon dioxide films with an extremely low hydrogen content”，Yamaguchi,K.等，Applied Surface Science,1998,130,212的参考文献公开了使用Si(NCO)4和N(C2H5)3原子层沉积具有极低H含量的SiO2。
[0015]题为“Catalyzed Atomic Layer Deposition of Silicon Oxide at Ultra
‑
low Temperature Using Alkylamine”，Mayangsari,T.等的参考文献报道了使用Si2Cl6、H2O和各种烷基胺的氧化硅催化原子层沉积(ALD)。
[0016]专利技术概述
[0017]本文所述的组合物和方法通过提供用于沉积含硅膜的组合物或制剂而克服了现有技术的问题，其在无任何卤化前体(即，氯硅烷)或强氧化剂(如氧等离子体或臭氧)的情况下形成。
[0018]在一个方面，沉积的膜是氧化硅，其通过X射线光电子能谱(XPS)测定的杂质(例如氮和碳)小于1at.％。该方法包括使用四异氰酸根合硅烷(TiCS)和水以及催化剂通过热ALD沉积氧化硅。
[0019]在另一特定实施方式中，本文所述的组合物可用于使用热ALD沉积碳掺杂的氧化硅膜的方法中，其通过X射线光电子能谱(XPS)测定的碳含量在1至15at.％的范围内。
[0020]在一个方面，用于沉积含硅膜的组合物包含具有至少一个异氰酸根合基团并由下式I表示的硅化合物：
[0021]R
1n
Si(NR2R3)
m
(NCO)4‑
m
‑
n
[0022]I
[0023]其中R1独立地选自于氢、直链C1至C6烷基、支链C3至C6烷基、C3至C6环状烷基、C2至C6烯基、C3至C6炔基和C4至C
10
芳基；R2和R3各自独立地选自于氢、C1至C6直链烷基、支链C3至C6烷基、C3至C6环状烷基、C2至C6烯基、C3至C6炔基和C4至C
10
芳基，且可以连接或不连接形成环状环结构；n＝0、1或2；并且m＝0、1、2或3，其中n+m＝0、1、2或3。
[0024]在另一方面，提供了一种用于将选自于氧化硅膜和碳掺杂的氧化硅膜的膜沉积到衬底表面上的方法，其包括：
[0025]a.将衬底置于反应器中并将反应器加热至范围从约20℃至约600℃的至少一个温度；
[0026]b.将上述式I的前体和任选的催化剂引入反应器中；
[0027]c.用吹扫气体吹扫反应器；
[0028]d.将氧源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在衬底上沉积含硅膜的方法，其包括：a)在反应器中提供衬底；b)向所述反应器中引入至少一种具有下式I的具有至少一个异氰酸根合基团的硅化合物：R
1n
Si(NR2R3)
m
(NCO)4‑
m
‑
n
I其中R1独立地选自于氢、直链C1至C6烷基、支链C3至C6烷基、C3至C6环状烷基、C2至C6烯基、C3至C6炔基和C4至C
10
芳基；R2和R3各自独立地选自于氢、C1至C6直链烷基、支链C3至C6烷基、C3至C6环状烷基、C2至C6烯基、C3至C6炔基和C4至C
10
芳基，且可以连接或不连接形成环状环结构；n＝0、1或2；并且m＝0、1、2或3，任选地与第一催化剂一起，其中n+m＝0、1、2或3；c)用吹扫气体吹扫所述反应器；d)将氧源和任选的与第一催化剂相同或不同的第二催化剂引入所述反应器中，以与所述至少一种硅化合物反应并产生所述氧化硅膜；和e)用吹扫气体吹扫反应器；其中重复步骤b到e，直到所需厚度的所述氧化硅膜沉积到所述衬底上，其中在范围为20至600℃的一个或多个温度和范围为50毫托(mT)至760托的一个或多个压力下进行该方法。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧源选自于水蒸气、过氧化氢及其混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硅膜是氧化硅或碳掺杂的氧化硅膜。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二催化剂各自选自吡啶、哌嗪、氨、伯胺H2NR2、仲胺HNR2R3和叔胺R1NR2R3，其中R1‑3如权利要求1中定义，并且R1‑3不是氢。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一和第二催化剂中的至少一种选自于甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、三正丙胺和三异丙胺。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种硅化合物选自于式I，其中n＝0。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一种硅化合物选自于二甲氨基三异氰酸根合硅烷、二乙基氨基三异氰酸根合硅烷、二异丙基氨基三异氰酸根合硅烷、二仲丁基氨基三异氰酸根合硅烷、吡咯烷基三异氰酸根合硅烷和四异氰酸根合硅烷。8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述至少一种具有式I的硅化合物中，其中R1是甲基并且n＝1。9.一种通过根据权利要求1所述的方法生产的氧化硅膜。10.一种用于使用沉积工艺沉积含硅膜的组合物，其中所述组合物包含：至少一种具有式I表示的结构的硅前体：R
1n
Si(NR2R3)
m
(NCO)4‑
m
‑
n
I其中R1独立地选自于氢、直链C1至C6烷基、支链C3至C6烷基、C3至C6环状烷基、C2至C6烯基、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
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：