用于沉积含硅膜的组合物及使用其的方法技术

本文描述了用于在具有表面特征的衬底的至少一个表面上形成含硅膜(例如但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳掺杂氮化硅或碳掺杂氧化硅膜)的组合物及其使用方法。在一个方面，使用具有本文所述式I或II的化合物沉积含硅膜。用具有本文所述式I或II的化合物沉积含硅膜。用具有本文所述式I或II的化合物沉积含硅膜。

【技术实现步骤摘要】
用于沉积含硅膜的组合物及使用其的方法
[0001]本申请是申请日为2016年12月21日、申请号为201680080897.0、专利技术名称为“用于沉积含硅膜的组合物及使用其的方法”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2015年12月21日提交的美国申请号62/270259的权益。申请号62/270259的公开内容以引用方式并入本文。


[0004]本文描述了一种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。使用本文描述的组合物和方法可沉积的示例性含硅膜包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳掺杂氧化硅或碳掺杂氮化硅膜。

技术介绍

[0005]可流动氧化物沉积方法通常使用烷氧基硅烷化合物作为含硅膜的前体，该含硅膜通过受控的水解和缩合反应沉积。这样的膜可例如通过向衬底上施加氧化剂和烷氧基硅烷、任选地与溶剂和/或其他添加剂如表面活性剂和成孔剂的混合物而在衬底上沉积。施加这些混合物的典型方法包括但不限于旋涂、浸涂、喷涂、丝网印刷、共缩合和喷墨印刷。在施加到衬底上并在施加一种或多种能源(例如但不限于热、等离子体和/或其他源)后，混合物内的水可与烷氧基硅烷反应以水解烷氧和/或芳氧基基团并生成硅烷醇物质，其将进一步与其他水解分子缩合而形成低聚或网络结构。
[0006]除了向衬底物理沉积或施加前体外，使用氧化剂和含硅蒸气源进行可流动电介质沉积(FCVD)的气相沉积工艺已见述于例如美国专利号8,481,403、8,580,697、8,685,867及美国公开号2013/0230987A1、7,498,273、7,074,690、7,582,555、7,888,233和7,915,131中。典型的方法通常涉及通过在间隙中形成可流动膜来用固体电介质材料填充衬底上的间隙。可流动膜通过使可具有Si
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C键的电介质前体与氧化剂反应形成电介质材料来形成。在某些实施方案中，电介质前体缩合并随后与氧化剂反应形成电介质材料。在某些实施方案中，气相反应物反应形成缩合的可流动膜。由于Si
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C键对于与水的反应是相对惰性的，故所得网络可用将赋予所得膜所需化学和物理性质的有机官能团来有利地官能化。例如，向网络中添加碳可降低所得膜的介电常数。
[0007]使用可流动化学气相沉积工艺沉积氧化硅膜的另一方法是气相聚合。例如，现有技术已集中于使用化合物如三甲硅烷基胺(TSA)来沉积含有Si、H、N的低聚物，随后用臭氧暴露将其氧化成SiOx膜。此类方法的实例包括：美国公开号2014/073144；美国公开号2013/230987；美国专利号7,521,378、US 7,557,420和8,575,040；和美国专利号7,825,040。
[0008]参考文献“Novel Flowable CVD Process Technology for sub
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20nm Interlayer Dielectric”,H.Kim et al.,Interconnect Technology Conference(IITC),2012IEEE International,San Jose,CA描述了在低温沉积和臭氧处理过程中使用远程等
离子体来稳定膜的可流动CVD工艺。此参考文献中还描述了一种不氧化Si或电极的可流动CVD工艺，其导致作为氧化或扩散屏障的Si3N4终止层的除去。在向20nm DRAM ILD施加可流动CVD后，该作者不仅可将位线的负载电容降低15％，还可提高可比的生产率。通过亚
‑
20nm DRAM ILD间隙填充工艺的成功开发，可流动CVD被成功地证明是在亚20nm的下一代器件中值得大规模生产的ILD的有前景的候选者。
[0009]美国公开号2013/0217241公开了含Si
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C
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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
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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。
[0010]前面提到的专利、专利申请和出版物的公开内容以引用方式并入本文。
[0011]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。这些问题之一与膜组成有关。例如，在气相聚合工艺中由前体三甲硅烷基胺(TSA)沉积的可流动氧化物膜会产生膜，并且在稀HF溶液中的湿蚀刻速率比高质量热氧化物快2.2至2.5倍。因此，需要提供替代的前体化合物以产生具有较低膜蚀刻速率的含硅膜。还需要新的前体来沉积碳掺杂的氮化硅膜并改善膜的稳定性以及膜的湿蚀刻速率。然而，许多这些前体含有大量不易除去的碳。除去过量的碳总是导致空隙的形成。因此，需要设计和合成新的前体以便可消除过量的碳而不产生空隙。

技术实现思路

[0012]本专利技术通过提供新的前体化合物、沉积膜的方法和所得的含硅膜，解决了常规有机硅化合物和方法的问题。本专利技术的含硅膜可具有叔丁基、叔丁氧基基团或其他类似的键，它们可通过等离子体、热和UV处理容易地除去。所得的膜在不同的特征中产生优异的间隙填充。
[0013]本文描述的组合物或制剂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，所述含硅膜在用含氧源进行沉积后处理时将提供所需的膜性质。在某些实施方案中，衬底包含表面特征。如本文所用，术语“表面特征”指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(在被用于沉积工艺中之前混合)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。
[0014]在本专利技术的一个方面，本专利技术的含硅膜不具有空隙或缺陷(例如，如通过下文更详细描述的SEM所确定)。本专利技术的含硅膜可使表面特征与无空隙或无缺陷的膜接触，并且如果需要，可至少部分地填充间隙、覆盖通孔等其他表面特征。
[0015]在一个方面，提供了一种沉积含硅膜的方法，所述方法包括：
[0016]将具有表面特征的衬底置于保持在
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20℃至约400℃的温度下的反应器中；
[0017]向反应器中引入至少一种选自下式I或II的化合物：
[0018][0019]其中R选自支链C4至C
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烷基基团；R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、直链C1至C
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烷基基团、支链C3至C
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烷基基团、直链或支链C2至C6烯基基团、直链或支链C2至C6炔基基团、C1至C6二烷基氨基基团、C6至C
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芳基基团、吸电子基团、C3至C
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于使用可流动化学气相沉积在至少一个包含表面特征的衬底上沉积含硅膜的组合物，所述组合物包含：选自下式I的化合物：其中R选自支链C4至C
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烷基基团；并且R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、直链C1至C
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烷基基团、支链C3至C
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烷基基团、直链或支链C2至C6烯基基团、直链或支链C2至C6炔基基团、C6至C
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芳基基团、C3至C
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环状烷基基团、和卤素原子。2.根据权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含至少一种选自醚、有机胺、烷基烃、芳族烃和叔氨基醚的溶剂。3.根据权利要求1所述的组合物，所述组合物还包含至少一种选自辛烷、乙基环己烷、环辛烷和甲苯的溶剂。4.一种使用可流动化学气相沉积来沉积膜的方法，所述膜选自氧化硅和碳掺杂氧化硅膜，所述方法包括：将包含表面特征的衬底置于反应器中，其中使所述衬底保持在
‑
20℃至400℃的一个或多个温度下并使所述反应器的压力保持在100托或更低；引入至少一种选自下式I的化合物：其中R选自支链C4至C
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烷基基团；并且R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、直链C1至C
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烷基基团、支链C3至C
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烷基基团、直链或支链C2至C6烯基基团、直链或支链C2至C6炔基基团、C6至C
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芳基基团、C3至C
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环状烷基基团、和卤素原子，并且其中所述至少一种化合物形成覆盖所述表面特征的至少一部分的物质；和在500℃至1000℃的一个或多个温度下用氧源处理所述物质以在所述表面特征的至少一部分上形成所述膜。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述氧源选自水(H2O)、氧气(O2)、氧等离子体、臭氧
(O3)、NO、N2O、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、N2O等离子体、一氧化碳(CO)等离子体、二氧化碳(CO2)等离子体以及它们的组合。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中使所述衬底保持在
‑
20℃至100℃的一个或多个温度下。7.根据权利要求4或5所述的方法，其中使所述衬底保持在
‑
20℃至25℃的一个或多个温度下。8.根据权利要求4或5所述的方法，其中使所述衬底保持在
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20℃至10℃的一个或多个温度下。9.一种在沉积工艺中沉积膜的方法，所述膜选自氧化硅和碳掺杂氧化硅膜，所述方法包括：将具有表面特征的衬底置于保持在
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20℃至400℃的一个或多个温度下的反应器中；向所述反应器中引入至少一种选自下式I的化合物：其中R选自支链C4至C
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烷基基团；并且R1、R2、R3、R4各自独立地选自氢原子、直链C1至C
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烷基基团、支链C3至C
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烷基基团、直链或支链C2至C6烯基基团、直链或支链C2至C6炔基基团、C6至C
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芳基基团、C4至C
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芳基基团、和卤素原子；和氮源，其中所述至少一种化合物与所述氮源反应以在所述表面特征的至少一部分上形成含氮化物的膜；和在100℃至1000℃的一个或多个温度下用氧源处理所述衬底以在所述表面特征的至少一部分上形成所述氧化硅膜来提供所述膜。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述氮源选自氨、肼、单烷基肼、二烷基肼、氮、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建恒，雷新建，R，
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：