用于沉积含硅膜的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷制造技术

本文公开了具有至少两个硅原子和两个氧原子以及有机氨基基团的氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷以及用于制备所述低聚硅氧烷的方法。本文还公开了使用所述有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷沉积含硅和氧的膜的方法。性和环状低聚硅氧烷沉积含硅和氧的膜的方法。性和环状低聚硅氧烷沉积含硅和氧的膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
用于沉积含硅膜的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷
[0001]本申请是申请日为2018年2月8日、申请号为201810128979.9、专利技术名称为“用于沉积含硅膜的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求2017年2月8日提交的美国临时申请序列号62/456,297和2017年10月20日提交的美国临时申请序列号62/574,952的优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。


[0004]本专利技术涉及可用于沉积含硅和氧的膜(例如氧化硅、氧碳氮化硅、氧碳化硅、碳掺杂氧化硅，以及其它含硅和氧的膜)的有机硅化合物，使用所述化合物沉积含氧化硅膜的方法以及由所述化合物和方法获得的膜。

技术介绍

[0005]本文描述了新颖的有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷前体化合物和包含该前体化合物以通过热原子层沉积(ALD)或等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺或其组合沉积含硅膜(例如但不限于氧化硅、氧氮化硅、氧碳氮化硅或碳掺杂氧化硅)的组合物和方法。更具体地，本文描述了用于在约600℃或更低(包括例如约25℃至约300℃)的一个或多个沉积温度下形成化学计量的或非化学计量的含硅膜或材料的组合物和方法。
[0006]原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)是用于在低温(<500℃)下沉积例如氧化硅保形膜的工艺。在ALD和PEALD工艺两者中，前体和反应性气体(如氧气或臭氧)被单独脉冲一定次数的循环，以在每个循环时形成氧化硅单层。然而，使用这些工艺在低温下沉积的氧化硅可能含有一定水平的杂质，例如但不限于碳(C)或氢(H)，这可能在某些半导体应用中是有害的。为了解决这一问题，一个可能的解决方案是将沉积温度提高到500℃或更高。然而，在这些较高的温度下，半导体工业所使用的常规前体倾向于自反应、热分解，并以化学气相沉积(CVD)模式而不是ALD模式沉积。与ALD沉积相比，CVD模式沉积具有降低的保形性，特别是对于在许多半导体应用中需要的高纵横比结构。另外，与ALD模式沉积相比，CVD模式沉积对膜或材料厚度具有更少的控制。
[0007]可以用于通过原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺在相对低的温度(<300℃)下和以相对高的每循环生长(Growth Per Cycle)(GPC>/循环)沉积含硅膜的有机氨基硅烷和氯硅烷前体在本领域中是已知的。
[0008]已知前体和方法的实例公开于以下公开出版物、专利和专利申请中。
[0009]美国专利号7,084,076 B2描述了卤素取代或NCO取代的二硅氧烷前体使用碱催化ALD工艺沉积氧化硅膜的用途。
[0010]美国公布号2015087139 AA描述了使用氨基官能化碳硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。
[0011]美国专利号9,337,018 B2描述了使用有机氨基乙硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉
积含硅膜的用途。
[0012]美国专利号8,940,648 B2、9,005,719 B2和8,912,353 B2描述了使用有机氨基硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。
[0013]美国公布号2015275355 AA描述了使用单和双(有机氨基)烷基硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。
[0014]美国公布号2015376211 A描述了使用单(有机氨基)取代的、卤素取代的和假卤化物(pseudohalido
‑
)取代的三甲硅烷基胺通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。
[0015]公布号WO15105337和美国专利号9,245,740 B2描述了使用烷基化三甲硅烷基胺通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。
[0016]公布号WO15105350描述了使用具有至少一个Si
‑
H键的四元环环二硅氮烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜的用途。
[0017]美国专利号7,084,076 B2描述了卤素取代的或NCO取代的二硅氧烷前体使用碱催化ALD工艺沉积氧化硅膜的用途。
[0018]前文确定的专利和专利申请的公开内容通过引入并入本文。
[0019]本领域需要用于以高的每循环生长(GPC)沉积含氧化硅膜的前体和方法，以使半导体制造设施中的生产量最大化。尽管某些前体能够以>/循环的GPC进行沉积，但这些前体具有缺点，如低质量的膜(元素污染、低密度、不良的电性质、高湿蚀刻速率)、高工艺温度、需要催化剂、昂贵、产生低保形膜等缺点。

技术实现思路

[0020]本专利技术通过提供含硅和含氧的前体，特别是有机氨基官能化线性和环状低聚硅氧烷(其具有至少两个硅和两个氧原子以及用于将低聚硅氧烷单元锚定到衬底表面的有机氨基基团)作为沉积含硅和氧的膜的工艺的部分而解决与常规前体和工艺相关的问题。本专利技术公开的多硅前体与上述
技术介绍
部分中描述的那些相比具有新颖的结构，且因此可以提供在涉及前体合成的成本或便利性、前体的物理性质(包括热稳定性、反应性或挥发性)、沉积含硅膜的工艺或沉积的含硅膜的性质的一个或多个方面的优势。
[0021]本专利技术公开了组合物，其包含选自式A、B、C、D和E的至少一种有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物：
[0022][0023]其中R1选自C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C3至C
10
杂环基、C3至C
10
烯基、C3至C
10
炔基和C4至C
10
芳基；R2选自氢、C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C3至C
10
杂环基、C3至C
10
烯基、C3至C
10
炔基和C4至C
10
芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；R3‑
10
各自独立地选自氢、C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C2至C
10
烯基、C2至C
10
炔基和C4至C
10
芳基；和X选自C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C2至C
10
烯基、C2至C
10
炔基、C4至C
10
芳基、C1至C
10
酰基、胺基(
‑
NR1R2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于通过可流动化学气相沉积(FCVD)沉积含硅和氧的膜的方法，所述方法包括：将包含表面特征的衬底置于反应器中，其中将所述衬底保持在约
‑
20℃至约400℃范围内的一个或多个温度下，并将所述反应器的压力保持在100托或更低；向所述反应器中引入选自式A至E的至少一种化合物：其中，R1选自C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C3至C
10
杂环基、C3至C
10
烯基、C3至C
10
炔基和C4至C
10
芳基；R2选自氢、C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C3至C
10
杂环基、C3至C
10
烯基、C3至C
10
炔基和C4至C
10
芳基，其中R1和R2连接形成环状环结构或不连接形成环状环结构；R3‑
10
各自独立地选自氢、C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C3至C
10
烯基、C3至C
10
炔基和C4至C
10
芳基；X选自C1至C
10
直链烷基、C3至C
10
支链烷基、C3至C
10
环状烷基、C2至C
10
烯基、C2至C
10
炔基、C4至C
10
芳基、C1至C
10
酰基、R1‑2定义如上的
‑
NR1R2、H、Cl、Br、I、F、C2至C
12
羧酸酯基、C1至C
10
直链或支链烷氧基、三甲基甲硅烷氧基、二甲基甲硅烷氧基、甲基甲硅烷氧基或甲硅烷氧基，其中R1和X连接形成环状环或不连接形成环状环；向所述反应器中提供氧源、氮源或者氧源和氮源以与所述至少一种化合物反应而形成膜并覆盖所述表面特征的至少一部分；在约100℃至1000℃的一个或多个温度下使所述膜退火以包覆所述表面特征的至少一部分；和在约20℃至约1000℃范围内的一个或多个温度下用氧源处理经退火的膜以在所述表面特征的至少一部分上形成含硅和氧的膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中R2‑
10
各自独立地选自氢和C1至C4烷基。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种化合物选自：2
‑
二甲基氨基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
二乙基氨基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
乙基甲基氨基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
异丙基氨基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
二甲基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8
‑
七甲基环四硅氧烷、2
‑
二乙基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8
‑
七甲基环四硅氧烷、2
‑
乙基甲基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8
‑
七甲基环四硅氧烷、2
‑
异丙基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8
‑
七甲基环四硅氧烷、2
‑
二甲基氨基
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2
‑
二乙基氨基
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2
‑
乙基甲基氨基
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2
‑
异丙基氨基
‑
2,4,6
...

【专利技术属性】
技术研发人员：萧满超，M，
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：