用于沉积含硅膜的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷制造技术

本文公开了有机氨基官能化环状低聚硅氧烷，其具有至少两个硅和两个氧原子以及有机氨基，且公开了用于制备所述有机氨基官能化环状低聚硅氧烷的方法。还公开了使用所述有机氨基官能化环状低聚硅氧烷沉积含硅和氧的膜的方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
用于沉积含硅膜的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷
[0001]本申请是申请日为2019年4月11日、申请号为201910290443.1、专利技术名称为“用于沉积含硅膜的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的引用
[0003]本申请要求2018年4月11日提交的美国临时申请No.62/655,982的权益。

技术介绍

[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，使用这些化合物沉积含氧化硅的膜的方法，以及从该化合物和方法获得的膜。
[0005]本文描述了新型有机氨基官能化环状低聚硅氧烷前体化合物和用于通过热原子层沉积(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)的包含该有机氨基官能化环状低聚硅氧烷前体化合物的组合物和方法。更具体地，本文描述的是用于在约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两种工艺中，前体和反应性气体(例如氧气或臭氧)在一定数量的循环中分别脉冲以在每个循环形成单层氧化硅。然而，使用这些工艺在低温下沉积的氧化硅可含有可能在某些半导体应用中是有害的杂质水平，例如但不限于碳(C)或氢(H)。为了解决这个问题，一种可能的解决方案是将沉积温度提高到500℃或更高。然而，在这些较高温度下，半导体工业所采用的常规前体倾向于自反应、热分解和以化学气相沉积(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，尤其是对于许多半导体应用中需要的高纵横比结构。此外，与ALD模式沉积相比，CVD模式沉积对膜或材料厚度的控制较少。
[0007]本领域已知可用于在相对低温(<300℃)下和以相对较高的每循环生长(GPC>/循环)通过原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺沉积含硅膜的有机氨基硅烷和氯硅烷前体。
[0008]已知前体和方法的实例公开在以下出版物、专利和专利申请中。
[0009]美国专利号7,084,076B2描述了使用卤素
‑
或NCO
‑
取代的二硅氧烷前体在碱催化的ALD工艺中沉积氧化硅膜。
[0010]美国公开号2015087139AA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。
[0011]美国专利号9,337,018B2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。
[0012]美国专利号8,940,648B2、9,005,719B2和8,912,353B2描述了使用有机氨基硅烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜。
[0013]美国公开号US2015275355AA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。
[0014]美国公开号2015376211A描述了使用单(有机氨基)
‑
、卤基
‑
(halido
‑
)和假卤基取代的三甲硅烷基胺通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜。
[0015]公开号WO15105337和美国专利号9,245,740B2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。
[0016]公开号WO15105350描述了使用具有至少一个Si
‑
H键的4
‑
元环环二硅氮烷通过热ALD或PEALD工艺沉积含硅膜。
[0017]美国专利号7,084,076B2描述了使用卤素
‑
或NCO
‑
取代的二硅氧烷前体在碱催化的ALD工艺中沉积氧化硅膜。
[0018]美国公开号US2018223047A公开了氨基官能化的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有机氨基)，和用于沉积含硅和氧的膜的方法。
[0019]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。
[0020]尽管已有上述开发，但本领域需要用于以高的每循环生长(GPC)沉积含氧化硅膜以最大化半导体制造设施的产量的前体和方法。虽然某些前体能够以＞/循环的GPC沉积，但这些前体具有缺点，例如低质量的膜(元素污染、低密度、低电性能、高湿蚀刻速率)、高工艺温度、需要催化剂、昂贵、产生低保形性膜以及其他缺点。

技术实现思路

[0021]本专利技术通过提供含硅和氧的前体特别是有机氨基官能化环状低聚硅氧烷(其具有至少两个硅和两个氧原子以及用来锚定环状低聚硅氧烷单元到衬底表面的有机氨基)作为沉积含硅和氧的膜的工艺的一部分，解决了与常规前体和工艺相关的问题。与上述
技术介绍
部分中描述的那些相比，本专利技术中公开的多硅前体具有新型结构，因此在关于前体合成的成本或便利性、前体物理性质(包括热稳定性、反应性或挥发性)、沉积含硅膜的过程或所沉积的含硅膜的性质的一个或多个方面提供优势。
[0022]本文公开了一种组合物，其包含选自式A和B的至少一种有机氨基官能化低聚硅氧烷化合物：
[0023][0024]其中R1选自直链C1‑
C
10
烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C3‑
C
10
杂环基、C3‑
C
10
烯基、C3‑
C
10
炔基和C3‑
C
10
芳基；R2选自氢、C1‑
C
10
直链烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C3‑
C
10
杂环基、C3‑
C
10
烯基、C3‑
C
10
炔基和C4‑
C
10
芳基，其中R1和R2连接以形成杂环结构或杂环芳基结构或者不连接以形成环状结构；并且R3‑
R9各自独立地选自氢、直链C1‑
C
10
烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C2‑
C
10
烯基、C2‑
C
10
炔基和C4‑
C
10
芳基。
[0025]根据更优选的实施方式，R1选自C3‑
C6环烷基和C3‑
C6芳基；R2选自氢和C1‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种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，其中将衬底保持在约
‑
20℃至约400℃范围的一个或多个温度下，并将反应器的压力保持在100托或更低；引入选自式A至B的至少一种化合物：其中R1选自直链C1‑
C
10
烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C3‑
C
10
杂环基、C3‑
C
10
烯基、C3‑
C
10
炔基和C3‑
C
10
芳基；R2选自氢、C1‑
C
10
直链烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C3‑
C
10
杂环基、C3‑
C
10
烯基、C3‑
C
10
炔基和C4‑
C
10
芳基，其中R1和R2连接以形成杂环结构或杂环芳基结构或者不连接以形成环状结构；并且R3‑
R9各自独立地选自氢、直链C1‑
C
10
烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C2‑
C
10
烯基、C2‑
C
10
炔基和C4‑
C
10
芳基；向反应器中提供氧源以与该至少一种化合物反应而形成膜并覆盖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膜退火以包覆表面特征的至少一部分；和在约20℃至约1000℃的一个或多个温度下用氧源处理衬底以在表面特征的至少一部分上形成含硅膜。2.一种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，其中将衬底保持在约
‑
20℃至约400℃的一个或多个温度下，并将反应器的压力保持在100托或更低；引入选自式A至B的至少一种化合物：其中R1选自直链C1‑
C
10
烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C3‑
C
10
杂环基、C3‑
C
10
烯基、C3‑
C
10
炔基和C3‑
C
10
芳基；R2选自氢、C1‑
C
10
直链烷基、支链C3‑
C
10
烷基、C3‑
C
10
环烷基、C3‑
C
10
杂环基、C3‑
C
10
烯基、C3‑
C
10
炔基和C4‑
C
10
芳基，其中R1和R2连接以形成杂环结构或杂环芳基结构或者不连接以形成环状结构；并且R3‑
R9各自独立地选自氢、直链C1‑
C
10
烷基、支链C3‑
C
10
烷
基、C3‑
C
10
环烷基、C2‑
C
10
烯基、C2‑
C
10
炔基和C4‑
C
10
芳基；向反应器中提供氮源以与该至少一种化合物反应而形成膜并覆盖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膜退火以包覆表面特征的至少一部分；和在约20℃至约1000℃的一个或多个温度下用氧源处理衬底以在表面特征的至少一部分上形成含硅膜。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中R1选自C3‑
C6环烷基和C3‑
C6芳基；R2选自氢和C1‑
C4烷基；并且R3‑
R9各自独立地选自氢和C1‑
C4烷基。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中R1和R2连接以形成C3‑
C
10
杂环结构或C3‑
C
10
杂环芳基结构，并且R3‑
R9各自独立地选自氢和C1‑
C4烷基。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中(i)R1选自C3‑
C
10
环烷基和C3‑
C
10
芳基；R2选自氢和C1‑
C4烷基；并且R3‑
R9各自独立地选自氢和C1‑
C4烷基；(ii)R1和R2连接以形成C3‑
C
10
杂环结构或C3‑
C
10
杂环芳基结构，并且R3‑
R9各自独立地选自氢和C1‑
C4烷基。6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种化合物选自：2
‑
吡咯烷基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
吡咯基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
哌啶子基
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
(2
‑
甲基哌啶子基)
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
(2,6
‑
二甲基哌啶子基)
‑
2,4,4,6,6
‑
五甲基环三硅氧烷、2
‑
环己基甲基氨基
‑
2,4,4,6,6
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：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：