硅氧烷组合物和使用该组合物沉积含硅膜的方法技术

本发明专利技术公开了含硅氧烷的组合物和方法。所公开的方法涉及一种在衬底上沉积介电膜的方法，该方法包括以下步骤：a)将衬底放置在反应室中；b)引入包含环状含硅化合物和氧化剂的工艺气体；和c)在使得环状含硅化合物和氧化剂反应以在衬底表面上形成可流动膜的条件下，将衬底暴露于工艺气体。所述方法可进一步包括将可流动膜转化成固体介电材料(例如氧化硅膜)。在某些实施方案中，膜的转化可通过热、等离子体退火对如此沉积的膜进行退火和UV固化来实现。退火对如此沉积的膜进行退火和UV固化来实现。退火对如此沉积的膜进行退火和UV固化来实现。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅氧烷组合物和使用该组合物沉积含硅膜的方法

技术介绍

[0001]在本领域中已知使用可流动化学气相沉积工艺通过气相聚合来沉积氧化硅膜。例如，现有技术聚焦于使用诸如三甲硅烷基胺(TSA)的化合物来沉积含硅、氢、氮的低聚体，该低聚体随后通过臭氧暴露被氧化成SiOx膜。这方面的实例见：美国公开号2014/0073144；美国公开号2013/230987；美国专利号7,521,378、7,557,420和8,575,040；和美国专利号7,825,040。这些工艺总是需要高温水蒸汽处理和>1000℃的热退火。
[0002]美国专利7825038 B2公开了在衬底上沉积氧化硅层的方法，该方法包括以下步骤：向沉积室提供衬底，在沉积室外产生原子氧前体，以及将原子氧前体引入室中。该沉积还可包括将硅前体引入沉积室，其中硅前体和原子氧前体首先在该室中混合。如八甲基三硅氧烷(OMTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅氧烷(TOMCATS)的前体被用于该申请中。
[0003]美国专利号7998536、7989033和Yim,K.S.(2009)“Novel silicon precursors to make ultra low-k films with high mechanical properties by plasma enhanced chemical vapor deposition”公开了用于形成低k、含Si-C膜的前体和工艺。
[0004]美国专利9362107B2公开了在图案化衬底上形成可流动低k介电膜的方法。该膜可以是硅-碳-氧(Si-C-O)层，其中硅和碳成分来自含硅和碳的前体，而氧可以来自在远程等离子体区中激活的含氧前体。在沉积后不久，硅-碳-氧层在固化前通过暴露于含氢和氮的前体(例如氨)进行处理。该处理可以从硅-碳-氧层中去除残留水分，并且可以使晶格在固化和后续处理过程中更有弹性。该处理可以减少后续处理期间硅-碳-氧层的收缩。如八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅氧烷(TOMCATS)的前体宣称用于该应用。
[0005]已知的前体和沉积工艺可以沉积吸收水分并导致介电常数提高的亲水膜。
[0006]前述专利和专利申请的公开内容在此通过引入并入本文。

技术实现思路

[0007]本专利技术通过提供环状硅氧烷组合物和用于沉积含硅膜的方法，以及在一个实施方案中用于填充半导体各种特征之间的间隙的膜，解决了与已知前体和工艺相关的问题。
[0008]更具体地，本专利技术包括一种用于在衬底上形成含硅膜的可流动化学气相沉积方法。该方法包括将衬底置于反应室中，并将至少一种由式I表示的环状硅氧烷化合物和至少一种激活的物质引入到反应室中：
[0009][0010]其中R
1-4
独立地选自氢、直链或支链的C1至C
10
烷基、直链或支链的C3至C
10
烯基、直
链或支链的C3至C
10
炔基、二-C1至C
6-烷基氨基和C6至C
10
芳基，且n＝1、2、3、4。控制反应器条件，使含硅化合物和激活的物质发生反应并作为可流动膜凝结在衬底上。所述至少一种激活的物质相对于反应室被远程激活。
[0011]在某些情况下，所述可流动膜具有至少一个Si-C和Si-O键。所述可流动膜填充衬底表面特征上的高纵横比间隙。然后，例如通过等离子体、UV和/或热退火将可流动膜转化成最终氧化硅膜。本专利技术的方法可用于填充高纵横比间隙，包括纵横比范围为3:1至10:1或更大的间隙。
[0012]可使用远程等离子体源、远程微波源或远程热线系统产生所述激活的物质。
[0013]根据一个实施方案，所述至少一种激活的物质是通过等离子体源或远程微波源作用于选自水蒸气、臭氧、氧气、氧气/氦气、氧气/氩气、氮氧化物、二氧化碳、过氧化氢、有机过氧化物及其混合物的物质而生成的氧化剂。
[0014]根据另一个实施方案，通过等离子体源或远程微波源作用于选自氮气、氮气和氦气的混合物、氮气和氩气的混合物、氨；氨和氦气的混合物、氨和氩气的混合物、氦气、氩气；氢气、氢气和氦气的混合物、氢气和氩气的混合物、氨和氢气的混合物、有机胺及其混合物而生成所述至少一种激活的物质。
[0015]根据另一个实施方案，所述至少一种环状硅氧烷化合物包括2,2,5,5-四甲基-1-氧杂-2,5-二硅杂环戊烷和2,2,6,6-四甲基-1-氧杂-2,6-二硅杂环己烷中的一种或两种。
[0016]在进行上述步骤后，所述可流动膜可以用选自等离子体、UV辐射和热退火的处理方法进行处理。用所述处理方法处理可流动膜将该可流动膜转化成介电材料。
[0017]如前所述，本专利技术的一些实施方案涉及为用介电材料填充衬底上的间隙的目的使用上述形成介电膜的方法。在这样的实施方案中，含硅化合物和氧化剂反应以在将可流动膜转化为介电材料之前在间隙中形成可流动膜。
[0018]在再进一步的实施方案中，含硅膜通过等离子体辅助的反应沉积到间隙中。在这样的实施方案中，在等离子体辅助的反应和含硅膜沉积到间隙中之后，将氧化剂引入反应室，并且含硅膜暴露于氧化剂，使得在间隙中形成包含Si-O和Si-C键中至少一种的可流动膜。原样沉积的膜随后转化为介电材料。
[0019]本专利技术的另一方面涉及通过本专利技术方法获得的膜。
[0020]另一个实施方案涉及一种用于将膜可流动化学气相沉积到衬底上的组合物，该组合物包含2,2,5,5-四甲基-1-氧杂-2,5-二硅杂环戊烷，并且具有少于10ppm的卤离子杂质，该卤离子选自氯离子、氟离子、溴离子和碘离子。
[0021]另一个实施方案涉及一种用于在衬底上可流动化学气相沉积膜的组合物，该组合物包含2,2,5,5-四甲基-1-氧杂-2,5-二硅杂环戊烷，并且具有少于10ppm的金属离子杂质，该金属离子选自Al
3+
、Fe
2+
、Fe
3+
、Ni
2+
和Cr
3+
。
[0022]另一个实施方案涉及一种用于将膜可流动化学气相沉积到衬底上的组合物，该组合物包含2,2,6,6-四甲基-1-氧杂-2,6-二硅杂环己烷，并且具有少于10ppm的卤离子杂质，该卤离子选自由氯离子、氟离子、溴离子和碘离子。
[0023]另一个实施方案涉及一种用于将膜可流动化学气相沉积到衬底上的组合物，该组合物包含2,2,6,6-四甲基-1-氧杂-2,6-二硅杂环己烷，并且具有少于10ppm的金属离子杂质，该金属离子选自Al
3+
、Fe
2+
、Fe
3+
、Ni
2+
和Cr
3+
。
[0024]本专利技术的各个方面可以单独使用或相互结合使用。
附图说明
[0025]图1是根据实施例1沉积的具有有机硅酸盐玻璃膜的图案化晶片在热退火后的SEM照片；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在衬底上形成含硅膜的可流动化学气相沉积方法，该方法包括将所述衬底置于反应室中，并将至少一种式I所示的环状硅氧烷化合物和至少一种激活的物质引入到所述反应室中，其中R
1-4
独立地选自氢、直链或支链的C1至C
10
烷基、直链或支链的C3至C
10
烯基、直链或支链的C3至C
10
炔基、二-C1至C
6-烷基氨基和C6至C
10
芳基，且n＝1、2、3、4，其中控制反应器条件，从而使得所述含硅化合物和所述激活的物质反应并作为可流动膜凝结在所述衬底上，并且其中所述至少一种激活的物质相对于所述反应室被远程激活。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括表面特征，所述表面特征之间具有高纵横比间隙，并且其中所述含硅化合物和所述激活的物质反应以在所述间隙内形成所述可流动膜。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述高纵横比间隙具有3:1至10:1范围内的深度与宽度的纵横比。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述激活的物质使用远程等离子体源、远程微波源或远程热线系统生成。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种激活的物质是通过等离子体源或远程微波源作用于选自水蒸气、臭氧、氧气、氧气/氦气、氧气/氩气、氮氧化物、二氧化碳、过氧化氢、有机过氧化物及其混合物的物质上而生成的氧化剂。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种环状硅氧烷化合物包含2,2,5,5-四甲基-1-氧杂-2,5-二硅杂环戊烷和2,2,6,6-四甲基-1-氧杂-2,6-二硅杂环己烷中的一种或两种。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：用选自等离子体、UV辐射和热退火的处理来处理所述可流动膜。8.根据权利要求7所述的方法，其中用所述处理来处理所述可流动膜的步骤将所述可流动膜转化为介电材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中...

【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：