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

公开了氨基官能化环状低聚硅氧烷(其具有至少三个硅和三个氧原子以及至少一个有机氨基基团)和用于制备该低聚硅氧烷的方法。还公开了使用该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。积含硅和氧的膜的方法。积含硅和氧的膜的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于沉积含硅膜的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷
[0001]相关专利申请的交叉参考
[0002]本部分继续申请要求于2020年4月2日提交的美国非临时申请No.16/838,997的权益及2020年9月23日提交的美国非临时申请No.17/030,187的权益。申请No.16/838,997和17/030,187的公开内容按引用并入本文中。

技术介绍

[0003]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他含硅和氧的膜)的有机硅化合物、使用该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。
[0004]本文描述了新的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷前体化合物以及包含这些化合物的组合物和方法，以通过热原子层沉积(ALD)或等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺或其组合来沉积含硅膜，如，但不限于，氧化硅、氮氧化硅、碳氮氧化硅或碳掺杂氧化硅。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或非化学计量的含硅膜或材料的组合物和方法。
[0005]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工艺中，前体和反应气体(如氧气或臭氧)在一定数量的循环中被单独脉冲以在每个循环中形成氧化硅单层。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)，这在某些半导体应用中可能是有害的。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，在这些较高的温度下，半导体行业采用的传统前体倾向于进行自身反应、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所需的高纵横比结构。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。
[0006]有机氨基硅烷和氯硅烷前体是本领域已知的，其可用于通过原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺在相对低温(<300℃)下和以相对高的每循环生长(/循环)沉积含硅膜。
[0007]在以下公开出版物、专利和专利申请中公开了已知前体和方法的实例。
[0008]美国专利No.7,084,076B2描述了在碱催化ALD工艺中使用卤素
‑
或NCO
‑
取代的二硅氧烷前体来沉积氧化硅膜。
[0009]美国公开No.2015087139AA描述了经由热ALD或PEALD工艺使用氨基官能化的碳硅烷来沉积含硅膜。
[0010]美国专利No.9,337,018B2描述了经由热ALD或PEALD工艺使用有机氨基乙硅烷来沉积含硅膜。
[0011]美国专利No.8,940,648B2、9,005,719B2和8,912,353B2描述了经由热ALD或PEALD工艺使用有机氨基硅烷来沉积含硅膜。
[0012]美国公开No.2015275355AA描述了经由热ALD或PEALD工艺使用单
‑
和双
‑
(有机氨
基)烷基硅烷来沉积含硅膜。
[0013]美国公开No.2015376211A描述了经由热ALD或PEALD工艺使用单(有机氨基)
‑
、卤代
‑
和拟卤代
‑
取代的三甲硅烷基胺来沉积含硅膜。
[0014]公开No.WO15105337和美国专利No.9,245,740B2描述了经由热ALD或PEALD工艺使用烷基化三甲硅烷基胺来沉积含硅膜。
[0015]公开No.WO15105350描述了经由热ALD或PEALD工艺使用具有至少一个Si
‑
H键的4元环环二硅氮烷来沉积含硅膜。
[0016]美国专利No.7,084,076B2描述了在碱催化ALD工艺中使用卤素
‑
或NCO
‑
取代的二硅氧烷前体来沉积氧化硅膜。
[0017]公开No.US2018223047A公开了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有机氨基)，以及用于沉积含硅和氧的膜的方法。
[0018]先前确定的专利和专利申请的公开内容在此通过引用并入。
[0019]尽管有上述发展，但在本领域中仍需要以高的每循环生长(GPC)沉积含氧化硅的膜的前体和方法，以最大化半导体制造设施的产量。尽管某些前体能够以/循环GPC进行沉积，但这些前体有缺点，如膜质量低(元素污染、低密度、电性能差、湿蚀刻速率高)、工艺温度高、需要催化剂、成本、产生低保形膜以及其他缺点。

技术实现思路

[0020]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，解决了与常规前体和工艺相关的问题，所述前体具有至少三个硅和三个氧原子以及至少一个有机氨基，其用于作为沉积含硅和氧的膜的过程的一部分将环状低聚硅氧烷单元锚定到衬底表面。本专利技术公开的多硅前体与上述背景部分中描述的那些相比具有新颖的结构，并且因此可以在关于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提供优势。
[0021]本文公开了包含至少一种选自式A
‑
D的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷化合物的组合物：
[0022][0023][0024]其中R1选自直链C1至C10烷基、支链C3至C10烷基、C3至C10环烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10芳基；R2选自氢、C1至C10直链烷基、支链C3至C10烷基、C3至C10环烷基、C3至C10杂环基、C3至C10烯基、C3至C10炔基和C4至C10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
‑
11各自独立地选自氢、直链C1至C10烷基、支链C3至C10烷基、C3至C10环烷基、C2至C10烯基、C2至C10炔基、C4至C10芳基和有机氨基，NR1R2，其中R1和R2如上定义；n＝1、2或3，和m＝2或3。
[0025]本文描述了用于在等离子增强ALD(PEALD)、等离子增强循环化学气相沉积(PECCVD)、可流动化学气相沉积(FCVD)、等离子增强可流动化学气相沉积(PEFCVD)、等离子增强ALD样工艺，或ALD工艺中，使用含氧反应物源、含氮反应物源或其组合在相对低温下，例如，在600℃或更低的一个或多个温度下，沉积化学计量或非化学计量的含硅和氧材料或膜的方法，所述含硅和氧材料或膜例如但不限于，氧化硅、碳掺杂氧化硅、氧氮化硅膜或碳掺杂氧氮化硅膜。
[0026]在一个方面中，本文公开了一种用于将包含硅和氧的膜沉积于衬底上的方法，该方法包括步骤：(a)在反应器中提供衬底；(b)将至少一种选自式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包含至少一种选自式A
‑
D的有机氨基官能化环状低聚硅氧烷化合物的组合物：其中R1选自直链C1至C
10
烷基、支链C3至C
10
烷基、C3至C
10
环烷基、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、支链C3至C
10
烷基、C3至C
10
环烷基、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连接以形成环状环结构或不连接形成环状环结构；R3‑
11
各自独立地选自氢、直链C1至C
10
烷基、支链C3至C
10
烷基、C3至C
10
环烷基、C2至C
10
烯基、C2至C
10
炔基、C4至C
10
芳基和有机氨基NR1R2，其中R1和R2如上定义；n＝1、2或3，且m＝2或3。2.根据权利要求1所述的组合物，进一步包含选自溶剂和吹扫气体中的至少一种。3.根据权利要求1所述的组合物，其中R3‑9各自独立地选自氢和C1至C4烷基。4.根据权利要求1所述的组合物，其中R1选自C3至C
10
环烷基和C4至C
10
芳基。5.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物基本上不含一种或多种选自卤化物、金属离子、金属及其组合的杂质。6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述有机氨基官能化环状低聚硅氧烷化合物选自：2,4
‑
双(二甲基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(二甲基氨基)
‑
2,4,6,6
‑
四甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(二甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,4
‑
双(二甲基氨基)
‑
2,4,6,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(二甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(二甲基氨基)
‑
2,4,4,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2
‑
二甲基氨基
‑
2,4,6,8,10
‑
五甲基环五硅氧烷、2
‑
二甲基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8,10,10
‑
九甲基环五硅氧烷、2,4
‑
双(甲基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(甲基氨基)
‑
2,4,6,6
‑
四甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(甲基
氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,4
‑
双(甲基氨基)
‑
2,4,6,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(甲基氨基)
‑
2,4,4,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2
‑
甲基氨基
‑
2,4,6,8,10
‑
五甲基环五硅氧烷、2
‑
甲基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8,10,10
‑
九甲基环五硅氧烷、2,4
‑
双(异丙基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(异丙基氨基)
‑
2,4,6,6
‑
四甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(异丙基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,4
‑
双(异丙基氨基)
‑
2,4,6,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(异丙基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(异丙基氨基)
‑
2,4,4,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2
‑
异丙基氨基
‑
2,4,6,8,10
‑
五甲基环五硅氧烷、2
‑
异丙基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8,10,10
‑
九甲基环五硅氧烷、2,4
‑
双(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,6,6
‑
四甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,4
‑
双(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,6,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,4,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2
‑
(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,6,8,10
‑
五甲基环五硅氧烷、2
‑
(N
‑
乙基甲基氨基)
‑
2,4,4,6,6,8,8,10,10
‑
九甲基环五硅氧烷、2,4
‑
双(二乙基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(二乙基氨基)
‑
2,4,6,6
‑
四甲基环三硅氧烷、2,4
‑
双(二乙基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,4
‑
双(二乙基氨基)
‑
2,4,6,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(二乙基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,6
‑
双(二乙基氨基)
‑
2,4,4,6,8,8
‑
六甲基环四硅氧烷、2
‑
二乙基氨基
‑
2,4,6,8,10
‑
五甲基环五硅氧烷、2
‑
二乙基氨基
‑
2,4,4,6,6,8,8,10,10
‑
九甲基环五硅氧烷、2,4,6
‑
三(二甲基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4,6,8
‑
四(二甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷、2,4,6
‑
三(甲基氨基)
‑
2,4,6
‑
三甲基环三硅氧烷、2,4,6,8
‑
四(甲基氨基)
‑
2,4,6,8
‑
四甲基环四硅氧烷。7.一种用于在衬底上沉积包含硅和氧的膜的方法，该方法包括以下步骤：a)在反应器中提供衬底；b)将至少一种选自式A
‑
D的硅前体化合物引入所述反应器中：
其中R1选自直链C1至C
10
烷基、支链C3至C
10
烷基、C3至C
10
...

【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：