氮雜聚硅烷前體和沉積包含該前體的薄膜的方法
【專利摘要】本文描述了用于形成含硅薄膜的前體和方法。一方面，提供包含至少兩個Si-N鍵、至少一個Si-Si鍵和至少兩個SiH2基團的氮雜聚硅烷前體，由下式IA、IB和IC表示：其中R1和R2獨立地選自直鏈或支鏈C1-C10烷基、直鏈或支鏈C3-C10烯基、直鏈或支鏈C3-C10炔基、C3-C10環(huán)烷基、C3-C10雜環(huán)烷基、C5-C10芳基、C3-C10雜芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10環(huán)烷基氨基；R3和R4獨立地選自氫、直鏈或支鏈C1-C10烷基、直鏈或支鏈C2-C10烯基、直鏈或支鏈C2-C10炔基、C3-C10環(huán)烷基、C3-C10雜環(huán)烷基、C5-C10芳基、C3-C10雜芳基、C2-C10二烷基氨基、和C3-C10環(huán)烷基氨基；其中式IA中的R1不能為甲基，式IB中的R1和R2不能同時為異丙基、叔丁基和芐基且R3和R4不能同時為甲基和苯基。
【專利說明】氮雜聚娃院前體和沉積包含該前體的薄膜的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年6月26日提交的美國臨時申請?zhí)?1/839, 536的權(quán)益，其通過 引用如其完全闡述一般引入本文。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 本文描述了可以用于沉積含硅薄膜的前體（特別是含硅化合物）及其組合物，所 述含硅薄膜包括但不限于，非晶硅、晶體硅、氮化硅、氧化硅、碳摻雜的氧化硅、碳氮化硅和 氧氮化硅薄膜。在再另一方面，本文描述了氮雜聚硅烷前體在制造集成電路器件中沉積含 硅薄膜的用途。在這些或其它的方面中，所述氮雜聚硅烷前體可以用于各種沉積工藝，包 括但不限于原子層沉積（"ALD"）、化學(xué)氣相沉積（"CVD"）、等離子體增強化學(xué)氣相沉積 ("PECVD"）、低壓化學(xué)氣相沉積（"LPCVD"）和常壓化學(xué)氣相沉積。
[0005] 幾類含硅化合物可用作含硅薄膜（例如，但不限于，氧化硅、碳摻雜的氧化硅或氮 化硅薄膜）的前體。適合用作前體的這些化合物的實例包括硅烷類、乙硅烷類、氯代硅烷 類、聚硅氮烷類、氨基硅烷類和疊氮基硅烷類。惰性載氣或稀釋劑（例如，但不限于，氦、氫、 氮等）也被用于將所述前體輸送到反應(yīng)室中。
[0006] 低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)工藝是半導(dǎo)體工業(yè)用于沉積含硅薄膜所用的較廣泛 接受的方法之一。使用氨的低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)可能需要高于750°C的沉積溫度以 獲得合理的生長速率和均勻度。通常使用較高的沉積溫度以提供更好的薄膜性能。更常見 的用于生長氮化娃或其它含娃薄膜的工業(yè)方法之一是在高于750°C的溫度下的熱壁反應(yīng)器 中使用前體硅烷、二氯硅烷和/或氨的低壓化學(xué)氣相沉積。但是，使用這種方法存在幾種缺 陷。例如，某些前體（例如硅烷）是易燃的。這可能產(chǎn)生操作和使用中的問題。而且，由硅 烷和二氯硅烷沉積的薄膜可能包含某些雜質(zhì)。例如，使用二氯硅烷沉積的薄膜可能包含某 些雜質(zhì)如氯和氯化銨，它們是在沉積過程中作為副產(chǎn)物形成的。使用硅烷沉積的薄膜可能 含有氫。
[0007] 用于沉積氮化硅薄膜的前體（如BTBAS和氯代硅烷類）通常在高于550°C的溫度 下沉積薄膜。半導(dǎo)體器件小型化的趨勢和低的熱預(yù)算需要更低的處理溫度和更高的沉積速 率。應(yīng)當(dāng)降低硅薄膜進行沉積的溫度以防止晶格中的離子擴散，特別是對于包含金屬化層 的那些襯底和在許多III-V族和II-VI族器件上。因此，本領(lǐng)域中需要提供具有充分的化 學(xué)反應(yīng)性以允許通過CVD、ALD或其它工藝在550°C或更低的溫度下或甚至在室溫下沉積的 用于沉積含硅薄膜（例如氧化硅、碳摻雜的氧化硅、氧氮化硅或氮化硅薄膜）的前體。
[0008] 題為"Disilanyl-amines-Compounds Comprising the Structure Unit Si-Si-N，as Single-Source Precursors for Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(PE-CVD)of Silicon Nitride" 的參考文獻(xiàn)（Schuh 等，Zeitschrift Fiir Anorganische und Allgemeine Chemie，619(1993)，第 1347-52 頁）描述了 用于氣 化硅薄膜的PECVD的潛在的單一源前體（其中所述前體具有結(jié)構(gòu)單元Si-Si-N)， 例如（Et2N) 2HSi-SiH3、（Et2N)2HSi-SiH(NEt 2)2、[(i-Pr)2N]H2Si-SiH3 和[(i-Pr)2N] H2Si-SiH2[N(i-Pi02]。前體1，2-雙（二異丙基氨基）乙硅烷（BIPADS)用于氮化硅薄膜的 PECVD沉積。由BIPADS前體得到的薄膜具有1. 631-1. 814范圍的折射率并具有低的碳含量 和極低的氧含量，但具有高的（Si結(jié)合的）氫含量。
[0009] 題為 "1，2-Disilanediyl Bis(triflate)，F(xiàn)3CS03-SiH2_SiH2-0 3SCF3, as the Key Intermediate for a Facile Preparation of Open-Chain and Cyclicl, 1-and l，2_Diaminodisilanes" 的參考文獻(xiàn)（Si:)丨tier 等，Inorganic Chemistry, 36 (1997)，第 1758-63頁）描述了具有完全氫化的Si鍵的幾種開鏈和環(huán)狀二氨基乙硅烷的高產(chǎn)率合成。
[0010] 題為"Proton magnetic resonance spectra and base strengths of disilanylamines，' 的參考文獻(xiàn)（Abedini 等，Quarterly Bulletin of the Faculty of Science，Tehran University3(4):第1-6頁）公開了乙娃燒基胺的PMR譜，提示它們的堿 度按以下順序降低：Me3N>H 3SiSiH2NMe2> (H3SiSiH2) 2NMe> (H3SiSiH2) 3N。
[0011] 美國專利號5, 660, 895描述了在低溫下采用乙硅烷（Si2H6)和一氧化二氮在PECVD 工藝中沉積高質(zhì)量Si02薄膜。
[0012] 美國專利號7, 019, 159和7, 064, 083描述了制備不含氯并具有式（(R) HN)3-Si-Si-(NH(R))3的硅烷化合物或六（單烴基氨基）乙硅烷的組合物和方法，其中R獨 立地代表(^到(；烴基。所述六（單烴基氨基）乙硅烷前體用于沉積氮化硅或氧氮化硅薄 膜。
[0013] 美國專利號US8153832描述了具有式Si2(匪e2) 5Y的五（二甲基氨基）乙硅烷化 合物及其在制備SiN或SiON的門控含娃薄膜（gate silicon-containing film)或蝕刻停 止含硅薄膜中的用途，其中Y選自H、Cl或氨基。
[0014] 美國專利申請
【發(fā)明者】蕭滿超, 雷新建, D·P·斯潘斯 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司