[发明专利]有机硅烷溶胶-凝胶反应的催化剂合成

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2012年3月16日提交的美国临时专利申请第61/611,808号的优先权权益。

背景技术

本文描述的是用于制造电子器件的方法。更具体地说，本文描述的是催化剂化合物及包含该催化剂化合物的预混合物、混合物和制剂，其用于半导体沉积过程，例如但不限于，二氧化硅的可流动化学气相沉积中的可水解有机硅烷前体自催化反应。

烷氧基硅烷化合物可用作通过受控的水解和缩合反应沉积的含硅薄膜（例如二氧化硅薄膜）的前体。这类薄膜可以沉积在衬底上，例如，通过将水和烷氧基硅烷的混合物任选地与溶剂和/或其他添加剂(例如表面活性剂和致孔剂)一起施加在衬底上。施加这些混合物的典型方法包括但不限于，旋涂、浸涂、喷涂、丝网印刷、共缩合和喷墨打印。施加至衬底之后和在施加一种或多种能量源例如但不限于热、等离子体和/或其他能量源时，混合物内的水可以与烷氧基硅烷反应以水解烷氧基团和/或芳氧基团并产生硅醇物质，其进一步与其他水解的分子缩合并形成低聚的或网状的结构。

例如在美国专利No.7,498,273;7,074,690;7,582,555;7,888,233和7,915,131中已经描述了采用水和含硅蒸汽源用于可流动介电沉积的汽相沉积方法。由于Si-C键对于与水的反应是相对惰性的，所生成的网络可以有益地用有机官能团官能化，该有机官能团赋予所生成的薄膜所需的化学和物理特性。例如，将碳添加至网络可以降低所生成的薄膜的介电常数。

令人遗憾的是，在某些沉积条件下，上面描述的水解和缩合反应不能以足够快的速率发生以使得这种前体的实际应用成为可能。

众所周知，酸（例如盐酸水溶液或硝酸水溶液）和碱（例如氢氧化铵水溶液）可以催化所谓的溶胶-凝胶过程中有机硅烷组分的水解和缩合。使用酸性和碱性催化剂可以加速“溶胶-凝胶”过程中硅酸盐网络的水解和缩合。然而，由于其化学反应性，这些水性催化剂不能作为与有机硅烷前体的混合物储存不确定的时间。另外，当在化学气相沉积期间以单独的进料流提供时，催化剂和前体可能不能充分混合并且可能在衬底上变成空间上隔离的，从而导致不均匀的沉积速率。

卤代硅烷已经作为用于可流动硅介电化学气相沉积过程的催化剂或作为预催化剂前体公开。美国专利No.7,629,227(“US‘227)教导了一种形成可流动介电薄膜的方法，其涉及含硅前体和选自可电离物质或式R₃SiX的卤代硅烷的催化剂，其中R独立地选自H、C₁-C₅烷氧基且X是卤素、胺或膦（参见US‘227的第6栏，32-54行）。催化剂化合物的实例包括：(CH₃O)₃SiCl、(CH₃CH₂O)₃SiCl、(CH₃O)₂Si(H)Cl、(CH₃CH₂O)₂Si(H)Cl和(CH₃)₃SiN(H)Si(CH₃)₃(同上)。这些含硅催化剂化合物也可以提供至少一些硅，其反应以形成可流动薄膜和/或与含硅前体混合(同上)。US‘227专利也教导了其中使用具有特定百分比的Cl杂质（以(CH₃O)₂Si(H)Cl形式）的三甲氧基硅烷((CH₃O)₃SiH)前体的实施方式(同上)。US‘227专利还教导，其含硅催化剂化合物不局限于与其类似的非卤化形式一起使用，而是也可以与另一种含硅前体一起使用（例如，(CH₃O)₃SiCl可以是催化剂化合物且TEOS是前体）(同上)。

名称为“Some Characteristics of Silylating Aminophenols”(Narkon,A.L.等，Izv.Akad.Nauk.SSSR,Ser.Khim.1979,1090-3)的参考文献描述了o-Me₃SiOC₆H₄NH₂与BzCl(苯甲酰氯)的反应，其形成o-HOC₆H₄NHBz和Me₃SiCl。没有描述该反应对其他非官能化或饱和硅酸酯的通用性。