[发明专利]氧化硅薄膜的高温原子层沉积

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2012年4月12日提交的在先美国临时专利申请序列号61/623,217的优先权权益。

技术领域

本文描述了用于形成氧化硅薄膜的组合物和方法。更具体地，本文描述了用于在约500℃或更高的一个或多个沉积温度下和采用原子层沉积(ALD)工艺形成氧化硅薄膜的组合物和方法。

背景技术

热氧化是在半导体应用中通常用于沉积高纯度和高保形性氧化硅薄膜例如二氧化硅(SiO₂)的方法。然而，热氧化过程具有极低的沉积速率，例如，在700℃下低于0.03/s，这使得其对于高体量制造工艺而言是不切实际的(参见，例如，Wolf，S.，“Silicon Processing for the VLSI Era Vol.1-Process Technology”，Lattice Press，CA，1986)。

原子层沉积(ALD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)是用于在低温下(＜500℃)沉积二氧化硅(SiO₂)保形薄膜的方法。在ALD和PEALD工艺中，将前体和反应性气体(例如氧或臭氧)以特定的多个循环独立地脉冲以在各循环形成单层二氧化硅(SiO₂)。然而，采用这些工艺在低温下沉积的二氧化硅(SiO₂)可能包含对半导体应用不利的杂质水平，例如碳(C)、氮(N)或两者。为进行弥补，一种可能的方案是升高沉积温度例如500℃或更高。然而，在这些较高的温度下，半导体工业使用的常规前体倾向于自身反应、热分解和以CVD模式而不是ALD模式沉积。CVD模式沉积相比于ALD沉积保形性降低，尤其是对于半导体应用中的高纵横比结构。另外，CVD模式沉积相比于ALD模式沉积对薄膜或材料厚度的控制较差。

JP2010275602和JP2010225663公开了利用原料通过化学气相沉积(CVD)工艺在300-500℃的温度范围内形成含Si薄膜例如氧化硅。所述原料是有机硅化合物，由式(a)HSi(CH₃)(R¹)(NR²R³)表示，其中R¹代表NR⁴R⁵或1C-5C烷基；R²和R⁴各自代表1C-5C烷基或氢原子；且R³和R⁵各自代表1C-5C烷基；或由式(b)HSiCl(NR¹R²)(NR³R⁴)表示，其中R¹和R³独立地代表具有1到4个碳原子的烷基或氢原子；且R²和R⁴独立地代表具有1到4个碳原子的烷基。所述有机硅化合物包含H-Si键。

美国专利第7,084,076号(“‘076专利”)公开了一种卤化的硅氧烷例如六氯二硅氧烷(HCDSO)，其用于与作为催化剂的吡啶结合用于低于500℃的ALD沉积以形成二氧化硅。

美国专利第6,992,019号(“‘019专利”)公开了用于在半导体衬底上形成具有优异性质的二氧化硅层的催化剂-辅助的原子层沉积(ALD)方法，其采用由具有至少两个硅原子的硅化合物组成的第一反应物组分，或采用脂族叔胺作为催化剂组分或两者组合使用，以及公开了相关的吹扫方法和序列。所使用的前体是六氯乙硅烷。沉积温度为25-150℃。

因此，需要开发采用原子层沉积(ALD)工艺或ALD样工艺例如但不限于循环化学气相沉积工艺来形成高质量、低杂质、高保形性的氧化硅薄膜的方法，以代替基于热的沉积工艺。此外，也可能需要在ALD或ALD样工艺中开发高温沉积(例如，在500℃或更高的的一个或多个温度下)以改善一种或多种薄膜性质，例如纯度和/或密度。

发明简述

本文描述了用于在高温，例如500℃或更高的一个或多个温度下以原子层沉积(ALD)或ALD样工艺沉积氧化硅材料或薄膜的方法。

一种实施方式提供沉积氧化硅的方法，包括步骤：

a.在反应器中提供衬底；

b.将至少一种硅前体引入所述反应器中；

c.用吹扫气体吹扫反应器；

d.将氧源引入所述反应器中；和

e.用吹扫气体吹扫反应器；且