[发明专利]用于ALD/CVD含硅薄膜应用的有机硅烷前体

说明书

相关申请的交互引用

本申请主张2012年7月20日申请的美国临时申请第61/674,103号的优先权，该申请的全部内容引入本文供参考。

技术领域

公开含Si薄膜形成前体、其合成方法及使用其以使用气相沉积法沉积含硅薄膜用于制造半导体、光伏装置、LCD-TFT、平板型装置、耐火材料或航空材料的方法。

现有技术

含Si薄膜广泛用于半导体、光伏装置、LCD-TFT、平板型装置、耐火材料或航空行业中。含Si薄膜可例如用作具有电学性质的可绝缘的介电材料(SiO₂、SiN、SiCN、SiCOH、MSiOx，其中M为Hf、Zr、Ti、Nb、Ta或Ge且x大于零)，含Si薄膜可用作导电薄膜，如金属硅化物或金属硅氮化物。由于电学装置架构朝向纳米级(尤其低于28nm节点)降低尺寸所施加的严格要求，需要愈来愈精细调节的分子前体，这些分子前体除具有高沉积速率、所产生薄膜的保形性及坚实度以外也满足挥发性(对于ALD制程)、较低制程温度、与各种氧化剂的反应性及低薄膜污染的要求。

熟知硅烷(SiH₄)可用于热CVD。然而，此分子具自燃性，由此使得此室温气体在安全处理方面面临挑战。已使用采用卤代硅烷(如二氯硅烷SiH₂Cl₂)的CVD方法。然而，这些方法可能需要较长吹扫时间，造成薄膜的卤素污染及粒子形成(由氯化铵盐形成)，且甚至破坏某些基质，从而引起不希望的界面层形成。以烷基部分地替代卤素可得到一些改进，但代价是薄膜内产生不利的碳污染。

有机氨基硅烷已用作含Si薄膜的CVD的前体。Dussarrat等人的US7192626报导了使用三硅烷胺N(SiH₃)₃来沉积SiN薄膜。其他已报导的前体包括二异丙氨基硅烷[SiH₃(NiPr₂)]及类似SiH₃(NR₂)化合物(参见例如Thridandam等人的US 7875312)以及苯基甲基氨基硅烷[SiH₃(NPhMe)]及相关经取代的硅烷苯胺(参见例如Xiao等人的EP 2392691)。

另一相关类别的用于含Si薄膜的CVD的Si前体由通式(R¹R²N)_xSiH_4-x给出，其中x在1与4之间且R取代基独立地为H、C1-C6直链、分支链或环状碳链(参见例如Dussarrat等人的WO2006/097525)。

Hunks等人在US2010/0164057中公开诸多含Si前体，包括具有式R_4-xSiL_x的硅化合物，其中x为具有1-3的值的整数；R可选自H、分支链和未分支链C1-C6烷基、C3-C8环烷基和C6-C13芳基；且L可选自异氰酸酯基、甲基乙基酮肟、三氟乙酸酯、三氟甲磺酸酯、酰氧基、β-二酮亚胺(β-diketiminate)、β-二-亚胺(β-di-iminate)、脒、胍、烷氨基、氢化物、烷氧化物或甲酸酯配位体。Pinnavaia等人主张了一种由乙酰基丙酮酸硅和1,3-二酮硅(silicon 1,3-diketonate)前体制备多孔合成半结晶有机-无机杂合氧化硅组成物的方法(US6465387)。

尽管有诸多选择可用于含Si薄膜的沉积，但仍不断寻找其他前体以为装置工程师提供调节制造制程要求及达成具有所要电学和物理性质的薄膜的能力。

记法和命名法

贯穿以下说明书及申请专利范围使用某些缩写、符号和术语，且包括：

如本文所用，不定冠词“一(a/an)”意谓一个(种)或多个(种)。

如本文所用，术语“独立地”在用于描述R基团的情形中时应理解为表示所述R基团不仅相对于带有相同或不同下标或上标的其他R基团独立地选择，还相对于同一R基团的任何其他种类独立地选择。举例而言，在式MR¹_x(NR²R³)_(4-x)(其中x为2或3)中，两个或三个R¹基团可但无需彼此或与R²或R³相同。另外，应了解，除非另外特定陈述，否则当用于不同式子中时R基团的值彼此独立。