[发明专利]卤硅烷化合物和组合物以及用于使用其沉积含硅膜的方法

说明书

本申请要求于2015年6月16日提交的申请No.62/180382和2015年6月18日提交的申请No.62/181,494的权益。申请No.62/180382和62/181,494的公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本文描述了卤硅烷(halidosilane)化合物、用于制备卤硅烷化合物的方法、包含卤硅烷化合物的组合物以及用于使用卤硅烷化合物沉积含硅膜(例如硅、无定形硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氮化硅等)的方法。

背景技术

含硅膜被广泛用于半导体或电子应用。例如，氮化硅薄膜已经因其独特的物理、化学和机械性能而被广泛用于各种应用。在半导体器件中，氮化硅膜被用作栅极绝缘、扩散掩模、侧壁间隔体、钝化和封装等用途。典型地，在前道工序(FEOL)中使用的氮化硅膜目前使用二氯硅烷和氨在约750℃或更低的一个或多个温度下在热壁反应器中通过低压化学气相沉积(LPCVD)进行沉积。随着集成电路(IC)的横向和垂直尺寸不断缩小，为了避免硅原子(Si)和金属之间的不希望的反应和实现具有精确掺杂分布控制的超高集成器件，越来越需要在低得多的温度(550℃或更低)下沉积氮化硅膜。需要更好的前体以满足这一需要。

本领域中有用于制备含卤素和硅烷的化合物的许多实例。例如，参考文献"Preparation of disilanyl chloride and disilanyl bromide by the reaction of disilane with hydrogen halide",Abedini,M.等,J.Inorg.Nucl.Chem.第25卷(第3期)，第307-309页(1963)描述了用于通过在适当的卤化铝催化剂存在下使Si₂H₆分别与HCl或HBr反应，制备也称为一氯乙硅烷的乙硅烷基氯化物(H₃SiSiH₂Cl)和也称为一溴乙硅烷的乙硅烷基溴化物(H₃SiSiH₂Br)的方法。参考文献"Formation and identification of chlorodisilanes and monochlorotrisilane",Drake,J.E.等,Inorg.Nucl.Chem.Lett.,第4卷(7),第385-388页(1968)描述了用于通过缩合Si₂H₆和BCl₃，使反应混合物升温至0℃，并使反应混合物在该温度下保持8小时以导致形成以下产物：B₂H₆、Si₂H₅Cl、Si₂H₄Cl₂、Si₂H₃Cl₃和Si₂H₂Cl₄，而制备氯乙硅烷类和一氯丙硅烷类的方法。美国专利No.8,206,676公开了一氯硅烷的制备，其包括在足以提供最终产物的时间和温度下使硅烷和HCl与催化剂接触。

前文指出的专利和出版物的公开内容通过引用并入本文。

发明内容

本文描述了卤硅烷化合物、用于制备卤硅烷化合物的方法、包含卤硅烷前体的组合物，用于使用卤硅烷前体和衬底沉积含硅膜(例如硅、无定形硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、金属掺杂氮化硅膜等)的方法，其中所述衬底具有在其上沉积的至少一个含硅膜。本文所述的卤硅烷前体化合物的实例包括但不限于一氯乙硅烷(MCDS)、一溴乙硅烷(MBDS)、一碘乙硅烷(MIDS)、一氯丙硅烷(MCTS)、一溴丙硅烷(MBTS)和一碘丙硅烷(MITS)。本文还描述了用于在约500℃或更低的一个或多个沉积温度下将含硅膜(例如但不限于氮化硅、氮氧化硅、氧化硅或硅膜)的沉积到衬底的方法，其中所述衬底具有在其上沉积的至少一个含硅膜。

在一个方面，提供了在衬底的至少一部分上沉积氮化硅膜的方法，所述方法包括：

a.在反应器内提供所述衬底；

b.使所述衬底与选自一氯乙硅烷(MCDS)、一溴乙硅烷(MBDS)、一碘乙硅烷(MIDS)、一氯丙硅烷(MCTS)和一溴丙硅烷(MBTS)、一碘丙硅烷(MITS)及其组合的卤硅烷前体接触(例如，在足以化学吸附所述卤硅烷前体的条件下)；

c.吹扫未反应的卤硅烷前体；