[发明专利]用于薄膜沉积的短无机三甲硅烷基胺基聚硅氮烷

说明书

披露了用于高纯度薄膜沉积的不含Si‑C并且是挥发性的硅氮烷前体。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月27日提交的美国申请号15/661,576和2016年12月11日提交的美国临时申请号62/432,666号的权益，出于所有目的通过援引方式将两者以其全部内容结合在此。

技术领域

披露了形成含Si膜的组合物，这些组合物包含不含Si-C并且是挥发性的含硅氮烷前体。这些组合物可用于沉积高纯度薄膜。

背景技术

随着半导体器件按比例缩小，需要新的材料。普通材料，如氮化硅或氧化硅，需要在越来越严格的条件下沉积。例如，氮化硅沉积的一般趋势是在最低可能温度下进行化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)，同时保持高沉积速率、高膜质量。对于这种工艺，前体分子对于获得具有低杂质并且具有合适的保形特性(从某些应用的高度保形到其他应用的自下而上填充)的高质量膜起着至关重要的作用。

Sanchez等人的美国专利申请公开号2015/047914披露了不含卤素的胺取代的三甲硅烷基胺和三二甲硅烷基胺化合物及其制备方法，其通过相应的未取代的三甲硅烷基胺与由过渡金属催化剂催化的胺之间的脱氢偶联。

Girard等人的US 2015/376211披露了经单取代的TSA前体的形成含Si膜的组合物。

Li等人的US 2016/0049293披露了一种方法和包括其的组合物，该方法通过提供额外的薄介电膜来密封多孔低介电常数层的孔。

Li等人的US 2016/0225616披露了一种包含多个含硅层的设备，其中含硅层选自氧化硅和氮化硅层或膜。

Lei等人的WO 2016/065221披露了组合物和使用这些组合物形成含硅膜或材料的方法。

由于Si-C键的低反应性和高热稳定性，已知没有Si-C直接键的分子比具有这种直接键的分子产生更纯的膜。

此外，具有烷氧基的硅烷很少通过原子层沉积表现出适当的自限制生长，并且不允许氮化硅膜的形成，由于氧通常保留在膜中，并且因此在可能的薄膜沉积应用方面不如具有Si-N键的氨基硅烷通用。然而，虽然烷氧基没有表现为在原子层沉积中表面反应的合适官能团，但是已经提出并可以使用具有Si-O-Si(硅氧烷)桥键的不含Si-C的分子。

已经提出并在工业上用于氧化硅和氮化硅薄膜沉积的典型不含Si-C的硅烷前体是

a-卤代硅烷，如二氯硅烷、一氯硅烷、六氯二硅烷、八氯三硅烷、二碘硅烷、五氯二硅烷等。

b-全氢化(聚)硅烷，如SiH4、Si2H6或Si3H8

c-具有通式SiHx(NR1R2)4-x的氨基硅烷，如双-二乙基氨基硅烷、三-二甲基氨基硅烷、二异丙基氨基硅烷、双(乙基甲基氨基)硅烷、四(乙基氨基)硅烷

d-氨基-二硅烷，如六(乙基氨基)二硅烷、二异丙基氨基硅烷、二乙基氨基二硅烷。

e-硅氧烷，如二硅氧烷、六氯二硅氧烷

f-三甲硅烷基胺，可用于多种沉积工艺，如可流动CVD、热低压CVD、等离子体增强CVD、ALD和等离子体增强ALD。

g-最近，其他富含硅的分子已被提出，如TSA-Cl或BDSASi。例如，已经报道了BDSASi通过PEALD产生每个周期高生长的SiN。

然而，仍然寻求能够在低温下实现较高生长速率(无论是通过ALD、CVD、可流动CVD或者其他形式的气相沉积)同时保持高膜纯度的分子，以进一步提高工艺生产率，或者能够在比通常的前体更低的温度条件下沉积。

发明内容