[发明专利]用于高质量氧化硅薄膜的高温原子层沉积的组合物

说明书

公开了以＞600℃的温度形成氧化硅的原子层沉积(ALD)工艺。所用的硅前体具有下式：I.R¹R²_mSi(NR³R⁴)_n，其中R¹、R²和R³各自独立地选自直链或支链的C₁至C₁₀烷基和C₆至C₁₀芳基；R⁴选自氢、直链或支链的C₁至C₁₀烷基以及C₆至C₁₀芳基、C₃至C₁₀烷基甲硅烷基；其中R³和R⁴连接以形成环状环结构或R³和R⁴不连接形成环状环结构；m为0至2；n为1至3；并且m+n＝3。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月4日提交的美国临时专利申请第62/741,126号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

发明背景

本文描述了用于形成氧化硅膜的组合物和方法。更具体地，本文描述了用于在约600℃或更高的一个或多个沉积温度下并且使用原子层沉积(ALD)工艺形成氧化硅膜的组合物和方法。

热氧化是通常在半导体应用中用于沉积高纯度和高度保形的氧化硅膜，如二氧化硅(SiO₂)的工艺。然而，热氧化过程具有非常低的沉积速率，例如在700℃下小于这使得其不适用于大批量制造工艺(参见，例如，Wolf,S.,“Silicon Processing for theVLSI 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(500℃)下沉积二氧化硅(SiO₂)保形膜的工艺。在ALD和PEALD工艺中，前体和反应性气体(例如，氧气或臭氧)在一定数量的循环中被分别脉冲，以在每一个循环中形成单层的二氧化硅(SiO₂)。但是，使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有害的水平的杂质，例如碳(C)、氮(N)、氢(H)或这些的组合。为了解决这个问题，一种可能的解决方案是提高沉积温度，例如500℃或更高。但是，在这些较高的温度下，半导体工业使用的常规前体倾向于进行自身反应、热分解和以化学气相沉积(CVD)模式而不是ALD模式沉积。与ALD沉积相比，CVD模式沉积具有降低的保形性，尤其是在半导体应用中的高纵横比结构中。此外，与ALD模式沉积相比，CVD模式沉积对薄膜或材料厚度的控制较少。

JP2010275602和JP2010225663公开了使用原材料在300-500℃的温度范围内通过CVD工艺形成诸如氧化硅的含硅薄膜。原料是有机硅化合物，由下式表示：(a)HSi(CH₃)(R¹)(NR²R³)，其中，R¹代表NR⁴R⁵或1C-5C烷基；R²和R⁴分别代表1C-5C烷基或氢原子；且R³和R⁵分别表示1C-5C烷基；或(b)HSiCl(NR¹R²)(NR³R⁴)，其中R¹和R³独立地表示具有1-4个碳原子的烷基或氢原子；以及R²和R⁴独立地表示具有1-4个碳原子的烷基。有机硅化合物包含H-Si键。