专利名称：有机氨基硅烷前体及沉积包含该前体的薄膜的方法
有机氨基硅烷前体及沉积包含该前体的薄膜的方法相关申请的交叉引用本申请基于35 U. S. C. § 119要求于2010年6月2日的美国临时申请61/350750 的优先权利益。
背景技术：
本文描述了可用于沉积介电薄膜(包括但不限于含硅薄膜，如氮化硅、氧化硅、碳氮化硅和氮氧化硅的薄膜)的前体，特别是有机氨基硅烷前体。在再另一方面，本文描述了有机氨基硅烷前体用于在制造集成电路器件中沉积含硅介电薄膜的用途。在这些或其它的方面，该有机氨基硅烷前体可以用于各种沉积工艺，包括但不限于原子层沉积(“ALD”)、 化学气相沉积(“CVD”)、等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)、低压化学气相沉积 ("LPCVD")和常压化学气相沉积。几类化合物可用作含硅薄膜(例如，但不限于，氧化硅或氮化硅薄膜)的前体。适合用作前体的这些化合物的实例包括硅烷类、氯代硅烷类、聚硅氮烷类、氨基硅烷类和叠氮基硅烷类。惰性载气或稀释剂(例如，但不限于，氦、氢、氮等)也用于输送前体到反应室中。低压化学气相沉积(LPCVD)工艺是半导体工业用于沉积含硅薄膜所用的更广泛接受的方法之一。使用氨的低压化学气相沉积(LPCVD)可能需要高于750°C的沉积温度以获得合理的生长速率和均勻度。更高的沉积温度通常用于提供更好的薄膜性能。更常见的用于生长氮化硅或其它含硅薄膜的工业方法之一是在高于750°C温度下的热壁反应器中使用前体硅烷、二氯硅烷和/或氨的低压化学气相沉积。但是，使用这种方法存在几种缺陷。 例如，某些前体(例如硅烷和二氯硅烷)是引火的。这可能产生操作和使用中的问题。而且，由硅烷和二氯硅烷沉积的薄膜可能包含某些杂质。例如，使用二氯硅烷沉积的薄膜可能包含某些杂质如氯和氯化铵，它们是在沉积过程中作为副产物形成的。使用硅烷沉积的薄膜可能包含氢。用于沉积氮化硅薄膜的前体(如BTBAS和氯代硅烷类)通常在高于550°C的温度下沉积薄膜。半导体器件小型化的趋势和低的热预算需要更低的处理温度和更高的沉积速率。应当降低沉积硅薄膜的温度以防止晶格中的离子扩散，特别是对于包含金属化层的那些衬底和在许多III-V族和II-VI族的器件上。因此，本领域中需要提供在550°C或更低的温度下或甚至在室温下具有充分的化学反应性以允许通过CVD、ALD或其它工艺沉积的用于沉积含硅薄膜(例如氧化硅或氮化硅薄膜)的前体。发明概述本文描述了有机氨基硅烷前体和使用该有机氨基硅烷前体形成含硅(例如，但不限于，氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅及其组合)的介电薄膜到衬底的至少一部分上的方法。本文还公开了在待加工的物体(例如，举例来说，半导体晶片)上形成介电薄膜或涂层的方法。在本文描述的方法的一个实施方式中，含硅和氧的层在用于生成衬底上的氧化硅层的条件下在沉积室中使用有机氨基硅烷前体和氧化剂沉积到衬底上。在本文描述的方法的另一个实施方式中，含硅和氮的层在用于生成衬底上的氮化硅层的条件下在沉积室中使用有机氨基硅烷前体和含氮前体沉积到衬底上。在进一步的实施方式中，本文描述的有机氨基硅烷前体也可以用作含金属薄膜(例如，但不限于，金属氧化物薄膜或金属氮化物薄膜)的掺杂剂。在本文描述的方法中，式I的有机氨基硅烷前体用作至少一种含硅前体。在一个方面，本文描述的有机氨基硅烷前体包含由下式I表示的有机氨基硅烷前体
权利要求
1.下式I表示的有机氨基硅烷前体
2.根据权利要求1所述的有机氨基硅烷前体，其中R1和R2连接在一起以形成环。
3.根据权利要求1或2所述的有机氨基硅烷前体，其中R1和R2相同。
4.根据权利要求1或2所述的有机氨基硅烷前体，其中R1和R2不同。
5.根据权利要求1所述的有机氨基硅烷前体，其包含选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、邻甲苯基乙基氨基硅烷、 对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的有机氨基硅烷前体，其包含苯基甲基氨基硅烷和/或苯基乙基氨基硅烷和/或间甲苯基乙基氨基硅烷。
7.—种通过选自化学气相沉积和原子层沉积工艺的沉积工艺在衬底的至少一个表面上形成介电薄膜的方法，该方法包括在反应室中提供所述的衬底的至少一个表面；将至少一种具有下式I的有机氨基硅烷前体引入反应器中
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、邻甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体包含苯基甲基氨基硅烷和/或苯基乙基氨基硅烷和/或间甲苯基乙基氨基硅烷。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其中所述含氮源选自氨、胼、单烷基胼、二烷基胼、氮气、氮气/氢气、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体及其混合物。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，其中所述介电薄膜选自氮化硅和碳氮化娃。
12.一种通过原子层沉积(ALD)工艺形成介电薄膜的方法，该方法包括以下步骤a.在ALD反应器中提供衬底；b.在所述ALD反应器中提供至少一种具有下式I的有机氨基硅烷前体
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、邻甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体包含苯基甲基氨基硅烷和/或苯基乙基氨基硅烷和/或间甲苯基乙基氨基硅烷。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中所述含氮源选自氨、胼、单烷基胼、 二烷基胼、氮气、氮气/氢气、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体及其混合物。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中所述介电薄膜选自氮化硅和碳氮化硅。
17.使用等离子体增强的原子层沉积(PEALD)工艺在衬底的至少一个表面上形成介电薄膜的方法，该方法包括a.在ALD反应器中提供衬底；b.在所述ALD反应器中提供至少一种具有下式I的有机氨基硅烷前体
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、邻甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体包含苯基甲基氨基硅烷和/或苯基乙基氨基硅烷和/或间甲苯基乙基氨基硅烷。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述含氮源选自氨、胼、单烷基胼、 二烷基胼、氮气、氮气/氢气、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体及其混合物。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的方法，其中所述介电薄膜选自氮化硅和碳氮化硅。
22.—种在衬底上形成氧化硅薄膜的方法，包括在气相沉积中使氧化剂与包含下式I表示的有机氨基硅烷的前体反应以在所述衬底上形成氧化硅薄膜
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述气相沉积为选自化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、循环化学气相沉积、等离子体增强循环化学气相沉积、原子层沉积和等离子体增强原子层沉积中的至少一种。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、 邻甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉。
25.根据权利要求22-M中任一项所述的方法，其中所述反应步骤在200°C或更低的温度下，优选在100°c或更低的温度下，更优选在50°C或更低的温度下进行。
26.—种在衬底上形成氧化硅薄膜的方法，包括通过气相沉积由包含至少一种具有下式I的有机氨基硅烷前体和至少一种氧化剂的组合物在所述衬底上形成氧化硅薄膜
27.根据权利要求沈所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、邻甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉。
28.根据权利要求沈或27所述的方法，其中所述反应步骤在200°C或更低的温度下， 优选在100°C或更低的温度下，更优选在50°C或更低的温度下进行。
29.—种在衬底上形成氧化硅薄膜的方法，包括向反应器中引入由下式I表示的有机氨基硅烷
30. 一种在衬底上形成具有厚度的氧化硅薄膜的方法，该方法包括 a.向沉积室中引入至少一种由式I表示的有机氨基硅烷
31.根据权利要求30所述的方法，其中重复步骤a至d和任选的步骤e，直到达到所述薄膜的厚度。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其中所述至少一种有机氨基硅烷前体选自苯基甲基氨基硅烷、苯基乙基氨基硅烷、苯基异丙基氨基硅烷、苯基烯丙基氨基硅烷、间甲苯基甲基氨基硅烷、N-甲硅烷基-四氢喹啉、N-甲硅烷基-3-苯胺基丙腈、N-甲硅烷基-N-苯基氨基乙腈、N-甲硅烷基咔唑、苯基环己基氨基硅烷、N-甲硅烷基-2-甲基二氢吲哚、N-甲硅烷基苯并吗啉、N-甲硅烷基吲哚、N-甲硅烷基-2-甲基吲哚、N-甲硅烷基-3-甲基吲哚、 邻甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基乙基氨基硅烷、间甲苯基乙基氨基硅烷、对甲苯基甲基氨基硅烷、邻甲苯基甲基氨基硅烷和N-甲硅烷基-1，2，3，4-四氢-2-甲基喹啉。
33.根据权利要求30-32中任一项所述的方法，其中所述反应步骤在200°C或更低的温度下，优选在100°c或更低的温度下，更优选在50°C或更低的温度下进行。
34.根据权利要求30-33中任一项所述的方法，其为原子层沉积方法。
35.根据权利要求30-33中任一项所述的方法，其为离子体增强循环化学气相沉积方法。
36.一种用于输送用于沉积含硅薄膜的前体的容器，该容器包含 由下式I表示的前体
37.根据权利要求36所述的容器，其中所述容器由不锈钢构成。
全文摘要
本发明描述了形成介电薄膜的前体和方法。在一个方面，提供了下式I的硅前体其中，R1独立地选自氢、直链或支链C1-C6烷基、直链或支链C2-C6链烯基、直链或支链C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、C1-C6二烷基氨基和吸电子基团，且n为选自0、1、2、3、4和5的数字；和R2独立地选自氢、直链或支链C1-C6烷基、直链或支链C2-C6链烯基、直链或支链C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、C1-C6二烷基氨基、C6-C10芳基、直链或支链C1-C6氟代烷基和C4-C10环烷基。
文档编号C23C16/36GK102295657SQ20111015462
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者H·R·鲍恩, M·L·奥尼尔, 程寒松, 萧满超, 雷新建 申请人:气体产品与化学公司