[发明专利]从有机氨基硅烷前体制备氧化硅薄膜的方法

说明书

发明背景 

在半导体装置的制造中，化学惰性介电材料例如氧化硅的薄被动层是必需的。氧化硅薄层在多晶硅和金属层之间发挥绝缘体、扩散屏蔽、氧化屏障、沟槽分离、具有高介电击穿电压的金属间介电材料和钝化层的作用。 

下列文献和专利被引用作为电子学工业制备氧化硅薄膜所采用的合成沉积方法。 

US5,250,473公开了一种通过低压化学气相淀积(LPCVD)以改进的沉积速度在底物上提供具有基本上均匀的厚度的二氧化硅层的方法。反应物一般包括氧化剂和氯硅烷的混合物，其中氯硅烷是式R²R²SiHCl的一氯硅烷并且其中R²和R²代表烷基。所述的二氧化硅层可以被沉积在不同底物例如铝上。 

US5,382,550公开了在半导体底物上沉积SiO₂的CVD方法。一种有机硅化合物例如四乙基正硅酸(TEOS)或二叔丁基硅烷被用作前体。 

US6,391,803公开了一种利用ALD并使用下式的化合物制备氮化硅和氧化硅薄膜的方法：Si[N(CH₃)₂]₄、SiH[N(CH₃)₂]₃、SiH₂[N(CH₃)₂]₂或SiH₃[N(CH₃)₂]。三(二甲基氨基)硅烷(TDMAS)优选作为前体。 

US6,153,261公开了一种提高氧化硅、氮化硅和氧氮化硅薄膜的形成中的沉积速度的方法，该方法包括使用二叔丁基氨基硅烷(BTBAS)作为前体反应物。 

US6,974,780公开了一种利用CVD反应器在底物上沉积SiO₂薄膜的方法。硅前体，即TEOS、二乙基硅烷、四甲基环四氧基硅氧烷、氟代三乙氧基硅烷和氟代三烷氧基硅烷与水和过氧化氢组合用作反应物。 

发明简述 

本发明涉及一种在底物上沉积氧化硅层的方法。在底物上形成氧化硅层的基本方法中，使硅烷前体与氧化剂在沉积室中于在底物上生成氧化硅层的条件下反应。在本发明所述的方法中用有机氨基硅烷作 为硅烷前体。 

用作前体的化合物的类型一般用下式表示： 

其中R和R¹选自直链、支链或环状、饱和或不饱和的C₂-C₁₀烷基、芳香基、烷基氨基；在式A和式C中的R和R¹还可以形成环状基团(CH₂)_n，其中n是1-6并且n不是1，优选4和5并且R²表示单键、(CH₂)_m链、环、SiR₂，或SiH₂，m是1-6。优选的化合物是其中R和R¹均是异丙基的式A的化合物。 

CVD方法中所用的前体可以提供许多优越性，并且这些优越性包括： 

便于在低热条件下形成介电薄膜的能力； 

制备具有低酸刻蚀率的薄膜的能力； 

通过改变所述前体与含氧源的比例而调节所得氧化硅薄膜中碳含量的能力； 

通过改变所述前体与含氮源的比例而调节所得氧化硅薄膜中的氮含量的能力； 

克服由于使用不同硅烷前体引起的因沉积速度过快造成的许多生产问题的能力。 

发明详述 

经化学气相淀积法(CVD)和等离子体增强的化学气相淀积法(PECVD)在半导体底物上形成氧化硅薄膜是公知的并且所用沉积方法可以被用于本发明的实践中。在这些方法中排空反应室并将半导体底物置于其中。随后，在其中能够在半导体晶片上形成氧化硅层的条件下将有机硅化合物和氧化源置于反应器室内。这些薄膜还可以在处理过程中通过加入碳、氢和氮源来调整碳、氮和氢的含量(有时是指掺杂量)。通过利用有机氨基硅烷前体制备得到的薄膜常常被称作氧化硅、 氧碳化硅、氧氮化硅和碳氧氮化硅薄膜。 

一类适用于本发明实践的硅化合物是有机氨基硅烷前体并且它由下式A表示：