[发明专利]氮杂聚硅烷前体和沉积包含该前体的薄膜的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月26日提交的美国临时申请号61/839,536的权益，其通过引用如其完全阐述一般引入本文。

发明背景

本文描述了可以用于沉积含硅薄膜的前体(特别是含硅化合物)及其组合物，所述含硅薄膜包括但不限于，非晶硅、晶体硅、氮化硅、氧化硅、碳掺杂的氧化硅、碳氮化硅和氧氮化硅薄膜。在再另一方面，本文描述了氮杂聚硅烷前体在制造集成电路器件中沉积含硅薄膜的用途。在这些或其它的方面中，所述氮杂聚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。

几类含硅化合物可用作含硅薄膜(例如，但不限于，氧化硅、碳掺杂的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、乙硅烷类、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)也被用于将所述前体输送到反应室中。

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较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℃的沉积温度以获得合理的生长速率和均匀度。通常使用较高的沉积温度以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℃的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)是易燃的。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含有氢。

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℃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。应当降低硅薄膜进行沉积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族器件上。因此，本领域中需要提供具有充分的化学反应性以允许通过CVD、ALD或其它工艺在550℃或更低的温度下或甚至在室温下沉积的用于沉积含硅薄膜(例如氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氧氮化硅或氮化硅薄膜)的前体。

题为“Disilanyl-amines-Compounds Comprising the Structure Unit Si-Si-N,as Single-Source Precursors for Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition(PE-CVD)of Silicon Nitride”的参考文献(Schuh等，Zeitschrift Für Anorganische und Allgemeine Chemie,619(1993),第1347-52页)描述了用于氮化硅薄膜的PECVD的潜在的单一源前体(其中所述前体具有结构单元Si-Si-N)，例如(Et₂N)₂HSi-SiH₃、(Et₂N)₂HSi-SiH(NEt₂)₂、[(i-Pr)₂N]H₂Si-SiH₃和[(i-Pr)₂N]H₂Si-SiH₂[N(i-Pr)₂]。前体1,2-双(二异丙基氨基)乙硅烷(BIPADS)用于氮化硅薄膜的PECVD沉积。由BIPADS前体得到的薄膜具有1.631-1.814范围的折射率并具有低的碳含量和极低的氧含量，但具有高的(Si结合的)氢含量。