[发明专利]含硅膜的高温原子层沉积

说明书

提供了一种用于在600℃或更高的一个或多个温度下在原子层沉积工艺中沉积氧化硅膜的方法和组合物。在一个方面，提供了一种在约600℃至1000℃的一个或多个温度下在反应器中的衬底上沉积氧化硅膜或材料的方法，包括以下步骤：向反应器中引入至少一种选自具有本文所述式I和式II的化合物的卤代碳硅烷前体；用吹扫气体吹扫反应器；将含氧源引入反应器中；和用吹扫气体吹扫反应器；并且其中重复这些步骤直至沉积所需厚度的氧化硅。

本申请要求2018年10月5日提交的美国临时申请62/742,056的优先权。本申请进一步要求2018年10月10日提交的美国临时申请62/743,887的优先权。

技术领域

本文描述了用于形成含硅膜的组合物和方法。更具体地，本文描述了一种用于在约600℃或更高的一个或多个沉积温度下并使用原子层沉积(ALD)工艺形成氧化硅膜的组合物和方法。

背景技术

热氧化是半导体应用中通常用于沉积高纯度和高保形氧化硅膜如二氧化硅(SiO₂)的工艺。然而，热氧化工艺具有非常低的沉积速率，例如，在700℃下低于(参见B.E.Deal和A.S.GroveGeneral Relationship for the ThermalOxidation of Silicon.Journal of Applied Physics,Vol 36,3770页(1965))，这使得其对于商业上采用的大批量制造工艺不切实际。

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分别脉冲以用每个循环形成单层二氧化硅(SiO₂)。然而，使用这些工艺在低温下沉积的二氧化硅(SiO₂)可能含有对半导体应用有害的水平的杂质如氢(H)、碳(C)、氮(N)或其组合。为了弥补这一点，一种可能的解决方案是将沉积温度提高至高于500℃的温度。然而，在这些较高的温度下，半导体工业采用的常规前体倾向于自身反应、热分解和以化学气相沉积(CVD)模式而非ALD模式沉积。与ALD沉积相比，CVD模式沉积具有降低的保形性，尤其是对于具有高纵横比结构的半导体应用如NAND和V-NAND。另外，CVD模式沉积工艺比ALD模式沉积对膜或材料厚度的控制更少。

US公开第2014/0170858号描述了一种通过执行预定次数的循环在衬底上形成包含预定元素、氧和至少一种选自氮、碳和硼的元素的膜的方法，该循环包括向衬底供应源气体(其中源气体包含预定元素、氯和氧，具有该预定元素和氧的化学键)，以及向衬底供应反应性气体(其中反应性气体包含至少一种选自氮、碳和硼的元素)。

US公开第2007/0111545号描述了一种在半导体器件制造中使用ALD形成二氧化硅层以提高沉积速率和改善阶梯覆盖率的方法。

US专利第7,498,273号描述了一种在PECVD中使用硅氧烷在形成于衬底上的间隙中沉积低κ介电层的方法，其得到具有低孔隙率、高蚀刻选择性和较少裂纹的膜。该方法包括将有机Si前体和O前体引入到沉积室。有机Si前体具有小于8的C:Si原子比，并且O前体包含在沉积室外生成的原子氧。

US专利第7,084,076号描述了一种使用原子层沉积(ALD)形成二氧化硅膜的方法，其中使用卤素-或NCO-取代的硅氧烷作为Si源。

US公开第2013/0295779号描述了用于在约500℃或更高的一个或多个沉积温度下形成含氧化硅的膜的组合物和ALD。

前述专利和专利申请在此引入作为参考。