氮杂聚硅烷前体和沉积包含该前体的薄膜的方法
专利汇可以提供氮杂聚硅烷前体和沉积包含该前体的薄膜的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本文描述了用于形成含 硅 薄膜 的前体和方法。一方面，提供包含至少两个Si‑N键、至少一个Si‑Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，由下式IA、IB和IC表示：其中R1和R2独立地选自直链或支链C1‑C10烷基、直链或支链C3‑C10烯基、直链或支链C3‑C10炔基、C3‑C10环烷基、C3‑C10杂环烷基、C5‑C10芳基、C3‑C10杂芳基、C2‑C10二烷基 氨 基和C3‑C10环烷基氨基；R3和R4独立地选自氢、直链或支链C1‑C10烷基、直链或支链C2‑C10烯基、直链或支链C2‑C10炔基、C3‑C10环烷基、C3‑C10杂环烷基、C5‑C10芳基、C3‑C10杂芳基、C2‑C10二烷基氨基、和C3‑C10环烷基氨基；其中式IA中的R1不能为甲基，式IB中的R1和R2不能同时为异丙基、叔丁基和苄基且R3和R4不能同时为甲基和苯基。，下面是氮杂聚硅烷前体和沉积包含该前体的薄膜的方法专利的具体信息内容。
1.包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；其中式IA中的R1不能为甲基。
2.权利要求1所述的氮杂聚硅烷前体，其选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
3.一种组合物，包含：
(a)至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基，其中式IA中的R1不能为甲基；和
(b)溶剂，其中所述溶剂具有沸点且其中所述溶剂的沸点和该至少一种氮杂聚硅烷的沸点之差是40℃或更小。
4.权利要求3所述的组合物，其中所述溶剂包含选自以下的至少一种：醚、叔胺、烷烃、芳烃、叔氨基醚。
5.权利要求3或4所述的组合物，其中所述氮杂聚硅烷前体包含选自以下的至少一种：
3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
6.一种通过选自化学气相沉积工艺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含硅薄膜的方法，所述方法包括：
在反应室中提供该衬底的至少一个表面；
引入至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键、和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C6环烷基氨基；和
向反应器中引入含氮源、氦等离子体、氩等离子体、氢等离子体或其组合，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体和所述含氮源、氦等离子体、氩等离子体、氢等离子体或其组合反应以在所述至少一个表面上形成薄膜。
7.权利要求6所述的方法，其中所述含硅薄膜选自氮化硅和碳氮化硅。
8.权利要求6所述的方法，其中所述含氮源选自氨、肼、单烷基肼、二烷基肼、氮、氮/氢、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体、氮/氦等离子体、氮/氩等离子体及其组合。
9.权利要求6所述的方法，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、
3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-
3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
10.一种通过原子层沉积(ALD)工艺形成含硅薄膜的方法，该方法包括以下步骤：
a.在ALD反应器中提供衬底；
b.在ALD反应器中提供至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；
c.用惰性气体吹扫ALD反应器；
d.在ALD反应器中提供含氮源、氦等离子体、氩等离子体、氢等离子体或其组合；
e.用惰性气体吹扫ALD反应器；和其中重复步骤b至e直到获得期望的薄膜厚度。
11.权利要求10所述的方法，其中所述含硅薄膜选自氮化硅和碳氮化硅。
12.权利要求10所述的方法，其中所述含氮源选自氨、肼、单烷基肼、二烷基肼、氮、氮/氢、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体、氮/氦等离子体、氮/氩等离子体及其组合。
13.权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-
3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-
3-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
14.一种使用选自等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺和PECCVD工艺的沉积工艺将含硅薄膜形成到衬底的至少一个表面上的方法，所述方法包括：
a.在ALD反应器中提供衬底；
b.在ALD反应器中提供至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；
c.用惰性气体吹扫ALD反应器；
d.在ALD反应器中提供等离子体含氮源、氦等离子体、氩等离子体、氢等离子体或其组合；
e.用惰性气体吹扫ALD反应器；和其中重复步骤b至e直到获得期望的含硅薄膜厚度。
15.权利要求14所述的方法，其中所述含硅薄膜选自氮化硅和碳氮化硅。
16.权利要求14所述的方法，其中所述含氮源选自氨、肼、单烷基肼、二烷基肼、氮、氮/氢、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体、氮/氦等离子体、氮/氩等离子体及其组合。
17.权利要求14至16中任一项所述的方法，其中至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
18.一种在衬底上形成氧化硅或碳掺杂的氧化硅薄膜的方法，包括：
使含氧源与包含至少一种氮杂聚硅烷前体的前体在气相沉积中反应，从而在所述衬底上形成薄膜，所述氮杂聚硅烷前体包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基。
19.权利要求18所述的方法，其中所述气相沉积为选自以下的至少一种：选自化学气相沉积、低压气相沉积、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的原子层沉积中的至少一种。
20.权利要求18所述的方法，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-
3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
21.权利要求18至20中任一项所述的方法，其中所述反应步骤在200℃或更低的温度下进行。
22.权利要求21所述的方法，其中所述反应步骤在100℃或更低的温度下进行。
23.权利要求21所述的方法，其中所述反应步骤在50℃或更低的温度下进行。
24.一种在衬底上形成氧化硅或碳掺杂的氧化硅薄膜的方法，包括：
通过气相沉积由包含至少一种氮杂聚硅烷前体和至少一种含氧源的组合物在所述衬底上形成薄膜，所述氮杂聚硅烷前体包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；
其中所述气相沉积为选自以下的至少一种：化学气相沉积、低压气相沉积、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。
25.权利要求24所述的方法，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-
3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
26.权利要求24或25所述的方法，其中所述形成步骤在200℃或更低的温度下进行。
27.权利要求26所述的方法，其中所述形成步骤在100℃或更低的温度下进行。
28.权利要求26所述的方法，其中所述形成步骤在50℃或更低的温度下进行。
29.一种在衬底上形成氧化硅或碳掺杂的氧化硅薄膜的方法，包括：
向反应器中引入至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键、和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；
向所述反应器中引入至少一种含氧源，其中所述至少一种含氧源与所述氮杂聚硅烷反应以在所述衬底上提供薄膜。
30.一种在衬底上形成氧化硅或碳掺杂的氧化硅薄膜的方法，其中所述薄膜具有一定厚度，所述方法包括：
a.引入至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C6环烷基氨基；
b.将所述至少一种氮杂聚硅烷前体化学吸附到所述衬底上；
c.使用吹扫气体吹扫掉未反应的所述至少一种氮杂聚硅烷前体；
d.将含氧源提供至所述加热的衬底上的所述氮杂聚硅烷前体上以与所吸附的至少一种氮杂聚硅烷前体反应；和
e.任选地吹扫掉任何未反应的含氧源；
任选地，重复步骤a到d和任选的步骤e直到形成所述的薄膜厚度。
31.权利要求30所述的方法，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-
3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
32.权利要求30或31所述的方法，其中所述化学吸附步骤在200℃或更低的温度下进行。
33.权利要求32所述的方法，其中所述化学吸附步骤在100℃或更低的温度下进行。
34.权利要求32所述的方法，其中所述化学吸附步骤在50℃或更低的温度下进行。
35.权利要求30或31所述的方法，其是原子层沉积工艺或等离子体增强循环化学气相沉积工艺。
36.一种使用选自ALD或循环CVD的沉积方法形成含硅薄膜的方法，所述方法包括以下步骤：
a.将衬底置于被加热到从环境温度到700℃的范围的一个或多个温度下的反应器中；
b.引入至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；
c.使用吹扫气体吹扫掉未反应的所述至少一种氮杂聚硅烷前体；
d.向所述反应器中提供还原剂以至少部分地与所吸附的氮杂聚硅烷反应；和
e.任选地吹扫掉任何未反应的还原剂，其中重复步骤b到e直到获得期望的厚度。
37.权利要求36所述的方法，其中所述还原剂是选自以下的至少一种：氢、氢等离子体、氦等离子体、氩等离子体或氯化氢。
38.一种通过选自原子层沉积、循环的化学气相沉积工艺和化学气相沉积的沉积工艺沉积非晶硅或晶体硅薄膜的方法，所述方法包括以下步骤：
a.在反应器中提供衬底；
b.向反应器中引入至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
1
其中R 选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；和
c.用吹扫气体吹扫所述反应器或抽吸所述反应器，其中重复步骤b到c直到获得期望的薄膜厚度。
39.权利要求38所述的方法，其中所述至少一种氮杂聚硅烷前体选自3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-
3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷。
40.一种用于输送前体以沉积含硅薄膜的容器，所述容器包含：
至少一种包含至少两个Si-N键、至少一个Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体，其由下式IA表示：
其中R1选自直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C3-C10烯基、直链或支链C3-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基，其中式IA中的R1不能为甲基；和
其中所述前体的纯度为98％或更高。
41.权利要求40所述的容器，其中所述容器由不锈钢构成。
氮杂聚硅烷前体和沉积包含该前体的薄膜的方法
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。
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。
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。
(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。
页)描述了具有完全氢化的Si键的几种开链和环状二氨基乙硅烷的高产率合成。
Science,Tehran University3(4)：第1-6页)公开了乙硅烷基胺的PMR谱，提示它们的碱度
按以下顺序降低：Me3N>H3SiSiH2NMe2>(H3SiSiH2)2NMe>(H3SiSiH2)3N。
薄膜中的用途，其中Y选自H、Cl或氨基。
硅烷前体。
但不限于非晶硅、晶体硅、氧化硅、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、碳氮化硅及其组合。此外，本文描述了包含本文所述的氮杂聚硅烷的组合物，其中所述氮杂聚硅烷基本上不含选自以下的至少一种：胺、卤化物、较高分子量物质和痕量金属。在这些或其他实施方式中，所述组合物可以进一步包含溶剂。本文还公开了在待加工的物体(例如，举例来说，半导体晶片)上形成含硅的薄膜或涂层的方法。在本文所述方法的一个实施方式中，包含硅和氧的薄膜在用于衬底上生成氧化硅或碳掺杂的氧化硅薄膜的条件下，在沉积室中使用氮
杂聚硅烷前体和含氧源而沉积到衬底上。在本文所述方法的另一个实施方式中，在用于衬
底上生成氮化硅薄膜的条件下，包含硅和氮的薄膜在沉积室中使用氮杂聚硅烷前体和含氮
前体而沉积到衬底上。在进一步的实施方式中，本文所述的氮杂聚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。在本文描述的组合物和方法中，使用具有本文所描述的式的氮杂聚硅烷作为含硅前体中的至少一种。
基、叔丁基和苄基且式IC中的R和R不能同时为甲基和苯基。
和C3-C10环烷基氨基；R 和R独立地选自氢、直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C2-C10烯基、直链或支链C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；(b)溶剂，其具有沸点，且所述溶剂的沸点和所述至少一种氮杂聚硅烷的沸点之差为40℃或更小。对于后者，氮杂聚硅烷和溶剂的沸点之差为40℃或更小、
20℃或更小、或10℃或更小。在某些实施方式中，组合物中的溶剂包括但不限于醚、叔胺、烷烃、芳烃和叔氨基醚。
Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体在所述至少一个表面上形成含硅薄膜：
和C3-C10环烷基氨基；R 和R独立地选自氢、直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C2-C10烯基、直链或支链C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基。
Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体在所述至少一个表面上形成含硅薄膜：
度。在某些实施方式中，式IB中的R和R相同。在其他实施方式中，式IB中的R和R不同。
度。在某些实施方式中，式IB中的R1和R2相同。在其他实施方式中，式IB中的R1和R2不同。
的阀和配件的可加压容器(优选不锈钢的容器)，以允许将一种或多种前体输送至用于CVD
或ALD工艺的反应器。
这些前体也可以用作例如含金属薄膜的掺杂剂。用于半导体工艺中的氮杂聚硅烷前体通常
是高纯度的挥发性液体前体化学物质，其蒸发和作为气体输送到沉积室或反应器以通过用
于半导体器件的CVD或ALD工艺沉积含硅薄膜。用于沉积的前体材料的选择取决于希望得到
的含硅材料或薄膜。例如，前体材料可以针对其化学元素的含量、其化学元素的化学计量比率和/或在CVD下形成的最终含硅薄膜或涂层而进行选择。前体材料也可以针对各种其它特
征如成本、相对低的毒性、操作性能、在室温下保持液相的能力、挥发性、分子量和/或其它因素而进行选择。在某些实施方式中，本文所述的前体可以通过多种方式输送到反应器系
统，优选使用配备有适当的阀和配件的可加压不锈钢容器，以允许将液相前体输送至沉积
室或反应器。
点而不能被蒸发和输送到反应器以在衬底上沉积为薄膜。具有较高相对沸点的前体要求输
送容器和管线在给定的真空下被加热至前体的沸点或以上以防止在容器、管线或两者中冷
凝或形成颗粒。关于稳定性，其它前体可能随着其降解而形成硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)。
硅烷在室温下是易燃的或它可以自发燃烧，这产生安全性和操作的问题。另外，硅烷或乙硅烷和其它副产物的形成降低了前体的纯度水平，而对于可靠的半导体制造来说，小至1-2％的化学纯度变化都可能被认为是不可接受的。在某些实施方式中，本文所述的具有式IA、IB和IC的氮杂聚硅烷前体在储存6个月或更长或者一年或更长的时间后包含2重量％或更低、
或者1重量％或更低、或者0.5重量％更低的副产物(如相应的双乙硅烷副产物)，这是稳定
储存的指示。除了前述的优势外，在例如使用ALD、类ALD、PEALD或CCVD沉积方法沉积氧化硅或氮化硅或硅薄膜的某些实施方式中，本文所述的氮杂聚硅烷前体可能能够在相对低的沉
积温度(例如，500℃或更低，或者400℃或更低，300℃或更低，200℃或更低，100℃或更低，或者50℃或更低)下沉积高密度材料。在一个具体的实施方式中，所述氮杂聚硅烷前体可用于在低至50℃或更低的温度下或者在环境温度或室温(例如25℃下)下通过ALD或PEALD沉
积含硅薄膜：例如3-异丙基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷、3-叔戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环戊基-3-氮杂-戊硅烷、3-环己基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基环己基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(四氢吡喃-4-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(1-甲基哌啶-4-基)-3-氮杂-戊硅
烷、3-苯基-3-氮杂-戊硅烷、3-(2-甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(2,6-二甲基-苯基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷、3-(4-甲基吡啶-3-基)-3-氮杂-戊硅烷、1,
4-双(环戊基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷、1,4-双(环己基)-1,4-二氮杂-2,3,5,
6-四硅杂环己烷、1,4-双(2,6-二甲基环己基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷、1,4-
双(异丙基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷、1,4-双(叔丁基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-
四硅杂环己烷、1,4-双(叔戊基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷、2,4-双(异丙基)-二氮杂-1,3,5-三硅杂环戊烷、2,4-双(叔丁基)-二氮杂-1,3,5-三硅杂环戊烷、2,4-双(叔丁
基)-二氮杂-1,3,5-三硅杂环戊烷。
(沸点为约150℃)和辛烷(沸点为125-126℃)的混合物、二异-3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷(沸
点为约150℃)和乙基环己烷(沸点为130-132℃)的混合物、1,4-双(叔丁基)-1,4-二氮杂-
2,3,5,6-四硅杂环己烷(沸点为约200℃)和2,2’-氧基双(N,N-二甲基乙胺)(沸点为189℃)
的混合物。
Si-Si键和至少两个SiH2基团的氮杂聚硅烷前体在所述至少一个表面上形成含硅薄膜：
2,6-二甲基哌啶基、吡咯烷基、2,5-二甲基吡咯烷基。
杂聚硅烷前体具更高反应性，从而允许沉积温度低于其他已知的氮杂聚硅烷，例如六氯乙
硅烷。据信本文描述的式IA、IB和IC前体的独特结构允许沉积温度为400℃或更低，300℃或更低，200℃或更低，100℃或更低，或者25℃。
例如二异丙基氨基乙硅烷或二仲丁基氨基乙硅烷与具有下式II的伯胺反应来制备。
反应式(1)中的反应可以在有(例如，在其存在)或没有(例如，在其不存在)有机溶剂的情况下进行。在其中使用有机溶剂的实施方式中，适合的有机溶剂的实例包括，但不限于烃例如己烷、辛烷、甲苯和醚如二乙醚和四氢呋喃(THF)。在这些或其他实施方式中，反应温度在从约-70℃至所采用溶剂(如果使用溶剂的话)的沸点的范围内。所得的氮杂聚硅烷可以进行
纯化，例如，在去除所有的副产物以及任何溶剂(如果存在的话)后通过真空蒸馏进行纯化。
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)，1347-52页)。
(PECCVD)工艺进行沉积。如本文所用，术语“化学气相沉积工艺”指其中衬底暴露于一种或多种与衬底表面反应或在衬底表面上分解以产生希望的沉积的挥发性前体的任何工艺。如
本文所用，术语“原子层沉积工艺”是指将材料的薄膜沉积到具有不同组成的衬底上的自限式(self-limiting)(例如，在各反应循环中沉积的薄膜材料的量是恒定的)顺序表面化学
作用。虽然本文中使用的前体、试剂和源有时可以描述为“气态的”，但应理解该前体可以是通过直接蒸发、鼓泡或升华在利用或不利用惰性气体的条件下转运到反应器中的液体或固
体。在一些情况中，蒸发的前体可以经过等离子体发生器。在一个实施方式中，使用ALD工艺沉积含硅薄膜。在另一实施方式中，使用CCVD工艺沉积含硅薄膜。在进一步的实施方式中，使用热CVD工艺沉积含硅薄膜。本文使用的术语“反应器”包括，但不限于反应室或沉积室。
技术用于沉积含硅薄膜。在一个实施方式中，通过将衬底表面交替地暴露于一种或多种含
硅前体、含氧源、含氮源或其它前体或试剂而经由ALD工艺沉积薄膜。薄膜生长按照表面反应的自限式控制、各前体或试剂的脉冲长度和沉积温度进行。但是，一旦衬底表面饱和，薄膜生长停止。
烷、二-仲丁基氨基硅烷、苯基甲基氨基硅烷)、硅氧烷类(例如，六甲基二硅氧烷(HMDSO)和二甲基硅氧烷(DMSO))、有机硅烷类(例如，甲基硅烷、二甲基硅烷、二乙基硅烷、乙烯基三甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、乙基硅烷、二甲硅烷基甲烷、2,4-二硅杂戊烷、1,4-二硅杂丁烷、2,5-二硅杂己烷、2,2-二甲硅烷基丙烷、1,3,5-三硅杂环己烷和这些化合物的氟化衍生物)、含苯基的有机硅化合物(例如，二甲基苯基硅烷和二苯基甲基硅烷)、含氧有机硅化合物，例如二甲基二甲氧基硅烷、1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷、1,1,3,3-四甲基二硅氧
烷、1,3,5,7-四硅杂-4-氧代-庚烷、2,4,6,8-四硅杂-3,7-二氧代-壬烷、2,2-二甲基-2,4,
6,8-四硅杂-3,7-二氧代-壬烷、八甲基环四硅氧烷、[1,3,5,7,9]-五甲基环五硅氧烷、1,3,
5,7-四硅杂-2,6-二氧代-环辛烷、六甲基环三硅氧烷、1,3-二甲基二硅氧烷、1,3,5,7,9-五甲基环五硅氧烷、六甲氧基二硅氧烷和这些化合物的氟化衍生物。
可以附带地存在于用于沉积工艺中的其它前体中。合适的含氧源气体可以包括，例如，水
(H2O)(例如，去离子水、纯化水和/或蒸馏水)、氧(O2)、氧等离子体、水等离子体、臭氧(O3)、NO、N2O、NO2、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、CO2等离子体及其组合。在某些实施方式中，含氧源包含以约1至约2000标准立方厘米/分钟(square cubic centimeter)(sccm)或约1至
约1000sccm的流速引入反应器中的含氧源气体。含氧源可以引入约0.1至约100秒的时间。
在一个特别的实施方式中，含氧源包含具有10℃或更高的温度的水。在其中薄膜通过ALD或循环CVD工艺沉积的实施方式中，前体脉冲可以具有大于0.01秒的脉冲持续时间，且含氧源可以具有小于0.01秒的脉冲持续时间，而水的脉冲持续时间可以为小于0.01秒的脉冲持续
时间。在再另一实施方式中，脉冲之间的吹扫持续时间可以低至0秒或者连续地进行脉冲而没有脉冲之间的吹扫。所述含氧源或试剂以相对于硅前体低于1:1比率的摩尔量来提供，使得至少一些碳保持在如此沉积的含硅薄膜中。
离子体源气体。含氮源可以引入约0.1至约100秒的时间。在其中薄膜通过ALD或循环CVD工
艺沉积的实施方式中，前体脉冲可以具有大于0.01秒的脉冲持续时间，且含氮源可以具有
小于0.01秒的脉冲持续时间，而水的脉冲持续时间可以为小于0.01秒的脉冲持续时间。在
再另一实施方式中，脉冲之间的吹扫持续时间可以低至0秒或连续地进行脉冲而没有脉冲
之间的吹扫。
中的未反应物质和任何副产物。
离子体发生过程(其中等离子体在反应器外发生并供应到反应器中)。
送，或者可替换地，可以以包含前体的溶剂制剂或组合物的形式使用。因此，在某些实施方式中，当可能在给定的终端应用中希望和有利于在衬底上形成薄膜时，前体制剂可以包括
具有适当特性的溶剂成分。
合物中溶剂以重量百分比计的量的范围是从0.5重量％到99.5重量％或者从10重量％到75
重量％。在这一实施方式或其他实施方式中，所述的溶剂具有与式IA、IB和IC的氮杂聚硅烷的沸点(b.p.)相似的沸点或者溶剂的沸点与氮杂聚硅烷的沸点之差是40℃或更小、30℃或
更小、20℃或更小或者10℃。可替代地，沸点之差的范围具有下面任意一个或多个端点：0、
10、20、30或40℃。沸点差异的合适范围的实例包括，但不限于0-40℃、20-30℃或10-30℃。
组合物中合适的溶剂的实例包括，但不限于：醚(例如1,4-二氧杂环己烷、二丁基醚)、叔胺(例如吡啶、1-甲基哌啶、1-乙基哌啶、N,N’-二甲基哌嗪、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺)、腈(例如苯基腈)、烷烃(如辛烷、壬烷、十二烷、乙基环己烷)、芳族烃(例如甲苯、均三甲苯)、叔氨基醚(例如双(2-二甲基氨基乙基)醚)或者它们的混合物。一些非限制性的示例组合物包
括，但不限于：包含二异-3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷(沸点约150℃)和辛烷(沸点125-126℃)的组合物、二异-3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷(沸点约150℃)和乙基环己烷(沸点130-132℃)
的混合物、1,4-双(叔丁基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷(沸点为约200℃)和2,2’-氧基双(N,N-二甲基乙胺)(沸点为189℃)的混合物。在一些实施方式中，溶剂可以使式IA、IB和IC的氮杂聚硅烷稳定化，然后延长氮杂聚硅烷的储存期。
或ALD工艺的反应器。在这一实施方式或其它实施方式中，具有式IA、IB和IC的氮杂聚硅烷前体在由不锈钢构成的可加压容器中提供，且前体的纯度为98重量％或更高或者99.5％或
更高，这适合于大多数的半导体应用。在某些实施方式中，这类容器也可以具有用于混合所述前体和一种或多种另外的前体(如果需要)的装置。在这些实施方式或其它实施方式中，
容器的内容物可以与另外的前体预混合。可选地，氮杂聚硅烷前体和/或其它前体可以保持在独立的容器中或在具有用于在储存期间保持氮杂聚硅烷前体和其它前体隔离的分隔装
置的单一容器中。
任选地含氮源(例如，举例来说，氨、肼、单烷基肼、二烷基肼、氮、氮/氢、氨等离子体、氮等离子体、氮/氢等离子体)。
行鼓泡。在其它实施方式中，将包含至少一种具有本文描述的结构式的含硅前体的溶液注
入到保持在一个或多个温度下的蒸发器中用于直接液体注射。
吹扫掉未吸附的过量氮杂聚硅烷。在充分吹扫后，含氧源可以被引入反应室中以与吸附的
表面反应，随后进行另一气体吹扫以从该室除去反应副产物。处理循环可以重复以获得希
望的薄膜厚度。在其他实施方式中，可以使用真空抽吸以从处理室除去未吸附的过量氮杂
聚硅烷，在抽吸下充分排空后，含氧源可以被引入反应室中以与吸附的表面反应，随后进行另一个抽吸吹扫(pumping down purge)以从该室除去反应副产物。在再另一实施方式中，
氮杂聚硅烷和含氧源可以共流入到反应室中以在衬底表面上反应而沉积氧化硅、碳掺杂的
氧化硅。在循环CVD的某一实施方式中，不使用吹扫步骤。
的时间长度来进行，以改变所产生的含硅薄膜的化学计量组成。
间长度来进行，以改变所产生的含硅薄膜的化学计量组成，虽然总是以低于相对于可用的
硅的化学计量的量使用氧。
方法的一个循环，且该循环可以重复直到获得期望厚度的含硅薄膜。在这一实施方式或其
它实施方式中，可以理解，本文描述的方法的步骤可以以多种顺序进行，可以顺序地或同时地(例如，在另一步骤的至少一部分时间内)进行，和以其任何组合方式进行。供应前体和含氧源的相应步骤可以通过改变供应这些物质的时间长度来进行，以改变所产生的含硅薄膜
的化学计量组成，虽然总是以低于相对于可用的硅的化学计量的量使用氧。
C3-C10环烷基氨基；R 和R独立地选自氢、直链或支链C1-C10烷基、直链或支链C2-C10烯基、直链或支链C2-C10炔基、C3-C10环烷基、C3-C10杂环烷基、C5-C10芳基、C3-C10杂芳基、C2-C10二烷基氨基和C3-C10环烷基氨基；和
环，且该循环可以重复直到获得期望厚度的含硅薄膜。所述薄膜的期望厚度可以在 至
的范围。
硅或氧化硅薄膜的后续沉积的晶种层的作用。
含金属薄膜。可以用于本文描述的方法中的合适的金属醇盐前体的例子包括，但不限于，3-
6族金属醇盐、具有烷氧基和烷基取代的环戊二烯基配体的3-6族金属络合物、具有烷氧基
和烷基取代的吡咯基配体的3-6族金属络合物、具有烷氧基和二酮根(diketonate)配体的
3-6族金属络合物、具有烷氧基和酮酯配体的3-6族金属络合物；可以用于本文描述的方法
的合适金属氨基化物前体的例子包括，但不限于，四(二甲基氨基)锆(TDMAZ)、四(二乙基氨基)锆(TDEAZ)、四(乙基甲基氨基)锆(TEMAZ)、四(二甲基氨基)铪(TDMAH)、四(二乙基氨基)铪(TDEAH)和四(乙基甲基氨基)铪(TEMAH)、四(二甲基氨基)钛(TDMAT)、四(二乙基氨基)钛(TDEAT)、四(乙基甲基氨基)钛(TEMAT)、叔丁基亚氨基三(二乙基氨基)钽(TBTDET)、叔丁基亚氨基三(二甲基氨基)钽(TBTDMT)、叔丁基亚氨基三(乙基甲基氨基)钽(TBTEMT)、乙基亚
氨基三(二乙基氨基)钽(EITDET)、乙基亚氨基三(二甲基氨基)钽(EITDMT)、乙基亚氨基三
(乙基甲基氨基)钽(EITEMT)、叔戊基亚氨基三(二甲基氨基)钽(TAIMAT)、叔戊基亚氨基三
(二乙基氨基)钽、五(二甲基氨基)钽、叔戊基亚氨基三(乙基甲基氨基)钽、双(叔丁基亚氨基)双(二甲基氨基)钨(BTBMW)、双(叔丁基亚氨基)双(二乙基氨基)钨、双(叔丁基亚氨基)
双(乙基甲基氨基)钨及其组合。可以用于本文公开的方法的合适的有机金属前体的例子包
括，但不限于，3族金属环戊二烯基化物或烷基环戊二烯基化物。本文的示例性3-6族金属包括，但不限于，Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Yb、Lu、Ti、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W。
电常数。但是，可以预想的是，可以根据薄膜的预期终端用途形成具有其它(例如，更高或更低)介电常数的薄膜。使用本文描述的氮杂聚硅烷前体和方法形成的含硅薄膜的实例具有
式SixOyCzNvHw，其中Si的范围为约10％至约40％，O的范围为约0％至约65％，C的范围为约
0％至约75％或约0％至约50％，N的范围为约0％至约75％或约0％至约50％，和H的范围为
约0％至约50％，以上百分比为原子重量百分比，其中x+y+z+v+w＝100原子重量百分比，如例如通过XPS或其它方法测定的。
产物二异丙胺以促使反应完全。将产物3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷通过真空分馏分离。
拌下滴加57.9g(0.6mol)氯乙硅烷在100ml己烷中的溶液。然后允许反应混合物升温到室温
并搅拌过夜。固体副产物盐酸三乙胺通过过滤去除。将剂己烷通过蒸馏去除。将产物3-叔丁基-3-氮杂-戊硅烷通过真空蒸馏纯化。
拌下滴加39.3g(0.3mol)1,2-二氯乙硅烷在200ml己烷中的溶液。然后允许反应混合物升温
到室温并搅拌过夜。固体副产物盐酸三乙胺通过过滤去除。溶剂己烷通过蒸馏去除。将产物
1,4-双(叔丁基)-1,4-二氮杂-2,3,5,6-四硅杂环己烷通过真空蒸馏纯化为无色液体，
b.p.55℃/0.05托。
量(MW)、结构和相应的MS片断峰在表1中提供，以证实它们的鉴定。
以表2所列ALD工艺来进行。
a 在反应器中提供衬底；
b 向反应器中引入氮杂聚硅烷前体
c 用惰性气体吹扫氮杂聚硅烷前体
e 吹扫N2等离子体
表2描述的步骤进行，重复1000次。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 用于SiC等离子体氧化的微波等离子体发生装置 | 2020-05-11 | 115 |
| 一种过氧化氢等离子体灭菌指示方法 | 2020-05-12 | 11 |
| 一种等离子体电解氧化电源 | 2020-05-13 | 3 |
| 过氧化氢低温等离子体灭菌机 | 2020-05-13 | 790 |
| 硅氧化膜的形成方法和等离子体氧化处理装置 | 2020-05-12 | 649 |
| 微波-热等离子体处理含钴氧化矿 | 2020-05-12 | 250 |
| 等离子体氧化处理方法 | 2020-05-11 | 145 |
| 等离子体氧化方法和等离子体氧化设备 | 2020-05-11 | 885 |
| 电离过氧化氢综合等离子体灭菌技术 | 2020-05-13 | 861 |
| 过氧化氢低温等离子体灭菌机 | 2020-05-11 | 669 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
