JP2023542236A - ゲルマニウムシード層のための組成物およびそれを使用する方法 - Google Patents
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Abstract
(a)ケイ素含有膜を形成し、(b)Ge膜の堆積に適したゲルマニウムシード層を生成するために基材表面を官能基化するための前駆体及び方法。1つの態様では、ここに記載される式Iの前駆体及び/又は式IIの前駆体が提供される。
Description
本発明は、シリコン含有膜を堆積させ、固体基板表面上に高品質の還元または金属ゲルマニウム膜を成長させるのに有利なゲルマニウムシード層を製造するのに適したビニル官能化表面を生成するのに使用することができる有機ケイ素化合物に関する。本発明はまた、化合物を使用するための方法に関する。
本明細書には熱原子層堆積(ALD)もしくはプラズマ強化原子層堆積(PEALD)プロセス、またはそれらの組み合わせを介して、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、オキシ炭窒化ケイ素、または炭素ドープ酸化ケイ素などのケイ素含有膜を堆積させるための新規な有機アミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシラン前駆体化合物ならびにそれを含む組成物および方法が記載されるが、これらに制限されない。より具体的には本明細書には例えば約25℃~約350℃を含む、約600℃以下の1つ以上の堆積温度で化学量論的または非化学量論的シリコン含有膜または材料を形成するための組成物および方法が記載され、得られる膜はビニル官能基で終端され、ゲルマニウムシード層を形成するのに適している。
ゲルマンおよびジゲルマンを用いた酸化ケイ素表面などの誘電体基板上のゲルマニウム膜のプラズマ増強化学気相成長(PECVD)または熱化学気相成長(CVD)の長年の問題の1つは、ゲルマン化合物と基板表面ヒドロキシ基との反応性がGe-Ge結合生成におけるGe-H結合の分解の反応性よりもはるかに低いことである。この反応性ミスマッチの結果は、基板上に滑らかな膜の代わりにゲルマニウム質量アイランドを形成することである。この「アイランド効果」または「アイランド成長」を克服するために、得られるゲルマニウム膜の高レベルの表面粗さをもたらすために、平滑なシード層を最初に表面上に配置する必要があり、これは平滑な開始表面を提供し、後続のゲルマニウム膜が均一に成長することを可能にする。しかしながら、誘電体基板表面上の典型的なPECVDまたはCVDゲルマニウム前駆体を使用するこのシード層の成長は依然として、CVDの典型的な欠点、例えば、厚さ制御、誘電体表面に対する低い選択性、非自己限定的な反応性、および低い共形性に悩まされている。
公知の前駆体および方法の例は、以下の刊行物、特許、および特許出願に開示されている。
欧州特許出願公開第1464724号明細書は、ケイ素およびゲルマニウム膜の化学蒸着に適したMXaHb<(NR1R2)cR3
dR4
eを有するケイ素およびゲルマニウム含有前駆体を開示している。
Fama,Sら、Appl.Phys.Lett.2002,81,586はp-i-n光検出器を製造するために、350℃での化学蒸着と、600℃でのより厚いゲルマニウム膜の化学蒸着によって、GeH4を有する薄いGe/Siバッファー層を最初に堆積することによる、シリコン上へのゲルマニウムのエピタキシャル成長を記載している。
Hair,M.L.et al.,Phys.Chem.1969,73,2372はクロロシランによるシリカの官能化を報告しており、これは、メトキシシラン(100~200℃)と比較して300~400℃の間の満足な速度で気相中に生じる。
Miao,Q.J.et al.,Catal.Commun.2003,4,637は、トルエン中のビニルトリエトキシシランによるフュームドシリカの還流条件下での48時間の治療、続いて、ビニル基で表面を官能化するための水とのさらに48時間の反応を記載している。
Zapilko,C.et al.,J.Am.Chem.Soc.2006,128,16266は、トルエン中、109℃で15時間、ビニル置換トリシリルアミンで処理することによる、クロロプロピルジメチルシリル基およびビニルジメチルシリル基による周期的メソポーラスシリカの官能化を記載している。
米国特許第8,460,753号B2はALDまたはCVDによって二酸化ケイ素または酸化ケイ素膜を堆積させるための前駆体および方法を記載しており、ここで、前駆体は式R1
nR2
mSi(NR3R4)4-n-mを有するアミノビニルシランおよび式(R1R2SiNR3)pを有する環状シラザンであり、ここで、R1は、アルケニルまたはビニル、アリル、およびフェニルなどの芳香族である。
米国特許出願公開第2015/0275355号明細書は、化学式R1
nSi(NR2R3)mH4-m-nを有する前駆体を使用して、より具体的には有機アミノメチルシラン前駆体を使用して、酸化ケイ素膜を形成するための組成物および方法を記載している。
米国特許出願公開第2009/0162973号明細書は、化学式GeRx
1(NR2R3)(4-x)を有するゲルマニウム含有前駆体を用いた、基板上へのゲルマニウム膜またはゲルマニウムアンチモンテルル化物膜の堆積を記載しており、この方法は、基板をゲルマニウム含有前駆体に単独で、または酸化ガスもしくは還元ガスのいずれかと併せて暴露することを含む。
米国特許出願公開第2011/0036289号明細書は、低温でGeH4前駆体を用いて水素処理されたケイ素基材上にCVDを介してゲルマニウムシード層を堆積し、その後、高温でそれぞれホスフィンまたはジボランの存在下でGeH4前駆体を用いてnドープまたはpドープされたゲルマニウムエピタキシャル膜のいずれかをその後に増殖させる方法を記載している。
米国特許出願公開第2011/0084308号明細書はパターニングされたSi基板上に高品質の歪みまたは歪み緩和Geを選択的に増殖させる方法を開示しており、この方法は、350~400℃でのSi2H6およびGeH4前駆体を用いたCVDによって最初にシリコンゲルマニウムバッファー層を増殖させ、続いて350~400℃でのGeH4前駆体を用いたCVDによってGeシード層を増殖させ、続いて550~600℃でのGeH4前駆体を用いたCVDによってGeエピタキシー膜を増殖させることを含む。
米国特許出願公開第2013/0230975および2014/0331928号明細書は両方とも、基板上にゲルマニウムシード層を形成するためのアミノゲルマン系ガスの使用と、それに続くゲルマン系ガスを用いたゲルマニウム薄膜の成長を記載している。
先に特定された特許および特許出願の開示は、基準により本明細書に組み込まれる。
この技術分野では、誘電体基板表面上に滑らかで高品質の還元または金属ゲルマニウム膜を堆積させるための前駆体および方法が依然として必要とされている。
先行技術とは対照的に、本明細書に開示される本発明のシード層前駆体は、アンカー基としてシリコンアミン官能基を利用して、ビニル基またはアリル基を表面に接続する。この化学は、ヒドロキシルに富む表面をビニルまたはアリルに富む表面に変換する。次いで、ゲルマンまたはジゲルマンまたは少なくとも1つのGe-H結合を有する別のゲルマニウム前駆体が室に導入され、ヒドロゲルミル化反応においてビニルおよび/またはアリル基と反応し、表面上に炭素結合ゲルミルまたはジゲルミル基を形成する。ゲルマニウム前駆体を用いて堆積された結果としてのゲルマニウム膜は、島を形成することなく、このゲルミルに富む表面上で即座に成長する。
少なくとも1つのビニルまたはアリル基および少なくとも1つの有機アミノアンカー基を含む有機アミノビニルシランおよび有機アミノアリルシランファミリーのケイ素前駆体、それを含む組成物、ならびにケイ素含有膜を堆積させるため、ならびにケイ素およびビニル基を含む単層膜を形成するためにそれを使用する方法であって、金属薄膜、特にゲルマニウム薄膜の堆積のための適切なシード層の形成を容易にすることができる方法が、本明細書に記載される。さらに、本明細書には、有機アミン、アルコール、ハロゲン化物、高分子量種、および微量金属から選択される少なくとも1つの不純物種を実質的に含まない、有機アミノビニルシランまたは有機アミノアリルシランを含む組成物が記載される。
組成物は、溶媒をさらに含んでもよい。また、本明細書では、半導体ウェハなどの被処理物上にシリコンおよびビニル基を含む膜またはコーティングを形成する方法が開示される。
組成物は、溶媒をさらに含んでもよい。また、本明細書では、半導体ウェハなどの被処理物上にシリコンおよびビニル基を含む膜またはコーティングを形成する方法が開示される。
本明細書に記載の方法の一実施形態では、シリコンおよびビニル基を含む膜がゲルマニウムシード層を成長させるのに適したビニル末端層を生成するための条件下で、堆積チャンバ内で有機アミノビニルシランまたは有機アミノアリルシラン前駆体を使用して基板上に堆積され、続いて高品質ゲルマニウム膜が生成される。
より詳細には、上記の物体およびその他が以下のステップを含むゲルマニウムシード層を形成する方法によって達成される:
a.反応器内の基板の提供;
b.式Iおよび/またはIIによって表される少なくとも1つの前駆体の反応器への導入;
(式中、R1は、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC3~C10アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C10アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、およびC6~C10アリール基からなる群から選択され;R2は、水素、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC2~C6アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C6アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、およびC6~C10アリール基からなる群から選択され、R3およびR4は、それぞれ独立して水素、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC2~C6アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C6アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、C6~C10アリール基、C1~C10の直鎖、環式または分枝鎖のアルコキシ基、上で定義される有機アミノ基(NR1R2)、ならびにCl、BrおよびIからなる群から選択されるハロゲン化物からなる群から選択される)
c.反応器をパージガスでパージする工程;
d.基板がゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層で被覆されるような温度で少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体を導入する工程;
e.パージガスによる反応器のパージ;
f.任意に水素または水素プラズマ源を導入する工程;
g.必要に応じて反応器をパージガスでパージする工程;
h.所望の厚さを有するゲルマニウムを含む膜を成長させるのに適した温度で、ステップdと同じまたは異なるゲルマニウム前駆体を導入すること。
a.反応器内の基板の提供;
b.式Iおよび/またはIIによって表される少なくとも1つの前駆体の反応器への導入;
c.反応器をパージガスでパージする工程;
d.基板がゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層で被覆されるような温度で少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体を導入する工程;
e.パージガスによる反応器のパージ;
f.任意に水素または水素プラズマ源を導入する工程;
g.必要に応じて反応器をパージガスでパージする工程;
h.所望の厚さを有するゲルマニウムを含む膜を成長させるのに適した温度で、ステップdと同じまたは異なるゲルマニウム前駆体を導入すること。
本明細書に記載の方法の一実施形態では少なくとも1つのGe-H基を有するゲルマニウム前駆物質が制限するものではないが、トリクロロゲルマン(Cl3GeH)、ゲルマン(GeH4)、ジゲルマン(Ge2H6)、tert-ブチルゲルマン(tBuGeH3)、フェニルゲルマン、sec-ブチルゲルマン、イソブチルゲルマン、およびベンジルゲルマンのうちの1つ以上を含む。方法の工程として、一実施形態によれば、シリコンおよび酸素を含む膜が、式Iの有機アミノビニルシラン前駆体および/または式IIの有機アミノアリルシラン前駆体、ならびに酸素含有源を用いて、基板上に酸化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素膜を生成するための条件下で基板上に堆積される。方法の工程として、別の実施形態によれば、シリコンおよび窒素を含む膜が式Iの有機アミノビニルシラン前駆体および/または式IIの有機アミノアリルシラン前駆体、ならびに窒素含有源を使用して、基板上に、窒化ケイ素、炭素ドープ窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、または酸炭窒化ケイ素膜を生成するための条件下で、基板上に堆積される。さらなる実施形態では、式Iによるオルガノアミノビニルシラン前駆体および/または式IIのオルガノアミノアリルシラン前駆体が金属酸化物膜または金属窒化物膜などであるがこれらに限定されない金属含有膜のドーパントとして使用される。
上記方法の特定の実施形態では、ステップdおよびhが同じ温度で実行されてもよく、またはステップdは十分なGeシード層が形成されるまで、ステップdにおけるゲルマニウム膜のCVDを回避または制限するために、ステップhよりも低い温度で実行されてもよい。いくつかの実施形態において、ステップdは、ステップhよりも高い温度で実施される。他の実施形態では、温度がシード層として知られるゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層がステップgにおける後続のゲルマニウムCVD膜の堆積の前に、熱的に、または任意の水素もしくは水素プラズマ処理中にアニールされるために、ステップdの後に上昇される。さらに別の実施形態では、少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体がゲルマニウムCVD前駆体と同じである。他の実施形態では、少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体がゲルマニウムCVD前駆体と同じではない。
別の態様では、シリカ、アルミナ、金属酸化物、シリコンウェハ、誘電体薄膜、またはビニル基および/もしくはアリル基を有する金属表面など(これらに制限されない)の固体基材の表面を官能化する方法であって:
a.反応器内の基板の提供;
b.少なくとも1つのビニル基と、以下の式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に接続された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、および/または少なくとも1つのアリル基と、以下の式IIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に接続された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入する工程と、
c.残留有機アミノビニルシランまたは有機アミノアリルシランを溶媒および/またはパージガスで基板から除去する工程とを含む。
a.反応器内の基板の提供;
b.少なくとも1つのビニル基と、以下の式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に接続された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、および/または少なくとも1つのアリル基と、以下の式IIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に接続された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入する工程と、
c.残留有機アミノビニルシランまたは有機アミノアリルシランを溶媒および/またはパージガスで基板から除去する工程とを含む。
いくつかの実施形態では、本明細書に開示される有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体が0℃~500℃の範囲の温度で、純液体として、溶媒中の溶液として、またはキャリアガスの有無にかかわらず気相中で、固体基材に導入され得る。
本明細書では、シリコン前駆体化合物、およびシリコン含有膜の堆積、ならびにゲルマニウム膜の堆積を含むがこれに限定されない後続の処理のための基板表面の官能化のためにそれを使用する方法が開示される。
ゲルマニウムシード層を形成するための特定の方法は、以下のステップを含む:
a.反応器内の基板の提供;
b.少なくとも1つのビニル基と、式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、および/または少なくとも1つのアリル基と、以下の式IIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入すること;
(式中、R1は、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC3~C10アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C10アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、およびC6~C10アリール基からなる群から選択され;R2は、水素、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC2~C6アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C6アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、およびC6~C10アリール基からなる群から選択され、R3およびR4は、それぞれ独立して水素、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC2~C6アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C6アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、C6~C10アリール基、C1~C10の直鎖、環式または分枝鎖のアルコキシ基、上で定義される有機アミノ基(NR1R2)、ならびにCl、BrおよびIからなる群から選択されるハロゲン化物からなる群から選択される)
c.反応器をパージガスでパージする工程;
d.基板がゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層で被覆されるような温度で少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体を導入する工程;
e.パージガスによる反応器のパージ;
f.任意に水素または水素プラズマ源を導入する工程;
g.所望によりパージガスで反応器をパージする工程と、
h.所望の厚さを有するゲルマニウムを含む膜を成長させるのに適した温度で、工程dと同じまたは異なるゲルマニウム前駆体を導入する工程とを含む、方法。
a.反応器内の基板の提供;
b.少なくとも1つのビニル基と、式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、および/または少なくとも1つのアリル基と、以下の式IIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入すること;
c.反応器をパージガスでパージする工程;
d.基板がゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層で被覆されるような温度で少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体を導入する工程;
e.パージガスによる反応器のパージ;
f.任意に水素または水素プラズマ源を導入する工程;
g.所望によりパージガスで反応器をパージする工程と、
h.所望の厚さを有するゲルマニウムを含む膜を成長させるのに適した温度で、工程dと同じまたは異なるゲルマニウム前駆体を導入する工程とを含む、方法。
いくつかの実施形態では、R1およびR2は同じである。他の実施形態では、R1およびR2は異なっている。いくつかの実施形態では、R3およびR4は同じである。他の実施形態では、R3およびR4は異なっている。
いくつかの好ましい実施形態では、R3およびR4が独立して、水素、メチル、ビニル、およびアリルからなる群から選択される。
本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシラン前駆体は、ケイ素+ビニルおよび/またはアリル基を含有する単層膜、ならびに非晶質ケイ素、結晶性ケイ素、酸化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、窒化ケイ素、オキシ窒化ケイ素、およびオキシ炭窒化ケイ素などであるがこれらに限定されない化学量論的および非化学量論的ケイ素含有膜を形成するために使用される。これらの前駆体は例えば、金属含有膜のためのドーパントとして使用することもできる。半導体プロセスで使用される有機アミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシラン前駆体は典型的には気化され、半導体デバイスのためのCVDまたはALDプロセスを介してシリコン含有膜を堆積させるためのガスとして堆積チャンバまたは反応器に送達される高純度揮発性液体化学物質であるが、それらはまた、液相(ニートまたは溶媒のいずれか)である。堆積のための前駆体材料の選択は、所望の得られるシリコン含有材料または膜に依存する。例えば、前駆体材料は、化学元素のその含有量、化学元素の化学量論比、および/またはCVD下で形成される得られるケイ素含有膜もしくはコーティングについて選択され得る。前駆体材料はまた、コスト、比較的低い毒性、取扱い特性、室温で液相を維持する能力、揮発性、分子量、熱安定性、および/または他の考慮事項などの様々な他の特性のために選択されてもよい。特定の実施形態では、本明細書に記載される前駆体が任意の数の手段によって、好ましくは適切なバルブおよび継手が取り付けられた加圧可能なステンレス鋼容器を使用して、反応器システムに送達され得、堆積チャンバまたは反応器への液体または蒸気相前駆体の送達を可能にする。
ゲルマニウムシード層を形成するための別の特定の方法は:
a.反応器内の基板の提供;
b.少なくとも1つのビニル基と、式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、および/または少なくとも1つのアリル基と、以下の式IIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入すること;
(式中、R1は、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC3~C10アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C10アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、およびC6~C10アリール基からなる群から選択され;R2は、水素、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC2~C6アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C6アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、およびC6~C10アリール基からなる群から選択され、R3およびR4は、それぞれ独立して水素、直鎖状または分枝状のC1~C10アルキル基、直鎖状または分枝状のC2~C6アルケニル基、直鎖状または分枝状のC3~C6アルキニル基、C3~C10環式アルキル基、C6~C10アリール基、C1~C10の直鎖、環式または分枝鎖のアルコキシ基、上で定義される有機アミノ基(NR1R2)、ならびにCl、BrおよびIからなる群から選択されるハロゲン化物からなる群から選択される)
c.反応器をパージガスでパージする工程;
d.酸素含有源の導入;
e.パージガスによる反応器のパージ;
f.上記のオルガノアミノビニルシランまたはオルガノアミノアリルシラン前駆体の再導入;
g.パージガスによる反応器のパージ;
h.基板がゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層で被覆されるような温度で少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体を導入する工程;
i.パージガスによる反応器のパージ;
j.任意に水素または水素プラズマ源を導入する工程;
k.任意選択的に、反応器をパージガスでパージし
l.所望の厚さを有するゲルマニウムを含む膜を成長させるのに適した温度で、ステップdと同じまたは異なるゲルマニウム前駆体を導入するステップであって、ステップb~eは、所望の厚さのシリコン含有膜がゲルマニウムシード層の堆積前に堆積され、その後のゲルマニウム含有膜が堆積されるまで繰り返される、ステップ。
a.反応器内の基板の提供;
b.少なくとも1つのビニル基と、式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、および/または少なくとも1つのアリル基と、以下の式IIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入すること;
c.反応器をパージガスでパージする工程;
d.酸素含有源の導入;
e.パージガスによる反応器のパージ;
f.上記のオルガノアミノビニルシランまたはオルガノアミノアリルシラン前駆体の再導入;
g.パージガスによる反応器のパージ;
h.基板がゲルマニウムの少なくとも1つの単分子層で被覆されるような温度で少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つのゲルマニウム前駆体を導入する工程;
i.パージガスによる反応器のパージ;
j.任意に水素または水素プラズマ源を導入する工程;
k.任意選択的に、反応器をパージガスでパージし
l.所望の厚さを有するゲルマニウムを含む膜を成長させるのに適した温度で、ステップdと同じまたは異なるゲルマニウム前駆体を導入するステップであって、ステップb~eは、所望の厚さのシリコン含有膜がゲルマニウムシード層の堆積前に堆積され、その後のゲルマニウム含有膜が堆積されるまで繰り返される、ステップ。
いくつかの実施形態では、R1およびR2は同じである。他の実施形態では、R1およびR2は異なっている。いくつかの実施形態では、R3およびR4は同じである。他の実施形態では、R3およびR4は異なっている。
いくつかの好ましい実施形態では、R3およびR4が独立して、水素、メチル、ビニル、およびアリルからなる群から選択される。
本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体を使用して堆積されたシリコン含有膜は、単一の単層であろうと単一の単層を超える単層であろうと、少なくとも1つのGe-H結合を含むゲルマニウム前駆体との反応に適した基材として機能することができる。理論に束縛されるものではないが、基板の表面が本明細書に記載の有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体と反応すると、それはビニルおよび/またはアリル基、またはより具体的にはビニルシリルおよび/またはアリルシリル基で官能化されると考えられる。これらの基はそれぞれ、続いてゲルマニウム前駆体分子のGe-H結合とのヒドロゲルミル化反応を受け得、したがって、利用可能なビニルおよび/またはアリル基が存在する表面上にゲルマニウム原子またはゲルミル基を固定する。この反応におけるビニルおよび/またはアリル基は、Si原子とGe原子との間でエチレン、エチリデン、プロピレングリコール、またはメチルエチレンリンカーに変換される。一旦、基板の表面がゲルミル基で均一にコーティングされると、基板はALD、PEALD、CVD、環状CVD、またはPECVDプロセスによるGe膜の堆積のために、ほとんどの場合、高温であるが、いくつかの場合、同じ温度で下塗りされる。いくつかの実施形態では表面に固定されたゲルミル基が-GeHx(x=0、1、2、3)終端表面を形成するために、まず、還元ガス、例えば、制限されないが、水素または水素プラズマで還元されなければならない。
少なくとも1つのGe-H結合を含む例示的なゲルマニウム前駆体としてはトリクロロゲルマン(Cl3GeH)、ゲルマン(GeH4)、ジゲルマン(Ge2H6)、tert-ブチルゲルマン(tBuGeH3)、フェニルゲルマン、sec-ブチルゲルマン、イソブチルゲルマン、およびベンジルゲルマンのうちの1つ以上が挙げられるが、これらに限定されない。
図1は、本明細書に開示される式Iを有する有機スキームビニルシラン前駆体が(a)ビニル基で基材表面を官能化するために使用され、(b)少なくとも1つのGe-H結合を含むゲルマニウム前駆体とのヒドロゲルミル化反応によるゲルマニウムシード層の。同じタイプのスキームが本明細書に開示される式IIを有する有機アミノアリルシラン前駆体が基板がビニル基の代わりにアリル基で官能化されることを除いて、図1のステップ(a)において使用される方法に適用される。
本明細書に開示される有機アミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体で予め均一に処理することにより、基板が-GeHx(x=0、1、2、3)基で均一に終端する場合、基板はシード層として機能し、それにより、非常に低い不均一性および低レベルの表面粗さを有する非晶質または結晶性ゲルマニウム膜のいずれかのその後の成長が可能になると考えられる。得られる平滑で均一なGe膜は、Ge膜堆積の開始時に当業者に「アイランド成長」として知られている現象を排除することによって可能になると考えられる。非反応性の有機、誘電体、金属、または任意の他の非反応性表面を、ゲルマニウム原子またはゲルミル基で官能化された反応性表面に変換することによって、表面上に「島」を形成することなく、Ge膜を堆積させ始めることができる。この滑らかでコンフォーマルな初期層は、高品質のゲルマニウムシード層の特徴である。
本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシラン前駆体は、マイクロエレクトロニクスデバイス製造プロセスにおけるCVDまたはALD前駆体として理想的に適した反応性および安定性のバランスを示す。反応性に関して、オルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシランは少なくとも1つのオルガノアミノ基(NR1R2)を有し、これは、オルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体とヒドロキシル面との反応を助ける。本発明において最も頻繁に言及されるヒドロキシル表面は酸化ケイ素、窒化ケイ素、ケイ素(天然酸化物を有する)、金属酸化物、金属窒化物、または金属(天然酸化物を有する)などの誘電体表面であるが、表面ヒドロキシル基を含有し得る他の材料、例えば、有機ポリマー、シリコーン、樹脂、プラスチック、ビーズ、吸着剤、非晶質炭素、活性炭、鉱物、有機物質、容器、および織物なども、本明細書に記載される有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体上の少なくとも1つの有機アミノ基に対して反応性であることが予想される。
本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシラン前駆体における有機アミノアンカー基は、クロロビニルシラン、アルコキシビニルシラン、ビニルジシラザン、クロロアリルシラン、アルコキシアリルシラン、およびアリルジシラザン前駆体よりも、特に低温および気相における-OH末端表面との反応に関して利点を提供することが期待される。例えば、ある温度でトリエトキシビニルシランで基材を処理することはビニル基で基材表面のほとんどまたは全く官能化し得ず、一方、同じ温度で基材をオルガノアミノビニルシランで処理することははるかに高いレベルの官能化を提供し得る。同様に、ある温度でトリエトキシアリルシランで基材を処理することはアリル基で基材表面のほとんどまたは全く官能化し得ず、一方、同じ温度で有機アミノアリルシランで基材を処理することははるかに高いレベルの官能化を提供一定。これにより、式IおよびIIを有するオルガノアミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシランは、ゲルマニウム膜のその後の堆積以外の目的のための表面改質剤として有利になる。表面ビニルおよび/またはアリル基の高い飽和から利益を得ることができる現在のプロセスの例としては(a)触媒、イオン交換官能基、吸着剤、または金属捕捉剤などの種を固体支持体上に固定化すること;(b)基板の疎水性を増加させること;(c)ディスプレイ用途のために基板の光学特性または屈折率を変化させること;および/または(d)後続のコーティングのUV/熱アニーリング後のより良好な接着のための架橋部位を提供することが挙げられるが、これらに制限されない。
ある一定の前駆体は蒸発させるには高すぎる沸点を有し、基板上に膜として堆積させるために反応器に供給することができないので、250℃以下、好ましくは200℃以下の沸点を有する前駆体を提供するために、より小さい有機アミノ基ならびにより小さいR基を選択することが好ましい。2つ以上の有機アミノ基を有することは、沸点を著しく増加させることができ、より高い相対沸点を有する前駆体は容器、ライン、またはその両方において縮合または粒子が形成するのを防止するために、送達容器およびラインを所与の真空下で前駆体の沸点以上に加熱する必要があることを必要とする。安定性に関して、他の前駆体は、分解することにつれてシラン(SiH4)またはジシラン(S2H6)を形成し得る。シランは、室温で自然発火性であるか、または安全性および取り扱い上の問題を呈する自発的に燃焼することができる。さらに、シランまたはジシランおよび他の副生成物の形成は前駆体の純度レベルを低下させ、化学的純度が1~2%ほど小さい変化は信頼性のある半導体製造には受け入れられないと考えられ得る。特定の実施形態において、本明細書に記載される式Iおよび/またはIIを有するハロゲン化物アミノビニルシランおよび/またはハロゲン化物アミノアリルシラン前駆体は6ヶ月以上、または1年以上の期間保存された後、2重量%以下、または1重量%以下、または0.5重量%以下の不純物(例えば、遊離ハロゲン化物アミン、アルコール、クロロシラン、Si-H基を有する一定の有機アミノビニルシラン及び/又は有機アミノアリルシラン前駆体(式I及び/又は式II中のR3及びR4の少なくとも1つは水素)は、分子間ヒドロシリル化反応を介して分解されやすい。すなわち、ある分子のSi-H基と、別の分子のビニル基および/またはアリル基との間で、式Iおよび/または式II中のR1~R4基の大きさが、十分な立体的保護を提供しない場合、反応が起こり得る。このヒドロシリル化反応は貯蔵条件下で、または精製(例えば蒸留)中に、または堆積プロセス中に、ゆっくりまたは自発的に起こり得、微量不純物によって触媒され得る。したがって、ヒドロシリル化/重合触媒として作用し得る可能な限り多くの不純物をオルガノアミノビニルシラン前駆体から取り除くことが重要である。また、R1~R4基の慎重な選択は前駆物質の自然な安定性を維持しながら、所望の条件下で基板面との有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシランの容易な反応を可能にするために必要とされる。
特定の好ましい実施形態において、式Iおよび/または式II中のR3およびR4は、両方とも有機アミノ基である。他の好ましい実施形態において、式Iおよび/またはII中のR3およびR4は、両方ともメチル基である。他の好ましい態様において、式Iおよび/またはIIのR1-4は全てメチル基である。他の好ましい実施形態において、式Iおよび/または式II中のR3およびR4は、両方ともビニル基である。他の好ましい実施形態では、式Iおよび/またはII中のR3およびR4は両方ともアリル基である。他の好ましい実施形態において、R3は有機アミノ基であり、R4は式Iのビニル基である。他の好ましい実施形態において、R3は有機アミノ基であり、R4は式Iのアリル基である。他の好ましい実施形態ではR3はメチル基であり、R4は式Iのビニル基である。他の好ましい実施形態ではR3はメチル基であり、R4は式Iのアリル基である。
特定の実施形態では、ALD、ALD様、PEALD、またはCCVD堆積法を使用して酸化ケイ素または窒化ケイ素または他のケイ素含有膜を堆積させるためなど、本明細書に記載される有機アミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシラン前駆体は比較的低い堆積温度、例えば、1000℃以下、800℃以下、700℃以下、500℃以下、または400℃以下、300℃以下、200℃以下、100℃以下、または50℃以下で高密度材料を堆積させることができる。
一実施形態において、本明細書に記載されるのは、式Iを有する有機アミノビニルシランおよび/または本明細書に記載される式IIを有する有機アミノアリルシランと溶媒とを含む、ケイ素含有膜を形成するための組成物である。
任意の特定の理論に拘束されることを意図するものではないが、本明細書に記載の組成物はTEOS、BDEAS、SiCl4などの現存するケイ素前駆体と比較して、1つまたは複数の有利性を提供し得ると考えられる。これらの利点には、半導体プロセスにおけるオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシランのより良好な使用、長期保存にわたるより良好な安定性、フラッシュ蒸発によるよりクリーンな蒸発、および/または全体的により安定な直接液体注入(DLI)化学蒸着プロセスが含まれ、より高品質のシリコン含有膜の堆積を可能にし、さらに、より優れた後続のGe膜堆積を可能にする。組成物中のオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシランの重量パーセンテージは1~99%の範囲であり得、残りは溶媒であり、溶媒は、オルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシランと反応せず、オルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシランと同様の沸点を有する。後者に関して、組成物中の有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシランの沸点と溶媒との間の差は、40℃以下、より好ましくは20℃以下、または10℃以下である。
いくつかの実施形態では本発明に記載の有機アミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体を使用して、シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭素ドープ窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭素ドープ酸窒化ケイ素、および炭素ドープ酸化ケイ素などのシリコン含有膜を堆積させることが有利であり、ゲルマニウム膜などの金属膜はその後、そのシリコン含有膜上に堆積されることになる。特定の理論に拘束されることを意図するものではないが、このSi含有膜堆積プロセスの最終ステップが有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体曝露である場合、得られるSi含有膜は均一なGeシード層の形成をはるかに受けやすく、したがって、その後、滑らかでコンフォーマルなGe膜成長を受けると考えられる。場合によっては本明細書に記載されるSi含有膜のバルク組成、物理的特性、および電気的特性は従来技術において知られている様々な他のシリコン前駆体および蒸着法を使用しても達成され得る。しかしながら、これらの膜はこれらのゲルマニウム膜が同じ高品質であるために、還元または金属ゲルマニウム膜の堆積の前に、本明細書に記載の有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体での官能化を依然として必要とする。したがって、本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランまたはオルガノアミノアリルシランなどの単一のケイ素前駆体を使用して、ケイ素含有膜の堆積、ならびにその後のGe膜成長のためのビニルおよび/またはアリル基によるその膜の官能化の両方を行うことが、2つの異なるケイ素前駆体を使用することよりもはるかに好ましいことは明らかである。
特定の実施形態では、式Iおよび/または式II中の置換基R1およびR2が一緒に結合して環構造を形成することができる。当業者が理解するように、環R1を形成するためにR1およびR2が一緒に連結される場合、それはR2に連結するための結合を含み、逆もまた同様である。これらの実施形態において、環構造は、不飽和、例えば環状アルキル環、または飽和、例えばアリール環であり得る。同様に、式Iおよび/または式II中のR3およびR4は、一緒に結合して環構造を形成することができる。さらに、これらの実施形態において、環構造は、置換されていても、置換されていなくてもよい。例示的な環式環基としてはピロリジノ、2-メチルピロリジノ、2,5,-ジメチルピロリジノ、ピペリジノ、2,6-ジメチルピペリジノ、ピロリル、およびイミダゾリル基が挙げられるが、これらに限定されない。しかしながら、他の実施形態では、置換基R1およびR2は連結されない。さらに他の実施形態では、R3およびR4は連結されない。
式および本明細書を通して、用語「アルキル」は、1~10個または1~6個の炭素原子を有する直鎖または分岐官能基を示す。例示的なアルキル基としてはメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソペンチル、tert-ペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、およびネオヘキシルが挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態ではアルキル基がそれに結合した、アルコキシ基、ジアルキルアミノ基、またはそれらの組み合わせなどであるが、これらに限定されない、1つまたは複数の官能基を有する可能性がある。他の実施形態では、アルキル基がそれに結合した1つ以上の官能基を有さない。
式および本明細書を通して、用語「環状アルキル」は、3~10個または4~10個の炭素原子または5~10個の炭素原子を有する環状官能基を示す。例示的な環状アルキル基としてはシクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、およびシクロオクチル基が挙げられるが、これらに限定されない。
式および本明細書を通して、用語「アリール」は、5~12個の炭素原子または6~10個の炭素原子を有する芳香族環状官能基を示す。例示的なアリール基としてはフェニル、ベンジル、クロロベンジル、トリル、およびo-キシリルが挙げられるが、これらに限定されない。
式および本明細書を通して、用語「アルケニル基」は1つ以上の炭素-炭素二重結合を有し、3~10個または3~6個または3~4個の炭素原子を有する基を意味する。例示的なアルケニル基としてはビニルおよびアリルが挙げられるが、これらに限定されない。
式および本明細書を通して、用語「アルキニル基」は1つ以上の炭素-炭素三重結合を有し、3~10個または3~6個または3~4個の炭素-炭素三重結合原子を有する基を意味する。
式および本明細書全体を通して、用語「有機アミノ基」は窒素原子に結合した少なくとも1つのアルキルまたは他の炭化水素基を有し、1~10個または2~6個または2~4個の炭素原子を有する基を意味する。例示的な有機アミノ基としてはメチルアミノ、エチルアミノ、ノルマルプロピルアミン、イソプロピルアミノ、ノルマルブチルアミノ、イソブチルアミノ、sec-ブチルアミノ、tert-ブチルアミノ、シクロペンチルアミノ、シクロヘキシルアミノ、フェニルアミノ、ジメチルアミノ、N-エチルメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジイソプロピルアミノが挙げられるが、これらに限定されない。
式および本明細書を通して、用語「ジアルキルアミノ基」は窒素原子に結合した2個のアルキル基を有する基を意味し、ここで、各アルキル基は例えば、1~10個、2~6個、または2~4個の炭素原子を有する。例示的なジアルキルアミノ基としてはジメチルアミノ、ジエチルアミノ、エチルメチルアミノ、ジノルマルプロピルアミン、ジイソプロピルアミノ、ジノルマルブチルアミノ、ジイソブチルアミノ、ジ-sec-ブチルアミノ、ジ-tert-ブチルアミノが挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施形態において、式IおよびIIにおけるアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、またはアリール基のうちの1つ以上は置換されていてもよく、または、例えば、水素原子の代わりに置換された1つ以上の原子または原子群を有していてもよい。例示的な置換基としては酸素、硫黄、ハロゲン原子(例えば、F、Cl、I、またはBr)、窒素、およびリンが挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施形態では、式Iを有する少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体および/または式IIを有する少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体が酸素原子または窒素原子を含む1つまたは複数の置換基を有する。
本明細書に記載される式IおよびII前駆体の独特の構造は、1000℃以下、700℃以下、500℃以下、400℃以下、300℃以下、200℃以下、100℃以下、または25℃以下の温度で、ケイ素含有膜の堆積および/または固体基材の表面官能化を可能にすると考えられる。
表1は、少なくとも1つのビニル基と、少なくとも1つの式Iによるケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを有するケイ素前駆体の例を列挙する。
表1:例示的な有機アミノビニルシラン前駆体
表2は、少なくとも1つのビニル基と、式IIに従う少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを有するケイ素前駆体の例を列挙する。
表2:例示的な有機アミノアリルシラン前駆体。
表1:例示的な有機アミノビニルシラン前駆体
表2:例示的な有機アミノアリルシラン前駆体。
本発明による有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体、ならびに本発明による有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体を含む組成物は、好ましくは有機アミンまたはハロゲン化物イオンを実質的に含まない。本明細書で使用するとき、「実質的に含まない」という語は例えば、5ppm(質量基準)未満、好ましくは3ppm未満、より好ましくは1ppm未満、最も好ましくは0ppmを手段する塩化物及びフッ化物、臭化物及びヨウ化物などのハロゲン化物イオン(又はハロゲン化物)に関するものである。本明細書で使用するとき、0ppm手段のハロゲン化物イオン又は他の不純物に関する「を含まない」。塩化物は、オルガノアミノビニルシランおよびオルガノアミノアリルシランの分解触媒として作用することが知られている。最終生成物中の有意なレベルの塩化物は、オルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体を分解させ得る。有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシランの漸進的な分解は、膜堆積プロセスまたは表面官能化プロセスに直接影響を及ぼし得、半導体製造業者が膜仕様を満たすことを困難にする。加えて、貯蔵寿命または安定性は、有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシランのより高い分解速度によって悪影響を受け、それによって、1~2年の貯蔵寿命を保証することを困難にする。したがって、有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシランの加速分解はこれらの可燃性および/または自然発火性ガス状副生成物の形成に関連する安全性および性能の懸念を提示する:有機アミンとしてはC1~C10の有機アミン、有機ジアミンが挙げられるが、これらに限定されない。式Iおよび式IIを有するシリコン前駆体化合物は、好ましくはLi+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Fe2+、Fe2+、Fe3+、Ni2+、Cr3+のような金属イオンを実質的に含まない。本明細書で使用するとき、「実質的に含まない」という語は、Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Fe、Ni、Cr、ルテニウムまたは白金触媒からの揮発性RuまたはPt錯体などの貴金属、手段5ppm(重量基準)未満、好ましくは3ppm未満、より好ましくは1ppm未満、最も好ましくは0.1ppm(ICP-MSまたは微量金属を測定するための他の分析法によって測定)に関する。
ケイ素含有膜またはコーティングを形成するために使用される方法は、堆積プロセスである。本明細書に開示される方法のための適切な堆積プロセスの例には限定はされないが、環状CVD(CCVD)、MOCVD(金属有機CVD)、熱化学気相堆積、プラズマ強化化学気相堆積(「PECVD」)、高密度PECVD、光子支援CVD、プラズマ光子支援(「PPECVD」)、極低温化学気相堆積、化学支援気相堆積、ホットフィラメント化学気相堆積、液体ポリマー前駆体のCVD、超臨界流体からの堆積、および低エネルギーCVD。ある実施形態では、金属含有膜が原子層堆積(ALD)、プラズマ強化ALD(PEALD)またはプラズマ強化サイクリックCVD(PECCVD)プロセスを介して堆積される。本明細書で使用するとき、用語「化学気相堆積プロセス」は、基板が1つ以上の揮発性前駆体に曝露され、基板表面上で反応及び/又は分解して所望の堆積を生成する任意のプロセスを指す。本明細書で使用するとき、用語「原子層堆積プロセス」は様々な組成の基板上に材料の膜を堆積させる、自己制限的な(例えば、各反応サイクルにおいて堆積される膜材料の量が一定)連続的な表面化学を指す。本明細書で使用される前駆体、試薬、および供給源は「気体」と記載されることがあるが、前駆体は直接気化、バブリング、または昇華を介して、不活性ガスを伴ってまたは伴わずに反応器中に輸送される液体または固体のいずれかであり得ることが理解される。場合によっては、気化した前駆体がプラズマ発生器を通過することができる。一実施形態では、シリコン含有膜がALDプロセスを使用して堆積される。別の実施形態では、シリコン含有膜がCCVDプロセスを使用して堆積される。さらなる実施形態では、シリコン含有膜が熱CVDプロセスを使用して堆積される。用語「反応器」は本明細書で使用される場合、制限するものではないが、反応チャンバまたは堆積チャンバを含む。
特定の実施形態では、本明細書に開示される方法が反応器への導入前および/または導入中に前駆体を分離するALDまたはCCVD法を使用することによって、前駆体の予備反応を回避する。これに関連して、シリコン含有膜を堆積するために、ALDまたはCCVD処理などの堆積技術が使用される。一実施形態では膜は基板表面を、シリコン含有前駆体、酸素含有源、窒素含有源、または他の前駆体もしくは試薬の1つまたは複数に代替的に曝露することによって、ALDプロセスを介して堆積される。膜成長は、表面反応、各前駆体または試薬のパルス長、および堆積温度の自己制限制御によって進行する。しかしながら、基板の表面が飽和すると、膜成長は停止する。
特定の実施形態では、本明細書に記載の方法が上記式Iおよび/またはIIを有するオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体以外の1つ以上の追加のケイ素含有前駆体をさらに含む。追加のケイ素含有前駆体の例としては限定されないが、モノアミノシラン(例えば、ジイソプロピルアミノシラン、フェニル基メチルアミノシラン);モノアミノシラン(ジイソプロピルアミノシラン、ジ-sec-ブチルアミノシラン、フェニル基メチルアミノシラン);シロキサン(例えば、ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)およびジメチルシロキサン(HCDSO));オルガノシラン(例えば、メチルシラン、ジメチルシラン、ビニルトリメチルシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、エチルシラン、ジシリルメタン、2,4-ジシラペンタン、2,5-ジシラヘキサン、2,2-ジシリルプロパン、1,3,5-トリシラシクロ)が挙げられる。ヘキサン及びこれらの化合物のフッ素化誘導体;フェニル基含有有機ケイ素化合物(例えば、ジメチルフェニル基シラン及びジフェニル基メチルシラン);酸素含有有機ケイ素化合物(例えば、ジメチルジメトキシシラン);1,3,5,7-テトラメチルシクロテトラシロキサン;1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン、1,3,5,7-テトラシラ-4-オキソヘプタン、2,4,6,8-テトラシラ-3,7-ジオキソノナン、2,2-ジメチル-2,4,6,8-テトラシラ-3,7-ジオキソノナン、オクタメチルシクロテトラシロキサン;[13,5,7,9]-ペンタメチルシクロペンタシロキサン;1,3,5,7-テトラシラ-2,6-ジオキソシクロオクタン;ヘキサメチルシクロトリシロキサン;1,3-ジメチルジシロキサン;1,3,5,7,9-ペンタメチルシクロペンタシロキサン;ヘキサメトキシジシロキサン及びこれらの化合物のフッ素化誘導体。
蒸着法に応じて、特定の実施形態では、1種以上のケイ素含有前駆体を、所定のモル体積、または約0.1~約1000マイクロモルで反応器に導入することができる。この実施形態または他の実施形態において、ケイ素含有および/または有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体は、所定の時間の間、反応器に導入され得る。特定の実施形態では、期間は約0.001~約500秒の範囲である。
特定の実施形態において、本明細書に記載の方法を用いて堆積されたケイ素含有膜は、酸素を含む酸素含有源、試薬または前駆体を用いて酸素の存在下で形成される。酸素含有源は、少なくとも1つの酸素含有源の形成で反応器中に導入されてもよく、および/または堆積プロセスで使用される他の前駆体中に偶然に存在してもよい。好適な酸素含有源ガスとしては、例えば、水(H2O)(例えば、脱イオン水、精製水、および/または蒸留水)、過酸化水素(H2O2)、酸素(O2)、酸素プラズマ、オゾン(O3)、NO、N2O、NO2、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、およびそれらの組合せが挙げられ得る。特定の実施形態では、酸素含有源が約1~約2000立方センチメートル(見かけ)または約1~約1000見かけの範囲の流量で反応器に導入される酸素含有源ガスを含む。酸素含有源は、約0.1~約100秒の範囲の時間導入することができる。特定の一実施形態では、酸素含有源が10℃以上の温度を有する水を含む。膜がALDまたは環状CVDプロセスによって堆積される実施形態では前駆体パルスが0.01秒を超えるパルス持続時間を有することができ、酸素含有源は0.01秒未満のパルス持続時間を有することができ、一方、水パルス持続時間は0.01秒未満のパルス持続時間を有することができる。さらに別の実施形態では、パルス間のパージ持続時間が0秒と同じくらい低くてもよく、または間にパージを行わずに連続的にパルス化される。酸素含有源または試薬は少なくともいくらかの炭素が堆積されたシリコン含有膜中に保持されるように、シリコン前駆体に対して1:1未満の分子量で提供される。
特定の実施形態において、シリコン含有膜は、シリコンおよび窒素を含む。これらの実施形態では、本明細書に記載の方法を用いて堆積されたシリコン含有膜が窒素含有源の存在下で形成される。窒素含有源は、少なくとも1つの窒素含有源の形成で反応器に導入されてもよく、および/または堆積プロセスで使用される他の前駆体中に偶然に存在してもよい。好適な窒素含有源ガスとしては、例えば、アンモニア、ヒドラジン、モノアルキルヒドラジン、ジアルキルヒドラジン、窒素、窒素/水素、アンモニアプラズマ、窒素プラズマ、窒素/水素プラズマ、及びこれらの混合物が挙げられる。特定の実施形態では、窒素含有源が約1~約2000立方センチメートル(見かけ)または約1~約1000見かけの範囲の流量で反応器に導入されるアンモニアプラズマまたは水素/窒素プラズマ源ガスを含む。窒素含有源は、約0.1~約100秒の範囲の時間で導入することができる。膜がALDまたは環状CVDプロセスによって堆積される実施形態では前駆体パルスが0.01秒を超えるパルス持続時間を有することができ、窒素含有源は0.01秒未満のパルス持続時間を有することができ、一方、水パルス持続時間は0.01秒未満のパルス持続時間を有することができる。さらに別の実施形態では、パルス間のパージ持続時間が0秒と同じくらい低くてもよく、または間にパージを行わずに連続的にパルス化される。
本明細書に開示される蒸着法は、1つ以上のパージガスを含み得る。未消費の反応物および/または反応副生成物をパージするために使用されるパージガスは、前駆体と反応しない不活性ガスである。例示的なパージガスとしてはアルゴン(Ar)、窒素(N2)、ヘリウム(He)、ネオン、水素(H2)、およびこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、Arなどのパージガスが約0.1~1000秒間、約10~約2000の範囲の流量で反応器に供給され、それによって、反応器内に残存し得る未反応材料および任意の副生成物をパージする。
前駆体、酸素含有源、窒素含有源、および/または他の前駆体、源ガス、および/または試薬を供給するそれぞれのステップは、それらを供給する時間を変化させて、得られるシリコン含有膜の化学量論組成を変化させることによって実施することができる。
エネルギーは前駆体、酸素含有源、窒素含有源、還元剤、他の前駆体、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも1つに印加されて、反応を誘導し、基板上にケイ素含有膜または被膜を形成する。そのようなエネルギーは熱、プラズマ、パルスプラズマ、ヘリコンプラズマ、高密度プラズマ、誘導結合プラズマ、X線、電子ビーム、光子、遠隔プラズマ方法、およびそれらの組み合わせによって提供され得るが、それらに限定されない。特定の実施形態では、二次RF周波数源を使用して、基板表面におけるプラズマ特性を修正することができる。堆積がプラズマを含む実施形態では、プラズマ生成プロセスがプラズマが反応器内で直接生成される直接プラズマ生成プロセス、または代替的に、プラズマが反応器の外部で生成され、反応器内に供給される遠隔プラズマ生成プロセスを含むことができる。
有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体、他のケイ素含有前駆体、および/またはゲルマニウム前駆体は、様々な方法でCVDまたはALD反応器などの反応チャンバに送達することができる。一実施形態では、液体送達システムを利用することができる。代替の実施形態では例えば、MNのShorewのMSP Corporationによって製造されたターボ気化器などの、液体供給およびフラッシュ気化プロセスユニットを組み合わせて使用して、低揮発性材料を体積的に供給することができ、これは前駆体の熱分解を伴わずに再現可能な輸送および堆積をもたらす。液体送達製剤において、本明細書に記載される前駆体は純粋な液体形態で送達されてもよく、あるいは溶媒製剤またはそれを含む組成物において使用されてもよい。したがって、特定の実施形態では、前駆体配合物が基板上に膜を形成するために、所与の最終用途において望ましい、かつ有利であり得るような適切な特性の溶媒成分を含み得る。
式Iおよび/またはIIを有する前駆体が溶媒と、本明細書に記載の式Iおよび/またはIIを有する有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体とを含む組成物中で使用される実施形態では、選択される溶媒またはその混合物が有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシランと反応しない。組成物中の溶媒の重量パーセントの量は、0.5重量%~99.5重量%または10重量%~75重量%の範囲である。この実施形態または他の実施形態では、溶媒が式Iおよび/またはIIを有する前駆体のb.p.と同様の沸点(b.p.)を有するか、または溶媒のb.p.と式IまたはIIを有する前駆体のb.p.との差が40℃以下、30℃以下、または20℃以下、または10℃である。あるいは、沸点間の差が以下のエンドポイント:0、10、20、30、または40℃のいずれか1つまたは複数からの範囲である。b.p.差の適切な範囲の例としては0~40℃、20℃~30℃、または10℃~30℃が挙げられるが、これらに制限されない。組成物中の適切な溶媒の例としてはエーテル(例えば、1,4-ジオキサン、ジブチルエーテル)、第三級アミン(例えば、ピリジン、1-メチルピペリジン、1-エチルピペリジン、N,N’-ジメチルピペラジン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン)、ニトリル(例えば、ベンゾニトリル)、アルキル炭化水素(例えば、オクタン、ノナン、ドデカン、エチルシクロヘキサン)、芳香族炭化水素(例えば、トルエン、メシチレン)、第三級アミノエーテル(例えば、ビス(2-ジメチルアミノエチル)エーテル)またはそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
別の実施形態では、式IまたはIIを有する1つまたは複数のオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体を含むケイ素含有膜を堆積させるための容器が本明細書に記載される。1つの特定の実施形態では、容器がCVDまたはALDプロセスのための反応器への1つまたは複数の前駆体の送達を可能にするために、適切なバルブおよび継手が取り付けられた少なくとも1つの加圧可能な容器(好ましくはステンレス鋼の)を備える。この実施形態または他の実施形態では式Iおよび/またはIIを有する有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体がステンレス鋼から構成される加圧可能な容器中で提供され、前駆体の純度は98重量%以上または99.5%以上であり、これは大部分の半導体用途に適している。特定の実施形態では、そのような容器が所望であれば、前駆体を1つ以上の追加の前駆体と混合するための手段を有することもできる。これらまたは他の実施形態では、容器の含有量が追加の前駆体と予め混合することができる。あるいは、オルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体および/または他の前駆体が別個の容器中で、または貯蔵中にオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体および他の前駆体を別個に維持するための分離手段を有する単一の容器中で維持することができる。
本明細書に記載の方法の一実施形態では、CCVD、ALD、またはPEALDなどの環状堆積プロセスを用いることができ、ここで、本明細書に記載の式を有する有機アミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体から選択される少なくとも1つのケイ素含有前駆体、ならびに場合により、例えばアンモニア、ヒドラジン、モノアルキルヒドラジン、ジアルキルヒドラジン、窒素、窒素/水素、アンモニアプラズマ、窒素プラズマ、窒素/水素プラズマなどの窒素含有源を用いる。
特定の実施形態では前駆体キャニスタから反応チャンバに接続するガスラインがプロセス要件に応じて1つまたは複数の温度に加熱され、本明細書に記載の式Iおよび/またはIIを有する有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体の容器はバブリングのために1つまたは複数の温度に維持される。他の実施形態では、本明細書に記載の式を有する少なくとも1つのケイ素含有前駆体を含む溶液が直接液体注入のために1つ以上の温度に保たれた気化器に注入される。
アルゴンおよび/または他のガスの流れをキャリアガスとして使用して、前駆体パルス化中に少なくとも1つの有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体の蒸気を反応チャンバに送達するのを助けることができる。特定の実施形態において、反応チャンバプロセス圧力は、約10Torr以下である。別の実施形態では、反応チャンバプロセス圧力が約5Torr以下である。
多成分ケイ素含有膜の場合、ケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、還元剤、または他の試薬などの他の前駆体を、反応器チャンバに交互に導入することができる。
本明細書に記載の方法の一実施形態では、0~20at.%の炭素含有量を有する酸化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素膜が膜特性を改善するために、熱ALDプロセスおよび水素を含むプラズマを使用して堆積される。この実施形態では、方法は以下を含む。
a.表面特徴を含む1つ以上の基板を反応器に入れ、反応器を周囲温度から約550℃の範囲の1つ以上の温度に加熱し、任意選択で反応器を100torr以下の圧力に維持する;
b.式Iおよび/またはIIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つのビニルおよび/またはアリル基ならびに少なくとも1つの有機アミノアンカー基を含む少なくとも1つの有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入する工程;
c.反応器を不活性ガスでパージし、それによって未反応シリコン前駆体を除去し、パージガスおよびシリコン前駆体を含む組成物を形成する工程;
d.反応器内に酸素含有源を提供して、表面と反応させて、ケイ素および酸素含有膜を形成する工程;
e.反応副生成物を除去するための不活性ガスによるパージ;
f.酸化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素のいずれかの所望の厚さを提供するためのステップb~eの繰り返し。
この実施形態または他の実施形態では、UV露光工程が膜堆積中、または堆積が完了した後のいずれかに実行することができる。別の実施形態では、窒化ケイ素または炭窒化ケイ素などのケイ素および窒素含有膜が酸素含有源の代わりに窒素含有源が使用されることを除いて、上で概説したのと同じステップで、本明細書に記載されるような有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリシランを使用して堆積させることができる。
a.表面特徴を含む1つ以上の基板を反応器に入れ、反応器を周囲温度から約550℃の範囲の1つ以上の温度に加熱し、任意選択で反応器を100torr以下の圧力に維持する;
b.式Iおよび/またはIIによって表される少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つのビニルおよび/またはアリル基ならびに少なくとも1つの有機アミノアンカー基を含む少なくとも1つの有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体を反応器に導入する工程;
c.反応器を不活性ガスでパージし、それによって未反応シリコン前駆体を除去し、パージガスおよびシリコン前駆体を含む組成物を形成する工程;
d.反応器内に酸素含有源を提供して、表面と反応させて、ケイ素および酸素含有膜を形成する工程;
e.反応副生成物を除去するための不活性ガスによるパージ;
f.酸化ケイ素または炭素ドープ酸化ケイ素のいずれかの所望の厚さを提供するためのステップb~eの繰り返し。
この実施形態または他の実施形態では、UV露光工程が膜堆積中、または堆積が完了した後のいずれかに実行することができる。別の実施形態では、窒化ケイ素または炭窒化ケイ素などのケイ素および窒素含有膜が酸素含有源の代わりに窒素含有源が使用されることを除いて、上で概説したのと同じステップで、本明細書に記載されるような有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリシランを使用して堆積させることができる。
一実施形態では基板が少なくとも1つの特徴を含み、特徴は1:9以上のアスペクト比、および/または180nm以下の開口部を有するパターントレンチを含む。
膜がプラズマで処理される実施形態では、プラズマ源が水素プラズマ、水素およびヘリウムを含むプラズマ、ならびに水素およびアルゴンを含むプラズマからなる群から選択される。水素プラズマは、バルク中の炭素含有量をほとんど変化させないまま、膜誘電率を低下させ、プラズマアッシングプロセス後の損傷耐性を高める。
本明細書を通して、用語「ALDまたはALD様」は以下のプロセスを含むが、これらに限定されないプロセスを指す:a)シリコン前駆体および反応性ガスを含む各反応物質が単一ウェハALD反応器、半バッチALD反応器、またはバッチ炉ALD反応器などの反応器に連続的に導入される;b)シリコン前駆体および反応性ガスを含む各反応物質が基板を反応器の異なるセクションに移動または回転させることによって基板に曝露され、各セクションが不活性ガスカーテン、すなわち空間ALD反応器またはロールツーロールALD反応器によって分離される。
ここで、「アッシング」とは、O2/不活性ガスプラズマ、O2プラズマ、CO2プラズマ、COプラズマ、H2/O2プラズマ、またはこれらの組合せなどのプラズマを用いて、フォトレジストまたはカーボンハードマスクを除去することを意味する。
本明細書を通して、用語「耐損傷性」は、酸素アッシングプロセス後の膜特性を指す。良好なまたは高い耐損傷性は、酸素アッシング後の以下の膜特性として定義される:4.5未満の膜誘電率;バルク中の炭素含有量(50Aを超える深さの膜)は5at.アッシング前と同様に%;50A未満の膜がダメージを受け、表面近傍(深さ50A未満)と嵩(深さ50A超)との間の希釈HFエッチング速度の差異によって観察される。
特定の実施形態では本明細書に記載の式Iおよび/またはIIを有する有機アミノビニルシランおよび/または有機アミノアリルシラン前駆体が金属酸化物膜または金属窒化物膜などであるが、これらに限定されない、金属含有膜のドーパントとして使用することもできる。これらの実施形態では、金属含有膜が金属アルコキシド、金属アミド、または揮発性有機金属前駆体を使用して、本明細書に記載のプロセスなどのALDまたはCVDプロセスを使用して堆積される。本明細書に開示される方法で使用され得る適切な金属アルコキシ基ド前駆体の例としては限定されるものではないが、第3族~第6族金属アルコキシ基ド、アルコキシ基およびアルキル置換シクロペンタジエニル配位子の両方を有する第3族~第6族金属錯体、アルコキシ基およびアルキル置換ピロリル配位子の両方を有する第3族~第6族金属錯体、アルコキシ基およびジケトネート配位子の両方を有する第3族~第6族金属錯体、アルコキシ基およびケトエステル配位子の両方を有する第3族~第6族金属錯体が挙げられる。本明細書に開示される方法で使用可能な好適な金属アミド前駆体の例はテトラキス(ジメチルアミノ)ジルコニウム(TDMAZ)、テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム(TDEAH)、テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウム(TEMAH)、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(TDEAT)、テトラキス(エチルメチルアミノ)チタン(TEMAT)、tert-ブチルイミノトリ(ジエチルアミノ)タンタル(TBTDMT)、tert-ブチルイミノトリ(エチルメチルアミノ)タンタル(TBTEMT)、エチルイミノトリ(ジエチルアミノ)タンタル(EITDET)、エチルイミノトリ(ジメチルアミノ)タンタル(EITDM)を含むが、これらに限定されないT)、エチルイミノトリ(エチルアミノ)タンタル(EITEMT)、tert-アミルイミノトリ(ジメチルアミノ)タンタル(TAIMAT)、tert-アミルイミノトリ(ジエチルアミノ)タンタル、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル、tert-アミルイミノトリ(エチルメチルアミノ)タンタル、ビス(tert-ブチルイミノ)ビス(ジメチルアミノ)タングステン(BTBMW)、ビス(tert-ブチルイミノ)ビス(ジエチルアミノ)タングステン、ビス(tert-ブチルイミノ)ビス(エチルメチルアミノ)タングステン、およびこれらの組み合わせ。本明細書に開示される方法で使用され得る適切な有機金属前駆体の例としては3族金属シクロペンタジエニルまたはアルキルシクロペンタジエニルが挙げられるが、これらに限定されない。本明細書における例示的な第3~第6族金属としてはY、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Yb、Lu、Ti、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、およびWが挙げられるが、これらに限定されない。
特定の実施形態において、得られたケイ素含有フィルムまたはコーティングは堆積後処理、例えば、限定されないが、プラズマ処理、化学処理、紫外線露光、電子ビーム露光、および/またはフィルムの1つ以上の特性に影響を及ぼす他の処理に曝露され得る。
特定の実施形態において、本明細書に記載のシリコン含有膜は、6以下の誘電率を有する。これらまたは他の実施形態では、フィルムが約5以下、または約4以下、または約3.5以下の誘電率を有することができる。しかしながら、他の誘電率(例えば、より高いまたはより下側)を有する膜が、膜の所望の最終用途に応じて形成され得ることが想定される。本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体および方法を用いて形成されるケイ素含有またはケイ素含有膜の例示は処方SixOyCzNvHwを有し、ここで、Siは約10%~約40%の範囲であり;Oが約0%~約65%の範囲であり;Cが約0%~約75%または約0%~約50%の範囲であり;Nが約0%~約75%または約0%~約50%の範囲であり;Hが約0%~約50%の原子パーセント重量%の範囲であり、ここで、x+y+z+v+w=100原子重量%である。本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体およびプロセスを使用して形成されるケイ素含有膜の別の例は、炭素含有量がXPSによって測定して1at%~80at%である炭窒化ケイ素である。さらに、本明細書に記載のオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体およびプロセスを使用して形成されるシリコン含有膜の別の例は、窒素および炭素含有量の合計がXPSによって測定して<10at%、好ましくは<5at%、最も好ましくは<1at%であるアモルファスシリコンである。
前述のように、本明細書に記載の方法は、基板の少なくとも一部分上にシリコン含有膜を堆積させるために使用することができる。好適な基板としてはシリコン、ゲルマニウムドープシリコン、ゲルマニウム、SiO2、Si3N4、OSG、FSG、炭化ケイ素、水素化炭化ケイ素、窒化ケイ素、水素化窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、水素化炭窒化ケイ素、窒化ホウ素、反射防止コーティング、フォトレジスト、可撓性基板、有機ポリマー、多孔質有機および無機材料、銅およびアルミニウムなどの金属、ならびにTiN、Ti(C)N、TaN、Ta(C)N、Ta、W、またはWNなどであるが例に限定されない拡散障壁層が挙げられるが、例に限定されない。フィルムは例えば、化学機械平坦化(CMP)および異方性エッチングプロセスなどの、様々な後続の処理ステップに適合する。
堆積膜はコンピュータチップ、光学デバイス、磁気情報記憶装置、支持材料または基板上のコーティング、微小電気機械システム(MEMS)、ナノ電気機械システム、薄膜トランジスタ(TFT)、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)、IGZO、および液晶ディスプレイ(LCD)を含むが、これらに限定されない用途を有する。
本明細書に記載の方法は、ゲルマニウム、シリコン、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭素ドープ窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭素ドープ酸窒化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素を含む高品質膜を提供する。「高品質」という語は、以下の特徴:約2.1g/cc以上、2.2g/cc以上、2.25g/cc以上の密度;2.5Å/s以下、2.0Å/s以下、1.5Å/s以下、1.0Å/s以下、0.5Å/s以下、0.1Å/s以下、0.05Å/s以下、0.01Å/s以下、1:100のHF~水希釈HF(0.5wt%dHF)酸溶液中で測定した場合、約1またはそれ以下のe-8A/cm2の漏電~6MV/cm);SIMSで測定した場合、約5e20at/cc以下の水素不純物;非常に低い不均一性、低水準の表面粗さを示す膜を手段するおよびそれらの組み合わせが挙げられる。エッチング速度に関して、熱成長酸化シリコン膜は、0.5wt%HF中で0.5Å/sのエッチング速度を有する。
特定の実施形態では、本明細書に記載の式IおよびIIを有する1つ以上のケイ素前駆体を使用して、固体であり、非多孔性であるか、または細孔を実質的に含まないケイ素および酸素含有膜を形成することができる。
以下の実施例はオルガノアミノビニルシランおよび/またはオルガノアミノアリルシラン前駆体を調製するための方法、ケイ素含有膜を堆積させるための方法、ビニル官能化および/またはアリル官能化表面を生成するための方法、ならびに本明細書に記載されるゲルマニウムシード層を生成するための方法を例示し、決してそれを限定することを意図するものではない。
実施例1:トリス(エチルアミノ)ビニルシランの合成
窒素の保護下で、THF中のエチルアミンの溶液(800mL、2.0M、1.60mol)を、カニューレを介して、3リットルの三つ口丸底フラスコ中のヘキサン(1リットル)中のトリエチルアミン(175g、1.73mol)の溶液に、機械式撹拌機および還流冷却器を備えた溶液に添加した。合わせた溶液を-20℃に冷却し、撹拌した。
この混合物にトリクロロビニルシラン(80.0g、0.495mol)のヘキサン(80g)溶液を-20℃で2時間かけて滴下した。得られた白色スラリーを室温に温め、さらに2時間撹拌した。白色固体をガラスフリット上でろ過することによって除去し、溶媒を減圧(20Torr)下、室温で除去した。得られた濃縮粗液を真空蒸留(1Torr/45℃)により精製して、55.4gのトリス(エチルアミノ)ビニルシランを得た。
沸点は、DSCにより199℃と決定した。GC-MS分析は、以下の質量ピークを示した:M/z=187(M+)、172(M-15)、160、143、129、118、100、86、72、57、44。
窒素の保護下で、THF中のエチルアミンの溶液(800mL、2.0M、1.60mol)を、カニューレを介して、3リットルの三つ口丸底フラスコ中のヘキサン(1リットル)中のトリエチルアミン(175g、1.73mol)の溶液に、機械式撹拌機および還流冷却器を備えた溶液に添加した。合わせた溶液を-20℃に冷却し、撹拌した。
この混合物にトリクロロビニルシラン(80.0g、0.495mol)のヘキサン(80g)溶液を-20℃で2時間かけて滴下した。得られた白色スラリーを室温に温め、さらに2時間撹拌した。白色固体をガラスフリット上でろ過することによって除去し、溶媒を減圧(20Torr)下、室温で除去した。得られた濃縮粗液を真空蒸留(1Torr/45℃)により精製して、55.4gのトリス(エチルアミノ)ビニルシランを得た。
沸点は、DSCにより199℃と決定した。GC-MS分析は、以下の質量ピークを示した:M/z=187(M+)、172(M-15)、160、143、129、118、100、86、72、57、44。
実施例2:トリス(エチルアミノ)ビニルシランでのシリカゲルの処理
窒素保護下で、0.5gのシリカゲル(Davasil(商標)グレード645、60~100メッシュ、150Å)を、5mLのトリス(エチルアミノ)ビニルシランのTHF中50重量%溶液中、80℃で2時間撹拌した。液相をデカントし、固体を熱THFで数回リンスした後、真空下で乾燥させた。未処理および処理シリカゲルの両方を、KBrペレットとしてFTIR分光法によって分析した。単離された表面Si-OH基に対応する未処理シリカゲルのFTIRスペクトルにおける3741cm-1の鋭いピークは、処理されたシリカゲルのFTIRスペクトルにおいて検出されなかった。処理したシリカゲルは、FTIRスペクトルにおいて以下の新しいピークを示した:3418(N-H)、3062(ビニルC-H)、3021(ビニルC-H)、2968(ビニルC-H)、2935(エチルC-H)、2876(エチルC-H)。これは、シリカゲルの表面がトリス(エチルアミノ)ビニルシランでの治療後、比較的低い温度および短時間でビニル基およびエチルアミノ基で官能化されたことを示す。
窒素保護下で、0.5gのシリカゲル(Davasil(商標)グレード645、60~100メッシュ、150Å)を、5mLのトリス(エチルアミノ)ビニルシランのTHF中50重量%溶液中、80℃で2時間撹拌した。液相をデカントし、固体を熱THFで数回リンスした後、真空下で乾燥させた。未処理および処理シリカゲルの両方を、KBrペレットとしてFTIR分光法によって分析した。単離された表面Si-OH基に対応する未処理シリカゲルのFTIRスペクトルにおける3741cm-1の鋭いピークは、処理されたシリカゲルのFTIRスペクトルにおいて検出されなかった。処理したシリカゲルは、FTIRスペクトルにおいて以下の新しいピークを示した:3418(N-H)、3062(ビニルC-H)、3021(ビニルC-H)、2968(ビニルC-H)、2935(エチルC-H)、2876(エチルC-H)。これは、シリカゲルの表面がトリス(エチルアミノ)ビニルシランでの治療後、比較的低い温度および短時間でビニル基およびエチルアミノ基で官能化されたことを示す。
実施例3:トリエトキシビニルシランとtert-ブチルゲルマンの反応
トリエトキシビニルシランとtert-ブチルゲルマンの1:1モル混合物約1mlを、内部圧力変換器と熱電対を備えた9.5mlステンレス鋼セルに封入した。試料を250℃に加熱し、1時間等温に保持した。有意な圧力上昇は検出されなかったが、-212℃での温度上昇時に軽度の発熱事象が観察された。混合物を室温に戻すと、GCおよびGC-MSによって分析した。1,1-付加および1,2-付加ヒドロゲルミル化生成物1-トリエトキシシリル-1-(tert-ブチルゲルミル)エタン(マイナー)および1-トリエトキシシリル-2-(tert-ブチルゲルミル)エタン(メジャー)はそれぞれ、以下の質量ピークに従って検出された:(マイナー)m/z=324(M+)、308、280、266、238、222、210、194、179、163、147、135、119、101、89、79、57、41;(メジャー)m/z=324(M+)、308、280、268、238、222、211、193、181、163、149、135、119、103、91、79、57、4。これは、ゲルマン、ジゲルマン、およびtert-ブチルゲルマンのような前駆体中のGe-H結合が触媒の非存在下で200~250℃のSi-ビニル基と反応し得ることを実証する。これは、まず表面をビニル基で官能化し、続いてゲルマニウムCVD増殖の前にゲルマンまたはジゲルマンと反応させてGe-H終端表面を生成することによって、S1O2基板上にGeシード層を生成するという提案を支持する。
トリエトキシビニルシランとtert-ブチルゲルマンの1:1モル混合物約1mlを、内部圧力変換器と熱電対を備えた9.5mlステンレス鋼セルに封入した。試料を250℃に加熱し、1時間等温に保持した。有意な圧力上昇は検出されなかったが、-212℃での温度上昇時に軽度の発熱事象が観察された。混合物を室温に戻すと、GCおよびGC-MSによって分析した。1,1-付加および1,2-付加ヒドロゲルミル化生成物1-トリエトキシシリル-1-(tert-ブチルゲルミル)エタン(マイナー)および1-トリエトキシシリル-2-(tert-ブチルゲルミル)エタン(メジャー)はそれぞれ、以下の質量ピークに従って検出された:(マイナー)m/z=324(M+)、308、280、266、238、222、210、194、179、163、147、135、119、101、89、79、57、41;(メジャー)m/z=324(M+)、308、280、268、238、222、211、193、181、163、149、135、119、103、91、79、57、4。これは、ゲルマン、ジゲルマン、およびtert-ブチルゲルマンのような前駆体中のGe-H結合が触媒の非存在下で200~250℃のSi-ビニル基と反応し得ることを実証する。これは、まず表面をビニル基で官能化し、続いてゲルマニウムCVD増殖の前にゲルマンまたはジゲルマンと反応させてGe-H終端表面を生成することによって、S1O2基板上にGeシード層を生成するという提案を支持する。
特定の好ましい実施形態を参照して本開示を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、その素子の代わりに等価物を用いることができることが、当業者によって理解されるのであろう。加えて、その本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に対して適合させるために多くの修正を行うことができる。したがって、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の技術的範囲内に入るすべての実施形態を含むことが意図される。
Claims (12)
- 蒸着法により基板の少なくとも一方の面上にゲルマニウム含有膜を形成する方法であって、
反応チャンバー中で基板の少なくとも1つの表面を提供し、基板は露出した表面ヒドロキシ基を有することと、
以下の式Iで表される少なくとも1つのケイ素原子に結合した少なくとも1つのビニル基および少なくとも1つの有機アミノアンカー基を含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、または以下の式IIによって表される1つのアリル基と少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体を反応チャンバーに導入すること、
パージガスによる反応室のパージと、
少なくとも1つのGe-H結合を含む少なくとも1つの第1のゲルマニウム含有前駆体の反応チャンバへの導入と、
パージガスによる反応室のパージと、
第1のゲルマニウム含有前駆体と同じかまたは異なる少なくとも1つの第2のゲルマニウム含有前駆体の反応チャンバへの導入と
を含む、方法。 - 前記少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体が、トリス(メチルアミノ)ビニルシラン、トリス(N-プロピルアミノ)ビニルシラン、トリス(sec-ブチルアミノ)ビニルシラン、トリス(tert-ブチルアミノ)ビニルシラン、トリス(ジメチルアミノ)ビニルシラン、トリス(ジエチルアミノ)ビニルシラン、トリス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ビニルシラン、トリス(n-メチルフェニルアミノ)ビニルシラン、トリス(ピロリジノ)ビニルシラン、トリ(ピペリジノ)ビニルシラン、ビス(メチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(N-プロピルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(イソプロピルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(sec-ブチルアミノ)からなる群(tert-ブチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(n-エチルメチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(n-メチルフェニルアミノ)メチルビニルシラン、ジ(ピロリジノ)メチルビニルシラン、ジ(ピロリル)メチルビニルシラン、ビス(メチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(N-プロピルアミノ)ジビニルシラン、ビス(イソプロピルアミノ)ジビニルシラン、ビス(sec-ブチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(tert-ブチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(n-エチルメチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ジビニルシラン、ビス(n-メチルフェニルアミノ)ジビニルシラン、ジ(ピロリジノ)ジビニルシラン、ジ(ピロリル)ジビニルシラン、(メチルアミノ)ジメチルビニルシラン、(N-プロピルアミノ))ジメチルビニルシラン、(sec-ブチルアミノ)ジメチルビニルシラン、(tert-ブチルアミノ)ジメチルビニルシラン、(n-エチルメチルアミノ)ジメチルビニルシラン、(ジエチルアミノ)ジメチルビニルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ジメチルビニルシラン、(ピロリジノ)ジメチルビニルシラン、(ピロリル)ジメチルビニルシラン, (メチルアミノ)メチルジビニルシラン、(メチルアミノ)メチルジビニルシラン、(sec-プロピルアミノ)メチルジビニルシラン、(n-エチルアミノ)メチルジビニルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)メチルジビニルシラン、(n-メチルフェニルアミノ)メチルジビニルシラン、(ピロリジノ)メチルジビニルシラン、(ピロリル)メチルジビニルシラン、(メチルアミノ)トリビニルシラン、(N-プロピルアミノ)トリビニルシラン、(sec-ブチルアミノ)トリビニルシラン、(ジメチルアミノ)トリビニルシラン、(n-エチルメチルアミノ)トリビニルシラン(n-メチルシクロヘキシルアミノ)トリビニルシラン、(n-メチルフェニルアミノ)メチルジビニルシラン、(ピロリジノ)メチルトリビニルシラン、(ピペリジノ)トリビニルシラン及び(ピロリル)トリビニルシランからなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体が、トリス(メチルアミノ)アリルシラン、トリス(N-プロピルアミノ)アリルシラン、トリス(sec-ブチルアミノ)アリルシラン、トリス(ジメチルアミノ)アリルシラン、トリス(n-エチルメチルアミノ)アリルシラン、トリス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)アリルシラン、トリス(n-メチルフェニルアミノ)アリルシラン、トリス(ピロリジノ)アリルシラン、トリ(ピペリジノ)アリルシラン、ビス(メチルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(N-プロピルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(イソプロピルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(sec-ブチルアミノ))メチルアリルシラン、ビス(tert-ブチルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(ジメチルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(n-エチルメチルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(n-メチルフェニルアミノ)メチルアリルシラン、ジ(ピロリジノ)メチルアリルシラン、ジ(ピロリル)メチルアリルシラン、ビス(メチルアミノ)ジアリルシラン、ビス(N-プロピルアミノ)ジアリルシラン、ビス(イソプロピルアミノ)ジアリルシラン、ビス(tert-ブチルアミノ)ジアリルシラン、ビス(n-エチルメチルアミノ)ジアリルシラン、ビス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ジアリルシラン、ビス(n-メチルフェニルアミノ)ジアリルシラン、ジ(ピロリジノ)ジアリルシラン、ジ(ピロリル)ジアリルシラン、(メチルアミノ)ジメチルアリルシラン(N-プロピルアミノ)ジメチルアリルシラン、(イソプロピルアミノ)ジメチルアリルシラン、(tert-ブチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(ジメチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(n-エチルメチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ジメチルアリルシラン、(ピロリジノ)ジメチルアリルシラン、(ピロリル)ジメチルアリルシラン、(メチルアミノ)メチルジアリルシラン、(N-プロピルアミノ)メチルジアリルシラン、(N-ブチルアミノ)メチルジアリルシラン、(n-エチルメチルアミノ)メチルジアリルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)メチルジアリルシラン、(n-メチルフェニルアミノ)メチルジアリルシラン、(ピロリジノ)メチルジアリルシラン、(ピロリル)メチルジアリルシラン、(メチルアミノ)トリアリルシラン、(N-プロピルアミノ)トリアリルシラン、(sec-ブチルアミノ)トリアリルシラン、(ジメチルアミノ)トリアリルシラン(n-エチルメチルアミノ)トリアリルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)トリアリルシラン、(n-メチルフェニルアミノ)メチルジアリルシラン、(ピロリジノ)メチルトリアリルシラン、(ピペリジノ)トリアリルシラン、(ピロリル)トリアリルシランからなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記有機アミノビニルシランまたは前記有機アミノアリルシランが有機アミン、ハロゲン化物イオン、および金属イオンからなる群から選択される少なくとも1つの不純物を実質的に含まない、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのゲルマニウム含有前駆体が、トリクロロゲルマン(Cl3GeH)、ゲルマン(GeH4)、ジゲルマン(Ge2H6)、tert-ブチルゲルマン(tBuGeH3)、フェニルゲルマン、sec-ブチルゲルマン、イソブチルゲルマン、およびベンジルゲルマンからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの第1のゲルマニウム含有前駆体を導入した後に、還元ガスを前記反応チャンバに導入することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記基板の前記少なくとも1つの表面がシリコン含有膜であり、反応チャンバ内に前記基板の前記少なくとも1つの表面を提供する前記ステップが前記シリコン含有膜の所望の厚さが達成されるまで、以下のステップを実行することを含む、請求項1に記載の方法:
式Iおよび/または式IIの少なくとも1つのオルガノアミノビニルシランまたはオルガノアミノアリルシランを反応器に導入し、
反応器をパージガスでパージし、
酸素含有源および/または窒素含有源を反応器に導入し、
パージガスを用いて反応器をパージする。 - 前記窒素含有源が、アンモニア、ヒドラジン、モノアルキルヒドラジン、ジアルキルヒドラジン、窒素、窒素/水素、アンモニアプラズマ、窒素プラズマ、窒素/水素プラズマ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
- 前記酸素含有源が、水、過酸化水素、酸素、酸素プラズマ、オゾン(O3)、一酸化窒素、亜酸化窒素、二酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
- 少なくとも1つのビニル基と、以下の式Iによって表される少なくとも1つのケイ素原子に結合した少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体、または以下の式IIによって表される1つのアリル基と少なくとも1つのケイ素原子に連結された少なくとも1つの有機アミノアンカー基とを含む少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体
- 前記少なくとも1つの有機アミノビニルシラン前駆体が、トリス(エチルアミノ)ビニルシラン、トリス(イソプロピルアミノ)ビニルシラン、トリス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ビニルシラン、トリス(n-メチルフェニルアミノ)ビニルシラン、トリ(ピロリジノ)ビニルシラン、トリ(ピペリジノ)ビニルシラン、ビス(エチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(tert-ブチルアミノ)メチルビニルシラン、ビス(n-メチルフェニルアミノ)メチルビニルシラン、ジ(ピロリジノ)メチルビニルシラン、ジ(ピロリル)メチルビニルシラン、ビス(エチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(N-プロピルアミノ)からなる群 ジビニルシラン、ビス(sec-ブチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(n-エチルメチルアミノ)ジビニルシラン、ビス(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ジビニルシラン、ジ(ピロリジノ)ジビニルシラン、ジ(ピペリジノ)ジビニルシラン, (ピロリル)ジビニルシラン、(N-ブチルアミノ)ジメチルビニルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)ジメチルビニルシラン、(ピロリジノ)ジメチルビニルシラン、(ピロリル)ジメチルビニルシラン、(メチルアミノ)メチルジビニルシラン、(N-プロピルアミノ)メチルジビニルシラン、(イソプロピルアミノ)メチルジビニルシラン、(sec-ブチルアミノ)メチルジビニルシラン、(tert-ブチルアミノ)メチルジビニルシラン、(n-エチルメチルアミノ)メチルジビニルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)メチルジビニルシラン、(n-メチルフェニルアミノ)メチルジビニルシラン、(ピロリジノ)メチルジビニルシランピペリジノ)メチルジビニルシラン、(メチルアミノ)トリビニルシラン、(エチルアミノ)トリビニルシラン、(N-プロピルアミノ)トリビニルシラン、(イソプロピルアミノ)トリビニルシラン、(sec-ブチルアミノ)トリビニルシラン、(n-エチルメチルアミノ)トリビニルシラン、(n-メチルシクロヘキシルアミノ)トリビニルシラン、(n-メチルフェニルアミノ)メチルジビニルシラン、(ピロリジノ)メチルトリビニルシラン、(ピペリジノ)トリビニルシラン及び(ピロリル)トリビニルシランからなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの有機アミノアリルシラン前駆体が、トリス(メチルアミノ)アリルシラン、トリス(n-プロピルアミノ)アリルシラン、トリス(sec-ブチルアミノ)アリルシラン、トリス(N-メチルシクロヘキシルアミノ)アリルシラン、トリス(N-メチルフェニルアミノ)アリルシラン、トリ(ピロリジノ)アリルシラン、トリ(ピペリジノ)アリルシラン、ビス(エチルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(n-プロピルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(sec-ブチルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(N-メチルシクロヘキシルアミノ)メチルアリルシラン、ビス(N-メチルフェニルアミノ)メチルアリルシラン、ジ(ピロロールジ(ピペリジノ)メチルアリルシラン、ジ(ピロリル)メチルアリルシラン、ビス(メチルアミノ)ジアリルシラン、ビス(エチルアミノ)ジアリルシラン、ビス(n-プロピルアミノ)ジアリルシラン、ビス(ジエチルアミノ)ジアリルシラン、ビス(N-メチルシクロヘキシルアミノ)ジアリルシラン、ビス(N-メチルフェニルアミノ)ジアリルシラン、ジ(ピロリジノ)ジアリルシラン、ジ(ピペリジノ)ジアリルシラン、ジ(ピロリル)ジアリルシラン、(エチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(n-プロピルアミノ)ジメチルアリルシラン、(イソ-プロピルアミノ)ジメチルアリルシラン、(sec-ブチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(tert-ブチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(N-エチルメチルアミノ)ジメチルアリルシラン、(N-メチルシクロヘキシルアミノ)ジメチルアリルシラン、(N-メチルフェニルアミノ)ジメチルアリルシラン、(ピロリジノ)ジメチルアリルシラン、(ピペリジノ)ジメチルアリルシラン、(ピロリル)ジメチルアリルシラン、(メチルアミノ)メチルジアリルシラン、(エチルアミノ)メチルジアリルシラン、(n-プロピルアミノ)メチルジアリルシラン、(イソ-プロピルアミノ)メチルジアリルシラン、(sec-ブチルアミノ)メチルジアリルシラン、(tert-ブチルアミノ)メチルジアリルシラン、(ジメチルアミノ)メチルジアリルシラン、(N-エチルメチルアミノ)メチルジアリルシラン、(N-メチルシクロヘキシルアミノ)メチルジアリルシラン、(N-メチルフェニルアミノ)メチルジアリルシラン、(ピロリジノ)メチルジアリルシラン、(ピペリジノ)メチルジアリルシラン、(ピロリル)メチルジアリルシラン、(メチルアミノ)トリアリルシラン、(エチルアミノ)トリアリルシラン、(n-ピロリルアミノ)トリアリルシラン、(イソプロピルアミノ)トリアリルシラン、(sec-ブチルアミノ)トリアリルシラン、(tert-ブチルアミノ)トリアリルシラン、(ジメチルアミノ)トリアリルシラン、(N-エチルメチルアミノ)トリアリルシラン、(ジエチルアミノ)トリアリルシラン、(N-メチルシクロヘキシルアミノ)トリアリルシラン、(N-メチルフェニルアミノ)メチルジアリルシラン、(ピロリジノ)メチルトリアリルシラン、(ピペリジノ)トリアリルシラン、および(ピロリル)トリアリルシランからなる群から選択される少なくとも1つの化合物を含む、請求項10に記載の方法。
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