JP6100734B2 - アザ−ポリシラン前駆体、及びそれを含む膜の堆積方法 - Google Patents

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Description

アモルファスシリコン、結晶性シリコン、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素、炭窒化ケイ素及び酸窒化ケイ素の膜を含むが、これらに限定されないケイ素含有膜の堆積に用いることができる前駆体、特にケイ素含有化合物及びその組成物を本明細書で述べる。他の態様において、本明細書で述べるものは、集積回路デバイスの製造時にケイ素含有膜を堆積するためのこれらのアザ−ポリシラン前駆体の使用である。これらの又は他の態様において、アザ−ポリシラン前駆体を、様々な堆積法に関して、例えば限定されないが原子層堆積(ALD)、化学気相成長(CVD)、プラズマ化学気相成長(PECVD)、低圧化学気相成長(LPCVD)及び常圧CVDに関して、用いることができる。
複数の種類のケイ素含有化合物を、ケイ素含有膜用の前駆体、例えば限定されないが、酸化ケイ素膜、炭素ドープ酸化ケイ素膜、又は窒化ケイ素膜用の前駆体として用いることができる。前駆体としての使用に適切なこれらの化合物の例としては、シラン、ジシラン、クロロシラン、ポリシラザン、アミノシラン及びアジドシランが挙げられる。また、不活性キャリアガス又は希釈剤、例えば限定されないが、ヘリウム、水素、窒素等を用いて、前駆体を反応チャンバーに提供する。
低圧化学気相成長(LPCVD)法は、ケイ素含有膜の堆積に関して半導体産業で用いられる、比較的幅広く受け入れられている方法の1つである。アンモニアを用いる低圧化学気相成長(LPCVD)では、適度な成長速度及び均質性を得るために、750℃超の堆積温度が必要となる場合がある。改良した膜特性を与えるために、比較的高い堆積温度が通常用いられる。窒化ケイ素又は他のケイ素含有膜を成長させるための比較的一般的な産業的方法の1つは、前駆体のシラン、ジクロロシラン及び/又はアンモニアを用いる、750℃超の温度でのホットウォール反応器(hot wall reactor)内での低圧化学気相成長による。しかし、この方法を用いることには複数の欠点が存在している。例えば、ある種の前駆体、例えばシランは、自然発火性である。これは、取り扱い時及び使用時に問題点を提示する場合がある。また、シラン及びジクロロシランから堆積した膜は、ある種の不純物を含有する場合がある。例えば、ジクロロシランを用いて堆積した膜は、ある種の不純物、例えば塩素及び塩化アンモニウムを含有する場合があり、これらは堆積方法の間に副生成物として形成される。シランを用いて堆積した膜は、水素を含有する場合がある。
窒化ケイ素膜を堆積するのに用いられる前駆体、例えばBTBAS及びクロロシランは、通常、550℃超の温度で膜を堆積させる。半導体デバイスの縮小化及び低いサーマルバジェット(thermal budget)の傾向には、比較的低い処理温度及び比較的高い堆積速度が必要とされている。ケイ素膜を堆積させる温度は、格子中へのイオン拡散を防ぐために、特に金属化層(metallization layer)を有する基材に関して、また多くの3−5族デバイス及び2−6族デバイスにおいて、格子へのイオン拡散を防ぐために、低下させるべきである。したがって、550℃以下又は更には室温において、CVD、ALD又は他の方法により堆積を可能とする、十分に化学的に反応性のある、ケイ素含有膜の堆積のための前駆体、例えば酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、又は窒化ケイ素膜の堆積のための前駆体を与える必要性が、本分野において存在している。
非特許文献1は、Si−Si−N構造単位を有する、窒化ケイ素膜のPECVD用の潜在的単一源前駆体(potential single−source precursor)について述べている。その構造単位には、例えば(EtN)HSi−SiH、(EtN)HSi−SiH(NEt、[(i−Pr)N]HSi−SiH、及び[(i−Pr)N]HSi−SiH[N(i−Pr)]が挙げられる。前駆体の1,2−ビス(ジ−iso−プロピルアミン)ジシラン(BIPADS)を、窒化ケイ素膜のPECVD堆積用に用いている。BIPADS前駆体からの生成膜は、1.631〜1.814の範囲の屈折率を示し、かつ低い炭素含量及び非常に低い酸素含量であり、高いSi結合水素含量であった。
非特許文献2は、完全に水素化したSi結合を有する複数の開鎖かつ環状のジアミノジシランに関する、高収率での合成を記載している。
非特許文献3は、ジシラニルアミンのPMRスペクトルが、それらの塩基性がMeN>HSiSiHNMe>(HSiSiHNMe>(HSiSiHNの順で低下することが示唆されていると開示している。
特許文献1は、ジシラン(Si)及び亜酸化窒素を用いたPECVD法での低温での高品質SiO膜の堆積について記載している。
特許文献2及び3は、塩素を含まず、かつ((R)HN)−Si−Si−(NH(R)){上記式中、RはC〜Cのヒドロカルビルを独立して表している}の式を有するヘキサキス(モノヒドロカルビラミノ)ジシラン又はシラン化合物の組成物及び調製方法について記載している。このヘキサキス(モノヒドロカルビラミノ)ジシラン前駆体を、窒化ケイ素膜又は酸窒化ケイ素膜の堆積に用いる。
特許文献4は、Si(NMeY{式中、Yは、H、Cl、又はアミノ基からなる群より選択される}の式を有するペンタキス(ジメチルアミノ)ジシラン化合物、及びSiN又はSiONのケイ素含有エッチング停止膜又はケイ素含有ゲート膜を製造するためのその用途について記載している。
特許文献5は、ヘキサキス(モノアルキルアミノ)ジシラン、例えばヘキサキス(エチルアミノ)ジシランをケイ素源として用いて、かつオゾンを酸化剤として用いる、二酸化ケイ素含有薄膜を基材に堆積する方法について記載している。その成長速度は、約1.1Å/サイクルである。
特許文献6は、ヘキサクロロジシランをケイ素源として用いて、かつ水を酸化剤として用いて、触媒、例えばピリジンの存在下で、二酸化ケイ素含有薄膜を基材に堆積する方法について記載している。その成長速度は、50〜140℃の基材温度で、2.6〜0.6Å/サイクルの範囲である。
特許文献7は、2つのSi原子を有するアミノシラン系ガス、例えばヘキサキスエチルアミノジシラン(C1236Si)を用いて薄膜に関するシード層を形成する方法を記載している。次の式を有する他のアミノシランを用いることもできる:(1)(R)N)Si6−n−m(R{nは、アミノ基の数であり、mはアルキル基の数である}、又は(2)(R)NH)Si6−n−m(R{nは、アミノ基の数であり、mはアルキル基の数である}。式(1)及び(2)では、R、R、R=CH、C、Cであり、R=R=R、又は互いに同じでなくてもよく、nは1〜6の範囲の整数であり、かつm=0及び1〜5である。
特許文献8〜13は、少なくとも1つのジシラン誘導体を含むシラン前駆体について記載しており、これはアルキルアミノ官能基及び/又はジアルキルアミノ官能基で完全に置換されている。
米国特許第5,660,895号 米国特許第7,019,159号 米国特許第7,064,083号 米国特許第8,153,832号 米国特許出願公開第2009/0209081号 米国特許第7,077,904号 米国特許出願公開第2013/0109155号 米国特許第7,446,217号 米国特許第7,531,679号 米国特許第7,713,346号 米国特許第7,786,320号 米国特許第7,887,883号 米国特許第7,910,765号
"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", Schuh et al., Zeitschrift Fuer Anorganische und Allgemeine Chemie, 619 (1993), pp. 1347−52 "1,2−disilanediyl Bis(triflate), F3CSO3−SiH2−SiH2−O3SCF3, as the Key Intermediate for a Facile Preparation of Open−Chain and Cyclic 1,1− and 1,2−Diaminodisilanes", Soelder et al., Inorganic Chemistry, 36 (1997), pp. 1758−63 "Proton magnetic resonance spectra and base strengths of disilanylamines." Abedini et al., Quarterly Bulletin of the Faculty of Science, Tehran University 3(4): 1−6
本明細書に記載するものは、次の1以上を有するアザ−ポリシラン前駆体である:Si−N結合、Si−Si結合、及びSi−H基及びこれらの組合せ、より特定的には次のを有するアザ−ポリシラン前駆体である:少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基。また、本明細書に記載するものは、それらを含む組成物、並びにこれを用いる、ケイ素含有膜を基材の少なくとも一部に形成するためにそれらを用いる方法である。ここで、ケイ素含有膜としては、例えば限定されないが、アモルファスシリコン、結晶性シリコン、酸化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭窒化ケイ素及びこれらの組合せが挙げられる。さらに、本明細書に記載されるものは、ここに記載されるアザ−ポリシランを含む組成物であって、そのアザ−ポリシランが、アミン、ハロゲン、比較的高い分子量の物質種、及び微量の金属から選択される少なくとも1種を実質的に有さない組成物である。これらの実施態様、又は他の実施態様において、この組成物はさらに溶媒を有していてもよい。また、本明細書に開示するものは、ケイ素含有膜又はケイ素含有コーティングを処理対象上に、例えば半導体ウェハー上に、形成するための方法である。本明細書に記載した方法の1つの実施態様では、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材上に生成するための条件において、堆積チャンバーで、アザ−ポリシラン前駆体及び酸素含有源を用いて、ケイ素及び酸素を含む膜を基材に堆積させる。本明細書に記載した方法の他の1つの実施態様では、窒化ケイ素膜を基材に生成するための条件において、堆積チャンバーで、アザ−ポリシラン前駆体及び窒素含有前駆体を用いて、ケイ素及び窒素を含む膜を基材に堆積させる。さらなる実施態様では、ここに記載されるアザ−ポリシランを、金属含有膜のためのドーパントとして、例えば限定されないが、金属酸化物膜又は金属窒化物膜のためのドーパントとして、用いることもできる。本明細書に記載した組成物及び方法では、ここに記載される式を有するアザ−ポリシランを、ケイ素含有前駆体の少なくとも1種として用いる。
1つの態様において、本明細書に記載されるアザ−ポリシラン前駆体は、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;ここで、式IAのRは、その両方がメチルになることがなく;式IBのR及びRは、その両方がiso−プロピル、tert−ブチル、及びベンジルになることがなく;そして、式ICのR及びRは、その両方がメチル及びフェニルになることがない)。
他の1つの態様において、次の(a)及び(b)を含む組成物が与えられる:
(a)少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);及び
(b)沸点を有する溶媒であって、その沸点と上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体の沸点との差が40℃以下である、溶媒。
溶媒に関して、その沸点とアザ−ポリシラン前駆体の沸点との差は、40℃以下、20℃以下、又は10℃以下である。特定の実施態様において、組成物中の溶媒としては、限定されないが、エーテル、第3級アミン、アルキル炭化水素、芳香族炭化水素、及び第3級アミノエーテルが挙げられる。
他の1つの態様では、次の工程を含む、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成する方法が与えられる:
反応チャンバーに上記基材の上記少なくとも1つの表面を与える工程;及び
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を用いて、化学気相成長法及び原子層堆積法から選択される堆積法によって、上記少なくとも1つの表面に上記ケイ素含有膜を形成する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される)。
他の1つの態様では、次の工程を含む、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成する方法が与えられる:
反応チャンバーに上記基材の上記少なくとも1つの表面を与える工程;及び
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を用いて、化学気相成長法及び原子層堆積法から選択される堆積法によって、上記少なくとも1つの表面に上記ケイ素含有膜を形成する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される)。
他の1つの態様では、次の工程を含む、原子層堆積法又はALD類似法によって酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を形成するための方法が与えられる:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記反応器を、パージガスでパージする工程;
d.上記反応器に、酸素含有源を導入する工程;及び
e.上記反応器を、パージガスでパージする工程;
ここで、上記膜の所望の厚みが得られるまで、b〜eの工程を繰り返す。
特定の実施態様では、式IBのR及びRは、同じである。他の実施態様では、式IBのR及びRは、異なる。
さらなる態様では、次の工程を含む、酸化ケイ素膜及び炭素ドープ酸化ケイ素から選択される膜を、CVD法を用いて基材の少なくとも1つの表面に形成するための方法が与えられる:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);及び
c.酸素含有源を与えて、上記少なくとも1つの表面に上記膜を堆積する工程。
特定の実施態様では、式IBのR及びRは、同じである。他の実施態様では、式IBのR及びRは、異なる。
他の態様では、次の工程を含む、原子層堆積法を用いて窒化ケイ素膜を形成する方法が与えられる:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記反応器を、パージガスでパージする工程;
d.上記反応器に、窒素含有源を導入する工程;及び
e.上記反応器を、パージガスでパージする工程;
ここで、上記膜の所望の厚みが得られるまで、b〜eの工程を繰り返す。
特定の実施態様では、式IBのR及びRは、同じである。他の実施態様では、式IBのR及びRは、異なる。
さらなる態様では、次の工程を含む、CVD法を用いて基材の少なくとも1つの表面に窒化ケイ素膜を形成するための方法が与えられる:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.窒素含有源を与える工程であって、上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と、上記窒素含有源とを反応させて、上記膜を上記少なくとも1つの表面に堆積させる工程。
特定の実施態様では、式IBのR及びRは、同じである。他の実施態様では、式IBのR及びRは、異なる。
本明細書に記載した方法のさらなる実施態様において、この方法は、アモルファスシリコン膜又は結晶性シリコン膜を、サイクリックCVD法を用いて堆積する。この実施態様では、この方法は、次の工程を含む:
1以上の基材を反応器に配置し、これを周囲温度から約700℃の範囲の1以上の温度に加熱する工程;
上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);及び
還元剤源を上記反応器に与えて、上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と少なくとも部分的に反応させて、そしてケイ素含有膜を上記1以上の基材に堆積させる工程。
この還元剤は、水素、水素プラズマ、塩化水素からなる群より選択される。このCVD法の特定の実施態様では、この反応器は、導入工程の間に、10mTorr〜760Torrの範囲の圧力に維持される。上記の工程を、ここに記載した方法に関して1サイクルと定義し、所望の厚みの膜が得られるまで、この工程のサイクルを繰り返すことができる。特定の実施態様では、R及びRは、同じである。他の実施態様では、R及びRは、異なる。
他の1つの態様において、アモルファスシリコン膜又は結晶性シリコン膜を、原子層堆積法又はサイクリック化学気相成長法によって形成するための方法が与えられる。この方法は、次の工程を含む:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
ここで、上記膜の所望の厚みが得られるまで、bの工程を繰り返す。
特定の実施態様では、上記膜の厚みは、1Å以上、1〜10000Å、1〜1000Å、又は1〜100Åとなることができる。
他の1つの態様について、式IA、IB、及びICを有する1種以上のアザ−ポリ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つの特定の実施態様では、その容器は、CVD又はALD法のために反応器への1種以上の前駆体の供給を可能とするのに適切なバルブ及び取付具を備えた、少なくとも1つの耐圧容器(好ましくはステンレス鋼製)を含む。
図1は、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシランの質量分析(MS:Mass Spectrometry)を与えている。
本明細書に記載したアザ−ポリシランを、前駆体として用いて、化学量論的なケイ素含有膜及び非化学量論的なケイ素含有膜、例えば限定されないが、アモルファスシリコン、結晶性シリコン、酸化ケイ素、酸炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸窒化炭化ケイ素を形成する。また、これらの前駆体を、例えば、金属含有膜のためのドーパントとして用いることもできる。半導体プロセスで用いられるアザ−ポリシラン前駆体は、通常、高純度の揮発性液体前駆体化学物質であり、これらを気化させ、そして堆積チャンバー又は反応器にガスとして提供して、CVD又はALD法により、半導体デバイス用のケイ素含有膜を堆積させる。堆積のための前駆体材料の選択は、所望の生成ケイ素含有材料又は膜に依存する。例えば、前駆体材料を、その化学元素の内容、化学元素の化学量論比及び/又はCVD下で形成する生成ケイ素含有膜若しくは生成ケイ素含有コーティングに関して、選択することができる。また、前駆体材料を、様々な他の特徴、例えばコスト、比較的低い毒性、取扱い性、室温で液相を維持する性能、揮発性、分子量及び/又は他の考慮事項に関して選択することができる。ある種の実施態様では、本明細書に記載した前駆体を、あらゆる手段で反応器システムに提供することができ、好ましくは堆積チャンバー又は反応器への液相の前駆体の提供を可能とする適切なバルブ及び取付具を備えた耐圧ステンレス鋼容器を用いて、反応器システムに提供することができる。
本明細書に記載したアザ−ポリシラン前駆体は、マイクロエレクトロニクス製造プロセスにおけるCVD又はALD前駆体としてそれらを理想的に適切とする、反応性及び安定性のバランスを示す。反応性に関して、ある種の前駆体では、気化させ、そして反応器に提供して基材に膜として堆積させるのに、高すぎる沸点を有する場合がある。比較的に高い沸点を有する前駆体では、所定の減圧度の下で、提供容器及び提供ラインを前駆体の沸点以上に加熱して、容器、ライン又はこの両方への凝縮物又は粒子の形成を、防ぐことが必要となる。安定性に関して、他の前駆体は、分解するにしたがって、シラン(SiH)又はジシラン(Si)を形成する場合がある。シランは、室温で自然発火性であり、又はそれは自発的に燃焼することがあり、これは安全性の問題と取扱いの問題を提示する。さらに、シラン又はジシラン及び他の副生成物の形成は、前駆体の純度を低下させる。また、1〜2%程の小さな化学的純度の変化が、信頼性のある半導体製造のためには許容できないものとみなされる場合がある。ある種の実施態様では、本明細書に記載した、式IA、IB、及びICを有するアザ−ポリシラン前駆体は、6ヶ月以上又は1年以上の期間で保存した後に、2wt%以下、1wt%以下又は0.5wt%以下の副生成物(例えば、対応するビス−ジシランの副生成物)を含み、これは保存安定性の指標である。上記の利点に加えて、ある種の実施態様、例えばALD堆積法、ALD類似堆積法、PEALD堆積法、又はCCVD堆積法を用いて、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、又はシリコン膜を堆積する実施態様では、本明細書に記載されたアザ−ポリシラン前駆体は、比較的低い堆積温度で、例えば500℃以下、400℃以下、300℃以下、200℃以下、100℃以下、又は50℃以下で、高密度材料を堆積できる場合がある。1つの特定の実施態様では、アザ−ポリシラン前駆体、例えば3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン 1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、2,4−ビス(isoプロピル)−ジアザ−1,3,5−トリシラシクロペンタン、2,4−ビス(tert−ブチル)−ジアザ−1,3,5−トリシラシクロペンタン、2,4−ビス(tert−ブチル)−ジアザ−1,3,5−トリシラシクロペンタンを用いて、ALD又はPEALDによって、50℃以下で、又は周囲温度若しくは室温(例えば25℃)程の低い温度で、ケイ素含有膜を堆積することができる。
1つの実施態様では、ここに記載された、式IA、IB、及びICを有するアザ−ポリシラン及び溶媒を含む、ケイ素含有膜形成用の組成物が本明細書に記載される。あらゆる理論に拘束されることを望むものではないが、本明細書に記載された組成物は、純粋なアザ−ポリシランと比較して1以上の利点を与えることができると考えられる。これらの利点としては、半導体プロセスにおけるアザ−ポリシランの良好な利用法、長期間での保管にわたる良好な安定性、フラッシュ気化による比較的清浄な気化、及び/又は直接液体注入(DLI)化学気相成長法での全体的な良好な安定性が挙げられる。この組成物におけるアザ−ポリシランの重量百分率は、残部を溶媒として、1〜99%の範囲となることができ、この溶媒は、そのアザ−ポリシランと反応せず、かつそのアザ−ポリシランと近い沸点を有する。後者に関して、組成物中のアザ−ポリシランと溶媒との沸点の差は、40℃以下、より好ましくは20℃以下又は10℃以下である。典型的な組成物としては、限定されないが、ジ−iso−3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン(沸点約150C)及びオクタン(沸点125〜126℃)の混合物、ジ−iso−3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン(沸点約150C)及びエチルシクロヘキサン(沸点130〜132C)の混合物、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン(沸点約157C)及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン(沸点189C)の混合物が挙げられる。
1つの態様において、本明細書に記載した前駆体は、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を含む

Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択され;ここで、式IAのRは、その両方がメチルになることがなく;式IBのR及びRは、その両方がiso−プロピル、tert−ブチル、及びベンジルになることがなく;そして、R及びRは、その両方がメチル及びフェニルになることがない)。
1つの態様において、次の(a)及び(b)を含む組成物が与えられる:
(a)少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択される);及び
(b)沸点を有する溶媒であって、その沸点と上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体の沸点との差が40℃以下である、溶媒。
溶媒に関して、その沸点とアザ−ポリシラン前駆体の沸点との差は、40℃以下、120℃以下、又は10℃以下である。特定の実施態様において、組成物中の溶媒としては、限定されないが、エーテル、第三級アミン、アルキル炭化水素、芳香族炭化水素、第三級アミノエーテルが挙げられる。
他の1つの態様では、次の工程を含む、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成する方法が与えられる:
反応チャンバーに上記基材の上記少なくとも1つの表面を与える工程;及び
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を用いて、化学気相成長法及び原子層堆積法から選択される堆積法によって、上記少なくとも1つの表面に上記ケイ素含有膜を形成する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基からそれぞれ独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される)。
本明細書に記載した式中、また明細書を通じて、用語「アルキル」は、1〜10、4〜10又は5〜10の炭素原子を有する炭化水素基を意味する。典型的なアルキル基としては、限定されないが、メチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、sec−ブチル、iso−ブチル、tert−ブチル、tert−ペンチル基が挙げられる。Rにアルキル基を有する典型的な式IAのアザ−ポリシラン、及びR及びRにアルキル基を有する典型的な式IBのアザ−ポリシランとしては、限定されないが、次が挙げられる:
Figure 0006100734
式中、また明細書を通じて、用語「環状アルキル」は、3〜10、4〜10又は5〜10の炭素原子を有する環状官能基を意味する。典型的な環状アルキル基としては、限定されないが、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロオクチル基が挙げられる。Rに環状アルキル基を有する典型的な式IAのアザ−ポリシラン、及びR及びRに環状アルキル基を有する典型的な式IBのアザ−ポリシランとしては、限定されないが、次が挙げられる:
Figure 0006100734
式中、また明細書を通じて、用語「複素環状アルキル」は、3〜10又は4〜10の炭素原子と共に少なくとも1つの酸素原子若しくは窒素原子又はその両方を有する環状官能基を意味する。複素環状アルキル基を有するアザ−ポリシランとしては、限定されないが、次が挙げられる:
Figure 0006100734
式中、また明細書を通じて、用語「アリール」は、5〜12の炭素原子又は6〜10の炭素原子を有する芳香族の環状官能基を意味する。典型的なアリール基としては、限定されないが、フェニル、ベンジル、クロロベンジル、トリル、及びo−トリルが挙げられる。アリール基を有するアザ−ポリシランとしては、限定されないが、次が挙げられる:
Figure 0006100734
式中、また明細書を通じて、用語「複素アリール」は、3〜12又は3〜10の炭素原子と共に少なくとも1つの酸素原子若しくは窒素原子又はその両方を有する芳香族の環状官能基を意味する。複素アリール基を有するアザ−ポリシランとしては、限定されないが、次が挙げられる:
Figure 0006100734
式中、また明細書を通じて、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、且つ3〜10、3〜6又は3〜4の炭素原子を有する基を意味する。
式中、また明細書を通じて、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、且つ3〜10、3〜6又は3〜4の炭素原子を有する基を意味する。
式中、また明細書を通じて、用語「アルキレン」は、1〜10、4〜10、又は5〜10の炭素原子を有し、かつ2つのケイ素原子に連結する炭化水素基を意味する。典型的なアルキレン基としては、限定されないが、メチレン(−CH−)、エチレン(−CHCH−)、プロピレン(−CHCHCH−)、iso−プロピレン(−CH(Me)CH−)を挙げることができる。
式中、また明細書を通じて、用語「ジアルキルアミノ」は、窒素原子に結合している2つの炭化水素基であって、1〜10、4〜10、又は5〜10の炭素原子を有する炭化水素基を意味する。典型的なアルキル基としては限定されないが、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジ−n−プロピルアミノ、ジ−iso−プロピルアミノ、ジ−sec−ブチルアミノを挙げることができる。
式中、また明細書を通じて、用語「環状アルキルアミノ」は、3〜10、4〜10、又は5〜10の炭素原子を有する環中で、2つの炭化原子が窒素原子に結合している基を意味する。典型的な環状アルキルアミノ基としては、限定されないが、ピペリジノ、2,6−ジメチルピペリジノ、ピロリジノ、2,5−ジメチルピロリジノを挙げることができる。
ある種の実施態様では、式IA、IB及びIC中のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、及び/又はアリール基の1つ以上が、置換されている場合があり、又は例えば水素原子の代わりに置換した1つ以上の原子若しくはその原子の基を有する場合がある。典型的な置換基の例としては、限定されないが、酸素、硫黄、ハロゲン原子(例えば、F、Cl、I又はBr)、窒素及びリンが挙げられる。他の実施態様では、式I中のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、ジアルキルアミノアリール基及び/又は電子求引基の1つ以上が、置換されていない場合がある。
これは理論に拘束されないが、アザ−ポリシラン前駆体、例えばSi−N結合、Si−Si結合、及び少なくとも2つのSiH基、又はこれらの組合せの少なくとも1種を有し、本明細書に記載した式IA、IB及びICを有するアザ−ポリシランは、Si−N結合及びSi−Si結合のみ、又はSi−Cl結合及びSi−Si結合のみを有する公知のアザ−ポリシラン前駆体よりも有利であると考えられる。この点に関して、4つから5つのSiH基、1つのSi−N結合、及び1つのSi−Si結合を有するここに記載されているアザ−ポリシランは、反応性が高くなり、他の公知のアザ−ポリシラン、例えばヘキサクロロジシランよりも堆積温度を低くさせると考えられる。本明細書に記載した式IA、IB及びICの前駆体の特有の構造が、堆積温度を、例えば400℃以下、300℃以下、200℃以下、100℃以下、又は25℃に低下させると考えられる。
ある種の実施態様では、式IA、IB及びICを有するアザ−ポリシランを、モノクロロジシラン(MCDS)若しくはモノブロモジシラン(MBDS)、又は低分子ジアルキルアミノジシラン、例えばジ−iso−プロピルアミノジシラン又はジ−sec−ブチルアミノジシランと、次の式IIを有する第1級アミンとを、有機溶媒又は溶媒混合物中で反応させることによって、調製することができる。
Figure 0006100734
式II中で、R及びRは、式IA及びIBにおいて記載された置換基と同じである。次の反応式(1)は、反応機構又は合成経路の非限定的な例を与えており、これを用いて上記式IA及びIBを有するアザ−ポリシランを作製することができる。反応式(1)の反応を、有機溶媒を用いて(例えば、有機溶媒の存在下で)、又は有機溶媒を用いずに(例えば、有機溶媒の不在下で)実行することができる。有機溶媒を用いる実施態様において、適切な有機溶媒の例としては、限定されないが、炭化水素、例えばヘキサン、オクタン、トルエン、並びにジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン(THF)等のエーテルが挙げられる。これらの実施態様、又は他の実施態様では、反応温度は、約−70℃から、溶媒を用いる場合用いる溶媒の沸点までの範囲である。例えば、生成するアザ−ポリシランを、全ての副生成物及び存在するならばあらゆる溶媒を除去した後で、減圧蒸留によって精製することができる。
Figure 0006100734
反応式(1)は、モノハロジシラン(XSiHSiH、ここでX=Cl、Br、I)と式IIで表される第二級アミンとの反応を用いる、式IAを有するアザ−ポリシランを作製するための合成経路の1つである。他の合成経路を用いて、これらのアザ−ポリシランを作製することができ、例えば文献“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”, Schuh et al., Zeitschrift Fur Anorganische und Allgemeine Chemie, 619 (1993),pp.1347−52に開示されているように、作製することができる。
ケイ素含有膜又はケイ素含有コーティングを形成するために用いる方法は、堆積法である。本明細書で開示した方法に関して適切な堆積法の例としては、限定されないが、サイクリックCVD(CCVD)、MOCVD(有機金属CVD)、熱化学気相成長、プラズマ化学気相成長(PECVD:plasma enhanced chemical vapor deposition)、高密度PECVD、光支援CVD(photon assisted CVD)、プラズマ−光支援(PPECVD)、低温化学気相成長、化学支援気相成長(chemical assisted vapor deposition)、ホットフィラメント化学気相成長、液体ポリマー前駆体のCVD、超臨界流体からの堆積、及び低エネルギーCVD(LECVD)が挙げられる。ある種の実施態様では、金属含有膜を、原子層堆積(ALD)法、プラズマALD(PEALD)法、又はプラズマサイクリックCVD(PECCVD)法によって堆積させる。本明細書で用いられる場合、用語「化学気相成長法」は、基材を、1種以上の揮発性前駆体に露出させ、1以上の揮発性前駆体を、基材表面で反応させ且つ/又は分解させて、所望の堆積物を生成する、あらゆる方法について言及している。本明細書で用いられる場合、用語「原子層堆積法」は、様々な組成の基材に材料の膜を堆積させる、自己制限的な(例えば、各反応サイクルで堆積される膜材料の量が一定である)、順次的な表面化学反応について言及している。本明細書で用いられる、前駆体、試薬及び物質源は、「ガス状」として記載される場合があるが、前駆体は、不活性ガスを用いて又は不活性ガスを用いずに、直接気化、バブリング又は昇華によって、反応器に輸送される、液体又は固体のいずれかであってよいことが理解される。いくつかの場合では、揮発した前駆体は、プラズマ発生器を通過することができる。1つの実施態様では、ケイ素含有膜を、ALD法を用いて堆積させる。他の一つの実施態様では、ケイ素含有膜を、CCVD法を用いて堆積させる。さらなる実施態様では、ケイ素含有膜を、熱CVD法を用いて堆積させる。本明細書で用いる場合、用語「反応器」は、限定を含まずに、反応チャンバー又は堆積チャンバーを含む。
ある種の実施態様では、本明細書に開示した方法は、反応器に導入する前に且つ/又は導入中に前駆体を分離しておくALD法又はCCVD法を用いることによって、前駆体の前反応を回避する。これに関連して、堆積技術、例えばALD法又はCCVD法を用いて、ケイ素含有膜を堆積させる。1つの実施態様では、基材表面を、ケイ素含有前駆体、酸素源、窒素含有源、又は他の前駆体若しくは試薬の1種以上に交互にさらすことによって、ALD法を通じて、膜を堆積させる。膜の成長は、表面反応の自己制限的な制御、各前駆体又は試薬のパルス長さ、及び堆積温度によって進む。しかし、基材の表面が飽和すると、膜の成長は停止する。
ある種の実施態様において、本明細書に記載した方法は、上記の式IA、IB及びICを有するアザ−ポリシラン前駆体以外の、1種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、有機ケイ素化合物、例えばシラン、ジシラン、モノアミノシラン(例えば、ジ−iso−プロピルアミノシラン、ジ−sec−ブチルアミノシラン、フェニルメチルアミノシラン);オルガノケイ素化合物、例えば、トリシリルアミン(TSA):モノアミノシラン(ジ−iso−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)及びジメチルシロキサン(DMSO));有機シラン(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、1,4−ジシラブタン、2,5−ジシラへキサン、2,2−ジシリルプロパン、1,3,5−トリシラシクロヘキサン及びこれら化合物のフッ素化された誘導体);フェニル含有有機ケイ素化合物(例えば、ジメチルフェニルシラン及びジフェニルメチルシラン);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−へプタン、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、[1,3,5,7,9]−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化合物のフッ素化された誘導体)が挙げられる。
堆積方法に応じて、ある種の実施態様では、1種以上のケイ素含有前駆体を、所定のモル体積で又は約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。この実施態様又は他の実施態様では、ケイ素含有前駆体及び/又はアザ−ポリシラン前駆体を、所定の時間間隔で反応器に導入することができる。ある種の実施態様では、その時間間隔は、約0.001〜約500秒の範囲となる。
ある種の実施態様では、本明細書に記載した方法を用いて堆積させるケイ素含有膜を、酸素含有源、酸素を含む前駆体又は試薬を用いて酸素の存在下で形成させる。酸素含有源は、少なくとも1種の酸素含有源の形態で反応器に導入させることができ、且つ/又は堆積法で用いる他の前駆体に付随して存在させることができる。適切な酸素含有源ガスとしては、例えば水(HO)(例えば、脱イオン水、精製水、及び/又は蒸留水)、酸素(O)、酸素プラズマ、水プラズマ、オゾン(O)、NO、NO、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO)、COプラズマ及びこれらの組合せを挙げることができる。ある種の実施態様では、酸素含有源は、約1〜約2000sccm又は約1〜約1000sccmの範囲の流量で反応器に導入する酸素源を含む。酸素含有源を、約0.1秒〜約100秒の範囲の時間で導入することができる。1つの特定の実施態様では、酸素源は、10℃以上の温度を持つ水を含む。膜をALD法又はサイクリックCVD法によって堆積させる実施態様において、前駆体パルスは、0.01秒超であるパルス時間を有することができ、且つ酸素含有源が、0.01秒未満であるパルス時間を有することができ、さらに水のパルス時間が、0.01秒未満であるパルス時間を有することができる。さらなる他の1つの実施態様では、パルスとパルスの間のパージ時間は、0秒程度まで低くすることができ、又はその間にパージをしないで連続的にパルスさせることができる。酸素含有源又は酸素含有試薬を、ケイ素前駆体に対して1:1の比より小さな分子総量で与えて、それにより少なくともいてiの炭素を、堆積させたままのケイ素含有膜に保持させる。
ある種の実施態様では、ケイ素含有膜は、ケイ素及び窒素を含む。これらの実施態様では、本明細書に記載した方法を用いて堆積させるケイ素含有膜を、窒素含有源の存在下で形成させる。窒素含有源を、少なくとも1種の窒素含有源の形態で、反応器に導入させることができ、且つ/又は堆積法で用いる他の前駆体に付随して存在させることができる。適切な窒素含有源としては、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/アルゴンプラズマ、窒素/ヘリウムプラズマ、窒素/水素プラズマ及びこれらの混合物が挙げられる。ある種の実施態様において、窒素含有源は、約1〜約2000sccm又は約1〜約1000sccmの範囲の流量で反応器に導入するアンモニアプラズマ、又は水素/窒素プラズマ源ガスを含む。窒素含有源を、約0.1秒〜約100秒の範囲の時間で導入することができる。膜をALD法又はサイクリックCVD法によって堆積させる実施態様において、前駆体パルスは、0.01秒超であるパルス時間を有することができ、且つ窒素含有源が、0.01秒未満であるパルス時間を有することができ、さらに水のパルス時間が、0.01秒未満であるパルス時間を有することができる。さらなる他の1つの実施態様では、パルスとパルスとの間のパージ時間は、0秒程度まで低くすることができ、又は間にパージをしないで連続的にパルスさせることができる。
本明細書で開示した堆積方法は、1種以上のパージガスを伴う場合がある。未反応の反応物及び/又は反応副生成物をパージするために用いるパージガスは、不活性ガスであり、これは前駆体と反応しない。典型的なパージガスとしては、限定されないが、アルゴン(Ar)、窒素(N)、ヘリウム(He)、ネオン、水素(H)及びこれらの混合物が挙げられる。ある種の実施態様では、パージガス、例えばArを、約0.1秒〜1000秒の間に、約10〜約2000sccmの範囲の流量で反応器に供給することができ、それにより反応器に残留している場合がある未反応の材料及びあらゆる副生成物を、パージすることができる。
前駆体、酸素含有源、窒素含有源並びに/又は他の前駆体、他の物質源ガス及び/若しくは試薬を供給する各工程を、それらを供給する時間を変えることによって実行し、生成ケイ素含有膜の化学両論的な組成を変えることができる。
エネルギーを、前駆体、窒素含有源、還元剤、他の前駆体又はこれらの組合せの少なくとも1つに適用して、反応を誘導し、そしてケイ素含有膜又はコーティングを基材に形成させる。そのようなエネルギーは、限定されないが、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、電子線、光子、リモートプラズマ法及びこれらの組合せによって与えることができる。ある種の実施態様では、二次高周波(secondary rf frequency)源を用いて、プラズマ特性を基材表面で変えることができる。堆積にプラズマを伴う実施態様では、プラズマ生成法は、プラズマを反応器で直接的に生成させる直接プラズマ生成法、あるいはプラズマを反応器の外部で生成させて反応器に供給するリモートプラズマ生成法を、含むことができる。
このアザ−ポリシラン前駆体及び/又は他のケイ素含有前駆体を、反応チャンバー、例えばCVD反応器又はALD反応器に、様々な方法で提供することができる。1つの実施態様では、液体提供システムを用いることができる。別の実施態様では、液体提供法とフラッシュ気化法が組み合わされたユニット、例えばターボ気化器(MSP Corporation製、ショアビュー、ミネソタ州、米国)を用いて、低揮発度物質を容量分析的に供給することを可能とする。これは、前駆体の熱的分解のない状態で再現性のある輸送及び堆積をもたらすことができる。液体提供配合物中において、本明細書に記載された前駆体は、そのままの液体形態で提供することができ、あるいは、この前駆体を含む溶媒配合物中又は組成物中で使用することができる。それゆえ、ある種の実施態様において、その前駆体配合物は、基材上に膜を形成する特定の最終用途において所望であり且つ有利となるような、適切な特性を有する溶媒成分を含むことができる。
本明細書に記載した前駆体を用いる実施態様では、本明細書に記載した式IA、IB及びICを有するアザ−ポリシラン前駆体及び溶媒を含む組成物において選択される溶媒又は溶媒混合物は、そのアザ−ポリシランと反応しない。その組成物中の重量%による溶媒の量は、0.5〜99.5wt%又は10〜75wt%の範囲である。この実施態様又は他の実施態様において、溶媒は、式IA、IB及びICを有するアザ−ポリシランの沸点(b.p.)に近いb.p.を有し、又は溶媒のb.p.とアザ−ポリシランのb.p.との差は、40℃以下、30℃以下、20℃以下、又は10℃である。あるいは、その沸点の差は、次を任意の端点とする範囲になる:0℃、10℃、20℃、30℃又は40℃。b.p.差の適切な範囲の例としては、限定されないが、0〜40℃、20〜30℃、又は10〜30℃である。組成物中の適切な溶媒の例としては、限定されないが、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)又はこれらの混合物が挙げられる。非限定的ないくつかの典型的な組成物の例としては、限定されないが、ジ−iso−3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン(沸点約150C)及びオクタン(沸点125〜126℃)の混合物、ジ−iso−3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン(沸点約150C)及びエチルシクロヘキサン(沸点130〜132C)の混合物、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン(沸点約157C)及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン(沸点189C)の混合物が挙げられる。いくつかの実施態様では、溶媒は、式IA、IB及びICのアザ−ポリシランを安定化し、そしてアザ−ポリシランの保存期限を延長させることができる。
他の1つの実施態様における、式IA、IB及びICを有する1種以上のアザ−ポリシラン前駆体を含むケイ素含有膜を堆積するための容器について、本明細書で記載する。1つの特定の実施態様では、その容器は、CVD法又はALD法のための反応器に1種以上の前駆体を提供することを可能とするための適切なバルブ及び治具を備えた、少なくとも1つの耐圧容器(好ましくはステンレス鋼製)を有する。この実施態様又は他の実施態様では、式IA、IB及びICを有するアザ−ポリシラン前駆体を、ステンレス鋼から構成された耐圧容器で与え、そしてその前駆体の純度は、大部分の半導体用途に適切となる98wt%以上、又は99.5wt%以上である。ある種の実施態様では、そのような容器が、前駆体と、望むのであれば1種以上の追加の前駆体とを混合するための手段を有することもできる。これらの実施態様又は他の実施態様では、容器の内容物を、追加の前駆体と事前に混合することができる。あるいは、アザ−ポリシラン前駆体及び/又は他の前駆体を、別個の容器に保持することができ、又はアザ−ポリシラン前駆体と他の前駆体との分離を保存中に維持するための分離手段を有する単一の容器に、保持することができる。
本明細書に記載した方法の1つの実施態様では、サイクリック堆積法、例えばCCVD、ALD又はPEALDを用いることができ、ここでは、本明細書に記載した式を有するアザ−ポリシラン前駆体から選択される少なくとも1種のケイ素含有前駆体、及び随意に窒素含有源、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/水素プラズマを用いることができる。
ある種の実施態様では、前駆体容器から反応チャンバーに連結するガスラインを、プロセスの必要性に応じて、1以上の温度に加熱し、本明細書に記載した式を有するアザ−ポリシラン前駆体の容器を、バブリングのために1以上の温度で維持する。他の実施態様では、本明細書に記載した式を有する少なくとも1種のケイ素含有前駆体を含有する溶液を、直接液体注入(direct liquid injection)のために1以上の温度で維持した気化器に注入する。
アルゴン及び/又は他のガスの流れを、キャリアガスとして用いて、前駆体パルスの間の反応チャンバーへの少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体の蒸気の提供を、促進することができる。特定の実施態様では、反応チャンバーのプロセス圧力は、約1Torrである。
典型的なALD又はCCVD法では、基材、例えば限定しないが、酸化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素、フレキシブル基材、又は金属窒化物基材を、反応チャンバー内のヒーター台で加熱し、これを初めにケイ素含有前駆体にさらして、このアザ−ポリシランを基材の表面に化学的に吸着させる。パージガス、例えば窒素、アルゴン、又は他の不活性ガスは、未吸着の余分なアザ−ポリシランをプロセスチャンバーからパージする。十分なパージの後で、酸素含有源を、反応チャンバーに導入して、吸着した表面と反応させた後で、他の1つのパージガスによって、チャンバーから反応副生成物を除去することができる。このプロセスサイクルを、所望の膜厚さを得るように繰り返すことができる。他の実施態様では、減圧下での排出を用いて、未吸着の余分なアザ−ポリシランをプロセスチャンバーから除去することができる。ポンプによる十分な排気の後で、酸素含有源を反応チャンバーに導入して、吸着した表面と反応させた後、もう一度ポンプによって排出することで、チャンバーから反応副生成物を除去することができる。さらに、他の実施態様では、アザ−ポリシラン及び酸素含有源を、反応チャンバーに同時に流して、基材表面で反応させて酸化ケイ素、炭素ドープ酸化ケイ素を堆積させることができる。サイクリックCVDの特定の実施態様では、パージ工程は行われない。
この実施態様、又は他の実施態様において、本明細書に記載した方法の工程を、様々な順番で実行でき、順次的に又は同時に(例えば、他の1つの工程の少なくとも一部の間に)実行でき、そしてこれらのあらゆる組合せで実行することができると理解される。前駆体及び窒素含有前駆体源ガスを提供するそれぞれの工程を、それらを供給するための時間の持続時間を変えることによって実行して、生成ケイ素含有膜の化学量論的組成を変えることができる。
本明細書に開示した方法の他の1つの実施態様では、ケイ素及び窒素の両方を含有する膜を、次の工程を含む、ALD堆積法、PEALD堆積法、CCVD堆積法又はPECCVD堆積法を用いて形成する:
a.基材をALD反応器に与える工程;
b.上記ALD反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、基材に化学吸着させる工程;
d.未吸着の上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、パージガスを用いてパージする工程;
e.窒素含有源を、加熱した上記基材上の上記アザ−ポリシラン前駆体に与えて、上記吸着した少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と反応させる工程;及び
f.随意に、あらゆる未反応の窒素含有源をパージ又は排気する工程。
他の1つの態様では、次の工程を含む、PEALD堆積法又はPECCVD堆積法によって、酸化ケイ素膜及び炭素ドープ酸化ケイ素膜から選択される膜を形成するための方法が与えられる:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体及び酸素を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記反応器を、酸素と共にパージガスでパージする工程;
d.RFプラズマを適用する工程;
e.上記反応器を、パージガスでパージする工程、又は上記反応器を排気して未反応のアザ−ポリシラン及びあらゆる反応副生成物を除去する工程;
ここで、上記膜の所望の厚みが得られるまで、b〜eの工程を繰り返す。
本明細書に開示した方法の他の1つの実施態様では、ケイ素含有膜を、次の工程を含む、ALD堆積法を用いて形成する:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、基材に化学吸着させる工程;
d.未吸着の上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、パージガスを用いてパージする工程;
e.酸素含有源を、加熱した上記基材上の上記アザ−ポリシラン前駆体に与えて、上記吸着した少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と反応させる工程;及び
f.随意に、あらゆる未反応の酸素含有源をパージ又は排気する工程。
さらなる態様では、次の工程を含む、PEALD法又はPECCVD法によって、窒化ケイ素膜又は炭窒化ケイ素膜を形成するための方法が与えられる:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体及び窒素含有源を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記反応器を、上記窒素含有源と共にパージガスでパージする工程;
d.RFプラズマを適用する工程;及び
e.上記反応器をパージガスでパージして、又は上記反応器を排気して、未反応のアザ−ポリシラン及び反応副生成物を除去する工程;
ここで、上記膜の所望の厚みが得られるまで、b〜eの工程を繰り返す。
ここに記載した方法に関して、上記の工程は1サイクルを構成し;このサイクルを、ケイ素含有膜の所望の厚みを得るまで繰り返すことができる。この実施態様又は他の実施態様において、本明細書に記載した方法の工程を、様々な順番で実行することができ、順次的に又は同時に(例えば、他の1つの工程の少なくとも一部の間に)実行でき、そしてこれらのあらゆる組合せで実行することができると理解される。前駆体及び酸素含有源又は窒素源を提供するそれぞれの工程を、それらを供給するための時間の持続時間を変えることによって実行して、生成するケイ素含有膜の化学量論的組成を変えることができる。ただし、ここでは、利用可能なケイ素に対して、常に酸素を化学量論量よりも少なくして用いる。
多成分のケイ素含有膜に関して、他の前駆体、例えばケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、還元剤及び/又は他の試薬を、反応チャンバーに交互に導入することができる。
本明細書に記載した方法のさらなる実施態様では、ケイ素含有膜を、熱CVD法を用いて堆積させる。この実施態様では、この方法は、次のステップを含む:
a.周囲温度から約700℃までの範囲の1点以上の温度に加熱した反応器に、1以上の基材を配置するステップ;
b.少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.酸素含有源を、上記反応器に与えて、上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と少なくとも部分的に反応させ、そして上記1以上の基材にケイ素含有膜を堆積させるステップ。
このCVD法のある種の実施態様では、上記反応器を、上記導入工程の間に10mTorr〜760Torrの範囲の圧力で維持する。ここ記載した方法に関して、上記の工程は1サイクルを構成し;このサイクルを、ケイ素含有膜の所望の厚みを得るまで繰り返すことができる。この実施態様又は他の実施態様において、本明細書に記載した方法の工程を、様々な順番で実行することができ、順次的に又は同時に(例えば、他の1つの工程の少なくとも一部の間に)実行でき、そしてこれらのあらゆる組合せで実行することができると理解される。前駆体及び酸素含有源又は窒素源を提供するそれぞれの工程を、それらを供給するための時間の持続時間を変えることによって実行して、生成するケイ素含有膜の化学量論的組成を変えることができる。ただし、ここでは、利用可能なケイ素に対して、常に酸素を化学量論量よりも少なくして用いる。
本明細書に記載した方法のさらなる実施態様において、この方法は、アモルファスシリコン膜又は結晶性シリコン膜を、本明細書に記載した式Iの前駆体を用いて堆積する。この実施態様では、この方法は、次の工程を含む:
a.1以上の基材を反応器に配置し、これを周囲温度から約700℃の範囲の1以上の温度に加熱する工程;
b.少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.還元剤源を上記反応器に与えて、上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と少なくとも部分的に反応させて、そしてケイ素含有膜を1以上の基材に堆積させる工程。
還元剤は、水素、水素プラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、塩化水素からなる群より選択される。
このCVD法のある種の実施態様では、上記反応器を、上記導入工程の間に10mTorr〜760Torrの範囲の圧力で維持する。ここに記載した方法に関して、上記の工程は1サイクルを構成し;このサイクルを、ケイ素含有膜の所望の厚みを得るまで繰り返すことができる。
多成分のケイ素含有膜に関して、他の前駆体、例えばケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、酸素含有源、還元剤及び/又は他の試薬を、反応チャンバーに交互に導入することができる。
本明細書に記載した方法のさらなる実施態様において、ケイ素含有膜を、熱CVD法を用いて堆積する。この実施態様では、この方法は、次の工程を含む:
a.1以上の基材を反応器に配置し、これを周囲温度から約700℃の範囲の1以上の温度に加熱する工程;
b.少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.窒素含有源を、上記反応器に同時に与えて、上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と少なくとも部分的に反応させ、そして上記1以上の基材にケイ素含有膜を堆積させるステップ。このCVD法のある種の実施態様では、上記反応器を、上記導入工程の間に10mTorr〜760Torrの範囲の圧力で維持する。
本明細書に記載した方法のさらなる実施態様において、上記のアザ−ポリシラン前駆体を用いて、ケイ素含有膜を堆積する。このケイ素含有膜は、アモルファス膜、結晶性シリコン膜又はこれらの組合せである。これらの実施態様では、それらケイ素含有膜を、次の工程を含む、ALD又はサイクリックCVDから選択される堆積方法を用いて形成する:
a.基材を反応器に配置し、これを周囲温度から約700℃の範囲の温度に加熱する工程;
b.少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.還元剤源を上記反応器に与えて、上記少なくとも1種の有機アミノシラン前駆体と少なくとも部分的に反応させて、そしてケイ素含有膜を1以上の基材に堆積させる工程、ここで還元剤は、水素、水素プラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、塩化水素からなる群より選択される。
ここに記載した方法に関して、上記の工程は1サイクルを構成し;このサイクルを、ケイ素含有膜の所望の厚みを得るまで繰り返すことができる。上記膜の所望の厚みは、1Å超、1〜10000Åとなることができる。
他の1つの態様において、アモルファスシリコン膜又は結晶性シリコン膜を、従来のケイ素前駆体よりも低い温度で原子層堆積法又はサイクリック化学気相成長法若しくは化学気相成長法によって堆積する方法が与えられる。この方法は、次の工程を含む:
a.基材を反応器に与える工程;
b.上記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.上記反応器を、パージガスでパージする工程、
ここで、上記シリコン膜の所望の厚みが得られるまで、工程b及びcを繰り返す。
本明細書に記載のアザ−ポリシラン前駆体は、加熱によりHSi:二価基又はHSi:基を生成し、これはSi−Si結合を含むオリゴマーの形成、又は基材表面への固定を促進することができると考えられる。それらオリゴマー又は固定されたSiH又はSiHは、さらにアモルファスシリコン膜を形成することができる。この実施態様又は他の実施態様において、これらのオリゴマーは、その後のケイ素膜又は酸化ケイ素膜の堆積用のシード層として機能することができる。
特定の実施態様では、本明細書に記載したアザ−ポリシラン前駆体を、金属含有膜、例えば限定されないが、金属酸化物膜又は金属窒化物膜のドーパントとして用いることもできる。これらの実施態様では、金属含有膜を、ALD法又はCVD法、例えば本明細書に記載した方法によって、金属アルコキシド前駆体、金属アミド前駆体又は有機金属前駆体を用いて堆積する。本明細書に開示した方法と共に用いることができる適切な金属アルコキシド前駆体の例としては、限定されないが、第3族〜第6族の金属アルコキシド、アルコキシ配位子とアルキル置換したシクロペンタジエニル配位子との両方を有する第3族〜第6族の金属錯体、アルコキシ配位子とアルキル置換したピロリル配位子との両方を有する第3族〜第6族の金属錯体、アルコキシ配位子とジケトナート配位子との両方を有する第3族〜第6族の金属錯体、アルコキシ配位子とケトエステル配位子との両方を有する第3族〜第6族の金属錯体が挙げられ;本明細書に開示した方法と共に用いることができる適切な金属アミド前駆体の例としては、限定されないが、テトラキス(ジメチルアミノ)ジルコニウム(TDMAZ)、テトラキス(ジエチルアミノ)ジルコニウム(TDEAZ)、テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウム(TEMAZ)、テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム、(TDMAH)、テトラキス(ジエチルアミノ)ハフニウム(TDEAH)及びテトラキス(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(TDMAT)、テトラキス(ジエチルアミノ)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(TBTDET)、tert−ブチルイミノトリ(ジメチルアミノ)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(EITDMT)、エチルイミノトリ(エチルメチルアミノ)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)タングステン及びこれらの組合せが挙げられる。本明細書に開示した方法と共に用いることができる適切な有機金属前駆体の例としては、限定されないが、第3族金属シクロペンタジエニル又は第3族金属アルキルシクロペンタジエニルが挙げられる。ここでの典型的な第3族〜第6族金属としては、限定されないが、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Er、Yb、Lu、Ti、Hf、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo及びWが挙げられる。
ある種の実施態様では、生成するケイ素含有膜又はコーティングを、堆積後処理、例えば限定されないが、プラズマ処理、化学的処理、紫外線照射、電子線照射、及び/又は膜の1つ以上の特性に影響を与える他の処理にさらすことができる。
ある種の実施態様では、本明細書に記載したケイ素含有膜は、6以下の誘電率を有する。これらの実施態様又は他の実施態様では、膜は、約5以下、約4以下又は約3.5以下の誘電率を有する場合がある。しかし、他の誘電率(例えば、より高い値又は低い値)を有する膜を、膜の所望の最終用途に応じて形成できることが想定される。本明細書に記載したアザ−ポリシラン前駆体及び法を用いて形成されるケイ素含有膜の例は、式Siを有し、ここで、原子百分率重量%で、Siは約10〜約40%の範囲を有し;Oは約0%〜約65%の範囲を有し;Cは約0%〜約75%又は約0%〜約50%の範囲を有し;Nは約0%〜約75%又は約0%〜約50%の範囲を有し;Hは約0%〜約50%の範囲を有し、且つx+y+z+v+w=100原子重量%であり、これは例えばXPS又は他の手段で測定される。
上述したように、本明細書に記載した方法を用いて、ケイ素含有膜を、基材の少なくとも一部に堆積させることができる。適切な基材の例としては、限定されないが、ケイ素、SiO、Si、OSG、FSG、炭化ケイ素、水素化した炭化ケイ素、窒化ケイ素、水素化した窒化ケイ素、炭化窒化ケイ素、水素化した炭化窒化ケイ素、窒化ホウ素、反射防止コーティング、フォトレジスト、フレキシブル基材、有機ポリマー、多孔性有機及び無機材料、金属(例えば銅及びアルミニウム)、及び拡散バリア層(例えば限定されないが、TiN、Ti(C)N、TaN、Ta(C)N、Ta、W又はWN)が挙げられる。この膜は、様々な続く処理ステップ、例えば化学機械平坦化(CMP)処理及び異方性エッチング処理と適合する。
堆積させた膜は、限定されないが、コンピューターチップ、光学デバイス、磁気情報ストレージ、支持材料又は支持基材へのコーティング、微小電気機械素子(MEMS)、ナノ電気機械素子、薄膜トランジスター(TFT)、発光ダイオード(LED)、有機発光ダイオード(OLED)、IGZO及び液晶ディスプレイ(LCD)を含む用途を有する。
次の実施例は、アザ−ポリシラン前駆体の調製方法と共に、本明細書に記載した堆積させるケイ素含有膜の調製方法を例証し、決して限定することを意図していない。
例1:3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシランの合成
磁気撹拌子を具備するシュレンク管において、3当量のジイソプロピルアミノジシラン(DIPAS)を、1当量のtert−ブチルアミンと混合した。この反応混合物を、室温で96時間撹拌した。反応を、ガスクロマトグラフィで監視した。tert−ブチルアミンの大部分がN−シリル−tert−ブチルアミンに転換した時に、シュレンク管を減圧ラインに連結した。反応を完了させるために、副生成物のジイソプロピルアミンを、減圧除去した。生成物の3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシランを、減圧分留によって分離した。
例2:3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシランの合成
機械的撹拌器、コンデンサー、及び添加ロートを備えた1リットルの3つ口丸底フラスコにおいて、600mlのヘキサン中に60.6g(0.6モル)のトリエチルアミン及び21.9g(0.3モル)のt−ブチルアミンを、ドライアイスバスを用いて−20℃に冷却した。撹拌しながら。100mlのヘキサン中の57.9g(0.6モル)のクロロジシランを滴下して加えた。そして、反応混合物を室温まで温めて、終夜で撹拌した。固体の副生成物であるトリエチルアミン塩酸塩を、フィルターで除去した。溶媒のヘキサンを蒸留によって除去した。生成物の3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシランを減圧蒸留によって精製した。
例3:1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンの合成
機械的撹拌器、コンデンサー、及び添加ロートを備えた2リットルの3つ口丸底フラスコにおいて、1000mlのヘキサン中に60.6g(0.6モル)のトリエチルアミン及び21.9g(0.3モル)のt−ブチルアミンを、ドライアイスバスを用いて−20℃に冷却した。撹拌しながら。200mlのヘキサン中の39.3g(0.6モル)の1,2−ジクロロジシランを滴下して加えた。そして、反応混合物を室温まで温めて、終夜で撹拌した。固体の副生成物であるトリエチルアミン塩酸塩を、フィルターで除去した。溶媒のヘキサンを蒸留によって除去した。生成物の1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンを減圧蒸留によって、b.p.55℃/0.05torrの無色の液体として精製した。
式IA及びIBのさらなるアザ−ポリシラン前駆体を、ジ−iso−プロピルアミノジシランと、対応する式IIの第1級アミンとの同様の反応によって作製し、質量分析(MS:mass spectroscopy)によって特徴付けた。各有機アミノシラン前駆体の分子量(MW)、構造、及び対応するMSフラグメントピークを、それらを同定するために表1に与える。
Figure 0006100734
予想例4:1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンを用いたSi含有膜の堆積
以下の予想例では、特記しない限り、中間的な抵抗(14〜17Ωcm)の単結晶シリコンウェハー基材に堆積させたサンプル膜から物性を得る。全ての膜堆積を、300mmの生産装置ASM Stellar 3000を用いて、表2に記載のALD法で行う。
Figure 0006100734
堆積した膜の厚み及び屈折率は、エリプソメーターを用いて測定する。膜の構造及び組成を、フーリエ変換赤外(FTIR)分光法及びX線光電子分光法(XPS)を用いて解析し、一方で膜密度は、X線反射率法(XRR)を用いて測定する。
1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンをアザ−ポリシラン前駆体として用いて、かつAr/Nプラズマを用いて原子層堆積を行う。シリコンウェハーを300℃まで加熱する。表2に記載の工程を1000回繰り返して用いて、下記の条件の下で堆積法を行う:
a)反応器に基材を提供すること;
b)ケイ素含有前駆体:1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンをアザ−ポリシラン前駆体として導入すること:
チャンバー圧力:2torr
アザ−ポリシラン前駆体のパルス:2〜5秒間
c)不活性ガスパージ
アルゴン流量:300sccm
チャンバー圧力:2torr
パージ時間:2秒間
d)窒素及び希ガスの両方を含むプラズマの導入
アルゴン流量:300sccm
窒素流量:400sccm
チャンバー圧力:2torr
プラズマ出力:500W
プラズマ時間:5秒間
e)プラズマのパージ
アルゴン流量:300sccm
チャンバー圧力:2torr
パージ時間:2秒間
生成するSi含有膜を、ケイ素及び窒素を含むものとして特徴付ける。
なお、本発明の態様としては、以下を挙げることができる:
《態様1》
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;式IAのRは、その両方がメチルになることがなく、式IBのR及びRは、その両方がその両方がiso−プロピル、tert−ブチル、及びベンジルになることがなく、そして、式ICのR及びRは、その両方がメチル及びフェニルになることがない)。
《態様2》
3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン 1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、及び1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様1に記載のアザ−ポリシラン前駆体。
《態様3》
次の(a)及び(b)を含む組成物:
(a)少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);及び
(b)沸点を有する溶媒であって、その沸点と上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体の沸点との差が40℃以下である、溶媒。
《態様4》
3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、少なくとも1種を含む、態様3に記載の前駆体。
《態様5》
前記溶媒が、エーテル、第3級アミン、アルキル炭化水素、芳香族炭化水素、及び第3級アミノエーテルからなる群より選択される少なくとも1種を含む、態様3に記載の溶媒。
《態様6》
以下の工程を含む、化学気相成長法及び原子層堆積法からなる群より選択される堆積法によって、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成する方法:
反応チャンバーに、前記基材の少なくとも1つの表面を提供する工程;
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);及び
窒素含有源を与える工程であって、前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と、前記窒素含有源とを反応させて、前記膜を前記少なくとも1つの表面に形成する工程。
《態様7》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様6に記載の方法。
《態様8》
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、窒素/ヘリウムプラズマ、窒素/アルゴンプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、水素プラズマ、及びこれらの混合物からなる群より選択される、態様6に記載の方法。
《態様9》
前記ケイ素含有膜が、窒化ケイ素及び炭窒化ケイ素からなる群より選択される、態様6に記載の方法。
《態様10》
以下の工程を含む、原子層堆積(ALD)法によるケイ素含有膜の形成方法:
a.基材をALD反応器に提供する工程;
b.前記ALD反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.前記ALD反応器を不活性ガスでパージする工程;
d.前記ALD反応器に窒素含有源を提供する工程;
e.前記ALD反応器を不活性ガスでパージする工程、そして
ここで、所望の厚さの前記膜を得るまで、工程bから工程eを繰り返す。
《態様11》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様10に記載の方法。
《態様12》
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、窒素/ヘリウムプラズマ、窒素/アルゴンプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、水素プラズマ、及びこれらの混合物からなる群より選択される、態様10に記載の方法。
《態様13》
前記ケイ素含有膜が、窒化ケイ素及び炭窒化ケイ素からなる群より選択される、態様10に記載の方法。
《態様14》
以下の工程を含む、プラズマ原子層堆積(PEALD)法及びPECCVD法からなる群より選択される堆積法によって、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成するための方法:
a.基材をALD反応器に提供する工程;
b.前記ALD反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体及び酸素を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.前記ALD反応器を、不活性ガスでパージする工程;
d.プラズマ窒素含有源を前記ALD反応器に導入する工程;
e.前記ALD反応器を、パージガスでパージする工程;
ここで、所望の厚みの前記ケイ素含有膜が得られるまで、b〜eの工程を繰り返す。
《態様15》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様14に記載の方法。
《態様16》
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、窒素/ヘリウムプラズマ、窒素/アルゴンプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、水素プラズマ、及びこれらの混合物からなる群より選択される、態様14に記載の方法。
《態様17》
前記ケイ素含有膜が、窒化ケイ素及び炭窒化ケイ素からなる群より選択される、態様14に記載の方法。
《態様18》
以下の工程を含む、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材に形成するための方法:
酸素含有源と、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を含む前駆体とを、気相堆積法で反応させて、前記基材上に前記膜を形成する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される)。
《態様19》
前記気相堆積法が、化学気相成長、低圧蒸着、プラズマ化学気相成長、サイクリック化学気相成長、プラズマサイクリック化学気相成長、原子層堆積、及びプラズマ原子層堆積からなる群より選択される少なくとも1つである、態様18に記載の方法。
《態様20》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様18に記載の方法。
《態様21》
前記反応工程を200℃以下の温度で行う、態様18に記載の方法。
《態様22》
前記反応工程を100℃以下の温度で行う、態様18に記載の方法。
《態様23》
前記反応工程を50℃以下の温度で行う、態様18に記載の方法。
《態様24》
以下の工程を含む、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材に形成するための方法:
酸素含有源と、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を含む組成物とから、気相堆積法によって、前記基材上に前記膜を形成する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される)、
ここで前記気相堆積法は、化学気相成長、低圧蒸着、プラズマ化学気相成長、サイクリック化学気相成長、プラズマサイクリック化学気相成長、原子層堆積、及びプラズマ原子層堆積から選択される少なくとも1つである。
《態様25》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様24に記載の方法。
《態様26》
前記形成工程を200℃以下の温度で行う、態様24に記載の方法。
《態様27》
前記形成工程を100℃以下の温度で行う、態様24に記載の方法。
《態様28》
前記形成工程を50℃以下の温度で行う、態様24に記載の方法。
《態様29》
以下の工程を含む、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材に形成するための方法:
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、反応器に導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
前記反応器に少なくとも1種の酸素含有源を導入する工程、ここで前記少なくとも1種の酸素含有源は、前記アザ−ポリシランと反応し、前記膜を前記基材上に与える。
《態様30》
以下の工程a〜d又は工程a〜eを含む、厚みを有する酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を、基材上に形成するための方法:
a.少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜Cの環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
b.前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、前記基材に化学吸着させる工程;
c.未吸着の前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、パージガスを用いてパージする工程;
d.酸素含有源を、加熱した前記基材上の前記アザ−ポリシラン前駆体に与えて、前記吸着した少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体と反応させる工程;及び
e.あらゆる未反応の酸素含有源をパージする工程。
《態様31》
前記膜の厚みとなるまで、工程a〜d又は工程a〜eを繰り返す、態様30に記載の方法。
《態様32》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様30に記載の方法。
《態様33》
前記化学吸着工程を200℃以下の温度で行う、態様30に記載の方法。
《態様34》
前記化学吸着工程を100℃以下の温度で行う、態様30に記載の方法。
《態様35》
前記化学吸着工程を50℃以下で行う、態様30に記載の方法。
《態様36》
原子層堆積法である、態様30に記載の方法。
《態様37》
プラズマサイクリック化学気相成長法である、態様30に記載の方法。
《態様38》
以下の工程を含む、ALD又はサイクリックCVDから選択される堆積法を用いてケイ素含有膜を形成する方法:
a.基材を反応器に配置し、これを約周囲温度から約700℃の範囲の1以上の温度に加熱する工程;
b.少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.前記未反応の少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を、パージガスでパージする工程;
d.還元剤を前記反応器に与えて、前記吸着したアザ−ポリシランと少なくとも部分的に反応させる工程;
e.随意に、あらゆる未反応の還元剤をパージする工程、
ここで、所望の厚みの膜が得られるまで、工程b〜eを繰り返す。
《態様39》
前記還元剤が、水素、水素プラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、又は塩化水素からなる群より選択される、少なくとも1種である、態様38に記載の方法。
《態様40》
以下の工程を含む、原子層堆積法、サイクリック化学気相成長法、及び化学気相成長法からなる群より選択される堆積法によって、アモルファスシリコン膜又は結晶性シリコン膜を堆積する方法:
a.基材を反応器に与える工程;
b.前記反応器に、少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体を導入する工程:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される);
c.前記反応器をパージガスでパージし、又は前記反応器を排気する工程、
ここで、所望の厚みの膜が得られるまで、工程b〜cを繰り返す。
《態様41》
前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体が、3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(iso−プロピル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ブチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(tert−ペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、態様40に記載の方法。
《態様42》
以下を含む、ケイ素含有膜の堆積用前駆体を提供するのに用いる容器:
少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン前駆体:
Figure 0006100734
(式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択される)、
ここで、前記前駆体の純度は、約98%超である。
《態様43》
ステンレス鋼で構成されている、態様42に記載の容器。

Claims (28)

  1. 少なくとも2つのSi−N結合、少なくとも1つのSi−Si結合、及び少なくとも2つのSi−H基を含み、次の式IA、IB及びICによって表わされる、少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物:
    Figure 0006100734
    (式中、R及びRは、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;R及びRは、水素、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルケニル基、直鎖又は分岐鎖のC〜C10のアルキニル基、C〜C10の環状アルキル基、C〜C10の複素環状アルキル基、C〜C10のアリール基、C〜C10の複素アリール基、C〜C10のジアルキルアミノ基、及びC〜C10の環状アルキルアミノ基から独立して選択され;式IAのRは、メチルになることがなく、式IBのR及びRは、その両方がiso−プロピル、tert−ブチル、及びベンジルになることがなく、そして、式ICのR及びRは、その両方がメチル及びフェニルになることがない)。
  2. 3−iso−プロピル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ブチル−3−アザ−ペンタシラン、3−tert−ペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロペンチル−3−アザ−ペンタシラン、3−シクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルシクロヘキシル−3−アザ−ペンタシラン、3−(テトラヒドロピラン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(1−メチルピペリジン−4−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−フェニル−3−アザ−ペンタシラン、3−(2−メチル−トリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(2,6−ジメチルトリル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(ピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン、3−(4−メチルピリジン−3−イル)−3−アザ−ペンタシラン 1,4−ビス(シクロペンチル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、1,4−ビス(シクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサン、及び1,4−ビス(2,6−ジメチルシクロヘキシル)−1,4−ジアザ−2,3,5,6−テトラシラシクロヘキサンからなる群より選択される、請求項1に記載のアザ−ポリシラン化合物。
  3. 次の(a)及び(b)を含む組成物:
    (a)請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物;及び
    (b)沸点を有する溶媒であって、その沸点と上記少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物の沸点との差が40℃以下である、溶媒。
  4. 前記溶媒が、エーテル、第3級アミン、アルキル炭化水素、芳香族炭化水素、及び第3級アミノエーテルからなる群より選択される少なくとも1種を含む、請求項3に記載の組成物。
  5. 以下の工程を含む、化学気相成長法及び原子層堆積法からなる群より選択される堆積法によって、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成する方法:
    反応チャンバーに、前記基材の少なくとも1つの表面を提供する工程;
    請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を導入する工程;及び
    窒素含有源を与える工程であって、前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物と、前記窒素含有源とを反応させて、前記膜を前記少なくとも1つの表面に形成する工程。
  6. 以下の工程を含む、原子層堆積(ALD)法によるケイ素含有膜の形成方法:
    a.基材をALD反応器に提供する工程;
    b.請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を導入する工程;
    c.前記ALD反応器を不活性ガスでパージする工程;
    d.前記ALD反応器に窒素含有源を提供する工程;
    e.前記ALD反応器を不活性ガスでパージする工程、そして
    ここで、所望の厚さの前記膜を得るまで、工程bから工程eを繰り返す。
  7. 以下の工程を含む、プラズマ原子層堆積(PEALD)法及びPECCVD法からなる群より選択される堆積法によって、基材の少なくとも1つの表面にケイ素含有膜を形成するための方法:
    a.基材をALD反応器に提供する工程;
    b.請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物及び酸素を導入する工程;
    c.前記ALD反応器を、不活性ガスでパージする工程;
    d.プラズマ窒素含有源を前記ALD反応器に導入する工程;
    e.前記ALD反応器を、パージガスでパージする工程;
    ここで、所望の厚みの前記ケイ素含有膜が得られるまで、b〜eの工程を繰り返す。
  8. 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、窒素/ヘリウムプラズマ、窒素/アルゴンプラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、水素プラズマ、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記ケイ素含有膜が、窒化ケイ素及び炭窒化ケイ素からなる群より選択される、請求項5〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 以下の工程を含む、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材に形成するための方法:
    酸素含有源と、請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を含む前駆体とを、気相堆積法で反応させて、前記基材上に前記膜を形成する工
  11. 前記気相堆積法が、化学気相成長、低圧蒸着、プラズマ化学気相成長、サイクリック化学気相成長、プラズマサイクリック化学気相成長、原子層堆積、及びプラズマ原子層堆積からなる群より選択される少なくとも1つである、請求項10に記載の方法。
  12. 以下の工程を含む、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材に形成するための方法:
    酸素含有源と、請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を含む組成物とから、気相堆積法によって、前記基材上に前記膜を形成する工
    ここで前記気相堆積法は、化学気相成長、低圧蒸着、プラズマ化学気相成長、サイクリック化学気相成長、プラズマサイクリック化学気相成長、原子層堆積、及びプラズマ原子層堆積から選択される少なくとも1つである。
  13. 前記形成工程を200℃以下の温度で行う、請求項10〜12のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記形成工程を100℃以下の温度で行う、請求項13に記載の方法。
  15. 前記形成工程を50℃以下の温度で行う、請求項14に記載の方法。
  16. 以下の工程を含む、酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を基材に形成するための方法:
    請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を、反応器に導入する工程;
    前記反応器に少なくとも1種の酸素含有源を導入する工程、ここで前記少なくとも1種の酸素含有源は、前記アザ−ポリシランと反応し、前記膜を前記基材上に与える。
  17. 以下の工程a〜d又は工程a〜eを含む、厚みを有する酸化ケイ素膜又は炭素ドープ酸化ケイ素膜を、基材上に形成するための方法:
    a.請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を導入する工程;
    b.前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を、前記基材に化学吸着させる工程;
    c.未吸着の前記少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を、パージガスを用いてパージする工程;
    d.酸素含有源を、加熱した前記基材上の前記アザ−ポリシラン化合物に与えて、前記吸着した少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物と反応させる工程;及び
    e.あらゆる未反応の酸素含有源をパージする工程。
  18. 前記膜の厚みとなるまで、工程a〜d又は工程a〜eを繰り返す、請求項17に記載の方法。
  19. 前記化学吸着工程を200℃以下の温度で行う、請求項17又は18に記載の方法。
  20. 前記化学吸着工程を100℃以下の温度で行う、請求項19に記載の方法。
  21. 前記化学吸着工程を50℃以下で行う、請求項20に記載の方法。
  22. 原子層堆積法である、請求項17〜21のいずれか一項に記載の方法。
  23. プラズマサイクリック化学気相成長法である、請求項17〜21のいずれか一項に記載の方法。
  24. 以下の工程を含む、ALD又はサイクリックCVDから選択される堆積法を用いてケイ素含有膜を形成する方法:
    a.基材を反応器に配置し、これを周囲温度から700℃の範囲の1以上の温度に加熱する工程;
    b.請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を導入する工程;
    c.前記未反応の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を、パージガスでパージする工程;
    d.還元剤を前記反応器に与えて、前記吸着したアザ−ポリシランと少なくとも部分的に反応させる工程;
    e.随意に、あらゆる未反応の還元剤をパージする工程、
    ここで、所望の厚みの膜が得られるまで、工程b〜eを繰り返す。
  25. 前記還元剤が、水素、水素プラズマ、ヘリウムプラズマ、アルゴンプラズマ、又は塩化水素からなる群より選択される、少なくとも1種である、請求項24に記載の方法。
  26. 以下の工程を含む、原子層堆積法、サイクリック化学気相成長法、及び化学気相成長法からなる群より選択される堆積法によって、アモルファスシリコン膜又は結晶性シリコン膜を堆積する方法:
    a.基材を反応器に与える工程;
    b.請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物を導入する工程;
    c.前記反応器をパージガスでパージし、又は前記反応器を排気する工程、
    ここで、所望の厚みの膜が得られるまで、工程b〜cを繰り返す。
  27. 以下を具備する、反応器システム:
    ケイ素含有膜の堆積用前駆体を提供するのに用いる容器;及び
    請求項1又は2に記載の少なくとも1種のアザ−ポリシラン化合物
    ここで、前記化合物の純度は、98%超である。
  28. 前記容器がステンレス鋼で構成されている、請求項27に記載の反応器システム。
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