TWI688569B - 用於沈積含矽薄膜之組成物及使用其用以製造含矽薄膜之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種包含三矽基胺化合物之用於沈積含矽薄膜的組成物以及使用其用以製造含矽薄膜的方法，更具體地說，一種包含三矽基胺化合物之用於沈積含矽薄膜之組成物，該三矽基胺化合物能夠在非常高的沈積速率、低溫下形成含矽薄膜，可以做為含矽薄膜的前驅物以及顯示器的封裝物，以及一種使用其用以製造含矽薄膜之方法。

Description

用於沈積含矽薄膜之組成物及使用其用以製造含矽薄膜之方法
本發明是有關一種用於沈積含矽薄膜之組成物及使用其用以製造含矽薄膜之方法，更具體地說，有關一種包含可以作為用於沉積薄膜之前驅物的三矽基胺化合物之用於沈積之組成物，以及使用其用以製造含矽薄膜之方法。
含矽薄膜是藉由半導體領域中各種沈積方法，以各種形式之薄膜，諸如矽膜(silicon film)、矽氧化物膜(silicon oxide film)、氮化矽膜(silicon nitride film)、碳氮化矽膜(silicon carbonitride film)、氮氧化矽膜(silicon oxynitride film)及類似物製造，並且具有廣泛地應用領域。
特別是，由於顯著且絕佳的阻隔特性(block property)以及抗氧化能力(oxidation resistance)，矽氧化物膜及氮化矽膜被用作裝置之製造過程中的絕緣膜、防擴散膜(diffusion prevention film)、硬遮罩(hard mask)、蝕刻終止層(etching stop layer)、種晶層(seed layer)、間隔器(spacer)、溝槽隔離(trench isolation)、金屬間介電材料(intermetallic dielectric material)以及保護層。
近期，多晶矽(polycrystalline silicon)薄膜被已使用於薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)、太陽能電池等，且因此，其等的應用領域已逐漸多元化。
作為已知用於製造含矽薄膜的代表性技術，金屬有機化學氣相沈積(metal organic chemical vapor deposition，MOCVD)藉由使混合氣體(mixed gas)形式的矽前驅物與反應性氣體(reactive gas)反應，而在將被沈積的基材(substrate to be deposited)的表面上形成膜，或者藉由表面上的直接反應(direct reaction)而形成膜，而原子層沈積(atomic layer deposition，ALD)藉由將氣體形式的矽前驅物以物理或是化學吸附形成於將被沈積的基材的表面，接著依序添加反應性氣體而形成膜。另外，用於製造薄膜的各種技術，諸如使用低壓化學蒸氣之低壓化學氣相沈積(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、使用得以在低溫下被沈積之電漿的電漿增強化學氣相沈積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)，以及電漿增強原子層沈積(plasma enhanced atomic layer deposition，PEALD)等，被應用於下一代半導體及顯示裝置製造方法，藉此被用以形成超精細(ultra-fine)圖案並在奈米尺寸厚度下沈積具有一致及絕佳特性的超薄膜(ultra-thin film)。
記載於韓國發明專利公開案第KR 2007-0055898號中，用於形成含矽薄膜之前驅物的代表性實例包括矽烷、矽烷氯化物、胺基矽烷及烷氧基矽烷，且更具體而言，矽烷氯化物諸如二氯矽烷(SiH2Cl2)及六氯矽乙烷(Cl3SiSiCl3)及三矽基胺(trisilylamine，N(SiH3)3)、雙-二乙基胺矽烷(bis-diethylaminosilane，H2Si(N(CH2CH3)2)2)及二-異丙基胺矽烷(di-isopropylaminosilane，H3SiN(i-C3H7)2)等，且該前驅物已被使用於半導體 以及顯示器的大量生產(mass production)。
然而，基於裝置之超高集成度(ultra-high integration)所導致的微型化(miniaturization)、增加之縱橫比(aspect ratio)以及裝置材料之多元化(diversification)，已需要用於形成具有一致且薄的厚度，且在所欲的低溫下有絕佳電學特性的超精細薄膜的技術，且因此，使用現有矽前驅物時，薄膜在600℃或更高的高溫製程(high temperature process)、步階覆蓋(step coverage)、蝕刻特性，以及物理及電學特性將逐漸成為問題。因此，用以形成薄膜之較好的矽前驅物以及方法正被研究。
[相關技術文件]
(發明專利文件)韓國發明專利公開案第KR 2007-0055898號
本發明的一個實施例是有關提供含有得以作為矽前驅物的三矽基胺(trisilylamine)化合物之用以沈積含矽薄膜的組成物。
具體而言，本發明提供在非常低的沈積溫度下具有高沈積速率，且得以製造具有高純度及高應力(high-stress)之含矽薄膜的用於沈積之組成物。
本發明的另一個實施例是有關提供得以製造具有絕佳水蒸氣滲透性(water vapor permeability)之含矽薄膜的用於沈積之組成物。
本發明之再另一實施例是有關提供使用該用以沈積含矽薄膜之化合物，以用於製造含矽薄膜的方法。
在一個一般態樣中，提供包含以下列化學式1所表示的三矽基胺化合物之用以沈積含矽薄膜之組成物：
Figure 107141567-A0202-12-0004-2
該組成物可以被用於低溫沈積，其中將被沈積之基材的溫度是低於100℃。
在另一個一般態樣中，提供使用上述用於沈積含矽薄膜的該組成物，用於製造含矽薄膜的方法。
用於製造含矽薄膜的方法可包括將由下列化學式1所表示的三矽基胺化合物供應至設置有將被沈積之基材的腔室(chamber)中：
Figure 107141567-A0202-12-0004-3
將被沈積之基材的溫度可為低於100℃。
將被沈積之基材的溫度可為95℃或更低。
為含矽薄膜之氮化矽膜的沈積速率可為8Å/分鐘(8Å/min)或更高。
為含矽薄膜之矽氧化物膜的沈積速率可為70Å/分鐘或更高。
在供應該三矽基胺化合物的之前、期間及/或之後，任意一種或是二種或多種氣體可被供應，該等氣體是選自於氧氣(O2)、臭氧(O3)、蒸餾水(H2O)、過氧化氫(H2O2)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、氨(NH3)、氮氣(N2)、聯氨(N2H4)、聯氨衍生物、二胺、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、C1-C12飽和或不飽和烴、氫氣、氬氣及氦氣。
該方法可包括：a)將設置於該腔室中之將被沈積之基材加熱並維持於一沈積溫度；b)使該將被沈積之基材與該三矽基胺化合物接觸，並使該三矽基胺化合物吸附至該將被沈積之基材上；以及c)將反應性氣體注入至其上吸附有該三矽基胺化合物的該將被沈積之基材。
步驟a)至c)是以一循環(one cycle)進行，且每循環中該氮化矽膜的沈積速率是0.65Å/循環(0.65Å/cycle)或更高。
步驟a)至c)是以一循環進行，且每循環中該矽氧化物膜的沈積速率是2.5Å/循環或更高。
該反應性氣體是選自於含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體、惰性氣體，或其等的混合氣體，且可為經電漿活化(plasma-activated)之氣體。
該含矽薄膜可以是選自於矽氧化物薄膜、碳氧化矽薄膜、碳氮化矽薄膜、氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、碳氮氧化矽薄膜，以及矽碳化物薄膜的一者或是二或更多者。
在再另一個一般態樣中，提供藉由上述方法所製造的含矽薄膜。
根據本發明之用以沈積含矽薄膜的組成物在室溫下為液體，並包括具有高揮發性(volatility)及非常好的熱穩定性的三矽基胺化合物作為矽前驅物，藉此，其具有製造高品質含矽薄膜的優點，該高品質含矽薄膜在較低的膜成形溫度(film formation temperature)條件下具有高純度及耐久性(durability)，並具有高沈積速率。
再者，即使在低的膜成形溫度條件下，本發明使用用於沈積含矽薄膜的組成物，用以製造含矽薄膜的方法得以實現高沈積速率、絕佳應力強度(stress intensity)，以及顯著的低水蒸氣滲透性，且更進一步地，由此製造的含矽薄膜的益處在於，由於不純物諸如碳、氧、氫等的量被最小化(minimized)，其具有高純度、非常好的電性特徵，且對氟化氫(hydrogen fluoride)的抗性是絕佳的。
特別是，藉由使用本發明之用於沈積含矽薄膜的組成物所製造的含矽膜薄具有絕佳應力強度，以及明顯低的水蒸氣滲透率，藉此對於半導體或是顯示器之領域中的封裝體(encapsulant)是有用的，且還得以在100℃或更低溫之下以非常高的沈積速率形成該封裝體，且因此，將由封裝體保護的保護物件(protection object)不會受到熱損害(thermal damage)。
圖1為顯示實例1中所製備之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺(bis(methylsilyl)dimethylamino methylsilylamine)化合物的蒸氣壓量測結果的圖表。
圖2為顯示實例1中所製備之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽 基胺化合物的熱重分析(thermogravimetric analysis)及量測結果的圖表。
圖3顯示實例2及5中製備及沈積之含矽薄膜的紅外線光譜儀(infrared spectrometer)分析結果。
圖4顯示實例6及9中製備及沈積之含矽薄膜的紅外線光譜儀分析結果。
此後，本發明用於沈積含矽薄膜的組成物是參考隨附圖式而被詳細描述。除非另外界定，用於本說明書中的技術用語及科學用語具有由本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解的一般意義，且模糊本發明的已知功能(function)及結構(configuration)的敘述將在以下說明及所附之圖式中被省略。
根據本發明的用於沈積含矽薄膜之組成物包含以下列化學式1所表示之三矽基胺化合物。換句話說，本發明包括用於沈積含矽薄膜的化合物，其包括以下列化學式1所表示的三矽基胺化合物：
Figure 107141567-A0202-12-0007-4
由以上化學式1代表的三矽基胺化合物在室溫下是液體，具有高揮發性以及絕佳熱穩定性，且得以以非常優異的沈積速率沈積薄膜，並製造具有高純度及高耐久度的高品質含矽薄膜。
具體而言，如化學式1中所顯示，基於三角平面(tri-planar)Si3N分子結構類型-其中三矽基胺化合物具有三個鍵結至中心氮原子的矽原子-兩個氫及甲基是鍵結至兩個矽的每一個，且一個甲基胺基(methylamine)、一個氫及一個甲基是鍵結至剩下的一個矽，因此，最終，得以形成在室溫下以及大氣壓力下穩定的液體化合物，以具有在70℃下為10托(torr)或更高之蒸氣壓的絕佳揮發性，以及即使在低於100℃-作為實質上的實例，僅90℃-的低沈積溫度下具有非常高的沈積速率。具體而言，該氮化矽膜可具有8Å/分鐘(Å/min)或更高的沈積速率，且更進一步地，該矽氧化物膜可具有70Å/分鐘或更高的非常優異之沈積速率。與此同時，或是獨立地，即使在沈積是基於供應並充換(purging)反應性氣體之循環而進行，且即使在只有90℃的低溫下，該氮化矽膜的沈積速率可以是0.6Å/循環或更高，且進一步地，矽氧化物膜之沈積速率可為2.5Å/循環或更高。
另外，當含矽薄膜是使用由化學式1所表示之三矽基胺化合物所形成時，絕佳的凝聚力(cohesion)及絕佳的步階覆蓋可被獲得。另外，由於三矽基胺化合物具有由化學式1所表示的結構，且因此具有高熱穩定性、低活化能(activation energy)，及絕佳反應性而不產生非揮發性副產物，以達到高純度及絕佳應力強度的含矽薄膜可被輕易形成。
因此，根據本發明之用於沈積含矽薄膜的組成物可以是用於低溫沈積的組成物，其中將被以含矽薄膜沈積之基材的溫度是低於100℃，且更具體而言，可以是用於低溫沈積的組成物，其中將被沉積之基材的溫度是60℃或更高至低於100℃，且更具體而言，60℃至95℃。
然而，低溫沈積得以被使用是由於藉由該用於沈積之矽前驅 物的絕佳特性，諸如由上述化學式1所表示之該三矽基胺化合物之絕佳低溫揮發性、高反應性等，且因此，本發明之組成物不應被限制於低溫沈積，且若需要的話可被用於一般沈積溫度下(將被沈積之基材的溫度範圍於100℃至700℃，且更具體而言自400℃至700℃)。
由本發明之化學式1所表示的三矽基胺化合物可由得以在由所屬技術領域具有通常知識者所理解的範圍內進行的方法所製備。
另外，本發明包括使用上述用於沈積含矽薄膜之組成物，用於製造含矽薄膜之方法。換句話說，本發明包括使用本發明由化學式1所表示之三矽基胺化合物，用於製造含矽薄膜的方法。
根據本發明之用於製造含矽薄膜的方法包括將由下列化學式1所表示之三矽基胺化合物供應至將被沈積之基材的步驟：
Figure 107141567-A0202-12-0009-5
在根據本發明之用於製造含矽薄膜的方法中，由化學式1所表示的三矽基胺化合物，其在室溫下為液體且具有高揮發性及絕佳熱穩定性，可被用作矽前驅物，藉此具有能輕易操作(easy handleability)且能夠製造各種薄膜並在即使是低溫及/或低能量(low power)下製造具有高沈積速率之具有絕佳純度的含矽薄膜的特點。再者，由本發明之製造方法所製造的含矽薄膜具有絕佳耐久度及電性特徵，且亦具有對於氟化氫之絕佳抗性。
基於作為用於沈積之Si前驅物之以上述化學式1所表示之三矽基胺化合物的極佳特性，諸如絕佳低溫揮發性及高反應性等，被設置於腔室的內部部分中的將被沈積之基材的溫度可為低於100℃，且特徵在於95℃或更低。包括將由化學式1所表示之三矽基胺化合物供應至其中設置有將被沈積之基材的腔室中的步驟之含矽薄膜之沈積可以在低於100℃，且特徵在於95℃或更低的低溫下進行。
更具體而言，將被沈積之基材的溫度可為60℃或更高至低於100℃，且更具體而言，60℃至95℃。換句話說，用於沈積含矽薄膜之溫度可為60℃或更高至低於100℃，且更具體而言，60℃至95℃。
換句話說，根據本發明的一個實施例的製造方法可包括：將設置於腔室中的該將被沈積之基材加熱並維持在沈積溫度；以及將由化學式1所表示之三矽基胺化合物供應至設置於腔室中該將被沈積之基材，其中沈積溫度是低於100℃，更具體而言95℃或更低，且甚至更具體而言，60℃至95℃。
在低溫沈積條件下極佳的沈積速率是得以將由化學式1所表示之三矽基胺化合物供應至其中設置有將被沈積之基材的腔室中，並沈積含矽薄膜者的沉積速率。
由於以由上述化學式1所表示之三矽基胺化合物作為用於沈積之矽前驅物所提供的絕佳特性，諸如低溫揮發性、高反性應等，具有商業上顯著高沈積速率的低溫沈積可被達成，且因此，本發明的製造方法不應被限制於低溫沈積，且需要的話，沈積可以在一般沈積溫度(將被沈積之基材的溫度範圍是自100℃至700℃，更具體而言自400℃至700℃)下進行。
該含矽薄膜可以是任何薄膜，只要其是能夠由本發明所屬技術領域具有通常知識者所了解的範圍內製造，其中該含矽薄膜是藉由將矽前驅物以氣相供應而製造。作為一特定且實質上的實例，該含矽薄膜可以是選自於矽氧化物薄膜、碳氧化矽(silicon oxycarbide，SiOC)薄膜、碳氮化矽(silicon carbonitride，SiCN)薄膜、氮化矽(slicon nitride)薄膜、氮氧化矽(silicon oxynitride，SiON)薄膜，碳氮氧化矽(silicon oxycarbonitride，SiOCN)薄膜、以及矽碳化物薄膜的一者或是二或更多者，且可以是在本技術領域中具有通常知識者可識別之範圍內的各種高品質含矽薄膜。
根據本發明之用於製造含矽薄膜的方法可以是任何方法，只要其能夠在本技術領域中具有通常知識者可識別之範圍內進行。該方法的較佳實例可包括原子層沈積(atomic layer deposition，ALD)、化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)、有機金屬化學氣相沈積(organometallic chemical vapor deposition，MOCVD)、低壓化學氣相沈積(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)、電漿增強化學氣相沈積(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)或電漿增強原子層沈積(plasma enhanced atomic layer deposition，PEALD)等。由於其是可以輕易進行薄膜沈積，且所製造之薄膜具有絕佳特性，故PEALD是較佳的。因此，上述根據本發明之用於沈積含矽薄膜的組成物可以是用於電漿增強化學氣相沈積，用以製造含矽薄膜的組成物。
在根據本發明之一實施例的製造方法中，在供應該三矽基胺化合物至其中設置有將被沈積之基材的腔室之前、期間及/或之後，一反應性氣體，諸如含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體、惰性氣體或其等的混合氣 體可被供應至該腔室。考慮到要生產的含矽薄膜的材料，只要其是通常與矽前驅物一同使用，該反應性氣體可被使用。作為特定實例，含氧氣體是氧氣(O2)、臭氧(O3)、蒸餾水(H2O)、過氧化氫(H2O2)等，含氮氣體是一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、氨(NH3)、氮氣(N2)、聯氨(N2H4)、聯氨衍生物(三級丁基聯胺(tertiarybutyl hydrazine，C4H12N2)等)、二胺等，該含碳氣體是一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、C1-C12飽和或不飽和烴等，惰性氣體是氮氣、氬氣等，而其他反應性氣體是氫氣、氦氣等。選自於上述含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體、惰性氣體或其他反應性氣體的任意一種或是二或多種氣體可被包括作為反應性氣體，然而本發明並不受限於此。當反應性氣體是含氧氣體，根據化學式1之三矽基胺化合物的一個配位基可被移除以形成Si-O原子層。當該反應性氣體是含氮氣體，根據化學式1之三矽基胺化合物的一個配位基可被移除以形成Si-N原子層。當反應性氣體是含碳氣體，根據化學式1之三矽基胺的一個配位基可被移除以形成Si-C原子層。
在根據本發明之一個實施例的製造方法中，其中將被沈積之基材的溫度是低於100℃的低溫沈積之時，在含矽薄膜中之氮化矽膜的沈積速率可為8Å/min或更高。特別是，依據反應性氣體的種類，當反應性氣體是含氧氣體且其中將被沈積之基材的溫度是低於100℃的低溫沈積被進行時，在含矽薄膜中之矽氧化物膜的沈積速率可為70Å/min或更高。
由化學式1所表示之三矽基胺化合物以及反應性氣體彼此可是有機修飾地(organically)或是獨立地被供應至該腔室。再者，由化學式1所表示的三矽基胺化合物以及反應性氣體可以以連續式的方式，或非連續式的方式分別被供應至該腔室，且以非連續式的方式供應時可包括採用脈 衝形式(pulse form)。另外，該反應性氣體可以為經電漿活化(activated by plasma)的狀態。在此，如上所述，經電漿活化之反應性氣體可以是選自於氧氣(O2)、臭氧(O3)、蒸餾水(H2O)、過氧化氫(H2O2)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、氨(NH3)、氮氣(N2)、聯氨(N2H4)、聯氨衍生物、二胺、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、C1-C12飽和或不飽和烴、氫氣、氬氣及氦氣的任何一者或是二或多者的混合氣體，但該反應性氣體並非必須限定於此。
作為一個特定實例，根據本發明之製造方法可以包括：a)將設置於腔室中的將被沈積之基材加熱並維持於沈積溫度；b)使將被沈積之基材與該三矽基胺化合物接觸，並將該三矽基胺化合物吸附於將被沈積之基材上；以及c)將反應性氣體注入至其上吸附有該三矽基胺化合物的將被沈積之基材內。
特徵在於，根據本發明之實施例的製造方法可包括：a)將設置於腔室中的將被沈積之基材加熱並維持於低於100℃的溫度；b)使將被沈積之基材與三矽基胺化合物接觸，並將該三矽基胺化合物吸附於將被沈積之基材上；以及c)將反應性氣體注入至其上吸附有三矽基胺化合物的將被沈積之基材內。
在此，在步驟b)及/或步驟c)之後，藉由將惰性氣體供應至該腔室中的充換(purging)步驟可被進一步進行。換句話說，根據本發明之實施例的製造方法可包括：a)將設置於腔室中的將被沈積之基材加熱並維持於沈積溫度；b)使將被沈積之基材與三矽基胺化合物接觸，並將三矽基胺化合物吸附於將被沈積之基材上；d1)使用惰性氣體充換該腔室的一內部部分；c) 將反應性氣體注入至其上吸附有該三矽基胺化合物的將被沈積之基材內；d2)使用惰性氣體充換該腔室的一內部部分。
根據本發明之實施例的用於製造含矽薄膜的方法可根據所需要的薄膜之結構或熱特性(thermal characteristics)而控制沈積條件。根據本發明之實施例的沈積條件的實例可包括包含三矽基胺化合物之用於沈積含矽薄膜的組成物之流動速率(flow rate)、反應性氣體的流動速率、載體氣體(carrier gas)的流動速率、壓力、將被沈積之基材的溫度等。作為沈積條件的非限制性實例，在用於沈積含矽薄膜的組成物中，具體而言，由化學式1所表示之三矽基胺化合物的流動速率可以被控制於10至1000cc/分鐘(cc/min)，該攜帶氣體的流動速率可被控制於10至1000cc/分鐘，該反應性氣體的流動速率可被控制為1至1,500cc/分鐘，壓力可被控制於0.5至10托(torr)，且將被沈積之基材的溫度可被控制於30℃至700℃的範圍內，具體而言為60℃至200℃，更具體而言為60℃或更高至低於100℃，且再具體而言60℃至95℃，且這些沈積條件並不受限於此。再者，根據一個有利的例子，當反應性氣體是在經電漿活化的狀態下，即，沈積是使用電漿增強原子層沈積(PEALD)進行時，RF(radio frequency，射頻)能量可為50瓦至1000瓦(W)，但並非必須限定於此。
用於根據本發明之實施例的用於製造含矽薄膜之方法的將被沈積之基材可包括半導體基材，其包括Si、Ge、SiGe、GaP、GaAs、SiC、SiGeC、InAs及InP中的一或多個半導體材料；絕緣體上矽(silicon on insulator，SOI)基材；石英基材；或用於顯示器之玻璃基材；可撓性塑膠基材諸如聚醯亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、 聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚醚碸(polyether sulfone，PES)、聚酯等，但將被沈積之基材的種類並未限制於此。
另外，除了直接形成在將被沈積之基材上的薄膜，該含矽薄膜可形成有介於將被沈積之基材與含矽薄膜之間的複數導體層、介電層、絕緣層等。
另外，本發明亦提供可作為含矽薄膜之前驅物的三矽基胺化合物，且本發明之三矽基胺化合物是由下列化學式1所表示：
Figure 107141567-A0202-12-0015-6
由化學式1所表示的三矽基胺化合物在室溫下為液體且具有作為前驅物的高揮發性及高熱穩定性，此對於形成上述含矽薄膜是非常有用的。再者，該三矽基胺化合物具有絕佳反應性，即使在低溫下得以以絕佳薄膜沈積速率沈積薄膜，且能夠製造具有高純度及高耐久度的薄膜。
此後，本發明將參考下列實例更詳細地被敘述。用於本說明書中的用語及詞彙不應被解釋為限制於傳統或辭典的意思，但應基於發明人得以為了通過最佳模式敘述其等的發明而適當界定該等用語之概念，被解釋為符合本發明之技術想法的意思與概念。
因此，敘述於本發明之實施例及圖式中的結構僅為最佳的實 施例但並不代表本發明所有的技術精神。據此，本發明應被解釋為包括在本申請案申請時，被包括在本發明的精神與範圍中之所有改變、均等內容(equivalents)及替代內容(substitutions)。
再者，下列所有實例是以商業上可取得之噴灑頭(showerhead)式200毫米(mm)單晶圓型ALD設備(CN1，Atomic Premium)使用已知電漿增強原子層沈積(PEALD)方法進行。另外，下列所有實例是以商業上可取得的噴灑頭式200mm單晶圓型CVD(PECVD)設備(CN1，Atomic Premium)進行。
在被沈積之含矽薄膜中，厚度是使用橢圓偏光計(ellipsometer，OPTI-PROBE 2600，THERMA-WAVE)量測，且紅外光光譜儀(infrared spectroscopy，IFS66V/S & Hyperion 3000，布魯克光學)、X射線光電子光譜儀，及水蒸氣穿透率(water vapor transmission rate，WVTR，MOCON，Aquatran 2)被使用進行量測。在量測中，氮之量為20毫升/分鐘(空氣中，Air)，且用於量測水蒸氣滲透率的區域被設置為50cm2。應力使用應力計(Frontier Semiconductor，FSM500TC)，同時將量測應力用的區域設定為160毫米(mm)，矽晶圓(silicon wafer)厚度設定為0.725微米(μm)，且由此分析薄膜特性。
[實例1]雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽胺(bis(methylsilyl)dimethylaminomethylsilyl amine)之製備
步驟1：雙(二甲基胺)甲基矽基胺之製備
Figure 107141567-A0202-12-0017-7
500克(3.1莫耳)之六甲基二矽氮烷(hexamethyldisilazane，((CH3)3Si)2NH)在無水且惰性氣氛下被添加至經火焰乾燥(flame-dried)之2000毫升舒倫克瓶(Schlenk flask)，1,425克(12.4莫耳)之二氯甲矽烷(dichloromethylsilane，(CH3)Cl2SiH)在將溫度維持於-25℃下被緩慢添加，且接著所獲得之反應溶液被緩慢加熱至10℃並攪拌3小時。在此混合反應溶液中製造的氯三甲矽烷(Chlorotrimethylsilane，(CH3)3SiCl)以及過量(excessively)添加之二氯甲矽烷((CH3)Cl2SiH)由簡易的蒸餾(simple distillation)或在減壓(reduced pressure)下之蒸餾移除。所提取(recovered)的雙(氯甲基矽基)胺(bis(chloromethylsilyl)amine，(SiHClCH3)2NH))溶液被以戊烷(n-Pentane，正戊烷)攪拌，且699克(15.5莫耳)之二甲基胺((CH3)2NH)在將溫度維持於-25℃被緩慢添加。在添加完成後，反應溶液被緩慢加熱至室溫並攪拌6小時。在反應完成後，所獲得之反應混合物被過濾以獲得白色固體，且所獲得之白色固體被移除以獲得濾液。溶劑在減壓下被自濾液移除，且在減壓下之蒸餾被進行以獲得產率75%之444克(2.32莫耳)之雙(二甲基胺)甲基矽基胺(bis(dimethylamino)methylsilylamine，(SiHCH3N(CH3)2)2NH)。
1H-NMR(C6D6)：δ 2.45(s,12H,((SiHCH3N(CH3)2)2NH)，0.11(t,6H,((SiHCH3N(CH3)2)2NH)，0.4(d,1H,(SiHCH3N(CH3)2)2NH，4.70(m,2H，(SiHCH3N(CH3)2)2NH
步驟2：雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之製備
Figure 107141567-A0202-12-0018-8
444克(2.32莫耳)之被製備的雙(二甲基胺)甲基矽基胺((SiHCH3N(CH3)2)2NH)及500毫升之正己烷在無水及惰性氣氛下被添加至經火焰乾燥的5000毫升舒倫克瓶，655克(2.4莫耳)之2.52M濃度之正丁基鋰(n-C4H9Li)己烷(C6H14)溶液在將溫度維持於-10℃下被緩慢添加。在添加完成後，反應溶液被緩慢加熱至65℃並攪拌6小時，且接著溶劑藉由在減壓下蒸餾而移除。500毫升之四氫呋喃(O(C2H2)2))被添加至溶劑被移除之反應混合物，所獲得之反應混合物於-10℃被緩慢添加至其中267克(2.3莫耳)之二氯甲矽烷((CH3)SiCl2H)及四氫呋喃(O(C2H2)2))的混合溶液，且所形成之反應混合物在維持反應之內部溫度-10℃下被攪拌8小時。在攪拌完成後，32克(4.0莫耳)之氫化鋰(lithium hydride，LiH)被添加至混合溶液，且接著反應混合物在維持於65℃之溫度下被攪拌12小時。在反應完成後，所獲得之反應混合物被過濾以獲得白色固體，且所獲得之白色固體被移除以獲得濾液。溶劑在減壓下自濾液移除，且減壓下的蒸餾被進行以獲得產率為50%之200克(1.03莫耳)之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺(bis(methylsilyl)dimethylamino methylsilylamine，(SiH2CH3)2(SiHCH3N(CH3)2))N)。
1H-NMR(C6D6)：δ 0.19(t,6H,((SiH2CH3)2(SiHCH3N(CH3)2))N，0.19(d,3H,((SiH2CH3)2(SiHCH3N(CH3)2))N,2.39(s,6H,((SiH2CH3)2(SiHCH3N(CH3)2))N，4.66(q,4H, ((SiH2CH3)2(SiHCH3N(CH3)2))N，4.81(q,1H,((SiH2CH3)2(SiHCH3N(CH3)2))N
雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺化合物之蒸氣壓量測以及熱重分析被進行並顯示於圖1及圖2中。
由圖1及圖2中可理解的是，實例1之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺化合物在僅70℃下具有10托或更高的蒸氣壓而具有高揮發性，且具有絕佳熱穩定性，此是作為用於沈積含矽薄膜之極佳矽前驅物。
[實例2]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之電漿增強原子層沈積(PEALD)的矽氧化物膜之製造
膜成形之評估是藉由使用實例1中所製備之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺作為用於形成矽氧化物膜之組成物，於一般的電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中使用已知PEALD進行。作為反應性氣體，氧氣是與電漿一同使用，且氬氣，其是惰性氣體，被用於充換(purging)的目的。膜成形評估對反應性氣體以及電漿被進行1.5秒。沈積的次數(number of depositions)為270個循環，且表1顯示用於沈積矽氧化物膜的特定方法。
經沈積之薄膜的厚度通過橢圓偏光計量測，矽氧化物膜的成形是使用紅外光光譜儀分析，且矽氧化物膜的組成是使用X射線光電子光譜儀分析。另外，矽氧化物膜之應力使用應力計被分析，且薄膜的水蒸氣滲透率是使用水蒸氣滲透率測試器量測以量測薄膜的水蒸氣滲透率。下表2顯示矽氧化物膜之特定分析結果，且圖3顯示使用紅外光光譜儀的所沈積之膜的分析結果。
[實例3]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之電漿增強原子層沈積(PEALD)的矽氧化物膜之製造
膜成形評估藉由使用實例1所製備之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺作為用於形成矽氧化物膜之組成物，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知PEALD進行。作為反應性氣體，氧氣被與電漿一同使用，且氬氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估對反應性氣體以及電漿被進行1.5秒。沈積的次數為188個循環，且表1顯示用於沈積矽氧化物膜的特定方法。另外，下列圖3顯示使用紅外光光譜儀的經沈積之膜的分析結果。
[實例4]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺的電漿增強原子層沈積(PEALD)之矽氧化物膜之製造
膜成形評估藉由使用實例1中所製備的雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺作為用於形成矽氧化物膜的組成物，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知(PEALD)進行。作為反應性氣體，氧氣被與電漿一同使用，且氬氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估對反應性氣體以及電漿被進行1.5秒。沈積的次數為113個循環，且表1顯示用於沈積矽氧化物膜的特定方法。另外，下列圖3顯示使用紅外光光譜儀的經沈積之膜的分析結果。
[實例5]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺的電漿增強原子層沈積(PEALD)之矽氧化物膜之製造
膜成形評估藉由使用實例1中所製備的雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺作為用於形成矽氧化物膜的組成物，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知(PEALD)進行。作為反應性氣體，氧氣被與電漿一同使用，且氬氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估 對反應性氣體以及電漿被進行1.5秒。沈積的次數為82個循環，且表1顯示用於沈積矽氧化物膜的特定方法。另外，下列圖3顯示使用紅外光光譜儀的經沈積之膜的分析結果。
[比較例1]藉由使用二甲基胺二甲基矽雙二甲基矽基胺(dimethylaminodimethylsilyl bisdimethylsilylamine)的電漿增強原子層沈積(PEALD)之矽氧化物膜之製造
膜成形評估藉由使用二甲基胺二甲基矽雙二甲基矽基胺化合物作為比較例，用於形成矽氧化物膜，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知PEALD進行。作為反應性氣體，氧氣被與電漿一同使用，且氬氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估對反應性氣體以及電漿被進行1.5秒。表1顯示用於沈積矽氧化物膜的特定方法。
經沈積之薄膜的厚度通過橢圓偏光計量測，矽氧化物膜的成形是使用紅外光光譜儀分析，且矽氧化物膜的組成是使用X射線光電子光譜儀分析。另外，矽氧化物膜之應力使用應力計被分析，且薄膜的水蒸氣滲透率是使用水蒸氣滲透率測試器量測以量測薄膜的水蒸氣滲透率。下表2顯示矽氧化物膜之特定分析結果。
[比較例2]藉由使用雙二乙基胺矽烷(bisdiethylaminosilane)的電漿增強原子層沈積(PEALD)之矽氧化物膜之製造
膜成形評估藉由使用雙二乙基胺矽烷化合物作為比較例，用於形成矽氧化物膜，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知(PEALD)進行。作為反應性氣體，氧氣被與電漿一同使用，且氬氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估對反應性氣體以及電漿被進行1.0 秒。表1顯示用於沈積矽氧化物膜的特定方法。
經沈積之薄膜的厚度通過橢圓偏光計量測，矽氧化物膜的成形是使用紅外光光譜儀分析，且矽氧化物膜的組成是使用X射線光電子光譜儀分析。另外，矽氧化物膜之應力使用應力計被分析，且薄膜的水蒸氣滲透率是使用水蒸氣滲透率測試器量測以量測薄膜的水蒸氣滲透率。下表2顯示矽氧化物膜之特定分析結果。
[表1]藉由電漿增強原子層沈積之矽氧化物的沈積條件
Figure 107141567-A0202-12-0023-9
Figure 107141567-A0202-12-0024-10
可自表1及表2理解的是，實例2至5中顯示，基於總沈積時間之沈積速率為69.58至72.79Å/分鐘，且基於該沈積循環之沈積速率為2.57Å/循環，且於比較例1及2中，基於總沈積時間的沈積速率是在37.19至45.58Å/分鐘的範圍內，而基於沈積循環的沈積速率是在0.91至1.14Å/循環的範圍內。可以了解的是實例2至5之薄膜是在100℃或更低的沈積溫度下以絕佳沈積速率而被沈積，其是較比較例1至2者高至少1.5倍至1.9倍。
另外，實例2至5之折射率為1.48，比較例1之折射率為1.47，且實例2之折射率為1.48。
另外，實例2至5之O/Si原子比為1.79。由圖3可確認的是實 例2至5及比較例1至2都是包含Si-O鍵的絕緣膜，且可以被確認的是薄膜厚度為809Å，薄膜具有-331MPa之非常高的應力以及5.02*10-3克/[m2-日](g/[m2-day])之非常低的水蒸氣滲透率。因此，可以確認的是實例2至5的雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺化合物得以形成高品質矽氧化物膜，相較於比較例1及2中者，其具有高應力以及低水蒸氣滲透率。
[實例6]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之電漿增強原子層沈積(PEALD)的氮化矽膜之製造
膜成形評估藉由使用實例1所製備之雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺作為用於形成氮化矽膜之組成物，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知PEALD進行。作為反應性氣體，氨及氮氣被與電漿一同使用，且氮氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估藉由改變反應性氣體及電漿的時間而進行。表3顯示用於沈積氮化矽膜的特定方法。
經沈積之薄膜的厚度通過橢圓偏光計量測，氮化矽膜的成形是使用紅外光光譜儀分析，且氮化矽膜的組成物是使用X射線光電子光譜儀分析。另外，氮化矽膜之應力使用應力計被分析，且薄膜的水蒸氣滲透率是使用水蒸氣滲透率測試器量測以量測薄膜的水蒸氣滲透率。下表4顯示氮化矽膜之特定分析結果，且圖6顯示使用紅外光光譜儀的所沈積之膜的分析結果。
[實例7]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之電漿增強原子層沈積(PEALD)的氮化矽膜之製造
膜成形評估藉由使用已知PEALD，在與實例6中相同的沈積 條件下進行，除了氨(ammonia)反應性氣體及電漿的時間是0.8秒，且氮氣反應性氣體及電漿的時間為1.5秒，如表3所述，且經沈積之薄膜藉由使用實例6中相同的分析方法及條件被分析，而獲得其分析結果。表3及4顯示用於沈積氮化矽膜的特定方法以及分析結果。另外，圖4顯示通過紅外光光譜儀分析的所沈積之膜。
[實例8]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之電漿增強原子層沈積(PEALD)的氮化矽膜之製造
膜成形評估藉由使用已知PEALD，在與實例6中相同的沈積條件下進行，除了RF能量是800瓦(W)，氨反應性氣體及電漿的時間是0.6秒，且氮氣反應性氣體及電漿的時間為1.0秒，如表3所述，且經沈積的薄膜藉由使用實例6中相同的分析方法及條件被分析，而獲得其分析結果。下表3及4顯示用於沈積氮化矽膜的特定方法及分析結果。再者，圖4顯示通過紅外光光譜儀分析的所沈積之膜。
[實例9]藉由使用雙(甲基矽基)二甲基胺甲基矽基胺之電漿增強原子層沈積(PEALD)的氮化矽膜之製造
膜成形評估藉由使用已知PEALD，在與實例6中相同的沈積條件下進行，除了RF能量是800瓦，氨反應性氣體及電漿的時間是0.6秒，且氮氣反應性氣體及電漿的時間為0.8秒，如表3所述，且經沈積的薄膜藉由使用實例6中相同的分析方法及條件被分析，而獲得其分析結果。下表3及4顯示用於沈積氮化矽膜的特定方法及分析結果。再者，圖4顯示通過紅外光光譜儀分析的所沈積之膜。
[比較例3]藉由使用二甲基胺二甲基矽基雙二甲基矽基胺之 電漿增強原子層沈積(PEALD)的氮化矽膜之製造
膜成形評估藉由使用二甲基胺二甲基矽雙二甲基矽基胺化合物作為用於形成氮化矽膜的組成物，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中，使用已知PEALD進行。作為反應性氣體，氨及氮氣被與電漿一同使用，且氮氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估藉由改變反應性氣體及電漿的時間而進行。表3顯示用於沈積氮化矽膜的特定方法。
經沈積之薄膜的厚度通過橢圓偏光計量測，氮化矽膜的成形是使用紅外光光譜儀分析，且氮化矽膜的組成物是使用X射線光電子光譜儀分析。另外，氮化矽膜之應力使用應力計被分析，且薄膜的水蒸氣滲透率是使用水蒸氣滲透率測試器量測以量測薄膜的水蒸氣滲透率。下表4顯示氮化矽膜之特定分析結果，且圖4顯示使用紅外光光譜儀的所沈積之膜的分析結果。
[比較例4]藉由使用雙二乙基胺矽烷之電漿增強原子層沈積(PEALD)的氮化矽膜之製造
膜成形評估藉由使用雙二乙基胺矽烷化合物作為用於形成氮化矽膜之組成物，於一般電漿增強原子層沈積(PEALD)設備中使用已知PEALD進行。作為反應性氣體，氨及氮氣與電漿一同使用，而氮氣，其是惰性氣體，被用於充換的目的。膜成形評估藉由改變反應性氣體及電漿的時間而進行。表3顯示用於沈積氮化矽膜的特定方法。
經沈積之薄膜的厚度通過橢圓偏光計量測，氮化矽膜的成形是使用紅外光光譜儀分析，且氮化矽膜的組成是使用X射線光電子光譜儀分析。另外，氮化矽膜之應力使用應力計被分析，且薄膜的水蒸氣滲透率是 使用水蒸氣滲透率測試器量測以量測薄膜的水蒸氣滲透率。下表4顯示氮化矽膜之特定分析結果，且圖4顯示使用紅外光光譜儀的所沈積之膜的分析結果。
[表3]藉由電漿增強原子層沈積之氮化矽膜的沈積條件
Figure 107141567-A0202-12-0029-11
Figure 107141567-A0202-12-0030-12
可由表3及表4理解的是，實例6至9之沈積中基於總沈積時間的沈積速率為8.46至12.97Å/分鐘且基於沈積循環的沈積速率為0.65Å/循環。再者，經顯示的是，在比較例3至4之沈積時間下，基於總沈積時間之沈積速率在2.60至3.26Å/分鐘的範圍內，且基於沈積循環的沈積速率在0.20至0.25Å/循環的範圍內。另外，比較例3之化合物顯示較本發明之化合物低的沈積速率，即使該氮化矽膜是藉由在300℃高溫下進行沈積而製造。另一方面，用於沈積本發明之含矽薄膜的組成物即使在100℃或更低之很低的溫度下，顯示非常高的沈積速率。結果，當根據本發明之前驅物被用於實例6至9中時，可以理解的是該薄膜是在非常高的沈積速率下被沈積，其是較其他矽前驅物高至少2.6倍至4.9倍。
再者，基於所製造的氮化物膜的分析結果，已確認的是包括Si-N鍵的絕緣膜在實例6至9以及比較例3至4的全部中被製造，且已確認的是具有0.85之Si/N原子比的氮化物膜是於實例6中製造，具有0.87之Si/N原子比 的氮化物膜是於實例7中製造，具有0.87之Si/N原子比的氮化物膜是於實例8中製造，而具有0.96之Si/N原子比的氮化物膜是於實例9中製造。另外，在實例6至9中，已確認的是具有折射率為1.84、1.82、1.81及1.77的氮化物膜被製造。除此之外，可確認的是在實例6至9中製造的氮化物膜具有明顯絕佳的水蒸氣滲透率，其是較比較例3至4中製造的氮化物膜高至少10倍至20倍，其中所有的氮化物膜具有相同的薄膜厚度。
換句話說，當含矽薄膜是使用根據本發明之包括由化學式1所表示之三矽基胺化合物的用於沈積含矽薄膜之組成物所製造時，可以理解的是具有高純度、高應力以及在100℃或更低之溫度下有高水蒸氣滲透率的高品質含矽薄膜可以令人驚訝的以快速速率形成。再者，可理解的是藉由使用根據本發明之用於沈積含矽薄膜之組成物所製造的含矽薄膜具有絕佳應力強度及非常低的水蒸氣滲透率，藉此對於用於半導體或顯示器之領域中的封裝體是非常有用的，且再者得以在100℃或更低溫之下以極高的沈積速率形成該封裝體，並因此一個由該封裝體保護的保護物件可以不受到熱損害。
以上，雖然本發明是藉由特定的事項、有限的例示性實施例及圖式所敘述，其等僅是被提供用以輔助以完整了解本發明。因此，本發明並非限制於例示性實施例。本發明所屬技術領域具有通常知識者可基於本說明書的內容進行各種修改和變化。
藉此，本發明之精神不應被限制於上述例示性實施例，且下列申請專利範圍以及對申請專利範圍之所有同等或等效(equivalently)修飾者意欲落於本發明之範圍及精神之內。
Figure 107141567-A0202-11-0002-1

Claims (12)

  1. 一種用於沈積含矽薄膜的組成物，其包含由下列化學式1所表示之三矽基胺化合物：
    Figure 107141567-A0305-02-0035-1
     其中，該組成物是用於其中將被沈積之基材的溫度是低於100℃的低溫沈積。
  2. 一種用於製造含矽薄膜的方法，其包含：將由下列化學式1所表示之三矽基胺化合物供應至其中設置有將被沈積之基材的腔室中：
    Figure 107141567-A0305-02-0035-2
     其中，該將被沈積之基材的溫度是低於100℃。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該將被沈積之基材的溫度是95℃或更低。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該含矽薄膜是氮化矽膜，且該含矽薄膜之沈積速率是8Å/分鐘或更高。
  5. 如請求項2所述之方法，其中該含矽薄膜是矽氧化物膜，且該含矽薄 膜之沈積速率是70Å/分鐘或更高。
  6. 如請求項2所述之方法，其中在供應該三矽基胺化合物的之前、期間及/或之後，任意一種或是二種或多種氣體被供應，該氣體是選自於氧氣(O2)、臭氧(O3)、蒸餾水(H2O)、過氧化氫(H2O2)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、氨(NH3)、氮氣(M2)、聯氨(N2H4)、聯氨衍生物、二胺、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、C1-C12飽和或不飽和烴、氫氣、氬氣及氦氣。
  7. 如請求項2所述之方法，進一步包含：a)將設置於該腔室中之該將被沈積之基材加熱並維持於一沈積溫度；b)使該將被沈積之基材與該三矽基胺化合物接觸，並使該三矽基胺化合物吸附至該將被沈積之基材上；以及c)將反應性氣體注入至其上吸附有該三矽基胺化合物的該將被沈積之基材中。
  8. 如請求項7所述之方法，其中步驟a)至c)是以一循環進行，且每個循環中該含矽薄膜之沈積速率是0.65Å/循環或更高。
  9. 如請求項7所述之方法，其中步驟a)至c)是以一循環進行，且每個循環中該含矽薄膜之沈積速率是2.5Å/循環或更高。
  10. 如請求項7所述之方法，其中該反應性氣體是選自於含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體、惰性氣體，或其等的混合氣體，且是經電漿活化之氣體。
  11. 如請求項2所述之方法，其中該含矽薄膜是選自於矽氧化物薄膜、碳氧化矽薄膜、碳氮化矽薄膜、氮化矽薄膜、氮氧化矽薄膜、碳氮氧化 矽薄膜，以及矽碳化物薄膜的一者或是二或更多者。
  12. 一種含矽薄膜，其是由請求項2至11之任一項所述的方法製造。
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