隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展,作為其基礎(chǔ)器件的MOS晶體管尺寸不斷縮小,當(dāng)SiO2柵介質(zhì)的厚度減小到納米量級時,通過SiO2的漏電流隨厚度減小成指數(shù)增長,這樣巨大的漏電流不僅嚴(yán)重影響到器件性能,而且最終導(dǎo)致SiO2不能起到絕緣作用。使用高介電常數(shù)(即高K材料)替代SiO2是目前最有希望解決此問題的途徑。近年來,人們一直致力于發(fā)展多種硅的前驅(qū)體源來改善SiO2的ALD工藝過程,從而能進行原子層厚度的控制,也可以避免使用含氯的前驅(qū)體。高K材料的使用使得在保持相同電容密度的同時柵介質(zhì)可以有比較大的物理厚度,從而避免了在超薄SiO2柵介質(zhì)中隧穿導(dǎo)致的漏電流問題。
目前新發(fā)展的硅前驅(qū)體多包含新的配體或者多個配體的組合,這些配體本身的大小、空間位阻以及鍵能具有一定的可調(diào)范圍,從而可以調(diào)節(jié)硅前驅(qū)體的反應(yīng)性,使得其具有較好的蒸汽壓,這些配體包含胺基以及烴基等等。
相關(guān)的研究表明,三(二甲胺基)硅烷作為前驅(qū)體源不僅具有較好的穩(wěn)定性、較高的蒸汽壓,而且表現(xiàn)出了相當(dāng)高的反應(yīng)性,所以這種有機硅源成了目前ALD方法沉積SiO2研究的熱點。
制備方法
目前報道的三(二甲胺基)硅烷常用合成方法有:
1、用三氯硅烷直接和二甲胺氣體反應(yīng),但反應(yīng)中需使用6倍當(dāng)量的二甲胺氣體,其中3倍當(dāng)量的二甲胺用于吸收反應(yīng)生成的酸性物質(zhì),造成原料二甲胺嚴(yán)重的浪費,而且反應(yīng)中三氯硅烷上的氯不能完全徹底地被消除取代,產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品,后處理復(fù)雜且產(chǎn)率很低;
2、在極低的溫度條件下,用四(二甲胺基)鈦和過量的硅烷在甲苯溶液中反應(yīng),反應(yīng)溫度條件苛刻,且原料四(二甲胺基)鈦需預(yù)先制備獲得,制備過程復(fù)雜,成本高,甲苯作溶劑污染大,有毒性;
3、在90° C條件下用三(二甲胺基)氯化硅和叔丁基鋰在甲苯溶液中反應(yīng),同樣地,反應(yīng)原料三(二甲胺基)氯化硅需預(yù)先制備獲得,制備過程復(fù)雜,成本高,同時這種合成方法產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物三(二甲胺基)叔丁基硅,反應(yīng)的產(chǎn)率低。
一種三(二甲胺基)硅烷的制備方法,包括如下步驟:在惰性氣氛保護下,在反應(yīng)器中加入二甲胺和烴類溶劑,然后向體系中加入有機鋰化合物,制得二甲胺的鋰鹽;向體系中加入三氯硅烷;反應(yīng)結(jié)束后進行蒸餾,得到所述三(二甲胺基)硅烷。
其與現(xiàn)有合成方法相比具有以下顯著優(yōu)點:反應(yīng)以簡單易得的原料,操作簡單且降低了成本;使用簡單的烴類作為溶劑大大降低了體系的毒性和污染;大大簡化后處理操作,減少過多后處理過程中的損失;反應(yīng)過程中的副產(chǎn)物相對較少,產(chǎn)率較高。