[发明专利]含钌膜的沉积方法

说明书

背景技术

未来几年，钌预计被引入许多应用领域的工业半导体制造工艺。这种使用新型材料进行芯片制造的趋势必须解决由该工业中的不断扩大趋势产生的问题。对于下一代结点，Ru被认为是用于FeRAM和DRAM用途的电极电容器的最佳候选物。Ru具有理想的性能，例如高熔点、低电阻率、高抗氧化性、和足够的功函，这使其成为CMOS晶体管的有潜力的门电极材料。由于其较低的电阻率和Ru易于干蚀刻，Ru与铱和铂相比而具有优势。此外，RuO₂具有高电导率，因此，通过来自铁电膜(PZT、SBT、BLT...)的氧扩散而形成Ru氧化物，对电性能的影响比已知更绝缘的其它金属氧化物小。

Ru也是作为铜的衬里材料的有前途的BEOL工艺候选物。单一Ru膜可以代替Ta、Ta(Si)和铜晶种层。Ru法以单步骤代替了两步Ta/Ta(Si)N法。

可以获得多种Ru CVD前体，且许多已经过研究。但是，目前可得的前体具有极低的蒸气压(即对于Ru(EtCp)₂，在73℃为0.1Torr)。用这些已知前体获得的Ru膜含有显著量的碳和氧杂质。C杂质可能来自前体材料。O杂质来自共反应物气体(O₂)。从T.Shibutami等人，Tosoh R&DReview，47，2003中获知，Ru膜具有差的粘着性、均匀性，并具有特有的长诱导时间。

从例如US-B-6,897,160中获知，使用Ru前体，例如三羰基(1，3-环己二烯)Ru前体，以沉积粗氧化钌层，其中所述特定前体(见所述专利的实施例4)在室温(大约25℃)下保存在鼓泡器储器中，并将氦气鼓泡通入。

但是，如转让给相同受让人的US-A-6,517,616中所解释，这类Ru(CO)₃(1，3-环己二烯)产品在室温下不是液体(其在大约35℃熔融)，且必须将这种前体溶解在溶剂中以获得前体和溶剂的液体溶液，在其中鼓入惰性气体，例如氦气(US-B-6,517,616极详细公开了在溶剂中的钌前体溶液，另见US-B-5,952,716)。

在Y.W.Song等人的文章，ECS transactions，2(4)，1-11，2006中也公开了Ru(CO)₃(1，3-环己二烯)，包括其在环境温度下的固体性质，熔点为35℃。

所有已知的含CO分子的Ru前体具有基本相同的缺点，即它们的高熔点。这类固体产品要求使用溶剂以获得液体产品，由此才能通过直接气化或通过在其中鼓入惰性气体来将其送入反应器。

但是，由于溶剂粒子侵入反应器并在沉积膜中掺入多余杂质，溶剂的使用通常被认为对沉积过程具有不良的影响。此外，所用溶剂通常有毒和/或可燃，它们的使用带来许多限制(安全方面，环境问题)。此外，使用熔点高于20℃的前体(甚至熔点高于0℃的那些)意味着在沉积过程中(加热输送管线，以避免前体在不合意位置冷凝)和在运输过程中的许多额外限制。

已知的含CO的前体的反应性如今不能达到ALD沉积方案的要求。钌膜仅通过CVD沉积，一些文章甚至指出，ALD模式对Ru(CO)₃(1，3-环己二烯)前体而言是不可能的。

发明详述

本发明的目的是提供在室温下是液态、且更优选在高于0℃的温度下是液态的钌前体，其可以在不添加溶剂的情况下作为纯液体提供，这样能够根据与该前体一起使用的共反应物而沉积纯钌膜或含钌膜，所得膜的沉积没有可检出的诱导时间(incubation time)，且对其而言，对于纯钌沉积以及对于其它含钌膜(例如RuO₂)的沉积，可以获得ALD模式。

因此，提供了在基底上沉积含钌膜的方法，包括下列步骤：

a)向反应器内提供至少一种基底；

b)在所述反应器内引入至少一种具有下式的含钌前体：

(R_n-chd)Ru(CO)₃，

其中，

-(R_n-chd)代表被n个取代基R取代的一个环己二烯(chd)配体，任何R位于chd配体的任意位置上；

-n是包括1至8的整数(1≤n≤8)，并代表chd配体上的取代基数；

-当R位于chd配体的8个可用位置的任一个上时，R选自由C1-C4直链或支链烷基、烷基酰胺、醇盐、烷基甲硅烷基酰胺、脒根(amidinates)、羰基和/或氟烷基组成的组，而对于chd环中不包含在双键中的C位置上的取代，R也可以是氧O；