[发明专利]四脒基金属(IV)化合物及其在气相沉积中的用途

说明书

相关申请的交叉参考

本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2006年6月28日提交 的、标题为“四脒基金属(IV)化合物及其在气相沉积中的用途(Metal(IV) Tetra-Amidinate Compounds And Their Use In Vapor Deposition)”美 国临时专利申请No.60/817,209(将其全部引入作为参考)的权利。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及含有键合于四个脒配体的+4氧化态的金属的 新化合物，本发明还涉及这些化合物作为用于气相沉积含金属层的前 体的用途。

2.背景技术说明

目前，具有高介电常数(“高-k介电常数”)的电绝缘材料 正用于制造计算机内存(动态随机存取存储器，或DRAM)。目前氧化 铝和氧化钽在商业上应用于DRAM，且正试验铪和锆的氧化物、氮化 物和硅酸盐作为未来应用的替代物。这些高-k材料也可以用作微电子 器件中未来晶体管中的绝缘体。

金属如钽、钨、铪、锆、钛、铌和钼的导电氮化物具有多 种应用和潜在的应用，如相对于铜扩散的隔离物，和作为用于微电子 器件中电容器和晶体管的电极。这些难熔金属还发现用作用于铜的促 进粘合层和作为电极或电连接。

气相沉积是用于制备这些金属的优选方法。气相沉积是包 括化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)的通称。CVD工艺中，使 一种或多种蒸气递送到其上沉积固体金属的表面，通过诸如热、光或 电激发(等离子体活化)的方式引发将蒸气转化为固体的化学反应。 ALD工艺中，将两种或多种蒸气交替地递送到其上发生反应的表面以 沉积固体产物。ALD能够在现代DRAM中极窄结构之内沉积这些材 料。CVD通常提供比ALD更高的沉积速率，但是在极窄孔隙内具有 更低均匀性的沉积。

成功用于气相沉积的前体必须是挥发性、热稳定和高反应 性的。鉴别满足所有这些挑战性要求的化合物是困难的。对于金属如 铪、锆、钽、铌、钨、钼、锡、碲和铀的完全令人满意的前体并不是 已知的。卤化物，如ZrCl₄、HfCl₄和TaCl₅难以在一些衬底表面上成 核，且副产物盐酸阻止了窄孔隙内完全共形的沉积。烷氧化物和二烷 基氨基化物低于最佳热稳定性。有机金属化合物可能缺乏适宜的反应 性，在膜中留下杂质碳。由此，存在对于这些金属的更高挥发性、热 稳定和高反应性原料的需求。

发明概述

本发明一方面包括含有键合于四个脒配体的+4氧化态的 金属的新化合物。优选实施方式中，这些配体包括N，N’-二烷基脒配 体。优选的金属包括铪、锆、钽、铌、钨、钼、锡、碲和铀。

一种或多种实施方式中，该化合物具有如下结构式： 其中，M为+4氧化态的金属，且R¹到R¹²各自独立地选自氢、 烃基、取代的烃基和其他非金属原子的基团。

一种或多种实施方式中，该烃基选自烷基、环烷基、烯基、 环烯基、炔基和环炔基以及由烃的氟化衍生物组成的取代的烃基，或 包含非金属原子的基团选自烷基甲硅烷基和烷基氨基。

一种或多种实施方式中，金属M选自锆、铪、锡、钽、 铌、钨、钼、铀、铼、铂、锇、铱、钌、钯、钛、铑、钒、铈和铅， 或金属M选自铪、锆、钽、铌、钨、钼、锡、碲和铀。

一种或多种实施方式中，R¹到R¹²中至少一个为具有5个 或更少碳的低级烷基。

一种或多种实施方式中，R¹到R¹²选自具有5个或更少碳 的低级烷基和氢。

一种或多种实施方式中，R¹、R³、R⁴、R⁶、R⁷、R⁹、R¹⁰和R¹²是在α-位非支化的烷基。

本发明另一方面包括采用依据本发明一种或多种实施方 式的新化合物沉积包含金属的膜的方法。该方法包括使加热的表面暴 露于一种或多种挥发性四脒基金属化合物的蒸气。示例性沉积方法包 括化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)。