[发明专利]高纯有机胺钽化合物的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯有机胺钽化合物的生产方法。

背景技术

近年来，随着微电子硅芯片向超大规模集成电路(ULSI)发展，器件尺寸的进一步缩小，进入到纳米尺度范围内，微电子制造领域发生了一系列的技术变革。比如，由于具有较高电导率和比银更少的电迁移特性，铜已取代铝成为在亚-0.5μm超大规模集成电路中的互连材料。采用铜作为互连材料可以减小芯片上互连线的电阻，或者在保持电阻不变的情况下减小互连金属的厚度来减小同一层内互连线间的耦合电容，从而降低耦合噪声和互连线的信号延迟。因此，从1997年开始，使用铜互连线制造的器件迅速得到普及，利用它所开发的新型电子产品体积变得更小，速度更快、功能更强，同时功耗也更低。

但铜作为互连材料也有一个缺点，即它很容易扩散到硅基底层中，这种扩散现象在高温烤制元器件时尤其严重。铜和硅在沉积温度下的相互反应导致了铜硅化合物或铜掺杂硅等杂质的形成，这两种杂质均会降低铜硅双层结构的表面性能，严重时甚至使元器件失效。因此，在铜和硅之间镀覆一层扩散阻挡膜十分关键。在所有曾经尝试过的扩散阻挡膜材料中，TiN膜研究得最多并被认为是铜硅间最好的扩散阻挡材料。然而，近年来的研究表明，TiN膜作为铜硅间扩散阻挡材料存在一个明显的缺点，即：TiN沉积成膜时，成膜粒子边界倾向于互相平行，形成几乎和硅基底层垂直的结构，这些与基底层垂直的晶界为原子迁移提供了便捷的扩散通道，使得铜原子能轻易地迁移到硅层而最终使得元器件失效，这种失效现象在扩散阻挡膜较薄时尤其明显。而未来微电子元器件的发展趋势要求铜硅之间的扩散阻挡层厚度小于10nm，在此条件下，TiN膜作为铜硅间的扩散阻挡材料显然已经无法满足要求。

同时，未来微电子元器件的发展还要求铜硅扩散阻挡膜在高纵横比(high-aspect-ratio)(纵横比定义为该薄膜的厚度和宽度之比)条件下能有良好的等角覆盖属性(conformal coverage)。当等角覆盖良好时，线路板的角部和末端均能覆盖完整；当等角覆盖不佳时，线路的角部和底部镀覆不完整甚至没有被镀覆。而线路板尺寸的减小同时纵横比的增大是下一代微电子元器件的发展趋势，这就对成膜过程及成膜材质提出了更高的要求，以达到更高的纵横比及等角覆盖。近年来，大量的实验及实践结果表明，TaN薄膜是最合适的铜硅阻挡材料。它不仅与铜、硅有很好的附着性能，而且不与铜、硅发生化学反应，只须很薄时(在亚250nm线路中不超过10nm)就能有效阻挡铜向硅层的扩散，使得在印刷电路时能将更多的金属铜印刷到线路中以降低元器件互连线路的电阻。可以预见，随着微电子工业的发展，性能优良的TaN薄膜必将在微电子元器件、动态随机存储器、集成电路等方面得到越来越广泛的应用。

目前制备TaN薄膜的方法，依据钽原料的不同可分为：金属钽靶材、钽卤化物和有机胺钽化合物。金属钽靶材磁控溅射制备的薄膜中常含有大密度的电子陷阱，需要后续高温退火处理；离子束溅射沉积法中，由于高真空度和高能离子束的作用，基体的微观结构可能会改变，同时由于离子束的轰击作用，薄膜化学剂量比难于控制；钽卤化物(TaX₅，包括TaBr₅、TaCl₅、TaF₅与TaI₅)在化学气相沉积TaN薄膜过程中，以氨为还原剂(热分解成N₂+3H₂)，会产生强腐蚀性的氢卤酸或卤素分子，设备腐蚀严重；而有机胺钽化合物化学气相沉积法(MOCVD)与其它TaN薄膜制备方法相比具有反应温度低、沉积层厚度可任意调控、易于得到高纵横比及良好等角覆盖、易于实现低成本大面积沉积等一系列优点，是目前制备TaN薄膜最常用的方法。