[发明专利]有机金属化合物、方法及使用方法

说明书

发明领域

本发明涉及有机金属化合物，制备有机金属化合物的方法，以及由有机金属前体化合物制备膜或涂层的方法。

发明背景

目前，对于多种应用，半导体工业正考虑使用多种不同金属的薄膜。已经评估了作为形成这些薄膜的可能前体的很多有机金属络合物。工业中需要开发出新的化合物以及探索这些化合物作为用于膜沉积的前体的可能性。由于在薄膜中对于更高的一致性和共形性的需求不断增加而从物理蒸气沉积(PVD)到化学蒸气沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)过程的工业运动，已经导致对于用于未来半导体材料的适当前体的需求。

已经评估了作为形成这些薄膜的可能前体的很多有机金属络合物。这些有机金属络合物包括例如羰基络合物如Ru₃(CO)₁₂，二烯络合物例如Ru(η³-C₆H₈)(CO)₃、Ru(η³-C₆H₈)(η⁶-C₆H₆)，β-二酮酸盐络合物例如Ru(DPM)₃、Ru(OD)₃，和二茂钌络合物例如RuCp₂、Ru(EtCp)₂。

羰基和二烯络合物往往会表现出低的热稳定性，这使得他们的加工变得复杂。而β-二酮酸盐在中等温度是热稳定的，其低的蒸气压及其在室温的固态一起使得在膜沉积期间难以达到高的生长速度。

二茂钌络合物已经作为用于Ru薄膜沉积的前体而引起了显著注意。虽然二茂钌是固体，但是用乙基取代基对两个环戊二烯基配体的官能化获得了液体前体，所述液体前体具有母二茂钌的化学特征。遗憾的是，具有该前体的沉积物通常表现出长的培养时间和不佳的成核密度。

近些年，由于化学蒸气沉积(CVD)技术的发展，通过有机金属前体的离解而以高的纵横比特征沉积出共形金属层的能力已经引起了关注。在这样的技术中，将包含金属成分和有机成分的有机金属前体引入到加工室中，并且离解以在基底上沉积出金属成分，同时前体的有机部分则从室中排出。

对于通过CVD技术进行的金属层的沉积，有少数几种可市售获得的有机金属前体，例如钌前体。可利用的前体产生可能具有不可接受水平的污染物例如碳和氧，并且可能具有较不理想扩散抗性、低的热稳定性和不良层特征的层。此外，在某些情况下，用于沉积金属层的可利用前体产生具有高电阻率的层，并且在某些情况下，产生绝缘的层。

原子层沉积(ALD)被认为是用于沉积薄膜的优良技术。然而，有关ALD技术的挑战是获得合适的前体。ALD沉积方法涉及一定顺序的步骤。这些步骤包括1)在基底表面上吸附前体；2)清除掉气相中的过量前体分子；3)引入反应物以与基底表面上的前体反应；和4)清除掉过量反应物。

对于ALD方法，前体应当满足严格要求。首先，在沉积条件下，ALD前体应当能够经由物理或化学吸附而在基底表面上形成单层。其次，吸附的前体应当足够稳定以防止在表面上发生导致高杂质水平的过早分解。再者，吸附的分子应当具有足够的反应性以与反应物相互作用，从而于较低温度下在表面上留下纯相的所需材料。

与采用CVD一样，对于通过ALD技术进行的金属层的沉积，有少数几种可市售获得的有机金属前体，例如钌前体。可利用的ALD前体可具有一个或多个以下缺点：1)低蒸气压，2)错误的沉积材料相，和3)膜中高碳掺入。

在开发用于通过化学蒸气沉积或原子层沉积方法来形成薄膜的方法中，持续需要这样的前体，其在室温优选为液体，具有充分的蒸气压，具有适当的热稳定性(即对于化学蒸气沉积，将在加热的基底上分解，但是在递送期间不分解，对于原子层，将不发生热分解，但是当暴露于共反应物时，将发生反应)，可以形成均匀薄膜，并且留下很少(如果有的话)的杂质(例如卤化物、碳等)。因此，继续需要开发出新的化合物并且探索其作为用于膜沉积的化学蒸气或原子层沉积前体的可能性。因此，本领域中希望提供具有某些，优选所有上述特征的前体。

发明概述