[发明专利]用于气相沉积的含钛前体

说明书

相关申请的交叉引用

本申请为2010年12月30日提交的在先申请No.12/981,872的部分继续申请，其依据35 U.S.C.§119(e)主张2010年4月7日提交的临时申请No.61/321,763的权利，该两个申请的全部内容以引用之方式并入本文中。

技术领域

公开了含钛前体、其合成方法及使用气相沉积方法使用所述含钛前体沉积含钛层的方法。

背景技术

半导体行业所面对的严重挑战之一为开发用于DRAM和电容器的新栅极介电材料。数十年来，二氧化硅(SiO₂)为可靠的电介质，但随着晶体管已持续缩小且技术已从“全Si”晶体管发展至“金属栅极/高k”晶体管，基于SiO₂的栅极电介质的可靠性正达到其物理极限。随着用于当前技术的大小缩小，对新的高介电常数材料和方法的需求正日益增加且变得愈来愈关键。

与传统介电材料相比，标准介电材料如TiO₂或含有称作钛酸锶如SrTiO₃或Sr₂TiO₄或钛酸锶钡的碱土金属的新介电材料提供电容方面的显著优势。新的介电材料也为用于若干薄膜应用的有吸引力的候选者，如用于电子器件、抗反射光学涂层、生物相容涂层、光催化及太阳能电池的高介电常数材料。(H.A.Durand等人，Appl.Surf.Sci.86，122(1995)；C.-W.Wang等人，J.Appl.Phys.91，9198(2002)；M.Keshmiri等人，J.Non-Cryst.Solids 324，289(2003)；T.Inoue等人，Nature(伦敦)277，637(1979)；H.Kim等人，Appl.Phys.Lett.85，64(2004))。

此外，TiO₂也为用于介电和铁电应用的若干重要多金属氧化物体系如钛酸锶(STO)、钛酸锶钡(BST)和锆钛酸铅(PZT)的组分。(P.Alluri等人，Integr.Ferroelectr.，21，305(1998)；J.F.Scott等人，Science 246，1400(1989))。

然而，含钛层的沉积困难，且需要新的材料和方法。举例而言，原子层沉积ALD已被识别为用于微电子器件制造的重要薄膜生长技术，其依赖于由惰性气体净化分开的交替施加的前体的依序和饱和表面反应。常在该沉积方法中使用氧源如臭氧或水。ALD的表面控制性质藉由精确的厚度控制来实现具有高保形性和均匀性的薄膜的生长。

在STO ALD沉积中，可用Sr前体显示出与O₃的优良反应性和与水的可接受的反应性。然而，当在高温下沉积STO膜时，将臭氧用作氧化剂可具有对底层如TiN或氧化锶钌(SRO)的不当结果。其可氧化TiN层或部分蚀刻来自SRO层的Ru。

虽然已公开了Ti化合物的原子层沉积(ALD)，但这些金属前体具有尤其与水分的差的反应性和低稳定性，从而常需要低的基底温度和强氧化剂以使常受碳或氮污染的膜生长。

Air Liquide显示大多数标准均配Ti分子具有有限的ALD工艺温度窗或无沉积(R.Katamreddy，V.Omarjee、B.Feist、C.Dussarrat，ECSconference 2008)。举例而言，在水ALD方法中，Ti分子四(异丙醇)钛(TTIP)、四(二甲氨基)钛(TDMAT)、四(二乙氨基)钛(TDEAT)和四(乙基甲基氨基)钛(TEMAT)具有低于0.6埃/循环的沉积速率和不超过250℃的工艺窗。

需要在较高工艺温度下具有较高热稳定性的新Ti前体。需要高温方法产生高质量TiO₂(经掺杂或未经掺杂)和具有非常高的介电常数(优选k≥50)的STO膜。已报告，需要具有致密和柱状多晶微结构和小的平均晶粒大小(30nm)的STO膜以获得具有高k值的低漏泄电流(C.S.Hwang，S.O.Park，C.S.Kang，H.Cho，H.Kang，S.T.Ahn和M.Y.Lee，Jpn.J.Appl.Phys.，第1部分，34，5178 1995)。