[发明专利]用于薄膜沉积的新V族和VI族过渡金属前体

说明书

本文描述了用作沉积含V族和VI族膜的前体的V族和VI族化合物。带有烷基、胺基、亚胺基、脒基和/或环戊二烯基(Cp)配体的配体用于形成用作前体的V族和VI族配合物。V族和VI族前体化合物的实例包括但不限于Cp胺基亚胺基烷基钒化合物、Cp胺基亚胺烷基胺基钒化合物、Cp胺基亚胺基烷氧基钒化合物、Cp胺基亚胺基脒基钒化合物和烷基亚胺基三氯化钒化合物。V族和VI族前体用于以优异膜性能(如均匀性、连续性和低电阻)在衬底表面上沉积。用于沉积含金属膜的衬底表面的示例包括但不限于金属、金属氧化物和金属氮化物。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2019年6月5日提交的美国申请No.62/857,650的权益。申请No.62/857,650的公开内容通过引用并入本文。

背景技术

本文描述了包含V族和VI族过渡金属的有机金属化合物、含有这些化合物的组合物以及在含金属膜的沉积中使用这些化合物作为前体的方法。

含过渡金属膜用于半导体和电子应用中。化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)已经被应用为用于生产半导体器件的薄膜的主要沉积技术。这些方法使得能够通过含金属化合物(前体)的化学反应来实现保形膜(金属、金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物等)。化学反应发生在可包括金属、金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物和其他表面的表面上。在CVD和ALD中，前体分子在实现具有高保形性和低杂质的高质量膜中起关键作用。CVD和ALD工艺中的衬底温度是选择前体分子的重要考虑因素。在150到500摄氏度范围内的较高衬底温度促进较高的膜生长速率。优选的前体分子必须在该温度范围内稳定。优选的前体能够以液相输送到反应容器中。与固相前体相比，液相前体向反应容器提供更均匀的前体输送。

含有IV族金属化合物(如锆)的环戊二烯基(Cp)桥连的有机金属化合物已被用作含IV族金属的膜的CVD和/或ALD的前体。含V族和VI族过渡金属，特别是钒、铌和钽、钼和钨的膜对于各种半导体或电子应用也是重要的。在Cp胺亚胺化合物和烷基亚胺三氯化物化合物中含有V族和VI族过渡金属的有机金属化合物及其合成方法通常是本领域已知的。

例如，Bouwkamp等在Organometallics 27，4071-4082(2008)中公开了Cp胺叔丁基亚胺甲基钒化合物；阳离子连接的Cp-胺基配合物和相关的半夹心配合物[CpV(N-p-Tol)(N-i-Pr₂)(BrC₆D₅)][MeB(C₆F₅)₃]与炔烃的反应，这为插入和[2+2]环加成化学提供了证据。

Witte，Peter T.等Journal of the American Chemical Society 119(43)，10561-10562，(1997)报道了简单烯烃(乙烯，丙烯)与阳离子d⁰钒(V)金属中心{[η⁵，η¹-C₅H₄-(CH₂)₂Ni-Pr]V(Nt-Bu)(η-烯烃)}+的加合物的产生和NMR-光谱表征，以及对这些新物质的量子化学计算。

Laurent，F.等，Journal of Materials Chemistry 3(6)：659-663(1993)公开了通过热分析研究的氯亚胺基钒化合物Cl₃VNR[R＝Me，C₆H₄Me，CMe³]并通过化学气相沉积(CVD)作为氮化钒的分子前体进行评估。分解机理是复杂的，并且取决于载气的性质，但是在两种情况下，分解结束的温度(900℃)对于它们在低温CVD工艺中的实际使用而言太高。化合物是挥发性的并且在相当低的温度(250℃)下分解，并且已经在热壁CVD反应器中用作氮化钒的前体。已经获得了闪亮的黑色金属样薄膜，其通过X射线粉末图谱和XPS分析被表征为碳氮化钒。