[发明专利]具有开放配体的用于含钌膜沉积的前体

说明书

技术领域

本发明涉及用于含钌膜沉积的钌前体，其可用在半导体制造中。

背景技术

钌是用于下一代DRAM器件的电容器电极的、以及用于铜层和低-k介电层之间的阻挡和/或晶种层的最有前景的材料之一。现在，在电容器单元中使用高介电常数(高k)材料，例如氧化铝(Al₂O₃)、五氧化二钽(Ta₂O₅)、氧化铪和相关材料，或钛酸锶钡(BST)，该方法使用高达600℃的温度。在这种温度下，发生多晶硅、硅或铝的氧化，从而导致电容损耗。钌和氧化钌都具有高的抗氧化性和高的电导率，并可以用作电容器电极和防止氧扩散的有效阻挡层。钌也被用作氧化镧的栅极金属。此外，其容易通过臭氧或通过使用氧的等离子技术干蚀刻，而铂和其它贵金属化合物不行。钌也可以被用作阻挡层和晶种层，以将低-k材料层与电化学沉积的铜分离。

许多不同前体已经被建议用于钌或氧化钌层沉积：通常使用纯净或溶解在溶剂(例如四氢呋喃)中的二(乙基环戊二烯基)合钌[Ru(EtCp)₂]作为前体：其在室温下是液体，在75℃具有0.1Torr蒸气压。通常使用氧作反应物，通过在300℃至400℃的CVD，近期通过原子层沉积(ALD)，使用这种前体沉积Ru或RuO₂膜。

熔点大约200℃的二茂钌(RuCp₂)也是在与Ru(EtCp)₂相同的温度范围内，使用相同的反应物，通过CVD或ALD沉积Ru或RuO₂时常用的前体之一。

在室温下是液体并在200℃具有1Torr蒸气压的三(2，4-辛二酮根)合钌[Ru(OD)₃]也被用作在大约300℃温度范围内的CVD沉积的前体。

US-A-2004/0241321公开了“三明治型”前体，即钌原子被两个这些Op配体围绕在中间。

US-B-6,605,735公开了“半三明治”前体，其中钌原子被一个Op配体和一个环型(例如环戊二烯基)配体围绕在中间(该分子无论结构如何，都具有18个电子，8个来自Ru，5×2个来自Op或Cp，并因此是稳定的)。

对本领域技术人员而言，当在基材上沉积Ru或RuO₂层或膜时，具有一些问题：

(a)这种层/膜与基材的粘合性差；

(b)在该基材上的膜沉积物中存在杂质：沉积层中碳之类杂质的存在增大了膜的电阻率。有时在沉积层中存在其它杂质，例如氧、氢和/或氟，这取决于前体组成。

(c)由于这些前体(它们有时是固体)的蒸气压低，Ru前体产物的输送可能不容易，这也引起问题。

(d)Ru(EtCp)₂的培育时间：使用Ru(dmpd)(EtCp)可以降低这种培育时间。有时需要在Ru沉积之前溅射沉积晶种层，以避免在使用Ru(EtCp)₂时在生长初期的这种培育时间。

(e)一些前体具有非常低的挥发性，这降低了该方法的沉积速度。

通常在由氮化物或纯金属(例如Ta或TaN)制成的氧敏感表面上沉积钌膜。因此不希望使用氧作为共反应物，因为其引起下方层的部分氧化。

发明内容

根据本发明，使用用于含钌膜沉积的钌前体解决了这些(和其它)问题，该钌前体选自：Ru(XOp)(XCp)、Ru(XOp)₂、Ru(烯丙基)₃、RuX(烯丙基)₂、RuX₂(烯丙基)₂、Ru(CO)_x(脒根)_Y(Ru(CO)_x(amidinate)_Y)、Ru(二酮根)₂X₂(Ru(diketonate)₂X₂)、Ru(二酮根)₂(脒根)₂(Ru(diketonate)₂(amidinate)₂)、它们的衍生物及其任何混合物。