[发明专利]前体组合物和方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及气相沉积前体组合物及其在薄膜气相沉积中的应用的领 域。特别地，本发明涉及可用作薄膜气相沉积的前体的含胺基基团的化合物领 域。

背景技术

在原子层沉积(“ALD”)工艺中，通过将表面暴露至两种或多种化学反应剂交 替的蒸气中而沉积了保形薄膜(conformal thin film)。来自第一前体(也被称为有 机金属化合物、源或反应剂)的蒸气被导入到表面，在其上将沉积所需的薄膜。 任何未反应的蒸气随后在真空条件下从系统中除去。接下来，来自第二前体的 蒸气被导入到表面并被允许和第一前体反应，而任何多余的第二前体蒸气被除 去。ALD工艺中的每一步骤典型地沉积单层所需薄膜。重复这种步骤序列直到 获得所需的薄膜厚度。通常地，ALD工艺在较低的温度下实施，例如200到 400℃。确切的温度范围将取决于待沉积的特定薄膜以及所使用的特定前体。 ALD工艺已被用来沉积纯金属以及金属氧化物、金属氮化物、金属碳氮化物和 金属硅氮化物。

ALD前体必须具有充足的挥发性以保证在反应器中有足够的前体蒸气浓 度，从而在合理的时间段内于基底表面上沉积单层(monolayer)。前体也必须是 足够稳定的以在没有过早的分解和不期望的副反应发生的情况下被蒸发，但也 必须具有足够的反应活性以在基底上形成所需的薄膜。因为这种所需的挥发性、 表面反应活性、和热稳定性性能的平衡，合适的ALD前体存在着总体性地缺陷。

含有金属-氧键的前体化合物，例如金属醇盐和金属β-二酮化物，已被用来 提供必须的热稳定性，然而这种前体化合物挥发性不足，并在ALD工艺中需要 相对高的温度。具有金属-氮键的前体，特别是金属的二烷基胺和金属脒化物 (metal amidinate)，已被认为是有前景的用于ALD工艺的候选物。由于烷基胺 配体有效地阻止了邻近的前体分子与前体化合物的金属中心的相互作用，烷基 胺前体趋向于拥有高挥发性。然而烷基胺前体具有相较于其在ALD工艺的应用 中所需要的较低的热稳定性。另一方面，由于脒基配体(amidinato)的螯合效 应，脒化物前体趋向于更加热稳定，但却具有相对低的挥发性，难以被实际用 于ALD应用中。某些传统的ALD工艺利用直接液体注射(injection)工艺，其 中所需的前体化合物通常溶解于合适的有机溶剂中。然而，难于选择同前体挥 发性相匹配的溶剂以防止在气化过程中产生颗粒。有时，所需的ALD前体在这 种溶剂中溶解不充分而不能实际用于直接液体注入工艺中。

因此仍存在着对于具有“恰到好处的效果”的合适的源的需要，也就是说， 该源具有相当好的挥发性，优选其是液体或易于液化的低熔点固体，以及显著 较大的热稳定性(与传统的二烷基胺源相比)，和足够的有机溶剂溶解性，从而满 足ALD的需求并制备出高均匀性和实质上无碳和无颗粒的薄膜。

发明内容

本发明提供了用于薄膜的气相沉积的组合物，包括含胺基基团的气相沉积 前体，该前体包含选自于过渡金属、磷、锑和砷的金属或准金属(metalloid)， 和能够与所述金属或准金属共享电子的稳定添加剂化合物，其中稳定添加剂化 合物以基于气相沉积前体的0.01到3摩尔当量的量存在。相较于相应的含胺基 基团的前体自身而言，这种组合物具有更高的热稳定性和更大的挥发性。本发 明进一步提供了含有上述组合物的蒸气输送气罐(cylinder)。

本发明还提供了制备上述组合物的方法，包括：将含胺基基团的气相沉积 前体和稳定添加剂化合物混合；将气相沉积前体和稳定添加剂的混合物加热； 混合气相沉积前体和稳定添加剂以形成混合物。

本发明进一步提供了沉积薄膜的方法，所述方法包括在气相沉积反应室内 提供基底；传输作为第一前体的上述组合物；将含胺基基团的气相沉积前体化 学吸附在基底表面上；从反应器中除去所有未化学吸附的含胺基基团的气相沉 积前体；以气体形态传输第二前体至反应器；使第一和第二前体反应，以在基 底上形成薄膜；除去所有未反应的第二前体。

附图说明

图1示出了传统的含胺基基团的气相沉积前体的样品温度—时间的曲线。

图2示出了本发明组合物的样品温度—时间的曲线。

具体实施方式