[发明专利]在基底上形成钌基薄膜的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年2月21日提交的、申请号为60/890,916的美国临 时申请的权益，该临时申请的全文通过引用并入本文。

技术领域

概括而言，本发明涉及半导体制造领域。更具体地，本发明涉及在基 底上形成含钌薄膜的方法。

背景技术

钌和钌化合物(例如氧化钌)被认为是有希望在下一代DRAM中用 作电容器电极材料的材料。当前，使用例如氧化铝、五氧化二钽、二氧化 铪和钛酸锶钡(BST)的高介电常数材料(也称为高k材料)制造这些电 容器电极。然而，这些高k材料使用高达600℃的温度制造，这导致多晶 硅、硅和铝的氧化，并致使电容损失。另一方面，钌和氧化钌都表现出高 的抗氧化能力和高的电导率，并适于用作电容器电极材料。它们还可以有 效地用作氧扩散阻碍层。还建议将钌用作镧系元素氧化物的门金属。此外， 钌比铂和其它贵金属化合物更易于通过臭氧以及使用氧的等离子体蚀刻。 最近，钌作为将低k材料与电镀铜分离的阻碍层以及作为籽晶层的应用也 已经引起了注意。

可以在适当的条件下由高纯四氧化钌(RuO₄)前体沉积高质量的钌和 氧化钌(RuO₂)薄膜。该前体也可用于钙钛矿型材料(例如氧化钌锶)的 沉积(成膜)，该钙钛矿型材料表现出极好的导电性和与钛酸锶钡和氧化 钛锶非常类似的三维结构。

然而，高纯四氧化钌是强氧化剂，并被认为具有高毒性。另外，高纯 四氧化钌的沸点为约130℃，因而其在高温下(高于大约108℃)具有爆炸 危险。因此建议在低温下储存纯四氧化钌以避免分解(爆炸)的可能性。

由于四氧化钌(RuO₄)的这些性质，特别是保存期间爆炸的危险，当 用作反应物时，通常需要将其稀释在适当的溶剂中而使用。已知使用例如 水、四氯化碳和烷烃作为溶剂。

当使用水作为溶剂时，进一步需要加入例如NaIO₄的稳定剂以防止 RuO₄在保存期间反应和分解。此外，使用该RuO₄水溶液作为钌基前体会 导致在薄膜和工具(例如反应室)中引入杂质。

由于四氯化碳的高毒性，电子工业中已经放弃了对其的使用，因此其 并不是用于四氧化钌前体溶液的理想溶剂选择。

例如戊烷和辛烷的烷烃可以用作RuO₄的溶剂，但是当在制造薄膜时 使用含有溶解的RuO₄的烷烃作为钌基前体时，烷烃(例如戊烷)和RuO₄之间的反应会引入碳。碳会导致钌型薄膜电阻的增加，因此在薄膜制造过 程中碳的存在被认为是不理想的。

发明概要

本文描述了在半导体制造过程中在基底上提供薄膜的新方法和配方。 所公开的方法和配方使用溶于至少两种不燃性的氟化溶剂混合物中的四氧 化钌的混合物。

在一个实施方案中，在半导体制造过程中在基底上提供薄膜的方法包 括提供反应室和包含在该反应室内的基底。提供钌基前体，其中该前体包 含至少两种不燃性氟化溶剂的混合物、溶于该溶剂混合物中的四氧化钌以 及小于约100ppm的水分。然后在基底上沉积含钌薄膜。

本发明的其它实施方案可以包括但不限于一个或多个下述特征：

-各种不燃性氟化溶剂都具有通式C_xH_yF_zO_tN_u；其中

x≥3；

y+z≤2x+2；

z≥1；

t≥0

u≥0；并且

t+u≥0

其中x、y、z、t和u都为整数。

-所述溶剂混合物是甲基九氟丁基醚和乙基九氟丁基醚的混合物；

-所述溶剂混合物包含约10体积％至90体积％、优选约30体积％的 甲基九氟丁基醚；

-所述溶剂混合物包含约10体积％至90体积％、优选约70体积％的 乙基九氟丁基醚；

-前体含有小于约1ppm的水分；

-前体含有小于约1ppm的未结合的或游离的氧(O₂)；

-反应室内的压力保持在约0.01托至约1000托之间；