[发明专利]用于半导体领域的新型金属前体

说明书

技术领域

概括而言，本发明涉及半导体制造领域。更具体地，本发明涉及用于 在基底上沉积金属膜的新型前体。

背景技术

相较于其它沉积方法，例如，物理气相沉积(PVD)法，例如溅射、 分子束取向附生和离子束植入，ALD和CVD是沉积金属膜的特别有用的 技术。ALD和CVD还可用于在制造电子装置的设计中提供灵活性，包括 减少提供合意产物所需的加工阶段的数的可能。这些技术可以实现用于铜、 银、金和其它材料的沉积的保形沉积、选择性沉积。适用于形成金属膜的 方法需要鉴别须符合严格要求(例如，热稳定、易蒸发、反应性、清洁的 分解)的相关前体。

随着器件轮廓尺寸的减小和器件密度的增大，对于高性能互联材料的 需求不断提高。铜由于其低电阻率(Cu为1.67μΩcm，Al为2.65μΩcm)、 高的电迁阻抗和高熔点(Cu为1083℃，Al为660℃)，在超大规模集成 (ULSI)器件中提供了铝CVD的替代品。其低互联电阻率还提供了较快 的器件。

铜前体相当易挥发，且具有低的沉积温度，但对于热和氧高度敏感。 较后提到的前体较稳定，但离析为高熔点固体并因此需要高的沉积温度。 在使用某些有机金属前体时，在热CVD过程期间常常掺入杂质，例如碳 或氧。例如，(η5-C 5H 5)Cu(PMe3)制造铜膜，导致掺入磷。此外，含膦 的分子因为其高毒性而是不合格的。有机膦非常危险而PF3既危险且可能 导致不需要的磷污染和氟诱发的侵蚀/损坏。这样的化学品因此可能受到 严格的限制。

现有铜前体的例子包括(1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二酮合)CuL ((hfac)CuL)，其中L是路易斯碱。这些类型的前体是目前受到最多研 究的铜前体，因为它们可以经由热歧化反应而沉积铜。特别地，(1，1，1，5，5，5- 六氟-2，4-戊二酮)Cu(三甲基乙烯基硅烷)因为其为液体并具有合理的高蒸 气压而受到更多的关注。其它铜化合物，例如(1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二酮 合)CuL(其中L是1，5-环辛二烯(CUD)、炔或三烷基膦)是固体或蒸气 压低的液体。虽然(hfac)Cu(三甲基乙烯基硅烷)((hfac)Cu(tmvs))一直是 最常用的铜前体，但其稳定性对于具有再现性的铜膜的选择性生长是不令 人满意的。此外，研究证实(hfac)Cu(tmvs)在超高真空条件下的化学气相沉 积反应在沉积膜中产生了碳和氟污染。因此，具有高挥发性和稳定性且不 含氟化配体的前体对于通过CVD沉积铜是更理想的。

先前已使用不含氟化配体的乙酰乙酸酯衍生物的铜化合物作为CVD 前体。虽然报导指出这些化合物具有挥发性，且能够于低的基底温度沉积 铜膜。已发现，被研究的乙酰乙酸酯衍生物是有吸引力的，因为它们不使 用氟化配位基便具有挥发性，且在低于200℃的温度沉积铜膜。但是，这 些衍生物是具有高熔点的固体，且不能够进行铜的选择性沉积。另一方面， Cu(I)乙酰乙酸酯衍生物在较低温度经由歧化反应沉积铜膜。然而，由于其 为固体或低蒸气压的液体或者其热稳定性极低(即，其分解温度在其蒸发 温度的几度之内)，所以很少数可实际用作CVD前体。

因此，需要不存在配体的分解和相关有毒副产物的、用于沉积金属膜 的有机金属前体。

发明概要

本文公开了用于金属膜沉积的新型前体组合物。概括而言，所公开的 组合物利用包含铜、金、银等的前体化合物。更特别地，所公开的前体化 合物利用与金属(例如铜、金、银)偶合的戊二烯基配体来提高热稳定性。 此外，还公开了联合使用其它前体沉积金属膜的沉积铜、金或银的方法。 所述方法和组合物可用于多种沉积法中。所公开的化合物具有数个优点， 例如，在室温下的热稳定性。此外，所公开的前体不含有毒的磷化合物。 此方法和组合物的其它方面将更详细地描述于下文。