[发明专利]利用循环CVD或ALD制备金属氧化物薄膜

说明书

引用的相关申请

本专利申请要求2008年4月11日提交的美国临时专利申请序列号 US61/044,270的优先权。

技术领域

本发明涉及利用循环CVD或ALD制备金属氧化物薄膜。

背景技术

作为下一代动态随机存储器(DRAM)器件的有前景的电容器材料之一， 高介电常数(高k)薄膜比如SrTiO₃(STO)和Ba(Sr)TiO₃(BST)已得到了广泛的研 究。鉴于此用途，需要在三维(3-D)电容器结构式上实施膜厚度和成分都非 常均匀的沉积。

近年来，人们利用各种源材料进行原子层沉积(ALD)工艺的研究，以满 足这些要求。由于其独特的自限制沉积机理，ALD是最有前景的技术之一。利 用逐层膜沉积工艺，ALD通常可显示出低的沉积温度、在高纵横比特征件 (feature)上优良的步进覆盖度、良好的厚度均匀性以及精确的厚度控制。

由于具有比如较高的沉积速率和较低的沉积温度等优点，同时也保持了 ALD的优点，等离子增强的ALD(PEALD)也得到了发展。

关于前驱体材料，例如可利用双(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸(dionato)) 锶、即(Sr(thd)₂)作为Sr的前驱体，TTIP(Ti-四异丙基氧化物)作为Ti的前驱体， 并且O₃、O₂等离子体或水蒸气作为氧化剂来沉积STO薄膜。尤其是对于Sr的 前驱体，尽管已广泛研究了Sr(thd)₂和一些其它的Sr的前驱体，但这些前驱体 仍有局限，比如蒸气压太低以及低温热分解等。

因此，仍然需要开发一种适宜的第2族或第4族金属的前驱体以及相应的 沉积工艺，特别重要的是找到具有相以配位体的第2族和第4族金属的络合物， 从而使得它们的物理和化学性能相一致，比如熔点、溶解度、蒸发行为以及相 对于半制品型的半导体表面的反应性方面相一致。因此，第2族和第4族金属 的络合物可被溶解在溶剂中，并且被传输至反应室，以沉积用于DRAM的多成 分金属氧化物薄膜。

发明内容

本发明是一种在基底上制备金属氧化物膜的循环沉积方法，它包括如下步 骤：将金属酮亚胺盐(ketoiminate)引入沉积室，并在加热的基底上沉积金属酮 亚胺盐；吹扫沉积室，以去除未反应的金属酮亚胺盐和任何副产物；将含氧源 引至加热的基底；吹扫沉积室以去除任何副产物；重复循环的沉积工艺，直至 形成了所需厚度的膜。

本发明包含以下技术方案：

技术方案1：一种在基底上制备金属氧化物膜的循环沉积方法，其包括如下步骤：

将金属酮亚胺盐引入沉积室，并在加热的基底上沉积化学吸附的金属酮亚 胺盐；

吹扫沉积室，以去除未反应的金属酮亚胺盐和任何副产物；

将含氧源引至加热的基底；

吹扫沉积室以去除任何副产物；并且

重复该循环沉积方法，直至形成了所需厚度的金属氧化物膜；

其中，金属酮亚胺盐选自由以下结构A所代表的组：

其中，M是第2族二价金属，其选自由钙、镁、锶和钡组成的组；其中R¹选自由具有1-10个碳原子的烷基、氟烷基、脂环基，以及具有6-12个碳原 子的芳基组成的组；R²选自由氢、具有1-10个碳原子的烷基、烷氧基、脂环 基，以及具有6-12个碳原子的芳基组成的组；R³选自由具有1-10个碳原子 的烷基、氟烷基、脂环基，以及具有6-12个碳原子的芳基组成的组；R⁴是带 有或不带有手性碳原子的C_2-3直链或支链烷基桥键，由此与金属中心构成五元 或六元配位环；R^5-6独立地选自由具有1-10个碳原子的烷基、氟烷基、脂环基， 以及具有6-12个碳原子的芳基组成的组，并且它们能够连接从而形成含碳、 氧或氮原子的环。