[发明专利]含镧系元素的前体的制备和含镧系元素的薄膜的沉积

说明书

背景技术

工业面临的一个严重挑战为开发用于动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory，DRAM)及电容器的新颖门极介电材料。数十年来，二氧化硅(SiO₂)为可靠介电质，但作为晶体管已持续缩小且技术由“全Si”晶体管变为“金属门极/高k值”晶体管，SiO₂基门极介电质的可靠性达到其物理极限。由于用于目前技术的尺寸正在缩小，因此对新颖高介电常数材料及方法的需求逐渐增加，且变得愈来愈关键。尤其基于含镧系元素材料的新一代氧化物被视为在电容方面与公知介电材料相比产生了明显优势。

然而，含镧系元素层的沉积较难，并不断需要新颖材料及方法。例如，原子层沉积(ALD)已被视为用于微电子器件制造的重要薄膜生长技术，其依赖于通过惰性气体吹扫而分开的、交替施用的前体的连续及饱和的表面反应。ALD的表面受控性质使得薄膜的生长能够在精确厚度控制下具有高度正形性及均一性。对开发用于稀土材料的新颖ALD方法的需求是显而易见的。

令人遗憾的是，已证实将化合物成功并入沉积方法中是困难的。通常提出了两类分子：β-二酮合物类及环戊二烯基类。前类化合物是稳定的，但熔点始终超过90℃，从而使其不实用。2，2-6，6-四甲基庚二酸根合镧系元素[La(tmhd)₃]的熔点高达260℃，且相关的2，2，7-三甲基辛二酸根合镧系元素[La(tmod)₃]的熔点为197℃。另外，β-二酮合物类的分配效率非常难以控制。未经取代的环戊二烯基化合物也表现出低的挥发性及高熔点。分子设计可有助于改良挥发性并降低熔点。然而，在工程条件中，这些种类的材料已证实用途有限。例如，La(iPrCp)₃并不允许高于225℃的ALD方案。

目前可得到的一些含镧系元素的前体在用于沉积方法中时表现许多缺点。例如，氟化的镧系元素前体可产生副产物形式的LnF₃。已知此副产物难以移除。

因此，仍然需要用于沉积含镧系元素薄膜的替代性的前体。

发明概要

本文公开了下述通式的含镧系元素前体：

Ln(R¹Cp)_m(R²-N-C(R⁴)＝N-R²)_n，

其中：

-Ln为镧系金属，具有约0.75至约0.94的离子半径、3+电荷及6的配位数；

-R¹选自由H及C₁-C₅烷基链组成的组；

-R²选自由H及C₁-C₅烷基链组成的组；

-R⁴选自由H及Me组成的组；

-n及m在1至2的范围内；且

-该前体具有低于约105℃的熔点。

所公开的含镧系元素前体可任选地包括下述一个或多个方面：

-Ln选自由Lu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm及Yb组成的组。

-Ln选自由Er及Yb组成的组。

-R¹选自由Me、Et及iPr组成的组。

-R²选自由iPr及tBu组成的组。

还公开了在半导体基底上沉积含镧系元素的薄膜的方法，该方法包括：

a)提供基底，

b)提供所公开的含镧系元素的前体，和

c)在该基底上沉积含镧系元素的薄膜。

所公开的方法可任选包括下述一个或多个方面：

-在介于约150℃与600℃之间的温度使含镧系元素的薄膜沉积在所述基底上。

-在介于约0.5毫托与约20托之间的压力使含镧系元素的薄膜沉积在所述基底上。

-所述含镧系元素的前体在低于70℃的温度为液体。

-所述含镧系元素的前体在低于40℃的温度为液体。