[发明专利]钼烯丙基络合物和其于薄膜沉积中的用途

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案主张于2012年1月26日提出申请的美国临时专利申请案第61/591,002号和于2012年10月10日提出申请的第61/711,770号的优先权，所述案件的整个揭示内容的全文出于所有目的都各自以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及钼(Mo)络合物和通过化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)使用所述络合物制备薄膜的方法。

背景技术

使用各种有机金属前体来形成金属薄膜。已使用多种技术进行薄膜沉积。这些技术包括反应性溅镀、离子辅助沉积、溶胶-凝胶沉积、CVD(还称作金属有机CVD或MOCVD)和ALD(还称作原子层外延)。CVD和ALD工艺的使用正日益增加，这是由于其具有良好组成控制、高膜均匀性、良好掺杂控制的优点，且其在高度非平面微电子装置几何结构上显著产生优良等形阶梯覆盖。

CVD为化学工艺，由此使用前体以在衬底上形成薄膜。在典型CVD工艺中，使前体在低压或环境压力反应室中越过衬底(例如晶圆)。前体在产生沉积材料的薄膜的衬底表面上反应和/或分解。通过使气体流经反应室来移除挥发性副产物。可能难以控制沉积膜厚度，这是由于其取决于诸如温度、压力、气体流体积和均匀性、化学耗尽效应和时间等许多参数的协调。

ALD还是用于薄膜沉积的方法。其是基于表面反应的自限制性、依序、独特膜生长技术，所述表面反应可提供精确厚度控制且将由前体提供的材料的等形薄膜沉积于不同组成的衬底上。在ALD中，在反应期间分离前体。使第一前体越过在衬底上产生单层的衬底。从反应室泵送出任何过量未反应前体。随后使第二前体越过衬底且与第一前体反应，从而在衬底表面上的第一形成膜单层上形成膜的第二单层。重复此循环以产生所需厚度的膜。ALD膜生长是自限制性的且基于表面反应，从而产生可以纳米厚度标度控制的均匀沉积。

薄膜具有多种重要应用，例如半导体装置的纳米技术和制作。所述应用的实例包括导电膜、高折射率光学涂层、抗腐蚀涂层、光催化自清洁玻璃涂层、生物相容性涂层、场效应晶体管(FET)中的电容器电介质层和栅极电介质绝缘膜、电容器电极、栅极电极、粘着扩散障壁和集成电路。薄膜还用于微电子应用中，例如用于动态随机存取存储器(DRAM)应用的高-κ电介质氧化物和用于红外检测器和非挥发性铁电体随机存取存储器(NV-FeRAM)中的铁电体钙钛矿。微电子组件的大小不断减小增加了使用所述薄膜的需要。

钼的氧化物和氮化物具有多种重要应用。举例来说，二氧化钼(MoO₂)展示超乎寻常的金属样导电性且已发现可应用于烃氧化催化剂、固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极和高容量可逆锂离子电池组(LIB)阳极中。例如参见埃勒夫森C.A.(Ellefson,C.A.)等人，材料科学期刊(J.Mater.Sci.)2012,47,2057-2071。三氧化钼(MoO₃)呈现令人感兴趣的电致变色和催化性质且已发现可应用于纳米结构化气体传感器和固态锂离子电池组中。例如参见迪斯库斯M.(Diskus,M.)等人，材料化学期刊(J.Mater.Chem.)2011,21,705-710。最后，很久以前即已知过渡金属氮化物的薄膜通常具有良好机械和化学稳定性。已针对包括微电子扩散障壁、高-T_c超导体和摩擦与保护涂层的应用研究钼氮化物(MoN和/或Mo₂N)的膜。例如参见米库莱宁V.(Miikkulainen,V.)等人，化学材料(Chem.Mater.)2007,19,263-269。

特奥波特K.H.(Theopold,K.H.)等人报告Mo络合物CpMo(CO)₂(η³-2-甲基烯丙基)的合成和分离。合成科学(Science of Synthesis),2003,229-281。

格林J.(Green,J.)等人报告Mo络合物(C₆H₆)Mo(η³-烯丙基)₂的合成和分离。化学学会期刊(J.Chem.Soc.)，道尔顿汇刊(Dalton Trans.)1973,1403-1408和化学学会期刊，道尔顿汇刊1973,1952-1954.

当前用于CVD和ALD中的钼前体不能提供实施制作下一代装置(例如半导体)的新工艺所需的性能。举例来说，需要改良热稳定性、较高挥发性、增加蒸气压力和增加沉积速率。

发明内容