[发明专利]作为用于在衬底上形成层的还原剂的二(三甲基甲硅烷基)六元环系统和相关化合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2013年6月28日提交的美国申请序列号13/930,471的部分继续申请，并且要求2013年11月10日提交的美国临时申请序列号61/902,264，以及2014年4月2日提交的美国临时申请序列号61/974,115的权益，这些申请的披露内容特此通过引用以其全部内容结合在此。

技术领域

在至少一个方面，本发明涉及从“金属有机”前体和一种还原剂形成金属膜。

背景技术

薄膜的生长是许多功能材料和装置的制作中的中心步骤。虽然膜生长成果传统上是针对大于100nm的膜，但几个领域中的最近趋势是要求从数个原子层至数十纳米的厚度范围内的膜的生长。

在微电子学领域中，铜已因其较低电阻率和较高的抗电子迁移性而取代铝作为集成电路中的互连材料。已提出了超薄(2-8nm)锰-硅-氧层作为未来装置中的现有的基于氮化物的铜扩散阻挡层的替代物。由于铜在SiO₂和其他表面上不能很好地成核，很难将铜金属沉积到微电子衬底的表面形态上。因此，对于形成金属诸如铬、钴以及其他金属的晶种层一直存在相当大的兴趣，这些晶种层能更好地粘附到衬底上，并且随后铜膜可以生长在这些晶种层上。

原子层沉积法(ALD)是解决许多当前技术需求的一种薄膜沉积技术。ALD因其自我限制生长机制而提供固有地适形的覆盖以及亚纳米膜厚度控制。在典型的ALD工艺中，使衬底与使该衬底改性的第一化学成分接触，持续第一预先确定的时间段(脉冲)。这种改性涉及衬底表面的吸附、与衬底表面反应、或吸附和反应的组合。引入吹扫气体以去除衬底附近的任何残留的第一气态化学成分。将与改性的衬底表面发生反应的第二气态化学成分引入到衬底附近，持续第二预先确定的时间段以形成薄膜的一部分。随后引入吹扫气体以去除衬底附近的任何残留的第二化学成分。使衬底与第一化学成分接触、吹扫、使衬底与第二气态化学成分接触以及吹扫的这些步骤通常重复多次，直到具有所希望的厚度的膜被涂布到衬底上为止。虽然现有技术ALD工艺起到了很好的作用，但不幸的是，仅存在有限数目的具有ALD所需的热稳定性、反应性、以及蒸气压力的化学前体。

因此，需要用于通过原子层沉积来沉积薄膜的改进的方法和试剂。

发明内容

本发明通过在至少一个实施例中提供一种使具有呈氧化态的原子的化合物还原的方法来解决现有技术的一个或多个问题。该方法包括以下步骤：使具有呈氧化态的原子的一种第一化合物与一种还原剂反应，以形成相对于该第一化合物具有呈还原态的原子的一种第二化合物。该呈氧化态的原子选自下组，该组由以下各项组成：元素周期表中的第2族至第12族、镧系元素、As、Sb、Bi、Te、Si、Ge、Sn、以及Al。该还原剂选自由通过化学式IA和IB描述的化合物组成的组：

以及

其中：

X¹是CR⁶(SiR¹R^1’R^1”)或N(SiR¹R^1’R^1”)；

X²是CR⁷(SiR¹R^1’R^1”)或N(SiR¹R^1’R^1”)；并且

R¹、R^1’、R^1”、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶和R⁷各自独立地是H、C_1-10烷基、C_6-14芳基、或C_4-14杂芳基。

在另一个实施例中，提供了一种使用气相反应物使具有呈氧化态的原子的化合物还原的方法。该方法包括提供第一化合物的蒸气的步骤。该呈氧化态的原子选自下组，该组由以下各项组成：元素周期表中的第2族至第12族、镧系元素、As、Sb、Bi、Te、Si、Ge、Sn、以及Al。该方法还包括提供一种还原剂的蒸气的步骤。该还原剂选自由通过化学式IA和IB描述的化合物组成的组：

以及

其中：