[发明专利]第五主族金属化合物、其制备方法、包含其的膜沉积前体组合物及使用其的膜沉积方法

说明书

本发明涉及：一种新的第五主族金属化合物；第五主族金属化合物的制备方法；含有第五主族金属化合物的含第五主族金属的膜沉积前体组合物；和使用该含第五主族金属膜沉积前体组合物的含第五主族金属的膜沉积方法。

技术领域

本发明涉及新型第五主族金属化合物，制备该第五主族金属化合物的方法，用于沉积含该第五主族金属化合物的含第五主族金属层的前体组合物，以及使用用于沉积含第五主族金属层的前体组合物沉积含第五主族金属层的方法。

背景技术

第五主族金属(特别是钽(Ta)和铌(Nb))的金属层，以及钽和铌的氧化物层或氮化物层可用于制造半导体器件。特别地，通过溅射形成含钽层的方法已经用于半导体器件的制造工艺中。然而，为了在不均匀表面上形成极薄(几纳米厚)的含钽层，例如铜扩散阻挡层，需要具有优异阶梯覆盖(step coverage)的化学沉积方法，特别是原子层沉积方法，并且，因此需要适合于此的第五主族金属前体化合物。

五(二甲基氨基)钽(PDMAT)、(叔丁基酰亚氨基)三(二乙基氨基)钽(TBTDET)、(叔丁基酰亚氨基)三(二乙基氨基)铌(TBTDEN)等已知作为有机金属前体化合物能够形成含第五主族金属的层(参见美国专利No.6,552,209)。然而，PDMAT是固体，因此不便于用于化学沉积方法或原子层沉积方法。液体源对于在化学沉积方法或原子层沉积方法中应用是有利的。被配置成在圆柱形容器中蒸发液体或蒸发以恒定流速注入的液体的直接液体注入(DLI)系统，已广泛用于半导体器件的制造工艺中。然而，固体的升华速率与在升华过程中持续变化的固体表面积成正比，因此，难以均匀地蒸发和供应固体，并且需要特殊的装置。此外，所有PDMAT、TBTDET和TBTDEN的热稳定性都很差，因此不利于在高温下使用。例如，难以在原子层沉积方法中使用这些化合物在300℃的不均匀表面上形成均匀厚度的氧化物层。因此，需要一种新的第五主族金属前体化合物，其可用于半导体器件的商业制造过程中并具有高的热稳定性并且在室温下呈液态或粘性固态。

发明内容

本发明要解决的问题

本发明构思为提供新的第五主族金属化合物，制备该第五主族金属化合物的方法，用于沉积含有该第五主族金属化合物的含第五主族金属层的前体组合物，以及使用用于沉积含第五主族金属层的前体组合物沉积含第五主族金属层的方法。

然而，本公开要解决的问题不限于上述问题。尽管这里没有描述，但是本领域技术人员从以下描述中可以清楚地理解本公开要解决的其他问题。

解决问题的手段

根据本发明的第一方面，提供了由以下化学式1表示的第五主族金属化合物：

[化学式1]

在上述化学式1中，M为Ta或Nb；R¹、R²、R³和R⁴各自独立地为氢、或者直链或支链的C_1-4烷基；R⁵是直链或支链的C_3-6烷基；R⁶、R⁷和R⁸各自独立地为直链或支链的C_1-4烷基；n是1至4的整数。

根据本发明的第二方面，提供一种制备由以下化学式1表示的第五主族金属化合物的方法，其包括使由以下化学式2表示的化合物(R⁵N＝)M(NR⁶R⁷)₃与由以下化学式3表示的化合物R¹R²R³R⁴Cp(CH₂)_nNHR⁸反应：

[化学式1]