[发明专利]一种基于碱土金属的原子层沉积前驱体材料的制备方法

说明书

本发明公开一种基于碱土金属的原子层沉积前驱体材料的制备方法，包括以下步骤：(1)制备三烷基取代的环戊二烯R₃Cp；(2)将步骤(1)制备的R₃Cp与碱B反应，得到相应的(R₃Cp)M盐；(3)得到(R₃Cp)M后，向其中加入NCl₂与NI₂，以四氢呋喃或乙醚为溶剂，反应得到(R₃Cp)₂N。本发明以氨基金属MNH₂或胺基金属MN(SiMe₃)₂替代传统工艺中的KH与R₃Cp反应，副产物为氨气或六甲基二硅氮烷HMDS，降低原材料成本，排除生产中的危险因素，增加碱土金属的环戊二烯配位化合物批量生产的可行性。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，具体的是一种基于碱土金属的原子层沉积前驱体材料的制备方法。

背景技术

在目前的DRAM存储芯片中，人们常用高介电常数的ZrO₂、HfO₂薄膜作为电容器的介电层。但随着对存储要求的进一步提升，人们需要引入更高介电常数的材料。钛酸锶(SrTiO₃)、钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶钡((Ba,Sr)TiO₃)由于其更高的介电常数，已被人们广泛研究，并有很大潜力应用于DRAM存储器中。由于DRAM电容器的沟槽深宽比很高，通常在40:1～200:1，ALD沉积上述薄膜已经成为唯一的选择。另外，钙钛矿结构的SrTiO₃、BaTiO₃由于其优异的温阻稳定性，也可应用于三维结构的光电倍增器件。

碱土金属Sr、Ba的β-二酮化合物是一种常用的ALD前驱体化合物。例如，人们使用双(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)锶Sr(thd)₂与四异丙醇钛TTIP交替沉积，得到SrTiO₃薄膜。但由于Sr(thd)₂和Ba(thd)₂常温为固体(熔点在210℃以上)，蒸气压低(0.1Torr@180℃)，反应活性低(体现为300℃以下时的低沉积速率)，且容易生成易于吸水的碳酸锶和碳酸钡，因此此类β-二酮化合物不是十分理想的ALD前驱体。所以十分有必要开发一系列新型的ALD前驱体材料。

与Sr(thd)₂相比，环戊二烯配位形成的Sr前驱体分子，成功地解决了上述问题。如Sr(CpiPr₃)₂【双(1,2,4-三异丙基环戊二烯基)锶】常温下为液体，蒸气压高(1Torr@150℃)；再比如Sr(CptBu₃)₂【双(1,2,4-三仲丁基环戊二烯基)锶】虽然熔点较高(135-140℃)，但由于其较高的蒸气压，以及更好的热稳定性，也被人们广泛开发应用。