JP2003517515A - イリジウム−ベースの材料の製造方法および基材上の構造、およびそのためのイリジウム源試薬 - Google Patents
イリジウム−ベースの材料の製造方法および基材上の構造、およびそのためのイリジウム源試薬Info
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Abstract
Description
リのためのIr−ベース電極のごとき、イリジウム−またはイリジウム−含有材
料を形成する方法、ならびにIr源試薬材料、および新規誘電性キャパシターま
たは強誘電性材料構造に関する。
ダムアクセスメモリ(DRAM)双方における電極として使用するのに、および
キャパシター層としてペロブスカイト型金属酸化物薄膜を組み込む強誘電体−ベ
ースメモリデバイス(FRAM)で、非常に興味深い。
エッチングする」能力、酸化環境で高温にて安定な導電性酸化物を形成する能力
、およびワーキングデバイスにおいて高温で安定に作動する能力を含む。
。さらに、IrO2の形成は、高密度DRAMまたはFRAMデバイスで要求さ
れるごとく、導電性ポリシリコンバスアスまたはプラグの酸化に対する拡散バリ
アーとして働く。
ムの形成のための源材料および蒸着技術の改良を求めてきた。
バイスの製造のためのイリジウムの化学気相蒸着を種々に開示してきた。先行技
術は、適用において、電極用の元素金属イリジウムの蒸着を達成する目的で、か
かる還元雰囲気の使用を教示しており、ここで、高温誘電性材料(例えば、SB
T、BST、PZT、PLZT、PNZT、LaCaMnO3等であり、ここで
、SBT=タンタル酸ビスマスストロンチウム、BST=チタン酸ストロンチウ
ムバリウム、PZT=チタン酸ジルコニウム鉛、PLZT=チタン酸ジルコニウ
ムランタン鉛、PNZT=チタン酸ジルコニウムニオブ鉛)が電極上に蒸着され
て、かかる適用において誘電体の分解の可能性を最小化し、高純度金属の形成を
同時に達成する。
料層と結合させたIr電極を使用する半導体および強誘電性構造の形成のための
加工技術に改良を特に求めてきた。
ウム−ベースの電極の形成のための新規に源試薬および該形成方法を提供するこ
と、およびシリコンデバイス技術での集積化でかなり有利であり、効果的で容易
に製造される電極構造を提供することにある。
属接触としての、イリジウム、イリジウム酸化物またはイリジウム−含有電極素
子を含めた金属酸化物薄膜キャパシター構造の単純化された製法を提供すること
にある。
るであろう。
リのためのIr−ベース電極のごとき、イリジウム−またはイリジウム−含有材
料を形成する方法、ならびにIr源試薬材料、および新規誘電性材料構造に関す
る。
る用語は、広く、元素イリジウム、イリジウム酸化物およびイリジウム−含有材
料組成物をいう。
体薄膜キャパシター構造に関する。
でイリジウムを基材上に蒸着することを特徴とするそのイリジウム含有前駆体か
ら基材上にイリジウム−含有フイルムを形成する方法に関する。基材上へのイリ
ジウムの蒸着は、化学気相蒸着(CVD)、アシステッドCVD、またはイオン
プレーティング、迅速加熱プロセス、分子線エピタキシー等のごとき物理的蒸着
を含めた適当な方法にて、および当該分野の適当な技術によって行うことができ
る。
空気、窒素酸化物(NOx)等のごとき、酸素−含有ガスを含む環境を意味する
。かかる酸化性環境は、蒸着が行われ、基材上でのイリジウムまたはイリジウム
酸化物の形成を可能とする蒸着チャンバーまたは反応容器中にて提供することが
できる。従って、蒸着は雰囲気空気環境で行うことができ、それにより、基材上
でのイリジウム−含有フイルムの形成が単純化される。別の実施形態において、
IrO2が、酸化性環境での処理によってIr金属からの蒸着後プロセスで形成
することができる。
本発明の好ましい実施において、前駆体は、適当には、後記にてより十分に記載
されるごとく、ルイス塩基−安定化β−ジケトネートイリジウム組成物またはル
イス塩基−安定化ベータ−ケトイミネート組成物を含むことができる。
上に形成させる場合、蒸着されたイリジウムまたはイリジウム酸化物フイルムは
、引用してその開示を本明細書に一体化させる、「Iridium-Based Electrode St
ructures, and Method of Making the Same」(イリジウム−ベースの電極構造
、およびその作成方法)についてのThomas H. BaumaおよびFrank Dimeo, Jr.の
名義での1997年11月10日に出願された米国特許出願第08/966,7
96号により十分に記載されているごとく、ハロゲン−ベースのプラズマおよび
/またはXeF2でドライエッチングすることができる。蒸着されたイリジウム
またはイリジウム酸化物フイルムのかかるドライエッチングにおいて、エッチン
グ速度は、所望により、一酸化炭素、トリフルオロホスフィン、またはトリアル
キルホスフィンのごときルイス−ベースのアダクトまたは電子逆結合種の使用を
介して増強することができる。
イリジウム−含有フイルムはその上に蒸着された高温誘電性および/または強誘
電性材料を有することができる。酸化性環境がイリジウム−含有フイルムの蒸着
で使用することができるか、あるいは酸化物誘電体/強誘電体の蒸着の間のみ使
用することができる。
ス)の用法を受け入れるためになされてきたように、還元性雰囲気でチャンバー
をパージしたり、あるいはイリジウム蒸着チャンバーからイリジウム−含有フイ
ルムを担持する基材材料を誘電体/強誘電体蒸着チャンバーに導入する必要はな
いであろう。
で覆われたキャパシターまたは他のマイクロエレクトロニックデバイスを形成す
るための手法の実質的単純化を達成する。
PLZT、PNZT、LaCaMnO3によって覆われたイリジウム酸化物電極
素子を含み、ここで、該電極が高温誘電体に対して導電的に作動可能であるマイ
クロエレクトロニックデバイスに関する。本明細書で用いるごとく、高温誘電体
とは300℃を超える温度で電極上に蒸着された誘電性材料をいう。例として、
チタン酸ジルコニウム鉛(PZT)の誘電性フイルムは、典型的には、500−
600℃のオーダーの温度で蒸着される。
からより十分に明らかとなるであろう。
気での前駆体または源材料からのIr成分の蒸着の必要性なくしてIr−ベース
電極が容易に形成することができるという発見に関する。
ウム−含有前駆体から、基材上に、イリジウム−含有フイルムを形成させる方法
が考えられ、ここで、前駆体の分解および基材上でのイリジウムの蒸着は、イリ
ジウム自体の形態またはイリジウム酸化物の形態でイリジウムを蒸着させるため
の酸化性雰囲気環境で行われる。
ョン、または金属−有機または他の前駆体または源材料から基材上に金属に蒸着
させるための当該分野で公知のいずれの他の適当な技術をも含めた、いずれの適
当な方法にても、本発明の方法で基材上に蒸着させることができる。前記の中で
、形成させるべきイリジウム−ベース構造が約0.5ミクロン未満の臨界的寸法
を有する場合は、化学気相蒸着が好ましい。
イリジウムを生じるいずれの適当なイリジウム前駆体であってもよい。イリジウ
ム前駆体は、例えば、式: 式Iのルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトネート:
オロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアルキルで
あり、Lは配位ルイス塩基、好ましくは、アルケン、ジエン、シクロアルケン、
シクロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換アルキン(対称または
非対称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、エーテル、ジグリム
、トリグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、ジアルキルスルフィド
、ビニルトリメチルシラン、およびアルキルトリメチルシランである) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトネート、および 式IIのルイス塩基安定化Ir(I)β−ケトイミネート:
ルフルオロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアル
キルよりなる群から選択され、Lは配位ルイス塩基、好ましくはアルケン、ジエ
ン、シクロアルケン、シクロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換
アルキン(対称または非対称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン
、エーテル、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、
ジアルキルスルフィド、ビニルトリメチルシラン、およびアルキルトリメチルシ
ランである) のルイス塩基−安定化β−ジケトネートイリジウム組成物またはルイス塩基−安
定化β−ケトイミネート組成物を含み得る。
子が、特に、エーテル、アルケン、アルキン、カルボニルおよびホスフィンリガ
ンドでは好ましいであろう。式IIの前駆体のいくつかの実施形態において、R
およびR’は同一であってよく、R”は独立して前記リストから選択されるであ
ろう。
リバリーを、Ir/IrO2薄膜の化学気相蒸着で利用することができる。特別
の前駆体は、CVDリアクターへの前駆体のデリバリーおよび輸送につき適当に
最適化することができる。前駆体はオキシダント(例えば、O2、O3、または
N2O)の存在下で分解させて、金属Ir(<500℃)または酸化物IrO2 (>550℃)を優先的に蒸着させる。いくつかの適用において、二層Ir/I
rO2フイルムの形成が好ましいであろう。
フイルムの最初の形成の後、塩素、臭素、およびフッ素ベースのプラズマまたは
イオンビームエッチング化学のごとき、ハロゲン−ベースの系の使用で行うこと
ができる。Ir(I)およびIr(III)のハロゲンの形成を開良して、半導
体および強誘電体デバイス適用のための電極をエッチングし、パターン化するこ
とができる。IrO2が存在するシステムにおいて、(イリジウム酸化物または
Ir金属に戻すための)還元予備処理いずれかの使用またはフッ素エッチャント
の使用が好ましいであろう。エッチング副産物の形成および除去は、ハライド種
の揮発性に依存する。安定化共反応体の添加は、材料の除去およびエッチングを
容易とするのに有用に使用することができる。
度に対する特異的化学的増強を用い、前記同時係属米国特許出願第08/966
,796号により十分に記載されているごとく、ドライエッチング方法でエッチ
ングすることができる。一酸化炭素、トリフルオロホスフィン、またはトリアル
キルホスフィンの添加は、生成されるエッチング副産物の揮発性を増強すること
によってエッチングの速度を加速することができる。
度は、有利には、一酸化炭素(CO)の存在によって加速することができる。該
速度は、上昇した基材温度法(例えば、725−975℃)における反応体のガ
ス相分圧に強く依存する。COの存在は(CO)yIrX3(ここで、X=Cl
、Br)およびIr(Cl)4の形成を介して反応体の揮発性を増強させるよう
に働くことができる。これらの材料は、有利には、ハロゲン−ベースのプラズマ
、イオンビームにおいておよびハイブリッドエッチングスキームにおいてエッチ
ングで使用することができる。
着されたイリジウム酸化物材料を純粋なイリジウム金属に転換するのが望ましい
であろう。かかる場合において、イリジウム酸化物の蒸着されたフイルムを、水
素、形成ガス、CO、ROH等のごとき還元ガスに暴露してかかる転換を行うこ
とができる。
イリジウム−含有フイルムの蒸着で使用されるのと同一の酸化性雰囲気環境にお
いて、その上に蒸着された高温誘電体および/または強誘電体材料を有すること
ができる。
ガス)雰囲気の用法を受け入れる従来技術でなされていたような、還元性雰囲気
をチャンバーにパージしたり、またはイリジウム蒸着チャンバーからイリジウム
−含有フイルムを担持する基材製品を誘電体/強誘電体蒸着チャンバーへ導入す
る必要はない。従って、本発明の方法は、イリジウム−含有電極が誘電体または
強誘電体材料で覆われたキャパシターまたは他のマイクロエレクトロニックデバ
イスを形成するための手法の実質的単純化を達成する。
RAM、FRAM、ハイブリッドシステム、スマートカードおよび通信システム
のごとき、電極および半導体デバイスの他の素子の形成、ならびに触媒系のごと
き、イリジウムおよび/またはイリジウム酸化物のフイルムが有利には使用され
るいずれかの他の適用で利用することができる。
ジウム−含有フイルムを形成させる方法を提供する。本発明の前駆体および方法
は、基材上にイリジウムを蒸着するのに使用することができる。蒸着されたイリ
ジウムフイルムは、DRAM、FeRAM、ハイブリッドシステム、スマートカ
ードおよび通信システムのごとき適用において、半導体デバイスの製造のための
、マイクロエレクトロニックデバイス構造、例えば、薄膜の電極のパターニング
のためにエッチングすることができる。
Claims (31)
- 【請求項1】 前駆体を分解し、酸化雰囲気環境中でイリジウムを基材上に
蒸着することを特徴とする、イリジウム−含有前駆体から基材上にイリジウム含
有フイルムを形成する方法。 - 【請求項2】 該酸化雰囲気環境が、酸素、オゾン、空気および窒素酸化物
よりなる群から選択される酸化性ガスを含有する雰囲気を含む請求項1に記載の
方法。 - 【請求項3】 基材上に蒸着されたイリジウムが元素イリジウムである請求
項1に記載の方法。 - 【請求項4】 基材上に蒸着されたイリジウムが酸化イリジウム、またはイ
リジウムおよび酸化イリジウムの組合せである請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前駆体が、式I: 【化1】 (式中、RおよびR’は同一または異なっていてよく、H、アリール、ペルフル
オロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアルキルで
あり、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトネート、および 式II: 【化2】 (式中、R、R’およびR”は同一または異なり、独立して、H、アリール、ペ
ルフルオロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアル
キルよりなる群から選択され、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトイミネート; よりなる群から選択される組成物を含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 配位ルイス塩基がアルケン、ジエン、シクロアルケン、シク
ロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換アルキン(対称または非対
称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、エーテル、ジグリム、ト
リグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、ジアルキルスルフィド、ビ
ニルトリメチルシラン、およびアリルトリメチルシランよりなる群から選択され
る請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 該酸化性雰囲気環境が空気を含む請求項1に記載の方法。
- 【請求項8】 前駆体の分解および基材上へのイリジウムの蒸着が化学気相
蒸着(CVD)、アシステッド−CVD、イオンプレーティング、迅速加熱プロ
セス、および分子線エピタキシーよりなる群から選択されるプロセスによって行
われる請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 前駆体が、式I: 【化3】 (式中、RおよびR’は同一または異なっていてよく、H、アリール、ペルフル
オロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアルキルで
あり、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトネートよりなる群から選択される組成
物を含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 該配位ルイス塩基がアルケン、ジエン、シクロアルケン、
シクロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換アルキン(対称または
非対称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、エーテル、ジグリム
、トリグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、ジアルキルスルフィド
、ビニルトリメチルシラン、およびアリルトリメチルシランよりなる群から選択
される請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 前駆体が、式II: 【化4】 (式中、R、R’およびR”は同一または異なり、独立して、H、アリール、ペ
ルフルオロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアル
キルよりなる群から選択され、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトイミネート; よりなる群から選択される組成物を含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 配位ルイス塩基がアルケン、ジエン、シクロアルケン、シ
クロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換アルキン(対称または非
対称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、エーテル、ジグリム、
トリグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、ジアルキルスルフィド、
ビニルトリメチルシラン、およびアリルトリメチルシランよりなる群から選択さ
れる請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 前駆体の分解および基材上へのイリジウムの蒸着が化学気
相蒸着によって行われる請求項1に記載の方法。 - 【請求項14】 基材上に蒸着されたイリジウムを加工して、約0.5ミク
ロン未満の臨界的寸法特徴を有する、基材上のイリジウム含有フイルム素子を得
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項15】 前駆体の分解および基材上へのイリジウムの蒸着が化学気
相蒸着によって行われる請求項14に記載の方法。 - 【請求項16】 上に蒸着された高温誘電性または強誘電性材料に作動可能
に結合させた電極を含む、基材上にマイクロエレクトロニックデバイスまたは前
駆体構造を形成する方法であって、 (A)(i)前駆体を分解し、酸化性雰囲気環境中で基材上にイリジウムを蒸
着させ;次いで、 (ii)蒸着されたイリジウムをイリジウム−ベースの電極素子に加工する
; ことを含む、 基材上に、分解してイリジウムを蒸着できるそのイリジウム含有前駆体から基材
上にイリジウム含有フイルムを形成させ、次いで、 (B)イリジウム−ベースの電極素子上に高温誘電性および/または強誘電性
材料を蒸着させる ことを含む方法。 - 【請求項17】 イリジウム−ベースの電極素子が、その上に蒸着された、
高温誘電性材料を有する請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】 イリジウム−ベースの電極素子が、その上に蒸着された、
SBTおよびPZTよりなる群から選択される高温強誘電性材料を有する請求項
16に記載の方法。 - 【請求項19】 マイクロエレクトロニックデバイスまたは前駆体構造がD
RAMまたはFRAMキャパシターデバイスまたは構造を含む請求項16に記載
の方法。 - 【請求項20】 高温誘電性および/または強誘電性材料がSBT、PZT
、BST、PLZT、PNZTおよびLaCaMnO3よりなる群から選択され
る材料を含む請求項16に記載の方法。 - 【請求項21】 基材上に蒸着されたイリジウムが元素イリジウムを含む請
求項16に記載の方法。 - 【請求項22】 基材上に蒸着されたイリジウムがイリジウム酸化物または
イリジウムおよびイリジウム酸化物の組合せを含む請求項16に記載の方法。 - 【請求項23】 前駆体が、式I: 【化5】 (式中、RおよびR’は同一または異なっていてよく、H、アリール、ペルフル
オロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアルキルで
あり、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトネート、および 式II: 【化6】 (式中、R、R’およびR”は同一または異なり、独立して、H、アリール、ペ
ルフルオロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアル
キルよりなる群から選択され、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトイミネート; よりなる群から選択される組成物を含む請求項16に記載の方法。 - 【請求項24】 配位ルイス塩基がアルケン、ジエン、シクロアルケン、シ
クロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換アルキン(対称または非
対称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、エーテル、ジグリム、
トリグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、ジアルキルスルフィド、
ビニルトリメチルシラン、およびアリルトリメチルシランよりなる群から選択さ
れる請求項23に記載の方法。 - 【請求項25】 該酸化性雰囲気環境が空気を含む請求項23に記載の方法
。 - 【請求項26】 工程(A)(i)、(A)(ii)および(B)が同一酸
化性雰囲気環境で行われる請求項16に記載の方法。 - 【請求項27】 酸化性雰囲気環境中で形成され、高温誘電体によって覆わ
れたイリジウム酸化物電極素子を含み、ここで、該電極は高温誘電体に対して導
電的に作動可能であることを特徴とするマイクロエレクトロニックデバイス構造
。 - 【請求項28】 高温誘電性体がSBT、PZT、BST、PLZT、PN
ZTおよびLaCaMnO3よりなる群から選択される材料を含む請求項27に
記載のマイクロエレクトロニックデバイス構造。 - 【請求項29】 高温誘電体がSBTを含む請求項27に記載のマイクロエ
レクトロニックデバイス構造。 - 【請求項30】 式I: 【化7】 (式中、RおよびR’は同一または異なっていてよく、H、アリール、ペルフル
オロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアルキルで
あり、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトネート、および 式II: 【化8】 (式中、R、R’およびR”は同一または異なり、独立して、H、アリール、ペ
ルフルオロアリール、C1−C6アルキル、またはC1−C6ペルフルオロアル
キルよりなる群から選択され、Lは配位ルイス塩基である) のルイス塩基安定化Ir(I)β−ジケトイミネート; よりなる群から選択される組成物。 - 【請求項31】 配位ルイス塩基がアルケン、ジエン、シクロアルケン、シ
クロジエン、シクロオクタテトラエン、アルキン、置換アルキン(対称または非
対称)、アミン、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、エーテル、ジグリム、
トリグリム、テトラグリム、ホスフィン、カルボニル、ジアルキルスルフィド、
ビニルトリメチルシラン、およびアリルトリメチルシランよりなる群から選択さ
れる請求項30に記載の方法。
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