TWI343387B - Organometallic compounds - Google Patents
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Description
1343387 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於有機金屬化合物領域。本發明特別關於 可用於薄膜之化學氣相沉積或原子層沉積之有機金屬化合 物領域。 【先前技術】 於原子層沉積(「ALD」)方法中,係經由將表面暴露 鲁於兩種或多種化學反應物之交替蒸氣來沉積隨形薄骐 (conformal thin fi丨m)。得自第一前驅物(或第一反應物)之 蒸氣被帶至欲沉積薄膜之表面上。任何未反應之蒸氣隨後 於真空狀態下自系統中移除。其次,得自第二前驅物之蒸 氣被帶至該表面,並使其與第一前驅物反應,移除任何過 !_之第一前驅物蒸氣。於ALD方法中之各個步驟典型係沉 積單層的所欲 >專膜。此荨步驟順序係重複進行至獲得期望 之薄膜厚度為止。一般而言,ALD方法係於相當低溫例如 •由200 C至4001:之溫度進行。確切的溫度範圍將依據欲沉 積之特定薄膜以及依據所採用之特定前驅物來決定。ALd 方法已經用於沉積純質金屬及金屬氧化物、金屬氮化物、 金屬碳化物氮化物及金屬碎化物氮化物。 ALD前驅物必須具充分揮發性,以確保於一段合理時 間内,反應器中有足夠的前驅物蒸氣濃度來於基材表面上 沉積一單層。前驅物也須夠安定而可在無過早分解及非期 望的副反應之情況下被氣化,但也必須有足夠反應性以於 基材上形成所欲之薄膜。基於此種揮發性與安定性性質間 5 94065 1343387 所需的平衡,目前仍缺乏適當前驅物。 習知鈉驅物為同配位基(homoleptic),亦即耳有單一配 位基基團。同配位基前驅物提供均勻化學特性,因此提供 配位基功能與沉積程序匹配且協調之固有優點。但只使用 單一配位基基團則會對其它主要前驅物特性提供較少控 制,該等特性諸如掌控表面反應(例如化學吸附)及氣相反 f (例如與第二互補前驅物反應)之金屬中心的屏蔽;調整 鲁刖驅物之揮發性;以及達成前驅物所需之熱安定性。例如, ^前係使用肆(二烷基胺基)铪作為Hfcl4之不含氣的替代 品。但此類別化合物傾向於在儲存期間及/或在到達反應器 之前發生前驅物之過早分解。曾經嘗試使用可提供埶;^ 性之其他有機基團來取代其中—個或多個二㈣胺基基 團,但極少成功,原因在於無法匹配其它基團的官能基並 達成所期望的穩定性。W〇 2_/464]7(GGrdGn等人)揭示 某些月米酸根化合物(amidinate c〇mp〇und)作為⑽之適當 »削驅物m匕合物可能無法提供於若干ald條件下所需 的揮發性與熱安定性(或其它性質)間之平衡。故對於可滿 ΐ沉積需求並可製造實質上不含碳之薄膜之適當且安定之 别驅物仍有其需求。 【發明内容】 本《月提供—種適合用作為ALD前驅物之有機金屬 化5物,該有機金屬化合物具有式 (:YCR PR )ηΜ '1〇ηΆ ’ 其尹 ’ 、R2 及 R3 係獨立 it! ^ H、(Ci_C6成基、(C2_c6)稀基、(c^)诀基及芳基; 94065 1343387 Y=N或P;M=金屬;L]=陰離子性配位基;[2=中性配位基; 之價數;至6; p=〇至3 ;及其中mh。此種化合 物適用於多種氣相沉積方法’諸如化學氣相沉積 (C VD」),且特別適合用於ALE^本發明亦提供一種包 括前述化合物及有機溶劑之組成物。此種組成物特別適合 用於ALD及直接液體注入法。 本發明亦提供一種製備磷醯脒(phosphoamidine)化合 φ物之方法,包括:將腈化合物與一級膦於金屬三氟曱烷磺 酸鹽催化劑存在下反應。視需要可使用一級膦與一級胺之 混合物。磷醯脒化合物可為對稱性或非對稱性。 本發明進一步提供一種沉積薄膜之方法,包括下列步 驟:於反應器中提供基材;將該呈氣態形式之前述前驅化 合物輸送至該反應器;以及於該基材上沉積包括該金屬之 薄膜。於另一具體實施例中,本發明提供一種沉積薄膜之 方法’包括下列步驟:於反應器中提供基材;輸送呈氣態 φ 形式之前述第一前驅化合物至該反應器;化學吸附該第一 前驅物化合物於該基材表面上;自該反應器中移除任何未 經化學吸附之第一前驅物化合物;輸送呈氣態形式之第二 月ίι驅物至該反應器;使該第一前驅物與該第二前驅物反應 以於該基材上形成薄膜;以及去除任何未反應之第二前驅 物0 【實施方式】 如本說明書全文使用,除非内文另行明白指示,否則 下列縮寫應具有下列定義·· °C =攝氏度數;ppm=每百萬份 7 94065 1343387 之份數,· ppb=每十億份之份數;RT=室溫;M=莫耳漠度; Me-甲基,Et=乙基;卜pr=異丙基;卜如二正丁基;卜 第三丁基;c-Hx=環己基;Cp=環戊二烯基;c〇]>=環辛二 烯’· co=—氧化碳;Bz=笨;VTMS=乙烯基三甲基矽烷; THF-四氫呋喃;以及pAMD=磷醯脒酸根 (phosphamidinate)。
:鹵素」係指氟、氣、溴及碘,而「鹵基」係指敗原 ^、氣原子、演眉子及破原子。同理,「齒化」係指氣化、 氣化、漠化及蛾化。「燒基」包括直鏈、分支鏈及環狀烧基。 同理婦基」及「快基」分別包括直鏈、分支鏈及環狀稀 基及炔基。冠詞「一」係指單數形及複數形。 除非另行註明’否則全部數量皆為重量百分比以及全 部比例皆為莫耳比。全部數值範圍皆為包含上下限值且可 以任何順序組合,但顯然此等數值範圍受限於加總至多 100%。 ’ 本發明之有機金屬化合物通稱為伽肺酸鹽 (phosphoamidinate),具有通式 咖㈣)nM,W W中R1、r2及r3係分別獨立 地選自 Η、(CrC6)烷基、(C, r ν_χτ C6)烯基、(C2-C6)炔基及芳基; Y—N或P ; 金屬;L1 =险雜工u ^離子性配位基;L2=中性配位基; 之價數;n=l 至 6 ; p:=〇 5,. 至3,及其中爪以。於一個且 體貫施例中’ R]、R2及V係 ’、 丁'刀別獨立地選自甲基、乙基、 丙基、丁基、乙烯基、烯丙其、 ^ ^ Γ 土 丁烯基、乙炔基、及丙炔 基。如此處使用,「芳基」俜扣— 你知方香族烴基,該芳香族烴基 94065 8 1343387 可視需要將其一個或多個氫以取代基諸如但非限於烷基、 稀基、炫氧基及鹵原子取代。 下標「η」表示本化合物中磷醯脒酸根 (phosphoamidinate)配位基之數目。熟諳此技藝之人士須瞭 解磷醯脒酸根配位基可為本化合物中唯一配位基。 廣泛多種的金屬可適合用來形成本發明之磷醯脒酸鹽 類。典型地’ Μ係選自於2族金屬至16族金屬。如此處 鲁使用’「金屬」一詞包括類金屬硼、矽、砷、硒、及碲,但 不包括碳、氮、磷、氧及硫。於一個具體實施例中,M=Be、
Mg、Sr、Ba、A卜 Ga、In、Si、Ge、Sb、Bi、Se、Te、Po、
Cu、Zn、Sc、Y、La ' 鑭系金屬、Ti、Zr、Hf、Nb、w、 Mn、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir或Pt。於另一個具體實施 例中,M=A卜 Ga、In、Ge、La、鑭系金屬 ' Ti、Zr*、Hf、 Nb、W、Mn、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir 或 Pt。 廣泛多種的陰離子性配位基(L1)可用於本發明。此等 # 配位基帶有負電荷。可能之配位基包括但非限於下列配位 基(對表面有反應性且呈氣相):氫負離子(hydride)、函素 負離子(halide)、疊氮基(azide)、烷基、烯基、炔基、叛基、 酿胺基、烷基胺基、二烷基胺基、二烷基胺基烷基、亞胺 基、醯肼基(hydrazido)、磷負離子(phosphido)、亞硝基 (nitrosyl)、硝基(nitryl)、亞硝酸根、硝酸根、腈基(nitrile)、 烧氧基、二烷基胺基烷氧基、烷氧基烷基二烷基胺基、石夕 烧氧基、二酿|酸根(diketonate)、酮基亞胺酸根 (ketoiminate)、環戊二烯基、矽烷基、吡唑酸根 94065 9 1343387 (pyrazolate)、脈酸根(guanidinate)、麟醯基胍酸根 (phosphoguanidinate)、及脒酸根(amidinate)。此等配位其 -·中之任一者皆可視需要藉由以另一個取代基諸如鹵基、胺 -基、一石夕烧基胺基及石夕烧基來置換一個或多個氫而經取 代。陰離子性配位基之實例包括但非限於:(C|_Cig)院基諸 如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、環丙基、環戊 基、及環己基;(C2_Ciq)烯基諸如乙烯基、稀丙基及丁婦基. 鲁(C2-c1())块基諸如乙快基及丙炔基;(Ci_Ci〇)烷氧基諸如甲 氧基、乙氧基、丙氧基、及丁氧基;(Ci_Cig)烷基胺基諸如 曱基胺基、乙基胺基、及丙基胺基;二(c「Ci〇)烷基胺基諸 如二甲基胺基、二乙基胺基、乙基甲基胺基、及二丙基胺 基;環戊二烯基諸如環戊二烯基、甲基環戊二烯基、及五 曱基環戊二烯基;二(Ci-C^o)烷基胺*(Cl_c…烷氧基諸如 一甲基胺基乙氧基、二乙基胺基乙氧基、二甲基胺基丙氧 基、乙基曱基胺基丙氧基、及二乙基胺基丙氧基;矽烷基 Φ類諸如(CVCW烷基矽烷基及(Cl_CiG)烷基胺基矽烷基類; 以及烷基脒酸根類諸如N,N’ _二甲基_甲基脒酸根 (N,N’ ·dimethyl-methylamidinatcO'N’N,·二乙基_ 曱基脒 酸根、N,N •二乙基-乙基腓酸根、N,N, ·二異丙基_曱基 肺酸根、N,N, _二異丙基·異丙基脒酸根、及n,n,_二甲 基-苯基肺酸根。當存在有兩個或多個陰離子性配位基時, 此等配位基可相同或相異。 中性配位基(L2)係視需要存在於本化合物中。此種中 性配位基並未載有總電荷,並可具有作為安定劑之功能。 94065 10 1343387 中性配位基包括但非限於c〇、N〇、烤類、 類、炔類及芳香族化人铷.^ ^ ,Γ Γ . σ 中性配位基之實例包括但非限 系.(C2-c_類諸如乙_、丙稀、】·丁稀、2_丁烤、 稀、2-戍烤、己株、y p …、…原冰片烯、乙烯基胺、稀 其石^广乙嫌其土二(Μ0)烧基钱、:乙稀基二 基=、乙~基三(㈣成氧基料、及二乙稀基二(Μ) 抗乳基料,((:4.0:12)二婦類諸如丁二稀、環戊二稀、里戊 間二利soprene)、己二婦、辛二稀、環辛二歸、原冰片、二 稀及『㈣;(C6_Cl6)三稀類;(C2_C|〇)块類諸如乙炔及丙 炔,以及芳香族化合物諸如笨、鄰二曱笨、間二甲笨、對 二甲苯、甲笨、鄰異丙基甲笨、間異丙基甲苯、對里丙美 甲苯、吼咬、咬喃及嗟吩。中性配位基之數目係依據心 於Μ之特定金屬決定。當存在有兩個或多個中性配位基 時’此等配位基可相同或相異。 本發明之磷醯脒酸鹽類可藉技藝界已知之多種方法製 •備。舉例言之,可使用美國專利申請案第2004/0033S89號 (Hessen等人)中所揭示用於製備若干芳基磷醯脒酸釔之一 般程序來製備本發明非芳基磷酿脒酸鹽。「非芳基磷醯脒酸 鹽」一詞係指於碟醞脒駿根配位基上不具有任何芳基取代 之磷醯脒酸鹽化合物。或者,熟諳此技藝之人士可輕易修 改美國專利案第5,502,128號(Rausch等人)及國際專利申 請案WO 2004/46417中所揭示用於製造若干脉酸鹽之一般 私序來製備本發明之碟酿脒酸鹽類。於一個具體實施例 中,本發明化合物可經由將磷醯肺酸鋰鹽與金屬函化物於 94065 1343387
^田'合4諸如己烷中反應而製備。此種反應可於廣泛溫度 範圍進行至溫適合用於某些反應。於本發明化合物之另 ▲種合成方法中,可先將烷基鋰與金屬_化物於適當溶劑 諸如THF及於適當溫度諸如室溫反應,接著再與磷醯脒於 適田/奋劏(典型為第一個反應所使用之相同溶劑)反應。
另外,磷醯脒類可經由將適當腈化合物與一級膦於金 屬三氟甲確酸鹽催化劑存在下反應而製備。腈化合物之實 ,為具有式R2-〇N或r2nh-on之腈化合物。一級膦之 實例具有< r3ph2。視需要可使用一級膦與一級胺之混合 各個R1、R2及R3係分 物。一級胺之實例具有式R丨NH,。 別獨立地選自H、(Cl-C6)烷基、((VC6)烯基、(c2_C6)炔基 及芳基。適當之金屬三氟曱磺酸鹽催化劑具有式 M(CF3S〇3)3,其中Μ為金屬,諸如鑭或鑭系元素族中之任 何金屬。此種磷醯脒類可為對稱性或非對稱性。前述方法
可為一鍋式(one-pot)或逐步式(step_wise)共縮合反應。經由 如述反應所製備之麟肺化合物典型具有式 H(Ri YCR^R3) ’其中Ri、R2及r3係分別獨立地選自h>、 (Cl-C6)烧基、(C2-C6)烯基、((:2-(:6)块基及芳基;γ = Ν 或 p。 利用式R2-C=N之腈之前述反應係摘述於如下反應順序, 其中Y=N或P ; R1可與R3相同或相異。 94065 12 1343387 R1——YH, r2—C=N + R3-PH, m(cf3so3)3
+ nh3 利用式R2-NH-CsN夕抖> 乂、+- c:也〆 N之腈之刖述反應係摘述於如下及 應順序,其中γ=Ν或p . 1 ,、r υ Μ次P,Rl可與r3相同或相異。 R1—YH,
PH 2 M(CF3S03)3
R2—B
+ NH, PR3(H) -級膦之實例包括但非限於甲基膦、乙基膦、異丙基 膦、異丁基膦、第三丁基膦、及笨基膦。一級膦通常可自 市面上購仔,諸如係得自亞利敘化學公司(A】dricl Chemical Company)(威斯康辛州密瓦基),或可藉由參考文 獻中多種已知方法製備’諸如使用美國專利案6,939 983 (Shenai-Khatkhate等人)所揭示之格利雅(Grignards)K劑製 備或基於美國專利案6,956,127 (Shenai-Khatkhate等人) 所揭示之有機裡及/或有機銘反應製備。一級胺類之實例包 括但非限於甲基胺、乙基胺 '正丙基胺、異丙基胺、及第 二丁基胺。此等一級胺類通常可自市面上購得,諸如購自 亞利敘化學公司。 磷醯脒化合物可經由將適當腈化合物、一級膊、金屬 94065 13 1343387 三氟曱磺酸鹽催化劑及視需要的一級胺以任一種順序組合 而製備。視需要可使用有機溶劑◊反應可於多種溫度諸如 於回流進行。典型地,反應係於數小時内完成。 於磷醯胍(phosphoguanidine)之另一種合成途徑中,一 級膦與碳化二亞胺(carb〇(Jiimide)係於金屬三氟曱續酸鹽 催化劑存在下反應。前述任一種金屬三氣甲確酸鹽催化劑 皆可使用。反應條件係類似前文中對磷醯脒化合物之說 明。磷醯脈化合物之製備說明如下,其中Rl、R2及R3具 有如前述之定義。 R1-N=C=NR2 + R3-PH2 M(CF3S03)3 NR1
R2—N PR3(H) 本發明金屬碟醯脒酸鹽有機金屬化合物可經由金屬鹽 (通常為金屬鹵化物)與鹼金屬磷醯脒酸鹽之複分解反應 ^ thesis reaction)而製備。驗金屬碌醯脉酸鹽可經由將 ,醯脒化合物與烷基鹼金屬試劑(諸如正丁基鋰、曱基鋰及 第三丁基鋰)、鹼金屬氫化物(諸如氫化鈉及氫化鉀)或鹼金 :醯胺(諸如醯胺鈉)反應而製備。或者,金屬磷醯脒酸鹽 I可灰有機溶劑存在下,經由金屬二烷基醯胺類與游離磷 I脒間之交換反應而製備。前述反應通常係於惰性氣氛諸 =氮氣、氬氣或其混合物下進行。典型地,此等反搞使 之有機溶劑實質上不含金屬雜質及氧化雜質。 94065 工343387 積用機金屬化合物特別適合用作為薄膜之氣相沉 二此等化合物可用於多…方法以及用 合物= 方二於一個具體實施例中,此等有機金屬化 =之兩種或多種可用於CVD方法或仙方法。當使 =種或多種有機金屬化合物時,此等化合物可含有相同 體斑扩=不同配位基’或可含有不同金屬。於另一個具 體仏例中,本發明有機金屬化合物中之一者或多者可與 種或夕種其它前驅化合物一起使用。 起泡器(bubbler)(也稱作為鋼瓶(cyUnder))為並型用來 將呈氣相之本發明有機金屬化合物提供至沉積反應器之輪 运裝置。此種起泡器典型含有填充埠口、進氣埠口及出氣 埠口 ’出氣蟑口係連接至沉積室。載流氣體典型係經由進 氣埠口進入起泡器’並夾帶或拾取前驅物蒸氣。所夾帶的 或所攜帶的蒸氣隨後經由出氣埠口離開起泡器,並輸送至 沉積室。可使用多種载流氣體諸如氫、氦、氮、氬、及其 混合物。 依據所使用之特定沉積裝置而定,可使用廣泛多種的 起泡器。當前驅化合物為固態時,可使用美國專利案第 6,444,038 號(Rangarajan 等人)及第 6 6〇7 785 號⑺職㈣ 等人)所揭示之起泡器及其它設計之起泡器。就液體前驅化 合物而言,可使用美國專利案第4,5〇6,815號(Melas等人) 及第5,755,885號(Mikoshiba等人)所揭示之起泡器及其它 液體前驅物起泡器。來源化合物係於起泡器中維持液態或 固態。固態來源化合物典型經過氣化或昇華,然後再轉運 94065 15 1343387 至沉積室。用於ALD方法之起泡器可於進氣璋口及出氣痒 口具有氣動閥以視需要快速開閤來提供所需之蒸氣脈衝。 於S知C VD方法中,供給液態前驅物之起泡器及某 ,供給固態前驅物之起泡器均含有連接至進氣痒口的沉浸 官。-般而s m體被導人於有機金屬化合物(也稱作 為前驅化合物或來源化合物)的表面下方,並向上行進通過
該來源化合物至來源化合物上方的頂部空間,而於載流氣 體中夾帶且攜帶來源化合物蒸氣。 〃 ALD方法所使用之前驅物常為液體、低溶點固體或配 製於溶劑之固體。為了處理此等類型之前驅物,A 中所使㈣起泡器可含有連接至出氣槔口之沉浸管。氣體 經由進氣口進入此等起泊哭廿士两·土^ 、、 予起浥斋亚加壓起泡器,迫使前驅物向 上通過沉浸管送出起泡器之外。 本發明提供—種包括前述有機金屬化合物之 置。於一個具體實施例中’輸送裝置包括:容器,該 具有細長筒形部’該細長筒形部具有含截面之内表面 封閉部⑽closure p〇rti〇n);以及底封閉部(b〇tt⑽咖⑽ P〇rti〇n),該頂封閉部有導入载流氣體用之進氣口㈦以 opening)及出氣口(〇ut丨et 〇pening),該細長筒形部具 1 述有機金屬化合物之腔室。 、3則 於-個具體實施例中,本發明提供一種將充滿有機金 屬化合物之流體流供給至化學氣相沉積系統之 機金屬化合物具有式(R】YCR2PR3) M+mL] τ,人 94065 烯基、(cvc6)快基及芳基;Υ=Ν或p; M=金屬;L〗=陰離 子性配位基;L2=中性配位基;m=M之價數;n=1至6;p=〇 f 3;及其中心,該裝置包括:容器,該容器具有細長 筒开/卩。亥細長筒形部具有含截面之内表面;頂封閉部; 以及底封閉部,該頂封閉部有導入載流氣體用之進氣口及 ^氣口’該細長筒形部具有含有機金屬化合物之腔室丨進 孔口 ir、與腔室作流體連通,腔室係與出氣口作流體連通。 春於^-個具體實施例中,本發明提供一種化學氣相沉積金 屬4膜之裝置,包括前述一個或多個用於供給充滿有機金 屬化合物之流體流之裝置。 /儿積至典型為經加熱之容器,於其内部係放置至少一 個基材,且可能為多個基材。沉積室有出口,該出口典型 係,接至真空幫浦,俾將副產物抽出腔室並於適當時提供 減壓。金屬有機CVD (「MOCVD」)可於大氣壓或於減壓 下進行。/儿積室係維持於約高之溫度以誘導來源化合物分 暴解。典型沉積室溫度係由2〇〇。〇至12〇(rc,更典型為2〇〇 C至6〇〇t,選用之確切溫度係經過最佳化以提供有效沉 =視需要’若基材係維持於高溫或若其它能量諸如電装 i藉射頻(RF」)此源所產生則沉積室内的整體溫产 降低。 又 於製造電子裝置之實例中,適當的沉積基材可為矽 矽鍺、碳化矽、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦等。此等基材才 別可用於積體電路之製造。 視需要可長時間連續沉積來製造具有所期望性質之薄 94065 17 1343387 膜。典型地,當沉積停止時,薄膜厚度係為數百至數千埃 (angstroms)或以上。 、 因此,本發明提供一種沉積金屬薄膜之方法,包括下 列步驟:a)於氣相沉積反應器中提供基材;b)輸送呈氣態 形式之前述有機金屬化合物至該反應器作為前驅物;以及 c)於基材上沉積包括該金屬之薄膜。於典型cvd方法中, 前述方法進一步包括於反應器内分解前驅物之步驟。 • 含金屬之薄膜係藉ALD製造,一次一種,讓基材交替 2觸欲形成_之各元素的前驅化合物蒸氣,而具有接近 :美的化學6十!。於ALD方法中,使基材接觸第—前驅物 蒸氣,該第一前驅物蒸氣可與基材表面於高到足以發生反 應之溫度下反應,藉此於基材表面上形成第一前驅物之單 一 f子層(或其中含有金屬),並且再將經此形成的具有第 〃月J驅物原子層;^其上之表面接觸第二前驅物之蒸氣,該 第一則驅物瘵氣係與第一前驅物於高到足以發生反應之溫 馨度下反,,藉此於基材表面上形成所欲金屬薄膜之單一原 子a藉由父替使用該第一前驅物及第二前驅物持續進行 此粒序’直到所形成的薄膜達到期望的厚度為止。此種 =LD方法所使用之溫度典型係低於MOCVD方法所使用之 又4且可"於2〇〇 C至400。(:之範圍,但依據選用之前驅 ”積之4臈 '以及熟諳技藝人士已知之其它準則而 疋,亦可採用其它適當溫度。 ALD裳置典型包括提供減壓氣氛(㈣·㈣ atmosphere)之真空室裝置;位在該真空室裝置内部之一對 94065 18 1343387 ,裝置’.亥對裝置分別包括支承至少一個基材之支承裝置以 及形成至少兩種不同前驅物的至少兩種蒸氣來源之來源裝 置;及工作式連接該對裝置中之一者之操作裝置,用以相 對於該對裝置中之另—種裝置來操作該對裝置中之一種裝 置’而於該基材上先提供該等前驅物之一的單一原子層, 然後再提供另一種前驅物的單一原子層。參考美國專利案 第4,058,430號(Sunt〇la)有關ALD裝置之說明。 # 於又一具體實施例中,本發明提供一種沉積薄膜之方 法’包括下列步驟:於氣相沉積反應器中提供基材;將該 呈氣態形式之前述有機金屬化合物作為第一前驅物輸送至 該反應器;化學吸附該第一前驅物化合物於該基材表面 上;自該反應器中移除任何未經化學吸附之第一前驅物化 合^;輸送呈氣態形式之第二前驅物至該反應器;使該第 一則驅物與該第二前驅物反應而於該基材上形成薄膜;以 及移除任何未反應之第二前驅物。輸送第一前驅物及第二 ❿=物之交替步驟以及使第一前驅物與第二前驅物反應之 '驟k重複至獲得所期望厚度之薄膜為止。自反應器内移 除前驅物之步驟可包括一次式々a w ° /神」已祜久或多次將反應器於真空下抽真 =及使用非反應物氣體及/或溶劑蒸氣掃除該反應哭二 ^二所驅物可為任何可與第一前驅物反應來形成所期望之 相之適當前驅物。此等第二前驅物視需要可含有另一種 ,屬。第二前驅物之實例包括但非限於氧、臭氧 ,尚 氧化物、醇類、氧化亞氮、及氨。 ’ ^ 當本發明有機金屬化合物用於ALD方法或用於直接 94065 19 JO / 液體注入法時,兮 一種斜右她A,k有機金屬化合物可與有機溶劑組合。任 有機溶劑之杏物呈適當惰性之有機溶劑皆可使用。 直鏈炫基笨二乂 非限於脂肪族煙類、芳香族煙類、 二醇二甲' *化烴類、矽烷化烴類、醇類、醚類、乙 酚翻Γ匕祕類、二醇類、盤類、綱類、叛酸類、確酸類、 異氰醆=卜胺類、燒猜、硫賴、硫胺類、氰酸醋類、 烷r及=貝_硫亂酸離類、聚石夕氧油類、硝基燒基、确酸 J乙酸當溶劑包括四氮…二乙二醇二甲 】,4_二噚烷、乙曰嫌美烷、乙酸2_甲氧基乙酯、乳酸乙酯、 二 70烯土二甲基矽烷 '吡啶 '三甲笨、甲苯及 二本二可採用有機溶劑之混合物。當用於直接液體注入 :守’有機金屬化合物之濃度典型係介於〇〇5 μ至〇25 人物更古典型係介於G.G5 乂至G·15心範圍。有機金屬化 。物/有機溶劑組成物可呈溶液、漿液、或分散液形式。 包括本發明有機金屬化合物及有機溶劑之組成物適合 於採用直接液體注入之氣相沉積方法。適當之直接液體 二入法為美國專利申請案第2_/G〗】G93G號伽刪所述 者。 —本發明進-步提供-種製造電子裝置之方法,包括使 用前述任一種方法來沉積含金屬薄膜之步驟。 本發明係藉由使用磷醯鄺酸根配位基而提供一種允許 將異配位基(he_Ieptic)前驅物用於氣相沉積(特別是 之溶;夜’該溶液具㈣當之功能平衡、所期望之熱安 疋性、適當之金屬_心遮蔽及良好控管之表面以及氣相反 94065 20 1343387 應。 下列實施例預期可用以說明本發明之各個態樣 _實施例1 二異丙基磷醯脒預期係如下合成。
一異丙基胺、異丙基膦及乙腈之等莫耳混合物之溶液岁 二氟曱磺酸鑭(1至2%)於加壓容器内於大氣壓及惰性氣赛 下混合。使用過量乙腈(10%至25%)作為溶劑,預期可= 助反應物質之均化。然後墨力容器於恆溫室内或恆溫爐产
力:熱至50t:至6(TC達5至“、時,伴以怪定㈣反應物 質。或者,本反應可於大氣壓及回流條件下進行。反應期 間釋放之氨係於排放至大氣前先使用市售滌氣器(破壞性 去除效能>99%)滌淨。過量溶劑及副產物預期藉真空蒸餾 除所付期王之一異丙基碟酿辟隨後於真空下蒸傑。預 4 了以尚產率(>75%)獲得產物,且該產物藉及 ICP-MS檢測並不含有機雜質及金屬雜質。 貫施例2 (二異丙基磷醯脒酸根)鋰預期係如下合成。 94065 1343387
Me·
>H r-BuLi-
Me~-<e L5e
/-BuH 二異丙㈣醯脉之鐘鹽係經由將正丁基鐘之己炫溶液 (2.3M於己⑧)與溶解於_溶劑之等莫耳量二異丙基碟酿 脒於-78C反應而製備。添加係以逐滴方式且伴以有效授掉 進行。於添加完成後,讓反應混合物達到室溫。溶劑及未 反應試劑㈣係使用真空去除而移除。然㈣產物溶解於 -乙一醇丁醚(butykhg丨yme;BDG)以獲得二異丙基磷醯脒 酸鋰溶液(25%至50%)。 實施例3 (二異丁基磷醯脒酸根)鋰預期係使用實施例】及2之 程序’採用異丁基胺及異丁基膦合成。 實施例4 非對稱性單(N-異丙基第三丁基磷醯脎酸根)鋰預 期係使用實施例…之程序,採用異丙基胺基及第三丁 基膦合成。 實施例5 非對稱性單(N-第三丁基-P-異丁基磷醯脒酸根)鈉預 ’月仏使用貫施例1及2之程序’採用第三丁基胺及異丁基 鱗且採用醯胺鈉於二乙二醇丁醚替代正丁基鋰於己烷而合 成。 實施例6 肆(二異丙基磷醯脒酸根)铪,Hf(iPr-PAMD)4,預期係 22 94065 1343387 4 •經由使肆(乙基曱基胺)給與4.4莫耳過量之二異丙基雄醯 月米酸S旨(得自實施例I)於甲苯中升溫(不超過1〇代)反應6 小時而合成。於反應完成後,讓反應物質冷卻至室溫。進 步冷部S 0 C及以下之溫度時,預期獲得高產率之目標 產物肆(二異丙基破酿脒酸根)給。 實例7 參(二異丙基磷醯脒酸根)鋁,A1(iPr_p •經由使參(乙基甲基啊3.3莫耳過量之丄= 脒酸酯(得自實施例1)於甲苯中升溫(不超過8〇r)反應5 J、時而合成。於反應完成後,讓反應物質冷卻至室溫◊進 一步冷卻至o°c及以下之溫度時,預期獲得高產率之目標 產物參(二異丙基磷醯脒酸根)鋁。 實施例8 肆(二異丁基碟酿脾酸根)錯’ Ge(iBu-PAMD)4,預期係 經由使四氣化鍺與4.5莫耳過量之二異丁基磷醯脒之鋰鹽 •(得自實施例3)於BDG中升溫(不超過i〇〇°c )反應5小時而 合成。於反應完成後,讓反應物質冷卻至室溫。進一步冷 卻至〇°C及以下之溫度時,預期獲得高產率之目標產物肆 (二異丁基磷醯脒酸根)鍺。 實施例9 非對稱參(N-異丙基-P-第三丁基峨酿脒酸)銻預期係 經由使單(N-異丙基-P-第三丁基磷醯脒酸根)鋰(得自實施 例4)與三氣化銻(3.3:1莫耳比)於正丁基醚升溫(不超過8〇 C )反應8小時而合成。反應完成後,讓反應物質冷卻至室 23 94065 1343387 溫。當進-步冷卻溶液至代時,預期以高產率獲得目標 產物非對稱參(N-異丙基·Ρ·第三丁基磷醯胨酸)銻。 實施例1 0 非對稱貳(Ν-第三丁基_Ρ_異丁基磷醯脒酸根)肆(乙基 甲基醯胺基)鎢預期係經由使單(Ν_第三丁基_ρ•異丁基磷 醯脒酸根)鈉(得自實施例5)及乙基甲基醯胺鋰與六氣化鎢 (2:4:1莫耳比)於BDG中升溫(不超過1〇(rc)反應6小時而 鲁合成。反應完成後’讓反應物質冷卻至室溫。當進一步冷 卻溶液至0°C時,預期以高產率獲得目標產物非對稱(N_第 二丁基-P-異丁基磷醯脒酸根)肆(乙基甲基醯胺基)鎢。 實施例11 肆(一乙基鱗醯脉酸根)碎’ Te(Et-PAMD)4,預期係經 由使肆(乙基曱基胺基)蹄與4.4莫耳過量之二乙基礙醯腓 酸酷(得自實施例1)於曱苯中升溫(不超過1 〇〇。匸)反應6小 時而合成。於反應完成後,讓反應物質冷卻至室溫。進一 # 步冷卻至οχ:及以下之溫度時,預期以高產率獲得目標產 物肆(一乙基鱗醯脉酸根)碌。產物可含有武(二乙基填醯脒 酸根)碲作為二次產物。 f施例12 貳(異丙基磷醯脒酸根)釕茂, [MeCP(i-Pr)N(i-Pr)]2Ru(Cp),預期係如下合成:
24 94065 1343387 異丙基磷醯脒酸酯之鋰鹽與環戊二烯基氣化釘四$物 於己烷在室溫(約25。〇採用比化學計算量所需略為莫耳過 量(1至2%)反應。反應係於裝配有磁力或機械授拌及有效 加熱/冷卻系統來控制反應速率之三頸圓底瓶内,於惰性氮 氣氣氛下進行。試劑係以連續逐滴方式添加,讓其緩丨a $ 合來控制反應之放熱。反應物質維持於低於6〇至8(Γ(:。 於添加完成後,反應混合物於室溫攪拌〗小時。反應物質 經加熱獲得溫和回流來確保反應完全。而後預期於冷卻後 自反應物質分離粗產物’然後使用標準蒸餾及/或再結晶技 術純化產物。目標產物貳(異丙基磷醞脒酸根)釘茂預期係 以高產率獲得’並預期藉FT_NMR測定為實質上不含有^ 溶劑(<〇.5Ppm),藉ICPMS/ICP-OES測定亦為實質上不含 金屬雜質(<l〇ppb)。 實施例13
Φ [MeCP(i-Pr)N(i-Pr)]2La(CH2SiMe3),預期如下合成:
經鹽(三甲基石夕炫《基曱基經)與 加合物係於室溫(約251 )反應。市 丙基磷醯脒於THF反應,獲得目相 -貳(異丙基碟S盖脒酸根)鑭。預期万 基鋰)與二氣化鑭於THF之THF 反應。而後使中間產物與游離異 ί隻得目標產物三 三甲基矽烷基甲基 預期反應為批:欠式反應、,一鍋 94065 25 卜 中間產物。反應係於惰性HL A下it 仃,且採用較化學舛首 h丨生虱虱虱矶下進 反應預期於裂配有磁力 ;:)= 統來控制反應料之—㉝計, 及有效加熱/冷部糸 滴方十天+ ^ —碩0底瓶内進行。試劑係以連續逐 雜;4 σ,讓其緩慢混合來控制反叙 維持於低於60至8(rr …、汉應物貝 & |R± 8〇C°於添加完成後,反應混合物於室 ::拌1 :广。反應物質經加熱獲得溫和回流來確保反應 ==預期於冷卻後自反應物質分離粗產物,然後使 用“準⑽及/或再結晶技術純化產物。目標產物三甲基石夕 院基曱基K異丙㈣㈣酸根)鑭預期係以高產轉 得,並預期藉FT_NMR測定為實質上不含有機溶劑 (<〇.5Ppm),II ICPMS/Icp_〇ES敎實質上亦為不含金屬 雜質(<1 Oppb)。 實施例14 下表所列舉式(Ri YCR^RiM-V^wL%之有機金屬 化合物係根據實施例1至實施例14提供之程序製備。 94065 26 1343387
試樣 Μ R1 R2 R3 Y L1 L2 '-__ A Mg i-Pr Me i-Pr N Cp B Ga Ht Me Et N H Si ~~—--- C i-Pr n-Bu i-Pr P D 丁 e i-Pr Et i-Pr K Me E Cu i、Pr Me i-Pr P VTMS F Sc Me n-Bu Et '---- P TMG G La i-Pr Me i-Pr N TMPG Η Zr ----- i-Pr t-Bu i-Pr Cp, Me Hf ----- I i-Pr Me i-Pr p 烯两基,Me 異戊間二坤 Nb ------- J i-Pr Et i-Pr N Cp, Me K Ta i-Pr t-Bu i-Pr P Cp, Me L W i-Pr Me i-Pr ---- P Cp, Me Μ Ni i-Pr Me i-Pr M Bz, CO N Ru c-Hx t-Bu c-Hx P N03 對異丙基甲笨 —一 ,COD 0 Pt i-Pr Me i-Pr N- NOj 上表中以适竣分開之配位基表示各個配位基係存 於該化合物,TM化四甲基胍及爾〇四甲基磷酿脈酸术 實施例15 適合用於ALD方法或直接液體注 經由將若干實施例14 *之‘.·且成物 借d物興右切機溶劑組合而 特U成物係顯示於下表。詩直接㈣注入時,: 機金屬化合物典型係以0.1 Μ之濃度存在。 94065 27 1343387
組成物試樣 有機金屬化合物試樣 溶劑 1 D THF 2 D 1,4-二噚烷 3 D 乙酸正丁酯 4 E 辛烷 5 E 二乙二醇二甲醚 6 E VTMS 7 F THF 8 F 辛烷 9 G 二乙二醇二曱醚 10 G 乙酸2-曱氧基乙氧基酯 11 Η 乙酸正丁酯 12 Η 乙酸2-曱氧基乙氧基酯 13 J THF 14 K 辛烷 15 Κ 二乙二醇二曱醚 16 Μ 乙酸正丁酯 17 Μ 乙酸2-曱氧基乙氧基酯 18 0 辛烷 19 0 THF 28 94065
Claims (1)
1343387 第96127421號專利申請案 99平12月7日修正 ρ气頁
• .* 十、申請專利範圍: • 1 ‘ —種沉積薄膜之方法’包括下列步驟:於氣相沉積反 應器中提供基材;將呈氣態形式之有機金屬化合物作 為前驅物輪送至該反應器;以及於該基材上沉積包括 該金屬之薄膜’其中該有機金屬化合物具有式 (Κίγα^Ρί^ηΐνη1—)!^,其中 Rl、R2 及 R3 係獨立地 選自H、(CVC6)烷基、(c2-c6)烯基、(c2-c6)炔基及芳基; Y=N或p ; M=選自2族至16族金屬;L1 =陰離子性配 位基;L2=中性配位基;m=M之價數;n=l至6 ; p=0 • 至3 ;及其中mkn。 2.如申請專利範圍第1項之方法,其中,L1係選自氫負離 子、画素負離子、疊氮基(azide)、烷基、烯基、炔基、 羰基、醯胺基、烷基胺基、二烧基胺基、二烷基胺基烷 基、亞胺基、酿肼基(hydrazido)、碟負離子(ph〇sphido)、 亞硝基(nitrosyl)、硝基(nitryl)、亞确酸根、;ς肖酸根、腈 φ 基(nitrUe)、烷氧基 '二烷基胺基烷氧基、烷氧基烷基 一炫基胺基、石夕烧氧基、二酮酸根(diketonate)、酮基亞 胺酸根(ketoiminate)、環戊二烯基、矽烷基、吡唑酸根 (pyrazolate) '胍酸根(guanidinate)、構醯基胍酸根 (phosphoguanidinate)、及脒酸根(amidinate)。 3. 如申凊專利範圍第1項之方法,其中,l2係選自c〇、 NO、烯類、二烯類、三烯類、炔類及芳香族化合物。 4. 如申凊專利範圍第1項之方法,其中’該有機金屬化合 物係存在於復包括有機溶劑之組成物中;且其中該方法
94065(修正版) 29 1343387 9 - __________ 第96127421號專利申請案 „ ' 卜 | 99年12月7日修正替換頁 復包括使用直接液體注入方式將該組成物輸送至該反 • 應器之步驟。 -5.=種沉積薄膜之方法,包括下列步驟:於氣相沉積反應 器中提供基材;將呈氣態形式之有機金屬化合物作為第 一前驅物輸送至該反應器;化學吸附該第一前驅物化合 物於該基材表面上;自該反應器移除任何未經化學吸附 之第一前驅物化合物;輸送呈氣態形式之第二前驅物至 該反應器;使該第一前驅物與該第二前驅物反應以於該 .·基材上形成薄膜;以及移除任何未反應之第二前驅物, " 其中,5亥有機金屬化合物具有式 ,其中 R1、R2 及 R3 係獨立地 選自HVCi-CO烷基、(c2-c6)烯基、(c2-c6)炔基及芳基; Y=N或P ; Μ係選自2族至16族金屬;L〗=陰離子性 配位基;L2=中性配位基;m=M之價數;n=1至6 ; p=〇 至3 ;及其中m2n。 籲6.如申請專利範圍第5項之方法,其中,l1係選自氫負離 子、#素負離子、疊氮基、烷基、烯基、炔基、羰基、 醯胺基、烷基胺基、二烷基胺基、二烷基胺基烷基、亞 胺基、醯肼基、磷負離子、亞硝基、硝基、亞硝酸根、 硝酸根、腈基、烷氧基、二烷基胺基烷氧基、烷氧基烷 基二院基胺基、矽烷氧基、二酮酸根、酮基亞胺酸根、 環戊二烯基、矽烷基、吡唑酸根、胍酸根、磷醯基胍酸 根、及脒酸根。 7.如申請專利範圍第5項之方法,其中,l2係選自CO、 30 94065(修正版) 第96127421號專利申請案 99年12月7曰修正替換頁 1343387 « 严 NO、烯類、二烯類、三烯類、炔類及芳香族化合物。 ‘ 8.如申請專利範圍第5項之方法,其中,該第二前驅物係 選自氧、臭氧、水、過氧化物、醇類、氧化亞氮及氨。
31 94065(修正版)
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