TWI427080B - 用於半導體製程之沈積前驅物 - Google Patents

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Description

用於半導體製程之沈積前驅物
本發明有關有機金屬化合物及自有機金屬前驅物化合物製造薄膜或塗層之方法。該有機金屬化合物具有降低沈積膜中摻入之碳及增加熱安定性的能力。尤其該有機金屬化合物對數種半導體應用具有促進優點，諸如用於接觸應用之鈷及矽化鈷。
鈷及矽化鈷金屬膜之沈積對各種半導體應用具有相當之重要性。矽化鈷因為使用於形成位在半導體電晶體之源極/汲極及閘極區上之電觸點，而特別具有重要性。其熱安定性及化學安定性高且兼具低電阻，因而成為理想材料。可藉由於多晶矽(閘極)或矽(源極/汲極)上沈積鈷金屬，接著退火，而有效地形成矽化鈷。在退火過程中形成矽化鈷時，矽之消耗量低，此點亦對半導體製造者具有吸引力。
目前沈積解決方案包括物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)及原子層沈積(ALD)。用於沈積鈷之PVD方法的困擾為階梯覆蓋性較差及於具有挑戰性之幾何形狀上附聚。此情況會導致不規則之鈷(Co)層厚度，接著又導致不規則之矽化鈷層厚度，對電晶體性能可信度造成負面影響。CVD及ALD方法一般導致雜質(諸如自前驅物化合物之導入之碳(C)、氧(O)及氮(N))摻入 半導體薄膜中。此等雜質對於所需電觸點層之形成可能性的影響極大，可導致在鈷及矽層之間形成SiO2 層，此層隨後妨礙在退火過程中形成矽化鈷。
CpCo(CO)2 或二羰基(環戊二烯基)鈷(I)係為慣常使用於Co沈積之CVD前驅物，但受到明顯摻入碳所困擾。其係具有吸引力之前驅物材料的原因在於其合成相當平價且有大量與其沈積有關的數據。
相關技術已進行各種嘗試來降低碳摻入量。避免薄膜中摻入碳之習用解決方式通常分成四種類型：1)使用無碳沈積技術，2)修飾沈積來源以降低該來源中之有效碳，3)修飾沈積來源以消除M-C鍵結，4)薄膜進行沈積後處理，以自薄膜移除C。
無碳沈積技術包括但不限於使用以鹵化物為主之CVD前驅物、PVD及分子束磊晶(MBE)為主之處理方法。因為前述因素(保形性、階梯覆蓋性及附聚)，不含碳之PVD來源並非始終為較佳選擇。以鹵化物為主之前驅物會有該鹵化物配位體會在沈積期間毒化且/或蝕刻相鄰薄膜之其他問題。
Samsung之美國專利編號7,172,967 B2揭示使用稱為CCTBA Co2 (CO)6 ((CH3 )3 C-C≡C-H)之前驅物，在介於攝氏120及210度之間的溫度下藉CVD生成具有低碳濃度的Co薄膜。基材溫度可影響前驅物分子擴散至高寬高比之狹窄特徵內的速率，且擴散速率通常隨著分子擴散進入溝槽內而增加。Samsung亦獨立地記載當沈積Co之PVD 層後接著自CCTBA沈積Co之CVD層，隨之於Co上沈積Ti，接著退火時，發現矽化鈷薄膜之最佳電性質。此點顯示在此等溫度沈積之CVD Co的品質不足以得到最佳電性質，且可歸因於令人無法接受之高濃度的碳或其他雜質。
在美國專利申請案公告編號2007/60037391 A1及Gordon等人，2003年11月之Nature Materials, Vol. 2, P. 749中，討論不包括任何M-C鍵結，而是包括M-N鍵結之化合物的製造。此等物質包括複雑之合成，具有在其原先所沈積之基材上形成所研究之金屬的氮化物或氮化物/氮氧化物的傾向。一般，亦具有與配位體合成有關之高成本的困擾，而此困擾挑戰其於半導體應用中之潛在用途。
最後，可進行用以將摻入之碳清除至薄膜環境內之薄膜沈積後處理或薄膜於生長期間之處理來作為限制碳摻入量的處理方法。此處理方法一般係包括使用氧或電漿。此等強化學環境可對其他薄膜具有負面影響，且於薄膜沈積期間破壞局部環境，結果，當前驅物修飾未產生適當之薄膜，且沈積環境無法使用PVD或以鹵化物為主之前驅物時，則此等方法通常被視為最後之手段。
為克服相關技術之缺點，本發明之目的係提供降低碳摻入量且展現較高之熱安定性的前驅物。
本發明另一目的係提供改變環戊二烯基(Cp)配位體以降低自以Cp為主之過渡金屬前驅物衍生的過渡金屬薄膜的碳摻入量之方法。
本發明另一目的係為可在300至500℃範圍內沈積溫 度沈積碳量大幅降低之薄膜，且展現低電阻係數及良好結晶性。在有些碳污染提供益處(例如較平滑薄膜)之情況下，可藉由導入其他碳來源或藉由調整沈積環境而控制碳濃度。此外，來源之熱安定性顯示若為Co及/或Ni，則存在可藉著於形成此等矽化物所需之溫度(例如400至500℃)下沈積，使用前驅物直接於矽或多晶矽上形成CoSi2 之可能性。
製造此等前驅物所需之合成方法及材料相對平價，顯示擁有成本相對於其他技術具有潛在重大優勢。
一般技術者可審閱本發明說明書、圖式及所附申請專利範圍而明瞭本發明之其他目的及優點。
本發明一部分係有關一種化合物，其包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之碳濃度，(ii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與增加之結晶性。該至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體可完全或部分經取代。
本發明一部分亦有關一種化合物，其包含至少一種金屬或準金屬；至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於藉 由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之碳濃度，(ii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與增加之結晶性；及至少一種選自以下配位體之旁觀配位體：(i)經取代或未經取代之陰離子性2電子供體配位體，(ii)經取代或未經取代之陰離子性4電子供體配位體，(iii)經取代或未經取代之中性2電子供體配位體，或(iv)經取代或未經取代之陰離子性6電子供體配位體；其中該金屬或準金屬之氧化值與該至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體及該至少一種旁觀配位體之電荷的和係等於0。該至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體可完全或部分經取代。
本發明另外部分有關式(L1 )M(L2 )y 所示化合物，其中M係為金屬或準金屬，L1 係完全經取代之陰離子性6電子供體配位體，L2 係相同或相異且係為(i)經取代或未經取代之陰離子性2電子供體配位體，(ii)經取代或未經取代之陰離子性4電子供體配位體，(iii)經取代或未經取代之中性2電子供體配位體，或(iv)經取代或未經取代之陰離子性6電子供體配位體；且y係為1至3之整數；且其中M之氧化值與L1 及L2 之電荷的和係等於0。
一般，M係選自鈷(Co)、銠(Rh)、銥(Ir)、鎳(Ni)、釕(Ru)、鐵(Fe)或鋨(Os)，L1 係選自完全經取代之陰離子性6電子供體配位體，諸如完全經取代之環戊二烯基、完全經取代之類環戊二烯基基團、完全經 取代之環庚二烯基、完全經取代之類環庚二烯基基團、完全經取代之戊二烯基、完全經取代之類戊二烯基基團、完全經取代之吡咯基、完全經取代之類吡咯基基團、完全經取代之咪唑基、完全經取代之類咪唑基基團、完全經取代之吡唑基及完全經取代之類吡唑基基團，且L2 係選自(i)經取代或未經取代之陰離子性2電子供體配位體，諸如氫基、鹵基及具有1至12個碳原子之烷基(例如甲基、乙基及諸如此類者)，(ii)經取代或未經取代之陰離子性4電子供體配位體，諸如烯丙基、氮雜烯丙基、脒根基及β-雙烯酮亞胺基，(iii)經取代或未經取代之中性2電子供體配位體，諸如羰基、膦基、胺基、烯基、炔基、腈(例如乙腈)及異腈，或(iv)經取代或未經取代之陰離子性6電子供體配位體，諸如經取代或未經取代之環戊二烯基、經取代或未經取代之類環戊二烯基基團、經取代或未經取代之環庚二烯基、經取代或未經取代之類環庚二烯基基團、經取代或未經取代之戊二烯基、經取代或未經取代之類戊二烯基基團、經取代或未經取代之吡咯基、經取代或未經取代之類吡咯基基團、經取代或未經取代之咪唑基、經取代或未經取代之類咪唑基基團、經取代或未經取代之吡唑基及經取代或未經取代之類吡唑基基團。
本發明再另外係部分有關前式所示之有機金屬前驅物化合物。
本發明一部分亦有關一種製造薄膜、塗層或粉末之方 法，其係藉由分解有機金屬前驅物化合物以製得該薄膜、塗層或粉末；其中該有機金屬前驅物化合物係包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該薄膜、塗層或粉末中賦與降低之碳濃度，(ii)於該薄膜、塗層或粉末中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該薄膜、塗層或粉末中賦與增加之結晶性。
本發明另外部分有關一種於處理艙中處理基材之方法，該方法包含(i)將有機金屬前驅物化合物導入該處理艙內，(ii)將該基材加熱至約100℃至約600℃之溫度，及(iii)使該有機金屬前驅物化合物於處理氣體存在下進行反應以於該基材上沈積含金屬之層；其中該有機金屬前驅物化合物包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該含金屬之層中賦與降低之碳濃度，(ii)於該含金屬之層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該含金屬之層中賦與增加之結晶性。
本發明再另外係部分有關一種自有機金屬前驅物化合物於基材上形成含金屬材料之方法，該方法包含蒸發該有機金屬前驅物化合物以形成蒸汽，且使該蒸汽與該基材接觸以於其上形成該含金屬材料；其中該有機金屬前驅物化合物包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該含金屬材料中賦與降低之碳濃度， (ii)於該含金屬材料中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該含金屬材料中賦與增加之結晶性。
本發明一部分亦有關一種製造微電子裝置結構之方法，該方法包含蒸發有機金屬前驅物以形成蒸汽，且使該蒸汽與基材接觸以於基材上沈積含金屬薄膜，且隨之將含金屬薄膜併入半導體積合流程中；其中該有機金屬前驅物化合物係包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該含金屬薄膜中賦與降低之碳濃度，(ii)於該含金屬薄膜中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該含金屬薄膜中賦與增加之結晶性。
本發明另外部分有關包含以下者之混合物：(i)第一有機金屬前驅物化合物，其包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之碳濃度，(ii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與增加之結晶性，及(ii)一或多種不同之有機金屬化合物(例如含鉿、含鉭或含鉬之有機金屬前驅物化合物)。
本發明尤其有關涉及以完全經取代之6-電子供體陰離子性配位體為主之鈷前驅物的沈積。此等前驅物可提供優於其他已知前驅物之優點，諸如使藉由分解該前驅物所製 得之薄膜或塗層具有低碳濃度、低電阻係數及/或高結晶性。此等前驅物與其他「下一代」材料(例如，鉿、鉭及鉬)結合使用時，亦可提供優點。此等含鈷材料可使用於各種目的，諸如電介質、黏著層、擴散障壁、電障壁及電極，在許多情況下顯示較非含鈷薄膜改良之性質(低碳摻入量、熱安定性、所需之型態、較少擴散、較低漏流、較低電荷陷阱及諸如此類者)。
本發明具有數項優點。例如，本發明方法可用於生成具有各種化學結構及物性之有機金屬前驅物化合物。可於低碳摻入量、低電阻係數及高結晶性與短培育時間下沈積自該有機金屬前驅物化合物生成之薄膜，自該有機金屬前驅物化合物沈積之薄膜具有良好平滑性。使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜與使用CpCo(CO)2 於相同條件(例如，溫度及前驅物濃度)沈積之薄膜比較之下，具有低碳摻入量、低電阻係數及高結晶性。此等含有完全經取代6-電子供體陰離子性配位體之鈷前驅物可採用氫還原路徑藉原子層沈積依自限方式沈積。該種依自限方式藉原子層沈積來沈積的含有完全經取代6-電子供體陰離子性配位體之鈷前驅物可於還原環境中在高寬高比溝槽構造上進行保形薄膜生長。
本發明有機金屬前驅物可展現更能符合各種薄膜沈積應用之積合需求的不同鍵能、反應性、熱安定性及揮發性。特定積合需求係包括與還原處理氣體之反應性、良好熱安定性及適當之揮發性。該等前驅物不會在薄膜內導入 高濃度之碳。
與本發明有機金屬前驅物有關之經濟優點是其容許技術持續縮放比例之能力。縮放比例係為近年來負責降低半導體中電晶體價格的主要力量。
本發明較佳具體實施態樣係為有機金屬前驅物化合物在室溫下可為液體。在某些情況下，液體因為半導體製程整合展望之簡易性而優於固體。含有完全經取代6-電子供體陰離子性配位體之鈷化合物較佳係氫可還原且依自限方式沈積。
就CVD及ALD應用而言，本發明有機金屬前驅物可具有低碳摻入量、熱安定性、蒸汽壓及與欲使用於半導體應用之基材的反應性的理想組合。本發明有機金屬前驅物可符合需求地於輸送溫度具有液態及/或可產生與半導體基材之較佳反應性的特製配位體球體。
本發明ALD及CVD前驅物具有降低碳摻入量、降低電阻係數、增加結晶性及增加熱安定性之能力。尤其，以完全經取代之環戊二烯基環(例如，五甲基環戊二烯基環)置換未經取代或部分經取代環戊二烯基環可生成降低碳摻入量、降低電阻係數、增加結晶性且具有增高之熱安定性的前驅物。
發明詳述
如前文所述，本發明有關一種化合物，其包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代之陰離子性6電子供體 配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之碳濃度，(ii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與增加之結晶性。該至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體可完全或部分經取代。
如前文亦指出者，本發明有關一種化合物，其包含至少一種金屬或準金屬；至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之碳濃度，(ii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與增加之結晶性；及至少一種選自以下配位體之旁觀配位體：(i)經取代或未經取代之陰離子性2電子供體配位體，(ii)經取代或未經取代之陰離子性4電子供體配位體，(iii)經取代或未經取代之中性2電子供體配位體，或(iv)經取代或未經取代之陰離子性6電子供體配位體；其中該金屬或準金屬之氧化值與該至少一種經取代陰離子性6電子供體配位體及該至少一種旁觀配位體之電荷的和係等於0。該至少一種經取代之陰離子性6電子供體配位體可完全或部分經取代。
如前文進一步陳述，本發明有關(L1 )M(L2 )y 所示化合物，其中M係為金屬或準金屬，L1 係完全經取代之陰離子性6電子供體配位體，L2 係相同或相異且係為(i)經 取代或未經取代之陰離子性2電子供體配位體，(ii)經取代或未經取代之陰離子性4電子供體配位體，(iii)經取代或未經取代之中性2電子供體配位體，或(iv)經取代或未經取代之陰離子性6電子供體配位體；且y係為1至3之整數；且其中M之氧化值與L1 及L2 之電荷的和係等於0。
較佳，M係選自鈷(Co)、銠(Rh)、銥(Ir)、鎳(Ni)、釕(Ru)、鐵(Fe)或鋨(Os)，L1 係選自完全經取代之環戊二烯基、完全經取代之類環戊二烯基基團、完全經取代之環庚二烯基、完全經取代之類環庚二烯基基團、完全經取代之戊二烯基、完全經取代之類戊二烯基基團、完全經取代之吡咯基、完全經取代之類吡咯基基團、完全經取代之咪唑基、完全經取代之類咪唑基基團、完全經取代之吡唑基，或完全經取代之類吡唑基基團，且L2 係選自(i)經取代或未經取代之氫基、鹵基及具有1至12個碳原子之烷基，(ii)經取代或未經取代之烯丙基、氮雜烯丙基、脒根基及β-雙烯酮亞胺基，(iii)經取代或未經取代之羰基、膦基、胺基、烯基、炔基、腈及異腈基，或(iv)經取代或未經取代之環戊二烯基、經取代或未經取代之類環戊二烯基基團、經取代或未經取代之環庚二烯基、經取代或未經取代之類環庚二烯基基團、經取代或未經取代之戊二烯基、經取代或未經取代之類戊二烯基基團、經取代或未經取代之吡咯基、經取代或未經取代之類吡咯基基團、經取代之或未經取代之咪唑基、經取代 或未經取代之類咪唑基基團、經取代之或未經取代之吡唑基及經取代之或未經取代之類吡唑基基團。
有關式(L1 )M(L2 )y 所示化合物，該經取代或未經取代之類環戊二烯基基團係選自環己二烯基、環庚二烯基、環辛二烯基、雜環基或芳族基，該經取代或未經取代之類環庚二烯基基團係選自環己二烯基、環辛二烯基、雜環基或芳族基，該經取代或未經取代之類戊二烯基基團係選自直鏈烯烴、己二烯基、庚二烯基或辛二烯基，該經取代或未經取代之類吡咯基基團係選自吡咯啉基、吡唑基、噻唑基、噁唑基、咔唑基、三唑基、吲哚基或嘌呤基，該經取代或未經取代之類咪唑基基團係選自吡咯啉基、吡唑基、噻唑基、噁唑基、咔唑基、三唑基、吲哚基或嘌呤基，該經取代或未經取代之類吡唑基基團係選自吡咯啉基、吡唑基、噻唑基、噁唑基、咔唑基、三唑基、吲哚基或嘌呤基，且經取代或未經取代之類硼鎓苯基團係選自甲基硼鎓苯、乙基硼鎓苯、1-甲基-3-乙基硼鎓苯或其他經官能化硼鎓苯部分。
而且，有關式(L1 )M(L2 )y 所示化合物，M較佳可選自Co、Rh、Ir、Ru、Fe或Os。其他例示金屬或準金屬係包括例如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、Si、Ge、鑭系元素或錒系元素。
例示之式(L1 )M(L2 )y 所示化合物係包括例如Cp*Co(CO)2 、Cp*2 Ru、(Cp*)(Cp)Ru、Cp*(吡咯基) Ru、Cp*Rh(CO)2 、Cp*Ir(1,5-環辛二烯)、Cp*PtMe3 、Cp*AgPR3 、Cp*CuPR3 、Cp*CpTiCl2 、Cp*2 TiCl2 、Cp*V(CO)4 、Cp*W(CO)3 H、CpCp*WH2 、Cp*2 WH2 、Cp*2 Ni、CpCp*Ni、Cp*Ni(NO)及諸如此類者。因為應用性類似於鈷，故鎳化學可能特別重要。使用於本發明時，Cp*係表示完全經取代之環戊二烯基或完全經取代之類環戊二烯基基團，且Cp係表示未經取代或部分經取代環戊二烯基或未經取代或部分經取代類環戊二烯基基團。
在對CpCo(CO)2 前驅物之修飾中，含Co(I)之錯合物包括明顯較強之配位體對金屬的配位性，此較強配位性提供具有明顯較高熱安定性之分子，容許較高之沈積溫度。在高沈積溫度(例如，300-400℃)下，第三丁基乙炔分解且將高濃度之碳摻入薄膜中。
光譜分析顯示自以Cp配位體為主之前驅物摻入半導體薄膜內的碳包括異於Cp環之碳形式，包括但不限於石墨及金屬碳化物。為了使此情況發生，必須包括Cp環中C-H及C-C鍵之裂解。
在不欲受縛於任何特定理論下，相信以C-CR1 R2 R3 鍵結類型取代位於(C5 H5 )- 環上之C-H鍵結類型對於該環之化學性質具有多重衝擊。首先，會消去易被半導體薄膜攻擊之烯烴C-H鍵結。其次，與環相鄰之碳的存在可能對烯烴環C-C鍵結產生較C-H鍵結佳之立體保護。最後，位於Cp環骨架上之活化取代基的存在亦可改善該環系統之安定性。
以完全經取代之環戊二烯基環置換未經取代或部分經取代環戊二烯基環(例如，五甲基環戊二烯基環或其他五烷基環戊二烯基配位體，其中該烷基取代基可皆相同或相異)，於適度降低蒸汽壓的代價下，生成降低碳摻入量且具有增高之熱安定性的前驅物。
本發明一部分係提供有機金屬前驅物化合物及一種處理基材以形成以金屬為主之材料層的方法，例如，於基材上藉有機金屬前驅物化合物之CVD或ALD形成鈷層。以金屬為主之材料層係藉具有前式之有機金屬前驅物化合物於處理氣體存在下進行熱或電漿增進之解離，而沈積於經加熱之基材上。處理氣體可為惰性氣體，諸如氦及氬及其組合物。選擇處理氣體之組成以視需要沈積以金屬為主之材料層，例如，鈷層。
就前式所示之本發明有機金屬前驅物化合物而言，M係表示待沈積之金屬。可根據本發明沈積之金屬的實例有Co、Rh、Ir、Ru、Fe及Os。其他例示金屬或準金屬係包括例如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Al、Ga、Si、Ge、鑭系元素或錒系元素。
例示之可使用於本發明的經取代及未經取代陰離子性配位體(L1 )係包括例如完全經取代之6電子陰離子性供體配位體，諸如完全經取代之環戊二烯基(Cp*)、環庚二烯基、戊二烯基、吡咯基、硼鎓苄基、吡唑基、咪唑基及諸如此類者。Cp*係為具有通式(C5 R5 - )的完全經取代環 戊二烯基環，其與金屬M形成配位體。該前驅物含有一個完全經取代之6電子陰離子性供體配位體基團，例如，一個完全經取代之環戊二烯基。
其他例示完全經取代之6電子陰離子性供體配位體係包括環二烯基錯合物，例如，環己二烯基、環庚二烯基、環辛二烯基環、雜環性環、芳族環，諸如完全經取代之環戊二烯基環，如五甲基環戊二烯基等技術界已知者。
可使用於本發明之例示配位體(L2 )係包括例如(i)經取代或未經取代陰離子性2電子供體配位體，(ii)經取代或未經取代陰離子性4電子供體配位體，(iii)經取代或未經取代中性2電子供體配位體，或(iv)經取代或未經取代陰離子性6電子供體配位體。
例示之可使用於本發明的經取代及未經取代之陰離子性配位體(L2 )係包括例如4電子陰離子性供體配位體，諸如烯丙基、氮雜烯丙基、脒根基、β-雙烯酮亞胺基及諸如此類者；2電子陰離子性供體配位體，諸如氫基、鹵基、烷基及諸如此類者；及6電子陰離子性供體配位體，諸如環戊二烯基、類環戊二烯基基團、環庚二烯基、類環庚二烯基基團、戊二烯基、類戊二烯基基團、吡咯基、類吡咯基基團、咪唑基、類咪唑基基團、吡唑基及類吡唑基基團。
例示之可使用於本發明的經取代及未經取代中性配位體(L2 )係包括例如2電子中性供體配位體，諸如羰基、膦基、胺基、烯基、炔基、腈、異腈及諸如此類者。
使用於本發明之經取代配位體的可容許取代基係包括鹵原子、具有1至約12個碳原子之醯基、具有1至約12個碳原子之烷氧基、具有1至約12個碳原子之烷氧羰基、具有1至約12個碳原子之烷基、具有1至約12個碳原子之胺基或具有0至約12個碳原子之矽烷基。
例示之鹵原子係包括例如氟、氯、溴及碘。較佳鹵原子係包括氯及氟。
例示之醯基係包括例如甲醯基、乙醯基、丙醯基、丁醯基、異丁醯基、戊醯基、1-甲基丙基羰基、異戊醯基、戊基羰基、1-甲基丁基羰基、2-甲基丁基羰基、3-甲基丁基羰基、1-乙基丙基羰基、2-乙基丙基羰基及諸如此類者。較佳醯基係包括甲醯基、乙醯基及丙醯基。
例示之烷氧基係包括例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、異丙氧基、正丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基、戊基氧基、1-甲基丁基氧基、2-甲基丁基氧基、3-甲基丁基氧基、1,2-二甲基丙基氧基、己基氧基、1-甲基戊基氧基、1-乙基丙基氧基、2-甲基戊基氧基、3-甲基戊基氧基、4-甲基戊基氧基、1,2-二甲基丁基氧基、1,3-二甲基丁基氧基、2,3-二甲基丁基氧基、1,1-二甲基丁基氧基、2,2-二甲基丁基氧基、3,3-二甲基丁基氧基及諸如此類者。較佳烷氧基包括甲氧基、乙氧基及丙氧基。
例示之烷氧基羰基係包括例如甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、異丙氧基羰基、環丙氧基羰基、丁氧基羰基、異丁氧基羰基、第二丁氧基羰基、第三丁氧基羰基 及諸如此類者。較佳烷氧基羰基包括甲氧基羰基、乙氧基羰基、丙氧基羰基、異丙氧基羰基及環丙氧基羰基。
例示之烷基係包括例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、異戊基、新戊基、第三戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、1,2-二甲基丙基、己基、異己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1,1,2-三甲基丙基、1,2,2-三甲基丙基、1-乙基-1-甲基丙基、1-乙基-2-甲基丙基、環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環丙基甲基、環丙基乙基、環丁基甲基及諸如此類者。較佳烷基包括甲基、乙基、正丙基、異丙基及環丙基。
例示之胺基係包括例如甲基胺、二甲基胺、乙基胺、二乙基胺、丙基胺、二丙基胺、異丙基胺、二異丙基胺、丁基胺、二丁基胺、第三丁基胺、二(第三丁基)胺、乙基甲基胺、丁基甲基胺、環己基胺、二環己基胺及諸如此類者。較佳胺基包括二甲基胺、二乙基胺及二異丙基胺。
例示之矽烷基係包括例如矽烷基、三甲基矽烷基、三乙基矽烷基、參(三甲基矽烷基)甲基、三矽烷基甲基、甲基矽烷基及諸如此類者。較佳矽烷基包括矽烷基、三甲基矽烷基及三乙基矽烷基。
如前文所述，本發明亦有關包含以下者之混合物：(i)第一有機金屬前驅物化合物，其包含至少一種金屬 或準金屬及至少一種經取代陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之碳濃度，(ii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於藉由分解該化合物所製得之薄膜或塗層中賦與增加之結晶性，及(ii)一或多種不同之有機金屬化合物(例如含鉿、含鉭或含鉬之有機金屬前驅物化合物)。
相信前述供體配位體基團之存在增進較佳物性，尤其是降低碳摻入量及增加熱安定性。相信適當地選擇此等取代基可增加有機金屬前驅物揮發性、降低或增加解離前驅物所需之溫度且降低有機金屬前驅物之沸點。有機金屬前驅物化合物之揮發性增高確定到達處理艙之蒸汽流體流中夾帶充分高濃度之前驅物，以有效地沈積薄層。改善之揮發性亦容許有機金屬前驅物藉昇華來蒸發且輸至處理艙，而無過早解離之風險。此外，前述供體取代基之存在亦可提供足以使用於液體輸送系統之有機金屬前驅物溶解度。
相信適當地選擇使用於本發明所述有機金屬前驅物的供體配位體基團可形成在低於約150℃之溫度係熱安定且在高於約150℃之溫度可熱解離之熱可分解有機金屬化合物。有機金屬前驅物亦可於藉由針對200毫米基材於處理艙提供功率密度約0.6瓦/厘米2 或更大或約200瓦或更大所生成的電漿中解離。
本發明所述有機金屬前驅物可視沈積方法所使用之處 理氣體組成及電漿氣體組成來沈積金屬層。金屬層係於惰性處理氣體(諸如氬)、反應物處理氣體(諸如氫)及其組合物存在下沈積。
相信使用反應物處理氣體(諸如氫)有助於與6電子陰離子性供體基團反應以形成揮發性物質，此物質可於低壓下移除，而自前驅物移除取代基並於基材上沈積金屬層。該金屬層較佳係於氬存在下沈積。
例示之可與前驅物一起使用的反應物氣體係包括例如氫、氨、肼、1-甲基肼、矽烷、二矽烷、三矽烷、二氯矽烷及其他矽來源、硼烷、二硼烷及諸如此類者。某些沈積中，前驅物不使用任何反應物氣體。
例示之可與前驅物一起使用之載劑氣體係包括例如惰性氣體，諸如N2 、He、Ne、Ar、Xe、Kr及諸如此類者。於載劑溫度下對前驅物為惰性之氣體，諸如H2 (在低於100℃之溫度下未顯示與前驅物反應)。
用以自前述前驅物沈積薄層之例示處理方案如下。將具有本發明所述之組成的前驅物，諸如(五甲基環戊二烯基)-(二羰基)鈷，及處理氣體導入處理艙內。前驅物係於介於約5及約500 sccm之間的流率下導入，處理氣體係於介於約5及約500 sccm之間的流率下導入艙內。沈積方法之一具體實施態樣中，前驅物及處理氣體係於約1:1之莫耳比下導入。處理艙係保持介於約100毫托耳及約20托耳間之壓力。處理艙較佳係保持介於約100毫托耳及約250毫托耳間之壓力。流率及壓力條件可針對所使 用處理艙之不同製造、尺寸及模式而改變。
前驅物之熱解離包括將基材加熱至高至足以使與基材相鄰之揮發性金屬化合物的烴部分解離成揮發性烴之溫度，該揮發性烴在離開基材上之金屬時自基材解吸。實際溫度係視該沈積條件下所使用之有機金屬前驅物及處理氣體的種類及化學、熱及安定性特性而定。然而，本發明所述前驅物之熱解離期望使用約室溫至約400℃之溫度。
熱解離較佳係藉著將基材加熱至介於約100℃及約600℃間之溫度而進行。熱解離方法之一具體實施態樣中，基材溫度係保持於約250℃及約450℃之間，以確定前驅物及位於基材表面上之反應氣體完全反應。另一具體實施態樣中，基材於熱解離方法期間係保持低於約400℃之溫度。
就電漿增進CVD方法而言，生成電漿之功率隨之電容性或感應性地耦合於艙內，以增進前驅物之解離，且增加用以於基材上沈積薄層之任何所存在的反應物氣體之反應。於艙中提供用於200毫米基材之介於約0.6瓦/厘米2 及約3.2瓦/厘米2 ，或介於約200及約1000瓦之功率密度，而約750瓦最佳。
前驅物解離且材料沈積於基材上之後，所沈積之材料可暴露於電漿處理。電漿包含反應物處理氣體，諸如氫、惰性氣體(諸如氬)及其組合物。電漿處理方法中，用以生成電漿之功率或為電容性或感應地耦合於艙內，將處理氣體激發成電漿狀態，而產生電漿物質(諸如離子)，此 物質可與所沈積之材料反應。藉由針對200毫米基材提供介於約0.6瓦/厘米2 及約3.2瓦/厘米2 之間，或介於約200及約1000瓦之間的功率密度於處理艙，而生成電漿。
於一具體實施態樣中，電漿處理係包含在介於約5 sccm及約300 sccm間之速率下將氣體導入處理艙，且針對200毫米基材提供介於約0.6瓦/厘米2 及約3.2瓦/厘米2 之間的功率密度或介於約200瓦及約1000瓦之間的功率而生成電漿，在電漿處理期間使艙壓保持介於約50毫托耳及約20托耳之間，且使基材保持介於約100℃及約400℃之間的溫度。
相信電漿處理降低該層之電阻係數，移除污染物(諸如碳或過量氫)且使該層致密，以增進障壁及襯墊性質。相信來自反應物氣體之物質(諸如氫物質)於電漿中與碳雜質反應，產生揮發性烴，其可輕易自基材表面解吸，且可自處理區及處理艙清除。來自惰性氣體(諸如氬)之電漿物質進一步衝擊該層以移除電阻組份，而降低該等層之電阻係數並改善電導係數。
金屬層較佳係不進行電漿處理，因為電漿處理可能移除該層所需之碳含量。若金屬層進行電漿處理，則電漿氣體較佳係包含惰性氣體(諸如氬及氦)以移除碳。
相信先前認定之前驅物沈積薄層且使該等層暴露於沈積後電漿製程，會產生具有改良之材料性質的薄層。本發明所述之材料的沈積及/或處理相信會具有改良之防擴散性、改良之中間層黏著性、改良之熱安定性及改良之中間 層黏合性。
本發明之具體實施態樣中，提供一種於基材上之特徵金屬化方法，其包含於該基材上沈積介電層，將一圖案蝕刻至該基材內，在該介電層上沈積金屬層，及於該金屬層上沈積導電性金屬層。該基材可視情況暴露於包含氫及氬之電漿反應性預先清潔處理，以在沈積金屬層之前先移除該基材上之氧化物形成。導電性金屬較佳係為銅，且可藉物理氣相沈積、化學氣相沈積或電化學沈積來沈積。金屬層係於處理氣體存在下，較佳在低於約20托耳之壓力下，藉著本發明有機金屬前驅物之熱或電漿促進解離而沈積。一旦沈積，則金屬層可在後續層沈積之前先暴露於電漿。
目前銅積合構成包括擴散障壁，頂上具有銅潤濕層，接著為銅種晶層。本發明逐漸變成富含金屬之金屬層會取代目前積合構成中之多重步驟。金屬層因為其非晶特性而為優異之銅擴散障壁。富含金屬層作為潤濕層，且可直接鍍於金屬上。此單層可藉由操作沈積期間之沈積參數而於單一步驟中沈積。亦可採用後沈積處理以增加薄膜中金屬之比例。於半導體製造中移除一或多個步驟會使半導體製造者實質節省成本。
金屬薄膜係於低於400℃之溫度下沈積，且不形成腐蝕性副產物。金屬薄膜係非晶性，且對銅擴散之障壁性優異。藉由調整沈積參數及後沈積處理，金屬障壁可在頂部沈積富含金屬之薄膜。此富含金屬薄膜係作為銅之潤濕 層，且可使銅直接鍍於金屬層上。於一具體實施態樣中，可調節沈積參數以提供其中組成沿著層厚度方向改變的薄層。例如，該層可在微晶片之矽部分表面處富含金屬，例如，良好障壁性質，且在銅層表面處富含金屬，例如，良好黏著性。
可用於製備本發明有機金屬化合物之方法係包括例如2004年7月1日公告之美國專利6,605,735 B2，美國專利申請案公告編號US 2004/0127732 A1及2008年1月24日申請之美國專利申請案編號61/023,131所揭示者，其揭示內容係以引用方式併入本文。本發明有機金屬化合物亦可藉習用方法製備，諸如Legzdins, P.等人Inorg. Synth. 1990, 28, 196及其中參考資料所述。
就前述方法所製備之有機金屬化合物而言，純化可經由再結晶進行，更佳係經由反應殘留物之萃取(例如己烷)及層析，最佳係經由昇華及蒸餾進行。
熟習此技術者會明瞭可在不偏離更明確地定義於以下申請專利範圍之本發明範圍或精神下，對本發明所詳述之方法進行許多改變。
可用以決定前述合成方法所形成之有機金屬化合物的特性之技術的實例係包括但不限於分析氣體層析、核磁共振、熱解重量分析、感應耦合電漿質譜、差示掃描熱量法、蒸汽壓及黏度測量。
前述有機金屬前驅物化合物之相對蒸汽壓或相對揮發性可藉技術界已知之熱解重量分析技術測量。亦可例如藉 由自密封容器抽空所有氣體，之後將化合物蒸汽導入容器中，如技術界已知般地測量壓力，而測得平衝蒸汽壓。
本發明述有機金屬前驅物化合物極適於原位製備粉末及塗層。例如，可將有機金屬前驅物化合物施加於基材，隨後加熱至足以分解前驅物之溫度，以於基材上形成金屬塗層。可藉由塗佈、噴灑、浸漬或藉其他技術界已知之技術將前驅物施加於基材。加熱可使用熱槍、藉電加熱基材或藉技術界已知之其他方式來進行。可藉施加有機金屬前驅物化合物，將其加熱並分解，以形成第一層，之後使用相同或相異前驅物施加至少一層其他塗層並加熱，而得到層狀塗層。
有機金屬前驅物化合物，諸如前述者，亦可霧化並噴灑於基材上。可採用之霧化及噴灑裝置，諸如噴嘴、噴霧器等，係技術界已知。
本發明一部分係提供一種有機金屬前驅物及一種藉由有機金屬前驅物之CVD或ALD於基材上形成金屬層的方法。本發明之一態樣中，使用本發明有機金屬前驅物於低於大氣壓之壓力上沈積金屬層。用以沈積金屬層之方法係包含將該前驅物導入處理艙內，較佳係保持低於約20托耳之壓力下，於處理氣體存在下解離該前驅物，以沈積金屬層。該前驅物可藉熱或電漿增進方法來解離及沈積。該方法可進一步包含使沈積之層暴露於電漿處理，以移除污染物、使該層致密化並降低該層電阻係數的步驟。
例示之可使用於本發明的沈積技術係包括例如CVD、 PECVD(電漿增進CVD)、ALD、PEALD(電漿增進ALD)、AVD及任何其他變化形式，包括放置基材，使基材暴露於前驅物，該前驅物單獨或連同其他化學物質或連同該基材所存在之環境，造成基材改變。
本發明較佳具體實施態樣中，於氣相沈積技術中採用有機金屬化合物，諸如前述者，以形成粉末、薄膜或塗層。該化合物可用為單一來源前驅物或可與一或多種其他前驅物一起使用，例如，與藉由加熱至少一種其他有機金屬化合物或金屬錯合物所生成之蒸汽一起使用。所示之方法中亦可採用一種以上之有機金屬前驅物化合物，諸如前述者。
如前文所述，本發明一部分亦有關一種製造薄膜、塗層或粉末之方法。該方法係包括分解有機金屬前驅物化合物之步驟，該有機金屬前驅物化合物包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該薄膜、塗層或粉末中賦與降低之碳濃度，(ii)於該薄膜、塗層或粉末中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該薄膜、塗層或粉末中賦與增加之結晶性，以製得該薄膜、塗層或粉末；如下文所進一步描述。
可進行本發明所描述之沈積方法以形成薄膜、粉末或塗層，其包括單一金屬或包括單一金屬之薄膜、粉末或塗層。亦可沈積混合薄膜、粉末或塗層，例如混合金屬薄膜。
可進行氣相薄膜沈積，以形成具有所需厚度(例如在約1奈米至1毫米以上之範圍內)的膜層。本發明所述之前驅物尤其可用於製造薄膜，例如厚度在約10奈米至約100奈米範圍內之薄膜。本發明薄膜可例如考慮用於製造金屬電極，尤其是邏輯電路中之n-通道金屬電極，作為DRAM應用中之電容器電極及作為介電材料。
該方法亦適於製備層狀薄膜，其中至少兩層之相或組合相異。層狀薄膜之實例包括金屬-絕緣體-半導體及金屬-絕緣體-金屬。
於一具體實施態樣中，本發明有關一種方法，其包括藉熱、化學、光化學或藉電漿活化來分解前述有機金屬前驅物化合物之蒸汽的步驟，以於基材上形成薄膜。例如，使該化合物所生成之蒸汽與具有足以使該有機金屬化合物分解之溫度的基材接觸且於基材上形成薄膜。
該有機金屬前驅物化合物可使用於化學氣相沈積中，或詳言之，使用於技術界已知之金屬有機化學氣相沈積方法中。例如，前述有機金屬前驅物化合物可使用於大氣壓及低壓化學氣相沈積方法中。該等化合物可使用於熱壁式化學氣相沈積中，此為將整體反應艙加熱之方法，及使用於冷或溫壁式化學氣相沈積中，此為僅加熱基材之技術。
前述有機金屬前驅物化合物亦可使用於電漿或光促進化學氣相沈積方法，其中使用個別來自電漿之能量或電磁能來活化該化學氣相沈積前驅物。該等化合物亦可使用於離子束、電子束促進之化學氣相沈積方法，其中離子束或 電子束個別定向至基材，以提供用以分解化學氣相沈積前驅物之能量。亦可使用雷射促進化學氣相沈積方法，其中雷射光定向至基材，以進行化學氣相沈積前驅物之光解反應。
本發明方法可於各種化學氣相沈積反應器中進行，諸如例如技術界已知之熱或冷壁式反應器、電漿促進、光束促進或雷射促進反應器。
因為同時以多種化學材料進行CVD之能力(例如，95% Cp*Co(CO)2 及5% CpPtMe3 之流)，故CVD方法可提供較以PVD為主之方法更輕易地沈積合金且薄膜內具有一範圍組成(若濃度隨時間函數而改變)之能力。
可採用本發明方法塗覆之基材的實例係包括固體基材，諸如金屬基材，例如Al、Ni、Ti、Co、Pt，金屬矽化物，例如TiSi2 、CoSi2 、NiSi2 ；半導體材料，例如Si、SiGe、GaAs、InP、鑽石、GaN、SiC；絕緣體，例如SiO2 、Si3 N4 、HfO2 、Ta2 O5 、Al2 O3 、鈦酸鋇鍶(BST)；或包括材料組合物之基材上。此外，薄膜或塗層可形成於玻璃、陶瓷、塑料、熱固性聚合物材料及其他塗層或膜層上。較佳具體實施態樣中，薄膜係沈積於用以製造或處理電子組件之基材上。其他具體實施態樣中，基材係用以支撐在高溫下於氧化劑存在下具安定性之低電阻係數導體沈積物或光學透明薄膜。
就沈積條件而言，可使用之基材係包括但不限於半導體基材，諸如Si (100)、Si (111)、其他取向之結晶 Si、經摻雜之結晶Si(例如，作為摻雜劑之P、B、As、Ge、Al、Ga)、SiO2 、Ge、SiGe、TaN、Ta3 N5 、TaCx Ny 及諸如此類者。
亦可採用非半導體基材，諸如其他發現可能應用於太陽能、平板及/或燃料電池應用之玻璃、陶瓷、金屬及諸如此類者。
可進行本發明方法以於具有光滑平坦表面之基材上沈積薄膜。於一具體實施態樣中，進行該方法以於用於晶圓製造或處理之基材上沈積薄膜。例如，可進行該方法以於經圖案化基材上沈積薄膜，該經圖案化基材係包括特徵圖案，諸如溝槽、通孔或介層孔。此外，本發明方法亦可與晶圓製造或處理中之其他步驟整合，例如遮罩、蝕刻等。
本發明之具體實施態樣中，已發展電漿促進ALD (PEALD)以使用有機金屬前驅物來沈積金屬薄膜。固體前驅物可在惰性氣體流下昇華，以將其導入CVD艙內。借助氫電漿於基材上生長金屬薄膜。
化學氣相沈積薄膜可沈積至所需之厚度。例如，所形成之薄膜可小於1微米厚，較佳係小於500奈米，更佳係小於200奈米厚。亦可製得小於50奈米厚之薄膜，例如厚度介於約0.1及約20奈米之間的薄膜。
前述有機金屬前驅物化合物亦可使用於本發明方法中，以藉ALD方法或原子層晶核形成(ALN)技術形成薄膜，期間基材係暴露於前驅物、氧化劑及惰性氣體流之交替脈衝。連續層沈積技術係描述於例如美國專利編號 6,287,965及美國專利編號6,342,277中。兩專利之揭示內容皆整體以引用方式併入本文。
例如，在單一ALD循環中，基材係逐階暴露於：a)惰性氣體；b)帶有前驅物蒸汽之惰性氣體；c)惰性氣體；及d)氧化劑，單獨或與惰性氣體一起。通常，每個步驟可短如設備所容許(例如毫秒)且長至製程所需(例如數秒或分鐘)。單一循環之歷程可短至毫秒且長至分鐘。於一可由數分鐘至數小時之週期重複該循環。所製得之薄膜可為數奈米薄或較厚，例如1毫米(mm)。
於實施例中，使用Cp*Co(CO)2 之鈷膜可於各種處理條件下進行，諸如介於200℃及1000℃，較佳介於300℃及500℃間之溫度；介於0.001及1000托耳間，較佳介於0.1至100托耳間之壓力；Cp*Co(CO)2 之莫耳分率介於0及1之間，較佳介於0.000006及0.01之間；Cp*Co(CO)2 之蒸發溫度介於0℃及200℃之間，較佳介於30℃及100℃之間；且氫之莫耳分率係介於0及1之間，較佳介於0.5及1之間。
本發明係包括於基材(例如微電子裝置結構)上自本發明有機金屬前驅物形成含金屬材料之方法，該方法係包含蒸發該有機金屬前驅物以形成蒸汽，且使該蒸汽與該基材接觸，以於其上形成該金屬材料。該金屬沈積於基材上之後，基材可隨之以銅金屬化或與鐵電性薄膜積合。
本發明之具體實施態樣中，提供一種製造微電子裝置結構之方法，該方法係包含蒸發有機金屬前驅物以形成蒸 汽，且使該蒸汽與待於基材上沈積含金屬薄膜的物質接觸，且隨之將含金屬薄膜併入半導體積合流程中；其中該有機金屬前驅物化合物係包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該含金屬薄膜中賦與降低之碳濃度，(ii)於該含金屬薄膜中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該含金屬薄膜中賦與增加之結晶性。
本發明方法亦可使用超臨界流體進行。使用目前技術界已知之超臨界流體的沈積方法之實例係包括化學流體沈積；超臨界流體傳送-化學沈積；超臨界流體化學沈積；及超臨界浸漬沈積。
例如，化學流體沈積方法極適於高純度薄膜及覆蓋複雜表面及充填高寬高比特徵。化學流體沈積係描述於例如美國專利編號5,789,027中。使用超臨界流體以形成薄膜亦描述於美國專利編號6,541,278 B2中。此兩專利之揭示內容係整體以引用方式併入本文。
本發明之一具體實施態樣中，經加熱之已圖案化基材於溶劑(諸如近臨界或超臨界流體，例如近臨界或超臨界CO2 )中暴露於一或多種有機金屬前驅物化合物下。若為CO2 ，則係於高於約1000 psig之壓力及至少約30℃之溫度提供溶劑流體。
前驅物分解以於基材上形成金屬薄膜。該反應亦自前驅物生成有機材料。該有機材料藉由溶劑流體促溶解，且可自基材輕易移除。
實施例中，沈積方法係於容納一或多個基材之反應艙中進行。該基材藉由加熱整體艙室(例如藉由熔爐)而加熱至所需溫度。可藉由例如施加真空於艙室而製得有機金屬化合物之蒸汽。就低沸點化合物而言，該艙可熱至足以使化合物蒸發。當蒸汽接觸經加熱之基材表面時，其分解並形成金屬薄膜。如前文所述，有機金屬前驅物化合物可單獨使用或與一或多種組份組合使用，諸如例如其他有機金屬前驅物、惰性載體氣體或反應性氣體。
本發明之一具體實施態樣中，提供一種自有機金屬前驅物化合物於基材上形成含金屬之材料的方法，該方法係包含蒸發該有機金屬前驅物化合物以形成蒸汽，且使該蒸汽與該基材接觸以於其上形成該金屬材料；其中該有機金屬前驅物化合物係包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足以達成以下功能之取代：(i)於該含金屬薄膜中賦與降低之碳濃度，(ii)於該含金屬薄膜中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該含金屬薄膜中賦與增加之結晶性。
本發明另一具體實施態樣中，提供一種於處理艙中處理基材之方法，該方法係包含(i)將有機金屬前驅物化合物導入該處理艙內，(ii)將該基材加熱至約100℃至約400℃之溫度及(iii)於處理氣體存在下使該有機金屬前驅物化合物解離，以於該基材上沈積金屬層；其中該有機金屬前驅物化合物係包含至少一種金屬或準金屬及至少一種經取代陰離子性6電子供體配位體，此配位體具有足 以達成以下功能之取代：(i)於該含金屬之層中賦與降低之碳濃度，(ii)於該含金屬之層中賦與降低之電阻係數，或(iii)於該含金屬之層中賦與增加之結晶性。
在可用以藉本發明方法製造薄膜之系統中，原料可導至氣體摻合歧管以產生處理氣體，將其提供至進行薄膜生長之沈積反應器。原料係包括但不限於載劑氣體、反應性氣體、洗滌氣體、前驅物、蝕刻/清潔氣體及其他。使用質流控制器、閥、壓力轉導器及其他裝置(如技術界已知)達到處理氣體組成的準確控制。排氣歧管可輸送離開沈積反應器之氣體及分流物流到達真空泵。位於真空泵下游之清除系統可用以自廢氣移除任何危險之物質。沈積系統可裝置原位分析系統，包括殘留氣體分析器，可測量處理氣體組成。控制及數據取得系統可偵測各種程序參數(例如溫度、壓力、流率等)。
前述有機金屬前驅物化合物可用以製造薄膜，包括單一金屬或包括單一金屬之薄膜。亦可沈積混合薄膜，例如混合金屬薄膜。該等薄膜係例如藉由採用數種有機金屬前驅物製得。金屬薄膜亦可例如不使用載體氣體、蒸汽或其他氧來源形成。
本發明所述方法形成之薄膜可藉技術界已知之技術決定特性，例如，藉由X-射線繞射、Auger光譜、X-射線光電子發射光譜、原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡及其他技術界已知之技術。薄膜之電阻係數及熱安定性亦可藉技術界已知之方法測量。
除了於半導體應用中作為薄膜沈積之化學蒸汽或原子層沈積前驅物的用途之外，本發明有機金屬化合物亦可作為例如觸媒、燃料添加劑及使用於有機合成。
熟習此技術者會明瞭本發明之各種修飾及改變，應瞭解該等修飾及變化係包括於本案範圍及申請專利範圍之精神及範圍內。
 實施例1
前驅物合成：二羰基-(n5 五甲基環戊二烯基)鈷(I)所有玻璃器皿皆於1000℃烘箱中乾燥，組裝並於整個反應過程中保持於氮氣置換下。所使用之所有溶劑皆係無水。
在裝置有回流冷凝器、鐵弗龍攪拌棒、氣體入口、玻璃塞及隔板之100毫升三頸圓底燒瓶中添加八羧基鈷(6.0克；17.5毫莫耳)。置換隔板且組裝之反應燒瓶另外換氣5分鐘。隨後將二氯甲烷(50毫升)導入反應燒瓶且溶液攪拌5分鐘。於反應溶液中添加1,2,3,4,5-五甲基環戊二烯(3.1克；22.7毫莫耳)及1,3-環己二烯((2.5毫升；26.2毫莫耳)。以玻璃塞置換隔板，攪拌反應混合物並調至溫和回流，此情況保持一小時。在回流終止時即使將反應冷卻，接著添加第二份1,2,3,4,5-五甲基環戊二烯(2.4克；17.6毫莫耳)。隨後持續回流另外兩小時。隨之冷卻反應並於室溫攪拌隔夜。
移除冷凝器並置以氣體入口，在燒瓶溫度保持15至20℃之情況下於減壓下移除揮發物。隨後將暗紅色粗製物(7.89克)移入手套箱中。粗物質溶解於己烷(30毫升)中並置入預先以己烷(200毫升)潤洗之氧化管柱(Brockman I-中性)內。之後以己烷(800毫升)溶離出標題化合物的橙棕色譜帶。於減壓下移除溶劑，產生標題化合物之深紅色結晶(6.09克；以Co2 (CO)8 計為70%)。
該合成可表示如下：Co2 (CO)8 +2C5 Me5 H+C6 H8 →2[Co(n 5 -C5Me5)(CO)2 ]+C6 H10 +4CO分析特性描述：1 H NMR光譜係使用Bruker Avance 300光譜儀取得1 H NMR (C6 D6 )δ 1.6 (s, 5 CH3)
實施例2 薄膜沈積：二羰基-(n5 -五甲基環戊二烯基)鈷(I)
薄膜沈積係視所研究之特定應用而定。本發明薄膜係藉化學氣相沈積使用CpCo(CO)2 及Cp*Co(CO)2 沈積。所使用之反應器的詳細描述係先前記載(J. Atwood, D.C. Hoth, D.A. Moreno, C.A. Hoover, S.H. Meiere, D.M. Thompson, G.B. Piotrowski, M.M. Litwin, J. Peck, Electrochemical Society Proceedings 2003-08, (2003)847)。前驅物係使用100 sccm Ar於500托耳下蒸發。於反應器壓力或5托耳下進行薄膜沈積。使用750 sccm結合流速之氬與氫之混合物作為處理氣體。氬與氫之流個別係為350及400 sccm。基材係為3英吋Si晶圓，具有250奈米氧化物。調整前驅物之蒸發溫度以控制前驅物於處理氣體中之莫耳分率。基材暴露於處理氣體歷經足以沈積所需膜厚的時間。薄膜之組成係藉x-射線光電子光譜(XPS)確定。
於各種基材溫度(介於350℃至450℃間)及前驅物濃度(前驅物莫耳分率係介於2E-4及2E-5之間)進行一系列實驗。就每一組處理條件而言，使用兩前驅物沈積薄膜。測量所形成之薄膜的薄膜電阻、厚度及組成。
XPS顯示在所研究之處理條件範圍內，與在相同條件(例如，溫度，前驅物濃度)下使用CpCo(CO)2 沈積的薄膜比較，使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜具有低碳摻入量、低電阻係數及高結晶性。在相同處理條件下進行之實驗比較顯示，與使用CpCo(CO)2 沈積的薄膜比較，使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜顯示較低之碳摻入量及電阻係數。在所研究之條件範圍內，使用CpCo(CO)2 沈積之薄膜顯示600微歐姆厘米之最低電阻係數及40%之最低碳濃度。相對地，在所研究之條件範圍內，使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜顯示25微歐姆厘米之最低電阻係數及10%之最低碳濃度。
特定實施例之比較亦說明電阻係數及碳摻入量之差異。使用CpCo(CO)2 進行一實驗(即20070320A)。來自實驗20070320A的基材中心處，電阻係數係為約1000微歐姆厘米且薄膜含有約50%碳。使用Cp*Co(CO)2 進行另一實驗(即20070323A)。來自實驗20070323A的基材中心處，電阻係數係為約150微歐姆厘米且薄膜含有低於20%碳。
使用氬離子槍蝕刻(濺鍍)薄膜，於XPS掃描之間收集深度型線。在所研究之處理條件範圍內，使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜的XPS深度型線顯示碳摻入量較使用CpCo(CO)2 沈積之薄膜減少。根據XPS，使用CpCo(CO)2 沈積之薄膜中的碳量係約50-60%。使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜中的碳量係約10-20%。使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜的薄膜電阻係使用4點探針測量，而薄膜厚度係使用掃描式電子顯微鏡(SEM)決定。某些使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜的薄膜電阻變化達100倍，最大值係出現於晶圓中心。相對地。此等薄膜之對應厚度變化低於2倍。薄膜電阻係數係藉著將薄膜電阻及對應之厚度相乘而計算。就前述使用Cp*Co(CO)2 沈積之薄膜而言，電阻係數變化倍數大於50，最大值出現於晶圓中心。薄膜電阻係數之改變通常歸因於組成(例如雜質)及/或型態(例如結晶性、晶粒大小、糙度)變化。因為某些試樣之最大電阻係數係出現於晶圓中心，而該處係測量組成之處，故顯示在最低電阻係數區域內，薄膜具有低於 晶圓中心之碳。此點係假設電阻係數變化不歸因於薄膜型態改變。
雖已針對特定具體實施態樣詳述本發明，但熟習此技術者應瞭解可在不偏離所附申請專利範圍之情況下進行各種改變及修飾及所採用之等效物。

Claims (3)

  1. 一種Cp＊ Co(CO)2 於製造具有降低之碳滲入、降低之電阻係數及增加之結晶性的薄膜或塗層之用途，其中Cp＊ 係完全經取代之環戊二烯基。
  2. 如申請專利範圍第1項之用途，其中該Cp＊ 係五甲基環戊二烯基。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之用途，其係於半導體應用中作為化學氣相沉積或原子層沉積之前驅物。
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