[发明专利]制备有机金属化合物的方法

说明书

发明领域

本发明涉及制备有机金属酰胺根(amidinate)化合物的方法，由有机金属酰胺根化合物制备薄膜或者涂层的方法，以及酰胺根合钌化合物，所述酰胺根合钌化合物是可用氢还原的且以自限制方式沉积。所述有机金属酰胺根化合物可作为薄膜沉积物的化学气相沉积前体或原子层沉积前体，用于半导体应用。

发明背景

在现有的半导体器件中，晶体管通过一系列精细的铜互连(copper interconnects)实现互通，所述铜互联通过晶体管上面一系列金属层连接。为了将这些互连之间的电容耦合降到最小，使用具有低介电常数的材料(例如低K材料)来占据间距。为了防止铜向该低K材料内扩散，在适当的位置放入复合物阻隔物。现行实践使用物理气相沉积技术来实现此目的。通过物理气相沉积和电化学沉积使阻隔物放于适当位置的BEOL(线后端)互连方案的例子如下：低K修复、氮化钽反应溅射物理气相沉积、钽溅射物理气相沉积、铜种子溅射物理气相沉积和铜电化学沉积。

物理气相沉积技术产生各向异性沉积，侧壁薄膜的厚度明显比晶片水平表面薄膜的厚度薄。由于阻隔物防止铜迁移至低K电介质的能力与阻隔物的厚度成比例，因此在水平晶片表面上，阻隔物比其所需要的厚度更厚。

随着半导体向未来技术节点发展，互连尺度将减小。这将导致互连的表面积对体积之比减小，同时扩散阻隔物所占据的体积增大。随着阻隔物占据更多的互连通道空间，互连的有效电阻率增大，原因有两个：首先，互连尺寸减小，其二，铜/阻隔物表面电子散射成为更关键的问题。

将这些问题最小化的一种方法是使用原子层沉积法各向同性地沉积薄膜。不幸的是，可使用原子层沉积法使钽金属沉积的化学物质不存在。钽在上述沉积方案中的作用是在铜种子和氮化钽之间产生足够的粘合。如果没有钽，铜就会从氮化钽薄膜上脱层，危害器件性能。

在本应用中可行的另一种金属是钌。钌可粘附于氮化钛，因此可以预期钌可以粘附于氮化钽，而且，钌的应用可以不需要铜种子层，因为钌有足够的传导性，从而铜电化学沉积可以在钌薄膜上直接进行。使用钌形成BEOL互连的各向同性原子层沉积方案如下：低K修复、氮化钽原子层沉积、钌原子层沉积和铜电化学沉积。

虽然文献上已有报道详细说明了钌原子层沉积，但是它们全都涉及使用氧或者等离子体。基于氧的化学物质与BEOL集成过程不相容，因为在沉积薄膜中存有的痕量氧可以扩散进入铜通道，导致形成铜氧化物，危害器件性能。类似地，关于等离子体沉积各向同性薄膜的能力仍存在担忧。

理想情况下，适合的BEOL原子层沉积方法能够在低于300℃的温度下使用氢气或者其它还原气体，这样沉积就能以与BEOL集成方案(integration strategy)的其余部分相容的方式进行。除了可用氢还原之外，化学物质应该以自限制的方式沉积。换句话说，在没有还原气体的情况下，基底应该被离解性化学吸附前体的单层或者单层的部分所饱和。

问题是没有已知适合的可用氢还原的、有足够挥发性、适于用作原子层沉积前体的钌复合物，而且同样地，还没有发现自限制的、可用氢还原的前体。因此，本领域期望开发出自限制的、可用氢还原的适合BEOL原子层沉积方法的钌复合物。

此外，用于生成有机金属前体的合成方法非常重要，而且必须保证安全、高纯度、产量和一致性。这种方法相关的经济因素和电子工业的严格要求，使有机金属前体的合成面临挑战。制备有机金属前体方法学(用于上述潜在的滞留)的发展将有益于生产这些材料以用于电子工业。

制备有机金属化合物的方法包括在2004年7月1日公布的美国专利申请公布US2004/0127732A1号中披露的方法。有机金属前体化合物的制备方法还见述于：例如Vendemiati，Beatrice等，Paramagnetic Bis(amidinate)Iron(II)Complexes and their DiamagneticDicarbonyl Derivatives(顺磁性双(酰胺根)合铁(II)复合物及其反磁性二羰基衍生物)，Euro.J.Inorg.Chem.2001，707-711；Lim，Booyong S.等，Synthesis and Characterization of Volatile，Thermally Stable，Reactive Transition Metal Amidinates(挥发性、热稳定性的活性过渡金属酰胺根合物的合成与表征)，Inorg.Chem.，2003，预印；及其参考文献。