TWI398543B - 使用β-二酮亞胺金屬化合物之原子層沉積系統及方法 - Google Patents
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Description
本發明提供一種使用帶有至少一個β-二酮亞胺配位基之金屬化合物的原子層沉積系統和方法。所述之系統和方法可用於在基板上沉積含金屬的層。
積體電路裝置的尺寸縮小已產生使用高介電常數材料於電容器和閘極之需求。當目前的技術之最小的尺寸實際上因為使用標準的介電材料而受到限制時,尋求新的高介電常數材料和方法變成更為重要。含有鹼土金屬之介電材料相對於傳統的介電材料可在電容方面提供顯著的優點。例如,已揭示鈣鈦礦材料SrTiO3
具有高達500之整體介電常數。
不幸的是,使用鹼土金屬於氣相沉積法已經被證實是難以成功的。例如,雖然鹼土金屬二酮化物的原子層沉積(ALD)已被揭示,但是金屬二酮化物具有低揮發性,典型地需要將其溶於有機溶劑以用於液體注入系統。除了低揮發性以外,這些金屬二酮化物一般具有低反應性,通常需要高基板溫度和強氧化劑以長出薄膜,而其經常受到碳的污染。其他的鹼土金屬來源,例如含有經取代或未經取代的環戊二烯基配位基者,典型地具有低揮發性和熱安定性,導致基板表面產生非所欲的熱解。
目前仍在尋求新的高介電材料來源和摻入方法以用於
新一代的積體電路裝置。
本發明提供一種氣相沉積法和系統,其包括至少一種下式(式I)所示化合物:
,其中M是選自第2族金屬、第3族金屬、鑭系金屬、及其組合;各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;各個R1
、R2
、R3
、R4
、和R5
各自獨立地為氫或有機基團;n是金屬價態;z是0至10;及x是1至n。
一方面,本發明提供一種於基板上形成含金屬的層之方法,該方法包含:提供一基板;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
,其中M、L、Y、R1
、R2
、R3
、R4
、R5
、n、x、和z係如上所定義;提供至少一種反應氣體;及利用含有數個沉積
週期的原子層沉積法,使該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣與基板接觸以於基板之至少一個表面上形成含金屬的層。任意地,該方法另外包含提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物(例如含有Ti、Ta、Bi、Hf、Zr、Pb、Nb、Mg、和/或Al的化合物),及令該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物與基板接觸。
於另一方面,本發明提供一種製備半導體結構體的方法,該方法包含:提供一半導體基板或基板組合;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
,其中M、L、Y、R1
、R2
、R3
、R4
、R5
、n、x、和z係如上所定義;提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣;及利用含有數個沉積週期的原子層沉積法,導引該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣和該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣至該半導體基板或基板組合以於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上形成含金屬的層。於一些體系中,在原子層沉積法期間,含金屬的層係經由於各個沉積週期內交替導入該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣和該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣而形成。
於另一方面,本發明提供一種製備半導體結構體的方
法,該方法包含:在原子層沉積室內提供一半導體基板或基板組合;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
,其中M、L、Y、R1
、R2
、R3
、R4
、R5
、n、x、和z係如上所定義;提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣;導引該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣至半導體基板或基板組合,及使該至少一種化合物化學吸附於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上;及導引該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣至半導體基板或基板組合,及使該至少一種不同於式I之化合物化學吸附於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上,以於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上形成含金屬的層。於一些體系中,導引該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣至半導體基板或基板組合及導引該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣至該半導體基板或基板組合之步驟係重覆至少一次。
於另一方面,本發明提供一種製備記憶裝置結構體的方法,該方法包含:提供一其上具有第一電極之基板;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
,其中M、L、Y、R1
、R2
、R3
、R4
、R5
、n、x、和z係如上所定義;令該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣與基板接觸以使該化合物化學吸附於基板之第一電極上;提供至少一種反應氣體;令該至少一種反應氣體與其上具有該被化學吸附的化合物之基板接觸以於該基板之第一電極上形成介電層;及於該介電層上形成第二電極。
於另一方面,本發明提供一種原子層氣相沉積系統,其包含:一內置有基板之沉積室:及至少一個含有至少一種下式(式I)所示化合物之槽:
,其中M、L、Y、R1
、R2
、R3
、R4
、R5
、n、x、和z係如上所定義。
帶有β-二酮亞胺配位基之含金屬的化合物可有利地用於原子層沉積法以沉積,例如,高介電薄膜。此外,可沉積陶瓷塗層以應用於鐵電性、壓電性、及/或耐熱性塗層方面。
文中,下列化學式:
係用以表示具有配位至金屬之非定域的電子密度的戊二烯基型配位基(例如β-二酮亞胺配位基)。該配位基可經由一、二、三、四、及/或五個原子而配位至金屬(即,η1
、η2
、η3
、η4
、及/或η5
-配位模式)。
文中,"一(a)"、"一(an)"、"該(the)"、和"至少一(at least one)"係交替使用以表示一或大於一。
文中之"沉積法"和"氣相沉積法"乙辭意指一種被蒸發之含有一或多種含金屬的化合物之前驅物組成物在基板(例如一種摻雜的多晶矽晶圓)之一或多個表面上形成含金屬的層之方法。明確地說,一或多種含金屬的化合物被蒸發及導引至及/或接觸沉積室中之基板(例如,半導體基板或基板組合)之一或多個表面。典型地,基板是被加熱的。含金屬的化合物在基板的表面上形成(例如,藉由反應或分解)非-揮發性之薄且均勻之含金屬的層。為了本發明之目的,"氣相沉積法"乙辭意指包括化學氣相沉積法(包括脈衝式化學氣相沉積法)和原子層沉積法。
文中之"原子層沉積"(ALD)乙辭意指一種於一加工室(即,沉積室)中進行沉積週期(宜為數個連續的沉積週期)之氣相沉積法。典型地,在各個週期中,前驅物係化學吸附至沉積表面(例如,基板組合表面或先前沉積在
下層的表面例如由先前的ALD週期所得之材料),形成不會立即與其他的前驅物反應(即,自限生長(self-limiting)反應)之單層或近單層。因此,必要時,可接著將反應物(例如,另一種前驅物或反應氣體)導入工作室中以將沉積表面上之被化學吸附的前驅物轉換成所欲的材料。典型地,此反應物是可進一步與前驅物反應者。此外,亦可於各個週期間使用沖淨步驟以在轉換被化學吸附的前驅物之後除去工作室中過量的前驅物及/或除去工作室中過量的反應物及/或反應副產物。此外,當交替使用前驅物組成物、反應性氣體、和沖淨(例如,惰性載體)氣體的脈衝時,本文中之"原子層沉積"乙辭亦意指包括下列相關用語所述之方法:例如,"化學氣相原子層沉積"、"原子層磊晶成長"(ALE)(參見Ackerman之U.S.Patent No.5,256,244)、分子束磊晶成長(MBE)、氣體來源的MBE或有機金屬MBE、和化學束磊晶成長。
相較於一個週期之化學氣相沉積(CVD)方法,較長的持續時間之多週期的ALD方法使得以利用自限生長層生長的方式而改良控制層厚度和組成,及利用分離反應組份的方式而使有害的氣相反應減至最低。ALD之自限生長的性質提供一種於任何適合的反應性表面(包含具有不規則溫度的表面)上沉積薄膜的方法,且相較於得自CVD或其他"瞄準線(line of sight)"沉積法(例如蒸發或物理氣相沉積(PVD或濺鍍))者,具有較佳的步驟覆蓋率。
本發明提供一種利用原子層沉積法於基板上形成含金屬的層之方法和系統。此方法包含提供一含有至少一種帶有至少一個β-二酮亞胺配位基之含金屬的化合物之蒸氣。於一些體系中,金屬化合物是帶有β-二酮亞胺配位基之均配(homoleptic)錯合物(即,金屬只鍵結至一種類型的配位基之錯合物),其可為對稱或不對稱的。於其他的體系中,金屬化合物是帶有至少一個β-二酮亞胺配位基之雜配(heteroleptic)錯合物(即,金屬鍵結至一種以上類型的配位基之錯合物),其可為對稱或不對稱的。於一些體系中,β-二酮亞胺配位基可為η5
-配位模式。
含有一或多個β-二酮亞胺配位基之適合的含金屬的化合物包含下式(式I)所示化合物:
,其中M是選自第2族金屬(例如Ca、Sr、Ba)、第3族金屬(例如Sc、Y、La)、鑭系金屬(例如Pr、Nd)、或其組合。較佳的是,M為Ca、Sr或Ba。各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;n是金屬價態;z是0至10;及x是1至n。
各個R1
、R2
、R3
、R4
、和R5
各自獨立地為氫或有機基團(例如烷基基團,宜為,例如烷基部份體)。於一些
體系中,各個R1
、R2
、R3
、R4
、和R5
各自獨立地為氫或具有1至10個碳原子的有機基團(例如,甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、第二丁基、第三丁基)。此類化合物包括,例如,El-Kaderi et al.,Organometallics
,23:4995-5002(2004)和2005年6月28日申請之美國專利申請案11/169,082(發明名稱"UNSYMMETRICAL LIGAND SOURCES,REDUCED SYMMETRY METAL-CONTAINING COMPOUNDS,AND SYSTEMS AND METHODS INCLUDING SAME")所揭示者。
於一些體系中,式I中所示的β-二酮亞胺配位基是對稱的(即,R1
=R5
,且R2
=R4
)。於一些體系中,R2
=R4
=甲基。於一些體系中,R3
=H。於一些體系中,R1
=R5
=異丙基。於一些體系中,R1
=R5
=第三丁基。此類的式I所示化合物包含其中R2
=R4
=甲基、R3
=H、及R1
=R5
=異丙基之化合物;及其中R2
=R4
=甲基、R3
=H、R1
=R5
=第三丁基之化合物。
於其他體系中,式I中所示的β-二酮亞胺配位基是不對稱的(即,符合一或多個下列條件:R1
不同於R5
,或R2
不同於R4
)。於一些體系中,R2
=R4
=甲基。於一些體系中,R3
=H。於一些體系中,R1
=異丙基及R5
=第三丁基。此類的式I所示化合物的例子包含其中R2
=R4
=甲基、R3
=H、R1
=異丙基、及R5
=第三丁基之化合物。
L任意地為任何適合的陰離子配位基。範例的陰離子配位基(L)包含鹵根、烷醇根基團、胺根基團、硫醇根
基團、氰根、烷基基團、脒根基團、胍根基團、異脲根基團、β-二酮基團、β-亞胺酮基團、β-二酮亞胺基團、及其組合。於一些體系中,L是結構與式I中所示的β-二酮亞胺配位基相同之β-二酮亞胺基團。於其他體系中,L是結構與式I中所示的β-二酮亞胺配位基不相同之β-二酮亞胺基團(例如對稱或不對稱)。
Y是任意的中性配位基。範例的中性配位基(Y)包含羰基(CO)、亞硝醯基(NO)、氨(NH3
)、胺(NR3
)、氮(N2
)、膦(PR3
)、醇(ROH)、水(H2
O)、四氫呋喃、及其組合,其中各個R各自獨立地為氫或有機基團。任意的中性配位基(Y)的數量以z表示,而其可為0至10,宜為0至3。更佳的是,Y不存在(即,z=0)。
文中,"有機基團"乙辭為了本發明之目的意指一烴基,分為脂族基團、環狀基團、或脂族基團與環狀基團之組合(例如烷芳基和芳烷基基團)。本發明中,適合於本發明之含金屬的化合物之有機基團不會干擾利用氣相沉積技術之金屬氧化物層的形成。本發明中,"脂族基團"乙辭意指飽和或未飽和的直鏈或支鏈烴基團。此辭包含,例如,烷基、烯基和炔基基團。"烷基基團"乙辭意指飽和的直鏈或支鏈單價烴基團,包含,例如,甲基、乙基、正丙基、異丙基、第三丁基、戊基、庚基等。"烯基基團"乙辭意指具有一或多個烯系未飽和的基團(即,碳-碳雙鍵)之未飽和的直鏈或支鏈單價烴基團,例如乙烯基基團。"炔基
基團"乙辭意指具有一或多個碳-碳參鍵之未飽和的直鏈或支鏈單價烴基團。"環狀基團"乙辭意指閉環的烴基團,分為脂環基團、芳族基團、或雜環基團。"脂環基團"乙辭意指具有類似於脂族基團的性質之環狀烴基團。"芳族基團"或"芳基基團"乙辭意指單-或多環的芳族烴基團。"雜環基團"乙辭意指環中之一或多個原子為碳以外的元素(例如氮、氧、硫等)之閉環烴。
為了簡化討論和闡明本文中所用的一些用語,"基團"和"部份體"乙辭係用以區分允許取代或可被取代的化學物質以及不允許取代或不可被取代的化學物質。因此,當"基團"乙辭用於描述一化學取代基時,所描述的化學材料包含未經取代的基團,及鏈中具有非過氧化的,例如,O、N、S、Si、或F原子之基團,以及羰基或其他傳統的取代基。當"部份體"乙辭用於描述一化合物或取代基時,只涵蓋未經取代的化學材料。例如,"烷基基團"乙辭意指不僅包含純開環的飽和烴類烷基取代基,例如甲基、乙基、丙基、第三丁基等,且亦包含另外帶有先前技藝中習知的取代基之烷基取代基,例如羥基、烷氧基、烷磺醯基、鹵原子、氰基、硝基、胺基、羧基等。因此,"烷基基團"包含醚基團、鹵烷基、硝烷基、羧烷基、羥烷基、磺烷基等。另一方面,"烷基部份體"乙辭限於只包含純開鏈之飽和烴類烷基取代基,例如甲基、乙基、丙基、第三丁基等。
含有帶有至少一個β-二酮亞胺配位基之含金屬的化合物之前驅物組成物可利用原子層沉積法而沉積含金屬的層
。此外,此原子層沉積法亦可包括含有一或多種不同的含金屬的化合物之前驅物組成物。此種前驅物組成物可於,例如,ALD法中(下文將更為詳細地討論),與上述含有帶有至少一個β-二酮亞胺配位基之含金屬的化合物之前驅物組成物實質上同時或相繼地被沉積/化學吸附。此種不同的含金屬的化合物之金屬可包含,例如:Ti、Ta、Bi、Hf、Zr、Pb、Nb、Mg、Al、及其組合。適合之不同的含金屬的化合物包含,例如,四異丙醇鈦、四氯化鈦、(二烷胺)三氯化鈦、四(二烷胺)化鈦、四(二烷胺)化鉿、三甲基鋁、氯化鋯(IV)、五乙醇化鉭、及其組合。
含金屬的層可被沉積於,例如:基板(例如半導體基板或基板組合)上。本文中,"基板"、"半導體基板"或"基板組合"乙辭意指基板或半導體基板,例如半導體底層或其上具有一或多個層、結構體、或區域之半導體基板。半導體底層典型地是晶圓上之最底層的矽材料或沉積於另一個材料上的矽層,例如矽於藍寶石上。當提及基板組合時,可使用任何先前使用過的處理步驟以形成或界定區域、接面、各種結構或特徵、和開口例如電晶體、有源區(active area)、擴散、佈植區、導孔、接點開口、高形態比開口、電容板、電容器障壁等。
本文中,"層"乙辭意指可由一或多種前驅物和/或反應物根據文中所述之沉積法而形成於基板上之任何的層。"層"乙辭意指包括半導體工業特有的層,例如,但明顯地不限於,阻擋層、介電層(即,具有高介電常數的層)、
和傳導層。"層"乙辭同義於半導體工業中常用的"膜"。"層"乙辭亦意指包括半導體技術以外的技術中所見的層,例如玻璃上的塗層。例如,可直接形成於纖維、纜線等上之層,其基質是並非半導體基板。此外,層可直接形成於基板之最底的半導體表面,或其可形成於,例如,有圖案的晶圓上之任何各種的層(例如表面)上。
所形成的層或膜可為含金屬的膜的形態,例如還原的金屬、金屬矽酸鹽、金屬氧化物、金屬氮化物等、及其組合。例如,金屬氧化物層可含有單一種金屬,金屬氧化物層可含有二或多種不同的金屬(即,混合型金屬氧化物),或金屬氧化物層可任意地摻雜有其他的金屬。
當金屬氧化物層含有二或多種不同的金屬時,金屬氧化物層可呈合金、固體溶液、或奈米層積物的形態。較佳的是,其具有介電性質。金屬氧化物層(特別是當其為介電層時)較宜包含BaTiO3
、SrTiO3
、CaTiO3
、(Ba,Sr)TiO3
、SrTa2
O6
、SrBi2
Ta2
O9
(SBT)、SrHfO3
、SrZrO3
、BaHfO3
、BaZrO3
、(Pb,Ba)Nb2
O6
、(Sr,Ba)Nb2
O6
、Pb[(Sc,Nb)0.575
Ti0.425
]O3
(PSNT)、La2
O3
、Y2
O3
、LaAlO3
、YAlO3
、Pr2
O3
、Ba(Li,Nb)1/4
O3
-PbTiO3
、和Ba(0.6)Sr(0.4)TiO3
-MgO中之一或多者。令人驚訝地,本發明所形成的金屬氧化物層是基本上不含碳的。較佳的是,由本發明之系統和方法所形成的金屬氧化物層是基本上不含碳、氫、鹵化物、磷、硫、氮或其化合物。本文中,"基本上不含"乙辭意指含金屬的層可能含有小量之上
述的雜質。例如,對金屬氧化物層而言,"基本上不含"乙辭意指上述雜質的含量是低於1個原子百分比,使得其對膜之化學性質、機械性質、物理形態(例如結晶度)、或電子學性質僅有極小的影響。
可以使用各種含金屬的化合物之各種不同的組合,任意地含有一或多種有機溶劑(特別是用於CVD法時),以形成前驅物組成物。有利的是,文中所揭示的一些金屬化合物可在不添加溶劑的情況下用於ALD。本文中,"前驅物"和"前驅物組成物"乙辭意指適合於單獨或與其他的前驅物組成物(或反應物)一起於沉積法中在基板組合上形成層之組成物。此外,熟悉此項技術人士將明白所用的前驅物之種類和用量將決定於利用氣相沉積法而最終形成的層的內容。本發明之較佳的前驅物組成物較宜是在蒸發溫度下為液體者,更宜是在室溫下為液體者。
前驅物組成物在室溫下可為液體或固體(較佳的是,在蒸發溫度下為液體)。典型地,其是可充份地揮發而用於已知的氣相沉積技術之液體。然而,當為固體時,其亦具有充份揮發性,使得其可利用已知的氣相沉積技術由固體狀態蒸發或昇華。當其為低揮發性固體時,其較宜是可充份地溶於有機溶劑中或其熔點低於其分解溫度,使得其可用於快速蒸發、起泡、微滴形成技術等。
文中,被蒸發之含金屬的化合物可單獨使用或任意地與其他含金屬的化合物之蒸發的分子或任意地與蒸發的溶劑分子或惰性氣體分子(當使用時)一起使用。本文中,
"液體"乙辭意指溶液或純質液體(室溫下的液體或在高溫下熔化之室溫下的固體)。本文中,"溶液"不需要固體完全溶解而是可允許一些未溶解的固體,只要有足量的固體被有機溶劑送入化學氣相沉積過程的氣相中。當於沉積法中使用溶劑稀釋時,所產生之總莫耳濃度的溶劑蒸氣亦可視為一種惰性載體氣體。
本文中,"惰性氣體"或"非反應性氣體"通常是不與所接觸的組份產生反應之任何氣體。例如,惰性氣體典型地選自氮、氬、氦、氖、氪、氙、任何其他的非反應性氣體、及其混合物。所述的惰性氣體通常用於一或多個本發明之沖淨步驟中,且於一些體系中,其亦可用於協助前驅物蒸氣的傳送。
適合本發明之一些體系的溶劑可為下列之一或多者:脂族烴類或未飽和的烴類(C3-C20,宜為C5-C10,環狀、支鏈或直鏈)、芳族烴類(C5-C20,宜為C5-C10)、鹵化烴類、矽烷化烴類例如烷基矽烷類、矽酸烷酯類、醚類、聚醚類、硫醚類、酯類、內酯類、腈類、聚矽氧烷油類、或含有任何上述之組合的化合物或一或多種上述之混合物。化合物通常亦是彼此相容的,使得具有各種份量之含金屬的化合物之混合物將不會交互反應而顯著地改變其物理性質。
本發明之前驅物組成物可,任意地,與一或多種反應氣體,及在一或多種反應氣體的存在下,實質上同時蒸發及沉積/化學吸附。或者,含金屬的層可經由在各個沉積
週期中交替地導入前驅物組成物和反應氣體而形成。此反應氣體可典型地包含氧、水蒸氣、臭氧、氮氧化物、硫氧化物、氫、硫化氫、硒化氫、碲化氫、過氧化氫、氨、有機胺、聯胺(例如聯胺、甲基聯胺、對稱和不對稱的二甲基聯胺)、矽烷、二矽烷和高級矽烷、二硼烷、電漿、空氣、硼氮烯(borazene)(氮源)、一氧化碳(還原劑)、醇及上述氣體之任何組合。例如,含氧源典型地用於沉積金屬氧化物層。可用於形成金屬氧化物層之較佳的任意的反應氣體包括氧化性氣體(例如氧、臭氧、和氧化氮)。
本發明之適合的基板材料包括傳導性材料、半傳導性材料、傳導性金屬-氮化物、傳導性金屬、傳導性金屬氧化物等。其上有含金屬的層之基板較宜是一種半導體基板或基板組合。任何適合的半導體材料均涵蓋在內的,例如,硼磷矽玻璃(BPSG)、矽(例如傳導性摻雜的多晶矽、單晶矽等(對本發明而言,適合的矽形態簡單地稱為"矽"),例如矽晶圓、原矽酸四乙酯(TEOS)氧化物、旋塗玻璃(即,利用旋轉塗佈法而沉積任意摻雜之SiO2
薄層)、TiN、TaN、W、Ru、Al、Cu、貴金屬等形態。基板組合亦可含有一層含有鉑、銥、氧化銥、銠、釕、氧化釕、釕酸鍶、鎳酸鑭、氮化鈦、氮化鉭、氮化鉭矽、二氧化矽、鋁、砷化鎵、玻璃等、以及其他現有的或即將發展出用於半導體結構體(例如,動態隨機存取記憶體(DRAM)裝置、靜態隨機存取記憶體(SRAM)裝置、和鐵
電隨機存取記憶體(FERAM)裝置)的材料。
對於含有半導體基板或基板組合之基板而言,層可直接形成於基板之最底的半導體表面上,或其可形成於,例如,有圖案的晶圓上之任何各種的層(例如表面)上。
半導體基板或基板組合以外的基板亦可用於本發明之方法中。任何可有利地於其上形成含金屬的層(例如金屬氧化物層)的基板均可使用,此類基板包括,例如,纖維、纜線等。
前驅物組成物,必要時,可在惰性載體氣體的存在下蒸發。此外,惰性載體氣體可用於ALD法中之沖淨步驟(將於下文中討論)。惰性載體氣體典型地是氮、氦、氬等中之一或多者。於本發明中,惰性載體氣體是一種不會干擾含金屬的層的形成之氣體。不論蒸發是否在有惰性載體氣體的情況下進行,蒸發較宜是在無氧的情況下進行以避免層受到氧的污染(例如矽氧化而形成二氧化矽或進入沉積室之前氣相中的前驅物的氧化)。
化學氣相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)是二種經常用於在半導體基板上形成薄、連續且均勻之含金屬的層之氣相沉積法。使用任一種氣相沉積法,典型地一或多種前驅物組成物於沉積室中蒸發且任意地與一或多種反應氣體混合並被導引至基板及/或與基板接觸以於基板上形成含金屬的層。熟悉此項技術人士將可立即明白:氣相沉積法可藉由利用各種相關的技術例如電漿輔助、光輔助、雷射輔助、以及其他的技術而加強。
典型的CVD法可於化學氣相沉積反應器中進行,例如Genus,Inc.之商標編號7000的沉積室(Sunnyvale,CA)、Applied Materials,Inc.之商標編號5000的沉積室(Santa Clara,CA)、或Novelus,Inc.之商標Prism的沉積室(San Jose,CA)。然而,可使用任何適合進行CVD的沉積室。
較佳的是,本發明之方法所用的氣相沉積法是一種多週期的原子層沉積(ALD)法。此方法是有利的,特別是優於CVD法,其可藉由提供數個自限生長的沉積週期而改良控制沉積的層(例如介電層)之原子層的厚度和均勻度。ALD之自限生長的性質提供一種於任何適合的反應性表面(包含具有不規則溫度的表面)上沉積薄膜的方法,而且相較於得自CVD或其他"瞄準線(line of sight)"沉積法(例如蒸發或物理氣相沉積(即,PVD或濺鍍)),具有較佳的步驟覆蓋率。此外,相較於,例如,典型的CVD法,ALD法典型地使含金屬的化合物暴露於較低的蒸發和反應溫度中,以減少前驅物的降解。
通常,於ALD法中,各個反應物典型地在至少25℃(較宜是至少150℃,更宜是至少200℃)之沉積溫度下相繼地以脈衝輸送至適合的基板上。典型的ALD沉積溫度不高於400℃,較宜是不高於350℃,更宜是不高於250℃。這些溫度通常是低於目前CVD法使用的溫度,典型地包括至少150℃,較宜是至少200℃,更宜至少250℃之基板表面的沉積溫度。典型的CVD沉積溫度是不高於
600℃,較宜是不高於500℃,更宜是不高於400℃。
在此情況下,利用ALD所生長的膜典型地為自限生長的(即,於ALD法中,當表面的反應位置用盡時,沉積通常停止),如此確保不僅有優異的正形性亦具有良好的大區域均勻度加上簡單且正確的組成和厚度控制。不同於以前驅物和/或反應氣體的連續同步反應方式進行之CVD法,由於交替地輸入前驅物組成物和/或反應氣體,自然地消除有害的氣相反應(參見Vehkamäki et al,"Growth of SrTiO3
and BaTiO3
Thin Films by Atomic Layer Deposition",Electrochemical and Solid-State Letters,2(10):504-506(1999))。
典型的ALD法包括使基板(可任意地經,例如,水和/或臭氧預處理)暴露於第一化學物質以使該物質化學吸附於基板上。本文中,"化學吸附"乙辭意指被蒸發的反應性含金屬的化合物被化學吸附於基板的表面上。由於具有高吸附能(例如,>30 kcal/mol)的特徵之相當強的結合力(相當於一般化學鍵的強度),被吸附的物質典型地不可逆結合至基板表面上。化學吸附的物質典型地於基板表面上形成單層(參見"The Condensed Chemical Dictiinary",10th edition,revised by G.G.Hawley,published by Van Nostrand Reinhold Co.,New York,225(1981))。ALD技術的原則是利用化學吸附形成反應性前驅物分子之飽和的單層。於ALD中,一或多種適合的前驅物組成物或反應氣體可交替地導引(例如脈衝輸送)至
沉積室中並被化學吸附於基板的表面上。各個相繼導入反應性化合物(例如一或多種前驅物組成物和一或多種反應氣體)的步驟典型地以惰性載體氣體的沖淨而加以區隔。各個前驅物組成物的同步反應增加一新的原子層至先前沉積的層上以形成累積的固體層。重覆週期以逐漸形成所欲的層厚度。須明白的是,ALD可交替地使用一種前驅物組成物(被化學吸附的)和一種反應氣體(與被化學吸附的物質反應)。
實際上,化學吸附可能不會發生於沉積表面(例如先前沉積的ALD材料)的所有部位上。然而,此種有瑕疵的單層於本發明中仍視為一單層。於許多的應用中,只有實質上飽和的單層可能是適合的。於一方面,實質上飽和的單層是將仍產生可展現所欲的品質和/或性質之沉積的單層或較少的材料者。於另一方面,實質上飽和的單層是自限於與前驅物進一步反應者。
典型的ALD法包括將初始基板暴露於第一化學物質A(例如文中所述之含金屬的化合物)以使該物質被化學吸附於基板上。物質A可與基板表面反應或與物質B(見下文)反應,但不與本身反應。典型地於化學吸附中,物質A之一或多個配位基被基板表面上之反應性基團所取代。理論上,化學吸附於整個暴露的初始基板上形成一均勻之具有一個原子或分子厚度的單層,而該單層係由物質A(少量之任何被置換的配位基)所組成。換言之,飽和的單層實質上是形成於基板表面上。實際上,化學吸附可能不
會發生於基板的所有部位上。然而,此種部份的單層於本發明中仍然視為一單層。於許多的應用中,只有實質上飽和的單層可能是適合的。實質上飽和的單層是將仍產生可展現此層所欲的品質和/或性質之沉積的層者。
第一物質(例如物質A之實質上所有未被化學吸附的分子)以及被置換的配位基從整個基板上被沖淨掉,並且提供第二化學物質(物質B)(例如不同之含金屬的化合物或反應物氣體)以與物質A的單層反應。物質B典型地置換物質A單層之剩餘的配位基,因而被化學吸附,及形成第二單層。此第二單層顯示一只與物質A反應的表面。接著沖淨未被化學吸附的物質B,以及被置換的配位基和其他反應副產物,且重覆此步驟並使物質B單層暴露於蒸發的物質A。任意地,第二物質可與第一物質反應,但不會化學吸附額外的材料。即,第二物質可裂斷一部份被化學吸附的第一物質,改變此單層而不會於其上形成另一個單層,但會留下反應位置以供形成後續的單層。於其他的ALD法中,第三物質或其他更多者可連續地被化學吸附(或反應)及沖淨,如同第一和第二物質中所述者,須明白的是,各個被導入的物質與在導入之前才剛形成的單層反應。任意地,第二物質(或第三物質或後續者),必要時,可包含至少一種反應氣體。
因此,ALD的使用提供了改良控制基板上之含金屬的層之厚度、組成和均勻度的能力。例如,於數個週期中沉積含金屬的化合物之薄層使得以更精確地控制最終的膜厚
度。當前驅物組成物被導引至基板並且被化學吸附於其上時,此情況是特別有利的,較宜的是進一步包含有至少一種可與基板上被化學吸附的物質反應之反應氣體,更宜是重覆此週期至少一次。
在各個物質沉積/化學吸附於基板上之後,沖淨各個物質之過量的蒸氣之步驟涉及各種技術,包含,但不限於,令基板和/或單層與惰性載體氣體接觸和/或降低壓力至低於沉積壓力以減低與基板接觸的物質和/或被化學吸附的物質之濃度。載體氣體的例子,如上所述,可包括N2
、Ar、He等。此外,沖淨步驟反而可包括令基板和/或單層與任何物質接觸,而該物質可脫附化學吸附副產物及降低為導入另一物質作準備之接觸物質的濃度。所述之接觸物質可根據特定的沉積法的產物之規格而減低至熟悉此項技術人士所習知之適合的濃度或分壓。
ALD通常被揭示為一種自限生長的方法,此方法中,基板上存在有有限數量之第一物質可形成化學鍵的位置。第二物質可能只與由化學吸附第一物質所形成的表面反應,因此亦可為自限生長。一旦基板上全部之有限數量的位置與第一物質結合,該第一物質將不會與其他已經與基板結合之第一物質結合。然而,ALD的製程條件可加以變化以促進此種結合並使ALD不是自限生長的,例如脈衝式CVD。因此,ALD亦可涵蓋藉由堆疊物質而每次形成一個以外的單層之物質,形成具多於一個原子或分子厚度的層。
所揭示的方法顯示在化學吸附第一前驅物期間,第二前驅物(即第二物質)"實質上不存在",因為可能存在有極微量的第二前驅物。根據熟悉此項技術人士所習知的知識和偏好,可根據第二前驅物的忍受量和所擇的製程條件而判斷以達到第二前驅物之實質上不存在的情況。
因此,在ALD法期間,可於沉積室中進行許多連續的沉積週期,各個週期沉積非常薄之含金屬的層(通常少於一個單層,使得平均生長速率是每個週期為0.2至3.0 Å),直到於所欲的基板上產生具有所欲厚度的層。層的沉積係藉由下列方法而完成於數個沉積週期中,交替地導入(即,利用脈衝輸入)前驅物組成物至含有基板的沉積室中,化學吸附單層的該前驅物組成物於基板表面上,沖淨該沉積室,接著導入反應氣體和/或其他前驅物組成物至該被化學吸附的前驅物組成物,直到得到所欲厚度之含金屬的層。本發明之含金屬的層之較佳的厚度是至少1 Å,更宜是至少5 Å,更宜是至少10 Å。此外,較佳的膜厚度典型地不大於500 Å,更宜是不大於400 Å,更宜是不大於300 Å。
前驅物組成物和惰性載體氣體之脈衝持續時間通常是足以飽和基板表面之持續時間。典型地,脈衝持續時間是至少0.1秒,較宜是至少0.2秒,更宜是至少0.5秒。較佳的脈衝持續時間通常是不大於5秒,較宜是不大於3秒。
相較於主要是熱能驅動的CVD,ALD主要是化學驅
動的。因此,ALD有利地可在比CVD低許多的溫度下進行。在ALD法期間,基板溫度可維持在一夠低且足以維持化學吸附的前驅物組成物和底下的基板表面間的完整的鍵結和防止前驅物組成物分解之溫度下。另一方面,溫度必須是足夠高以避免前驅物組成物冷凝。典型地,基板的溫度是保持在至少25℃,較宜是至少150℃,更宜是至少200℃。典型地,基板溫度是保持在不高於400℃,較宜是不高於300℃,更宜是不高於250℃,如上所述,其通常是低於目前典型的CVD法中所用的溫度。因此,第一物質或前驅物組成物係在此溫度下被化學吸附。第二物質或前驅物組成物之表面反應可在與第一前驅物化學吸附的溫度實質上相同的溫度下進行,或任意地,但較不是很合宜的,在實質上不同的溫度下進行。明顯地,根據具有通常知識者的判斷,可對溫度作一些小變化,但是當所提供的反應速率統計上相同於在第一前驅物化學吸附的溫度下的反應速率時,仍應視為實質上相同的溫度。或者,化學吸附和後續的反應反而將發生在實質上完全相同的溫度下。
對典型的氣相沉積法而言,沉積室中的壓力是至少10-8
torr(1.3×10-6
Pa),較宜是至少10-7
torr(1.3×10-5
Pa),更宜是至少10-6
torr(1.3×10-4
Pa)。此外,沉積壓力典型地不大於10 torr(1.3×103
Pa),較宜是不大於1 torr(1.3×102
Pa),更宜是不大於10-1
torr(13 Pa)。典型地,對各個週期,在蒸發的前驅物組成物已經被導入
沉積室中及/或反應之後,以惰性載體氣體沖淨沉積室。於各個週期期間內,惰性載體氣體亦可與蒸發的前驅物組成物一起被導入。
前驅物組成物的反應性可顯著地影響ALD之製程參數。在典型的CVD製程條件下,高反應性的化合物可於氣相中反應而產生粒子、過早沉積於非所欲的表面上、形成不良的薄膜、及/或得到不佳的步驟覆蓋率或者得到不均勻的沉積。至少為了這個理由,高反應性化合物可能不適合於CVD。然而,一些不適合於CVD的化合物卻是優異的ALD前驅物。例如,如果第一前驅物於氣相中與第二前驅物反應,則此一組合的化合物可能不適合於CVD,即使其可用於ALD。於CVD中,如熟悉此項技術人士所知,當使用高氣相反應性前驅物時,仍需要考慮黏附係數(sticking coefficient)和表面移動性,然而,於ALD中此種考慮較少或甚至不考慮此點。
在於基板上形成層後,可於沉積室中於還原性、惰性、電漿、或氧化性氣氛中,任意地在當場進行退火步驟。較佳的是,退火溫度是至少400℃,更宜是至少600℃。退火溫度較宜是不高於1000℃,更宜是不高於750℃,更宜是不高於700℃。
退火操作較宜是進行至少0.5分鐘的時間,更宜是至少1分鐘的時間。此外,退火操作較宜是進行不多於60分鐘的時間,更宜是不多於10分鐘的時間。
熟悉此項技術人士將明白所述的溫度和時間可加以變
化。例如,可使用爐管退火和快速熱退火,且此外,此退火可於一或多個退火步驟中進行。
如上所述,使用本發明之形成膜的化合物和方法有利於半導體結構體中之各種膜的應用,特別是使用高介電材料者。例如,所述之應用包括閘極電介質和電容器例如平面胞型、溝槽胞型(例如雙側壁溝槽型電容器)、堆疊胞型(例如冠型、V-胞型、△胞型、多指型、或圓柱型容器堆疊型電容器)、以及場效電晶體裝置。
可用以進行本發明之原子層沉積法的系統示於圖1。此系統包括一隔離的氣相沉積室10,其中利用渦輪唧筒12和初級唧筒14以產生真空。一或多個基板16(例如半導體基板或基板組合)置於室10中。使基板16產生穩定之標稱溫度,而此溫度可依據所用的方法而加以變化。基板16可經由,例如,電阻加熱器18而加熱,其中基板16係安裝於電阻加熱器18上。亦可使用其他已知之加熱基板的方法。
於此方法中,文中所述之前驅物組成物,60和/或61,係貯存在槽62中。蒸發前驅物組成物並分別使用,例如,惰性載體氣體68,而沿著管線64和66輸送至沉積室10。反應氣體70需要時可沿著管線72輸送。此外,沖淨氣體74(通常相同於惰性載體氣體68)需要時可沿著管線76輸送。如圖所示,一系列的閥80至85係根據所需而打開或關閉。
圖2顯示一於例示的電容器結構體中本發明之以ALD
形成含金屬的層之例子。根據圖2,電容器結構體200包括其中具有傳導性擴散區215之基板210。基板210可包括,例如,矽。絕緣層260,例如BPSG,係位於基板210上,且其中有接觸開口280至擴散區215。傳導性材料290填入接觸開口280,且可包括,例如,鎢或傳導性摻雜的多晶矽。電容器結構體200包括第一電容器電極(底部電極)220、介電層240(可由本發明之方法形成)、及第二電容器電極(頂部電極)250。
須明白的是,圖2是一例示的結構體,而本發明之方法可於任何基板上形成層,較宜是於半導體結構體上;且此應用包括電容器,例如平面胞型、溝槽胞型(例如雙側壁溝槽型電容器)、堆疊胞型(例如冠型、V-胞型、△胞型、多指型、或圓柱型容器堆疊型電容器)、以及場效電晶體裝置。
此外,擴散阻擋層可任意地形成於介電層240上,且可包含,例如,TiN、TaN、金屬矽化物、或金屬矽化物-氮化物。當擴散阻擋層為一明顯區隔的層時,須明白的是阻擋層可包括傳導性材料,且因而,於此體系中,須明白的是其包括至少一部份的電容器電極。於一些包括有擴散阻擋層的體系中,電容器電極的整體可包括傳導性阻擋層材料。
下列實例係用以進一步說明本發明之各種特定的體系和技術。然而,須明白的是,可以在本發明的範圍內進行熟悉此項技術人士所了解的多種變化和改良。因此,本發
明之範圍並不限於下列實例。除非特別指明,實例中所用之百分比均為重量百分比。
利用ALD使用上述之含鍶的化合物(127℃發泡器溫度;154℃發泡器管線溫度)和臭氧(O3
:100標準立方公分/分鐘(sccm),於氧中濃度為11%)之交替的脈衝在基板溫度為205℃和壓力為10-4
torr(1.3×10-2
Pa)的情況下使氧化鍶層沉積於裸矽上。各個週期包括2秒鍶前驅物劑量、30秒抽真空(pump down)、1秒臭氧劑量、和60秒抽真空。使用218個週期以沉積膜,得到約250 Å厚的氧化鍶層。
利用ALD使用水(週遭發泡器溫度:50℃發泡器管線溫度)、四異丙醇鈦(60℃發泡器溫度;112℃發泡器管線溫度)、臭氧(O3
:100 sccm,於氧中濃度為11%)、和上述之含鍶的化合物(127℃發泡器溫度;137℃發泡器管線溫度)之交替的脈衝在基板溫度為200℃和壓力
為10-4
torr(1.3×10-2
Pa)的情況下使鈦酸鍶層沉積於物理氣相沉積的(PVD或濺鍍的)Pt基板上。各個鈦序列包括0.5秒水劑量、15秒抽真空、1秒鈦前驅物劑量、和15秒抽真空。各個鍶序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、2秒鍶前驅物劑量、和30秒抽真空。各個週期包括2個鈦序列和1個鍶序列。使用250個週期以沉積膜,得到約250 Å厚的鈦酸鍶層。
利用ALD使用臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、四異丙醇鈦(60℃發泡器溫度;110℃發泡器管線溫度)、臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、和上述之含鍶的化合物(105℃發泡器溫度;123℃發泡器管線溫度)之交替的脈衝在基板溫度為208℃和壓力為10-4
torr(1.3×10-2
Pa)的情況下使鈦酸鍶層沉積於PVD Pt基板上。各個鈦序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、1秒鈦前驅物劑量、和15秒抽真空。各個鍶序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、2秒鍶前驅物劑量、和30秒抽真空。各個週期包括1個鈦序列和2個鍶序列。使用100個週期以沉積膜,得到約50 Å厚的鈦酸鍶層,經分析後發現含有約29% Sr和12% Ti。
利用ALD使用臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、四異丙醇鈦(60℃發泡器溫度;110℃發泡器管線溫度)、臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、和上述之含鍶的化合物(105℃發泡器溫度;137℃發泡器管線溫度)之交替的脈衝在基板溫度為212-215℃和壓力為10-4
rott(1.3×10-2
Pa)的情況下使鈦酸鍶層沉積於PVD Pt基板上。各個鈦序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、1秒鈦前驅物劑量、和15秒抽真空。各個鍶序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、2秒鍶前驅物劑量、和30秒抽真空。各個週期包括2個鈦序列和1個鍶序列。使用250個週期以沉積膜,得到約100 Å厚的鈦酸鍶層,經分析後發現含有約19% Sr和21% Ti。
利用ALD使用臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、四異丙醇鈦(60℃發泡器溫度;90℃發泡器管線溫度)、臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、和上述之含鍶的化合物(136℃發泡器溫度;153℃發泡器管線溫度)之交替的脈衝在基板溫度為200℃和壓力為
10-4
torr(1.3×10-2
Pa)的情況下使鈦酸鍶層沉積於PVD Pt基板上。各個鈦序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、1秒鈦前驅物劑量、和15秒抽真空。各個鍶序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、2秒鍶前驅物劑量、和30秒抽真空。各個週期包括2個鈦序列和1個鍶序列。使用250個週期以沉積膜,得到約200 Å厚的鈦酸鍶層,經分析後發現含有約21% Sr和19% Ti。
利用ALD使用臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、四異丙醇鈦(60℃發泡器溫度;95℃發泡器管線溫度)、臭氧(O3
:450 sccm,於氧中濃度為11%)、和上述之含鍶的化合物(136℃發泡器溫度;151℃發泡器管線溫度)之交替的脈衝在基板溫度為220℃和壓力為10-4
torr(1.3×10-2
Pa)的情況下使鈦酸鍶層沉積於PVD Pt基板上。各個鈦序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、1秒鈦前驅物劑量、和15秒抽真空。各個鍶序列包括5秒臭氧劑量、30秒抽真空、2秒鍶前驅物劑量、和30秒抽真空。各個週期包括1個鈦序列和1個鍶序列。使用300個週期以沉積膜,得到約200 Å厚的鈦酸鍶層,經分析後發現含有約29% Sr和12% Ti。
文中所引用之專利、專利文獻和發表的文獻之全部內
容完全併入本文以供參考,如同其分別併入本文般。在不偏離本發明之範圍和精神的情況下,本發明之各種不同的改良和變化將是為熟悉此項技術人士所顯而易見的。須明白的是,本發明決不過度地受限於本文中作為說明之用的體系和實例,且所述之實例和體系僅作為範例用,本發明之範圍將僅由下文之申請專利範圍所界定。
10‧‧‧氣相沉積室
12‧‧‧渦輪唧筒
14‧‧‧初級唧筒
16‧‧‧基板
18‧‧‧電阻加熱器
60‧‧‧前驅物組成物
61‧‧‧前驅物組成物
62‧‧‧槽
64‧‧‧管線
66‧‧‧管線
68‧‧‧惰性載體氣體
70‧‧‧反應氣體
72‧‧‧管線
74‧‧‧沖淨氣體
76‧‧‧管線
80‧‧‧閥
81‧‧‧閥
82‧‧‧閥
83‧‧‧閥
84‧‧‧閥
85‧‧‧閥
200‧‧‧電容器結構體
210‧‧‧基板
215‧‧‧傳導性擴散區
220‧‧‧第一電容器電極
240‧‧‧介電層
250‧‧‧第二電容器電極
260‧‧‧絕緣層
280‧‧‧接觸開口
290‧‧‧傳導性材料
圖1是一適合用於本發明之方法的氣相沉積系統之透視圖。
圖2是一利用本發明之系統和方法所形成之電容器結構體的例子。
10‧‧‧氣相沉積室
12‧‧‧渦輪唧筒
14‧‧‧初級唧筒
16‧‧‧基板
18‧‧‧電阻加熱器
60‧‧‧前驅物組成物
61‧‧‧前驅物組成物
62‧‧‧槽
64‧‧‧管線
66‧‧‧管線
68‧‧‧惰性載體氣體
70‧‧‧反應氣體
72‧‧‧管線
74‧‧‧沖淨氣體
76‧‧‧管線
80‧‧‧閥
81‧‧‧閥
82‧‧‧閥
83‧‧‧閥
84‧‧‧閥
85‧‧‧閥
Claims (47)
- 一種於基板上形成含金屬的層之方法,該方法包含:提供一基板;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
其中:M是選自第2族金屬、第3族金屬、鑭系金屬、及其組合;各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;n是金屬價態;z是0至10;x是1至n;及各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或有機基團;提供至少一種反應氣體;及利用含有數個沉積週期的原子層沉積法,使該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣與基板接觸,以於該基板之至少 一個表面上形成含金屬的層。 - 如申請專利範圍第1項之方法,其中各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或具有1至10個碳原子的有機基團。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中R1 =R5 ,及R2 =R4 。
- 如申請專利範圍第3項之方法,其中R1 =R5 =異丙基。
- 如申請專利範圍第3項之方法,其中R1 =R5 =第三丁基。
- 如申請專利範圍第3項之方法,其中R2 =R4 =甲基,及R3 =H。
- 如申請專利範圍第6項之方法,其中R1 =R5 =異丙基。
- 如申請專利範圍第6項之方法,其中R1 =R5 =第三丁基。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中至少一個L各自獨立地選自鹵根、烷醇根基團、胺根基團、硫醇根基團、氰根、烷基基團、脒根基團、胍根基團、異脲根基團、β-二酮基團、β-亞胺酮基團、β-二酮亞胺基團、及其組合。
- 如申請專利範圍第9項之方法,其中該至少一個L是具有與式I中所示的β-二酮亞胺配位基相同的結構之β-二酮亞胺基團。
- 如申請專利範圍第9項之方法,其中該至少一個L 是具有與式I中所示的β-二酮亞胺配位基不相同的結構之β-二酮亞胺基團。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中至少一個Y是選自羰基、亞硝醯基、氨、胺、氮、膦、醇、水、四氫呋喃、及其組合。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該至少一種反應氣體是選自氧、水蒸氣、臭氧、醇、氮氧化物、硫氧化物、氫、硫化氫、硒化氫、碲化氫、過氧化氫、氨、有機胺、矽烷、二矽烷、高級矽烷、二硼烷、電漿、空氣、及其組合。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其另外包含提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣,及令該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣與基板接觸。
- 如申請專利範圍第14項之方法,其中該至少一種不同於式I之含金屬的化合物之金屬是選自Ti、Ta、Bi、Hf、Zr、Pb、Nb、Mg、Al、及其組合。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該含金屬的層是選自BaTiO3 、SrTiO3 、CaTiO3 、(Ba,Sr)TiO3 、SrTa2 O6 、SrBi2 Ta2 O9 (SBT)、SrHfO3 、SrZrO3 、BaHfO3 、BaZrO3 、(Pb,Ba)Nb2 O6 、(Sr,Ba)Nb2 O6 、Pb[(Sc,Nb)0.575 Ti0.425 ]O3 (PSNT)、La2 O3 、Y2 O3 、LaAlO3 、YAlO3 、Pr2 O3 、Ba(Li,Nb)1/4 O3 -PbTiO3 、Ba(0.6)Sr(0.4)TiO3 -MgO、及其組合。
- 一種製造半導體結構體的方法,該方法包含:提供一半導體基板或基板組合;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
其中:M是選自第2族金屬、第3族金屬、鑭系金屬、及其組合;各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;n是金屬價態;z是0至10;x是1至n;及各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或有機基團;提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣;及利用含有數個沉積週期的原子層沉積法,導引該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣和該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣至該半導體基板或基板組合以於該 半導體基板或基板組合之至少一個表面上形成含金屬的層。 - 如申請專利範圍第17項之方法,其中各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或具有1至10個碳原子的有機基團。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其另外包含提供至少一種反應氣體。
- 如申請專利範圍第19項之方法,其中該至少一種反應氣體是選自氧、水蒸氣、臭氧、醇、氮氧化物、硫氧化物、氫、硫化氫、硒化氫、碲化氫、過氧化氫、氨、有機胺、矽烷、二矽烷、高級矽烷、二硼烷、電漿、空氣、及其組合。
- 如申請專利範圍第19項之方法,其中該至少一種反應氣體是選自臭氧和氧。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其中該含金屬的層是一種金屬氧化物層。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其中該含金屬的層的厚度是1 Å至500 Å。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其中該含金屬的層是一種介電層。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其中該至少一種不同於式I之含金屬的化合物之金屬是選自Ti、Ta、Bi、Hf、Zr、Pb、Nb、Mg、Al、及其組合。
- 如申請專利範圍第25項之方法,其中該含金屬的層是選自BaTiO3 、SrTiO3 、CaTiO3 、(Ba,Sr)TiO3 、SrTa2 O6 、SrBi2 Ta2 O9 (SBT)、SrHfO3 、SrZrO3 、BaHfO3 、BaZrO3 、(Pb,Ba)Nb2 O6 、(Sr,Ba)Nb2 O6 、Pb[(Sc,Nb)0.575 Ti0.425 ]O3 (PSNT)、LaAlO3 、YAlO3 、Ba(Li,Nb)1/4 O3 -PbTiO3 、Ba(0.6)Sr(0.4)TiO3 -MgO、及其組合。
- 如申請專利範圍第17項之方法,其中在原子層沉積法期間,該含金屬的層係經由於各個沉積週期內交替導入該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣和該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣而形成。
- 一種製造半導體結構體的方法,該方法包含:在原子層沉積室內提供一半導體基板或基板組合;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
其中:M是選自第2族金屬、第3族金屬、鑭系金屬、及其組合;各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;n是金屬價態;z是0至10;x是1至n;及 各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或有機基團;提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣;導引該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣至該半導體基板或基板組合,及使該至少一種化合物化學吸附於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上;及導引該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣至該半導體基板或基板組合,及使該至少一種不同於式I之化合物化學吸附於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上,以於該半導體基板或基板組合之至少一個表面上形成含金屬的層。 - 如申請專利範圍第28項之方法,其中各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或具有1至10個碳原子的有機基團。
- 如申請專利範圍第28項之方法,其另外包含提供至少一種反應氣體。
- 如申請專利範圍第28項之方法,其中導引該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣至該半導體基板或基板組合及導引該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣至該半導體基板或基板組合的步驟係重覆至少一次。
- 如申請專利範圍第28項之方法,其中該半導體基板或基板組合的溫度是25℃至400℃。
- 如申請專利範圍第28項之方法,其中該含有半導體 基板或基板組合之原子層沉積室的壓力是10-8 torr(1.3×10-6 Pa)至10 torr(1.3×103 Pa)。
- 如申請專利範圍第28項之方法,其另外包含在化合物化學吸附於半導體基板或基板組合上之後,沖淨掉沉積室內過量之含有至少一種式I所示化合物的蒸氣。
- 如申請專利範圍第34項之方法,其中沖淨包括以惰性氣體沖淨。
- 如申請專利範圍第35項之方法,其中該惰性氣體是選自氮、氦、氬、及其混合物。
- 一種製造記憶裝置結構體的方法,該方法包含:提供一其上具有第一電極之基板;提供一含有至少一種下式(式I)所示化合物的蒸氣:
其中:M是選自第2族金屬、第3族金屬、鑭系金屬、及其組合;各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;n是金屬價態;z是0至10;x是1至n;及 各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或有機基團;令該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣與該基板接觸以使該化合物化學吸附於該基板之第一電極上;提供至少一種反應氣體;令該至少一種反應氣體與其上具有被化學吸附的化合物之基板接觸以於該基板之第一電極上形成介電層;及於該介電層上形成第二電極。 - 如申請專利範圍第37項之方法,其中各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或具有1至10個碳原子的有機基團。
- 如申請專利範圍第37項之方法,其中該含有至少一種式I所示化合物的蒸氣另外含有一非反應性氣體。
- 如申請專利範圍第39項之方法,其中該非反應性氣體是選自氮、氦、氬、及其混合物。
- 如申請專利範圍第37項之方法,其另外包含提供一含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣,及令該含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之蒸氣與該基板接觸。
- 一種原子層氣相沉積系統,其包含:一內置有基板之沉積室:及至少一個槽,其包含至少一種下式(式I)所示化合物:
其中:M是選自第2族金屬、第3族金屬、鑭系金屬、及其組合;各個L各自獨立地為陰離子配位基;各個Y各自獨立地為中性配位基;n是金屬價態;z是0至10;x是1至n;及各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或有機基團。 - 如申請專利範圍第42項之系統,其中各個R1 、R2 、R3 、R4 、和R5 各自獨立地為氫或具有1至10個碳原子的有機基團。
- 如申請專利範圍第42項之系統,其另外包含至少一個至少一種反應氣體的來源。
- 如申請專利範圍第42項之系統,其另外包含至少一個惰性氣體來源。
- 如申請專利範圍第42項之系統,其另外包含至少一個含有至少一種不同於式I之含金屬的化合物之槽。
- 如申請專利範圍第46項之系統,其中該至少一種不同於式I之含金屬的化合物之金屬是選自Ti、Ta、Bi、Hf、Zr、Pb、Nb、Mg、Al、及其組合。
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