專利名稱：新的有機(jī)－金屬前體材料和利用它制備金屬薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新的有機(jī)-金屬前體材料，及利用它制備用于電容器電極的金屬薄膜的方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠容易分解而不與氧化劑反應(yīng)的新的有機(jī)-金屬前體材料，及利用它制備金屬薄膜的方法。
背景技術(shù)：
通常，作為用于DRAM電容器的電極材料，或者作為用以阻擋半導(dǎo)體器件中的導(dǎo)線材料如銅Cu的擴(kuò)散的擴(kuò)散屏蔽薄膜材料，釕Ru已經(jīng)引起了人們的注意。然而，為了沉積釕Ru，釕前體必須利用氧化劑如氧分解。這引起在沉積過程中氧經(jīng)常陷入釕中的問題，其可以氧化與釕相鄰的電極材料或?qū)Ь€材料并增加它的比電阻。這已經(jīng)延緩了常規(guī)釕電極的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能夠分解而不與氧化劑反應(yīng)的新的有機(jī)-金屬前體材料，及利用該有機(jī)-金屬前體材料制備金屬薄膜的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種由下面化學(xué)式所示的有機(jī)-金屬前體材料。
<化學(xué)式>
式中M為釕Ru或銥Ir，Y為具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子。
該具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子可以為包含氧O、氮N或磷P的有機(jī)分子，可以為選自由醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦(phosphine group)和亞磷酸酯(phosphite group)組成的組的物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種制備有機(jī)-金屬前體材料的方法，其包括制備由上述化學(xué)式所示的有機(jī)-金屬前體材料；通過蒸發(fā)該有機(jī)-金屬前體材料，形成源氣體；及通過向真空室中供應(yīng)該源氣體，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)，在襯底上沉積金屬薄膜。在本發(fā)明中，CVD可以包括原子層沉積(ALD)。
有機(jī)-金屬前體材料的制備可以包括通過將Ru(DMPD)2或Ir(DMPD)2溶解在戊烷中，制備第一溶液；通過向該第一溶液中加入具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子，制備第二溶液，該具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子選自醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦和亞磷酸酯；在室溫下攪拌該第二溶液，以促進(jìn)配位共價(jià)反應(yīng)；及通過從其中發(fā)生配位共價(jià)反應(yīng)的第二溶液中真空蒸餾戊烷，制得有機(jī)-金屬前體材料。
所述有機(jī)-金屬前體材料可以在150～250℃的溫度下蒸發(fā)，金屬薄膜可以在250～500℃的溫度下沉積。
所述金屬薄膜可以通過向真空室中進(jìn)一步提供包括H2或NH3氣體的還原性反應(yīng)氣體，而在還原性反應(yīng)氣體氣氛下沉積。在本文中，H2氣體可以以1～200sccm的流量供應(yīng)，NH3氣體可以以50～200sccm的流量供應(yīng)。金屬薄膜更優(yōu)選可以通過在真空室中產(chǎn)生還原性反應(yīng)氣體等離子體，而在還原性反應(yīng)氣體等離子體氣氛下沉積。
根據(jù)本發(fā)明，可以得到能夠容易分解而不與氧化劑反應(yīng)的有機(jī)-金屬前體材料，并且可以制備不含氧的金屬薄膜。


通過參照附圖詳述其示例性實(shí)施方案，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的有機(jī)-金屬前體材料的化學(xué)式；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案利用有機(jī)-金屬前體材料制備金屬薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法的示意圖；圖3為圖2的CVD方法中釕薄膜的厚度隨著沉積溫度變化的示意圖；
圖4為利用圖2的CVD方法制備的釕薄膜的NMR分析結(jié)果的示意圖；及圖5為利用圖2的CVD方法制備的釕薄膜的表面隨著退火溫度變化的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照其中圖示了本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的附圖，更充分地描述有機(jī)-金屬前體材料及利用該有機(jī)-金屬前體材料制備金屬薄膜的方法。
圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的有機(jī)-金屬前體材料的化學(xué)式。此處，M為釕Ru或銥Ir，Y為具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子。
參照?qǐng)D1，有機(jī)-金屬前體材料具有這樣的結(jié)構(gòu)，即具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子配位共價(jià)結(jié)合到具有C＝C-Ru-C＝C結(jié)構(gòu)的有機(jī)-金屬前體如Ru(DMPD)2上。該具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子為包含氧O、氮N或磷P的有機(jī)分子，其可以為選自下列的物質(zhì)醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦和亞磷酸酯。由圖1中的化學(xué)式所示的有機(jī)-金屬前體材料能夠容易分解，而不與氧化劑如氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此，其可以為用于利用化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)制備金屬薄膜的有用的原材料。具體地，采用該方法制備的金屬薄膜不含氧。所以，當(dāng)所述金屬薄膜用于電極材料或用以阻擋導(dǎo)線材料如銅擴(kuò)散的擴(kuò)散屏蔽薄膜時(shí)，可以減少比電阻由于電極材料和導(dǎo)線材料的氧化而增加的問題。并且，采用該方法制備的金屬薄膜具有比包含氧的常規(guī)金屬薄膜更好的表面形態(tài)。
由圖1中的化學(xué)式所示的有機(jī)-金屬前體材料可以通過下列方法制得。將Ru(DMPD)2或Ir(DMPD)2溶解在戊烷中，制得第一溶液。加入選自醚、胺、THF、膦和亞磷酸酯中的具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子，制得第二溶液。在室溫下攪拌該第二溶液，以促進(jìn)配位共價(jià)反應(yīng)。在配位共價(jià)反應(yīng)之后，接著通過進(jìn)行真空蒸餾從第二溶液中除去戊烷，可以制得有機(jī)-金屬前體材料。該有機(jī)-金屬前體材料通過溶解在揮發(fā)性溶劑中，可以用于CVD或ALD過程中的原材料。
圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案利用有機(jī)-金屬前體材料制備金屬薄膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法的示意圖。
在制得由圖1中的化學(xué)式所示的有機(jī)-金屬前體材料后，通過在150～250℃的溫度下蒸發(fā)有機(jī)-金屬前體材料，形成源氣體。然后通過向真空室10中供應(yīng)源氣體，在250～500℃的溫度下，可以利用CVD在襯底20上沉積金屬薄膜30。在本文中，CVD包括ALD。
所述金屬薄膜30優(yōu)選通過向真空室10中進(jìn)一步供應(yīng)包括H2或NH3的還原性反應(yīng)氣體，在還原性反應(yīng)氣體氣氛下沉積。該還原性反應(yīng)氣體的使用還可以弱化作為主要配體的DMPD與釕Ru之間的結(jié)合，因此，所述有機(jī)-金屬前體材料能夠在沉積過程中容易分解。具體地，為了活化還原性反應(yīng)氣體，可以在真空室10中產(chǎn)生還原性反應(yīng)氣體的等離子體，金屬薄膜30可以在還原性反應(yīng)氣體等離子體氣氛下沉積。此時(shí)，H2氣體以1～200sccm的流量供應(yīng)，NH3氣體以50～200sccm的流量供應(yīng)。
將釕前體Ru(DMPD)2溶解在戊烷中，制得第一溶液。向該第一溶液中加入0.6M的THF，制得第二溶液，并在室溫下攪拌該第二溶液1分鐘，以促進(jìn)配位共價(jià)反應(yīng)。從第二溶液中真空蒸餾掉戊烷，得到作為剩余物的Ru(DMPD)2-THF復(fù)合物。利用THF作為溶劑，制得0.2M的Ru(DMPD)2-THF復(fù)合物溶液，使用該溶液作為原材料。
在150～250℃的溫度下，蒸發(fā)原材料并將其供應(yīng)給真空室。通過以50～200sccm的流量向真空室中供應(yīng)NH3氣體作為還原性反應(yīng)氣體，在NH3氣氛下，釕薄膜沉積在襯底上。在釕薄膜沉積過程中，使用氬Ar氣體作為傳輸氣體，并以50～1000sccm的流量提供給真空室。
圖3為在圖2的CVD方法中釕薄膜的厚度隨沉積溫度變化的示意圖，圖4為利用圖2的CVD方法制備的釕薄膜的NMR分析結(jié)果示意圖。
圖5為利用圖2的CVD方法制備的釕薄膜的表面形態(tài)隨退火溫度變化的SEM照片。
根據(jù)本發(fā)明，提供了能夠容易分解而不與氧化劑反應(yīng)的新的有機(jī)-金屬前體材料，及利用該有機(jī)-金屬前體材料制備金屬薄膜的方法。在本發(fā)明中，利用容易分解而不與氧化劑如氧反應(yīng)的有機(jī)-金屬前體材料，可以在襯底上沉積所述金屬薄膜。所以，采用該方法制備的金屬薄膜幾乎不含氧。因此，當(dāng)該有機(jī)-金屬前體材料用于電極材料或用以阻擋導(dǎo)線材料如銅擴(kuò)散的擴(kuò)散屏蔽薄膜時(shí)，可以減少電極材料和導(dǎo)線材料的比電阻增加的問題。此外，根據(jù)本發(fā)明制備的金屬薄膜具有比包含氧的常規(guī)金屬薄膜更好的表面形態(tài)。
盡管已經(jīng)參照其示例性實(shí)施方案具體地說明和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解其中可以進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的變化，而不脫離由所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)-金屬前體材料，其由下面化學(xué)式表示<化學(xué)式> 式中M為釕Ru或銥Ir，Y為具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)-金屬前體材料，其中所述具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子為包含氧O、氮N或磷P的有機(jī)分子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的有機(jī)-金屬前體材料，其中所述具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子為選自由醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦和亞磷酸酯組成的組的物質(zhì)。
4.一種制備有機(jī)-金屬前體材料的方法，包括制備由下面化學(xué)式表示的有機(jī)-金屬前體材料；通過蒸發(fā)該有機(jī)-金屬前體材料，形成源氣體；及通過向真空室中提供該源氣體，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)，在襯底上沉積金屬薄膜<化學(xué)式> 式中M為釕Ru或銥Ir，Y為具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述有機(jī)-金屬前體材料是在150～250℃的溫度下蒸發(fā)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述金屬薄膜是在250～500℃的溫度下沉積的。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述金屬薄膜是通過向所述真空室中進(jìn)一步提供包括H2或NH3氣體的還原性反應(yīng)氣體而在還原性反應(yīng)氣體氣氛下沉積的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述H2氣體以1～200sccm的流量供應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述NH3氣體以50～200sccm的流量供應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述金屬薄膜是通過在所述真空室中產(chǎn)生還原性反應(yīng)氣體等離子體而在還原性反應(yīng)氣體等離子體氣氛下沉積的。
11.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述CVD包括原子層沉積(ALD)。
12.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子為包含氧O、氮N或磷P的有機(jī)分子。
13.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子為選自由醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦和亞磷酸酯組成的組的物質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述有機(jī)-金屬前體材料的制備包括通過將Ru(DMPD)2或Ir(DMPD)2溶解在戊烷中，制備第一溶液；通過向該第一溶液中加入具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子，制備第二溶液，所述具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子選自醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦和亞磷酸酯；在室溫下攪拌該第二溶液，以促進(jìn)配位共價(jià)反應(yīng)；及通過從發(fā)生配位共價(jià)反應(yīng)的第二溶液中真空蒸餾戊烷，制得有機(jī)-金屬前體材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠容易分解而不與氧化劑反應(yīng)的有機(jī)－金屬前體材料，及利用該有機(jī)－金屬前體材料制備金屬薄膜的方法。所述有機(jī)－金屬前體材料為具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子，并具有配位共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)，所述具有孤對(duì)電子的有機(jī)分子選自醚、胺、四氫呋喃(THF)、膦和亞磷酸酯。
文檔編號(hào)C23C16/18GK1935819SQ200610107498
公開日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2006年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月23日
發(fā)明者李正賢, 徐范錫 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社