[發(fā)明專利]金屬薄膜的原子層沉積方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880047781.6
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN110945157B
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 水谷文一;東慎太郎;竹澤直幸
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社高純度化學(xué)研究所
• 主分類號: C23C16/18
• 分類號: C23C16/18;C23C16/455;H01L21/285
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 童春媛;梅黎

提供通過以有機金屬絡(luò)合物為一種原料的原子層沉積(ALD)來沉積金屬薄膜的方法，所述方法不使用有可能失活的等離子體或臭氧等自由基物種。金屬薄膜的原子層沉積(ALD)法，具有：向設(shè)置有基板的反應(yīng)室內(nèi)供給具有芳族陰離子配體和/或烷基配體的有機金屬絡(luò)合物的工序，和向該反應(yīng)室內(nèi)供給含有親電子性的氣體和親核性的氣體的混合氣體的工序；且等離子體和自由基狀態(tài)的氣體以及含有氧原子的氣體實質(zhì)上均被不使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通過原子層沉積(ALD)法的用于形成金屬薄膜的方法。

背景技術(shù)

作為臺階覆蓋性和膜厚控制性比通常的化學(xué)蒸鍍(CVD：chemical?vapordeposition，化學(xué)氣相沉積)法優(yōu)異的技術(shù)，已知有原子層沉積(ALD：atomic?layerdeposition)法。ALD法是以原子層為單位形成薄膜的技術(shù)，通常是通過重復(fù)以下兩個工序來進行的成膜法：(1)?使只有一層的原料與基板表面反應(yīng)或吸附，清除剩余的原料；(2)?供給氧化劑或還原劑等反應(yīng)性氣體，使基板上的原料反應(yīng)而形成目標沉積物。如上所述，ALD法中，原料不是連續(xù)地沉積，而是一層一層地沉積，因此具有臺階覆蓋性和膜厚控制性優(yōu)異的特征。另外，在ALD法中，由于不使原料熱分解，所以可在較低溫度下形成絕緣膜，因此可期待用于形成例如存儲元件的電容器、或如液晶顯示器那樣使用玻璃基板的顯示裝置中的薄膜晶體管的柵極絕緣膜等。

具體而言，在ALD法中，以氣化的原料為前體，在不熱分解的溫度下飽和吸附于基板，且在接下來的工序中，在基板表面上與反應(yīng)性氣體進行化學(xué)反應(yīng)，由此沉積目標材料。

例如，在專利文獻1中記載了金屬薄膜的成膜方法，所述方法包括：將具有環(huán)戊二烯基系的配體的有機金屬化合物原料輸送至放置在真空室內(nèi)的制膜對象物上的原料輸送工序；使氨等反應(yīng)性氣體與加熱的金屬催化劑接觸后，輸送至放置在真空室內(nèi)的制膜對象物上的反應(yīng)性氣體輸送工序。

在專利文獻2中記載了在基板表面上沉積材料的方法，所述方法包括：在基板上形成阻擋層的步驟，使該阻擋層暴露在等離子體中的步驟，在氣相沉積過程中使該基板暴露在丁基乙炔六羰基二鈷和氫中而在該阻擋層上形成鈷層的步驟，使該鈷層暴露在氫等離子體中的步驟，和以覆蓋該鈷層的方式沉積導(dǎo)電材料的步驟；在沉積鈷層時，使用等離子體和氨/氫混合物。

在非專利文獻1中記載：若以雙(環(huán)戊二烯基)釕或雙(乙基環(huán)戊二烯基)釕為前體，則在使用氧的300℃下的熱ALD中有成核的問題，但通過使用氨等離子體的ALD法，可形成釕薄膜。在非專利文獻1中記載：在熱ALD的情況下，由于釕上的配體由氧導(dǎo)致的氧化分解只在釕薄膜的表面上容易發(fā)生，所以有在形成成核的釕薄膜以前，膜的沉積難以進行這樣的成核的問題，但在使用氨等離子體的ALD中，由于不需要成核的釕薄膜，所以可得到低電阻、高純度的釕薄膜。

但是，專利文獻1~2、非專利文獻1的方法均在使用氨和氫等時通過等離子體生成自由基物種來進行，因此，由于它們在沉積過程中失活而導(dǎo)致臺階覆蓋性有可能變差，從而有改善的余地。

在專利文獻3中記載了鈷系膜形成方法，并記載：具有將雙(N,N’-二異丙基丙脒)鈷輸送至成膜室的輸送工序和通過該雙(N,N’-二異丙基丙脒)鈷的分解而在基板上形成鈷系膜的成膜工序，且在該成膜工序中使用氨和氫等還原氣體；還示例了氨和氫的混合氣體。

但是，在專利文獻3中，由于在雙(N,N’-二異丙基丙脒)鈷中鈷與氮強有力地結(jié)合，在用還原氣體還原配體后仍具有孤電子對，所以有可能在鈷膜中混入氮，從而有改善的余地。