使用脒基金属的原子层沉积制造技术

一种形成含金属的薄膜的方法，包括：使加热底材交替暴露于一种或多种挥发性脒基金属化合物蒸气，然后暴露于还原性气体或蒸气，以在底材的表面上形成金属涂层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及用于在固体底材上沉积含金属的保形薄膜的材料和方法，并且薄膜尤其是含铜、钴和铁金属或其氧化物或氮化物的薄膜。本专利技术可用于制造微电子器件。2.相关技术的说明当需要改善半导体微电子器件的速率和功能时，需要新型材料。例如，需要具有较高电导率的材料以形成集成电路中晶体管之间的线路。与铝相比，铜具有更高的电导率，并且在防止电迁移方面具有更好的稳定性。因此，铜变得越来越普遍地用于硅半导体。这种趋向公开在互联网http//public.itrs.net/Feils/2001ITRS/Home.htm的半导体国际技术发展蓝图中。铜连接线路还必须被保形设置在例如细孔结构中，并且产生的薄膜必须具有高度均匀的厚度。如果存在厚度差异，由于铜的粗糙表面产生增加的电子散射，槽或通道中铜的电导率将会降低。高质量的阻挡层/粘附层需要具有非常光滑的表面。适于制造光滑、保形层的一个方法是“原子层沉积”，或ALD(又名原子层磊晶)。ALD方法使用两种或多种不同气相前体沉积固体材料薄层。薄膜即将沉积于其上的底材的表面暴露于一定剂量的前体的蒸气。然后前体所有未反应的多余蒸气用泵抽出。接下来，一定剂量的第二前体的蒸气到达该表面并使之反应。这些步骤可重复进行以产生较厚的薄膜。该方法中一个尤其重要的方面是，ALD反应是自限的，因为在每个循环中仅仅形成某一最大厚度，随后在此循环中即便是可得到过量的反应物，也没有发生进一步的沉积。由于这种自限特性，ALD反应产生具有高度均匀厚度的涂层。ALD薄膜厚度的均匀性不仅沿着底材平面延伸，还延伸到细孔和槽中。ALD这种产生保形薄膜的能力被称作“良好的阶梯覆盖(step coverage)”。P.Martensson和J.-O.Carlsson在Journal of the Electro-chemical Society，vol.145，2926-2931(1998)中已经由铜前体Cu(II)-2，2，6，6-四甲基-3，5-庚烷二酮化物证实了铜的ALD。不幸的是，在实质上自限的ALD方法的温度范围(＜200℃)内，这种ALD方法中的铜仅仅生长在预存在的铂表面，并且没有成核或粘附在大部分其它表面。在铜ALD中已经建议了其它反应，然而没有数据公开表明预期的表面反应实际上为自限的。因此，尤其有利地是进行铜能够在除铂之外的表面上成核或粘附的ALD方法。美国专利No.6,294,836表明，在铜和底材之间使用钴的“粘合”层能够促进铜的粘附。然而根据美国专利No.6,444,263，用于沉积钴的已知化学气相沉积(CVD)法具有较差的阶梯覆盖，在具有长径比5∶1的孔的底部仅仅产生20％的厚度。美国专利申请No.2002/0081381中已经要求保护了钴ALD，用于双(乙酰丙酮酸)钴与氢的反应，然而其中并没有给出阶梯覆盖数据，并且膜生长仅仅发现在预存在的铱表面。美国专利申请No.2002/0081381还要求保护钴的非选择性生长，其通过钴与硅烷的反应进行，然而这种钴可能被硅污染。因此对于具有高阶梯覆盖的纯钴，这将有利地进行沉积过程。铜和钴薄层过去经常用于形成磁性信息存储中的抗磁读写磁头。这种薄层需要具有非常均匀的厚度，并具有很少的缺陷和小孔。当存在制造这种器件的成功的工业化生产过程时，这将有利地进行铜和钴的沉积过程，产生具有更均匀厚度和更少缺陷的薄层。磁存储器的先进设计与微电子电路(例如参见美国专利申请No.2002/0132375和美国专利No.6,211,090)相结合产生高度均匀和保形的金属(特别是铁、钴、镍、铜、钌、锰)层，并具有受控的厚度和明显的界面。然而现在没有已知方法使这些金属在预定保形和受控厚度下沉积。专利技术概述本专利技术的一个方面包括一种使用挥发性脒基金属化合物沉积含金属，如铜、钴、镍、铁、钌、锰、铬、钒、铌、钽、钛或镧的薄膜的方法。该薄膜具有均匀、保形的厚度和光滑的表面。该方法的优点是，其能够形成具有非常均匀的厚度的含金属的涂层。本专利技术的一个相关方面是，在底材和沉积涂层之间产生良好粘附的条件下沉积含金属涂层。该方法的优点是，其能够沉积具有非常光滑的表面的含金属的涂层。该方法的其它优点是，高度均匀的含金属的涂层的气相沉积在一定范围的条件下实现，如反应器内部反应物的浓度和底材的位置。本专利技术的另一优点在于，其能够在具有细密小孔、槽或其它结构的底材上形成含金属的保形涂层。这种能力通常称为“良好的阶梯覆盖”。本专利技术的另一方面为制备基本上没有针孔或其它机械缺陷的含金属的涂层。本专利技术的另一优点在于其能够沉积具有高电导率的含金属的涂层。本专利技术的另一优点在于其能够沉积含金属的涂层，该涂层能够有力地粘附在氧化物底材上。本专利技术的另一优点包括使用含金属的涂层在较低温度下涂布底材的能力。本专利技术的另一方面包括一种用于含金属的涂层的原子层沉积的方法，该方法不会对底材产生等离子损伤。本专利技术的一个特定方面包括一种沉积导电铜涂层的方法，该涂层在微电子器件中用作连接器。本专利技术的另一特定方面包括一种沉积钴涂层的方法，该钴涂层具有有用的磁性。本专利技术的一个方面涉及在微电子互联结构中的扩散阻挡层(例如TiN、TaN或WN)上沉积钴层，然后沉积铜层的方法。本专利技术的另一方面包括一种沉积钴/铜纳米层压涂层的方法，所述涂层具有有用的磁致电阻性质。在本专利技术的一个方面，含金属的薄膜如下制备使加热底材交替暴露于一种或多种挥发性脒基金属化合物(M-AMD)蒸气，然后暴露于还原性气体或蒸气，以在底材的表面上形成金属涂层。在一个或多个实施方案中，还原性气体包括氢气。在本专利技术的一个方面，含金属氮化物的薄膜如下制备使加热底材交替暴露于一种或多种挥发性脒基金属化合物(M-AMD)蒸气，然后暴露于含氮气体或蒸气，以在底材的表面上形成含金属氮化物的涂层。在一个或多个实施方案中，含氮气体包括氨。在本专利技术的一个方面，含金属氧化物的薄膜如下制备使加热底材交替暴露于一种或多种挥发性脒基金属化合物(M-AMD)蒸气，然后暴露于含氧气体或蒸气，以在底材的表面上形成含金属氧化物的涂层。在一个或多个实施方案中，含氧气体包括水。在本专利技术的一个或多个实施方案中，挥发性脒基金属化合物是具有选自M(I)AMD、M(II)AMD2和M(III)AMD3的通式的脒基金属化合物，并包括其低聚物，其中M为金属并且AMD为脒基部分。在本专利技术的一个方面，挥发性铜化合物的蒸气在表面交替与氢气反应，以在表面产生金属铜的薄层。尤其合适的铜化合物选自脒基铜(I)类。在本专利技术的一个方面，挥发性钴化合物的蒸气在表面交替与氢气反应，以在表面产生金属钴的薄层。尤其合适的钴化合物选自脒基钴(II)类。在该方法中用氨气代替氢气可以沉积氮化钴(cobaltnitride)。在该方法中用水蒸气代替氢气可沉积氧化钴。在本专利技术的其它实施方案中，脒基镍、铁、钌、锰、铬、钒、铌、钽、钛和镧可用于气相沉积包含一种或多种这些金属的薄膜。在本专利技术的另一方面，挥发性镧化合物的蒸气在表面交替与氨气反应，以在表面产生氮化镧的薄层。尤其合适的镧化合物选自脒基镧(III)类。在该方法中用水蒸气代替氨气可沉积氧化镧。在某些实施方案中，该反应可在底材上形成膜的方式进行，所述底材上可具有孔或槽。涂层还可位于粉末、导线，或复杂的机械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·格登，B·S·利姆，
申请(专利权)人：哈佛学院院长等，
类型：发明
国别省市：