专利名称：新的有机－金属前体材料和利用它制备金属薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种新的有机-金属前体材料，及利用它制备用于电容器电极的金属薄膜的方法，更具体地，本发明涉及一种能够容易分解而不与氧化剂反应的新的有机-金属前体材料，及利用它制备金属薄膜的方法。
背景技术：
通常，作为用于DRAM电容器的电极材料，或者作为用以阻挡半导体器件中的导线材料如铜Cu的扩散的扩散屏蔽薄膜材料，钌Ru已经引起了人们的注意。然而，为了沉积钌Ru，钌前体必须利用氧化剂如氧分解。这引起在沉积过程中氧经常陷入钌中的问题，其可以氧化与钌相邻的电极材料或导线材料并增加它的比电阻。这已经延缓了常规钌电极的应用。
发明内容
本发明提供一种能够分解而不与氧化剂反应的新的有机-金属前体材料，及利用该有机-金属前体材料制备金属薄膜的方法。
根据本发明的一个方面，提供一种由下面化学式所示的有机-金属前体材料。
<化学式>
式中M为钌Ru或铱Ir，Y为具有孤对电子的有机分子。
该具有孤对电子的有机分子可以为包含氧O、氮N或磷P的有机分子，可以为选自由醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦(phosphine group)和亚磷酸酯(phosphite group)组成的组的物质。
根据本发明的另一个方面，提供一种制备有机-金属前体材料的方法，其包括制备由上述化学式所示的有机-金属前体材料；通过蒸发该有机-金属前体材料，形成源气体；及通过向真空室中供应该源气体，利用化学气相沉积(CVD)，在衬底上沉积金属薄膜。在本发明中，CVD可以包括原子层沉积(ALD)。
有机-金属前体材料的制备可以包括通过将Ru(DMPD)2或Ir(DMPD)2溶解在戊烷中，制备第一溶液；通过向该第一溶液中加入具有孤对电子的有机分子，制备第二溶液，该具有孤对电子的有机分子选自醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦和亚磷酸酯；在室温下搅拌该第二溶液，以促进配位共价反应；及通过从其中发生配位共价反应的第二溶液中真空蒸馏戊烷，制得有机-金属前体材料。
所述有机-金属前体材料可以在150～250℃的温度下蒸发，金属薄膜可以在250～500℃的温度下沉积。
所述金属薄膜可以通过向真空室中进一步提供包括H2或NH3气体的还原性反应气体，而在还原性反应气体气氛下沉积。在本文中，H2气体可以以1～200sccm的流量供应，NH3气体可以以50～200sccm的流量供应。金属薄膜更优选可以通过在真空室中产生还原性反应气体等离子体，而在还原性反应气体等离子体气氛下沉积。
根据本发明，可以得到能够容易分解而不与氧化剂反应的有机-金属前体材料，并且可以制备不含氧的金属薄膜。
通过参照附图详述其示例性实施方案，本发明的上述及其它特征和优点将变得更加显而易见，附图中图1为根据本发明实施方案的有机-金属前体材料的化学式；图2为根据本发明实施方案利用有机-金属前体材料制备金属薄膜的化学气相沉积(CVD)方法的示意图；图3为图2的CVD方法中钌薄膜的厚度随着沉积温度变化的示意图；
图4为利用图2的CVD方法制备的钌薄膜的NMR分析结果的示意图；及图5为利用图2的CVD方法制备的钌薄膜的表面随着退火温度变化的SEM照片。
具体实施例方式
现在将参照其中图示了本发明的示例性实施方案的附图，更充分地描述有机-金属前体材料及利用该有机-金属前体材料制备金属薄膜的方法。
图1为根据本发明实施方案的有机-金属前体材料的化学式。此处，M为钌Ru或铱Ir，Y为具有孤对电子的有机分子。
参照图1，有机-金属前体材料具有这样的结构，即具有孤对电子的有机分子配位共价结合到具有C＝C-Ru-C＝C结构的有机-金属前体如Ru(DMPD)2上。该具有孤对电子的有机分子为包含氧O、氮N或磷P的有机分子，其可以为选自下列的物质醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦和亚磷酸酯。由图1中的化学式所示的有机-金属前体材料能够容易分解，而不与氧化剂如氧发生化学反应。因此，其可以为用于利用化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)制备金属薄膜的有用的原材料。具体地，采用该方法制备的金属薄膜不含氧。所以，当所述金属薄膜用于电极材料或用以阻挡导线材料如铜扩散的扩散屏蔽薄膜时，可以减少比电阻由于电极材料和导线材料的氧化而增加的问题。并且，采用该方法制备的金属薄膜具有比包含氧的常规金属薄膜更好的表面形态。
由图1中的化学式所示的有机-金属前体材料可以通过下列方法制得。将Ru(DMPD)2或Ir(DMPD)2溶解在戊烷中，制得第一溶液。加入选自醚、胺、THF、膦和亚磷酸酯中的具有孤对电子的有机分子，制得第二溶液。在室温下搅拌该第二溶液，以促进配位共价反应。在配位共价反应之后，接着通过进行真空蒸馏从第二溶液中除去戊烷，可以制得有机-金属前体材料。该有机-金属前体材料通过溶解在挥发性溶剂中，可以用于CVD或ALD过程中的原材料。
图2为根据本发明实施方案利用有机-金属前体材料制备金属薄膜的化学气相沉积(CVD)方法的示意图。
在制得由图1中的化学式所示的有机-金属前体材料后，通过在150～250℃的温度下蒸发有机-金属前体材料，形成源气体。然后通过向真空室10中供应源气体，在250～500℃的温度下，可以利用CVD在衬底20上沉积金属薄膜30。在本文中，CVD包括ALD。
所述金属薄膜30优选通过向真空室10中进一步供应包括H2或NH3的还原性反应气体，在还原性反应气体气氛下沉积。该还原性反应气体的使用还可以弱化作为主要配体的DMPD与钌Ru之间的结合，因此，所述有机-金属前体材料能够在沉积过程中容易分解。具体地，为了活化还原性反应气体，可以在真空室10中产生还原性反应气体的等离子体，金属薄膜30可以在还原性反应气体等离子体气氛下沉积。此时，H2气体以1～200sccm的流量供应，NH3气体以50～200sccm的流量供应。
将钌前体Ru(DMPD)2溶解在戊烷中，制得第一溶液。向该第一溶液中加入0.6M的THF，制得第二溶液，并在室温下搅拌该第二溶液1分钟，以促进配位共价反应。从第二溶液中真空蒸馏掉戊烷，得到作为剩余物的Ru(DMPD)2-THF复合物。利用THF作为溶剂，制得0.2M的Ru(DMPD)2-THF复合物溶液，使用该溶液作为原材料。
在150～250℃的温度下，蒸发原材料并将其供应给真空室。通过以50～200sccm的流量向真空室中供应NH3气体作为还原性反应气体，在NH3气氛下，钌薄膜沉积在衬底上。在钌薄膜沉积过程中，使用氩Ar气体作为传输气体，并以50～1000sccm的流量提供给真空室。
图3为在图2的CVD方法中钌薄膜的厚度随沉积温度变化的示意图，图4为利用图2的CVD方法制备的钌薄膜的NMR分析结果示意图。
图5为利用图2的CVD方法制备的钌薄膜的表面形态随退火温度变化的SEM照片。
根据本发明，提供了能够容易分解而不与氧化剂反应的新的有机-金属前体材料，及利用该有机-金属前体材料制备金属薄膜的方法。在本发明中，利用容易分解而不与氧化剂如氧反应的有机-金属前体材料，可以在衬底上沉积所述金属薄膜。所以，采用该方法制备的金属薄膜几乎不含氧。因此，当该有机-金属前体材料用于电极材料或用以阻挡导线材料如铜扩散的扩散屏蔽薄膜时，可以减少电极材料和导线材料的比电阻增加的问题。此外，根据本发明制备的金属薄膜具有比包含氧的常规金属薄膜更好的表面形态。
尽管已经参照其示例性实施方案具体地说明和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将会理解其中可以进行各种形式和细节上的变化，而不脱离由所附的权利要求书限定的本发明的构思和范围。
权利要求
1.一种有机-金属前体材料，其由下面化学式表示<化学式> 式中M为钌Ru或铱Ir，Y为具有孤对电子的有机分子。
2.根据权利要求1的有机-金属前体材料，其中所述具有孤对电子的有机分子为包含氧O、氮N或磷P的有机分子。
3.根据权利要求1的有机-金属前体材料，其中所述具有孤对电子的有机分子为选自由醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦和亚磷酸酯组成的组的物质。
4.一种制备有机-金属前体材料的方法，包括制备由下面化学式表示的有机-金属前体材料；通过蒸发该有机-金属前体材料，形成源气体；及通过向真空室中提供该源气体，利用化学气相沉积(CVD)，在衬底上沉积金属薄膜<化学式> 式中M为钌Ru或铱Ir，Y为具有孤对电子的有机分子。
5.根据权利要求4的方法，其中所述有机-金属前体材料是在150～250℃的温度下蒸发的。
6.根据权利要求4的方法，其中所述金属薄膜是在250～500℃的温度下沉积的。
7.根据权利要求4的方法，其中所述金属薄膜是通过向所述真空室中进一步提供包括H2或NH3气体的还原性反应气体而在还原性反应气体气氛下沉积的。
8.根据权利要求7的方法，其中所述H2气体以1～200sccm的流量供应。
9.根据权利要求7的方法，其中所述NH3气体以50～200sccm的流量供应。
10.根据权利要求7的方法，其中所述金属薄膜是通过在所述真空室中产生还原性反应气体等离子体而在还原性反应气体等离子体气氛下沉积的。
11.根据权利要求4的方法，其中所述CVD包括原子层沉积(ALD)。
12.根据权利要求4的方法，其中所述具有孤对电子的有机分子为包含氧O、氮N或磷P的有机分子。
13.根据权利要求4的方法，其中所述具有孤对电子的有机分子为选自由醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦和亚磷酸酯组成的组的物质。
14.根据权利要求4的方法，其中所述有机-金属前体材料的制备包括通过将Ru(DMPD)2或Ir(DMPD)2溶解在戊烷中，制备第一溶液；通过向该第一溶液中加入具有孤对电子的有机分子，制备第二溶液，所述具有孤对电子的有机分子选自醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦和亚磷酸酯；在室温下搅拌该第二溶液，以促进配位共价反应；及通过从发生配位共价反应的第二溶液中真空蒸馏戊烷，制得有机-金属前体材料。
全文摘要
本发明提供一种能够容易分解而不与氧化剂反应的有机－金属前体材料，及利用该有机－金属前体材料制备金属薄膜的方法。所述有机－金属前体材料为具有孤对电子的有机分子，并具有配位共价键的结构，所述具有孤对电子的有机分子选自醚、胺、四氢呋喃(THF)、膦和亚磷酸酯。
文档编号C23C16/18GK1935819SQ200610107498
公开日2007年3月28日 申请日期2006年7月25日 优先权日2005年9月23日
发明者李正贤, 徐范锡 申请人:三星电子株式会社