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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-28
(45)【発行日】2024-03-07
(54)【発明の名称】金属含有フィルムの領域選択的堆積
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/205 20060101AFI20240229BHJP
   C23C 16/455 20060101ALI20240229BHJP
   C23C 16/40 20060101ALI20240229BHJP
【FI】
H01L21/205
C23C16/455
C23C16/40
【請求項の数】 20
(21)【出願番号】P 2022535575
(86)(22)【出願日】2020-12-18
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-08
(86)【国際出願番号】 US2020066058
(87)【国際公開番号】W WO2021127470
(87)【国際公開日】2021-06-24
【審査請求日】2022-07-25
(31)【優先権主張番号】16/723,771
(32)【優先日】2019-12-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】591036572
【氏名又は名称】レール・リキード-ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(72)【発明者】
【氏名】ジラール、ジャン-マルク
(72)【発明者】
【氏名】ノ、ウォンテ
(72)【発明者】
【氏名】イ、チュホ
【審査官】鈴木 聡一郎
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2015/0266904(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2019/0080904(US,A1)
【文献】特開2005-072490(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2015/0004314(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2015/0164762(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2009/0112009(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C23C 16/00-16/56
H01L 21/312-21/32
H01L 21/47-21/475
H01L 21/8232-21/8238
H01L 21/8249
H01L 27/06
H01L 27/07
H01L 27/085-27/092
H01L 27/118
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属含有フィルムを選択的に堆積するプロセスであって:
a)複数の材料が同時に露出された表面を提供するステップ;
b)前記表面を、式:
M(-N(R)-(CR’-NR”
(ここで、Mは、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族元素であり;x+1は前記Mの酸化状態であり;Lはアニオン性配位子であり;R、R”は、各々独立して、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;R’は、H、又は、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;n=1~4である)
を有する前駆体を含有する金属含有フィルム形成組成物の蒸気に露出させるステップ;及び
c)蒸着プロセスにおいて、前記表面上の前記複数の材料の1種以上であるが全部未満の上に、前記金属含有フィルムを優先的又は選択的に堆積するステップ、
を含み、前記表面上の前記材料の少なくとも1種は遮断剤により少なくとも部分的にブロックされて、前記ブロックされた材料上への前記金属含有フィルムの堆積を低減又は防止する、プロセス。
【請求項2】
前記蒸着プロセスはALDプロセスである、請求項1に記載のプロセス。
【請求項3】
前記表面を、酸化剤又は窒素剤から選択される共反応体に露出させるステップ
をさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
【請求項4】
所望の厚さの前記金属含有フィルムが形成されるまで、前記金属含有フィルム形成組成物の前記蒸気に露出させる前記ステップ、及び、前記共反応体に露出させる前記ステップを繰り返すステップ;並びに
前記金属含有フィルム形成組成物の過剰量の蒸気及び過剰量の共反応体を不活性ガスを用いてそれぞれパージして、露出の各々を分離するステップであって、前記不活性ガス
が、N、Ar、Kr又はXeであるステップ
をさらに含む、請求項3に記載のプロセス。
【請求項5】
前記共反応体は、O、O、HO、H、DO、ROH(ここで、R=C~C10直鎖又は分岐鎖炭化水素である)、NH、NO、NO、ヒドラジン、アミン又はこれらの組み合わせから選択される、請求項3に記載のプロセス。
【請求項6】
前記共反応体はHOである、請求項3に記載のプロセス。
【請求項7】
前記遮断剤は、前記表面を前記遮断剤に浸漬することにより、又は、前記表面に前記遮断剤の蒸気を吹き付けることにより、前記材料の前記少なくとも1種上にSAM層を形成する、請求項1に記載のプロセス。
【請求項8】
前記複数の材料は、前記表面上において少なくとも誘電性材料及び少なくとも金属材料を含み、
前記遮断剤は、金属遮断剤又は誘電性遮断剤である、請求項1に記載のプロセス。
【請求項9】
前記金属含有フィルムは、前記誘電性材料上に堆積されるが、前記金属遮断剤によって前記金属含有フィルムの反応性をブロックすることにより前記金属材料上には堆積されない、請求項8に記載のプロセス。
【請求項10】
前記金属遮断剤は、アルキル又はフルオロアルキルホスホン酸化合物アルキル又はフルオロアルキルカルボン酸化合物アルキル又はフルオロアルキルチオール化合物又はアルキル又はフルオロアルキルトリアゾール化合物から選択される表面反応性化学官能基を有するアルキル又はフルオロアルキル化合物から選択される、請求項8又は9に記載のプロセス。
【請求項11】
前記金属含有フィルムは、前記金属材料上に堆積されるが、誘電性遮断剤によって前記誘電性材料の反応性をブロックすることにより前記誘電性材料上には堆積されない、請求項8に記載のプロセス。
【請求項12】
前記誘電性遮断剤は、
ジメチルジクロロシラン(DMDCS);
n-オクタデシルトリクロロシラン(OTS、CH (CH 17 SiCl )、オクタデシルシロキサン(ODS)、トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)、アルキルトリクロロシラン(CH (CH SiCl )、ブロモウンデシルトリクロロシラン(Br(CH 11 SiCl )、シアノウンデシルクロロシラン(CN(CH 11 SiCl )から選択されるトリクロロシラン誘導体X(CH SiCl (ここで、X=CH 、Br、CN;n=7~17である);
フェニル-及びペンタフルオロフェニル系シラン;又は
オクタデシルシロキサン(ODS)、を含む、請求項8又は1に記載のプロセス。
【請求項13】
前記表面は、室温~およそ500℃の範囲の温度で前記前駆体に露出される、請求項1~3のいずれか一項に記載のプロセス。
【請求項14】
前記前駆体は(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)である、請求項1に記載のプロセス。
【請求項15】
前記金属含有フィルムはAlフィルムである、請求項14に記載のプロセス。
【請求項16】
金属含有フィルムの選択的な堆積のための組成物であって、式:
M(-N(R)-(CR’-NR”
(ここで、Mは、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族元素であり;x+1は前記Mの酸化状態であり;Lは、ジアルキルアミン、アルコキシ、アルキルイミン、ビス(トリアルキルシリルアミン)、アミジネート、βジケトネート、ケトイミン、又は、ハロゲン化物から独立して選択されるアニオン性配位子であり;R、R”は、各々独立して、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;R’は、H、又は、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;n=1~4である)
を有する前駆体を含む組成物。
【請求項17】
前記前駆体は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)である、請求項16に記載の組成物。
【請求項18】
前記組成物は、およそ95%w/w~およそ100.0%w/wの前記前駆体を含む、請求項16又は請求項17に記載の組成物。
【請求項19】
前記組成物は、およそ0.0%w/w~およそ5.0%w/wの不純物を含む、請求項16又は請求項17に記載の組成物。
【請求項20】
Alフィルムを選択的に堆積するプロセスであって:
a)少なくとも1種の誘電性材料及び少なくとも1種の金属材料が同時に露出されている表面を提供するステップ;
b)前記表面を(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)の蒸気に露出するステップ;並びに
c)前記表面を共反応体であるHOに露出するステップであって、ここで、前記少なくとも1種の誘電性材料は、ALDプロセスを通して前記Alフィルムの堆積が遮断剤であるジメチルジクロロシラン(DMDCS)によって少なくとも部分的にブロックされているステップ
を含むプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、2019年12月20日に出願の米国特許出願公開第16/723,771号明細書について、米国特許法第119条(a)及び(b)に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容のすべてが参照により本明細書において援用されている。
【0002】
本発明は、金属含有前駆体を用いた金属含有フィルムの領域選択的堆積(ASD)プロセスに関する。特に、金属は、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族金属である。
【背景技術】
【0003】
半導体デバイスの継続的な小型化のため、典型的なリソグラフィは、接点の位置ずれなどの構造的欠陥が回避不可能となる物理的な限界に達しようとしている。精密なパターン配置の困難さはますます高まっており、最大の問題は「エッジプレースメントエラー(EPE)」である。従って、現在のトップダウンテクノロジーは領域選択的堆積(ASD)技術を表面における自己組織化単分子膜(SAM)又は阻害剤の形成と組み合わせて用いるボトムアップテクノロジーに変わる必要性がある。
【0004】
実際、完全な成長選択性を達成することはきわめて困難である。これは、ブロックされた表面における寄生性成長を引き起こし、これは、被阻害表面の欠陥(-OH等といった利用可能な活性部位)で開始される。この効果により、被阻害表面上におけるフィルム成長が生じる前に、非保護面に成長する最大厚が制限される。産業的に関心を集めるためには、非保護面におけるこのような厚さは最大化されるべきであり、被阻害表面における寄生性成長(すなわち、成長の早期における欠陥アイランドがもたらされる)は、最終的なデバイスで得られる構造の機能に係る機能障害を少なくとも回避可能な程度にまで抑制されるべきであり、理想的には、可能な限り最大限抑制されるべきである。
【0005】
金属酸化物がこれらの特定の物理特性(絶縁特性、高誘電率、エッチング耐性、屈折率等)について通例用いられる材料であり、金属酸化物の選択的な成長は半導体産業において関心を集めている。Alが一般的な金属酸化物材料である。Alを形成するための一般的な前駆体は、揮発性、急速飽和、高い表面反応性等などの完全な原子層堆積(ALD)前駆体に係るほぼすべての要求を有しているため、AlMe(TMA)である。しかしながら、ASDについて、TMAは極度に高い反応性及び好酸素性の特性による不利益を伴うものであり、酸素と反応して表面をSAMと架橋し、保護領域においてフィルムの成長を開始させてしまう。従って、カルボン酸、ホスホン酸、酢酸塩、β-ジケトネート等などのO含有阻害剤、又は、-O-TMS(トリメチルシラン)、O-DMS(ジメチルシラン)-O、O-Si-R等などのO結合SAMの使用は、TMAのように高度に好酸素性である前駆体の使用とは適合しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ASDに適用可能である新たな新規前駆体の発見は、上記の問題により困難である。それ故、ASDに係る要求を満たすためにこのような前駆体を提供する必要性が存在している。
【0007】
米国特許出願公開第2006193984号明細書には、有機アルミニウム前駆体化合物の生成プロセス、及び、有機アルミニウム前駆体化合物からフィルム又はコーティングを生成する方法が開示されている。有機アルミニウム前駆体化合物は、式:
【化1】
により表され、ここで、R、R、R及びRは同一又は異なっており、並びに、各々は、水素又は1~約3個の炭素原子を有するアルキル基を表し、及び、Rは1~約3個の炭素原子を有するアルキル基を表す。
【0008】
米国特許出願公開第2015266904号明細書には、低い融点、十分な揮発度及び高い熱安定性を有し、CVDによる薄膜形成のための材料としての使用に好適である化合物が開示されている。アルミニウム化合物は、一般式:
【化2】
により表され、ここで、R及びRは各々独立して、2~5個の炭素原子を有する直鎖又は分岐アルキル基を表し;並びに、Rはメチル基又はエチル基を表す。
【0009】
Beachley et al.(Inorganic Chemistry,Vol.15,No.9,1976,2110-2115)には、構造:
【化3】
を有する、化合物(CHAI(C)NCN(C、(CAl(CH)NCN(CH、(CAl(C)NCN(CH、ClAl(C)NCN(CH及び(CHAISCN(CHのキレート化モノマーを含む、有機アルミニウム-窒素化学におけるキレート化が開示されている。
【0010】
Barry et al.(Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.606,p83-89,2000)には、CVD用の揮発性、混和性の液体前駆体であるアルミニウム及びガリウムの単量体キレート化アミドが開示されている。窒化アルミニウム(AIN)及びガリウム窒化物(GaN)は、以下の構造を有する。
【化4】
【0011】
Blakeney et al.(Inorganic.Nucl.Chem.Lett.,9,423(1973))には、熱安定性水素化アルミニウム還元剤を用いるアルミニウム金属フィルムのALDが開示されており、ここで、式(RN)CHCH(NMe)(R=Me、Et)の単純なアミド-アミン配位子が配位した揮発性二量体Al二水素化物錯体は、以下の構造を有する。
【化5】
【0012】
McMahon et al.(J.Chem.,Soc.,Dalton Trans.,1999,67-72)には二座配位子を含有するアルミニウム化合物(会合度による配位子塩基強度及び遠隔幾何学的制御)が開示されており、ここで、(tBu)Al[N(Me)CHCHNMe]が得られ、及び、以下の構造を有する。
【化6】
【0013】
Choi et al.(Chem.Mater.,10,2323-2325,1998)には、アルミニウム、HAl{N(Et)CNMe}(1、DMEEDA)、HAl{N(Me)CNMe}(2、TRMEDA)及びHAl{N(Et)CNEt}(3、TREEDA)、
【化7】
のCVDのための揮発性アミドアラン化合物が開示されている。
【0014】
Wissing et al.(Journal of Organometallic Chemistry,459,11-16,1993)には、有機アルミニウム-エナミン1c~3c
【化8】
に結合したキレートにおける1,2-アルキルシフトが開示されている。
【課題を解決するための手段】
【0015】
金属含有フィルムを選択的に堆積するプロセスであって:
a)複数の材料が同時に露出された表面を提供するステップ;
b)表面を、式:
M(-N(R)-(CR’-NR”
(ここで、Mは、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族元素であり;x+1はMの酸化状態であり;Lはアニオン性配位子であり;R、R”は、各々独立して、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;R’は、H、又は、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;n=1~4である)
を有する前駆体を含有する金属含有フィルム形成組成物の蒸気に露出させるステップ;及び
c)蒸着プロセスにおいて、表面上の複数の材料の1種以上であるが全部未満の上に、フィルムを優先的又は選択的に堆積するステップ、
を含み、表面上の材料の少なくとも1種は遮断剤により少なくとも部分的にブロックされて、前記ブロックされた材料上への金属含有フィルムの堆積を低減又は防止するプロセスが開示されている。
【0016】
また、Alフィルムを選択的に堆積するプロセスであって:
a)少なくとも1種の誘電性材料及び少なくとも1種の金属材料が同時に露出されている表面を提供するステップ;
b)表面を(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)の蒸気に露出するステップ;並びに
c)表面を共反応体であるHOに露出するステップ;
を含み、少なくとも1種の誘電性材料は、ALDプロセスを通してAlフィルムの堆積が、遮断剤であるジメチルジクロロシラン(DMDCS)によって少なくとも部分的にブロックされているプロセスが開示されている。
【0017】
本開示のプロセスは、以下の態様の1つ以上を含み得る。
・蒸着プロセスはALDプロセスである;
・プロセスは、表面を、酸化剤又は窒素剤から選択される共反応体に露出させるステップをさらに含む;
・共反応体はO、O、HO、H、DO、ROH(ここで、R=C~C10直鎖又は分岐鎖炭化水素である)又はこれらの組み合わせから選択される;
・共反応体は、NH、NO、NO、ヒドラジン、アミン又はこれらの組み合わせから選択される;
・共反応体はHOである;
・遮断剤は、表面を遮断剤中に浸漬することにより、又は、表面に遮断剤の蒸気を吹き付けることにより、材料の少なくとも1種上にSAM層を形成する;
・複数の材料は、表面上において少なくとも誘電性材料及び少なくとも金属材料を含む;
・金属含有フィルムは、誘電性フィルム上に堆積されるが、金属遮断剤によって金属フィルムの反応性をブロックすることにより、金属フィルム上には堆積されない;
・金属遮断剤は、ホスホン酸、カルボン酸、チオール又はトリアゾールから選択される表面反応性化学官能基を有するアルキル又はフルオロアルキル化合物から選択される;
・金属含有フィルムは、金属材料上に堆積されるが、誘電性遮断剤によって誘電性材料の反応性をブロックすることにより誘電性材料上には堆積されない;
・誘電性遮断剤は、式R4-aSiX(ここで、各Xは独立して、表面ヒドロキシル反応性基(ハロゲン化物、アルキルアミノ、アルコキシ、アセトアミド等)であり、及び、各Rは、H、C~C20アルキル又はフルオロアルキル基から選択される)を有する化合物又はこれらの混合物である;
・表面は、室温~およそ500℃の範囲の温度で前駆体に露出される;
・プロセスは、
所望の厚さの金属含有フィルムが形成されるまで、金属含有フィルム形成組成物の蒸気に露出させるステップ、及び、共反応体に露出させるステップを繰り返すステップ;並びに
金属含有フィルム形成組成物の過剰量の蒸気及び過剰量の共反応体を不活性ガスを用いてそれぞれパージして、露出の各々を分離するステップであって、不活性ガスが、N、Ar、Kr又はXeであるステップ
をさらに含む;
・前駆体は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)である;
・遮断剤はジメチルジクロロシラン(DMDCS)である;並びに
・金属含有フィルムはAlフィルムである。
【0018】
また、金属含有フィルムの選択的な堆積のための組成物であって、式:
M(-N(R)-(CR’-NR”
(ここで、Mは、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族元素であり;x+1はMの酸化状態であり;Lは、ジアルキルアミン、アルコキシ、アルキルイミン、ビス(トリアルキルシリルアミン)、アミジネート、βジケトネート、ケトイミン、ハロゲン化物等から独立して選択されるアニオン性配位子であり;R、R”は、各々独立して、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;R’は、H、又は、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;n=1~4である)
を有する前駆体を含む組成物が開示されている。
【0019】
本開示の組成物は、以下の態様の1つ以上を含む:
・M=Al;
・M=B、Ga、In、ランタニド元素、P、As、Sb又はBi;
・x=2;
・Lはジアルキルアミノ配位子-NRであって、ここで、R、Rは各々独立して、1~5個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖アルキル基であり;
・R=R=Me;
・n=2;
・R=Me、Et、Pr、Bu;
・R’=H;
・R”=Me、Et;
・前駆体は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)であり;
・Al含有前駆体は、(NMeAl(-NMe-(CH-NMe)、(NMeAl(-NEt-(CH-NMe)、(NMeAl(-NPr-(CH-NMe)、(NMeAl(-NPr-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NMe-(CH-NMe)、(NEtAl(-NEt-(CH-NMe)、(NEtAl(-NPr-(CH-NMe)、(NEtAl(-NPr-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NMe-(CH-NMe)、(NPrAl(-NEt-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NMe-(CH-NMe)、(NPrAl(-NEt-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NMe-(CH-NEt)、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)、(NMeAl(-NPr-(CH-NEt)、(NMeAl(-NPr-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NMe-(CH-NEt)、(NEtAl(-NEt-(CH-NEt)、(NEtAl(-NPr-(CH-NEt)、(NEtAl(-NPr-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-N
Bu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NMe-(CH-NEt)、(NPrAl(-NEt-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NMe-(CH-NEt)、(NPrAl(-NEt-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、又は(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)から選択され;
・組成物は、およそ95重量%又はw/w~およそ100.0%w/wの前駆体を含み;
・組成物は、およそ99重量%又はw/w~およそ99.999%w/wの前駆体を含み;
・組成物は、およそ99重量%又はw/w~およそ100.0%w/wの前駆体を含み;
・組成物は、およそ0.0重量%又はw/w~およそ5.0%w/wの不純物を含み;
・組成物は、およそ0.0重量%又はw/w~およそ0.1%w/wの不純物を含み;及び
・組成物はおよそ0ppbw~およそ500ppbwの金属不純物を含む。
【0020】
記号及び命名法
以下の詳細な説明及び特許請求の範囲では、一般に技術分野において周知である多数の略語、符号及び用語が使用されており、これらは以下を含む。
【0021】
本明細書において用いられるところ、不定冠詞「a」又は「an」は1つ以上を意味する。
【0022】
本明細書において用いられるところ、文章又は特許請求の範囲における、「約(about)」又は「約(around)」又は「およそ」は、記載の値の±10%を意味する。
【0023】
本明細書において用いられるところ、文章又は特許請求の範囲における、「室温」は、およそ20℃~およそ25℃を意味する。
【0024】
「周囲温度」という用語は、およそ20℃~およそ25℃の環境温度を指す。
【0025】
本開示の実施形態において用いられるところ、「独立して」という用語は、R基を説明する文脈において用いられる場合、対象となるR基は、同一又は異なる下付又は上付文字を有する他のR基と比して独立して選択されるのみならず、同一のR基のいずれかの追加の種と比しても独立して選択されることを表すと理解されるべきである。例えば、式MR (NR(4-x)(ここで、xは2又は3である)において、2つ又は3つのR基は、必須ではないが、相互に同等であり得るか、又は、R若しくはRに同等であり得る。さらに、特に記載のない限りにおいて、R基の値は、異なる式において用いられている場合、相互に独立していることが理解されるべきである。
【0026】
「基材」という用語は、プロセスが実施される1種以上の材料を指す。基材は、プロセスが実施される1種以上の材料を有するウェハを指し得る。基材は、半導体、光起電力、フラットパネル又はLCD-TFTデバイスの製造において用いられるいずれかの好適なウェハであり得る。基材はまた、以前の製造ステップにおいてその上に既に堆積された異なる材料による1つ以上の層を有していてもよい。例えば、ウェハはケイ素層(例えば、結晶性、アモルファス、多孔性等)、ケイ素含有層(例えば、SiO、SiN、SiON、SiCOH等)、金属含有層(例えば、銅、コバルト、ルテニウム、タングステン、白金、パラジウム、ニッケル、ルテニウム、金等)又はこれらの組み合わせを含み得る。さらに、基材は、平面であっても、又は、パターン付きのものであってもよい。基材は、有機パターン付きフォトレジストフィルムであり得る。基材は、MEMS、3DNAND、MIM、DRAM若しくはFeRamデバイス用途(例えば、ZrO系材料、HfO系材料、TiO系材料、希土類酸化物系材料、三元系酸化物系材料等)における誘電性材料として用いられる酸化物層、又は、電極として用いられる窒化物系フィルム(例えば、TaN、錫、NbN)を含み得る。当業者は、本明細書において用いられる「フィルム」又は「層」という用語は、表面上に重ねられるか、延展されたいくつかの材料の厚さを指すこと、及び、表面はトレンチ又はラインを有し得ることを認識するであろう。本明細書及び特許請求の範囲全体を通じて、ウェハ及びその上のいずれかの関連する層は基材と称される。
【0027】
「アスペクト比」という用語は、トレンチの高さ(又はアパーチャ)対トレンチの幅(又はアパーチャの直径)の比を指す。
【0028】
本明細書において、「フィルム」及び「層」という用語は、同義的に用いられ得ることに注意すべきである。フィルムは、層に相当するか関連し得、及び、層はフィルムを指し得ることが理解される。さらに、当業者は、本明細書において用いられる「フィルム」又は「層」といった用語は、表面上に重ねられるか、延展されたいくつかの材料の厚さを指すこと、及び、表面は、ウェハ全体といった大きいものからトレンチ又はラインといった小さいものまでの範囲であり得ることを認識するであろう。
【0029】
用語「ビア」、「アパーチャ」及び「ホール」は時に同義的に用いられ、一般的に、中間絶縁体における開口を意味する。
【0030】
本明細書において用いられるところ、「NAND」という略記は、「否定的論理積(Negated AND)」又は「否定的論理積(Not AND)」ゲートを指し;「2D」という略記は平面基材における二次元ゲート構造を指し;「3D」という略記は、ゲート構造が垂直方向にスタックされた三次元又は垂直ゲート構造を指す。
【0031】
元素周期律表からの元素の標準的な略語が本明細書において用いられる。元素はこれらの略記によって参照され得ることが理解されるべきである(例えば、Siはケイ素を指し、Nは窒素を指し、Oは酸素を指し、Cは炭素を指し、Hは水素を指し、Fはフッ素を指すなど)。
【0032】
Chemical Abstract Serviceによって割り当てられた固有のCAS登録番号(すなわち、「CAS」)が、開示されている特定の分子の識別のために提供されている。
【0033】
「ウェハ」又は「パターン付きウェハ」という用語は、基材上のケイ素含有フィルムのスタック、及び、パターンエッチングのために形成されたケイ素含有フィルムのスタック上のパターン付き硬質マスク層を有するウェハを指す。「ウェハ」又は「パターン付きウェハ」という用語はまた、アスペクト比を有するトレンチウェハを指し得る。
【0034】
本明細書において、「フィルム」及び「層」という用語は、同義的に用いられ得ることに注意すべきである。フィルムは、層に相当するか関連し得、及び、層はフィルムを指し得ることが理解される。さらに、当業者は、本明細書において用いられる「フィルム」又は「層」といった用語は、表面上に重ねられるか、延展されたいくつかの材料の厚さを指すこと、及び、表面は、ウェハ全体といった大きいものからトレンチ又はラインといった小さいものまでの範囲であり得ることを認識するであろう。
【0035】
本明細書において、「堆積温度」及び「基材温度」という用語は、同義的に用いられ得ることに注意すべきである。基材温度は堆積温度に相当するか関連し得、及び、堆積温度は基材温度を指し得ることが理解される。
【0036】
本明細書において、前駆体が室温及び雰囲気圧で気体状態である場合、「前駆体」及び「堆積化合物」及び「堆積ガス」という用語は、同義的に用いられ得ることに注意すべきである。前駆体は、堆積化合物又は堆積ガスに相当するか関連し得、及び、堆積化合物又は堆積ガスは前駆体を指し得ることが理解される。
【0037】
本明細書において用いられるところ、「NAND」という略記は、「否定的論理積(Negated AND)」又は「否定的論理積(Not AND)」ゲートを指し;「2D」という略記は平面基材における二次元ゲート構造を指し;「3D」という略記は、ゲート構造が垂直方向にスタックされた三次元又は垂直ゲート構造を指す。
【0038】
元素周期律表からの元素の標準的な略語が本明細書において用いられる。元素はこれらの略記によって参照され得ることが理解されるべきである(例えば、Siはケイ素を指し、Nは窒素を指し、Oは酸素を指し、Cは炭素を指し、Hは水素を指し、Fはフッ素を指すなど)。
【0039】
Chemical Abstract Serviceによって割り当てられた固有のCAS登録番号(すなわち、「CAS」)が、開示されている特定の分子の識別のために提供されている。
【0040】
本開示の実施形態において用いられるところ、「ヒドロカルビル基」という用語は炭素及び水素を含有する官能基を指し;「アルキル基」という用語は、炭素及び水素原子のみを含有する飽和官能基を指す。ヒドロカルビル基は飽和又は不飽和であり得る。いずれの用語も直鎖、分岐又は環式基を指す。直鎖アルキル基の例としては、特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられる。分岐アルキル基の例としては、特に限定されないが、t-ブチルが挙げられる。環式アルキル基の例としては、特に限定されないが、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
【0041】
本開示の実施形態において用いられるところ、「Me」という略記はメチル基を指し;「Et」という略記はエチル基を指し;「Pr」という略記はプロピル基を指す。
【0042】
範囲は、本明細書において、およその1つの特定の値から、及び/又は、およその他の特定の値までとして表記され得る。このような範囲で表記されている場合、他の実施形態は、前記範囲内のすべての組み合わせで、1つの特定の値から、及び/又は、他の特定の値までであると理解されるべきである。本明細書に記載されているいずれかの範囲及びすべての範囲は、「包括的」という用語が用いられているかに関わらず、その端点を含む(すなわち、x=1~4又はxは1~4の範囲である、とは、x=1、x=4及びx=これらの間のいずれかの数字であることを含む)。
【0043】
本明細書において、「一実施形態(one embodiment)」又は「一実施形態(an embodiment)」という言及は、実施形態と関連して記載された特定の機構、構造又は特徴が、本発明の少なくとも一つの実施形態において包含され得ることを意味する。本明細書中における種々の箇所での「一実施形態において」という句の記載について、すべてが同一の実施形態を参照している必要性はなく、必ず他方の実施形態を相互に排除する別個又は代わりの実施形態を参照している必要性もない。「実施」という用語についても同様である。
【0044】
本発明の性質及び目的に関するさらなる理解のために、類似の要素には同一又は同様の符号が付与されている添付の図面と併せて、以下の詳細な説明を参照のこと。
【図面の簡単な説明】
【0045】
図1図1は、ASDプロセスの例示のフローチャートである。
図2図2は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を150℃で用いたWウェハ上へのAlフィルムのASD後に得られるX線光電子分光法(XPS)である。
図3図3は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を200℃で用いたWウェハ上へのAlフィルムのASD後に得られるXPSである。
図4図4は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を250℃で用いたWウェハ上へのAlフィルムのASD後に得られるXPSである。
図5図5は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を150℃で用いたSiOウェハ上ヘのAlフィルムのASD後に得られるXPSである。
図6図6は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を200℃で用いたSiOウェハ上ヘのAlフィルムのASD後に得られるXPSである。
図7図7は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を250℃で用いたSiOウェハ上ヘのAlフィルムのASD後に得られるXPSである。
【発明を実施するための形態】
【0046】
アミノアミド配位子を含有する金属含有前駆体を含む金属含有フィルム形成組成物、金属含有フィルムを堆積して半導体デバイスを製造するためのその使用方法が開示されている。より具体的には、金属含有フィルムを形成するためのアミノアミド配位子を含有する金属含有前駆体の領域選択的堆積(ASD)プロセスが開示されている。金属中心に配位結合をもたらすアミノアミド配位子は、金属中心の好酸素性の特性を低減し得ると共に、立体効果によって、阻害剤中の酸素に対する前駆体のアクセシビリティを制限し得る。本開示の前駆体は、その1つが多座配位子であるヘテロレプティック配位子を有する、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族元素を含有する前駆体の新たな設計のものである。本開示の方法では、室温~およそ500℃の範囲の堆積温度などの温和なプロセス条件下における選択的堆積の細かい調整が可能である。さらに、本開示のASDは、誘電性又は金属基材上への第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族元素含有薄膜に係る高度に選択的な堆積である。
【0047】
本開示の前駆体は、O-結合自己組織化単分子膜(SAM)などのO含有阻害剤が用いられる場合においても、金属酸化物フィルムの選択的な堆積が可能である。
【0048】
本開示のアミノアミド配位子は、一般式:
-N(R)-(CR’-NR” (I)
を有し、ここで、R、R”は、各々独立して、C~C10直鎖、分岐若しくは環式アルキル、アルケニル、又はトリアルキルシリル基であり;R’は、H又はC~C10直鎖、分岐若しくは環式アルキル、アルケニル若しくはトリアルキルシリル基であり;n=1~4である。好ましくは、n=2又は3であり、R=Me、Et、Pr、Buであり、及び、R”=Me、Etである。
【0049】
本開示のアミノアミド配位子は、ASDプロセスで金属含有フィルムを堆積するための金属含有前駆体であって、以下の式を有するものを形成し得る。
M(-N(R)-(CR’-NR”) (II)
ここで、Mは、第12族、第13族、第14族、第15族、第IV族又は第V族金属であり得る;x+1はMの酸化状態であり;Lは、ジアルキルアミン、アルコキシ、アルキルイミン、ビス(トリアルキルシリルアミン)、アミジネート、ベータジケトネート、ケトイミン、ハロゲン化物等から独立して選択されるアニオン性配位子であり;R、R”は、各々独立して、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;R’は、H、又は、C~C10直鎖、分岐又は環式アルキル、アルケニル又はトリアルキルシリル基であり;n=1~4である。好ましくは、M=Alであり;x=2であり;Lは、ジアルキルアミノ配位子-NR(ここで、R、Rは各々、独立して、1~5個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖アルキル基であり、好ましくは、R=R=Meである)であり;n=2であり;R=Me、Et、Pr、Buであり;R’=Hであり;R”=Me、Etである。
【0050】
例示的なAl含有前駆体としては以下
(NMeAl(-NMe-(CH-NMe)、(NMeAl(-NEt-(CH-NMe)、(NMeAl(-NPr-(CH-NMe)、(NMeAl(-NPr-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NMe-(CH-NMe)、(NEtAl(-NEt-(CH-NMe)、(NEtAl(-NPr-(CH-NMe)、(NEtAl(-NPr-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NEtAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NMe-(CH-NMe)、(NPrAl(-NEt-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NMe-(CH-NMe)、(NPrAl(-NEt-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NPr-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NPrAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NMe-(CH-NMe)、(NBuAl(-NEt-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NPr-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NBuAl(-NBu-(CH-NMe)、(NMeAl(-NMe-(CH-NEt)、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)、(NMeAl(-NPr-(CH-NEt)、(NMeAl(-NPr-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NMeAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NMe-(CH-NEt)、(NEtAl(-NEt-(CH-NEt)、(NEtAl(-NPr-(CH-NEt)、(NEtAl(-NPr-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH-NEt)、(NEtAl(-NBu-(CH
-NEt)、(NPrAl(-NMe-(CH-NEt)、(NPrAl(-NEt-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NMe-(CH-NEt)、(NPrAl(-NEt-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NPr-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NPrAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NMe-(CH-NEt)、(NBuAl(-NEt-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NPr-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)、(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)及び(NBuAl(-NBu-(CH-NEt)が挙げられる。
【0051】
他の例示的な金属含有前駆体は、上記の分子におけるAlを、B、Ga、In、ランタニド元素、P、As、Sb又はBiで置換することにより列挙し得る。
【0052】
好ましい金属含有前駆体の1種は、以下の構造
【化9】
を有する(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)である。
【0053】
本開示の金属含有前駆体は、その1つが多座配位子であるヘテロレプティック配位子を含有する。本開示の金属含有前駆体では、種々の基材上において固有の領域選択性が得られる。
【0054】
第12族金属を含有する本開示の金属含有前駆体は、一般式:
【化10】
を有し、ここで、M=Znであり、Lは独立して、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基、アルコキシ-OR基(ここで、RはH、アルキル基である)、-NR基(ここで、R、Rは独立して、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基である)、又は、SiR’基(ここで、各R’は独立して、H若しくはアルキル基である)から選択され;R~Rは、H又はC~C直鎖若しくは分岐鎖アルキル基から独立して選択され;n>0整数、0<m<6整数である。
【0055】
第13族及び第15族金属を含有する本開示の金属含有前駆体は、一般式:
【化11】
を有し、ここで、Mは、B、Al、Ga、In、Tl、P、As、Sb又はBiであり;Lは、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基、アルコキシ-OR基(ここで、RはH、アルキル基である)、-NR基(ここで、R、Rは独立して、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基である)、又は、SiR’基(ここで、各R’は独立して、H若しくはアルキル基である)から独立して選択され;R~Rは、H又はC~C直鎖若しくは分岐鎖アルキル基から独立して選択され;n>0整数、0<m<6整数である。
【0056】
第IV族及び第14族金属を含有する本開示の金属含有前駆体は、一般式:
【化12】
を有し、ここで、Mは、Ti、Zr、Hf、Si、Ge、Sn又はPbであり;Lは、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基、アルコキシ-OR基(ここで、RはH、アルキル基である)、-NR基(ここで、R、Rは独立して、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基である)、又は、SiR’基(ここで、各R’は独立して、H若しくはアルキル基である)から独立して選択され;R~Rは、H又はC~C直鎖若しくは分岐鎖アルキル基から独立して選択され;n>0整数、0<m<6整数である。
【0057】
第V族金属を含有する本開示の金属含有前駆体は、一般式:
【化13】
を有し、ここで、Mは、V、Nb、Taであり;Lは、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基、アルコキシ-OR基(ここで、RはH、アルキル基である)、-NR基(ここで、R、Rは独立して、H、C~C直鎖又は分岐鎖アルキル基である)、又は、SiR’基(ここで、各R’は独立して、H若しくはアルキル基である)から独立して選択され;R~Rは、H又はC~C直鎖若しくは分岐鎖アルキル基から独立して選択され;n>0整数、0<m<6整数である。
【0058】
好ましくは、本開示の金属含有前駆体は、金属含有フィルムのASDのために好適な特性を有する。図1は、ASDプロセスに係る例示フローチャートを示す。プロセスは、表面のクリーニング及び使用する基材の準備ステップ(ステップ1)から開始される。金属含有フィルムの堆積に用いられるウェハ又は基材は、同時に露出された少なくとも2つの異なる表面を有する。例えば、ウェハ又は基材は、W(タングステン)表面などの金属表面である少なくとも1つの第1の表面と、SiO表面などの誘電性表面である少なくとも1つの第2の表面とを有する。このステップにおいて、ウェハ又は基材はクリーニングされて、元から存在する酸化物又は残渣が除去される。例えば、ウェハ又は基材は、希釈HF(1%)で約1分間、次いで、脱イオン水ですすいでクリーニングされて、元から存在する酸化物又は残渣が除去される。ウェハ又は基材をクリーニングするために、化学物質のクリーニング及び除去に用いられるいずれかの溶剤又は溶液をここで使用し得ることを当業者は認識するであろう。その後、Nガスをウェハ又は基材に吹き付けてウェハが乾燥される。
【0059】
次のステップであるステップ2は、所望の金属含有フィルムがどの表面に堆積されるかに応じる、ウェハ又は基材のSAM改質又はSAM前処理ステップである。金属含有フィルムが金属表面に堆積される場合、誘電性ブロックSAM層が誘電性遮断剤を用いて形成されて、金属含有フィルムがその上に堆積されることを防止するために誘電性表面が改質される。金属含有フィルムが誘電性表面に堆積される場合、金属ブロックSAM層が金属遮断剤を用いて形成されて、金属含有フィルムがその上に堆積されることを防止するために、金属表面が改質される。SAM層の形成には、クリーニング及び乾燥に供されたウェハ又は基材をニートなSAM溶液に約24時間浸漬又は浸し、次いで、アセトン、IPA及び脱イオン水ですすぐ。その後、Nガスをウェハ又は基材に吹き付けてウェハを乾燥させる。次いで、ウェハ又は基材を減圧下で約4時間乾燥させる。或いは、ウェハをニートなSAM薬剤に浸漬する代わりに、ニートな化学溶液を蒸気噴霧し、次いで、Nを吹き付けて乾燥させることにより、ウェハ又は基材上にSAM層を形成し得る。このステップにより、どのタイプのSAM溶液が選択されるかに応じて、誘電性表面又は金属表面の上にSAM層を成長させる。SAM溶液が金属遮断剤である場合、SAM層は金属表面上に成長する。SAM溶液が誘電性遮断剤である場合、SAM層は誘電性表面上に成長する。
【0060】
誘電性表面をブロックするための誘電性遮断剤としては、これらに限定されないが、式R4-aSiXを有する化合物(ここで、各Xは独立して、表面ヒドロキシル反応性基(ハロゲン化物、アルキルアミノ、アルコキシ、アセトアミド等)であり、及び、各Rは、H、C~C20アルキル又はフルオロアルキル基から選択される)又はこれらの混合物が挙げられる。誘電性遮断剤の例としては、ジメチルジクロロシラン(DMDCS);n-オクタデシルトリクロロシラン(OTS、CH(CH17SiCl)、オクタデシルシロキサン(ODS)、トリデカフルオロ-1,1,2,2-テトラヒドロオクチルトリクロロシラン(FOTS)、アルキルトリクロロシラン(CH(CHSiCl)、ブロモウンデシルトリクロロシラン(Br(CH11SiCl)、シアノウンデシルクロロシラン(CN(CH11SiCl)などのトリクロロシラン誘導体X(CHSiCl(ここで、X=CH、Br、CN;n=7~17である);フェニル-及びペンタフルオロフェニル系シラン;オクタデシルシロキサン(ODS)等が挙げられる。
【0061】
金属遮断剤は、典型的には、ホスホン酸、カルボン酸、チオール又はトリアゾールから選択される表面反応性化学官能基を有するアルキル又はフルオロアルキル化合物である。
【0062】
誘電性遮断剤が適用される場合、SiO表面上の-OHヒドロキシル末端基によりSAM層が誘電性SiO表面上で成長し、一方で、金属表面にSAMが成長することはない。誘電性SiO表面上に形成されたSAMは、誘電性SiO表面を、次のステップで示される金属含有フィルムのALDから保護する。
【0063】
ASDプロセスの第3のステップ(ステップ3)は、領域選択的ALDであるALDプロセスである。ステップ2において、誘電性遮断剤で前処理された基材は、本開示の金属含有前駆体を用いる金属含有フィルムのALDのためにALD処理チャンバに入れられる。金属含有フィルムは、誘電性SiO表面よりも金属表面上に選択的に堆積される。反対に、金属含有フィルムのALDは、金属遮断剤を用いて表面上に金属ブロックSAM層を形成することにより、Cu、Co、Ru、Pt等などの金属表面のブロックにより、誘電性表面上に選択的に堆積され得る。当業者は、基材は複数の第1の表面及び第2の表面を有し得、ここで、第1の表面は、基材へのSAM前処理後の第2の表面のブロックにより、金属含有フィルムが選択的に堆積されることを認識するであろう。当業者はまた、2つ以上のSAM前処理基材がALD処理チャンバ中においてASDに適用可能であり得、前処理基材の各々が少なくとも2つの異なる表面を有し、一方の表面は、他の表面よりも金属含有フィルムが選択的に堆積されることを認識するであろう。
【0064】
本開示の金属含有前駆体は、ASDプロセスによるAlなどの金属含有フィルムの堆積に好適であり得ると共に、以下の利点を有する:
a.室温で液体であり、又は、50℃未満の融点を有する;
b.熱的に安定で、粒子形成及び生成物の分解を伴わない産業で標準的な方法(バブラー、直接液体注入、蒸気導入)を用いる適切な分布及び蒸発が可能である;
c.基材と好適に反応性であり、広い自己制限的ALDウインドウが許容され、Ai、NbN、Nb等などの多様な金属含有フィルムの堆積が可能となる;
d.ALDプロセスにおいて金属含有フィルムを形成するための、化学吸着された前駆体の共反応体に対する好適な反応性;並びに
e.基材表面上における自己分解及び寄生性CVD成長を防止する、化学吸着された種の高い熱安定性。
【0065】
本開示の金属含有前駆体は理想的には液体であり、及び、バブラー又は直接液体注入システムにおいて気化される一方で、ALD前駆体の気化のための固体前駆体の使用もまた、国際公開第2009/087609号パンフレット(Xu et al.)に開示されているものなどの昇華器を用いて可能となる。或いは、固体前駆体は、溶剤中に混合又は溶解されて、直接液体注入システムによる使用のために使用可能な融点及び粘度とされ得る。
【0066】
プロセスの信頼性を保証するために、本開示の金属含有前駆体は、およそ95重量%又はw/w~およそ100%w/wの範囲、好ましくはおよそ99%w/w~およそ99.999%w/wの範囲、より好ましくはおよそ99%w/w~およそ100%w/wの範囲の純度に、使用前に連続的又は分別バッチ蒸留又は昇華により精製し得る。
【0067】
本開示の金属含有前駆体は、以下の不純物のいずれかを含有していてもよい:不要な同属の種;溶剤;塩素化金属化合物;又は、他の反応生成物。一つの代替において、これらの不純物の総量は、5.0%w/w未満、好ましくは、0.1%w/w未満である。
【0068】
ヘキサン、ペンタン、ジメチルエーテル又はアニソールなどの溶剤を、前駆体の合成において使用し得る。本開示の金属含有前駆体における溶剤の濃度は、およそ0%w/w~およそ5%w/w、好ましくは、およそ0%w/w~およそ0.1%w/wの範囲であり得る。前駆体からの溶剤の分離は、両方が類似の沸点を有している場合には困難であり得る。混合物を冷却することにより、液体溶剤中に固体前駆体が得られ得、これは、ろ過により分離し得る。およその分解点よりも前駆体生成物が加熱されない限りにおいて、減圧蒸留もまた使用し得る。
【0069】
一つの代替において、本開示の金属含有前駆体は、その不要な同属の種、反応体又は他の反応生成物のいずれかを、5%v/v未満、好ましくは1%v/v未満、より好ましくは0.1%v/v未満、及び、さらにより好ましくは0.01%v/v未満で含有する。この代替では、良好なプロセス再現性がもたらされ得る。この代替は、本開示の金属含有前駆体の蒸留によりもたらされ得る。
【0070】
他の代替において、本開示の金属含有前駆体は、特に混合物で向上したプロセスパラメータが得られる場合、又は、標的化合物の単離が過度に困難であるか過度に高価である場合には、5%v/v~50%v/vの1種以上の同属の金属含有前駆体、反応体又は他の反応生成物を含有し得る。例えば、2種の金属含有前駆体の混合物で、蒸着に好適な安定な液体混合物が得られ得る。
【0071】
他の代替において、本開示の金属含有前駆体は、およそ0ppbw~およそ500ppbwの金属不純物を含有し得る。
【0072】
本開示の金属含有前駆体中における微量金属及びメタロイドの濃度は、各々、およそ0ppb~およそ100ppbの範囲、及び、より好ましくはおよそ0ppb~およそ10ppbの範囲であり得る。
【0073】
本開示の金属含有前駆体に追加して、反応体又は共反応体もまた、反応器に導入され得る。共反応体は、金属酸化物フィルムの堆積のための酸素含有ガス又は窒素含有ガスであり得る。共反応体としては、これらに限定されないが、O、O、HO、H、DO、ROH(R=C~C10直鎖又は分岐鎖炭化水素)等などの酸化剤が挙げられる。HO及びROH(R=C~C10直鎖又は分岐鎖炭化水素)は、基材上に形成されたSAM層との反応を回避するための好ましい酸化源である。
【0074】
ALDシーケンスは、種々の化合物の順次のパルスを含み得る。例えば、表面上のヒドロキシル基の密度を高めるために、表面をO/O、続いて、HOに露出させ得る。
【0075】
或いは、共反応体は、窒素含有フィルム堆積用の窒素含有ガスであり得る。窒素含有ガスとしては、特に限定されないが、NH、NO、NO、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、tert-ブチルアミンなどの第一級アミン;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ-イソプロピルアミン、エチルメチルアミン、ピロリジンなどの第二級アミン;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリシリルアミンなどの第三級アミン、N、そのN/H混合物、好ましくはNHが挙げられる。共反応体は、NH、NO、NO、ヒドラジン、アミン又はこれらの組み合わせから選択され得る。好ましくは、プラズマ処理共反応体は、各ALDサイクルにおいてSAM層が再形成されない限り、SAM層に損傷を与える傾向にあるために避けられる。
【0076】
また、ASDプロセスを用いて、基材上に金属含有フィルムを形成する方法又はプロセスが開示されている。一実施形態においては、金属含有フィルムを基材上に形成する方法は、a)第1の表面及び第2の表面を有する基材を提供するステップ、b)基材をSAM溶液又は前駆体に露出させて第2の表面上にSAM層を形成するステップ、c)開示の前駆体を含有する開示の金属含有フィルム形成組成物を含む蒸気に基材を露出させるステップ、d)堆積前駆体の少なくとも一部を第1の表面上に選択的に堆積して(すなわち、第1の表面上への堆積は、第2の表面よりも第1の表面について選択的)、蒸着プロセスを通し金属含有フィルムを形成するステップ、並びに、所望の厚さの金属含有フィルムが形成されるまでc)及びd)を繰り返すステップを含む。この方法はさらに、c)に続いて基材を共反応体に露出させるステップを含み、ここで、共反応体は、O、O、HO、H、DO、ROH(R=C~C10(直鎖又は分岐鎖)炭化水素)、NH、NO、NO、ヒドラジン、アミン、又は、これらの組み合わせから選択される。例えば、上記の共反応体の1種又は組み合わせは、共反応体を一緒に又は順次に流すことによるケイ素酸窒化物フィルムの堆積に用いられ得る。代替的な実施形態において、基材上に金属含有フィルム形成する方法は、a)複数の材料が同時に露出された表面を提供するステップ、b)式(II)に示されている本開示の前駆体を含有する開示の金属含有フィルム形成組成物の蒸気に表面を露出させるステップ、及び、c)蒸着プロセスにおいて、表面上の複数の材料の1種以上であるが全部未満の上に、フィルムを優先的又は選択的に堆積するステップが含まれ、ここで、表面上の材料の少なくとも1種は遮断剤により少なくとも部分的にブロックされて、前記ブロックされた材料上への金属含有フィルムの堆積が低減又は防止される。
【0077】
方法はさらに、ステップb)に続いて基材を共反応体に露出させるステップを含み、ここで、共反応体は、O、O、HO、H、DO、ROH(R=C~C10(直鎖又は分岐鎖)炭化水素)、NH、NO、NO、ヒドラジン、アミン又はこれらの組み合わせから選択される。この方法はさらに、所望の厚さの金属含有フィルムが形成されるまで、金属含有フィルム形成組成物の蒸気に露出させるステップ、及び、共反応体に露出させるステップを繰り返すステップ、並びに、金属含有フィルム形成組成物の過剰量の蒸気及び過剰量の共反応体を不活性ガスを用いてそれぞれパージして、露出の各々を分離するステップであって、不活性ガスが、N、Ar、Kr又はXeであるステップを含む。
【0078】
本開示の金属含有前駆体を用いる本開示のプロセスは、金属含有フィルムの選択的な堆積のためのALDプロセスを含む。好適なALD法としては、熱ALD、空間的ALD及び時間ALD法が挙げられる。好ましくは、好適なALD法は、この種のALDで高アスペクト比でコンフォーマルフィルムを成長させることはきわめて困難であるために、プラズマは使用されない。好適なALDは、不完全な自己制限成長レジームで操作されて、いくらかの寄生性CVDの発生が許容されてもよいことが理解される。このような寄生性CVDは、堆積フィルムが適合性に係る要求を満たす限りにおいては問題ではない。
【0079】
反応チャンバは、特に限定されないが、パラレル-プレートタイプ反応器、ホットウォールタイプ反応器、シングル-ウェハ反応器、マルチ-ウェハ反応器又は他のこのようなタイプの堆積システムなどの堆積法が行われるデバイスのいずれかの筐体又はチャンバであり得る。これらの例示的な反応チャンバのすべては、ALD反応チャンバとされることが可能である。
【0080】
反応器は、その上に薄膜が選択的に堆積される1つ以上の基材を含有する。基材は一般に、プロセスが実施される材料として定義される。基材はクリーニングにより元々存在していた酸化物が除去され、及び、SAM前処理前に乾燥される。基材は、半導体、光起電力、フラットパネル、又は、LCD-TFTデバイスの製造で用いられるいずれかの好適な基材であり得る。好適な基材の例としては、金属(例えば、W、Ge等)、ケイ素、SiGe、シリカ又はガラスなどのウェハが挙げられる。基材はまた、以前の製造ステップでその上に既に堆積された異なる材料の1つ以上の表面領域を有していてもよい。例えば、ウェハは、金属表面、金属酸化物表面、ケイ素表面、ケイ素層(結晶性、アモルファス、多孔性等)、ケイ素オキシド層/表面、窒化ケイ素層/表面、ケイ素オキシ窒化物層/表面、炭素ドープケイ素オキシド(SiCOH)層/表面、又は、これらの組み合わせなどの同時に露出された誘電性表面及び導電性又は電極表面を有していてもよい。また、ウェハは、銅、コバルト、ルテニウム、タングステン及び/又は他の金属層(例えば、白金、パラジウム、ニッケル、ルテニウム又は金)を含んでいてもよい。ウェハは、タンタル、窒化タンタル等などのバリア層又は電極を含んでいてもよい。ウェハは平面又はパターン付きであり得る。基材は、露出された酸化物表面を有すると共に、3D NAND、MIM、DRAM若しくはFeRamテクノロジー(例えば、ZrO系材料、HfO系材料、TiO系材料、希土類酸化物系材料、三元系酸化物系材料等)における誘電性材料として用いられる酸化物層か、又は、電極として用いられる窒化物系フィルム(例えば、TaN、錫、NbN)を含んでいてもよい。本開示のプロセスは、ウェハ上に直接的に、又は、ウェハ上面における1つ又は2つ以上(パターン付き層が基材を形成している時)の層に直接的に、金属含有層を選択的に蒸着し得る。さらに、本明細書において用いられる「フィルム」又は「層」という用語は、表面上に重ねられるか、延展されたいくつかの材料の厚さを指すこと、及び、表面はトレンチ又はラインであり得ることを当業者は認識するであろう。本明細書及び特許請求の範囲全体を通して、ウェハ及びその上のいずれかの関連する層/表面は基材と称される。実際に用いられる基材は、用いられる特定の前駆体実施形態に応じていても良い。
【0081】
本開示の金属含有前駆体を用いる本開示のASDプロセスは、室温~およそ500℃の温度範囲を有する基材について実施され得る。ASD処理温度は、室温~およそ500℃の範囲であり、これは、典型的には、SAMの自己分解温度の温度よりも低い。
【0082】
本開示の前駆体を用いる本開示のASDプロセスにおけるALD反応チャンバ中における基材の露出時間は、1ミリ秒~5分間、好ましくは1秒間~60秒間の範囲であり得る。本開示のASDプロセスにおけるALD反応チャンバ中における共反応体の露出時間は、1ミリ秒~1分間、好ましくは100ミリ秒~30秒の範囲であり得る。
【0083】
反応チャンバ中の圧力は、前駆体が表面と反応するのに好適な条件に保持される。例えば、チャンバ中の圧力は、およそ0.1mTorr~およそ1000Torr、好ましくは、およそ1mTorr~およそ400Torr、より好ましくは、およそ1Torr~およそ100Torr、さらにより好ましくは、およそ1Torr~およそ10Torrで保持され得る。
【0084】
反応器チャンバの温度は、基材ホルダの温度を制御することにより、又は、反応器の壁の温度を制御することにより制御され得る。基材を加熱するために用いられるデバイスは技術分野において公知である。反応器の壁は、十分な成長速度、並びに、所望の物理的状態及び組成で所望のフィルムが得られる十分な温度に加熱される。反応器の壁を加熱し得る非限定的で例示的な温度範囲は、室温~およそ600℃、好ましくは室温~およそ500℃を含む。
【0085】
本開示のALDプロセス又はシーケンスは、典型的には、不活性ガスで反応器をパージするか、又は、基材を高減圧セクタ及び/又はキャリアガスカーテンに通すかによって行われるパージステップが提供されることで、堆積表面から過剰量の前駆体及び過剰量の共反応体を除去するステップを含む。不活性ガスは、N、Ne、Ar、Kr又はXe、好ましくは、N又はArである。
【0086】
本開示の金属含有前駆体及び共反応体は、反応器に順次に導入され得る(ALD)。反応器は、前駆体の導入及び共反応体の導入の間、並びに、共反応体の導入後に不活性ガスでパージされ得る。或いは、基材は、前駆体の露出のための一の領域から、共反応体の露出のための他の領域へ移動させることが可能である(空間的ALD)。
【0087】
特定のプロセスパラメータに応じて、堆積は、様々な時間の間行われ得る。一般に、堆積は、所望される時間、又は、必要な厚さを有するフィルムの生成に必要な時間続けることが可能である。典型的なフィルム厚は、特定の堆積プロセスに応じて原子単一層から数100ミクロンと様々であり、好ましくは、0.5~100nm、より好ましくは1~50nmであり得る。堆積プロセスはまた、所望のフィルムを得るための必要性に応じて何回でも実施され得る。
【0088】
非限定的で例示的なASDタイププロセスの1種においては、本開示の金属含有前駆体の気相が反応器に導入され、ここで、金属含有前駆体がSAM前処理基材上に選択的に物理吸着又は化学吸着される。次いで、過剰量の組成物が、反応器をパージ及び/又は排気することにより反応器から除去され得る。所望のガス(例えば、HO又はO)が反応器に導入され、ここで、自己制限的に、物理吸着又は化学吸着された前駆体と選択的に反応する。いずれかの過剰量の還元ガスが、反応器をパージ及び/又は排気することにより反応器から除去れる。所望のフィルムが金属含有フィルムである場合、この4ステッププロセスで所望のフィルム厚が得られ、又は、必要な厚さを有するフィルムが得られるまで繰り返される。
【実施例
【0089】
以下の非限定的な実施例は、本発明の実施形態をさらに例示するために提供されている。しかしながら、これらの実施例は、すべて包括的であることは意図されておらず、また、本明細書に記載の本発明の範囲を限定することも意図されていない。
【0090】
実施例1:W及びSiOウェハ上における、種々の堆積温度で(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を用いるAlフィルムのASD
タングステン(W)ウェハ及びSiOウェハを希釈HF(1%)を含むコンテナ中に1分間置き、次いで、DI水ですすぎ、Nガスで乾燥させた。その後、両方のウェハをニートなジメチルジクロロシラン(DMDCS)中に24時間浸漬させた。このステップの結果、SAM層が、SiOウェハの表面上に成長し、及び、Wウェハの表面上には成長しなかった。次いで、両方のウェハをアセトン、エタノール及びDI水ですすぎ、Nガスで乾燥させた。その後、両方のウェハを減圧下で4時間乾燥させた。次いで、Wウェハ及びSiOウェハ上への金属含有フィルムのALDを、ALD反応チャンバ中において、前駆体として(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)及び共反応体としてHOを用い、150℃、200℃及び250℃の温度で、50サイクル行い、Wウェハ上に選択的に堆積されたAlフィルムを得た。形成されたAlフィルムは、最初の50サイクル後に約5nmの厚さを有していた。図2図4は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を、それぞれ150℃、200℃及び250℃の温度で用いたWウェハ上へのAlフィルムのASD後に得られたXPSである。図5図7は、(NMeAl(-NEt-(CH-NEt)を、それぞれ150℃、200℃及び250℃の温度で用いたSiOウェハ上へのAlフィルムのASD後に得られたXPSである。種々の温度でのWウェハ及びSiOウェハ上のAl含有量のXPS結果は、250℃までは、WウェハとSiOウェハとの間で選択的な堆積が得られたことを示す。図は、Wウェハ上でのAl含有量がSiOウェハ上でのAl含有量よりもかなり高いことを示す。すなわち、AlフィルムはSiOウェハよりもWウェハにおいて選択的に堆積されたことを示す。SAMを形成するステップでSiOウェハ上で保護されたSAM層を形成したため、得られたAlの堆積はWウェハで優勢であった。
【0091】
本明細書に記載の主題は、ユーザ-インタラクティブなコンポーネントを有するコンピューティングアプリケーションに係る1つ以上のコンピューティングアプリケーションフィーチャ/オペレーションを処理するための例示的な実施の文脈において記載され得るが、主題はこれらの特定の実施形態に限定されない。むしろ、本明細書に記載の技術は、いずれかの好適な種類のユーザ-インタラクティブなコンポーネントの実行管理方法、システム、プラットフォーム及び/又は装置に適用され得る。
【0092】
本発明の性質を説明するために本明細書において説明及び例示された詳細、材料、ステップ及び部品の配置における多くの追加の変形は、添付の特許請求の範囲において表記されている本発明の原理及び範囲内において、当業者により実施され得ることが理解されるであろう。それ故、本発明が、上記の実施例及び/又は添付の図面における特定の実施形態に限定されることは意図されていない。
【0093】
本発明の実施形態を図示及び説明したが、当業者は、本発明の趣旨又は教示から逸脱することなく変更をし得る。本明細書に記載の実施形態は、単なる例示であって、限定的ではない。組成物及び方法の多くの変形及び変更が可能であり、本発明の範囲内である。従って、保護の範囲は本明細書に記載の実施形態には限定されず、特許請求の範囲の主題に係るすべての均等物をその範囲内に包含することとなる以下の特許請求の範囲によってのみ限定される。

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7