电化学合成5-二乙基胺钽和钽阳极电溶解机理.pdf

第4l卷 第10期 稀有金属材料与工程 V01．41，No．10 2012焦 METAL 10月 RARE MATERIAI．SANDENGINEERING October2012 电化学合成5．二乙基胺钽及钽阳极电溶解机理 杨建广1，一，吴玉山1，杨济豪1，陈胜龙1，高亮1，刘小文1 (1．中南大学，湖南长沙410083) (2．广西堂汉锌铟股份有限公司博士后科研工作站，广西南丹547200) 摘要：以金属钽板为阳极，不锈钢板为阴极，以四丁基溴化铵为导电剂，在二乙胺体系中直接电化学合成5．二乙基 kPa 钽化合物Ta[N(C：Hs)2】s。钽阳极溶解机理研究表明，钽阳极在电流的作用下发生点腐蚀，钽阳极在电流及四丁溴化铵 Br。，并最终生成有机胺钽盐Ta[N(C2H5)2]5。 关键词：电化学合成；5．二乙基胺钽；表征；电溶机理 中图法分类号：TQl50．1 文献标识码：A 文章编号：1002．185X(2012)10．1799．05 后蒸馏出多余的稀释剂，再减压蒸馏得到高纯有机胺钽 随着微电子芯片向超大规模集成电路(ULSI)发 展，器件尺寸进一步缩小，铜的电子扩散特性将变得异 化合物【5J。该工艺制取有机胺钽化合物存在如下缺点： 常显著，在高温烤制元器件时此现象尤其严重。铜在沉 以有机胺锂和卤化钽为原料，价格昂贵，且该方法与现 积温度下向硅层的扩散会导致铜硅化合物或铜掺杂硅 有的湿法提取钽工艺不相配套，需要单独建立氯化与精 等杂质的形成，这两种杂质均会降低铜硅双层结构的表 馏设备，设备材质要求高，氯气为有毒气体，操作条件 面性能，严重时甚至使元器件失效。因此，在铜和硅之 差；在合成有机胺钽化合物过程中，由于生成大量颗粒 间镀覆一层扩散阻挡材料十分关键[1】。而未来微电子元 细小的卤化锂沉淀，吸附大量的有机胺钽，导致钽的回 器件的发展还要求铜硅扩散阻挡层在高纵横比 收率较低；过滤过程中有机胺钽容易吸收空气中的水蒸 气发生水解，因此需要有气体保护装置；合成的有机胺 (high—aspect—ratio)条件下还能有良好的等角覆盖属性 钽化合物浓度低，需要蒸发大量的稀释剂。尤其是对于 (conformalcoverage)。制作如此薄且性能优良的铜硅阻 挡材料面临巨大的技术挑战。由于TaN薄膜优良的化 沸点与有机胺钽化合物或卤化钽相近的杂质元素，很难 学与热稳定性以及ULSI加工过程的相容性，只须很薄彻底分离干尽。 因此该工艺流程长、环境差、回收率 时(在45nm线路中不超过2 低、成本高、不易产业化。在国家自然科学基金的资助 nm)就能有效阻挡铜向 硅层的扩散，因而是目前最合适的铜硅阻挡层材料[2，31。 下，我们首次提出采用“电化学法”合成有机胺钽化合 物及金属钽醇盐新工艺【6，7]，新工艺以冶金级金属钽板 采用MOCVD工艺，以Ta【N(C2H5)2]5为前躯体沉积TaN 薄膜具有沉积温度低、沉积层厚度可任意调控、易于实 为阳极，在含少量季铵盐的有机胺或醇溶液中电化学合 现低成本大面积沉积，且可避免传统五卤化钽CVD法 成粗有机胺钽化合物或金属钽醇盐。之后，再加入适量 过程中产生强腐蚀性氢卤酸或卤素分子而腐蚀设备等 的碱土金属脱除季铵盐中的阴离子并置换出电位较高