Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung NHC-stabilisierter Nickelkomplexe, die durch weitere Co-Liganden wie Carbonyle, Olefine, Alkine, Alkyle, Cyanide oder Allylliganden koordiniert sind. Ferner gibt diese Arbeit einen Überblick über die thermischen Eigenschaften dieser Verbindungen, um deren Potenzial für den Einsatz zur Abscheidung elementaren Nickels in CVD- bzw. ALD-Prozessen abschätzen zu können. Dabei konnten vor allem die Substanzklassen der Carbonyl- und Alkylkomplexe als geeignete Präkursoren für die Gasphasenabscheidung elementaren Nickels identifiziert werden, von denen einige ausgewählte Vertreter bereits erfolgreich in CVD-Prozessen getestet wurden. / The present work is about the synthesis and characterization of NHC-stabilized nickel complexes, which are coordinated by further co-ligands like carbonyls, olefins, alkynes, alkyls, cyanides or allylic ligands. This work presents an overview of the thermical properties of these nickel compounds, which gives an insight in their potential for using them to deposit elemental nickel in CVD and ALD processes. It was found the carbonyl and alkyl complexes were identified as useful precursors for vapor depositing elemental nickel. Some of these compounds have already been tested successfully in CVD processes.

We report approaches to grow ultrathin Ru films for application as a seed layer and Cu diffusion barrier. For chemical vapor deposition (CVD) with Ru3(CO)12 we show the role surface hydroxyl groups have in nucleating the Ru islands that grow into a continuous film in a Volmer-Weber process, and how the nucleation density can be increased by applying a CO or NH3 overpressure. Thinner continuous films evolve in the presence of a CO overpressure. We report an optimun ammonia overpressure for Ru nucleation and that leads to deposition of smoother Ru thin films. Finally, we report a comparison of amorphous Ru films that are alloyed with P or B and demonstrate 3-nm thick amorphous Ru(B) films function as a Cu diffusion barrier.

A new materials system of a single layered Co(W) barrier/liner coupled with a Cu(Mn) alloy seed was investigated. Atom probe tomography visualized the sub-nanoscale structure of Cu(Mn)/Co(W) system, and thereby revealed Cu diffusion behavior of Co(W). Grain boundaries of Co were found to be the diffusion path, and successfully stuffed by W. Mn in Cu(Mn) also segregated to stuff the grain boundaries of Co. Combination of these two additives enabled high barrier property against Cu diffusion of Cu(Mn)/Co(W). Foreseeing tiny and high-aspect-ratio Cu interconnect features, Cu(Mn)/Co(W) was fabricated by ALD/CVD processes. To maximize the performance, minor impurities of the film incorporated from the ligand of the precursors were controlled by precursor selection. Thin, conformal, and smooth films were finally demonstrated onto a trench substrate.

In der vorliegenden Arbeit werden M(II)-Formiat-Komplexe mit M=Cu, Ni, Zn beschrieben. Das themogravimetrische Verhalten dieser Komplexe wird vorgestellt. TG-MS-Untersuchungen geben erste Hinweise auf das Metallisierungsverhalten obiger Spezies. Die Charakterisierung der entsprechenden Komplexe erfolgte durch die Elementaranalyse, IR-Spektroskopie sowie in einzelnen Fällen durch die Einkristallröntgendiffraktometrie.

Vor dem Hintergrund der in der Mikroelektronik-Fertigung heute verbreiteten Kupfertechnologie werden in der vorliegenden Arbeit drei neuartige metallorganische Verbindungen, nämlich phosphitstabilisierte Kupfer(I)-Trifluoracetat-Komplexe vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) von Kupfer untersucht. Im einzelnen handelt es ich um die Substanzen Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA), Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA) und Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA). Mit den Substanzen erfolgen CVD-Experimente auf TiN und Cu bei Temperaturen <400°C. Die Precursoren werden dabei mittels eines Flüssigdosiersystems mit Verdampfereinheit der Reaktionskammer zugeführt. Während METFA wegen seiner ausreichend geringen Viskosität unverdünnt verwendet werden kann, kommen für ETTFA und CFTFA jeweils Precursor-Acetonitril-Gemische zum Einsatz. Mit keinem der Neustoffe können auf TiN geschlossene Kupferschichten erzeugt werden, während dies auf Kupferunterlagen in Verbindung mit Wasserstoff als Reduktionsmittel gelingt. Die Abscheiderate beträgt hierbei 2-3nm/min; der spezifische Widerstand der Schichten bewegt sich zwischen 4μΩcm und 5μΩcm. Mit allen Substanzen werden besonders an dünnen, gesputterten Kupferschichten Agglomerationserscheinungen und Lochbildung beobachtet. Im Fall von CFTFA treten zusätzlich Schäden am darunterliegenden TiN/SiO₂-Schichtstapel auf. Vergleichende Untersuchungen mit der für die Cu-CVD etablierten Substanz (TMVS)Cu(hfac) ergeben sowohl auf Cu als auch auf TiN geschlossene Kupferschichten. Dabei liegen die Abscheideraten bei Temperaturen zwischen 180°C und 200°C im allgemeinen deutlich über 100nm/min. Ein Vergleich dieser Resultate mit den Ergebnissen für die Neustoffe legt nahe, dass den untersuchten Kupfer(I)-Trifluoracetaten keine ausreichende Tauglichkeit für Cu-CVD-Prozesse in der Mikroelektronik-Technologie bescheinigt werden kann. Die im Vergleich zu (TMVS)Cu(hfac) höhere thermische Stabilität der Precursoren und ihre Fähigkeit, mit Wasserstoff als Reaktionspartner auf Cu geschlossene Kupferschichten erzeugen zu können, deutet jedoch auf ihre eventuelle Eignung für ALD-Prozesse hin. Daher widmet sich die Arbeit in einem abschließenden Kapitel dem Thema der Atomic Layer Deposition (ALD), wobei nach einem allgemeinen Überblick besonders auf für die Mikroelektronik relevante ALD-Prozesse eingegangen wird.

Copper has become the material of choice for metallization of high-performance ultra-large scale integrated circuits. As the feature size is continuously decreasing, metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) appears promising for depositing the Cu seed layer required for electroplating, as well as for filling entire interconnect structures. In this work, four novel organophosphane and organophosphite Cu(I) trifluoroacetates were studied as precursors for Cu MOCVD. Details are reported on CVD results obtained with Tris(tri-n-butylphosphane)copper(I)trifluoroacetate, (ⁿBu₃P)₃CuO₂CCF₃. Solutions of this precursor with acetonitrile and isopropanol were used for deposition experiments on 100 mm Si wafers sputter-coated with Cu, Cu/TiN, and Al(2 % Si)/W. Experiments were carried out in a cold-wall reactor at a pressure of 0.7 mbar, using a liquid delivery approach for precursor dosage. On Cu seed layers, continuous films were obtained at low deposition rates (0.5 to 1 nm/min). At temperatures above 320°C, hole formation in the Cu films was observed. Deposition on TiN led to the formation of single copper particles and etching of the TiN, whereas isolating aluminum oxyfluoride was formed after deposition on Al(Si)/W. It is concluded that the formation of CF₃ radicals during decarboxylation has a negative effect on the deposition results. Furthermore, the precursor chemistry needs to be improved for a higher volatility of the complex.

Zugl.: Oldenburg, Univ., Diss., 2008

Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2007.

Techn. Hochsch., Diss., 2002--Aachen. / Gedr. Ausg. im Fraunhofer-IRB-Verl., Stuttgart.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--Darmstadt.