JP2018076550A - Compound, Raw Material for Forming Thin Film, Raw Material for Forming Thin Film for Atomic Layer Deposition, and Thin Film Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
【課題】蒸気圧が高く、融点が低く、且つ高品質な金属含有薄膜を原子層体積法(ALD法)で製造することができる薄膜形成用原料の提供。【解決手段】式(1)で表される化合物を含有してなる薄膜形成用原料。(R1〜R6は各々独立にH又はC1〜4の直鎖/分岐状のアルキル基;R7〜R9はC1〜4の直鎖/分岐状のアルキル基;M1はジルコニウム、ハフニウム又はチタン)【選択図】なしProvided is a raw material for forming a thin film capable of producing a high-quality metal-containing thin film having a high vapor pressure, a low melting point, and an atomic layer volume method (ALD method). A thin film forming raw material containing a compound represented by the formula (1). (R1 to R6 are each independently H or C1-4 linear / branched alkyl group; R7 to R9 are C1-4 linear / branched alkyl group; M1 is zirconium, hafnium or titanium) Figure] None
Description
本発明は、新規な化合物、該化合物を含有してなる薄膜形成用原料、該薄膜形成用原料を用いた薄膜の製造方法に関する。また、本発明は、新規な原子層堆積法用の薄膜形成用原料及び該薄膜形成用原料を用いた薄膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a novel compound, a raw material for forming a thin film containing the compound, and a method for producing a thin film using the raw material for forming a thin film. The present invention also relates to a novel thin film forming raw material for atomic layer deposition and a thin film manufacturing method using the thin film forming raw material.
ジルコニウム原子、チタン原子又はハフニウム原子を含有する薄膜は、高誘電体キャパシタ、強誘電体キャパシタ、ゲート絶縁膜、バリア膜等の電子部品の電子部材や、光導波路、光スイッチ、光増幅器等の光通信用デバイスの光学部材として用いられている。 Thin films containing zirconium atoms, titanium atoms, or hafnium atoms are used for electronic components of electronic components such as high dielectric capacitors, ferroelectric capacitors, gate insulating films, barrier films, optical waveguides, optical switches, optical amplifiers, etc. It is used as an optical member for communication devices.
上記の薄膜の製造法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、塗布熱分解法やゾルゲル法等のMOD法、化学気相成長法等が挙げられるが、組成制御性及び段差被覆性に優れること、量産化に適すること、ハイブリッド集積が可能であること等の多くの長所を有しているので、化学気相成長法(以下、CVD法と記載することもある)や、原子層堆積法(以下、ALD法と記載することもある)が最適な製造プロセスである。 Examples of the method for producing the thin film include a sputtering method, an ion plating method, a MOD method such as a coating pyrolysis method and a sol-gel method, a chemical vapor deposition method, etc., but has excellent composition controllability and step coverage. Since it has many advantages such as being suitable for mass production and being capable of hybrid integration, chemical vapor deposition (hereinafter sometimes referred to as CVD) or atomic layer deposition ( Hereinafter, it may be described as an ALD method) is an optimal manufacturing process.
化学気相成長法に用いられる金属供給源として、様々な原料が多数報告されている。例えば、非特許文献1には、チタンやジルコニウムのALD法用原料として、テトラキス(1−ジメチルアミノ−2-メチル−2−プロポキシ)ジルコニウムや、テトラキス(1−ジメチルアミノ−2-メチル−2−プロポキシ)チタニウムが開示されている。しかし、非特許文献1によって開示された化合物は、粘性が非常に高い液体であることから輸送性が悪く、生産性に問題があった。 A large number of various raw materials have been reported as metal sources used in chemical vapor deposition. For example, Non-Patent Document 1 discloses tetrakis (1-dimethylamino-2-methyl-2-propoxy) zirconium and tetrakis (1-dimethylamino-2-methyl-2-) as materials for the ALD method of titanium and zirconium. Propoxy) titanium is disclosed. However, since the compound disclosed by Non-Patent Document 1 is a liquid having a very high viscosity, it has poor transportability and has a problem in productivity.
また、特許文献1には、ALD法用原料として、アルキルシクロペンタジエニル(ジアルキルアミノ)チタニウムが開示されている。しかし、特許文献1によって開示された化合物を用いて成膜した場合、膜中の残留炭素含有量が多くなってしまうことが問題となっていた。 Patent Document 1 discloses alkylcyclopentadienyl (dialkylamino) titanium as a raw material for the ALD method. However, when a film is formed using the compound disclosed in Patent Document 1, there is a problem that the residual carbon content in the film increases.
化学気相成長用原料等を気化させて基体表面に金属を含有する薄膜を形成する場合、蒸気圧が高く、融点が低く、且つ高品質な金属含有薄膜を製造することができる薄膜形成用原料が求められている。従来知られた薄膜形成用原料には、このような物性を示すものは無かった。なかでも、生産性を向上させるために、薄膜形成用原料の輸送性を高める必要があることから、融点が低く且つ粘度が低い材料が強く求められていた。また、ALD法で製造された薄膜はMOCVD法で製造された薄膜よりも高品質であることが知られていることから、ALD法で金属含有薄膜を製造することができ、上記課題を解決できる薄膜形成用原料が望まれていた。 When forming a thin film containing a metal on the surface of a substrate by vaporizing a raw material for chemical vapor deposition or the like, the raw material for forming a thin film can produce a high-quality metal-containing thin film having a high vapor pressure and a low melting point. Is required. None of the conventionally known materials for forming a thin film has such physical properties. Especially, in order to improve productivity, since it is necessary to improve the transportability of the raw material for forming a thin film, a material having a low melting point and a low viscosity has been strongly demanded. Moreover, since it is known that the thin film manufactured by the ALD method is higher in quality than the thin film manufactured by the MOCVD method, the metal-containing thin film can be manufactured by the ALD method, and the above problems can be solved. A raw material for forming a thin film has been desired.
本発明者等は、検討を重ねた結果、特定の化合物が上記課題を解決し得ることを知見し、本発明に到達した。また、本発明者等は、特定の化合物を含有する原子層堆積法用の薄膜形成用原料が上記課題を解決し得ることを知見し、本発明に到達した。 As a result of repeated studies, the present inventors have found that a specific compound can solve the above problems, and have reached the present invention. Further, the present inventors have found that a raw material for forming a thin film for an atomic layer deposition method containing a specific compound can solve the above problems, and have reached the present invention.
本発明は、下記一般式(1)で表される化合物を提供するものである。 The present invention provides a compound represented by the following general formula (1).
(式中、R1〜R6は各々独立に水素又は炭素原子数1〜4の直鎖若しくは分岐状のアルキル基を表し、R7、R8及びR9は炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基を表し、M1はジルコニウム又はチタンを表す。) (Wherein R 1 to R 6 each independently represent hydrogen or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 7 , R 8 and R 9 are each a straight chain having 1 to 4 carbon atoms. Represents a chain or branched alkyl group, and M 1 represents zirconium or titanium.)
また、本発明は、下記一般式(2)で表される化合物を含有してなる原子層堆積法用の薄膜形成用原料を提供するものである。 Moreover, this invention provides the raw material for thin film formation for atomic layer deposition methods formed by containing the compound represented by following General formula (2).
(式中、R11〜R16は各々独立に水素又は炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基を表し、R17、R18及びR19は炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基を表し、M2はジルコニウム、ハフニウム又はチタンを表す。) (In the formula, each of R 11 to R 16 independently represents hydrogen or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 17 , R 18 and R 19 are each a straight chain having 1 to 4 carbon atoms. Represents a chain or branched alkyl group, and M 2 represents zirconium, hafnium or titanium.)
本発明によれば、蒸気圧が高く、常圧30℃もしくはわずかな加温により液体になり、且つ粘度が低い化合物を得ることができる。該化合物は、CVD法やALD法などの方法による金属含有薄膜を形成するために用いられる薄膜形成用原料として特に適している。また、本発明によれば、高品質な金属含有薄膜を形成することができる原子層堆積法用の薄膜形成用原料を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a compound having a high vapor pressure, a liquid having a normal pressure of 30 ° C. or slight heating, and a low viscosity. The compound is particularly suitable as a thin film forming raw material used for forming a metal-containing thin film by a method such as a CVD method or an ALD method. Further, according to the present invention, a thin film forming raw material for an atomic layer deposition method capable of forming a high-quality metal-containing thin film can be obtained.
本発明の化合物は、上記一般式(1)で表されるものであり、CVD法等の気化工程を有する薄膜製造方法のプレカーサとして好適なものであり、ALD法を用いて薄膜を形成することもできる。本発明の化合物は、常圧30℃で液体又はわずかな加温で液体となり、且つ粘度が低い化合物である。融点が低く且つ粘度が低い化合物は輸送性がよいことから、CVD法等の気化工程を有する薄膜製造方法のプレカーサとして好適である。 The compound of the present invention is represented by the above general formula (1), is suitable as a precursor for a thin film production method having a vaporization step such as a CVD method, and forms a thin film using an ALD method. You can also. The compound of the present invention is a compound which is liquid at normal pressure of 30 ° C. or becomes liquid by slight heating and has a low viscosity. A compound having a low melting point and a low viscosity has good transportability, and thus is suitable as a precursor for a thin film production method having a vaporization step such as a CVD method.
上記一般式(1)において、R1〜R9で表される炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、第2ブチル基、第3ブチル基などが挙げられる。 In the general formula (1), examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 1 to R 9 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and butyl. Group, isobutyl group, secondary butyl group, tertiary butyl group and the like.
化合物の融点が低いという観点から、上記一般式(1)において、R1〜R5は水素又はメチル基である化合物が好ましく、R1〜R5のすべてが水素であるか又はR1〜R5のうち1つがメチル基であり且つ残りの4つが水素である化合物が特に好ましい。化合物の融点が低く且つ蒸気圧が高いという観点から、上記一般式(1)において、R6は水素、1級のアルキル基又は2級のアルキル基である化合物が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である化合物がより好ましく、メチル基、エチル基又はプロピル基である化合物が特に好ましい。化合物の融点が低く且つ蒸気圧が高いという観点から、上記一般式(1)において、R7は1級のアルキル基又は2級のアルキル基である化合物が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である化合物がより好ましく、メチル基、エチル基又はプロピル基である化合物が特に好ましい。上記一般式(1)において、R6及びR7がメチル基又はエチル基である化合物は融点が低く且つ蒸気圧が高いことから好ましい。上記一般式(1)において、R8及びR9は1級のアルキル基である化合物が好ましく、メチル基、エチル基又はプロピル基である化合物がより好ましく、メチル基又はエチル基である化合物が特に好ましい。気化工程を伴わないMOD法による薄膜の製造方法の場合は、R1〜R9は、使用される溶媒に対する溶解性、薄膜形成反応等によって適宜選択することができる。 From the viewpoint that the melting point of the compound is low, in the general formula (1), R 1 to R 5 are preferably hydrogen or a methyl group, and all of R 1 to R 5 are hydrogen or R 1 to R 5 compound one is and the remaining four are hydrogen or a methyl group of 5 are particularly preferred. From the viewpoint that the melting point of the compound is low and the vapor pressure is high, in the above general formula (1), R 6 is preferably a hydrogen, a primary alkyl group or a secondary alkyl group, preferably a methyl group, an ethyl group, A compound which is a propyl group or an isopropyl group is more preferable, and a compound which is a methyl group, an ethyl group or a propyl group is particularly preferable. From the viewpoint that the melting point of the compound is low and the vapor pressure is high, in the general formula (1), R 7 is preferably a primary alkyl group or a secondary alkyl group, and is preferably a methyl group, an ethyl group or a propyl group. Or the compound which is an isopropyl group is more preferable, and the compound which is a methyl group, an ethyl group, or a propyl group is especially preferable. In the general formula (1), a compound in which R 6 and R 7 are a methyl group or an ethyl group is preferable because it has a low melting point and a high vapor pressure. In the general formula (1), R 8 and R 9 are preferably a primary alkyl group, more preferably a methyl, ethyl or propyl group, particularly a methyl or ethyl group. preferable. In the case of a method for producing a thin film by the MOD method that does not involve a vaporization step, R 1 to R 9 can be appropriately selected depending on the solubility in the solvent used, the thin film formation reaction, and the like.
上記一般式(1)において、M1がジルコニウムである化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記化合物No.1〜No.18が挙げられる。なお、下記化合物No.1〜No.18において、「Me」はメチル基を表し、「Et」はエチル基を表す。 Preferable specific examples of the compound in which M 1 is zirconium in the general formula (1) include, for example, the following compound No. 1-No. 18 is mentioned. In addition, the following compound No. 1-No. In “18”, “Me” represents a methyl group, and “Et” represents an ethyl group.
上記一般式(1)において、M1がチタンである化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記化合物No.19〜No.36が挙げられる。なお、下記化合物No.19〜No.36において、「Me」はメチル基を表し、「Et」はエチル基を表す。 In the general formula (1), preferred specific examples of the compound in which M 1 is titanium include, for example, the following compound No. 19-No. 36. In addition, the following compound No. 19-No. In 36, “Me” represents a methyl group, and “Et” represents an ethyl group.
本発明の化合物は、その製造方法により特に制限されることはなく、周知の反応を応用して製造される。上記一般式(1)で表される化合物のうち、M1がジルコニウムである化合物を製造する場合には、例えば、テトラキス(ジアルキルアミノ)ジルコニウムを出発原料として、ここへシクロペンタジエン又はアルキルシクロペンタジエンを反応させた後、対応する構造のジアルキルアミノアルコールを反応させることで製造することができる。M1がチタンである化合物を製造する場合には、出発原料としてテトラキス(アルキルアミノ)チタン等を使用すること以外は上記の製造方法と同様の方法で製造することができる。 The compound of the present invention is not particularly limited by its production method, and is produced by applying a known reaction. Of the compounds represented by the general formula (1), when producing a compound in which M 1 is zirconium, for example, tetrakis (dialkylamino) zirconium is used as a starting material, and cyclopentadiene or alkylcyclopentadiene is added here. After the reaction, it can be produced by reacting a corresponding dialkylamino alcohol. In the case of producing a compound in which M 1 is titanium, it can be produced by a method similar to the above production method except that tetrakis (alkylamino) titanium or the like is used as a starting material.
本発明の薄膜形成用原料とは、上記で説明した本発明の化合物を薄膜のプレカーサとしたものであり、その形態は、該薄膜形成用原料が適用される製造プロセスによって異なる。例えば、ジルコニウム原子又はチタン原子のみを含む薄膜を製造する場合、本発明の薄膜形成用原料は、上記化合物以外の金属化合物を非含有である。一方、2種類以上の金属及び/又は半金属を含む薄膜を製造する場合、本発明の薄膜形成用原料は、上記化合物に加えて、所望の金属を含む化合物及び/又は半金属を含む化合物(以下、他のプレカーサともいう)を含有する。本発明の薄膜形成用原料は、後述するように、更に、有機溶剤及び/又は求核性試薬を含有してもよい。本発明の薄膜形成用原料は、上記説明のとおり、プレカーサである化合物の物性がCVD法、ALD法に好適であるので、特に化学気相成長用原料(以下、CVD用原料ということもある)として有用である。 The thin film forming raw material of the present invention is a thin film precursor obtained by using the compound of the present invention described above, and the form thereof varies depending on the production process to which the thin film forming raw material is applied. For example, when producing a thin film containing only zirconium atoms or titanium atoms, the raw material for forming a thin film of the present invention does not contain a metal compound other than the above compounds. On the other hand, in the case of producing a thin film containing two or more kinds of metals and / or metalloids, the raw material for forming a thin film of the present invention includes a compound containing a desired metal and / or a compound containing a metalloid in addition to the above compound ( (Hereinafter also referred to as other precursor). As will be described later, the thin film forming raw material of the present invention may further contain an organic solvent and / or a nucleophilic reagent. As described above, the thin film forming raw material of the present invention is suitable for the chemical vapor deposition material (hereinafter sometimes referred to as a CVD raw material) because the physical properties of the precursor compound are suitable for the CVD method and the ALD method. Useful as.
本発明の薄膜形成用原料が化学気相成長用原料である場合、その形態は使用されるCVD法の輸送供給方法等の手法により適宜選択されるものである。 In the case where the thin film forming raw material of the present invention is a chemical vapor deposition raw material, the form is appropriately selected depending on the method such as the transporting and supplying method of the CVD method used.
上記の輸送供給方法としては、CVD用原料を該原料が貯蔵される容器(以下、単に原料容器と記載することもある)中で加熱及び/又は減圧することにより気化させて蒸気とし、必要に応じて用いられるアルゴン、窒素、ヘリウム等のキャリアガスと共に、該蒸気を基体が設置された成膜チャンバー内(以下、堆積反応部と記載することもある)へと導入する気体輸送法、CVD用原料を液体又は溶液の状態で気化室まで輸送し、気化室で加熱及び/又は減圧することにより気化させて蒸気とし、該蒸気を成膜チャンバー内へと導入する液体輸送法がある。気体輸送法の場合は、上記一般式(1)で表される化合物そのものをCVD用原料とすることができる。液体輸送法の場合は、上記一般式(1)で表される化合物そのもの又は該化合物を有機溶剤に溶かした溶液をCVD用原料とすることができる。これらのCVD用原料は更に他のプレカーサや求核性試薬等を含んでいてもよい。 As the above transportation and supply method, the raw material for CVD is vaporized by heating and / or depressurizing in a container in which the raw material is stored (hereinafter sometimes simply referred to as a raw material container), and is necessary. Gas transport method for introducing a vapor into a film forming chamber (hereinafter also referred to as a deposition reaction part) where a substrate is installed, together with a carrier gas such as argon, nitrogen, helium or the like used accordingly, for CVD There is a liquid transport method in which a raw material is transported to a vaporization chamber in a liquid or solution state, vaporized by being heated and / or decompressed in the vaporization chamber to be vaporized, and the vapor is introduced into a film formation chamber. In the case of the gas transport method, the compound itself represented by the general formula (1) can be used as a raw material for CVD. In the case of the liquid transport method, the compound itself represented by the general formula (1) or a solution obtained by dissolving the compound in an organic solvent can be used as a CVD raw material. These CVD raw materials may further contain other precursors, nucleophilic reagents, and the like.
また、多成分系のCVD法においては、CVD用原料を各成分独立で気化、供給する方法(以下、シングルソース法と記載することもある)と、多成分原料を予め所望の組成で混合した混合原料を気化、供給する方法(以下、カクテルソース法と記載することもある)がある。カクテルソース法の場合、本発明の化合物と他のプレカーサとの混合物若しくは該混合物を有機溶剤に溶かした混合溶液をCVD用原料とすることができる。この混合物や混合溶液は更に求核性試薬等を含んでいてもよい。 In the multi-component CVD method, the CVD raw material is vaporized and supplied independently for each component (hereinafter sometimes referred to as a single source method), and the multi-component raw material is mixed in advance with a desired composition. There is a method of vaporizing and supplying a mixed raw material (hereinafter, sometimes referred to as a cocktail sauce method). In the case of the cocktail sauce method, a mixture of the compound of the present invention and another precursor or a mixed solution obtained by dissolving the mixture in an organic solvent can be used as a raw material for CVD. This mixture or mixed solution may further contain a nucleophilic reagent and the like.
上記の有機溶剤としては、特に制限を受けることはなく周知一般の有機溶剤を用いることができる。該有機溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシエチル等の酢酸エステル類;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン類;ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン等の炭化水素類;1−シアノプロパン、1−シアノブタン、1−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、1,3−ジシアノプロパン、1,4−ジシアノブタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,4−ジシアノシクロヘキサン、1,4−ジシアノベンゼン等のシアノ基を有する炭化水素類;ピリジン、ルチジン等が挙げられる。これらの有機溶剤は、溶質の溶解性、使用温度と沸点、引火点の関係等により、単独で用いてもよいし、又は二種類以上を混合して用いてもよい。これらの有機溶剤を使用する場合、プレカーサを有機溶剤に溶かした溶液であるCVD用原料中におけるプレカーサ全体の量が0.01〜2.0モル/リットル、特に0.05〜1.0モル/リットルとなるようにするのが好ましい。プレカーサ全体の量とは、本発明の薄膜形成用原料が、本発明の化合物以外の金属化合物及び半金属化合物を非含有である場合、本発明の化合物の量であり、本発明の薄膜形成用原料が、該化合物に加えて他の金属を含む化合物及び/又は半金属を含む化合物(他のプレカーサ)を含有する場合、本発明の化合物及び他のプレカーサの合計量である。 As said organic solvent, it does not receive a restriction | limiting in particular, A well-known common organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include acetates such as ethyl acetate, butyl acetate and methoxyethyl acetate; ethers such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether and dioxane; Ketones such as butyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl butyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone; hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, toluene, Hydrocarbons such as xylene; 1-cyanopropane, 1-cyanobutane, 1-cyanohexa , Hydrocarbons having a cyano group such as cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, 1,6-dicyanohexane, 1,4-dicyanocyclohexane, 1,4-dicyanobenzene Pyridine, lutidine and the like. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more depending on the solubility of the solute, the relationship between the use temperature and boiling point, the flash point, and the like. When these organic solvents are used, the total amount of the precursor in the CVD raw material, which is a solution obtained by dissolving the precursor in the organic solvent, is 0.01 to 2.0 mol / liter, particularly 0.05 to 1.0 mol / liter. It is preferable to make it liter. The amount of the entire precursor is the amount of the compound of the present invention when the thin film forming raw material of the present invention does not contain a metal compound and a semimetal compound other than the compound of the present invention. When the raw material contains a compound containing another metal and / or a compound containing a metalloid (another precursor) in addition to the compound, it is the total amount of the compound of the present invention and the other precursor.
また、多成分系のCVD法の場合において、本発明の化合物と共に用いられる他のプレカーサとしては、特に制限を受けず、CVD用原料に用いられている周知一般のプレカーサを用いることができる。 In the case of a multi-component CVD method, the other precursor used together with the compound of the present invention is not particularly limited, and a known general precursor used for a CVD raw material can be used.
上記の他のプレカーサとしては、水素化物、水酸化物、ハロゲン化物、アジ化物、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルキニル、アミノ、ジアルキルアミノアルキル、モノアルキルアミノ、ジアルキルアミノ、ジアミン、ジ(シリル−アルキル)アミノ、ジ(アルキル−シリル)アミノ、ジシリルアミノ、アルコキシ、アルコキシアルキル、ヒドラジド、ホスフィド、ニトリル、ジアルキルアミノアルコキシ、アルコキシアルキルジアルキルアミノ、シロキシ、ジケトナート、シクロペンタジエニル、シリル、ピラゾレート、グアニジネート、ホスホグアニジネート、アミジナート、ケトイミナート、ジケチミナート、カルボニル及びホスホアミジナートを配位子として有する化合物からなる群から選択される一種類又は二種類以上のケイ素や金属の化合物が挙げられる。 Other precursors mentioned above include hydrides, hydroxides, halides, azides, alkyls, alkenyls, cycloalkyls, aryls, alkynyls, aminos, dialkylaminoalkyls, monoalkylaminos, dialkylaminos, diamines, di (silyls) -Alkyl) amino, di (alkyl-silyl) amino, disilylamino, alkoxy, alkoxyalkyl, hydrazide, phosphide, nitrile, dialkylaminoalkoxy, alkoxyalkyldialkylamino, siloxy, diketonate, cyclopentadienyl, silyl, pyrazolate, guanidinate, One type selected from the group consisting of phosphoguanidinate, amidinate, ketoiminate, diketiminate, carbonyl and phosphoamidinate as a ligand Compounds of kinds of silicon or metal.
プレカーサの金属種としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ラジウム、スカンジウム、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、イットリウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、マンガン、鉄、クロム、モリブデン、タングステン、オスミウム、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、アンチモン、ビスマス、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムが挙げられる。 The precursor metal species include magnesium, calcium, strontium, barium, radium, scandium, zirconium, titanium, hafnium, yttrium, vanadium, niobium, tantalum, manganese, iron, chromium, molybdenum, tungsten, osmium, ruthenium, cobalt, rhodium. , Iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, gold, zinc, aluminum, gallium, indium, germanium, tin, lead, antimony, bismuth, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium , Terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium.
上記の他のプレカーサは、当該技術分野において公知のものであり、その製造方法も公知である。製造方法の一例を挙げれば、例えば、有機配位子としてアルコール化合物を用いた場合には、先に述べた金属の無機塩又はその水和物と、該アルコール化合物のアルカリ金属アルコキシドとを反応させることによって、プレカーサを製造することができる。ここで、金属の無機塩又はその水和物としては、金属のハロゲン化物、硝酸塩等を挙げることができ、アルカリ金属アルコキシドとしては、ナトリウムアルコキシド、リチウムアルコキシド、カリウムアルコキシド等を挙げることができる。 Other precursors described above are known in the art, and their production methods are also known. As an example of the production method, for example, when an alcohol compound is used as the organic ligand, the inorganic salt of metal or its hydrate described above is reacted with the alkali metal alkoxide of the alcohol compound. Thus, a precursor can be manufactured. Here, examples of the metal inorganic salt or hydrate include metal halides and nitrates, and examples of the alkali metal alkoxide include sodium alkoxide, lithium alkoxide, and potassium alkoxide.
上記の他のプレカーサは、シングルソース法の場合は、本発明の化合物と、熱及び/又は酸化分解の挙動が類似している化合物が好ましく、カクテルソース法の場合は、熱及び/又は酸化分解の挙動が類似していることに加え、混合時に化学反応等による変質を起こさないものが好ましい。 In the case of the single source method, the above-mentioned other precursor is preferably a compound having similar thermal and / or oxidative degradation behavior to the compound of the present invention, and in the case of the cocktail source method, thermal and / or oxidative degradation. In addition to the similar behaviors, those that do not cause alteration due to chemical reaction or the like during mixing are preferred.
また、本発明の薄膜形成用原料には、必要に応じて、本発明の化合物及び他のプレカーサの安定性を付与するため、求核性試薬を含有してもよい。該求核性試薬としては、グライム、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のエチレングリコールエーテル類、18−クラウン−6、ジシクロヘキシル−18−クラウン−6、24−クラウン−8、ジシクロヘキシル−24−クラウン−8、ジベンゾ−24−クラウン−8等のクラウンエーテル類、エチレンジアミン、N,N,N’N’−テトラメチルエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、1,1,4,7,7−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、トリエトキシトリエチレンアミン等のポリアミン類、サイクラム、サイクレン等の環状ポリアミン類、ピリジン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、N−メチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−メチルモルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサン、オキサゾール、チアゾール、オキサチオラン等の複素環化合物類、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−2−メトキシエチル等のβ−ケトエステル類又はアセチルアセトン、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン、ジピバロイルメタン等のβ−ジケトン類が挙げられる。これらの求核性試薬の使用量は、プレカーサ全体の量1モルに対して0.1モル〜10モルの範囲が好ましく、1〜4モルの範囲がより好ましい。 In addition, the raw material for forming a thin film of the present invention may contain a nucleophilic reagent as needed to impart stability of the compound of the present invention and other precursors. Examples of the nucleophilic reagent include ethylene glycol ethers such as glyme, diglyme, triglyme and tetraglyme, 18-crown-6, dicyclohexyl-18-crown-6, 24-crown-8, dicyclohexyl-24-crown-8. , Crown ethers such as dibenzo-24-crown-8, ethylenediamine, N, N, N′N′-tetramethylethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,1,4, 7,7-pentamethyldiethylenetriamine, 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine, polyamines such as triethoxytriethyleneamine, cyclic polyamines such as cyclam and cyclen, pyridine, pyrrolidi , Piperidine, morpholine, N-methylpyrrolidine, N-methylpiperidine, N-methylmorpholine, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, oxazole, thiazole, oxathiolane and other heterocyclic compounds, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate Β-ketoesters such as acetoacetate-2-methoxyethyl or β-diketones such as acetylacetone, 2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5-heptanedione, and dipivaloylmethane. Can be mentioned. The amount of these nucleophilic reagents used is preferably in the range of 0.1 mol to 10 mol, more preferably in the range of 1 to 4 mol, relative to 1 mol of the entire precursor.
本発明の薄膜形成用原料には、これを構成する成分以外の不純物金属元素分、不純物塩素などの不純物ハロゲン分、及び不純物有機分が極力含まれないようにする。不純物金属元素分は、元素毎では100ppb以下が好ましく、10ppb以下がより好ましく、総量では、1ppm以下が好ましく、100ppb以下がより好ましい。特に、LSIのゲート絶縁膜、ゲート膜、バリア層として用いる場合は、得られる薄膜の電気的特性に影響のあるアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素の含有量を少なくすることが必要である。不純物ハロゲン分は、100ppm以下が好ましく、10ppm以下がより好ましく、1ppm以下が最も好ましい。不純物有機分は、総量で500ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、10ppm以下が最も好ましい。また、水分は、化学気相成長用原料中でのパーティクル発生や、薄膜形成中におけるパーティクル発生の原因となるので、プレカーサ、有機溶剤及び求核性試薬については、それぞれの水分の低減のために、使用の際にあらかじめできる限り水分を取り除いた方がよい。プレカーサ、有機溶剤及び求核性試薬それぞれの水分量は、10ppm以下が好ましく、1ppm以下がより好ましい。 The raw material for forming a thin film according to the present invention contains as little impurities metal elements as possible, impurities halogen such as impurity chlorine, and impurities organic components as much as possible. The impurity metal element content is preferably 100 ppb or less for each element, more preferably 10 ppb or less, and the total amount is preferably 1 ppm or less, more preferably 100 ppb or less. In particular, when used as an LSI gate insulating film, gate film, or barrier layer, it is necessary to reduce the content of alkali metal elements and alkaline earth metal elements that affect the electrical characteristics of the thin film obtained. The impurity halogen content is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and most preferably 1 ppm or less. The impurity organic content is preferably 500 ppm or less in total, more preferably 50 ppm or less, and most preferably 10 ppm or less. In addition, since moisture causes generation of particles in the raw material for chemical vapor deposition and generation of particles during thin film formation, the precursor, organic solvent, and nucleophilic reagent are used to reduce their respective moisture. It is better to remove moisture as much as possible before use. The moisture content of each of the precursor, the organic solvent, and the nucleophilic reagent is preferably 10 ppm or less, and more preferably 1 ppm or less.
また、本発明の薄膜形成用原料は、形成される薄膜のパーティクル汚染を低減又は防止するために、パーティクルが極力含まれないようにするのが好ましい。具体的には、液相での光散乱式液中粒子検出器によるパーティクル測定において、0.3μmより大きい粒子の数が液相1mL中に100個以下であることが好ましく、0.2μmより大きい粒子の数が液相1mL中に1000個以下であることがより好ましく、0.2μmより大きい粒子の数が液相1mL中に100個以下であることが最も好ましい。 Moreover, it is preferable that the raw material for forming a thin film of the present invention contains particles as little as possible in order to reduce or prevent particle contamination of the formed thin film. Specifically, in the particle measurement by the light scattering liquid particle detector in the liquid phase, the number of particles larger than 0.3 μm is preferably 100 or less in 1 mL of the liquid phase, and larger than 0.2 μm. The number of particles is more preferably 1000 or less in 1 mL of the liquid phase, and the number of particles larger than 0.2 μm is most preferably 100 or less in 1 mL of the liquid phase.
本発明の薄膜形成用原料を用いて薄膜を製造する本発明の薄膜の製造方法としては、本発明の薄膜形成用原料を気化させた蒸気、及び必要に応じて用いられる反応性ガスを、基体が設置された成膜チャンバー内に導入し、次いで、プレカーサを基体上で分解及び/又は化学反応させて金属を含有する薄膜を基体表面に成長、堆積させるCVD法によるものである。原料の輸送供給方法、堆積方法、製造条件、製造装置等については、特に制限を受けるものではなく、周知一般の条件及び方法を用いることができる。 As a method for producing a thin film of the present invention for producing a thin film using the thin film forming raw material of the present invention, a vapor obtained by vaporizing the thin film forming raw material of the present invention and a reactive gas used as necessary are used as a substrate. The film is introduced into a film forming chamber in which is deposited, and then a precursor is decomposed and / or chemically reacted on the substrate to grow and deposit a metal-containing thin film on the surface of the substrate. There are no particular restrictions on the method of transporting and supplying the raw material, the deposition method, the production conditions, the production apparatus, etc., and well-known general conditions and methods can be used.
上記の必要に応じて用いられる反応性ガスとしては、例えば、酸化性のものとしては酸素、オゾン、二酸化窒素、一酸化窒素、水蒸気、過酸化水素、ギ酸、酢酸、無水酢酸等が挙げられ、還元性のものとしては水素が挙げられ、また、窒化物を製造するものとしては、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルキレンジアミン等の有機アミン化合物、ヒドラジン、アンモニア等が挙げられ、これらは1種類又は2種類以上使用することができる。これらのなかでも、本発明の薄膜形成用原料はオゾンとの反応性が良好であることから、反応性ガスとして1種を用いる場合はオゾンを用いることが好ましく、反応性ガスとして2種類以上の混合ガスを用いる場合は少なくともオゾンを含むことが好ましい。 Examples of the reactive gas used as necessary include oxygen, ozone, nitrogen dioxide, nitric oxide, water vapor, hydrogen peroxide, formic acid, acetic acid, acetic anhydride, etc. Examples of reducing substances include hydrogen, and examples of nitrides that can be used include organic amine compounds such as monoalkylamines, dialkylamines, trialkylamines, and alkylenediamines, hydrazine, and ammonia. Can be used alone or in combination of two or more. Among these, since the raw material for forming a thin film of the present invention has good reactivity with ozone, it is preferable to use ozone when one kind is used as the reactive gas, and two or more kinds as the reactive gas. When using a mixed gas, it is preferable to contain at least ozone.
また、上記の輸送供給方法としては、前述した気体輸送法、液体輸送法、シングルソース法、カクテルソース法等が挙げられる。 Examples of the transport and supply method include the gas transport method, liquid transport method, single source method, and cocktail sauce method described above.
また、上記の堆積方法としては、原料ガス又は原料ガスと反応性ガスを熱のみにより反応させ薄膜を堆積させる熱CVD、熱とプラズマを使用するプラズマCVD、熱と光を使用する光CVD、熱、光及びプラズマを使用する光プラズマCVD、CVDの堆積反応を素過程に分け、分子レベルで段階的に堆積を行うALDが挙げられる。 In addition, the above deposition methods include thermal CVD in which a raw material gas or a raw material gas and a reactive gas are reacted only by heat to deposit a thin film, plasma CVD using heat and plasma, photo CVD using heat and light, In addition, optical plasma CVD using light and plasma, and ALD in which the deposition reaction of CVD is divided into elementary processes and deposition is performed stepwise at the molecular level.
上記基体の材質としては、例えば、シリコン;窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタル、酸化チタン、窒化チタン、酸化ルテニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン等のセラミックス;ガラス;金属ルテニウム等の金属が挙げられる。基体の形状としては、板状、球状、繊維状、鱗片状が挙げられる。基体表面は、平面であってもよく、トレンチ構造等の三次元構造となっていてもよい。 Examples of the material of the base include silicon; ceramics such as silicon nitride, titanium nitride, tantalum nitride, titanium oxide, titanium nitride, ruthenium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and lanthanum oxide; glass; metals such as metal ruthenium. It is done. Examples of the shape of the substrate include a plate shape, a spherical shape, a fiber shape, and a scale shape. The substrate surface may be a flat surface or a three-dimensional structure such as a trench structure.
また、上記の製造条件としては、反応温度(基体温度)、反応圧力、堆積速度等が挙げられる。反応温度については、本発明の化合物が充分に反応する温度である100℃以上が好ましく、150℃〜400℃がより好ましく、200℃〜350℃が特に好ましい。また、反応圧力は、熱CVD又は光CVDの場合、大気圧〜10Paが好ましく、プラズマを使用する場合、2000Pa〜10Paが好ましい。
また、堆積速度は、原料の供給条件(気化温度、気化圧力)、反応温度、反応圧力によりコントロールすることができる。堆積速度は、大きいと得られる薄膜の特性が悪化する場合があり、小さいと生産性に問題を生じる場合があるので、0.01〜100nm/分が好ましく、1〜50nm/分がより好ましい。また、ALD法の場合は、所望の膜厚が得られるようにサイクルの回数でコントロールされる。
Moreover, as said manufacturing conditions, reaction temperature (base | substrate temperature), reaction pressure, a deposition rate, etc. are mentioned. About reaction temperature, 100 degreeC or more which is the temperature which the compound of this invention fully reacts is preferable, 150 to 400 degreeC is more preferable, 200 to 350 degreeC is especially preferable. The reaction pressure is preferably atmospheric pressure to 10 Pa in the case of thermal CVD or photo CVD, and preferably 2000 Pa to 10 Pa in the case of using plasma.
The deposition rate can be controlled by the raw material supply conditions (vaporization temperature, vaporization pressure), reaction temperature, and reaction pressure. When the deposition rate is large, the properties of the obtained thin film may be deteriorated. When the deposition rate is small, a problem may be caused in productivity. Therefore, 0.01 to 100 nm / min is preferable, and 1 to 50 nm / min is more preferable. In the case of the ALD method, the number of cycles is controlled so as to obtain a desired film thickness.
上記の製造条件として更に、薄膜形成用原料を気化させて蒸気とする際の温度や圧力が挙げられる。薄膜形成用原料を気化させて蒸気とする工程は、原料容器内で行ってもよく、気化室内で行ってもよい。いずれの場合においても、本発明の薄膜形成用原料は0〜150℃で蒸発させることが好ましい。また、原料容器内又は気化室内で薄膜形成用原料を気化させて蒸気とする場合に原料容器内の圧力及び気化室内の圧力はいずれも1〜10000Paであることが好ましい。 The production conditions further include temperature and pressure when the thin film forming raw material is vaporized into steam. The step of vaporizing the raw material for forming a thin film to form a vapor may be performed in a raw material container or in a vaporization chamber. In any case, the thin film forming raw material of the present invention is preferably evaporated at 0 to 150 ° C. In addition, when the thin film forming raw material is vaporized in the raw material container or in the vaporization chamber to form a vapor, the pressure in the raw material container and the pressure in the vaporization chamber are both preferably 1 to 10,000 Pa.
本発明の薄膜の製造方法は、ALD法を採用して、上記の輸送供給方法により、薄膜形成用原料を気化させて蒸気とし、該蒸気を成膜チャンバー内へ導入する原料導入工程のほか、該蒸気中の上記化合物により上記基体の表面に前駆体薄膜を形成する前駆体薄膜成膜工程、未反応の化合物ガスを排気する排気工程及び該前駆体薄膜を反応性ガスと化学反応させて、該基体の表面に金属を含有する薄膜を形成する金属含有薄膜形成工程を有していてもよい。 The thin film production method of the present invention employs the ALD method, and in addition to the raw material introduction step of vaporizing the thin film forming raw material into vapor by the above transport and supply method, and introducing the vapor into the film forming chamber, A precursor thin film forming step of forming a precursor thin film on the surface of the substrate by the compound in the vapor, an exhausting step of exhausting unreacted compound gas, and chemically reacting the precursor thin film with a reactive gas; You may have the metal containing thin film formation process which forms the thin film containing a metal on the surface of this base | substrate.
以下では、上記の各工程について、金属酸化物薄膜を形成する場合を例に詳しく説明する。金属酸化物薄膜をALD法により形成する場合は、まず、前記で説明した原料導入工程を行う。薄膜形成用原料を蒸気とする際の好ましい温度や圧力は上記で説明したものと同様である。次に、堆積反応部に導入した化合物により、基体表面に前駆体薄膜を成膜させる(前駆体薄膜成膜工程)。このときに、基体を加熱するか、堆積反応部を加熱して、熱を加えてもよい。この工程で成膜される前駆体薄膜は、本発明の化合物から生成した薄膜であるか、又は本発明の化合物の一部が分解及び/又は反応して生成した薄膜であり、目的の金属酸化物薄膜とは異なる組成を有する。本工程が行われる際の基体温度は、室温〜500℃が好ましく、150〜350℃がより好ましい。本工程が行われる際の系(成膜チャンバー内)の圧力は1〜10000Paが好ましく、10〜1000Paがより好ましい。 Below, the case where a metal oxide thin film is formed is demonstrated in detail about each said process as an example. When the metal oxide thin film is formed by the ALD method, first, the raw material introduction step described above is performed. Preferred temperatures and pressures when the thin film forming raw material is steam are the same as those described above. Next, a precursor thin film is formed on the surface of the substrate by the compound introduced into the deposition reaction part (precursor thin film forming step). At this time, heat may be applied by heating the substrate or heating the deposition reaction part. The precursor thin film formed in this step is a thin film formed from the compound of the present invention, or a thin film formed by decomposition and / or reaction of a part of the compound of the present invention. It has a composition different from the physical thin film. The substrate temperature when this step is performed is preferably room temperature to 500 ° C, more preferably 150 to 350 ° C. The pressure of the system (in the film forming chamber) when this step is performed is preferably 1 to 10,000 Pa, and more preferably 10 to 1000 Pa.
次に、未反応の化合物ガスや副生したガスを堆積反応部から排気する(排気工程)。未反応の化合物ガスや副生したガスは、堆積反応部から完全に排気されるのが理想的であるが、必ずしも完全に排気される必要はない。排気方法としては、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスにより系内をパージする方法、系内を減圧することで排気する方法、これらを組み合わせた方法などが挙げられる。減圧する場合の減圧度は、0.01〜300Paが好ましく、0.01〜100Paがより好ましい。 Next, unreacted compound gas and by-product gas are exhausted from the deposition reaction part (exhaust process). Ideally, unreacted compound gas and by-produced gas are completely exhausted from the deposition reaction part, but it is not always necessary to exhaust completely. Examples of the exhaust method include a method of purging the system with an inert gas such as nitrogen, helium, and argon, a method of exhausting by reducing the pressure in the system, and a method combining these. When the pressure is reduced, the degree of pressure reduction is preferably 0.01 to 300 Pa, and more preferably 0.01 to 100 Pa.
次に、堆積反応部に酸化性ガスを導入し、該酸化性ガスの作用又は酸化性ガス及び熱の作用により、先の前駆体薄膜成膜工程で得た前駆体薄膜から金属酸化物薄膜を形成する(金属酸化物含有薄膜形成工程)。本工程において熱を作用させる場合の温度は、室温〜500℃が好ましく、150〜350℃がより好ましい。本工程が行われる際の系(成膜チャンバー内)の圧力は1〜10000Paが好ましく、10〜1000Paがより好ましい。本発明の化合物は、酸化性ガスとの反応性が良好であるため、残留炭素含有量が少ない高品質な金属酸化物薄膜を得ることができる。 Next, an oxidizing gas is introduced into the deposition reaction part, and a metal oxide thin film is formed from the precursor thin film obtained in the precursor thin film forming step by the action of the oxidizing gas or the action of the oxidizing gas and heat. Form (metal oxide-containing thin film forming step). The temperature when heat is applied in this step is preferably room temperature to 500 ° C, more preferably 150 to 350 ° C. The pressure of the system (in the film forming chamber) when this step is performed is preferably 1 to 10,000 Pa, and more preferably 10 to 1000 Pa. Since the compound of the present invention has good reactivity with an oxidizing gas, a high-quality metal oxide thin film with a low residual carbon content can be obtained.
本発明の薄膜の製造方法において、上記のようにALD法を採用した場合、上記の原料導入工程、前駆体薄膜成膜工程、排気工程及び金属酸化物含有薄膜形成工程からなる一連の操作による薄膜堆積を1サイクルとし、このサイクルを必要な膜厚の薄膜が得られるまで複数回繰り返してもよい。この場合、1サイクル行った後、上記排気工程と同様にして、堆積反応部から未反応の化合物ガス及び反応性ガス(金属酸化物薄膜を形成する場合は酸化性ガス)、更に副成したガスを排気した後、次の1サイクルを行うことが好ましい。 In the thin film manufacturing method of the present invention, when the ALD method is employed as described above, the thin film is formed by a series of operations including the raw material introduction step, precursor thin film formation step, exhaust step, and metal oxide-containing thin film formation step. The deposition may be one cycle, and this cycle may be repeated a plurality of times until a thin film having a required film thickness is obtained. In this case, after one cycle, the unreacted compound gas and reactive gas (oxidizing gas in the case of forming a metal oxide thin film) and further by-produced gas from the deposition reaction part in the same manner as the exhaust process. After exhausting, it is preferable to perform the next one cycle.
また、金属酸化物薄膜のALD法による形成においては、プラズマ、光、電圧などのエネルギーを印加してもよく、触媒を用いてもよい。該エネルギーを印加する時期及び触媒を用いる時期は、特には限定されず、例えば、原料導入工程における化合物ガス導入時、前駆体薄膜成膜工程又は金属酸化物含有薄膜形成工程における加温時、排気工程における系内の排気時、金属酸化物含有薄膜形成工程における酸化性ガス導入時でもよく、上記の各工程の間でもよい。 In forming the metal oxide thin film by the ALD method, energy such as plasma, light, or voltage may be applied, or a catalyst may be used. The timing of applying the energy and the timing of using the catalyst are not particularly limited. For example, when introducing a compound gas in the raw material introducing step, heating in the precursor thin film forming step or metal oxide-containing thin film forming step, exhausting It may be at the time of exhausting the system in the process, at the time of introducing the oxidizing gas in the metal oxide-containing thin film forming process, or between the above-mentioned processes.
また、本発明の薄膜の製造方法においては、薄膜堆積の後に、より良好な電気特性を得るために不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下又は還元性雰囲気下でアニール処理を行ってもよく、段差埋め込みが必要な場合には、リフロー工程を設けてもよい。この場合の温度は、200〜1000℃であり、250〜500℃が好ましい。 In the method for producing a thin film of the present invention, after thin film deposition, annealing may be performed in an inert atmosphere, an oxidizing atmosphere, or a reducing atmosphere in order to obtain better electrical characteristics. When embedding is necessary, a reflow process may be provided. The temperature in this case is 200 to 1000 ° C, preferably 250 to 500 ° C.
本発明の薄膜形成用原料を用いて薄膜を製造する装置は、周知の化学気相成長法用装置を用いることができる。具体的な装置の例としては図1のようなプレカーサをバブリング供給することのできる装置や、図2のように気化室を有する装置が挙げられる。また、図3及び図4のように反応性ガスに対してプラズマ処理を行うことのできる装置が挙げられる。図1〜図4のような枚葉式装置に限らず、バッチ炉を用いた多数枚同時処理可能な装置を用いることもできる。 As a device for producing a thin film using the raw material for forming a thin film of the present invention, a well-known chemical vapor deposition apparatus can be used. Specific examples of the apparatus include an apparatus capable of supplying a precursor as shown in FIG. 1 and an apparatus having a vaporization chamber as shown in FIG. In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, an apparatus capable of performing plasma treatment on a reactive gas can be used. The present invention is not limited to the single wafer type apparatus as shown in FIGS.
本発明の薄膜形成用原料を用いて製造される金属を含有する薄膜は、切削工具、電子材料用の配線や電極に用いられており、例えば、半導体メモリ材料やリチウム空気電池用の電極などに用いることができる。 A thin film containing a metal produced using the raw material for forming a thin film of the present invention is used for a cutting tool, a wiring or an electrode for an electronic material, for example, an electrode for a semiconductor memory material or a lithium air battery. Can be used.
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料は、下記一般式(2)で表される化合物を含有するものである。 The thin film forming raw material for the atomic layer deposition method of the present invention contains a compound represented by the following general formula (2).
(式中、R11〜R16は各々独立に水素又は炭素原子数1〜4の直鎖若しくは分岐状のアルキル基を表し、R17、R18及びR19は炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基を表し、M2はジルコニウム、ハフニウム又はチタンを表す。) (In the formula, each of R 11 to R 16 independently represents hydrogen or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 17 , R 18, and R 19 are each a straight chain having 1 to 4 carbon atoms. Represents a chain or branched alkyl group, and M 2 represents zirconium, hafnium or titanium.)
上記一般式(2)において、R11〜R19で表される炭素原子数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、第2ブチル基、第3ブチル基などが挙げられる。 In the general formula (2), examples of the linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 11 to R 19 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and butyl. Group, isobutyl group, secondary butyl group, tertiary butyl group and the like.
化合物の融点が低いという観点から、上記一般式(2)において、R11〜R15は水素又はメチル基である化合物が好ましく、R11〜R15のすべてが水素であるか又はR11〜R15のうち1つがメチル基であり且つ残りの4つが水素である化合物が特に好ましい。化合物の融点が低く且つ蒸気圧が高いという観点から、上記一般式(2)において、R16は水素、1級のアルキル基又は2級のアルキル基である化合物が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である化合物がより好ましく、メチル基、エチル基又はプロピル基である化合物が特に好ましい。化合物の融点が低く且つ蒸気圧が高いという観点から、上記一般式(2)において、R17は1級のアルキル基又は2級のアルキル基である化合物が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基又はイソプロピル基である化合物がより好ましく、メチル基、エチル基又はプロピル基である化合物が特に好ましい。上記一般式(2)において、R16及びR17がメチル基又はエチル基である化合物は融点が低く且つ蒸気圧が高いことから好ましい。上記一般式(2)において、R18及びR19は1級のアルキル基である化合物が好ましく、メチル基、エチル基又はプロピル基である化合物がより好ましく、メチル基又はエチル基である化合物が特に好ましい。 From the standpoint of low melting point compounds, in the general formula (2), R 11 to R 15 is preferably represent hydrogen or methyl, or R 11 or all of them are hydrogen R 11 to R 15 to R Particularly preferred are compounds in which one of 15 is a methyl group and the remaining four are hydrogen. From the viewpoint that the melting point of the compound is low and the vapor pressure is high, in the general formula (2), R 16 is preferably a hydrogen, a primary alkyl group or a secondary alkyl group, preferably a methyl group, an ethyl group, A compound which is a propyl group or an isopropyl group is more preferable, and a compound which is a methyl group, an ethyl group or a propyl group is particularly preferable. In view of the low melting point and high vapor pressure of the compound, in the above general formula (2), R 17 is preferably a primary alkyl group or a secondary alkyl group, and is preferably a methyl group, an ethyl group or a propyl group. Or the compound which is an isopropyl group is more preferable, and the compound which is a methyl group, an ethyl group, or a propyl group is especially preferable. In the general formula (2), a compound in which R 16 and R 17 are a methyl group or an ethyl group is preferable because it has a low melting point and a high vapor pressure. In the general formula (2), R 18 and R 19 are preferably a primary alkyl group, more preferably a methyl, ethyl or propyl group, and particularly a methyl or ethyl group. preferable.
上記一般式(2)で表される化合物の好ましい具体例としては、上述の化合物No.1〜36が挙げられるほか、上記一般式(2)において、M2がハフニウムである化合物として、下記化合物No.37〜No.54が挙げられる。なお、下記化合物No.37〜No.54において「Me」はメチル基を表し、「Et」はエチル基を表す。 Preferable specific examples of the compound represented by the general formula (2) include the compound No. 1 described above. 1 to 36, and in the above general formula (2), as a compound in which M 2 is hafnium, the following compound No. 1 is used. 37-No. 54. In addition, the following compound No. 37-No. In “54”, “Me” represents a methyl group, and “Et” represents an ethyl group.
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料に用いられる化合物は、その製造方法により特に制限されることはなく、周知の反応を応用して製造される。上記一般式(2)で表される化合物のうち、M2がジルコニウム又はチタンである化合物を製造する場合には、上述の方法で製造することができ、M2がハフニウムである化合物を製造する場合は、出発原料としてテトラキス(アルキルアミノ)ハフニウムを使用すること以外は上述の製造方法と同様の方法で製造することができる。 The compound used for the raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method of the present invention is not particularly limited by the production method, and is produced by applying a known reaction. Among the compounds represented by the general formula (2), when producing a compound in which M 2 is zirconium or titanium, it can be produced by the above-described method, and a compound in which M 2 is hafnium is produced. In this case, it can be produced by the same method as the above production method except that tetrakis (alkylamino) hafnium is used as a starting material.
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料(以下、ALD用原料ということもある)の形態は、使用されるALD法の輸送供給方法等の手法により適宜選択されるものである。 The form of the thin film forming raw material for the atomic layer deposition method of the present invention (hereinafter sometimes referred to as ALD raw material) is appropriately selected depending on the method of transporting and supplying the ALD method used.
上記の輸送供給方法としては、ALD用原料を該原料が貯蔵される容器(以下、単に原料容器と記載することもある)中で加熱及び/又は減圧することにより気化させて蒸気とし、必要に応じて用いられるアルゴン、窒素、ヘリウム等のキャリアガスと共に、該蒸気を基体が設置された堆積反応部へと導入する気体輸送法、ALD用原料を液体又は溶液の状態で気化室まで輸送し、気化室で加熱及び/又は減圧することにより気化させて蒸気とし、該蒸気を成膜チャンバー内へと導入する液体輸送法がある。気体輸送法の場合は、上記一般式(2)で表される化合物そのものをALD用原料とすることができる。液体輸送法の場合は、上記一般式(2)で表される化合物そのもの又は該化合物を有機溶剤に溶かした溶液をALD用原料とすることができる。これらのALD用原料は更に求核性試薬等を含んでいてもよい。 As the above transportation and supply method, the ALD raw material is vaporized by heating and / or depressurizing in a container in which the raw material is stored (hereinafter sometimes simply referred to as a raw material container), and is necessary. Along with a carrier gas such as argon, nitrogen, and helium used accordingly, a gas transport method for introducing the vapor into the deposition reaction section where the substrate is installed, transporting the ALD raw material in a liquid or solution state to the vaporization chamber, There is a liquid transport method in which vaporization is performed by heating and / or decompressing in a vaporization chamber to form vapor, and the vapor is introduced into a film formation chamber. In the case of the gas transport method, the compound itself represented by the general formula (2) can be used as a raw material for ALD. In the case of the liquid transport method, the compound itself represented by the general formula (2) or a solution obtained by dissolving the compound in an organic solvent can be used as a raw material for ALD. These raw materials for ALD may further contain a nucleophilic reagent and the like.
上記の有機溶剤としては、特に制限を受けることはなく周知一般の有機溶剤を用いることができる。該有機溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシエチル等の酢酸エステル類;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン類;ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン等の炭化水素類;1−シアノプロパン、1−シアノブタン、1−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、1,3−ジシアノプロパン、1,4−ジシアノブタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,4−ジシアノシクロヘキサン、1,4−ジシアノベンゼン等のシアノ基を有する炭化水素類;ピリジン、ルチジン等が挙げられる。これらの有機溶剤は、溶質の溶解性、使用温度と沸点、引火点の関係等により、単独で用いてもよいし、又は二種類以上を混合として用いてもよい。これらの有機溶剤を使用する場合、上記一般式(2)で表される化合物を有機溶剤に溶かした溶液であるALD用原料中における上記一般式(2)で表される化合物の量が0.01〜2.0モル/リットル、特に0.05〜1.0モル/リットルとなるようにするのが好ましい。 As said organic solvent, it does not receive a restriction | limiting in particular, A well-known common organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include acetates such as ethyl acetate, butyl acetate and methoxyethyl acetate; ethers such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether and dioxane; Ketones such as butyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl butyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone; hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, toluene, Hydrocarbons such as xylene; 1-cyanopropane, 1-cyanobutane, 1-cyanohexa , Hydrocarbons having a cyano group such as cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, 1,6-dicyanohexane, 1,4-dicyanocyclohexane, 1,4-dicyanobenzene Pyridine, lutidine and the like. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more depending on the solubility of the solute, the relationship between the use temperature and boiling point, the flash point, and the like. When these organic solvents are used, the amount of the compound represented by the general formula (2) in the raw material for ALD, which is a solution obtained by dissolving the compound represented by the general formula (2) in the organic solvent, is 0.00. It is preferable that the amount be 01 to 2.0 mol / liter, particularly 0.05 to 1.0 mol / liter.
また、原子層堆積法用の薄膜形成用原料には、必要に応じて、本発明の化合物の安定性を付与するため、求核性試薬を含有してもよい。該求核性試薬としては、グライム、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のエチレングリコールエーテル類、18−クラウン−6、ジシクロヘキシル−18−クラウン−6、24−クラウン−8、ジシクロヘキシル−24−クラウン−8、ジベンゾ−24−クラウン−8等のクラウンエーテル類、エチレンジアミン、N,N’−テトラメチルエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、1,1,4,7,7−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、トリエトキシトリエチレンアミン等のポリアミン類、サイクラム、サイクレン等の環状ポリアミン類、ピリジン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、N−メチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−メチルモルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサン、オキサゾール、チアゾール、オキサチオラン等の複素環化合物類、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−2−メトキシエチル等のβ−ケトエステル類又はアセチルアセトン、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン、ジピバロイルメタン等のβ−ジケトン類が挙げられる。これらの求核性試薬の使用量は、上記一般式(2)で表される化合物の量1モルに対して0.1モル〜10モルの範囲が好ましく、1〜4モルの範囲がより好ましい。 Moreover, the raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method may contain a nucleophilic reagent as needed to impart stability of the compound of the present invention. Examples of the nucleophilic reagent include ethylene glycol ethers such as glyme, diglyme, triglyme and tetraglyme, 18-crown-6, dicyclohexyl-18-crown-6, 24-crown-8, dicyclohexyl-24-crown-8. , Crown ethers such as dibenzo-24-crown-8, ethylenediamine, N, N′-tetramethylethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,1,4,7,7- Polyamines such as pentamethyldiethylenetriamine, 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine and triethoxytriethyleneamine, cyclic polyamines such as cyclam and cyclen, pyridine, pyrrolidine and pipette Heterocyclic compounds such as gin, morpholine, N-methylpyrrolidine, N-methylpiperidine, N-methylmorpholine, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, oxazole, thiazole, oxathiolane, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, Β-ketoesters such as acetoacetate-2-methoxyethyl or β-diketones such as acetylacetone, 2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5-heptanedione, and dipivaloylmethane It is done. The amount of these nucleophilic reagents used is preferably in the range of 0.1 mol to 10 mol, more preferably in the range of 1 to 4 mol, relative to 1 mol of the compound represented by the general formula (2). .
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料には、これを構成する成分以外の不純物金属元素分、不純物塩素などの不純物ハロゲン分、及び不純物有機分が極力含まれないようにする。不純物金属元素分は、元素毎では100ppb以下が好ましく、10ppb以下がより好ましく、総量では、1ppm以下が好ましく、100ppb以下がより好ましい。特に、LSIのゲート絶縁膜、ゲート膜、バリア層として用いる場合は、得られる薄膜の電気的特性に影響のあるアルカリ金属元素及びアルカリ土類金属元素の含有量を少なくすることが必要である。不純物ハロゲン分は、100ppm以下が好ましく、10ppm以下がより好ましく、1ppm以下が最も好ましい。不純物有機分は、総量で500ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、10ppm以下が最も好ましい。また、水分は、化学気相成長用原料中でのパーティクル発生や、薄膜形成中におけるパーティクル発生の原因となるので、上記一般式(2)で表される化合物、有機溶剤及び求核性試薬については、それぞれの水分の低減のために、使用の際にあらかじめできる限り水分を取り除いた方がよい。上記一般式(2)で表される化合物、有機溶剤及び求核性試薬それぞれの水分量は、10ppm以下が好ましく、1ppm以下がより好ましい。 The raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method of the present invention is made to contain as little impurities metal elements as possible, impurities halogen such as impurity chlorine, and impurities organic components as much as possible. The impurity metal element content is preferably 100 ppb or less for each element, more preferably 10 ppb or less, and the total amount is preferably 1 ppm or less, more preferably 100 ppb or less. In particular, when used as an LSI gate insulating film, gate film, or barrier layer, it is necessary to reduce the content of alkali metal elements and alkaline earth metal elements that affect the electrical characteristics of the thin film obtained. The impurity halogen content is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and most preferably 1 ppm or less. The impurity organic content is preferably 500 ppm or less in total, more preferably 50 ppm or less, and most preferably 10 ppm or less. Further, since moisture causes generation of particles in the raw material for chemical vapor deposition and generation of particles during thin film formation, the compound represented by the general formula (2), the organic solvent, and the nucleophilic reagent In order to reduce the water content, it is better to remove water as much as possible before use. The water content of each of the compound represented by the general formula (2), the organic solvent, and the nucleophilic reagent is preferably 10 ppm or less, and more preferably 1 ppm or less.
また、本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料は、形成される薄膜のパーティクル汚染を低減又は防止するために、パーティクルが極力含まれないようにするのが好ましい。具体的には、液相での光散乱式液中粒子検出器によるパーティクル測定において、0.3μmより大きい粒子の数が液相1mL中に100個以下であることが好ましく、0.2μmより大きい粒子の数が液相1mL中に1000個以下であることがより好ましく、0.2μmより大きい粒子の数が液相1mL中に100個以下であることが最も好ましい。 Moreover, it is preferable that the raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method of the present invention contains as little particles as possible in order to reduce or prevent particle contamination of the formed thin film. Specifically, in the particle measurement by the light scattering liquid particle detector in the liquid phase, the number of particles larger than 0.3 μm is preferably 100 or less in 1 mL of the liquid phase, and larger than 0.2 μm. The number of particles is more preferably 1000 or less in 1 mL of the liquid phase, and the number of particles larger than 0.2 μm is most preferably 100 or less in 1 mL of the liquid phase.
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料を用いてALD法によって薄膜を製造する本発明の薄膜の製造方法としては、特に制限を受けるものではなく、上述の周知一般の条件及び方法を用いることができる。 The thin film production method of the present invention for producing a thin film by the ALD method using the thin film forming raw material for the atomic layer deposition method of the present invention is not particularly limited, and the well-known general conditions and methods described above are used. Can be used.
ALD法による薄膜の製造時に用いられる反応性ガスとしては、例えば、酸化性のものとしては酸素、オゾン、二酸化窒素、一酸化窒素、水蒸気、過酸化水素、ギ酸、酢酸、無水酢酸等が挙げられ、還元性のものとしては水素が挙げられ、また、窒化物を製造するものとしては、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルキレンジアミン等の有機アミン化合物、ヒドラジン、アンモニア等が挙げられ、これらは1種類又は2種類以上使用することができる。これらのなかでも、本発明の原子堆積法用の薄膜形成用原料はオゾンとの反応性が良好であることから、反応性ガスとして1種を用いる場合はオゾンを用いることが好ましく、反応性ガスとして2種類以上の混合ガスを用いる場合は少なくともオゾンを含むことが好ましい。 Examples of the reactive gas used in the production of a thin film by the ALD method include oxygen, ozone, nitrogen dioxide, nitric oxide, water vapor, hydrogen peroxide, formic acid, acetic acid, acetic anhydride and the like as oxidizing gases. In addition, hydrogen is exemplified as a reducing substance, and examples of those that produce nitride include organic amine compounds such as monoalkylamine, dialkylamine, trialkylamine, and alkylenediamine, hydrazine, ammonia, and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Among these, since the raw material for forming a thin film for the atomic deposition method of the present invention has good reactivity with ozone, it is preferable to use ozone when one kind is used as the reactive gas. When two or more kinds of mixed gases are used, it is preferable that at least ozone be included.
また、ALD法による薄膜の製造時の輸送供給方法としては、前述した気体輸送法、液体輸送法、シングルソース法、カクテルソース法等が挙げられる。 Examples of the transport and supply method during the production of the thin film by the ALD method include the gas transport method, the liquid transport method, the single source method, and the cocktail source method described above.
ALD法による薄膜の製造に用いられる基体の材質としては、例えば、シリコン;窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタル、酸化チタン、窒化チタン、酸化ルテニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン等のセラミックス;ガラス;金属ルテニウム等の金属が挙げられる。基体の形状としては、板状、球状、繊維状、鱗片状が挙げられる。基体表面は、平面であってもよく、トレンチ構造等の三次元構造となっていてもよい。 Examples of the material of the substrate used for manufacturing the thin film by the ALD method include silicon; ceramics such as silicon nitride, titanium nitride, tantalum nitride, titanium oxide, titanium nitride, ruthenium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and lanthanum oxide; glass A metal such as ruthenium metal. Examples of the shape of the substrate include a plate shape, a spherical shape, a fiber shape, and a scale shape. The substrate surface may be a flat surface or a three-dimensional structure such as a trench structure.
また、上記の製造条件としては、反応温度(基体温度)、堆積速度等が挙げられる。反応温度については、上記一般式(2)で表される化合物が充分に反応する温度である100℃以上が好ましく、150℃〜400℃がより好ましく、150℃〜350℃が特に好ましい。また、堆積速度は、原料の供給条件(気化温度、気化圧力)、反応温度、反応圧力によりコントロールすることができる。堆積速度は、大きいと得られる薄膜の特性が悪化する場合があり、小さいと生産性に問題を生じる場合があるので、0.01〜0.1nm/サイクルが好ましい。 Moreover, as said manufacturing conditions, reaction temperature (base | substrate temperature), a deposition rate, etc. are mentioned. About reaction temperature, 100 degreeC or more which is the temperature which the compound represented by the said General formula (2) fully reacts is preferable, 150 to 400 degreeC is more preferable, 150 to 350 degreeC is especially preferable. The deposition rate can be controlled by the raw material supply conditions (vaporization temperature, vaporization pressure), reaction temperature, and reaction pressure. If the deposition rate is large, the properties of the obtained thin film may be deteriorated. If the deposition rate is small, productivity may be problematic. Therefore, 0.01 to 0.1 nm / cycle is preferable.
上記の製造条件として更に、原子層堆積法用の薄膜形成用原料を気化させて蒸気とする際の温度や圧力が挙げられる。原子層堆積法用の薄膜形成用原料を気化させて蒸気とする工程は、原料容器内で行ってもよく、気化室内で行ってもよい。いずれの場合においても、本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料は0〜150℃で蒸発させることが好ましい。また、原料容器内又は気化室内で原子層堆積法用の薄膜形成用原料を気化させて蒸気とする場合に原料容器内の圧力及び気化室内の圧力はいずれも1〜10000Paであることが好ましい。 The production conditions further include temperature and pressure when vaporizing the raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method into vapor. The step of vaporizing the raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method into a vapor may be performed in a raw material container or in a vaporization chamber. In any case, the thin film forming raw material for the atomic layer deposition method of the present invention is preferably evaporated at 0 to 150 ° C. Moreover, when vaporizing the raw material for forming a thin film for the atomic layer deposition method in the raw material container or in the vaporization chamber to form a vapor, the pressure in the raw material container and the pressure in the vaporization chamber are preferably 1 to 10,000 Pa.
本発明の薄膜の製造方法は、ALD法を採用して、上記の輸送供給方法により、原子層堆積法用の薄膜形成用原料を気化させて蒸気とし、該蒸気を成膜チャンバー内へ導入する原料導入工程のほか、該蒸気中の上記一般式(2)で表される化合物により上記基体の表面に前駆体薄膜を形成する前駆体薄膜成膜工程、未反応の化合物ガスを排気する排気工程及び該前駆体薄膜を反応性ガスと化学反応させて、該基体の表面に金属を含有する薄膜を形成する金属含有薄膜形成工程を有していてもよい。 The thin film manufacturing method of the present invention adopts the ALD method, vaporizes the thin film forming raw material for the atomic layer deposition method into vapor by the above-described transport supply method, and introduces the vapor into the film forming chamber. In addition to the raw material introduction step, a precursor thin film forming step for forming a precursor thin film on the surface of the substrate with the compound represented by the general formula (2) in the vapor, and an exhaust step for exhausting unreacted compound gas The precursor thin film may be chemically reacted with a reactive gas to form a metal-containing thin film forming step for forming a metal-containing thin film on the surface of the substrate.
以下では、上記の各工程について、金属酸化物薄膜を形成する場合を例に詳しく説明する。金属酸化物薄膜をALD法により形成する場合は、まず、前記で説明した原料導入工程を行う。原子層堆積法用の薄膜形成用原料を蒸気とする際の好ましい温度や圧力は上記で説明したものと同様である。次に、堆積反応部に導入した化合物により、基体表面に前駆体薄膜を成膜させる(前駆体薄膜成膜工程)。このときに、基体を加熱するか、堆積反応部を加熱して、熱を加えてもよい。この工程で成膜される前駆体薄膜は、上記一般式(2)で表される化合物から生成した薄膜であるか、又は上記一般式(2)で表される化合物の一部が分解及び/又は反応して生成した薄膜であり、目的の金属酸化物薄膜とは異なる組成を有する。本工程が行われる際の基体温度は、100〜400℃が好ましく、150〜350℃がより好ましい。本工程が行われる際の系(成膜チャンバー内)の圧力は1〜10000Paが好ましく、10〜1000Paがより好ましい。 Below, the case where a metal oxide thin film is formed is demonstrated in detail about each said process as an example. When the metal oxide thin film is formed by the ALD method, first, the raw material introduction step described above is performed. The preferable temperature and pressure when the raw material for forming a thin film for atomic layer deposition is vapor are the same as those described above. Next, a precursor thin film is formed on the surface of the substrate by the compound introduced into the deposition reaction part (precursor thin film forming step). At this time, heat may be applied by heating the substrate or heating the deposition reaction part. The precursor thin film formed in this step is a thin film formed from the compound represented by the general formula (2), or a part of the compound represented by the general formula (2) is decomposed and / or Or it is the thin film produced | generated by reaction, and has a composition different from the target metal oxide thin film. The substrate temperature when this step is performed is preferably from 100 to 400 ° C, more preferably from 150 to 350 ° C. The pressure of the system (in the film forming chamber) when this step is performed is preferably 1 to 10,000 Pa, and more preferably 10 to 1000 Pa.
次に、未反応の化合物ガスや副生したガスを堆積反応部から排気する(排気工程)。未反応の化合物ガスや副生したガスは、堆積反応部から完全に排気されるのが理想的であるが、必ずしも完全に排気される必要はない。排気方法としては、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスにより系内をパージする方法、系内を減圧することで排気する方法、これらを組み合わせた方法などが挙げられる。減圧する場合の減圧度は、0.01〜300Paが好ましく、0.01〜100Paがより好ましい。 Next, unreacted compound gas and by-product gas are exhausted from the deposition reaction part (exhaust process). Ideally, unreacted compound gas and by-produced gas are completely exhausted from the deposition reaction part, but it is not always necessary to exhaust completely. Examples of the exhaust method include a method of purging the system with an inert gas such as nitrogen, helium, and argon, a method of exhausting by reducing the pressure in the system, and a method combining these. When the pressure is reduced, the degree of pressure reduction is preferably 0.01 to 300 Pa, and more preferably 0.01 to 100 Pa.
次に、堆積反応部に酸化性ガスを導入し、該酸化性ガスの作用又は酸化性ガス及び熱の作用により、先の前駆体薄膜成膜工程で得た前駆体薄膜から金属酸化物薄膜を形成する(金属酸化物含有薄膜形成工程)。本工程において熱を作用させる場合の温度は、室温〜500℃が好ましく、150〜350℃がより好ましい。本工程が行われる際の系(成膜チャンバー内)の圧力は1〜10000Paが好ましく、10〜1000Paがより好ましい。上記一般式(2)で表される化合物は、酸化性ガスとの反応性が良好であるため、残留炭素含有量が少ない金属酸化物薄膜を得ることができる。 Next, an oxidizing gas is introduced into the deposition reaction part, and a metal oxide thin film is formed from the precursor thin film obtained in the precursor thin film forming step by the action of the oxidizing gas or the action of the oxidizing gas and heat. Form (metal oxide-containing thin film forming step). The temperature when heat is applied in this step is preferably room temperature to 500 ° C, more preferably 150 to 350 ° C. The pressure of the system (in the film forming chamber) when this step is performed is preferably 1 to 10,000 Pa, and more preferably 10 to 1000 Pa. Since the compound represented by the general formula (2) has good reactivity with an oxidizing gas, a metal oxide thin film having a small residual carbon content can be obtained.
本発明の薄膜の製造方法において、上記のようにALD法を採用した場合、上記の原料導入工程、前駆体薄膜成膜工程、排気工程及び金属酸化物含有薄膜形成工程からなる一連の操作による薄膜堆積を1サイクルとし、このサイクルを必要な膜厚の薄膜が得られるまで複数回繰り返してもよい。この場合、1サイクル行った後、上記排気工程と同様にして、堆積反応部から未反応の化合物ガス及び反応性ガス(金属酸化物薄膜を形成する場合は酸化性ガス)、更に副成したガスを排気した後、次の1サイクルを行うことが好ましい。 In the thin film manufacturing method of the present invention, when the ALD method is employed as described above, the thin film is formed by a series of operations including the raw material introduction step, precursor thin film formation step, exhaust step, and metal oxide-containing thin film formation step. The deposition may be one cycle, and this cycle may be repeated a plurality of times until a thin film having a required film thickness is obtained. In this case, after one cycle, the unreacted compound gas and reactive gas (oxidizing gas in the case of forming a metal oxide thin film) and further by-produced gas from the deposition reaction part in the same manner as the exhaust process. After exhausting, it is preferable to perform the next one cycle.
また、金属酸化物薄膜のALD法による形成においては、プラズマ、光、電圧などのエネルギーを印加してもよく、触媒を用いてもよい。該エネルギーを印加する時期及び触媒を用いる時期は、特には限定されず、例えば、原料導入工程における化合物ガス導入時、前駆体薄膜成膜工程又は金属酸化物含有薄膜形成工程における加温時、排気工程における系内の排気時、金属酸化物含有薄膜形成工程における酸化性ガス導入時でもよく、上記の各工程の間でもよい。 In forming the metal oxide thin film by the ALD method, energy such as plasma, light, or voltage may be applied, or a catalyst may be used. The timing of applying the energy and the timing of using the catalyst are not particularly limited. For example, when introducing a compound gas in the raw material introducing step, heating in the precursor thin film forming step or metal oxide-containing thin film forming step, exhausting It may be at the time of exhausting the system in the process, at the time of introducing the oxidizing gas in the metal oxide-containing thin film forming process, or between the above-mentioned processes.
また、本発明の薄膜の製造方法においては、薄膜堆積の後に、より良好な電気特性を得るために不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下又は還元性雰囲気下でアニール処理を行ってもよく、段差埋め込みが必要な場合には、リフロー工程を設けてもよい。この場合の温度は、200〜1000℃であり、250〜500℃が好ましい。 In the method for producing a thin film of the present invention, after thin film deposition, annealing may be performed in an inert atmosphere, an oxidizing atmosphere, or a reducing atmosphere in order to obtain better electrical characteristics. When embedding is necessary, a reflow process may be provided. The temperature in this case is 200 to 1000 ° C, preferably 250 to 500 ° C.
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料を用いて薄膜を製造する装置は、周知の化学気相成長法用装置を用いることができる。具体的な装置の例としては図1のようなプレカーサをバブリング供給することのできる装置や、図2のように気化室を有する装置が挙げられる。また、図3及び図4のように反応性ガスに対してプラズマ処理を行うことのできる装置が挙げられる。図1〜図4のような枚葉式装置に限らず、バッチ炉を用いた多数枚同時処理可能な装置を用いることもできる。 As a device for producing a thin film using the thin film forming raw material for the atomic layer deposition method of the present invention, a known chemical vapor deposition method device can be used. Specific examples of the apparatus include an apparatus capable of supplying a precursor as shown in FIG. 1 and an apparatus having a vaporization chamber as shown in FIG. In addition, as shown in FIGS. 3 and 4, an apparatus capable of performing plasma treatment on a reactive gas can be used. The present invention is not limited to the single wafer type apparatus as shown in FIGS.
本発明の原子層堆積法用の薄膜形成用原料を用いて製造される金属を含有する薄膜は、切削工具、電子材料用の配線や電極に用いられており、例えば、半導体メモリ材料やリチウム空気電池用の電極などに用いることができる。 The metal-containing thin film produced by using the thin film forming raw material for the atomic layer deposition method of the present invention is used in wiring and electrodes for cutting tools and electronic materials, such as semiconductor memory materials and lithium air. It can be used for a battery electrode or the like.
以下、実施例及び評価例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例等によって何ら制限を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with examples and evaluation examples. However, the present invention is not limited by the following examples.
[実施例1]化合物No.4の製造
2000mL4つ口フラスコにAr雰囲気下でテトラキス(ジメチルアミノ)ジルコニウム230.0gと脱水トルエン1190gの混合溶液を氷浴した後、シクロペンタジエン113.7gを等圧滴下漏斗より約1時間かけて滴下して反応させた。引き続き、1−(ジメチルアミノ)−2−メチル−2−プロパノール201.5gを等圧滴下漏斗より約2時間かけて滴下して加えて反応させた。滴下終了後、室温まで徐々に昇温し、さらに2時間反応を継続した。引き続き、減圧下で溶媒を留去した後、減圧蒸留67Pa/145〜7℃の留分を分取し、淡黄色液体の化合物No.4を312g得た。
Example 1 Compound No. 1 4. Preparation of No. 4 A mixed solution of 230.0 g of tetrakis (dimethylamino) zirconium and 1190 g of dehydrated toluene was placed in an ice bath in a 2000 mL four-necked flask under an Ar atmosphere, and then 113.7 g of cyclopentadiene was added from an equal pressure dropping funnel over about 1 hour. The reaction was conducted dropwise. Subsequently, 201.5 g of 1- (dimethylamino) -2-methyl-2-propanol was added dropwise from an isobaric dropping funnel over about 2 hours and reacted. After completion of the dropwise addition, the temperature was gradually raised to room temperature, and the reaction was further continued for 2 hours. Subsequently, after distilling off the solvent under reduced pressure, a fraction obtained by distillation under reduced pressure at 67 Pa / 145 to 7 ° C. was collected to obtain compound No. 1 as a pale yellow liquid. 312 g of 4 was obtained.
(分析値)
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:271℃(Ar流量:100mL/分、昇温:10℃/分、サンプル量:11.491mg)
(2)元素分析(金属分析:ICP−AES、CHN分析:CHN分析装置)
ジルコニウム含有量:20.05質量%(理論値:20.10質量%)
C:58.0質量%(理論値:58.23質量%)、H:7.9質量%(理論値:8.44質量%)、N:5.8質量%(理論値:6.17質量%)
(Analysis value)
(1) Normal pressure TG-DTA
Mass 50% decrease temperature: 271 ° C. (Ar flow rate: 100 mL / min, temperature increase: 10 ° C./min, sample amount: 11.491 mg)
(2) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES, CHN analysis: CHN analyzer)
Zirconium content: 20.05 mass% (theoretical value: 20.10 mass%)
C: 58.0 mass% (theoretical value: 58.23 mass%), H: 7.9 mass% (theoretical value: 8.44 mass%), N: 5.8 mass% (theoretical value: 6.17) mass%)
[実施例2]化合物No.22の製造
300mL4つ口フラスコにAr雰囲気下でテトラキス(ジメチルアミノ)チタン19.3gと脱水トルエン118.9gの混合溶液を氷浴した後、シクロペンタジエン12.0gを等圧滴下漏斗より約30時間かけて滴下して反応させた。引き続き、1−(ジメチルアミノ)−2−メチル−2−プロパノール20.2gを等圧滴下漏斗より約1時間かけて滴下して加えて反応させた。滴下終了後、室温まで徐々に昇温し、さらに2時間反応を継続した。引き続き、減圧下で溶媒を留去した後、減圧蒸留を行い淡黄色液体の化合物No.22を28.2g得た。
Example 2 Compound No. Preparation of No. 22 A mixed solution of 19.3 g of tetrakis (dimethylamino) titanium and 118.9 g of dehydrated toluene was placed in an ice bath in a 300 mL four-necked flask under an Ar atmosphere, and then 12.0 g of cyclopentadiene was added from an isobaric dropping funnel for about 30 hours. Over a period of time to cause reaction. Subsequently, 20.2 g of 1- (dimethylamino) -2-methyl-2-propanol was dropped from the isobaric dropping funnel over about 1 hour and reacted. After completion of the dropwise addition, the temperature was gradually raised to room temperature, and the reaction was further continued for 2 hours. Subsequently, after distilling off the solvent under reduced pressure, distillation under reduced pressure was performed to obtain a pale yellow liquid compound No. 28.2g of 22 was obtained.
(分析値)
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:272℃(Ar流量:100mL/分、昇温:10℃/分、サンプル量:10.421mg)
(2)元素分析(金属分析:ICP−AES、CHN分析:CHN分析装置)
チタン含有量:11.5質量%(理論値:11.67質量%)
C:64.1質量%(理論値:64.38質量%)、H:8.7質量%(理論値:9.33質量%)、N:6.1質量%(理論値:6.83質量%)
(Analysis value)
(1) Normal pressure TG-DTA
Mass 50% decrease temperature: 272 ° C. (Ar flow rate: 100 mL / min, temperature increase: 10 ° C./min, sample amount: 10.421 mg)
(2) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES, CHN analysis: CHN analyzer)
Titanium content: 11% by mass (theoretical value: 11.67% by mass)
C: 64.1% by mass (theoretical value: 64.38% by mass), H: 8.7% by mass (theoretical value: 9.33% by mass), N: 6.1% by mass (theoretical value: 6.83) mass%)
[製造例1]化合物No.40の製造
300mL4つ口フラスコにAr雰囲気下でテトラキス(ジエチルアミノ)ハフニウム37.4gと脱水トルエン110.6gの混合溶液を氷浴した後、シクロペンタジエン11.1gを等圧滴下漏斗より約30時間かけて滴下して反応させた。引き続き、1−(ジメチルアミノ)−2−メチル−2−プロパノール18.8gを等圧滴下漏斗より約1時間かけて滴下して加えて反応させた。滴下終了後、室温まで徐々に昇温し、さらに2時間反応を継続した。引き続き、減圧下で溶媒を留去した後、減圧蒸留60Pa/145〜7℃の留分を分取し、淡黄色液体の化合物No.40を34.5g得た。
[Production Example 1] Compound No. 1 Preparation of 40 After a mixed solution of 37.4 g of tetrakis (diethylamino) hafnium and 110.6 g of dehydrated toluene was placed in an ice bath in a 300 mL four-necked flask under an Ar atmosphere, 11.1 g of cyclopentadiene was added from an isobaric dropping funnel over about 30 hours. The reaction was carried out dropwise. Subsequently, 18.8 g of 1- (dimethylamino) -2-methyl-2-propanol was added dropwise from an isobaric dropping funnel over about 1 hour and reacted. After completion of the dropwise addition, the temperature was gradually raised to room temperature, and the reaction was further continued for 2 hours. Subsequently, after distilling off the solvent under reduced pressure, a fraction at 60 Pa / 145 to 7 ° C. under reduced pressure was fractionated to obtain a pale yellow liquid compound No. 34.5 g of 40 was obtained.
(分析値)
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:258℃(Ar流量:100mL/分、昇温:10℃/分、サンプル量:10.421mg)
(2)元素分析(金属分析:ICP−AES、CHN分析:CHN分析装置)
ハフニウム含有量:32.9質量%(理論値:32.99質量%)
C:48.6質量%(理論値:48.84質量%)、H:6.7質量%(理論値:7.08質量%)、N:4.7質量%(理論値:5.18質量%)
(Analysis value)
(1) Normal pressure TG-DTA
Mass 50% decrease temperature: 258 ° C. (Ar flow rate: 100 mL / min, temperature increase: 10 ° C./min, sample amount: 10.421 mg)
(2) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES, CHN analysis: CHN analyzer)
Hafnium content: 32.9% by mass (theoretical value: 32.99% by mass)
C: 48.6% by mass (theoretical value: 48.84% by mass), H: 6.7% by mass (theoretical value: 7.08% by mass), N: 4.7% by mass (theoretical value: 5.18) mass%)
[評価例1]ジルコニウム化合物の物性評価
化合物No.4、下記に示す比較化合物1及び比較化合物2について、目視によって常圧30℃における各化合物の状態を観察した。また、落球式粘度計(Anton Paar社製、製品名:AMVn)を用いて、30℃における粘度を測定した。また、比較化合物1及び比較化合物2について、TG−DTAを用いて常圧下で重量が50%減少した際の温度を測定した(Ar流量:100mL/分、昇温:10℃/分、比較化合物1のサンプル量:13.064mg、比較化合物2のサンプル量:12.485mg)。また、不活性ガス雰囲気下において100℃〜300℃まで10℃毎の温度で各々1時間加熱処理したサンプルを用意し、上記加熱処理の温度の低いサンプルから常圧条件下でTG−DTA測定(Ar流量:100mL/分、昇温:10℃/分、測定温度範囲:25℃〜600℃)を順次行った。TG−DTA測定後の残渣の量が2質量%以上となった最初のサンプルの上記加熱処理の温度を「熱分解温度」とした。結果を表1に示す。
[Evaluation Example 1] Evaluation of physical properties of zirconium compound 4. About the comparison compound 1 and the comparison compound 2 shown below, the state of each compound in the normal pressure of 30 degreeC was observed visually. Further, the viscosity at 30 ° C. was measured using a falling ball viscometer (manufactured by Anton Paar, product name: AMVn). Moreover, about the comparative compound 1 and the comparative compound 2, the temperature when weight reduced 50% under a normal pressure using TG-DTA was measured (Ar flow rate: 100 mL / min, temperature rising: 10 degreeC / min, comparative compound) 1 sample amount: 13.644 mg, comparative compound 2 sample amount: 12.485 mg). In addition, samples prepared by heat treatment at a temperature of 10 ° C. from 100 ° C. to 300 ° C. for 1 hour each in an inert gas atmosphere are prepared, and TG-DTA measurement (at normal pressure conditions from the low temperature of the heat treatment) Ar flow rate: 100 mL / min, temperature elevation: 10 ° C./min, measurement temperature range: 25 ° C. to 600 ° C.) were sequentially performed. The temperature of the said heat processing of the first sample in which the quantity of the residue after TG-DTA measurement became 2 mass% or more was made into the "thermal decomposition temperature." The results are shown in Table 1.
上記表1より、化合物No.4、比較化合物1及び比較化合物2はいずれも常圧30℃の条件下で液体である低融点の化合物であることがわかった。また、化合物No.4は、比較化合物1よりも30℃での粘度が高いものの、化学気相成長用原料として十分に低粘度であることがわかった。融点が低く且つ粘度が低い薄膜形成用原料は輸送性が良好であることから、生産性を向上させることができる薄膜形成用原料である。また、常圧TG−DTAの結果から、化合物No.4は、化学気相成長用原料として十分な蒸気圧を示し、且つ非常に高い熱安定性を有することがわかった。 From Table 1 above, Compound No. 4. Comparative compound 1 and comparative compound 2 were both low melting point compounds that were liquid under normal pressure conditions of 30 ° C. In addition, Compound No. Although 4 had a higher viscosity at 30 ° C. than Comparative Compound 1, it was found to be sufficiently low in viscosity as a raw material for chemical vapor deposition. A thin film forming raw material having a low melting point and a low viscosity is a thin film forming raw material that can improve productivity because of its good transportability. In addition, from the results of normal pressure TG-DTA, Compound No. 4 was found to exhibit a vapor pressure sufficient as a raw material for chemical vapor deposition and a very high thermal stability.
[評価例2]チタン化合物の物性評価
化合物No.22、下記に示す比較化合物3について、目視によって常圧30℃における各化合物の状態を観察した。固体化合物については微小融点測定装置を用いて融点を測定した。また、比較化合物3について、TG−DTAを用いて常圧下で重量が50%減少した際の温度を測定した(Ar流量:100mL/分、昇温:10℃/分、サンプル量:8.997mg)。結果を表2に示す。
[Evaluation Example 2] Evaluation of Physical Properties of Titanium Compound 22. About the comparative compound 3 shown below, the state of each compound in the normal pressure of 30 degreeC was observed visually. For the solid compound, the melting point was measured using a minute melting point measuring apparatus. Further, for Comparative Compound 3, the temperature when the weight was reduced by 50% under normal pressure using TG-DTA was measured (Ar flow rate: 100 mL / min, temperature increase: 10 ° C./min, sample amount: 8.997 mg). ). The results are shown in Table 2.
上記表2より、比較化合物3は融点75℃の化合物であることに対して、化合物No.22は常圧30℃の条件下で液体である低融点の化合物であることがわかった。融点が低い薄膜形成用原料は輸送が容易であることから、生産性を向上させることができる薄膜形成用原料である。また、常圧TG−DTAの結果から、化合物No.22は、比較化合物3よりも50質量%減少時の温度が若干高いものの、化学気相成長用原料として十分な蒸気圧を示すことがわかった。 From Table 2 above, Comparative Compound 3 is a compound having a melting point of 75 ° C. No. 22 was found to be a low melting point compound that is liquid under normal pressure conditions of 30 ° C. Since the raw material for forming a thin film having a low melting point is easy to transport, the raw material for forming a thin film can improve productivity. In addition, from the results of normal pressure TG-DTA, Compound No. No. 22 showed a vapor pressure sufficient as a raw material for chemical vapor deposition, although the temperature at the time of 50% by mass reduction was slightly higher than that of Comparative Compound 3.
[実施例3]ALD法による酸化ジルコニウム薄膜の製造
化合物No.4を化学気相成長用原料とし、図1に示す化学気相成長用装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコン基板上に酸化ジルコニウム薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線回折法及びX線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、膜厚は2〜4nmであり、膜組成は酸化ジルコニウム(XPS分析によるZr4dピークで確認)であり、薄膜中の残留炭素含有量は検出下限である0.1atom%よりも少なかった。1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.02〜0.04nmであった。
[Example 3] Production of zirconium oxide thin film by ALD method A zirconium oxide thin film was produced on a silicon substrate by ALD using the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by the X-ray reflectivity method, the thin film structure and the thin film composition were confirmed by the X-ray diffraction method and the X-ray photoelectron spectroscopy, the film thickness was 2 to 4 nm. Is zirconium oxide (confirmed by Zr4d peak by XPS analysis), and the residual carbon content in the thin film was less than 0.1 atom% which is the lower limit of detection. The film thickness obtained per cycle was 0.02 to 0.04 nm.
(条件)
反応温度(基板温度);250℃、反応性ガス;オゾン
(工程)
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、100サイクル繰り返した。
(1)原料容器加熱温度:150℃、原料容器内圧力:80Pa以下の条件で気化させた化学気相成長用原料を成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間堆積させる。
(2)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間反応させる。
(4)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(conditions)
Reaction temperature (substrate temperature); 250 ° C., reactive gas; ozone (process)
A series of steps consisting of the following (1) to (4) was taken as one cycle and repeated 100 cycles.
(1) Raw material container heating temperature: 150 ° C., raw material container pressure: Chemical vapor deposition raw material vaporized under the conditions of 80 Pa or less is introduced into a film forming chamber and deposited at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(2) Unreacted raw materials and by-product gases are removed by argon purging for 10 seconds.
(3) A reactive gas is introduced into the film forming chamber and reacted at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted raw material and by-product gas are removed by argon purge for 10 seconds.
[比較例3]ALD法による酸化ジルコニウム薄膜の製造
比較化合物2(Zr(DMAMP)4)を化学気相成長用原料とし、図1に示す化学気相成長用装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコン基板上に酸化ジルコニウム薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線回折法及びX線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、膜厚は1nmであり、膜組成は酸化ジルコニウム(XPS分析によるZr4dピークで確認)であり、薄膜中の残留炭素含有量は5atom%であった。1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.01nmであった。
Comparative Example 3 Production of Zirconium Oxide Thin Film by ALD Method Using Comparative Compound 2 (Zr (DMAP) 4 ) as a raw material for chemical vapor deposition and using the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. By the method, a zirconium oxide thin film was produced on a silicon substrate. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by X-ray reflectivity method, the thin film structure and the thin film composition were confirmed by X-ray diffraction method and X-ray photoelectron spectroscopy, the film thickness was 1 nm, and the film composition was oxidized. It was zirconium (confirmed by the Zr4d peak by XPS analysis), and the residual carbon content in the thin film was 5 atom%. The film thickness obtained per cycle was 0.01 nm.
(条件)
反応温度(基板温度);280℃、反応性ガス;オゾン
(工程)
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、100サイクル繰り返した。
(1)原料容器加熱温度:150℃、原料容器内圧力:80Pa以下の条件で気化させた化学気相成長用原料を成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間堆積させる。
(2)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間反応させる。
(4)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(conditions)
Reaction temperature (substrate temperature); 280 ° C., reactive gas; ozone (process)
A series of steps consisting of the following (1) to (4) was taken as one cycle and repeated 100 cycles.
(1) Raw material container heating temperature: 150 ° C., raw material container pressure: Chemical vapor deposition raw material vaporized under the conditions of 80 Pa or less is introduced into a film forming chamber and deposited at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(2) Unreacted raw materials and by-product gases are removed by argon purging for 10 seconds.
(3) A reactive gas is introduced into the film forming chamber and reacted at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted raw material and by-product gas are removed by argon purge for 10 seconds.
実施例3の結果より、本発明の化合物をALD法用薄膜形成用原料として用いることで、非常に品質の良い酸化ジルコニウム薄膜を製造することができることがわかった。一方、比較例3の結果より、比較化合物2をALD法用薄膜形成用原料として用いた場合には、生産性も含めて品質の良い酸化ジルコニウム薄膜を製造することが難しいことがわかった。 From the results of Example 3, it was found that a very good zirconium oxide thin film can be produced by using the compound of the present invention as a raw material for forming an ALD thin film. On the other hand, from the result of Comparative Example 3, it was found that when Comparative Compound 2 was used as a raw material for forming an ALD thin film, it was difficult to produce a high-quality zirconium oxide thin film including productivity.
[実施例4]ALD法による酸化チタン薄膜の製造
化合物No.22を化学気相成長用原料とし、図1に示す化学気相成長用装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコン基板上に酸化チタン薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線回折法及びX線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、膜厚は3〜4nmであり、膜組成は酸化チタン(XPS分析によるTi3dピークで確認)であり、薄膜中の残留炭素含有量は検出下限である0.1atom%よりも少なかった。1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.03〜0.04nmであった。
[Example 4] Production of titanium oxide thin film by ALD method A titanium oxide thin film was produced on a silicon substrate by the ALD method under the following conditions using the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by X-ray reflectivity method, the thin film structure and the thin film composition were confirmed by X-ray diffraction method and X-ray photoelectron spectroscopy, the film thickness was 3 to 4 nm. Is titanium oxide (confirmed by the Ti3d peak by XPS analysis), and the residual carbon content in the thin film was less than the detection lower limit of 0.1 atom%. The film thickness obtained per cycle was 0.03 to 0.04 nm.
(条件)
反応温度(基板温度);300℃、反応性ガス;オゾン
(工程)
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、100サイクル繰り返した。
(1)原料容器加熱温度:160℃、原料容器内圧力:80Pa以下の条件で気化させた化学気相成長用原料を成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間堆積させる。
(2)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間反応させる。
(4)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(conditions)
Reaction temperature (substrate temperature); 300 ° C, reactive gas; ozone (process)
A series of steps consisting of the following (1) to (4) was taken as one cycle and repeated 100 cycles.
(1) Raw material container heating temperature: 160 ° C., raw material container pressure: The raw material for chemical vapor deposition vaporized under the conditions of 80 Pa or less is introduced into the film forming chamber, and is deposited for 10 seconds at a system pressure of 80 Pa.
(2) Unreacted raw materials and by-product gases are removed by argon purging for 10 seconds.
(3) A reactive gas is introduced into the film forming chamber and reacted at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted raw material and by-product gas are removed by argon purge for 10 seconds.
[実施例5]ALD法による酸化ハフニウム薄膜の製造
化合物No.40を化学気相成長用原料とし、図1に示す化学気相成長用装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコン基板上に酸化ハフニウム薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線回折法及びX線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、膜厚は2〜4nmであり、膜組成は酸化ハフニウム(XPS分析によるHf4fピークで確認)であり、薄膜中の残留炭素含有量は検出下限である0.1atom%よりも少なかった。1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.02〜0.04nmであった。
[Example 5] Production of hafnium oxide thin film by ALD method A hafnium oxide thin film was produced on a silicon substrate by ALD using the chemical vapor deposition apparatus shown in FIG. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by the X-ray reflectivity method, the thin film structure and the thin film composition were confirmed by the X-ray diffraction method and the X-ray photoelectron spectroscopy, the film thickness was 2 to 4 nm. Is hafnium oxide (confirmed by the Hf4f peak by XPS analysis), and the residual carbon content in the thin film was less than the detection limit of 0.1 atom%. The film thickness obtained per cycle was 0.02 to 0.04 nm.
(条件)
反応温度(基板温度);300℃、反応性ガス;オゾン
(工程)
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、100サイクル繰り返した。
(1)原料容器加熱温度:150℃、原料容器内圧力:80Pa以下の条件で気化させた化学気相成長用原料を成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間堆積させる。
(2)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバーに導入し、系圧力:80Paで10秒間反応させる。
(4)10秒間のアルゴンパージにより、未反応原料及び副生ガスを除去する。
(conditions)
Reaction temperature (substrate temperature); 300 ° C, reactive gas; ozone (process)
A series of steps consisting of the following (1) to (4) was taken as one cycle and repeated 100 cycles.
(1) Raw material container heating temperature: 150 ° C., raw material container pressure: Chemical vapor deposition raw material vaporized under the conditions of 80 Pa or less is introduced into a film forming chamber and deposited at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(2) Unreacted raw materials and by-product gases are removed by argon purging for 10 seconds.
(3) A reactive gas is introduced into the film forming chamber and reacted at a system pressure of 80 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted raw material and by-product gas are removed by argon purge for 10 seconds.
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