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JP3931963B2 - Solution raw material for metal organic chemical vapor deposition containing β-diketonate complex of copper (II) and method for producing copper thin film using the same - Google Patents
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JP3931963B2 - Solution raw material for metal organic chemical vapor deposition containing β-diketonate complex of copper (II) and method for producing copper thin film using the same - Google Patents

Solution raw material for metal organic chemical vapor deposition containing β-diketonate complex of copper (II) and method for producing copper thin film using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の配線に用いられる銅(Cu)薄膜を有機金属化学蒸着(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、以下、MOCVDという。)法により作製するための銅(II)のβ-ジケトネート錯体を含む有機金属化学蒸着法用溶液原料及びそれを用いて作製された銅薄膜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
銅及び銅系合金は、高い導電性、エレクトロマイグレーション耐性からLSIの配線材料として応用されている。また、銅を含む複合金属酸化物は、高温超伝導体等の機能性セラミックス材料として応用されている。これら銅、銅を含む合金、銅を含む複合金属酸化物等の銅系薄膜の製造方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、塗布熱分解法等が挙げられるが、加工寸法が微細になるに従い、組成制御性、段差被覆性、段差埋め込み性に優れること、LSIプロセスとの適合性等からCVD法、有機金属化合物を用いたMOCVD法が最適な薄膜製造プロセスとして検討されている。
【0003】
このMOCVD法により銅をIC基板及び表面に付与させる有機銅化合物としては、これまでCu(II)(hfac)2錯体即ち銅(II)ヘキサフルオロアセチルアセトネート錯体が使用されてきた。しかし、このCu(II)(hfac)2錯体は、堆積された銅内に汚染物を残すこと、錯体を分解して銅を形成するために比較的高い温度を用いる必要があるため実用的ではなく、十分な特性を有しているものではなかった。
【0004】
そこで1価のCu(I)(hfac)錯体を用いることが検討され、例えば、室温で液体のCu(I)tmvs・hfac錯体即ち銅(I)ヘキサフルオロアセチルアセトネートトリメチルビニルシラン錯体が開示されている(米国特許第5,322,712号)。このCu(I)tmvs・hfac錯体は比較的低い温度、約200℃で使用することができるため非常に有用である。しかしこの錯体は非常に高価であり、更に大気中で非常に不安定なため極めて安定性に欠け、室温で容易に分解し、金属銅の析出と副生成物のCu(II)(hfac)2に変化し劣化が著しい。そのため、この銅錯体は成膜時に安定して供給することが難しく、成膜の再現性にも劣る。
また配位子であるhfacはフッ素(F)を含むため、MOCVD装置が腐食しやすく、またMOCVD工程における排ガス処理が複雑になる問題もあった。更に、hfacのようなフッ素を含む有機銅化合物を用いてMOCVD法により銅の成膜を行った場合、所望の銅薄膜を形成したとき、銅薄膜中にフッ素が不純物として取り込まれるだけでなく、ウェーハの下地界面にフッ素が残留し、下地との密着性を低下させるという問題がある。
【0005】
このような上記課題を解決するため、下記式(2)で示される銅(II)のβ−ジケトネート錯体からなる化学気相成長用原料が開示されている(特開2001−181840)。
【0006】
【化2】

Figure 0003931963
(式中、Rはイソプロピル基又は第三ブチル基を表し、R1はメチル基又はエチル基を表し、R2はプロピル基又はブチル基を表す。)
この銅原料は室温で液体であり、分子内にハロゲン元素や窒素元素等の薄膜製造時に影響を及ぼすと考えられる元素を含んでいないため、各種CVD法に適し、更に、既存の固体である銅(II)錯体からなるCVD用銅原料と同等の熱的、化学的安定性を有する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし特開2001−181840号公報の上記式(2)で示される銅原料は常温で液体であるが、その粘性は非常に高く、この銅原料をMOCVD装置に供給するには高圧で供給しなければならないため、成膜性に問題が残る。またこの銅原料を溶液に溶解して溶液原料としてMOCVD装置に供給しても、この銅原料の分解温度は約450℃であり、従来より一般的に用いられている有機銅化合物の分解温度に比べて非常に高いため、成膜し難い問題もあった。またこの上記式(2)で示される銅原料は分子構造が偏ったバランスの悪い構造を有しているため、十分な成膜安定性が得られなかった。
【0008】
本発明の目的は、熱安定性に優れ、保存状態で分解しにくく寿命が長い銅(II)のβ-ジケトネート錯体を含む有機金属化学蒸着法用溶液原料を提供することにある。
本発明の別の目的は、MOCVD装置が腐食しにくくMOCVD工程における排ガス処理を複雑にしない銅(II)のβ-ジケトネート錯体を含む有機金属化学蒸着法用溶液原料を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、下地膜と堅牢に密着する高純度の銅薄膜を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、次の式(1)で示される銅(II)のβ-ジケトネート錯体をイソオクタン、 n- デカン、 n- ドデカン、ジメチルテトラヒドロフラン、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル及び酢酸メチルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の有機溶媒に溶解したことを特徴とする有機金属化学蒸着法用溶液原料である。
【0010】
【化3】
Figure 0003931963
但し、Rはイソプロピル基である。
【0011】
請求項1に係る発明では、基本骨格から分岐した2つの原子団にそれぞれイソプロピル基を形成した配位子を配位させた銅錯体(以下、Cu(II)(DMHD)2という。)であるため、構造安定性が高く、この銅錯体を有機溶媒に溶解させた溶液原料は長期保存に優れる。
【0012】
請求項9に係る発明は、有機金属化学蒸着装置に備えられた原料容器に請求項1ないし8いずれか1項に記載の溶液原料を貯蔵し、基板をこの装置に備えられた成膜室に設置し、基板温度を180℃、原料気化温度を70℃、成膜室圧力を約665Pa、キャリアガスの流量を100ccmに設定して、原料容器に貯蔵された溶液原料を気化させ、蒸気となった銅錯体を0.5cc/分の割合で成膜室内に供給して、成膜室内において銅錯体の蒸気を熱分解させ、これにより生成した銅又は銅合金を加熱された基板上に堆積させることにより、銅薄膜を形成することを特徴とする銅薄膜の製造方法である。
請求項1ないし8いずれか1項に記載の溶液原料を用い、上記条件で作製された銅薄膜は、溶液原料にフッ素が含有していないので剥離しにくい高純度の膜となる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。
【0014】
本発明の溶液原料は、前述した式(1)に示される二価の銅にβジケトネートを配位した化合物であるCu(II)(DMHD)2錯体を、以下に示す有機溶媒に溶解したMOCVD用の溶液原料である。このCu(II)(DMHD)2錯体と有機溶媒の配合比は任意であり、その使用用途や、有機溶媒の種類によって適宜調製することが好ましい。
【0015】
本発明の溶液原料には、飽和炭化水素、環状エーテル及びエステル化合物からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が有機溶媒として使用される。具体的には、飽和炭化水素としては、イソオクタン、n-デカン及びn-ドデカンからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられる。環状エーテルとしては、ジメチルテトラヒドロフラン(以下、ジメチルTHFという。)が挙げられる。エステル化合物としては、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル及び酢酸メチルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられる。
【0016】
本発明の溶液原料には、更に安定化剤を含むことにより、より保存安定性の高い溶液原料として使用することができる。安定化剤としては、エチレングリコールエーテル類、クラウンエーテル類、ポリアミン類、環状ポリアミン類、β-ケトエステル類及びβ-ジケトン類からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が用いられる。具体的には、エチレングリコールエーテル類としては、グライム、ジグライム、トリグライム及びテトラグライムからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられる。クラウンエーテル類としては、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及びジベンゾ-24-クラウン-8からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられる。ポリアミン類としては、エチレンジアミン、N,N’-テトラメチルメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリメチレンテトラミン、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及び1,1,4,7,10,10-ヘキサメチルトリエチレンテトラミンからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられる。環状ポリアミン類としては、サイクラム及びサイクレンからなる群より選ばれた1種又は2種の化合物が挙げられる。β-ケトエステル類又はβ-ジケトン類としては、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル及びアセト酢酸-2-メトキシエチルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物が挙げられる。
【0017】
本実施の形態では、MOCVD法には、各溶液を加熱された気化器に供給し、ここで各溶液原料を瞬時に気化させ、成膜室に送る溶液気化CVD法を用いる。
図1に示すように、MOCVD装置は、成膜室10と蒸気発生装置11を備える。成膜室10の内部にはヒータ12が設けられ、ヒータ12上には基板13が保持される。この成膜室10の内部は圧力センサー14、コールドトラップ15及びニードルバルブ16を備える配管17により真空引きされる。蒸気発生装置11は原料容器18を備え、この原料容器18は溶液原料を貯蔵する。原料容器18にはガス流量調節装置19を介してキャリアガス導入管21が接続され、また原料容器18には供給管22が接続される。供給管22にはニードルバルブ23及び溶液流量調節装置24が設けられ、供給管22は気化器26に接続される。気化器26にはニードルバルブ31、ガス流量調節装置28を介してキャリアガス導入管29が接続される。気化器26は更に配管27により成膜室10に接続される。また気化器26には、ガスドレイン32及びドレイン33がそれぞれ接続される。
この装置では、N2、He、Ar等の不活性ガスからなるキャリアガスがキャリアガス導入管21から原料容器18内に導入され、原料容器18に貯蔵されている溶液原料を供給管22により気化器26に搬送する。気化器26で気化されて蒸気となった銅錯体は、更にキャリアガス導入管28から気化器26へ導入されたキャリアガスにより配管27を経て成膜室10内に供給される。成膜室10内において、銅錯体の蒸気を熱分解させ、これにより生成した銅又は銅合金を加熱された基板13上に堆積させて銅薄膜を形成する。
【0018】
本発明の溶液原料を用いて作製された銅薄膜は、下地膜と堅牢に密着し、高純度である特長を有する。この銅薄膜は、例えばシリコン基板表面のSiO2膜上にスパッタリング法又はMOCVD法により形成されたTiN膜又はTaN膜上にMOCVD法により形成される。なお、本発明の基板はその種類を特に限定されるものではない。
【0019】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例1>
先ず、塩化銅(I)150gをn-ヘキサン100ccを注ぎ、懸濁液とした。この懸濁液に2,6-ジメチル-3,5-ヘプタンジオン50gをゆっくり滴下し、30分間室温で攪拌した。次いで、反応液を70℃で加熱還流した後、反応液を濾過した。得られた濾液を20トールに減圧して30分間保持することにより溶媒を留去した。溶媒の留去により残った残渣をn-ヘキサン100ccで再結晶することによりCu(II)(DMHD)2を得た。次に、得られたCu(II)(DMHD)2を有機溶媒であるイソオクタンに溶解してMOCVD法用溶液原料を調製した。
【0020】
<実施例
有機溶媒をn-デカンにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<実施例
有機溶媒をn-ドデカンにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0021】
<実施例
有機溶媒をジメチルTHFにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した
<実施例
有機溶媒を酢酸メチルにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<実施例
有機溶媒を酢酸ペンチルにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0022】
<比較例1>
銅錯体をCu(II)(hfac)2にし、有機溶媒をイソプロピルアルコールにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例2>
有機溶媒をエタノールにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例3>
有機溶媒をn-オクタンにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0023】
<比較例4>
有機溶媒をシクロヘキサンにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例5>
銅錯体をCu(II)(DPM)2とし、有機溶媒は用いずに、この銅錯体をそのままMOCVD用溶液原料とした。
<比較例6>
有機溶媒をn-ブチルアルコールにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0024】
<比較例7>
有機溶媒をsec-ブチルアルコールにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例8>
有機溶媒をTHFにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0025】
<比較例9>
有機溶媒をジオキサンにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例10>
有機溶媒を酢酸ブチルにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例11>
有機溶媒を酢酸エチルにした以外は比較例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0026】
<比較例12>
銅錯体をジ(2,2,6-トリメチルノナン-3,5-ジオナト)銅(以下、A化合物という。)にし、有機溶媒をイソプロピルアルコールにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例13>
銅錯体をジ(2,2-ジメチル-6-エチルデカン-3,5-ジオナト)銅(以下、B化合物という。)にし、有機溶媒をエタノールにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0027】
<比較例14>
有機溶媒をn-オクタンにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例15>
有機溶媒をシクロヘキサンにした以外は比較例13と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例16>
有機溶媒をTHFにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0028】
<比較例17>
有機溶媒をTHFにした以外は比較例13と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例18>
有機溶媒を酢酸ブチルにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例19>
有機溶媒を酢酸ブチルにした以外は比較例13と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0029】
<比較試験1>
実施例1〜及び比較例1〜19で得られた溶液原料に含まれる銅錯体の濃度をそれぞれ0.1モル濃度に調整し、それぞれ5種類用意した。基板として、基板表面のSiO2膜(厚さ5000Å)上にスパッタリング法によりTiN膜(厚さ30nm)を形成したシリコン基板を用意した。
用意した基板を図1に示すMOCVD装置の成膜室に設置し、基板温度を180℃とした。気化温度を70℃、圧力を5torr即ち約665Paにそれぞれ設定した。キャリアガスとしてArガスを用い、その流量を100ccmとした。溶液原料を0.5cc/分の割合で供給し、1、5、10、20及び30分となったときにそれぞれ1種類ごとに成膜室より取り出し、基板上に成膜された銅薄膜について以下に示す試験を行った。
【0030】
(1) 膜厚測定
成膜を終えた基板上の銅薄膜を断面SEM(走査型電子顕微鏡)像から膜厚を測定した。
【0031】
(2) 剥離試験
各成膜時間で取り出した銅薄膜を形成した基板に対して剥離試験(JIS K 5600−5−6)を行った。具体的には、先ず、基板上の銅薄膜にこの膜を貫通するように縦横それぞれ6本づつ等間隔に切込みを入れて格子パターンを基板に形成した。次に、形成した格子パターンの双方の対角線に沿って柔らかいはけを用いて前後にブラッシングした。
【0032】
(3) 熱安定性評価試験
図2に示す試験装置を用いて以下の試験を行った。この図2に示す装置は、図1に示すMOCVD装置の成膜室を取り除いた構成を有する。
先ず、室温で70℃に加熱した気化器26まで溶液原料を搬送し、5トールの減圧下で70℃に加熱して溶液原料を気化させ、その後に気化器26下段のポンプ側に設けられたコールドトラップ15にて気化後の化合物を捕獲した。装置内に投入した原料に対する捕獲量からトラップ回収率を算出した。また、圧力センサーにより気化器内部における圧力上昇を測定した。例えば、表中の数値が60%閉塞ならば、5Torrの1.60倍の圧力が気化器内で生じていることを表す。
【0033】
実施例1〜を表1に、比較例1〜を表に、比較例12を表に、比較例13〜19を表にそれぞれ得られた試験結果を示す。
【0034】
【表1】
Figure 0003931963
【0035】
【表2】
Figure 0003931963
【0036】
【表3】
Figure 0003931963
【0037】
【表4】
Figure 0003931963
表1〜表より明らかなように、比較例1〜19の溶液原料を用いて成膜された銅薄膜は成膜時間当たりの膜厚にばらつきがあり、成膜再現性が悪いことが判る。また成膜速度も非常に遅い。また密着性評価試験では、殆どのサンプルにおいて基板表面から銅薄膜が剥離してしまっていた。熱安定性評価試験では、トラップ回収率が低く、大部分が装置内部に付着してしまったと考えられる。また気化器内部の圧力上昇値も成膜時間が長くなるにつれて上昇しており、分解物が気化器内部や配管内部に付着して圧力上昇したと考えられる。これに対して実施例1〜の溶液原料を用いて作製された銅薄膜は、成膜時間が進むに従って膜厚も厚くなっており、成膜安定性が高いことが判る。密着性評価試験では、100回中92〜99回の数値を示し、どの実施例においても殆どの銅薄膜が剥離せず、非常に密着性が高いことが判る。熱安定性評価試験では、58〜70%範囲内の高いトラップ回収率を示し、気化器内部の圧力上昇値も1〜2%程度と殆ど閉塞するおそれがない。
【0038】
<実施例
有機溶媒をイソオクタンにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した
<実施例
有機溶媒をn-デカンにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0039】
<実施例
有機溶媒をジメチルTHFにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した
<実施例10
有機溶媒を酢酸メチルにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<実施例11
有機溶媒を酢酸ペンチルにした以外は実施例1と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0040】
<比較例20>
有機溶媒をn-オクタンにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例21>
有機溶媒をn-デカンにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例22>
有機溶媒をイソオクタンにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0041】
<比較例23>
有機溶媒をシクロヘキサンにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例24>
有機溶媒をイソプロピルアルコールにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例25>
有機溶媒をエタノールにした以外は比較例13と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0042】
<比較例26>
有機溶媒をTHFにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例27>
有機溶媒をジオキサンにした以外は比較例13と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例28>
有機溶媒を酢酸ブチルにした以外は比較例12と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
<比較例29>
有機溶媒を酢酸ブチルにした以外は比較例13と同様にしてMOCVD用溶液原料を調製した。
【0043】
<比較試験2>
実施例11及び比較例20〜29で得られた溶液原料に含まれる銅錯体の濃度をそれぞれ0.2モル濃度に調整し、それぞれ5種類用意した。基板は比較試験1で使用したシリコン基板と同様のものを用意した。
用意した基板をMOCVD装置の成膜室に設置し、基板温度を450℃とした。気化温度を200℃、圧力を9Torr即ち1197Paにそれぞれ設定した。キャリアガスとしてArガスを用い、その流量を100ccmとした。
溶液原料を0.05cc/分の割合で供給し、1、5、10、20及び30分となったときにそれぞれ1種類ごとに成膜室より取り出し、基板上に成膜された銅薄膜について以下に示す試験を行った。
【0044】
(1) 膜厚測定
成膜を終えた基板上の銅薄膜を断面SEM(走査型電子顕微鏡)像から膜厚を測定した。
【0045】
(2) 剥離試験
各成膜時間で取り出した銅薄膜を形成した基板に対して剥離試験(JIS K 5600−5−6)を行った。具体的には、先ず、基板上の銅薄膜にこの膜を貫通するように縦横それぞれ6本づつ等間隔に切込みを入れて格子パターンを基板に形成した。次に、形成した格子パターンの双方の対角線に沿って柔らかいはけを用いて前後にブラッシングした。
【0046】
(3) 熱安定性評価試験
先ず、室温で200℃に加熱した気化器26まで溶液原料を搬送し、9トールの減圧下で200℃に加熱して溶液原料を気化させ、その後に気化器26下段のポンプ側に設けられたコールドトラップ15にて気化後の化合物を捕獲した。装置内に投入した原料に対する捕獲量からトラップ回収率を算出した。また、圧力センサーにより気化器内部における圧力上昇を測定した。
【0047】
実施例11を表、比較例20〜24を表、比較例25〜29を表にそれぞれ示す。
【0048】
【表5】
Figure 0003931963
【0049】
【表6】
Figure 0003931963
【0050】
【表7】
Figure 0003931963
〜表より明らかなように、比較例20〜29の溶液原料を用いて成膜された銅薄膜は成膜時間当たりの膜厚にばらつきがあり、成膜再現性が悪いことが判る。また成膜速度も非常に遅い。また密着性評価試験では、殆どのサンプルにおいて基板表面から銅薄膜が剥離してしまっていた。熱安定性評価試験では、トラップ回収率が低く、大部分が装置内部に付着してしまったと考えられる。また気化器内部の圧力上昇値も成膜時間が長くなるにつれて上昇しており、分解物が気化器内部や配管内部に付着して圧力上昇したと考えられる。これに対して実施例11の溶液原料を用いて作製された銅薄膜は、成膜時間が進むに従って膜厚も厚くなっており、成膜安定性が高いことが判る。密着性評価試験では、100回中95〜99回の数値を示し、どの実施例においても殆どの銅薄膜が剥離せず、非常に密着性が高いことが判る。熱安定性評価試験では、58〜68%範囲内の高いトラップ回収率を示し、気化器内部の圧力上昇値も1%程度と殆ど閉塞するおそれがない。
【0051】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の上記式(1)に示される銅(II)のβ-ジケトネート錯体を有機溶媒に溶解した溶液原料は、熱安定性に優れ、保存状態で分解しにくく寿命が長い。また配位子がC、H、Oよりなり、hfacのようにF(フッ素)を含まないため、MOCVD装置が腐食しにくくMOCVD工程における排ガス処理を複雑にしない。本発明の溶液原料を用いてMOCVD法により作製された銅薄膜は、下地膜と堅牢に密着する高純度の膜となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 MOCVD装置の概略図。
【図2】 本発明の実施例に使用される装置を示す概略図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a copper (II) β-diketonate complex for producing a copper (Cu) thin film used for wiring of a semiconductor device by a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCVD) method. It is related with the solution raw material for metal organic chemical vapor deposition, and the copper thin film produced using the same.
[0002]
[Prior art]
Copper and copper-based alloys are applied as LSI wiring materials because of their high electrical conductivity and electromigration resistance. Moreover, the composite metal oxide containing copper is applied as a functional ceramic material such as a high-temperature superconductor. Examples of methods for producing copper-based thin films such as copper, copper-containing alloys, and copper-containing composite metal oxides include sputtering, ion plating, and coating pyrolysis, but the processing dimensions become fine. Accordingly, the CVD method and the MOCVD method using an organometallic compound have been studied as the optimum thin film manufacturing process because of excellent composition controllability, step coverage, and step embedding property, and compatibility with an LSI process.
[0003]
Cu (II) (hfac) 2 complex, that is, copper (II) hexafluoroacetylacetonate complex has been used as an organic copper compound for imparting copper to the IC substrate and the surface by this MOCVD method. However, this Cu (II) (hfac) 2 complex is not practical because it leaves contaminants in the deposited copper and it is necessary to use a relatively high temperature to decompose the complex to form copper. And it did not have sufficient characteristics.
[0004]
Therefore, the use of a monovalent Cu (I) (hfac) complex has been studied. For example, a Cu (I) tmvs · hfac complex which is liquid at room temperature, that is, a copper (I) hexafluoroacetylacetonate trimethylvinylsilane complex is disclosed. (US Pat. No. 5,322,712). This Cu (I) tmvs · hfac complex is very useful because it can be used at a relatively low temperature of about 200 ° C. However, this complex is very expensive, and is very unstable in the atmosphere, so it is very unstable and easily decomposes at room temperature, resulting in precipitation of copper metal and by-product Cu (II) (hfac) 2 Deterioration is remarkable. For this reason, it is difficult to stably supply this copper complex at the time of film formation, and the reproducibility of film formation is also poor.
In addition, since hfac, which is a ligand, contains fluorine (F), the MOCVD apparatus is easily corroded and exhaust gas treatment in the MOCVD process is complicated. Furthermore, when a copper film is formed by MOCVD using an organic copper compound containing fluorine such as hfac, when a desired copper thin film is formed, not only fluorine is taken into the copper thin film as an impurity, There is a problem in that fluorine remains on the underlayer interface of the wafer, thereby reducing the adhesion to the underlayer.
[0005]
In order to solve the above-mentioned problems, a chemical vapor deposition raw material comprising a β-diketonate complex of copper (II) represented by the following formula (2) is disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-181840).
[0006]
[Chemical 2]
Figure 0003931963
(In the formula, R represents an isopropyl group or a tertiary butyl group, R 1 represents a methyl group or an ethyl group, and R 2 represents a propyl group or a butyl group.)
This copper raw material is liquid at room temperature and does not contain any elements that may affect the production of thin films such as halogen elements and nitrogen elements in the molecule, so it is suitable for various CVD methods, and is also an existing solid copper (II) It has the same thermal and chemical stability as a copper raw material for CVD comprising a complex.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the copper raw material represented by the above formula (2) in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-181840 is liquid at room temperature, but its viscosity is very high. To supply this copper raw material to the MOCVD apparatus, it must be supplied at a high pressure. As a result, there remains a problem in film formability. Moreover, even if this copper raw material is dissolved in a solution and supplied to the MOCVD apparatus as a solution raw material, the decomposition temperature of this copper raw material is about 450 ° C., which is the decomposition temperature of organic copper compounds that have been generally used conventionally. Since it is very high in comparison, there is a problem that it is difficult to form a film. Moreover, since the copper raw material represented by the above formula (2) has an unbalanced structure in which the molecular structure is biased, sufficient film formation stability could not be obtained.
[0008]
An object of the present invention is to provide a solution raw material for a metal organic chemical vapor deposition method containing a β-diketonate complex of copper (II) which has excellent thermal stability and is difficult to decompose in a storage state and has a long life.
Another object of the present invention is to provide a solution raw material for metal organic chemical vapor deposition containing a β-diketonate complex of copper (II) which does not easily corrode the MOCVD apparatus and does not complicate the exhaust gas treatment in the MOCVD process.
Still another object of the present invention is to provide a high-purity copper thin film that adheres firmly to a base film.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a copper (II) β-diketonate complex represented by the following formula (1): isooctane, n- decane, n- dodecane, dimethyltetrahydrofuran, isobutyl acetate, pentyl acetate and methyl acetate. A solution raw material for metal organic chemical vapor deposition characterized by being dissolved in one or more organic solvents selected from the group .
[0010]
[Chemical 3]
Figure 0003931963
However, R is an isopropyl group.
[0011]
The invention according to claim 1 is a copper complex (hereinafter referred to as Cu (II) (DMHD) 2 ) in which a ligand having an isopropyl group is coordinated to two atomic groups branched from the basic skeleton. Therefore, the structure stability is high, and the solution raw material in which this copper complex is dissolved in an organic solvent is excellent in long-term storage.
[0012]
The invention according to claim 9 stores the solution raw material according to any one of claims 1 to 8 in a raw material container provided in a metal organic chemical vapor deposition apparatus, and a substrate in a film forming chamber provided in the apparatus. It is installed, the substrate temperature is set to 180 ° C., the material vaporization temperature is set to 70 ° C., the film forming chamber pressure is set to about 665 Pa, the carrier gas flow rate is set to 100 ccm, and the solution material stored in the material container is vaporized to become vapor. The copper complex is supplied into the film formation chamber at a rate of 0.5 cc / min, the vapor of the copper complex is thermally decomposed in the film formation chamber, and the produced copper or copper alloy is deposited on the heated substrate. By this, it is a manufacturing method of the copper thin film characterized by forming a copper thin film .
A copper thin film produced using the solution raw material according to any one of claims 1 to 8 under the above conditions becomes a high-purity film that is difficult to peel off because the solution raw material does not contain fluorine.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described.
[0014]
The solution raw material of the present invention is an MOCVD in which a Cu (II) (DMHD) 2 complex, which is a compound in which β-diketonate is coordinated to the divalent copper represented by the above formula (1), is dissolved in the organic solvent shown below. Solution raw material for use. The mixing ratio of the Cu (II) (DMHD) 2 complex and the organic solvent is arbitrary, and it is preferable to prepare appropriately depending on the intended use and the type of the organic solvent.
[0015]
The raw material solution of the present invention, a saturated hydrocarbon, one or more compounds selected from the group consisting of ring-like ethers and ester compounds are used as organic solvents. Specifically, the saturated hydrocarbons, Lee Sookutan, one or more compounds selected from the group consisting of n- decane and n- dodecane. The ring-shaped ether, di-methyl tetrahydrofuran (hereinafter, referred to as dimethyl THF.) And the like. The ester compounds, isobutyl acetate acid, one or more compounds selected from the group consisting of pentyl acetate and methyl acetate and the like.
[0016]
The solution raw material of the present invention can be used as a solution raw material having higher storage stability by further containing a stabilizer. As the stabilizer, one or more compounds selected from the group consisting of ethylene glycol ethers, crown ethers, polyamines, cyclic polyamines, β-ketoesters and β-diketones are used. Specifically, ethylene glycol ethers include one or more compounds selected from the group consisting of glyme, diglyme, triglyme and tetraglyme. The crown ethers are one selected from the group consisting of 18-crown-6, dicyclohexyl-18-crown-6, 24-crown-8, dicyclohexyl-24-crown-8 and dibenzo-24-crown-8. Or 2 or more types of compounds are mentioned. Polyamines include ethylenediamine, N, N′-tetramethylmethylenediamine, diethylenetriamine, trimethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,1,4,7,7-pentamethyldiethylenetriamine and 1,1,1,4. Examples thereof include one or more compounds selected from the group consisting of 4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine. Examples of the cyclic polyamines include one or two compounds selected from the group consisting of cyclam and cyclen. Examples of β-ketoesters or β-diketones include one or more compounds selected from the group consisting of methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, and 2-methoxyethyl acetoacetate.
[0017]
In this embodiment, the MOCVD method uses a solution vaporization CVD method in which each solution is supplied to a heated vaporizer, where each solution raw material is instantaneously vaporized and sent to a film formation chamber.
As shown in FIG. 1, the MOCVD apparatus includes a film formation chamber 10 and a vapor generator 11. A heater 12 is provided inside the film forming chamber 10, and a substrate 13 is held on the heater 12. The inside of the film forming chamber 10 is evacuated by a pipe 17 including a pressure sensor 14, a cold trap 15 and a needle valve 16. The steam generator 11 includes a raw material container 18, which stores the solution raw material. A carrier gas introduction pipe 21 is connected to the raw material container 18 through a gas flow rate control device 19, and a supply pipe 22 is connected to the raw material container 18. The supply pipe 22 is provided with a needle valve 23 and a solution flow rate adjusting device 24, and the supply pipe 22 is connected to a vaporizer 26. A carrier gas introduction pipe 29 is connected to the vaporizer 26 via a needle valve 31 and a gas flow rate control device 28. The vaporizer 26 is further connected to the film forming chamber 10 by a pipe 27. A gas drain 32 and a drain 33 are connected to the vaporizer 26, respectively.
In this apparatus, a carrier gas composed of an inert gas such as N 2 , He, Ar is introduced into the raw material container 18 from the carrier gas introduction pipe 21, and the solution raw material stored in the raw material container 18 is vaporized by the supply pipe 22. To the container 26. The copper complex that has been vaporized by the vaporizer 26 to become vapor is further supplied into the film forming chamber 10 through the pipe 27 by the carrier gas introduced into the vaporizer 26 from the carrier gas introduction pipe 28. In the film forming chamber 10, the vapor of the copper complex is pyrolyzed, and the copper or copper alloy generated thereby is deposited on the heated substrate 13 to form a copper thin film.
[0018]
The copper thin film produced using the solution raw material of the present invention has a feature that it is firmly adhered to the base film and has high purity. This copper thin film is formed by, for example, MOCVD on a TiN film or TaN film formed by sputtering or MOCVD on a SiO 2 film on the surface of a silicon substrate. The type of the substrate of the present invention is not particularly limited.
[0019]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<Example 1>
First, 150 g of copper (I) chloride was poured into 100 cc of n-hexane to prepare a suspension. To this suspension, 50 g of 2,6-dimethyl-3,5-heptanedione was slowly added dropwise and stirred at room temperature for 30 minutes. Next, the reaction solution was heated to reflux at 70 ° C., and then the reaction solution was filtered. The resulting filtrate was depressurized to 20 torr and held for 30 minutes to distill off the solvent. Cu (II) (DMHD) 2 was obtained by recrystallizing the residue remaining after evaporation of the solvent with 100 cc of n-hexane. Next, the obtained Cu (II) (DMHD) 2 was dissolved in isooctane , which is an organic solvent, to prepare a solution raw material for MOCVD.
[0020]
<Example 2 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was n-decane.
<Example 3 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was n-dodecane.
[0021]
<Example 4 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was dimethyl THF .
<Example 5 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that methyl acetate was used as the organic solvent.
<Example 6 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was pentyl acetate.
[0022]
<Comparative Example 1>
A solution material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copper complex was Cu (II) (hfac) 2 and the organic solvent was isopropyl alcohol.
<Comparative example 2>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was ethanol.
<Comparative Example 3>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was changed to n-octane.
[0023]
<Comparative example 4>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was cyclohexane.
<Comparative Example 5>
The copper complex was Cu (II) (DPM) 2, and this copper complex was directly used as a solution raw material for MOCVD without using an organic solvent.
<Comparative Example 6>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was n-butyl alcohol.
[0024]
<Comparative Example 7>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was sec-butyl alcohol.
<Comparative Example 8>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was THF.
[0025]
<Comparative Example 9>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was dioxane.
<Comparative Example 10>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was butyl acetate.
<Comparative Example 11>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the organic solvent was ethyl acetate.
[0026]
<Comparative Example 12>
A solution for MOCVD in the same manner as in Example 1 except that the copper complex is di (2,2,6-trimethylnonane-3,5-dionato) copper (hereinafter referred to as A compound) and the organic solvent is isopropyl alcohol. The raw material was prepared.
<Comparative Example 13>
A solution for MOCVD in the same manner as in Example 1 except that the copper complex is di (2,2-dimethyl-6-ethyldecane-3,5-dionato) copper (hereinafter referred to as B compound) and the organic solvent is ethanol. The raw material was prepared.
[0027]
<Comparative example 14>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as Comparative Example 12 except that the organic solvent was changed to n-octane.
<Comparative Example 15>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 13 except that the organic solvent was cyclohexane.
<Comparative Example 16>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was THF.
[0028]
<Comparative Example 17>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 13 except that the organic solvent was THF.
<Comparative Example 18>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was butyl acetate.
<Comparative Example 19>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as Comparative Example 13 except that the organic solvent was butyl acetate.
[0029]
<Comparison test 1>
The concentration of the copper complex contained in the solution raw materials obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 19 was adjusted to 0.1 molar concentration, and five types were prepared. As a substrate, a silicon substrate was prepared in which a TiN film (thickness 30 nm) was formed by sputtering on a SiO 2 film (thickness 5000 mm) on the substrate surface.
The prepared substrate was placed in the film formation chamber of the MOCVD apparatus shown in FIG. 1, and the substrate temperature was 180 ° C. The vaporization temperature was set to 70 ° C., and the pressure was set to 5 torr, that is, about 665 Pa. Ar gas was used as a carrier gas, and the flow rate was set to 100 ccm. Regarding the copper thin film formed on the substrate by supplying the solution raw material at a rate of 0.5 cc / min and taking it out from the film forming chamber one by one at 1, 5, 10, 20 and 30 minutes. The following tests were conducted.
[0030]
(1) Film thickness measurement The film thickness of the copper thin film on the substrate after film formation was measured from a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) image.
[0031]
(2) Peel test A peel test (JIS K 5600-5-6) was performed on the substrate on which the copper thin film taken out at each film formation time was formed. Specifically, first, a lattice pattern was formed on the substrate by cutting the copper thin film on the substrate at six equal intervals vertically and horizontally so as to penetrate the film. Next, brushing was performed back and forth using a soft brush along the diagonal lines of both of the formed lattice patterns.
[0032]
(3) Thermal stability evaluation test The following test was conducted using the test apparatus shown in FIG. The apparatus shown in FIG. 2 has a configuration in which the film formation chamber of the MOCVD apparatus shown in FIG. 1 is removed.
First, the solution raw material was conveyed to the vaporizer 26 heated to 70 ° C. at room temperature, and heated to 70 ° C. under a reduced pressure of 5 Torr to vaporize the solution raw material, and then provided on the pump side of the lower stage of the vaporizer 26. The vaporized compound was captured by the cold trap 15. The trap recovery rate was calculated from the amount of capture of the raw material charged into the apparatus. In addition, the pressure rise inside the vaporizer was measured with a pressure sensor. For example, if the numerical value in the table is 60% occluded, it represents that a pressure of 1.60 times 5 Torr is generated in the vaporizer.
[0033]
Example 1-6 in Table 1, the ratio Comparative Examples 1-6 in Table 2, Comparative Examples 7 to 12 in Table 3 shows the test results obtained in Tables 4 and Comparative Examples 13-19.
[0034]
[Table 1]
Figure 0003931963
[0035]
[Table 2]
Figure 0003931963
[0036]
[Table 3]
Figure 0003931963
[0037]
[Table 4]
Figure 0003931963
As is clear from Tables 1 to 4, it can be seen that the copper thin films formed using the solution raw materials of Comparative Examples 1 to 19 have variations in film thickness per film formation time, and the film formation reproducibility is poor. . Also, the film formation rate is very slow. In the adhesion evaluation test, the copper thin film was peeled off from the substrate surface in most samples. In the thermal stability evaluation test, it is considered that the trap recovery rate is low and most of the trap has adhered to the inside of the apparatus. Further, the pressure increase value inside the vaporizer also increases as the film formation time becomes longer, and it is considered that the decomposition product adhered to the inside of the vaporizer and the inside of the pipe and the pressure increased. On the other hand, it can be seen that the copper thin films prepared using the solution raw materials of Examples 1 to 6 are thicker as the film formation time progresses, and the film formation stability is higher. In the adhesion evaluation test, a numerical value of 92 to 99 times out of 100 times is shown, and it can be seen that almost all copper thin films are not peeled off in any of the examples, and the adhesion is very high. In the thermal stability evaluation test, a high trap recovery rate in the range of 58 to 70% is shown, and the pressure increase value inside the vaporizer is about 1 to 2%, and there is almost no possibility of clogging.
[0038]
<Example 7 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was isooctane .
<Example 8 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was n-decane.
[0039]
<Example 9 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was dimethyl THF .
<Example 10 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that methyl acetate was used as the organic solvent.
<Example 11 >
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Example 1 except that the organic solvent was pentyl acetate.
[0040]
<Comparative Example 20>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as Comparative Example 12 except that the organic solvent was changed to n-octane.
<Comparative Example 21>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was n-decane.
<Comparative Example 22>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was isooctane.
[0041]
<Comparative Example 23>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as Comparative Example 12 except that the organic solvent was cyclohexane.
<Comparative Example 24>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was isopropyl alcohol.
<Comparative Example 25>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 13 except that ethanol was used as the organic solvent.
[0042]
<Comparative Example 26>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was THF.
<Comparative Example 27>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 13 except that the organic solvent was dioxane.
<Comparative example 28>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as in Comparative Example 12 except that the organic solvent was butyl acetate.
<Comparative Example 29>
A solution raw material for MOCVD was prepared in the same manner as Comparative Example 13 except that the organic solvent was butyl acetate.
[0043]
<Comparison test 2>
The concentration of the copper complex contained in the solution raw materials obtained in Examples 7 to 11 and Comparative Examples 20 to 29 was adjusted to 0.2 molar concentration, and 5 types were prepared. The same substrate as the silicon substrate used in Comparative Test 1 was prepared.
The prepared substrate was placed in the film formation chamber of the MOCVD apparatus, and the substrate temperature was set to 450 ° C. The vaporization temperature was set to 200 ° C., and the pressure was set to 9 Torr, that is, 1197 Pa. Ar gas was used as a carrier gas, and the flow rate was set to 100 ccm.
Regarding the copper thin film formed on the substrate by supplying the solution raw material at a rate of 0.05 cc / min and taking it out from the film forming chamber one by one when 1, 5, 10, 20 and 30 minutes are reached. The following tests were conducted.
[0044]
(1) Film thickness measurement The film thickness of the copper thin film on the substrate after film formation was measured from a cross-sectional SEM (scanning electron microscope) image.
[0045]
(2) Peel test A peel test (JIS K 5600-5-6) was performed on the substrate on which the copper thin film taken out at each film formation time was formed. Specifically, first, a lattice pattern was formed on the substrate by cutting the copper thin film on the substrate at six equal intervals vertically and horizontally so as to penetrate the film. Next, brushing was performed back and forth using a soft brush along the diagonal lines of both of the formed lattice patterns.
[0046]
(3) Thermal stability evaluation test First, the solution raw material is transported to a vaporizer 26 heated to 200 ° C. at room temperature, and heated to 200 ° C. under a reduced pressure of 9 Torr to vaporize the solution raw material, and then the vaporizer 26 The vaporized compound was captured by a cold trap 15 provided on the lower pump side. The trap recovery rate was calculated from the amount of capture of the raw material charged into the apparatus. In addition, the pressure rise inside the vaporizer was measured with a pressure sensor.
[0047]
Examples 7-11 in Table 5, the ratio Comparative Examples 20-24 in Table 6, the ratio Comparative Examples 25-29 are shown in Table 7.
[0048]
[Table 5]
Figure 0003931963
[0049]
[Table 6]
Figure 0003931963
[0050]
[Table 7]
Figure 0003931963
As is apparent from Tables 5 to 7, it can be seen that the copper thin films formed using the solution raw materials of Comparative Examples 20 to 29 have variations in film thickness per film formation time, and the film formation reproducibility is poor. . Also, the film formation rate is very slow. In the adhesion evaluation test, the copper thin film was peeled off from the substrate surface in most samples. In the thermal stability evaluation test, it is considered that the trap recovery rate is low and most of the trap has adhered to the inside of the apparatus. Further, the pressure increase value inside the vaporizer also increases as the film formation time becomes longer, and it is considered that the decomposition product adhered to the inside of the vaporizer and the inside of the pipe and the pressure increased. On the other hand, it can be seen that the copper thin films prepared using the solution raw materials of Examples 7 to 11 are thicker as the film formation time progresses, and the film formation stability is higher. In the adhesion evaluation test, a numerical value of 95 to 99 times out of 100 is shown, and it can be seen that most of the copper thin film does not peel in any of the examples, and the adhesion is very high. In the thermal stability evaluation test, a high trap recovery rate in the range of 58 to 68% is shown, and the pressure increase value inside the vaporizer is about 1%, and there is almost no possibility of clogging.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the solution raw material in which the copper (II) β-diketonate complex represented by the above formula (1) of the present invention is dissolved in an organic solvent is excellent in thermal stability, hardly decomposes in a storage state, and has a long life. long. Further, since the ligand is made of C, H, and O and does not contain F (fluorine) like hfac, the MOCVD apparatus is hardly corroded and does not complicate the exhaust gas treatment in the MOCVD process. The copper thin film produced by the MOCVD method using the solution raw material of the present invention becomes a high-purity film that adheres firmly to the base film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an MOCVD apparatus.
FIG. 2 is a schematic view showing an apparatus used in an embodiment of the present invention.

Claims (9)

次の式(1)で示される銅(II)のβ-ジケトネート錯体をイソオクタン、 n- デカン、 n- ドデカン、ジメチルテトラヒドロフラン、酢酸イソブチル、酢酸ペンチル及び酢酸メチルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の有機溶媒に溶解したことを特徴とする有機金属化学蒸着法用溶液原料。
Figure 0003931963
但し、Rはイソプロピル基である
A copper (II) β-diketonate complex represented by the following formula (1) is selected from the group consisting of isooctane, n- decane, n- dodecane, dimethyltetrahydrofuran, isobutyl acetate, pentyl acetate and methyl acetate, or A solution raw material for metal organic chemical vapor deposition characterized by being dissolved in two or more organic solvents.
Figure 0003931963
However, R is an isopropyl group .
安定化剤を更に含む請求項1記載の溶液原料。Claim 1 Symbol placement of raw material solution further comprises a stabilizer. 安定化剤がエチレングリコールエーテル類、クラウンエーテル類、ポリアミン類、環状ポリアミン類、β-ケトエステル類及びβ-ジケトン類からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物である請求項記載の溶液原料。Ethylene glycol ethers stabilizer, crown ethers, polyamines, cyclic polyamines, beta-keto esters and claim 2, wherein the one or more compounds selected from the group consisting of beta-diketone Solution raw material. エチレングリコールエーテル類がグライム、ジグライム、トリグライム及びテトラグライムからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物である請求項記載の溶液原料。The solution raw material according to claim 3, wherein the ethylene glycol ether is one or more compounds selected from the group consisting of glyme, diglyme, triglyme and tetraglyme. クラウンエーテル類が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及びジベンゾ-24-クラウン-8からなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物である請求項記載の溶液原料。One or two crown ethers selected from the group consisting of 18-crown-6, dicyclohexyl-18-crown-6, 24-crown-8, dicyclohexyl-24-crown-8 and dibenzo-24-crown-8 The solution raw material according to claim 3 , which is a compound of at least one species. ポリアミン類がエチレンジアミン、N,N’-テトラメチルメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリメチレンテトラミン、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及び1,1,4,7,10,10-ヘキサメチルトリエチレンテトラミンからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物である請求項記載の溶液原料。Polyamines are ethylenediamine, N, N′-tetramethylmethylenediamine, diethylenetriamine, trimethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,1,4,7,7-pentamethyldiethylenetriamine and 1,1,4, The solution raw material according to claim 3 , which is one or more compounds selected from the group consisting of 7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine. 環状ポリアミン類がサイクラム及びサイクレンからなる群より選ばれた1種又は2種の化合物である請求項記載の溶液原料。The solution raw material according to claim 3, wherein the cyclic polyamine is one or two compounds selected from the group consisting of cyclam and cyclen. β-ケトエステル類又はβ-ジケトン類がアセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル及びアセト酢酸-2-メトキシエチルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の化合物である請求項記載の溶液原料。The solution raw material according to claim 3, wherein the β-ketoester or β-diketone is one or more compounds selected from the group consisting of methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate and 2-methoxyethyl acetoacetate. 有機金属化学蒸着装置に備えられた原料容器に請求項1ないし8いずれか1項に記載の溶液原料を貯蔵し、基板を前記装置に備えられた成膜室に設置し、基板温度を180℃、原料気化温度を70℃、成膜室圧力を約665Pa、キャリアガスの流量を100ccmに設定して、前記原料容器に貯蔵された溶液原料を気化させ、蒸気となった銅錯体を0.5cc/分の割合で前記成膜室内に供給して、前記成膜室内において前記銅錯体の蒸気を熱分解させ、これにより生成した銅又は銅合金を加熱された基板上に堆積させることにより、銅薄膜を形成することを特徴とする銅薄膜の製造方法。 The solution raw material according to any one of claims 1 to 8 is stored in a raw material container provided in a metal organic chemical vapor deposition apparatus , the substrate is placed in a film forming chamber provided in the apparatus, and the substrate temperature is set to 180 ° C. The raw material vaporization temperature is set to 70 ° C., the film forming chamber pressure is set to about 665 Pa, the flow rate of the carrier gas is set to 100 ccm, the solution raw material stored in the raw material container is vaporized, and the vaporized copper complex is 0.5 cc. By supplying into the film formation chamber at a rate of / min, pyrolyzing the vapor of the copper complex in the film formation chamber, and depositing the copper or copper alloy generated thereby on the heated substrate, A method for producing a copper thin film, comprising forming a thin film.
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