JP7796014B2 - Thin film forming material, thin film, and method for manufacturing thin film - Google Patents
Thin film forming material, thin film, and method for manufacturing thin filmInfo
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Description
本発明は、特定の構造を有するイットリウム化合物を含有する薄膜形成用原料、それを用いて得られる薄膜及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a raw material for forming a thin film containing an yttrium compound having a specific structure, a thin film obtained using the raw material, and a method for producing the thin film.
半導体製造産業では、シリコン等の基板上に、金属窒化物、金属酸化物、金属含有膜等の薄膜を形成することができる薄膜形成用原料として、金属含有錯体の検討が進められている。 In the semiconductor manufacturing industry, metal-containing complexes are being investigated as raw materials for forming thin films such as metal nitrides, metal oxides, and metal-containing films on substrates such as silicon.
イットリウムは、化合物半導体を構成するための成分として用いられており、イットリウムを含有する薄膜を製造するための薄膜形成用原料として、様々な化合物が報告されている。 Yttrium is used as a component in compound semiconductors, and various compounds have been reported as raw materials for forming thin films containing yttrium.
薄膜の製造方法としては、例えば、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金属有機化合物分解(MOD:Metal Organic Decomposition)法、化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法等が挙げられる。これらの中でも、得られる薄膜の品質が良好なことからCVD法やALD法が主に用いられる。 Methods for producing thin films include, for example, sputtering, ion plating, metal organic decomposition (MOD) methods such as thermal coating and sol-gel methods, chemical vapor deposition (CVD), and atomic layer deposition (ALD). Of these, CVD and ALD are primarily used due to the high quality of the thin films they produce.
CVD法やALD法のような気相薄膜形成法に用いることができる薄膜形成用原料は、種々報告されているが、ALD法に適用可能な薄膜形成用原料は、ALDウィンドウと呼ばれる温度領域が充分な広さを有することが必要である。CVD法に使用可能な薄膜形成用原料であっても、ALD法に適さない場合が多くあることは当該技術分野における技術常識である。 Various thin film formation materials that can be used in vapor phase thin film formation methods such as CVD and ALD have been reported, but thin film formation materials that can be used in ALD must have a sufficiently wide temperature range known as the ALD window. It is common knowledge in the technical field that thin film formation materials that can be used in CVD are often not suitable for ALD.
イットリウムを含有する薄膜を形成する薄膜形成用原料として、例えば、特許文献1では、N側鎖に、-R4-NR5R6(R4は、アルキレン架橋基であり、R5及びR6は、アルキル基等から選択される)を有するβ-ケトイミナート構造の金属含有錯体が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a metal-containing complex with a β-ketoiminate structure having -R 4 -NR 5 R 6 (R 4 is an alkylene bridging group, and R 5 and R 6 are selected from alkyl groups and the like) in the N side chain as a thin film-forming raw material for forming a thin film containing yttrium.
特許文献2には、金属膜又は金属酸化物膜を形成するための前駆体として、多座配位のケトイミン配位子と、アルコキシ配位子又はアミノ配位子とを含む金属含有錯体が提案されている。 Patent document 2 proposes a metal-containing complex containing a multidentate ketoimine ligand and an alkoxy or amino ligand as a precursor for forming a metal film or a metal oxide film.
特許文献3には、共役ジエン重合用触媒として、β-ケトイミン配位子を有するイットリウム化合物を用いることが開示されている。 Patent Document 3 discloses the use of an yttrium compound having a β-ketoimine ligand as a catalyst for conjugated diene polymerization.
薄膜形成用原料には、低融点であること、揮発性が高いこと、熱安定性が高いこと、残留炭素量が少ない高品質な薄膜を形成できること等が要求される。しかしながら、特許文献1及び2で提案されるイットリウム化合物を含有する薄膜形成用原料は、これらの要求を満足できるものではなかった。 Thin film-forming raw materials are required to have a low melting point, high volatility, high thermal stability, and the ability to form high-quality thin films with little residual carbon. However, the thin film-forming raw materials containing yttrium compounds proposed in Patent Documents 1 and 2 do not satisfy these requirements.
特許文献3には、β-ケトイミン配位子を有するイットリウム化合物を薄膜形成用原料として用いることを示唆するような記載は一切なかった。 Patent Document 3 did not contain any disclosure suggesting the use of yttrium compounds having β-ketoimine ligands as raw materials for forming thin films.
従って、本発明は、低融点であり且つ揮発性及び熱安定性が高く、CVD法やALD法に好適に用いることのできる、イットリウム化合物を含有する薄膜形成用原料を提供することを目的とする。また、本発明は、該薄膜形成用原料を用いて得られる薄膜及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a thin film-forming raw material containing an yttrium compound that has a low melting point, high volatility, and high thermal stability, and can be suitably used in CVD and ALD processes. The present invention also aims to provide a thin film obtained using the thin film-forming raw material, and a method for producing the thin film.
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、特定の構造を有するイットリウム化合物を含有する薄膜形成用原料が、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物を含有する薄膜形成用原料である。
As a result of extensive research, the present inventors have found that a thin film-forming raw material containing an yttrium compound having a specific structure can solve the above problems, and have thus completed the present invention.
That is, the present invention is a thin film-forming material containing an yttrium compound represented by the following general formula (1) or (2).
(式中、R1及びR3は、それぞれ独立して、炭素原子数1~6のアルキル基又は炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表し、R2は、水素原子又は炭素原子数1~3のアルキル基を表し、R4は、炭素原子数1~5のアルカンジイル基を表し、R5は、炭素原子数1~3のアルキル基を表し、複数のR1、R2、R3、R4及びR5は、それぞれ同じものであってもよく異なるものであってもよい。) (In the formula, R1 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms; R2 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms; R4 represents an alkanediyl group having 1 to 5 carbon atoms; and R5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms; and multiple R1s , R2s , R3s , R4s , and R5s may be the same or different.)
(式中、R6及びR8は、それぞれ独立して、炭素原子数1~6のアルキル基又は炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表し、R7は、水素原子又は炭素原子数1~3のアルキル基を表し、複数のR6、R7及びR8は、それぞれ同じものであってもよく異なるものであってもよい。ただし、R6及びR8のうち少なくとも一つは炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表す。) (In the formula, R6 and R8 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms; R7 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms; and multiple R6s , R7s , and R8s may be the same or different, provided that at least one of R6s and R8s represents an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms.)
本発明の薄膜形成用原料は、上記一般式(1)における、R1及びR3がイソプロピル基であり、R2が水素原子であり、R4がエチレン基であり、R5がメチル基であるイットリウム化合物、又は上記一般式(2)における、R6がメトキシtert-ブチル基であり、R7が水素原子であり、R8がイソプロピル基であるイットリウム化合物を含有すると、低融点であり、揮発性及び熱安定性が高いので好ましい。 The thin film-forming raw material of the present invention preferably contains an yttrium compound in which R1 and R3 are isopropyl groups, R2 is a hydrogen atom, R4 is an ethylene group, and R5 is a methyl group in the above general formula (1), or an yttrium compound in which R6 is a methoxy tert-butyl group, R7 is a hydrogen atom, and R8 is an isopropyl group in the above general formula (2), because these have a low melting point and high volatility and thermal stability.
また、本発明は、上記薄膜形成用原料を気化させた原料ガスを、基体が設置された成膜チャンバー内に導入する工程と、原料ガス中のイットリウム化合物を基体の表面に堆積させて前駆体薄膜を形成する工程と、反応性ガスを成膜チャンバー内に導入し、前駆体薄膜と反応性ガスとを反応させて、基体の表面にイットリウム原子を含有する薄膜を形成する工程とを含む薄膜の製造方法である。 The present invention also relates to a method for producing a thin film, which includes the steps of: introducing a source gas obtained by vaporizing the above-mentioned thin film-forming source material into a film-forming chamber in which a substrate is placed; depositing an yttrium compound in the source gas on the surface of the substrate to form a precursor thin film; and introducing a reactive gas into the film-forming chamber and reacting the precursor thin film with the reactive gas to form a thin film containing yttrium atoms on the surface of the substrate.
また、本発明の薄膜の製造方法において、上記反応性ガスが、酸化性ガスであり、且つ上記イットリウム原子を含有する薄膜が、酸化イットリウムであることが好ましい。 Furthermore, in the thin film manufacturing method of the present invention, it is preferable that the reactive gas is an oxidizing gas and the thin film containing yttrium atoms is yttrium oxide.
さらに、本発明の薄膜の製造方法において、上記酸化性ガスが、酸素、オゾン又は水蒸気を含有するガスであることがより好ましい。 Furthermore, in the thin film manufacturing method of the present invention, it is more preferable that the above-mentioned oxidizing gas is a gas containing oxygen, ozone or water vapor.
また、本発明の薄膜の製造方法において、100℃~400℃の範囲で前駆体薄膜と反応性ガスとを反応させることが好ましい。 In addition, in the thin film manufacturing method of the present invention, it is preferable to react the precursor thin film with the reactive gas at a temperature range of 100°C to 400°C.
本発明によれば、特定のイットリウム化合物を含有することで、低融点であり且つ揮発性及び熱安定性が高い薄膜形成用原料を提供することができる。また、本発明の薄膜形成用原料を用いることで、CVD法、特にALD法を用いて、残留炭素量が少ない高品質なイットリウム含有薄膜を製造することができる。 According to the present invention, by containing a specific yttrium compound, it is possible to provide a thin film-forming raw material that has a low melting point and is highly volatile and thermally stable. Furthermore, by using the thin film-forming raw material of the present invention, it is possible to produce high-quality yttrium-containing thin films with low residual carbon content using the CVD method, particularly the ALD method.
<薄膜形成用原料>
本発明の薄膜形成用原料は、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物を含有するものである。
<Raw material for thin film formation>
The thin film-forming material of the present invention contains the yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2).
上記一般式(1)において、R1及びR3は、それぞれ独立して、炭素原子数1~6のアルキル基又は炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表し、R2は、水素原子又は炭素原子数1~3のアルキル基を表し、R4は、炭素原子数1~5のアルカンジイル基を表し、R5は、炭素原子数1~3のアルキル基を表し、複数のR1、R2、R3、R4及びR5は、それぞれ同じものであってもよく異なるものであってもよい。 In the above general formula (1), R1 and R3 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms, R2 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, R4 represents an alkanediyl group having 1 to 5 carbon atoms, and R5 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and multiple R1s , R2s , R3s , R4s , and R5s may be the same or different.
上記一般式(2)において、R6及びR8は、それぞれ独立して、炭素原子数1~6のアルキル基又は炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表し、R7は、水素原子又は炭素原子数1~3のアルキル基を表し、複数のR6、R7及びR8は、それぞれ同じものであってもよく異なるものであってもよい。ただし、R6及びR8のうち少なくとも一つは炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基を表す。 In the above general formula (2), R6 and R8 each independently represent an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms, R7 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and multiple R6s , R7s , and R8s may be the same or different, provided that at least one of R6s and R8s represents an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物は、CVD法又はALD法による薄膜を形成するためのプリカーサ(前駆体)として用いるため、融点が100℃以下であることが好ましく、常温で液体であることがより好ましい。また、イットリウム化合物の減圧熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)による50質量%減少時の温度は240℃以下であることが好ましい。 The yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2) is used as a precursor for forming a thin film by the CVD or ALD method, so it preferably has a melting point of 100°C or less, and is more preferably a liquid at room temperature. Furthermore, the temperature at which the yttrium compound loses 50% by mass as measured by reduced pressure thermogravimetry-differential thermal analysis (TG-DTA) is preferably 240°C or less.
イットリウム化合物の示差走査熱量計(DSC)による熱分解開始温度が、250℃以上であることが好ましく、300℃以上であることがさらに好ましい。 The thermal decomposition onset temperature of the yttrium compound measured by differential scanning calorimetry (DSC) is preferably 250°C or higher, and more preferably 300°C or higher.
上記一般式(1)において、R1及びR3で表される炭素原子数1~6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、イソブチル基、n-ペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基が挙げられる。本発明の効果が顕著であるという観点から、上記一般式(1)において、R1及びR3が、炭素原子数1~4のアルキル基であるイットリウム化合物が好ましく、R1がエチル基、イソプロピル基又はtert-ブチル基であり、R3が、エチル基又はイソプロピル基であるイットリウム化合物がより好ましく、R1及びR3がイソプロピル基であるイットリウム化合物が最も好ましい。 In the above general formula (1), examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 1 and R 3 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, a tert-butyl group, an isobutyl group, an n-pentyl group, a sec-pentyl group, a tert-pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, and a hexyl group. From the viewpoint of achieving a remarkable effect of the present invention, a yttrium compound in which R 1 and R 3 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms in the above general formula (1) is preferred, a yttrium compound in which R 1 is an ethyl group, an isopropyl group, or a tert-butyl group, and R 3 is an ethyl group or an isopropyl group is more preferred, and a yttrium compound in which R 1 and R 3 are isopropyl groups is most preferred.
上記一般式(1)において、R1及びR3で表される炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基としては、例えば、メトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシメチル基、エトキシエチル基、メトキシイソプロピル基、メトキシプロピル基、メトキシイソブチル基、メトキシsec-ブチル基、メトキシtert-ブチル基、エトキシイソプロピル基、エトキシブチル基、エトキシイソブチル基、エトキシsec-ブチル基、エトキシtert-ブチル基等が挙げられる。本発明の効果が顕著であるという観点から、上記一般式(1)において、R1及びR3がメトキシイソプロピル基又はメトキシtert-ブチルであるイットリウム化合物が好ましい。 In the above general formula (1), examples of the alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms represented by R 1 and R 3 include a methoxymethyl group, a methoxyethyl group, an ethoxymethyl group, an ethoxyethyl group, a methoxyisopropyl group, a methoxypropyl group, a methoxyisobutyl group, a methoxy sec-butyl group, a methoxy tert-butyl group, an ethoxyisopropyl group, an ethoxybutyl group, an ethoxyisobutyl group, an ethoxy sec-butyl group, an ethoxy tert-butyl group, etc. From the viewpoint of achieving a significant effect of the present invention, a yttrium compound in which R 1 and R 3 are a methoxyisopropyl group or a methoxy tert-butyl group in the above general formula (1) is preferred.
上記一般式(1)において、R2及びR5で表される炭素原子数1~3のアルキル基としては、前述したアルキル基のうち炭素原子数が1~3のアルキル基が挙げられる。本発明の効果が顕著であるという観点から、上記一般式(1)において、R2が水素原子であり、R5がメチル基であるイットリウム化合物が好ましい。 In the above general formula (1), examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms represented by R2 and R5 include the above-mentioned alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. From the viewpoint of achieving a significant effect of the present invention, a yttrium compound in which R2 is a hydrogen atom and R5 is a methyl group in the above general formula (1) is preferred.
上記一般式(1)において、R4で表される炭素原子数1~5のアルカンジイル基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロパン-1,3-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、ブチレン基、ブタン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基等が挙げられる。本発明の効果が顕著であるという観点から、上記一般式(1)において、R4がエチレン基又はプロパン-1,2-ジイル基であるイットリウム化合物が好ましい。 In the above general formula (1), examples of the alkanediyl group having 1 to 5 carbon atoms represented by R 4 include a methylene group, an ethylene group, a propane-1,3-diyl group, a propane-1,2-diyl group, a butylene group, a butane-1,2-diyl group, a butane-1,3-diyl group, a butane-1,4-diyl group, etc. From the viewpoint of achieving a significant effect of the present invention, a yttrium compound in which R 4 in the above general formula (1) is an ethylene group or a propane-1,2-diyl group is preferred.
上記一般式(2)において、R6及びR8で表される炭素原子数1~6のアルキル基及び炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基としては、前述したものと同じものが挙げられる。 In the above general formula (2), examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and the alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms represented by R 6 and R 8 are the same as those mentioned above.
上記一般式(2)において、R7で表される炭素原子数1~3のアルキル基としては、前述したものと同じものが挙げられる。 In the above general formula (2), examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms represented by R 7 include the same as those mentioned above.
上記一般式(2)において、複数のR6、R7及びR8は、それぞれ同じものであってもよく、異なるものであってもよいが、複数のR6及びR8のうち少なくとも一つは炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基である。上記一般式(2)において、複数のR6及びR8のうち二つ以上が炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基であるイットリウム化合物が好ましく、複数のR6及びR8のうち三つが炭素原子数2~6のアルコキシアルキル基であるイットリウム化合物がより好ましい。 In the above general formula (2), the plurality of R 6 s , R 7 s , and R 8 s may be the same or different, but at least one of the plurality of R 6 s and R 8 s is an alkoxyalkyl group having 2 to 6 carbon atoms. In the above general formula (2), a yttrium compound in which two or more of the plurality of R 6 s and R 8 s are alkoxyalkyl groups having 2 to 6 carbon atoms is preferred, and a yttrium compound in which three of the plurality of R 6 s and R 8 s are alkoxyalkyl groups having 2 to 6 carbon atoms is more preferred.
上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物の好ましい具体例として、下記No.1~No.16のイットリウム化合物が挙げられるが、本発明は、これらのイットリウム化合物によって限定されるものではない。なお、下記No.1~No.16のイットリウム化合物において、「Me」は、メチル基を表し、「Et」は、エチル基を表し、「iPr」は、イソプロピル基を表し、「tBu」は、tert-ブチル基を表す。 Preferred specific examples of yttrium compounds represented by general formula (1) or (2) above include the yttrium compounds No. 1 to No. 16 below, but the present invention is not limited to these yttrium compounds. In the yttrium compounds No. 1 to No. 16 below, "Me" represents a methyl group, "Et" represents an ethyl group, "iPr" represents an isopropyl group, and "tBu" represents a tert-butyl group.
上記イットリウム化合物の中でも、本発明の効果が特に顕著であるという観点から、No.1、No.3、No.6及びNo.15のイットリウム化合物が好ましい。Among the above yttrium compounds, yttrium compounds No. 1, No. 3, No. 6, and No. 15 are preferred because they exhibit particularly significant effects of the present invention.
本発明のイットリウム化合物は、周知の反応を利用して製造することができる。例えば、上記一般式(1)において、R1がメチル基であり、R2が水素原子であり、R3がメチル基であり、R4がメチレン基であり、R5がメチル基であるイットリウム化合物は、溶媒中で、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミドと、4-メトキシメチルアミノ-3-ペンテン-2-オンとを反応させた後、溶媒を除去し、蒸留精製することで得ることができる。また、上記一般式(2)において、R6がメトキシtert-ブチル基であり、R7が水素原子であり、R8がイソプロピル基であるイットリウム化合物は、溶媒中で、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミドと、5-アミノ-7-メトキシ-4-ヘプテン-3-オンとを反応させた後、溶媒を除去し、蒸留精製することで得ることができる。 The yttrium compound of the present invention can be produced by utilizing well-known reactions. For example, in the above general formula (1), an yttrium compound in which R 1 is a methyl group, R 2 is a hydrogen atom, R 3 is a methyl group, R 4 is a methylene group, and R 5 is a methyl group can be obtained by reacting yttrium-tris-trimethylsilylamide with 4-methoxymethylamino-3-penten-2-one in a solvent, followed by removing the solvent and purifying by distillation. In addition, in the above general formula (2), an yttrium compound in which R 6 is a methoxy tert-butyl group, R 7 is a hydrogen atom, and R 8 is an isopropyl group can be obtained by reacting yttrium-tris-trimethylsilylamide with 5-amino-7-methoxy-4-hepten-3-one in a solvent, followed by removing the solvent and purifying by distillation.
本発明の薄膜形成用原料は、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物を含有するものであればよく、その組成は、目的とする薄膜の種類によって異なる。例えば、金属としてイットリウム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、イットリウム以外の金属を含む化合物及び半金属を含む化合物を含有しない。一方、イットリウムとイットリウム以外の金属及び/又は半金属とを含む薄膜を製造する場合、本発明の薄膜形成用原料は、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物に加えて、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、「他のプリカーサ」と記載することもある)を含有することができる。The thin-film-forming raw material of the present invention may contain a yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2), and its composition will vary depending on the type of thin film desired. For example, when producing a thin film containing only yttrium as the metal, the thin-film-forming raw material of the present invention does not contain compounds containing metals other than yttrium or compounds containing metalloids. On the other hand, when producing a thin film containing yttrium and metals and/or metalloids other than yttrium, the thin-film-forming raw material of the present invention may contain, in addition to the yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2), compounds containing the desired metals and/or compounds containing metalloids (hereinafter sometimes referred to as "other precursors").
また、複数のプリカーサを用いる多成分系のCVD法の場合において、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と共に用いることができる他のプリカーサとしては、特に制限を受けず、CVD法のための薄膜形成用原料に用いられている周知一般のプリカーサを用いることができる。 In addition, in the case of a multi-component CVD method using multiple precursors, other precursors that can be used together with the yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2) are not particularly limited, and well-known general precursors used as raw materials for forming thin films for the CVD method can be used.
上記の他のプリカーサとしては、例えば、アルコール化合物、グリコール化合物、β-ジケトン化合物、シクロペンタジエン化合物、有機アミン化合物等の有機配位子として用いられ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と、珪素や金属との化合物が挙げられる。また、プリカーサの金属種としては、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウム、スカンジウム、チタニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ルビジウム、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブテン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、インジウム、錫、アンチモン、バリウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、鉛、ビスマス、ラジウム、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、又はルテチウムが挙げられる。 Examples of the other precursors mentioned above include compounds of silicon or metal with one or more compounds selected from the group consisting of compounds used as organic ligands, such as alcohol compounds, glycol compounds, β-diketone compounds, cyclopentadiene compounds, and organic amine compounds. Examples of the metal species of the precursor include lithium, sodium, magnesium, aluminum, potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, rubidium, strontium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, technetium, ruthenium, rhodium, palladium, silver, indium, tin, antimony, barium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum, gold, lead, bismuth, radium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium.
上記の他のプリカーサの有機配位子として用いられるアルコール化合物としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、sec-ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール等のアルキルアルコール類;2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-ブトキシエタノール、2-(2-メトキシエトキシ)エタノール、2-メトキシ-1-メチルエタノール、2-メトキシ-1,1-ジメチルエタノール、2-エトキシ-1,1-ジメチルエタノール、2-イソプロポキシ-1,1-ジメチルエタノール、2-ブトキシ-1,1-ジメチルエタノール、2-(2-メトキシエトキシ)-1,1-ジメチルエタノール、2-プロポキシ-1,1-ジエチルエタノール、2-sec-ブトキシ-1,1-ジエチルエタノール、3-メトキシ-1,1-ジメチルプロパノール等のエーテルアルコール類;ジメチルアミノエタノール、エチルメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、ジメチルアミノ-2-ペンタノール、エチルメチルアミノ-2-ペンタノール、ジメチルアミノ-2-メチル-2-ペンタノール、エチルメチルアミノ-2-メチル-2-ペンタノール、ジエチルアミノ-2-メチル-2-ペンタノール等のジアルキルアミノアルコール類等が挙げられる。 Examples of alcohol compounds that can be used as organic ligands for the other precursors mentioned above include alkyl alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butanol, sec-butyl alcohol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, pentyl alcohol, isopentyl alcohol, and tert-pentyl alcohol; 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, 2-(2-methoxyethoxy)ethanol, 2-methoxy-1-methylethanol, 2-methoxy-1,1-dimethylethanol, 2-ethoxy-1,1-dimethylethanol, and 2-isopropoxy-1,1-dimethylethanol. ether alcohols such as 2-butoxy-1,1-dimethylethanol, 2-(2-methoxyethoxy)-1,1-dimethylethanol, 2-propoxy-1,1-diethylethanol, 2-sec-butoxy-1,1-diethylethanol, and 3-methoxy-1,1-dimethylpropanol; and dialkylamino alcohols such as dimethylaminoethanol, ethylmethylaminoethanol, diethylaminoethanol, dimethylamino-2-pentanol, ethylmethylamino-2-pentanol, dimethylamino-2-methyl-2-pentanol, ethylmethylamino-2-methyl-2-pentanol, and diethylamino-2-methyl-2-pentanol.
上記の他のプリカーサの有機配位子として用いられるグリコール化合物としては、例えば、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、2,4-ヘキサンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、2,2-ジエチル-1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、2,4-ブタンジオール、2,2-ジエチル-1,3-ブタンジオール、2-エチル-2-ブチル-1,3-プロパンジオール、2,4-ペンタンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2,4-ヘキサンジオール、2,4-ジメチル-2,4-ペンタンジオール等が挙げられる。 Examples of glycol compounds used as organic ligands for the other precursors mentioned above include 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 2,4-hexanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2,2-diethyl-1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 2,4-butanediol, 2,2-diethyl-1,3-butanediol, 2-ethyl-2-butyl-1,3-propanediol, 2,4-pentanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,4-hexanediol, and 2,4-dimethyl-2,4-pentanediol.
上記の他のプリカーサの有機配位子として用いられるβ-ジケトン化合物としては、例えば、アセチルアセトン、ヘキサン-2,4-ジオン、5-メチルヘキサン-2,4-ジオン、ヘプタン-2,4-ジオン、2-メチルヘプタン-3,5-ジオン、5-メチルヘプタン-2,4-ジオン、6-メチルヘプタン-2,4-ジオン、2,2-ジメチルヘプタン-3,5-ジオン、2,6-ジメチルヘプタン-3,5-ジオン、2,2,6-トリメチルヘプタン-3,5-ジオン、2,2,6,6-テトラメチルヘプタン-3,5-ジオン、オクタン-2,4-ジオン、2,2,6-トリメチルオクタン-3,5-ジオン、2,6-ジメチルオクタン-3,5-ジオン、2,9-ジメチルノナン-4,6-ジオン、2-メチル-6-エチルデカン-3,5-ジオン、2,2-ジメチル-6-エチルデカン-3,5-ジオン等のアルキル置換β-ジケトン類;1,1,1-トリフルオロペンタン-2,4-ジオン、1,1,1-トリフルオロ-5,5-ジメチルヘキサン-2,4-ジオン、1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロペンタン-2,4-ジオン、1,3-ジパーフルオロヘキシルプロパン-1,3-ジオン等のフッ素置換アルキルβ-ジケトン類;1,1,5,5-テトラメチル-1-メトキシヘキサン-2,4-ジオン、2,2,6,6-テトラメチル-1-メトキシヘプタン-3,5-ジオン、2,2,6,6-テトラメチル-1-(2-メトキシエトキシ)ヘプタン-3,5-ジオン等のエーテル置換β-ジケトン類等が挙げられる。 Examples of β-diketone compounds that can be used as organic ligands for the other precursors mentioned above include acetylacetone, hexane-2,4-dione, 5-methylhexane-2,4-dione, heptane-2,4-dione, 2-methylheptane-3,5-dione, 5-methylheptane-2,4-dione, 6-methylheptane-2,4-dione, 2,2-dimethylheptane-3,5-dione, 2,6-dimethylheptane-3,5-dione, 2,2,6-trimethylheptane-3,5-dione, 2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dione, octane-2,4-dione, 2,2,6-trimethyloctane-3,5-dione, 2,6-dimethyloctane-3,5-dione, 2,9-dimethylnonane-4,6-dione, and 2-methyl- Examples of suitable fluorine-substituted alkyl β-diketones include 6-ethyldecane-3,5-dione and 2,2-dimethyl-6-ethyldecane-3,5-dione; 1,1,1-trifluoropentane-2,4-dione, 1,1,1-trifluoro-5,5-dimethylhexane-2,4-dione, 1,1,1,5,5,5-hexafluoropentane-2,4-dione and 1,3-diperfluorohexylpropane-1,3-dione; and ether-substituted β-diketones include 1,1,5,5-tetramethyl-1-methoxyhexane-2,4-dione, 2,2,6,6-tetramethyl-1-methoxyheptane-3,5-dione and 2,2,6,6-tetramethyl-1-(2-methoxyethoxy)heptane-3,5-dione.
上記の他のプリカーサの有機配位子として用いられるシクロペンタジエン化合物としては、例えば、シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、エチルシクロペンタジエン、プロピルシクロペンタジエン、イソプロピルシクロペンタジエン、ブチルシクロペンタジエン、第2ブチルシクロペンタジエン、イソブチルシクロペンタジエン、tert-ブチルシクロペンタジエン、ジメチルシクロペンタジエン、テトラメチルシクロペンタジエン等が挙げられる。 Examples of cyclopentadiene compounds used as organic ligands for the other precursors mentioned above include cyclopentadiene, methylcyclopentadiene, ethylcyclopentadiene, propylcyclopentadiene, isopropylcyclopentadiene, butylcyclopentadiene, sec-butylcyclopentadiene, isobutylcyclopentadiene, tert-butylcyclopentadiene, dimethylcyclopentadiene, and tetramethylcyclopentadiene.
上記の他のプリカーサの有機配位子として用いられる有機アミン化合物としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、sec-ブチルアミン、tert-ブチルアミン、イソブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルメチルアミン、プロピルメチルアミン、イソプロピルメチルアミン等が挙げられる。 Organic amine compounds used as organic ligands for the other precursors mentioned above include methylamine, ethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, sec-butylamine, tert-butylamine, isobutylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, ethylmethylamine, propylmethylamine, isopropylmethylamine, etc.
上記の他のプリカーサは、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。例えば、有機配位子としてアルコール化合物を用いる場合には、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、プリ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、例えば、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、例えば、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。The other precursors mentioned above are well known in the art, and their manufacturing methods are also well known. For example, when an alcohol compound is used as the organic ligand, the precursor can be manufactured by reacting the inorganic salt of the metal or its hydrate described above with an alkali metal alkoxide of the alcohol compound. Examples of inorganic salts of metals or their hydrates include metal halides and nitrates, and examples of alkali metal alkoxides include sodium alkoxide, lithium alkoxide, and potassium alkoxide.
上述したような多成分系のCVD法においては、薄膜形成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。シングルソース法の場合、上記の他のプリカーサとしては、熱及び/又は酸化分解の挙動が上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と類似している化合物が好ましい。カクテルソース法の場合、上記の他のプリカーサとしては、熱及び/又は酸化分解の挙動が上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と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化合物が好ましい。 The above-mentioned multi-component CVD method includes a method in which each component of the thin film-forming raw material is vaporized and supplied independently (hereinafter sometimes referred to as the "single-source method"), and a method in which a mixed raw material in which multi-component raw materials are pre-mixed to the desired composition is vaporized and supplied (hereinafter sometimes referred to as the "cocktail-source method"). In the single-source method, the other precursor is preferably a compound whose thermal and/or oxidative decomposition behavior is similar to that of the yttrium compound represented by general formula (1) or (2) above. In the cocktail-source method, the other precursor is preferably a compound whose thermal and/or oxidative decomposition behavior is similar to that of the yttrium compound represented by general formula (1) or (2) above, and which does not undergo deterioration due to chemical reactions or the like when mixed.
多成分系のCVD法におけるカクテルソース法の場合、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と、他のプリカーサとの混合物又は該混合物を有機溶剤に溶解した混合溶液を薄膜形成用原料とすることができる。In the case of the cocktail source method in a multi-component CVD method, a mixture of the yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2) with other precursors, or a mixed solution obtained by dissolving such a mixture in an organic solvent, can be used as a raw material for forming a thin film.
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。 There are no particular restrictions on the organic solvent, and any well-known 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 methyl butyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl butyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, and methylcyclohexanone; hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, toluene, and xylene; hydrocarbons having a cyano group such as 1-cyanopropane, 1-cyanonobutane, 1-cyanohexane, cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, 1,6-dicyanohexane, 1,4-dicyanocyclohexane, and 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 temperature used and the boiling point, the flash point, and the like.
本発明の薄膜形成用原料が上記有機溶剤を含む混合溶液である場合、薄膜形成用原料中におけるプリカーサ全体の量が、好ましくは0.01モル/リットル~2.0モル/リットル、より好ましくは0.05モル/リットル~1.0モル/リットルとなるように調整すればよい。 When the thin film-forming raw material of the present invention is a mixed solution containing the above-mentioned organic solvent, the total amount of precursors in the thin film-forming raw material is preferably adjusted to be 0.01 mol/L to 2.0 mol/L, more preferably 0.05 mol/L to 1.0 mol/L.
ここで、プリカーサ全体の量とは、本発明の薄膜形成用原料が、イットリウム以外の金属を含む化合物及び半金属を含む化合物を含有しない場合、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物の量を表す(ただし、本発明の薄膜形成用原料が、イットリウムを含む他のプリカーサを更に含有する場合、プリカーサ全体の量とは、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と、イットリウムを含む他のプリカーサとの合計量を表す)。本発明の薄膜形成用原料が、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物に加えて、他のプリカーサを含有する場合、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と、他のプリカーサとの合計量を表す。 Here, the total amount of precursors refers to the amount of yttrium compounds represented by general formula (1) or (2) above when the thin-film-forming raw material of the present invention does not contain compounds containing metals other than yttrium or compounds containing metalloids. (However, when the thin-film-forming raw material of the present invention further contains other precursors containing yttrium, the total amount of precursors refers to the combined amount of yttrium compounds represented by general formula (1) or (2) above and other precursors containing yttrium.) When the thin-film-forming raw material of the present invention contains other precursors in addition to the yttrium compound represented by general formula (1) or (2), the total amount of precursors refers to the combined amount of yttrium compounds represented by general formula (1) or (2) above and other precursors.
また、本発明の薄膜形成用原料は、必要に応じて、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物及び他のプリカーサの安定性を向上させるため、求核性試薬を含有してもよい。該求核性試薬としては、例えば、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。これら求核性試薬の使用量は、プリカーサ全体の量1モルに対して、0.1モル~10モルの範囲が好ましく、1モル~4モルの範囲がより好ましい。 Furthermore, the thin-film-forming raw material of the present invention may contain a nucleophilic reagent, if necessary, to improve the stability of the yttrium compound represented by the above general formula (1) or (2) and other precursors. Examples of such nucleophilic reagents include ethylene glycol ethers such as glyme, diglyme, triglyme, and tetraglyme; crown ethers such as 18-crown-6, dicyclohexyl-18-crown-6, 24-crown-8, dicyclohexyl-24-crown-8, and dibenzo-24-crown-8; ethylenediamine, N,N'-tetramethylethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,1,4,7,7-pentamethyldiethylenetriamine, and 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine; Examples of suitable nucleophilic reagents include polyamines such as triethoxytriethyleneamine, cyclic polyamines such as cyclam and cyclen, heterocyclic compounds such as pyridine, pyrrolidine, piperidine, morpholine, N-methylpyrrolidine, N-methylpiperidine, N-methylmorpholine, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, oxazole, thiazole, and oxathiolane, β-ketoesters such as methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, and 2-methoxyethyl acetoacetate, and β-diketones such as acetylacetone, 2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5-heptanedione, and dipivaloylmethane. The amount of these nucleophilic reagents used is preferably in the range of 0.1 mol to 10 mol, and more preferably in the range of 1 mol to 4 mol, per mol of the total amount of 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ないようにすることが望ましい。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以下がさらに好ましい。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以下がさらに好ましい。また、水分は、CVD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、プリカーサ、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。プリカーサ、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。It is desirable that the thin-film-forming raw material of the present invention contain as little impurity metal elements, impurity halogens such as impurity chlorine, and impurity organic components as possible, other than the components that constitute the thin-film. The impurity metal element content is preferably 100 ppb or less per element, more preferably 10 ppb or less, and the total content is preferably 1 ppm or less, more preferably 100 ppb or less. In particular, when used as a gate insulating film, gate film, or barrier layer for an LSI, it is necessary to reduce the content of alkali metal elements and alkaline earth metal elements, which affect the electrical properties of the resulting thin film. The impurity halogen content is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less. The total content of impurity organic components is preferably 500 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and even more preferably 10 ppm or less. Furthermore, since moisture can cause particle generation in CVD raw materials and during thin film formation, it is advisable to remove as much moisture as possible from the precursor, organic solvent, and nucleophilic reagent before use in order to reduce the moisture content of each. The moisture content of each of the precursor, organic solvent, and 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100個以下であることがより好ましい。 Furthermore, in order to reduce or prevent particle contamination of the thin film to be formed, it is preferable that the thin film-forming raw material of the present invention contains as few particles as possible. Specifically, when particles are measured in the liquid phase using a light scattering liquid-borne particle detector, it is preferable that the number of particles larger than 0.3 μm per 1 ml of liquid phase is 100 or less, and it is even more preferable that the number of particles larger than 0.2 μm per 1 ml of liquid phase is 100 or less.
<薄膜の製造方法>
次に、上記の薄膜形成用原料を用いる本発明の薄膜の製造方法について説明する。
ここでは、一実施形態として、ALD法により、イットリウム原子を含有する薄膜(以下、「イットリウム含有薄膜」と記載することもある)を製造する方法について説明する。
<Method of manufacturing thin film>
Next, the method for producing a thin film of the present invention using the above-mentioned thin film-forming raw materials will be described.
Here, as one embodiment, a method for producing a thin film containing yttrium atoms (hereinafter, also referred to as an "yttrium-containing thin film") by the ALD method will be described.
本発明の薄膜の製造方法に用いられる装置には、周知のALD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及び図3のようなプリカーサをバブリング供給することのできる装置や、図2及び図4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。なお、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。なお、これらの装置はCVD装置として用いることができる。 The apparatus used in the thin film manufacturing method of the present invention can be a well-known ALD apparatus. Specific examples of such apparatus include an apparatus capable of supplying a precursor by bubbling, as shown in Figures 1 and 3, and an apparatus having a vaporization chamber, as shown in Figures 2 and 4. Other examples include an apparatus capable of performing plasma treatment on a reactive gas, as shown in Figures 3 and 4. It should be noted that this is not limited to single-wafer apparatuses like those shown in Figures 1 to 4; it is also possible to use an apparatus capable of simultaneously processing multiple wafers using a batch furnace. These apparatuses can also be used as CVD apparatus.
本発明の薄膜の製造方法は、上記の薄膜形成用原料を気化させた原料ガスを、基体が設置された成膜チャンバー(以下、「堆積反応部」と記載することもある)内に導入する工程(原料ガス導入工程)と、該原料ガス中のイットリウム化合物を該基体の表面に堆積させて前駆体薄膜を形成する工程(前駆体薄膜形成工程)と、反応性ガスを成膜チャンバー内に導入し、前駆体薄膜と反応性ガスとを反応させて、基体の表面にイットリウム含有薄膜を形成する工程(イットリウム含有薄膜形成工程)とを有するものである。また、本発明の薄膜の製造方法は、前駆体薄膜形成工程とイットリウム含有薄膜形成工程との間及び/又はイットリウム含有薄膜形成工程の後に、成膜チャンバー内のガスを排気する工程(排気工程)を有することが好ましい。The thin film manufacturing method of the present invention includes the steps of introducing a source gas obtained by vaporizing the above-described thin film-forming source material into a film formation chamber (hereinafter sometimes referred to as a "deposition reaction section") in which a substrate is placed (source gas introduction step), depositing an yttrium compound in the source gas on the surface of the substrate to form a precursor thin film (precursor thin film formation step), and introducing a reactive gas into the film formation chamber and reacting the precursor thin film with the reactive gas to form an yttrium-containing thin film on the surface of the substrate (yttrium-containing thin film formation step). Furthermore, the thin film manufacturing method of the present invention preferably includes a step of evacuating gas from the film formation chamber between the precursor thin film formation step and the yttrium-containing thin film formation step and/or after the yttrium-containing thin film formation step (evacuation step).
本発明の薄膜の製造方法の一実施形態として、前駆体薄膜形成工程、排気工程、イットリウム含有薄膜形成工程及び排気工程を順に行う、一連の操作による堆積を1サイクルとし、このサイクルを繰り返すことで、本発明の薄膜の厚みを調整することができる。以下、本発明の薄膜の製造方法の各工程について説明する。In one embodiment of the thin film manufacturing method of the present invention, deposition through a series of operations, including a precursor thin film formation process, an evacuation process, an yttrium-containing thin film formation process, and an evacuation process, is performed in this order, forming one cycle. By repeating this cycle, the thickness of the thin film of the present invention can be adjusted. Each step of the thin film manufacturing method of the present invention is described below.
(原料ガス導入工程)
原料ガス導入工程は、上記の薄膜形成用原料を気化させて原料ガスとし、該原料ガスを基体が設置された堆積反応部内へ導入する工程である。
薄膜形成用原料の輸送供給方法としては、図1及び図3に示すように、本発明の薄膜形成用原料が貯蔵される容器(以下、「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原料ガスとし、必要に応じてアルゴン、窒素、ヘリウム等のキャリアガスと共に、該原料ガスを基体が設置された堆積反応部内へと導入する気体輸送法、並びに図2及び図4に示すように、薄膜形成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原料ガスとし、該原料ガスを基体が設置された堆積反応部内へと導入する液体輸送法がある。気体輸送法の場合、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物そのものを薄膜形成用原料とすることができる。液体輸送法の場合、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物、又は該イットリウム化合物を有機溶剤に溶解した溶液を薄膜形成用原料とすることができる。これらの薄膜形成用原料は求核性試薬等を更に含んでもよい。
(Source gas introduction step)
The source gas introduction step is a step of vaporizing the thin film forming source material to form a source gas, and introducing the source gas into a deposition reaction section in which a substrate is placed.
Methods for transporting and supplying thin-film precursors include a gas transport method, as shown in FIGS. 1 and 3 , in which the precursor is heated and/or depressurized in a container (hereinafter sometimes referred to as a “source container”) in which the precursor is stored to form a source gas, and then introduced into a deposition reactor containing a substrate, optionally together with a carrier gas such as argon, nitrogen, or helium. Another method, as shown in FIGS. 2 and 4 , involves transporting the precursor in a liquid or solution state to a vaporization chamber, where it is heated and/or depressurized to form a source gas, and then introducing the source gas into a deposition reactor containing a substrate. In the gas transport method, the yttrium compound represented by the general formula (1) or (2) itself can be used as the thin-film precursor. In the liquid transport method, the yttrium compound represented by the general formula (1) or (2) or a solution of the yttrium compound dissolved in an organic solvent can be used as the thin-film precursor. These thin-film precursors may further contain a nucleophilic reagent or the like.
また、上記気体輸送法及び液体輸送法以外にも、原料ガス導入工程に用いられる方法としては、複数のプリカーサを含む多成分系のALD法として、<薄膜形成用原料>で説明したようなシングルソース法及びカクテルソース法があるが、いずれの導入方法を用いた場合においても、本発明の薄膜形成用原料は0℃~200℃の範囲内で気化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原料ガスとする場合の原料容器内の圧力及び気化室内の圧力は、1Pa~10,000Paの範囲内であることが好ましい。In addition to the gas transport and liquid transport methods described above, methods that can be used in the source gas introduction process include the single source method and cocktail source method described in <Thin Film Forming Raw Materials>, which are multi-component ALD methods containing multiple precursors. Regardless of which introduction method is used, the thin film forming raw material of the present invention is preferably vaporized within a temperature range of 0°C to 200°C. Furthermore, when the thin film forming raw material is vaporized in a source container or vaporization chamber to produce a source gas, the pressure inside the source container and the vaporization chamber is preferably within a range of 1 Pa to 10,000 Pa.
ここで、堆積反応部に設置される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、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;金属コバルト、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。 Here, examples of materials for the substrate placed in the deposition reaction section include silicon; ceramics such as silicon nitride, titanium nitride, tantalum nitride, titanium oxide, ruthenium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and lanthanum oxide; glass; and metals such as metallic cobalt and metallic ruthenium. The substrate may have a plate-like, spherical, fibrous, or scale-like shape. The substrate surface may be flat or may have a three-dimensional structure such as a trench structure.
(前駆体薄膜形成工程)
前駆体薄膜形成工程では、基体が設置された堆積反応部内に導入した原料ガス中の、上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物を基体の表面に堆積させて、基体の表面に前駆体薄膜を形成する。このとき、基体を加熱するか、又は堆積反応部を加熱して熱を加えてもよい。前駆体薄膜を形成するときの製造条件は、特に限定されず、例えば、反応温度(基体温度)、反応圧力、堆積速度等を薄膜形成用原料の種類に応じて適宜決めることができる。反応温度については、本発明の薄膜形成用原料が充分に反応する温度である100℃以上が好ましく、100℃~400℃がより好ましい。反応圧力は1Pa~10,000Paが好ましく、10Pa~1,000Paがより好ましい。
(Precursor thin film formation process)
In the precursor thin film formation step, a precursor thin film is formed on the surface of the substrate by depositing an yttrium compound represented by the general formula (1) or (2) in a source gas introduced into a deposition reaction section in which a substrate is placed on the surface of the substrate. At this time, heat may be applied by heating the substrate or the deposition reaction section. The manufacturing conditions for forming the precursor thin film are not particularly limited, and for example, the reaction temperature (substrate temperature), reaction pressure, deposition rate, etc. can be appropriately determined depending on the type of thin film-forming raw material. The reaction temperature is preferably 100°C or higher, which is a temperature at which the thin film-forming raw material of the present invention reacts sufficiently, and more preferably 100°C to 400°C. The reaction pressure is preferably 1 Pa to 10,000 Pa, and more preferably 10 Pa to 1,000 Pa.
また、上記堆積速度は、薄膜形成用原料の供給条件(気化温度、気化圧力)、反応温度、反応圧力により制御することができる。堆積速度が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、0.01nm/分~100nm/分が好ましく、0.1nm/分~50nm/分がより好ましい。The deposition rate can be controlled by adjusting the supply conditions of the thin-film-forming raw materials (vaporization temperature, vaporization pressure), reaction temperature, and reaction pressure. A high deposition rate can result in poor thin-film properties, while a low rate can cause productivity problems. Therefore, a rate of 0.01 nm/min to 100 nm/min is preferred, with 0.1 nm/min to 50 nm/min being more preferred.
(排気工程)
前駆体薄膜を形成後、基体の表面に堆積しなかった原料ガスを堆積反応部から排気する。この際、原料ガスが堆積反応部から完全に排気されるのが理想であるが、必ずしも完全に排気する必要はない。排気方法としては、例えば、ヘリウム、窒素、アルゴン等の不活性ガスにより堆積反応部の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等が挙げられる。減圧する場合の減圧度は、0.01Pa~300Paの範囲が好ましく、0.01Pa~100Paの範囲がより好ましい。
(Exhaust process)
After the precursor thin film is formed, the source gas that has not been deposited on the surface of the substrate is exhausted from the deposition reaction zone. Ideally, the source gas is completely exhausted from the deposition reaction zone, but complete exhaust is not always necessary. Exhaust methods include, for example, purging the deposition reaction zone system with an inert gas such as helium, nitrogen, or argon, exhausting by reducing the pressure inside the system, or a combination of these. When reducing the pressure, the degree of pressure reduction is preferably in the range of 0.01 Pa to 300 Pa, and more preferably in the range of 0.01 Pa to 100 Pa.
(イットリウム含有薄膜形成工程)
イットリウム含有薄膜形成工程では、排気工程後、堆積反応部内に反応性ガスを導入し、反応性ガスの作用又は反応性ガスの作用と熱の作用とにより、前駆体薄膜、すなわち基体の表面に堆積させた上記一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物と反応性ガスとを反応させて、イットリウム含有薄膜が形成される。
(Yttrium-containing thin film formation process)
In the yttrium-containing thin film formation step, after the exhaust step, a reactive gas is introduced into the deposition reaction section, and the precursor thin film, i.e., the yttrium compound represented by the general formula (1) or (2) deposited on the surface of the substrate, is reacted with the reactive gas by the action of the reactive gas or the action of the reactive gas and the action of heat, to form the yttrium-containing thin film.
上記反応性ガスとしては、例えば、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、無水酢酸等の酸化性ガス、水素等の還元性ガス、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、アンモニア等の窒化性ガスなどが挙げられる。これらの反応性ガスは、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。本発明の薄膜の製造方法において、反応性ガスは、酸化性ガスであることが好ましく、酸素、オゾン又は水蒸気を含有するガスであることがより好ましい。反応性ガスとして酸化性ガスを用いる場合には、イットリウム含有薄膜として酸化イットリウムの薄膜が形成される。 The reactive gases include, for example, oxidizing gases such as oxygen, ozone, nitrogen dioxide, nitric oxide, water vapor, hydrogen peroxide, formic acid, acetic acid, and acetic anhydride; reducing gases such as hydrogen; organic amine compounds such as monoalkylamines, dialkylamines, trialkylamines, and alkylenediamines; and nitriding gases such as hydrazine and ammonia. These reactive gases may be used alone or in combination of two or more. In the thin film manufacturing method of the present invention, the reactive gas is preferably an oxidizing gas, and more preferably a gas containing oxygen, ozone, or water vapor. When an oxidizing gas is used as the reactive gas, a thin film of yttrium oxide is formed as the yttrium-containing thin film.
前駆体薄膜と反応性ガスとの反応において熱を用いる場合、50℃~500℃の範囲で反応させることが好ましく、100℃~400℃の範囲で反応させることがより好ましい。また、本工程が行われる際の堆積反応部における圧力は1Pa~10,000Paが好ましく、10Pa~1,000Paがより好ましい。 When heat is used to react the precursor thin film with the reactive gas, the reaction is preferably carried out at a temperature between 50°C and 500°C, and more preferably between 100°C and 400°C. Furthermore, the pressure in the deposition reaction zone during this process is preferably between 1 Pa and 10,000 Pa, and more preferably between 10 Pa and 1,000 Pa.
(排気工程)
上記イットリウム含有薄膜形成後、未反応の反応性ガス及び副生ガスを堆積反応部から排気する。この際、反応性ガス及び副生ガスが堆積反応部から完全に排気されるのが理想であるが、必ずしも完全に排気する必要はない。排気方法及び減圧する場合の減圧度は、上述した前駆体薄膜形成工程後の排気工程と同様である。
(Exhaust process)
After the formation of the yttrium-containing thin film, unreacted reactive gases and by-product gases are exhausted from the deposition reaction zone. Ideally, the reactive gases and by-product gases are completely exhausted from the deposition reaction zone, but this is not necessarily the case. The exhaust method and the degree of pressure reduction are the same as those in the exhaust step after the precursor thin film formation step described above.
以上、説明したように、原料ガス導入工程、前駆体薄膜形成工程、排気行程、イットリウム含有薄膜形成工程及び排気工程を順に行い、一連の操作による堆積を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すことで、所望の膜厚を有するイットリウム含有薄膜を製造する。ALD法を用いた薄膜の製造方法では、形成されるイットリウム含有薄膜の膜厚を、上記サイクルの回数で制御することができる。As explained above, the source gas introduction process, precursor thin film formation process, exhaust process, yttrium-containing thin film formation process, and exhaust process are carried out in sequence. This series of operations constitutes one deposition cycle, and this cycle is repeated multiple times until a thin film of the required thickness is obtained, thereby producing an yttrium-containing thin film with the desired thickness. In thin film production methods using the ALD method, the thickness of the yttrium-containing thin film formed can be controlled by the number of cycles.
また、本発明の薄膜の製造方法においては、図3及び図4に示すように、堆積反応部にプラズマ、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、原料ガス導入工程における原料ガスの導入時、前駆体薄膜を形成する際の加熱時、イットリウム含有薄膜形成工程における反応性ガスの導入時、反応性ガスと前駆体薄膜とを反応させる時、排気工程における系内の排気時などでよく、上記の各工程の間でもよい。 In addition, in the thin film manufacturing method of the present invention, as shown in Figures 3 and 4, energy such as plasma, light, or voltage may be applied to the deposition reaction zone, and a catalyst may be used. The timing of applying the energy and using the catalyst is not particularly limited, and may be, for example, when introducing the raw material gas in the raw material gas introduction step, when heating to form the precursor thin film, when introducing the reactive gas in the yttrium-containing thin film formation step, when reacting the reactive gas with the precursor thin film, when evacuating the system in the evacuation step, or between any of the above steps.
また、本発明の薄膜の製造方法においては、薄膜の形成後に、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℃~1,000℃が好ましく、250℃~500℃がより好ましい。In addition, in the thin film manufacturing method of the present invention, after the thin film is formed, annealing may be performed in an inert atmosphere, an oxidizing atmosphere, or a reducing atmosphere to obtain better electrical properties, and a reflow process may be performed if step filling is required. In this case, the temperature is preferably 200°C to 1,000°C, and more preferably 250°C to 500°C.
本発明の薄膜形成用原料を用いて製造される薄膜は、他のプリカーサ、反応性ガス及び製造条件を適宜選択することにより、メタル、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、ガラス等の基体を被覆して、所望の種類の薄膜とすることができる。本発明の薄膜は、電気特性及び光学特性に優れるため、例えば、DRAM素子に代表されるメモリー素子の電極材料、抵抗膜、ハードディスクの記録層に用いられる反磁性膜及び固体高分子形燃料電池用の触媒材料等の製造に広く用いることが可能である。 By appropriately selecting other precursors, reactive gases, and manufacturing conditions, thin films produced using the thin-film-forming raw materials of the present invention can be coated onto substrates such as metals, oxide ceramics, nitride ceramics, and glass to produce the desired type of thin film. Because the thin films of the present invention have excellent electrical and optical properties, they can be widely used in the manufacture of, for example, electrode materials for memory elements such as DRAM elements, resistive films, diamagnetic films used in the recording layers of hard disks, and catalyst materials for polymer electrolyte fuel cells.
以下、実施例等を用い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制限を受けるものではない。 The present invention will be described in more detail below using examples, etc. However, the present invention is not limited to the following examples, etc.
〔製造例1〕イットリウム化合物No.1の製造
100mLの3つ口フラスコに、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミド 1.78g(3.12mmol)及び脱水トルエン 5.8gを加え、十分に混合させた。この懸濁液に室温にて5-((2-メトキシエチル)アミノ)-4-ヘプテン-3-オン 2.02g(10.92mmol)を滴下した。85℃にて3時間撹拌後、減圧下、オイルバス130℃にて溶媒を除去した。生成したイットリウム錯体(橙色粘性液体)をフラスコに入れクーゲルロール(Kugelrohr)精製装置に接続し、加熱温度230℃、55Paにて蒸留を行い、黄色粘性液体を得た。得られた黄色粘性液体は、1H-NMR及びICP-AESによる分析の結果、イットリウム化合物No.1であることを確認した。得られた黄色粘性液体の分析結果を以下に示す。
[Production Example 1] Production of Yttrium Compound No. 1 1.78 g (3.12 mmol) of yttrium-tris-trimethylsilylamide and 5.8 g of dehydrated toluene were added to a 100 mL three-neck flask and thoroughly mixed. 2.02 g (10.92 mmol) of 5-((2-methoxyethyl)amino)-4-hepten-3-one was added dropwise to this suspension at room temperature. After stirring at 85°C for 3 hours, the solvent was removed under reduced pressure in an oil bath at 130 °C. The resulting yttrium complex (orange viscous liquid) was placed in a flask and connected to a Kugelrohr purification apparatus. Distillation was performed at a heating temperature of 230°C and 55 Pa to obtain a yellow viscous liquid. The resulting yellow viscous liquid was confirmed to be Yttrium Compound No. 1 by 1H-NMR and ICP-AES. The analytical results of the resulting yellow viscous liquid are shown below.
(1)1H-NMR(重ベンゼン)
0.993-1.031ppm(9H,triplet)、1.204-1.242ppm(9H,triplet)、2.118-2.1754ppm(6H,quartet)、2.183-2.240ppm(6H,quartet)、3.223ppm(9H,singlet)、3.477-3.501ppm(6H,triplet)、3.690-3.721ppm(6H,triplet)、4.953ppm(3H,singlet)
(1) 1H -NMR (heavy benzene)
0.993-1.031ppm (9H, triplet), 1.204-1.242ppm (9H, triplet), 2.118-2.1754ppm (6H, quartet), 2.183-2.240ppm (6H, quartet) artet), 3.223ppm (9H, singlet), 3.477-3.501ppm (6H, triplet), 3.690-3.721ppm (6H, triplet), 4.953ppm (3H, singlet)
(2)ICP-AESによる元素分析結果
Y:13.9質量%(理論値:13.66質量%)、C:55.4質量%(理論値:55.37質量%)、H:9.8質量%(理論値:9.75質量%)、N:6.4質量%(理論値:6.46質量%)、O:14.5質量%(理論値:14.76質量%)
(2) Elemental analysis results by ICP-AES Y: 13.9% by mass (theoretical value: 13.66% by mass), C: 55.4% by mass (theoretical value: 55.37% by mass), H: 9.8% by mass (theoretical value: 9.75% by mass), N: 6.4% by mass (theoretical value: 6.46% by mass), O: 14.5% by mass (theoretical value: 14.76% by mass)
〔製造例2〕イットリウム化合物No.3の製造
100mLの3つ口フラスコに、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミド 1.57g(2.76mmol)及び脱水トルエン 5.1gを加え、十分に混合させた。この懸濁液に室温にて5-((2-メトキシエチル)アミノ)-2,6-ジメチル-4-ヘプテン-3-オン 2.06g(9.66mmol)を滴下した。55℃にて5時間撹拌後、減圧下、オイルバス111℃にて溶媒を除去した。生成したイットリウム錯体(橙色粘性液体)をフラスコに入れクーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度205℃、21Paにて蒸留を行い、黄色粘性液体を得た。得られた黄色粘性液体は室温まで放冷すると黄色固体となった。得られた黄色粘性液体は、1H-NMR及びICP-AESによる分析の結果、イットリウム化合物No.3であることを確認した。得られた黄色粘性液体の分析結果を以下に示す。
[Production Example 2] Production of Yttrium Compound No. 3 1.57 g (2.76 mmol) of yttrium-tris-trimethylsilylamide and 5.1 g of dehydrated toluene were added to a 100 mL three-neck flask and thoroughly mixed. 2.06 g (9.66 mmol) of 5-((2-methoxyethyl)amino)-2,6-dimethyl-4-hepten-3-one was added dropwise to this suspension at room temperature. After stirring at 55°C for 5 hours, the solvent was removed under reduced pressure in an oil bath at 111°C. The resulting yttrium complex (orange viscous liquid) was placed in a flask and connected to a Kugelrohr purification apparatus. Distillation was performed at a heating temperature of 205°C and 21 Pa to obtain a yellow viscous liquid. The resulting yellow viscous liquid became a yellow solid when allowed to cool to room temperature. Analysis of the resulting yellow viscous liquid by 1H -NMR and ICP-AES confirmed that it was yttrium compound No. 3. The analytical results of the obtained yellow viscous liquid are shown below.
(1)1H-NMR(重ベンゼン)
1.061-1.077ppm(18H,doublet)、1.228-1.244ppm(18H,doublet)、2.403-2.505ppm(3H,septet)、2.967-3.064ppm(3H,septet)、3.213ppm(9H,singlet)、3.430-3.462ppm(6H,triplet)、3.802-3.834ppm(6H,triplet)、5.112ppm(3H,singlet)
(1) 1H -NMR (heavy benzene)
1.061-1.077ppm (18H, doublet), 1.228-1.244ppm (18H, doublet), 2.403-2.505ppm (3H, septet), 2.967-3.064ppm (3H, s eptet), 3.213ppm (9H, singlet), 3.430-3.462ppm (6H, triplet), 3.802-3.834ppm (6H, triplet), 5.112ppm (3H, singlet)
(2)ICP-AESによる元素分析結果
Y:12.3質量%(理論値:12.09質量%)、C:58.4質量%(理論値:58.84質量%)、H:10.3質量%(理論値:10.29質量%)、N:5.9質量%(理論値:5.71質量%)、O:13.1質量%(理論値:13.07質量%)
(2) Elemental analysis results by ICP-AES Y: 12.3% by mass (theoretical value: 12.09% by mass), C: 58.4% by mass (theoretical value: 58.84% by mass), H: 10.3% by mass (theoretical value: 10.29% by mass), N: 5.9% by mass (theoretical value: 5.71% by mass), O: 13.1% by mass (theoretical value: 13.07% by mass)
〔製造例3〕イットリウム化合物No.6の製造
100mLの3つ口フラスコに、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミド 1.41g(2.47mmol)及び脱水トルエン 6.8gを加え、十分に混合させた。この懸濁液に室温にて2,2,6-トリメチル-5-((1-メトキシ-2-プロピル)アミノ)-4-ヘプテン-3-オン 2.08g(8.65mmol)を滴下した。53℃にて4時間撹拌後、減圧下、オイルバス115℃にて溶媒を除去した。生成したイットリウム錯体(橙色粘状物)をフラスコに入れクーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度214℃、17Paにて蒸留を行い、黄色液体を得た。得られた黄色液体は室温まで放冷すると黄色ガラス状固体となった。ICP発光分光法による元素分析の結果、イットリウム化合物No.6であることを確認した。
[Production Example 3] Production of Yttrium Compound No. 6 1.41 g (2.47 mmol) of yttrium-tris-trimethylsilylamide and 6.8 g of dehydrated toluene were added to a 100 mL three-neck flask and thoroughly mixed. 2.08 g (8.65 mmol) of 2,2,6-trimethyl-5-((1-methoxy-2-propyl)amino)-4-hepten-3-one was added dropwise to this suspension at room temperature. After stirring at 53°C for 4 hours, the solvent was removed under reduced pressure in an oil bath at 115°C. The resulting yttrium complex (orange viscous substance) was placed in a flask and connected to a Kugelrohr purification apparatus. Distillation was performed at a heating temperature of 214°C and 17 Pa to obtain a yellow liquid. The resulting yellow liquid became a yellow glassy solid when allowed to cool to room temperature. Elemental analysis by ICP emission spectroscopy confirmed that the resulting product was yttrium compound No. 6.
(1)ICP-AESによる元素分析結果
Y:10.8質量%(理論値:10.85質量%)、C:61.7質量%(理論値:61.58質量%)、H:10.5質量%(理論値:10.71質量%)、N:5.2質量%(理論値:5.14質量%)、O:11.8質量%(理論値:11.72質量%)
(1) Elemental analysis results by ICP-AES Y: 10.8% by mass (theoretical value: 10.85% by mass), C: 61.7% by mass (theoretical value: 61.58% by mass), H: 10.5% by mass (theoretical value: 10.71% by mass), N: 5.2% by mass (theoretical value: 5.14% by mass), O: 11.8% by mass (theoretical value: 11.72% by mass)
〔製造例4〕イットリウム化合物No.15の製造
100mLの3つ口フラスコに、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミド 1.65g(2.90mmol)及び脱水トルエン 8.0gを加え、十分に混合させた。この懸濁液に室温にて5-アミノ-1-メトキシ-2,2,6-トリメチル-4-ヘプテン-3-オン 2.02g(10.2mmol)を滴下した。86℃にて5時間撹拌後、減圧下、オイルバス120℃にて溶媒を除去した。生成したイットリウム錯体(赤褐色粘状物)をフラスコに入れクーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度210℃、23Paにて蒸留を行い、黄色液体を得た。得られた黄色液体は室温まで放冷して黄色固体を得た。得られた黄色固体は、1H-NMR及びICP-AESによる分析の結果、イットリウム化合物No.15であることを確認した。得られた黄色固体の分析結果を以下に示す。
[Production Example 4] Production of Yttrium Compound No. 15 1.65 g (2.90 mmol) of yttrium-tris-trimethylsilylamide and 8.0 g of dehydrated toluene were added to a 100 mL three-neck flask and thoroughly mixed. 2.02 g (10.2 mmol) of 5-amino-1-methoxy-2,2,6-trimethyl-4-hepten-3-one was added dropwise to this suspension at room temperature. After stirring at 86°C for 5 hours, the solvent was removed under reduced pressure in an oil bath at 120°C. The resulting yttrium complex (reddish-brown viscous substance) was placed in a flask and connected to a Kugelrohr purification apparatus. Distillation was performed at a heating temperature of 210°C and 23 Pa to obtain a yellow liquid. The resulting yellow liquid was allowed to cool to room temperature to obtain a yellow solid. The resulting yellow solid was confirmed to be Yttrium Compound No. 15 by 1H -NMR and ICP-AES analysis. The analytical results of the obtained yellow solid are shown below.
(1)1H-NMR(重ベンゼン)
0.908ppm(18H,broad)、1.393ppm(18H,singlet)、2.079ppm(3H,singlet)、3.239ppm(9H,singlet)、3.525ppm(6H,singlet)、5.269ppm(3H,singlet)、7.378ppm(3H,broad)
(1) 1H -NMR (heavy benzene)
0.908ppm (18H, broad), 1.393ppm (18H, singlet), 2.079ppm (3H, singlet), 3.239ppm ( 9H, singlet), 3.525ppm (6H, singlet), 5.269ppm (3H, singlet), 7.378ppm (3H, broad)
(2)ICP-AESによる元素分析結果
Y:12.8質量%(理論値:12.83質量%)、C:57.5質量%(理論値:57.21質量%)、H:10.0質量%(理論値:10.03質量%)、N:6.1質量%(理論値:6.07質量%)、O:13.6質量%(理論値:13.86質量%)
(2) Elemental analysis results by ICP-AES Y: 12.8% by mass (theoretical value: 12.83% by mass), C: 57.5% by mass (theoretical value: 57.21% by mass), H: 10.0% by mass (theoretical value: 10.03% by mass), N: 6.1% by mass (theoretical value: 6.07% by mass), O: 13.6% by mass (theoretical value: 13.86% by mass)
〔製造例5〕比較化合物1の製造
100mLの3つ口フラスコに、イットリウム-トリス-トリメチルシリルアミド 2.44g(4.28mmol)及び脱水トルエン 7.9gを加え、十分に混合させた。この懸濁液に室温にて5-アミノ-4-ヘプテン-3-オン1.91g(15.0mmol)を滴下した。87℃にて3時間撹拌後、減圧下、オイルバス111℃にて溶媒を除去した。生成したイットリウム錯体(橙色粘性液体)をフラスコに入れクーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度215℃、50Paにて蒸留を行い、黄色粘性液体を得た。得られた黄色粘性液体は室温まで放冷して黄色固体を得た。得られた黄色固体について、1H-NMR及びICP-AESによる分析の結果、下記に示す比較化合物1であることを確認した。得られた黄色固体の分析結果を以下に示す。
[Preparation Example 5] Preparation of Comparative Compound 1 2.44 g (4.28 mmol) of yttrium-tris-trimethylsilylamide and 7.9 g of dehydrated toluene were added to a 100 mL three-neck flask and mixed thoroughly. 1.91 g (15.0 mmol) of 5-amino-4-hepten-3-one was added dropwise to this suspension at room temperature. After stirring at 87°C for 3 hours, the solvent was removed under reduced pressure in an oil bath at 111°C. The resulting yttrium complex (orange viscous liquid) was placed in a flask and connected to a Kugelrohr purification apparatus. Distillation was performed at a heating temperature of 215°C and 50 Pa to obtain a yellow viscous liquid. The resulting yellow viscous liquid was allowed to cool to room temperature to obtain a yellow solid. The resulting yellow solid was analyzed by 1H -NMR and ICP-AES, and was confirmed to be Comparative Compound 1 shown below. The analytical results of the resulting yellow solid are shown below.
(1)1H-NMR(重ベンゼン)
0.879-0.916ppm(9H,triplet)、1.232-1.270ppm(9H,triplet)、1.919-1.976ppm(6H,quartet)、2.306-2.363ppm(6H,quartet)、5.025-5.030ppm(3H,doublet)、7.614ppm(3H,singlet)
(1) 1H -NMR (heavy benzene)
0.879-0.916ppm (9H, triplet), 1.232-1.270ppm (9H, triplet), 1.919-1.976ppm (6H, quart et), 2.306-2.363ppm (6H, quartet), 5.025-5.030ppm (3H, doublet), 7.614ppm (3H, singlet)
(2)ICP-AESによる元素分析結果
Y:18.9質量%(理論値:18.66質量%)、C:52.8質量%(理論値:52.93質量%)、H:9.4質量%(理論値:9.51質量%)、N:8.7質量%(理論値:8.82質量%)、O:10.2質量%(理論値:10.08質量%)
(2) Elemental analysis results by ICP-AES Y: 18.9% by mass (theoretical value: 18.66% by mass), C: 52.8% by mass (theoretical value: 52.93% by mass), H: 9.4% by mass (theoretical value: 9.51% by mass), N: 8.7% by mass (theoretical value: 8.82% by mass), O: 10.2% by mass (theoretical value: 10.08% by mass)
上記製造例1~5で製造したイットリウム化合物No.1、No.3、No.6、No.15及び比較化合物1を用いて、下記の評価を行った。 The following evaluations were carried out using yttrium compounds No. 1, No. 3, No. 6, and No. 15 produced in Production Examples 1 to 5 above, and comparative compound 1.
(1)融点評価
目視によって、常圧25℃における化合物の状態を観察し、固体化合物については、示差走査熱量計DSCを用いて、昇温速度10℃/分、走査温度範囲を30℃~600℃として測定し、得られたチャートにおいて、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、吸熱反応を示すピークの低温側の曲線に勾配が最大になる点で引いた接線の交点の温度を融点として評価した。結果を表1に示す。
(1) Melting Point Evaluation The state of the compound at normal pressure and 25°C was visually observed, and for solid compounds, measurements were performed using a differential scanning calorimeter (DSC) at a heating rate of 10°C/min over a scanning temperature range of 30°C to 600°C. In the obtained chart, the melting point was evaluated as the temperature at the intersection of a straight line extending the low-temperature baseline toward the high-temperature side and a tangent drawn at the point where the gradient is maximum on the curve on the low-temperature side of the peak indicating an endothermic reaction. The results are shown in Table 1.
(2)減圧TG-DTA50質量%減少時の温度(℃)
TG-DTAを用いて、10Torr、アルゴン流量50mL/分、昇温速度10℃/分、走査温度範囲を30℃~600℃として測定し、試験化合物の質量が50質量%減少した時の温度(℃)を「減圧TG-DTA50質量%減少時の温度(℃)」として評価した。減圧TG-DTA50質量%減少時の温度(℃)が低いほど、低温で蒸気が得られることを示す。結果を表1に示す。
(2) Temperature (°C) at 50% mass loss in reduced pressure TG-DTA
Measurements were performed using TG-DTA at 10 Torr, an argon flow rate of 50 mL/min, a heating rate of 10°C/min, and a scanning temperature range of 30°C to 600°C. The temperature (°C) at which the mass of the test compound had decreased by 50% by mass was evaluated as the "temperature (°C) at which the mass of the test compound had decreased by 50% by mass in reduced pressure TG-DTA." A lower temperature (°C) at which the mass of the test compound had decreased by 50% by mass in reduced pressure TG-DTA indicates that vapor can be obtained at a lower temperature. The results are shown in Table 1.
(3)熱分解開始温度(℃)
示差走査熱量計DSCを用いて、昇温速度10℃/分、走査温度範囲を30℃~600℃として測定したDSCチャートにおいて、発熱又は吸熱の開始点を熱分解開始温度(℃)として評価した。結果を表1に示す。
(3) Thermal decomposition start temperature (°C)
A differential scanning calorimeter (DSC) was used to measure the temperature at a rate of 10°C/min over a scanning temperature range of 30°C to 600°C. The starting point of exothermic or endothermic events in the DSC chart was evaluated as the thermal decomposition starting temperature (°C). The results are shown in Table 1.
表1より、比較化合物1は、熱分解開始温度が267℃であり、熱安定性に乏しく薄膜形成用原料として、満足できるものではなかった。 As can be seen from Table 1, comparative compound 1 had a thermal decomposition onset temperature of 267°C, and was poor in thermal stability, making it unsatisfactory as a raw material for forming thin films.
これに対して、イットリウム化合物No.1、No.3、No.6及びNo.15は、低融点でありながら熱分解開始温度が300℃以上であり、優れた熱安定性を有することが確認できた。また、これらのイットリウム化合物は、減圧TG-DTA50質量%減少時の温度が230℃近傍であり、低い温度で蒸気が得られることが確認できた。これらの結果より、一般式(1)又は(2)で表されるイットリウム化合物は、薄膜形成用原料として有用であることが確認できた。なお、実施例3の化合物No.6の外観は、水ガラスに類似し流動性はなかった。In contrast, yttrium compounds No. 1, No. 3, No. 6, and No. 15 had low melting points but thermal decomposition onset temperatures of 300°C or higher, demonstrating excellent thermal stability. Furthermore, these yttrium compounds exhibited a 50% mass loss in reduced-pressure TG-DTA at temperatures of approximately 230°C, demonstrating that vapor can be obtained at low temperatures. These results confirm that yttrium compounds represented by general formula (1) or (2) are useful as raw materials for forming thin films. Compound No. 6 of Example 3 had an appearance similar to water glass and lacked fluidity.
〔実施例5〕ALD法による薄膜の製造
イットリウム化合物No.15を薄膜形成用原料として用い、図1のALD装置を用い、下記の条件で、基体である二酸化ケイ素上に薄膜を製造した。X線光電子分光法を用いて薄膜の組成を分析したところ、薄膜は、イットリウム酸化物を含有する薄膜であり、残留炭素量は、検出限界である0.01atom%よりも少ないことを確認した。また、X線反射率法を用いて薄膜の膜厚を測定したところ、基体上に形成された薄膜は、膜厚20nmの平滑な膜であり、1サイクル当たりに得られる膜厚は、約0.05nmであった。
Example 5: Thin Film Production by ALD Using yttrium compound No. 15 as a thin film-forming raw material, a thin film was produced on a silicon dioxide substrate using the ALD apparatus shown in Figure 1 under the following conditions. Analysis of the thin film composition using X-ray photoelectron spectroscopy confirmed that the thin film contained yttrium oxide and that the residual carbon content was less than the detection limit of 0.01 atom%. Furthermore, measurement of the thin film thickness using X-ray reflectivity revealed that the thin film formed on the substrate was a smooth film with a thickness of 20 nm, and the film thickness obtained per cycle was approximately 0.05 nm.
(条件)
製造方法:ALD法
反応温度(基体温度):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、400サイクル繰り返した。
(1)原料容器温度200℃、原料容器内圧力100Paの条件で薄膜形成用原料を気化して得られる原料ガスを成膜チャンバー内に導入し、系圧100Paで10秒間、基体表面に原料ガス中のイットリウム化合物を堆積させて前駆体薄膜を形成する。
(2)15秒間のアルゴンパージにより、堆積しなかった原料ガスを系内から排気する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバー内に導入し、系圧力100Paで10秒間、前駆体薄膜と反応性ガスとを反応させる。
(4)15秒間のアルゴンパージにより、未反応の反応性ガス及び副生ガスを系内から排気する。
(conditions)
Production method: ALD method Reaction temperature (substrate temperature): 300°C
Reactive gas: ozone (process)
A series of steps (1) to (4) below constituted one cycle, and 400 cycles were repeated.
(1) A source gas obtained by vaporizing a thin film-forming source material under conditions of a source container temperature of 200°C and a source container internal pressure of 100 Pa is introduced into a film-forming chamber, and an yttrium compound in the source gas is deposited on the substrate surface at a system pressure of 100 Pa for 10 seconds to form a precursor thin film.
(2) Undeposited source gas is purged from the system by argon purging for 15 seconds.
(3) A reactive gas is introduced into the film-forming chamber, and the precursor thin film is reacted with the reactive gas at a system pressure of 100 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted reactive gases and by-product gases are purged from the system by argon purging for 15 seconds.
〔実施例6〕ALD法による薄膜の製造
イットリウム化合物No.3を薄膜形成用原料として用い、図1のALD装置を用い、下記の条件で、基体である二酸化ケイ素上に薄膜を製造した。X線光電子分光法を用いて薄膜の組成を分析したところ、薄膜は、イットリウム酸化物を含有する薄膜であり、残留炭素量は、検出限界である0.01atom%よりも少ないことを確認した。また、X線反射率法を用いて薄膜の膜厚を測定したところ、基体上に形成された薄膜は、膜厚16nmの平滑な膜であり、1サイクル当たりに得られる膜厚は、約0.04nmであった。
Example 6: Thin Film Production by ALD Method Using yttrium compound No. 3 as a thin film forming source, a thin film was produced on a silicon dioxide substrate using the ALD apparatus shown in Figure 1 under the following conditions. Analysis of the thin film composition using X-ray photoelectron spectroscopy confirmed that the thin film contained yttrium oxide and that the residual carbon content was less than the detection limit of 0.01 atom%. Furthermore, measurement of the thin film thickness using X-ray reflectivity revealed that the thin film formed on the substrate was a smooth film with a thickness of 16 nm, and the film thickness obtained per cycle was approximately 0.04 nm.
(条件)
製造方法:ALD法
反応温度(基体温度):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、400サイクル繰り返した。
(1)原料容器温度200℃、原料容器内圧力100Paの条件で薄膜形成用原料を気化して得られる原料ガスを成膜チャンバー内に導入し、系圧100Paで10秒間、基体表面に原料ガス中のイットリウム化合物を堆積させて前駆体薄膜を形成する。
(2)15秒間のアルゴンパージにより、堆積しなかった原料ガスを系内から排気する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバー内に導入し、系圧力100Paで10秒間、前駆体薄膜と反応性ガスとを反応させる。
(4)15秒間のアルゴンパージにより、未反応の反応性ガス及び副生ガスを系内から排気する。
(conditions)
Production method: ALD method Reaction temperature (substrate temperature): 300°C
Reactive gas: ozone (process)
A series of steps (1) to (4) below constituted one cycle, and 400 cycles were repeated.
(1) A source gas obtained by vaporizing a thin film-forming source material under conditions of a source container temperature of 200°C and a source container internal pressure of 100 Pa is introduced into a film-forming chamber, and an yttrium compound in the source gas is deposited on the substrate surface at a system pressure of 100 Pa for 10 seconds to form a precursor thin film.
(2) Undeposited source gas is purged from the system by argon purging for 15 seconds.
(3) A reactive gas is introduced into the film-forming chamber, and the precursor thin film is reacted with the reactive gas at a system pressure of 100 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted reactive gases and by-product gases are purged from the system by argon purging for 15 seconds.
〔比較例2〕ALD法による薄膜の製造
比較化合物1を薄膜形成用原料として用いたこと以外は、実施例5と同一条件で、基体である二酸化ケイ素上に薄膜を製造した。X線電子分光法を用いて薄膜の組成を分析したところ、薄膜は、イットリウム酸化物を含有する薄膜であったが、残留炭素が検出された。また、走査型電子顕微鏡法を用いて薄膜の状態を観察したところ、基体上に形成された薄膜は平滑ではなく、膜厚を計測できなかった。
Comparative Example 2: Production of Thin Film by ALD Method A thin film was produced on a silicon dioxide substrate under the same conditions as in Example 5, except that Comparative Compound 1 was used as the thin film-forming raw material. When the composition of the thin film was analyzed using X-ray electron spectroscopy, it was found that the thin film contained yttrium oxide, but residual carbon was detected. Furthermore, when the state of the thin film was observed using a scanning electron microscope, it was found that the thin film formed on the substrate was not smooth, and the film thickness could not be measured.
以上より、本発明のイットリウム化合物を含有する薄膜形成用原料は、融点が低く、低い温度で蒸気が得られ、且つ熱安定性に優れている。そのため、本発明の薄膜形成用原料を用いて薄膜を製造した場合、残留炭素量が少ない高品質なイットリウム含有薄膜を製造することができる。 From the above, the thin film-forming raw material containing the yttrium compound of the present invention has a low melting point, can produce vapor at low temperatures, and has excellent thermal stability. Therefore, when a thin film is produced using the thin film-forming raw material of the present invention, a high-quality yttrium-containing thin film with a low amount of residual carbon can be produced.
Claims (6)
前記原料ガス中のイットリウム化合物を前記基体の表面に堆積させて前駆体薄膜を形成する工程と、
反応性ガスを前記成膜チャンバー内に導入し、前記前駆体薄膜と前記反応性ガスとを反応させて、前記基体の表面にイットリウム原子を含有する薄膜を形成する工程と
を含む薄膜の製造方法。 a step of introducing a raw material gas obtained by vaporizing the thin film forming raw material according to claim 1 or 2 into a film formation chamber in which a substrate is placed;
depositing an yttrium compound in the source gas on the surface of the substrate to form a precursor thin film;
introducing a reactive gas into the film formation chamber, and reacting the precursor thin film with the reactive gas to form a thin film containing yttrium atoms on the surface of the substrate.
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