CN112004959A - 原子层沉积法用薄膜形成用原料以及薄膜的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明使用含有下述通式(1)所示的镁化合物的原子层沉积法用薄膜形成用原料,在基体的表面生产率良好地制造含有镁原子的薄膜。(式中,R1表示异丙基、仲丁基或叔丁基。)

Description

原子层沉积法用薄膜形成用原料以及薄膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种含有具有特定结构的镁化合物的原子层沉积法用薄膜形成用原料以及使用该原料的薄膜的制造方法。
背景技术
镁被用作用于构成化合物半导体的成分,作为用于制造这些薄膜的薄膜形成用原料,报告了各种原料。
作为薄膜的制造法,例如可列举出:溅射法、离子镀法、涂布热分解法、溶胶凝胶法等MOD(Metal Organic Deposition:金属有机沉积)法、CVD(Chemical VapourDeposition:化学气相沉积)法等。在这些制造法中,由于具有组成控制性和台阶覆盖性(step coverage)优异、适于量产化、能混合集成(hybrid integration)等许多优点,因此原子层沉积法(有时也称为ALD法)是最佳的制造工艺。
虽然报告了各种能用于CVD法和ALD法之类的气相薄膜形成法的材料,但能应用于ALD法的薄膜形成用原料需要具有被称为ALD窗口的温度区域,该温度区域需要足够宽。因此,即使是能用于CVD法的薄膜形成用原料,很多情况下也不适于ALD法的情况是本技术领域的技术常识。
作为用于CVD法的镁化合物,在专利文献1中,公开了以双(取代环戊二烯基)镁为主要成分的气相沉积用镁原料。此外,在专利文献2中,公开了能用于CVD法、ALD法的各种镁化合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平07-074108号公报
专利文献2:美国专利申请公开第2012/308739号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
对原子层沉积法用薄膜形成用原料要求热稳定性优异、能在低温下与反应性气体反应而生产率良好地制造薄膜。然而,在专利文献1中,没有与ALD法相关的记载,对于是否能将该镁化合物应用于ALD法没有具体记载。在专利文献2中,虽然列举出各种镁化合物和公知的薄膜形成方法,但仅记载有将该镁化合物应用于CVD法的具体例子。
因此,本发明的目的在于提供一种热稳定性优异、能在低温下与反应性气体反应而生产率良好地制造含镁薄膜的原子层沉积法用薄膜形成用原料以及使用该原料的薄膜的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等进行了反复研究,其结果发现了:含有具有特定结构的镁化合物的原子层沉积法用薄膜形成用原料能解决上述问题,从而完成了本发明。
即,本发明是一种原子层沉积法用薄膜形成用原料,其含有下述通式(1)所示的镁化合物。
Figure BDA0002733057090000021
(式中,R1表示异丙基、仲丁基或叔丁基。)
此外,本发明是一种薄膜的制造方法,是在基体的表面制造含有镁原子的薄膜的方法,其包括:使含有上述通式(1)所示的镁化合物的原子层沉积法用薄膜形成用原料气化,使其沉积于所述基体的表面而形成前体薄膜的工序;以及使所述前体薄膜与反应性气体反应而在所述基体的表面形成含有镁原子的薄膜的工序。
发明效果
根据本发明,能提供一种热稳定性优异、能在低温下与反应性气体反应而生产率良好地制造含镁原子的薄膜的原子层沉积法用薄膜形成用原料。此外,根据本发明,能提供一种通过原子层沉积法来生产率良好地制造含镁薄膜的方法。
附图说明
图1是表示在本发明的薄膜的制造方法中使用的原子层沉积法用装置的一个例子的概略图。
图2是表示在本发明的薄膜的制造方法中使用的原子层沉积法用装置的另一例子的概略图。
图3是表示在本发明的薄膜的制造方法中使用的原子层沉积法用装置的又一例子的概略图。
图4是表示在本发明的薄膜的制造方法中使用的原子层沉积法用装置的又一例子的概略图。
具体实施方式
本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料的特征在于,含有上述通式(1)所示的镁化合物。
在上述通式(1)中,R1表示异丙基、仲丁基或叔丁基。多个R1可以分别相同,也可以不同。
就在上述通式(1)中,R1为仲丁基或叔丁基的化合物而言,熔点低、热稳定性高、能在低温下与氧化性气体反应而生产率良好地形成含有镁的薄膜的效果特别高,因此优选。其中,在上述通式(1)中,R1为仲丁基的化合物的这些效果特别高,因此特别优选。
作为上述通式(1)所示的镁化合物的具体例子,可列举出下述化合物No.1~No.3。
Figure BDA0002733057090000041
上述通式(1)所示的镁化合物不受其制造方法特别限制,可以通过众所周知的合成方法来制造。例如,可以通过使烷基氯化镁与1,4-二恶烷与烷基环戊二烯反应的方法、使镁与烷基环戊二烯反应的方法等来制造。具体而言,可以将正丁基氯化镁、1,4-二恶烷以及仲丁基环戊二烯用作原料,通过下述式(2)所示的反应来制造化合物No.2。
Figure BDA0002733057090000042
此外,可以将镁和异丙基环戊二烯用作原料,通过下述式(3)所示的反应来制造化合物No.1。
Figure BDA0002733057090000043
本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料含有上述通式(1)所示的镁化合物即可,其组成根据目标的薄膜的种类而不同。例如,在制造仅包含镁作为金属的薄膜的情况下,本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料不含有上述通式(1)所示的镁化合物以外的金属化合物和半金属化合物。另一方面,在制造包含镁和镁以外的金属和/或半金属的薄膜的情况下,本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料除了上述通式(1)所示的镁化合物之外,还可以含有包含镁以外的金属的化合物和/或包含半金属的化合物(以下,也称为其他前体)。如后所述,本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料还可以进一步含有有机溶剂和/或亲核性试剂。
本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料的形态根据使用的原子层沉积法的输送供给方法等方式来适当选择。
作为上述的输送供给方法,有气体输送法和液体输送法,气体输送法通过在储存有本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料的容器(以下,有时也简称为“原料容器”)中进行加热和/或减压来使该原料气化而形成蒸气,将该蒸气与根据需要使用的氩、氮、氦等载气一起导入至设置有基体的成膜室内(以下,有时也记载为“沉积反应部”),液体输送法通过将本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料以液体或溶液的状态输送至气化室,并在气化室进行加热和/或减压来使其气化而形成蒸气,将该蒸气导入至成膜室内。在气体输送法的情况下,能将上述通式(1)所示的镁化合物本身作为原子层沉积法用薄膜形成用原料。在液体输送法的情况下,能将上述通式(1)所示的镁化合物本身或将该镁化合物溶于有机溶剂而成的溶液作为原子层沉积法用薄膜形成用原料。这些原子层沉积法用薄膜形成用原料还可以进一步包含其他前体、亲核性试剂等。
此外,在多成分体系的ALD法中,有以下方法:各成分独立地气化、供给原子层沉积法用薄膜形成用原料的方法(以下,有时也记载为“单源法”);以及预先将多成分原料以所期望的组成进行混合而形成混合原料,气化、供给混合原料的方法(以下,有时也记载为“混合源(cocktail source)法”)。在混合源法的情况下,能将上述通式(1)所示的镁化合物与其他前体的混合物或将该混合物溶于有机溶剂而形成的混合溶液作为原子层沉积法用薄膜形成用原料。该混合物、混合溶液还可以进一步包含亲核性试剂等。
作为上述的有机溶剂,不受特别限制,可以使用众所周知一般的有机溶剂。作为该有机溶剂,例如可列举出:乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲氧基乙酯等乙酸酯类;四氢呋喃、四氢吡喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二丁醚、二恶烷等醚类;甲基丁基酮、甲基异丁基酮、乙基丁基酮、二丙基酮、二异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮、甲基环己酮等酮类;己烷、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、乙基环己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯等烃类;1-氰基丙烷、1-氰基丁烷、1-氰基己烷、氰基环己烷、氰基苯、1,3-二氰基丙烷、1,4-二氰基丁烷、1,6-二氰基己烷、1,4-二氰基环己烷、1,4-二氰基苯等具有氰基的烃类;吡啶、二甲基吡啶等。这些有机溶剂可以根据溶质的溶解性、使用温度与沸点、闪点的关系等单独使用或混合使用两种以上。在使用这些有机溶剂的情况下,作为将前体溶于有机溶剂而成的溶液的原料中的前体整体的量为0.01摩尔/升~2.0摩尔/升,特别优选为0.05摩尔/升~1.0摩尔/升。在本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料不含有上述通式(1)所示的镁化合物以外的金属化合物和半金属化合物的情况下,前体整体的量是指该镁化合物的量,在本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料除了该镁化合物以外还含有包含其他金属的化合物和/或包含半金属的化合物(其他前体)的情况下,前体整体的量是指该镁化合物和其他前体的合计量。
此外,在多成分体系的ALD法的情况下,作为与上述通式(1)所示的镁化合物一起使用的其他前体不受特别限制,可以使用在原子层沉积法用薄膜形成用原料中使用的众所周知一般的前体。
作为上述的其他前体,可列举出:选自由将醇化合物、二醇化合物、β-二酮化合物、环戊二烯化合物、有机胺化合物等用作有机配体的化合物构成的组中的一种或两种以上与硅、金属的化合物。此外,作为前体的金属种类,可列举出:锂、钠、钾、钙、锶、钡、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钌、钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锌、铝、镓、铟、锗、锡、铅、锑、铋、钪、钌、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。
作为用作上述的其他前体的有机配体的醇化合物,可列举出:甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、异戊醇、叔戊醇等烷基醇类;2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-甲氧基-1-甲基乙醇、2-甲氧基-1,1-二甲基乙醇、2-乙氧基-1,1-二甲基乙醇、2-异丙氧基-1,1-二甲基乙醇、2-丁氧基-1,1-二甲基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)-1,1-二甲基乙醇、2-丙氧基-1,1-二乙基乙醇、2-s-丁氧基-1,1-二乙基乙醇、3-甲氧基-1,1-二甲基丙醇等醚醇类;二甲基氨基乙醇、乙基甲基氨基乙醇、二乙基氨基乙醇、二甲基氨基-2-戊醇、乙基甲基氨基-2-戊醇、二甲基氨基-2-甲基-2-戊醇、乙基甲基氨基-2-甲基-2-戊醇、二乙基氨基-2-甲基-2-戊醇等二烷基氨基醇类;等。
作为用作上述的其他前体的有机配体的二醇化合物,可列举出:1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,4-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-丁二醇、2,2-二乙基-1,3-丁二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-己二醇、2,4-二甲基-2,4-戊二醇等。
此外,作为β-二酮化合物,可列举出:乙酰丙酮、己烷-2,4-二酮、5-甲基己烷-2,4-二酮、庚烷-2,4-二酮、2-甲基庚烷-3,5-二酮、5-甲基庚烷-2,4-二酮、6-甲基庚烷-2,4-二酮、2,2-二甲基庚烷-3,5-二酮、2,6-二甲基庚烷-3,5-二酮、2,2,6-三甲基庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基庚烷-3,5-二酮、辛烷-2,4-二酮、2,2,6-三甲基辛烷-3,5-二酮、2,6-二甲基辛烷-3,5-二酮、2,9-二甲基壬烷-4,6-二酮、2-甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮、2,2-二甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮等烷基取代β-二酮类;1,1,1-三氟戊烷-2,4-二酮、1,1,1-三氟-5,5-二甲基己烷-2,4-二酮、1,1,1,5,5,5-六氟戊烷-2,4-二酮、1,3-二全氟己基丙烷-1,3-二酮等氟取代烷基β-二酮类;1,1,5,5-四甲基-1-甲氧基己烷-2,4-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-甲氧基庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-(2-甲氧基乙氧基)庚烷-3,5-二酮等醚取代β-二酮类等。
此外,作为环戊二烯化合物,可列举出:环戊二烯、甲基环戊二烯、乙基环戊二烯、丙基环戊二烯、异丙基环戊二烯、丁基环戊二烯、仲丁基环戊二烯、异丁基环戊二烯、叔丁基环戊二烯、二甲基环戊二烯、四甲基环戊二烯等,作为用作上述的有机配体的有机胺化合物,可列举出:甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、仲丁胺、叔丁胺、异丁胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二异丙胺、乙基甲基胺、丙基甲基胺、异丙基甲基胺等。
上述的其他前体是在本技术领域中公知的物质,其制造方法也是公知的。若列举出制造方法的一个例子,例如,在将醇化合物用作有机配体的情况下,可以通过使先前叙述的金属的无机盐或其水合物与该醇化合物的碱金属醇盐反应来制造前体。在此,作为金属的无机盐或其水合物,可列举出:金属的卤化物、硝酸盐等,作为碱金属醇盐,可列举出:醇钠、醇锂、醇钾等。
在单源法的情况下,作为上述的其他前体,优选热和/或氧化分解的行为与上述通式(1)所示的镁化合物类似的化合物。在混合源法的情况下,作为上述的其他前体,优选除了热和/或氧化分解的行为与上述通式(1)所示的镁化合物类似以外,在混合时还不会引起化学反应等导致的变质的化合物。
此外,对于本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料,为了根据需要提高上述通式(1)所示的镁化合物和其他前体的稳定性,也可以含有亲核性试剂。作为该亲核性试剂,可列举出:甘醇二甲醚(glyme)、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚等乙二醇醚类;18-冠-6、二环己基-18-冠-6、24-冠-8、二环己基-24-冠-8、二苯并-24-冠-8等冠醚类;乙二胺、N,N’-四甲基乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺、三乙氧基三亚乙基胺等多胺类;环拉胺(cyclam)、轮环藤宁(cyclen)等环状多胺类;吡啶、吡咯烷、哌啶、吗啉、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-甲基吗啉、四氢呋喃、四氢吡喃、1,4-二恶烷、恶唑、噻唑、氧硫杂环戊烷(oxathiolane)等杂环化合物类;乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸-2-甲氧基乙酯等β-酮酯类;或乙酰丙酮、2,4-己烷二酮、2,4-庚烷二酮、3,5-庚烷二酮、二叔戊酰甲烷等β-二酮类。这些亲核性试剂的使用量相对于前体整体的量1摩尔优选在0.1摩尔~10摩尔的范围,更优选在1摩尔~4摩尔的范围。
在本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料中,尽量不含有构成该原料的成分以外的杂质金属元素成分、杂质氯等杂质卤素成分以及杂质有机成分。杂质金属元素成分按每种元素计优选为100ppb以下,更优选为10ppb以下,按总量计优选为1ppm以下,更优选为100ppb以下。特别是,在用作LSI(Large Scale Integration:大规模集成电路)的栅极绝缘膜、栅极膜、阻挡层的情况下,需要使对所得到的薄膜的电特性有影响的碱金属元素和碱土金属元素的含量减少。杂质卤素成分优选为100ppm以下,更优选为10ppm以下,最优选为1ppm以下。杂质有机成分按总量计优选为500ppm以下,更优选为50ppm以下,最优选为10ppm以下。此外,由于水分成为原子层沉积法用薄膜形成用原料中的颗粒产生、薄膜形成中的颗粒产生的原因,因此,对于前体、有机溶剂以及亲核性试剂而言,为了减少各自的水分,在使用时预先尽可能地去除水分为好。前体、有机溶剂以及亲核性试剂各自的水分量优选为10ppm以下,更优选为1ppm以下。
此外,对于本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料而言,为了减少或防止所形成的薄膜的颗粒污染,优选尽量不包含颗粒。具体而言,在液相中利用光散射式液体中粒子检测器进行的颗粒测定中,优选大于0.3μm的粒子的数量在液相1mL中为100个以下,更优选大于0.2μm的粒子的数量在液相1mL中为1000个以下,最优选大于0.2μm的粒子的数量在液相1mL中为100个以下。
本发明的薄膜的制造方法的特征在于,是在基体的表面制造含有镁原子的薄膜的方法,包括:使上述原子层沉积法用薄膜形成用原料气化,使其沉积于基体的表面而形成前体薄膜的工序;以及使前体薄膜与反应性气体反应而在基体的表面形成含有镁原子的薄膜的工序。
作为上述基体的材质,例如可列举出:硅;氮化硅、氮化钛、氮化钽、氧化钛、氮化钛、氧化钌、氧化锆、氧化铪、氧化镧等陶瓷;玻璃;金属钴等金属。作为基体的形状,可列举出:板状、球状、纤维状、鳞片状。基体表面可以为平面,也可以为沟槽(trench)结构等三维结构。
此外,作为将通过使上述原子层沉积法用薄膜形成用原料气化而得到的蒸气导入至设置有基体的成膜室内的方法,可列举出前述的气体输送法、液体输送法、单源法、混合源法等。
作为上述反应性气体,例如可列举出:氧、臭氧、二氧化氮、一氧化氮、水蒸气、过氧化氢、甲酸、乙酸、乙酸酐等氧化性气体;氢等还原性气体;单烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、亚烷基二胺等有机胺化合物;肼、氨等氮化性气体;等。这些反应性气体可以单独使用或也可以混合使用两种以上。其中,本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料具有在特别低的温度下与氧化性气体反应的性质,特别是在低温下与臭氧和水蒸气反应。从每一个循环得到的膜厚较厚、能生产率良好地制造薄膜的观点考虑,作为反应性气体,优选使用含有臭氧或水蒸气的气体,更优选使用含有水蒸气的气体。
作为上述制造条件,进一步可列举出使原子层沉积法用薄膜形成用原料气化而成为蒸气时的温度和压力。使原子层沉积法用薄膜形成用原料气化而成为蒸气的工序可以在原料容器内进行,也可以在气化室内进行。无论在哪种情况下,本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料均优选在0℃~200℃下蒸发。此外,在原料容器内或气化室内使原子层沉积法用薄膜形成用原料气化而成为蒸气的情况下,原料容器内的压力和气化室内的压力均优选为1Pa~10000Pa。
此外,作为本发明的薄膜的制造方法中的制造条件,没有特别限定,但可以是,例如,反应温度(基体温度)、反应压力、沉积速度等根据所期望的薄膜的厚度、种类来适当决定。对于反应温度,优选作为本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料充分反应的温度的100℃以上,更优选150℃~400℃,在与反应性气体一致的ALD窗口内使用。为了得到所期望的膜厚,膜厚通过循环的次数来控制。
以下,关于上述ALD法的各工序,以形成氧化镁薄膜的情况为例进行详细说明。首先,将原子层沉积法用薄膜形成用原料的蒸气导入至成膜室(原料导入工序)。使原子层沉积法用薄膜形成用原料成为蒸气时的优选温度和压力在0℃~200℃、1Pa~10000Pa的范围内。接着,使导入至成膜室的蒸气沉积于基体表面,由此在基体表面形成前体薄膜(前体薄膜形成工序)。此时,可以加热基体或者加热成膜室来施加热量。进行本工序时的基体温度优选为室温~500℃,更优选为150℃~400℃。组合使用本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料和氧化性气体的情况下的ALD窗口大概在200℃~400℃的范围。进行本工序时的体系(成膜室内)的压力优选为1Pa~10000Pa,更优选为10Pa~1000Pa。
接着,将未反应的原子层沉积法用薄膜形成用原料的蒸气、副产的气体从成膜室排出(排气工序)。理想的是,未反应的原子层沉积法用薄膜形成用原料的蒸气、副产的气体从成膜室完全排出,但不一定要完全排气。作为排气方法,可列举出:通过氮、氦、氩等惰性气体对体系内进行吹扫的方法;通过对体系内进行减压来排气的方法;将这些组合的方法;等。进行减压的情况下的减压度优选为0.01Pa~300Pa,更优选为0.01Pa~100Pa。
接着,将作为反应性气体的氧化性气体导入至成膜室,通过该氧化性气体的作用或该氧化性气体和热的作用,由在之前的前体薄膜形成工序中形成的前体薄膜形成氧化镁薄膜(氧化镁薄膜形成工序)。在本工序中,使热进行作用的情况下的温度优选在室温~500℃,更优选在150℃~400℃。组合使用本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料和氧化性气体的情况下的ALD窗口大概在200℃~400℃的范围,因此,最优选在200℃~400℃的范围使前体薄膜与氧化性气体反应。进行本工序时的体系(成膜室内)的压力优选为1Pa~10000Pa,更优选为10Pa~1000Pa。本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料与氧化性气体的反应性良好,能生产率良好地制造残留碳含量少的高品质的含氧化镁的薄膜。
在本发明的薄膜的制造方法中,可以将通过包括上述的原料导入工序、前体薄膜形成工序、排气工序以及含金属氧化物的薄膜形成工序的一系列操作实现的薄膜沉积设为一个循环,重复进行多次该循环,直至得到所需的膜厚的薄膜为止。在该情况下,优选的是,在进行一个循环后,与上述排气工序同样地,将未反应的反应性气体(在形成含氧化镁的薄膜的情况下,为氧化性气体)和副产的气体从成膜室排出后,进行下一个循环。
此外,在本发明的薄膜的制造方法中,可以施加等离子体、光、电压等能量,也可以使用催化剂。施加该能量的时期和使用催化剂的时期没有特别限定,例如,可以在原料导入工序中的原子层沉积法用薄膜形成用原料的蒸气导入时、在前体薄膜形成工序或含氧化镁的薄膜形成工序中的加热时、在排气工序中的体系内的排气时、在含氧化镁的薄膜形成工序中的氧化性气体导入时,还可以在上述的各工序之间。
此外,在本发明的薄膜的制造方法中,在薄膜形成之后,为了得到更良好的电特性,可以在惰性气氛下、氧化性气氛下或还原性气氛下进行退火处理,在需要埋入台阶的情况下,也可以设置回流(reflow)工序。该情况下的温度为200℃~1000℃,优选为250℃~500℃。
使用本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料来制造薄膜的装置可以使用众所周知的原子层沉积法用装置。作为具体的装置的例子,可列举出:如图1那样的能鼓泡供给前体的装置、如图2那样具有气化室的装置。此外,可列举出:如图3和图4那样能对反应性气体进行等离子体处理的装置。不限于如图1~图4那样的单片式(single wafer type)装置,也可以使用利用分批炉(batch furnace)能同时处理多片的装置。
使用本发明的原子层沉积法用薄膜形成用原料制造的薄膜通过适当选择其他前体、反应性气体以及制造条件,能制成金属、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、玻璃等所期望的种类的薄膜。已知该薄膜示出电特性和光学特性等,被应用于各种用途。例如,这些薄膜例如被广泛用于制造以DRAM元件为代表的存储器元件的电极材料、电阻膜、硬盘的记录层所使用的反磁性膜以及固体高分子型燃料电池用的催化剂材料等。
实施例
以下,基于制造例、评价例、实施例以及比较例进一步对本发明进行详细说明。然而,本发明并不受以下的实施例等的任何限制。
[制造例1]化合物No.2的合成
向1L四口烧瓶中加入112.5mL的正丁基氯化镁的THF溶液(2mol/L),加入58mL的1,4-二恶烷后,在40℃下进行加热搅拌2小时。在室温(20℃)下向该反应溶液中加入正戊烷250mL后,滴加38.2g的仲丁基环戊二烯。在室温下搅拌19小时后,过滤所得到的悬浮液,在减压下、油浴90℃下实施脱溶剂。在油浴120℃、45Pa下对所生成的镁络合物进行蒸馏而得到了淡黄色透明液体化合物No.2(产量22.06g,产率73.5%)。
(分析值)
(1)常压TG-DTA
质量减少50%温度:202℃(760Torr,Ar流量:100mL/分钟,升温速度:10℃/分钟)
(2)减压TG-DTA
质量减少50%温度:121.8℃(10Torr,Ar流量:50mL/分钟,升温速度:10℃/分钟)
(3)1H-NMR(重苯)
0.83-0.86ppm(3H,三重峰),1.22-1.24ppm(3H,双峰),1.38-1.63ppm(2H,多重峰),2.50-2.58ppm(1H,多重峰),5.87-5.90ppm(2H,多重峰),5.97-6.02ppm(2H,多重峰)
[评价例1和比较评价例1]镁化合物的物性评价
使用TG-DTA测定装置,在常压气氛下(760torr)、氧的流量100mL/分钟的条件下,加热制造例1中所得到的化合物No.2和下述比较化合物1,确认了反应开始温度。反应开始温度低的物质在低温下与氧反应,因此能判断为优选作为原子层沉积法用薄膜形成用原料。此外,使用DSC测定装置,测定出制造例1中所得到的化合物No.2和下述比较化合物1的热分解发生温度。热分解发生温度高的物质不易发生热分解,能判断为优选作为原子层沉积法用薄膜形成用原料。
Figure BDA0002733057090000131
[表1]
镁化合物 反应开始温度(℃) 热分解发生温度(℃)
评价例1 化合物No.2 200 380
比较评价例1 比较化合物1 230 340
根据表1的结果可知:化合物No.2在比比较化合物1低30℃的温度下与氧反应。此外,可知:化合物No.2具有比比较化合物1高40℃的热稳定性。可知:本发明的通式(1)所示的镁化合物与具有类似结构的比较化合物相比,特别适于作为原子层沉积法用薄膜形成用原料。
[实施例1]氧化镁薄膜的制造
将化合物No.2作为原子层沉积法用薄膜形成用原料,使用图1所示的装置,通过以下的条件的ALD法,在硅晶圆上制造出氧化镁薄膜。通过X射线光电子能谱法确认出所得到的薄膜的组成,其结果是,所得到的薄膜为氧化镁,残留碳含量少于1.0atom%。此外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算出其平均值,其结果是,平均膜厚为51.0nm,每一个循环所得到的平均膜厚为0.17nm。
(条件)
基板:硅晶圆,反应温度(硅晶圆温度):300℃,反应性气体:水蒸气
将包括下述(1)~(4)的一系列工序设为一个循环,重复进行300个循环。
(1)在原料容器温度:80℃、原料容器内压力:100Pa的条件下将气化了的原子层沉积法用原料导入至成膜室,使其在体系压力:100Pa下沉积30秒钟。
(2)通过15秒钟的氩吹扫,去除未沉积的原料。
(3)将反应性气体导入至成膜室,在体系压力:100Pa下使其反应0.1秒钟。
(4)通过60秒钟的氩吹扫,去除未反应的反应性气体和副产气体。
[比较例1]氧化镁薄膜的制造
除了将比较化合物1用作原子层沉积法用原料以外,在与实施例1相同的条件下制造出氧化镁薄膜。通过X射线光电子能谱法确认出所得到的薄膜的组成,其结果是,所得到的薄膜为氧化镁,残留碳含量少于1.0atom%。此外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算出其平均值,其结果是,平均膜厚为36.0nm,每一个循环所得到的平均膜厚为0.12nm。
根据实施例1和比较例1的结果可知:就实施例1而言,每一个循环所得到的膜厚是比较例1的1.4倍以上,能生产率良好地得到高品质的氧化镁薄膜。
综上所述也可以说:根据本发明,能生产率良好地制造高品质的氧化镁薄膜。
需要说明的是,本国际申请主张基于在2018年4月20日申请的日本专利申请第2018-081484号的优先权,将该日本专利申请的全部内容引用至本国际申请。

Claims (5)

1.一种原子层沉积法用薄膜形成用原料,其含有下述通式(1)所示的镁化合物,
Figure FDA0002733057080000011
式中,R1表示异丙基、仲丁基或叔丁基。
2.一种薄膜的制造方法,其是在基体的表面制造含有镁原子的薄膜的方法,包括:
使权利要求1所述的原子层沉积法用薄膜形成用原料气化,使其沉积于所述基体的表面而形成前体薄膜的工序;以及
使所述前体薄膜与反应性气体反应而在所述基体的表面形成含有镁原子的薄膜的工序。
3.根据权利要求2所述的制造方法,其中,
所述反应性气体是氧化性气体,所述薄膜是氧化镁。
4.根据权利要求3所述的薄膜的制造方法,其中,
所述氧化性气体是含有臭氧或水蒸气的气体。
5.根据权利要求3或4所述的薄膜的制造方法,其中,
在200℃~400℃的范围使所述前体薄膜与所述反应性气体反应。
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