JP2002053504A - タンタルチタンダブルエトキシドとその製法およびそれを用いた酸化物膜の製法 - Google Patents
タンタルチタンダブルエトキシドとその製法およびそれを用いた酸化物膜の製法Info
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Abstract
D法で形成するための1液の金属アルコキシド原料化合
物および組成物を提供する。さらにその製法およびそれ
を用いた成膜方法を提供する。 【解決手段】新規化合物であるタンタルチタンダブルエ
トキシドTaTi(OEt)9あるいはTaTi(OE
t)9を含有するTa(OEt)5は、室温で一液体で
あり、その気化特性や熱分解特性は、一成分のようにふ
るまう。Ta(OEt)5とTi(OEt)4を混合加
熱後、減圧蒸留することにより、パーティクルのないT
aTi(OEt)9あるいはTaTi(OEt)9を含
有するTa(OEt)5を製造する。これを液体マスフ
ローコントローラーで供給し、気化させ、酸素を含んだ
雰囲気、600℃でCVDすることにより、アモルファ
ス状のTiO2含有Ta2O5膜を組成の再現性よく形
成できる。
Description
サーなどの誘電体膜を、化学気相成長法(CVD法)に
て形成するための原料として好適な金属アルコキシド化
合物とその製法およびそれを用いた酸化物薄膜の製法に
関する。
ャパシタとしてCVD法による酸化タンタル(Ta2O
5)膜が実用化しつつある。その絶縁性を向上するため
のひとつの方法として、特公平6−27328号、US
4734340号は、Ta2O5にTiO2をTi/T
a=0.1〜4at%となるようにドーピングすること
を開示している。低リーク電流特性を有する絶縁強度の
高い膜を作るには、組成を最適に制御することが重要で
ある。その原料供給の方法は、第一のバブラーにタンタ
ルエトキシド(Ta(OEt)5)を入れ、第二のバブ
ラーにチタンイソプロポキシド(Ti(OiPr)4)
を入れ、各々を適当な温度に加熱し、キャリヤーガスで
バブリングし、それぞれの蒸気をCVD室に供給する方
法である。最近では、液体マスフローで制御する方法も
ある。しかし、2ソースからの供給では、量と比率の正
確な制御が容易ではない。さらにTa(OEt)5とT
i(OiPr)4とは液相または気相で混合されると、
アルコキシ基の交換反応が起き、より複雑な化合物に一
部変化し、その蒸気圧やCVD特性がもとの原料と違っ
てしまい、膜組成の制御が難しくなるという問題があ
る。よって、あらかじめTa(OEt)5とTi(Oi
Pr)4を混ぜた一液をソースとすることはできなかっ
た。このことは、本発明の比較例でも明らかにされてい
る。
gtech社のインターネットホームページ(htt
p://www.inorgtech.co.uk)オ
ンラインニュースは、J−P Senateurらが1
ソースのTa(OEt)4(dmae)/Ti(OE
t)2(dmae)2ヘキサン溶液を用いて、液体イン
ジェクション供給のCVDでTa2O5/TiO2膜を
作ったことを開示している。この原料を250℃の気化
器で気化させ、500℃で成膜した結果、膜はアモルフ
ァスであり、そのTa/Ti比はソース液のTa/Ti
に非常に近かったとのことである。ここでdmaeは、
dimethylaminoethoxideジメチル
アミノエトキシドである。彼らは、Ta(OEt)
4(dmae)は単量体なので、二量体のTa(OE
t)5より蒸気圧が高く、気化しやすいこと、Ta(O
Et)4(dmae)/Ti(OEt)2(dmae)
2は有害なアルコキシ基の交換反応を最小にできるとし
ている。しかし、Ta(OEt)4(dmae)やTi
(OEt)2(dmae)2は、Ta(OEt)5やT
i(OEt)4から特別に製造しなければならないとい
う量産時の問題がある。
5膜をCVD法で形成するための1ソースの液体化合物
ないし組成物を提供することである。室温において液体
で、液体マスフローコントローラーにより制御でき、ア
ルコキシ基の交換反応をおこすことなく、Ta/Tiの
気化特性やTa/TiのCVD特性が似ている化合物を
提供する。さらにその化合物ないし組成物の製法および
それを用いたTiO2含有Ta2O5膜の製法を提供す
ることである。
Ta2O5膜をCVD法で成膜するために好適な1ソー
スの液体材料であるTaTi(OC2H5)9(以下T
aTi(OEt)9と表す)で表されるタンタルチタン
ダブルエトキシドである。さらに本発明は、TaTi
(OEt)9を含有するTa(OEt)5である。本発
明は、Ti(OEt)4とTa(OEt)5とを混合加
熱し、ついで蒸留することを特徴とするTaTi(OE
t)9の製法である。また本発明は、Ti(OEt)4
と当モル以上のTa(OEt)5とを混合加熱し、つい
で蒸留することを特徴とするTaTi(OEt)9を含
有するTa(OEt)5の製法である。本発明は、Ta
Ti(OEt)9あるいはTaTi(OEt)9を含有
するTa(OEt)5を用いることを特徴とするCVD
法によるTiO2含有Ta2O5膜の製法である。本発
明は、TaTi(OEt)9あるいはTaTi(OE
t)9を含有するTa(OEt)5を液体マスフロー装
置で供給することを特徴とするCVD法による酸化チタ
ン含有酸化タンタル膜の製法である。
Taが同一のアルコキシ基を持つことが必要である。T
a2O5膜形成の原料として、通常はTa(OEt)5
が使われている。それと同じアルコキシ基をもつTi
(OEt)4は熱履歴により会合度や融点が影響を受け
る。その融点、蒸気圧、液、固体、気体の会合度をTa
(OEt)5とあわせて、表1に示した。表中*会合度
はD.C.Bradley,R.C.Mehrotra
andD.P.Gaur“Metal Alkoxi
des”P63−68(1978Academic P
ress)による。その他の値は本発明者の測定値であ
る。
からもわかるように単量体である。EI−MS分析で、
二量体から生成するはずのフラグメントTi2(OE
t)7 +、Ti2(OEt)8 +などが検出されていな
いからである。これに対しTa(OEt)5の気体は二
量体である。すなわち、図1で、Ta2(OEt)9 +
やTa2(OEt)8 +が検出されている。
アルコキシドとの複合アルコキシドの報告例は、アルカ
リ金属を除けば、ほとんどなかった。溶液中では生成し
ていると推定される例はあったが、蒸留や昇華でそのも
のを単離できたことはなかった。本発明者は、Ta(O
Et)5−Ti(OEt)4系を詳細に検討した結果、
タンタルチタンダブルアルコキシドTaTi(OEt)
9が生成していることを見出し、この化合物をCVDの
原料として使うとTiO2含有のTa2O5膜が容易に
製造できることを見出した。
蒸留回収 実施例1で得られた各留分の組成は表2のとおりであ
る。この結果、第2留分の組成はTaTi(OEt)9
の組成に近い。蒸留のデータから得たTaTi(OE
t)9の蒸気圧は126〜129℃/0.4〜0.5T
orrであった。
れも0℃以上では、Ta(OEt)5と同程度の粘性の
液体であった。すなわちTaTi(OEt)9に相当す
る組成物付近では0℃以上で液体であることがわかっ
た。CVD原料として好ましい性質である。
いることを確認するために第2留分とTa(OEt)5
とTi(OEt)4のEI−MS分析を行った。 測定条件 測定装置:JEOL AX505W イオン化法:EI イオン源温度:230℃ イオン化エネルギー:70eV 測定結果は、Ta(OEt)5のを図1に、Ti(OE
t)4のを図2に、第2留分のを図3に示した。主なm
/zと強度(%)とそのイオン種を以下に列挙した。
812)はなかった。 m/z=767(28%)Ta2(OEt)9 +722
(21%)Ta2(OEt)8 +693(25%)Ta
2O(OEt)7 +361(100%)Ta(OEt)
4 + この結果からTa(OEt)5は気体で二量体として存
在する。このことは、他の分析手段の結果解析を加味し
たいくつかの文献でTa(OEt)5は二量体であると
いう結論と一致する。Ta(OEt)4 +は二量体から
のフラグメントである。
量体の分子イオンTi2(OEt)8 +(456)はな
かった。 m/z=227(4%)Ti(OEt)3(OCH2C
H2)+213(100%)Ti(OEt)3(OCH
2)+183(77%)Ti(OEt)3 +169(2
6%)Ti(OEt)2(OCH3)+ この結果からTi(OEt)4は気体で単量体として存
在する。このことは文献と一致する。
+(634)はなかった。 m/z=757(5%)Ta2(OEt)9 +589
(8%)TaTi(OEt)8 +544(35%)Ta
Ti(OEt)7 +515(12%)TaTiO(OE
t)6 +361(100%)Ta(OEt)4 +213
(78%)Ti(OEt)3(OCH2)+183(6
3%)Ti(OEt)3 + この結果、Ta2(OEt)10のフラグメントである
Ta2(OEt)9 +に比べて、TaTi(OEt)9
のフラグメントであるTaTi(OEt)8 +、TaT
i(OEt)7 +、TaTiO(OEt)6 +の強度が
かなり大きいことから、第2留分のTa(OEt)
5は、多くはTaTi(OEt)9で存在している。こ
のことは、会合相手のTi(OEt)4も多くはTaT
i(OEt)9で存在していることを意味している。す
なわち第2留分の気体は、多量のTaTi(OEt)9
と少量のTa2(OEt)10と少量のTi(OEt)
4との混合物である。またTa(OEt)4 +、Ti
(OEt)3(OCH2)+、Ti(OEt)3 +は、
主にTaTi(OEt)9のフラグメントである。よっ
て、この留分は、TaTi(OEt)9なるダブルアル
コキシドの性質を多く発現すると考えられる。
とがわかる。
に相当する組成物は、主にダブルエトキシドTaTi
(OEt)9であり、液体マスフローコントローラーで
室温供給ができる粘性の液体であり、完全に蒸発すると
いう、CVD原料として非常に好ましい物性を持つこと
がわかる。
t)9の製法は、Ta(OEt)5とTi(OEt)4
とを混合溶解し、加熱処理後、蒸留することである。5
0〜200℃で1〜10時間加熱処理を行うことによ
り、ダブルアルコキシドの形成が起きる。この際、母ア
ルコールであるエタノール溶媒中で行ってもよい。不活
性な有機溶媒中で行ってもよい。混合溶解加熱処理した
だけの液には、多数の微粒子(パーティクル)がある。
これはTa(OEt)5やTi(OEt)4の秤量混合
工程で、微量の大気が混入し、その湿気によりTa(O
Et)5やTi(OEt)4が僅かに加水分解して生成
した水酸化物である。そこで蒸留することにより、微粒
子をなくせる。蒸留前の液体に赤色レーザーポインター
で光線をあてると、多くの微粒子が認められたが、蒸留
後の留出物には、全く微粒子は認められなかった。
t)9を含有するTa(OEt)5の製法は、ダブルエ
トキシドTaTi(OEt)9の製法と同様である。す
なわち目標の液組成と同じ割合でTa(OEt)5とT
i(OEt)4とを混合溶解し、加熱処理後、蒸留する
ことである。Ti(OEt)4がモル比0〜1/2で
は、Ta(OEt)5が過剰であり、少量側のTi(O
Et)4はほとんどがダブルエトキシドTaTi(OE
t)9を形成しているはずで、残りはTa2(OEt)
10である。
TaTi(OEt)9を含有するTa(OEt)5をC
VD装置に供給する方法は、液体マスフローコントロー
ラーで行うのが最も簡単で精確な制御ができる。この方
法は純Ta2O5膜形成用に純Ta(OEt)5の供給
に量産で用いられているので、実施は容易である。バブ
リング方式に比べ、量産ではるかに有利である。
TaTi(OEt)9を含有するTa(OEt)5を用
いたCVDは、減圧下400〜700℃の酸化雰囲気中
で行われ、TiO2含有Ta2O5膜が生成する。酸化
剤として、酸素、オゾンなどが用いられる。CVDは、
通常の熱CVDの他、プラズマCVD、オゾンCVD、
光CVDなどが使える。
0.01〜0.2程度のことが多い。このためには本発
明のTaTi(OEt)9を含有するTa(OEt)5
を用いるが、そのCVDでは液組成と膜組成がほぼ同じ
になるので、組成の制御は容易である。成膜温度、圧力
によって組成が若干ずれた場合には、液組成にフィード
バックすることにより、調節すればよい。
(OEt)9の製造 リフラックスコンデンサー、温度計、攪拌子を備えた1
00ml三つ口フラスコを真空置換しアルゴン雰囲気と
し、Ta(OEt)524.9g(61.3mmol)
を仕込み、次いで塊状のTi(OEt)413.7g
(60.1mmol)を仕込んだ。仕込みTa/Tiモ
ル比は0.505/0.495であった。次いで昇温す
ると、70℃付近で透明な均一液になり、攪拌しつつ1
00℃で2時間加熱後、コンデンサーを枝付き分留頭に
代え、蒸留圧力0.5〜0.4Torrで蒸留した。留
出温度110〜140℃で、3留分に分けて回収した。
各留分は無色透明で、全量が留出した。各留分に赤色レ
ーザーポインターをあてた目視観察では、パーティクル
はなかった。各留分のTa、Tiを分析しその組成を求
めた結果を表4に示す。なお第2留分の不純物元素分析
の結果、Ta、Ti以外はすべて1ppm以下であっ
た。
た。(Ta+Ti)の当量が(OEt)の当量と完全に
は一致しない理由は、分析精度がやや悪いためと思われ
る。この結果、第2留分の組成はTaTi(OEt)9
の組成に近い。主に第2留分を分析解析した結果は前述
した。
子を備えた100ml三つ口フラスコを真空置換しアル
ゴン雰囲気とし、Ta(OEt)520.3g(50.
0mmol)を仕込み、次いでTi(OiPr)41
3.0g(45.7mmol)を仕込んだ。仕込みTa
/Tiモル比は0.522/0.478であった。次い
で攪拌しつつ100℃で2時間加熱後、コンデンサーを
枝付き分留頭に代え、蒸留圧力0.6Torrで蒸留し
た。留出温度80〜140℃で、2留分に分けて回収し
た。各留分は無色透明で、全量が留出した。各留分のT
a、Tiを分析した。さらに各留分を加水分解し回収し
たiPrOH/EtOHの質量比率をガスクロマトグラ
フィーにより定量した。
融点50〜100℃の白色固体となった。組成**は、
Ta、Ti、iPrOH/EtOHの分析値から計算し
た。(Ta+Ti)の当量が(OiPr+OEt)の当
量と完全には一致しない理由は、分析精度がやや悪いた
めと思われる。
の留出温度は約60℃、純Ta(OEt)5の留出温度
は約145℃である。第1留分は純Ti(OiPr)4
より留出温度が高く、Ta化合物が0.49/2あり、
しかもOEtが、4.2/8.8と多い。このことは、
Tiにかなり多くのOEtが結合していることになる。
例えば、Ti(OiPr)3(OEt)やTi(OiP
r)2(OEt)2が生成している。第2留分は純Ta
(OEt)5より留出温度が低く、Ti化合物が0.3
4/2あり、しかもOiPrが3.0/9.8と多い。
このことは、Taにかなり多くのOiPrが結合してい
ることになる。例えば、Ta(OiPr)(OEt)4
やTa(OiPr)2(OEt)3が生成している。こ
れらのなかには、融点が50〜100℃のものがあるは
ずである。
アルコキシ基の交換反応が起きていることが証明され
た。よってTa(OiPr)4とTa(OEt)5を1
液にして供給加熱蒸発させると、その間に化合物の変化
がおこり、CVDの制御に問題を生じることがわかる。
1液での室温での長期間保存でも変化はおこると予想さ
れ、ポットライフが問題となる。また別々に供給して
も、気相で混合されるので、その時に化合物の変化が起
こる。いずれにしても、量産装置では好ましくない。
Et)5の製造 実施例1において、Ta(OEt)5とTi(OEt)
4の仕込み比を代えた他は実施例1と同様な操作をおこ
なった。仕込みはTa(OEt)550.6g(125
mmol)とTi(OEt)40.88g(3.9mm
ol)で、Ta/Tiモル比は0.97/0.03であ
った。100℃で2時間加熱後、蒸留圧力0.5〜0.
4Torr、留出温度135〜140℃で全量を蒸留回
収した。液は無色透明で、その融点は18℃であった。
成膜 実施例2で製造した液体を液体マスフローコントローラ
ーにより0.2ml/minを送り、180℃の気化器
で送り気化させ、予熱したArガス800sccmとO
2ガス200sccmと混ぜ、CVD室に導入した。反
応圧力2Torr、600℃の加熱されたPt/siO
2基板上に導き、熱分解堆積させ、膜厚100nmの膜
を作った。XRD分析の結果、この膜はアモルファス状
であった。この膜を溶解しICP発光分光分析した結
果、原子比Ti/Ta=0.03/0.97で原料液の
比率と同じであった。成膜操作を繰り返して得られる膜
の組成は一定であった。
膜 実施例3において原料を実施例1で得られた第3留分に
代えた他は、実施例3と同様な操作を行った。XRD分
析の結果、この膜はアモルファス状であった。この膜を
溶解しICP発光分光分析した結果、原子比Ti/Ta
=0.48/0.52で原料液の比率とほぼ同じであっ
た。成膜操作を繰り返して得られる膜の組成は一定であ
った。
体であり、一成分として蒸発し、これを液体マスフロー
コントローラーで供給してCVDを行うと、TiO2含
有のTa2O5膜が組成変動することなく再現性よく、
容易に形成できる。一液なので量産に好適である。
を示す図である。
を示す図である。
成分である)のEI−MSによる測定結果を示す図であ
る。
成分である)のTG−DTAによる測定結果を示す図で
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】TaTi(OC2H5)9で表されるタン
タルチタンダブルエトキシド。 - 【請求項2】請求項1の化合物を含有するタンタルエト
キシド。 - 【請求項3】タンタルエトキシドとチタンエトキシドと
を混合加熱し、ついで蒸留することを特徴とする請求項
1および請求項2記載の化合物の製法。 - 【請求項4】請求項1および請求項2記載の化合物を用
いることを特徴とするCVD法による酸化チタン含有酸
化タンタル膜の製法。 - 【請求項5】請求項1および請求項2記載の化合物を液
体マスフロー装置で供給することを特徴とするCVD法
による酸化チタン含有酸化タンタル膜の製法。
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---|---|---|---|---|
CN100417748C (zh) * | 2005-10-20 | 2008-09-10 | 株洲硬质合金集团有限公司 | 高纯钽醇盐的生产方法 |
-
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