JP2002249455A - 高純度ハフニウム錯体Hf(DPM)4の製造方法 - Google Patents

高純度ハフニウム錯体Hf(DPM)4の製造方法

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JP2002249455A
JP2002249455A JP2001045009A JP2001045009A JP2002249455A JP 2002249455 A JP2002249455 A JP 2002249455A JP 2001045009 A JP2001045009 A JP 2001045009A JP 2001045009 A JP2001045009 A JP 2001045009A JP 2002249455 A JP2002249455 A JP 2002249455A
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hafnium
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purified
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Kazumi Kobayashi
一三 小林
Masanori Osawa
正典 大沢
Hiroshi Taira
博司 平
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Japan Oxygen Co Ltd
Nippon Sanso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CVD法によるハフニウム含有金属酸化物膜
を形成するための原料として、ハフニウム錯体Hf(DP
M)4を超高純度で再現性良く製造する方法の提供。 【解決手段】 不活性ガス雰囲気下、精製・脱水した有
機溶媒中に塩化ハフニウムとジピバロイルメタンを入
れ、加熱還流して直接反応せしめると共に溶液を濃縮
し、次いで濃縮した溶液を冷却して、得られる結晶を再
結晶によって十分精製することによって、金属不純物含
有量が0.01wt.ppm以下であり、純度が99.99
999wt.%以上であるHf(DPM)4の構造式で表され
る高純度ハフニウム錯体の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野 】本発明は、宇宙船等の耐熱
素材として使用される超耐環境性先進材料であり、又、
LSIや光ICの製造等においては、次世代高誘電体ゲ
ート絶縁膜(HfO2)用として注目されているハフニウ
ム(Hf)を含む金属酸化物薄膜を、化学気相析出法
(Chemical Vapor Deposition、以下「CVD法」と
いう。)によって作製するための原料として有用であ
り、従来にない超高純度なハフニウム錯体Hf(DPM)4
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高誘電体ゲート絶縁膜としてシリ
コン酸化膜が使用されてきた。そして、近時、通信機器
等の小型化・軽量化に伴い、半導体集積回路の高集積化
が企図され、シリコン酸化膜の薄膜化が進んできた。然
るに、シリコン酸化膜の薄膜化に伴い、薄膜中にトンネ
ル電流が流れて絶縁効果が低下し、シリコン酸化膜での
これ以上の薄膜化は限界となっている。そこで、シリコ
ン酸化膜に代わる次世代高誘電体ゲート絶縁膜の実現が
望まれ、開発が活発化しており、その成膜材料としてハ
フニウム(Hf)が注目されている。
【0003】本発明の対象とするHf(DPM)4(但し、
DPM=(CH3)3CCOCH2COC(CH3)3;ジピバ
ロイルメタン)は、ハフニウムを含有する化合物や錯体
の中でも大気中に安定であり、優れた蒸気圧特性を有し
ていることから、CVD法による薄膜形成用原料として
適している。ただ次世代高誘電体ゲート絶縁膜では膜厚
が数nmと極薄膜が要求されているため、原料中に微量
でも不純物が混入していると、薄膜の電気的特性が低下
し、ゲート絶縁膜としての機能を果たさなくなる。これ
は半導体デバイス製造工程での歩留まりの低下につなが
り、半導体デバイスメーカーにとっては非常に重要な問
題である。そこで、この原料を供給する原料メーカーに
おいては、CVD法による薄膜形成用のHf(DPM)4
料として、如何にして超高純度のHf(DPM)4を製造し
得るかということが、大きな課題となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した現
状に鑑みなされたもので、その目的、課題は、CVD法
による薄膜形成用の原料として大気中での安定性や蒸気
圧特性に優れているHf(DPM)4について、再現性良く
超高純度のHf(DPM)4を得る製造方法を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項1に係る発明として、不活性ガス雰囲気下、
精製・脱水した有機溶媒中に塩化ハフニウムとジピバロ
イルメタンを入れ、加熱還流して直接反応せしめた後冷
却し、析出して得られる粗結晶を再結晶によって十分精
製することを特徴とする分子式(I)で表される高純度
ハフニウム錯体の製造方法としたものである。 Hf(DPM)4 …… (I) 請求項2に係わる発明として、前記高純度ハフニウム錯
体は、金属不純物含有量が0.01wt.ppm以下であ
り、純度が99.99999wt.%以上であることを特
徴とする請求項1に記載の高純度ハフニウム錯体の製造
方法としたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の高純度ハフニウム錯体H
f(DPM)4の製造方法の実施の形態は、以下の如き態様
で実施することを特徴としている。 (i)製造の工程は徹底した不活性ガス雰囲気中で行う
ことで、大気中のパーティクル、水分、酸素等の不純物
の混入を防ぎ、製造中にパーティクル等の影響を受けな
い。その結果、最終製品にも前記不純物が混入しない。
不活性ガスとしては、乾燥窒素ガス、乾燥アルゴンガ
ス、及び高価ではあるがヘリウムガス等の希ガスが好適
に使用することができる。
【0007】(ii)製造に使用する、出発原料である市
販品ジピバロイルメタンは、真空蒸留によって精製・脱
水する。 (iii)製造に使用する、出発原料である市販品塩化ハ
フニウムは、再結晶によって精製する。 (iv)製造に使用する有機溶媒は、モレキュラーシーブ
で乾燥させ、更に蒸留によって精製・脱水する。有機溶
媒としてはメタノールの如きアルコール系溶剤、n−ヘ
キサンの如き飽和炭化水素系、ベンゼンやトルエン等の
芳香族炭化水素系溶剤、及びクロロホルム等のハロゲン
化炭化水素系溶剤等、種々の有機溶剤が好適に使用する
ことができる。
【0008】(v)反応は、有機溶媒中に塩化ハフニウ
ムとジピバロイルメタンを入れ、加熱還流して直接反応
せしめる。 (vi)反応後溶液を冷却して、析出する結晶を濾過によ
り分離して得られる粗結晶を有機溶媒による再結晶で充
分精製する。
【0009】以上のような工程を行う本発明に係る高純
度のハフニウム錯体Hf(DPM)4の製造方法によれば、
純度が99.99999wt.%(ICPによる不純物金
属分析)の超高純度で、しかも揮発性においても良好な
ハフニウム錯体Hf(DPM)4が得られ、これはCVD法
による薄膜形成用の原料として好適であり、大変有用で
ある。そして、この錯体をCVD法による薄膜形成のた
めの原料として用いることにより、良好なHf含有酸化
物薄膜が得られる。又、本発明の製造方法によれば、不
活性ガス雰囲気下においてHfCl4とジピバロイルメタ
ンを、水溶液を経由せず、有機溶媒中で反応させ、且
つ、反応物を分離して得られた粗製品を、有機溶媒を使
用した再結晶により十分精製することによって、超高純
度のハフニウム錯体Hf(DPM)4を得ることができたも
のである。
【0010】
【実施例】本発明の高純度ハフニウム錯体Hf(DPM)4
の製造方法により、ハフニウム錯体Hf(DPM)4を製造
した一例を実施例1により説明する。 [実施例1]実施例1においては、使用するフラスコ等
の器具はすべて乾燥窒素ガス雰囲気中で置換し、操作中
も乾燥窒素ガス雰囲気を保った。なお、乾燥窒素ガスの
代わりに乾燥アルゴンガスを用いてもよい。
【0011】製造にあたっては、用いる原料は以下の如
き態様のものを使用した。 ●有機溶媒は以下の方法で脱水したものを使用した。 ・適量の有機溶媒を三角フラスコに注ぎ、250℃で加
熱脱気した適量のモレキュラーシーブ(ペレット状)を
加えて脱水した。 ・ペレットを除去後、更に蒸留によって精製した留分を
乾燥窒素ガス雰囲気中で保存した。
【0012】●塩化ハフニウムは再結晶により、十分精
製した超高純度品を使用した。 ●又、ジピバロイルメタンは真空蒸留により十分に精製
し、有機・無機不純物や金属不純物を除去した超高純度
なものを使用した。
【0013】製造は以下の工程順序に従い行った。 1Lの3つ口フラスコに撹拌用のスターラー・バーを
入れ、還流冷却管、乾燥窒素ガス導入管を設け、乾燥窒
素ガス100mL/minでパージした。 乾燥窒素ガスを流した状態で、前記3つ口フラスコに
塩化ハフニウム(IV)50gとメタノール450mLを
入れて溶解する。 又、乾燥窒素ガス雰囲気中でジピバロイルメタン11
5gとメタノール150mLを調整し、この溶液を前記
3つ口フラスコに加える。
【0014】室温で1時間攪拌後、65℃まで温度を
上げ、24時間加熱還流して反応せしめると共に濃縮し
150mL程度にした後に、室温まで放冷する。なお、
濃縮はエバポレーター等を使用すると、より効果的であ
る。 濃縮液を冷凍庫(−20℃)に1時間入れ、結晶化す
る。 析出した結晶を濾過し、粗結晶を回収する。 得られた結晶を有機溶媒により再結晶せしめて充分精
製した後、真空乾燥器により60℃で10時間真空乾燥
する。 これにより得られたハフニウム錯体Hf(DPM)4の収量
は129gで、その収率は91%であった。そして、得
られたハフニウム錯体Hf(DPM)4の金属不純物の含有
率をICP−MS分析法(「誘導結合プラズマ発光−質
量分析法」の略)で分析した。その結果を表1に重量p
pm(wt.ppm)で表示する。
【0015】
【表1】
【0016】表1で明らかなように、金属不純物の各金
属の含有率は、いずれも検出限界の0.01wt.ppm
以下で有り、大気によって影響されるパーティクル(塵
埃)、水分、酸素、炭酸ガスも勿論検出されず、ハフニ
ウム錯体Hf(DPM)4の純度は、99.99999wt.
%の超高純度に達していた。
【0017】なお、上記した実施例1においては、不活
性ガスとして乾燥窒素ガスを用いたが、本発明に用いら
れる不活性ガスは乾燥窒素ガスに限定されることなく、
例えば乾燥アルゴンガス、及びヘリウム等の希ガスを用
いることも可能である。又、上記実施例1では、ハフニ
ウム錯体Hf(DPM)4を製造する際に用いる有機溶媒と
してメタノールを用いたが、本発明で用いられる有機溶
媒はメタノールに限定されることなく、例えばn−ヘキ
サンの如き飽和炭化水素系溶剤、ベンゼンやトルエン等
の芳香族炭化水素系溶剤、クロロホルム等のハロゲン化
炭化水素系溶剤等、種々の有機溶剤も用いることが可能
である。
【0018】
【発明の効果】本発明の高純度ハフニウム錯体Hf(DP
M)4の製造方法は、上記した如き形態で実施され、以下
の如き効果を奏する。本発明の製造方法によってハフニ
ウム錯体Hf(DPM)4を製造すると、CVD法による薄
膜形成のための原料として好適なハフニウム錯体Hf(D
PM)4を、超高純度品(金属不純物含有量が0.01w
t.ppm以下であり、純度が99.99999wt.%以
上)として得ることが可能である。
【0019】そして、本発明の製造方法で得られたこの
高純度ハフニウム錯体Hf(DPM)4を、CVD法による
薄膜形成用の原料として用いることにより、良質のハフ
ニウム含有金属酸化物を得ることが可能となる。又、本
発明の製造方法では、不活性ガス雰囲気中で操作を行う
こと、水溶液を用いずに脱水した有機溶剤中で反応を行
うこと、出発原料である塩化ハフニウムとジピバロイル
メタンを予め精製や脱水処理したり、溶媒として用いる
有機溶媒の精製を十分に行うので、製造工程中におい
て、水分や不純物に起因する劣化を受けることなく、上
記した如き高品質のスペックを満たすような超高純度ハ
フニウム錯体Hf(DPM)4を製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平 博司 東京都港区西新橋1丁目16番7号 日本酸 素株式会社内 Fターム(参考) 4H006 AA02 AC90 AD15 BB11 BB12 BB14 BB61 BC10 BC51 BE62 4H049 VN07 VP01 VQ24 VR44 VS12 VU24 VV02 VV03 VV05 VV22 VW02 4K030 AA11 BA10 BA42

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不活性ガス雰囲気下、精製・脱水した有
    機溶媒中に精製塩化ハフニウムと精製ジピバロイルメタ
    ンを入れ、加熱還流して直接反応せしめた後冷却し、析
    出して得られる粗結晶を再結晶によって十分精製するこ
    とを特徴とする分子式(I)で表される高純度ハフニウ
    ム錯体の製造方法。 Hf(DPM)4 …… (I)
  2. 【請求項2】 前記高純度ハフニウム錯体は、金属不純
    物含有量が0.01wt.ppm以下であり、純度が99.
    99999wt.%以上であることを特徴とする請求項1
    に記載の高純度ハフニウム錯体の製造方法。
JP2001045009A 2001-02-21 2001-02-21 高純度ハフニウム錯体Hf(DPM)4の製造方法 Withdrawn JP2002249455A (ja)

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