JP2005252238A - 金属含有膜形成材料及び該材料から作製された金属含有膜 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機金属化学気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、以下、MOCVD法という。)により成膜されるSiO2膜、Si-N膜等のシリコン含有膜や、Pb-TiO膜、BiSrTiO膜等のチタン含有膜、Pb-ZrTiO膜、Zr-N膜、ZrO2膜等のジルコニウム含有膜、HfO2膜、Hf-Si-O膜、Hf-Si-O-N膜、Hf-N膜、Hf-C膜等のハフニウム含有膜を作製するための原料として好適な金属含有膜形成材料及び該材料から作製された金属含有膜に関するものである。
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いるが、近年LSIの高集積化に伴って、シリコン酸化膜の薄膜化が進んでいる。膜厚が100nm以下の薄さとなった薄膜にはトンネル電流が流れて絶縁効果が低下してしまうため、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。
そのためシリコン酸化膜に代わるゲート絶縁膜が要望されており、候補としてシリコン含有薄膜、具体的にはSi-N薄膜やHf-Si-O薄膜等が注目されている。これら薄膜の製造方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、塗布熱分解、ゾルゲル等のMOD(Metal Organic Deposition)が挙げられるが、組成制御性、段差被覆性に優れること、半導体製造プロセスとの整合性等からMOCVD法が最適な薄膜製造プロセスとして検討されている。
そのためシリコン酸化膜に代わるゲート絶縁膜が要望されており、候補としてシリコン含有薄膜、具体的にはSi-N薄膜やHf-Si-O薄膜等が注目されている。これら薄膜の製造方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、塗布熱分解、ゾルゲル等のMOD(Metal Organic Deposition)が挙げられるが、組成制御性、段差被覆性に優れること、半導体製造プロセスとの整合性等からMOCVD法が最適な薄膜製造プロセスとして検討されている。
Si-N薄膜やHf-Si-O薄膜等のシリコン含有薄膜を成膜するための材料には、ヘキサクロロジシラン(以下、Si2Cl6という。)が一般的に使用されている。例えばSi-N膜を形成する場合では、Si2Cl6とNH3とを加熱、反応させることにより得られる。この反応生成物であるSi-Nは、その全てが基板上に付着するわけではなく、その一部は成膜装置の排気管等に付着する。そのため付着物が付着した状態で膜の形成処理を行うと、やがて付着物が剥離してパーティクルが発生する。このパーティクルはシリコン基板等に付着すると、製品の歩留まりを低下させてしまうおそれがある。このため、成膜装置内をフッ酸系溶液等により洗浄して付着物を除去するメンテナンス作業が定期的に行われている。
このSi2Cl6とNH3とを加熱、反応させると、Si-Nだけでなく、Si-Cl-N-Hから構成された化合物が反応中間体として生成される。反応中間体は排気管を通過する排ガスや付着物に含まれる。この反応中間体は容易に加水分解し、塩酸と反応熱を放出して加水分解物を生成する。従って、メンテナンス作業において、この反応中間体が付着した状態で排気管を取外すと、反応中間体が大気中の水分と加水分解を起こし、塩酸ガスが発生してしまう問題があった。
このような上記問題を解決する方策として、反応室に被処理体を収容し、反応室に接続された排気管から反応室内のガスを排気させるとともに、反応室にSi2Cl6及びNH3を供給して被処理体にSi-N膜を形成する方法であって、排気管をNH4Clが気化可能な温度に加熱するとともに、排気管にNH3を供給する、ことを特徴とする方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。上記特許文献1では排気管にNH3を供給することで、反応時に生成した反応中間体をNH3と反応させ、塩酸ガスが発生し難いSi-N-Hから構成された化合物にすることで有毒ガスの発生を抑制している。
しかし、上記特許文献1に示されるSi2Cl6のような含塩素Si-Si化合物を用いて熱CVD法により成膜する場合、先ずSi-Si結合が切断されてSi-Cl結合を有するラジカル種が形成されるが、このSi-Cl結合は700℃のような高温での成膜条件においても結合が切断しにくく、形成する膜中にClが入り込んでいた。この膜中に入り込んだClは、成膜温度により発生する応力を増大させて膜にクラックを生じさせ、歩留まりを低下させる原因となっていた。
また700℃以下の低温条件において成膜することで、成膜温度により生じる応力を抑制し、クラックの発生を低減させても、低温条件での成膜のため、膜中に入り込むCl量が増加し、膜中に入り込んだCl量が増加することで膜強度も弱まり、フラットな膜を形成し難い問題があった。
更に、このSi2Cl6は空気中において発火性があり、その取扱いには危険性が伴うため、代替化合物が求められていた。
また700℃以下の低温条件において成膜することで、成膜温度により生じる応力を抑制し、クラックの発生を低減させても、低温条件での成膜のため、膜中に入り込むCl量が増加し、膜中に入り込んだCl量が増加することで膜強度も弱まり、フラットな膜を形成し難い問題があった。
更に、このSi2Cl6は空気中において発火性があり、その取扱いには危険性が伴うため、代替化合物が求められていた。
そこで本出願人は、次の式(2)に示されるSi-Si結合を有する有機Si含有化合物を用いてSi含有薄膜を形成することを特徴とするSi含有薄膜の形成方法を提案した(例えば、特許文献2参照。)。
但し、R1は水素又はメチル(以下、Meと略す。)基を示し、R2はMe基、エチル(以下、Etと略す。)基、プロピル(以下、n-Prと略す。)基又はターシャリーブチル(以下、t-Buと略す。)基を示す。
上記特許文献2に示される方法では、上記式(2)に示されるClを含まない有機Si含有化合物を用いてSi含有薄膜を形成するため、膜中に有機Si含有化合物に起因したClが入り込むことがない。従って、得られた膜は高い強度が得られる。また従来の含塩素Si-Si化合物を用いてSi含有薄膜を形成する際に発生していたClを起因とする膜中のクラックを抑制することができる。
またこの有機Si含有化合物は、低温での成膜条件においても、膜を形成する核となるSi-N-H系の活性水素系ラジカル活性種を形成し易いため、従来の有機Si含有化合物よりも低温での気相成長が可能である。また、液相成長においても低温での焼成でSi含有薄膜を形成することができる。更に気化安定性にも優れ、高い成膜速度でSi含有薄膜を形成することができる。
特開2002−334869号公報(請求項1)
特願2003−034560号(請求項1、段落[0012])
またこの有機Si含有化合物は、低温での成膜条件においても、膜を形成する核となるSi-N-H系の活性水素系ラジカル活性種を形成し易いため、従来の有機Si含有化合物よりも低温での気相成長が可能である。また、液相成長においても低温での焼成でSi含有薄膜を形成することができる。更に気化安定性にも優れ、高い成膜速度でSi含有薄膜を形成することができる。
しかし、特許文献2に示される方法に用いる有機Si含有化合物の組成には含まれていないが、この化合物を合成する反応の際には、タンタル元素が不純物として5ppm以上の量が必ず含まれてしまう問題があった。それはタンタル元素がSi鉱石中に含まれて化学的分離が困難なことによるためであり、容易に除去することができないことに起因する。不可避不純物としてタンタル元素がSi含有膜形成材料中に5ppm以上含まれると、形成したSi含有膜の段差被覆性を低下させるだけでなく、成膜安定性、特に気化安定性が悪くなる原因となっていた。
一方、有機Si含有化合物中からタンタル元素を精製等の手段によって分析装置の検出限界に近い範囲にまで取除くと、形成したSi含有膜の成膜安定性や段差被覆性は向上するが、形成したSi含有膜の基材との密着性が低下するという新たな問題を生じていた。上記タンタル元素の不純物についての問題はSi含有膜を形成する際に限らず、他の金属含有膜である、Ti含有膜やZr含有膜、Hf含有膜を形成する場合にも同様の問題が生じていた。
一方、有機Si含有化合物中からタンタル元素を精製等の手段によって分析装置の検出限界に近い範囲にまで取除くと、形成したSi含有膜の成膜安定性や段差被覆性は向上するが、形成したSi含有膜の基材との密着性が低下するという新たな問題を生じていた。上記タンタル元素の不純物についての問題はSi含有膜を形成する際に限らず、他の金属含有膜である、Ti含有膜やZr含有膜、Hf含有膜を形成する場合にも同様の問題が生じていた。
本発明の目的は、気化安定性及び段差被覆性に優れた金属含有膜形成材料及び該材料から作製された金属含有膜を提供することにある。
請求項1に係る発明は、次の式(1)に示される有機金属含有化合物を主成分として含む金属含有膜形成材料であって、形成材料中にタンタル元素を含み、タンタル元素の含有量が0.1〜1ppmの範囲内であることを特徴とする金属含有膜形成材料である。
但し、MはSi、Ti、Zr又はHfであり、R1は水素又はMe基を示し、R2はMe基、Et基、n-Pr基又はt-Bu基を示す。
請求項1に係る発明では、金属含有膜形成材料中に含まれるタンタル元素の含有量を上記範囲内に規定することで、この金属含有膜形成材料を用いて成膜したときに段差被覆性に優れた膜を得ることができ、かつ成膜安定性、特に気化安定性を向上することができる。また上記式(1)に示される有機金属含有化合物は、低温での成膜条件においても、膜を形成する核となるM-N-H系の活性水素系ラジカル活性種(Mは金属)を形成し易いため、従来の有機金属含有化合物よりも低温での気相成長が可能である。
請求項2に係る発明は、請求項1記載の金属含有膜形成材料を用いて有機金属化学気相成長法により作製された金属含有膜である。
以上述べたように、本発明の金属含有膜形成材料及び該材料から作製された金属含有膜は、金属含有膜形成材料中に含まれるタンタル元素の含有量を上記範囲内に規定することで、この金属含有膜形成材料を用いて成膜したときに段差被覆性に優れた膜を得ることができ、かつ成膜安定性、特に気化安定性を向上することができる。
次に本発明の発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の金属含有膜形成材料は、次の式(1)に示される有機金属含有化合物を主成分として含む。その特徴ある構成は、形成材料中にタンタル元素を含み、タンタル元素の含有量が0.1〜1ppmの範囲内であるところにある。
本発明の金属含有膜形成材料は、次の式(1)に示される有機金属含有化合物を主成分として含む。その特徴ある構成は、形成材料中にタンタル元素を含み、タンタル元素の含有量が0.1〜1ppmの範囲内であるところにある。
但し、MはSi、Ti、Zr又はHfであり、R1は水素又はMe基を示し、R2はMe基、Et基、n-Pr基又はt-Bu基を示す。
従来より不可避化合物として少なくとも5ppm以上含まれるタンタル元素の含有量を上記数値範囲内に規定することにより、この金属含有膜形成材料を用いて成膜したときに段差被覆性に優れた膜を得ることができ、かつ成膜安定性、特に気化安定性を向上することができる。
具体的には、この金属含有膜形成材料を原料として基材上に成膜すると、先ず、有機金属含有化合物よりも分解温度の低いタンタル元素を含む有機化合物が分解を始めて、基材上に膜形成の核として付着する。次に、有機金属含有化合物が分解をして、基材上に既に付着したタンタルの核を中心に核成長を始めるため、適度の成膜速度が得られ、成膜安定性、特に気化安定性が高く、段差被覆性に優れた良質の金属含有膜が得られる。
タンタル元素の含有量を0.1〜1ppmに規定したのは、下限値未満では、膜形成の核となるものがないため成膜速度が遅くなってしまい生産効率に劣り、基材上に核となるものが形成されないため、膜の密着性が低くなるためである。上限値を越えると、膜形成の核となるタンタル元素の量が多いために膜の密着性は向上するが、膜質が低下してしまい、後に続くデバイス工程での高温熱処理等の厳しい環境に曝されることで、形成した金属含有膜に孔が空いてしまうおそれがある。タンタル元素の含有量は好ましくは0.2〜0.3ppmである。
上記式(1)に示される有機金属含有化合物はClを含まない化合物であるため、金属含有膜を形成する際に、膜中に有機金属含有化合物に起因したClが入り込むことがない。従って、得られた膜は高い強度が得られる。
またこの有機金属含有化合物は、低温での成膜条件においても、次の式(3)に示すように、熱Δをうけることにより点線で示す位置から結合が切断され、膜を形成する核となるM-N-H系の活性水素系ラジカル活性種(Mは金属)を容易に形成するため、従来の有機金属含有化合物よりも低温での気相成長が可能である。更に気化安定性にも優れ、高い成膜速度で金属含有膜を形成することができる。なお、次の式(3)に示される有機金属含有化合物は金属MをSiとした反応式である。
上記式(1)のMは、Si、Ti,Zr又はHfの元素に限定される。またR1は水素又はMe基、R2はMe基、Et基、n-Pr基又はt-Bu基に規定される。これらの基に限定したのは、炭素数が多くなると熱的安定性を欠き、末端から結合開裂等が起こりやすいためである。
本発明の有機金属含有化合物、例えば上記一般式(1)のMをSiとし、R1をMe基、R2をEt基とした化合物である1,1,2,2テトラキス(ジエチルアミノ)ジメチルジシランを製造する方法としては、リチウムを分散させたテトラヒドロフラン(以下、THFという。)中にジ(ジエチルアミノ)メチルクロロシラン(Et2N)2SiMeClを混合し、この混合液を110〜130℃、1.0mmHgの条件で攪拌しながら約96時間ほど反応させることにより、常温で液体の1,1,2,2テトラキス(ジエチルアミノ)ジメチルジシランを約76%の収率で得ることができる。
次に、得られた粗生成物を減圧状態で蒸留させて精製物を得る。この工程では、120℃、266Pa(2Torr)の条件で減圧蒸留精製を1回又は2回以上行うことにより、大部分の不純物や未反応物を除去することができる。
精製工程で得られた精製物には、一般的な除去方法では十分に取除くことができないタンタル元素を含む成分が5ppm〜10ppm程度含まれる。
次に、以下のような有機吸着分別法を行う。
先ず得られた精製物にヘキサンを2倍重量加えて溶液を作製する。次いで作製した溶液に対して活性炭を精製物溶液の2倍重量加えて150℃で加熱する。所定時間加熱した後、溶液を2時間程度室温で放置し、放置後は溶液をろ別する。得られたろ液にジエチルアミンを過剰に加えて180℃で24時間攪拌する。次に、溶液にアルミナとジエチルアミンを同量程度加えて100℃で2時間攪拌する。これを更にろ別して得たろ液を180℃、約13.3Pa(0.1Torr)で精密蒸留する。上記方法を行うことで、得られた精製物に含有するタンタル元素の含有量を0.1〜1ppmの範囲内にまで低減した本発明の金属含有膜形成材料が得られる。
本発明の金属含有膜は、前述した本発明の金属含有膜形成材料を用いてMOCVD法により作製する。本発明の金属含有膜形成材料を用い、MOCVD法によりSi-N膜を形成する方法を説明する。
図1に示すように、MOCVD装置は、成膜室10と蒸気発生装置11を備える。成膜室10の内部にはヒータ12が設けられ、ヒータ12上には基板13が保持される。この成膜室10の内部は圧力センサー14、コールドトラップ15及びニードルバルブ16を備える配管17により真空引きされる。成膜室10にはニードルバルブ36、ガス流量調節装置34を介してNH3ガス導入管37が接続される。蒸気発生装置11には、本発明の金属含有膜形成材料を原料として貯留する原料容器18が備えられる。本実施の形態では、金属含有膜形成材料として、タンタル元素の含有量を0.1〜1ppmの範囲内に規定した有機シリコン含有化合物を含む形成材料を用いる。原料容器18にはガス流量調節装置19を介して加圧用不活性ガス導入管21が接続され、また原料容器18には供給管22が接続される。供給管22にはニードルバルブ23及び流量調節装置24が設けられ、供給管22は気化室26に接続される。気化室26にはニードルバルブ31、ガス流量調節装置28を介してキャリアガス導入管29が接続される。気化室26は更に配管27により成膜室10に接続される。また気化室26には、ガスドレイン32及びドレイン33がそれぞれ接続される。
この装置では、加圧用不活性ガスが導入管21から原料容器18内に導入され、原料容器18に貯蔵されている原料液を供給管22により気化室26に搬送する。気化室26で気化されて蒸気となった有機シリコン含有化合物、タンタル元素を含む有機化合物は、更にキャリアガス導入管29から気化室26へ導入されたキャリアガスにより配管27を経て成膜室10内に供給される。成膜室10内において、先ず、分解温度の低いタンタル元素を含む有機化合物の蒸気が有機シリコン含有化合物よりも先に熱分解して、基板13上に膜成長の核として付着する。次に、有機シリコン含有化合物の蒸気が熱分解し、NH3ガス導入管37より導入されたNH3ガスと反応してSi-Nが生成する。加熱された基板13上では、既にタンタルの核が付着しており、この核を中心にSi-Nが核成長しながら堆積するため、適度の成膜速度が得られ、また成膜安定性が高く、段差被覆性に優れた良質のSi-N膜が得られる。加圧用不活性ガス、キャリアガスには、アルゴン、ヘリウム、窒素等が挙げられる。なお、SiO2膜のような酸素含有膜を作製する場合には、NH3ガス導入管37の代わりにO2ガス導入管を設け、O2ガス導入管よりO2ガスを成膜室に供給することで酸素含有膜が得られる。また、Pb-TiO膜のような2種類の金属を含有した膜を作製する場合には、原料容器18内に2種類の有機金属含有化合物を所定の割合で混合したものを貯留してもよいし、原料容器18を2つ用意し、2種類の有機金属含有化合物を各原料容器にそれぞれ貯留して成膜を行っても良い。
このようにタンタル元素の含有量を規定した本発明の金属含有膜形成材料を用いて成膜すると、従来の金属含有膜形成材料よりも密着性に優れた膜を得ることができ、かつ成膜安定性及び段差被覆性を向上することができる。
先ず得られた精製物にヘキサンを2倍重量加えて溶液を作製する。次いで作製した溶液に対して活性炭を精製物溶液の2倍重量加えて150℃で加熱する。所定時間加熱した後、溶液を2時間程度室温で放置し、放置後は溶液をろ別する。得られたろ液にジエチルアミンを過剰に加えて180℃で24時間攪拌する。次に、溶液にアルミナとジエチルアミンを同量程度加えて100℃で2時間攪拌する。これを更にろ別して得たろ液を180℃、約13.3Pa(0.1Torr)で精密蒸留する。上記方法を行うことで、得られた精製物に含有するタンタル元素の含有量を0.1〜1ppmの範囲内にまで低減した本発明の金属含有膜形成材料が得られる。
本発明の金属含有膜は、前述した本発明の金属含有膜形成材料を用いてMOCVD法により作製する。本発明の金属含有膜形成材料を用い、MOCVD法によりSi-N膜を形成する方法を説明する。
図1に示すように、MOCVD装置は、成膜室10と蒸気発生装置11を備える。成膜室10の内部にはヒータ12が設けられ、ヒータ12上には基板13が保持される。この成膜室10の内部は圧力センサー14、コールドトラップ15及びニードルバルブ16を備える配管17により真空引きされる。成膜室10にはニードルバルブ36、ガス流量調節装置34を介してNH3ガス導入管37が接続される。蒸気発生装置11には、本発明の金属含有膜形成材料を原料として貯留する原料容器18が備えられる。本実施の形態では、金属含有膜形成材料として、タンタル元素の含有量を0.1〜1ppmの範囲内に規定した有機シリコン含有化合物を含む形成材料を用いる。原料容器18にはガス流量調節装置19を介して加圧用不活性ガス導入管21が接続され、また原料容器18には供給管22が接続される。供給管22にはニードルバルブ23及び流量調節装置24が設けられ、供給管22は気化室26に接続される。気化室26にはニードルバルブ31、ガス流量調節装置28を介してキャリアガス導入管29が接続される。気化室26は更に配管27により成膜室10に接続される。また気化室26には、ガスドレイン32及びドレイン33がそれぞれ接続される。
この装置では、加圧用不活性ガスが導入管21から原料容器18内に導入され、原料容器18に貯蔵されている原料液を供給管22により気化室26に搬送する。気化室26で気化されて蒸気となった有機シリコン含有化合物、タンタル元素を含む有機化合物は、更にキャリアガス導入管29から気化室26へ導入されたキャリアガスにより配管27を経て成膜室10内に供給される。成膜室10内において、先ず、分解温度の低いタンタル元素を含む有機化合物の蒸気が有機シリコン含有化合物よりも先に熱分解して、基板13上に膜成長の核として付着する。次に、有機シリコン含有化合物の蒸気が熱分解し、NH3ガス導入管37より導入されたNH3ガスと反応してSi-Nが生成する。加熱された基板13上では、既にタンタルの核が付着しており、この核を中心にSi-Nが核成長しながら堆積するため、適度の成膜速度が得られ、また成膜安定性が高く、段差被覆性に優れた良質のSi-N膜が得られる。加圧用不活性ガス、キャリアガスには、アルゴン、ヘリウム、窒素等が挙げられる。なお、SiO2膜のような酸素含有膜を作製する場合には、NH3ガス導入管37の代わりにO2ガス導入管を設け、O2ガス導入管よりO2ガスを成膜室に供給することで酸素含有膜が得られる。また、Pb-TiO膜のような2種類の金属を含有した膜を作製する場合には、原料容器18内に2種類の有機金属含有化合物を所定の割合で混合したものを貯留してもよいし、原料容器18を2つ用意し、2種類の有機金属含有化合物を各原料容器にそれぞれ貯留して成膜を行っても良い。
このようにタンタル元素の含有量を規定した本発明の金属含有膜形成材料を用いて成膜すると、従来の金属含有膜形成材料よりも密着性に優れた膜を得ることができ、かつ成膜安定性及び段差被覆性を向上することができる。
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
<実施例A−1>
リチウムを分散させたTHF中に(Me2N)2SiHClを混合し、この混合液を110〜130℃、1.0mmHgの条件で96時間攪拌して反応させ、常温で液体の物質を得た。得られた液体を元素分析により測定した結果では、Si=23.93、C=41.02、H=11.11及びN=23.92であった。また質量分析の結果では、m/e=117及びm/e=233であった。更に、1H-NMR(C6D6)では、δ1.15(CH3)、δ1.22(CH3)、δ2.31(C-H、d)及びδ5.3(H、q)であった。上記分析結果より得られた液体は上述した式(1)で示される構造を有し、MがSi、R1がH、R2がMeの1,1,2,2テトラキス(ジメチルアミノ)ジシラン[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]であると同定された。
得られた[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]を精製して不純物及び未反応物をそれぞれ除去した。
<実施例A−1>
リチウムを分散させたTHF中に(Me2N)2SiHClを混合し、この混合液を110〜130℃、1.0mmHgの条件で96時間攪拌して反応させ、常温で液体の物質を得た。得られた液体を元素分析により測定した結果では、Si=23.93、C=41.02、H=11.11及びN=23.92であった。また質量分析の結果では、m/e=117及びm/e=233であった。更に、1H-NMR(C6D6)では、δ1.15(CH3)、δ1.22(CH3)、δ2.31(C-H、d)及びδ5.3(H、q)であった。上記分析結果より得られた液体は上述した式(1)で示される構造を有し、MがSi、R1がH、R2がMeの1,1,2,2テトラキス(ジメチルアミノ)ジシラン[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]であると同定された。
得られた[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]を精製して不純物及び未反応物をそれぞれ除去した。
更に、精製物にヘキサンを2倍重量加えて溶液を作製した。作製した溶液に対して活性炭を精製物溶液の2倍重量加えて150℃で加熱した。所定時間加熱した後、溶液を2時間程度室温で放置し、放置後は溶液をろ別し、得られたろ液にジエチルアミンを過剰に加えて180℃で24時間攪拌した。次に、溶液にアルミナとジエチルアミンを同量程度加えて100℃で2時間攪拌し、攪拌後はろ別して得たろ液を180℃、約13.3Pa(0.1Torr)で精密蒸留することで、精製物中に含まれるタンタル元素の含有量を低減した。
[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]の精製物中に含まれるタンタル元素の含有量を誘導結合プラズマ質量分析(以下、ICP−MSという。)及びフレームレス原子吸光分析法(以下、AASという。)により測定したところそれぞれ検出限界未満であった。この[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−2〜実施例A−4>
[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−1と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−2〜実施例A−4>
[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−1と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−5>
(Me2N)2SiHClの代わりに(Me2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がMeの1,1,2,2テトラキス(ジメチルアミノ)ジメチルジシラン[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]を得た。この[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−6〜実施例A−8>
[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−5と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに(Me2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がMeの1,1,2,2テトラキス(ジメチルアミノ)ジメチルジシラン[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]を得た。この[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−6〜実施例A−8>
[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−5と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−9>
(Me2N)2SiHClの代わりに(Et2N)2SiHClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がH、R2がEtの1,1,2,2テトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]を得た。この[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−10〜実施例A−12>
[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−9と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに(Et2N)2SiHClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がH、R2がEtの1,1,2,2テトラキス(ジエチルアミノ)ジシラン[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]を得た。この[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−10〜実施例A−12>
[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−9と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−13>
(Me2N)2SiHClの代わりに(Et2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がEtの1,1,2,2テトラキス(ジエチルアミノ)ジメチルジシラン[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]を得た。この[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−14〜実施例A−16>
[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−13と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに(Et2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がEtの1,1,2,2テトラキス(ジエチルアミノ)ジメチルジシラン[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]を得た。この[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−14〜実施例A−16>
[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−13と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−17>
(Me2N)2SiHClの代わりに((n-Pr)2N)2SiHClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がH、R2がn-Prの1,1,2,2テトラキス(ジn-プロピルアミノ)ジシラン[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]を得た。この[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−18〜実施例A−20>
[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−17と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに((n-Pr)2N)2SiHClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がH、R2がn-Prの1,1,2,2テトラキス(ジn-プロピルアミノ)ジシラン[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]を得た。この[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−18〜実施例A−20>
[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−17と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−21>
(Me2N)2SiHClの代わりに((n-Pr)2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がn-Prの1,1,2,2テトラキス(ジn-プロピルアミノ)ジメチルジシラン[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]を得た。この[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−22〜実施例A−24>
[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−21と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに((n-Pr)2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がn-Prの1,1,2,2テトラキス(ジn-プロピルアミノ)ジメチルジシラン[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]を得た。この[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−22〜実施例A−24>
[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−21と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−25>
(Me2N)2SiHClの代わりに((t-Bu)2N)2SiHClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がH、R2がt-Buの1,1,2,2テトラキス(ジt-ブチルアミノ)ジシラン[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]を得た。この[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−26〜実施例A−28>
[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−25と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに((t-Bu)2N)2SiHClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がH、R2がt-Buの1,1,2,2テトラキス(ジt-ブチルアミノ)ジシラン[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]を得た。この[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−26〜実施例A−28>
[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−25と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例A−29>
(Me2N)2SiHClの代わりに((t-Bu)2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がt-Buの1,1,2,2テトラキス(ジt-ブチルアミノ)ジメチルジシラン[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]を得た。この[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−30〜実施例A−32>
[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−29と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
(Me2N)2SiHClの代わりに((t-Bu)2N)2SiMeClを用いた以外は実施例A−1と同様にして反応を行い、上述した式(1)で示される構造を有し、R1がMe、R2がt-Buの1,1,2,2テトラキス(ジt-ブチルアミノ)ジメチルジシラン[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]を得た。この[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]にタンタル元素を0.1ppm添加して金属含有膜形成材料とした。
<実施例A−30〜実施例A−32>
[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]にタンタル元素を0.2ppm、0.3ppm及び1ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−29と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−1及び比較例A−2>
[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−1と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−3及び比較例A−4>
[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−5と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−5及び比較例A−6>
[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−9と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−7及び比較例A−8>
[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−13と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−9及び比較例A−10>
[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−17と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−11及び比較例A−12>
[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−21と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−13及び比較例A−14>
[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−25と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−15及び比較例A−16>
[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−29と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
[H(Me2N)2Si-Si(NMe2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−1と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−3及び比較例A−4>
[Me(Me2N)2Si-Si(NMe2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−5と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−5及び比較例A−6>
[H(Et2N)2Si-Si(NEt2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−9と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−7及び比較例A−8>
[Me(Et2N)2Si-Si(NEt2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−13と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−9及び比較例A−10>
[H((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−17と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−11及び比較例A−12>
[Me((n-Pr)2N)2Si-Si(N(n-Pr)2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−21と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−13及び比較例A−14>
[H((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2H]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−25と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例A−15及び比較例A−16>
[Me((t-Bu)2N)2Si-Si(N(t-Bu)2)2Me]にタンタル元素を0.05ppm及び3ppmそれぞれ添加した以外は実施例A−29と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例B−1〜実施例B−32>
金属種をTiとした以外は実施例A−1〜実施例A−32と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例B−1〜比較例B−16>
金属種をTiとした以外は比較例A−1〜比較例A−16と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
金属種をTiとした以外は実施例A−1〜実施例A−32と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例B−1〜比較例B−16>
金属種をTiとした以外は比較例A−1〜比較例A−16と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例C−1〜実施例C−32>
金属種をZrとした以外は実施例A−1〜実施例A−32と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例C−1〜比較例C−16>
金属種をZrとした以外は比較例A−1〜比較例A−16と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
金属種をZrとした以外は実施例A−1〜実施例A−32と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例C−1〜比較例C−16>
金属種をZrとした以外は比較例A−1〜比較例A−16と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<実施例D−1〜実施例D−32>
金属種をHfとした以外は実施例A−1〜実施例A−32と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例D−1〜比較例D−16>
金属種をHfとした以外は比較例A−1〜比較例A−16と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
金属種をHfとした以外は実施例A−1〜実施例A−32と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較例D−1〜比較例D−16>
金属種をHfとした以外は比較例A−1〜比較例A−16と同様にして金属含有膜形成材料を得た。
<比較試験1>
実施例A−1〜実施例A−32、実施例B−1〜実施例B−32、実施例C−1〜実施例C−32、実施例D−1〜実施例D−32及び比較例A−1〜比較例A−16、比較例B−1〜比較例B−16、比較例C−1〜比較例C−16、比較例D−1〜比較例D−16でそれぞれ得られた金属含有膜形成材料を用いて得られた成膜時間あたりの膜厚試験、段差被覆性試験及び密着性を調べるピール試験を行った。
先ず、基板としてシリコン基板を5枚ずつ用意し、基板を図1に示すMOCVD装置の成膜室に設置した。次いで、基板温度を500℃、気化温度を100℃、圧力を約266Pa(2torr)にそれぞれ設定した。反応ガスとしてNH3ガスを用い、その分圧を100ccmとした。次に、キャリアガスとしてArガスを用い、金属含有膜形成材料を0.05cc/分の割合でそれぞれ供給し、成膜時間が1分、2分、3分、4分及び5分となったときにそれぞれ1枚ずつ成膜室より取出した。
実施例A−1〜実施例A−32、実施例B−1〜実施例B−32、実施例C−1〜実施例C−32、実施例D−1〜実施例D−32及び比較例A−1〜比較例A−16、比較例B−1〜比較例B−16、比較例C−1〜比較例C−16、比較例D−1〜比較例D−16でそれぞれ得られた金属含有膜形成材料を用いて得られた成膜時間あたりの膜厚試験、段差被覆性試験及び密着性を調べるピール試験を行った。
先ず、基板としてシリコン基板を5枚ずつ用意し、基板を図1に示すMOCVD装置の成膜室に設置した。次いで、基板温度を500℃、気化温度を100℃、圧力を約266Pa(2torr)にそれぞれ設定した。反応ガスとしてNH3ガスを用い、その分圧を100ccmとした。次に、キャリアガスとしてArガスを用い、金属含有膜形成材料を0.05cc/分の割合でそれぞれ供給し、成膜時間が1分、2分、3分、4分及び5分となったときにそれぞれ1枚ずつ成膜室より取出した。
(1)膜厚試験
成膜を終えた基板上のSi-N薄膜、Ti-N薄膜、Zr-N薄膜及びHf-N薄膜を断面SEM(走査型電子顕微鏡)像から膜厚を測定した。
成膜を終えた基板上のSi-N薄膜、Ti-N薄膜、Zr-N薄膜及びHf-N薄膜を断面SEM(走査型電子顕微鏡)像から膜厚を測定した。
(2)段差被覆性試験
5枚の基板のうち、成膜時間が5分の基板上の各薄膜を断面SEM(走査型電子顕微鏡)像から段差被覆性を測定した。段差被覆性とは図2に示される溝等の段差のある基板41に薄膜42を成膜したときのa/bの数値で表現される。a/bが1.0であれば、基板の平坦部分と同様に溝の奥まで均一に成膜されているため、段差被覆性は良好であるといえる。逆にa/bが1.0未満の数値であってその数値が低いほど、また1.0を越える数値でその数値が高いほど、それぞれ段差被覆性は悪いとされる。
5枚の基板のうち、成膜時間が5分の基板上の各薄膜を断面SEM(走査型電子顕微鏡)像から段差被覆性を測定した。段差被覆性とは図2に示される溝等の段差のある基板41に薄膜42を成膜したときのa/bの数値で表現される。a/bが1.0であれば、基板の平坦部分と同様に溝の奥まで均一に成膜されているため、段差被覆性は良好であるといえる。逆にa/bが1.0未満の数値であってその数値が低いほど、また1.0を越える数値でその数値が高いほど、それぞれ段差被覆性は悪いとされる。
(3)ピール試験
5枚の基板のうち、成膜時間が5分の基板の平坦部分に成膜された各薄膜について次のようなピール試験を行った。先ず、成膜を終えた各薄膜をカッターナイフを用いて所定の大きさに切断して100の切断マス目を作成した。次にマス目を作成した薄膜の上に粘着性セロハンテープを密着させた。続いてこのセロハンテープを薄膜から剥がし、100のマス目に切断された薄膜のうち、セロハンテープにより剥離した数と、基板上に残留した数とをそれぞれ調べた。
5枚の基板のうち、成膜時間が5分の基板の平坦部分に成膜された各薄膜について次のようなピール試験を行った。先ず、成膜を終えた各薄膜をカッターナイフを用いて所定の大きさに切断して100の切断マス目を作成した。次にマス目を作成した薄膜の上に粘着性セロハンテープを密着させた。続いてこのセロハンテープを薄膜から剥がし、100のマス目に切断された薄膜のうち、セロハンテープにより剥離した数と、基板上に残留した数とをそれぞれ調べた。
<評価>
得られた成膜時間あたりの膜厚、段差被覆性及びピール試験の結果を表1〜表8にそれぞれ示す。なお、ピール試験は、切断マス目100枚当たりの基板残留数を示す。
得られた成膜時間あたりの膜厚、段差被覆性及びピール試験の結果を表1〜表8にそれぞれ示す。なお、ピール試験は、切断マス目100枚当たりの基板残留数を示す。
表1〜表8より明らかなように、比較例の金属含有膜形成材料を用いて得られた薄膜は、時間が進んでも膜厚が厚くならず、成膜の安定性が悪いことが判る。これに対して実施例の金属含有膜形成材料を用いて得られた薄膜は、全ての金属種において成膜時間あたりの膜厚が均等になっており、成膜安定性が高い結果が得られた。また、比較例のTa含有量が少ない金属含有膜形成材料を用いて得られた薄膜は、ピール試験では低い数値しか得られず、密着性が若干劣る結果となった。また比較例では全体的に段差被覆性についても非常に悪い結果となった。これに対して実施例の金属含有膜形成材料を用いて得られた薄膜は、全ての金属種において段差被覆性について1.0に近い数値が得られており、基板の平坦部分と同様に溝の奥まで均一に成膜されていることが判った。また、ピール試験においても高い数値が得られており、密着性に優れた結果が得られていることが判る。
Claims (2)
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