JP2011516369A - Method for recycling and purification of inorganic metal precursors - Google Patents

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ガティノー、ジュリアン
デュサラ、クリスティアン
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レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
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Abstract

無機金属前駆体のリサイクルおよび精製のための方法ならびに装置。四酸化ルテニウムを含む第1のガス流が提供され、固相の低級ルテニウム酸化物へと変換される。この低級ルテニウム酸化物は水素で還元されて金属ルテニウムを生じる。金属ルテニウムは酸化性混合物と接触し、四酸化ルテニウムを含む流を生じ、残留するあらゆる酸化性混合物は蒸留によってこの流から除去される。  Method and apparatus for recycling and purification of inorganic metal precursors. A first gas stream comprising ruthenium tetroxide is provided and converted to solid phase lower ruthenium oxide. This lower ruthenium oxide is reduced with hydrogen to produce metal ruthenium. The metal ruthenium comes into contact with the oxidizing mixture, resulting in a stream containing ruthenium tetroxide, and any remaining oxidizing mixture is removed from this stream by distillation.

Description

関連出願の相互参照
本出願は、全ての目的について全体が参照によってここに組み入れられる2007年4月6日に出願された米国仮特許出願第60/910,572号の利益を主張する。
This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 910,572, filed Apr. 6, 2007, which is hereby incorporated by reference in its entirety for all purposes.

背景
発明の分野
この発明は一般的に半導体製造の分野に関する。より具体的には、本発明は半導体製造プロセスからの四酸化ルテニウムを含む廃棄物流をリサイクルする方法に関する。
BACKGROUND Field of the Invention This invention relates generally to the field of semiconductor manufacturing. More specifically, the present invention relates to a method for recycling a waste stream containing ruthenium tetroxide from a semiconductor manufacturing process.

発明の背景
ルテニウムおよび四酸化ルテニウムのようなルテニウム化合物は、次世代のDRAMにおけるキャパシタ電極材料としての用途に有望であると考えられる。アルミナ、五酸化タンタル、酸化ハフニウム、およびバリウム-ストロンチウムチタナート(BST)のような高誘電率材料(別名high-k材料)は、現在、これらのキャパシタ電極に使用される。しかしながら、これらのhigh-k材料は、600℃もの高温を用いて製造され、このことはポリシリコン、シリコン、およびアルミナの酸化をもたらし、かつ、静電容量の損失を生じさせる。一方で、ルテニウムおよび酸化ルテニウムの両方は高酸化耐性および高導電性を示し、かつ、キャパシタ電極材料としての用途に適切である。それらは酸素拡散バリアとしても有効に機能する。ルテニウムは、ランタノイド酸化物のためのゲート金属としても提案されてきている。さらに、ルテニウムは、白金および他の貴金属よりも、オゾンおよび酸素を用いたプラズマによって容易にエッチングされる。メッキされた銅からlow-k材料を隔てるバリア層として、およびシード層としてのルテニウムの使用も、近年注目されてきている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Ruthenium compounds such as ruthenium and ruthenium tetroxide are considered promising for use as capacitor electrode materials in next generation DRAMs. High dielectric constant materials (also known as high-k materials) such as alumina, tantalum pentoxide, hafnium oxide, and barium-strontium titanate (BST) are currently used for these capacitor electrodes. However, these high-k materials are manufactured using temperatures as high as 600 ° C., which results in oxidation of polysilicon, silicon, and alumina and results in loss of capacitance. On the other hand, both ruthenium and ruthenium oxide exhibit high oxidation resistance and high conductivity, and are suitable for use as capacitor electrode materials. They also function effectively as oxygen diffusion barriers. Ruthenium has also been proposed as a gate metal for lanthanoid oxides. Furthermore, ruthenium is more easily etched by plasma using ozone and oxygen than platinum and other noble metals. The use of ruthenium as a barrier layer that separates the low-k material from the plated copper and as a seed layer has also gained attention in recent years.

ルテニウムおよび酸化ルテニウム(RuO2)の高品質膜は、適切な条件下で高純度四酸化ルテニウム(RuO4)の前駆体から堆積され得る。この前駆体は、バリウム-ストロンチウムチタナートおよびストロンチウムチタン酸化物のものに良く似た秀逸な導電性ならびに三次元構造を示す、ストロンチウムルテニウム酸化物のようなペロブスカイトタイプの材料の堆積(膜形成)のためにも使用され得る。 High quality films of ruthenium and ruthenium oxide (RuO 2 ) can be deposited from precursors of high purity ruthenium tetroxide (RuO 4 ) under suitable conditions. This precursor is used for the deposition (film formation) of perovskite-type materials such as strontium ruthenium oxide, which exhibits excellent conductivity and three-dimensional structure similar to those of barium-strontium titanate and strontium titanium oxide. Can also be used for.

四酸化ルテニウムが半導体製造プロセスにおける前駆体として使用される場合、該プロセスに残されるか、または該プロセスから排出されるあらゆる四酸化ルテニウムを捕捉および/または除去する必要があるときがある。四酸化ルテニウムを捕捉するための一つの方法は、四酸化ルテニウムを室温で回収するためにゴム(天然、クロロプレンまたはシリコンタイプのいずれか)を使用する。四酸化ルテニウムが有機物タイプの材料と接触したとき、四酸化ルテニウムは二酸化ルテニウムに変換されるが、その後、その材料を再び使用することはできない。残されたルテニウムをシリカ-アルミナゲルで捕捉することも可能であり得るが、これは、その後の再利用のためにルテニウムを解放することについてもいくつかの困難をもたらす。   When ruthenium tetroxide is used as a precursor in a semiconductor manufacturing process, it may be necessary to capture and / or remove any ruthenium tetroxide left in or exhausted from the process. One method for capturing ruthenium tetroxide uses rubber (either natural, chloroprene or silicon type) to recover ruthenium tetroxide at room temperature. When ruthenium tetroxide comes into contact with an organic type material, the ruthenium tetroxide is converted to ruthenium dioxide, which cannot then be used again. It may be possible to capture the remaining ruthenium with a silica-alumina gel, but this also introduces some difficulties in releasing the ruthenium for subsequent reuse.

ルテニウムを精製するためのいくつかの方法も存在するが、これらは、その後処理されなければならず、かつ健康、安全および環境的観点の関心を生じさせ得るような、追加のプロセス化学物質(ナトリウム、塩酸、水素、または他の無機酸など)の添加を一般的に必要とする。   There are also several methods for purifying ruthenium, but these require additional processing chemicals (sodium) that must be subsequently processed and can create health, safety and environmental concerns. , Hydrochloric acid, hydrogen, or other inorganic acids) is generally required.

したがって、半導体製造プロセスにおいて使用され、その後処分されねばならない多くの有害な副生成物を生じないような、四酸化ルテニウムをリサイクルおよび精製するための方法および装置についての需要が存在する。   Accordingly, there is a need for a method and apparatus for recycling and purifying ruthenium tetroxide that does not produce many harmful by-products that are used in semiconductor manufacturing processes and then must be disposed of.

概要
本発明は、無機金属前駆体、すなわち四酸化ルテニウムをリサイクルおよび精製するための新規な方法および装置を提供する。
SUMMARY The present invention provides a novel method and apparatus for recycling and purifying inorganic metal precursors, namely ruthenium tetroxide.

一つの態様において、無機金属前駆体をリサイクルおよび精製するための方法は、四酸化ルテニウムを含む第1のガス流を提供することを含む。第1の流の少なくとも一部は、固相の低級ルテニウム酸化物へと変換される。金属ルテニウムは、その後、低級ルテニウム酸化物を水素ガスで還元することにより、低級ルテニウム酸化物の少なくとも一部を金属ルテニウムへと変換することによって作られる。金属ルテニウムはその後、酸化性混合物と接触され、四酸化ルテニウムを含有する第2の流を生じる。この第2の流は、高純度の四酸化ルテニウムを得るために、残留するあらゆる酸化性化合物を除かれる。   In one embodiment, a method for recycling and purifying inorganic metal precursors includes providing a first gas stream comprising ruthenium tetroxide. At least a portion of the first stream is converted to solid phase lower ruthenium oxide. The metal ruthenium is then made by converting at least a portion of the lower ruthenium oxide to metal ruthenium by reducing the lower ruthenium oxide with hydrogen gas. The metal ruthenium is then contacted with the oxidizing mixture to produce a second stream containing ruthenium tetroxide. This second stream removes any remaining oxidizing compounds to obtain high purity ruthenium tetroxide.

一つの態様において、半導体プロセスツールから受け取った無機金属前駆体をリサイクルおよび精製するための方法は、半導体製造プロセスのアウトプットから、四酸化ルテニウムを含有する第1のガス流を受け取ることを含む。第1の流の少なくとも一部は、およそ50ないしおよそ300℃の温度に維持された加熱容器中で第1の流を加熱することによって、固相の低級ルテニウム酸化物へと変換される。金属ルテニウムはその後、低級ルテニウム酸化物を水素ガスで還元することにより、低級ルテニウム酸化物の少なくとも一部を金属ルテニウムに変換することによって作られる。金属ルテニウムはその後、酸化性混合物と接触され、四酸化ルテニウムを含有する第2の流を生じる。第2の流は、およそ99.9%の純度を持った高純度四酸化ルテニウムを得るために、残留するあらゆる酸化性化合物を除去される。高純度四酸化ルテニウムはその後、堆積プロセスにおける使用のために半導体プロセスツールに提供される。   In one embodiment, a method for recycling and purifying inorganic metal precursors received from a semiconductor process tool includes receiving a first gas stream containing ruthenium tetroxide from the output of a semiconductor manufacturing process. At least a portion of the first stream is converted to solid phase lower ruthenium oxide by heating the first stream in a heated vessel maintained at a temperature of about 50 to about 300 ° C. The metal ruthenium is then made by converting at least a portion of the lower ruthenium oxide to metal ruthenium by reducing the lower ruthenium oxide with hydrogen gas. The metal ruthenium is then contacted with the oxidizing mixture to produce a second stream containing ruthenium tetroxide. The second stream is stripped of any remaining oxidizing compounds to obtain high purity ruthenium tetroxide with a purity of approximately 99.9%. High purity ruthenium tetroxide is then provided to semiconductor process tools for use in deposition processes.

一つの態様において、半導体デバイスの製造において使用される無機金属前駆体のリサイクルおよび精製のための装置は、少なくとも1つの無機金属前駆体を含有する流入流を受けるための入口を含む。該流を受け取るために適切な少なくとも1つの加熱容器が設けられ、該加熱容器は、およそ50ないし300℃の温度に該容器を維持するために適切な加熱手段を含む。加熱容器に流体連通され、かつ該加熱容器の下流に配置された少なくとも1つの凝縮器が提供される。凝縮器に流体連通され、かつ該凝縮器の下流に配置された少なくとも1つの分配手段も提供される。分配手段に流体連通された出口が提供され、ここで該出口は無機金属前駆体の流を少なくとも1つの半導体プロセスツールに送るために適切なものである。   In one embodiment, an apparatus for recycling and refining inorganic metal precursors used in the manufacture of semiconductor devices includes an inlet for receiving an inflow containing at least one inorganic metal precursor. At least one heating vessel suitable for receiving the stream is provided, the heating vessel including suitable heating means to maintain the vessel at a temperature of approximately 50-300 ° C. At least one condenser is provided that is in fluid communication with the heating vessel and disposed downstream of the heating vessel. There is also provided at least one distribution means in fluid communication with the condenser and disposed downstream of the condenser. An outlet is provided in fluid communication with the distribution means, wherein the outlet is suitable for delivering a stream of inorganic metal precursor to at least one semiconductor process tool.

本発明の他の態様は、限定されないが、以下の特徴の1つ以上を含み得る:
- 第1の流の少なくとも一部を、該第1の流を加熱容器に導入することによって変換すること;
- 加熱容器の操作温度をおよそ50ないし800℃に維持すること;
- 加熱容器の操作圧力をおよそ0.01ないしおよそ1000 torrに維持すること;
- 四酸化ルテニウムの少なくとも一部を固相の低級ルテニウム酸化物に変換することを助けるために、触媒を加熱容器に提供すること;
- 触媒が金属ルテニウムまたは二酸化ルテニウムを含むこと;
- 加熱容器の操作温度をおよそ100ないし300℃に維持すること;
- ルテニウム酸化物の少なくとも99%、好ましくはおよそ99.9%を、水素ガスによる還元によって金属ルテニウムへと還元すること;
- 水素による還元により作られた金属ルテニウムが、およそ1.0 m2/g超、好ましくはおよそ7.0 m2/gの比表面積を持つこと;
- 水素によるルテニウム酸化物の還元の後、かつ金属ルテニウムが酸化性混合物と接触する前に、加熱容器から金属ルテニウムの少なくとも一部を除去すること;
- 酸化性混合物が、NO、NO2、O2、O3、その混合物、およびプラズマ励起されたその混合物からなる群より選択された少なくとも1つの要素を含むこと;
- 四酸化ルテニウムの第2の流から、蒸留プロセスによってあらゆる酸化性化合物を除去すること;
- 四酸化ルテニウムをおよそ99.9%超の純度で得ること;
- 溶媒中に高純度四酸化ルテニウムをバブリングし、溶媒と高純度四酸化ルテニウムとの飽和混合物を形成すること;
- 四酸化ルテニウムを直接気化工程によって気化させること;
- ナトリウムまたはハロゲン含有化合物を導入することなく高純度四酸化ルテニウムを作ること;
- 加熱容器に流体連通されるように配置された水素源が提供されること;
- 加熱容器に流体連通されるように配置された酸化性混合物源が提供されること;
- 第1の容器、凝縮器および分配手段に全て平行に配置されている第2の加熱容器、凝縮器および分配手段が提供されること;
- 第1の加熱容器と第2の加熱容器の間に、無機金属前駆体の流入流を分流するための手段が提供されること;
- 無機金属前駆体の流が触媒と接触するように、加熱容器の内側に堆積される触媒が提供されること;
- 高純度四酸化ルテニウムを、第1のガス流を一時的に受け取る半導体プロセスツールに提供すること。
Other aspects of the invention may include, but are not limited to, one or more of the following features:
-Converting at least part of the first stream by introducing the first stream into a heating vessel;
-Maintaining the operating temperature of the heating vessel at approximately 50 to 800 ° C;
-Maintain the operating pressure of the heating vessel at about 0.01 to about 1000 torr;
-Providing a catalyst to the heating vessel to help convert at least a portion of the ruthenium tetroxide to solid phase lower ruthenium oxide;
-The catalyst contains metal ruthenium or ruthenium dioxide;
-Maintain the operating temperature of the heating vessel at approximately 100-300 ° C;
-Reducing at least 99%, preferably approximately 99.9% of the ruthenium oxide to metallic ruthenium by reduction with hydrogen gas;
-The metal ruthenium produced by reduction with hydrogen has a specific surface area of more than approximately 1.0 m 2 / g, preferably approximately 7.0 m 2 / g;
-Removing at least a portion of the metal ruthenium from the heating vessel after the reduction of the ruthenium oxide with hydrogen and before the metal ruthenium contacts the oxidizing mixture;
- oxidizing mixtures, NO, NO 2, O 2 , O 3, mixtures thereof, and comprise at least one element plasma excited selected from the group consisting of halogen;
-Removing any oxidizing compounds from the second stream of ruthenium tetroxide by a distillation process;
-Obtaining ruthenium tetroxide with a purity of more than approximately 99.9%;
-Bubbling high purity ruthenium tetroxide into the solvent to form a saturated mixture of the solvent and high purity ruthenium tetroxide;
-Vaporizing ruthenium tetroxide directly by a vaporization process;
-Making high purity ruthenium tetroxide without introducing sodium or halogen containing compounds;
-Providing a hydrogen source arranged to be in fluid communication with the heating vessel;
-Providing an oxidizing mixture source arranged in fluid communication with the heating vessel;
-A second heating vessel, condenser and distribution means are provided which are all arranged parallel to the first container, condenser and distribution means;
-Means are provided between the first heating vessel and the second heating vessel to divert the incoming stream of inorganic metal precursor;
-Providing a catalyst that is deposited inside the heated vessel so that the stream of inorganic metal precursor is in contact with the catalyst;
-Providing high purity ruthenium tetroxide to semiconductor process tools that temporarily receive the first gas stream.

先述されたものは、以下の詳細な説明がより良く理解され得るように、本発明の特徴および技術的な利点を幾分広く概説している。本発明のさらなる特徴は以下に記載され、本発明の要旨を形成する。開示された概念および特定の態様は、本発明の同じ目的を実行するための他の構成を変更または設計するための根拠として容易に利用され得ることが、当業者に理解されるべきである。このような均等の構成は、添付の請求項に記載された本発明の精神および範囲から逸脱しないことも当業者に理解されるべきである。   The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the detailed description that follows may be better understood. Additional features of the invention are described below and form the subject of the invention. It should be understood by one skilled in the art that the disclosed concepts and specific aspects can be readily utilized as a basis for modifying or designing other configurations for carrying out the same purposes of the present invention. It should also be understood by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.

本発明についての特性および目的のさらなる理解のために、添付図と関連した以下の詳細な説明について参照がなされ、ここで同様の要素は類似または同一の参照番号を与えられる。   For a further understanding of the nature and objects of the invention, reference will be made to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like elements are provided with like or identical reference numerals.

好ましい態様の記載
一般に、半導体デバイスの製造において使用された材料を廃棄する代わりに捕捉および再利用し得ることが、環境およびコスト両方の観点から好ましい。ルテニウムがこれらのデバイスの製造に使用されるとき、プロセスは通常、ルテニウムが四酸化ルテニウムの形態で供給されることを要する。これらのプロセスは四酸化ルテニウムの全てを使用しないので、四酸化ルテニウムがプロセス廃棄物中に(他の副生成物とともに)存在し得る。同一または異なる製造プロセスにおいて再使用され得るように、四酸化ルテニウムを捕捉して精製し得ることが好ましい。
DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS In general, it is preferable from both an environmental and cost standpoint that materials used in the manufacture of semiconductor devices can be captured and reused instead of discarded. When ruthenium is used in the manufacture of these devices, the process usually requires that ruthenium be supplied in the form of ruthenium tetroxide. Since these processes do not use all of the ruthenium tetroxide, ruthenium tetroxide can be present in the process waste (along with other byproducts). Preferably, ruthenium tetroxide can be captured and purified so that it can be reused in the same or different manufacturing processes.

一般に、本発明は無機金属前駆体をリサイクルおよび精製するための方法に関し、四酸化ルテニウムを含む第1のガス流を提供することを含む。第1の流の少なくとも一部は、固相の低級ルテニウム酸化物へと変換される。金属ルテニウムはその後、水素ガスで低級ルテニウム酸化物を還元することにより低級ルテニウム酸化物の少なくとも一部を金属ルテニウムへと変換することによって作られる。金属ルテニウムはその後、酸化性混合物と接触され、四酸化ルテニウムを含有する第2の流を生じる。この第2の流は、高純度四酸化ルテニウムを得るために、残留するあらゆる酸化性化合物を除去される。本発明は、少なくとも1つの無機金属前駆体を含有する流入流を受け取るための入口を含む半導体デバイスの製造において使用される無機金属前駆体のリサイクルおよび精製のための装置にも関する。流を受け取るために適切な少なくとも1つの加熱容器が提供され、該加熱容器は、該容器をおよそ50ないし300℃の温度に維持するために適切な加熱手段を含む。該加熱容器に流体連通され、かつ該加熱容器の下流に配置された少なくとも1つの凝縮器が提供される。該凝縮器に流体連通され、かつ該凝縮器の下流に配置された少なくとも1つの分配手段も提供される。該分配手段に流体連通された出口が提供され、ここで該出口は無機金属前駆体の流を少なくとも1つの半導体プロセスツールへと送るために適切なものである。   In general, the present invention relates to a method for recycling and purifying inorganic metal precursors, including providing a first gas stream comprising ruthenium tetroxide. At least a portion of the first stream is converted to solid phase lower ruthenium oxide. The metal ruthenium is then made by converting at least a portion of the lower ruthenium oxide to metal ruthenium by reducing the lower ruthenium oxide with hydrogen gas. The metal ruthenium is then contacted with the oxidizing mixture to produce a second stream containing ruthenium tetroxide. This second stream is stripped of any remaining oxidizing compounds to obtain high purity ruthenium tetroxide. The invention also relates to an apparatus for recycling and purifying inorganic metal precursors used in the manufacture of semiconductor devices comprising an inlet for receiving an inflow containing at least one inorganic metal precursor. At least one heating vessel suitable for receiving the stream is provided, the heating vessel including suitable heating means to maintain the vessel at a temperature of approximately 50-300 ° C. At least one condenser is provided that is in fluid communication with the heating vessel and disposed downstream of the heating vessel. There is also provided at least one distribution means in fluid communication with the condenser and disposed downstream of the condenser. An outlet is provided in fluid communication with the distribution means, wherein the outlet is suitable for delivering a stream of inorganic metal precursor to at least one semiconductor process tool.

ここで図1を参照して、本発明による方法および装置の非限定的な態様が以下に記載される。前駆体のリサイクルおよび精製のシステム100が示される。四酸化ルテニウムを含有する無機金属前駆体101の第1の流が提供される。この流は、化学気相堆積(CVD)または原子層堆積(ALD)プロセスのような半導体堆積プロセスからの廃棄物または過剰生成物であり得る。第1の流101は、入口、出口、および固体前駆体がそこに収集されるのに適切な少なくとも1つの内側表面103を持つ加熱容器102に送られ得る。加熱容器102は、加熱容器102の温度をおよそ50ないし800℃、好ましくはおよそ100ないし300℃の温度に維持するのに適切な加熱手段104も含み得る。
いくつかの態様において、加熱容器102は当業者に既知の通常のタイプの金属反応容器であり得る。加熱容器102は、内部圧力をおよそ0.01 torrないしおよそ1000 torrに維持するために適切であるように構築され得る。同様に、いくつかの態様において、加熱手段104は、抵抗加熱器または加熱容器の壁に熱を提供する直接加熱器のような通常の加熱手段であり得る。
Referring now to FIG. 1, a non-limiting embodiment of the method and apparatus according to the present invention will now be described. A precursor recycling and purification system 100 is shown. A first stream of inorganic metal precursor 101 containing ruthenium tetroxide is provided. This stream may be waste or excess product from semiconductor deposition processes such as chemical vapor deposition (CVD) or atomic layer deposition (ALD) processes. The first stream 101 can be sent to a heated vessel 102 having an inlet, an outlet, and at least one inner surface 103 suitable for collecting solid precursor therein. The heating vessel 102 may also include heating means 104 suitable for maintaining the temperature of the heating vessel 102 at a temperature of approximately 50 to 800 ° C, preferably approximately 100 to 300 ° C.
In some embodiments, the heating vessel 102 can be a conventional type of metal reaction vessel known to those skilled in the art. The heating vessel 102 can be constructed to be suitable for maintaining the internal pressure at about 0.01 torr to about 1000 torr. Similarly, in some embodiments, the heating means 104 can be a conventional heating means such as a resistance heater or a direct heater that provides heat to the walls of the heating vessel.

いくつかの態様において、加熱手段102は、水素源105および酸化剤混合物源106に流体連通している。水素源105および酸化剤混合物106は、両方ともガスのシリンダーのような通常の供給源であるか、または他の供給ラインもしくは供給システムの出口に対する接続であり得る。いくつかの態様において、酸化性混合物106は、NO、NO2、O2、O3、またはその混合物であり得る。 In some embodiments, the heating means 102 is in fluid communication with the hydrogen source 105 and the oxidant mixture source 106. Both the hydrogen source 105 and the oxidant mixture 106 can be conventional sources such as gas cylinders, or can be connected to the outlets of other supply lines or supply systems. In some embodiments, the oxidizable mixture 106 can be NO, NO 2 , O 2 , O 3 , or a mixture thereof.

第1の流101が加熱容器102に入るとき、第1の流101内に含まれる四酸化ルテニウムは、加熱により一般に以下に示されるような通常の分解反応に従って分解し、固体の低級ルテニウム酸化物(例えば二酸化ルテニウム)を生じる;

Figure 2011516369
When the first stream 101 enters the heating vessel 102, the ruthenium tetroxide contained in the first stream 101 is decomposed by heating in accordance with a normal decomposition reaction generally as shown below to produce a solid lower ruthenium oxide. Yields (e.g. ruthenium dioxide);
Figure 2011516369

いくつかの態様において、この反応に要する熱量は、およそ100ないし300℃、好ましくはおよそ210℃であり得る。低級ルテニウム以外の分解反応の任意の副生成物(例えば酸素)は、加熱容器102の外に送られ、そしてベント108へと送られ得る。生成した低級ルテニウムは、加熱容器102の内部表面103を形成し得る。   In some embodiments, the amount of heat required for this reaction can be approximately 100-300 ° C, preferably approximately 210 ° C. Any by-products of the decomposition reaction other than lower ruthenium (eg, oxygen) can be sent out of the heating vessel 102 and sent to the vent 108. The produced lower ruthenium can form the inner surface 103 of the heating vessel 102.

いくつかの態様において、四酸化ルテニウムの低級ルテニウム酸化物への変換を助けるために、触媒が加熱容器102に添加され得る。この触媒は、通常の方法、例えば加熱容器102中のアクセスパネル(図示せず)を通して加熱容器102の少なくとも1つの内部表面103に機械的に添加され得る。いくつかの態様において、触媒は金属ルテニウムまたは二酸化ルテニウムであり得る。   In some embodiments, a catalyst may be added to the heated vessel 102 to assist in the conversion of ruthenium tetroxide to lower ruthenium oxide. The catalyst can be mechanically added to at least one internal surface 103 of the heating vessel 102 through conventional methods, such as through an access panel (not shown) in the heating vessel 102. In some embodiments, the catalyst can be metal ruthenium or ruthenium dioxide.

加熱容器の内部表面103上に位置するこの低級ルテニウムは、その後、水素ガス105を加熱容器102へと導入することによって金属ルテニウムに変換され得る。爆発下限(例えば4体積%)未満の量で導入される水素ガス105は、一般的に以下に示されるような通常の還元反応によって酸化ルテニウムを金属ルテニウムへと還元する;

Figure 2011516369
This lower ruthenium located on the inner surface 103 of the heating vessel can then be converted to metallic ruthenium by introducing hydrogen gas 105 into the heating vessel 102. Hydrogen gas 105 introduced in an amount below the lower explosion limit (e.g., 4% by volume) generally reduces ruthenium oxide to metallic ruthenium by a normal reduction reaction as shown below;
Figure 2011516369

水素以外の化合物が使用されないので、この還元反応の収率は非常に高く、およそ99%超、好ましくはおよそ99.9%超の収率であり得る。金属ルテニウム以外のいくつかの反応生成物(例えば水素、酸素、または水蒸気)は、加熱容器102の外に送られ、そしてベント108に送られ得る。   Since no compounds other than hydrogen are used, the yield of this reduction reaction is very high and can be greater than about 99%, preferably greater than about 99.9%. Some reaction products other than the metal ruthenium (eg, hydrogen, oxygen, or water vapor) can be sent out of the heating vessel 102 and sent to the vent 108.

この方法で作られる金属ルテニウムは、大きな比表面積を持つということにおいて少なくとも1つの有利な特性を持つということが証明されている。例えば、本発明のいくつかの態様により作られる金属ルテニウムの比表面積はおよそ1.0 m2/g超、好ましくはおよそ7.0 m2/gである。 The metal ruthenium produced by this method has proven to have at least one advantageous property in that it has a large specific surface area. For example, the specific surface area of metallic ruthenium made according to some embodiments of the present invention is greater than approximately 1.0 m 2 / g, preferably approximately 7.0 m 2 / g.

いくつかの態様において、金属ルテニウムの少なくとも一部は、水素による酸化ルテニウムの還元の後、かつ金属ルテニウムと酸化剤混合物の接触の前に、加熱容器102から除去され得る。金属ルテニウムの除去は、一般的な方法、例えばアクセスパネル(図示せず)を介して加熱容器102から金属の一部を機械的に除去することによって為され得る。金属ルテニウムはその後、他の種々のプロセスにおいて、例えば他の前駆体(例えばRuCl3)の合成において使用され得る。 In some embodiments, at least a portion of the metal ruthenium can be removed from the heating vessel 102 after reduction of the ruthenium oxide with hydrogen and prior to contacting the metal ruthenium with the oxidant mixture. The removal of the metal ruthenium can be done by conventional methods, for example by mechanically removing a portion of the metal from the heating vessel 102 via an access panel (not shown). The metal ruthenium can then be used in various other processes, for example in the synthesis of other precursors (eg RuCl 3 ).

金属ルテニウムが作られた後、該金属ルテニウムは酸化剤混合物106と接触し、四酸化ルテニウムを生成する。酸化性混合物がオゾンである一つの態様において、四酸化ルテニウムの生成は一般的に以下に示されるように生じる;

Figure 2011516369
After the metal ruthenium is made, the metal ruthenium contacts the oxidant mixture 106 to produce ruthenium tetroxide. In one embodiment where the oxidizing mixture is ozone, the formation of ruthenium tetroxide generally occurs as shown below;
Figure 2011516369

これらの態様において、酸化剤混合物106が金属ルテニウム全体に流され、金属ルテニウムがガス流中で腐食される。ガス流中に含まれる四酸化ルテニウムの量は、加熱容器102の下流に位置する分析器109によるモニタリングによって測定され得る。分析器109は当業者に既知の通常のタイプの分析器であり得、例えば分析器109はUV分光計であり得る。   In these embodiments, the oxidant mixture 106 is flowed through the metal ruthenium and the metal ruthenium is corroded in the gas stream. The amount of ruthenium tetroxide contained in the gas stream can be measured by monitoring with an analyzer 109 located downstream of the heating vessel 102. The analyzer 109 can be a conventional type of analyzer known to those skilled in the art, for example, the analyzer 109 can be a UV spectrometer.

本発明の少なくとも1つの態様により作られた四酸化ルテニウムは、四酸化ルテニウムの生成速度が非常に速いということにおいて少なくとも1つの有利な特性を持つということが証明されている。金属ルテニウムが高収率で生成するので、該金属ルテニウム上に、四酸化ルテニウムの生成における酸化剤混合物と金属ルテニウムの反応を妨害し得るようなルテニウム酸化物層が殆どないか、または全く存在しない。これは、金属ルテニウムからの四酸化ルテニウムの迅速かつ効率的な生成をもたらす。   Ruthenium tetroxide made according to at least one embodiment of the present invention has proven to have at least one advantageous property in that the production rate of ruthenium tetroxide is very fast. Due to the high yield of metal ruthenium, there is little or no ruthenium oxide layer on the metal ruthenium that can interfere with the reaction of the oxidant mixture and metal ruthenium in the formation of ruthenium tetroxide. . This results in the rapid and efficient production of ruthenium tetroxide from the metal ruthenium.

ガス流中に取り込まれる四酸化ルテニウムが作られた後、該四酸化ルテニウムはその後、高純度四酸化ルテニウムを作るために、残留するあらゆる酸化性化合物を除去される。いくつかの態様において、高純度四酸化ルテニウムは、低温蒸留タイプのプロセスにより酸化性化合物を分離することによって作られる。例えば、四酸化ルテニウムは、四酸化ルテニウムが凝縮して収集される一方で、低い沸点を持つ酸化性化合物(例えばオゾンまたは酸素)は低温蒸留カラム110を通過せず、ベント108に送られるような温度にある低温蒸留カラム110に混合物を送ることによって、酸化剤混合物から分離され得る。いくつかの態様において、このプロセスはおよそ99.9%以上の純度を持つ精製された四酸化ルテニウムを与える。   After the ruthenium tetroxide incorporated into the gas stream is made, the ruthenium tetroxide is then removed of any remaining oxidizing compounds to make high purity ruthenium tetroxide. In some embodiments, high purity ruthenium tetroxide is made by separating oxidizable compounds by a cryogenic distillation type process. For example, ruthenium tetroxide is collected by condensation of ruthenium tetroxide, while oxidizing compounds having a low boiling point (e.g., ozone or oxygen) do not pass through cryogenic distillation column 110 and are sent to vent 108. It can be separated from the oxidant mixture by sending the mixture to a cryogenic distillation column 110 at temperature. In some embodiments, the process provides purified ruthenium tetroxide with a purity of approximately 99.9% or greater.

四酸化ルテニウムが酸化性化合物から分離された後に、該四酸化ルテニウムは、半導体製造プロセス112へ分配するための四酸化ルテニウムを用意する分配手段111に送られ得る。いくつかの態様において、精製された四酸化ルテニウムは、分配手段111が、プロセス112へ分配される四酸化ルテニウムの量を調節するフローコントローラーであり得るような半導体製造プロセス(例えばCVDまたはALD堆積)に直接使用され得る。いくつかの態様において、精製された四酸化ルテニウムは、製造プロセス112に提供される前に、まず、溶媒を介してバブリングされ得る。これらの態様において、精製された四酸化ルテニウムは蒸留カラム110から分配手段111へと送られ得、ここで、製造プロセスに提供される前に溶媒(例えば、全て3M社から市販されているHFE-7500、HFE 7100、HFE、7200またはその混合物)中でバブリングされ得る。分配手段111は、当業者に既知の通常のタイプのバブラーであり得る。いくつかの態様において、分配手段111は直接気化タイプのシステムであり得、ここで四酸化ルテニウムは、直接気化工程を介して製造プロセス112に導入され得る。このような直接気化システムは当技術分野で既知のものであり、液体マスフローコントローラーまたはガラスもしくは金属チューブのような気化器を含み得る。イナートガス(例えば窒素、アルゴン、ヘリウムなど)は四酸化ルテニウムを加圧し、四酸化ルテニウムを、貯蔵容器から液体フローコントローラーを通して気化器へと流すために使用され得る。イナートガスが液体を流すために使用されない場合、真空(または低圧条件)が前駆体貯蔵容器の下流、例えば気化器出口で発生され得る。   After the ruthenium tetroxide has been separated from the oxidizing compound, the ruthenium tetroxide can be sent to a distribution means 111 that provides the ruthenium tetroxide for distribution to the semiconductor manufacturing process 112. In some embodiments, the purified ruthenium tetroxide is a semiconductor manufacturing process (e.g., CVD or ALD deposition) such that the dispensing means 111 can be a flow controller that regulates the amount of ruthenium tetroxide dispensed to the process 112. Can be used directly. In some embodiments, the purified ruthenium tetroxide can first be bubbled through a solvent before being provided to the manufacturing process 112. In these embodiments, the purified ruthenium tetroxide can be sent from the distillation column 110 to the distribution means 111 where the solvent (e.g., HFE--all commercially available from 3M Company) before being provided to the manufacturing process. 7500, HFE 7100, HFE, 7200 or mixtures thereof). The dispensing means 111 can be a conventional type of bubbler known to those skilled in the art. In some embodiments, the dispensing means 111 can be a direct vaporization type system where ruthenium tetroxide can be introduced into the manufacturing process 112 via a direct vaporization step. Such direct vaporization systems are known in the art and may include liquid mass flow controllers or vaporizers such as glass or metal tubes. Inert gas (eg, nitrogen, argon, helium, etc.) can be used to pressurize ruthenium tetroxide and flow ruthenium tetroxide from the storage vessel through the liquid flow controller to the vaporizer. If inert gas is not used to flow the liquid, a vacuum (or low pressure condition) can be generated downstream of the precursor storage vessel, eg, at the vaporizer outlet.

先述された本発明の態様に関して、バルブおよびフローコントローラーのような他の種々の要素は、必要に応じてシステムに組み込まれ得ることが知られている。例えば、先述された全ての要素(例えば、加熱容器102、蒸留カラム110、分配手段111)は、当業者に既知のように、上流または下流に配置されるバルブを持ち得る。同様に、種々のフローコントローラーは、本発明の態様により使用される種々のガスの流量を制御および変更するために組み込まれ得る。便宜的に、これらの要素は図1に示されていないが、本発明の種々の態様に組み込まれ得ると理解される。   With respect to the previously described aspects of the invention, it is known that various other elements such as valves and flow controllers can be incorporated into the system as needed. For example, all the elements previously mentioned (eg heating vessel 102, distillation column 110, distribution means 111) can have valves arranged upstream or downstream, as known to those skilled in the art. Similarly, various flow controllers can be incorporated to control and change the flow rates of various gases used in accordance with aspects of the present invention. For convenience, these elements are not shown in FIG. 1, but are understood to be incorporated into various aspects of the invention.

図2を参照して、本発明による装置の非限定的な態様が以下に記載される。この態様において、図1に記載された装置が一般に提供される(同じ番号は類似の要素を示す)。要素の第2の組(例えば、第2の加熱容器202、第2の分析器209、第2の蒸留カラム210および第2の分配手段211)が、第1の加熱容器102、第1の分析器、第1の蒸留カラム110および第1の分配手段111(例えば、要素の第1の組)に対して平行な配置で与えられる。さらに、第1の加熱容器102と第2の加熱容器202の間に、無機金属前駆体の流入流を分流する手段203が与えられる。いくつかの態様において、この分流手段203は通常のタイプの三方バルブであり得る。この態様において、平行な配置が一方の組の要素からの四酸化ルテニウムの配送を可能にする一方で、他方の組の要素が四酸化ルテニウムをリサイクルするか精製するかのいずれかを行うので、精製された四酸化ルテニウムを半導体ツール(例えば製造プロセス)112へと連続的に提供することが可能である。つまり、平行な配置は、半導体ツール(例えば製造プロセス)112への精製された四酸化ルテニウムの配送と同時の、第1のガス流101の受け取りを可能にする。   With reference to FIG. 2, a non-limiting embodiment of the device according to the invention is described below. In this embodiment, the apparatus described in FIG. 1 is generally provided (the same numbers indicate similar elements). A second set of elements (e.g., a second heating vessel 202, a second analyzer 209, a second distillation column 210 and a second distribution means 211) is provided in the first heating vessel 102, the first analysis. Provided in a parallel arrangement with respect to the vessel, the first distillation column 110 and the first distribution means 111 (eg a first set of elements). Furthermore, means 203 for diverting the inflow of the inorganic metal precursor is provided between the first heating container 102 and the second heating container 202. In some embodiments, the diverter means 203 can be a conventional type of three-way valve. In this embodiment, the parallel arrangement allows for the delivery of ruthenium tetroxide from one set of elements, while the other set of elements either recycles or purifies ruthenium tetroxide, Purified ruthenium tetroxide can be continuously provided to the semiconductor tool (eg, manufacturing process) 112. That is, the parallel arrangement allows receipt of the first gas stream 101 at the same time as the delivery of purified ruthenium tetroxide to the semiconductor tool (eg, manufacturing process) 112.

先述されたものは、無機金属前駆体(例えば四酸化ルテニウム)のリサイクルおよび精製のための方法および装置に関して本発明を記述するが、本発明はオスミウムを含む前駆体化合物についても適用され得る。   While the foregoing describes the present invention with respect to methods and apparatus for recycling and purification of inorganic metal precursors (eg, ruthenium tetroxide), the present invention can also be applied to precursor compounds containing osmium.


以下の非限定的な例は、本発明の態様をさらに説明するために与えられる。しかしながら、例は全て包括的であることを意図しておらず、ここに記載された発明の範囲を限定することを意図していない。
Examples The following non-limiting examples are given to further illustrate aspects of the present invention. However, all examples are not intended to be exhaustive and are not intended to limit the scope of the invention described herein.

例1
市販のルテニウム(Sigma-Aldrich社から入手した200ミクロンメッシュのルテニウム粉末)と、本発明の態様によりリサイクルされたルテニウムを比較した。分析に先立って両方の試料をN2/He雰囲気中、120℃で2時間乾燥させ、各々の比表面積をBET分析によって調べた。リサイクルされたルテニウムは、市販のものより18倍大きい比表面積を示した。

Figure 2011516369
Example 1
Commercial ruthenium (200 micron mesh ruthenium powder obtained from Sigma-Aldrich) and ruthenium recycled according to embodiments of the present invention were compared. Prior to analysis, both samples were dried in an N2 / He atmosphere at 120 ° C. for 2 hours and the specific surface area of each was examined by BET analysis. Recycled ruthenium showed a specific surface area that was 18 times greater than the commercial one.
Figure 2011516369

例2
水素還元の効率は、2つのスパッタリングされたルテニウム試料上での、オゾンの洗浄キャパシティ(cleaning capacity)の違いにより調べられ、その一方は水素で還元されていたものであり(「被処理」)、他方は還元されていなかったものである(「未処理」)。およそ1000 Aの2つのルテニウム試料がクロム層(粘着層)上に堆積された。被処理試料は、まず、大気圧下、およそ200℃の温度で水素(窒素中の4%水素)による還元反応によって処理された。この処理は、およそ5分間続けられた。未処理試料にはこのような処理が行われなかった。両方の試料はその後、オゾン(5%オゾン/酸素)の流に暴露された。その後、オージェ深さ方向分析が両方の試料について実施された。図3は、被処理試料からの結果を示す一方で、図4は未処理試料の結果を示す。図5は、酸化性(オゾン)混合物の流が動き出した後の、四酸化ルテニウムの生成における被処理試料についての応答時間を示す。
Example 2
The efficiency of hydrogen reduction was investigated by the difference in ozone cleaning capacity on two sputtered ruthenium samples, one of which was reduced with hydrogen (`` treated ''). The other was not reduced ("untreated"). Two ruthenium samples of approximately 1000 A were deposited on the chromium layer (adhesion layer). The sample to be treated was first treated by a reduction reaction with hydrogen (4% hydrogen in nitrogen) at a temperature of approximately 200 ° C. under atmospheric pressure. This treatment lasted approximately 5 minutes. Such treatment was not performed on the untreated sample. Both samples were then exposed to a stream of ozone (5% ozone / oxygen). An Auger depth direction analysis was then performed on both samples. FIG. 3 shows the results from the treated sample, while FIG. 4 shows the results for the untreated sample. FIG. 5 shows the response time for the sample to be processed in the production of ruthenium tetroxide after the flow of the oxidizing (ozone) mixture has begun.

例3
本発明の態様により生成した残留酸化性化合物から四酸化ルテニウムを分離するための試験が、蒸留カラム/低温トラップを用いて実施された。温度が-30℃に設定された低温トラップが与えられ、四酸化ルテニウム/オゾン混合物が該トラップを通して流された。この例においては、低温をもたらすためにプロパノールが液体窒素と混合された。該混合物がトラップ(この場合ではガラス)を通して流されると、四酸化ルテニウムが収集されるときに特徴的な黄色への変化を観察することができた。オゾンおよび酸素の沸点が低いので(それぞれ-112℃および-183℃)、これらの分子のいずれも冷却デバイス中でトラップされず、したがって四酸化ルテニウムの高度の精製を保証する。四酸化ルテニウムの配送は、その後UV分光計によって調べられ、四酸化ルテニウムの生成は温度の関数としてモニターされた。図6は、配送された四酸化ルテニウムの流が、蒸留カラム/低温トラップ中の適切な温度を正確に設定することによってどのように制御されるかを示す。
Example 3
Tests to separate ruthenium tetroxide from the residual oxidizing compounds produced according to embodiments of the present invention were conducted using a distillation column / cold trap. A cold trap with the temperature set at −30 ° C. was provided and a ruthenium tetroxide / ozone mixture was flowed through the trap. In this example, propanol was mixed with liquid nitrogen to provide a low temperature. When the mixture was flushed through a trap (in this case glass), a characteristic yellow color change could be observed when ruthenium tetroxide was collected. Since the boiling points of ozone and oxygen are low (−112 ° C. and −183 ° C., respectively), none of these molecules are trapped in the cooling device, thus ensuring a high degree of purification of ruthenium tetroxide. The delivery of ruthenium tetroxide was then examined by a UV spectrometer, and the production of ruthenium tetroxide was monitored as a function of temperature. FIG. 6 shows how the delivered ruthenium tetroxide stream is controlled by accurately setting the appropriate temperature in the distillation column / cold trap.

本発明の態様が図示され、記載されているが、本発明の精神および教唆から逸脱することなく、その変更が当業者によって為され得る。記載された態様およびここに与えられた例は単なる例示であって、限定を意図しない。ここに開示された本発明の多くの変形および変更が、本発明の範囲内で可能である。したがって、保護範囲は、先に提示された記載に限定されず、以下の請求項によってのみ限定され、その範囲は請求項の要旨の全ての均等物を包含する。   While embodiments of the invention have been illustrated and described, modifications thereof can be made by one skilled in the art without departing from the spirit and teachings of the invention. The described embodiments and examples provided herein are merely exemplary and are not intended to be limiting. Many variations and modifications of the invention disclosed herein are possible within the scope of the invention. Accordingly, the scope of protection is not limited to the description presented above, but is limited only by the following claims, the scope of which includes all equivalents of the subject matter of the claims.

図1は、無機金属前駆体をリサイクルおよび精製するプロセスの1つの態様の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a process for recycling and purifying inorganic metal precursors. 図2は、無機金属前駆体をリサイクルおよび精製するプロセスの他の態様の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of another embodiment of a process for recycling and purifying inorganic metal precursors. 図3は、本発明の一つの態様による実験結果を示す。FIG. 3 shows the experimental results according to one embodiment of the present invention. 図4は、図3に示されたものに対する比較実験結果を示す。FIG. 4 shows the results of a comparative experiment relative to that shown in FIG. 図5は、本発明の一つの態様による実験結果を示す。FIG. 5 shows the experimental results according to one embodiment of the present invention. 図6は、本発明の一つの態様による実験結果を示す。FIG. 6 shows the experimental results according to one embodiment of the present invention.

Claims (22)

無機金属前駆体をリサイクルおよび精製する方法であって、
a) 四酸化ルテニウムを含む第1のガス流を提供すること、
b) 前記四酸化ルテニウムの第1の流の少なくとも一部を固相の低級ルテニウム酸化物へと変換すること、
c) 前記ルテニウム酸化物の少なくとも一部を、前記ルテニウム酸化物を水素で還元することにより金属ルテニウムに変換することによって、金属ルテニウムを作ること、
d) 前記金属ルテニウムを酸化性混合物に接触させ、四酸化ルテニウムを含む第2の流を作ること、および
e) 高純度四酸化ルテニウムを得るために、前記四酸化ルテニウムの第2の流からあらゆる酸化性化合物を除くこと
を含む方法。
A method for recycling and purifying inorganic metal precursors, comprising:
a) providing a first gas stream comprising ruthenium tetroxide;
b) converting at least a portion of the first stream of ruthenium tetroxide to a solid lower ruthenium oxide;
c) making metal ruthenium by converting at least a portion of the ruthenium oxide to metal ruthenium by reducing the ruthenium oxide with hydrogen;
d) contacting the metal ruthenium with an oxidizing mixture to create a second stream comprising ruthenium tetroxide; and
e) A method comprising removing any oxidizing compounds from said second stream of ruthenium tetroxide to obtain high purity ruthenium tetroxide.
a) 前記第1の流を加熱容器に導入することによって、前記第1の流の少なくとも一部を変換すること、
b) 前記加熱容器の操作温度をおよそ50ないし800℃に維持すること、
c) 前記加熱容器の操作圧力をおよそ0.01ないしおよそ1000 torrに維持すること
をさらに含む請求項1の方法。
a) converting at least a portion of the first stream by introducing the first stream into a heating vessel;
b) maintaining the operating temperature of the heating vessel at approximately 50 to 800 ° C .;
The method of claim 1, further comprising: c) maintaining the operating pressure of the heated vessel at about 0.01 to about 1000 torr.
前記四酸化ルテニウムの少なくとも一部を前記固相の低級ルテニウム酸化物へと変換することを助けるために、前記加熱容器中に触媒を提供することをさらに含む請求項2の方法。   The method of claim 2, further comprising providing a catalyst in the heated vessel to help convert at least a portion of the ruthenium tetroxide to the solid phase lower ruthenium oxide. 前記触媒が金属ルテニウムまたは二酸化ルテニウムを含む請求項3の方法。   The process of claim 3 wherein the catalyst comprises ruthenium metal or ruthenium dioxide. 前記加熱容器の操作温度をおよそ100ないし300℃に維持することをさらに含む請求項2の方法。   The method of claim 2, further comprising maintaining an operating temperature of the heating vessel at approximately 100-300 ° C. 前記ルテニウム酸化物の少なくともおよそ99%が、水素による還元によって金属ルテニウムへと還元される請求項1の方法。   The method of claim 1, wherein at least about 99% of the ruthenium oxide is reduced to metallic ruthenium by reduction with hydrogen. 前記ルテニウム酸化物の少なくともおよそ99.9%が、水素による還元反応によって金属ルテニウムへと還元される請求項6の方法。   The method of claim 6, wherein at least about 99.9% of the ruthenium oxide is reduced to metal ruthenium by a reduction reaction with hydrogen. 水素による還元によって作られた金属ルテニウムが、およそ1.0 m2/g超の比表面積を持つ請求項1の方法。 The method of claim 1, wherein the ruthenium metal produced by reduction with hydrogen has a specific surface area greater than about 1.0 m 2 / g. 水素による還元によって作られた金属ルテニウムは、およそ7.0 m2/g超の比表面積を持つ請求項1の方法。 The method of claim 1, wherein the metal ruthenium produced by reduction with hydrogen has a specific surface area of greater than about 7.0 m 2 / g. 水素によるルテニウム酸化物の還元の後、かつ金属ルテニウムと前記酸化性混合物が接触する前に、前記金属ルテニウムの少なくとも一部を前記加熱容器から除去することをさらに含む請求項1の方法。   The method of claim 1, further comprising removing at least a portion of the metal ruthenium from the heating vessel after reduction of the ruthenium oxide with hydrogen and before the metal ruthenium and the oxidizing mixture contact. 前記酸化性混合物が、
a) NO、
b) NO2
c) O2
d) O3
e) その混合物、および
f) そのプラズマ励起種
からなる群より選択された少なくとも1つの要素を含む請求項1の方法。
The oxidizing mixture is
a) NO,
b) NO 2 ,
c) O 2 ,
d) O 3 ,
e) the mixture, and
f) The method of claim 1 comprising at least one element selected from the group consisting of the plasma excited species.
a) 前記四酸化ルテニウムの第2の流から、蒸留プロセスによってあらゆる酸化性化合物を除去すること、および
b) およそ99.9%超の純度を持つ四酸化ルテニウムを得ること
を含む請求項1の方法。
a) removing any oxidizing compounds from the second stream of ruthenium tetroxide by a distillation process; and
2. The method of claim 1 comprising obtaining ruthenium tetroxide having a purity of approximately greater than 99.9%.
溶媒を介して前記高純度四酸化ルテニウムをバブリングし、溶媒と高純度四酸化ルテニウムとの飽和混合物を形成することをさらに含む請求項1の方法。   The method of claim 1, further comprising bubbling the high purity ruthenium tetroxide through a solvent to form a saturated mixture of the solvent and high purity ruthenium tetroxide. 直接気化工程によって前記四酸化ルテニウムを気化させることをさらに含む請求項1の方法。   The method of claim 1, further comprising vaporizing the ruthenium tetroxide by a direct vaporization step. 前記工程(a)〜(e)のいずれかにおいて、ナトリウムまたはハロゲンを含有する化合物を導入することなく、前記高純度四酸化ルテニウムを作ることをさらに含む請求項1の方法。   The method of claim 1, further comprising, in any of steps (a) to (e), making the high purity ruthenium tetroxide without introducing a compound containing sodium or halogen. 半導体デバイスの製造に使用される無機金属前駆体の流のリサイクルおよび精製のための装置であって、
a) 無機金属前駆体の流入流を受け取るための入口と、
b) 前記無機金属前駆体の流を受けるために適切な少なくとも1つの第1の加熱容器であって、前記容器をおよそ50ないし300℃の温度に加熱するために適切な加熱手段を含む加熱容器と、
c) 前記加熱容器に流体連通され、かつ前記加熱容器の下流に配置された少なくとも1つの凝縮器と、
d) 前記凝縮器に流体連通され、かつ前記凝縮器の下流に配置された少なくとも1つの分配手段と、
e) 無機金属前駆体の流を少なくとも1つの半導体プロセスツールに送るための前記分配手段に流体連通された出口と
を含む装置。
An apparatus for recycling and purification of a stream of inorganic metal precursors used in the manufacture of semiconductor devices,
a) an inlet for receiving an inflow of inorganic metal precursor;
b) At least one first heating vessel suitable for receiving the stream of the inorganic metal precursor, the heating vessel comprising heating means suitable for heating the vessel to a temperature of approximately 50 to 300 ° C. When,
c) at least one condenser in fluid communication with the heating vessel and disposed downstream of the heating vessel;
d) at least one distribution means in fluid communication with the condenser and disposed downstream of the condenser;
e) an apparatus comprising an outlet in fluid communication with the distribution means for sending a stream of inorganic metal precursor to at least one semiconductor process tool.
a) 加熱容器に流体連通されるように配置された水素源と、
b) 前記加熱容器に流体連通されるように配置された酸化性混合物源と
をさらに含む請求項16の装置。
a) a hydrogen source arranged in fluid communication with the heating vessel;
The apparatus of claim 16, further comprising: b) an oxidizing mixture source positioned in fluid communication with the heating vessel.
a) 第1の容器、凝縮器および分配手段に全て平行に配置された第2の加熱容器、凝縮器および分配手段と、
b) 前記第1および第2の容器の間で無機金属前駆体の流入流を分流する手段と
をさらに含む請求項16の装置。
a) a second heating vessel, a condenser and a distribution means, all arranged parallel to the first container, the condenser and the distribution means;
The apparatus of claim 16, further comprising: b) means for diverting an inflow of inorganic metal precursor between the first and second vessels.
前記無機金属前駆体の流が前記触媒と接触するように、前記加熱容器の内側に堆積された触媒をさらに含む請求項16の装置。   The apparatus of claim 16, further comprising a catalyst deposited inside the heated vessel such that the stream of inorganic metal precursor is in contact with the catalyst. 前記半導体プロセスツールに送られる前記無機前駆体の流が、少なくともおよそ99.9%の四酸化ルテニウムを含む請求項16の装置。   The apparatus of claim 16, wherein the stream of inorganic precursors sent to the semiconductor process tool comprises at least approximately 99.9% ruthenium tetroxide. 半導体プロセスツールから受け取った無機金属前駆体をリサイクルおよび精製するための方法であって、
a) 半導体プロセスツールの出口から、四酸化ルテニウムを含む第1のガス流を受け取ること、
b) およそ50ないし300℃の温度に維持された加熱容器中で前記第1の流を加熱することによって、前記四酸化ルテニウムの第1の流の少なくとも一部を固相の低級ルテニウム酸化物に変換すること、
c) 前記ルテニウム酸化物を水素で還元することにより前記ルテニウム酸化物の少なくとも一部を金属ルテニウムに変換することによって金属ルテニウムを作ること、
d) 前記金属ルテニウムを酸化性混合物に接触させ、四酸化ルテニウムを含む第2の流を作ること、
e) 高純度四酸化ルテニウムを得るために前記四酸化ルテニウムの第2の流からあらゆる酸化性化合物を除去することであって、前記高純度四酸化ルテニウムはおよそ99.9%の純度を持つこと、
f) 堆積プロセスにおいて使用するために、前記高純度四酸化ルテニウムを半導体プロセスツールに提供すること
を含む方法。
A method for recycling and purifying inorganic metal precursors received from a semiconductor process tool, comprising:
a) receiving a first gas stream comprising ruthenium tetroxide from the exit of the semiconductor process tool;
b) heating at least a portion of the first stream of ruthenium tetroxide to a solid lower ruthenium oxide by heating the first stream in a heated vessel maintained at a temperature of about 50-300 ° C. Converting,
c) making metal ruthenium by converting at least a portion of the ruthenium oxide to metal ruthenium by reducing the ruthenium oxide with hydrogen;
d) contacting the metal ruthenium with an oxidizing mixture to create a second stream comprising ruthenium tetroxide;
e) removing any oxidizing compound from the second stream of ruthenium tetroxide to obtain high purity ruthenium tetroxide, wherein the high purity ruthenium tetroxide has a purity of approximately 99.9%;
f) A method comprising providing said high purity ruthenium tetroxide to a semiconductor process tool for use in a deposition process.
前記第1のガス流の受け取り同時に、前記高純度四酸化ルテニウムを半導体プロセスツールに提供することをさらに含む請求項19の方法。   20. The method of claim 19, further comprising providing the high purity ruthenium tetroxide to a semiconductor process tool upon receipt of the first gas stream.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014048084A (en) * 2012-08-30 2014-03-17 Japan Atomic Energy Agency Method of separating and capturing ruthenium

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