JP2730496B2 - 蒸気圧の高い有機金属化学蒸着による白金薄膜形成用有機白金化合物 - Google Patents

蒸気圧の高い有機金属化学蒸着による白金薄膜形成用有機白金化合物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は蒸気圧の高い有機金属化
学蒸着による白金薄膜形成用有機白金化合物に係り、特
に、半導体装置の誘電体メモリー用下地電極等の白金薄
膜を有機金属化学蒸着法(Metalorganic Chemical Vapo
r Deposition:以下「MOCVD法」と称す。)により
形成するに際して、蒸着原料として用いるのに適した有
機白金化合物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の誘電体メモリー用下
地電極等の各種白金薄膜をMOCVD法により形成する
に際して用いられる蒸着原料としては、下記構造式で
表される(1,5−ジメチル−1,5−シクロオクタジ
エニル)白金ジメチル(以下「(DMCOD)DMP
t」と略記する。)や下記構造式で表される(1,5
−シクロオクタジエニル)白金ジエチル(以下「(CO
D)DEPt」と略記する。)からなる有機白金化合物
が知られている。
【0003】
【化4】
【0004】
【化5】
【0005】このような蒸着原料を用いてMOCVD法
により白金薄膜を形成するには、例えば、図1の概略説
明図に示す如く、反応炉7内に設けたヒーター6上に基
板5を置き、一方、この反応炉7と連接して設けた加熱
炉3内で、気化容器2内の上記有機白金化合物からなる
蒸着原料1を気化させ、得られた蒸気を配管4から導入
されるAr等のキャリアガスで反応炉7内に送給して拡
散させ、加熱基板5上に白金を析出させる。なお、図
中、8は真空引配管である。この方法は熱分解型MOC
VD法と称される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の熱分解
型MOCVD法の蒸着原料として従来用いられている前
記構造式,で示される有機白金化合物は、いずれも
融点が30℃以上で、蒸気圧が低い上に、気化の際の加
熱温度に対する気化速度が不均一で、気化速度の正確な
制御が困難であるために、基板表面上に形成される白金
膜の堆積速度が不均一となるという欠点があり、このた
め、白金膜の形成の際、膜の平坦性が欠如するという問
題があった。また、上記従来の有機白金化合物は、気化
における加熱の際、図1の気化容器3内にて気化のみな
らず分解反応も生起し、その熱安定性にも問題があっ
た。
【0007】一方で、近年、半導体装置の高集積化のた
めに、形成する白金膜の薄膜化が望まれており、従来の
白金化合物では白金薄膜の均一かつ緻密な膜厚の制御が
より一層難しくなっているのが現状である。
【0008】本発明は、上記従来の問題点を解決し、従
来の白金化合物より融点が低く、室温での蒸気圧が高
く、熱分解型MOCVD法等のMOCVD法による白金
薄膜の形成に際し、気化速度が均一で、しかも気化の際
の熱安定性に優れ、スパッタで形成された白金膜より平
坦性に優れた白金膜を形成可能な白金薄膜形成用有機白
金化合物を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の蒸気圧の高い
有機金属化学蒸着による白金薄膜形成用有機白金化合物
は、下記一般式で表される(シクロオクタジエニル)
ジアルキル白金(II)化合物よりなることを特徴とす
る。
【0010】
【化6】
【0011】(上記一般式中、R1 〜R4 は水素原子
又は炭素数1〜3のアルキル基を示し、R1 〜R4 のう
ちの少なくとも1つの置換基はアルキル基である。R
5 ,R6は炭素数2〜4のアルキル基を示す。) 請求項2の蒸気圧の高い有機金属化学蒸着による白金薄
膜形成用有機白金化合物は、下記構造式で表される
(1,5−ジメチル−1,5−シクロオクタジエニル)
白金ジエチル(即ち、上記一般式において、R1 ,R
3 が水素原子、R2 ,R4 がメチル基、R5 ,R6 がエ
チル基のもの。以下「(1,5−DMCOD)DEP
t」と略記する。)よりなることを特徴とする。
【0012】
【化7】
【0013】請求項3の蒸気圧の高い有機金属化学蒸着
による白金薄膜形成用有機白金化合物は、下記構造式
で表される(1,6−ジメチル−1,5−シクロオクタ
ジエニル)白金ジエチル(即ち、上記一般式におい
て、R1 ,R2 が水素原子、R3 ,R4 がメチル基、R
5 ,R6 がエチル基のもの。以下「(1,6−DMCO
D)DEPt」と略記する。)よりなることを特徴とす
る。
【0014】
【化8】
【0015】即ち、本発明者らは上述の観点から、熱分
解型MOCVD法を含め、その他のMOCVD法により
白金薄膜を作製するに際して、蒸気圧が高く、気化速度
が均一で、かつ気化の際の熱安定性に優れた高純度な白
金薄膜形成用蒸着原料を見出すべく研究を行った結果、
上記一般式で表される有機白金化合物は、白金原子上
の一方に嵩高い有機置換基として炭素数2〜4のアルキ
ル基が配位しているために、前記構造式,の従来の
有機白金化合物よりも安定した気化速度を示すと共に、
この有機白金化合物は室温付近で液体であり(融点<5
℃)、優れた揮発性及び熱安定性を示すという知見を
得、本発明を完成させた。
【0016】以下に本発明を詳細に説明する。
【0017】本発明の有機白金化合物としては、1,5
−ジメチル−1,5−シクロオクタジエニル)白金ジエ
チル((1,5−DMCOD)DEPt)、或いは、こ
のジメチルシクロオクタジエニル基が、1,5−ジメチ
ル−1,5−シクロオクタジエニル基の異性体構造であ
る1,6−ジメチル−1,5−シクロオクタジエニル白
金ジエチル((1,6−DMCOD)DEPt)、更
に、これら異性体の混合物が好適である。
【0018】このような有機白金化合物は、後掲の実施
例に示されるように、ジメチルシクロオクタジエン(D
MCOD)と塩化白金(II)カリウムとを出発原料とし
て、例えば、次のような反応に従って合成される。
【0019】 K2PtCl4+DMCOD+SnCl2+2NaI → PtI2(DMCOD)+2KCl+SnCl2+2NaCl PtI2(DMCOD)+2C2H5MgI → (DMCOD)DEPt+2MgI2+2I- 上記合成において、DMCODとして1,5−ジメチル
−1,5−シクロオクタジエンを用いることにより
(1,5−DMCOD)DEPtを、また、1,6−ジ
メチル−1,5−シクロオクタジエンを用いることによ
り(1,6−DMCOD)DEPtを合成することがで
きる。
【0020】また、一般に、DMCODの市販品は、
1,5−ジメチル−1,5−シクロオクタジエン70重
量%と、1,6−ジメチル−1,5−シクロオクタジエ
ン30重量%の混合物として提供されている。従って、
この混合品を原料として用い、合成の最終段階でカラム
クロマトグラフィー(例えば、シリカゲルカラム、展開
液:n−ペンタン/クロロホルム)で分離精製すること
によっても、(1,5−DMCOD)DEPtと(1,
6−DMCOD)DEPtとを各々得ることができる。
【0021】このような本発明の有機白金化合物は、従
来の有機白金化合物と同様の操作で熱分解型MOCVD
法等のMOCVD法による白金薄膜蒸着原料として用い
ることができる。
【0022】
【作用】本発明の白金薄膜形成用有機白金化合物は、白
金原子上の一方に嵩高い有機置換基として炭素数2〜4
のアルキル基が配位しているため、室温付近で液体で蒸
気圧が高く、前記構造式,で表される従来の有機白
金化合物よりも安定した気化速度で気化し、また、優れ
た揮発性及び熱安定性を示す。
【0023】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0024】実施例1 (a) 有機白金化合物の合成 K2 PtCl4 10gを水200mlに溶解し、この白
金溶液にn−プロピルアルコール100mlを加え、次
いで1,5−ジメチル−1,5−シクロオクタジエン2
0ml及び塩化第一錫0.18gを加えた。この混合物
を約2日間攪拌した後、濾過を行い、フィルター上の残
渣を水及びエチルアルコールで洗浄した。得られた固形
物にアセトンを注ぎ、サスペンジョン溶液としたところ
にヨウ化ナトリウム7.2gを加えて攪拌した。次いで
アセトンを減圧下で留去し、残渣を水で洗浄後乾燥して
8.5gの(1,5−ジメチル−1,5−シクロオクタ
ジエニル)ジヨード白金(以下、「1,5−DMCOD
PtI2 」と略記する。)を合成した(融点>120℃
分解)。
【0025】次いで、冷却下、合成した1,5−DMC
ODPtI2 に十分窒素脱気した乾燥ジエチルエーテル
100mlを注ぎ、この溶液にヨウ化エチルマグネシウ
ムエーテル溶液(Grignard試薬)100mlを加えて3
時間攪拌した。更に冷却しながら、この溶液に飽和塩化
アンモニウム水溶液を加えて加水分解した後、濾過し、
濾液をエーテル層と水層に分けた。水層はジエチルエー
テル100mlで抽出し、エーテル層を合せて無水硫酸
マグネシウムで乾燥した。エーテルを減圧下(30℃/
2torr)で留去し、明黄色液体である前記構造式
で示される本発明有機白金化合物の(1,5−ジメチル
−1,5−シクロオクタジエニル)白金ジエチル
((1,5DMCOD)DEPt)(融点5℃以下)を
2.3g得た。
【0026】得られた有機白金化合物の同定は、下記N
MRの結果及び元素分析により行った。
【0027】1H-NMR(CDCl3);δ(CH)5.85, δ(CH2)1.90,
δ(CH3)1.52,δ(Pt-CH2)1.86,δ(Pt-C-CH3)1.49 元素分析(%) 実測値:C=42.9,H=6.67,Pt=
50.3 計算値:C=43.2,H=6.68,Pt=50.1 また、1,5−ジメチル−1,5−シクロオクタジエン
の代りに、1,6−ジメチル−1,5−シクロオクタジ
エンを用いたこと以外は上記と全く同一の条件で、明黄
色液体である前記構造式で示される本発明有機白金化
合物の(1,6−ジメチル−1,5−シクロオクタジエ
ニル)白金ジエチル((1,6−DMCOD)DEP
t)(融点5℃以下)を得た。
【0028】また、比較のため、ヨウ化エチルマグネシ
ウムエーテル溶液の代わりにヨウ化メチルマグネシウム
エーテル溶液を用いたこと以外は上記と同一の条件で、
前記構造式で示される従来の有機白金化合物(DMC
OD)DMPtを合成した。
【0029】また、1,5−ジメチル−1,5−シクロ
オクタジエンの代わりに1,5−シクロオクタジエンを
用いたこと以外は上記と同一の条件で、前記構造式で
示される従来の有機白金化合物(COD)DEPtを合
成した。
【0030】図2,3,4,5に、得られた本発明有機
白金化合物(1,5−DMCOD)DEPt(図2)、
(1,6−DMCOD)DEPt(図3)及び従来有機
白金化合物(DMCOD)DMPt(図4),(CO
D)DEPt(図5)の気化特性を評価する目的で熱重
量曲線(昇温速度10℃/min,乾燥アルゴン雰囲
気)を示した。
【0031】(b) 白金薄膜の蒸着 本発明有機白金化合物及び従来有機白金化合物を各々用
いて、図1に示す装置により、熱分解型MOCVD法に
従って、下記条件にて白金薄膜の作製を行い、10分毎
の膜厚を測定した。膜厚は、膜の断面SEM像から測定
した。この測定結果を表1に示した。
【0032】基板;25mm角のSi基板上にTiNを
100nmの厚さにスパッタ法により蒸着した基板 基板温度;200℃ 気化温度;80℃ 圧力;2torr キャリアガスの流量;100ccmのAr
【0033】
【表1】
【0034】(c) 考察 図2〜5に示される結果から次のことが明らかである。
即ち、本発明有機白金化合物は室温から約150℃まで
の温度で完全に気化させることが可能であるが、一方、
従来有機白金化合物は気化終了の際、約30〜40%の
残留物が生成している。このことから、本発明有機白金
化合物は、気化の際の熱安定性に優れることが明らかで
ある。
【0035】また、表1より、次のことが明らかであ
る。即ち、本発明有機白金化合物は、成膜時間に対しほ
ぼ一定の割合で膜厚が増加し、かつ、その成膜速度も従
来有機白金化合物に比べて速いのに対し、従来有機白金
化合物の場合は、成膜時間において40分を超えた頃か
ら成膜量の減少傾向が顕著になる。
【0036】なお、本発明有機白金化合物を用いた場合
は、図1に示す装置の気化容器内には分解白金の生成が
見られなかったのに対し、従来有機白金化合物の場合に
は分解白金の生成が認められた。これより、本発明有機
白金化合物は、気化容器内で分解することなしに成膜時
間に対し一定の速度で気化し、また、従来有機白金化合
物より気化の際の熱安定性、揮発性に優れた有機白金化
合物であることを示している。
【0037】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の蒸気圧の高
い有機金属化学蒸着による白金薄膜形成用有機白金化合
物は、室温付近で液体(融点5℃以下)で、安定な気化
速度を有し、かつ気化の際の熱安定性に優れていること
から、MOCVD法による均一かつ緻密で平坦性に優れ
た白金薄膜成膜原料として極めて有用であり、半導体装
置の誘電体メモリー用下地電極等として有用な白金薄膜
の製造に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱分解型MOCVD法を説明する装置の概略断
面図である。
【図2】本発明有機白金化合物の熱重量曲線を示すグラ
フである。
【図3】本発明有機白金化合物の熱重量曲線を示すグラ
フである。
【図4】本発明有機白金化合物の熱重量曲線を示すグラ
フである。
【図5】従来有機白金化合物の熱重量曲線を示すグラフ
である。
【符号の説明】 1 蒸着原料 2 気化容器 3 加熱炉 4 キャリアガス導入配管 5 基板 6 ヒーター 7 反応炉 8 真空引配管

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式で表される(シクロオクタ
    ジエニル)ジアルキル白金(II)化合物よりなる蒸気圧
    の高い有機金属化学蒸着による白金薄膜形成用有機白金
    化合物。 【化1】 (上記一般式中、R1 〜R4 は水素原子又は炭素数1
    〜3のアルキル基を示し、R1 〜R4 のうちの少なくと
    も1つの置換基はアルキル基である。R5 ,R6は炭素
    数2〜4のアルキル基を示す。)
  2. 【請求項2】 下記構造式で表される(1,5−ジメ
    チル−1,5−シクロオクタジエニル)白金ジエチルよ
    りなる蒸気圧の高い有機金属化学蒸着による白金薄膜形
    成用有機白金化合物。 【化2】
  3. 【請求項3】 下記構造式で表される(1,6−ジメ
    チル−1,5−シクロオクタジエニル)白金ジエチルよ
    りなる蒸気圧の高い有機金属化学蒸着による白金薄膜形
    成用有機白金化合物。 【化3】
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