JP2762917B2 - 有機金属化学蒸着法による白金膜形成材料と形成方法 - Google Patents

有機金属化学蒸着法による白金膜形成材料と形成方法

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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、誘電体メモリー用下地
電極材料などとして有用な白金膜を有機金属化学蒸着法
により形成するための白金膜形成材料と、これを用いた
白金膜の形成方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】白金の蒸気圧は非常に低く、物理蒸着に
よる白金膜の作製は実質的に不可能であるため、白金膜
の成膜は有機金属化学蒸着法(以下、MOCVDとい
う)により行われる。MOCVDでは、有機金属化合物
からなる前駆体の蒸気を加熱された基板上で熱分解させ
るか、光照射により分解させ、遊離した金属を基板上に
堆積させることにより成膜が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このMOCVD法によ
る金属膜の作製において前駆体 (膜形成材料) として使
用される有機金属化合物には、蒸気圧が高いこと、蒸発
温度で安定であることの他に、迅速に分解して成膜速度
が速いこと、分解が完全で不純物の混入が少ないこと、
などの性質が望まれる。
【0004】白金膜の前駆体としては、平面四配位型キ
レート化合物である白金(II)錯体と八面体六配位型キレ
ート化合物である白金(IV)錯体が使用できる。これまで
白金膜前駆体として提案された有機白金錯体には、 [Pt
(II)(hfac)2] (hfac=CF3COCHCOCF3=ヘキサフルオロア
セチルアセトナト) 、[Pt(II)(acac)2](acac=CH3COCHC
OCH3=アセチルアセトナト) 、[CpPt(IV)Me3](Cp=シク
ロペンタジエン、Me=メチル) 、[MeCpPt(IV)Me3] 、
[(acac)Pt(IV)Me3] などがある。しかし、これらはいず
れも成膜速度が非常に遅いか、および/または形成され
た白金膜中の炭素等の不純物の混入量が多いという問題
点を有していた。
【0005】本発明の目的は、不純物の少ない高純度の
白金膜を速い成膜速度で形成することができる、有機白
金化合物からなる白金膜形成材料 (即ち、白金膜前駆
体) を提供することである。
【0006】本発明の別の目的は、MOCVDにより、
基板上に高純度の白金膜を形成する方法を提供すること
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の各目的は、白金膜
前駆体として、下記一般式(1) で示される有機白金錯体
を使用することにより達成される。
【0008】
【化2】
【0009】式中、Lは水又はピリジンの分子である。
【0010】即ち、本発明により、上記一般式(1) で示
される有機白金錯体からなる、MOCVD法による白金
膜形成材料が提供される。
【0011】さらに、別の面からは、本発明により、上
記の有機白金錯体を有機金属化学蒸着法により基板上で
分解させることからなる、白金膜形成方法が提供され
る。この方法は成膜速度が速く、高純度の白金膜を形成
することができる。
【0012】好適態様にあっては、この有機白金錯体の
分解をCOガスの存在下に行う。それにより、得られる
白金膜の純度がさらに改善される。
【0013】上記一般式(1) で示される有機白金錯体の
うち、LがH2O である化合物については、Inorg. Che
m., 1990, 29, 2118-2122 に合成法と物性が記載されて
いる。しかし、この論文には、この化合物がMOCVD
による白金膜の形成に有用であることは記載されていな
い。
【0014】本発明者らは、この有機白金錯体を前駆体
としてMOCVD法を適用してみたところ、従来の白金
膜前駆体に比べて、大きな成膜速度で、炭素などの不純
物の混入が非常に少ない高純度の白金膜が形成されるこ
とを見出した。
【0015】本発明において白金膜前駆体として使用す
る、上記一般式(1) で示される有機白金錯体は、八面体
六配位型の白金(IV)錯体である。この白金錯体は、前述
したInorg. Chem., 1990, 29, 2118-2122 に記載の方法
に準じて合成することができる。この方法では、ヨード
トリメチル白金(IV)[Me3PtI] (4量体で存在) を出発物
質として使用する。この出発物質は、塩化白金酸カリウ
ム(IV)[K2PtCl6] とグリニャール試薬との反応で合成す
ることができる。この出発物質をベンゼンに溶解した溶
液を、95%エタノールに溶解したタリウムのヘキサフル
オロアセチルアセトン錯体[Tl-hfac] の溶液と還流加熱
下に反応させると、副生物のヨウ化第一タリウムが析出
して、目的とする錯体が溶解した溶液が得られる。この
溶液から抽出などの手法で目的物を単離することができ
る。
【0016】上記方法は有毒なタリウム化合物を使用す
るので、別の方法として、出発物質のヨードトリメチル
白金(IV)を、非水溶媒中でヘキサフルオロアセチルアセ
トン[Hhfac] とLで示される配位子とを反応させること
により、一般式(1) で示される有機白金錯体を合成する
ことができる。
【0017】上記一般式(1) において、配位子Lが結合
していない有機白金錯体、例えば、[Me3Pt(hfac)] は通
常は2量体で存在しており、蒸気圧が低く、揮発させに
くいので、成膜速度も低くなる。配位子Lを導入して一
般式(1) の有機白金錯体とすることにより、成膜速度が
増大する。また、この有機白金錯体は分解性が高いた
め、得られる白金膜中への炭素、酸素などの混入が少な
く、高純度の白金膜を得ることができる。
【0018】本発明の有機白金錯体を用いた白金膜の形
成は、慣用のCVD装置を使用して実施することができ
る。キャリヤーガスとしては、アルゴン、ヘリウム、水
素、これらの混合ガスなどの非酸化性ガスが使用され
る。本発明で用いる有機白金錯体の熱分解温度はほぼ 1
50〜200 ℃の範囲内である。従って、MOCVDの成膜
条件としては、成膜室内の圧力が2torr以下、ソース温
度 (有機白金錯体の気化のための加熱温度) が80〜150
℃、基板の加熱温度が 200〜300 ℃の範囲内が好まし
い。成膜室にドーパントとして配位子Lに対応する化合
物の蒸気も供給することが好ましい。それにより、白金
錯体化合物の多量体形成を防いで、化合物のを容易に気
化させることができる。ドーパントの供給量は、成膜室
内の全圧に対する分圧として2〜8%、特に4〜6%の
範囲内が適当である。
【0019】好適態様にあっては、上記の成膜を少量の
COガスの存在下で行う。このためのCOガスはキャリ
ヤーガスに合流させて成膜室に導入すればよい。COガ
スの添加量は、20 CCM以下、好ましくは2〜12 CCM、よ
り好ましくは8〜10 CCMの範囲内がよい。COガスの存
在下で上記の有機白金錯体を分解させて白金膜を形成す
ると、形成された白金膜中の不純物量が更に少なくな
り、より高純度の白金膜が得られる。COガスを添加す
ると、白金カルボニル化合物が中間体として生成し、こ
の化合物が易分解性であるために、より高純度の白金膜
が形成されるのではないかと考えられる。
【0020】基板の種類は特に制限されず、シリコン、
シリカ、各種金属または合金など、MOCVD条件下で
不活性な材料であれば何でも使用できるので、用途に応
じて選択すればよい。本発明の方法により基板上に成膜
された高純度の白金膜は、各種のデバイスにおける電極
として有用であり、例えば、誘電体メモリーの下地電極
として利用しうる。
【0021】
【実施例】
(合成例1)ヨードトリメチル白金(IV) [Me3PtI] 塩化白金酸カリウム[K2PtCl6] 10 g (0.02 mol) を500
mLの三つ口フラスコに入れ、窒素置換を充分に行った
後、乾燥ベンゼン100 mLと乾燥ジエチルエーテル50 mL
とを順次加えて溶解させ、K2PtCl6 溶液を調製した。一
方、既知のグリニャール試薬の合成方法に従って、ヨウ
化メチルマグネシウムの1.0Mエーテル溶液を調製した。
上記のK2PtCl6 溶液に、このヨウ化メチルマグネシウム
溶液60 mL(0.06 mol)を、氷浴下、激しく攪拌しながら
ゆっくりと滴下した。氷浴を除き、さらに4時間攪拌し
た後、反応液をそのまま16時間放置した。反応容器を再
び冷却し、攪拌下で10wt%塩酸水溶液100 mLをゆっくり
と添加した。吸引濾過後、水層をベンゼン各100 mlで3
回抽出した。有機層を合わせて無水硫酸ナトリウムで乾
燥した後、濃縮乾固して黒色結晶を得た。適量のクロロ
ホルムで数回抽出し、この溶液に過剰のアセトンを加
え、ヨードトリメチル白金(IV)[Me3PtI]を橙色沈殿とし
て得た。収量5.25 g、収率70%。この化合物は室温下、
固体として保存した。
【0022】(合成例2)ヘキサフルオロアセチルアセトナト・トリメチル白金(I
V)・H2O [Me3Pt(hfac)・H2O] (一般式(1) でLがH2O の化合物) 酸化銀2.32 g(10 mmol) を乾燥ベンゼン50 mL に懸濁さ
せ、攪拌しながらヘキサフルオロアセチルアセトン[Hhf
ac]2.08 g(10 mmol)を加えた。この混合物に、合成例1
で得たヨードトリメチル白金(IV) 3.67 g(10 mmol)のベ
ンゼン溶液をゆっくり添加した後、さらに95%エタノー
ル水溶液10 mL を加えて、3時間攪拌した。反応液を濾
過し、濾液を濃縮乾固し、残査を適量のジエチルエーテ
ルで抽出した。この抽出液を濃縮し、析出した沈殿を濾
別することにより、目的とするヘキサフルオロアセチル
アセトナト・トリメチル白金(IV)・H2O 錯体[Me3Pt(hfa
c)・H2O]を黄色粉末状で得た。精製は熱ヘキサンからの
再結晶により行った。収量3.26 g、収率70%。1H-NMR
(CDCl3);δ1.23 ppm (s, 9H), 2.12 (s, 2H), 6.01
(s, 1H)。分子量:467(質量スペクトル) 。
【0023】(合成例3)ヘキサフルオロアセチルアセトナト・トリメチル白金(I
V)・ピリジン [Me3Pt(hfac)・Py] (Py=ピリジン) (一般式(1) でLがピリジンの化合物 ) 酸化銀(I)[Ag2O] 2.32 g(10 mmol) を乾燥ベンゼン50 m
L に懸濁させ、攪拌しながらヘキサフルオロアセチルア
セトン[Hhfac] 2.08 g(10 mmol) を加えた。この混合物
に、合成例1で得たヨードトリメチル白金(IV) 3.67 g
(10 mmol)のベンゼン溶液をゆっくりと添加した後、さ
らに過剰の乾燥ピリジンを加えて、3時間攪拌した。反
応液を濾過し、濾液を濃縮乾固し、残査を適量の軽油に
溶解し、得られた溶液を濃縮し、析出した沈殿を濾別す
ることにより、目的とするヘキサフルオロアセチルアセ
トナト・トリメチル白金(IV)・ピリジン錯体[Me3Pt(hfa
c)・Py] を得た。収量2.87 g、収率55%。 元素分析値:C13H15F6NO2Pt 理論値: C, 29.7; H, 2.85 ; F, 21.7; O, 6.08; N,
2.66; Pt 37.0% 実測値: C, 29.5; H, 2.68 ; F, 20.9; O, 6.20; N,
2.89; Pt 36.7% 分子量;526 (質量スペクトル) 。
【0024】(合成例4)テトラ (アクア白金) パークロレイト{[Pt(H2O)4](ClO
4)2 }水溶液 粉末状のK2PtCl4 10g(24 mmol) を1N過塩素酸[HClO4]
水溶液 674 mL に溶かし、30分間攪拌した。生じた赤色
溶液に、黄色酸化水銀(II)[HgO] 15.6g(72 mmol) を1N
HClO4水溶液 193 mL に溶かした溶液を攪拌しながらゆ
っくり加えた。次いで、過塩素酸銀[AgClO4] 4.99 g(2
4 mmol) を1N HClO4水溶液 48 mLに溶かした溶液を上記
混合物に加えた。析出した沈殿を直ちに濾別し、濾液に
1N HClO4水溶液を加えて1L とし、目的とする水溶液を
調製した。なお、分解を避けるため冷暗所にて保存し
た。
【0025】(合成例5)ビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト) 白金(II)
[Pt(hfac)2] 合成例4で得た[Pt(H2O)4](ClO4)2 水溶液350 mL (Pt
4.5×10-2mmol含有) に、攪拌下、ヘキサフルオロアセ
チルアセトン[Hhfac] 7.3 g(35 mmol)を2N NaOH水溶液2
0 mL に溶かした溶液をピペットから滴下した。次い
で、さらに10N NaOH水溶液22 mL を加え、得られた溶液
を16時間攪拌し、生じた橙色の沈殿物を濾別して、水で
洗浄した。濾液をさらに2日間以上攪拌し、沈殿を生じ
させ、これも濾別し、先の沈殿と合わせた。こうして得
た粗生成物を真空乾燥し、ジクロロメタンで抽出し、抽
出液をさらにカラムクロマトグラフィーで精製し、目的
とする[Pt(hfac)2] 錯体を橙色粉末状で得た。この生成
物の確認はNMRで行った。収量1.96 g、収率35%。1H
-NMR(CDCl3):δ6.50 ppm (s, 2H)。
【0026】(実施例1)合成例2で得た有機白金(IV)
錯体[Me3Pt(hfac)・H2O]を前駆体として用いて、SiO2
板上にMOCVD法により白金膜を作製した。キャリャ
ーガスにはH2/Ar(混合比率10/1) を用いた。キャリ
ャーガス流量は 5.0×10-2 L/min、成膜室内の圧力は2
torr、成膜時間は15〜60分であり、その他の成膜条件は
表1に示す通りであった。ドーパントとしては単独の配
位子L (本例では水) を使用し、ガス導入管により導入
した。COガスは成膜室の前でキャリヤーガスに添加し
た。形成された各白金膜について、成膜速度と不純物量
を次のようにして測定した。
【0027】成膜 (堆積) 速度 堆積した白金膜の厚みを、断面SEM(走査式電子顕微
鏡)写真により測定し、この膜厚と成膜時間とから成膜
速度を算出した。不純物量 オージェ電子分光法による白金膜の組成分析で調べた。
C1s、O1sのピークから、CおよびOの不純物量(at
%)を算出した。成膜条件および成膜結果を次の表1に
まとめて示す。
【0028】
【表1】
【0029】(実施例2) 白金膜の前駆体を、合成例3
で得た有機白金(IV)錯体[Me3Pt(hfac)・Py] に変更した
以外は、実施例1と同様にMOCVDによる成膜を行っ
た。本例ではドーパントはピリジンであった。成膜条件
と試験結果を表2に示す。
【0030】
【表2】
【0031】(比較例1) 白金膜の前駆体を、合成例5
で得た有機白金(II)錯体 [Pt(hfac)2]をに変更した以外
は、実施例1と同様にMOCVDによる成膜を行った。
ドーパントは使用しなかった。成膜条件と試験結果を表
3に示す。
【0032】
【表3】
【0033】
【発明の効果】以上に示したように、本発明に従って白
金膜を成膜すると、高い成膜速度で、炭素、酸素の各不
純物混入量の少ない高純度の白金膜を形成することがで
きる。また、成膜をCOガスの存在下で行うと、膜の純
度がさらに一層向上する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小木 勝実 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社 中央研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C23C 16/00 - 16/56 CA(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1) で示される有機白金錯体
    からなる、有機金属化学蒸着法による白金膜形成材料。 【化1】 式中、Lは水又はピリジンの分子である。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の有機白金錯体を有機金属
    化学蒸着法により基板上で分解させ、基板に白金膜を形
    成することからなる、高純度の白金膜形成方法。
  3. 【請求項3】 前記有機白金錯体の分解をCOガスの存
    在下に行う、請求項2記載の白金膜形成方法。
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