JP5255029B2 - 金属含有フィルムの現像用のアミノエーテル含有液体組成物 - Google Patents

金属含有フィルムの現像用のアミノエーテル含有液体組成物 Download PDF

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Description

本発明は、化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)又は原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)における金属前駆体の液体供給のために有益な溶媒組成物に関する。
化学気相成長法は、選択された基材上に様々な材料の薄膜を堆積するために、半導体産業において頻繁に用いられている。従来の化学気相成長(CVD)では、一以上の揮発性前駆体の蒸気を、化学気相成長反応器において、少なくとも一つの前駆体の熱分解温度を超える温度まで余熱された固体基材と接触させる。複雑な表面、例えば深いトレンチ及び他の段差構造上への、高度にコンフォーマルなフィルム(conformal film)の堆積に関して、サイクリック(cyclic)化学気相成長法が頻繁に用いられる。例えば、原子層堆積(ALD)法において、一つの前駆体のパルスが、不活性ガスのパルスによって、第二の前駆体のパルスから分離される。この場合において、揮発性前駆体の分離した投入は、反応性の非常に高い前駆体との間の気相反応を妨げ、そして非常に選択的な表面反応を促進する。いまや、ALDは、高K誘電性金属酸化物の非常に薄いコンフォーマルなフィルムを生産するための、非常に見込みのある堆積方法の一つとして考えられている。
多くの蒸着技術が、多くの材料、例えばシリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化チタンの堆積に関する文献に記載されているが、堆積反応器への前駆体蒸気の着実な供給は、チタン、ジルコニウム、ストロンチウム、バリウム、ランタニド及び他の遷移金属を含有するフィルムの堆積に関して、未だかなり難かしい。これは、主に、気相供給のための比較的高い蒸気圧を有する、熱的に安定な液体前駆体を欠くことに起因する。多くの場合において、前駆体は固体であり、その昇華温度は前駆体の分解温度に非常に近い。
多くの前駆体供給システムが、これらの課題に取り組むために設計されてきた。金属有機前駆体の供給に関してすでに半導体産業で幅広く用いられている一つの方法は、通常のバブリング技術に基づいており、不活性ガスを、上昇させた温度で、そのままの液体又は溶融した前駆体を通してバブリングする。しかし、この方法は、複数の不利な点を有する。まず第一に、前駆体の一定の供給速度を保つために、バブリング器の正確な温度制御を、一回の実行中に、及び異なる実行の間で必要とする。多くの前駆体は、穏やかな温度では非常に低い蒸気圧を有し、バブリング法によって堆積反応器に十分な前駆体蒸気を供給するためには100〜200℃に加熱される必要がある。しかし、これらの温度での長い期間は、前駆体の熱分解を引き起こす場合がある。また、前駆体が、複数の堆積サイクルの間にバブリング器に導入された微量の水分及び酸素と反応する場合がある。限定された熱的安定性及び/又は水分への高い反応性を有する前駆体の例としては、金属アルキルアミド、金属アルコキシド、金属シクロペンタジエニル、金属ケトイミナート等が挙げられる。熱分解の生成物は、供給ラインを塞ぎ、そして前駆体の供給速度に影響を与える場合がある。溶融相から供給される固体前駆体も、複数の冷却/加熱サイクルの間にラインを塞ぐ場合がある。
代替の供給技術、直接液体注入(DLI)は、前駆体供給に関して、チャンバーへの前駆体蒸気の比較的高い流量を供給する能力、適度なライフタイムにわたる安定な操作、前駆体への穏やかな熱移送、及び既存の商用の堆積チャンバーとの統合の容易性等の複数の利点を有する。この方法では、液体前駆体、又は前駆体及び溶媒の溶液を、加熱された気化システムへと供給し、ここで液体組成物を液相から気相に転移させる。気化器への前駆体の高度な液体計量器は、前駆体供給速度の正確で安定な制御を提供する。気化プロセスの間で、前駆体構造が維持され、且つ分解が排除されることが重要である。歴史的には、そのままの液体前駆体が、DLIを通じて供給された。適切な溶媒を用いると、DLIの実行は、バブリング法による蒸気供給に適切ではない場合がある固体及び高粘度液体を含む広範な有機金属前駆体の供給を可能とする。
従来技術において、有機金属前駆体のDLIに関して多数の溶媒が提案されており、例えば、有機金属前駆体の供給に関してアルカン、グリム及びポリアミンがある。本発明の全般的な分野における従来技術としては、次の参照が挙げられる。
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従来技術は、概して、有機金属前駆体と組み合わせて用いられることができる溶媒を開示しているが、それらは、溶解度の要件及び熱的な要件について特定の利益を主張していない。
しかし、低い蒸気圧を有する、高粘度の又は固体の有機金属前駆体のDLIのための、改良された組成物の開発に関して、継続した必要性が未だ存在している。
本発明は、半導体デバイスの作製における金属含有薄膜の堆積に関して有用な液体配合物に関する。その配合物は、次の(a)及び(b)を含有する:
(a)少なくとも一つの金属−配位子錯体であって、一以上の配位子が、β−ジケトナート、β−ジケトエステラート、β−ケトイミナート、β−ジイミナート、アルキル、カルボニル、シクロペンタジエニル、ピロリル、イミダゾリル、アミジナート、アルコキシド、及びこれらの混合物からなる群より選択され、その配位子が、金属原子に錯体化して一座、二座及び多座となることができ、且つその金属が、元素周期表の2族〜16族の元素から選択される、少なくとも一つの金属−配位子錯体;及び
(b)RNRORNR、RORNR、O(CHCHNR、RNRN(CHCHO、RNRORN(CHCHO、O(CHCHNRORN(CHCHO及びこれらの混合からなる構造から選択されるアミノエーテルであって、R1〜6が、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族、C1〜10アルキルアミン、C1〜10アルキルアミノアルキル、C1〜10エーテル、C〜C10環状エーテル、C〜C10環状アミノエーテルからなる群より個々に選択されるアミノエーテル。
25℃で保存した場合(上部グラフ線)、及び160℃で1時間加熱した後(下部グラフ線)の、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.75Mの溶液のプロトン核磁気共鳴(NMR)スペクトルのグラフである。 2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.7Mの溶液(破線、400℃で0.42wt%の残渣)、及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(メチルアミノプロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.5Mの溶液(実線、400℃で0.34wt%の残渣)の、熱重量分析(TGA:thermogravimetric analysis)のグラフである。 それぞれ2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中の、1.1Mのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(tert−ブトキシ)チタン(破線)及び1Mのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(イソ−プロポキシ)チタン(実線)の、熱重量分析(TGA:thermogravimetric analysis)のグラフである。 ジルコニウムtert−ブトキシドと、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)との1/1付加錯体の結晶構造であり、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)が金属に配位し、それによって金属錯体を安定化できることを示している。 ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)ストロンチウムと、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)との1/1付加錯体の結晶構造である。 DLIシステムにおける、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.3M溶液のパルス気化中の圧力応答を示し、これは少なくとも54時間の運転後の気化プロセスの安定性を明示している。 DLIシステムにおける、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のバリウムビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)の0.05M溶液のパルス気化中の圧力応答を示し、これは少なくとも54時間の運転後の気化プロセスの安定性を示している。 オゾン、及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解した0.3Mのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムを用いた、SrO堆積の熱的ALDの温度依存性である。
本発明は、単一溶媒系の使用を可能とし、且つ少なくとも二つの異なる溶媒分子の特性を兼ね備える溶媒の使用を可能とすることができる、有機金属前駆体のDLIのための、改良された新規な溶媒配合物である。
より詳しくは、本発明は、半導体デバイスの作製における薄膜の堆積に関して有用な液体配合物に関する。その配合物は、次の(a)及び(b)を含有する:
(a)金属β−ジケトナート、金属β−ジケトエステラート、金属β−ケトイミナート、金属β−ジイミナート、金属アルキル、金属カルボニル、アルキル金属カルボニル、金属シクロペンタジエニル、金属ピロリル、金属イミダゾリル、金属アミジナート、金属アルコキシド、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属錯体であって、その配位子が、金属原子に錯体化して一座、二座及び多座となることができ、且つその金属が、元素周期表の2族〜15族の元素から選択される、少なくとも一つの金属錯体;及び
(b)第三級アミノ基及びエーテル基の両方を有するアミノエーテル溶媒。
我々は、アミノエーテル溶媒を含有する前駆体配合物が、好ましくはDLIにより、実施例に示すように、気化器デバイス中で固体残渣が少ない比較的安定な気化プロセスにより、有機金属前駆体の改良された供給を与えることを見出した。
より詳しくは、DLIは、大量生産プロセスに関して、好ましい供給方法であり、これにより有機金属前駆体を、金属製フィルム、金属酸化物フィルム、誘電体フィルム又は他のフィルムを堆積するために用いることを可能とする。これらは、これらの前駆体を半導体デバイス又は他のデバイス、例えば光起電力技術、MEMS及びディスプレイにおいて用いる。選択された堆積特性に基づく所望の前駆体は、DLIでの実施に関して課題を提示するであろう。多くの前駆体は、粘性液体であり、これは供給のために必要な粘性を改良するために(100cP未満、より好ましくは50cP未満)、溶媒の添加を必要とする。この理由のために、アミノエーテル溶媒の添加は、高い溶解性、及びより低い粘度を与え、これは良好な供給を可能とするであろう。他の前駆体は、室温で個体である場合があり、そしてDLIと適合させるために溶媒中への溶解を必要とする場合がある。
両方の場合において、溶媒系は、複数の機能を発揮する。第一に、溶媒系は、気化プロセス中の熱伝導に関する一つの機構である。気化プロセスの間に、溶媒は、前駆体と反応してはならない。第三級アミノ基及びエーテル基の両方を含有するアミノエーテルは、活性水素、例えばOH基又はNH基(例えばこれらはアルコール又は第一級アミン及び第二級アミンに存在する)がないため、あらゆる化学的反応性を有さないが、アミノエーテルは、極性配位性基を保有する。反応性基がないことは、気化プロセスの間に前駆体との反応性を最小化するために重要である。他の溶媒、例えばアルコールは、前駆体と反応する、又は前駆体と配位子を交換する場合があり、これは注入器システム又は供給ラインの下流側に沈殿物の形成をもたらす場合がある。
第二の要点は、溶媒と前駆体との弱い配位効果が、気化プロセス中に追加の保護の層を与えることができることである。複数の商用の注入システムの設計が存在しているが、気化のための主な機構は、前駆体への熱伝導である。そのプロセスの間に、液体系と注入器中の熱い金属表面との接触を通じて、且つ/又は熱いキャリアガスとの熱伝導を通じて、熱を移動させることができる。いずれの場合においても、有機金属前駆体が、熱分解を引き起こさないであろう顕著に高い温度にさらされないことが重要である。高い溶解性と共に、酸素と窒素の両方のいくつかの配位機能を有する溶媒系を有することにより、気化プロセスは、前駆体に比較的穏やかとなり、且つ気相への効率的な気化を可能とすると考えられる。堆積プロセスへの下流の影響を考慮すると、配位効果は、現状の条件下で、強くてはならず、又は本質的に永続的であってはならない。それゆえ、溶媒和の効果は、供給の間の気相に追加の安定性を与えることができる。
比較的低い蒸気圧の前駆体は、特にマルチウェハープロセスのチャンバーと組み合わせて使用される場合に、堆積チャンバー中への適度な前駆体流量を得るために、比較的高い気化温度を必要とする。DLIに関して適切な溶媒は、大きい前駆体流量を有するために、所望の前駆体に対する良好な溶解性を与え、且つ気化器中の残渣が最少となるように、所望の前駆体の効率的な気化を可能とする必要がある。溶媒中の前駆体の高い溶解性が、初期の溶媒の蒸発の間の前駆体の早い沈殿を避け、且つ溶媒分子による気相中の前駆体の希釈を制限するために望まれる。しかし、多くの場合において、0.5M超の有機金属前駆体を溶解する能力がある溶媒を見出すことは非常に難しいである。溶媒組成物は、周囲条件で、保存及び供給の間の延長した期間で、安定でもあるべきである。溶媒又は溶媒混合物は、前駆体の気化の間に分解されるべきではなく、逆に、成長するフィルム表面に吸収し又は反応し、生成するフィルム中で不要な不純物となるべきでもない。水分に影響を受ける有機金属前駆体を供給するためには、溶媒は、水分がない必要もある。溶媒の沸点と気化器の操作条件とを合わせることも、組成物からの溶媒の早い気化を避けるのに重要である。溶媒の早い蒸発は、注入器システムの目詰まりを結果として生じさせ、供給プロセスの効果を最小化するであろう。しかし、注入器の温度は、比較的高い前駆体の蒸気圧を達成することができるように、十分高いこと及び溶媒系が、前駆体及び堆積システムの必要性と合っていることが重要である。
気化前の注入器への前駆体の沈殿を防止するために、溶媒は、複数の固有の特性を有する必要がある。第一に、高い溶解性が、前駆体の尚早の副産物又は沈殿を最小化するために重要である。理想的には、早い注入器の目詰まりを防止するために、溶質の濃度は、その溶媒中の溶解限度未満で用いるであろう。これは、0.1M〜0.5Mの所望の運転前駆体濃度を与えるために、所望溶解度を溶媒中の溶質の0.5M超にする。非常に低レベルの沈殿でさえ、注入器システムに許容できない欠陥率を与える場合がある。
高い前駆体濃度を得るために、典型的には、注入システムを高い温度(100℃〜250℃)で運転することが必要とされる。この一つの理由は、気相に気化される前駆体の高濃度は、その前駆体の蒸気圧を超えることができないからであり、そうしないとライン中で凝縮が起こるであろう。この理由のため、注入器の温度は、前駆体の物理特性、及び堆積チャンバーへの所望の前駆体流量に基づいて選択される。溶媒系は、注入器の温度と適合する必要があり、これは、溶媒の沸点を注入器と合わせることを必要とする。
蒸発した前駆体及び溶媒は、堆積チャンバーへと下流に移送される。プロセスのこの段階で、理想的には、溶媒は、基材表面と最小の反応を有し、且つ前駆体と表面との反応を阻害しない。アミノエーテル溶媒系は、最小の反応性を有し、且つ堆積プロセスを阻害するべきではない。
いくつかの実施例において、液体配合物を、堆積プロセス、例えば化学気相成長、サイクリック化学気相成長、プラズマ強化化学気相成長、及び原子層堆積に供給するために用いる場合がある。しかし、液体配合物を、あらゆる堆積又は気相プロセスに、比較的広範に適用することができるか、それによって最小の分解で前駆体構造の完全性を維持しながら、有機金属前駆体を気相に供給する必要がある。
単一の溶媒組成物が、運転コストの低下、及び異なる溶媒と前駆体との望まない相互作用の回避のために望ましい。溶解度及び沸点の合致に関する要件に関連して、溶媒の混合物は、溶解度に対処することができるが、沸点及び蒸発熱の両方の差を考慮すると、蒸発の間に課題を与えるであろう。
アミノエーテル溶媒を任意の適切な金属前駆体と共に用いることができる。ここで、この金属前駆体は、選択されたアミノエーテル溶媒中への良好な溶解度を有し、選択されたアミノエーテル溶媒中で良好な熱的安定性を有し、且つその溶液が、選択されたDLIシステムに関して所望の物理的特性、例えば粘度、密度、沸点を有する。
本発明で述べられる金属前駆体は、元素周期表の第2族〜第16族から選択される金属を含有する。金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Sn、Pb、Sb、Bi、Te、Cr、Mo及びWが挙げられ、この金属には、β−ジケトナート、β−ジケトエステラート、β−ケトイミナート、β−ジイミナート、アルキル、カルボニル、シクロペンタジエニル、ピロリル、イミダゾリル、アミジナート、アルコキシド、及びこれらの混合物からなる群より選択される配位子であって、その金属原子に錯体化して一座、二座及び多座となることができる、少なくとも一つの配位子が結合する。
本発明で述べられる金属−配位子錯体の例は、以下の分類で示される。
(a)次の構造を有する金属β−ジケトナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、その特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Sn、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;R1〜3は個々に、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキルからなる群より選択され;x=2、3、4);
(b)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、その特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Sn、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;R1〜4は個々に、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキルからなる群より選択され;x=2、3、4);
(c)次の構造を有する金属β−ジイミナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、その特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Sn、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;R1〜5は個々に、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキルからなる群より選択され;x=2、3、4);
(d)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族から選択され、金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;R1〜6は個々に、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキルからなる群より選択され;x=2、3);
(e)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族より選択されるアルカリ土類金属であり、金属の特定の例としては、Ca、Sr、Baが挙げられ;Rは、4〜10の炭素原子を有する分岐した嵩高いアルキル基であり;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族及びC〜C10アリールからなる群より選択され;R3〜5は、直鎖又は分岐鎖であり、個々にC1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族及びC〜C10アリールからなる群より選択され、好ましくはR4、5は、2つの炭素原子を有し、それにより金属中心に5員の配位性の環を作り;R6〜7は個々に、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリールからなる群より選択され、且つそれらは結合して炭素原子、酸素原子又は窒素原子を含有する環を形成することができる);
(f)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、チタン、ジルコニウム、及びハフニウム等の第4族金属より選択される金属であり;Rは、4〜10の炭素原子を有する分岐した嵩高いアルキル基であり;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され;R3〜4は個々に、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され、好ましくはRは、2〜3の炭素原子を有し、それにより金属中心に5員又は6員の配位性の環を作り;R5〜6は個々に、直鎖又は分岐鎖であり、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され、且つそれらは結合して炭素原子、酸素原子又は窒素原子を含有する環を形成することができ;Rは、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され;n=1、2、3);
(g)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、銅、銀、及び金等の第11族金属より選択される金属であり;Rは、1〜10の炭素原子を有する分岐した嵩高いアルキル基であり;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され;R3〜4は個々に、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され、好ましくはRは、2〜3の炭素原子を有し、それにより金属中心に5員又は6員の配位性の環を作り;R5〜6は個々に、直鎖又は分岐鎖であり、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキル、C4〜10環状脂肪族及びC6〜10アリールからなる群より選択され、且つそれらは結合して炭素原子、酸素原子又は窒素原子を含有する環を形成することができ;Xは、炭素又はケイ素);
(h)次の構造を有する金属錯体:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;各Rは個々に、水素、C1〜10直鎖、分岐鎖、飽和又は不飽和アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖フッ素化アルキル、シクロペンタジエニル(「Cp」)、アルキル置換シクロペンタジエニル、ピロリル、アルキル置換ピロリル、イミダゾリル、アルキル置換イミダゾリル、及びそれらの誘導体からなる群より選択され;x=2、3、4;Lは、酸素原子又は窒素原子を含む、中性の又はモノアニオンのドナー配位子、例えばNMe又はOMeであり;n=0、1、2、3、4;典型的な金属錯体としては、限定されないが、Ru(EtCp)、Ru(DMPD)(EtCp)(DMPD=2,4−ジメチル−ペンジエニル)、EtCpTi(NMe、CpTi(OMe)、EtCpHf(NMe、及びEtCpZr(NMe、Sr(BuCp)、Ba(BuCp)、Sr(Pr)Cp)、Ba((iPrCp)が挙げられる(ここで「Et」はエチル、「Me」はメチル、「Pr」はイソプロピル、「Bu」は第三級ブチルである));
(i)次の構造を有するアルキル金属カルボニル:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;各Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、シクロペンタジエニル、及びそれらの誘導体からなる群より個々に選択され;x=2、3、4及びy=1、2、3又は4);
(j)次の構造を有する金属カルボニル:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第8族〜第10族金属から選択され、金属の特定の例としては、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rhが挙げられ;x=1、2、3且つy=4〜12);
(k)次の構造を有する金属アルコキシド:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;各Rは、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルケニル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキニル、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;nは2、3、4又は5で、Mの価数を有し;典型的な金属錯体としては、Ti(PrO)、Hf(OBu、Zr(OBu、及びTa(OEt)10が挙げられる);
(l)次の構造を有する金属アミド:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;R1〜2は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルケニル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキニル、C3〜10直鎖又は分岐鎖アルキルシリル、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;nは整数2、3、4又は5で、Mの価数を有する);
(m)次の構造を有する金属アルコキシβ−ジケトナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、Ti、Zr及びHfからなる群より選択される金属を含み;Rは、1〜10の炭素原子を有するアルキル基;Rは、1〜10の炭素原子を有するアルキル基;Rは、水素又は1〜3の炭素原子を有するアルキル基からなる群より選択され;Rは、1〜6の炭素原子を有するアルキル基);
(n)次の構造を有する金属アミジナート:
Figure 0005255029
(ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、金属の特定の例としては、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Sm、Tb、Er、Yb、Lu、Ti、Zr、Hf、Fe、Co、Ni、Ru、Ir、Rh、Cu、Al、Pb、Sb、Bi、Teが挙げられ;R1〜3は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;x=2、3、4);
本発明で利用される溶媒は、有機金属前駆体と化学的に適合しなければならない。溶媒の濃度は、使用する錯体及びアミノエーテルに応じて、1〜99wt%の範囲となる場合がある。好ましくは、アミノエーテルの沸点は、120℃超であり、より好ましくはアミノエーテルの沸点は、150℃超で250℃未満であり、且つその生成溶液の粘度は、1〜50cPの範囲で、これは直接液体注入により商用の気化器を通じて供給することができる。
本発明での第三級アミノ基及びエーテル基の両方を有するアミノエーテルの例は、以下の分類で示される。
(a)一般式:RNRORNRを有する直鎖アミノエーテル(ここで、R1〜6は、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環式アルキル、C〜C10芳香族からなる群より個々に選択される)。典型的な構造を以下に示す:
Figure 0005255029
(b)一般式:RORNRを有する直鎖アミノエーテル(ここで、R1〜6は、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環式アルキル、C〜C10芳香族からなる群より個々に選択される)。典型的な構造を以下に示す:
Figure 0005255029
(c)一般式:O(CHCHNRを有する環状アミノエーテル(ここで、Rは、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環式アルキル、C〜C10芳香族である)。典型的な構造を以下に示す:
Figure 0005255029
(d)一般式:RNRN(CHCHOを有する環状アミノエーテル(ここで、R1〜4は、個々に:C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環式アルキル、C〜C10芳香族である)。典型的な構造を以下に示す:
Figure 0005255029
(e)一般式:RNRORN(CHCHOを有する環状アミノエーテル(ここで、R1〜4は個々に:C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環式アルキル、C〜C10芳香族である)。典型的な構造を以下に示す:
Figure 0005255029
(f)一般式:O(CHCHNRORN(CHCHOを有する環状アミノエーテル(ここで、R1〜2は個々に:C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環式アルキルである)。典型的な構造を以下に示す:
Figure 0005255029
あらゆる理論に縛られるものではないが、アミノ基及びエーテル基の両方を有するアミノエーテル溶媒は、エーテル官能基若しくはアミン官能基のいずれかのみ、又は他の従来の溶媒の官能基を有する溶媒、及びそれら溶媒の物理的混合体と比較して、利点を与えることができると考えられる。あらゆる制限を課すものではないが、これらの利点としては、より良好な溶解度、長期保存にわたるより良好な溶解安定性、フラッシュ蒸発でのより清浄な気化、及び全体的により安定なDLI化学気相成長プロセスが挙げられる。
一実施態様において、本発明は、次を含有する配合物である:a)一以上の配位子がβ−ジケトナート、β−ケトイミナート、β−ケトエステラート、β−ジイミナート、アルキル、カルボニル、アルキルカルボニル、シクロペンタジエニル、ピロリル、アルコキシド、アミジナート、イミダゾリル、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属−配位子錯体であって、その配位子が、金属原子に錯体化して一座、二座及び多座となることができ、且つその金属が、元素周期表の第2族〜第16族の元素から選択される、少なくとも一つの金属−配位子錯体;及びb)RNRORNR、RORNR、O(CHCHNR、RNRN(CHCHO、RNRORN(CHCHO、O(CHCHNRORN(CHCHO及びこれらの混合物からなる構造式より選択されるアミノエーテル(R1〜6は、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族、C1〜10アルキルアミン、C1〜10アルキルアミノアルキル、C1〜10エーテル、C〜C10環状エーテル、C〜C10環状アミノエーテルからなる群より個々に選択される)。
好ましくは、その配合物は、一座、二座、多座及びこれらの混合からなる群より選択される金属−配位子錯体の配位子を有する。
一実施態様において、その配合物は液相である。
他の一実施態様において、その配合物は、一般式:RNRORNRを有するアミノエーテル(ここで、R1〜6は、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族からなる群から個々に選択される)を含有する。
他の一実施態様において、その配合物は、一般式:RORNRを有するアミノエーテル(ここで、R1〜6は、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族からなる群から個々に選択される)を含有する。
さらなる実施態様は、一般式:O(CHCHNRを有する環状アミノエーテル(ここで、Rは、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族である)を含有する配合物である。
その上、さらなる実施態様は、一般式:RNRN(CHCHOを有する環状アミノエーテル(ここで、R1〜4は個々に、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族である)を含有する配合物である。
また、さらなる実施態様は、一般式:RNRORN(CHCHOを有する環状アミノエーテル(ここで、R1〜4は個々に、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族である)を含有する配合物である。
また、さらなる実施態様は、一般式:O(CHCHNRORN(CHCHOを有する環状アミノエーテル(ここで、R1〜2は個々に、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキルである)を含有する配合物である。
好ましくは、その配合物は、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン及びこれらの混合物からなる群より選択されるアミノエーテルを含有する。
好ましくは、その配合物は、水が20ppm未満であり、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)であるアミノエーテルを含有する。
好ましくは、その配合物は、ヒドロキシル官能基又はアミン官能基を有する追加の化合物が100ppm未満であり、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)であるアミノエーテルを含有する。
一実施態様において、本発明は、半導体デバイスの作製における金属含有薄膜の堆積に関して有用な液体配合物であり、その配合物は、次の(a)及び(b)を含有する、:
(a)ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、ビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(tert−ブトキシ)チタン、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)セリウム(IV)、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)ランタン、Sr[(Bu)Cp]、Ba[(Bu)Cp]、LaCp、La(MeCp)、La(EtCp)、La(PrCp)、ジルコニウムtert−ブトキシド、ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)ストロンチウム、ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)バリウム、ビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)ストロンチウム、ビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)バリウム、Ru(EtCp)、Ru(EtCp)DMPD)及びこれらの混合物からなる群より選択される、少なくとも一つの金属−配位子錯体;及び
(b)2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン及びこれらの混合物からなる群より選択されるアミノエーテル(ここで、「Me」はメチル、「Bu」はtert−ブチル、「Pr」はイソプロピル、「Et」はエチル、「Cp」はシクロペンタジエニル、及び「DMPD」は2,4−ジメチル−ペンタジエニルである)。
好ましくは、その配合物は、ステンレス鋼の容器にパッケージされる。より好ましくは、その容器の内面は電解研磨される。さらにより好ましくは、その容器は、入口バルブ及び出口バルブを有する。より好ましくは、そのバルブは、自動式の作動バルブである。一実施態様において、そのバルブは、空圧式の作動バルブである。別の実施態様において、そのバルブは、電気ソレノイドの作動バルブである。好ましくは、その容器は、ディップチューブを有する。一実施態様において、そのディップチューブは出口である。別の実施態様において、そのディップチューブは、入口である。
好ましくは、その配合物は、化学的安定剤を含む。一実施態様において、安定剤はフリーラジカル捕捉剤である。他の一実施態様において、その安定剤は、重合禁止剤である。さらに他の実施態様において、その安定剤は、抗酸化剤である。
好ましくは、その配合物は、50cP未満の粘度を有する。
一実施態様において、その配合物は、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)、並びに、LaCp、La(MeCp)、La(EtCp)及びLa(PrCp)からなる群より選択されるランタン錯体を含有する。他の一実施態様において、その配合物は、ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を含有する。その上、他の一実施態様において、その配合物は、ビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を含有する。さらなる実施態様は、Sr(BuCp)及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を含有する。その上、さらなる実施態様は、Ba(BuCp)及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を含有する。
また、本発明は、化学気相成長又は原子層堆積により、金属含有フィルムを堆積するための方法であり、任意の上述の金属−配位子錯体及びアミノエーテルの配合物から金属含有フィルムを堆積させる条件下で、基材を接触させるステップ、及びそのような金属含有フィルムを堆積させるステップを含む。
一実施態様において、本発明は、化学気相成長又は原子層堆積により、金属含有フィルムを堆積するための方法であり、上述し、また(a)〜(f)で示した分類のアミノエーテルを含有し且つ金属−配位子錯体を含有する配合物から、金属含有フィルムを堆積する条件下で、基材を接触させるステップ、及びそのような金属含有フィルムを堆積させるステップを含む。
他の一実施態様において、本発明は、化学気相成長又は原子層堆積により、金属含有フィルムを堆積させるための方法であり、上述し、また(a)〜(f)で示した分類のアミノエーテルを含有し、且つ、上述し、また(a)〜(n)で示した分類の金属−配位子錯体を含有する配合物から金属含有フィルムを堆積させる条件下で、基材を接触させるステップ、及びそのような金属含有フィルムを堆積させるステップを含む。
好ましくは、その方法は、その配合物を、直接液体注入により気化器を通じて供給するステップを含む。
本発明の一態様において、その金属錯体は、次の構造の金属β−ケトイミナートを含む:
Figure 0005255029
(ここで、R1〜6は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C〜C10アリール、及びC1〜10フッ素化アルキルからなる群よりなることができる)。
一般的に、これらの金属前駆体は、120℃超のmpを有し且つ非極性溶媒中での溶解度が小さい固体である。非常に低い蒸気圧に起因して、これらの前駆体は、バブリング法により、又は180℃〜200℃でのDLIにより供給する必要がある。
DLI法が好ましく、これら前駆体の比較的制御された供給速度を可能とする。DLIによるこれら前駆体の改良された供給に関して、アミノエーテル溶媒が、物理特性の良好な組合せを有することを、我々は見出した。
2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度及び熱的安定性を、様々な溶媒配合物で比較し、表1に示した。全ての溶媒を、活性化した3Aの分子篩で20ppm未満の水分まで乾燥させた。0.5M超の溶解度を有する溶媒配合物を、室温(「RT」:room temperature)でのHNMRによって、また150℃〜200℃で加熱したサンプルのHNMRによって、さらに評価した。表1の溶媒のスクリーニングのリストは、標準の溶媒系と、本発明のアミノエーテル溶媒、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)の例との比較を表す。
Figure 0005255029
溶媒と前駆体との反応性は、製造上の問題、保存期限安定性の問題、そして注入器の目詰まりによる許容できない性能をももたらすであろう。アルコール溶媒、例えば1−オクタノールは、前駆体との配位子交換を受けることが観察された。溶媒の試験のいくつかにおいて、例えば2−ノナノン及び酢酸イソアミルについて、前駆体との反応は、その溶媒が比較的高い温度まで加熱された場合にのみ観察された。高い温度での反応性は、注入器の温度が典型的には100〜300℃であるDLIプロセス中の安定性に関して、非常に重要であることがわかった。
ジブチルエーテルは、安定のようであったが、我々が試験した炭化水素溶媒と同様に、非常に低い溶解度を有していた。溶媒のスクリーニング試験から、グリム型溶媒及びアミノエーテル溶媒の両方が、良好な溶解度を有し、且つ溶媒との測定可能な反応性を有していなかった。本発明のアミノエーテル溶媒は、沸点(180〜200℃)、高い溶解度(0.75M超)及び良好な熱安定性の、最善の組合せを示した。
特に、直接液体注入試験を、その溶媒の分類を表す下記の2つの溶媒を用いて実行した:ビス(ジメチルアミノ)エチルエーテル(2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)としても知られる)、及びジ(プロピレングリコール)ジメチルエーテル(DPGDME)。
表2において、DLI性能に関する主要な要因を、これら溶媒中のSrケトイミナート錯体であるビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.3Mの溶液の試験の間で比較する。表2からすぐに分かるように、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)が、全ての場合において、より良好に機能した。前駆体の連続的な液体パルスを、オフラインの商用の気化システムを用いて、二つの溶媒系の試験の間に実行した。下流の圧力安定性を、気化の問題点の早期の兆候として用いたが、それは、我々の実験室において、形成される残渣のレベルと相関を有することがわかった。DLIシステムの連続的な運転の間、DPGDMEを用いた実験では、運転中に断続的な圧力の急上昇があった。加えて、DPGDMEの試験は、注入器中に1mg/時間の残渣を生じることが分かった。1ヶ月超の連続運転である必要な供給システムの使用可能時間を考えると、DPGDME溶液は、試験に関して許容可能な残渣レベルを提供せず、そして商用の気化器に基づく推算では、注入器が、連続運転の8日間以内に目詰まりするであろうということになる。
これに対して、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.3Mの溶液を用いた試験は、連続的な液体の運転に基づいて、良好な圧力安定性、少なくとも5倍低い残渣レベル、及び1ヶ月超の運転期間を示した。
Figure 0005255029
図1に示すように、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶液は、160℃で少なくとも1時間まで安定であった。また、その溶液を、示差走査熱量計(「DSC」)で220℃まで試験した場合に、熱の影響も測定されなかった。
TGA機器において窒素流れの下で加熱された場合に、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のストロンチウム錯体の溶液が、非常に低い固体残渣(1%未満)で、300℃未満で蒸発することも見出された(図2)。
これは、図3のチタン前駆体に関しても当てはまる。
本発明の一実施態様において、アミノエーテル溶媒は、100ppm未満の水分、好ましくは20ppm未満の水分、そしてより好ましくは5ppm未満の水分を含む。水は、アミノエーテル溶媒から、任意の適切な手段、例えば分留、吸着、化学的反応により除去することができる。一実施態様において、水は、動的な方法又は静的な方法で、アミノエーテル溶媒と分子篩とを接触させることにより除去される。
あらゆる理論に縛られるものではないが、アミノエーテル溶媒は、液相及び気相の両方で、金属錯体を安定化でき、且つ前駆体の堆積反応器への供給を、金属錯体との比較的弱安定性の付加物を形成することにより、改良できると考えられる。
図4は、ジルコニウムtert−ブトキシドと、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)との1/1付加物錯体の結晶構造を示す。ここでは、アミノエーテルが、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)からの酸素原子及び窒素原子の両方を通じて金属に結合し、そして配位環境を飽和させることにより、すなわち配位数を4から6に増加させることにより、ジルコニウム錯体を潜在的に安定化している。
図5は、ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)ストロンチウムと、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)との1/1付加物錯体の結晶構造を示す。ここでは、エーテルの酸素原子と両方の第三級アミノ基を用いて、キレート形態で、アミノエーテルが金属中心に結合している。
あらゆる理論に縛られるものではないが、アミノエーテル溶媒は、ずり減粘(shear thinning)効果を有する低粘度配合物を与えることによって、有機金属前駆体の供給を改良することができると考えられる。これらの配合物の粘度は、高剪断速度で減少するが、これは狭いラインを通じの供給に関して重要となる場合がある。
本発明の液体配合物は、現在用いられているあらゆる供給手段を有するあらゆる液体注入CVD又はALDプロセスにおいて用いられることができる。本発明の一つの態様において、アミノエーテルを含有する液体配合物を、直接液体注入により気化器を通じて供給する。図6は、DLIシステムにおける、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.3M溶液のパルス気化の間の、非常に安定な圧力応答を示し、150時間の運転の間の蒸発プロセスの安定性を明示している。
同じストロンチウム前駆体を含有するが、アミノエーテル型の溶媒を含有しない複数の他の配合物は、劣った圧力応答、及び断続的な圧力の急上昇、又は目詰まりを示す。例えば、混合溶媒系(例えば、テトラヒドロフラン(「THF」)及びドデカン)を用いたSr配合物は、THFの付加に起因して、高い静的な溶解度を示した。しかし、気化プロセスの間に、THFはプロセス中の早期に気化し、そしてかなりの沈殿が6時間以内の運転で蓄積した。
さらに、同じストロンチウム前駆体を有する単一のエーテル型の溶媒系、例えばジプロピレングリコールジメチルエーテルは、同じ許容できない結果を示した。これら試験において、低い溶解度と共に、気化中の前駆体との反応性に起因して、失敗が観察された。
対照的に、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)溶媒系に関して、図6にみられる圧力安定性のプロファイルが、150時間にわたって示された。初期の試験の後で、注入器システムを検査すると、再沈殿の兆候は、観測されなかった。前駆体が、その溶媒系と気相の錯体を形成しなかったことを検証するために、前駆体を気化器の下流側で濃縮した。TGAの結果の比較は、前駆体が初期物質から変化しないことを示し、また錯体形成の兆候は見られなかった。
本発明の他の一態様において、アミノエーテルを含有する液体配合物は、金属含有フィルムを堆積するのに適切な条件下で、基材と、その液体配合物の気化により得られる蒸気とを接触させることを含むCVD又はALDにより、金属含有フィルムを堆積するために用いられる。金属含有フィルムを堆積するための適切な条件としては、有機金属前駆体を化学的に、熱的に、光化学的に又はプラズマ活性化により分解することが挙げられる。堆積を、他のガス成分の存在下で実行することができる。一実施態様において、フィルム堆積は、少なくとも一つの非反応性キャリアガスの存在下で実行される。非反応性の不活性キャリアガスの例としては、窒素、アルゴン、ヘリウム等が挙げられる。他の実施態様において、フィルムの堆積は、少なくとも一つの反応性ガスの存在下で実行される。反応性ガスの例としては、限定されないが、酸素、水蒸気、オゾン等が挙げられる。他の実施態様において、本発明の液体配合物は、高Kの金属酸化物フィルムをALDにより堆積するために用いられる。
図8は、オゾン、及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解したビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム0.3Mを用いた、SrOを堆積する熱ALDの温度依存性を示す。この前駆体/溶媒配合物に関するALDのプロセスウィンドウ(process window)は、320℃までであった。ALD型のプロセスに関して、基材表面との前駆体の自己制限的な反応性は、与えられた温度での堆積速度で主に規定される。堆積速度に影響を与える場合がある要因としては、限定されないが、前駆体の立体構造の嵩高さ、前駆体と基材表面との反応速度、及び基材表面での前駆体の吸着/脱離速度が挙げられる。堆積プロセスの間に、堆積速度への変化を、前駆体か基材表面かのいずれかの変性に関するサインとして用いることができる。もし前駆体が、溶媒系に配位、又は溶媒系と反応していたら、堆積速度の特徴が変化するであろうことが予期されるであろう。図7において、Sr前駆体の温度依存性及び堆積速度の特性が、上記のDLI法と、ストロンチウム前駆体がそのままの前駆体として気泡の形態で供給されるバブリング法との間で、同一であることが分かった。この比較は、その溶媒系が堆積プロセスに良好である証拠を与える。
本発明の液体組成物を、多くの手段により、好ましくはDLIシステムへの液体の供給をさせるために適切なバルブ及び接続部品を取り付けた耐圧ステンレス鋼容器を用いて、貯蔵し、活用場所に輸送し、且つDLIシステムに供給することができる。
比較例1
ジブチルエーテル(高沸点(bp)のモノエーテル)中の、ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度
2ml容量の目盛り付きバイアル瓶に、0.127gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム(0.25mmol)及びジブチルエーテルを加えて、1mlの混合物を形成した。この混合物を室温で、終夜でおいたが、不溶性の固体のかなりの量が、混合物中に未だに存在しており、このストロンチウム錯体のジブチルエーテルへの溶解度は、0.25Mよりずっと低いことを示した。
比較例2
N−メチルジシクロヘキシルアミン(高沸点のモノアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度
2ml容量の目盛り付きバイアル瓶に、0.127gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム(0.25mmol)及びN−メチルジシクロヘキシルアミンを加えて、1mlの混合物を形成した。この混合物を室温で、終夜でおいたが、不溶性の固体が、未だに存在していた。過剰な溶媒を加えて、混合体の容積を2mlまで増やしたが、その物質は未だに完全に溶解せず、N−メチルジシクロヘキシルアミン(高沸点のモノアミン)中の2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度は、0.12Mより低いことを示した。
実施例3
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)(高沸点のアミノエーテル)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度
389ppmの水分を含む、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)のサンプルを、終夜で、活性化した3Aの分子篩で乾燥させて、25ppm未満の水分を含む溶媒を得た。0.381gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム(0.75mmol)を、0.580gの2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)と混合して、1mlの透明な、ほぼ無色の溶液を得た。それゆえ、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度は、少なくとも0.75Mである。
実施例4
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶液の熱的安定性
実施例3で記載されたように調製した、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.75Mの溶液を、窒素雰囲気下でスクリューキャップのNMR管に移した。そのサンプルをNMR管中で1時間、160℃で加熱した。加熱の間、沈殿又は顕著な変色は観測されなかった。加熱の前後で、その溶液の1H NMRスペクトルにおける変化は観測されず、これはその溶液が少なくとも160℃まで熱的に安定であることを示唆した。図1及び図2を参照。
実施例5
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度
389ppmの水分を含む、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)のサンプルを、終夜で、活性化した3Aの分子篩で乾燥させて、25ppm未満の水分を含む溶媒を得た。0.510gのビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム(0.95mmol)を、0.516gの2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)と混合して、1mlの透明な、ライトイエローの溶液を得た。それゆえ、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度は、少なくとも49.8wt%、約0.95Mである。
実施例6
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの35wt%溶液のTGA
ビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム及び、その2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)の35wt%溶液のサンプルを、TGA(300℃まで5℃/分、300℃で0.5時間等温)により特性化した。非常に少量の残渣が、そのままの化合物(0.61wt%)及びその35wt%溶液(0.71wt%)に関して観測された。その溶媒は、前駆体からきれいに除去され、これは、この溶液が、DLIに関して良い候補であることを示唆した。
実施例7
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの特性化
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの40wt%溶液(約0.7M)のサンプルを、TGA(400℃まで10℃/分)により特性化し、そして非常に少量の残渣を観察した(0.42wt%)。
実施例8
4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度
2990ppmの水分を含む、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリンのサンプルを、活性化した3Aの分子篩で乾燥させて、100ppm未満の水分を含む溶媒を得た。0.502gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム(0.99mmol)を、0.608gの4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリンと混合して、少量の不溶性物質を含む、約1mlの混合物を得た。追加の溶媒を、全ての物質が溶解されるまで、少量(0.05g)だけ添加した。透明な、無色の溶液の合計量は、1.35gで、約1.25mlであり、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度は、37.2wt%、又は約0.8Mであることを示した。
実施例9
4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度
2990ppmの水分を含む、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリンのサンプルを、活性化した3Aの分子上で乾燥させて、100ppm未満の水分を含む溶媒を得た。0.595gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム(1.1mmol)を、0.500gの4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリンと混合して、約1mlの透明な、ライトイエローの溶液を得た。それゆえ、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの溶解度は、少なくとも54.5wt%、又は約1.1Mである。
実施例10
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(tert−ブトキシ)チタンの溶解度
1.02gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(tert−ブトキシ)チタンを、1.01gの2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)と混合し、2.22mlの緑掛かった茶色の溶液を結果として得た。それゆえ、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(tert−ブトキシ)チタンの溶解度は、少なくとも1Mである。
実施例11
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(イソ−プロポキシ)チタンの溶解度
1.05gのビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(イソ−プロポキシ)チタンを、0.90gの2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)と混合し、2.12mlの緑掛かった茶色の溶液を結果として得た。それゆえ、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(イソ−プロポキシ)チタンの溶解度は、少なくとも1.1Mである。
実施例12
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のテトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)セリウム(IV)の溶解度
0.50g(0.72mmol)のテトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)セリウム(IV)を、16.2g(101mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解して、3wt%の溶液を作製した。
実施例13
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)ランタンの溶解度
0.50g(0.72mmol)のトリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)ランタンを、4.0g(25mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解して、11wt%の溶液を作製した。
実施例14
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のSr(BuCp)の溶解度
0.50g(0.90mmol)のSr(BuCp)を、5.0g(31.25mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解して、9wt%のSr[(tBu)Cp]の溶液を作製した。
実施例15
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のBa(BuCp)の溶解度
0.50g(0.83mmol)のBa(BuCp)を、5.0g(31.25mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解して、9wt%のBa(BuCp)の溶液を作製した。
実施例16
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のLa(MeCp)の溶解度
0.20g(0.83mmol)のLa(MeCp)を、3.3g(20.6mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解して、6wt%のLa(MeCp)の溶液を作製した。
実施例17
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.6M溶液の粘度
AR−G2レオメーター(TA Instruments、ニューキャッスル、デラウェア州)を用いて、粘度を測定した。温度を、ペルティエ加熱素子を用いて、所望の温度で制御した。直径60mmの平行板構造を用いた。サンプルを積載した後、熱平衡のために600秒おいて、その後、剪断速度のスイープ測定を行った。粘度を、1〜200s−1の範囲の剪断速度で測定した。低剪断速度(6s−1未満)でのデータ点は、信頼性が殆どないと考えられ、ここでは報告しない。粘度の結果を、表3にまとめた。全ての報告した粘度は、38センチポアズ単位(1cP=0.01P=1mPa・s)である。2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.6M溶液は、10センチポアズ未満の粘度を有する、ずり減粘性であることが分かった。
Figure 0005255029
実施例18
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を有するSr(BuCp)付加物の調製
室温で、ヘキサン中の0.65g(1.18mmol)のSr(BuCp)の濁った溶液に、0.19g(1.18mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を加えた。その反応混合物を数時間攪拌し、この後、全ての揮発物(溶媒を含む)を減圧下で除去し、そして0.74gのオフホワイトのワックス状固体を単離した。
H NMR(500MHz,C):δ=5.96(s,4H)、3.46(t,4H)、2.46(t,4H)、2.15(s,12H)、1.44(s,36H)、1.39(s,18H)。
実施例19
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を有するBa(BuCp)付加物の調製
室温で、ヘキサン中の0.12g(0.20mmol)のBa(BuCp)の濁った溶液に、0.03g(0.20mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を加えた。その反応混合物を数時間攪拌し、この後、全ての揮発物(溶媒を含む)を減圧下で除去し、そして0.15gのオフホワイトのワックス状固体を単離した。
H NMR(500MHz,C):δ=5.96(s,4H)、3.46(t,4H)、2.46(t,4H)、2.15(s,12H)、1.44(s,36H)、1.39(s,18H)。
実施例20
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を有するジルコニウムtert−ブトキシド付加物の調製
室温で、ヘキサン中の0.56g(1.46mmol)のZr(BuO)の溶液に、0.23g(1.46mmol)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を加えた。その反応混合物を数時間攪拌し、この後、揮発物(溶媒を含む)の除去をすると、結晶が形成され始めた。全ての揮発物を除去する前に、その混合物を、均質溶液に加熱し、そして−40℃で再結晶させた。結晶は、X線解析によって、所望のZr(BuO)・(NMeCHCHO付加物として特性化された。
実施例21
ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)(2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン))ストロンチウムの合成
全体的な窒素の下で、20mlの乾燥へキサンに溶解した2.75g(0.005モル)のストロンチウムビス(ヘキサメチルジシリルアミド)ビス(テトラヒドロフラン)を、室温で5分間にわたって滴定して加えて、40mlの乾燥ヘキサンに溶解した、2.68g(0.01モル)の2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾールと、0.80g(0.005モル)の2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)との混合物に添加した。30分以内に、白い沈殿が形成するのが観察されたが、これはゆっくりと溶解し、かすかに濁った溶液を与えた。これをその後、終夜で攪拌した。終夜で攪拌した後、第二の沈殿が形成されていたのを観察した。60mlの追加のヘキサンを、その後加えて、そしてその混合物を還流して、沈殿物を溶解した。この溶液を、その後ろ過し、そしてそのろ液を、2時間にわたって−5℃までゆっくりと冷却し、そして結晶性の生成物をろ過した。生成量3.25g(理論値の43%)。
実施例22
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノ−エチルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの直接液体注入の性能
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノ−エチルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.3Mの溶液を、加熱した注入液体気化システムに、150時間の連続運転の間、パルスで入れた。注入システムへのパルスを、液体流量制御器により制御して、10秒の液体流れ(0.3gpm)、及びその後の30秒の流れ停止とした。連続のパルスを、150時間実行した。そのストロンチウム前駆体を、注入器の下流で凝縮させ、そして純度に関して測定した。その前駆体に関してのTGAの結果は、初期の前駆体の残渣レベル及び揮発度と良好に比較され、前駆体の劣化の兆候を有さないことを示した。図6は、運転時間の間の液体の圧力応答の例を示し、気化プロセスの安定性を明示する。適合性を有さない溶媒/前駆体系に対する前の試験は、劣った圧力応答、及び断続的な圧力の急上昇、又は目詰まりを示した。
実施例23
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの直接液体注入の性能
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムの0.3Mの溶液を、加熱した注入液体気化システムに、150時間の連続運転の間、パルスで入れた。注入システムへのパルスを、液体流量制御器により制御して、10秒の液体フロー(0.3gpm)、及びその後の、30秒のフロー停止とした。連続のパルスを、150時間実行し、そのストロンチウム前駆体を注入器の下流で凝縮させ、そして純度に関して測定した。その前駆体に関してのTGAの結果は、初期の前駆体の残渣レベル及び揮発度と良好に比較され、前駆体の劣化の兆候を有さないことを示した。適合性を有さない溶媒/前駆体系に対する前の試験は、劣った圧力応答、及び断続的な圧力の急上昇、又は目詰まりを示した。
実施例24
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)バリウムの直接液体注入の性能
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)バリウムの0.05Mの溶液を、加熱した注入液体気化システムに、50時間の連続運転の間、パルスで入れた。注入システムへのパルスを、液体流量制御器により制御して、10秒の液体フロー(0.3gpm)、及びその後の30秒のフロー停止とした。連続のパルスを、50時間実行し、そのバリウム前駆体を注入器の下流で凝縮させ、そして純度に関して測定した。その前駆体に関してのTGAの結果は、初期の前駆体の残渣レベル及び揮発度と良好に比較され、前駆体の劣化の兆候を有さないことを示した。適合性を有さない溶媒/前駆体系に対する前の試験は、劣った圧力応答、及び断続的な圧力の急上昇、又は目詰まりを示した。
実施例25
2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解したビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムを用いたSrOのALD堆積
この実施例では、オゾン、及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)に溶解したSrケトイミナート前駆体であるビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウムを用いたSrOの典型的なALD堆積について述べる。その堆積温度の範囲は、250℃〜450℃であり、また気化器を用いたDLI(direct liquid injection:直接液体注入)を、Sr前駆体を供給するために使用した。堆積チャンバーの圧力は、ガス流量に応じて、1.5Torr付近の範囲となる。2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)中のSr前駆体の溶液を含む容器のディップチューブの側を、DLI気化器に接続し、そしてその溶液を、気化器に注入して、蒸気に変化させた。SrOのALDの一サイクルは、次の4ステップからなる:
1.Sr前駆体の0.3M溶液の気化器への注入、及びSr前駆体蒸気の堆積チャンバーへの導入;及びSr前駆体の化学的に加熱した基材への吸着;
2.Arパージ:あらゆる未吸着のSr前駆体を、Arでパージする;
3.オゾンパルス:堆積チャンバーにオゾンを導入して、加熱した基材上で吸着したSr前駆体と反応させる;及び
4.Arパージ:あらゆる未反応のオゾン及び副生成物を、Arでパージする。
この実施例において、SrOフィルムを堆積した。これは、SrOフィルムの堆積温度依存性を示した。注入は5秒であり、Srパルス後のArのパージ時間は、10秒であり、オゾンのパルス時間は、5秒であり、そしてオゾンパルス後のArパージ時間は、10秒であった。これを100サイクル繰り返した。
結果は、図8に表され、ここでは、ALDのプロセスウィンドウが、平均約320℃までであった。

Claims (29)

  1. 次の(a)及び(b)を含有する配合物:
    (a)少なくとも一つの金属−配位子錯体であって、一以上の配位子が、β−ジケトナート、β−ケトイミナート、β−ケトエステラート、β−ジイミナート、アルキル、カルボニル、アルキルカルボニル、シクロペンタジエニル、ピロリル、アルコキシド、アミジナート、イミダゾリル、及びこれらの混合物からなる群より選択され、且つ前記金属が、元素周期表の第2族〜第16族の元素から選択される、少なくとも一つの金属−配位子錯体;及び
    (b)RNRORNR、RORNR、O(CHCHNR、RNRN(CHCHO、RNRORN(CHCHO、O(CHCHNRORN(CHCHO及びこれらの混合物からなる群から選択されるアミノエーテルであって、R1〜6が、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族、C1〜10アルキルアミン、C1〜10アルキルアミノアルキル、C1〜10エーテル、C〜C10環状エーテル、C〜C10環状アミノエーテル及びこれらの混合物からなる群より個々に選択される、少なくとも一つのアミノエーテル。
  2. 前記金属−配位子錯体の配位子が、一座、二座、多座の配位子及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の配合物。
  3. 前記配合物が、液相である、請求項1又は2に記載の配合物。
  4. 前記配合物が、RNRORNR(ここで、R1〜6は、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族からなる群より独立に選択される)の一般式を有するアミノエーテルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
  5. 前記配合物が、RORNR(ここで、 、R 、R 及びR 、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族からなる群より独立に選択される)の一般式を有するアミノエーテルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
  6. 前記配合物が、O(CHCHNR(ここで、Rは、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族である)の一般式を有する環状アミノエーテルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
  7. 前記配合物が、RNRN(CHCHO(ここで、R1〜 は、個々に、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族である)の一般式を有する環状アミノエーテルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
  8. 前記配合物が、RNRORN(CHCHO(ここで、R1〜4は、個々に、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキル、C〜C10芳香族である)の一般式を有する環状アミノエーテルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
  9. 前記配合物が、O(CHCHNRORN(CHCHO(ここで、R1〜2は、個々に、C1〜10直鎖アルキル、C1〜10分岐鎖アルキル、C1〜10環状アルキルである)の一般式を有する環状アミノエーテルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
  10. 前記アミノエーテルが、下記の構造式の物質、及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1〜3のいずれかに記載の配合物。
    Figure 0005255029
  11. 前記金属−配位子錯体が、次の(a)〜(n)の物質及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1〜10のいずれかに記載の配合物:
    (a)次の構造を有する金属β−ジケトナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、R1〜3は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10フッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;且つx=2、3、4);
    (b)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、R1〜4は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;且つx=2、3、4);
    (c)次の構造を有する金属β−ジイミナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、R1〜5は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;且つx=2、3、4);
    (d)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、R1〜6は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;且つx=2、3);
    (e)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族より選択されるアルカリ土類金属であり;Rは、4〜10の炭素原子を有する分岐鎖アルキル基であり;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より選択され;R3〜5は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;R6〜7は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、並びに炭素原子、酸素原子又は窒素原子を含有する環からなる群より個々に選択される);
    (f)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第4族金属より選択される金属イオンであり;Rは、4〜10の炭素原子を有する分岐鎖アルキル基であり;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;R3〜4は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;R5〜6は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、並びに炭素原子、酸素原子又は窒素原子を含有する環からなる群より個々に選択され、Rは、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より選択され;且つn=1、2、3);
    (g)次の構造を有する金属β−ケトイミナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第11族金属より選択される金属イオンであり;Rは、1〜10の炭素原子を有する分岐鎖アルキル基であり;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より選択され;R3〜4は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;R5〜6は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、並びに炭素原子、酸素原子又は窒素原子を含有する環からなる群より個々に選択され;Xは炭素又はケイ素);
    (h)次の構造を有する金属錯体:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、Rは、水素、C1〜10直鎖、分岐鎖、飽和又は不飽和アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、シクロペンタジエニル、アルキル置換シクロペンタジエニル、ピロリル、アルキル置換ピロリル、イミダゾリル、アルキル置換イミダゾリル、及びそれらの誘導体からなる群より選択され;x=2、3、4;Lは、酸素原子又は窒素原子を含む、中性の又はモノアニオンのドナー配位子であり;且つn=0、1、2、3、4);
    (i)次の構造を有するアルキル金属カルボニル:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され、;Rは、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、C1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキル、シクロペンタジエニル、及びそれらの誘導体からなる群より選択され;x=2、3、4;且つy=1、2、3又は4);
    (j)次の構造を有する金属カルボニル:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第8族〜第10族金属から選択され;x=1、2、3且つy=4〜12);
    (k)次の構造を有する金属アルコキシド:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され;Rは、C1〜10アルキル、C1〜10アルケニル、C1〜10アルキニル、C5〜10環状脂肪族、C6〜12アリール、及びC1〜10フッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;且つnは、2、3、4又は5);
    (l)次の構造を有する金属アミド:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され;R1〜2は、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルケニル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキニル、C3〜10直鎖又は分岐鎖アルキルシリル、C5〜10環状脂肪族、C6〜12アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;且つnは、2、3、4又は5);
    (m)次の構造を有する金属アルコキシβ−ジケトナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、Ti、Zr及びHfからなる群より選択される金属を含み;Rは、1〜10の炭素原子を有するアルキル基;Rは、1〜10の炭素原子を有するアルキル基;Rは、水素又は1〜3の炭素原子を有するアルキル基からなる群より選択され;Rは、1〜6の炭素原子を有するアルキル基);
    (n)次の構造を有する金属アミジナート:
    Figure 0005255029
    (ここで、Mは、第2族〜第16族金属から選択され;各R1〜3は、水素、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルキル、C1〜10直鎖又は分岐鎖アルコキシ、C4〜10環状脂肪族、C6〜10アリール、及びC1〜10直鎖又は分岐鎖のフッ素化アルキルからなる群より個々に選択され;x=2、3、4)。
  12. 前記アミノエーテルが、2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の配合物。
  13. 前記アミノエーテルが、20ppm未満の水を含有する2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)である、請求項12に記載の配合物。
  14. 前記アミノエーテルが、100ppm未満のヒドロキシル官能基又はアミン官能基を有する追加の化合物を含有する2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)である、請求項12に記載の配合物。
  15. 次の(a)及び(b)を含有する、半導体デバイスの作製における金属含有薄膜の堆積に関して有用な液体配合物:
    (a)ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、ビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ビス(tert−ブトキシ)チタン、テトラキス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)セリウム(IV)、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナート)ランタン、Sr(BuCp)、Ba(BuCp)、Sr(PrCp)、Ba(PrCp)、LaCp、La(MeCp)、La(EtCp)、La(PrCp)、ジルコニウムtert−ブトキシド、ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)ストロンチウム、ビス(2−tert−ブチル−4,5−ジ−tert−アミルイミダゾリル)バリウム、ビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)ストロンチウム、ビス(2,5−ジ−tert−ブチル−ピロリル)バリウム、Ru(EtCp)、Ru(EtCp)(DMPD)及びこれらの混合物からなる群より選択される、少なくとも一つ金属−配位子錯体;及び
    (b)2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)、4−[2−(ジメチルアミノ)エチル]モルホリン及びこれらの混合物からなる群より選択される、少なくとも一つのアミノエーテル。
  16. ステンレス鋼の容器に入っている、請求項1〜15のいずれかに記載の配合物。
  17. 前記容器の内面が、電解研磨されている、請求項16に記載の配合物。
  18. 前記容器が、入口バルブ及び出口バルブを有する、請求項16又は17に記載の配合物。
  19. 前記バルブが、自動作動バルブである、請求項18に記載の配合物。
  20. 前記バルブが、空圧式の作動バルブ及び/又は電気ソレノイドの作動バルブである、請求項19に記載の配合物。
  21. 前記容器が、ディップチューブを有する、請求項16〜20のいずれかに記載の配合物。
  22. 前記ディップチューブが、前記出口及び/又は前記入口となる、請求項21に記載の配合物。
  23. 化学安定剤を含む、請求項1〜22のいずれかに記載の配合物。
  24. 前記化学安定剤が、フリーラジカル捕捉剤、重合禁止剤、及び/又は酸化防止剤である、請求項23に記載の配合物。
  25. 50cP未満の粘度を有する、請求項1〜24のいずれかに記載の配合物。
  26. LaCp、La(MeCp)、La(EtCp)、La(PrCp)からなる群より選択されるランタン錯体、及び2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を含有する、請求項1に記載の配合物。
  27. ビス(2,2−ジメチル−5−(ジメチルアミノエチル−イミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、ビス(2,2−ジメチル−5−(1−ジメチルアミノ−2−プロピルイミノ)−3−ヘキサノナート−N,O,N’)ストロンチウム、Sr(BuCp)、Ba(BuCp)、Sr(PrCp)、Ba(PrCp)及びこれらの混合物からなる群より選択される錯体、並びに2,2’−オキシビス(N,N−ジメチルエタンアミン)を含有する、請求項1に記載の配合物。
  28. 請求項1〜27に記載の配合物から金属含有フィルムを堆積する条件下で、基材を接触させるステップ、及びそのような金属含有フィルムを堆積させるステップを含む、化学気相成長又は原子層堆積により、金属含有フィルムを堆積させる方法。
  29. 前記配合物が、気化器を通じて直接液体注入により供給される、請求項28に記載の方法。
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