JP6116007B2 - Thin film forming raw material and thin film manufacturing method - Google Patents

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本発明は、特定の構造を有するケイ素化合物を含有してなる薄膜形成用原料及び該原料を用いたケイ素及びリンを含有する薄膜を形成する薄膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film forming raw material containing a silicon compound having a specific structure, and a thin film manufacturing method for forming a thin film containing silicon and phosphorus using the raw material.

ケイ素及びリンを含有する薄膜材料は、半導体装置等の電子デバイスにおける絶縁膜やアイソレーション溝の埋封などに用いられている材料である。該電子デバイスの高速化、高集積化を実現すべく、様々な方法によってケイ素及びリンを含有する薄膜材料を製造する方法が検討されている。   A thin film material containing silicon and phosphorus is a material used for embedding an insulating film or an isolation groove in an electronic device such as a semiconductor device. In order to realize high speed and high integration of the electronic device, methods for producing a thin film material containing silicon and phosphorus by various methods are being studied.

上記の薄膜の製造法としては、塗布熱分解法やゾルゲル法等のMOD法、化学気相成長法等が挙げられる。組成制御性、段差被覆性に優れること、量産化に適すること、ハイブリッド集積が可能である等多くの長所を有しているので、ALD(Atomic Layer Deposition)法を含む化学気相成長(以下、単にCVDと記載することもある)法が好ましい製造プロセスであり、特に段差被覆性に優れることからALD法が最適なプロセスである。   Examples of the method for producing the thin film include a MOD method such as a coating pyrolysis method and a sol-gel method, a chemical vapor deposition method, and the like. Since it has many advantages such as excellent composition controllability, step coverage, suitable for mass production, and capable of hybrid integration, chemical vapor deposition including ALD (Atomic Layer Deposition) (hereinafter, The method may be simply described as CVD), and the ALD method is an optimal process because it is particularly excellent in step coverage.

ケイ素及びリンを含有する薄膜材料を製造するために用いられるCVD法用原料としては、従来、様々なCVD法用原料が知られている。例えば、酸化剤として酸素、ケイ素原料としてモノシラン、リン原料としてホスフィンを用いる方法が知られているが、得られる膜の段差被覆性が悪いという問題があった。なかでも、ホスフィンは自然発火性があり、極めて毒性が強いという物性を持つ化合物であることから、ホスフィンを用いない方法が望まれていた。そこで、現在、実用化されている方法としては、酸化剤としてオゾン、ケイ素原料としてアルコキシシランおよびリン原料としてトリアルキルホスフィン、トリアルキルホスファイトまたはトリアルキルホスフェートを用いる方法が知られている。しかし、この方法でも高密度化、高集積化に対応できるほどの段差被覆性に優れた薄膜材料を形成することはできていなかった。特許文献1にはこれらの問題を解決すべく、構造中にケイ素原子およびリン原子を含有する特定のケイ素化合物を用いたCVD法用原料が開示されている。   Conventionally, various raw materials for CVD methods are known as raw materials for CVD methods used for producing a thin film material containing silicon and phosphorus. For example, a method using oxygen as an oxidizing agent, monosilane as a silicon raw material, and phosphine as a phosphorus raw material is known, but there is a problem that the step coverage of the resulting film is poor. Among these, since phosphine is a compound having a property of spontaneous ignition and extremely toxic properties, a method using no phosphine has been desired. Therefore, as a method that is currently in practical use, there is known a method using ozone as an oxidizing agent, alkoxysilane as a silicon raw material, and trialkylphosphine, trialkyl phosphite, or trialkyl phosphate as a phosphorus raw material. However, even with this method, it has not been possible to form a thin film material excellent in step coverage enough to cope with higher density and higher integration. In order to solve these problems, Patent Document 1 discloses a raw material for CVD using a specific silicon compound containing a silicon atom and a phosphorus atom in the structure.

特開平08−133754号公報JP 08-133754 A

CVD法等の化合物を気化させて薄膜を形成するために用いられる薄膜形成用原料に求められる性質は、融点が低く液体の状態で輸送が可能であること、液体の粘度が低いこと、蒸気圧が大きく気化させやすいこと、熱安定性が高いこと、所望の組成の薄膜を得ることができることである。CVD法によってケイ素及びリンを含有する薄膜を得る方法としては、上述した公知技術のようにケイ素原料とリン原料を各々用意して行う方法や、構造中にケイ素原子およびリン原子を含有する特定のケイ素化合物を用いて行う方法が知られている。ケイ素原料とリン原料を各々用意して行う方法では、各原料の粘度、蒸気圧及び熱安定性などが違うことから、原料供給のコントロールが難しく、生産性が悪いことが大きな問題となっていた。従来知られた構造中にケイ素原子およびリン原子を含有する特定のケイ素化合物を用いて行う方法では、用いるケイ素化合物の熱安定性が低いことや、該ケイ素化合物だけではリン含有量が10〜20質量%である薄膜を得ることができないことや、反応性ガスとの反応性が悪いことや、段差被覆性に優れたALDプロセスに適用することができないことが問題となっていた。そこで、熱安定性が高く、リン含有量が10〜20質量%であるケイ素及びリンを含有する薄膜を得ることができる薄膜形成用原料や、反応性ガスとの反応性に優れ、かつ段差被覆性に優れるALD法に適用できる薄膜形成用原料が求められている。従来の薄膜形成用原料について、これらの点で充分に満足し得る薄膜形成用原料はなかった。   The properties required of a thin film forming raw material used to form a thin film by vaporizing a compound such as a CVD method are low melting point and can be transported in a liquid state, low liquid viscosity, vapor pressure Are easy to vaporize, have high thermal stability, and can obtain a thin film having a desired composition. As a method of obtaining a thin film containing silicon and phosphorus by the CVD method, a method in which each of a silicon raw material and a phosphorus raw material is prepared as in the publicly-known technique described above, or a specific method containing a silicon atom and a phosphorus atom in the structure. A method using a silicon compound is known. In the method in which each of the silicon raw material and the phosphorus raw material is prepared, since the viscosity, vapor pressure and thermal stability of each raw material are different, it is difficult to control the raw material supply and the productivity is a big problem. . In a conventionally known method using a specific silicon compound containing a silicon atom and a phosphorus atom in the structure, the thermal stability of the silicon compound to be used is low, or the phosphorus content is 10 to 20 only with the silicon compound. There are problems that a thin film of mass% cannot be obtained, that the reactivity with the reactive gas is poor, and that it cannot be applied to an ALD process having excellent step coverage. Therefore, the raw material for forming a thin film that can obtain a thin film containing silicon and phosphorus having a high thermal stability and a phosphorus content of 10 to 20% by mass, is excellent in reactivity with a reactive gas, and has a step coating. There is a demand for a raw material for forming a thin film that can be applied to an ALD method having excellent properties. Regarding conventional thin film forming raw materials, there has been no thin film forming raw material that is sufficiently satisfactory in these respects.

本発明者は、検討を重ねた結果、特定の構造を有するケイ素化合物を含有してなる薄膜形成用原料が上記課題を解決し得ることを知見し、本発明に到達した。   As a result of repeated studies, the present inventor has found that a raw material for forming a thin film containing a silicon compound having a specific structure can solve the above problems, and has reached the present invention.

本発明は、下記一般式(1)で表されるケイ素化合物を含有してなる薄膜形成用原料を提供するものである。   This invention provides the raw material for thin film formation containing the silicon compound represented by following General formula (1).

Figure 0006116007
(式中、R1〜R3は各々独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、Xは下記(X−1)〜(X−5)の何れかで表される基を表す。)
Figure 0006116007
(In the formula, R 1 to R 3 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a group represented by any one of the following (X-1) to (X-5).)

Figure 0006116007
(式中、R4〜R6は各々独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、R7〜R10は各々独立に炭素数1または2のアルキル基を表し、R11はイソプロピル基または第3ブチル基を表す。)
Figure 0006116007
(Wherein R 4 to R 6 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 7 to R 10 each independently represents an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and R 11 represents an isopropyl group or Represents a tertiary butyl group.)

また本発明は、上記薄膜形成用原料を気化させて得た、上記ケイ素化合物を含有する蒸気を、基体が設置された成膜チャンバー内に導入し、該ケイ素化合物を分解及び/又は化学反応させて該基体の表面にケイ素及びリンを含有する薄膜を形成する薄膜の製造方法を提供するものである。   Also, the present invention introduces a vapor containing the silicon compound obtained by vaporizing the raw material for forming a thin film into a film forming chamber in which a substrate is installed, and decomposes and / or chemically reacts the silicon compound. The present invention also provides a method for producing a thin film in which a thin film containing silicon and phosphorus is formed on the surface of the substrate.

本発明によれば、熱安定性が高く、反応性ガスとの反応性に優れ、かつ段差被覆性に優れるALD法に適用できる薄膜形成用原料を提供することができる。また、リン含有量が10〜20質量%である薄膜を得ることができる薄膜形成用原料を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the raw material for thin film formation which can be applied to the ALD method which is high in thermal stability, excellent in reactivity with reactive gas, and excellent in step coverage can be provided. Moreover, the raw material for thin film formation which can obtain the thin film whose phosphorus content is 10-20 mass% can be provided.

図1は、本発明に係るケイ素及びリンを含有する薄膜の製造方法に用いられる化学気相成長用装置の一例を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of an apparatus for chemical vapor deposition used in a method for producing a thin film containing silicon and phosphorus according to the present invention. 図2は、本発明に係るケイ素及びリンを含有する薄膜の製造方法に用いられる化学気相成長用装置の別の例を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic view showing another example of an apparatus for chemical vapor deposition used in the method for producing a thin film containing silicon and phosphorus according to the present invention. 図3は、本発明に係るケイ素及びリンを含有する薄膜の製造方法に用いられる化学気相成長用装置の別の例を示す概要図である。FIG. 3 is a schematic view showing another example of an apparatus for chemical vapor deposition used in the method for producing a thin film containing silicon and phosphorus according to the present invention. 図4は、本発明に係るケイ素及びリンを含有する薄膜の製造方法に用いられる化学気相成長用装置の別の例を示す概要図である。FIG. 4 is a schematic view showing another example of an apparatus for chemical vapor deposition used in the method for producing a thin film containing silicon and phosphorus according to the present invention.

以下、本発明について、好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。
本発明に用いられるケイ素化合物は、上記一般式(1)で表されるものであり、CVD法等の気化工程を有する薄膜製造方法の薄膜形成用原料として好適なものである。なかでも、ALD法に用いることができることからALD用の薄膜形成用原料としても好適なものである。また、リン含有量が10〜20質量%である薄膜を得るための薄膜形成用原料として好適なものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.
The silicon compound used for this invention is represented by the said General formula (1), and is a suitable thing as a raw material for thin film formation of the thin film manufacturing method which has vaporization processes, such as CVD method. Especially, since it can be used for ALD method, it is suitable as a raw material for forming a thin film for ALD. Moreover, it is a suitable thing as a raw material for thin film formation for obtaining the thin film whose phosphorus content is 10-20 mass%.

本発明の上記一般式(1)において、R1〜R6で表される炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、第2ブチル基、第3ブチル基が挙げられ、R7〜R10で表される炭素数1または2のアルキル基としては、メチル基およびエチル基が挙げられる。 In the above general formula (1) of the present invention, the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms represented by R 1 to R 6 includes methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, Examples of the alkyl group having 1 or 2 carbon atoms represented by R 7 to R 10 include a methyl group and an ethyl group.

上記一般式(1)において、R1〜R10は、化合物を気化させる工程を有する薄膜の製造方法に用いる場合は、常温常圧下において液体状態であり、蒸気圧が大きいものが好ましい。液体状態の粘度が低い場合は、輸送が容易であることから特に好ましい。具体的には、Xが(X−1)であってR1〜R6がメチル基またはエチル基である場合、Xが(X−2)であってR1、R2、R3、R7及びR8がメチル基またはエチル基である場合、Xが(X−3)であってR1、R2、R3、R9及びR10がメチル基またはエチル基である場合、Xが(X−4)であってR1、R2、R3がメチル基またはエチル基であり、R11がイソプロピル基または第3ブチル基である場合、Xが(X−5)であってR1〜R3がメチル基またはエチル基である場合は、蒸気圧が大きいことから好ましい。なかでも、Xが(X−1)であってR1〜R6がメチル基である場合、Xが(X−2)であってR1、R2、R3、R7及びR8がメチル基である場合、Xが(X−3)であってR1、R2、R3、R9及びR10がメチル基である場合、Xが(X−4)であってR1、R2、R3がメチル基であり、R11がイソプロピル基または第3ブチル基である場合、Xが(X−5)であってR1〜R3がメチル基である場合は、オゾンとの反応性が良好なことから特に好ましい。また、気化工程を伴わないMOD法による薄膜の製造方法の場合は、R1〜R11は、使用される溶媒に対する溶解性、薄膜形成反応等によって、任意に選択することができる。 In the general formula (1), when R 1 to R 10 are used in a method for producing a thin film having a step of vaporizing a compound, those in a liquid state at normal temperature and pressure and having a large vapor pressure are preferable. When the viscosity in the liquid state is low, it is particularly preferable because transportation is easy. Specifically, when X is (X-1) and R 1 to R 6 are methyl groups or ethyl groups, X is (X-2) and R 1 , R 2 , R 3 , R When 7 and R 8 are a methyl group or an ethyl group, when X is (X-3) and R 1 , R 2 , R 3 , R 9 and R 10 are a methyl group or an ethyl group, X is When (X-4), R 1 , R 2 , R 3 are a methyl group or an ethyl group, and R 11 is an isopropyl group or a tertiary butyl group, X is (X-5) and R It is preferable that 1 to R 3 are a methyl group or an ethyl group because the vapor pressure is high. Among them, when X is (X-1) and R 1 to R 6 are methyl groups, X is (X-2) and R 1 , R 2 , R 3 , R 7 and R 8 are When it is a methyl group, when X is (X-3) and R 1 , R 2 , R 3 , R 9 and R 10 are methyl groups, X is (X-4) and R 1 , When R 2 and R 3 are methyl groups and R 11 is an isopropyl group or a tertiary butyl group, when X is (X-5) and R 1 to R 3 are methyl groups, ozone and Is particularly preferred because of its good reactivity. In addition, in the case of the method of manufacturing a thin film by the MOD method without vaporization process, R 1 to R 11 may be soluble in the solvent used, the film formation reaction, etc., optionally selected.

本発明に用いられるケイ素化合物の好ましい具体例としては、例えば、下記化合物No.1〜No.41が挙げられる。尚、下記化学式中の「Me」はメチル基を表し、「Et」はエチル基を表し、「iPr」はイソプロピル基を表し、「tBu」は第3ブチル基を表す。   Preferable specific examples of the silicon compound used in the present invention include, for example, the following compound No. 1-No. 41. In the following chemical formula, “Me” represents a methyl group, “Et” represents an ethyl group, “iPr” represents an isopropyl group, and “tBu” represents a tertiary butyl group.

Figure 0006116007
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本発明の上記一般式(1)において、Xが(X−1)〜(X−5)の何れである場合も、オゾンに代表される反応性ガスとの反応性が非常に良好であり、更にALD法用原料としても適用することができる。なかでもXが(X−3)である場合は、化学気相成長法用原料として用いた場合、リン含有量が10〜20質量%である薄膜を得ることができる薄膜形成用原料であることから特に好ましい。   In the general formula (1) of the present invention, when X is any one of (X-1) to (X-5), the reactivity with a reactive gas typified by ozone is very good, Furthermore, it can be applied as a raw material for the ALD method. In particular, when X is (X-3), it is a thin film forming raw material capable of obtaining a thin film having a phosphorus content of 10 to 20% by mass when used as a chemical vapor deposition raw material. Is particularly preferred.

本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物は、その製造方法により特に制限されることはなく、周知の反応を応用して製造される。例えば、上記一般式(1)においてXが(X−4)である化合物の製造方法としては、対応する構造のトリアルキルシリルアルキルアミンをノルマルブチルリチウムと反応させて得られた中間体に三塩化リンを反応させ、更に臭化メチルマグネシウムを反応させることが得ることができることが知られている。上記一般式(1)においてXが(X−1)、(X−2)、(X−3)又は(X−5)である化合物についても、後述する製造例1〜3及び5としてそれぞれ記載された方法又はそれらを応用した方法により製造することができる。   The silicon compound used for the raw material for forming a thin film of the present invention is not particularly limited by its production method, and is produced by applying a known reaction. For example, as a method for producing a compound in which X is (X-4) in the general formula (1), an intermediate obtained by reacting a corresponding trialkylsilylalkylamine with normal butyl lithium is trichloride. It is known that phosphorus can be reacted and further methylmagnesium bromide can be reacted. In the general formula (1), X is (X-1), (X-2), (X-3) or (X-5), and also described as Production Examples 1 to 3 and 5 described later, respectively. Can be manufactured by a method that has been applied or a method to which they are applied.

本発明の薄膜形成用原料とは、上記説明のケイ素化合物を薄膜のプレカーサとしたものであり、その形態は、該薄膜形成用原料が適用される製造プロセスによって異なる。例えば、リン珪酸ガラス薄膜を製造する場合、上記説明の一般式(1)で表されるケイ素化合物のみを用いればよい。一方、リン及びケイ素以外の金属及び/又は半金属を含む薄膜を製造する場合、本発明の薄膜形成用原料は、上記説明のケイ素化合物に加えて、ケイ素以外の金属を含む化合物及び/又は半金属を含む化合物(以下、他のプレカーサともいう)を含有する。本発明の薄膜形成用原料が、他のプレカーサを含有する場合、他のプレカーサの含有量は、上記説明の一般式(1)で表されるケイ素化合物1モルに対して、好ましくは0.01モル〜10モルであり、より好ましくは0.1〜5モルである。本発明の薄膜形成用原料は、後述するように、更に、有機溶剤及び/又は求核性試薬を含有してもよい。   The thin film forming raw material of the present invention is a thin film precursor made of the silicon compound described above, and its form varies depending on the manufacturing process to which the thin film forming raw material is applied. For example, when producing a phosphosilicate glass thin film, only the silicon compound represented by the general formula (1) described above may be used. On the other hand, when producing a thin film containing a metal other than phosphorus and silicon and / or a semimetal, the raw material for forming a thin film of the present invention includes a compound containing a metal other than silicon and / or a semimetal in addition to the silicon compound described above. Contains a compound containing a metal (hereinafter also referred to as other precursor). When the raw material for forming a thin film of the present invention contains another precursor, the content of the other precursor is preferably 0.01 with respect to 1 mol of the silicon compound represented by the general formula (1) described above. The amount is from 10 to 10 mol, more preferably from 0.1 to 5 mol. As will be described later, the thin film forming raw material of the present invention may further contain an organic solvent and / or a nucleophilic reagent.

本発明の薄膜形成用原料が化学気相成長用原料である場合、その形態は使用されるCVD法の輸送供給方法等の手法により適宜選択されるものである。   In the case where the thin film forming raw material of the present invention is a chemical vapor deposition raw material, the form is appropriately selected depending on the method such as the transporting and supplying method of the CVD method used.

上記の輸送供給方法としては、CVD用原料を、原料容器中で加熱及び/又は減圧することにより気化させ、必要に応じて用いられるアルゴン、窒素、ヘリウム等のキャリアガスと共に、該基体が設置された成膜チャンバー内(以下、堆積反応部と記載することもある)へと導入する気体輸送法、CVD用原料を、液体又は溶液の状態で気化室まで輸送し、気化室で加熱及び/又は減圧することにより気化させて、成膜チャンバー内へと導入する液体輸送法がある。気体輸送法の場合は、上記一般式(1)で表されるケイ素化合物そのものがCVD原料となり、液体輸送法の場合は、上記一般式(1)で表されるケイ素化合物そのもの又は該化合物を有機溶剤に溶かした溶液がCVD用原料となる。   As the above transportation and supply method, the CVD raw material is vaporized by heating and / or decompressing in the raw material container, and the substrate is installed together with a carrier gas such as argon, nitrogen, helium or the like used as necessary. The gas transport method introduced into the film formation chamber (hereinafter also referred to as a deposition reaction section), the CVD raw material is transported to the vaporization chamber in a liquid or solution state, heated in the vaporization chamber, and / or There is a liquid transport method in which vaporization is performed by reducing the pressure and the gas is introduced into a film formation chamber. In the case of the gas transport method, the silicon compound itself represented by the general formula (1) is used as a CVD raw material, and in the case of the liquid transport method, the silicon compound itself represented by the general formula (1) or the compound is organically used. A solution dissolved in a solvent becomes a raw material for CVD.

また、多成分系のCVD法においては、CVD用原料を各成分独立で気化、供給する方法(以下、シングルソース法と記載することもある)と、多成分原料を予め所望の組成で混合した混合原料を気化、供給する方法(以下、カクテルソース法と記載することもある)がある。カクテルソース法の場合、上記一般式(1)で表されるケイ素化合物からなる混合物若しくは混合溶液、又は該ケイ素化合物と他のプレカーサからなる混合物若しくは混合溶液がCVD用原料である。   In the multi-component CVD method, the CVD raw material is vaporized and supplied independently for each component (hereinafter sometimes referred to as a single source method), and the multi-component raw material is mixed in advance with a desired composition. There is a method of vaporizing and supplying a mixed raw material (hereinafter, sometimes referred to as a cocktail sauce method). In the case of the cocktail source method, a mixture or mixed solution composed of the silicon compound represented by the general formula (1), or a mixture or mixed solution composed of the silicon compound and another precursor is a raw material for CVD.

上記の有機溶剤としては、特に制限を受けることはなく周知一般の有機溶剤を用いることが出来る。該有機溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシエチル等の酢酸エステル類;テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルブチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン類;ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン等の炭化水素類;1−シアノプロパン、1−シアノブタン、1−シアノヘキサン、シアノシクロヘキサン、シアノベンゼン、1,3−ジシアノプロパン、1,4−ジシアノブタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,4−ジシアノシクロヘキサン、1,4−ジシアノベンゼン等のシアノ基を有する炭化水素類;ピリジン、ルチジン等が挙げられ、これらは、溶質の溶解性、使用温度と沸点、引火点の関係等により、単独又は二種類以上の混合溶媒として用いられる。これらの有機溶剤を使用する場合、該有機溶剤中における上記一般式(1)で表されるケイ素化合物及び他のプレカーサの合計量が0.01〜2.0モル/リットル、特に0.05〜1.0モル/リットルとなるようにするのが好ましい。   As said organic solvent, it does not receive a restriction | limiting in particular, A well-known general organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include acetates such as ethyl acetate, butyl acetate and methoxyethyl acetate; ethers such as tetrahydrofuran, tetrahydropyran, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, dibutyl ether and dioxane; Ketones such as butyl ketone, methyl isobutyl ketone, ethyl butyl ketone, dipropyl ketone, diisobutyl ketone, methyl amyl ketone, cyclohexanone, methylcyclohexanone; hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, ethylcyclohexane, heptane, octane, toluene, Hydrocarbons such as xylene; 1-cyanopropane, 1-cyanobutane, 1-cyanohexa , Hydrocarbons having a cyano group such as cyanocyclohexane, cyanobenzene, 1,3-dicyanopropane, 1,4-dicyanobutane, 1,6-dicyanohexane, 1,4-dicyanocyclohexane, 1,4-dicyanobenzene Pyridine, lutidine and the like, and these are used alone or as a mixed solvent of two or more kinds depending on the solubility of the solute, the relationship between the use temperature and boiling point, the flash point, and the like. When these organic solvents are used, the total amount of the silicon compound represented by the above general formula (1) and other precursors in the organic solvent is 0.01 to 2.0 mol / liter, particularly 0.05 to It is preferable to adjust to 1.0 mol / liter.

また、多成分系のCVD法の場合において、上記一般式(1)で表されるケイ素化合物と共に用いられる他のプレカーサとしては、特に制限を受けず、CVD用原料に用いられている周知一般のプレカーサを用いることができる。   In addition, in the case of a multi-component CVD method, other precursors used together with the silicon compound represented by the general formula (1) are not particularly limited, and are well-known general materials used for CVD raw materials. A precursor can be used.

上記の他のプレカーサとしては、アルコール化合物、グリコール化合物、β−ジケトン化合物、シクロペンタジエン化合物、有機アミン化合物等の有機配位子として用いられる化合物からなる群から選択される一種類又は二種類以上と金属及び/又は半金属(但しケイ素を除く)との化合物が挙げられる。また、プレカーサの金属又は半金属種としては、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタニウム、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、アルミニウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、アンチモン、ビスマス、イットリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウムが挙げられる。   The other precursor is one or more selected from the group consisting of compounds used as organic ligands such as alcohol compounds, glycol compounds, β-diketone compounds, cyclopentadiene compounds, and organic amine compounds. And compounds with metals and / or metalloids (excluding silicon). The precursor metal or metalloid species include magnesium, calcium, strontium, barium, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, manganese, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, aluminum, iridium, nickel, palladium, Platinum, copper, silver, gold, zinc, gallium, indium, germanium, tin, lead, antimony, bismuth, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, Examples include thulium and ytterbium.

上記の他のプレカーサの有機配位子として用いられるアルコール化合物としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、第2ブチルアルコール、イソブチルアルコール、第3ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソペンチルアルコール、第3ペンチルアルコール等のアルキルアルコール類;2−メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、2−メトキシ−1−メチルエタノール、2−メトキシ−1,1−ジメチルエタノール、2−エトキシ−1,1−ジメチルエタノール、2−イソプロポキシ−1,1−ジメチルエタノール、2−ブトキシ−1,1−ジメチルエタノール、2−(2−メトキシエトキシ)−1,1−ジメチルエタノール、2−プロポキシ−1,1−ジエチルエタノール、2−s−ブトキシ−1,1−ジエチルエタノール、3−メトキシ−1,1−ジメチルプロパノール等のエーテルアルコール類等が挙げられる。   Examples of the alcohol compound used as the organic ligand of the other precursor include methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, butanol, secondary butyl alcohol, isobutyl alcohol, tertiary butyl alcohol, pentyl alcohol, isopentyl alcohol, Alkyl alcohols such as 3-pentyl alcohol; 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, 2- (2-methoxyethoxy) ethanol, 2-methoxy-1-methylethanol, 2-methoxy-1,1 -Dimethylethanol, 2-ethoxy-1,1-dimethylethanol, 2-isopropoxy-1,1-dimethylethanol, 2-butoxy-1,1-dimethylethanol, 2- (2-methoxyethoxy) -1,1 − Methylethanolamine, 2-propoxy-1,1-diethylethanolamine, 2-s-butoxy-1,1-diethyl ethanol, ether alcohols such as 3-methoxy-1,1-dimethyl propanol.

上記グリコール化合物としては、1,2−エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、2,4−ヘキサンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、2,4−ブタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−ブタンジオール、2−エチル−2−ブチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ペンタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2,4−ヘキサンジオール、2,4−ジメチル−2,4−ペンタンジオール等が挙げられる。   Examples of the glycol compound include 1,2-ethanediol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 2,4-hexanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2,2 -Diethyl-1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 2,4-butanediol, 2,2-diethyl-1,3-butanediol, 2-ethyl-2-butyl-1,3-propane Diol, 2,4-pentanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,4-hexanediol, 2,4-dimethyl-2,4-pentanediol Etc.

また、上記β−ジケトン化合物としては、アセチルアセトン、ヘキサン−2,4−ジオン、5−メチルヘキサン−2,4−ジオン、ヘプタン−2,4−ジオン、2−メチルヘプタン−3,5−ジオン、2,6−ジメチルヘプタン−3,5−ジオン等のアルキル置換β−ジケトン類;1,1,1−トリフルオロペンタン−2,4−ジオン、1,1,1−トリフルオロ−5,5−ジメチルヘキサン−2,4−ジオン、1,1,1,5,5,5−ヘキサフルオロペンタン−2,4−ジオン、1,3−ジパーフルオロヘキシルプロパン−1,3−ジオン等のフッ素置換アルキルβ−ジケトン類;1,1,5,5−テトラメチル−1−メトキシヘキサン−2,4−ジオン、2,2,6,6−テトラメチル−1−メトキシヘプタン−3,5−ジオン、2,2,6,6−テトラメチル−1−(2−メトキシエトキシ)ヘプタン−3,5−ジオン等のエーテル置換β−ジケトン類等が挙げられる。   Examples of the β-diketone compound include acetylacetone, hexane-2,4-dione, 5-methylhexane-2,4-dione, heptane-2,4-dione, 2-methylheptane-3,5-dione, Alkyl-substituted β-diketones such as 2,6-dimethylheptane-3,5-dione; 1,1,1-trifluoropentane-2,4-dione, 1,1,1-trifluoro-5,5- Fluorine substitution such as dimethylhexane-2,4-dione, 1,1,1,5,5,5-hexafluoropentane-2,4-dione, 1,3-diperfluorohexylpropane-1,3-dione Alkyl β-diketones; 1,1,5,5-tetramethyl-1-methoxyhexane-2,4-dione, 2,2,6,6-tetramethyl-1-methoxyheptane-3,5-dione, 2, 2 6,6-tetramethyl-1 (2-methoxyethoxy) ether-substituted β- diketones such as heptane-3,5-dione, and the like.

また、上記シクロペンタジエン化合物としては、シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、エチルシクロペンタジエン、プロピルシクロペンタジエン、イソプロピルシクロペンタジエン、ブチルシクロペンタジエン、第2ブチルシクロペンタジエン、イソブチルシクロペンタジエン、第3ブチルシクロペンタジエン、ジメチルシクロペンタジエン、テトラメチルシクロペンタジエン等が挙げられる。
上記有機アミン化合物としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、第2ブチルアミン、第3ブチルアミン、イソブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチルメチルアミン、プロピルメチルアミン、イソプロピルメチルアミン等が挙げられる。
Examples of the cyclopentadiene compound include cyclopentadiene, methylcyclopentadiene, ethylcyclopentadiene, propylcyclopentadiene, isopropylcyclopentadiene, butylcyclopentadiene, second butylcyclopentadiene, isobutylcyclopentadiene, tert-butylcyclopentadiene, dimethylcyclopentadiene. Examples thereof include pentadiene and tetramethylcyclopentadiene.
Examples of the organic amine compound include methylamine, ethylamine, propylamine, isopropylamine, butylamine, secondary butylamine, tertiary butylamine, isobutylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, diisopropylamine, ethylmethylamine, propylmethylamine And isopropylmethylamine.

上記の他のプレカーサは、シングルソース法の場合は、本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物と、熱及び/又は酸化分解の挙動が類似している化合物が好ましく、カクテルソース法の場合は、本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物と、熱及び/又は酸化分解の挙動が類似していることに加え、混合時に化学反応による変質を起こさないものが好ましい。   In the case of the single source method, the other precursor is preferably a compound similar to the silicon compound used in the raw material for forming a thin film of the present invention in terms of heat and / or oxidative decomposition, and in the case of the cocktail source method. In addition to being similar in heat and / or oxidative decomposition behavior to the silicon compound used in the thin film forming raw material of the present invention, those that do not undergo alteration due to chemical reaction during mixing are preferred.

また、本発明の薄膜形成用原料には、必要に応じて、本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物及び他のプレカーサの安定性を付与するため、求核性試薬を含有してもよい。該求核性試薬としては、グライム、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のエチレングリコールエーテル類、18−クラウン−6、ジシクロヘキシル−18−クラウン−6、24−クラウン−8、ジシクロヘキシル−24−クラウン−8、ジベンゾ−24−クラウン−8等のクラウンエーテル類、エチレンジアミン、N,N’−テトラメチルエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、1,1,4,7,7−ペンタメチルジエチレントリアミン、1,1,4,7,10,10−ヘキサメチルトリエチレンテトラミン、トリエトキシトリエチレンアミン等のポリアミン類、サイクラム、サイクレン等の環状ポリアミン類、ピリジン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、N−メチルピロリジン、N−メチルピペリジン、N−メチルモルホリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,4−ジオキサン、オキサゾール、チアゾール、オキサチオラン等の複素環化合物類、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸−2−メトキシエチル等のβ−ケトエステル類又はアセチルアセトン、2,4−ヘキサンジオン、2,4−ヘプタンジオン、3,5−ヘプタンジオン等のβ−ジケトン類が挙げられ、これら求核性試薬の使用量は、プレカーサ1モルに対して通常0.1モル〜10モルの範囲で使用され、好ましくは1〜4モルで使用される。   Further, the raw material for forming a thin film of the present invention may contain a nucleophilic reagent as needed to impart stability of the silicon compound and other precursors used in the raw material for forming a thin film of the present invention. Good. Examples of the nucleophilic reagent include ethylene glycol ethers such as glyme, diglyme, triglyme and tetraglyme, 18-crown-6, dicyclohexyl-18-crown-6, 24-crown-8, dicyclohexyl-24-crown-8. , Crown ethers such as dibenzo-24-crown-8, ethylenediamine, N, N′-tetramethylethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, 1,1,4,7,7- Polyamines such as pentamethyldiethylenetriamine, 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine and triethoxytriethyleneamine, cyclic polyamines such as cyclam and cyclen, pyridine, pyrrolidine and pipette Heterocyclic compounds such as gin, morpholine, N-methylpyrrolidine, N-methylpiperidine, N-methylmorpholine, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, oxazole, thiazole, oxathiolane, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, Β-ketoesters such as acetoacetate-2-methoxyethyl or β-diketones such as acetylacetone, 2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5-heptanedione, etc., and these nucleophilic properties The reagent is used in an amount of usually 0.1 to 10 moles, preferably 1 to 4 moles per mole of the precursor.

本発明の薄膜形成用原料には、これを構成する成分以外の不純物金属元素分、不純物塩素等の不純物ハロゲン分、及び不純物有機分が極力含まれないようにする。不純物金属元素分は、元素毎では100ppb以下が好ましく、10ppb以下がより好ましく、総量では、1ppm以下が好ましく、100ppb以下がより好ましい。特に、LSIのゲート絶縁膜、ゲート膜、バリア層として用いる場合は、得られる薄膜の電気的特性に影響のあるアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、及び同属元素の含有量を少なくすることが必要である。不純物ハロゲン分は、100ppm以下が好ましく、10ppm以下がより好ましく、1ppm以下が更に好ましい。不純物有機分は、総量で500ppm以下が好ましく、50ppm以下がより好ましく、10ppm以下が更に好ましい。また、水分は、化学気相成長用原料中でのパーティクル発生や、薄膜形成中におけるパーティクル発生の原因となるので、金属及び/又は半金属化合物、有機溶剤、及び、求核性試薬については、それぞれの水分の低減のために、使用の際にあらかじめできる限り水分を取り除いた方がよい。金属及び/又は半金属化合物、有機溶剤及び求核性試薬それぞれの水分量は、10ppm以下が好ましく、1ppm以下が更に好ましい。   The raw material for forming a thin film of the present invention contains as little impurities metal elements as possible, impurities halogen such as impurity chlorine, and organic impurities as much as possible. The impurity metal element content is preferably 100 ppb or less for each element, more preferably 10 ppb or less, and the total amount is preferably 1 ppm or less, more preferably 100 ppb or less. In particular, when it is used as an LSI gate insulating film, gate film, or barrier layer, the content of alkali metal elements, alkaline earth metal elements, and related elements that affect the electrical characteristics of the resulting thin film may be reduced. is necessary. The impurity halogen content is preferably 100 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and still more preferably 1 ppm or less. The total amount of impurity organic components is preferably 500 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, and still more preferably 10 ppm or less. In addition, since moisture causes particle generation in the chemical vapor deposition raw material and particle generation during thin film formation, the metal and / or metalloid compound, the organic solvent, and the nucleophilic reagent, In order to reduce each moisture, it is better to remove moisture as much as possible before use. The water content of each of the metal and / or metalloid compound, the organic solvent, and the nucleophilic reagent is preferably 10 ppm or less, and more preferably 1 ppm or less.

また、本発明の薄膜形成用原料は、形成される薄膜のパーティクル汚染を低減又は防止するために、パーティクルが極力含まれないようにするのが好ましい。具体的には、液相での光散乱式液中粒子検出器によるパーティクル測定において、0.3μmより大きい粒子の数が液相1ml中に100個以下であることが好ましく、0.2μmより大きい粒子の数が液相1ml中に1000個以下であることがより好ましく、0.2μmより大きい粒子の数が液相1ml中に100個以下であることが更に好ましい。   Moreover, it is preferable that the raw material for forming a thin film of the present invention contains particles as little as possible in order to reduce or prevent particle contamination of the formed thin film. Specifically, in the particle measurement by the light scattering liquid particle detector in the liquid phase, the number of particles larger than 0.3 μm is preferably 100 or less in 1 ml of the liquid phase, and larger than 0.2 μm. The number of particles is more preferably 1000 or less in 1 ml of the liquid phase, and the number of particles larger than 0.2 μm is further preferably 100 or less in 1 ml of the liquid phase.

本発明の薄膜形成用原料を用いて薄膜を製造する本発明の薄膜の製造方法としては、上記一般式(1)で表されるケイ素化合物、及び必要に応じて用いられる他のプレカーサ等の任意成分を気化させた蒸気と、必要に応じて用いられる反応性ガスを、基体が設置された成膜チャンバー内に導入し、次いで、プレカーサを基体上で分解及び/又は化学反応させて薄膜を基体表面に成長、堆積させるCVD法によるものである。原料の輸送供給方法、堆積方法、製造条件、製造装置等については、特に制限を受けるものではなく、周知一般の条件、方法を用いることができる。   The thin film production method of the present invention for producing a thin film using the thin film forming raw material of the present invention includes any of the silicon compound represented by the general formula (1) and other precursors used as necessary A vapor obtained by vaporizing components and a reactive gas used as necessary are introduced into a film forming chamber in which the substrate is installed, and then the precursor is decomposed and / or chemically reacted on the substrate to form a thin film on the substrate. This is based on the CVD method for growing and depositing on the surface. There are no particular restrictions on the method of transporting and supplying the raw material, the deposition method, the production conditions, the production apparatus, etc., and well-known general conditions and methods can be used.

上記の必要に応じて用いられる反応性ガスとしては、例えば、酸化性のものとしては酸素、オゾン、二酸化窒素、一酸化窒素、水蒸気、過酸化水素、ギ酸、酢酸、無水酢酸等が挙げられ、還元性のものとしては水素が挙げられ、また、窒化物を製造するものとしては、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン、アルキレンジアミン等の有機アミン化合物、ヒドラジン、アンモニア等が挙げられ、これらは1種類又は2種類以上使用することができる。なかでも、本発明の薄膜形成用原料はオゾンとの反応性が特に良好である。   Examples of the reactive gas used as necessary include oxygen, ozone, nitrogen dioxide, nitric oxide, water vapor, hydrogen peroxide, formic acid, acetic acid, acetic anhydride, etc. Examples of reducing substances include hydrogen, and examples of nitrides that can be used include organic amine compounds such as monoalkylamines, dialkylamines, trialkylamines, and alkylenediamines, hydrazine, and ammonia. Can be used alone or in combination of two or more. Especially, the reactivity with ozone is especially favorable for the raw material for thin film formation of this invention.

また、上記の輸送供給方法としては、前記に記載の気体輸送法、液体輸送法、シングルソース法、カクテルソース法等が挙げられる。   Examples of the transport and supply method include the gas transport method, the liquid transport method, the single source method, and the cocktail sauce method described above.

また、上記の堆積方法としては、原料ガス又は原料ガスと反応性ガスを熱のみにより反応させ薄膜を堆積させる熱CVD,熱とプラズマを使用するプラズマCVD、熱と光を使用する光CVD、熱、光及びプラズマを使用する光プラズマCVD、CVDの堆積反応を素過程に分け、分子レベルで段階的に堆積を行うALDが挙げられる。   In addition, the above deposition methods include thermal CVD in which a raw material gas or a raw material gas and a reactive gas are reacted only by heat to deposit a thin film, plasma CVD using heat and plasma, photo CVD using heat and light, heat In addition, optical plasma CVD using light and plasma, and ALD in which the deposition reaction of CVD is divided into elementary processes and deposition is performed stepwise at the molecular level.

また、上記の製造条件としては、反応温度(基体温度)、反応圧力、堆積速度等が挙げられる。反応温度については、本発明の薄膜形成用原料等が充分に反応する温度である100℃以上が好ましく150℃〜400℃がより好ましい。また、反応圧力は、熱CVD、光CVDの場合、大気圧〜10Paが好ましく、プラズマを使用する場合は、2000Pa〜10Paが好ましい。
また、堆積速度は、原料の供給条件(気化温度、気化圧力)、反応温度、反応圧力によりコントロールすることが出来る。堆積速度は、大きいと得られる薄膜の特性が悪化する場合があり、小さいと生産性に問題を生じる場合があるので、0.01〜100nm/分が好ましく、1〜50nm/分がより好ましい。また、ALD法の場合は、所望の膜厚が得られるようにサイクルの回数でコントロールされる。
Moreover, as said manufacturing conditions, reaction temperature (base | substrate temperature), reaction pressure, a deposition rate, etc. are mentioned. About reaction temperature, 100 degreeC or more which is the temperature with which the raw material for thin film formation etc. of this invention fully reacts is preferable, and 150 to 400 degreeC is more preferable. The reaction pressure is preferably atmospheric pressure to 10 Pa in the case of thermal CVD or photo CVD, and preferably 2000 Pa to 10 Pa in the case of using plasma.
The deposition rate can be controlled by the raw material supply conditions (vaporization temperature, vaporization pressure), reaction temperature, and reaction pressure. When the deposition rate is large, the properties of the obtained thin film may be deteriorated. When the deposition rate is small, a problem may be caused in productivity. Therefore, 0.01 to 100 nm / min is preferable, and 1 to 50 nm / min is more preferable. In the case of the ALD method, the number of cycles is controlled so as to obtain a desired film thickness.

例えば、リン珪酸薄膜をALD法により形成する場合は、前記で説明した原料導入工程の次に、堆積反応部に導入した本発明の薄膜形成用原料により、基体表面に前駆体薄膜を成膜させる(前駆体薄膜成膜工程)。このときに、基体を加熱するか、堆積反応部を加熱して、熱を加えてもよい。この工程で成膜される前駆体薄膜は、リン珪酸薄膜、又は、本発明の薄膜形成用原料の一部が分解及び/又は反応して生成した薄膜であり、目的のリン珪酸薄膜とは異なる組成を有する。本工程が行われる際の基体温度は、室温〜500℃が好ましい。   For example, when the phosphosilicate thin film is formed by the ALD method, the precursor thin film is formed on the substrate surface by the thin film forming raw material of the present invention introduced into the deposition reaction section after the raw material introducing step described above. (Precursor thin film forming step). At this time, heat may be applied by heating the substrate or heating the deposition reaction part. The precursor thin film formed in this step is a phosphosilicate thin film or a thin film formed by decomposition and / or reaction of a part of the thin film forming raw material of the present invention, and is different from the target phosphosilicate thin film. Having a composition. The substrate temperature when this step is performed is preferably room temperature to 500 ° C.

次に、堆積反応部から、本発明の薄膜形成用原料ガスや副生したガスを排気する(排気工程)。未反応の本発明の薄膜形成用原料ガスや副生したガスは、堆積反応部から完全に排気されるのが理想的であるが、必ずしも完全に排気される必要はない。排気方法としては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスにより系内をパージする方法、系内を減圧することで排気する方法、これらを組み合わせた方法等が挙げられる。減圧する場合の減圧度は、0.01〜300Paが好ましく、0.01〜100Paがより好ましい。   Next, the raw material gas for forming a thin film and by-produced gas of the present invention are exhausted from the deposition reaction part (exhaust process). Although it is ideal that the unreacted raw material gas for forming a thin film and the by-product gas of the present invention are completely exhausted from the deposition reaction part, it is not necessarily exhausted completely. Examples of the exhaust method include a method of purging the system with an inert gas such as nitrogen, helium, and argon, a method of exhausting the system by depressurizing the system, a method combining these, and the like. When the pressure is reduced, the degree of pressure reduction is preferably 0.01 to 300 Pa, and more preferably 0.01 to 100 Pa.

次に、堆積反応部に酸化性ガスを導入し、該酸化性ガス又は酸化性ガス及び熱の作用により、先の前駆体薄膜成膜工程で得た前駆体薄膜からリン珪酸薄膜を形成する(リン珪酸薄膜形成工程)。本工程において熱を作用させる場合の温度は、室温〜500℃が好ましく、150〜450℃がより好ましい。本発明の薄膜形成用原料は、オゾンに代表される酸化性ガスとの反応性が良好であり、効率よくリン珪酸薄膜を得ることができる。   Next, an oxidizing gas is introduced into the deposition reaction portion, and a phosphorous silicate thin film is formed from the precursor thin film obtained in the previous precursor thin film forming step by the action of the oxidizing gas or the oxidizing gas and heat ( Phosphorous silicate thin film forming step). The temperature when heat is applied in this step is preferably room temperature to 500 ° C, more preferably 150 to 450 ° C. The raw material for forming a thin film of the present invention has good reactivity with an oxidizing gas typified by ozone, and can efficiently obtain a phosphosilicate thin film.

本発明の薄膜の製造方法において、上記のようにALD法を採用した場合、上記の原料導入工程、前駆体薄膜成膜工程、排気工程、及びリン珪酸薄膜形成工程からなる一連の操作による薄膜堆積を1サイクルとし、このサイクルを必要な膜厚の薄膜が得られるまで複数回繰り返してもよい。この場合、1サイクル行った後、上記排気工程と同様にして、堆積反応部から未反応の本発明の薄膜形成用原料ガス及び酸化性ガス、更に副成したガスを排気した後、次の1サイクルを行うことが好ましい。   In the thin film manufacturing method of the present invention, when the ALD method is employed as described above, the thin film deposition is performed by a series of operations including the raw material introduction step, the precursor thin film formation step, the exhaust step, and the phosphosilicate thin film formation step. May be repeated one or more times until a thin film having a required film thickness is obtained. In this case, after one cycle is performed, the unreacted raw material gas for forming a thin film and the oxidizing gas of the present invention and the by-produced gas are exhausted from the deposition reaction portion in the same manner as in the exhausting step. A cycle is preferred.

また、リン珪酸薄膜のALD法による形成においては、プラズマ、光、電圧等のエネルギーを印加してもよい。これらのエネルギーを印加する時期は、特には限定されず、例えば、原料導入工程における本発明の薄膜形成用原料ガス導入時、前駆体薄膜成膜工程又はリン珪酸薄膜形成工程における加温時、排気工程における系内の排気時、リン珪酸薄膜形成工程における酸化性ガス導入時でもよく、上記の各工程の間でもよい。   In the formation of the phosphosilicate thin film by the ALD method, energy such as plasma, light, or voltage may be applied. The timing for applying these energies is not particularly limited. For example, when introducing the raw material gas for forming a thin film of the present invention in the raw material introducing step, heating in the precursor thin film forming step or the phosphosilicate thin film forming step, exhausting It may be at the time of exhausting the system in the process, at the time of introducing the oxidizing gas in the phosphosilicate thin film forming process, or between the above processes.

また、本発明の薄膜の製造方法においては、薄膜堆積の後に、より良好な電気特性を得るために不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下又は還元性雰囲気下でアニール処理を行ってもよく、段差埋め込みが必要な場合には、リフロー工程を設けてもよい。この場合の温度は、通常200〜1000℃であり、250〜500℃が好ましい。   In the method for producing a thin film of the present invention, after thin film deposition, annealing may be performed in an inert atmosphere, an oxidizing atmosphere, or a reducing atmosphere in order to obtain better electrical characteristics. When embedding is necessary, a reflow process may be provided. The temperature in this case is usually 200 to 1000 ° C, preferably 250 to 500 ° C.

本発明の薄膜形成用原料を用いて薄膜を製造する装置としては、周知な化学気相成長法用装置を用いることができる。具体的な装置の例としては図1のようなプレカーサをバブリング供給で行うことのできる装置や、図2のように気化室を有する装置や、図3又は図4のように反応性ガスに対してプラズマ処理を行うことのできる装置等が挙げられる。また、図1、図2、図3及び図4のような枚葉式装置に限らず、バッチ炉を用いた多数枚同時処理可能な装置を用いることもできる。   As an apparatus for producing a thin film using the raw material for forming a thin film of the present invention, a known chemical vapor deposition apparatus can be used. Specific examples of the apparatus include an apparatus capable of carrying a precursor as shown in FIG. 1 by bubbling supply, an apparatus having a vaporization chamber as shown in FIG. 2, and a reactive gas as shown in FIG. 3 or FIG. And an apparatus capable of performing plasma treatment. In addition, the present invention is not limited to the single wafer type apparatus as shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4, and an apparatus capable of simultaneously processing a large number of sheets using a batch furnace can also be used.

本発明の薄膜形成用原料を用いて製造される薄膜は、他のプレカーサ、反応性ガス及び製造条件を適宜選択することにより、メタル、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、ガラス等の所望の種類の薄膜とすることができる。製造される薄膜の組成としては、リンを含有するケイ素薄膜が挙げられる。なかでも、リン珪酸ガラス薄膜が特に好ましく製造される。リン珪酸ガラス薄膜は、電子材料の表面安定化膜、層間絶縁膜、配線保護膜として用いられている。   A thin film manufactured using the raw material for forming a thin film of the present invention can be selected from other precursors, reactive gases, and manufacturing conditions as appropriate, so that a desired type of metal, oxide ceramics, nitride ceramics, glass, etc. It can be a thin film. Examples of the composition of the thin film to be manufactured include a silicon thin film containing phosphorus. Among these, a phosphosilicate glass thin film is particularly preferably produced. The phosphosilicate glass thin film is used as a surface stabilizing film, an interlayer insulating film, and a wiring protective film for electronic materials.

以下、製造例、実施例及び評価例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例等によって何ら制限を受けるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to production examples, examples and evaluation examples. However, the present invention is not limited by the following examples.

[製造例1]化合物No.1(一般式(1)中、Xが(X−1)である化合物)の製造
アルゴンガス雰囲気下で、500mL四つ口反応フラスコにヘキサメチルジシラザン16.1gと脱水処理したジエチルエーテル73.6gを仕込みドライアイスにより冷却した。そこに、ノルマルブチルリチウム(1.6mol/L)のヘキサン溶液43.8gを滴下しながら反応させた。滴下終了後、室温に戻して約2時間反応を継続させた。続いて、再びドライアイスとイソプロパノールにより反応フラスコを−70℃まで冷却し、三塩化リン13.6gを白色懸濁液中へ滴下して反応させた。0℃まで昇温していくと反応溶液は、黄色懸濁液から淡黄色、白色懸濁液となり、0℃で1時間反応を継続した後、そのまま0℃で臭化メチルマグネシウム(3mol/L)のジエチルエーテル溶液68.1gを滴下して反応させ、滴下終了後、0℃で2時間攪拌を行い、更に室温下で1時間撹拌を行った。0.5μmのメンブレンフィルターによりろ過を行い、得られたろ液からジエチルエーテルおよびヘキサンを除去し、液体残渣を得た。その液体残渣を、3.5Torrの減圧下、バス75℃で蒸留し、塔頂温度44℃にて留出した化合物を得た。この精製による回収率は54%であった。得られた化合物は常温常圧(25℃、1atm、以下同様)で無色透明の液体であった。元素分析及び1H−NMR分析の結果、得られた化合物は、化合物No.1と同定された。これらの分析結果を以下に示す。以下には、TG−DTAの結果も併せて示す。
[Production Example 1] Compound No. 1 1 (Compound wherein X is (X-1) in general formula (1)) In an argon gas atmosphere, diethyl ether 73. dehydrated with 16.1 g of hexamethyldisilazane in a 500 mL four-necked reaction flask. 6 g was charged and cooled with dry ice. There, it was made to react, dripping 43.8g of hexane solutions of normal butyl lithium (1.6 mol / L). After completion of the dropwise addition, the reaction was continued for about 2 hours after returning to room temperature. Subsequently, the reaction flask was again cooled to −70 ° C. with dry ice and isopropanol, and 13.6 g of phosphorus trichloride was dropped into the white suspension for reaction. When the temperature is raised to 0 ° C., the reaction solution changes from a yellow suspension to a light yellow, white suspension. After the reaction is continued at 0 ° C. for 1 hour, methyl magnesium bromide (3 mol / L 68.1 g of a diethyl ether solution was added dropwise and reacted. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 0 ° C. for 2 hours, and further stirred at room temperature for 1 hour. Filtration was performed through a 0.5 μm membrane filter, and diethyl ether and hexane were removed from the obtained filtrate to obtain a liquid residue. The liquid residue was distilled at a bath temperature of 75 ° C. under a reduced pressure of 3.5 Torr to obtain a compound distilled at a tower top temperature of 44 ° C. The recovery by this purification was 54%. The obtained compound was a colorless transparent liquid at normal temperature and normal pressure (25 ° C., 1 atm, the same applies hereinafter). As a result of elemental analysis and 1 H-NMR analysis, the resulting compound was identified as Compound No. 1 was identified. The results of these analyzes are shown below. The results of TG-DTA are also shown below.

(分析値)
(1)元素分析(金属分析:ICP−AES)
Si:25.0質量%、P:13.8質量%、C:43.7質量%、H:11.1質量%、N:6.24質量%(理論値;Si:25.37質量%、P:13.99質量%、C:43.39質量%、H:10.92質量%、N:6.33質量%)
(2)1H−NMR(溶媒:重ベンゼン)(ケミカルシフト:多重度:H数)
(0.259ppm:s:18.1)(1.21ppm:d:6.0)
(3)TG−DTA
TG−DTA(Ar100ml/min、10℃/min昇温、サンプル量8.903mg) 50質量%減少温度 122℃
(Analysis value)
(1) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES)
Si: 25.0 mass%, P: 13.8 mass%, C: 43.7 mass%, H: 11.1 mass%, N: 6.24 mass% (theoretical value; Si: 25.37 mass%) P: 13.99% by mass, C: 43.39% by mass, H: 10.92% by mass, N: 6.33% by mass)
(2) 1 H-NMR (solvent: heavy benzene) (chemical shift: multiplicity: H number)
(0.259 ppm: s: 18.1) (1.21 ppm: d: 6.0)
(3) TG-DTA
TG-DTA (Ar 100 ml / min, 10 ° C./min temperature increase, sample amount 8.903 mg) 50% by mass reduction temperature 122 ° C.

[製造例2]化合物No.5(一般式(1)中、Xが(X−2)である化合物)の製造
アルゴンガス雰囲気下で、500mL四つ口反応フラスコに金属マグネシウム5.45gと脱水処理したテトラヒドロフラン221.14gを仕込み45℃バスに加熱し、クロロメチルトリメチルシラン25.0gを滴下しながらGrignard溶液を調製した。反応が完了した後、再びドライアイスにより反応フラスコを−5℃に冷却し、クロロビス(ジメチルアミノ)ホスフィン32.3gを滴下して反応させた。反応溶液は灰色懸濁液となり、室温下で約2時間反応を継続した。続いて、0.5μmのメンブレンフィルターによりろ過を行い、得られたろ液からヘキサンおよびテトラヒドロフランを除去し、液体残渣を得た。その液体残渣を、4Torrの減圧下、バス95℃で蒸留し、塔頂温度56℃にて留出した化合物を得た。この精製による回収率は51%であった。得られた化合物は常温常圧で無色透明の液体であった。元素分析及び1H−NMR分析の結果、得られた化合物は、化合物No.5と同定された。これらの分析結果を以下に示す。以下には、TG−DTAの結果も併せて示す。
[Production Example 2] Compound No. 5 (Compound wherein X is (X-2) in general formula (1)) Under argon gas atmosphere, 5.45 g of magnesium metal and 221.14 g of dehydrated tetrahydrofuran were charged into a 500 mL four-necked reaction flask. The Grignard solution was prepared while heating in a 45 ° C. bath and adding 25.0 g of chloromethyltrimethylsilane dropwise. After the reaction was completed, the reaction flask was again cooled to −5 ° C. with dry ice, and 32.3 g of chlorobis (dimethylamino) phosphine was added dropwise for reaction. The reaction solution became a gray suspension, and the reaction was continued at room temperature for about 2 hours. Subsequently, filtration was performed with a 0.5 μm membrane filter, and hexane and tetrahydrofuran were removed from the obtained filtrate to obtain a liquid residue. The liquid residue was distilled at a bath temperature of 95 ° C. under a reduced pressure of 4 Torr to obtain a compound distilled at a tower top temperature of 56 ° C. The recovery by this purification was 51%. The obtained compound was a colorless and transparent liquid at normal temperature and pressure. As a result of elemental analysis and 1 H-NMR analysis, the resulting compound was identified as Compound No. 5 was identified. The results of these analyzes are shown below. The results of TG-DTA are also shown below.

(分析値)
(1)元素分析(金属分析:ICP−AES)
Si:13.6質量%、P:14.8質量%、C:46.6質量%、H:11.0質量%、N:14.1質量%(理論値;Si:13.61質量%、P:15.01質量%、C:46.57質量%、H:11.23質量%、N:13.58質量%)
(2)1H−NMR(溶媒:重ベンゼン)(ケミカルシフト:多重度:H数)
(0.145ppm:d:9.0)(0.919ppm:d:2.1)(2.54ppm:d:12.3)
(3)TG−DTA
TG−DTA(Ar100ml/min、10℃/min昇温、サンプル量8.733mg) 50質量%減少温度125℃
(Analysis value)
(1) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES)
Si: 13.6 mass%, P: 14.8 mass%, C: 46.6 mass%, H: 11.0 mass%, N: 14.1 mass% (theoretical value; Si: 13.61 mass%) , P: 15.01 mass%, C: 46.57 mass%, H: 11.23 mass%, N: 13.58 mass%)
(2) 1 H-NMR (solvent: heavy benzene) (chemical shift: multiplicity: H number)
(0.145 ppm: d: 9.0) (0.919 ppm: d: 2.1) (2.54 ppm: d: 12.3)
(3) TG-DTA
TG-DTA (Ar 100 ml / min, 10 ° C./min temperature increase, sample amount 8.733 mg) 50 mass% reduction temperature 125 ° C.

[製造例3]化合物No.18(一般式(1)中、Xが(X−3)である化合物)の製造
アルゴンガス雰囲気下で、100mL四つ口反応フラスコにトリス(ジメチルアミノ)ホスフィン16.3gを仕込みトリメチルシリルアジド11.5gをバス55℃に加熱しながら滴下して反応させた。N2ガスを発生しながら反応した。反応が完了した後、そのまま、1Torrの減圧下、バス115℃で蒸留し、塔頂温度53℃にて留出した化合物を得た。この精製による回収率は51%であった。得られた化合物は常温常圧で無色透明の液体であった。元素分析及び1H−NMR分析の結果、得られた化合物は、化合物No.18と同定された。これらの分析結果を以下に示す。以下には、TG−DTAの結果も併せて示す。
[Production Example 3] Compound No. 18 (Compound wherein X is (X-3) in general formula (1)) Under an argon gas atmosphere, 16.3 g of tris (dimethylamino) phosphine was charged into a 100 mL four-necked reaction flask, and trimethylsilyl azide 11. 5 g was reacted dropwise with heating to 55 ° C. in the bath. Reaction occurred while generating N 2 gas. After the reaction was completed, the compound was distilled as it was under a reduced pressure of 1 Torr at a bath of 115 ° C. to obtain a compound distilled at a tower top temperature of 53 ° C. The recovery by this purification was 51%. The obtained compound was a colorless and transparent liquid at normal temperature and pressure. As a result of elemental analysis and 1 H-NMR analysis, the resulting compound was identified as Compound No. 18 was identified. The results of these analyzes are shown below. The results of TG-DTA are also shown below.

(分析値)
(1)元素分析(金属分析:ICP−AES)
Si:11.1質量%、P:12.5質量%、C:43.0質量%、H:10.9質量%、N:24.1質量%(理論値;Si:11.22質量%、P:12.37質量%、C:43.17質量%、H:10.87質量%、N:22.38質量%)
(2)1H−NMR(溶媒:重ベンゼン)(ケミカルシフト:多重度:H数)
(0.404ppm:s:9.0)(2.38ppm:d:18.3)
(3)TG−DTA
TG−DTA(Ar100ml/min、10℃/min昇温、サンプル量9.696mg) 50質量%減少温度145℃
(Analysis value)
(1) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES)
Si: 11.1% by mass, P: 12.5% by mass, C: 43.0% by mass, H: 10.9% by mass, N: 24.1% by mass (theoretical value; Si: 11.22% by mass) P: 12.37% by mass, C: 43.17% by mass, H: 10.87% by mass, N: 22.38% by mass)
(2) 1 H-NMR (solvent: heavy benzene) (chemical shift: multiplicity: H number)
(0.404 ppm: s: 9.0) (2.38 ppm: d: 18.3)
(3) TG-DTA
TG-DTA (Ar 100 ml / min, 10 ° C./min temperature increase, sample amount 9.696 mg) 50% by mass reduction temperature 145 ° C.

[製造例4]化合物No.31(一般式(1)中、Xが(X−4)である化合物)の製造
アルゴンガス雰囲気下で、1L四つ口反応フラスコにトリメチルシリル−t−ブチルアミン30.1gと脱水処理したヘキサン142.78gを仕込み、ドライアイス冷却下、0℃でノルマルブチルリチウム(1.6mol/L)のヘキサン溶液88.77gを滴下して反応させた。室温で反応を行った後、ドライアイスとイソプロパノールにより−70℃まで冷却し、三塩化リン28.4gを滴下して反応させた。反応溶液は、淡黄色懸濁液から黄色懸濁液となった。氷水で0℃に冷却し約2時間反応させた。再度、ドライアイスとイソプロパノールで冷却した後、−5℃で臭化メチルマグネシウム(1mol/L)のテトラヒドロフラン溶液410.5gを滴下して反応させた。滴下終了後、0℃で2時間反応後、更に室温下で約2時間反応を継続した。続いて、0.5μmのメンブレンフィルターによりろ過を行い、得られたろ液からヘキサンおよびテトラヒドロフランを除去し、液体残渣を得た。その液体残渣を、3Torrの減圧下、バス90℃で蒸留し、塔頂温度48℃にて留出した化合物を得た。この精製による回収率は51%であった。得られた化合物は常温常圧で無色透明の液体であった。元素分析及び1H−NMR分析の結果、得られた化合物は、化合物No.31と同定された。これらの分析結果を以下に示す。以下には、TG−DTAの結果も併せて示す。
[Production Example 4] Compound No. 31 (Compound wherein X is (X-4) in General Formula (1)) Under an argon gas atmosphere, hexane dehydrated with 30.1 g of trimethylsilyl-t-butylamine in a 1 L four-necked reaction flask 78 g was charged, and 88.77 g of a hexane solution of normal butyl lithium (1.6 mol / L) was added dropwise at 0 ° C. while cooling with dry ice to cause a reaction. After reacting at room temperature, it cooled to -70 degreeC with dry ice and isopropanol, and 28.4 g of phosphorus trichloride was dripped and made it react. The reaction solution turned from a pale yellow suspension to a yellow suspension. The mixture was cooled to 0 ° C. with ice water and reacted for about 2 hours. After cooling again with dry ice and isopropanol, 410.5 g of a tetrahydrofuran solution of methylmagnesium bromide (1 mol / L) was added dropwise at -5 ° C. for reaction. After completion of the dropwise addition, the reaction was continued at 0 ° C. for 2 hours, and further continued at room temperature for about 2 hours. Subsequently, filtration was performed with a 0.5 μm membrane filter, and hexane and tetrahydrofuran were removed from the obtained filtrate to obtain a liquid residue. The liquid residue was distilled at a bath of 90 ° C. under a reduced pressure of 3 Torr to obtain a compound distilled at a tower top temperature of 48 ° C. The recovery by this purification was 51%. The obtained compound was a colorless and transparent liquid at normal temperature and pressure. As a result of elemental analysis and 1 H-NMR analysis, the resulting compound was identified as Compound No. 31 was identified. The results of these analyzes are shown below. The results of TG-DTA are also shown below.

(分析値)
(1)元素分析(金属分析:ICP−AES)
Si:13.4質量%、P:14.75質量%、C:52.8質量%、H:11.8質量%、N:7.0質量%(理論値;Si:13.68質量%、P:15.08質量%、C:52.64質量%、H:11.78質量%、N:6.82質量%)
(2)1H−NMR(溶媒:重ベンゼン)(ケミカルシフト:多重度:H数)
(0.319ppm:s:9.0)(1.27ppm:s:6.07)(1.29ppm:d:9.1)
(3)TG−DTA
TG−DTA(Ar100ml/min、10℃/min昇温、サンプル量9.799mg) 50質量%減少温度126℃
(Analysis value)
(1) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES)
Si: 13.4 mass%, P: 14.75 mass%, C: 52.8 mass%, H: 11.8 mass%, N: 7.0 mass% (theoretical value; Si: 13.68 mass%) , P: 15.08 mass%, C: 52.64 mass%, H: 11.78 mass%, N: 6.82 mass%)
(2) 1 H-NMR (solvent: heavy benzene) (chemical shift: multiplicity: H number)
(0.319 ppm: s: 9.0) (1.27 ppm: s: 6.07) (1.29 ppm: d: 9.1)
(3) TG-DTA
TG-DTA (Ar 100 ml / min, 10 ° C./min temperature increase, sample amount 9.799 mg) 50% by mass reduction temperature 126 ° C.

[製造例5]化合物No.38(一般式(1)中、Xが(X−5)である化合物)の製造
アルゴンガス雰囲気下で、200mL四つ口反応フラスコにトリメチルフォスフィン(1mol/L)のトルエン溶液50.3gを仕込み、トリメチルシリルアジド6.84gを滴下し、50℃で8.5時間、更に60℃から徐々に昇温し106℃で還流させながら2時間N2ガスを発生しながら反応させた。反応が完了した後、そのまま、常圧下バス145℃で濃縮し、引き続き、減圧下バス75℃で塔頂温度45℃にて留出した化合物を得た。この精製による回収率は49%であった。得られた化合物は常温常圧で無色透明の液体であった。元素分析及び1H−NMR分析の結果、得られた化合物は、化合物No.38と同定された。これらの分析結果を以下に示す。以下には、TG−DTAの結果も併せて示す。
[Production Example 5] Compound No. 38 (Compound wherein X is (X-5) in General Formula (1)) Under argon gas atmosphere, 50.3 g of a toluene solution of trimethylphosphine (1 mol / L) was placed in a 200 mL four-necked reaction flask. Then, 6.84 g of trimethylsilyl azide was added dropwise and reacted at 50 ° C. for 8.5 hours, then gradually heated from 60 ° C. and refluxed at 106 ° C. for 2 hours while generating N 2 gas. After completion of the reaction, the reaction mixture was directly concentrated in a bath at 145 ° C. under normal pressure, and then a compound distilled at a tower top temperature of 45 ° C. in a bath at 75 ° C. under reduced pressure was obtained. The recovery by this purification was 49%. The obtained compound was a colorless and transparent liquid at normal temperature and pressure. As a result of elemental analysis and 1 H-NMR analysis, the resulting compound was identified as Compound No. 38. The results of these analyzes are shown below. The results of TG-DTA are also shown below.

(分析値)
(1)元素分析(金属分析:ICP−AES)
Si:16.9質量%、P:18.70質量%、C:44.1質量%、H:11.6質量%、N:8.9質量%(理論値;Si:17.20質量%、P:18.97質量%、C:44.14質量%、H:11.11質量%、N:8.58質量%)
(2)1H−NMR(溶媒:重ベンゼン)(ケミカルシフト:多重度:H数)(0.338ppm:s:0.96)(0.845ppm:d:1.0)
(3)TG−DTA(Ar100ml/min、10℃/min昇温、サンプル量9.141mg) 50質量%減少温度102℃
(Analysis value)
(1) Elemental analysis (metal analysis: ICP-AES)
Si: 16.9% by mass, P: 18.70% by mass, C: 44.1% by mass, H: 11.6% by mass, N: 8.9% by mass (theoretical value; Si: 17.20% by mass) , P: 18.97 mass%, C: 44.14 mass%, H: 11.11 mass%, N: 8.58 mass%)
(2) 1 H-NMR (solvent: heavy benzene) (chemical shift: multiplicity: H number) (0.338 ppm: s: 0.96) (0.845 ppm: d: 1.0)
(3) TG-DTA (Ar 100 ml / min, 10 ° C./min temperature increase, sample amount 9.141 mg) 50 mass% reduction temperature 102 ° C.

[評価例1]本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物の熱安定性評価
No.1、5、18及び38並びに以下に示す比較化合物1及び2について、DSC測定装置を用いて発熱ピークが観測された温度を熱分解発生温度として測定することで、各化合物の熱安定性を確認した。結果を表1に示す。薄膜形成用原料の熱安定性が高い場合は、より高温で成膜することができる。より高温で成膜することができるということは、得られる薄膜中の炭素残渣などの不純物を少なくすることができる。よって、薄膜形成用原料の熱安定性は得られる薄膜の品質に影響するものである。
[Evaluation Example 1] Evaluation of thermal stability of silicon compound used for thin film forming raw material of the present invention For 1, 5, 18 and 38 and Comparative Compounds 1 and 2 shown below, the thermal stability of each compound was confirmed by measuring the temperature at which an exothermic peak was observed using a DSC measuring device as the pyrolysis temperature. did. The results are shown in Table 1. When the thermal stability of the thin film forming raw material is high, the film can be formed at a higher temperature. The fact that the film can be formed at a higher temperature can reduce impurities such as carbon residues in the obtained thin film. Therefore, the thermal stability of the raw material for forming a thin film affects the quality of the obtained thin film.

Figure 0006116007
Figure 0006116007

Figure 0006116007
Figure 0006116007

表1の結果より、評価例1−1〜1−4と比較評価例1及び比較評価例2を比べると、評価例1−1〜1−4でそれぞれ用いた化合物No.1、5、18及び38は比較評価例1及び比較評価例2でそれぞれ用いた比較化合物1及び2よりも熱安定性が高いということがわかった。なかでも、化合物No.18は500℃以上の熱安定性を有し、薄膜形成用原料として非常に好適なものであることがわかった。   From the results of Table 1, when Comparative Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Evaluation Example 1 and Comparative Evaluation Example 2 are compared, the compound Nos. Used in Evaluation Examples 1-1 to 1-4, respectively. 1, 5, 18 and 38 were found to have higher thermal stability than Comparative Compounds 1 and 2 used in Comparative Evaluation Example 1 and Comparative Evaluation Example 2, respectively. Among these, compound No. No. 18 has a thermal stability of 500 ° C. or higher and was found to be very suitable as a raw material for forming a thin film.

[評価例2]ケイ素化合物と反応性ガスとの反応性評価
本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物である、化合物No.1、5、18、31及び38並びに比較化合物2について、オゾン雰囲気下でのTG−DTAの測定を行い、各化合物とオゾンとの酸化反応による発熱ピークの有無を確認した。測定条件は、O3とO2との混合ガス(混合比:O34%、O296%、)2000ml/min、10℃/min昇温、サンプル量約10mgとした。結果を表2に示す。
[Evaluation Example 2] Reactivity Evaluation of Silicon Compound and Reactive Gas Compound No. 2 which is a silicon compound used as a raw material for forming a thin film of the present invention. 1, 5, 18, 31, and 38 and Comparative Compound 2 were measured for TG-DTA in an ozone atmosphere, and the presence or absence of an exothermic peak due to an oxidation reaction between each compound and ozone was confirmed. The measurement conditions were a mixed gas of O 3 and O 2 (mixing ratio: O 3 4%, O 2 96%) 2000 ml / min, 10 ° C./min temperature rise, and a sample amount of about 10 mg. The results are shown in Table 2.

Figure 0006116007
Figure 0006116007

表2によれば、比較評価例3の結果より、比較化合物2はオゾンと反応しないことがわかった。また、比較評価例3及び評価例2−1〜2−5の結果より、本発明の薄膜形成用原料に用いられるケイ素化合物である化合物No.1、5、18、31及び38はオゾンと良好に反応することがわかった。   According to Table 2, it was found from the results of Comparative Evaluation Example 3 that Comparative Compound 2 did not react with ozone. Further, from the results of Comparative Evaluation Example 3 and Evaluation Examples 2-1 to 2-5, Compound No. 1 which is a silicon compound used for the raw material for forming a thin film of the present invention was used. 1, 5, 18, 31 and 38 were found to react well with ozone.

[実施例1]ALD法によるリン珪酸ガラス薄膜の製造
化合物No.1、5、18、31及び38を化学気相成長用原料とし、各々の化合物を用いて図1に示す装置を用いて以下の条件のALD法により、基体であるシリコンウエハ上にリン珪酸ガラス薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、得られた薄膜は全てリン珪酸ガラス薄膜であった。1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.01〜0.1nmであった。
(条件)
反応温度(基体温度):300〜400℃、反応性ガス:オゾンガス
(工程)
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、50サイクル繰り返した。
(1)原料容器温度:23℃、原料容器内圧力100Paの条件で気化させた化学気相成長用原料の蒸気を導入し、系圧100Paで10秒間堆積させる。
(2)15秒間のアルゴンパージにより、未反応原料を除去する。
(3)反応性ガスを導入し、系圧力100Paで10秒間反応させる。
(4)15秒間のアルゴンパージにより、未反応原料を除去する。
[Example 1] Production of phosphosilicate glass thin film by ALD method 1, 5, 18, 31, and 38 are used as chemical vapor deposition raw materials, and each compound is used to form a phosphosilicate glass on a silicon wafer as a substrate by an ALD method using the apparatus shown in FIG. A thin film was produced. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by X-ray reflectivity method and the thin film structure and thin film composition were confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy, all the obtained thin films were phosphosilicate glass thin films. The film thickness obtained per cycle was 0.01 to 0.1 nm.
(conditions)
Reaction temperature (substrate temperature): 300 to 400 ° C., reactive gas: ozone gas (process)
A series of steps consisting of the following (1) to (4) was set as one cycle and repeated 50 cycles.
(1) Raw material container temperature: The vapor of the chemical vapor deposition raw material vaporized under the conditions of 23 ° C. and the raw material container pressure of 100 Pa is introduced and deposited at a system pressure of 100 Pa for 10 seconds.
(2) The unreacted raw material is removed by argon purge for 15 seconds.
(3) A reactive gas is introduced and reacted at a system pressure of 100 Pa for 10 seconds.
(4) Unreacted raw materials are removed by argon purge for 15 seconds.

[比較例1]ALD法によるリン珪酸ガラス薄膜の製造
比較化合物2を化学気相成長用原料とし、実施例1と同様の条件のALD法によりシリコンウエハ上にリン珪酸ガラス薄膜を製造することを試みたが、薄膜を得ることができなかった。
[Comparative Example 1] Production of a phosphosilicate glass thin film by the ALD method Using the comparative compound 2 as a raw material for chemical vapor deposition, a phosphosilicate glass thin film is produced on a silicon wafer by the ALD method under the same conditions as in Example 1. An attempt was made but a thin film could not be obtained.

実施例1では、本発明の全ての原料においてALD法によってリン珪酸ガラス薄膜を得ることができたことに対して、比較例1では薄膜を得ることすらできなかった。よって、本発明の薄膜形成用原料はALDプロセスに適用することができることから、化学気相成長用原料として優れた薄膜形成用原料であることがわかった。   In Example 1, a phosphosilicate glass thin film could be obtained by ALD method for all raw materials of the present invention, whereas in Comparative Example 1, a thin film could not be obtained. Therefore, since the raw material for forming a thin film of the present invention can be applied to an ALD process, it was found that the raw material for forming a thin film was excellent as a raw material for chemical vapor deposition.

[実施例2]CVD法によるリン珪酸ガラス薄膜の製造
化合物No.18を化学気相成長用原料とし、図1に示す装置を用いて以下の条件の熱CVD法により、シリコンウエハ基板上にリン珪酸ガラス薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、得られた薄膜はリン珪酸ガラス薄膜であった。また、膜厚は30nmであり、得られた薄膜中のリン含有量は12質量%であった。
(条件)原料容器温度:23℃、反応系圧力:100Pa、反応時間:120分、基板温度:300℃、キャリアガス(Ar):150ml/min、反応性ガス:オゾンガス
[Example 2] Production of phosphosilicate glass thin film by CVD method A phosphosilicate glass thin film was produced on a silicon wafer substrate by a thermal CVD method using the apparatus shown in FIG. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by X-ray reflectivity method and the thin film structure and thin film composition were confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy, the obtained thin film was a phosphosilicate glass thin film. The film thickness was 30 nm, and the phosphorus content in the obtained thin film was 12% by mass.
(Conditions) Raw material container temperature: 23 ° C., reaction system pressure: 100 Pa, reaction time: 120 minutes, substrate temperature: 300 ° C., carrier gas (Ar): 150 ml / min, reactive gas: ozone gas

[比較例2]CVD法によるリン珪酸ガラス薄膜の製造
比較化合物2を化学気相成長用原料とし、図1に示す装置を用いて以下の条件の熱CVD法により、シリコンウエハ基板上にリン珪酸ガラス薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、得られた薄膜はリン珪酸ガラス薄膜であった。また、膜厚は100nmであり、得られた薄膜中のリン含有量は5質量%であった。
(条件)原料容器温度:23℃、反応系圧力:100Pa、反応時間:240分、基板温度:260℃、キャリアガス(Ar):150ml/min、反応性ガス:オゾンガス
Comparative Example 2 Production of Phosphosilicate Glass Thin Film by CVD Method Using Comparative Compound 2 as a raw material for chemical vapor deposition and using the apparatus shown in FIG. A glass thin film was produced. About the obtained thin film, when the film thickness measurement by X-ray reflectivity method and the thin film structure and thin film composition were confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy, the obtained thin film was a phosphosilicate glass thin film. The film thickness was 100 nm, and the phosphorus content in the obtained thin film was 5% by mass.
(Conditions) Raw material container temperature: 23 ° C., reaction system pressure: 100 Pa, reaction time: 240 minutes, substrate temperature: 260 ° C., carrier gas (Ar): 150 ml / min, reactive gas: ozone gas

比較例2によって得られた薄膜はリン含有量が5質量%であったことから、比較化合物1を用いてリン含有量が10〜20質量%のリン珪酸ガラス薄膜を得るためには、比較化合物1とは別のリン供給体を添加する必要があることがわかった。一方、実施例2で得られた薄膜のリン含有量が12質量%であったことから、化合物No.18を化学気相成長用原料は、化合物No.18とは別に別のリン供給体を添加することなくリン含有量が10〜20質量%のリン珪酸ガラス薄膜を作成することができる化学気相成長用原料であることがわかった。   Since the thin film obtained by Comparative Example 2 had a phosphorus content of 5% by mass, in order to obtain a phosphosilicate glass thin film having a phosphorus content of 10 to 20% by mass using Comparative Compound 1, a comparative compound was used. It has been found that it is necessary to add a phosphorus donor other than 1. On the other hand, since the phosphorus content of the thin film obtained in Example 2 was 12% by mass, 18 is a chemical vapor deposition raw material. It was found that this was a chemical vapor deposition raw material capable of producing a phosphosilicate glass thin film having a phosphorus content of 10 to 20% by mass without adding another phosphorus supplier separately from 18.

Claims (2)

下記一般式(1)で表されるケイ素化合物を含有してなる薄膜形成用原料。
Figure 0006116007
(式中、R1〜R3は各々独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、Xは下記(X−1)〜(X−5)の何れかで表される基を表す。)
Figure 0006116007
(式中、R4〜R6は各々独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、R7〜R10は各々独立に炭素数1または2のアルキル基を表し、R11はイソプロピル基または第3ブチル基を表す。)
A thin film forming raw material comprising a silicon compound represented by the following general formula (1).
Figure 0006116007
(In the formula, R 1 to R 3 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a group represented by any one of the following (X-1) to (X-5).)
Figure 0006116007
(Wherein R 4 to R 6 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 7 to R 10 each independently represents an alkyl group having 1 or 2 carbon atoms, and R 11 represents an isopropyl group or Represents a tertiary butyl group.)
請求項1に記載の薄膜形成用原料を気化させて得た、上記ケイ素化合物を含有する蒸気を、基体が設置された成膜チャンバー内に導入し、該ケイ素化合物を分解及び/又は化学反応させて該基体の表面にケイ素及びリンを含有する薄膜を形成する薄膜の製造方法。   The vapor containing the silicon compound obtained by vaporizing the raw material for forming a thin film according to claim 1 is introduced into a film forming chamber in which a substrate is installed, and the silicon compound is decomposed and / or chemically reacted. A method for producing a thin film, wherein a thin film containing silicon and phosphorus is formed on the surface of the substrate.
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