JP6429352B1 - ルテニウム化合物、薄膜形成用原料及び薄膜の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
即ち、本発明は、下記一般式(1)で表されるルテニウム化合物に関する:
なお、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、「nPr」はn−プロピル基を表し、「iPr」はイソプロピル基を表し、「sBu」は第二ブチル基を表し、「tBu」は第三ブチル基を表し、「tAm」は第三ペンチル基を表す。
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できる。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、0.01nm/分〜100nm/分が好ましく、1nm/分〜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。
[実施例1]化合物No.10の合成
反応フラスコに、N‘−(tert−ブチル)−N−エチルアセトイミドアミド16gと脱水THF225mLを加え、十分に混合した。得られた溶液に、氷冷下、ノルマルブチルリチウムのヘキサン溶液(1.55M)を72.6mL滴下し、1時間攪拌した。別途用意した反応フラスコに、二塩化ルテニウムトリカルボニル13.1gと脱水THF511mLを加え十分に混合したのち、氷冷下にて前述した反応溶液を滴下した。反応溶液は15時間の室温攪拌ののち、80℃にて4時間加熱還流を実施した。攪拌後、室温に戻し濾過をした。得られた濾液は減圧下、オイルバス75℃にて脱溶媒を実施した。得られたルテニウム錯体をオイルバス135℃、13Paにて蒸留して淡黄色粘状液体を6.41g得た。
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:216℃(760Torr、Ar流量:100ml/分、昇温10℃/分)
(2)減圧TG−DTA
質量50%減少温度:138℃(10Torr、Ar流量:50ml/分、昇温10℃/分)
(3)1H−NMR(重ベンゼン)
1.01−1.08ppm(6H,multiplet)、1.18−1.26ppm(18H,multiplet)、1.48−1.53ppm(6H,multiplet)、2.86−3.10ppm(4H,multiplet)
(4)元素分析(理論値)
C:49.4%(49.18%)、H:7.8%(7.80%)、N:12.7%(12.75%)
反応フラスコに、N‘−(tert−ブチル)−N−エチルプロピオンイミドアミド10.35gと脱水THF120mLを加え、十分に混合した。得られた溶液に、氷冷下、ノルマルブチルリチウムのヘキサン溶液(1.55M)を36.7ml滴下し、1時間攪拌した。別途用意した反応フラスコに二塩化ルテニウムトリカルボニル7.0gと脱水THF273mLを加え十分に混合したのち、氷冷下にて前述した反応溶液を滴下した。反応溶液は2時間の室温攪拌ののち、80℃にて10時間加熱還流を実施した。攪拌後、室温に戻し濾過をした。得られた濾液を減圧下、オイルバス75℃にて脱溶媒を実施した。得られたルテニウム錯体をオイルバス145℃、15Paにて蒸留して淡黄色粘状液体を0.95g得た。
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:224℃(760Torr、Ar流量:100ml/分、昇温10℃/分)
(2)減圧TG−DTA
質量50%減少温度:151℃(10Torr、Ar流量:50ml/分、昇温10℃/分)
(3)1H−NMR(重ベンゼン)
0.86−0.97ppm(6H,multiplet)、1.06−1.09ppm(6H,multiplet)、1.21−1.30ppm(18H,multiplet)、1.89−1.98ppm(4H,multiplet)、2.83−3.11ppm(4H,multiplet)
(4)元素分析(理論値)
C:51.3%(51.37%)、H:8.0%(8.19%)、N:12.0%(11.98%)
反応フラスコに、二塩化ルテニウムトリカルボニル5.5gと脱水THF80mLを加え、十分に混合した。得られた懸濁液に氷冷下、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド5.7gとエチルリチウム1.58gより調製したN,N‘−ジイソプロピル−プロピオンアミジナトリチウムのTHF溶液を滴下した。室温にて19時間撹拌後、減圧下オイルバス75℃にて脱溶媒を実施した。生成したルテニウム錯体をフラスコに入れ、クーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度125℃、27Paにて蒸留を行い、黄色粘性固体0.5gを得た。
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:222℃(760Torr、Ar流量:100ml/分、昇温10℃/分)
(2)減圧TG−DTA
質量50%減少温度:153℃(10Torr、Ar流量:50ml/分、昇温10℃/分)
(3)1H−NMR(重ベンゼン)
0.82−0.86ppm(3H、triplet)、1.00−1.01(3H、doublet)、1.15−1.16ppm(6H,doublet)、1.22−1.24(3H、doublet)、1.75−1.90ppm(2H,multiplet)、3.29−3.38ppm(1H,septet)、3.59−3.69ppm(1H,septet)
(4)元素分析(理論値)
C:51.5%(51.37%)、H:8.2%(8.19%)、N:11.8%(11.98%)
反応フラスコに、二塩化ルテニウムトリカルボニル5.2gと脱水THF80mLを加え、十分に混合した。得られた懸濁液に氷冷下、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド5.4gとプロピルマグネシウムクロリド4.3gより調製したN,N‘−ジイソプロピル−ブチルアミジナトマグネシウムクロリドのTHF溶液を滴下した。室温にて19時間撹拌後、減圧下オイルバス75℃にて脱溶媒を実施した。生成したルテニウム錯体をフラスコに入れ、クーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度145℃、42Paにて蒸留を行い、褐色粘性液体(室温にて結晶化)0.6gを得た。
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:222℃(760Torr、Ar流量:100ml/分、昇温10℃/分)
(2)減圧TG−DTA
質量50%減少温度:157℃(10Torr、Ar流量:50ml/分、昇温10℃/分)
(3)1H−NMR(重ベンゼン)
0.75−0.79ppm(3H、triplet)、1.02−1.04(3H、doublet)、1.17−1.19ppm(6H,doublet−doublet)、1.24−1.26(3H、doublet)、1.31−1.41ppm(2H,sextet)、1.79−1.93ppm(2H,multiplet)、3.34−3.43ppm(1H,septet)、3.64−3.73ppm(1H,septet)
(4)元素分析(理論値)
C:53.4(53.31%)、H:8.5%(8.54%)、N:11.2(11.30%)
反応フラスコに、二塩化ルテニウムトリカルボニル4.9gと脱水THF80mLを加え、十分に混合した。得られた懸濁液に氷冷下、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド5.1gとノルマルブチルリチウム2.5gより調製したN,N‘−ジイソプロピル−ペンチルアミジナトリチウムのTHF溶液を滴下した。室温にて19時間撹拌後、減圧下オイルバス75℃にて脱溶媒を実施した。生成したルテニウム錯体をフラスコに入れ、クーゲルロール精製装置に接続し、加熱温度150℃、55Paにて蒸留を行い、褐色粘性液体0.5gを得た。
(1)常圧TG−DTA
質量50%減少温度:230℃(760Torr、Ar流量:100ml/分、昇温10℃/分)
(2)減圧TG−DTA
質量50%減少温度:162℃(10Torr、Ar流量:50ml/分、昇温10℃/分)
(3)1H−NMR(重ベンゼン)
0.79−0.83ppm(3H、triplet)、1.04−1.06(3H、doublet)、1.19−1.22ppm(8H,multiplet)、1.26−1.28(3H、doublet)、1.32−1.41ppm(2H,sextet)、1.86−2.00ppm(2H,multiplet)、3.39−3.48ppm(1H,septet)、3.69−3.78ppm(1H,septet)
(4)元素分析(理論値)
C:54.9(55.04%)、H:8.8%(8.85%)、N:10.8(10.70%)
実施例1〜5で得られた本発明の化合物No.10、31、46、74および214並びに下記の比較化合物1および2について、TG−DTA測定装置を用いて、常圧雰囲気下(760torr)での加熱によってサンプル質量が50質量%減少した時点の温度(L)を確認した。Lが低いものは蒸気圧が高いことから好ましいと判断することができる。また、25℃における状態を目視で観測した。25℃において固体であるものについては、融点測定を行った。これらの結果を表1に示す。なお、下記比較化合物1および比較化合物2の化学式において「Me」はメチルを表し、「Et」はエチルを表し、「tBu」は第三ブチルを表す。
化合物No.10を原子層堆積法用原料とし、図1に示す装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコンウエハ上に金属ルテニウム薄膜を製造した。
得られた薄膜をX線光電子分光法による薄膜組成の確認したところ、得られた薄膜は金属ルテニウムであり、残留炭素含有量は1.0atom%よりも少なかった。また、X線反射率法による膜厚測定を行い、その平均値を算出したところ、膜厚は平均26.4nmであり、1サイクル当たりに得られる膜厚は平均0.05nmであった。
基板:シリコンウェハ
反応温度(シリコンウエハ温度):350℃
反応性ガス:酸素
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、500サイクル繰り返した:
(1)原料容器温度:140℃、原料容器内圧力:100Paの条件で気化させた原子層堆積法用原料を成膜チャンバーに導入し、系圧力:100Paで30秒間堆積させる;
(2)15秒間のアルゴンパージにより、堆積しなかった原料を除去する;
(3)反応性ガスを成膜チャンバーに導入し、系圧力:100Paで5秒間反応させる;
(4)15秒間のアルゴンパージにより、未反応の反応性ガス及び副生ガスを除去する。
原子層堆積法用原料として化合物No.31を用いたこと以外は実施例6と同様の条件で金属ルテニウム薄膜を製造した。得られた薄膜をX線光電子分光法による薄膜組成の確認したところ、得られた薄膜は金属ルテニウムであり、残留炭素含有量は1.0atom%よりも少なかった。また、X線反射率法による膜厚測定を行い、その平均値を算出したところ、膜厚は平均25.7nmであり、1サイクル当たりに得られる膜厚は平均0.05nmであった。
原子層堆積法用原料として化合物No.46を用いたこと以外は実施例6と同様の条件で金属ルテニウム薄膜を製造した。得られた薄膜をX線光電子分光法による薄膜組成の確認したところ、得られた薄膜は金属ルテニウムであり、残留炭素含有量は1.0atom%よりも少なかった。また、X線反射率法による膜厚測定を行い、その平均値を算出したところ、膜厚は平均26.3nmであり、1サイクル当たりに得られる膜厚は平均0.05nmであった。
化合物No.10を原子層堆積法用原料とし、図1に示す装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコンウエハ上に金属ルテニウム薄膜を製造した。
得られた薄膜をX線光電子分光法による薄膜組成の確認したところ、得られた薄膜は金属ルテニウムであり、残留炭素含有量は1.0atom%よりも少なかった。また、X線反射率法による膜厚測定を行い、その平均値を算出したところ、膜厚は平均15nmであり、1サイクル当たりに得られる膜厚は平均0.03nmであった。
基板:シリコンウェハ
反応温度(シリコンウエハ温度);350℃
反応性ガス:水素
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、500サイクル繰り返した。
(1)原料容器温度:140℃、原料容器内圧力:100Paの条件で気化させた原子層堆積法用原料を成膜チャンバーに導入し、系圧力:100Paで30秒間堆積させる。
(2)15秒間のアルゴンパージにより、堆積しなかった原料を除去する。
(3)反応性ガスを成膜チャンバーに導入し、系圧力:100Paで60秒間反応させる。
(4)15秒間のアルゴンパージにより、未反応の第一の反応性ガス及び副生ガスを除去する。
原子層堆積法用原料として比較化合物2を用いたこと以外は実施例6と同様の条件で金属ルテニウム薄膜を製造した。得られた薄膜をX線光電子分光法による薄膜組成の確認したところ、得られた薄膜は金属ルテニウムであり、残留炭素含有量は6.0atom%だった。また、X線反射率法による膜厚測定を行い、その平均値を算出したところ、膜厚は平均10nmであり、1サイクル当たりに得られる膜厚は平均0.02nmであった。
以上の結果より、本発明によれば、ALD法により高品質な金属ルテニウム薄膜を生産性よく製造することができることがわかった。
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JP2008069453A (ja) * | 2006-08-08 | 2008-03-27 | L'air Liquide-Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procedes Georges Claude | ルテニウム含有膜堆積用開放配位子を有する前駆体 |
JP2008536800A (ja) * | 2005-02-10 | 2008-09-11 | プラクスエア・テクノロジー・インコーポレイテッド | 有機金属化合物を製造する方法 |
WO2009094263A1 (en) * | 2008-01-24 | 2009-07-30 | Praxair Technology, Inc. | Organometallic compounds, processes and methods of use |
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EUR. J. INORG. CHEM., vol. No.3, JPN6018040917, 2001, pages 707 - 711 * |
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