JP6694704B2 - チタン含有膜形成用前駆体、及びチタン含有膜の形成方法 - Google Patents
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本発明に係るチタン含有膜形成用前駆体の一態様は、
基板上にチタン含有膜を形成するための前駆体であって、
下記一般式(1)で表される化合物を含むことを特徴とする。
適用例1のチタン含有膜形成用前駆体において、
前記一般式(1)中、R1、R2、R3、R4及びR5の全てが、水素原子または同一の炭素数1〜6の炭化水素基であることができる。
適用例1または適用例2のチタン含有膜形成用前駆体において、
前記一般式(1)で表される化合物が、CpTi(BH4)2、Cp2Ti(BH4)及びCp* 2Ti(BH4)(但し、Cpはシクロペンタジエニル基を表し、Cp*はペンタメチルシクロペンタジエニル基を表す。)よりなる群から選択される少なくとも1種の化合物であることができる。
適用例1ないし適用例3のいずれか一例のチタン含有膜形成用前駆体において、
前記一般式(1)で表される化合物を95質量%以上100質量%以下含むことができる。
本発明に係るチタン含有膜の一態様は、
適用例1ないし適用例4のいずれか一例のチタン含有膜形成用前駆体を用いて作製されたことを特徴とする。
本発明に係るチタン含有膜の形成方法の一態様は、
基板上にチタン含有膜を形成するための方法であって、
前記基板を処理容器内に収容する工程と、
下記一般式(1)で表される化合物を含むチタン含有膜形成用前駆体を前記処理容器内に導入して前記基板と接触させることにより前記基板上にチタン含有膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
適用例6のチタン含有膜の形成方法において、
前記基板の温度が20℃以上800℃以下であることができる。
適用例6または適用例7のチタン含有膜の形成方法において、
前記処理容器内の圧力が0.1Pa以上100kPa以下であることができる。
適用例6ないし適用例8のいずれか一例のチタン含有膜の形成方法において、
前記チタン含有膜形成用前駆体を前記基板と接触させる手段が、化学気相成長(CVD)、原子層堆積(ALD)、プラズマ化学気相成長(PECVD)、プラズマ原子層堆積(PEALD)、パルス化学気相成長、低圧化学気相成長(LPCVD)、空間的ALD(spatial ALD, S-ALD)、空間的CVD(spatial CVD, S-ALD)、準大気圧化学気相成長及び大気圧化学気相成長(APCVD)よりなる群から選択される1種であることができる。
適用例6ないし適用例9のいずれか一例のチタン含有膜の形成方法において、
前記基板上に形成される前記チタン含有膜が、金属チタン(Ti)、窒化チタン(Ti
N)、炭化チタン(TiC)、炭窒化チタン(TiCN)、チタンシリサイド(TiSi)、珪化窒化チタン(TiSiN)、ホウ化チタン(TiB)、ホウ窒化チタン(TiBN)、ホウ炭化チタン(TiBC)、酸化チタン(TiO)、及び窒酸化チタン(TiNO)よりなる群から選択される少なくとも1種であることができる。
適用例6ないし適用例10のいずれか一例のチタン含有膜の形成方法において、
さらに、前記一般式(1)で表される化合物を前記処理容器内に導入すると同時または交互に、反応ガスを前記処理容器内に導入する工程を含むことができる。
適用例11のチタン含有膜の形成方法において、
前記反応ガスが還元性物質であることができる。
適用例12のチタン含有膜の形成方法において、
前記還元性物質が、窒素ガス、水素ガス、ジメチルアルミニウムヒドリド、アルミニウムジエチルメチルアミン三水素化物、トリメチルアミンテトラヒドロボロアルミニウム、トリメチルアミンアルミニウムジヒドリドテトラヒドロボレート、1−メチル−1−ピロールアルミニウム三水素化物、シラン、ジシラン、トリシラン、アンモニア、ジメチルシラン、ジエチルシラン、メチルシラン、エチルシラン、フェニルシラン、ヒドラジン、トリシリルアミン、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ビストリメチルシリルアミン、メチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、ジボラン、9−ボラビシクロ[3,3,1]ノナン、ジヒドロベンゾフラン、ピラゾリン、トリメチルアルミニウム、ジメチル亜鉛及びジエチル亜鉛、のいずれか若しくはいずれかの化合物のラジカル又はこれらの混合物であることができる。
適用例11のチタン含有膜の形成方法において、
前記反応ガスが酸化性物質であることができる。
適用例14のチタン含有膜の形成方法において、
前記酸化性物質が、酸素、オゾン、水、過酸化水素、一酸化窒素、二酸化窒素及びカルボン酸類、のいずれか若しくはいずれかの化合物のラジカル又はこれらの混合物であることができる。
本実施形態に係るチタン含有膜形成用前駆体は、基板上にチタン含有膜を形成するための前駆体であって、下記一般式(1)で表される化合物を含むことを特徴とする。
、n−ヘキシル基等の直鎖アルキル基;イソプロピル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の分岐鎖アルキル基;エチニル基、プロペニル基、ブチニル基等のアルケニル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基等が挙げられる。
V. K.; Bulychev, B. M. Metalloorganicheskaya Khimiya 1988, 1, 793」に開示されている。これらの合成方法によれば、いずれも温和な条件下でそれぞれの化合物が良好な収率で得られることが報告されている。
速度:10℃/分、圧力:20mBar及び大気圧の条件下で行われた。図2の熱重量分析の結果より、TGA曲線は90℃から170℃の範囲でなだらかな曲線を示しており、Cp2Ti(BH4)の残質量は1%以下であった。以上のことから、Cp2Ti(BH4)はチタン含有膜形成用前駆体として良好な特性を有することが明らかとなった。
本実施形態に係るチタン含有膜の形成方法は、基板上にチタン含有膜を形成するための方法であって、基板を処理容器内に収容する工程と、下記一般式(1)で表される化合物を含むチタン含有膜形成用前駆体を前記処理容器内に導入して前記基板と接触させることにより前記基板上にチタン含有膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
溶媒を選択することができる。得られる濃度は、およそ0.05M〜およそ2Mの範囲であり得る。
3.1.CpTi(BH4)2の合成
−30℃に冷却した水素化ホウ素リチウム(LiBH4)0.75g(34.1mmol)のジエチルエーテル溶液を、−30℃に冷却した三塩化シクロペンタジエニルチタン(CpTiCl3)1.78g(8.1mmol)のジエチルエーテル溶液に滴下した。LiBH4溶液の滴下により溶液中に泡が発生した。その後、反応溶液を室温まで昇温し、12時間撹拌した。
得られた上澄みをグラスフィルターによりろ過して、シュレンクフラスコAにろ液を捕集した。シュレンクフラスコAからグラスフィルターを取り外し、フィンガータイプフラスコBとそれに続く真空ラインを接続した。フラスコAは室温下におき、フラスコBは液体窒素を充填したデュワーに挿入して冷却した状態で減圧することにより、フラスコB中に青色の固体を得た。フラスコAには暗色のタール状物質が残った。
フラスコAはフラスコBから切り離し、フラスコBを−5℃から0℃に昇温しながらさらに減圧することにより、固体中に残留していたジエチルエーテルを除去した。フラスコB内に目的物であるCpTi(BH4)2の青色の結晶が得られた(収量0.89g)。
フラスコBを室温に戻すと、CpTi(BH4)2の青色結晶は、暗緑色のオイル状に変化した。さらに−30℃まで冷却すると青色の結晶が得られた。このようにして得られたCpTi(BH4)2の1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(C6D6.293,TMS):δ=61.3(br,5H,Cp),3.35(br,4H,CH2,Et2O),1.11(br,6H,CH3,Et2O)
室温下で水素化ホウ素リチウム(LiBH4)(49.6mL、0.5M、24.8mmol)のジエチルエーテル溶液を、−30℃に冷却した二塩化ビステトラメチルシクロペンタジエニルチタン(Cp* 2TiCl2)3.0g(7.7mmol)のジエチルエーテル溶液に滴下し、その後100時間撹拌した。
得られた上澄みをグラスフィルターによりろ過して、シュレンクフラスコにろ液を捕集した。減圧下で揮発性成分を除去し、得られた残渣を少量のヘキサンで撹拌しながら溶解した。ヘキサン溶液はグラスフィルターでろ過し、−30℃に冷却して100時間静置したところ、暗青色の結晶が得られた。得られた結晶をフィルターにより分離し、減圧下で溶媒を除去した。Cp* 2Ti(BH4)の収量は1.95g、5.6mmolであり、収率は73%であった。結晶中に残った溶媒を除去するため、温度160〜170℃、10〜20mtorrの圧力下で昇華させた。このようにして得られたCp* 2Ti(BH4)の1H−NMRの測定結果を以下に示す。
1H−NMR(C6D6.293,TMS):δ=17.7(br,15H,Cp*),1.80(s,Cp*,unassigned)
Cp2Ti(BH4)は、「Lucas, C. R. Inorg. Synth. 1977, 17, 91」に開示されている方法により合成した。
一つの非限定的な例示的成膜プロセスでは、上記の合成方法により合成したCpTi(BH4)2を使用して、以下の方法によりチタン含有膜を成膜することができる。
一つの非限定的な例示的成膜プロセスでは、上記の合成方法により合成したCp2Ti(BH4)を使用して、以下の方法によりチタン含有膜を成膜することができる。
。他の実施形態では、Cp2Ti(BH4)を導入する容器としてステンレススチール製容器に代えてガラス製容器を用いることができる。
Claims (12)
- 基板上にチタン含有膜を形成するための前駆体であって、
CpTi(BH4)2及びCp* 2Ti(BH4)(但し、Cpはシクロペンタジエニル基を表し、Cp*はペンタメチルシクロペンタジエニル基を表す。)よりなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする、チタン含有膜形成用前駆体。 - 前記化合物を95質量%以上100質量%以下含む、請求項1に記載のチタン含有膜形成用前駆体。
- 基板上にチタン含有膜を形成するための方法であって、
前記基板を処理容器内に収容する工程と、
CpTi(BH4)2及びCp* 2Ti(BH4)(但し、Cpはシクロペンタジエニル基を表し、Cp*はペンタメチルシクロペンタジエニル基を表す。)よりなる群から選択される少なくとも1種の化合物を含むチタン含有膜形成用前駆体を前記処理容器内に導入して前記基板と接触させることにより前記基板上にチタン含有膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする、チタン含有膜の形成方法。 - 前記基板の温度が20℃以上800℃以下である、請求項3に記載のチタン含有膜の形成方法。
- 前記処理容器内の圧力が0.1Pa以上100kPa以下である、請求項3または請求項4に記載のチタン含有膜の形成方法。
- 前記チタン含有膜形成用前駆体を前記基板と接触させる手段が、化学気相成長(CVD)、原子層堆積(ALD)、プラズマ化学気相成長(PECVD)、プラズマ原子層堆積(PEALD)、パルス化学気相成長、低圧化学気相成長(LPCVD)、空間的ALD(spatial ALD, S-ALD)、空間的CVD(spatial CVD, S-ALD)、準大気圧化学気相成長及び大気圧化学気相成長(APCVD)よりなる群から選択される1種である、請求項3な
いし請求項5のいずれか一項に記載のチタン含有膜の形成方法。 - 前記基板上に形成される前記チタン含有膜が、金属チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、炭化チタン(TiC)、炭窒化チタン(TiCN)、チタンシリサイド(TiSi)、珪化窒化チタン(TiSiN)、ホウ化チタン(TiB)、ホウ窒化チタン(TiBN)、ホウ炭化チタン(TiBC)、酸化チタン(TiO)、及び窒酸化チタン(TiNO)よりなる群から選択される少なくとも1種である、請求項3ないし請求項6のいずれか一項に記載のチタン含有膜の形成方法。
- さらに、前記チタン含有膜形成用前駆体を前記処理容器内に導入すると同時または交互に、反応ガスを前記処理容器内に導入する工程を含む、請求項3ないし請求項7のいずれか一項に記載のチタン含有膜の形成方法。
- 前記反応ガスが還元性物質である、請求項8に記載のチタン含有膜の形成方法。
- 前記還元性物質が、窒素ガス、水素ガス、ジメチルアルミニウムヒドリド、アルミニウムジエチルメチルアミン三水素化物、トリメチルアミンテトラヒドロボロアルミニウム、トリメチルアミンアルミニウムジヒドリドテトラヒドロボレート、1−メチル−1−ピロールアルミニウム三水素化物、シラン、ジシラン、トリシラン、アンモニア、ジメチルシラン、ジエチルシラン、メチルシラン、エチルシラン、フェニルシラン、ヒドラジン、トリシリルアミン、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ビストリメチルシリルアミン、メチルヒドラジン、1,1−ジメチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、ジボラン、9−ボラビシクロ[3,3,1]ノナン、ジヒドロベンゾフラン、ピラゾリン、トリメチルアルミニウム、ジメチル亜鉛及びジエチル亜鉛、のいずれか若しくはいずれかの化合物のラジカル又はこれらの混合物である、請求項9に記載のチタン含有膜の形成方法。
- 前記反応ガスが酸化性物質である、請求項8に記載のチタン含有膜の形成方法。
- 前記酸化性物質が、酸素、オゾン、水、過酸化水素、一酸化窒素、二酸化窒素及びカルボン酸類、のいずれか若しくはいずれかの化合物のラジカル又はこれらの混合物である、請求項11に記載のチタン含有膜の形成方法。
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