JP7436054B2 - シリコン前駆体化合物、製造方法、及びこれを利用するシリコン含有膜の形成方法 - Google Patents
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- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
- C23C16/45553—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
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Description
[化1]
[化2]
当該化学式1及び当該化学式2において、
R1は、水素又は-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、但し、R1が水素の場合、R2は線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
R6は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R7~R9は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R7~R9が同時に水素ではない。
[化1]
M-N(R2)-SiR3R4R5、SiX6、MR1、M’H、及び当該化学式1において、
Mは、アルカリ金属であり、
R1は、-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬である。
[化1]
M-N(R2)-SiR3R4R5、SiX6、M’H、及び当該化学式1において、
Mは、アルカリ金属であり、
R1は、水素であり、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬である。
[化2]
M-N(R6)-SiR7R8R9、HySiX(4-y)、M’H、及び当該化学式2において、
Mは、アルカリ金属であり、
R6は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R7~R9は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R7~R9が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬であり、
yは、0~2の整数である。
[化1]
[化2]
上記化学式1及び上記化学式2において、
R1は、水素又は-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、但し、R1が水素の場合、R2は線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
R6は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R7~R9は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R7~R9が同時に水素ではない。
[化1]
M-N(R2)-SiR3R4R5、SiX6、MR1、M’H、及び上記化学式1において、
Mは、アルカリ金属であり、
R1は、-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬である。
[反応式1]
1段階:Si2X6+M-N(R2)-SiR3R4R5→Si2X5N(R2)-SiR3R4R5+MX
2段階:Si2X5N(R2)-SiR3R4R5+MR1→R1Si2X4N(R2)-SiR3R4R5+MX
3段階:R1Si2X4N(R2)-SiR3R4R5+4M’H→R1Si2H4N(R2R3)+4M’X
ここで、Mは、アルカリ金属であり、Li又はNaであっても良く、M’Hは、水素化金属試薬であり、LiH、NaH、LiBH4、LiAlH4、NaAlH4、又はNaBH4であっても良いが、これに限定されるものではない。
)、C8H16N-、C9H18N-、C10H20N-、(Me)(SiMe3)N-、(iPr)(SiMe3)N-、又は(Me2SiH)2N-であり、R2は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、-SiR3R4R5は、ジメチルシリル基又はトリメチルシリル基であっても良いが、これに限定されるものではない。
[化1]
M-N(R2)-SiR3R4R5、SiX6、M’H、及び上記化学式1において、
Mは、アルカリ金属であり、
R1は、水素であり、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬である。
[反応式2]
1段階:Si2X6+M-N(R2R3)→Si2X5N(R2)-SiR3R4R5+MX
2段階:Si2X5N(R2)-SiR3R4R5+5M’H→Si2H5N(R2)-SiR3R4R5+5M’X
ここで、Mは、アルカリ金属であり、Li又はNaであっても良く、M’Hは、水素化金属試薬であり、LiH、NaH、LiBH4、LiAlH4、NaAlH4、又はNaBH4であっても良いが、これに限定されるものではない。
[化2]
M-N(R6)-SiR7R8R9、HySiX(4-y)、M’H、及び上記化学式2において、
Mは、アルカリ金属であり、
R6は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R7~R9は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R7~R9が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬であり、
yは、0~2の整数である。
[反応式3]
1段階:HySiX(4-y)+M-N(R6)-SiR7R8R9→SiHyX(3-y)N(R6)-SiR7R8R9+MX
2段階:SiHyX(3-y)N(R6)-SiR7R8R9+(3-y)M’H→SiH3N(R6)-SiR7R8R9+(3-y)M’X
ここで、Mは、アルカリ金属であり、Li又はNaであっても良く、M’Hは、水素化金属試薬であり、LiH、NaH、LiBH4、LiAlH4、NaAlH4、又はNaBH4であっても良いが、これに限定されるものではない。
[化1]
[化2]
上記化学式1及び上記化学式2において、
R1は、水素又は-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、但し、R1が水素の場合、R2は線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
R6は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R7~R9は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R7~R9が同時に水素ではない。
[化1]
[化2]
上記化学式1及び上記化学式2において、
R1は、水素又は-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、但し、R1が水素の場合、R2は線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
R6は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R7~R9は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R7~R9が同時に水素ではない。
[発明を実施するための形態]
2Lの丸底フラスコにおいて、n-ブチルリチウムヘキサン溶液(n-BuLi in n-hex.)121g(2.5M、0.446mol)を無水ヘキサン1,000mLと混合した。(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミン[HN(iPr)(SiMe3)]58.6g(0.446mol)を-20℃付近で添加した後、室温まで徐々に上げてから4時間撹拌した。上記生成されたリチウム(イソプロピル)(トリメチルシリル)アミン塩溶液にヘキサクロロジシラン(hexachlorodisilane)100g(0.372mol)の無水ヘキサン500mL混合溶液を-50℃~-40℃で30分程添加した後、撹拌しながら徐々に温度を上げ、17時間撹拌した。反応の終了後、反応中に生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミノペンタクロロジシラン[Cl5Si2(N(iPr)(SiMe3)]114g(収率:84%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.109(N-Si-CH 3、s、9H)、δ1.076、1.060(N-CH-CH 3、d、6H)、δ3.354(Si-Si-H 3、t、3H)、δ4.872(Si-Si-H 2、q、2H)、δ3.132(N-CH-CH3、m、1H)
上記実施例1のような方法で製造した(sec-ブチル)(トリメチルシリル)アミノペンタクロロジシラン[Cl5Si2N(secBu)(SiMe3)]57.6g(収率:85%、(0.115mol))及び無水ヘキサン100mL混合溶液を、リチウムアルミニウムハイドライド(LiAlH4)9.2g(0.242mol)、ジエチルエーテル250mL及び無水ヘキサン150mLを使用し、上記実施例1のような方法で無色の液体化合物である(sec-ブチル)(トリメチルシリル)アミノジシラン[H5Si2N(secBu)(SiMe3)]23g(収率:75%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.122(N-Si-CH 3、s、9H)、δ0.770(N-CH-CH2-CH 3、t、3H)、δ1.077、1.061(N-CH-CH 3、d、3H)、δ1.338(N-CH-CH2-CH3、m、1H)、δ11.494(N-CH-CH2-CH3、m、1H)、δ2.763(N-CH-CH3、m、1H)、δ3.365(Si-Si-H 3、t、3H)、δ4.854(Si-Si-H 2、q、2H)
5Lの丸底フラスコにおいて、下記実施例5のような方法で製造した(テトラメチルジシリル)アミノペンタクロロジシラン[Cl5Si2N(SiHMe2)2]328g(0.897mol)を無水ヘキサン3,000mLと混合して製造した混合物をドライアイスを使用して-30℃に冷却した。上記混合物にジイソプロピルアミン(diisopropylamine)272.23g(2.690mol)を無水ヘキサン1,000mLに混合した混合溶液を-30℃~-20℃で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、17時間撹拌した。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である1-(ジ-iso-プロピル)アミノ-2-(テトラメチルジシリル)アミノテトラクロロジシラン[(iPr)2NSi2Cl4N(SiHMe2)2]308.84g(収率:80%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.258、0.266(N-Si-CH 3、d、12H)、δ1.051、1.068(N-CH-CH 3、d、12H、δ2.993(N-CH、m、2H)、δ4.804(N-Si-H、m、2H)、δ4.937(Si-Si-H 2、t、2H)、δ4.947(Si-Si-H 2、t、2H)
3Lの丸底フラスコにおいて、下記実施例5のような方法で合成した(テトラメチルジシリル)アミノ-ペンタクロロジシラン[Cl5Si2N(SiHMe2)2]100g(0.273mol)を無水ヘキサン1,500mLと混合して製造した混合物をドライアイスを使用して-30℃に冷却した。上記混合物にジ-sec-ブチルアミン(di-sec-butylamine)106.01g(0.820mol)を無水ヘキサン300mLに混合した混合溶液を-30℃~-20℃で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、17時間撹拌した。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物であるジ-sec-ブチルアミノ(テトラメチルジシリル)アミノテトラクロロジシラン[(secBu)2NSi2Cl4N(SiHMe2)2]107.85g(収率:86%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.258、0.266(N-Si-CH 3、d、12H)、δ0.853(N-CH-CH2-CH 3、t、3H)、δ0.860(N-CH-CH2-CH 3、t、3H)、δ1.052、1.069(N-CH-CH 3、d、3H)、δ1.069、1.086(N-CH-CH 3、d、3H)、δ1.328(N-CH-CH 2、m、2H)、δ1.485(N-CH-CH 2、m、2H)、δ2.644(N-CH、m、2H)、δ4.796(N-Si-H、m、2H)、δ4.934(Si-Si-H 2、t、2H)、δ4.944(Si-Si-H 2、t、2H)
3Lの丸底フラスコにおいて、ヘキサクロロジシラン(hexachlorodisilane)100g(0.372mol)を無水ヘキサン500mLと混合して製造した混合物をドライアイスを使用して-40℃に冷却した。上記混合物にテトラメチルジシラザン(1,1,3,3-tetramethyldisilazane)49.6g(0.372mol)とトリエチルアミン(TEA)41.40g(0.409mol)をヘキサン300mLに混合した混合溶液を-40℃~-20℃で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、17時間撹拌した。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である(テトラメチルジシリル)アミノペンタクロロジシラン[Cl3SiCl2SiN(SiHC2H6)2]95.25g(収率:70%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.235、0.244(N-Si-CH 3、d、12H)、δ4.791(N-Si-H、m、2H)、δ4.947(Si-Si-H 2、s、4H)
1Lの丸底フラスコにおいて、n-ブチルリチウムヘキサン溶液(n-BuLi in n-hex.)44.7g(2.5M、0.165mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。ジイソプロピルアミン(diisopropylamine)16.7g(0.165mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。生成されたリチウム(ジ-iso-プロピル)アミン塩溶液に上記実施例4のような方法で製造した(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミノペンタクロロジシラン[Cl5Si2N(iPr)(SiMe3)]50g(0.137mol)を-40℃~-20℃で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、17時間撹拌した。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である1-(ジ-iso-プロピルアミノ)-2-(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミノテトラクロロジシラン[(iPr)2NSi2Cl4N(iPr)(SiMe3)]52g(収率:88%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.193(N-Si-CH 3、s、9H)、δ1.087、1.070(N-CH-CH 3、d、12H)、δ1.171、1.155(N-CH-CH 3、d、6H)、δ3.018(N-CH-CH3、m、2H)、δ3.181(N-CH-CH3、m,1H)、δ4.871(Si-Si-H 2、t、2H)、δ4.882(Si-Si-H 2、t、2H)
1Lの丸底フラスコにおいて、ジ-sec-ブチルアミン((s-Bu)2NH)26.65g(0.206mol)とトリエチルアミン(TEA)20.87g(0.206mol)をヘキサン500mLに混合した混合溶液に上記実施例4のような方法で製造した(イソプロピル)(トリメチルシリル)アミノペンタクロロジシラン[Cl5Si2N(iPr)(SiMe3)]50g(0.137mol)を-30℃~-20℃で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、17時間撹拌した。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である1-(ジ-sec-ブチル)アミノ-2-(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミノテトラクロロジシラン[(secBu)2NSi2Cl4N(iPr)(SiMe3)]40.9g(収率:65%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.200(N-Si-CH 3、s、9H)、δ0.882(N-CH-CH2-CH 3、t、6H)、δ1.072、1.090(sN-CH-CH 3、d、6H)、δ1.159、1.175(N-CH-CH 3、d、6H)、δ1.329(N-CH-CH2-CH3、m、2H)、δ1.508(N-CH-CH2-CH3、m、2H)、δ2.663(sN-CH-CH3、m、2H)、δ3.164(N-CH-CH3、q、61H)、δ4.887(Si-Si-H 2、t、2H)、δ4.899(Si-Si-H 2、t、2H)
2Lの丸底フラスコにおいて、n-ブチルリチウムヘキサン溶液(n-BuLi in n-hex.)303.3g(2.5M、1.089mol)を無水ヘキサン500mLと混合した。(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミン[(iPr)(SiMe3)NH]143g(1.089mol)を-20℃付近で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、4時間撹拌した。上記溶液にトリクロロシラン(SiCl3H)122g(0.908mol)を-40℃~-20℃で添加した後、撹拌しながら室温まで徐々に上げ、17時間撹拌した。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である(iso-プロピル)(トリメチルシリル)アミノジクロロシラン[Cl2SiHN(iPr)(SiMe3)]142g(収率:68%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.105(N-Si-CH 3、s、9H)、δ1.083、1.100(N-CH-CH 3、d、6H)、δ3.097(N-CH、m、1H)、δ4.517(Si-H、s、3H)
上記実施例8のような方法でn-ブチルリチウムヘキサン溶液(n-BuLi in n-hex.)108.6g(2.5M、0.406mol)と(sec-ブチル)(トリメチルシリル)アミン[(secBu)(SiMe3)NH]64.36g(0.443mol)とを反応させた溶液にトリクロロシラン(SiCl3H)50g(0.369mol)を添加して反応させた。上記反応の終了後、生成された塩を濾過過程により除去し、溶媒及び揮発性副反応物は減圧蒸溜により除去することで、無色の液体化合物である(sec-ブチル)(トリメチルシリル)アミノジクロロシラン[Cl2SiHN(secBu)(SiMe3)]43g(収率:47.7%)が得られた。
1H-NMR(C6D6):δ0.115(N-Si-CH 3、s、9H)、δ0.795(N-CH-CH2-CH 3、t、3H)、δ1.068、1.084(N-CH-CH 3、d、3H)、δ1.340(N-CH-CH 2、m、1H)、δ1.507(N-CH-CH 2、m、1H)、δ2.762(N-CH、m、1H)、δ4.490(Si-H、s、3H)
上記実施例のうち、実施例1、3、6、及び8でそれぞれ製造したシリコン前駆体化合物の構造を分析するために1H-NMR分析を実施し(図1)、実施例6(化合物13)はさらにFT-IR分析を実施した(図2)。
上記実施例のうち、実施例1、3、6、及び8でそれぞれ製造したシリコン前駆体化合物の基礎熱特性を分析するためにTG分析を実施し、その結果を図3に示した。
実施例1、3、6、及び8の方法により製造したシリコン前駆体化合物を使用し、プラズマを利用する原子蒸着法(PEALD-Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)工程を進行した。反応ガスとしては、酸素源であるO2に200WのRF電力を印加してO2プラズマを使用した。先ず、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)を4:1に混合したピラニア(piranha)溶液にシリコンウェハを10分間浸してから取り出し、薄いHF水溶液に2分間浸して純粋なシリコン表面を形成した後、プラズマ原子層蒸着法(PEALD)によりシリコン酸化物薄膜を製造した。温度に応じた蒸着特性を測定するためにALD周期を100回に固定し、基質の温度は比較的低い温度である150℃から300℃まで50℃間隔で加熱した。シリコン前駆体化合物は、ステンレススチールを材質とした容器に入れ、反応器の工程圧力1torrにおいて、それぞれ30℃、60℃、60℃の温度で容器を加熱しながら200sccmの流速を有するアルゴン(Ar)ガスを前駆体化合物の搬送ガスに使用して気化させた。ALD周期は、それぞれの気化した前駆体供給3sec、前駆体パージ10sec、O2プラズマ露出時間10sec、O2プラズマパージ10secにした。上記蒸着結果は図4に示した。
実施例3、6、及び8の方法によりそれぞれ製造したシリコン前駆体化合物9、13、及び27を使用し、プラズマを利用する原子蒸着法(PEALD-Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)工程を進行した。先ず、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)を4:1に混合したピラニア(piranha)溶液にシリコンウェハを10分間浸してから取り出し、薄いHF水溶液に2分間浸して純粋なシリコン表面を形成した後、プラズマ原子層蒸着法(PEALD)によりシリコン酸化物薄膜を製造した。温度に応じた蒸着特性を測定するためにALD周期を100回に固定し、150℃から500℃まで50℃間隔で温度に応じた蒸着率(growth rate)の結果を図5に示した。
実施例3、6、及び8の方法によりそれぞれ製造したシリコン前駆体化合物9、13、及び27を使用し、プラズマを利用する原子蒸着法(PEALD-Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)工程を進行した。反応ガスとしては、窒素源であるN2又はNH3に500WのRF電力を印加してN2又はNH3プラズマを使用した。先ず、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)を4:1に混合したピラニア(piranha)溶液にシリコンウェハを10分間浸してから取り出し、薄いHF水溶液に2分間浸して純粋なシリコン表面を形成した後、原子層蒸着法(ALD)により窒化シリコン薄膜を製造した。前駆体の窒化シリコン薄膜特性を測定するためにALD周期を300回に固定し、基質の温度は300℃に加熱した。前駆体は、ステンレススチールを材質とした容器に入れ、1torrの圧力及び30℃、60℃、60℃の温度で容器を加熱しながら200sccmの流速を有するアルゴン(Ar)ガスを前駆体化合物の搬送ガスに使用して気化させた。ALD周期は、それぞれの気化した前駆体供給3sec、前駆体パージ5sec、N2 or NH3プラズマ露出時間12sec、N2 or NH3プラズマパージ5secにした。N2プラズマ又はNH3プラズマをそれぞれ露出させて比較実験し、その結果は図6に示した。
実施例1により製造したシリコン前駆体化合物3を使用し、プラズマを利用する原子蒸着法(PEALD-Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)工程を進行した。反応ガスとしては、窒素源であるN2に500WのRF電力を印加してN2プラズマを使用した。先ず、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)を4:1に混合したピラニア(piranha)溶液にシリコンウェハを10分間浸してから取り出し、薄いHF水溶液に2分間浸して純粋なシリコン表面を形成した後、原子層蒸着法(ALD)により窒化シリコン薄膜を製造した。前駆体の窒化シリコン薄膜特性を測定するためにALD周期を300回に固定し、基質の温度は250℃から350℃まで50℃ずつ増加しながら加熱した。前駆体は、ステンレススチールを材質とした容器に入れ、1torr、室温で200sccmの流速を有するアルゴン(Ar)ガスを前駆体和合物の搬送ガスに使用して気化させた。ALD周期は、それぞれの気化した前駆体供給2sec、前駆体パージ5sec、N2プラズマ露出時間12sec、N2プラズマパージ5secにした。N2プラズマに露出させて窒化シリコン薄膜を蒸着し、蒸着率(growth per cycle)及び屈折率の結果を図7に示した。
実施例3の方法により製造したシリコン前駆体化合物9を使用し、プラズマを利用する原子蒸着法(PEALD-Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)工程を進行した。反応ガスとしては、酸素源であるO2に500WのRF電力を印加してO2プラズマを使用した。先ず、硫酸(H2SO4)と過酸化水素水(H2O2)を4:1に混合したピラニア(piranha)溶液にシリコンウェハを10分間浸してから取り出し、薄いHF水溶液に2分間浸して純粋なシリコン表面を形成した後、プラズマ原子層蒸着法(PEALD)によりシリコン酸化物薄膜を製造した。各前駆体に応じたシリコン酸化膜の特性を測定するためにALD周期を400回に固定し、基質の温度は125℃に加熱した。シリコン前駆体化合物9は、ステンレススチールを材質とした容器に入れ、反応器の工程圧力1torr、60℃の温度で容器を加熱しながら500sccmの流速を有するアルゴン(Ar)ガスを前駆体化合物の搬送ガスに使用して気化させた。ALD周期は、それぞれの気化した前駆体供給1sec、前駆体パージ1sec、O2プラズマ露出時間2sec、O2プラズマパージ1secにした。蒸着結果は図8に示した。
実施例3の方法により製造したシリコン前駆体化合物9を使用し、プラズマを利用する原子蒸着法(PEALD-Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition)工程を進行した。反応ガスとしては、酸素源であるO2に500WのRF電力を印加してO2プラズマを使用した。温度に応じた狭い溝を有する基板の蒸着特性を測定するためにALD周期を400回に固定し、基質の温度は125℃及び400℃に加熱した。シリコン前駆体化合物は、ステンレススチールを材質とした容器に入れ、反応器の工程圧力1torr、60℃の温度で容器を加熱しながら200sccmの流速を有するアルゴン(Ar)ガスを前駆体和合物の搬送ガスに使用して気化させた。ALD周期は、それぞれの気化した前駆体供給1sec、前駆体パージ1sec、O2プラズマ露出時間2sec、O2プラズマパージ1secにした。蒸着結果は図9及び10に示した。
Claims (21)
- 下記化学式1で表される、シリコン前駆体化合物:
[化1]
前記化学式1において、
R1は、水素又は-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではない、又はR a 及びR b が同時にトリメチルシリル基ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、但し、R1が水素の場合、R2は線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではない。 - 前記化学式1において、
R1は、-NRaRbであり、Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ジメチルシリル基、又はトリメチルシリル基であるか;あるいはR1は、置換又は非置換のC4-C10環状アミン基であり、
R2は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、
-SiR3R4R5は、ジメチルシリル基又はトリメチルシリル基である、請求項1に記載のシリコン前駆体化合物。 - 前記化学式1において、
R1は、水素であり、
R2は、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、又はtert-ブチル基であり、
-SiR3R4R5は、ジメチルシリル基又はトリメチルシリル基である、請求項1に記載のシリコン前駆体化合物。 - 前記シリコン前駆体化合物は、iPr2NSi2H4N(SiHMe2)2、secBu2NSi2H4N(SiHMe2)2、iPr2NSi2H4N(iPr)(SiMe3)、secBu2NSi2H4N(iPr)(SiMe3)、(Me2SiH)2NSi2H4N(SiHMe2)2、H5Si2N(iPr)(SiMe3)、又はH5Si2N(secBu)(SiMe3 )である、請求項1に記載のシリコン前駆体化合物。
- M-N(R2)-SiR3R4R5をSi 2 X6とハライドアミン置換反応させた後、順次にMR1の金属アミン塩を添加し、ハライドアミン置換反応させて反応混合物を得た後、
前記反応混合物にM’Hを添加し、ハライド水素置換反応させて下記化学式1によるシリコン前駆体化合物を得ること
を含む、下記化学式1によるシリコン前駆体化合物の製造方法:
[化1]
M-N(R2)-SiR3R4R5、Si 2 X6、MR1、M’H、及び前記化学式1において、
Mは、アルカリ金属であり、
R1は、-NRaRbであり、
Ra及びRbは、それぞれ独立に、水素、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であるか、あるいはRa及びRbは、互いに連結された置換又は非置換のC4-C10環状アルキル基であり、但し、Ra及びRbが同時に水素ではない、又はR a 及びR b が同時にトリメチルシリル基ではなく、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基、トリメチルシリル基、又はジメチルシリル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬である。 - M-N(R2)-SiR3R4R5をSi 2 X6とハライドアミン置換反応させて反応混合物を得た後、前記反応混合物にM’Hを添加し、ハライド水素置換反応させて下記化学式1によるシリコン前駆体化合物を得ること
を含む、下記化学式1によるシリコン前駆体化合物の製造方法:
[化1]
M-N(R2)-SiR3R4R5、Si 2 X6、M’H、及び前記化学式1において、
Mは、アルカリ金属であり、
R1は、水素であり、
R2は、線状又は分枝状のC1-C5アルキル基であり、
R3~R5は、それぞれ独立に、水素、あるいは線状又は分枝状のC1-C3アルキル基であり、但し、R3~R5が同時に水素ではなく、
Xは、ハロゲン元素であり、
M’Hは、水素化金属試薬である。 - 請求項1乃至請求項4のうち何れか一項によるシリコン前駆体化合物を含む、膜形成用前駆体組成物。
- 前記シリコン前駆体化合物は、iPr2NSi2H4N(SiHMe2)2、secBu2NSi2H4N(SiHMe2)2、iPr2NSi2H4N(iPr)(SiMe3)、secBu2NSi2H4N(iPr)(SiMe3)、(Me2SiH)2NSi2H4N(SiHMe2)2、H5Si2N(iPr)(SiMe3)、及びH5Si2N(secBu)(SiMe3 )から選択される1つ以上である、請求項7に記載の膜形成用前駆体組成物。
- 前記膜は、シリコン含有酸化膜、シリコン含有窒化膜、及びシリコン含有炭化膜から選択される1つ以上である、請求項7に記載の膜形成用前駆体組成物。
- アンモニア、窒素、ヒドラジン、及びジメチルヒドラジンから選択される1つ以上の窒素源をさらに含む、請求項7に記載の膜形成用前駆体組成物。
- 水蒸気、酸素、及びオゾンから選択される1つ以上の酸素源をさらに含む、請求項7に記載の膜形成用前駆体組成物。
- 請求項1乃至請求項4のうち何れか一項によるシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成することを含む、シリコン含有膜の形成方法。
- 前記膜形成用前駆体組成物に含まれるシリコン前駆体化合物は、iPr2NSi2H4N(SiHMe2)2、secBu2NSi2H4N(SiHMe2)2、iPr2NSi2H4N(iPr)(SiMe3)、secBu2NSi2H4N(iPr)(SiMe3)、(Me2SiH)2NSi2H4N(SiHMe2)2、H5Si2N(iPr)(SiMe3)、及びH5Si2N(secBu)(SiMe3 )から選択される1つ以上である、請求項12に記載のシリコン含有膜の形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、シリコン含有酸化膜、シリコン含有窒化膜、及びシリコン含有炭化膜から選択される1つ以上である、請求項12に記載のシリコン含有膜の形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、化学気相蒸着法又は原子層蒸着法により蒸着される、請求項12に記載のシリコン含有膜の形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、100℃~500℃の温度範囲で形成される、請求項12に記載のシリコン含有膜の形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、1nm~500nmの厚さ範囲で形成される、請求項12に記載のシリコン含有膜の形成方法。
- 前記シリコン含有膜は、縦横比が1~50で、幅が10nm~1μmである凹凸を含む基材上に形成される、請求項12に記載のシリコン含有膜の形成方法。
- H 3 SiN( i Pr)(SiMe 3 )、又はH 3 SiN( sec Bu)(SiMe 3 )であるシリコン前駆体化合物。
- 請求項19に記載のシリコン前駆体化合物を含む、膜形成用前駆体組成物。
- 請求項19に記載のシリコン前駆体化合物を含む膜形成用前駆体組成物を利用してシリコン含有膜を形成することを含む、シリコン含有膜の形成方法。
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