TW202030197A - 鈷錯合物、其製造方法以及含鈷薄膜的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種對於在不使用氧化性氣體的條件下製造含鈷薄膜而言有用的室溫下為液體的鈷錯合物。一種由通式(1)所表示的鈷錯合物。
[化1]
(式中,L1
及L2
不同,分別表示由通式(A)所表示的單牙醯胺配位子、由通式(B)所表示的雙牙醯胺配位子或由通式(C)所表示的含雜原子的配位子)
[化2]
(式中,R1
及R2
分別獨立地表示碳數1~6的烷基或三(碳數1~6的烷基)矽烷基。波浪線表示與鈷原子的鍵結鍵)
[化3]
(式中,R3
表示三(碳數1~6的烷基)矽烷基。R4
及R5
分別獨立地表示碳數1~4的烷基。X表示碳數1~6的伸烷基)
[化4]
(式中,R6
及R8
分別獨立地表示碳數1~6的烷基。R7
表示氫原子或碳數1~4的烷基。Y表示氧原子或NR9
。Z表示氧原子或NR10
。R9
及R10
分別獨立地表示碳數1~6的烷基)
Description
本發明是有關於一種作為半導體元件的製造用原料有用的鈷錯合物、其製造方法、以及藉由使用該鈷錯合物作為材料來進行製造的含鈷薄膜的製造方法。
鈷具有顯示出高導電性、功函數大、可形成導電性矽化物、與銅的晶格匹配(lattice match)性優異等特點,因此作為電晶體等半導體元件的閘極電極、源極及汲極部的擴散層上的接點(contact)、銅配線籽晶層/內襯(liner)層等的材料而受到關注。於下一代的半導體元件中,出於進一步提高記憶容量或響應性的目的,採用了高度細密化及三維化的設計。因此,為了使用鈷作為構成下一代的半導體元件的材料,需要確立於經三維化的基板上均勻地形成幾奈米~幾十奈米左右的厚度的含鈷薄膜的技術。作為用以於經三維化的基板上製造金屬薄膜的技術,被視為有前景的是原子層堆積法(原子層沈積(Atomic Layer Deposition,ALD)法)或化學氣相蒸鍍法(化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition,CVD)法)等基於化學反應的氣相蒸鍍法的有效運用。於半導體元件的製造中,對於用以藉由ALD法或CVD法形成薄膜的材料,選擇具有適當的蒸氣壓及熱穩定性並且能夠以穩定的供給量氣化的材料。
非專利文獻1中,作為於具有雙(三甲基矽烷基)醯胺配位子或二酮配位子的方面而言具有與本發明的鈷錯合物(1)類似的結構的化合物,記載有(1-二甲基胺基-2-甲基-2-丙氧基)[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(K1)及(1-二甲基胺基-2-甲基-2-丙氧基)(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(K2),但該些化合物於具有烷氧基配位子的方面而言與本發明的鈷錯合物不同。
非專利文獻2中,作為於具有二酮配位子的方面而言具有與本發明的鈷錯合物(1)類似的結構的化合物,記載有雙(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(K3),但該些化合物於具有兩個2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮配位子的方面而言與本發明的鈷錯合物不同。
專利文獻1中,作為於具有雙(三甲基矽烷基)醯胺配位子的方面而言具有與本發明的鈷錯合物(1)類似的結構的化合物,記載有雙[雙(三甲基矽烷基)醯胺]鈷(K4),但該些化合物於具有兩個雙(三甲基矽烷基)醯胺配位子的方面而言與本發明的鈷錯合物不同。
專利文獻2中,作為於具有胺基烷基醯胺配位子的方面而言具有與本發明的鈷錯合物(1)類似的結構的化合物,記載有雙{[2-(二甲基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺基}鈷(K5),但該些化合物於具有兩個胺基烷基醯胺配位子的方面而言與本發明的鈷錯合物不同。
記載有化合物(K1)、化合物(K2)、化合物(K3)、化合物(K4)及化合物(K5)的熔點高,分別為90℃、131℃、118℃、64℃及92℃~93℃。於將該些化合物作為CVD法或ALD法的材料使用時,為了充分且恆定地保持氣化速度,需要將材料保持為熔點以上的高溫。然而,該些化合物有可能因長時間加熱而分解。另外,作為CVD法或ALD法的材料,若直接以固體狀態使用固體材料,則擔心會產生揮發量不足、氣化速度的經時變化等與原料氣體供給性相關的問題,或者由線內的固體析出引起的堵塞等原料的輸送上的問題,此外,亦存在引發對製作的膜表面的微粒污染的問題。另外,於使用將固體前驅物(precursor)溶解於有機溶劑而得的溶液的溶液CVD法等製程中,亦擔心會發生基於氣化裝置中的溫度變化、或由溶劑的部分揮發引起的濃度變化的固體析出,難以完全避免同樣問題的產生。
作為下一代半導體元件的閘極電極、源極及汲極部的擴散層上的接點,正在研究於成膜鈷膜後進行矽化而得到的CoSi2
。另一方面,於使用鈷作為銅配線籽晶層/內襯層的情況下,預計於基底中採用氮化鈦或氮化鉭等作為阻擋(barrier)層。進而,近年來,正在研究將鈷用作銅配線上的覆蓋層。於製造含鈷薄膜時,若矽或阻擋層、銅配線氧化,則會產生由電阻值的上升引起的與電晶體的導通不良等問題。
根據以上所述,期望一種於室溫下為液體,且在不使用氧或臭氧等氧化性氣體作為反應氣體的條件下能夠製造含鈷薄膜的材料。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]國際公開2014/052316號
[專利文獻2]日本專利特開2017-81857號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]美國化學學會歐米伽(ACS Omega),第2卷,第5486頁(2017年)
[非專利文獻2]熱化學學報(Thermochimica Acta),第404卷,第187頁(2003年)
[發明所欲解決之課題]
本發明的課題在於提供一種在不使用氧化性氣體的條件下能夠製造含鈷薄膜且於室溫下為液體的鈷錯合物。
[解決課題之手段]
本發明者等人為解決所述課題進行了努力研究,結果發現,由通式(1)所表示的鈷錯合物作為用以在不使用氧化性氣體的條件下、特別是在使用還原性氣體的條件下製造含鈷薄膜且於室溫下為液體的材料有用,從而完成了本發明。
即,本發明是有關於一種由通式(1)所表示的鈷錯合物,
[化1](1)
(式中,L1
及L2
不同,分別表示由通式(A)所表示的單牙醯胺配位子、由通式(B)所表示的雙牙醯胺配位子或由通式(C)所表示的含雜原子的配位子),
[化2](A)
(式中,R1
及R2
分別獨立地表示碳數1~6的烷基或三(碳數1~6的烷基)矽烷基。波浪線表示與鈷原子的鍵結鍵),
[化3](B)
(式中,R3
表示三(碳數1~6的烷基)矽烷基。R4
及R5
分別獨立地表示碳數1~4的烷基。X表示碳數1~6的伸烷基),
[化4](C)
(式中,R6
及R8
分別獨立地表示碳數1~6的烷基。R7
表示氫原子或碳數1~4的烷基。Y表示氧原子或NR9
。Z表示氧原子或NR10
。R9
及R10
分別獨立地表示碳數1~6的烷基),
更具體而言是有關於一種由通式(1AB)所表示的鈷錯合物、由通式(1AC)所表示的鈷錯合物及由通式(1BC)所表示的鈷錯合物,
[化5](1AB)
(式中,R1
及R2
表示與通式(A)的R1
及R2
相同的含義,R3
、R4
、R5
及X表示與通式(B)的R3
、R4
、R5
及X相同的含義),
[化6](1AC)
(式中,R1
及R2
表示與通式(A)的R1
及R2
相同的含義,R6
、R7
、R8
、Y及Z表示與通式(C)的R6
、R7
、R8
、Y及Z相同的含義),
[化7](1BC)
(式中,R3
、R4
、R5
及X表示與通式(B)的R3
、R4
、R5
及X相同的含義,R6
、R7
、R8
、Y及Z表示與通式(C)的R6
、R7
、R8
、Y及Z相同的含義)。
另外,本發明是有關於一種鈷錯合物的製造方法,其製造由通式(1AB)所表示的鈷錯合物,所述製造方法是使由通式(2)所表示的雙醯胺錯合物與由通式(3)所表示的胺基烷基胺反應,
[化8](2)
(式中,R1
及R2
分別獨立地表示碳數1~6的烷基或三(碳數1~6的烷基)矽烷基。D表示中性配位子。n表示0或1),
[化9](3)
(式中,R3
表示三(碳數1~6的烷基)矽烷基。R4
及R5
分別獨立地表示碳數1~6的烷基。X表示碳數1~6的伸烷基)。
另外,本發明是有關於一種鈷錯合物的製造方法,其製造由通式(1AC)所表示的鈷錯合物,所述製造方法是使雙醯胺錯合物(2)與由通式(4)所表示的含雜原子的化合物反應,
[化10](4)
(式中,R6
及R8
分別獨立地表示碳數1~6的烷基。R7
表示氫原子或碳數1~4的烷基。Y表示氧原子或NR9
。Z表示氧原子或NR10
。R9
及R10
分別獨立地表示碳數1~6的烷基)。
進而,本發明是有關於一種鈷錯合物的製造方法,其製造由通式(1BC)所表示的鈷錯合物,所述製造方法是使鈷錯合物(1AB)與含雜原子的化合物(4)反應。
另外,本發明是有關於一種含鈷薄膜的製造方法,其特徵在於:將由通式(1)所表示的鈷錯合物用於基於化學反應的氣相蒸鍍法中。
以下,對本發明進行更詳細的說明。首先,對通式(1)的L1
及L2
的定義進行說明。通式(1)的L1
及L2
為單牙醯胺配位子(A)、雙牙醯胺配位子(B)或含雜原子的配位子(C)中的任一種,且L1
與L2
不同。
其次,對通式(A)中的R1
及R2
的定義進行說明。作為R1
及R2
所表示的碳數1~6的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,具體而言可例示:甲基、乙基、丙基、異丙基、環丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、環丁基、戊基、1-乙基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、異戊基、新戊基、第三戊基、環戊基、環丁基甲基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、環己基、環戊基甲基、1-環丁基乙基、2-環丁基乙基等。作為R1
及R2
所表示的三(碳數1~6的烷基)矽烷基中的碳數1~6的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,作為具體的三(碳數1~6的烷基)矽烷基,可例示:三甲基矽烷基、乙基二甲基矽烷基、二乙基(甲基)矽烷基、二甲基(丙基)矽烷基、異丙基二甲基矽烷基、三乙基矽烷基、丁基二甲基矽烷基、異丁基二甲基矽烷基、第二丁基二甲基矽烷基、第三丁基二甲基矽烷基、環丁基二甲基矽烷基、二乙基(丙基)矽烷基、二乙基(異丙基)矽烷基、三丙基矽烷基、三異丙基矽烷基、戊基二甲基矽烷基、戊基二乙基矽烷基、三戊基矽烷基、己基二甲基矽烷基、環己基二甲基矽烷基、己基二乙基矽烷基、環己基二乙基矽烷基、三己基矽烷基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,R1
及R2
較佳為碳數1~4的烷基或三(碳數1~6的烷基)矽烷基,更佳為三(碳數1~4的烷基)矽烷基,進而佳為三甲基矽烷基、乙基二甲基矽烷基、二乙基(甲基)矽烷基、三乙基矽烷基或第三丁基二甲基矽烷基,特佳為三甲基矽烷基。
其次,對通式(B)中的R3
的定義進行說明。作為R3
所表示的三(碳數1~6的烷基)矽烷基中的碳數1~6的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,作為具體的三(碳數1~6的烷基)矽烷基,可例示:三甲基矽烷基、乙基二甲基矽烷基、二乙基(甲基)矽烷基、丙基二甲基矽烷基、異丙基二甲基矽烷基、三乙基矽烷基、丁基二甲基矽烷基、異丁基二甲基矽烷基、第二丁基二甲基矽烷基、第三丁基二甲基矽烷基、環丁基二甲基矽烷基、二乙基(丙基)矽烷基、二乙基(異丙基)矽烷基、三丙基矽烷基、三異丙基矽烷基、戊基二甲基矽烷基、戊基二乙基矽烷基、三戊基矽烷基、己基二甲基矽烷基、環己基二甲基矽烷基、己基二乙基矽烷基、環己基二乙基矽烷基、三己基矽烷基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,R3
所表示的三(碳數1~6的烷基)矽烷基較佳為三(碳數1~4的烷基)矽烷基,更佳為三甲基矽烷基、乙基二甲基矽烷基、二乙基(甲基)矽烷基、三乙基矽烷基、第三丁基二甲基矽烷基,特佳為三甲基矽烷基。
其次,對通式(B)中的R4
及R5
的定義進行說明。作為R4
及R5
所表示的碳數1~4的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,具體而言可例示:甲基、乙基、丙基、異丙基、環丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、環丁基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,R4
及R5
較佳為甲基或乙基,更佳為甲基。
其次,對通式(B)中的X的定義進行說明。作為X所表示的碳數1~6的伸烷基,可為直鏈狀或分支狀的任一種,可例示:亞甲基、二甲基亞甲基、1,2-伸乙基、1-甲基-1,2-伸乙基、1,1-二甲基-1,2-伸乙基、1,2-二甲基-1,2-伸乙基、三亞甲基、四亞甲基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,X較佳為碳數1~4的伸烷基,更佳為1,2-伸乙基或1,1-二甲基-1,2-伸乙基,特佳為1,1-二甲基-1,2-伸乙基。
其次,對通式(C)中的R6
、R7
及R8
的定義進行說明。
作為R6
及R8
所表示的碳數1~6的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,具體而言可例示:甲基、乙基、丙基、異丙基、環丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、環丁基、戊基、1-乙基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、異戊基、新戊基、第三戊基、環戊基、環丁基甲基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、環己基、環戊基甲基、1-環丁基乙基、2-環丁基乙基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,R6
及R8
較佳為碳數1~4的烷基,於鈷錯合物(1)中的鈷錯合物(1AC)的情況下更佳為甲基,於鈷錯合物(1)中的鈷錯合物(1BC)的情況下進而佳為第三丁基。
作為R7
所表示的碳數1~4的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,具體而言可例示:甲基、乙基、丙基、異丙基、環丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、環丁基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,R7
較佳為氫原子。
作為R9
及R10
所表示的碳數1~6的烷基,可為直鏈狀、分支狀或環狀的任一種,具體而言可例示:甲基、乙基、丙基、異丙基、環丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、環丁基、戊基、1-乙基丙基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、異戊基、新戊基、第三戊基、環戊基、環丁基甲基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、4-甲基戊基、1,1-二甲基丁基、1,2-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、3,3-二甲基丁基、環己基、環戊基甲基、1-環丁基乙基、2-環丁基乙基等。就本發明的鈷錯合物(1)具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,R9
及R10
較佳為碳數1~4的烷基,更佳為丙基、異丙基或第三丁基。
本發明的鈷錯合物(1)中,較佳為具有由通式(A)所表示的單牙醯胺配位子與由通式(B)所表示的雙牙醯胺配位子的由通式(1AB)所表示的鈷錯合物、具有由通式(A)所表示的單牙醯胺配位子與由通式(C)所表示的含雜原子的配位子的由通式(1AC)所表示的鈷錯合物、或者具有由通式(B)所表示的雙牙醯胺配位子與由通式(C)所表示的含雜原子的配位子的由通式(1AC)所表示的鈷錯合物。
再者,本發明的鈷錯合物(1AC)與鈷錯合物(1BC)中的由通式(C)所表示的含雜原子的配位子分別如下所示,採用(1AC-R1)與(1AC-R2)、及(1BC-R1)與(1BC-R2)的共振結構,但本說明書中為了簡化,分別以(1AC)及(1BC)來表示。
作為本發明的鈷錯合物(1)中的鈷錯合物(1AB)的具體例,可列舉:
[化12]
[化13]
[化14]
[化15]
[化16]
[化17]
等。就具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,較佳為(1AB-7)、(1AB-8)、(1AB-9)、(1AB-10)、(1AB-13)、(1AB-14)、(1AB-15)、(1AB-16)、(1AB-50),更佳為(1AB-8)、(1AB-13)、(1AB-14)、(1AB-16)、(1AB-50),進而佳為(1AB-14)。
作為本發明的鈷錯合物(1)中的鈷錯合物(1AC)的具體例,可列舉:
[化18]
[化19]
[化20]
等。就具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,較佳為(1AC-25)~(1AC-29)、(1AC-32)~(1AC-36),更佳為(1AC-32)~(1AC-36),較佳為(1AC-34)。
作為本發明的鈷錯合物(1)中的鈷錯合物(1BC)的具體例,可列舉:
[化21]
[化22]
[化23]
[化24]
[化25]
[化26]
[化27]
[化28]
[化29]
[化30]
等。就具有適合作為CVD材料或ALD材料的蒸氣壓及熱穩定性的方面而言,較佳為(1BC-1)~(1BC-4)、(1BC-19)~(1BC-22)、(1BC-55)~(1BC-58)、(1BC-80)~(1BC-84)、(1BC-92)~(1BC-96),更佳為(1BC-55)~(1BC-58),特佳為(1BC-56)。
其次,對本發明的鈷錯合物(1)的製造方法進行說明。
鈷錯合物(1)中的鈷錯合物(1AB)、鈷錯合物(1AC)及鈷錯合物(1BC)可分別藉由製造方法1、製造方法2及製造方法3來製造。
本發明的製造方法1是使雙醯胺錯合物(2)與胺基烷基胺(3)反應來製造鈷錯合物(1AB)的方法。
首先,對由通式(2)所表示的D的定義進行說明。D表示中性配位子,可例示:四氫呋喃(tetrahydrofuran,THF);甲胺、乙胺、丙胺、異丙胺、丁胺、異丁胺、第二丁胺、第三丁胺等一級脂肪族胺;二甲胺、二乙胺等二級脂肪族胺;三甲胺、乙基二甲胺、二乙基甲胺、三乙胺等三級脂肪族胺;吡啶、4-二甲基胺基吡啶等經取代/未經取代的吡啶。就產率良好的方面而言,較佳為THF或三級脂肪族胺,更佳為THF或三乙胺,特佳為THF。
通式(2)的n表示0或1。
作為本發明的製造方法1中可使用的雙醯胺錯合物(2)的例子,可列舉:
[化32]
[化33]
[化34]
[化35]
等。就產率良好的方面而言,較佳為(2-2)、(2-3)、(2-7)或(2-8),更佳為(2-2)、(2-3)或(2-8)。
本發明的製造方法1中可使用的雙醯胺錯合物(2)可依據「無機化學(Inorganic Chemistry)」(第53卷,第1962頁(2014年))等中記載的方法來獲取。
作為本發明的製造方法1中可使用的胺基烷基胺(3)的例子,可列舉:[2-(二甲基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺、[2-(二乙基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺、(三甲基矽烷基)[2-(二丙基胺基)乙基]胺、[2-(二丁基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺、(乙基二甲基矽烷基)[2-(二甲基胺基)乙基]胺、[2-(二乙基胺基)乙基](乙基二甲基矽烷基)胺、(乙基二甲基矽烷基)[2-(二丙基胺基)乙基]胺、[2-(二丁基胺基)乙基](乙基二甲基矽烷基)胺、(二乙基甲基矽烷基)[2-(二甲基胺基)乙基]胺、[2-(二乙基胺基)乙基](二乙基甲基矽烷基)胺、[2-(二丙基胺基)乙基](二乙基甲基矽烷基)胺、[2-(二丁基胺基)乙基](二乙基甲基矽烷基)胺、(三乙基矽烷基)[2-(二甲基胺基)乙基]胺、[2-(二乙基胺基)乙基](三乙基矽烷基)胺、[2-(二丙基胺基)乙基](三乙基矽烷基)胺、[2-(二丁基胺基)乙基](三乙基矽烷基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)[2-(二甲基胺基)乙基]胺、[2-(二乙基胺基)乙基](第三丁基二甲基矽烷基)胺、[2-(二丙基胺基)乙基](第三丁基二甲基矽烷基)胺、[2-(二丁基胺基)乙基](第三丁基二甲基矽烷基)胺、(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(三甲基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(2-二丁基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(乙基二甲基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(乙基二甲基矽烷基)(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(乙基二甲基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(乙基二甲基矽烷基)(2-二丁基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(二乙基甲基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(二乙基甲基矽烷基)(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(二乙基甲基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(二乙基甲基矽烷基)(2-二丁基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(三乙基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(三乙基矽烷基)(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(三乙基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(三乙基矽烷基)(2-二丁基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二丁基胺基-1,1-二甲基乙基)胺、(2-二甲基胺基-1,1-二乙基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(2-二乙基胺基-1,1-二乙基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(2-二丙基胺基-1,1-二乙基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(2-二丁基胺基-1,1-二乙基乙基)(三甲基矽烷基)胺、(乙基二甲基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(2-二乙基胺基-1,1-二乙基乙基)(乙基二甲基矽烷基)胺、(乙基二甲基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(2-二丁基胺基-1,1-二乙基乙基)(乙基二甲基矽烷基)胺、(二乙基甲基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(2-二乙基胺基-1,1-二乙基乙基)(二乙基甲基矽烷基)胺、(2-二丙基胺基-1,1-二乙基乙基)(二乙基甲基矽烷基)胺、(2-二丁基胺基-1,1-二乙基乙基)(二乙基甲基矽烷基)胺、(三乙基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(2-二乙基胺基-1,1-二乙基乙基)(三乙基矽烷基)胺、(2-二丙基胺基-1,1-二乙基乙基)(三乙基矽烷基)胺、(2-二丁基胺基-1,1-二乙基乙基)(三乙基矽烷基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二甲基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二乙基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二丙基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、(第三丁基二甲基矽烷基)(2-二丁基胺基-1,1-二乙基乙基)胺、[3-(二甲基胺基)丙基](三甲基矽烷基)胺、[3-(二乙基胺基)丙基](三甲基矽烷基)胺等。就產率良好的方面而言,較佳為[2-(二甲基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺、(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺或(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺,更佳為(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺。
作為本發明的製造方法1中可使用的胺基烷基胺(3)的獲取方法,可依據日本專利特開2016-222568號公報等中記載的方法來獲取。
對於實施本發明的製造方法1時的雙醯胺錯合物(2)及胺基烷基胺(3)的莫耳比並無特別限制,就本發明的鈷錯合物(1AB)的產率良好的方面而言,較佳為相對於雙醯胺錯合物(2)1莫耳當量,胺基烷基胺(3)為0.9莫耳當量~1.5莫耳當量,更佳為胺基烷基胺(3)為1.0莫耳當量~1.2莫耳當量。
就鈷錯合物(1AB)的產率良好的方面而言,本發明的製造方法1較佳為於惰性氣體環境中實施。作為該惰性氣體,具體而言可例示:氦、氖、氬、氪、氙、氮氣等。就廉價的方面而言,較佳為氮氣或氬。
就鈷錯合物(1AB)的產率良好的方面而言,本發明的製造方法1較佳為於有機溶媒中實施。對於可使用的有機溶媒的種類,只要不阻礙反應則並無特別限制。作為可使用的溶媒的例子,可列舉:戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環己烷、甲基環己烷、乙基環己烷、石油醚等脂肪族烴;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、丙基苯、異丙基苯、丁基苯、2-甲基丙基苯、1-甲基丙基苯、第三丁基苯、1,3,5-三甲基苯(mesitylene)等芳香族烴;二乙醚、二異丙醚、二丁醚、環戊基甲醚(cyclopentyl methyl ether,CPME)、環戊基乙醚(cyclopentyl ethyl ether,CPEE)、第三丁基甲醚(tert-butyl methyl ether,MTBE)、THF、二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷等醚。該些有機溶媒中可單獨使用一種,亦可以任意的比率混合使用多種。就鈷錯合物(1AB)的產率良好的方面而言,作為有機溶媒較佳為己烷、庚烷、甲苯或醚,更佳為己烷。
本發明的製造方法1中,對於反應溫度及反應時間並無特別限制,可使用本領域技術人員製造有機金屬錯合物時的通常的條件。作為具體例,藉由於自-80℃至120℃的溫度範圍內適宜選擇的反應溫度下,選擇自10分鐘至120小時的範圍內適宜選擇的反應時間,可產率良好地製造鈷錯合物(1AB)。
藉由本發明的製造方法1而製造的鈷錯合物(1AB)可藉由適宜選擇使用本領域技術人員對有機金屬錯合物進行純化時的通常的純化方法來進行純化。作為具體的純化方法,可列舉:過濾、萃取、離心分離、傾析、蒸餾、昇華、結晶化等。
本發明的製造方法2是使雙醯胺錯合物(2)與含雜原子的化合物(4)反應來製造鈷錯合物(1AC)的方法。
本發明的製造方法2中可使用的雙醯胺錯合物(2)可使用製造方法1的說明中所記載的雙醯胺錯合物(2)。
含雜原子的化合物(4)不僅為具有由通式(4)所表示的結構者,亦包含由通式(4a)或通式(4b)所表示的互變異構體,亦可為(4)、(4a)及(4b)中的任意多個的混合物。
再者,本說明書中為了簡化,將(4)、(4a)及(4b)全部包括在內而以通式(4)表示。
作為本發明的製造方法2中可使用的含雜原子的化合物(4)的例子,可列舉:戊烷-2,4-二酮、己烷-2,4-二酮、庚烷-2,4-二酮、庚烷-3,5-二酮、辛烷-2,4-二酮、辛烷-3,5-二酮、壬烷-2,4-二酮、壬烷-3,5-二酮、壬烷-4,6-二酮、癸烷-2,4-二酮、癸烷-3,5-二酮、癸烷-4,6-二酮、5-甲基己烷-2,4-二酮、5-甲基庚烷-2,4-二酮、2-甲基庚烷-3,5-二酮、2,6-二甲基庚烷-3,5-二酮、2,2,6-三甲基庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基庚烷-3,5-二酮(二-三甲基乙醯基甲烷(dipivaloyl methane))、3-甲基戊烷-2,4-二酮、3-乙基戊烷-2,4-二酮、3-丙基戊烷-2,4-二酮、3-異丙基戊烷-2,4-二酮、3-丁基戊烷-2,4-二酮、3-異丁基戊烷-2,4-二酮、3-第二丁基戊烷-2,4-二酮、3-第三丁基戊烷-2,4-二酮、4-(甲基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(乙基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(丙基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(異丙基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(丁基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(異丁基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(第二丁基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(第三丁基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(甲基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(乙基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(丙基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(異丙基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(丁基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(異丁基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(第二丁基胺基)-3-己烯-2-酮、4-(第三丁基胺基)-3-己烯-2-酮、5-(甲基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(乙基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(丙基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(異丙基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(丁基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(異丁基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(第二丁基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(第三丁基胺基)-4-己烯-3-酮、5-(甲基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(乙基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(異丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(異丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(第二丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、5-(第三丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(甲基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(乙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(異丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(異丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(第二丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,6-二甲基-5-(第三丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(甲基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(乙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(異丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(異丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(第二丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2,6,6-四甲基-5-(第三丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(甲基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(乙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(異丙基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(異丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(第二丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、2,2-二甲基-5-(第三丁基胺基)-4-庚烯-3-酮、N-甲基-4-(甲基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(乙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(異丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(異丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-甲基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(乙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(異丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(異丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-22-胺、N-丙基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(異丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(異丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(異丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(異丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丁基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丁基-4-(異丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丁基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丁基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丁基-4-(異丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丁基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丁基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-第二丁基-4-(第二丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-第二丁基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-第三丁基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺等。就產率良好的方面而言,較佳為2,2,6,6-四甲基庚烷-3,5-二酮、4-(甲基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(乙基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(丙基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(異丙基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(丁基胺基)-3-戊烯-2-酮、4-(第三丁基胺基)-3-戊烯-2-酮、N-甲基-4-(甲基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(乙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(異丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丁基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-第三丁基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺,更佳為N-甲基-4-(甲基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-乙基-4-(乙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丙基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-異丙基-4-(異丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-丁基-4-(丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺、N-第三丁基-4-(第三丁基亞胺基)-2-戊烯-2-胺,特佳為N-丙基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺。
作為本發明的製造方法2中可使用的含雜原子的化合物(4)的獲取方法,可購入市售品來獲取,或依據「有機化學雜誌(The Journal of Organic Chemistry)」(第27卷,第1036頁(1962年))、「四面體通訊(Tetrahedron Letters)」(第48卷,第8281頁(2007年))、「有機化學雜誌(The Journal of Organic Chemistry)」(第73卷,第8673頁(2008年))、「道爾頓匯刊(Dalton Transactions)」(第42卷,第11295頁(2013年))等中記載的方法來獲取。
對於實施本發明的製造方法2時的雙醯胺錯合物(2)及含雜原子的化合物(4)的莫耳比並無特別限制,就本發明的鈷錯合物(1AC)的產率良好的方面而言,較佳為相對於雙醯胺錯合物(2)1莫耳當量,含雜原子的化合物(4)為0.9莫耳當量~1.5莫耳當量,更佳為含雜原子的化合物(4)為1.0莫耳當量~1.2莫耳當量。
就鈷錯合物(1AC)的產率良好的方面而言,本發明的製造方法2較佳為於惰性氣體環境中實施。作為該惰性氣體,具體而言可例示:氦、氖、氬、氪、氙、氮氣等。就廉價的方面而言,較佳為氮氣或氬。
就鈷錯合物(1AC)的產率良好的方面而言,本發明的製造方法2較佳為於有機溶媒中實施。對於可使用的有機溶媒的種類,只要不阻礙反應則並無特別限制。作為可使用的溶媒的例子,可列舉:戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環己烷、甲基環己烷、乙基環己烷、石油醚等脂肪族烴;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、丙基苯、異丙基苯、丁基苯、2-甲基丙基苯、1-甲基丙基苯、第三丁基苯、1,3,5-三甲基苯(mesitylene)等芳香族烴;二乙醚、二異丙醚、二丁醚、CPME、CPEE、MTBE、THF、二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷等醚。該些有機溶媒中可單獨使用一種,亦可以任意的比率混合使用多種。就鈷錯合物(1AC)的產率良好的方面而言,作為有機溶媒較佳為己烷、庚烷、甲苯或醚,更佳為CPME、MTBE、二乙醚或THF。
本發明的製造方法2中,對於反應溫度及反應時間並無特別限制,可使用本領域技術人員製造有機金屬錯合物時的通常的條件。作為具體例,藉由於自-80℃至120℃的溫度範圍內適宜選擇的反應溫度下,選擇自10分鐘至120小時的範圍內適宜選擇的反應時間,可產率良好地製造鈷錯合物(1AC)。
藉由本發明的製造方法2而製造的鈷錯合物(1AC)可藉由適宜選擇使用本領域技術人員對有機金屬錯合物進行純化時的通常的純化方法來進行純化。作為具體的純化方法,可列舉:過濾、萃取、離心分離、傾析、蒸餾、昇華、結晶化等。
本發明的製造方法3是使鈷錯合物(1AB)與含雜原子的化合物(4)反應來製造鈷錯合物(1BC)的方法。
本發明的製造方法3中可使用的鈷錯合物(1AB)可藉由利用本發明的製造方法1進行製造而獲取。
本發明的製造方法3中,可不對鈷錯合物(1AB)進行純化而作為原料使用,亦可使用藉由金屬錯合物的通常的純化方法進行了純化的鈷錯合物(1AB)作為原料。作為具體的純化方法,可列舉:過濾、萃取、離心分離、傾析、昇華、結晶化等。
本發明的製造方法3中可使用的含雜原子的化合物(4)可使用製造方法2的說明中所記載的含雜原子的化合物(4)。就產率良好的方面而言,較佳為乙醯丙酮、庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基庚烷-3,5-二酮,更佳為2,2,6,6-四甲基庚烷-3,5-二酮。
對於實施本發明的製造方法3時的鈷錯合物(1AB)及含雜原子的化合物(4)的莫耳比並無特別限制,就鈷錯合物(1BC)的產率良好的方面而言,較佳為相對於鈷錯合物(1AB)1莫耳當量,含雜原子的化合物(4)為0.8莫耳當量~1.5莫耳當量,更佳為含雜原子的化合物(4)為0.9莫耳當量~1.1莫耳當量。
就鈷錯合物(1BC)的產率良好的方面而言,本發明的製造方法3較佳為於惰性氣體環境中實施。作為該惰性氣體,具體而言可例示:氦、氖、氬、氪、氙、氮氣等。就廉價的方面而言,較佳為氮氣或氬。
就鈷錯合物(1BC)的產率良好的方面而言,本發明的製造方法3較佳為於有機溶媒中實施。對於可使用的有機溶媒的種類,只要不阻礙反應則並無特別限制。作為可使用的溶媒的例子,可列舉:戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環己烷、甲基環己烷、乙基環己烷、石油醚等脂肪族烴;苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、丙基苯、異丙基苯、丁基苯、2-甲基丙基苯、1-甲基丙基苯、第三丁基苯、1,3,5-三甲基苯(mesitylene)等芳香族烴;二乙醚、二異丙醚、二丁醚、CPME、CPEE、MTBE、THF、二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷等醚。該些有機溶媒中可單獨使用一種,亦可以任意的比率混合使用多種。就本發明的鈷錯合物(1BC)的產率良好的方面而言,作為有機溶媒較佳為己烷、庚烷、甲苯或醚,更佳為CPME、MTBE、二乙醚或THF。
本發明的製造方法3中,對於反應溫度及反應時間並無特別限制,可使用本領域技術人員製造有機金屬錯合物時的通常的條件。作為具體例,藉由於自-80℃至120℃的溫度範圍內適宜選擇的反應溫度下,選擇自10分鐘至120小時的範圍內適宜選擇的反應時間,可產率良好地製造鈷錯合物(1BC)。
藉由本發明的製造方法3而製造的鈷錯合物(1BC)可藉由適宜選擇使用本領域技術人員對有機金屬錯合物進行純化時的通常的純化方法來進行純化。作為具體的純化方法,可列舉:過濾、萃取、離心分離、傾析、蒸餾、昇華、結晶化等。
其次,對含鈷薄膜的製造方法進行詳細說明,其特徵在於,將本發明的鈷錯合物(1)用於基於化學反應的氣相蒸鍍法中。於本說明書中,所謂基於化學反應的氣相蒸鍍法,是指藉由於基板上將經氣化的鈷錯合物(1)分解來製造含鈷薄膜的方法。具體而言,可例示:熱CVD法、電漿CVD法、光CVD法等CVD法,或ALD法等。CVD法於成膜速度良好的方面而言特佳,另外ALD法於階差被覆性良好的方面而言特佳。例如於藉由CVD法或ALD法來製造含鈷薄膜的情況下,使鈷錯合物(1)氣化而供給至反應室內,於反應室內所具備的基板上將鈷錯合物(1)分解,藉此可於該基板上製造含鈷薄膜。作為將鈷錯合物(1)分解的方法,可列舉本領域技術人員製造含金屬薄膜時所用的通常的技術手段。具體而言,可例示:使鈷錯合物(1)與反應氣體反應的方法或使熱、電漿、光等作用於鈷錯合物(1)的方法等。
於使用反應氣體的情況下,作為可使用的反應氣體,可例示還原性氣體或氧化性氣體。作為該反應氣體,就可在成膜於包含金屬或金屬氮化物等容易氧化的材料的基板上的情況下防止基板的劣化的方面而言,較佳為還原性氣體。作為還原性氣體的具體例,可例示:氨、氫、單矽烷、肼、甲酸或硼烷-二甲胺錯合物、硼烷-三甲胺錯合物等硼烷-胺錯合物;1-丁烯、2-丁烯、2-甲基丙烯、1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、2-己烯、3-己烯、2-甲基-1-戊烯、2-甲基-2-戊烯、4-甲基-2-戊烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、3-甲基-2-戊烯、2-乙基-1-丁烯、2,3-二甲基-1-丁烯、2,3-二甲基-2-丁烯、3,3-二甲基-1-丁烯、丁-1,3-二烯、戊-1,3-二烯、戊-1,4-二烯、2-甲基丁-1,3-二烯、己-1,3-二烯、己-2,4-二烯、2-甲基戊-1,3-二烯、3-甲基戊-1,3-二烯、4-甲基戊-1,3-二烯、2-乙基丁-1,3-二烯、3-甲基戊-1,4-二烯、2,3-二甲基丁-1,3-二烯等鏈狀不飽和烴;環己-1,3-二烯、環己-1,4-二烯、1-甲基環己-1,3-二烯、2-甲基環己-1,3-二烯、5-甲基環己-1,3-二烯、3-甲基環己-1,4-二烯、α-水芹烯、β-水芹烯、α-萜品烯、β-萜品烯、γ-萜品烯、檸檬烯等環狀不飽和烴等。就基於成膜裝置的規格的制約少而操作容易的方面而言,作為還原性氣體較佳為氨、氫、甲酸、環己-1,3-二烯、環己-1,4-二烯、α-萜品烯、β-萜品烯、γ-萜品烯、檸檬烯。於使用氧化性氣體的情況下,作為其具體例,可列舉:氧、臭氧、水蒸氣、過氧化氫、一氧化二氮氣體、氯化氫、硝酸氣體、乙酸等,較佳為氧、臭氧或水蒸氣。反應氣體的流量可根據材料的反應性與反應室的容量而適宜調節。例如於反應室的容量為1 L~10 L的情況下,反應氣體的流量並無特別限制,就經濟性的理由而言,較佳為1 sccm~10000 sccm。再者,於本說明書中,sccm為表示氣體的流量的單位,1 sccm表示若換算為理想氣體,則氣體以2.68 mmol/h的速度移動。
於藉由CVD法或ALD法來製造含鈷薄膜的情況下,可藉由適宜選擇使用該些分解方法來製造含鈷薄膜。亦可將多種分解方法組合使用。作為向反應室供給鈷錯合物(1)的方法,例如可列舉起泡、液體氣化供給系統等本領域技術人員通常使用的方法,並無特別限定。
作為藉由CVD法或ALD法來製造含鈷薄膜時的載體氣體及稀釋氣體,較佳為氦、氖、氬、氪、氙等稀有氣體或氮氣,就經濟性的理由而言,更佳為氮氣或氬。載體氣體及稀釋氣體的流量可根據反應室的容量等而適宜調節。例如於反應室的容量為1 L~10 L的情況下,載體氣體的流量並無特別限制,就經濟性的理由而言,較佳為1 sccm~10000 sccm。
藉由CVD法或ALD法來製造含鈷薄膜時的基板溫度可根據有無熱、電漿、光等的使用、反應氣體的種類等而適宜選擇。例如於不併用光或電漿而使用氨來作為反應氣體的情況下,對基板溫度並無特別限制,就經濟性的理由而言,較佳為50℃~1000℃。就成膜速度良好的方面而言,較佳為100℃~300℃,更佳為150℃~250℃。另外,藉由適宜使用光或電漿、臭氧、過氧化氫等,可於更低的溫度範圍內製造含鈷薄膜。
就膜厚的均勻性或步階式覆蓋(step coverage)(被覆性)、膜質良好的方面而言,藉由CVD法或ALD法來製造含鈷薄膜時的成膜壓力較佳為減壓條件,較佳為1 Torr~100 Torr,更佳為1 Torr~10 Torr。
作為藉由本發明的含鈷薄膜的製造方法而獲得的含鈷薄膜,例如可獲得金屬鈷薄膜、氧化鈷薄膜、氮化鈷薄膜、氮氧化鈷薄膜等。另外,可於製造金屬鈷薄膜後,以任意的溫度對基板進行加熱處理,藉此獲得含鈷複合膜。例如,可於矽基板上製造金屬鈷薄膜後,藉由300℃~900℃的加熱處理來獲得Co2
Si、CoSi、CoSi2
等矽化鈷薄膜。另外,於與其他金屬材料組合使用的情況下,亦可獲得含鈷複合薄膜。例如,可藉由將本發明的鈷錯合物(1)與矽材料組合使用而獲得矽化鈷薄膜。作為該矽材料,可例示:單矽烷、二矽烷、三矽烷、四乙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、雙(第三丁基胺基)矽烷、雙(二乙基胺基)矽烷、三(二甲基胺基)矽烷等。進而,亦可藉由將含有鋁或鍺等典型金屬、鈦、鋯、鉿、鈮、鉭、鎢等過渡金屬、鑭或釹等稀土金屬的金屬材料與本發明的鈷錯合物(1)組合使用而獲得包含該些金屬元素的含鈷複合膜。另外,於藉由CVD法或ALD法來製造含鈷複合薄膜的情況下,可將本發明的鈷錯合物(1)與其他金屬材料分別供給至反應室內,亦可於混合後供給。
藉由將本發明的含鈷薄膜用作構成構件,可製造提高了可靠性或響應性的高性能的半導體器件。作為半導體器件的例子,可列舉:動態隨機存取記憶體(Dynamic random access memory,DRAM)、鐵電式隨機存取記憶體(Ferroelectric random access memory,FeRAM)、參數隨機存取記憶體(Parameter random access memory,PRAM)、磁性隨機存取記憶體(Magnetic random access memory,MRAM)、電阻式隨機存取記憶體(Resistive random access memory,ReRAM)、快閃記憶體等半導體記憶裝置或場效電晶體等。作為該些構成構件,可例示:電晶體的閘極電極、源極及汲極部的擴散層上的接點、或銅配線籽晶層/內襯層/覆蓋層等。
[發明的效果]
本發明的鈷錯合物(I)於室溫下為液體,藉由將其作為材料使用,可在不使用氧化性氣體的條件下製造含鈷薄膜。
[實施例]
以下,列舉實施例來對本發明進行更詳細的說明,但本發明並不限定於該些。參考例1~參考例7及實施例1~實施例7、實施例12、實施例16中記載的化合物的製造均是於氬環境下實施。所使用的THF、二乙醚及己烷為關東化學公司製造的脫水品。2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙胺及2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙胺是依據日本專利特表2018-507255號公報中記載的方法而合成。
參考例1
[化39]
向(第三丁基)(三甲基矽烷基)胺7.62 g(52.4 mmol)的二乙醚(60 mL)溶液中,於0℃下加入丁基鋰的己烷溶液36.0 mL(1.6 mol/L,57.6 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌2小時後,於-78℃下加入至氯化鈷3.40 g(26.2 mmol)的二乙醚(30 mL)懸浮液中。將該混合物於25℃下攪拌18小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。向殘渣中加入己烷60 mL,於室溫下劇烈攪拌。過濾所生成的懸浮液後,自濾液中減壓蒸餾除去溶媒。藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度90℃/背壓39 Pa)而以暗紅色液體的形式獲得2.93 g的雙[(第三丁基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-2)。產率為32%。
1
H-核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)(400 MHz, C6
D6
, δ):54.3 (br, 18H), 33.0 (br, 18H)。
參考例2
[化40]
向氯化鈷13.0 g(100 mmol)的THF(50 mL)溶液中,於-78℃下加入雙(三甲基矽烷基)醯胺鋰的THF溶液154 mL(1.3 mol/L,200 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌17小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。向殘渣中加入己烷90 mL,於室溫下劇烈攪拌。過濾所生成的懸浮液後,自濾液中減壓蒸餾除去溶媒。藉由將殘留的固體昇華(加熱溫度120℃/背壓51 Pa)而以暗綠色固體的形式獲得40.1 g的雙[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-8)。產率為89%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):168.2 (br, 4H), 100.2 (br, 4H), -15.9 (br, 36H)。
參考例3
[化41]
於20 mL的THF中溶解2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙胺4.95 g(42.6 mmol),冷卻至-78℃,加入丁基鋰的己烷溶液16 mL(2.65 mol/L,42.4 mmol)。於室溫下攪拌15小時後冷卻至0℃,歷時30分鐘滴加氯三甲基矽烷4.61 g。於室溫下攪拌4小時後,於常壓下蒸餾除去溶媒。自所得的漿料中提取出可溶於己烷的成分。將提取液濃縮後,藉由減壓蒸餾(餾出溫度80℃-82℃、背壓40 Torr)而以無色液體的形式獲得7.05 g的(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺。產率為87%。
1
H-NMR(400 MHz, CDCl3
, δ):2.32 (s, 6H), 2.11 (s, 2H), 1.09 (s, 6H), 1.05 (br, 1H), 0.06 (s, 9H)。
參考例4
[化42]
於50 mL的THF中溶解2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙胺17.0 g(118 mmol),冷卻至-78℃,加入丁基鋰的己烷溶液45 mL(2.65 M,119 mmol)。於室溫下攪拌15小時後冷卻至0℃,歷時30分鐘滴加氯三甲基矽烷13.0 g。於室溫下攪拌6小時後,於常壓下蒸餾除去溶媒。自所得的漿料中提取出可溶於己烷的成分。將提取液濃縮後,藉由減壓蒸餾(餾出溫度105℃、背壓38 Torr)而以無色液體的形式獲得24.6 g的(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺。產率為96%。
1
H-NMR(400 MHz, CDCl3
, δ):2.57 (q, J=7.1 Hz, 4H), 2.50 (br, 1H), 2.27 (s, 2H), 1.07 (s, 6H), 0.98 (t, J=7.1 Hz, 6H), 0.05 (s, 9H)。
參考例5
[化43]
於30 mL的THF中溶解2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙胺6.80 g(58.5 mmol),冷卻至-78℃,加入丁基鋰的己烷溶液21.4 mL(2.76 M,59.1 mmol)。於室溫下攪拌16小時後冷卻至0℃,歷時30分鐘滴加第三丁基氯二甲基矽烷10.8 g的THF(20 mL)溶液。於室溫下攪拌16小時後,於常壓下蒸餾除去溶媒。自所得的漿料中提取出可溶於己烷的成分。將提取液濃縮後,藉由減壓蒸餾(餾出溫度77℃、背壓6 Torr)而以無色液體的形式獲得11.0 g的(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(第三丁基二甲基矽烷基)胺。產率為81%。
1
H-NMR(400 MHz, CDCl3
, δ):2.31 (s, 6H), 2.10 (s, 2H), 1.07 (s, 6H), 1.01 (br, 1H), 0.86 (s, 9H), 0.03 (s, 6H)。
參考例6
[化44]
於100 mL的THF中溶解2-二甲基胺基乙胺19.7 g(223.8 mmol),冷卻至-78℃,加入丁基鋰的己烷溶液82 mL(2.76 M,226.3 mmol)。於室溫下攪拌1小時後冷卻至-78℃,歷時30分鐘滴加氯三甲基矽烷24.6 g的己烷(50 mL)溶液。於室溫下攪拌16小時後,於常壓下蒸餾除去溶媒。自所得的漿料中提取出可溶於己烷的成分。將提取液濃縮後,藉由減壓蒸餾(餾出溫度72℃、背壓56 Torr)而以無色液體的形式獲得28.8 g的[2-(二甲基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺。產率為80%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):2.75 (dt, J=7.0, 6.1 Hz, 2H), 2.19 (t, J=6.1 Hz, 2H), 2.07 (s, 6H), 0.97 (br, 1H), 0.10 (s, 9H)。
參考例7
[化45]
向參考例3中合成的(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺4.56 g(24.2 mmol)的二乙醚(40 mL)溶液中,於0℃下加入丁基鋰的己烷溶液16.0 mL(1.6 mol/L,25.6 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌1小時後,於-78℃下加入至氯化鈷1.50 g(11.6 mmol)的二乙醚(20 mL)懸浮液中。將該混合物於25℃下攪拌18小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。向殘渣中加入己烷80 mL,於室溫下劇烈攪拌。過濾所生成的懸浮液後,自濾液中減壓蒸餾除去溶媒。藉由將殘留的固體昇華(加熱溫度160℃/背壓39 Pa)而以紫色液體的形式獲得1.75 g的雙[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷。產率為35%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):134.0 (brs, 12H), 102.9 (brs, 4H), 39.4 (brs, 12H), -27.8 (brs, 18H)。
實施例1
[化46]
向參考例1中合成的雙[(第三丁基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-2)1.52 g(4.37 mmol)的己烷(15 mL)溶液中,於0℃下加入參考例3中合成的{1,1-二甲基-2-(二甲基胺基)乙基}(三甲基矽烷基)胺695 mg(3.96 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌2小時後,進行17小時的加熱回流。於減壓下自所得的溶液中蒸餾除去溶媒後,藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度130℃/背壓47 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得700 mg的[(第三丁基)(三甲基矽烷基)胺基][(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-8)。產率為49%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):189.0 (br, 2H), 122.0 (br, 3H), 111.1 (br, 3H), 84.6 (br, 3H), 58.7 (br, 3H), 36.0 (brs, 9H), 0.83 (brs, 9H), -6.21 (brs, 9H)。
實施例2
[化47]
向參考例2中合成的雙[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-8)1.98 g(4.38 mmol)的THF(20 mL)溶液中,於-78℃下加入參考例6中合成的[2-(二甲基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺711 mg(4.43 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌17小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度100℃/背壓50 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得900 mg的{[2-(二甲基胺基)乙基](三甲基矽烷基)胺基}[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-13)。產率為54%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):124.6 (brs, 6H), 107.5 (brs, 2H), 68.4 (br, 2H), 12.7 (brs, 9H), -9.32 (brs, 18H)。
實施例3
[化48]
向參考例2中合成的雙[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-8)24.5 g(54.3 mmol)的己烷(50 mL)溶液中,於25℃下加入參考例3中合成的(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺10.2 g(54.3 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌1小時後,加熱回流18小時。於減壓下自所得的溶液中蒸餾除去溶媒後,藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度120℃/蒸餾溫度103℃/背壓56 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得19.7 g的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)。產率為89%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):149.5 (brs, 6H), 118.7 (brs, 2H), 62.0 (brs, 6H), 32.7 (brs, 9H), -12.7 (brs, 18H)。
實施例4
[化49]
向參考例2中合成的雙[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-8)1.22 g(2.70 mmol)的己烷(10 mL)溶液中,於0℃下加入參考例4中合成的(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺587 mg(2.71 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌1小時後,加熱回流18小時。於減壓下自所得的溶液中蒸餾除去溶媒後,藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度135℃/背壓50 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得440 mg的[(2-二乙基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-16)。產率為38%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):117.8 (br, 2H), 59.7 (brs, 6H), 27.6 (br, 4H), 20.5 (brs, 9H), 17.3 (brs, 6H), -12.8 (brs, 18H)。
實施例5
[化50]
向參考例2中合成的雙[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-8)3.39 g(7.50 mmol)的己烷(10 mL)溶液中,於0℃下加入參考例5中合成的(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(第三丁基二甲基矽烷基)胺1.72 g(7.46 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌1小時後,加熱回流30小時。於減壓下自所得的溶液中蒸餾除去溶媒後,藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度135℃/背壓43 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得220 mg的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(第三丁基二甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-50)。產率為7%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):160.4 (br, 6H), 116.0 (br, 2H), 62.5 (brs, 6H), 44.6 (brs, 6H), -6.60 (brs, 9H), -14.5 (brs, 18H)。
實施例6
[化51]
向實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)15.5 g(38.1 mmol)的THF(80 mL)溶液中,於0℃下加入二-三甲基乙醯基甲烷6.93 g(37.6 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌16小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度130℃/背壓38 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得7.3 g的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)。產率為45%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):65.6 (br, 6H), 53.8 (br, 1H), 46.1 (br, 1H), 40.3 (br, 6H), 14.2 (brs, 18H), 3.99 (br, 9H), -30.3 (br, 1H)。
實施例7
[化52]
向參考例2中合成的雙[雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-8)3.38 g(7.48 mmol)的己烷(10 mL)溶液中,於0℃下加入依照「有機化學雜誌(The Journal of Organic Chemistry)」(第73卷,第8673頁(2008年))中記載的方法而合成的N-丙基-4-(丙基亞胺基)-2-戊烯-2-胺724 mg(3.97 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌19小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度125℃/背壓56 Pa)而以暗紅色液體的形式獲得280 mg的[N-丙基-4-(丙基亞胺基)戊-2-烯-2-亞胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AC-34)。產率為17%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):7.40 (brs, 6H), 3.05 (br, 4H), -2.33 (br, 4H), -5.90 (brs, 18H), -29.7 (brs, 6H), -88.0 (br, 1H)。
評價例1
[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)的熱分析
作為樣品,將實施例3中合成的(1AB-14)於熱重量測定(TG)的情況下使用18.9 mg,於示差掃描熱量測定(DSC)的情況下使用7.5 mg。
將於氬以400 mL/min流通的環境下、於升溫速度10℃/min的條件下測定出的TG的結果以及於密閉容器中以升溫速度10℃/min測定出的DSC的結果示於圖2中。由TG可知,熱分解產生的殘渣為10%,由DSC可知,熱分解開始溫度為182℃。另外,由於DSC中未觀測到熔點,因此可知(1AB-14)於室溫下為液體。
評價例2
[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)的熱分析
作為樣品,將實施例6中合成的(1BC-56)於TG的情況下使用18.8 mg,於DSC的情況下使用6.8 mg。
將於氬以400 mL/min流通的環境下、於升溫速度10℃/min的條件下測定出的TG的結果以及於密閉容器中以升溫速度10℃/min測定出的DSC的結果示於圖3中。由TG可知,熱分解產生的殘渣為1%,由DSC可知,熱分解開始溫度為214℃。另外,由於DSC中未觀測到熔點,因此可知(1BC-56)於室溫下為液體。
比較例1
雙[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷的熱分析
作為樣品,將參考例7中合成的雙[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷於TG的情況下使用19.0 mg,於DSC的情況下使用7.0 mg。
將於氬以400 mL/min流通的環境下、於升溫速度10℃/min的條件下測定出的TG的結果以及於密閉容器中以升溫速度10℃/min測定出的DSC的結果示於圖4中。由TG可知,熱分解產生的殘渣為10%,由DSC可知,熱分解開始溫度為221℃,熔點為135℃。
根據評價例1、評價例2與比較例1的結果可知,相較於雙[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷,本發明的鈷錯合物(1)的熔點極低。
比較例2
雙[(第三丁基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-2)的熱分析
作為樣品,將參考例1中合成的(2-2)於TG的情況下使用19.2 mg,於DSC的情況下使用3.6 mg。
將於氬以400 mL/min流通的環境下、於升溫速度10℃/min的條件下測定出的TG的結果以及於密閉容器中以升溫速度10℃/min測定出的DSC的結果示於圖5中。由TG可知,熱分解產生的殘渣為20%,由DSC可知,熱分解開始溫度為150℃。另外,由於DSC中未觀測到熔點,因此可知(2-2)於室溫下為液體。
根據評價例1、評價例2與比較例2的結果可知,雖然(2-2)於室溫下為液體,但若與(1AB-14)及(1BC-56)相比較,則TG中觀測到的殘渣多,DSC中觀測到的熱分解開始溫度低。可知,相較於(2-2),本發明的鈷錯合物(1)是供給穩定性及熱穩定性更優異的材料。
實施例8
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:45 sccm、氨流量:40 sccm、稀釋氣體流量:115 sccm、基板材料:SiO2
、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:4.4 Pa、材料容器內總壓力:3.7 kPa、材料供給速度:0.05 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的結果為24 nm。藉由四探針法來測定所製作的含鈷薄膜的電氣特性,結果為159 μΩ·cm。
實施例9
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、稀釋氣體流量:70 sccm、基板材料:SiO2
、成膜時間:120分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的結果為54 nm。藉由四探針法來測定所製作的含鈷薄膜的電氣特性,結果為185 μΩ·cm。
實施例10
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、氫流量:3 sccm、稀釋氣體流量:67 sccm、基板材料:SiO2
、成膜時間:120分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的結果為98 nm。藉由四探針法來測定所製作的含鈷薄膜的電氣特性,結果為105 μΩ·cm。
實施例11
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、稀釋氣體流量:70 sccm、基板材料:Ru、成膜時間:15分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的結果為9 nm。利用AFM來評價所得的膜的表面平滑性,結果膜的Ra為1.0 nm,Rms為1.4 nm(圖6)。
比較例3
使用雙(N,N'-二異丙基乙脒基)鈷(Co(i
PrNC(Me)Ni
Pr)2
)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:40 sccm、氨流量:96 sccm、基板材料:SiO2
、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:91℃、材料的蒸氣壓:40 Pa、材料容器內總壓力:16 kPa、材料供給速度:0.1 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體,不使用稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的結果為6 nm。藉由四探針法來測定所製作的含鈷薄膜的電氣特性,結果為106
μΩ·cm以上。
根據實施例8~實施例11及比較例3的結果可知,本發明的鈷錯合物(1)是即使不使用氧化性氣體,亦能夠在不併用光或電漿的情況下,於200℃以下的低溫下製造表面平滑性優異、電阻率低的含鈷膜的材料。
實施例12
[化53]
向實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)2.47 g(6.07 mmol)的THF(10 mL)溶液中,於0℃下加入乙醯丙酮0.61 g(6.07 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌17小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度110℃/背壓54 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得0.40 g的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,4-戊二酮)鈷(1BC-2)。產率為19%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):66.2 (br, 6H), 54.9 (br, 2H), 42.7 (br, 6H), 4.55 (br, 9H), 2.26 (br, 6H), -0.01 (br, 1H)。
實施例13
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、甲酸流量:0.2 sccm、稀釋氣體流量:166 sccm、基板材料:Ru、成膜時間:120分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為49 nm。藉由X射線光電子分光法(化學分析用電子光譜法(electron spectroscopy for chemical analysis,ESCA))來對所製作的膜的元素組成進行定量。
C:6 atm%, N:0 atm%, O:1 atm%, Si:0 atm%, Co:93 atm%。
實施例14
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、甲酸流量:0.2 sccm、稀釋氣體流量:166 sccm、基板材料:Cu、成膜時間:120分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為49 nm。
實施例15
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、甲酸流量:0.2 sccm、稀釋氣體流量:166 sccm、基板材料:Ta、成膜時間:120分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為44 nm。
實施例16
[化54]
向實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)1.36 g(3.34 mmol)的THF(20 mL)溶液中,於0℃下加入庚烷-3,5-二酮0.43 g(3.34 mmol)。將該混合物於25℃下攪拌16小時後,於減壓下蒸餾除去溶媒。藉由蒸餾殘留的液體(加熱溫度130℃/背壓56 Pa)而以暗綠色液體的形式獲得0.10 g的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](3,5-庚二酮)鈷(1BC-20)。產率為8%。
1
H-NMR(400 MHz, C6
D6
, δ):66.1 (br, 6H), 54.5 (br, 2H), 41.8-47.5 (br, 7H), 11.5 (brs, 6H), 9.71 (br, 4H), 4.46 (br, 9H)。
實施例17
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,於SiO2
基板上藉由ALD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖7中。薄膜製造條件如下所述。
於載體氣體:氬30 sccm、反應氣體:氨100 sccm與氬70 sccm的混合氣體、吹掃氣體:氬70 sccm、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:300℃、反應室總壓力:~1.4 Pa的條件下,將包含以下的(1)~(4)的步驟作為一個循環,反覆進行240次,共計120分鐘。
(1)將藉由鼓泡而氣化的材料導入至反應室內,使其吸附於基板表面5秒鐘。
(2)藉由5秒鐘的氬吹掃而除去未反應的材料。
(3)將所述反應氣體導入至反應室內10秒鐘,使其與吸附於基板表面的材料反應。
(4)藉由10秒鐘的氬吹掃而除去未反應的反應氣體及副產物。
藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為6 nm。
實施例18
使用實施例6中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)作為材料,藉由ALD法而製造含鈷薄膜。基板使用的是表面由Ru被覆的孔直徑為150 nm、孔深度為1000 nm、縱橫比為1:6.7的孔基板。
將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖7中。薄膜製造條件如下所述。
於載體氣體:氬30 sccm、反應氣體:氨100 sccm與氬70 sccm的混合氣體、吹掃氣體:氬70 sccm、材料容器溫度:85℃、材料的蒸氣壓:13.3 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:225℃、反應室總壓力:~1.4 Pa的條件下,將包含以下的(1)~(4)的步驟作為一個循環,反覆進行240次,共計120分鐘。
(1)將藉由鼓泡而氣化的材料導入至反應室內,使其吸附於基板表面5秒鐘。
(2)藉由5秒鐘的氬吹掃而除去未反應的材料。
(3)將所述反應氣體導入至反應室內10秒鐘,使其與吸附於基板表面的材料反應。
(4)藉由10秒鐘的氬吹掃而除去未反應的氣體及副產物。
藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。對所製造的薄膜進行剖面穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)觀察的結果為,10 nm的鈷膜被覆孔基板表面,階差被覆率為89%。
實施例19
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、稀釋氣體流量:70 sccm、基板材料:Ru、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:6.7 Pa、材料容器內總壓力:3.3 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:200℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為27 nm。
實施例20
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、稀釋氣體流量:70 sccm、基板材料:SiO2
、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:6.7 Pa、材料容器內總壓:3.3 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:150℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為14 nm。藉由四探針法來測定所製作的含鈷薄膜的電氣特性,結果為247 μΩ·cm。
實施例21
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、稀釋氣體流量:70 sccm、基板材料:Ru、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:6.7 Pa、材料容器內總壓力:3.3 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:150℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為20 nm。
實施例22
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、甲酸流量:0.4 sccm、稀釋氣體流量:166 sccm、基板材料:SiO2
、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:1.0 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.02 sccm、基板溫度:100℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為5 nm。
實施例23
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、甲酸流量:0.4 sccm、稀釋氣體流量:166 sccm、基板材料:Cu、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:1.3 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:1.0 Pa、材料容器內總壓力:6.7 kPa、材料供給速度:0.02 sccm、基板溫度:100℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為5 nm。
實施例24
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、氫流量:3 sccm、二-三甲基乙醯基甲烷流量:0.06 sccm、基板材料:Ru、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:0.7 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:6.7 Pa、材料容器內總壓力:3.3 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:225℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為35 nm。
實施例25
使用實施例3中合成的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)作為材料,藉由熱CVD法而製造含鈷薄膜。將為了製造薄膜而使用的裝置的概略示於圖1中。薄膜製造條件如下所述。
載體氣體流量:30 sccm、氨流量:100 sccm、氫流量:3 sccm、二-三甲基乙醯基甲烷流量:0.06 sccm、基板材料:W、成膜時間:60分鐘、反應室總壓力:0.7 kPa、材料容器溫度:70℃、材料的蒸氣壓:6.7 Pa、材料容器內總壓力:3.3 kPa、材料供給速度:0.06 sccm、基板溫度:225℃。使用氬作為載體氣體及稀釋氣體。藉由螢光X射線分析來對所製造的薄膜進行確認,結果檢測出基於鈷的特性X射線。根據檢測出的X射線的強度算出的膜厚為39 nm。
1、13:材料容器
2、14:恆溫槽
3、15:反應室
4、16:基板
5、17:反應氣體導入口
6、18:稀釋氣體導入口
7、19:載體氣體導入口
8、9、10、20、21、22:質量流量控制器
11、23:油旋轉式泵
12、24:排氣
圖1是表示實施例8~實施例11、實施例13~實施例15、實施例19~實施例25以及比較例3中使用的CVD裝置的圖。
圖2是評價例1的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基][雙(三甲基矽烷基)胺基]鈷(1AB-14)的熱重量測定(thermogravimetry,TG)及示差掃描熱量測定(differential scanning calorimetry,DSC)的圖表。
圖3是評價例2的[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基](2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈷(1BC-56)的TG及DSC的圖表。
圖4是比較例1的雙[(2-二甲基胺基-1,1-二甲基乙基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷的TG及DSC的圖表。
圖5是比較例2的雙[(第三丁基)(三甲基矽烷基)胺基]鈷(2-2)的TG及DSC的圖表。
圖6是表示實施例11中所獲得的膜的原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope,AFM)圖像的圖。
圖7是表示實施例17及實施例18中使用的ALD裝置的圖。
Claims (18)
- 一種鈷錯合物,其由通式(1)所表示:(1) 通式(1)中,L1 及L2 不同,分別表示由通式(A)所表示的單牙醯胺配位子、由通式(B)所表示的雙牙醯胺配位子或由通式(C)所表示的含雜原子的配位子,(A) 通式(A)中,R1 及R2 分別獨立地表示碳數1~6的烷基或三(碳數1~6的烷基)矽烷基;波浪線表示與鈷原子的鍵結鍵,(B) 通式(B)中,R3 表示三(碳數1~6的烷基)矽烷基;R4 及R5 分別獨立地表示碳數1~4的烷基;X表示碳數1~6的伸烷基,(C) 通式(C)中,R6 及R8 分別獨立地表示碳數1~6的烷基;R7 表示氫原子或碳數1~4的烷基;Y表示氧原子或NR9 ;Z表示氧原子或NR10 ;R9 及R10 分別獨立地表示碳數1~6的烷基。
- 如請求項2所述的鈷錯合物,其中R1 、R2 及R3 為三(碳數1~4的烷基)矽烷基,R4 及R5 為甲基或乙基,X為碳數1~4的伸烷基。
- 如請求項2所述的鈷錯合物,其中R1 、R2 及R3 為三甲基矽烷基,R4 及R5 為甲基或乙基,X為碳數1~4的伸烷基。
- 如請求項5所述的鈷錯合物,其中R1 及R2 為三(碳數1~4的烷基)矽烷基,R6 及R8 為甲基,R7 為氫原子,Y為NR9 ,Z為NR10 ,R9 及R10 為碳數1~4的烷基。
- 如請求項5所述的鈷錯合物,其中R1 及R2 為三甲基矽烷基,R6 及R8 為甲基,R7 為氫原子,Y為NR9 ,Z為NR10 ,R9 及R10 為碳數1~4的烷基。
- 如請求項8所述的鈷錯合物,其中R3 為三(碳數1~4的烷基)矽烷基,R4 及R5 為甲基或乙基,X為碳數1~4的伸烷基,R6 及R8 為碳數1~4的烷基,R7 為氫原子,Y及Z為氧原子。
- 如請求項8所述的鈷錯合物,其中R3 為三甲基矽烷基,R4 及R5 為甲基或乙基,X為碳數1~4的伸烷基,R6 及R8 為碳數1~4的烷基,R7 為氫原子,Y及Z為氧原子。
- 一種含鈷薄膜的製造方法,其特徵在於:將由通式(1)所表示的鈷錯合物用於基於化學反應的氣相蒸鍍法中,(1) 通式(1)中,L1 及L2 不同,分別表示由通式(A)所表示的單牙醯胺配位子、由通式(B)所表示的雙牙醯胺配位子或由通式(C)所表示的含雜原子的配位子,(A) 通式(A)中,R1 及R2 分別獨立地表示碳數1~6的烷基或三(碳數1~6的烷基)矽烷基;波浪線表示與鈷原子的鍵結鍵,(B) 通式(B)中,R3 表示三(碳數1~6的烷基)矽烷基;R4 及R5 分別獨立地表示碳數1~4的烷基;X表示碳數1~6的伸烷基,(C) 通式(C)中,R6 及R8 分別獨立地表示碳數1~6的烷基;R7 表示氫原子或碳數1~4的烷基;Y表示氧原子或NR9 ;Z表示氧原子或NR10 ;R9 及R10 分別獨立地表示碳數1~6的烷基。
- 如請求項14所述的含鈷薄膜的製造方法,其中基於化學反應的氣相蒸鍍法為化學氣相蒸鍍法。
- 如請求項14或15所述的含鈷薄膜的製造方法,其中於基於化學反應的氣相蒸鍍法中使用反應氣體。
- 如請求項16所述的含鈷薄膜的製造方法,其中使用還原性氣體作為反應氣體。
- 如請求項14至17中任一項所述的含鈷薄膜的製造方法,其中含鈷薄膜為金屬鈷薄膜。
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