JP2024002081A - Manufacturing method of ruthenium-containing thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの製造用原料として有用な金属錯体を材料として用いることにより作製する、金属含有薄膜の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal-containing thin film using a metal complex useful as a raw material for manufacturing semiconductor devices.
ルテニウムは、高い導電性を示すこと、導電性酸化物が形成可能であること、仕事関数が高いこと、エッチング特性にも優れること、銅との格子整合性に優れることなどの特長を持つことから、DRAMなどのメモリー電極、ゲート電極、銅配線シード層/密着層などの材料として注目を集めている。次世代の半導体デバイスには、記憶容量や応答性をさらに向上させる目的のため、高度に細密化され、かつ高度に三次元化されたデザインが採用されている。したがって次世代の半導体装置を構成する材料としてルテニウムを使用するためには、三次元化された基板上に数ナノ~数十ナノメートル程度の厚みのルテニウム含有薄膜を均一に形成する技術の確立が必要とされている。三次元化された基板上にルテニウム含有薄膜を製造するための技術としては、原子層堆積法(ALD法)や化学気相蒸着法(CVD法)など、化学反応に基づく気相蒸着法の活用が有力視されている。 Ruthenium has features such as high conductivity, the ability to form conductive oxides, a high work function, excellent etching properties, and excellent lattice matching with copper. It is attracting attention as a material for memory electrodes, gate electrodes, copper wiring seed layers/adhesion layers, etc. of DRAM, etc. Next-generation semiconductor devices are employing highly detailed and three-dimensional designs to further improve storage capacity and responsiveness. Therefore, in order to use ruthenium as a material constituting next-generation semiconductor devices, it is necessary to establish a technology to uniformly form a ruthenium-containing thin film with a thickness of several nanometers to several tens of nanometers on a three-dimensional substrate. is necessary. Technologies for manufacturing ruthenium-containing thin films on three-dimensional substrates include the use of chemical reaction-based vapor deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and chemical vapor deposition (CVD). is considered to be the most likely.
半導体素子製造において、CVD法又はALD法により薄膜を形成するためには、適度な気化特性と熱安定性を持つ、安定した供給量で気化させることの出来る材料が選択される。さらに複雑な三次元構造の表面に均一な厚みで薄膜を形成出来ることも必要な条件のひとつである。さらに安定した供給量で気化させるためには、供給時には液体である方が好ましい。 In semiconductor device manufacturing, in order to form a thin film by CVD or ALD, a material is selected that has appropriate vaporization characteristics and thermal stability and can be vaporized in a stable supply amount. Another necessary condition is the ability to form a thin film with a uniform thickness on the surface of a complex three-dimensional structure. Furthermore, in order to vaporize at a stable supply amount, it is preferable that the gas be in a liquid state at the time of supply.
CVD法又はALD法によりルテニウム含有薄膜を形成するための原料として、ビス(エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムや(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムや(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムなどの二価のルテニウム化合物の使用が検討されている。 Bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium and (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl) are used as raw materials for forming a ruthenium-containing thin film by the CVD method or the ALD method. The use of divalent ruthenium compounds such as ruthenium and (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium is being considered.
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、30nm以下の微細パターンを形成する技術が要求されている。しかし、従来のリソグラフィーによる方法では、光学的要因等により技術的に困難になってきている。そこで、CVD法又はALD法により、基板上に直接、領域選択的に膜を製造することでパターンを形成する方法が提案されている。(非特許文献1及び2、特許文献1及び2参照)
例えば、表面処理剤を用いて、互いに材質が異なる2以上の基板領域を処理することで、片方の領域のみに選択的に、ALD法やCVD法に対するブロッキング性能を有する化学修飾を施し、もう一方の領域にのみ領域選択的に膜を製造する技術などが報告されている。しかしながら、このような手法で基板表面を改質させるためには、表面処理剤を基板表面に吸着させて処理する工程に加え、基板表面に吸着した処理剤を、加熱等により離脱させる除去工程が追加で発生するというデメリットがある。
In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, there has been a demand for technology for forming fine patterns of 30 nm or less. However, the conventional lithography method has become technically difficult due to optical factors and other factors. Therefore, a method has been proposed in which a pattern is formed by directly and region-selectively manufacturing a film on a substrate using a CVD method or an ALD method. (See Non-Patent Documents 1 and 2, Patent Documents 1 and 2)
For example, by treating two or more substrate regions of different materials with a surface treatment agent, only one region can be selectively chemically modified to have blocking performance against ALD or CVD methods, and the other region can be selectively modified with blocking performance against ALD or CVD methods. Techniques for region-selectively manufacturing membranes only in this region have been reported. However, in order to modify the substrate surface using such a method, in addition to the process of adsorbing the surface treatment agent to the substrate surface and treating it, there is also a removal process of removing the treatment agent adsorbed to the substrate surface by heating, etc. There is a disadvantage that it occurs additionally.
そこで本発明は、より簡便に領域選択的に膜を製造することができる製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a manufacturing method that can more easily manufacture a membrane in a region-selective manner.
本発明者らは上述の現状に鑑み、鋭意検討を重ねた結果、ルテニウム化合物を原料として使用し、CVD法又はALD法によって、特定の反応条件で成膜することで、領域選択的にルテニウム含有薄膜を製造する手法を見出し、本発明を完成するに至った。 In view of the above-mentioned current situation, the present inventors have conducted intensive studies and found that by using a ruthenium compound as a raw material and forming a film under specific reaction conditions by the CVD method or ALD method, ruthenium can be contained selectively in regions. They discovered a method for manufacturing thin films and completed the present invention.
すなわち本発明は、以下の実施形態を含むものである。 That is, the present invention includes the following embodiments.
[1]ルテニウム化合物を原料として使用した、CVD法又はALD法によるルテニウム含有薄膜の製造方法であって、ルテニウム化合物と1種類以上の還元性ガスとを使用し、領域選択的にルテニウム含有薄膜を製造することを特徴とする、ルテニウム含有薄膜の製造方法。 [1] A method for producing a ruthenium-containing thin film by a CVD method or an ALD method using a ruthenium compound as a raw material, in which a ruthenium compound and one or more types of reducing gas are used to selectively form a ruthenium-containing thin film. A method for producing a ruthenium-containing thin film.
[2]ルテニウム化合物が、一般式(1AB) [2] The ruthenium compound has the general formula (1AB)
(式中、R1及びR2は各々独立に、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表し、R3、R4及びZは各々独立に、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。Zは酸素原子又はCHを表す。)で示される上記[1]に記載のルテニウム含有薄膜の製造方法。 (In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 , R 4 and Z each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Z represents an oxygen atom or CH.) The method for producing a ruthenium-containing thin film according to the above [1].
[3]R1及びR2が炭素数1~4のアルキル基であり、R3及びR4がメチル基であり、Zが酸素原子又はCHである上記[2]に記載のルテニウム含有薄膜の製造方法。 [3] The ruthenium-containing thin film according to the above [2], wherein R 1 and R 2 are alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, R 3 and R 4 are methyl groups, and Z is an oxygen atom or CH. Production method.
[4]R1がエチル基であり、R2が水素原子であり、R3及びR4がメチル基であり、Zが酸素原子又はCHである上記[2]に記載のルテニウム含有薄膜の製造方法。 [4] Production of the ruthenium-containing thin film according to [2] above, wherein R 1 is an ethyl group, R 2 is a hydrogen atom, R 3 and R 4 are methyl groups, and Z is an oxygen atom or CH Method.
[5]還元性ガスとして、アンモニアガスを用いる、上記[1]~[4]のいずれかに記載のルテニウム含有膜の製造方法。 [5] The method for producing a ruthenium-containing film according to any one of [1] to [4] above, using ammonia gas as the reducing gas.
[6]還元性ガスとして、アンモニアガスと水素ガスの両方を用いる、上記[1]~[4]のいずれかに記載のルテニウム含有薄膜の製造方法。 [6] The method for producing a ruthenium-containing thin film according to any one of [1] to [4] above, using both ammonia gas and hydrogen gas as the reducing gas.
[7]ルテニウム化合物と1種類以上の還元性ガスとを含む、領域選択性ルテニウム含有薄膜製造用セット。 [7] A set for producing a region-selective ruthenium-containing thin film, which includes a ruthenium compound and one or more types of reducing gas.
本発明の製造方法により、領域選択的にルテニウム含有薄膜を製造することができる。 By the manufacturing method of the present invention, a ruthenium-containing thin film can be manufactured in a region-selective manner.
以下に本発明を更に詳細に説明する。 The present invention will be explained in more detail below.
まず、原料に用いるルテニウム化合物について説明する。 First, the ruthenium compound used as a raw material will be explained.
ルテニウム化合物としては、例えば一般式(1AB)で示されるルテニウム錯体、ビス(η5-シクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-メチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-プロピルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-イソプロピルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-ブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-(sec-ブチル)シクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-イソブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-(tert-ブチル)シクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-ペンチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-(シクロペンチル)シクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-ヘキシルシクロペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-ペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジエチルペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジプロピルペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジ(イソプロピル)ペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジブチルペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジ(イソブチル)ペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジ(sec-ブチル)ペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジ(tert-ブチル)ペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジペンチルペンタジエニル)ルテニウム、ビス(η5-2,4-ジヘキシルペンタジエニル)ルテニウムなどを例示することができ、その中でもルテニウム化合物がCVD材料やALD材料として好適な蒸気圧及び熱安定性を持つ点で、一般式(1AB)で示されるルテニウム錯体が好ましい。これらルテニウム化合物は、1種類又は2種類以上を使用することもできる。 Examples of the ruthenium compound include a ruthenium complex represented by the general formula (1AB), bis(η 5 -cyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -methylcyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -ethylcyclopentadienyl), and bis(η 5 -methylcyclopentadienyl)ruthenium. dienyl)ruthenium, bis(η 5 -propylcyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -isopropylcyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -butylcyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -( sec-butyl)cyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -isobutylcyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -(tert-butyl)cyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -pentylcyclopentadienyl) enyl)ruthenium, bis(η 5 -(cyclopentyl)cyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -hexylcyclopentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -pentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4- dimethylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-diethylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dipropylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dipropylpentadienyl)ruthenium, (isopropyl)pentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dibutylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-di(isobutyl)pentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dibutylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dibutylpentadienyl)ruthenium, (sec-butyl)pentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-di(tert-butyl)pentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2,4-dipentylpentadienyl)ruthenium, bis(η 5 -2 , 4-dihexylpentadienyl) ruthenium, etc. Among them, ruthenium compounds represented by the general formula (1AB) have suitable vapor pressure and thermal stability as CVD materials and ALD materials. Complexes are preferred. One type or two or more types of these ruthenium compounds can also be used.
(式中、R1及びR2は各々独立に、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表し、R3、R4及びZは各々独立に、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。Zは酸素原子又はCHを表す。)。 (In the formula, R 1 and R 2 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and R 3 , R 4 and Z each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. (Z represents an oxygen atom or CH.)
一般式(1AB)中のR1及びR2の定義について説明する。R1及びR2で表される炭素数1~6のアルキル基としては、直鎖状、分岐状又は環状のいずれでも良く、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、1-エチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、シクロペンチル基、シクロブチルメチル基、ヘキシル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基、1,1-ジメチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、1,3-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、1-シクロブチルエチル基、2-シクロブチルエチル基などを例示することが出来る。ルテニウム化合物がCVD材料やALD材料として好適な蒸気圧及び熱安定性を持つ点で、R1及びR2は水素原子又は炭素数1~4のアルキル基が好ましく、R1がエチル基であり、R2が水素原子であることが更に好ましい。 The definitions of R 1 and R 2 in general formula (1AB) will be explained. The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 1 and R 2 may be linear, branched or cyclic, and specifically includes a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, cyclo Propyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, cyclobutyl group, pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group group, cyclopentyl group, cyclobutylmethyl group, hexyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethyl Butyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, cyclohexyl group, cyclopentylmethyl group, 1-cyclobutylethyl group, 2 -Cyclobutylethyl group, etc. can be exemplified. In that the ruthenium compound has vapor pressure and thermal stability suitable as a CVD material or ALD material, R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 1 is an ethyl group, It is further preferred that R 2 is a hydrogen atom.
R3及びR4で表される炭素数1~6のアルキル基としては、直鎖状、分岐状又は環状のいずれでも良く、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、シクロブチル基、ペンチル基、1-エチルプロピル基、1-メチルブチル基、2-メチルブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert-ペンチル基、シクロペンチル基、シクロブチルメチル基、ヘキシル基、1-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、4-メチルペンチル基、1,1-ジメチルブチル基、1,2-ジメチルブチル基、1,3-ジメチルブチル基、2,2-ジメチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基、3,3-ジメチルブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、1-シクロブチルエチル基、2-シクロブチルエチル基などを例示することが出来る。ルテニウム化合物がCVD材料やALD材料として好適な蒸気圧及び熱安定性を持つ点で、R3及びR4は炭素数1~4のアルキル基が好ましく、メチル基が更に好ましい。 The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R 3 and R 4 may be linear, branched or cyclic, and specifically includes a methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, cyclo Propyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, cyclobutyl group, pentyl group, 1-ethylpropyl group, 1-methylbutyl group, 2-methylbutyl group, isopentyl group, neopentyl group, tert-pentyl group group, cyclopentyl group, cyclobutylmethyl group, hexyl group, 1-methylpentyl group, 2-methylpentyl group, 3-methylpentyl group, 4-methylpentyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethyl Butyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 2,2-dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 3,3-dimethylbutyl group, cyclohexyl group, cyclopentylmethyl group, 1-cyclobutylethyl group, 2 -Cyclobutylethyl group, etc. can be exemplified. Since the ruthenium compound has vapor pressure and thermal stability suitable for use as a CVD material or an ALD material, R 3 and R 4 are preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a methyl group.
具体的な一般式(1AB)で示されるルテニウム化合物としては、例えば(η5-シクロペンタジエニル)(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-メチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-プロピルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-イソプロピルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-ブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-イソブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-sec-ブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-tert-ブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-シクロペンタジエニル)(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-メチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-プロピルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-イソプロピルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-ブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-イソブチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-(sec-ブチル)シクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-(tert-ブチル)シクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-ペンチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-(シクロペンチル)シクロペンタジエニル)(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)ルテニウム及び(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-ヘキシルシクロペンタジエニル)ルテニウムなどを例示することができる。例示したルテニウム化合物はいずれも、ALD法でルテニウム含有薄膜を製造する目的で使用することができ、1種類又は2種類以上を使用することもできるが、ルテニウム化合物がCVD材料やALD材料として好適な蒸気圧及び熱安定性を持つ点で、(η5-シクロペンタジエニル)(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-メチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-シクロペンタジエニル)(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-メチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムが好ましく、成膜遅延時間が短い点、また得られた膜の純度が良好である点から、(η5-2,4-ジメチルペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウム、(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムが特に好ましい。 Specific examples of the ruthenium compound represented by the general formula (1AB) include (η 5 -cyclopentadienyl)(η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl pentadienyl)(η 5 -methylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl pentadienyl)(η 5 -propylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -isopropylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl pentadienyl)(η 5 -butylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -isobutylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl pentadienyl)(η 5 -sec-butylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -tert-butylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -cyclopentadienyl) pentadienyl)(η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 - methylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl- 1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -propylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -isopropylcyclopentadienyl) enyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -butylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa- 2,4-pentadienyl)(η 5 -isobutylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -(sec-butyl)cyclopentadienyl) enyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -(tert-butyl)cyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl- 1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -pentylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -(cyclopentyl)cyclopentadienyl)(η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2, Examples include ruthenium (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -hexylcyclopentadienyl). All of the exemplified ruthenium compounds can be used for the purpose of producing a ruthenium-containing thin film by the ALD method, and one type or two or more types can also be used, but ruthenium compounds are suitable as CVD materials and ALD materials. In terms of vapor pressure and thermal stability, (η 5 -cyclopentadienyl)(η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -Methylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -cyclopentadienyl)(η 5 -2, 4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -methylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5-2,4 -dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium is preferred because it has a short film formation delay time and the purity of the obtained film is good. From a certain point, (η 5 -2,4-dimethylpentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium, (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)( Particularly preferred is η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium.
本発明のルテニウム化合物を原料に用いて、ルテニウム含有薄膜を製造する手法については、ルテニウム化合物を原料として使用し、CVD法又はALD法によるルテニウム含有薄膜の製造方法であって、ルテニウム化合物を化学反応に基づく気相蒸着法の原料に用いてルテニウム含有薄膜を蒸着させる際に、ルテニウム化合物と1種類以上の還元性ガスを使用することで、領域選択的にルテニウム含有薄膜を製造するものである。 A method for producing a ruthenium-containing thin film using the ruthenium compound of the present invention as a raw material is a method for producing a ruthenium-containing thin film using a ruthenium compound as a raw material by a CVD method or an ALD method, in which the ruthenium compound is chemically reacted. By using a ruthenium compound and one or more types of reducing gas when depositing a ruthenium-containing thin film using a raw material for a vapor phase deposition method based on the method, a ruthenium-containing thin film can be produced in a region-selective manner.
以下、該製造方法について詳細に説明する。 The manufacturing method will be explained in detail below.
本発明の製造方法では、該ルテニウム化合物をCVD法又はALD法によって成膜する前に、より領域選択性を高めるために前処理を行うことができ、該前処理の方法としては、還元性ガスを予めチャンバーに導入しておく方法が好ましい。 In the production method of the present invention, before forming the ruthenium compound into a film by CVD or ALD, pretreatment can be performed to further enhance the region selectivity, and the pretreatment method includes reducing gas It is preferable to introduce the substance into the chamber in advance.
前記前処理に使用する還元性ガスとしてはいかなるものを使用してもよく、例えばアンモニア、水素、一酸化炭素、モノシラン、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ボラン-ジメチルアミン錯体、ボラン-トリメチルアミン錯体などのボラン-アミン錯体、1-ブテン、2-ブテン、2-メチルプロペン、1-ペンテン、2-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、2-メチル-2-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、2-ヘキセン、3-ヘキセン、2-メチル-1-ペンテン、2-メチル-2-ペンテン、4-メチル-2-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3-メチル-2-ペンテン、2-エチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-2-ブテン、3,3-ジメチル-1-ブテン、ブタ-1,3-ジエン、ペンタ-1,3-ジエン、ペンタ-1,4-ジエン、2-メチルブタ-1,3-ジエン、ヘキサ-1,3-ジエン、ヘキサ-2,4-ジエン、2-メチルペンタ-1,3-ジエン、3-メチルペンタ-1,3-ジエン、4-メチルペンタ-1,3-ジエン、2-エチルブタ-1,3-ジエン、3-メチルペンタ-1,4-ジエン、2,3-ジメチルブタ-1,3-ジエンなどの鎖状不飽和炭化水素、シクロヘキサ-1,3-ジエン、シクロヘキサ-1,4-ジエン、1-メチルシクロヘキサ-1,3-ジエン、2-メチルシクロヘキサ-1,3-ジエン、5-メチルシクロヘキサ-1,3-ジエン、3-メチルシクロヘキサ-1,4-ジエン、α-フェランドレン、β-フェランドレン、α-テルピネン、β-テルピネン、γ-テルピネン、リモネンなどの環状不飽和炭化水素などを例示することができ、これらは1種類又は2種類以上使用することができる。中でも成膜装置の仕様による制約が少なく取扱いが容易である点で、アンモニア、水素、ギ酸を用いることが好ましい。 Any reducing gas may be used for the pretreatment, such as ammonia, hydrogen, carbon monoxide, monosilane, hydrazine, monomethylhydrazine, borane-dimethylamine complex, borane-trimethylamine complex, etc. Amine complex, 1-butene, 2-butene, 2-methylpropene, 1-pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene, 3-methyl-1-butene, 1- Hexene, 2-hexene, 3-hexene, 2-methyl-1-pentene, 2-methyl-2-pentene, 4-methyl-2-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 3-methyl-2-pentene, 2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-2-butene, 3,3-dimethyl-1-butene, but-1, 3-diene, penta-1,3-diene, penta-1,4-diene, 2-methylbuta-1,3-diene, hexa-1,3-diene, hexa-2,4-diene, 2-methylpenta-diene 1,3-diene, 3-methylpenta-1,3-diene, 4-methylpenta-1,3-diene, 2-ethylbuta-1,3-diene, 3-methylpenta-1,4-diene, 2,3-diene Chain unsaturated hydrocarbons such as dimethylbuta-1,3-diene, cyclohexa-1,3-diene, cyclohexa-1,4-diene, 1-methylcyclohexa-1,3-diene, 2-methylcyclohexa -1,3-diene, 5-methylcyclohexa-1,3-diene, 3-methylcyclohexa-1,4-diene, α-phellandrene, β-phellandrene, α-terpinene, β-terpinene, γ - Cyclic unsaturated hydrocarbons such as terpinene and limonene can be exemplified, and one type or two or more types of these can be used. Among them, it is preferable to use ammonia, hydrogen, and formic acid because they are less restricted by the specifications of the film forming apparatus and are easier to handle.
また還元性ガスをチャンバー内に導入して基板の前処理を行う際は、基板を任意の温度に加熱することが好ましく、加熱する温度としては200℃以上が好ましく、300℃以上に加熱することがさらに好ましい。 Further, when pre-processing the substrate by introducing a reducing gas into the chamber, it is preferable to heat the substrate to an arbitrary temperature, and the heating temperature is preferably 200°C or higher, and preferably 300°C or higher. is even more preferable.
成膜に用いる基板としては、表面が金属膜、金属炭化膜、金属酸化膜、金属窒化膜、金属ケイ化物、金属酸化炭化膜、又は金属酸化窒化膜、ガラス、樹脂、シリコン樹脂、又はこれらの複合材等を任意で用いることができる。前記金属の具体例としては、金、銀、銅、白金、コバルト、ルテニウム、ケイ素、チタン、タングステン、ハフニウム、ジルコニウム、クロム、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、ガリウム、ヒ素、パラジウム、鉄、タンタル、イリジウム、モリブデン、又はこれらの合金が挙げられる。これらの基板の中でも、特に表面が金属酸化膜又は金属窒化膜である基板、詳細には酸化シリコン(SiO2)や複合金属酸化膜、窒化タンタル、窒化チタンが好ましい。 The substrate used for film formation may have a surface made of a metal film, metal carbide film, metal oxide film, metal nitride film, metal silicide, metal oxycarbide film, metal oxynitride film, glass, resin, silicone resin, or any of these. Composite materials etc. can be used optionally. Specific examples of the metals include gold, silver, copper, platinum, cobalt, ruthenium, silicon, titanium, tungsten, hafnium, zirconium, chromium, germanium, aluminum, indium, gallium, arsenic, palladium, iron, tantalum, iridium, Examples include molybdenum and alloys thereof. Among these substrates, substrates whose surfaces are made of a metal oxide film or a metal nitride film, particularly silicon oxide (SiO 2 ), a composite metal oxide film, tantalum nitride, and titanium nitride, are preferable.
本発明の成膜は、領域選択的にルテニウム含有薄膜が形成されるものであり、ルテニウム含有薄膜が形成されやすい基板を第一領域、ルテニウム含有薄膜が形成されにくい基板を第二領域と呼ぶ。ルテニウム含有薄膜が形成されやすい第一領域の基板には、成膜に用いるルテニウム化合物、1種類以上の還元性ガスの種類や流量によっていかなるものも選択できるが、例えば、ルテニウム、コバルト、白金、タングステン、チタン、タンタル、銅などの金属膜などを用いることができる。 In the film formation of the present invention, a ruthenium-containing thin film is formed selectively in a region, and a substrate on which a ruthenium-containing thin film is easily formed is called a first region, and a substrate on which a ruthenium-containing thin film is difficult to be formed is called a second region. For the substrate in the first region where a ruthenium-containing thin film is likely to be formed, any material can be selected depending on the ruthenium compound used for film formation and the type and flow rate of one or more reducing gases, but examples include ruthenium, cobalt, platinum, tungsten, etc. , metal films such as titanium, tantalum, copper, etc. can be used.
一方、ルテニウム含有薄膜が形成されにくい、第二領域には、成膜に用いるルテニウム化合物、1種類以上の還元性ガスの種類や流量によっていかなるものも選択できるが、例えば、金属酸化膜、金属窒化膜、ガラス、樹脂、シリコン樹脂などを用いることができる。 On the other hand, for the second region where a ruthenium-containing thin film is difficult to form, any material can be selected depending on the ruthenium compound used for film formation, the type and flow rate of one or more reducing gases, and examples include metal oxide film, metal nitride film, etc. A film, glass, resin, silicone resin, etc. can be used.
次に、CVD法又はALD法で膜を製造する工程について、以下に説明する。 Next, the process of manufacturing a film using the CVD method or the ALD method will be described below.
本発明における化学反応に基づく気相蒸着法とは、気化させた金属含有錯体を基板上で分解することにより金属含有薄膜を作製する方法を意味する。具体的には、熱CVD法、プラズマCVD法、光CVD法などのCVD法や、ALD法などを例示することが出来る。CVD法は成膜速度が良好な点でとりわけ好ましく、またALD法は段差被覆性が良好な点でとりわけ好ましい。例えばCVD法又はALD法により金属含有薄膜を作製する場合、金属含有錯体を気化させて反応チャンバーに供給し、反応チャンバー内に備え付けた基板上で金属を分解することにより、該基板上に金属含有薄膜を作製することが出来る。金属含有錯体を分解する方法としては、当業者が金属含有薄膜を作製するのに用いる通常の技術手段を挙げることが出来る。具体的には金属含有錯体と反応ガスとを反応させる方法や、金属含有錯体に熱、プラズマ、光などを作用させる方法などを例示することが出来る。 The vapor phase deposition method based on a chemical reaction in the present invention means a method of producing a metal-containing thin film by decomposing a vaporized metal-containing complex on a substrate. Specifically, CVD methods such as thermal CVD method, plasma CVD method, and optical CVD method, ALD method, etc. can be exemplified. The CVD method is particularly preferred because of its good film formation rate, and the ALD method is particularly preferred because it provides good step coverage. For example, when producing a metal-containing thin film by CVD or ALD, a metal-containing complex is vaporized and supplied to a reaction chamber, and the metal is decomposed on a substrate installed in the reaction chamber. Thin films can be produced. Methods for decomposing metal-containing complexes include the usual technical means used by those skilled in the art to produce metal-containing thin films. Specifically, examples include a method in which a metal-containing complex is reacted with a reactive gas, and a method in which heat, plasma, light, etc. are applied to a metal-containing complex.
CVD法又はALD法により金属含有薄膜を作製する場合、これらの分解方法を適宜選択して用いることにより、金属含有薄膜を作製することが出来る。複数の分解方法を組み合わせて用いることも出来る。反応チャンバーへの金属含有錯体の供給方法としては、例えばバブリング、液体気化供給システムなど当業者が通常用いる方法が挙げられ、特に限定されるものではない。 When producing a metal-containing thin film by the CVD method or the ALD method, the metal-containing thin film can be produced by appropriately selecting and using these decomposition methods. It is also possible to use a combination of multiple decomposition methods. Methods for supplying the metal-containing complex to the reaction chamber include, for example, methods commonly used by those skilled in the art, such as bubbling and liquid vaporization supply systems, and are not particularly limited.
CVD法又はALD法により金属含有薄膜を作製する際のキャリアガス及び希釈ガス、パージガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガス又は窒素ガスが好ましく、経済的な理由から窒素ガス又はアルゴンが更に好ましい。キャリアガス及び希釈ガスの流量は反応チャンバーの容量などに応じて適宜調節される。例えば反応チャンバーの容量が1~10Lの場合、キャリアガスの流量は特に制限は無く、より高い領域選択的成膜が可能となることから、1~10000sccm、とりわけ1~100sccmが好ましい。 As the carrier gas, diluent gas, and purge gas when producing a metal-containing thin film by the CVD method or the ALD method, rare gases such as helium, neon, argon, krypton, and xenon, or nitrogen gas are preferable, and nitrogen gas is used for economical reasons. Or argon is more preferred. The flow rates of the carrier gas and diluent gas are adjusted as appropriate depending on the capacity of the reaction chamber. For example, when the capacity of the reaction chamber is 1 to 10 L, the flow rate of the carrier gas is not particularly limited, and is preferably 1 to 10,000 sccm, particularly 1 to 100 sccm, since this enables highly area-selective film formation.
CVD法又はALD法により金属含有薄膜を作製するときの基板温度は、1000℃未満であり、熱、プラズマ、光などの使用の有無、反応ガスの種類などにより適宜選択される。例えば光やプラズマを併用することなく反応ガスとしてアンモニアや水素、環状不飽和炭化水素等を用いる場合には、基板温度に特に制限は無く、経済的な理由から100℃~600℃が好ましい。成膜速度が良好な点で200℃~400℃が好ましい。また、光やプラズマ、オゾン、過酸化水素などを適宜使用することにより300℃以下の温度域で金属含有薄膜を作製することが出来る。 The substrate temperature when producing a metal-containing thin film by the CVD method or the ALD method is less than 1000° C., and is appropriately selected depending on whether heat, plasma, light, etc. are used, the type of reaction gas, etc. For example, when ammonia, hydrogen, cyclic unsaturated hydrocarbon, or the like is used as a reactive gas without using light or plasma, there is no particular restriction on the substrate temperature, and for economical reasons, 100° C. to 600° C. is preferable. The temperature is preferably 200° C. to 400° C. in terms of a good film formation rate. Further, by appropriately using light, plasma, ozone, hydrogen peroxide, etc., a metal-containing thin film can be produced in a temperature range of 300° C. or lower.
CVD法又はALD法により金属含有薄膜を作製する際の還元性ガスの具体例としては、アンモニア、水素、一酸化炭素、モノシラン、ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ボラン-ジメチルアミン錯体、ボラン-トリメチルアミン錯体などのボラン-アミン錯体、1-ブテン、2-ブテン、2-メチルプロペン、1-ペンテン、2-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、2-メチル-2-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、2-ヘキセン、3-ヘキセン、2-メチル-1-ペンテン、2-メチル-2-ペンテン、4-メチル-2-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、3-メチル-2-ペンテン、2-エチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-2-ブテン、3,3-ジメチル-1-ブテン、ブタ-1,3-ジエン、ペンタ-1,3-ジエン、ペンタ-1,4-ジエン、2-メチルブタ-1,3-ジエン、ヘキサ-1,3-ジエン、ヘキサ-2,4-ジエン、2-メチルペンタ-1,3-ジエン、3-メチルペンタ-1,3-ジエン、4-メチルペンタ-1,3-ジエン、2-エチルブタ-1,3-ジエン、3-メチルペンタ-1,4-ジエン、2,3-ジメチルブタ-1,3-ジエンなどの鎖状不飽和炭化水素、シクロヘキサ-1,3-ジエン、シクロヘキサ-1,4-ジエン、1-メチルシクロヘキサ-1,3-ジエン、2-メチルシクロヘキサ-1,3-ジエン、5-メチルシクロヘキサ-1,3-ジエン、3-メチルシクロヘキサ-1,4-ジエン、α-フェランドレン、β-フェランドレン、α-テルピネン、β-テルピネン、γ-テルピネン、リモネンなどの環状不飽和炭化水素などを例示することができ、これらは1種類又は2種類以上使用することができる。中でも成膜装置の仕様による制約が少なく取扱いが容易である点で、アンモニア、水素、ギ酸を用いることが好ましい。 Specific examples of reducing gases when producing metal-containing thin films by CVD or ALD include ammonia, hydrogen, carbon monoxide, monosilane, hydrazine, monomethylhydrazine, borane-dimethylamine complex, borane-trimethylamine complex, etc. Borane-amine complex, 1-butene, 2-butene, 2-methylpropene, 1-pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene, 3-methyl-1-butene, 1-hexene, 2-hexene, 3-hexene, 2-methyl-1-pentene, 2-methyl-2-pentene, 4-methyl-2-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1- Pentene, 3-methyl-2-pentene, 2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-2-butene, 3,3-dimethyl-1-butene, but- 1,3-diene, penta-1,3-diene, penta-1,4-diene, 2-methylbuta-1,3-diene, hexa-1,3-diene, hexa-2,4-diene, 2- Methylpenta-1,3-diene, 3-methylpenta-1,3-diene, 4-methylpenta-1,3-diene, 2-ethylbuta-1,3-diene, 3-methylpenta-1,4-diene, 2, Chain unsaturated hydrocarbons such as 3-dimethylbuta-1,3-diene, cyclohexa-1,3-diene, cyclohexa-1,4-diene, 1-methylcyclohexa-1,3-diene, 2-methyl Cyclohexa-1,3-diene, 5-methylcyclohexa-1,3-diene, 3-methylcyclohexa-1,4-diene, α-phellandrene, β-phellandrene, α-terpinene, β-terpinene Examples include cyclic unsaturated hydrocarbons such as , γ-terpinene, and limonene, and one type or two or more types of these can be used. Among them, it is preferable to use ammonia, hydrogen, and formic acid because they are less restricted by the specifications of the film forming apparatus and are easier to handle.
還元性ガスの流量は材料の反応性と反応チャンバーの容量に応じて適宜調節される。例えば反応チャンバーの容量が1~10Lの場合、還元性ガスの総流量は特に制限は無く、経済的な理由から1~10000sccmが好ましく、1~1000sccmが更に好ましく、1~500sccmが特に好ましい。 The flow rate of the reducing gas is adjusted as appropriate depending on the reactivity of the material and the capacity of the reaction chamber. For example, when the capacity of the reaction chamber is 1 to 10 L, the total flow rate of the reducing gas is not particularly limited, and for economic reasons it is preferably 1 to 10,000 sccm, more preferably 1 to 1,000 sccm, and particularly preferably 1 to 500 sccm.
なお、本明細書中においてsccmとは気体の流量を表す単位であり、1sccmは理想気体に換算すると2.68mmol/hの速度で気体が移動していることを表す。 Note that in this specification, sccm is a unit expressing the flow rate of gas, and 1 sccm indicates that gas is moving at a speed of 2.68 mmol/h when converted to ideal gas.
本発明のルテニウム化合物と1種類以上の還元性ガスとを含む、領域選択性ルテニウム含有薄膜製造用セットは、ルテニウム化合物を原料として使用し、CVD又はALD法により領域選択的に製造したルテニウム含有薄膜は、他のプレカーサや還元性ガス、複数の還元性ガスの組み合わせ、及び製造条件を適宜選択することにより、金属膜、酸化膜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、例えば、金属ルテニウム薄膜、酸化ルテニウム薄膜、ルテニウム合金及びルテニウム含有複合酸化物薄膜等が挙げられる。ルテニウム合金としては、Pt-Ru合金が挙げられる。ルテニウム含有複合酸化物薄膜としては、例えば、SrRuO3が挙げられる。これらの薄膜は、例えばMRAM素子やDRAM素子に代表されるメモリー素子の電極材料、抵抗膜、ハードディスクの記録層に用いられる反磁性膜及び固体高分子形燃料電池用の触媒材料等の製造に広く用いられている。 The set for manufacturing a region-selective ruthenium-containing thin film containing a ruthenium compound and one or more types of reducing gas of the present invention is a ruthenium-containing thin film produced region-selectively by CVD or ALD using a ruthenium compound as a raw material. By appropriately selecting other precursors, reducing gases, combinations of a plurality of reducing gases, and manufacturing conditions, a desired type of thin film such as a metal film or an oxide film can be formed. Examples of the composition of the manufactured thin film include a metal ruthenium thin film, a ruthenium oxide thin film, a ruthenium alloy, and a ruthenium-containing composite oxide thin film. Examples of the ruthenium alloy include Pt-Ru alloy. Examples of the ruthenium-containing composite oxide thin film include SrRuO 3 . These thin films are widely used in the production of, for example, electrode materials for memory devices such as MRAM devices and DRAM devices, resistive films, diamagnetic films used in the recording layer of hard disks, and catalyst materials for polymer electrolyte fuel cells. It is used.
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例1乃至6並びに比較例1、2に記載のルテニウム化合物の製造は国際公開WO2014/088108号公報に記載の方法に準じて合成した。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. The ruthenium compounds described in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were synthesized according to the method described in International Publication WO2014/088108.
実施例1
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスとしてアンモニアを用いて、領域選択的に、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Example 1
Using (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium as the material and ammonia as the reducing gas, region-selectively, A ruthenium-containing thin film was produced by a thermal CVD method. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:69℃、キャリアガス流量:20sccm、アンモニア流量:100sccm、希釈ガス流量:80sccm、基板温度:380℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間60分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 69°C, carrier gas flow rate: 20 sccm, ammonia flow rate: 100 sccm, diluent gas flow rate: 80 sccm, substrate temperature: 380°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 60 minutes. Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてコバルト表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 For region-selective production of a ruthenium-containing thin film, a substrate with a cobalt surface as the first region and a substrate with a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では11nm、第二領域では0nmであり、領域選択的に膜が生成していることが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 11 nm in the first region and 0 nm in the second region. was confirmed to be generated.
実施例2
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスとしてアンモニアを用いて、領域選択的に、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Example 2
Using (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium as the material and ammonia as the reducing gas, region-selectively, A ruthenium-containing thin film was produced by a thermal CVD method. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:50℃、キャリアガス流量:30sccm、アンモニア流量:100sccm、希釈ガス流量:70sccm、基板温度:400℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間30分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 50°C, carrier gas flow rate: 30 sccm, ammonia flow rate: 100 sccm, diluent gas flow rate: 70 sccm, substrate temperature: 400°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 30 minutes. Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてルテニウム表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 In order to fabricate a ruthenium-containing thin film in a region-selective manner, a substrate having a ruthenium surface as the first region and a substrate having a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では15nm、第二領域では0nmであり、領域選択的に膜が生成していることが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 15 nm in the first region and 0 nm in the second region. was confirmed to be generated.
実施例3
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスとしてアンモニアを用いて、領域選択的に、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Example 3
Using (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium as the material and ammonia as the reducing gas, region-selectively, A ruthenium-containing thin film was produced by a thermal CVD method. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:69℃、キャリアガス流量:20sccm、アンモニア流量:40sccm、希釈ガス流量:140sccm、基板温度:400℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間60分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 69°C, carrier gas flow rate: 20 sccm, ammonia flow rate: 40 sccm, diluent gas flow rate: 140 sccm, substrate temperature: 400°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 60 minutes. Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてコバルト表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 For region-selective production of a ruthenium-containing thin film, a substrate with a cobalt surface as the first region and a substrate with a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では35nm、第二領域では0nmであり、領域選択的に膜が生成していることが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 35 nm in the first region and 0 nm in the second region. was confirmed to be generated.
実施例4
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスとしてアンモニアと水素を用いて、領域選択的に、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Example 4
(η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium is used as the material, and ammonia and hydrogen are used as reducing gases to achieve a region-selective method. Next, a ruthenium-containing thin film was fabricated by thermal CVD. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:55℃、キャリアガス流量:10sccm、アンモニア流量:70sccm、水素ガス流量:30sccm、希釈ガス流量:90sccm、基板温度:400℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間30分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 55°C, carrier gas flow rate: 10 sccm, ammonia flow rate: 70 sccm, hydrogen gas flow rate: 30 sccm, diluent gas flow rate: 90 sccm, substrate temperature: 400°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 30 minutes. . Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてコバルト表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 For region-selective production of a ruthenium-containing thin film, a substrate with a cobalt surface as the first region and a substrate with a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では22nm、第二領域では1nmであり、領域選択的に膜が生成していることが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 22 nm in the first region and 1 nm in the second region. was confirmed to be generated.
実施例5
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスとしてアンモニアと水素を用いて、領域選択的に、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Example 5
(η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium is used as the material, and ammonia and hydrogen are used as reducing gases to achieve a region-selective method. Next, a ruthenium-containing thin film was fabricated by thermal CVD. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:55℃、キャリアガス流量:10sccm、アンモニア流量:50sccm、水素ガス流量:50sccm、希釈ガス流量:90sccm、基板温度:400℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間30分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 55°C, carrier gas flow rate: 10 sccm, ammonia flow rate: 50 sccm, hydrogen gas flow rate: 50 sccm, diluent gas flow rate: 90 sccm, substrate temperature: 400°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 30 minutes. . Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてルテニウム表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 In order to fabricate a ruthenium-containing thin film in a region-selective manner, a substrate having a ruthenium surface as the first region and a substrate having a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では21nm、第二領域では0nmであり、領域選択的に膜が生成していることが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 21 nm in the first region and 0 nm in the second region. was confirmed to be generated.
実施例6
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスとしてアンモニアと水素を用いて、領域選択的に、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Example 6
(η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium is used as the material, and ammonia and hydrogen are used as reducing gases to achieve a region-selective method. Next, a ruthenium-containing thin film was fabricated by thermal CVD. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:55℃、キャリアガス流量:10sccm、アンモニア流量:140sccm、水素ガス流量:60sccm、希釈ガス流量:90sccm、基板温度:400℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間30分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 55°C, carrier gas flow rate: 10 sccm, ammonia flow rate: 140 sccm, hydrogen gas flow rate: 60 sccm, diluent gas flow rate: 90 sccm, substrate temperature: 400°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 30 minutes. . Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてコバルト表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 For region-selective production of a ruthenium-containing thin film, a substrate with a cobalt surface as the first region and a substrate with a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では12nm、第二領域では0nmであり、領域選択的に膜が生成していることが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 12 nm in the first region and 0 nm in the second region. was confirmed to be generated.
比較例1
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、酸化性ガスである酸素を用いて、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Comparative example 1
Using (η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)ruthenium as a material, a ruthenium-containing thin film was formed using oxygen, an oxidizing gas. It was produced by thermal CVD method. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:69℃、キャリアガス流量:20sccm、酸素流量:1sccm、希釈ガス流量:179sccm、基板温度:300℃、反応チャンバー全圧:1.3kPa、成膜時間30分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 69°C, carrier gas flow rate: 20 sccm, oxygen flow rate: 1 sccm, diluent gas flow rate: 179 sccm, substrate temperature: 300°C, reaction chamber total pressure: 1.3 kPa, film formation time 30 minutes. Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてコバルト表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 For region-selective production of a ruthenium-containing thin film, a substrate with a cobalt surface as the first region and a substrate with a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では25nm、第二領域では25nmであり、酸化性の反応ガスを使用した本形態ではあ、領域選択的に膜が生成していないことが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 25 nm in the first region and 25 nm in the second region, and it was found that the film thickness was 25 nm in the first region and 25 nm in the second region. In this embodiment using , it was confirmed that no film was formed in a region-selective manner.
比較例2
(η5-2,4-ジメチル-1-オキサ-2,4-ペンタジエニル)(η5-エチルシクロペンタジエニル)ルテニウムを材料に用い、還元性ガスであるアンモニアと、酸化性ガスである酸素を用いて、ルテニウム含有薄膜を熱CVD法により作製した。薄膜作製のために使用した装置の概略を図1に示した。薄膜作製条件は以下の通りである。
Comparative example 2
(η 5 -2,4-dimethyl-1-oxa-2,4-pentadienyl)(η 5 -ethylcyclopentadienyl)Ruthenium is used as a material, and ammonia, which is a reducing gas, and oxygen, which is an oxidizing gas, are used as materials. A ruthenium-containing thin film was fabricated using the thermal CVD method. FIG. 1 shows a schematic diagram of the apparatus used to prepare the thin film. The thin film production conditions are as follows.
材料容器温度:90℃、キャリアガス流量:10sccm、NH3流量:140sccm、酸素流量:1sccm、希釈ガス流量:50sccm、基板温度:300℃、反応チャンバー全圧:0.3kPa、成膜時間30分。キャリアガス及び希釈ガスとしてアルゴンを用いた。 Material container temperature: 90°C, carrier gas flow rate: 10 sccm, NH3 flow rate: 140 sccm, oxygen flow rate: 1 sccm, diluent gas flow rate: 50 sccm, substrate temperature: 300°C, reaction chamber total pressure: 0.3 kPa, film formation time 30 minutes. Argon was used as carrier gas and diluent gas.
領域選択的なルテニウム含有薄膜製造のため、第一領域としてルテニウム表面を有する基板、第二領域としてシリコン酸化膜表面を有する基板を使用した。 In order to fabricate a ruthenium-containing thin film in a region-selective manner, a substrate having a ruthenium surface as the first region and a substrate having a silicon oxide film surface as the second region were used.
作製した薄膜を蛍光X線分析で測定したところ、検出されたルテニウムに基づく特性X線の強度から算出した膜厚は、第一領域では10nm、第二領域では8nmであり還元性ガスと酸化性ガスの両方を反応ガスに使用した本形態ではあ、領域選択的に膜が生成していないことが確認された。 When the produced thin film was measured by fluorescent X-ray analysis, the film thickness calculated from the intensity of characteristic X-rays based on the detected ruthenium was 10 nm in the first region and 8 nm in the second region, indicating that reducing gas and oxidizing gas In this embodiment in which both gases were used as reaction gases, it was confirmed that no film was formed in a region-selective manner.
還元性ガスを1種類以上使用する実施例1乃至6の製造法では、第一領域と第二領域とで明らかに領域選択的にルテニウム含有薄膜が製造できているのに対し、酸化性ガスのみを使用した比較例1、還元性ガスと酸化性ガスを併用した比較例2では、第一領域、第二領域共に膜が生成し、領域選択的なルテニウム含有薄膜の製造ができていないといえる。 In the production methods of Examples 1 to 6, in which one or more types of reducing gases are used, the ruthenium-containing thin film can be clearly produced region-selectively in the first region and the second region, whereas only the oxidizing gas In Comparative Example 1 using a reducing gas and Comparative Example 2 using a combination of a reducing gas and an oxidizing gas, a film was formed in both the first region and the second region, and it can be said that a region-selective ruthenium-containing thin film could not be produced. .
1材料容器
2恒温槽
3反応チャンバー
4基板
5反応ガス導入口
6希釈ガス導入口
7キャリアガス導入口
8マスフローコントローラー
9マスフローコントローラー
10マスフローコントローラー
11油回転式ポンプ
12排気
13ロードロックチャンバー
1 Material container 2 Constant temperature bath 3 Reaction chamber 4 Substrate 5 Reaction gas inlet 6 Dilution gas inlet 7 Carrier gas inlet 8 Mass flow controller 9 Mass flow controller 10 Mass flow controller 11 Oil rotary pump 12 Exhaust 13 Load lock chamber
Claims (7)
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