JP6797068B2 - Method for manufacturing titanium carbide-containing thin film by atomic layer deposition method - Google Patents
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Description
本発明は、原子層堆積法による炭化チタン含有薄膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a titanium carbide-containing thin film by an atomic layer deposition method.
炭化チタン含有薄膜は切削工具、電子材料用の配線や電極に用いられており、例えば、半導体メモリ材料やリチウム空気電池用の電極などへの応用も検討されている。 Titanium carbide-containing thin films are used for wiring and electrodes for cutting tools and electronic materials, and their application to, for example, semiconductor memory materials and electrodes for lithium-air batteries is also being studied.
炭化チタン含有薄膜の製造法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、塗布熱分解法やゾルゲル法等のMOD(Metal Organic Deposition)法、化学気相成長法等が挙げられるが、組成制御性、段差被覆性に優れること、量産化に適すること、ハイブリッド集積が可能である等多くの長所を有しているので、原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法を含む化学気相成長(以下、単に「CVD」と記載することもある)法が最適な製造プロセスである。 Examples of the method for producing a titanium carbide-containing thin film include a sputtering method, an ion plating method, a MOD (Metal Organic Deposition) method such as a coating pyrolysis method and a solgel method, and a chemical vapor deposition method. Since it has many advantages such as excellent step coverage, suitability for mass production, and hybrid integration, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as "Atomic Layer Deposition") including atomic layer deposition (ALD) method is included. The method (sometimes simply referred to as "CVD") is the optimal manufacturing process.
非特許文献1及び非特許文献2には、炭化チタン薄膜をMO(Metal Organic)CVD法で製造する際に用いられるチタン源として、テトラキスネオペンチルチタニウムが開示されている。しかし、テトラキスネオペンチルチタニウムを用いてMOCVD法によって炭化チタン薄膜を製造した場合には、炭化チタン中の炭素成分濃度が理論量より大幅に少ない状態となり、品質の良い炭化チタン薄膜を製造することができなかった。品質を安定させるために、高温で成膜しようとした場合、テトラキスネオペンチルチタニウムは熱安定性が悪いために、薄膜中に有機物としての残留炭素成分が混入してしまい、高品質な炭化チタン薄膜を形成することが困難であるという問題点があった。 Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose tetrakisneopentyltitanium as a titanium source used when a titanium carbide thin film is produced by the MO (Metal Organic) CVD method. However, when a titanium carbide thin film is produced by the MOCVD method using tetrakisneopentyl titanium, the concentration of carbon components in titanium carbide is significantly lower than the theoretical amount, and a high-quality titanium carbide thin film can be produced. could not. When trying to form a film at a high temperature in order to stabilize the quality, tetrakisneopentyl titanium has poor thermal stability, so residual carbon components as organic substances are mixed in the thin film, resulting in a high-quality titanium carbide thin film. There was a problem that it was difficult to form.
原子層堆積法のような化学気相成長法を用いる炭化チタン含有薄膜の製造方法に求められていることは、用いられる薄膜形成用原料に自然発火性が無く、安全に薄膜を形成することができ、また、該薄膜形成用原料の熱分解性及び/又は反応性ガスとの反応性が良く、生産性に優れることである。また、得られる炭化チタン含有薄膜中に有機物としての残留炭素成分の混入が少なく、高品質であることも求められている。従来は、これらの点で充分に満足し得る炭化チタン含有薄膜形成用原料及び製造方法はなかった。 What is required of a method for producing a thin film containing titanium carbide using a chemical vapor deposition method such as an atomic layer deposition method is that the raw material for thin film formation used does not have spontaneous ignition and a thin film can be safely formed. In addition, the raw material for forming a thin film has good thermal decomposability and / or reactivity with a reactive gas, and is excellent in productivity. Further, it is also required that the obtained titanium carbide-containing thin film contains less residual carbon component as an organic substance and has high quality. Conventionally, there has been no raw material or manufacturing method for forming a titanium carbide-containing thin film that is sufficiently satisfactory in these respects.
本発明者等は、検討を重ねた結果、特定の工程を有する原子層堆積法による、炭化チタン含有薄膜の製造方法が上記課題を解決し得ることを知見し、本発明に到達した。 As a result of repeated studies, the present inventors have found that a method for producing a titanium carbide-containing thin film by an atomic layer deposition method having a specific step can solve the above problems, and have arrived at the present invention.
すなわち、本発明は、基体上に原子層堆積法により炭化チタン含有薄膜を製造する方法において、(A)(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを含む原料ガスを処理雰囲気に導入し、前記基体上に(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを堆積させる工程(以下、「(A)工程」と略す場合がある);(B)水素を含む反応性ガスを処理雰囲気に導入し、前記基体上に堆積させた(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンと反応させることでチタンを炭化する工程(以下、「(B)工程」と略す場合がある)を含む、炭化チタン含有薄膜の製造方法を提供するものである。 That is, the present invention is a method for producing a titanium carbide-containing thin film on a substrate by an atomic layer deposition method, wherein the raw material contains (A) (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium. A step of introducing gas into the treatment atmosphere and depositing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium on the substrate (hereinafter, may be abbreviated as "step (A)"). ); (B) By introducing a reactive gas containing hydrogen into the treatment atmosphere and reacting it with the (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium deposited on the substrate. The present invention provides a method for producing a titanium carbide-containing thin film, which comprises a step of carbonizing titanium (hereinafter, may be abbreviated as “step (B)”).
本発明によれば、低い反応温度で残留炭素成分が少なく品質の良い炭化チタン含有薄膜を生産性良く製造することができる。 According to the present invention, it is possible to produce a high-quality titanium carbide-containing thin film having a small residual carbon component at a low reaction temperature with high productivity.
本発明の原子層堆積法による炭化チタン含有薄膜の製造方法は、周知一般の原子層堆積法と同様の手順を用いることができるが、後述する(A)工程と(B)工程と、を組み合わせることを必須とすることが本発明の特徴である。 The method for producing a titanium carbide-containing thin film by the atomic layer deposition method of the present invention can use the same procedure as the well-known general atomic layer deposition method, but combines steps (A) and (B) described later. It is a feature of the present invention that this is essential.
本発明の製造方法における(A)工程は、(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを含む原料ガスを処理雰囲気に導入し、基体上に(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを堆積させる工程である。ここで、本明細書に記載する「堆積」とは、基体上に(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンが吸着していることを含む概念を示す。(A)工程において、(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを含む原料ガスを用い、これを(B)工程と組み合わせることで、低い反応温度で良質な炭化チタン含有薄膜を製造することができるという効果がある。この工程における(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを含む原料ガスは、(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを90体積%以上含むことが好ましく、99体積%以上含むことがさらに好ましい。 In the step (A) in the production method of the present invention, a raw material gas containing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium is introduced into the treatment atmosphere, and (1,2) is placed on the substrate. , 3,4,5-Pentamethylcyclopentadienyl) This is a step of depositing trichlorotitanium. Here, the term "deposit" as described herein refers to a concept including the adsorption of (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium on a substrate. In step (A), a raw material gas containing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium is used, and by combining this with step (B), good quality is obtained at a low reaction temperature. It has the effect of being able to produce a titanium carbide-containing thin film. The raw material gas containing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium in this step is (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium. It is preferably contained in an amount of 90% by volume or more, and more preferably 99% by volume or more.
(A)工程における(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを気化させる方法としては、特に限定されるものではなく、周知一般の原子層堆積法に用いられる有機金属化合物の気化方法で行うことができる。例えば、図2に示すALD法用装置の原料容器中で加熱や減圧することによって気化させることができる。加熱する際の温度は20℃〜200℃の範囲が好ましく、50〜150℃の範囲がより好ましい。また、(A)工程において、気化させた(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを基体上に堆積させる際の基体の温度は20〜350℃の範囲が好ましく、200〜300℃がより好ましい。 The method for vaporizing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium in the step (A) is not particularly limited, and is used in a well-known general atomic layer deposition method. It can be carried out by a method of vaporizing an organometallic compound. For example, it can be vaporized by heating or depressurizing in the raw material container of the ALD method apparatus shown in FIG. The temperature at the time of heating is preferably in the range of 20 ° C. to 200 ° C., more preferably in the range of 50 to 150 ° C. Further, in the step (A), the temperature of the substrate when vaporized (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium is deposited on the substrate is in the range of 20 to 350 ° C. Preferably, 200 to 300 ° C. is more preferable.
本発明における上記基体の材質としては、例えば、シリコン;インジウムヒ素、インジウムガリウム砒素、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、窒化タンタル、酸化チタン、窒化チタン、炭化チタン、酸化ルテニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、窒化ガリウム等のセラミックス;ガラス;白金、ルテニウム、アルミニウム、銅、ニッケル、コバルト、タングステン、モリブデン等の金属が挙げられる。基体の形状としては、板状、球状、繊維状、鱗片状が挙げられる。基体表面は、平面であってもよく、トレンチ構造等の三次元構造となっていてもよい。 Examples of the material of the substrate in the present invention include silicon; indium arsenic, indium gallium arsenic, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, tantalum nitride, titanium oxide, titanium nitride, and titanium carbide. , Ceramics such as ruthenium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, lanthanum oxide, gallium nitride; glass; metals such as platinum, ruthenium, aluminum, copper, nickel, cobalt, tungsten, molybdenum and the like. Examples of the shape of the substrate include plate-like, spherical, fibrous, and scaly shapes. The surface of the substrate may be flat or may have a three-dimensional structure such as a trench structure.
本発明の製造方法における(B)工程は、水素を含む反応性ガスを処理雰囲気に導入し、前記基体上に堆積させた(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンと反応させることでチタンを炭化する工程である。(B)工程において、水素を含む反応性ガスを用いることで、低い温度で、品質の良い炭化チタン含有薄膜を形成することができるという効果がある。 In step (B) in the production method of the present invention, a reactive gas containing hydrogen was introduced into the treatment atmosphere and deposited on the substrate (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl). This is a process of carbonizing titanium by reacting it with trichlorotitanium. By using a reactive gas containing hydrogen in the step (B), there is an effect that a high-quality titanium carbide-containing thin film can be formed at a low temperature.
この工程における水素を含む反応性ガスは、水素からなるガスでもよく、アルゴン、窒素、酸素等のガスとの混合ガスであってもよい。アルゴンや窒素に代表される不活性ガスと水素との混合ガスであることが好ましい。混合ガスの場合の水素の濃度は、0.001〜50体積%の範囲内が好ましく、より好ましくは0.01〜50体積%、更に好ましくは0.01〜30体積%である。 The reactive gas containing hydrogen in this step may be a gas composed of hydrogen or a mixed gas with a gas such as argon, nitrogen and oxygen. It is preferably a mixed gas of hydrogen and an inert gas typified by argon or nitrogen. The concentration of hydrogen in the mixed gas is preferably in the range of 0.001 to 50% by volume, more preferably 0.01 to 50% by volume, and further preferably 0.01 to 30% by volume.
(B)工程における水素を含む反応性ガスを処理雰囲気に導入する方法は、特に限定されるものではなく、周知一般の原子層堆積法に用いられる反応性ガスの導入方法と同様に導入することができるが、あらかじめ気化させた水素を含む反応性ガスを処理雰囲気に導入することが好ましい。 The method for introducing the reactive gas containing hydrogen into the treatment atmosphere in the step (B) is not particularly limited, and the method is the same as the method for introducing the reactive gas used in the well-known general atomic layer deposition method. However, it is preferable to introduce a reactive gas containing hydrogen vaporized in advance into the treatment atmosphere.
本発明における炭化チタン含有薄膜とは、炭化チタンを5質量%以上含有する薄膜であればよく、例えば、炭化チタンや炭化チタンとモリブデンの合金を挙げることができる。これらのなかでも、本発明の製造方法は、炭化チタン薄膜を製造するための方法として好適である。 The titanium carbide-containing thin film in the present invention may be a thin film containing 5% by mass or more of titanium carbide, and examples thereof include titanium carbide and an alloy of titanium carbide and molybdenum. Among these, the production method of the present invention is suitable as a method for producing a titanium carbide thin film.
本発明の炭化チタン含有薄膜の製造方法の一例として、シリコン基体上に炭化チタン薄膜を製造する方法について、図1のフローチャートを用いて説明する。ここでは、図2に示すALD法用装置を用いることとする。 As an example of the method for producing a titanium carbide-containing thin film of the present invention, a method for producing a titanium carbide thin film on a silicon substrate will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, the ALD method apparatus shown in FIG. 2 is used.
まず、シリコン基体を成膜チャンバー内に設置する。このシリコン基体の設置の方法は特に限定されるものではなく、周知一般の方法によって基体を成膜チャンバーに設置すればよい。また、(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを原料容器内で気化させ、これを成膜チャンバーに導入し、20〜350℃、好ましくは100〜350℃、より好ましくは150〜350℃、特に好ましくは200〜350℃に加温したシリコン基体上に堆積(吸着)させる[(A)工程]。 First, the silicon substrate is installed in the film forming chamber. The method for installing the silicon substrate is not particularly limited, and the substrate may be installed in the film forming chamber by a well-known general method. Further, (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium is vaporized in the raw material container and introduced into the film forming chamber, and the temperature is 20 to 350 ° C., preferably 100 to 350 ° C. , More preferably 150 to 350 ° C., particularly preferably 200 to 350 ° C., and deposit (adsorb) on a silicon substrate [(A) step].
次に、シリコン基体上に堆積しなかった(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを成膜チャンバーから排気する(排気工程1)。シリコン基体上に堆積しなかった(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンが成膜チャンバーから完全に排気されるのが理想的であるが、必ずしも完全に排気する必要はない。排気方法としては、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスにより系内をパージする方法、系内を減圧することで排気する方法、これらを組み合わせた方法などが挙げられる。減圧する場合の減圧度は、0.01〜300Paが好ましく、0.1〜100Paがより好ましい。 Next, the trichlorotitanium (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) that did not deposit on the silicon substrate is exhausted from the film forming chamber (exhaust step 1). Ideally, the trichlorotitanium that did not deposit on the silicon substrate (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) is completely exhausted from the film formation chamber, but not necessarily completely. do not have to. Examples of the exhaust method include a method of purging the inside of the system with an inert gas such as helium and argon, a method of exhausting by depressurizing the inside of the system, and a method of combining these. When the pressure is reduced, the degree of pressure reduction is preferably 0.01 to 300 Pa, more preferably 0.1 to 100 Pa.
次に、成膜チャンバーに、水素を含む反応性ガスとして水素を含むガスを導入し、シリコン基体上に堆積させた(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンと反応させることでチタンを炭化する[(B)工程]。水素はガスの状態で導入することが好ましく、安全面を考慮してアルゴンや窒素などの不活性ガスとの混合ガスとしておくことがよい。混合ガス中の好ましい水素の濃度は上述の通りである。なお、本工程において熱を作用させる場合の温度は、20〜350℃、好ましくは100〜350℃、より好ましくは150〜350℃、特に好ましくは200〜350℃である。(A)工程の基体温度と、(B)工程において熱を作用させる場合の温度との差は、絶対値で0〜20℃の範囲内であることが好ましい。この範囲内に調整することで、炭化チタン含有薄膜の反りが発生しにくいという効果が認められるためである。 Next, a gas containing hydrogen was introduced into the film forming chamber as a reactive gas containing hydrogen, and the trichlorotitanium was deposited on a silicon substrate (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl). The titanium is carbonized by reacting with [(B) step]. Hydrogen is preferably introduced in the form of a gas, and is preferably a mixed gas with an inert gas such as argon or nitrogen in consideration of safety. The preferred hydrogen concentration in the mixed gas is as described above. The temperature at which heat is applied in this step is 20 to 350 ° C, preferably 100 to 350 ° C, more preferably 150 to 350 ° C, and particularly preferably 200 to 350 ° C. The difference between the substrate temperature in the step (A) and the temperature when heat is applied in the step (B) is preferably in the range of 0 to 20 ° C. in absolute value. This is because, by adjusting within this range, the effect that the titanium carbide-containing thin film is less likely to warp is recognized.
次に、未反応の水素及び副生したガスを成膜チャンバーから排気する(排気工程2)。未反応の水素及び副生したガスが反応室から完全に排気されるのが理想的であるが、必ずしも完全に排気する必要はない。排気方法としては、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスにより系内をパージする方法、系内を減圧することで排気する方法、これらを組み合わせた方法などが挙げられる。減圧する場合の減圧度は、0.01〜300Paが好ましく、0.1〜100Paがより好ましい。 Next, unreacted hydrogen and by-produced gas are exhausted from the film forming chamber (exhaust step 2). Ideally, unreacted hydrogen and by-produced gas are completely exhausted from the reaction chamber, but not necessarily completely. Examples of the exhaust method include a method of purging the inside of the system with an inert gas such as helium and argon, a method of exhausting by depressurizing the inside of the system, and a method of combining these. When the pressure is reduced, the degree of pressure reduction is preferably 0.01 to 300 Pa, more preferably 0.1 to 100 Pa.
上記の(A)工程、排気工程1、(B)工程および排気工程2からなる一連の操作による薄膜堆積を1サイクルとし、この成膜サイクルを必要な膜厚の炭化チタン含有薄膜が得られるまで複数回繰り返してもよい。 The thin film deposition by a series of operations including the above steps (A), exhaust step 1, (B) and exhaust step 2 is set as one cycle, and this film formation cycle is until a titanium carbide-containing thin film having a required film thickness is obtained. It may be repeated multiple times.
また、本発明の製造方法には、プラズマ、光、電圧などのエネルギーを印加してもよい。これらのエネルギーを印加する時期は、特には限定されず、例えば、(A)工程における(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタン導入時、(B)工程における加温時、排気工程における系内の排気時でもよく、上記の各工程の間でもよい。なかでも、(B)工程における加温時にプラズマによってエネルギーを印可した場合には、低い温度で品質の良い炭化チタン含有薄膜を形成することができることから特に好ましい。 Further, energy such as plasma, light, and voltage may be applied to the production method of the present invention. The timing of applying these energies is not particularly limited, and for example, at the time of introducing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium in the step (A), in the step (B). It may be during heating, during exhaust in the system in the exhaust step, or during each of the above steps. Of these, when energy is applied by plasma during heating in step (B), a high-quality titanium carbide-containing thin film can be formed at a low temperature, which is particularly preferable.
また、本発明の薄膜の製造方法において、上記のようにプラズマによってエネルギーを印可する場合、水素を含む反応性ガスは製造方法における全ての工程の間で成膜チャンバー内へ流し続けてもよく、炭化チタン含有薄膜の形成工程の際にのみ、水素を含む反応性ガスに対してプラズマ処理を行ったものを成膜チャンバーへ導入してもよい。高周波(以下、RFという場合もある)出力は、低すぎると良好な金属を含有する膜となりにくく、高すぎると基板へのダメージが大きいため10〜1500Wが好ましく、50〜600Wがより好ましい。本発明の製造方法において、プラズマによってエネルギーを印可する方法を採用した場合には、非常に高品質な炭化チタン含有薄膜を得ることができることから好ましい。 Further, in the method for producing a thin film of the present invention, when energy is applied by plasma as described above, the reactive gas containing hydrogen may continue to flow into the film forming chamber during all the steps in the production method. Only in the step of forming the titanium carbide-containing thin film, a reactive gas containing hydrogen that has been subjected to plasma treatment may be introduced into the film forming chamber. If the high frequency (hereinafter, also referred to as RF) output is too low, it is difficult to form a film containing a good metal, and if it is too high, the damage to the substrate is large, so 10 to 1500 W is preferable, and 50 to 600 W is more preferable. When the method of applying energy by plasma is adopted in the production method of the present invention, it is preferable because a very high quality titanium carbide-containing thin film can be obtained.
また、本発明の製造方法においては、薄膜堆積の後に、より良好な電気特性を得るために不活性雰囲気下でアニール処理を行ってもよく、段差埋め込みが必要な場合には、リフロー工程を設けてもよい。この場合の温度は、200〜1000℃であり、250〜500℃が好ましい。 Further, in the production method of the present invention, after thin film deposition, annealing treatment may be performed in an inert atmosphere in order to obtain better electrical characteristics, and if step embedding is required, a reflow step is provided. You may. The temperature in this case is 200 to 1000 ° C, preferably 250 to 500 ° C.
本発明により炭化チタン含有薄膜を製造するのに用いる装置は、周知のALD法用装置を用いることができる。具体的な装置の例としては図2のような原子層堆積法用原料をバブリング供給することのできる装置や、図3のように気化室を有する装置が挙げられる。また、図4及び図5のように水素を含む反応性ガスに対してプラズマ処理を行うことのできる装置が挙げられる。図2〜図5のような枚葉式装置に限らず、バッチ炉を用いた多数枚同時処理可能な装置を用いることもできる。 As the apparatus used for producing the titanium carbide-containing thin film according to the present invention, a well-known ALD method apparatus can be used. Specific examples of the apparatus include an apparatus capable of bubbling and supplying raw materials for the atomic layer deposition method as shown in FIG. 2 and an apparatus having a vaporization chamber as shown in FIG. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, an apparatus capable of performing plasma treatment on a reactive gas containing hydrogen can be mentioned. Not limited to the single-wafer type apparatus as shown in FIGS. 2 to 5, an apparatus capable of simultaneously processing a large number of sheets using a batch furnace can also be used.
以下、実施例及び比較例をもって本発明を更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下の実施例等によって何ら制限を受けるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited by the following examples and the like.
[実施例1]炭化チタン薄膜の製造
(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを原子層堆積法用原料とし、図3に示す装置を用いて以下の条件のALD法により、シリコンウエハ上に炭化チタン薄膜を製造した。得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線回折法及びX線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、膜厚は7.0nmであり、膜組成は炭化チタンであり、炭素含有量は46atom%(理論値50atom%)であった。有機物としての残留炭素成分は検出されなかった。なお、1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.14nmであった。
[Example 1] Production of titanium carbide thin film (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) Using trichlorotitanium as a raw material for the atomic layer deposition method, the following conditions are used using the apparatus shown in FIG. A titanium carbide thin film was produced on a silicon wafer by the ALD method of. The film thickness of the obtained thin film was measured by the X-ray reflectivity method, and the thin film structure and thin film composition were confirmed by the X-ray diffraction method and the X-ray photoelectron spectroscopy. The film thickness was 7.0 nm, and the film composition was found. Was titanium carbide, and the carbon content was 46 atom% (theoretical value 50 atom%). No residual carbon component was detected as an organic substance. The film thickness obtained per cycle was 0.14 nm.
(条件)
反応温度(シリコンウエハ温度):300℃
反応性ガス:アルゴンガス:250sccm(1気圧、0℃)および水素:50sccm(1気圧、0℃)の混合ガス
下記(1)〜(4)からなる一連の工程を1サイクルとして、50サイクル繰り返した。
(1)原料容器温度:110℃、原料容器圧力:0.8Torr(106Pa)の条件で気化させた原子層堆積法用原料である1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンの蒸気を成膜チャンバー内に導入し、系圧力0.6Torr(80Pa)で10秒間、シリコンウエハ表面に堆積させる。
(2)20秒間のアルゴンパージにより、未反応原料を除去する。
(3)反応性ガスを導入し、系圧力0.6Torr(80Pa)で10秒間反応させる。このとき反応性ガスに13.56MHz、100Wの高周波出力を印可することによりプラズマ化した。
(4)15秒間のアルゴンパージにより、未反応原料を除去する。
(conditions)
Reaction temperature (silicon wafer temperature): 300 ° C
Reactive gas: Argon gas: 250 sccm (1 atm, 0 ° C) and hydrogen: 50 sccm (1 atm, 0 ° C) mixed gas 50 cycles are repeated with a series of steps (1) to (4) below as one cycle. It was.
(1) Raw material container temperature: 110 ° C., raw material container pressure: 1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl, which is a raw material for the atomic layer deposition method vaporized under the conditions of 0.8 Torr (106 Pa). ) The vapor of trichlorotitanium is introduced into the film forming chamber and deposited on the surface of the silicon wafer at a system pressure of 0.6 Torr (80 Pa) for 10 seconds.
(2) The unreacted raw material is removed by argon purging for 20 seconds.
(3) A reactive gas is introduced and reacted at a system pressure of 0.6 Torr (80 Pa) for 10 seconds. At this time, plasma was formed by applying a high frequency output of 13.56 MHz and 100 W to the reactive gas.
(4) The unreacted raw material is removed by argon purging for 15 seconds.
[比較例1]
原子層堆積法用原料としてテトラキスネオペンチルチタニウムを用いたこと以外は、実施例1と同様の条件で炭化チタン薄膜の製造を行った。
得られた薄膜について、X線反射率法による膜厚測定、X線回折法及びX線光電子分光法による薄膜構造及び薄膜組成の確認を行ったところ、膜厚は6nmであり、膜組成は炭化チタンであり、炭素含有量は40atom%(理論値50atom%)であった。有機物としての残留炭素成分は10atom%以上が検出された。1サイクル当たりに得られる膜厚は、0.12nmであった。
[Comparative Example 1]
A titanium carbide thin film was produced under the same conditions as in Example 1 except that tetrakisneopentyltitanium was used as a raw material for the atomic layer deposition method.
When the film thickness of the obtained thin film was measured by the X-ray reflectivity method and the thin film structure and thin film composition were confirmed by the X-ray diffraction method and the X-ray photoelectron spectroscopy, the film thickness was 6 nm and the film composition was carbonized. It was titanium and had a carbon content of 40 atom% (theoretical value of 50 atom%). The residual carbon component as an organic substance was detected to be 10 atom% or more. The film thickness obtained per cycle was 0.12 nm.
実施例1の結果から、本発明の製造方法を用いた場合には、有機物としての残留炭素成分は検出されず、また、理論量に近い炭素成分を含有する高品質な炭化チタン薄膜を形成できることがわかる。一方で、比較例1では、有機物としての残留炭素成分が薄膜中に大量に混入し、薄膜は理論量を大幅に下回る炭素量しか含有していない品質の悪い炭化チタン薄膜が得られたことがわかる。 From the results of Example 1, when the production method of the present invention is used, the residual carbon component as an organic substance is not detected, and a high-quality titanium carbide thin film containing a carbon component close to the theoretical amount can be formed. I understand. On the other hand, in Comparative Example 1, a large amount of residual carbon component as an organic substance was mixed in the thin film, and the thin film contained a carbon content significantly lower than the theoretical amount, resulting in a poor quality titanium carbide thin film. Understand.
Claims (4)
(A)(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを含む原料ガスを処理雰囲気に導入し、前記基体上に(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンを堆積させる工程、
(B)水素を含む反応性ガスを処理雰囲気に導入し、前記基体上に堆積させた(1,2,3,4,5−ペンタメチルシクロペンタジエニル)トリクロロチタンと反応させることでチタンを炭化する工程を含む、炭化チタン含有薄膜の製造方法。 In a method for producing a titanium carbide-containing thin film on a substrate by an atomic layer deposition method,
(A) A raw material gas containing (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) trichlorotitanium was introduced into the treatment atmosphere, and (1,2,3,4,5-penta) was placed on the substrate. Methylcyclopentadienyl) Trichlorotitanium deposition process,
(B) Titanium is produced by introducing a reactive gas containing hydrogen into the treatment atmosphere and reacting it with trichlorotitanium (1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentadienyl) deposited on the substrate. A method for producing a titanium carbide-containing thin film, which comprises a step of carbonizing.
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