用于原子层沉积法的薄膜形成用原料、薄膜形成用原料、薄膜的制造方法及化合物

文档序号:639146 发布日期:2021-05-11 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 用于原子层沉积法的薄膜形成用原料、薄膜形成用原料、薄膜的制造方法及化合物 (Thin film forming raw material for atomic layer deposition method, thin film forming raw material, thin film manufacturing method, and compound ) 是由 冈田奈奈 吉野智晴 山下敦史 于 2019-09-24 设计创作,主要内容包括:本发明的目的在于提供一种用于原子层沉积法的薄膜形成用原料,其含有下述通式(1)表示的化合物(式中,R~1~R~4各自独立地表示碳数1~5的烷基,A~1表示碳数1~5的链烷二基)。(The invention aims to provide a raw material for forming a thin film for an atomic layer deposition method, which contains a compound represented by the following general formula (1) (wherein R is 1 ~R 4 Each independently represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, A 1 Represents an alkanediyl group having 1 to 5 carbon atoms).)

用于原子层沉积法的薄膜形成用原料、薄膜形成用原料、薄膜 的制造方法及化合物

技术领域

本发明涉及一种含有具有特定结构的镓化合物的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料、含有具有特定结构的镓化合物的薄膜形成用原料、使用这些原料形成含有镓原子的薄膜的薄膜的制造方法及具有特定结构的新的镓化合物。

背景技术

含有锡元素的薄膜形成用材料显示出特异的电特性,可应用于各种用途。例如可用作半导体等电子设备用的薄膜、以及太阳能电池或LED等光电工程应用的膜等。

作为薄膜的制造方法,例如可举出溅镀法、离子镀法、涂布热解法、溶胶凝胶法等MOD法、CVD法等。其中,由于具有组成控制性和梯度覆盖性优异、适合量产化、以及可混合集成等诸多优点,原子层沉积法(有时也称为ALD法)是最佳的制造方法。

已经报道了各种可用于如CVD法和ALD法这样的气相薄膜形成法的材料,但可适用于ALD法的薄膜形成用原料必须具有称之为ALD窗的温度区域,该温度区域必须足够宽。因此,即使是可用于CVD法的薄膜形成用原料,不适于ALD法的情况也居多,这在本技术领域是技术常识。

作为用作ALD法用原料的镓化合物,专利文献1~4中公开了三甲基镓、三乙基镓这样的三烷基镓,三(二甲氨基)镓、三(二乙氨基)镓这样的三(二烷基氨基)镓。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特表2018-524808号公报,权利要求7

专利文献2:日本特开2018-011067号公报,[0174]段落

专利文献3:日本特表2017-503079号公报,[0067]段落

专利文献4:日本特开2018-010936号公报,[0027]段落

发明内容

发明要解决的课题

要求用于原子层沉积法的薄膜形成用原料具有优异的热稳定性,可与反应性气体在低温下反应,且能够以良好的生产率制造质量优良的薄膜。特别是强烈需求可得到质量优良的薄膜的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料。

以往,为了使用专利文献1~4中公开的三甲基镓、三乙基镓这样的三烷基镓作为用于原子层沉积法的薄膜形成用原料来得到质量优良的含有镓原子的薄膜,一直以来使用采用臭氧气体作为反应性气体的方法。这是因为三烷基镓与臭氧气体的反应性高,但存在臭氧气体对周边部件造成很大损害的问题。为了解决该问题,考虑了使用反应性差且对周边部件的影响少的水蒸气等反应性气体,但在使用三烷基镓作为用于原子层沉积法的薄膜形成用原料且使用水蒸气作为反应性气体的情况下,存在以下问题:大量的残留碳成分混入得到的薄膜中,无法得到质量良好的含有镓原子的膜。作为其他方法,也提出了使用氧气作为反应性气体并进一步与等离子体作用而制造薄膜的方法,但即使在该情况下,也报道了大量的残留碳成分混入得到的薄膜中。

另外,如三(二甲氨基)镓、三(二乙氨基)镓这样的三(二烷基氨基)镓会形成二聚体,熔点增高,在常温下成为固体,并不适合作为薄膜形成用原料。

因此,本发明的第1个目的是提供一种即使在使用水蒸气等反应性气体的情况下,也能够通过ALD法得到质量优良的含有镓原子的膜的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料及使用该原料的薄膜的制造方法。

另外,适用于通过CVD法等气化化合物而形成薄膜的原料的化合物(前体)所要求的性质是:熔点低,能够在液态下输送,液体粘度低,蒸气压大,容易气化,热稳定性高。尤其是对于作为镓原子供给源的薄膜形成用原料来说,要求具有低熔点和优异的输送性的薄膜形成用原料。

因此,本发明的第2个目的是提供一种熔点低、输送性优异、含有具有特定结构的镓化合物的薄膜形成用原料。

解决课题的手段

本发明人等进行了反复研究,结果发现,含有具有特定结构的镓化合物的薄膜形成用原料可解决上述课题,从而完成了本发明。

即,本发明提供一种用于原子层沉积法的薄膜形成用原料,其含有下述通式(1)表示的镓化合物,

[化1]

(式中,R1~R4各自独立地表示碳数1~5的烷基,A1表示碳数1~5的链烷二基)。

另外,本发明提供一种薄膜形成用原料,其含有下述通式(2)表示的镓化合物:

[化2]

(式中,R5~R8各自独立地表示碳数1~5的烷基,A2表示碳数1~5的链烷二基,其中,R5~R8的碳数之和为5以上)。

另外,本发明还提供一种薄膜的制造方法,其是在基体的表面制造含有镓原子的薄膜的方法,包括以下工序:将包含气化上述用于原子层沉积法的薄膜形成用原料或薄膜形成用原料而得到的上述化合物的蒸气导入处理气氛中,使该化合物分解和/或发生化学反应而沉积在上述基体的表面上。

另外,本发明提供一种镓化合物,其由下述通式(3)表示:

[化3]

(式中,R9~R12各自独立地表示碳数1~5的烷基)。

发明效果

通过使用本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料,即使在使用水蒸气等反应性气体的情况下,也能够制造出残留碳少、质量优良的含有镓原子的薄膜。另外,通过使用本发明的薄膜形成用原料,由于其优异的输送性,因而能够以良好的生产率制造薄膜。

附图说明

[图1]是表示用于本发明的薄膜的制造方法的化学气相沉积用装置的一例的概略图。

[图2]是表示用于本发明的薄膜的制造方法的化学气相沉积用装置的另一例的概略图。

[图3]是表示用于本发明的薄膜的制造方法的化学气相沉积用装置的再一例的概略图。

[图4]是表示用于本发明的薄膜的制造方法的化学气相沉积用装置的再一例的概略图。

具体实施方式

本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料含有上述通式(1)表示的化合物。

在上述通式(1)中,R1~R4各自独立地表示碳数1~5的烷基。

在上述通式(1)中,作为R1~R4表示的碳数1~5的烷基,例如可举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正戊基、仲戊基、叔戊基、异戊基、新戊基。

在上述通式(1)中,A1表示碳数1~5的链烷二基。

在上述通式(1)中,作为A1表示的碳数1~5的链烷二基,例如可举出:亚甲基、亚乙基、亚丙基、甲基亚乙基、亚丁基、1-甲基亚丙基、2-甲基亚丙基、1,2-二甲基亚丙基、1,3-二甲基亚丙基、1-甲基亚丁基、2-甲基亚丁基、3-甲基亚丁基、4-甲基亚丁基等。

在上述通式(1)中,对于R1~R4和A1来说,它们的组合优选为使得化合物在常温常压下为液态且蒸气压变大的组合。具体地,从蒸气压高的观点考虑,优选R1~R4各自独立地为甲基或乙基,其中,特别优选R1=R2。另外,从与水蒸气的反应性良好的观点考虑,优选A1为亚乙基、亚丙基、甲基亚乙基、亚丁基、1-甲基亚丙基、2-甲基亚丙基,从ALD窗范围广的观点考虑,更优选为亚丙基、1-甲基亚丙基、2-甲基亚丙基,特别优选为2-甲基亚丙基。从熔点低的观点考虑,特别优选R1~R4各自独立地为甲基或乙基,A1为2-甲基亚丙基。

作为本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料所使用的通式(1)表示的化合物的优选的具体例,例如可举出:下述化合物No.1~No.30。

予以说明,下述化学式中的“Me”表示甲基,“Et”表示乙基。

[化4]

[化5]

[化6]

[化7]

[化8]

本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料所使用的通式(1)表示的化合物不受其制造方法的特殊限制,可通过公知的合成方法来制造。例如可通过使氯化镓与卤代二烷基胺发生格氏反应,然后再与烷基锂反应而得到。

本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料只要含有上述通式(1)表示的化合物即可,其组成可根据目标薄膜的种类而不同。例如,在制造仅含有镓作为金属的薄膜的情况下,本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料不含上述通式(1)表示的镓化合物以外的金属化合物和半金属化合物。另一方面,在制造含有镓和镓以外的金属和/或半金属的薄膜的情况下,本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料除了含有上述通式(1)表示的化合物以外,还可以含有含镓以外的金属的化合物和/或含半金属的化合物(以下也称为其他前体)。本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料如后所述,还可以含有有机溶剂和/或亲核试剂。

本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料的形态可根据所使用的原子层沉积法的输送供给方法等的手段适当地选择。

作为上述输送供给方法,包括如下方法:气体输送法,其中,通过在储存有CVD用原料的容器(以下有时简称为“原料容器”)中加热和/或减压该原料而使之气化成为蒸气,将该蒸气与根据需要使用的氩气、氮气、氦气等载气一起导入设置有基体的成膜室(以下有时称为“沉积反应部”)内;以及液体输送法,其中,将CVD用原料以液体或溶液的状态输送到气化室中,通过在气化室中加热和/或减压而使之气化成为蒸气,将该蒸气导入成膜室内。当使用气体输送法时,上述通式(1)表示的化合物本身可用作CVD用原料。当使用液体输送法时,上述通式(1)表示的化合物本身或将该化合物溶解在有机溶剂中而得到的溶液可用作CVD用原料。这些CVD用原料还可以包括其他前体、亲核试剂等。

另外,在多成分体系的ALD法中,包括如下方法:独立地气化并供给用于原子层沉积法的薄膜形成用原料的各成分的方法(以下有时也称为“单一来源法”),以及,气化并供给将多成分原料以预先期望的组成混合的混合原料的方法(以下有时也称为“鸡尾酒来源法”)。当使用鸡尾酒来源法时,上述通式(1)表示的化合物与其他前体的混合物、或将该混合物溶解在有机溶剂中而得到的混合溶液可用作用于原子层沉积法的薄膜形成用原料。该混合物或混合溶液还可以含有亲核试剂等。

作为上述有机溶剂,可不受特殊限制地使用众所周知的一般的有机溶剂。作为该有机溶剂,例如可举出:乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲氧基乙酯等乙酸酯类;四氢呋喃、四氢吡喃、乙二醇二甲基醚、二甘醇二甲基醚、三甘醇二甲基醚、二丁基醚、二烷等醚类;甲基丁基酮、甲基异丁基酮、乙基丁基酮、二丙基酮、二异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮、甲基环己酮等酮类;己烷、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、乙基环己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯等烃类;1-氰基丙烷、1-氰基丁烷、1-氰基己烷、氰基环己烷、氰基苯、1,3-二氰基丙烷、1,4-二氰基丁烷、1,6-二氰基己烷、1,4-二氰基环己烷、1,4-二氰基苯等具有氰基的烃类;吡啶、二甲基吡啶等。根据溶质的溶解度、使用温度与沸点、闪点的关系等,这些有机溶剂可以单独使用或混合使用2种以上。

另外,当进行多成分体系的ALD法时,作为与上述通式(1)表示的化合物一起使用的其他前体,没有特别限定,可以使用众所周知的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料所使用的一般的前体。

作为上述其他前体,可举出选自醇化合物、二醇化合物、β-二酮化合物、环戊二烯化合物、有机胺化合物等用作有机配体的化合物中的1种或2种以上与硅或金属形成的化合物。另外,作为前体的金属种类,可举出:锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钌、钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锌、铝、铟、锗、锡、铅、锑、铋、钪、钌、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。

作为上述其他前体的有机配体所使用的醇化合物,可举出:甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、异戊醇、叔戊醇等烷基醇类;2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-甲氧基-1-甲基乙醇、2-甲氧基-1,1-二甲基乙醇、2-乙氧基-1,1-二甲基乙醇、2-异丙氧基-1,1-二甲基乙醇、2-丁氧基-1,1-二甲基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)-1,1-二甲基乙醇、2-丙氧基-1,1-二乙基乙醇、2-仲丁氧基-1,1-二乙基乙醇、3-甲氧基-1,1-二甲基丙醇等醚醇类;二甲氨基乙醇、乙基甲氨基乙醇、二乙氨基乙醇、二甲氨基-2-戊醇、乙基甲氨基-2-戊醇、二甲氨基-2-甲基-2-戊醇、乙基甲氨基-2-甲基-2-戊醇、二乙氨基-2-甲基-2-戊醇等二烷基氨基醇类等。

作为上述其他前体的有机配体所使用的二醇化合物,可举出:1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,4-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-丁二醇、2,2-二乙基-1,3-丁二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-己二醇、2,4-二甲基-2,4-戊二醇等。

另外,作为β-二酮化合物,可举出:乙酰丙酮、己烷-2,4-二酮、5-甲基己烷-2,4-二酮、庚烷-2,4-二酮、2-甲基庚烷-3,5-二酮、5-甲基庚烷-2,4-二酮、6-甲基庚烷-2,4-二酮、2,2-二甲基庚烷-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、辛烷-2,4-二酮、2,2,6-三甲基辛烷-3,5-二酮、2,6-二甲基辛烷-3,5-二酮、2,9-二甲基壬烷-4,6-二酮、2-甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮、2,2-二甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮等烷基取代的β-二酮类;1,1,1-三氟戊烷-2,4-二酮、1,1,1-三氟-5,5-二甲基己烷-2,4-二酮、1,1,1,5,5,5-六氟戊烷-2,4-二酮、1,3-二全氟己基丙烷-1,3-二酮等氟取代的烷基β-二酮类;1,1,5,5-四甲基-1-甲氧基己烷-2,4-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-甲氧基庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-(2-甲氧基乙氧基)庚烷-3,5-二酮等醚取代的β-二酮类等。

另外,作为环戊二烯化合物,可举出:环戊二烯、甲基环戊二烯、乙基环戊二烯、丙基环戊二烯、异丙基环戊二烯、丁基环戊二烯、仲丁基环戊二烯、异丁基环戊二烯、叔丁基环戊二烯、二甲基环戊二烯、四甲基环戊二烯等,作为上述有机配体所使用的有机胺化合物,可举出:甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、仲丁胺、叔丁胺、异丁胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二异丙胺、乙基甲胺、丙基甲胺、异丙基甲胺等。

上述其他前体是本技术领域中公知的,其制造方法也是公知的。若举出制造方法的一例,例如,在使用醇化合物作为有机配体的情况下,可通过使上述的金属的无机盐或其水合物与该醇化合物的碱金属醇盐反应来制造前体。在此,作为金属的无机盐或其水合物,可举出金属的卤化物、硝酸盐等,作为碱金属醇盐,可举出醇钠、醇锂、醇钾等。

在单一来源法的情况下,作为上述其他前体,优选为与上述通式(1)表示的化合物的热和/或氧化分解的表现类似的化合物。在鸡尾酒来源法的情况下,作为上述其他前体,优选为除了与上述通式(1)表示的化合物的热和/或氧化分解的表现类似以外、在混合时也不会因化学反应等而引起改性的化合物。

另外,为了提高上述通式(1)表示的化合物及其他前体的稳定性,本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料根据需要还可以含有亲核试剂。作为该亲核试剂,可举出:甘醇二甲基醚、二甘醇二甲基醚、三甘醇二甲基醚、四甘醇二甲基醚等乙二醇醚;18-冠-6、二环己基-18-冠-6、24-冠-8、二环己基-24-冠-8、二苯并-24-冠-8等冠醚类;乙二胺、N,N'-四甲基乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺、三乙氧基三亚乙基胺等多胺类;环胺(cyclam)、环烯(cyclen)等环状多胺类;吡啶、吡咯烷、哌啶、吗啉、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-甲基吗啉、四氢呋喃、四氢吡喃、1,4-二烷、唑、噻唑和氧硫杂环戊烷等杂环化合物类;乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸-2-甲氧基乙酯等β-酮酯类、或乙酰丙酮、2,4-己二酮、2,4-庚二酮、3,5-庚二酮、二新戊酰基甲烷等β-二酮类。这些亲核试剂的用量相对于前体的总量1mol,优选为0.1~10mol的范围,更优选为1~4mol的范围。

在本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料中,期望尽可能地不含构成其的成分以外的杂质金属元素、杂质氯等杂质卤素、和杂质有机成分。对于每种元素来说,杂质金属元素的含量优选为100ppb以下,更优选为10ppb以下,按总量计,优选为1ppm以下,更优选为100ppb以下。特别是当用作LSI的栅极绝缘膜、栅极膜、阻挡层时,必须减少影响得到的薄膜的电特性的碱金属元素和碱土金属元素的含量。杂质卤素的量优选为100ppm以下,更优选为10ppm以下,最优选为1ppm以下。杂质有机成分按总量计,优选为500ppm以下,更优选为50ppm以下,最优选为10ppm以下。另外,由于水分会导致用于原子层沉积法的薄膜形成用原料中的颗粒生成和薄膜形成中的颗粒生成,因此,对于前体、有机溶剂和亲核试剂来说,为了减少它们各自的水分,适宜在使用时预先尽可能地除去水分。前体、有机溶剂和亲核试剂的各自的水分含量优选为10ppm以下,更优选为1ppm以下。

另外,为了减少或防止要形成的薄膜的颗粒污染,本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料优选尽可能地不含颗粒。具体地,在通过液相中的光散射型液中粒子检测器的颗粒测定中,优选在1ml液相中大于0.3μm的粒子数为100个以下,更优选在1ml液相中大于0.2μm的粒子数为1000个以下,最优选在1ml液相中大于0.2μm的粒子数为100个以下。

本发明的薄膜形成用原料含有上述通式(2)表示的化合物。

在上述通式(2)中,R5~R8各自独立地表示碳数1~5的烷基,A2表示碳数1~5的链烷二基。其中,R5~R8与A2的碳数之和为8以上。

在上述通式(2)中,作为R5~R8表示的碳数1~5的烷基,例如可举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正戊基、仲戊基、叔戊基、异戊基、新戊基。

在上述通式(2)中,作为A2表示的碳数1~5的链烷二基,例如可举出:亚甲基、亚乙基、亚丙基、甲基亚乙基、亚丁基、1-甲基亚丙基、2-甲基亚丙基、1,2-二甲基亚丙基、1,3-二甲基亚丙基、1-甲基亚丁基、2-甲基亚丁基、3-甲基亚丁基、4-甲基亚丁基等。

在上述通式(2)中,R5~R8和A2可根据所采用的薄膜的制造方法适宜选择,但R5~R8与A2的碳数之和必须为8以上。当R5~R8与A2的碳数之和小于7时,存在熔点显著增高的问题。

在用于包括使化合物气化的工序的薄膜的制造方法的情况下,它们的组合优选为使得化合物在常温常压下为液态且蒸气压变大的组合。具体地,从蒸气压高的观点考虑,优选R5~R8各自独立地为甲基或乙基,其中,特别优选R5=R6。另外,R5~R8与A2的碳数之和优选为8~10的范围,从熔点低、输送性良好乃至特别高的观点考虑,特别优选A2为亚丙基、2-甲基亚丙基。

作为本发明的薄膜形成用原料所使用的通式(2)表示的化合物的优选的具体例,例如可举出:上述化合物No.5、6、9、10、11、12、14~30。

接着,本发明的薄膜形成用原料是指将上述通式(2)表示的化合物作为薄膜前体的原料,其形态可根据该薄膜形成用原料所应用的制造方法而不同。例如在制造仅含有镓作为金属的薄膜的情况下,本发明的薄膜形成用原料不含上述通式(2)表示的化合物以外的金属化合物和半金属化合物。另一方面,在制造含有2种以上的金属和/或半金属的薄膜时,本发明的薄膜形成用原料除了含有上述通式(2)表示的化合物以外,还可以含有含期望金属的化合物和/或含半金属的化合物(以下有时也称为“其他前体”)。本发明的薄膜形成用原料如后所述,还可以含有有机溶剂和/或亲核试剂。如上述说明的,作为前体的上述通式(2)表示的化合物的物性适合于CVD法、ALD法,因此,本发明的薄膜形成用原料特别适合用作化学气相沉积用原料(以下有时也称为“CVD用原料”)。

在本发明的薄膜形成用原料为化学气相沉积用原料的情况下,其形态可根据所使用的CVD法的输送供给方法等的手段适当选择。

作为上述输送供给方法,包括如下方法:气体输送法,其中,通过在储存有CVD用原料的容器(以下有时简称为“原料容器”)中加热和/或减压该原料而使之气化成为蒸气,将该蒸气与根据需要使用的氩气、氮气、氦气等载气一起导入设置有基体的成膜室(以下有时称为“沉积反应部”)内;以及液体输送法,其中,将CVD用原料以液体或溶液的状态输送到气化室中,通过在气化室中加热和/或减压而使之气化成为蒸气,将该蒸气导入成膜室内。当使用气体输送法时,上述通式(2)表示的化合物本身可用作CVD用原料。当使用液体输送法时,上述通式(2)表示的化合物本身或将该化合物溶解在有机溶剂中而得到的溶液可用作CVD用原料。这些CVD用原料还可以包括其他前体、亲核试剂等。

另外,在多成分体系的CVD法中,包括如下方法:独立地气化并供给CVD用原料的各成分的方法(以下有时也称为“单一来源法”),气化并供给将多成分原料以预先期望的组成混合的混合原料的方法(以下有时也称为“鸡尾酒来源法”)。当使用鸡尾酒来源法时,上述通式(2)表示的化合物与其他前体的混合物、或将该混合物溶解在有机溶剂中而得到的混合溶液可用作CVD用原料。该混合物或混合溶液还可以含有亲核试剂等。

作为上述有机溶剂,可不受特殊限制地使用众所周知的一般的有机溶剂。作为该有机溶剂,例如可举出:乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸甲氧基乙酯等乙酸酯类;四氢呋喃、四氢吡喃、乙二醇二甲基醚、二甘醇二甲基醚、三甘醇二甲基醚、二丁基醚、二烷等醚类;甲基丁基酮、甲基异丁基酮、乙基丁基酮、二丙基酮、二异丁基酮、甲基戊基酮、环己酮、甲基环己酮等酮类;己烷、环己烷、甲基环己烷、二甲基环己烷、乙基环己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯等烃类;1-氰基丙烷、1-氰基丁烷、1-氰基己烷、氰基环己烷、氰基苯、1,3-二氰基丙烷、1,4-二氰基丁烷、1,6-二氰基己烷、1,4-二氰基环己烷、1,4-二氰基苯等具有氰基的烃类;吡啶、二甲基吡啶等。根据溶质的溶解度、使用温度与沸点、闪点的关系等,这些有机溶剂可单独使用或以2种以上的混合溶剂的形式使用。当使用这些有机溶剂时,作为将前体溶解在有机溶剂中而得到的溶液的CVD用原料中的前体的总量优选为0.01~2.0mol/L,特别优选为0.05~1.0mol/L。当本发明的薄膜形成用原料不含上述通式(2)表示的化合物以外的金属化合物和半金属化合物时,前体总量是指上述通式(2)表示的化合物的量,当本发明的薄膜形成用原料除了上述通式(2)表示的化合物以外还含有含其他金属的化合物和/或含半金属的化合物时,前体总量是指本发明的钌化合物及其他前体的合计量。

另外,在多成分体系的CVD法的情况下,作为与上述通式(2)表示的化合物一起使用的其他前体,没有特殊限制,可以使用众所周知的CVD用原料所使用的一般的前体。

作为上述其他前体,可举出选自醇化合物、二醇化合物、β-二酮化合物、环戊二烯化合物、有机胺化合物等用作有机配体的化合物中的1种或2种以上与硅或金属形成的化合物。另外,作为前体的金属种类,可举出:锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钌、钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、锌、铝、铟、锗、锡、铅、锑、铋、钪、钌、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。

作为上述其他前体的有机配体所使用的醇化合物,可举出:甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、戊醇、异戊醇、叔戊醇等烷基醇类;2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇、2-甲氧基-1-甲基乙醇、2-甲氧基-1,1-二甲基乙醇、2-乙氧基-1,1-二甲基乙醇、2-异丙氧基-1,1-二甲基乙醇、2-丁氧基-1,1-二甲基乙醇、2-(2-甲氧基乙氧基)-1,1-二甲基乙醇、2-丙氧基-1,1-二乙基乙醇、2-仲丁氧基-1,1-二乙基乙醇、3-甲氧基-1,1-二甲基丙醇等醚醇类;二甲氨基乙醇、乙基甲氨基乙醇、二乙氨基乙醇、二甲氨基-2-戊醇、乙基甲氨基-2-戊醇、二甲氨基-2-甲基-2-戊醇、乙基甲氨基-2-甲基-2-戊醇、二乙氨基-2-甲基-2-戊醇等二烷基氨基醇类等。

作为上述其他前体的有机配体所使用的二醇化合物,可举出:1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、2,4-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、2,4-丁二醇、2,2-二乙基-1,3-丁二醇、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇、2,4-戊二醇、2-甲基-1,3-丙二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、2,4-己二醇、2,4-二甲基-2,4-戊二醇等。

另外,作为β-二酮化合物,可举出:乙酰丙酮、己烷-2,4-二酮、5-甲基己烷-2,4-二酮、庚烷-2,4-二酮、2-甲基庚烷-3,5-二酮、5-甲基庚烷-2,4-二酮、6-甲基庚烷-2,4-二酮、2,2-二甲基庚烷-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、辛烷-2,4-二酮、2,2,6-三甲基辛烷-3,5-二酮、2,6-二甲基辛烷-3,5-二酮、2,9-二甲基壬烷-4,6-二酮、2-甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮、2,2-二甲基-6-乙基癸烷-3,5-二酮等烷基取代的β-二酮类;1,1,1-三氟戊烷-2,4-二酮、1,1,1-三氟-5,5-二甲基己烷-2,4-二酮、1,1,1,5,5,5-六氟戊烷-2,4-二酮、1,3-二全氟己基丙烷-1,3-二酮等氟取代的烷基β-二酮类;1,1,5,5-四甲基-1-甲氧基己烷-2,4-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-甲氧基庚烷-3,5-二酮、2,2,6,6-四甲基-1-(2-甲氧基乙氧基)庚烷-3,5-二酮等醚取代的β-二酮类等。

另外,作为环戊二烯化合物,可举出:环戊二烯、甲基环戊二烯、乙基环戊二烯、丙基环戊二烯、异丙基环戊二烯、丁基环戊二烯、仲丁基环戊二烯、异丁基环戊二烯、叔丁基环戊二烯、二甲基环戊二烯、四甲基环戊二烯等,作为上述有机配体所使用的有机胺化合物,可举出:甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、仲丁胺、叔丁胺、异丁胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二异丙胺、乙基甲胺、丙基甲胺、异丙基甲胺等。

上述其他前体是本技术领域中公知的,其制造方法也是公知的。若举出制造方法的一例,例如,在使用醇化合物作为有机配体的情况下,可通过使上述的金属的无机盐或其水合物与该醇化合物的碱金属醇盐反应来制造前体。在此,作为金属的无机盐或其水合物,可举出金属的卤化物、硝酸盐等,作为碱金属醇盐,可举出醇钠、醇锂、醇钾等。

在单一来源法的情况下,上述其他前体优选为与上述通式(2)表示的化合物的热和/或氧化分解的表现类似的化合物。在鸡尾酒来源法的情况下,上述其他前体优选为除了与上述通式(2)表示的化合物的热和/或氧化分解的表现类似以外、在混合时也不会因化学反应等而引起改性的化合物。

另外,为了向本发明的镓/钌化合物及其他前体赋予稳定性,本发明的薄膜形成用原料中根据需要还可以含有亲核试剂。作为该亲核试剂,可举出:甘醇二甲基醚、二甘醇二甲基醚、三甘醇二甲基醚、四甘醇二甲基醚等乙二醇醚;18-冠-6、二环己基-18-冠-6、24-冠-8、二环己基-24-冠-8、二苯并-24-冠-8等冠醚类;乙二胺、N,N'-四甲基乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、1,1,4,7,7-五甲基二亚乙基三胺、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺、三乙氧基三亚乙基胺等多胺类;环胺(cyclam)、环烯(cyclen)等环状多胺类;吡啶、吡咯烷、哌啶、吗啉、N-甲基吡咯烷、N-甲基哌啶、N-甲基吗啉、四氢呋喃、四氢吡喃、1,4-二烷、唑、噻唑和氧硫杂环戊烷等杂环化合物类;乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙酰乙酸-2-甲氧基乙酯等β-酮酯类、或乙酰丙酮、2,4-己二酮、2,4-庚二酮、3,5-庚二酮、二新戊酰基甲烷等β-二酮类。这些亲核试剂的用量相对于前体的总量1mol,优选为0.1~10mol的范围,更优选为1~4mol的范围。

在本发明的薄膜形成用原料中,期望尽可能地不含构成其的成分以外的杂质金属元素、杂质氯等杂质卤素、和杂质有机成分。对于每种元素来说,杂质金属元素的含量优选为100ppb以下,更优选为10ppb以下,按总量计,优选为1ppm以下,更优选为100ppb以下。特别是当用作LSI的栅极绝缘膜、栅极膜、阻挡层时,必须减少影响得到的薄膜的电特性的碱金属元素和碱土金属元素的含量。杂质卤素的量优选为100ppm以下,更优选为10ppm以下,最优选为1ppm以下。杂质有机成分按总量计,优选为500ppm以下,更优选为50ppm以下,最优选为10ppm以下。另外,由于水分会导致化学气相沉积用原料中的颗粒生成和薄膜形成中的颗粒生成,因此,对于前体、有机溶剂和亲核试剂来说,为了减少它们各自的水分,适宜在使用时预先尽可能地除去水分。前体、有机溶剂和亲核试剂的各自的水分含量优选为10ppm以下,更优选为1ppm以下。

另外,为了减少或防止要形成的薄膜的颗粒污染,本发明的薄膜形成用原料优选尽可能地不含颗粒。具体地,在通过液相中的光散射型液中粒子检测器的颗粒测定中,优选在1ml液相中大于0.3μm的粒子数为100个以下,更优选在1ml液相中大于0.2μm的粒子数为1000个以下,最优选在1ml液相中大于0.2μm的粒子数为100个以下。

本发明的薄膜的制造方法为:采用本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料作为其原料的、利用ALD法的薄膜的制造方法;以及采用本发明的薄膜形成用原料的、利用CVD法的薄膜的制造方法。

在本发明的薄膜的制造方法中,采用本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料作为其原料的、利用ALD法的薄膜的制造方法是通过ALD法在基体的表面制造含有镓原子的薄膜的方法,其特征在于,包括以下工序:使上述用于原子层沉积法的薄膜形成用原料气化而沉积在基体表面以形成前体薄膜的工序;以及使前体薄膜与反应性气体反应而在基体表面形成含有镓原子的薄膜的工序。

作为上述基体的材质,例如可举出:硅;氮化硅、氮化钛、氮化钽、氧化钛、氮化钛、氧化钌、氧化锆、氧化铪、氧化镧等陶瓷;玻璃;金属钴等金属。作为基体的形状,可举出板状、球状、纤维状、鳞片状。基体表面既可以为平面,也可以为沟槽结构等三维结构。

另外,作为将气化上述用于原子层沉积法的薄膜形成用原料而得到的蒸气导入设置有基体的成膜室内的方法,可举出上述的气体输送法、液体输送法、单一来源法、鸡尾酒来源法等。

作为上述反应性气体,例如可举出:氧气、臭氧、二氧化氮、一氧化氮、水蒸气、过氧化氢、甲酸、乙酸、乙酸酐等氧化性气体,氢气等还原性气体,单烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、亚烷基二胺等有机胺化合物,肼、氨气等氮化性气体等。这些反应性气体可单独使用或混合使用2种以上。其中,本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料具有可与氧化性气体在特别低的温度下反应的性质,尤其可与水蒸气良好地反应。从膜中的残留碳少且能够以高的生产率制造品质良好的薄膜的观点考虑,优选使用含有水蒸气的气体作为反应性气体。

作为上述制造条件,还可举出使用于原子层沉积法的薄膜形成用原料气化成蒸气时的温度和压力。使用于原子层沉积法的薄膜形成用原料气化成蒸气的工序可以在原料容器内进行,也可以在气化室内进行。在任一种情况下,本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料均优选在0~200℃下蒸发。另外,在原料容器内或气化室内使用于原子层沉积法的薄膜形成用原料气化成蒸气时,原料容器内的压力和气化室内的压力均优选为1~10000Pa。

另外,本发明的薄膜的制造方法的制造条件没有特别限定,例如,反应温度(基体温度)、反应压力、沉积速度等可根据期望的薄膜的厚度和种类适当地确定。关于反应温度,优选为使本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料充分反应的温度(即,100℃以上),更优选为150~400℃,在与反应性气体匹配的ALD窗内使用。膜厚可通过循环次数来控制,以得到期望的膜厚。

以下,以形成氧化镓薄膜的情况为例,详细说明上述ALD法的各工序。首先,将用于原子层沉积法的薄膜形成用原料的蒸气导入成膜室内(原料导入工序)。使用于原子层沉积法的薄膜形成用原料成为蒸气时的优选的温度和压力分别为0~200℃、1~10000Pa的范围。接着,通过使导入到成膜室内的蒸气沉积在基体表面,在基体表面形成前体薄膜(前体薄膜形成工序)。此时,可以通过加热基体或者加热成膜室来施加热。进行本工序时的基体的温度优选为室温~500℃,更优选为150~400℃。本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料与氧化性气体组合使用时的ALD窗大概在200~400℃的范围。进行本工序时的系统(成膜室内)的压力优选为1~10000Pa,更优选为10~1000Pa。

接着,将未反应的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料的蒸气和副产的气体从成膜室中排出(排气工序)。理想的是将未反应的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料的蒸气和副产的气体完全从成膜室中排出,但并非一定要完全排出这些气体。作为排气方法,可举出如下方法:用氮气、氦气、氩气等非活性气体吹扫体系内的方法,通过减压体系内来进行排气的方法,以及将这些方法组合而成的方法等。减压时的减压度优选为0.01~300Pa,更优选为0.01~100Pa。

接着,向成膜室内导入氧化性气体作为反应性气体,在该氧化性气体的作用或该氧化性气体和热的作用下,由之前的前体薄膜形成工序得到的前体薄膜形成氧化镓薄膜(氧化镓薄膜形成工序)。在本工序中,热作用情况下的温度优选为室温~500℃,更优选为150~400℃。将本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料与氧化性气体组合使用时的ALD窗大概在200~400℃的范围,因此,最优选在200℃~400℃的范围使前体薄膜与氧化性气体反应。进行本工序时的体系(成膜室内)的压力优选为1~10000Pa,更优选为10~1000Pa。本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料与水蒸气等氧化性气体的反应性良好,能够以良好的生产率制造残留碳的含量少且高品质的含有氧化镓的薄膜。

在本发明的薄膜的制造方法中,可以将通过包括上述的原料导入工序、前体薄膜成膜工序、排气工序和含金属氧化物的薄膜形成工序在内的一系列操作进行的薄膜沉积视为一个循环,重复多次该循环,直至得到必要厚度的薄膜。此时,优选的是:在进行一个循环后,与上述排气工序同样操作以从成膜室内排出未反应的反应性气体(形成含有氧化镓的薄膜时,为氧化性气体)和副产的气体,然后进行下一个循环。

另外,在本发明的薄膜的制造方法中,可以施加等离子体、光、电压等能量,也可以使用催化剂。施加该能量的时期和使用催化剂的时期没有特殊限制。例如,可以在原料导入工序中的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料的蒸气的导入时、前体薄膜形成工序或含有氧化镓的薄膜形成工序中的加热时、排气工序中的体系内的排气时、含有氧化镓的薄膜形成工序中的氧化性气体的导入时,也可以在上述各个工序之间。

另外,在本发明的薄膜的制造方法中,在薄膜形成后,为了获得更良好的电特性,可以在非活性气氛、氧化性气氛或还原性气氛下进行退火处理,在需要梯度嵌入的情况下,还可以设置回流工序。此时的温度为200~1000℃,优选为250~500℃。

使用本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料来制造薄膜的装置,可以使用公知的用于原子层沉积法的装置。作为具体的装置的例子,可举出如图1所示那样将前体通过鼓泡供给的装置、以及如图2所示那样具有气化室的装置。还可举出如图3和图4所示那样可对反应性气体进行等离子体处理的装置。不限于图1~图4所示那样的单片式装置,也可以使用采用批式炉可同时进行多片处理的装置。

本发明的薄膜的制造方法为:采用本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料作为其原料的、利用ALD法的薄膜的制造方法;以及采用本发明的薄膜形成用原料的、利用CVD法的薄膜的制造方法。

在本发明的薄膜的制造方法中,采用本发明的用于原子层沉积法的薄膜形成用原料作为其原料的、利用CVD法的薄膜的制造方法是通过CVD法在基体的表面制造含有镓原子的薄膜的方法,该方法是通过CVD法进行的,所述CVD法包括:将气化本发明的薄膜形成用原料而得到的蒸气以及根据需要使用的反应性气体导入设置有基体的成膜室内(处理气氛),接着使前体在基体上分解和/或发生化学反应,从而在基体表面上成长、沉积出含有金属的薄膜。原料的输送供给方法、沉积方法、制造条件、制造装置等没有特殊限制,可使用公知的一般的条件和方法。

作为上述根据需要使用的反应性气体,例如,作为氧化性气体,可举出氧气、臭氧、二氧化氮、一氧化氮、水蒸气、过氧化氢、甲酸、乙酸、乙酸酐等,作为还原性气体,可举出氢气,另外,作为制造氮化物的反应性气体,可举出单烷基胺、二烷基胺、三烷基胺、亚烷基二胺等有机胺化合物,肼,氨气等,这些气体可以使用它们中的1种或2种以上。其中,从本发明的薄膜形成用原料与臭氧的反应性良好的观点考虑,在使用1种气体作为反应性气体的情况下,优选使用臭氧,在使用2种以上的混合气体作为反应性气体的情况下,优选至少含有臭氧。

另外,作为上述输送供给方法,可举出上述气体输送法、液体输送法、单一来源法、鸡尾酒来源法等。

另外,作为上述沉积方法,可举出:使原料气体或原料气体和反应性气体仅通过热而反应以沉积薄膜的热CVD;使用热和等离子体的等离子体CVD;使用热和光的光CVD;使用热、光和等离子体的光等离子体CVD;将CVD的沉积反应分成基本过程,在分子水平上逐步进行沉积的ALD。关于通过ALD的薄膜的制造,可如上所述。

作为上述基体的材质,例如可举出:硅;氮化硅、氮化钛、氮化钽、氧化钛、氮化钛、氧化钌、氧化锆、氧化铪、氧化镧等陶瓷;玻璃;金属钴等金属。作为基体的形状,可举出板状、球状、纤维状、鳞片状。基体表面既可以为平面,也可以为沟槽结构等三维结构。

另外,作为上述制造条件,可举出反应温度(基体温度)、反应压力、沉积速度等。关于反应温度,优选为使本发明的化合物充分反应的温度(即,100℃以上),更优选为150~400℃,特别优选为200~350℃。另外,在热CVD或光CVD的情况下,反应压力优选为10Pa~大气压,在使用等离子体的情况下,反应压力优选为10~2000Pa。

另外,沉积速度可通过原料的供给条件(气化温度、气化压力)、反应温度、反应压力来控制。当沉积速度高时,有时得到的薄膜的特性变差,当沉积速度低时,有时生产率产生问题,因此,沉积速度优选为0.01nm/分钟~100nm/分钟,更优选为1nm/分钟~50nm/分钟。

作为上述制造条件,还可举出使薄膜形成用原料气化成蒸气时的温度和压力。使薄膜形成用原料气化成蒸气的工序既可以在原料容器内进行,也可以在气化室内进行。在任一种情况下,本发明的薄膜形成用原料均优选在0~150℃下蒸发。另外,在原料容器内或气化室内将薄膜形成用原料气化成蒸气时,原料容器内的压力和气化室内的压力均优选为1~10000Pa。

使用本发明的薄膜形成用原料制造的薄膜可通过适宜选择其他前体、反应性气体及制造条件来制造出金属、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、玻璃等所期望的种类的薄膜。已知该薄膜表现出电特性和光学特性等而可应用于各种用途。例如可举出:金属镓薄膜、氧化镓薄膜、含有镓的复合氧化物薄膜、氮化镓薄膜、镓合金薄膜等。作为镓合金,例如可举出:铁镓合金。另外,作为含有镓的复合氧化物,可举出Tb3Ga5O12。这些薄膜被广泛用于例如半导体等电子设备用的薄膜、以及太阳能电池或LED等光电工程学用途的薄膜等的制造。

本发明的化合物是上述通式(3)表示的化合物,从熔点低、可适用于ALD法的观点考虑,可适用作ALD法用的原料。

在上述通式(3)中,R9~R12各自独立地表示碳数1~5的烷基。

在上述通式(3)中,作为R9~R12表示的碳数1~5的烷基,例如可举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正戊基、仲戊基、叔戊基、异戊基、新戊基。

在上述通式(3)中,R9~R12可根据所应用的薄膜的制造方法来适当地选择。从熔点低、ALD窗范围广,使用水蒸气作为反应性气体的通过ALD法制造的氧化镓薄膜中的残留碳成分特别少、可制造品质非常良好的薄膜的观点考虑,优选R9~R12各自独立地为甲基或乙基的化合物。其中,特别优选R9~R12全部为甲基的化合物。

作为本发明的通式(3)表示的化合物的优选的具体例,例如可举出:上述化合物No.25~30。

本发明的通式(3)表示的化合物的制造方法不受其制造方法的特殊限制,可通过公知的合成方法来制造。例如,可通过使氯化镓与卤代二烷基胺发生格氏反应,然后使其与烷基锂反应而得到。

实施例

以下,通过实施例、制造例、比较例和评价例,更详细地说明本发明。但是,本发明不受以下实施例等的任何限制。

[实施例1]化合物No.25的合成

向反应烧瓶中加入3-二甲氨基-2-甲基丙基氯盐酸盐102g、超纯水216g和脱水戊烷78.7g并混合。在室温下,向得到的溶液中滴入25%氢氧化钠水溶液107g,并搅拌1小时。使用分液漏斗将得到的反应溶液分离成有机相和水相,然后使用各50mL脱水戊烷,从水相中萃取3次。与得到的有机相合并,向其中添加硫酸镁,在室温下搅拌30分钟,进行脱水干燥。进行过滤,分离出硫酸镁,然后将滤液在60℃油浴中实施脱溶剂。将得到的配体在60℃油浴中在减压下进行蒸馏,得到作为无色透明液体的3-二甲氨基-2-甲基丙基氯70.8g。

向反应烧瓶中加入带状镁1.65g,使其处于氩气气氛下,然后添加脱水THF43.1g、二溴乙烷1.16g,在60℃油浴中进行搅拌。在加热下,向该混合溶液中滴入3-二甲氨基-2-甲基丙基氯11.7g,加热回流5小时,进行格氏试剂的调制。在另行准备的反应烧瓶中加入氯化镓10.6g、脱水甲苯50.8g,将混合溶液在冰冷下搅拌至10℃以下。在冰冷下向该反应溶液中滴入上述的格氏试剂,滴入结束后,恢复到室温,搅拌18小时。将得到的反应溶液过滤,然后在100℃油浴中进行脱溶剂。将装有生成的镓配合物的烧瓶连接至蒸馏装置,在150℃油浴中在12Pa下进行蒸馏精制,得到作为白色固体的N,N-二甲氨基-2-甲基丙基二氯化镓6.22g。

在Ar气氛下,向反应烧瓶中加入上述得到的N,N-二甲氨基-2-甲基丙基二氯化镓3.77g、脱水戊烷11.6g,在冰冷下搅拌至10℃以下。在冰冷下,向该混合溶液中滴入甲基锂(1.16M乙醚溶液)26.1g,滴入结束后恢复到室温,搅拌24小时。将得到的反应溶液过滤,在60℃油浴中进行脱溶剂。将装有生成的镓配合物的烧瓶连接至蒸馏精制装置,在60℃油浴中、130Pa下进行蒸馏精制,得到无色透明液体1.07g。

[分析值]

(1)常压TG-DTA

质量减少50%时的温度:119℃(760Torr,Ar流量:100ml/分钟,升温速度:10℃/分钟)

(2)1H-NMR(重苯)

-0.16ppm(6H,单峰),0.53ppm(1H,d=7.98,三重峰),0.84ppm(1H,d=4.80,12.6,双峰),0.93ppm(3H,d=6.00,双峰),1.62-1.69ppm(1H,多重峰),1.65ppm(2H,单峰),1.67ppm(3H,单峰),1.75ppm(3H,单峰)

(3)元素分析(理论值)

C:48.2%(48.05%)、H:9.8%(10.08%)、Ga:34.8%(34.87%)、N:7.1%(7.00%)

[制造例1]化合物No.13的合成

向反应烧瓶中加入3-二甲氨基丙基氯盐酸盐59.7g、超纯水133g和脱水戊烷59.3g并混合。在室温下向得到的溶液中滴入22%氢氧化钠水溶液130g,搅拌1.5小时。使用分液漏斗将得到的反应溶液分离成有机相和水相,然后使用各50mL脱水戊烷,从水相中萃取3次。将得到的有机相合并,向其中添加硫酸镁,在室温下搅拌30分钟,进行脱水干燥。进行过滤,分离出硫酸镁,然后在50℃油浴中对滤液实施脱溶剂。将得到的配体在65℃油浴中在减压下进行蒸馏,得到作为无色透明液体的3-二甲氨基丙基氯40.2g。

向反应烧瓶中加入带状镁6.62g,使其处于氩气气氛下,然后添加脱水THF55.7g、二溴乙烷4.86g,在80℃油浴中进行搅拌。在加热下,向该混合溶液中滴入3-二甲氨基丙基氯27.2g,加热回流14小时,进行格氏试剂的调制。在另行准备的反应烧瓶中加入氯化镓38.9g、脱水甲苯235g,将混合溶液在冰冷下搅拌至10℃以下。在冰冷下,向该反应溶液中滴入上述的格氏试剂,滴入结束后,恢复到室温,搅拌21小时。将得到的反应溶液过滤,然后在100℃油浴中进行脱溶剂。将装有生成的镓配合物的烧瓶连接至蒸馏装置,在130℃油浴中、在9Pa下进行蒸馏精制,得到作为白色固体的N,N-二甲氨基丙基二氯化镓40.8g。

在Ar气氛下,向反应烧瓶中加入上述得到的N,N-二甲氨基丙基二氯化镓4.14g、脱水己烷14.8g,在冰冷下搅拌至10℃以下。在冰冷下,向该混合溶液中滴入甲基锂(1.16M乙醚溶液)31.2g,滴入结束后恢复到室温,搅拌22小时。将得到的反应溶液过滤,在80℃油浴中进行脱溶剂。将装有生成的镓配合物的烧瓶连接至蒸馏精制装置,在85℃油浴中、微减压下进行蒸馏精制,得到白色固体1.87g。

(分析值)

(1)常压TG-DTA

质量减少50%时的温度:116℃(760Torr,Ar流量:100ml/分钟,升温速度:10℃/分钟)

(2)1H-NMR(重苯)

-0.18ppm(6H,单峰),0.54ppm(2H,d=7.20,三重峰),1.56-1.63ppm(2H,多重峰),1.67ppm(6H,单峰),1.79ppm(2H,d=5.60,三重峰)

(3)元素分析(理论值)

C:45.%(45.21%)、H:9.8%(9.76%)、Ga:37.3%(37.50%)、N:7.2%(7.53%)

[制造例2]化合物No.16的合成

在Ar气氛下,向反应烧瓶中加入制造例1得到的N,N-二甲氨基丙基二氯化镓5.31g、脱水己烷20.0g,在冰冷下搅拌至10℃以下。在冰冷下向该混合溶液中滴入乙基氯化镁(1.05MTHF溶液)46.62g,滴入结束后恢复到室温,搅拌20小时。将得到的反应溶液过滤,在90℃油浴中进行脱溶剂。将装有生成的镓配合物的烧瓶连接至蒸馏精制装置,在95℃油浴中、75Pa的压力下进行蒸馏精制,得到无色透明液体3.78g。

[分析值]

(1)常压TG-DTA

质量减少50%时的温度:146℃(760Torr,Ar流量:100ml/分钟,升温速度:10℃/分钟)

(2)1H-NMR(重苯)

0.37-0.56ppm(6H,多重峰),1.39ppm(6H,d=8.40,三重峰),1.56-1.63ppm(2H,多重峰),1.73ppm(6H,单峰),1.80ppm(2H,d=5.60,三重峰)

(3)元素分析(理论值)

C:50.2%(50.51%)、H:10.5%(10.36%)、Ga:32.1%(32.58%)、N:6.8%(6.55%)

[评价例1]镓化合物的物性熔点的评价

目测观测实施例1、制造例1和制造例2得到的化合物No.25、13和16以及下述的比较化合物1(三甲基镓)和比较化合物2[乙酰丙酮镓(III)]在常压25℃下的状态。对在25℃下为固体的化合物进行熔点测定。将这些结果示于表1。

[表1]

化合物 25℃下的状态 熔点
评价例1-1 化合物No.13 固体 50℃
评价例1-2 化合物No.16 液体 -
评价例1-3 化合物No.25 液体 -
比较例1 比较化合物1 液体 -
比较例2 比较化合物2 固体 200℃

由表1的结果可知,化合物No.16、25以及比较化合物1在常压25℃的条件下为液体。另外可知,化合物No.13在常压25℃的条件下为固体,但在稍微加热下可成为液体。可知比较化合物2的熔点非常高。

[实施例2]氧化镓薄膜的制造

以化合物No.13为原子层沉积法用原料,使用图1表示的装置,通过以下条件的ALD法,在硅片上制造氧化镓薄膜。

将得到的薄膜通过X射线光电子分光法确认薄膜的组成,结果,得到的薄膜为氧化镓,残留碳的含量为6.2atom%。另外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算其平均值,结果,膜厚平均为26.4nm,每1个循环得到的膜厚平均为0.05nm。

(条件)

基板:硅片

反应温度(硅片温度):200℃

反应性气体:水蒸气

以包括下述(1)~(4)的一系列工序为1个循环,重复500个循环。

(1)将在原料容器温度:100℃、原料容器内压力:100Pa的条件下气化的原子层沉积法用原料导入成膜室内,在体系压力:100Pa下沉积0.1秒;

(2)通过15秒的氩气吹扫,除去未沉积的原料;

(3)将反应性气体导入成膜室内,在体系压力:100Pa下反应10秒;

(4)通过15秒的氩气吹扫,除去未反应的第一反应性气体和副产的气体。

[实施例3]氧化镓薄膜的制造

作为原子层沉积法用原料,使用化合物No.16,除此以外,采用与实施例2同样的条件,制造氧化镓薄膜。将得到的薄膜通过X射线光电子分光法,确认薄膜的组成,结果,得到的薄膜为氧化镓,残留碳的含量为3.0atom%。另外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算其平均值,结果,膜厚平均为25.7nm,每1个循环得到的膜厚平均为0.05nm。

[实施例4]氧化镓薄膜的制造

作为原子层沉积法用原料,使用化合物No.25,除此以外,采用与实施例2同样的条件,制造氧化镓薄膜。将得到的薄膜通过X射线光电子分光法确认薄膜的组成,结果,得到的薄膜为氧化镓,残留碳的含量少于1.0atom%。另外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算其平均值,结果,膜厚平均为26.3nm,每1个循环得到的膜厚平均为0.05nm。

[实施例5]氧化镓薄膜的制造

作为反应性气体,使用臭氧,除此以外,采用与实施例4同样的条件,制造氧化镓薄膜。将得到的薄膜通过X射线光电子分光法,确认薄膜的组成,结果,得到的薄膜为氧化镓,残留碳的含量少于1.0atom%。另外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算其平均值,结果,膜厚平均为27.3nm,每1个循环得到的膜厚平均为0.05nm。

[比较例3]氧化镓薄膜的制造

作为原子层沉积法用原料,使用比较化合物1,除此以外,采用与实施例2同样的条件,制造氧化镓薄膜。将得到的薄膜通过X射线光电子分光法,确认薄膜的组成,结果,得到的薄膜为氧化镓,残留碳的含量为20.0atom%。另外,通过X射线反射率法进行膜厚测定,计算其平均值,结果,膜厚平均为10nm,每1个循环得到的膜厚平均为0.02nm。

由实施例2~5的结果可知,它们均可制造出残留碳的含量低且品质优良的氧化镓薄膜。另一方面,对于比较例3得到的薄膜来说,已知得到了残留碳的含量非常高且品质差的氧化镓薄膜。尤其可知,实施例4和实施例5得到的氧化镓薄膜是残留碳的含量特别低且品质非常良好的氧化镓薄膜。另外可知,实施例2~5的结果与比较例3相比,可得到每1个循环得到的膜厚较厚、生产率非常良好且品质好的薄膜。

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