JP2010059471A - Ruthenium particle and manufacturing method thereof, and manufacturing method of metal-containing thin film using ruthenium particles for lower metal film - Google Patents
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本発明は、有機ルテニウム錯体を化学気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition法；以下、ＣＶＤ法と称する））によりルテニウム含有薄膜を製造させた後、次いで、そのルテニウム含有薄膜の上に、有機金属錯体を化学気相蒸着法により金属含有薄膜を形成させることによって得られるルテニウム含有薄膜を下層金属膜とした金属含有薄膜及びその製造法に関する。 In the present invention, an organic ruthenium complex is produced by a chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition method; hereinafter referred to as CVD method), and then a ruthenium-containing thin film is produced. The present invention relates to a metal-containing thin film in which a ruthenium-containing thin film obtained by forming a metal-containing thin film by chemical vapor deposition is used as a lower metal film and a method for producing the same.
近年、半導体、電子部品、光学部品等の材料で金属二層薄膜に関し、多くの研究・開発がなされている。例えば、高誘電体材料での電極材料として、白金／ルテニウム二層薄膜が使用されており、その電極特性の向上を目的としている（例えば、非特許文献１参照）。また、不揮発性メモリの一つであるＭＲＡＭでの巨大磁気抵抗膜として、磁性層（コバルト、鉄、ニッケル膜など）と非磁性層（ルテニウム膜）からなる二層膜が使用されている（例えば、特許文献１参照）。又、シリコン半導体の配線用銅膜として、ルテニウム金属層の上に銅膜の成膜が検討されている（例えば、非特許文献２及び３参照）。
これらの金属二層膜の成膜方法としては、例えば、白金／ルテニウム膜の成膜ではレーザーパルス融解法により成膜しており、また巨大磁気抵抗膜であるニッケル／ルテニウム膜の成膜はＭＢＥ法が使用されているが、これらの成膜方法は量産性が低いことから、工業的製法とは言えず、量産性の高いＣＶＤ法による製造方法が求められている。 As a method for forming these metal bilayer films, for example, a platinum / ruthenium film is formed by a laser pulse melting method, and a nickel / ruthenium film that is a giant magnetoresistive film is formed by MBE. However, since these film forming methods have low mass productivity, they cannot be said to be industrial production methods, and manufacturing methods by CVD methods with high mass productivity are demanded.
一方、ルテニウム膜上に銅膜を製造する方法で、ルテニウム膜を成膜する方法としては、例えば、単層ずつ積み上げる方法（ＡＬＤ法）であるため、単位時間当たりのルテニウム薄膜の成膜速度が遅いという問題があり、又、銅薄膜製造のための銅錯体として、ヘキサフルオロアセチルアセトナト銅(I)トリメチルビニルシラン（(hfac)Cu(tmvs)）を使用しているが、当該銅錯体は熱安定性が悪いこと、又、再現性良く銅薄膜が得られにくい等の問題があった。
特に、高価なルテニウム金属を下層膜として使用する場合、少量のルテニウム金属で上層金属膜の成膜速度を高めること、及びタンタルナイトライト（TaN）等のバリアメタルと上層金属との密着性を向上させることが望まれていた。
On the other hand, as a method of forming a ruthenium film by a method of manufacturing a copper film on a ruthenium film, for example, a method of stacking single layers (ALD method), the ruthenium thin film formation rate per unit time is high. There is a problem that it is slow, and hexafluoroacetylacetonato copper (I) trimethylvinylsilane ((hfac) Cu (tmvs)) is used as a copper complex for the production of a copper thin film. There were problems such as poor stability and difficulty in obtaining a copper thin film with good reproducibility.
In particular, when expensive ruthenium metal is used as the lower layer film, the deposition rate of the upper layer metal film is increased with a small amount of ruthenium metal, and the adhesion between the barrier metal such as tantalum nitrite (TaN) and the upper layer metal is improved. It was hoped that.
本発明の課題は、即ち、上記問題点を解決し、ルテニウム微粒子を下層金属膜とした、平坦な連続金属含有薄膜及び連続銅含有薄膜及びその製造法を提供するものでもある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a flat continuous metal-containing thin film and a continuous copper-containing thin film in which ruthenium fine particles are used as a lower metal film and a method for producing the same.
本発明の課題は、有機ルテニウム錯体を化学気相蒸着法によりルテニウム含有薄膜を製造させた後、次いで、そのルテニウム含有薄膜の上に、有機金属錯体を化学気相蒸着法により金属含有薄膜を形成させることにおいて、当該ルテニウム含有薄膜がルテニウム微粒子であることを特徴とするルテニウム微粒子によって解決される。 The object of the present invention is to produce a ruthenium-containing thin film by chemical vapor deposition of an organic ruthenium complex, and then form a metal-containing thin film by chemical vapor deposition of the organometallic complex on the ruthenium-containing thin film. This is solved by the ruthenium fine particles characterized in that the ruthenium-containing thin film is ruthenium fine particles.
本発明により、ルテニウム微粒子を下層金属膜とした、平坦な連続金属含有薄膜及びその製造法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a flat continuous metal-containing thin film having ruthenium fine particles as a lower metal film and a method for producing the same.
本発明は、有機ルテニウム錯体からＣＶＤ法により下層金属膜としてのルテニウム微粒子、ルテニウム含有薄膜を製造させた後、次いで、そのルテニウム微粒子の上に、有機金属錯体をＣＶＤ法により金属含有薄膜を形成させることによって、ルテニウム微粒子を下層金属膜とした金属含有薄膜を製造するが、ルテニウム微粒子を製造する工程（以下、第１工程と称する）とルテニウム微粒子膜の上に金属含有薄膜を製造する工程（以下、第２工程と称する）のふたつの工程から構成される。 In the present invention, a ruthenium fine particle or ruthenium-containing thin film as a lower layer metal film is produced from an organic ruthenium complex by a CVD method, and then a metal-containing thin film is formed on the ruthenium fine particle by a CVD method. Thus, a metal-containing thin film in which ruthenium fine particles are used as a lower metal film is produced. A process for producing ruthenium fine particles (hereinafter referred to as a first step) and a process for producing a metal-containing thin film on a ruthenium fine particle film (hereinafter referred to as a “ruthenium fine particle film”) , Referred to as the second step).
本発明の第１工程は、有機ルテニウム錯体からＣＶＤ法により、下層金属膜としてのルテニウム微粒子を製造する工程であるが、当該工程は、水素源、酸素源又は不活性ガスの存在下にて行うのが望ましい。前記水素源としては、水素ガスが好適に用いられ、酸素源としては、酸素ガスが好適に用いられる。又、不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等が好適に使用される。 The first step of the present invention is a step of producing ruthenium fine particles as a lower layer metal film from an organic ruthenium complex by CVD, and this step is performed in the presence of a hydrogen source, an oxygen source or an inert gas. Is desirable. Hydrogen gas is preferably used as the hydrogen source, and oxygen gas is preferably used as the oxygen source. Moreover, as an inert gas, nitrogen, helium, argon etc. are used suitably, for example.
本発明の第１工程で使用する有機ルテニウム錯体としては、一般式（１） The organic ruthenium complex used in the first step of the present invention is represented by the general formula (1)
（式中、Ｘ１及びＹ１は、直鎖又は分枝状の炭化水素基であり、Ｚ１は、水素原子又は炭素原子数１〜４の炭化水素基を示す。Ｌは、少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を示す。）
で示されるβ-ジケトナト及び少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を配位子とする有機ルテニウム錯体が好適に使用される。
(In the formula, X 1 and Y 1 are linear or branched hydrocarbon groups, Z 1 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. L is at least two (Unsaturated hydrocarbon compound having a double bond.)
An organic ruthenium complex having a β-diketonate represented by the above formula and an unsaturated hydrocarbon compound having at least two double bonds as a ligand is preferably used.
前記の一般式（１）において、Ｘ１及びＹ１は、直鎖又は分枝状の炭化水素基を示し、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基等の炭素原子数１〜６の直鎖又は分枝状の炭化水素基である。Ｚ１は、水素原子又は炭素原子数１〜４の炭化水素基を示し、炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基等の炭素原子数１〜４の直鎖又は分枝状の炭化水素基である。又、Ｌは、少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を示し、例えば、1,5-ヘキサジエン、1,4-ヘキサジエン、1,3-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエン、1,3-ペンタジエン、1,5-シクロオクタジエン、ノルボルナジエン、1,4-シクロヘキサジエン、2-メチル-1,4-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、2,5-ジメチル-2,4-ヘキサジエン、4-ビニル-1-シクロヘキセンが好適に使用される。 In the general formula (1), X 1 and Y 1 each represent a linear or branched hydrocarbon group, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, A straight-chain or branched hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms such as an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, an n-hexyl group, and an isohexyl group. Z 1 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and examples of the hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, A linear or branched hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms such as a t-butyl group. L represents an unsaturated hydrocarbon compound having at least two double bonds, such as 1,5-hexadiene, 1,4-hexadiene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 1,3 -Pentadiene, 1,5-cyclooctadiene, norbornadiene, 1,4-cyclohexadiene, 2-methyl-1,4-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 2,5-dimethyl-2,4- Hexadiene and 4-vinyl-1-cyclohexene are preferably used.
本発明の有機ルテニウム錯体の配位子であるβ-ジケトナトの元となるβ-ジケトンは、公知の方法により容易に合成が可能な化合物である。 The β-diketone which is the base of β-diketonato which is a ligand of the organoruthenium complex of the present invention is a compound that can be easily synthesized by a known method.
本発明においては、ＣＶＤ法により下層金属膜としてのルテニウム微粒子を形成させるために、当該有機ルテニウム錯体を気化させる必要があるが、本発明の有機ルテニウム錯体を気化させる方法としては、例えば、有機ルテニウム錯体自体を気化室に充填又は搬送して気化させる方法だけでなく、有機ルテニウム錯体を適当な溶媒（例えば、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類；トルエン等の芳香族炭化水素類；テトラヒドロフラン、ジブチルエーテル等のエーテル類等が挙げられる。）に希釈した溶液を液体搬送用ポンプで気化室に導入して気化させる方法（溶液法）も使用出来る。 In the present invention, it is necessary to vaporize the organic ruthenium complex in order to form ruthenium fine particles as a lower layer metal film by the CVD method. As a method for vaporizing the organic ruthenium complex of the present invention, for example, organic ruthenium Not only the method of vaporizing the complex itself by filling or transporting it to the vaporization chamber, but also the organic ruthenium complex with an appropriate solvent (for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, octane; aromatic such as toluene Hydrocarbons; ethers such as tetrahydrofuran, dibutyl ether, etc.) may be used. A method (solution method) may be used in which a solution diluted with a liquid transfer pump is introduced into a vaporization chamber and vaporized.
成膜対象物（例えば、基板）への下層金属膜としてのルテニウム微粒子の蒸着方法としては、公知のＣＶＤ法で行うことが出来、例えば、常圧又は減圧下にて、好ましくは水素源、酸素源又は不活性ガスとともに、当該有機ルテニウム錯体を加熱した基板上に送り込んでルテニウム薄膜を蒸着させる方法が使用出来る。又、プラズマＣＶＤ法で金属ルテニウム膜を蒸着させる方法も使用出来る。 As a deposition method of ruthenium fine particles as a lower layer metal film on a film formation target (for example, a substrate), it can be performed by a known CVD method, for example, at normal pressure or reduced pressure, preferably a hydrogen source, oxygen A method of depositing a ruthenium thin film by feeding the organic ruthenium complex onto a heated substrate together with a source or an inert gas can be used. Moreover, the method of vapor-depositing a metal ruthenium film | membrane by plasma CVD method can also be used.
前記ルテニウム微粒子を蒸着させる際、反応系内の圧力は、好ましくは1Pa〜200kPa、更に好ましくは10Pa〜110kPaであり、成膜対象物の温度は、好ましくは100〜500℃、更に好ましくは150〜400℃である。又、水素源又は酸素源による金属薄膜を蒸着させる際の全ガス量に対するそれらの含有割合は、好ましくは0.5〜95容量％、更に好ましくは1〜90容量％である（残りは不活性ガスである）。なお、得られたルテニウム微粒子下層膜には凹凸部があっても構わない。 When depositing the ruthenium fine particles, the pressure in the reaction system is preferably 1 Pa to 200 kPa, more preferably 10 Pa to 110 kPa, and the temperature of the film formation target is preferably 100 to 500 ° C., more preferably 150 to 400 ° C. Further, the content ratio of the metal thin film by the hydrogen source or oxygen source with respect to the total gas amount is preferably 0.5 to 95% by volume, more preferably 1 to 90% by volume (the rest is an inert gas). is there). The obtained ruthenium fine particle underlayer film may have an uneven portion.
本発明の第２工程は、有機金属錯体からＣＶＤ法により、第１工程において製造したルテニウム含有微粒子の上に金属含有薄膜を製造する工程であるが、当該工程は、水素源又は不活性ガスの存在下にて行うのが望ましい。前記水素源としては、水素ガスが好適に用いられる。又、不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等が好適に使用される。 The second step of the present invention is a step of producing a metal-containing thin film on the ruthenium-containing fine particles produced in the first step by a CVD method from an organometallic complex, but this step involves the use of a hydrogen source or an inert gas. It is desirable to perform in the presence. As the hydrogen source, hydrogen gas is preferably used. Moreover, as an inert gas, nitrogen, helium, argon etc. are used suitably, for example.
本発明の第２工程で使用する有機金属錯体は、好ましくは周期表第８族金属原子又は周期律表第ＩＢ族金属原子を中心金属として有するものであり、その中心金属としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金、銅、銀等が挙げられるが、好ましくは白金、イリジウム、コバルト、鉄、ニッケル、銅、銀が使用される。又、その錯体の配位子としては、公知の様々な配位子が適用可能であるが、好ましくはβ-ジケトナトが使用される。即ち、有機金属錯体としては、具体的には、少なくともβ-ジケトナトをひとつは有する金属錯体が好適に使用される。
The organometallic complex used in the second step of the present invention preferably has a
前記金属錯体は、例えば、β-ジケトナト基、カルボニル基、オレフィン類等を有する金属錯体であるが、具体的には、ＣＶＤ法による成膜用の有機金属錯体が好適に用いられる（例えば、特許文献２〜４、非特許文献４参照）。
一方、本発明での有機金属錯体と水素源又は不活性ガスを用いて金属膜を蒸着させる際、反応系内の圧力は、好ましくは1Pa〜200kPa、更に好ましくは10Pa〜110kPaであり、成膜対象物の温度は、好ましくは100〜500℃、更に好ましくは150〜400℃である。又、水素源又は不活性ガスによる金属薄膜を蒸着させる際の全ガス量に対する水素源の含有割合は、好ましくは0.5〜95容量％、更に好ましくは1〜90容量％である。 On the other hand, when the metal film is deposited using the organometallic complex and the hydrogen source or inert gas in the present invention, the pressure in the reaction system is preferably 1 Pa to 200 kPa, more preferably 10 Pa to 110 kPa. The temperature of the object is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 150 to 400 ° C. Further, the content ratio of the hydrogen source with respect to the total gas amount when the metal thin film is deposited by the hydrogen source or the inert gas is preferably 0.5 to 95% by volume, more preferably 1 to 90% by volume.
更に本発明では、有機ルテニウム錯体をＣＶＤ法によりルテニウム微粒子を製造させた後、次いで、そのルテニウム微粒子の上に、有機銅錯体からＣＶＤ法により銅含有薄膜を形成させることによって、ルテニウム微粒子を下層金属膜とした銅含有薄膜を製造することができる。ルテニウム微粒子膜を製造する工程（以下、第１工程と称する）とルテニウム微粒子膜の上に銅含有薄膜を製造する工程（以下、第２工程と称する）のふたつの工程から構成される。 Further, in the present invention, after ruthenium fine particles are produced from the organic ruthenium complex by the CVD method, a copper-containing thin film is then formed from the organic copper complex on the ruthenium fine particles by the CVD method. A copper-containing thin film as a film can be produced. It comprises two steps: a step of producing a ruthenium fine particle film (hereinafter referred to as a first step) and a step of producing a copper-containing thin film on the ruthenium fine particle film (hereinafter referred to as a second step).
本発明の第１工程は、有機ルテニウム錯体をＣＶＤ法により下層金属膜としてのルテニウム微粒子を製造する工程であるが、当該工程は、水素源、酸素源又は不活性ガスの存在下にて行うのが望ましい。前記水素源としては、水素ガスが好適に用いられ、酸素源としては、酸素ガスが好適に用いられる。又、不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等が好適に使用される。 The first step of the present invention is a step of producing ruthenium fine particles as a lower metal film by CVD using an organic ruthenium complex. This step is performed in the presence of a hydrogen source, an oxygen source or an inert gas. Is desirable. Hydrogen gas is preferably used as the hydrogen source, and oxygen gas is preferably used as the oxygen source. Moreover, as an inert gas, nitrogen, helium, argon etc. are used suitably, for example.
本発明の第１工程で使用する有機ルテニウム錯体としては、一般式（１） The organic ruthenium complex used in the first step of the present invention is represented by the general formula (1)
（式中、Ｘ１及びＹ１は、直鎖又は分枝状の炭化水素基であり、Ｚ１は、水素原子又は炭素原子数１〜４の炭化水素基を示す。Ｌは、少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を示す。）
で示されるβ-ジケトナト及び少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を配位子とする有機ルテニウム錯体が使用される。
(In the formula, X 1 and Y 1 are linear or branched hydrocarbon groups, Z 1 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms. L is at least two (Unsaturated hydrocarbon compound having a double bond.)
An organic ruthenium complex having a β-diketonate represented by the above formula and an unsaturated hydrocarbon compound having at least two double bonds as a ligand is used.
前記の一般式（１）において、Ｘ１及びＹ１は、直鎖又は分枝状の炭化水素基を示し、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基等の炭素原子数１〜６の直鎖又は分枝状の炭化水素基である。Ｚ１は、水素原子又は炭素原子数１〜４の炭化水素基を示し、炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基等の炭素原子数１〜４の直鎖又は分枝状の炭化水素基である。又、Ｌは、少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を示し、例えば、1,5-ヘキサジエン、1,4-ヘキサジエン、1,3-ヘキサジエン、2,4-ヘキサジエン、1,3-ペンタジエン、1,5-シクロオクタジエン、ノルボルナジエン、1,4-シクロヘキサジエン、2-メチル-1,4-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、2,5-ジメチル-2,4-ヘキサジエン、4-ビニル-1-シクロヘキセンが好適に使用される。 In the general formula (1), X 1 and Y 1 each represent a linear or branched hydrocarbon group, such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, A straight-chain or branched hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms such as an isobutyl group, a t-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, an n-hexyl group, and an isohexyl group. Z 1 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and examples of the hydrocarbon group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, A linear or branched hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms such as a t-butyl group. L represents an unsaturated hydrocarbon compound having at least two double bonds, such as 1,5-hexadiene, 1,4-hexadiene, 1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, 1,3 -Pentadiene, 1,5-cyclooctadiene, norbornadiene, 1,4-cyclohexadiene, 2-methyl-1,4-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 2,5-dimethyl-2,4- Hexadiene and 4-vinyl-1-cyclohexene are preferably used.
本発明の有機ルテニウム錯体の配位子であるβ-ジケトナトの元となるβ-ジケトンは、公知の方法により容易に合成が可能な化合物である。 The β-diketone which is the base of β-diketonato which is a ligand of the organoruthenium complex of the present invention is a compound that can be easily synthesized by a known method.
本発明においては、ＣＶＤ法により下層金属膜としてのルテニウム微粒子ルテニウム薄膜を形成させるために、当該有機ルテニウム錯体を気化させる必要があるが、本発明の有機ルテニウム錯体を気化させる方法としては、例えば、有機ルテニウム錯体自体を気化室に充填又は搬送して気化させる方法だけでなく、有機ルテニウム錯体を適当な溶媒（例えば、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類；トルエン等の芳香族炭化水素類；テトラヒドロフラン、ジブチルエーテル等のエーテル類等が挙げられる。）に希釈した溶液を液体搬送用ポンプで気化室に導入して気化させる方法（溶液法）も使用出来る。 In the present invention, in order to form a ruthenium fine particle ruthenium thin film as a lower layer metal film by CVD method, it is necessary to vaporize the organic ruthenium complex, as a method of vaporizing the organic ruthenium complex of the present invention, for example, The organic ruthenium complex itself can be vaporized by filling or transporting it into the vaporizing chamber, and the organic ruthenium complex can be vaporized in a suitable solvent (for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, octane; toluene, etc. Aromatic hydrocarbons; ethers such as tetrahydrofuran and dibutyl ether can be used.) A method (solution method) in which a solution diluted with a liquid transport pump is introduced into a vaporization chamber and vaporized can be used.
成膜対象物（例えば、基板）への下層金属膜としてのルテニウム微粒子の蒸着方法としては、公知のＣＶＤ法で行うことが出来、例えば、常圧又は減圧下にて、好ましくは水素源、酸素源又は不活性ガスとともに、当該有機ルテニウム錯体を加熱した基板上に送り込んでルテニウム薄膜を蒸着させる方法が使用出来る。又、プラズマＣＶＤ法で金属ルテニウム膜を蒸着させる方法も使用出来る。なお、成膜対象物には凹凸部があっても構わない。 As a deposition method of ruthenium fine particles as a lower layer metal film on a film formation target (for example, a substrate), it can be performed by a known CVD method, for example, at normal pressure or reduced pressure, preferably a hydrogen source, oxygen A method of depositing a ruthenium thin film by feeding the organic ruthenium complex onto a heated substrate together with a source or an inert gas can be used. Moreover, the method of vapor-depositing a metal ruthenium film | membrane by plasma CVD method can also be used. Note that the film formation target may have an uneven portion.
前記ルテニウム薄膜を蒸着させる際、反応系内の圧力は、好ましくは1Pa〜200kPa、更に好ましくは10Pa〜110kPaであり、成膜対象物の温度は、好ましくは100〜500℃、更に好ましくは150〜400℃である。又、水素源又は酸素源による金属薄膜を蒸着させる際の全ガス量に対するそれらの含有割合は、好ましくは0.5〜95容量％、更に好ましくは1〜90容量％である（残りは不活性ガスである）。なお、得られたルテニウム下層膜には凹凸部があっても構わない。 When depositing the ruthenium thin film, the pressure in the reaction system is preferably 1 Pa to 200 kPa, more preferably 10 Pa to 110 kPa, and the temperature of the film formation target is preferably 100 to 500 ° C., more preferably 150 to 400 ° C. Further, the content ratio of the metal thin film by the hydrogen source or oxygen source with respect to the total gas amount is preferably 0.5 to 95% by volume, more preferably 1 to 90% by volume (the rest is an inert gas). is there). The obtained ruthenium underlayer film may have uneven portions.
本発明の第２工程は、有機銅錯体をＣＶＤ法により、第１工程において製造したルテニウム微粒子膜の上に銅含有薄膜を製造する工程であるが、当該工程は、水素源又は不活性ガスの存在下にて行うのが望ましい。前記水素源としては、水素ガスが好適に用いられる。又、不活性ガスとしては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等が好適に使用される。 The second step of the present invention is a step of producing a copper-containing thin film on the ruthenium fine particle film produced in the first step by an organic copper complex by the CVD method. It is desirable to perform in the presence. As the hydrogen source, hydrogen gas is preferably used. Moreover, as an inert gas, nitrogen, helium, argon etc. are used suitably, for example.
本発明の第２工程で使用する有機銅錯体は、ビス(2,6-ジメチル-2-トリメチルシリルオキシ-3,5-ヘプタンジオナト)銅（II）錯体が用いられる（以下、銅錯体Ａと称する）。 As the organic copper complex used in the second step of the present invention, a bis (2,6-dimethyl-2-trimethylsilyloxy-3,5-heptanedionato) copper (II) complex is used (hereinafter referred to as copper complex A). .
一方、本発明での有機銅錯体と水素源又は不活性ガスを用いて銅膜を蒸着させる際、反応系内の圧力は、好ましくは1Pa〜200kPa、更に好ましくは10Pa〜110kPaであり、成膜対象物の温度は、好ましくは100〜500℃、更に好ましくは150〜400℃である。又、水素源又は不活性ガスによる銅薄膜を蒸着させる際の全ガス量に対する水素源の含有割合は、好ましくは0.5〜99.9容量％、更に好ましくは1〜99容量％である。 On the other hand, when the copper film is deposited using the organic copper complex and hydrogen source or inert gas in the present invention, the pressure in the reaction system is preferably 1 Pa to 200 kPa, more preferably 10 Pa to 110 kPa. The temperature of the object is preferably 100 to 500 ° C, more preferably 150 to 400 ° C. The content ratio of the hydrogen source with respect to the total gas amount when the copper thin film is deposited by the hydrogen source or the inert gas is preferably 0.5 to 99.9% by volume, more preferably 1 to 99% by volume.
本発明においては、ＣＶＤ法により銅膜を形成させるために、当該有機銅錯体を気化させる必要があるが、本発明の有機銅錯体を気化させる方法としては、例えば、有機銅錯体自体を気化室に充填又は搬送して気化させる方法だけでなく、有機銅錯体を適当な溶媒（例えば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類；トルエン等の芳香族炭化水素類；テトラヒドロフラン等のエーテル類等が挙げられる。）から選ばれる少なくとも１種類溶媒に希釈した溶液を液体搬送用ポンプで気化室に導入して気化させる方法（溶液法）も使用出来る。 In the present invention, in order to form a copper film by the CVD method, it is necessary to vaporize the organic copper complex. As a method for vaporizing the organic copper complex of the present invention, for example, the organic copper complex itself is vaporized. In addition to the method of vaporizing by filling or transporting the organic copper complex, an appropriate solvent (for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as toluene; ethers such as tetrahydrofuran, etc.) may be used. A method (solution method) in which a solution diluted with at least one solvent selected from the above is introduced into a vaporization chamber with a liquid transfer pump and vaporized can be used.
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
参考例１（ビス(アセチルアセトナト)(1,5-ヘキサジエン)ルテニウム(II)（以下、[Ru(acac)2(hd)]と称する）の合成）
攪拌装置、温度計及び滴下漏斗を備えた内容積100mlのフラスコに、三塩化ルテニウム三水和物8.87g(33.9mmol)、1,5-ヘキサジエン6.12g(74.5mmol)及びイソプロプロピルアルコール60mlを加え、攪拌しながら70℃で4時間反応させた後、アセチルアセトン10.6g(106mmol)及び水酸化ナトリウム4.22g(106mmol)を混合した水溶液を滴下し、攪拌しながら0.5時間反応させた。反応終了後、メチルシクロヘキサン60ml及び水30mlを加え、有機層を分液した後に、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。濾過後、濾液を濃縮した後、濃縮物を減圧下で蒸留（140℃、39Pa）し、黄褐色の粘性液体として、ビス(アセチルアセトナト)(1,5-ヘキサジエン)ルテニウム(II)10.3gを得た（単離収率：80％）。
なお、ビス(アセチルアセトナト)(1,5-ヘキサジエン)ルテニウム(II)は、以下の物性値で示される新規な化合物である。
Reference Example 1 (Synthesis of bis (acetylacetonato) (1,5-hexadiene) ruthenium (II) (hereinafter referred to as [Ru (acac) 2 (hd)])
To a 100-ml flask equipped with a stirrer, thermometer and dropping funnel, add 8.87 g (33.9 mmol) of ruthenium trichloride trihydrate, 6.12 g (74.5 mmol) of 1,5-hexadiene and 60 ml of isopropyl alcohol. Then, the mixture was reacted at 70 ° C. for 4 hours with stirring, and then an aqueous solution in which 10.6 g (106 mmol) of acetylacetone and 4.22 g (106 mmol) of sodium hydroxide were mixed was added dropwise and reacted for 0.5 hour with stirring. After completion of the reaction, 60 ml of methylcyclohexane and 30 ml of water were added, and the organic layer was separated and dried over anhydrous sodium sulfate. After filtration, the filtrate was concentrated, and the concentrate was distilled under reduced pressure (140 ° C., 39 Pa) to obtain 10.3 g of bis (acetylacetonato) (1,5-hexadiene) ruthenium (II) as a tan viscous liquid. (Isolation yield: 80%).
Note that bis (acetylacetonato) (1,5-hexadiene) ruthenium (II) is a novel compound represented by the following physical property values.
IR(neat(cm-1))；3076、2923、1576、1517、1400、1268、1201、1022、933、767、620、432
（β-ジケトン特有のピーク(1622cm-1)が消失し、β-ジケトナト特有のピーク(1576cm-1)が観察された）
元素分析(C16H24O4Ru)；炭素：50.2％、水素：6.45％、ルテニウム：26.3％
（理論値；炭素：50.4％、水素：6.34％、ルテニウム：26.5％）
MS(m/e)；382、300、43
IR (neat (cm -1 )); 3076, 2923, 1576, 1517, 1400, 1268, 1201, 1022, 933, 767, 620, 432
(The peak peculiar to β-diketone (1622 cm -1 ) disappeared, and the peak peculiar to β-diketonato (1576 cm -1 ) was observed.)
Elemental analysis (C 16 H 24 O 4 Ru); carbon: 50.2%, hydrogen: 6.45%, ruthenium: 26.3%
(Theoretical value: Carbon: 50.4%, Hydrogen: 6.34%, Ruthenium: 26.5%)
MS (m / e); 382, 300, 43
実施例１〜４（蒸着実験；ルテニウム微粒子を下層膜とした金属膜の製造）
参考例１で得られた有機ルテニウム錯体（ビス(アセチルアセトナト)(1,5-ヘキサジエン)ルテニウム(II)；[Ru(acac)2(hd)]）を用いて、下層金属膜としてのルテニウム微粒子を、SiO2/Si又はTaN/SiO2/Si上に製造し、更にそのルテニウム微粒子の上に金属膜を蒸着して、その膜特性を評価した。又、比較例として、ルテニウム下地層が無い、SiO2/Si上への銅薄膜の製造を行った。
Examples 1 to 4 (Vapor Deposition Experiment; Production of Metal Film Using Ruthenium Fine Particles as Lower Layer Film)
Using the organic ruthenium complex (bis (acetylacetonato) (1,5-hexadiene) ruthenium (II); [Ru (acac) 2 (hd)]) obtained in Reference Example 1, ruthenium as the lower metal film Fine particles were produced on SiO 2 / Si or TaN / SiO 2 / Si, and a metal film was deposited on the ruthenium fine particles to evaluate the film characteristics. As a comparative example, a copper thin film was produced on SiO 2 / Si without a ruthenium underlayer.
［第１工程；ルテニウム微粒子の製造工程（下層金属膜としてのルテニウム微粒子の製造）］
図１に示す装置で、気化器６（ガラス製アンプル５）にあるルテニウム錯体７は、マスフローコントローラー１Ａを経て導入されたヘリウムガスに同伴し気化器５を出る。気化器５を出たガスは、マスフローコントローラー１Ｃ、ストップバルブ２を経て導入された水素、酸素、あるいはヘリウムガスとともに反応器１１に導入される。反応系内圧力は真空ポンプ手前のバルブ１４の開閉により、所定圧力にコントロールされ、圧力計１２によってモニターされる。ガラス製反応器の中央部はヒーター１０で加熱可能な構造となっている。反応器に導入されたルテニウム錯体は、反応器内中央部にセットされ、ヒーター１０で所定の温度に加熱された被蒸着基板９の表面上で反応し、基板９上に金属ルテニウム微粒子が析出する。反応器１１を出たガスは、トラップ１３、真空ポンプを経て、大気中に排気される構造となっている。
[First step: Manufacturing process of ruthenium fine particles (manufacture of ruthenium fine particles as a lower layer metal film)]
In the apparatus shown in FIG. 1, the ruthenium complex 7 in the vaporizer 6 (glass ampule 5) exits the vaporizer 5 along with the helium gas introduced via the mass flow controller 1A. The gas exiting the vaporizer 5 is introduced into the reactor 11 together with the hydrogen, oxygen, or helium gas introduced through the mass flow controller 1C and the
［第２工程；下層金属膜としてのルテニウム微粒子上への金属膜の製造工程］
同様に図１に示す装置にて、バルブ４を閉じた後、有機金属錯体８はマスフローコントローラー１Ｂを経て導入されたヘリウムガスに同伴し、バルブ３を経て、反応器１１に導入される。反応器１１の中央には、第１工程で得られたルテニウム膜基板があり、その加熱された被蒸着ルテニウム基板表面上に金属膜が蒸着される。
[Second step: Metal film production process on ruthenium fine particles as lower metal film]
Similarly, after the valve 4 is closed in the apparatus shown in FIG. 1, the
上記、第２工程では以下の有機金属錯体を使用した。
実施例１；ビス（アセチルアセトナト）白金（II）錯体（以下、白金錯体１と称する）
実施例２；ビス（2-メトキシ-3,5-オクタンジオナト）ニッケル（II）錯体（以下、ニッケル錯体１と称する）
実施例３、４；ビス(2,6-ジメチル-2-トリメチルシリルオキシ-3,5-ヘプタンジオナト)銅（II）錯体
比較例１；ビス(2,6-ジメチル-2-トリメチルシリルオキシ-3,5-ヘプタンジオナト)銅（II）錯体
In the second step, the following organometallic complex was used.
Example 1; bis (acetylacetonato) platinum (II) complex (hereinafter referred to as platinum complex 1)
Example 2; bis (2-methoxy-3,5-octandionato) nickel (II) complex (hereinafter referred to as nickel complex 1)
Examples 3 and 4; bis (2,6-dimethyl-2-trimethylsilyloxy-3,5-heptanedionato) copper (II) complex comparative example 1; bis (2,6-dimethyl-2-trimethylsilyloxy-3,5 -Heptanedionato) copper (II) complex
蒸着条件及び蒸着結果（膜特性）を表１に示す。実施例３〜５の結果から、ルテニウム微粒子を下層金属膜とした銅含有薄膜の抵抗率が低いことが分かる。なお、被蒸着基板としては、6mm×20mmサイズの矩形のものを使用した。 The deposition conditions and deposition results (film characteristics) are shown in Table 1. From the results of Examples 3 to 5, it can be seen that the resistivity of the copper-containing thin film using ruthenium fine particles as the lower metal film is low. Note that a 6 mm × 20 mm rectangular substrate was used as the deposition substrate.
更に、実施例３の透過型電子顕微鏡写真を図２示した。それによると、ルテニウム微粒子上に金属銅の連続膜が形成されていることが分かる。 Further, a transmission electron micrograph of Example 3 is shown in FIG. It can be seen that a continuous film of metallic copper is formed on the ruthenium fine particles.
該結果より、有機ルテニウム錯体、例えば、Ru(acac)2(hd)を用いて、ＣＶＤ法によりルテニウム微粒子を成膜し、そのルテニウム膜上に、有機金属錯体を用いてＣＶＤ法にて金属膜を製造することにより、表面の滑らかな金属膜が得られることが分かる。 As a result, ruthenium fine particles were formed by CVD using an organic ruthenium complex, for example, Ru (acac) 2 (hd), and a metal film was formed by CVD using an organometallic complex on the ruthenium film. It can be seen that a metal film having a smooth surface can be obtained by manufacturing
本発明は、有機ルテニウム錯体をＣＶＤ法によりルテニウム微粒子を製造させた後、次いで、そのルテニウム微粒子の上に、有機金属錯体をＣＶＤ法により金属含有薄膜を形成させることによって得られるルテニウム微粒子を下層金属膜とした金属含有薄膜及びその製造法に関する。 In the present invention, ruthenium fine particles obtained by forming a metal-containing thin film by forming a metal-containing thin film on the ruthenium fine particles after forming the ruthenium fine particles on the ruthenium fine particles after producing the ruthenium fine particles by the CVD method. The present invention relates to a metal-containing thin film as a film and a method for producing the same.
Claims (22)
で示されるβ-ジケトナト及び少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を配位子とする有機ルテニウム錯体である、請求項１乃至４記載のルテニウム微粒子を下層金属膜とした金属含有薄膜の製造法。 The organic ruthenium complex has the general formula (1)
A metal-containing thin film comprising ruthenium fine particles according to claim 1 as a lower metal film, wherein the ruthenium complex is an organic ruthenium complex having a β-diketonate represented by formula (II) and an unsaturated hydrocarbon compound having at least two double bonds as a ligand Manufacturing method.
で示されるβ-ジケトナト及び少なくともふたつの二重結合をもつ不飽和炭化水素化合物を配位子とする有機ルテニウム錯体を化学気相蒸着法によりルテニウム微粒子を製造させた後、次いで、そのルテニウム微粒子の上に、ビス(2,6-ジメチル-2-トリメチルシリルオキシ-3,5-ヘプタンジオナト)銅（II）錯体を化学気相蒸着法により銅含有薄膜を形成させることにおいて、当該ルテニウム含有薄膜がルテニウム微粒子であることを特徴とするルテニウム微粒子。 General formula (1)
The ruthenium fine particles are produced by chemical vapor deposition of an organic ruthenium complex having a β-diketonate and an unsaturated hydrocarbon compound having at least two double bonds as a ligand. Further, a ruthenium-containing thin film is formed of a ruthenium fine particle by forming a copper-containing thin film by chemical vapor deposition of a bis (2,6-dimethyl-2-trimethylsilyloxy-3,5-heptanedionato) copper (II) complex. Ruthenium fine particles characterized by being.
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