(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の式３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ
【化１】
0005918316.tif 000009
を有し、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが二価金属であり、ｘ＝１又は２であり、ｘ＋ｙ＝２であり、Ｘが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択される１つ又は複数の化合物を含む、組成物。
【請求項２】
以下の式３Ｄ
【化２】
0005918316.tif 000010
を有し、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが一価金属であり、ｘ＝１であり、ｙ＝１又は２であり、Ｚが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ6の直鎖又は分岐のＣ1−Ｃ3アルキル基から選択される）から選択される化合物を含む、組成物。
【請求項３】
以下の式３Ｅ
【化３】
0005918316.tif 000011
を有し、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5がＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｑ）がベンゼン及びアルキル化ベンゼンから選択され、Ｍが金属であり、ｘが１又は２であり、ｙ＝１であり、Ｚが独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のＣ1−Ｃ6アルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6はＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基である）から選択される化合物を含む、組成物。
【請求項４】
ある厚さを有する金属酸化物膜を基材上に形成するための方法であって、
ａ．式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ及び３Ｈの化合物又はそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つを含む金属錯体であって、
【化４】
0005918316.tif 000012
式３Ａ〜３Ｃ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが二価金属であり、ｘ＝１又は２であり、ｘ＋ｙ＝２であり、Ｘが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択され、
【化５】
0005918316.tif 000013
式３Ｄ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが一価金属であり、ｘ＝１であり、ｙ＝１又は２であり、Ｚが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ6の直鎖又は分岐のＣ1−Ｃ3アルキル基から選択される）から選択され、
【化６】
0005918316.tif 000014
式３Ｅ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5がＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｑ）がベンゼン及びアルキル化ベンゼンから選択され、Ｍが金属であり、ｘが１又は２であり、ｙ＝１であり、Ｚが独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のＣ1−Ｃ6アルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6はＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基である）から選択され、
【化７】
0005918316.tif 000015
式３Ｆ〜３Ｈ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｑ）が中性配位子であり、Ｍが一価金属であり、ｙ＝１であり、Ｘが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択される金属錯体を導入する工程、
ｂ．前記金属錯体を前記基材上に化学吸着させる工程、
ｃ．前記金属錯体をパージガスを用いてパージする工程、
ｄ．加熱された基材上の前記金属錯体に酸素源を提供して、吸着した金属錯体を含有する組成物と反応させる工程、並びに
ｅ．任意選択で全ての未反応の酸素源をパージする工程
を含む、方法。
【請求項５】
前記工程ａ〜ｄ及び任意選択の工程ｅが、膜の前記厚さが確立されるまで繰り返される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
原子層堆積プロセスである、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記金属錯体が、ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）、コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）、ルテニウム（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）（ベンゼン）及びそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
ある厚さを有する金属膜を基材上に形成するための方法であって、
ａ．式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ及び３Ｈの化合物又はそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つを含む金属錯体であって、
【化８】
0005918316.tif 000016
式３Ａ〜３Ｃ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが二価金属であり、ｘ＝１又は２であり、ｘ＋ｙ＝２であり、Ｘが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択され、
【化９】
0005918316.tif 000017
式３Ｄ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが一価金属であり、ｘ＝１であり、ｙ＝１又は２であり、Ｚが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ6の直鎖又は分岐のＣ1−Ｃ3アルキル基から選択される）から選択され、
【化１０】
0005918316.tif 000018
式３Ｅ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5がＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｑ）がベンゼン及びアルキル化ベンゼンから選択され、Ｍが金属であり、ｘが１又は２であり、ｙ＝１であり、Ｚが独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のＣ1−Ｃ6アルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6はＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基である）から選択され、
【化１１】
0005918316.tif 000019
式３Ｆ〜３Ｈ中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｑ）が中性配位子であり、Ｍが一価金属であり、ｙ＝１であり、Ｘが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択される金属錯体を導入する工程、
ｂ．前記金属錯体を前記基材上に化学吸着させる工程、
ｃ．前記金属錯体をパージガスを用いてパージする工程、
ｄ．加熱された基材上の前記金属錯体に還元剤を提供して、吸着した金属錯体と反応させる工程、並びに
ｅ．任意選択で全ての未反応の還元剤をパージする工程
を含む、方法。
【請求項９】
前記工程ａ〜ｄ及び任意選択の工程ｅが、膜の前記厚さが確立されるまで繰り返される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
原子層堆積プロセスである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属錯体が、ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）、コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）、ルテニウム（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）（ベンゼン）及びそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記還元剤が、水素、水素プラズマ、アンモニア、アンモニアプラズマ、水素／窒素プラズマ、アルキルシラン及びそれらの混合物から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
以下の式３Ｆ、３Ｇ及び３Ｈ
【化１２】
0005918316.tif 000020
を有し、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子及びＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｑ）が中性配位子であり、Ｍが一価金属であり、ｙ＝１であり、Ｘが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択される１つ又は複数の化合物を含む、組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１３年７月２６日出願の米国仮特許出願第６１／８５８７９９号の利益を主張するものである。この仮特許出願の開示は、その参照により全体として本明細書に含められる。
【０００２】
例えば、ＡＬＤ又はＣＶＤ前駆体として使用するための金属錯体、例えば、限定されないが、ルテニウム及びコバルト錯体を合成するのに使用できるジヒドロピラジン配位子が本明細書において記載される。ジヒドロピラジン配位子を含む錯体及びそれを製造又は使用する方法もまた本明細書において記載される。
【背景技術】
【０００３】
エレクトロニクス産業では、化学気相成長（ＣＶＤ）や原子層堆積（ＡＬＤ）を含めた気相成長プロセスに関して、基材上にコンフォーマルな金属含有膜を作製するために、揮発性金属含有前駆体を原料に提供し続けており、例えば、これらの金属含有前駆体を使用して、シリコン、金属窒化物、金属酸化物及び他の金属含有層などを作製している。これらの技術において、揮発性金属錯体の蒸気は、純粋な金属又は金属化合物の薄膜を堆積させる、その上で化学反応が起こるシリコンウェハの表面に該蒸気を接触させるプロセスチャンバー内に導入される。前駆体がウェハ表面において熱で反応するか、又は同時にプロセスチャンバー内に加える試薬と反応するなら、ＣＶＤが生じ、そして、定常状態堆積で膜成長が起こる。ＣＶＤは、所望の膜厚を達成するために連続して又はパルスモードで適用できる。ＡＬＤでは、前駆体は自己飽和単分子層としてウェハ上に化学吸着され、余分な未反応前駆体はアルゴンなどの不活性ガスとともに除去され、次いで、化学吸着した前駆体の単分子層と反応して、金属又は金属化合物を形成する過剰量の試薬が加えられる。次いで、過剰試薬は不活性ガスとともに除去される。前駆体及び試薬の化学吸着は自己限定的であるので、このサイクルは、その後、原子レベルの精度による所望の厚さに金属又は金属化合物を構築するまで複数回繰り返すことができる。ＡＬＤは、超薄層にもかかわらず、膜厚の精密な制御、膜厚の素晴らしい均一性、そして、配線バイアスや溝などの深く刻み込まれた構造や非常に複雑な構造を均一に被覆するほどの非常に優れたコンフォーマルな膜成長を伴う連続した金属含有膜の堆積を提供する。ＡＬＤ向けの好適な金属前駆体としては、化学吸着段階に起こるあらゆる熱分解を回避するほど熱安定であるにもかかわらず、加えられた試薬に対して化学的に反応性を有するものが挙げられる。さらに、金属前駆体が最大の揮発性のために単量体であること、そして、微量な不揮発性残渣しか残さないきれいな蒸発であることが重要である。前駆体が炭化水素溶媒中への高い可溶性を有していて、ＣＶＤ又はＡＬＤ反応器に前駆体蒸気を提供するための直接液体注入（ＤＬＩ）のために使用できる溶液を形成することもまた望ましい。シクロオクタンやメシチレンなどの炭化水素溶媒は、それらが比較的高い沸点液体であり、かつ低湿度レベルまで容易に乾燥させることができるので、特に魅力的である。
【０００４】
ルテニウムとコバルトは、半導体素子の製作におけるＣＶＤ及びＡＬＤプロセスのために特に魅力的な金属である。ルテニウムの超薄膜の堆積は、ＤＲＡＭキャパシタセルで電極を作成するか、又は窒化チタン又は窒化タンタルなどの銅拡散バリヤ材上に成長した銅接着促進薄膜を提供するのに使用できる。超薄層連続ルテニウム膜はまた、その上に銅金属が直接電気メッキされ得るシード層として使用することもできる。同様に、薄いコバルト層はまた、窒化チタン又は窒化タンタルのための接着促進膜としても適用できる。あるいは、コバルトは、銅配線上に「キャッピング（capping）膜」として堆積され得る。元素酸素に対して反応性であり得る窒化チタン、窒化タンタル又は他の基材上にいずれかの金属を堆積させるとき、元素酸素が作製されるデバイス内に電気的不全にもたらしかねない酸化物を形成する傾向があるので、ルテニウム及びコバルト錯体が元素酸素不含のことが特に望ましい。
【０００５】
化学文献には多数のルテニウム前駆体が報告されているが、ＡＬＤにおいてそれらを使用するとき遭遇する一般的なプロセスの課題は、連続金属膜を形成することを目指したその長いインキュベーション時間、及び試薬として酸素又はオゾンを使用する必要性である。長いインキュベーション時間は、核が更なる金属堆積のための部位として機能する傾向があるので、サイクルを重ねるに従ってゆっくりとしか増加しない、最初のＡＬＤサイクルの低い金属原子堆積（核形成）密度の結果である。十分な核形成密度が確立されている状態では、ＡＬＤ膜厚とＡＬＤサイクル数との間には直線関係が成り立つ。このような方法では、ルテニウム膜の安定した成長速度を確立するために５００回もの初期ＡＬＤサイクルが必要である（S. Yim et al, Journal of Applied Physics. 103, 113509, 2008）。核形成密度は、ＡＬＤプロセス中のプラズマの適用によって高めることができるが、プラズマの強力な方向性誘導は、特にプラズマの「影」となり得る深く刻み込まれた構造の垂直な側壁において、熱ＡＬＤと比較して堆積の均一性を損なう傾向がある。その一方、酸素やオゾン試薬の使用は、窒化チタンや窒化タンタルなどのバリヤ膜に酸化損害を与え、ルテニウム金属の粗面化や食刻につながるその能力が問題となり得る。この点で、化学的還元プロセスによってルテニウム金属を堆積させ、それにより、酸化損傷を回避することができるルテニウム前駆体を開発する強い必要性が存在する。還元のための好適な試薬としては、限定されないが、水素、アンモニア、アミン、ヒドラジン、シラン、アラン及びボランが挙げられる。最も強く所望のプロセスは、どちらも元素酸素を含まない還元剤を伴ったルテニウム前駆体の組み合わせを含むであろう。同様に、還元条件下での酸素不含コバルト前駆体からのコバルト金属膜の還元的成長の必要性が存在する。それで、要約すれば、還元によって金属ルテニウム及びコバルトを堆積させることができる酸素不含ルテニウム及びコバルト前駆体の必要性が存在する。
【０００６】
従来技術において記載される他の金属前駆体としては、限定されないが、シクロペンタジエニル（Ｃｐ）、ピロール、イミダゾール、ジエン、ＣＯ、アルキル置換フェニル、アミジナート、グアニジナート又はそれらの組み合わせのうち１つ又は複数が挙げられる。しかしながら、本明細書に記載される配位子及び錯体は、ＡＬＤ及びＣＶＤによる金属膜の成長に関して高い反応性を可能にする１つ又は複数の非芳香族ジヒドロピラジン配位子に基づきかつ酸素を含まないので、従来技術のものとは異なる。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書に記載の式３Ａ〜３Ｅを有する金属ヒドロピラジン含有錯体がここで記載される。幾つかの実施態様では、金属ＭはＲｕ又はＣｏから選択される。幾つかの実施態様では、錯体は、例えば、ＡＬＤ及びＣＶＤプロセスのための直接液体注入（ＤＬＩ）において使用することができる。これらの錯体は、１つ又は複数の溶媒、例えば、炭化水素又は他の溶媒をさらに含み、ステンレス鋼容器内に充填又は収容される。
【０００８】
また、Ｎ−アルキルジヒドロピラジン及びＮ−トリアルキルシリルジヒドロピラジンが本明細書において記載される。
【０００９】
また、堆積プロセスにおいて、水素、アンモニア、ヒドラジン、シラン、ボランから選択される還元剤とともに、金属ヒドロピラジン含有錯体、より具体的には、ルテニウム及びコバルト含有錯体を使用するＡＬＤ及びＣＶＤ堆積プロセスが本明細書において記載される。
【００１０】
また、酸化剤、例えばオゾン又は酸素とともに、金属ヒドロピラジン含有錯体、より具体的には、ルテニウム及びコバルト含有錯体を使用するＡＬＤ及びＣＶＤ堆積プロセスが本明細書において記載される。
【００１１】
気相堆積プロセス、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）及び化学気相成長（ＣＶＤ）による金属含有膜の成長のための前駆体のＤＬＩ供給に有用な金属ジヒドロピラジニル錯体を含む組成物が本明細書において記載される。これらの前駆体をＤＬＩにより供給するために、これらの前駆体はまた、ＤＬＩ供給に好適な組成物を形成するのに十分高い濃度で容易に溶解されなければならない。本明細書において記載される金属ジヒドロピラジニル錯体の組成物は、蒸発条件下で揮発性と熱的安定性の両方を示す。加えて、これらの組成物は、金属膜成長のための前駆体及び金属前駆体の揮発性供給源を必要とする他の任意の用途のための前駆体として非常に有効である。
【００１２】
なお更なる態様では、ある厚さを有する金属酸化物膜を基材上に形成するための方法であって、
ａ．式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ及び３Ｈの錯体又はそれらの組み合わせから選択される金属ジヒドロピラジニル錯体を導入する工程、
ｂ．前記金属ジヒドロピラジニル錯体を前記基材上に化学吸着させる工程、
ｃ．前記金属ジヒドロピラジニル錯体をパージガスを用いてパージする工程、
ｄ．加熱された基材上の前記金属ジヒドロピラジニル錯体に酸素源を提供して、吸着した金属ジヒドロピラジニル錯体と反応させる工程、並びに
ｅ．任意選択で全ての未反応の酸素源をパージする工程
を含み、前記工程ａ〜ｄが、膜の所望の厚さが得られるまで繰り返される方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）の構造図である。
【図２】ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）（Ｒｕ（Ｃｐ）ＤＭＤＥＰ）の熱重量分析（ＴＧＡ）／示差走査熱量計測（ＤＳＣ）の結果を提供する。
【図３】コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）の構造図である。
【図４】コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）のＴＧＡ／ＤＳＣの結果を提供する。
【図５】カリウム（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）（テトラヒドロフラン）の構造図である。
【図６】３００℃でＲｕＣｐ*ＤＭＤＥＰ／酸素を使用したＴｉＯ2上のＡＬＤルテニウム膜のＸ線光電子分光法［ＸＰＳ］である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ＡＬＤ及びＣＶＤ向けの揮発性錯体を得るために広範囲な様々な金属に対する６電子配位子として連携し得るジヒドロピラジニルアニオンを含む組成物が本明細書において記載される。幾つかの実施態様では、高度に立体的に置換されたジヒドロピラジニルアニオンがアルカリ土類金属を含む錯体に好適である。他の実施態様では、わずかしか立体的に置換されていないジヒドロピラジニルは遷移性金属及びランタニド金属をさらに含む錯体に好適である。より一層更なる実施態様では、中性非脱プロトン化ジヒドロピラジンは、例えば、４電子供与配位子として使用され得る。後の実施態様に関して、ゼロ価のルテニウム錯体は、１８電子錯体のためのジヒドロピラジン（４電子）、ルテニウム（０）（８電子）及びトルエン（６電子）から作製され得る。本明細書において記載されるジヒドロピラジン配位子の利点は、加水分解／開環のブレイキングと、それに続く金属又は金属酸化物膜の堆積をもたらす環状窒素への水素の結合のために、該配位子が水又はヒドロキシル（ＯＨ）基と反応し得ることである。理論に縛られるものではないが、この点で加水分解的に不安定でないシクロヘキサジエン配位子を有する類似錯体と比較して、反応性はより優れているはずである。より一層更なる実施態様では、中性及び脱プロトン化ジヒドロピラジンは、シクロペンタジエン（Ｃｐ）、ピロール、イミダゾール、アミジナート、グアニジナート、ジイミン、ケトイミン、ジケトンなどの他の配位子又は同様のものとともに、混合配位子錯体を形成するのに使用され得る。本明細書において開示されるジヒドロピラジン配位子を含む、得られた組成物又は錯体は、それらが堆積プロセス、より具体的には原子層堆積プロセスのために揮発性にすることも、さらに蒸発条件下で熱に安定にすることもできる。上記に加えて、化合物又は錯体及びそれを含む組成物は、これだけに限定されるものではないが、ルテニウム又はコバルト金属膜などの金属膜の成長及び揮発性の金属前駆体供給源を必要とするその他の適用のための前駆体としても有用である。
【００１５】
本明細書において記載される金属ジヒドロピラジニル錯体は、第２族〜第１６族又は第４族〜第１６族から選択される１つ又は複数の金属を含む。本明細書において記載される式の幾つかの実施態様では、Ｍは、限定されないが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びそれらの組み合わせを含む第４族〜第１６族から選択される金属である。１つの特定の実施態様では、ＭはＲｕである。別の特定の実施態様では、ＭはＣｏである。
【００１６】
これだけに限定されるものではないが、ジヒドロピラジン配位子ベースの酸素不含ルテニウム及びコバルト前駆体などの金属ジヒドロピラジニル錯体の合成が本明細書において記載される。これらの新しい化合物は、単量体で、きれいに揮発性であり、かつ炭化水素溶媒中に非常に可溶性である。ジヒドロピラジン配位子は、それらの脱プロトン化形態でジヒドロピラジニルアニオンとして、ジヒドロピラジニルラジカルアニオンとして、又は中性（非脱プロトン化）配位子としてこれらの新しい錯体に組み込まれ得る。これらの様々な配位子の立体配置は、式１に示されている。
【化１】
0005918316.tif 000002
【００１７】
さらに、Ｎ−アルキルジヒドロピラジン又はＮ−トリアルキルシリルジヒドロピラジンはまた、中性分子として又はＮ−アルキルジヒドロピラジニル若しくはＮ−トリアルキルシリルジヒドロピラジニルラジカルアニオンとしてこれらの新しい錯体に組み込まれることもできる。これらの配位子の立体配置は、Ｎ−トリアルキルシリルジヒドロピラジンに関する式２に示されている。
【化２】
0005918316.tif 000003
【００１８】
２つ以上のジヒドロピラジニルアニオン、２つ以上のジヒドロピラジニルラジカルアニオン、２つ以上のＮ−アルキルジヒドロピラジニルラジカルアニオン又は２つ以上のＮ−トリアルキルシリルジヒドロピラジニルラジカルアニオンを含む金属ジヒドロピラジニル錯体が形成される。
【００１９】
別の実施態様では、ペンタメチルシクロペンタジエニルなどの他の異なるアニオンと組み合わせて、１つのジヒドロピラジニルアニオンのみ、１つのジヒドロピラジニルラジカルアニオンのみ、１つのＮ−アルキルジヒドロピラジニルラジカルアニオンのみ、又は１つのトリアルキルシリルジヒドロピラジニルラジカルアニオンのみを含む錯体が形成され得る。これらの錯体は、式３Ａ、３Ｂ及び３Ｃにおいて示され、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4はそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5は独立してＨ原子、又は直鎖、分岐若しくは環状のＣ1−Ｃ6アルキル基から選択され、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択され、（Ｌ）はシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、アルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍは二価金属であり、ｘ＝１又は２であり、ｘ＋ｙ＝２であり、式３Ｃ中のＸは独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立してＣ1−Ｃ3の直鎖又は分岐のアルキル基から選択される）から選択される。
【化３】
0005918316.tif 000004
【００２０】
なお更なる実施態様では、上記式３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、「＋１」酸化状態を有することができるＭすなわち一価の金属を含むことができる。これらの実施態様では、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及び（Ｑ）は、中性配位子、例えば、限定されないが、本明細書に記載されるようにベンゼン又はアルキル化ベンゼンであり、しかしながら、ｘが１であるときにはｙは０になり（例えば、Ｌは存在しない）、新しい変数「ｚ」は１である。式３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ（式中、Ｍは１価である）の一般的な例は、以下の（アニオン）xＭ+n（Ｌ）y（Ｑ）zである。これらの化合物のより具体的な例は、以下の式３Ｆ、３Ｇ及び３Ｈによって表される。
【化４】
0005918316.tif 000005
【００２１】
また、式３Ｄにおいて示されるような中性の（非脱プロトン化）ジヒドロピラジンであって、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5が独立してＨ原子又はＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、（Ｌ）がシクロペンタジエニル、ペンタアルキルシクロペンタジエニル、ペンタメチルペンタジエニル、ジメチルペンタジエニル、トリメチルペンタジエニル、メチルシクロペンタジエニル、エチルシクロペンタジエニル、イミダゾリル、トリアルキルイミダゾリル、ピロリル、及びアルキルピロリルから選択されるアニオンであり、Ｍが一価金属であり、ｘ＝１又は２であり、ｙ＝１であり、Ｚが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、及びＳｉＲ6（式中、Ｒ6は独立して直鎖、分岐又は環状のＣ1−Ｃ3アルキル基から選択される）から選択される中性の（非脱プロトン化）ジヒドロピラジンを含有する錯体を形成することができる。
【化５】
0005918316.tif 000006
【００２２】
また、式３Ｅにおいて示されるような中性の（非脱プロトン化）ジヒドロピラジンであって、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4がそれぞれ独立してＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基から選択され、Ｒ5がＨ原子又はＣ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、（Ｑ）がベンゼン又はアルキル化ベンゼンであり、Ｍが０酸化状態の金属であり、ｘ＝１又は２であり、ｙ＝１であり、Ｚが独立してＨ原子、Ｃ1−Ｃ6の直鎖、分岐又は環状のアルキル基、又はＳｉＲ6（式中、Ｒ6は直鎖、分岐又は環状のＣ1−Ｃ3アルキルである）から選択される中性の（非脱プロトン化）ジヒドロピラジン含む錯体を形成することができる。
【化６】
0005918316.tif 000007
【００２３】
上記式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄでは、（Ｌ）は、（ジヒドロピラジン）ｘとは異なるジヒドロピラジンアニオン、ジヒドロピラジンラジカルアニオン、Ｎ−アルキルジヒドロピラジンラジカルアニオン、Ｎ−トリアルキルシリルジヒドロピラジンラジカルアニオンであることもできる。
【００２４】
この開示のジヒドロピラジニルアニオンは、ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）（ここで、Ｒｕ１は、ＤＭＤＥＰ配位子のＣ１、Ｎ１、Ｃ６、Ｃ３及びＮ２に結合する）に関して図（１）に例示されるとおり、η５型ルテニウムに配位結合されることが示されている。このように、ＤＭＤＥＰアニオンは、６電子供与体として働き、ここで、形式的に、２つの電子がアニオンの陰性荷電によって提供され、その後、それぞれの配位子の２つの二重結合からの更なる２つの電子が提供される。このように、ジヒドロピラジニルアニオンは、安定した錯体を提供するための遷移性金属の周囲に１８個の電子配位圏を提供する助けとなり得る。これにより、ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）に関する例において、６（ｄ）電子が、Ｒｕ+2によって提供され、６つがジヒドロピラジニルアニオンから提供され、そして、６つの電子がペンタメチルシクロペンタジエニルアニオンから提供されて、合計１８個の電子をもたらした。中性（非脱プロトン化）ジヒドロピラジン配位子、Ｎ−アルキルジヒドロピラジン又はトリアルキルシリルジヒドロピラジンは、それぞれの配位子の２つの二重結合から２つの電子が提供される、４電子供与体として類似した斜めのη４型金属に配位結合され得る。ここで図３又はコバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）の構造を参照すると、８（ｄ）電子がＣｏ+1によって提供され、６つの電子がペンタメチルシクロペンタジエニルアニオンから提供され、そして、４つの電子がジヒドロピラジン配位子から提供されて、合計１８個の電子をもたらした。Ｎ−アルキルジヒドロピラジンとＮ−トリシリルアルキルジヒドロピラジンは、１つの電子によって還元されて、ジヒドロピラジン環の４つの原子にまたがって非局在化した負の電荷を有するＮ−アルキルジヒドロピラジニルとＮ−トリシリルアルキルジヒドロピラジニルラジカルアニオンをそれぞれ形成することができ、そして、形式的な負の電荷からの２つの電子、二重結合からの２つの電子及び還元で加えられた電子からの１つの電子を供与することができ、合計５つの電子をもたらした。これらのラジカルアニオン立体配置はまた、Ｎ−トリシリルアルキルジヒドロピラジンに関する式２において先に示されてもいる。
【００２５】
理論に縛られることを望むものではないが、ジヒドロピラジン配位子とそれらのアニオンが非芳香族であるので、水素によるそれらの対応するアミンへのそれらの還元は、芳香族安定性の損失によって妨げられることはなく、そして、還元は、ルテニウム又は他の金属に配位結合されることによって触媒される。一旦ジヒドロピラジン配位子が還元されると、それは、その後順番にその金属状態に還元され得る金属に安定性を提供できなくなる。
【００２６】
この開示の錯体の顕著な態様は、化学文献（D. Gopal et.al Tetrahedron Letters, 39, 1877-1880,1998) ("Gopal et. al."）によると、本明細書において記載されるタイプのジヒドロピラジン、又は３位にてジアルキル置換された第四級炭素で置換されたアルキルが、式４で以下に例示されるように、環外脱プロトン化を受けて、その負の電荷がジヒドロピラジニル環付近で非局在化されていない熱不安定なアニオンをもたらす。対照的に、出願人は、アルキル置換されたジヒドロピラジンの環内配位子脱プロトン化が、式５で例示されるような、その荷電がジヒドロピラジニル環の５つの原子にわたって非局在化しているアニオンを得ることを容易に達成できること、さらには、得られたアニオンが熱安定であることを本明細書において示した。Gopalらの参考文献はまた、ジヒドロピラジンの二量体化が−１５℃での保管によって起こることを報告している。しかしながら、出願人らは、２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジンが室温にて安定していることを見出した。さらに、本明細書において記載されるジヒドロピラジンに基づくルテニウム及びコバルト錯体もまた安定している。出願人らはまた、カリウム（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）（テトラヒドロフラン）が結晶固体として室温にてそれを単離することによって熱安定になることも見出し、そして、図５に示されているように、Ｘ線結晶学によってそれがカリウム（＋１）に配位結合されたη５型であることを立証した。要約すれば、本明細書において記載されるジヒドロピラジンの熱的安定性及びその環内の脱プロトン化が、それから安定した揮発性金属錯体が調製され得る、安定した完全に非局在化したアニオンを提供する。Ｎ−アルキルジヒドロピラジン及びＮ−トリアルキルシリルジヒドロピラジンもまた安定であるにもかかわらず、揮発性の金属錯体を提供すると考えられることも本明細書において記載される。
【化７】
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【００２７】
本明細書において記載される金属ジヒドロピラジニル錯体又は組成物は、半導体型のマイクロ電子デバイス、例えばＤＲＡＭデバイス等のメモリ用途のマイクロキャパシタセルの製造に用いられる、ＡＬＤ、ＣＶＤ、パルスＣＶＤ、プラズマＡＬＤ、プラズマＣＶＤ用の揮発性前駆体として用いるのに非常に好適である。また、錯体は高温検出器（pyrodetector）の製造にも非常に有用である。本明細書に開示した方法に好適な堆積プロセスの例としては、限定されないが、サイクリックＣＶＤ（ＣＣＶＤ）、ＭＯＣＶＤ（有機金属ＣＶＤ）、熱化学気相成長、プラズマ化学気相成長（「ＰＥＣＶＤ」）（plasma enhanced chemical vapor deposition）、高密度ＰＥＣＶＤ、光ＣＶＤ（photon assisted CVD）、プラズマ−光支援（「ＰＰＥＣＶＤ」）（plasma-photon assisted CVD）、極低温化学気相成長（cryogenic chemical vapor deposition）、化学支援気相成長（chemical assisted vapor deposition）、熱フィラメント化学気相成長、液体ポリマー前駆体のＣＶＤ、超臨界流体からの堆積、及び低エネルギーＣＶＤ（ＬＥＣＶＤ）（low energy CVD）が挙げられる。幾つかの実施態様では、金属含有膜を、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、又はプラズマサイクリックＣＶＤ（ＰＥＣＣＶＤ）プロセスによって堆積する。本明細書で用いる場合、用語「化学気相成長プロセス（chemical vapor deposition process）」とは、基材表面で反応及び／又は分解して所望の堆積物を生成する１種以上の揮発性前駆体に、基材を曝露する、あらゆるプロセスについて言及している。本明細書で用いられる場合、用語「原子層堆積プロセス」は、様々な組成の基材に膜の材料を堆積させる、自己制限的な（例えば、各反応サイクルで堆積する膜材料の量が一定である）、順次的な表面化学反応について言及している。本明細書で用いられる前駆体、試薬及び物質源は、「ガス状」として記載される場合があるが、この前駆体は、不活性ガスを用いて又は不活性ガスを用いずに、直接気化、バブリング又は昇華によって、反応器に輸送される、液体又は固体のいずれかであってよいことが理解される。いくつかの場合では、揮発した前駆体は、プラズマ発生器を通過することができる。一実施態様では、金属含有膜を、ＡＬＤプロセスを用いて堆積させる。他の一つの実施態様では、金属含有膜を、ＣＣＶＤプロセスを用いて堆積させる。さらなる実施態様では、金属含有膜を、熱ＣＶＤプロセスを用いて堆積させる。本明細書で用いる場合、用語「反応器」は、限定しないが、反応チャンバー又は堆積チャンバーを含む。
【００２８】
ある種の実施態様では、本明細書に開示した方法は、反応器に導入する前に及び／又は導入中に、前駆体を分離しておくＡＬＤ法又はＣＣＶＤ法を用いることによって、前駆体の事前反応を防ぐ。これに関連して、堆積技術、例えばＡＬＤプロセス又はＣＣＶＤプロセスを用いて、この誘電体膜を堆積させる。一実施態様では、基材表面を、金属ジヒドロピラジニル錯体組成物、酸素源、還元剤及び／又は他の前駆体若しくは試薬の１種以上に交互に曝露することによって、ＡＬＤプロセスを用いて、膜を堆積させる。膜の成長は、表面反応の自己制限的な制御、各前駆体又は試薬のパルス長さ、及び堆積温度によって進む。しかし、基材の表面が飽和すると、膜の成長は停止する。
【００２９】
堆積方法に応じて、ある種の実施態様では、１種以上の金属ジヒドロピラジニル錯体を、所定のモル体積で又は約０．１〜約１０００マイクロモルで、反応器に導入することができる。この実施態様又は他の実施態様では、金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体を、所定の時間間隔で反応器に導入することができる。ある種の実施態様では、その時間間隔は、約０．００１〜約５００秒の範囲となる。
【００３０】
幾つかの実施態様では、本明細書に記載される方法を用いて堆積させる膜を、酸素源、試薬又は酸素を含む前駆体を用いて、酸素の存在下で形成させる。酸素源は、少なくとも１種の酸素源の形態で反応器に導入させることができ、及び／又は堆積プロセスで用いる他の前駆体に付随して存在させることができる。適切な酸素源ガスとしては、例えば水（Ｈ2Ｏ）（例えば、脱イオン水、精製水、及び／又は蒸留水）、水プラズマ、酸素（Ｏ2）、酸素プラズマ、オゾン（Ｏ3）、ＮＯ、ＮＯ2、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）及びこれらの組合せを挙げることができる。ある種の実施態様では、酸素源は、約１〜約２０００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）又は約１〜約１０００ｓｃｃｍの範囲の流量で反応器に導入する酸素源を含む。酸素源を、約０．１秒〜約１００秒の範囲の時間で導入することができる。１つの特定の実施態様では、酸素源は、１０℃以上の温度を有する水を含む。膜をＡＬＤプロセス又はサイクリックＣＶＤプロセスによって堆積させる実施態様では、前駆体パルスは、０．０１秒超であるパルス時間を有することができ、かつ酸素源が、０．０１秒超であるパルス時間を有することができ、さらに水のパルス時間が、０．０１秒超であるパルス時間を有することができる。さらなる他の一実施態様では、パルスとパルスの間のパージ時間間隔は、０秒程度まで小さくすることができ、又はその間にパージをしないで連続的なパルスにすることができる。
【００３１】
幾つかの実施態様では、このプロセスは還元剤を用いる。還元剤は、典型的にはガス状の形態で導入される。好適な還元剤の例としては、これだけに限定されるものではないが、水素ガス、水素プラズマ、リモート水素プラズマ、シラン（すなわち、ジエチルシラン、エチルシラン、ジメチルシラン、フェニルシラン、シラン、ジシラン、アミノシラン、クロロシラン）、ボラン（すなわち、ボラン、ジボラン）、アラン、ヒドラジン、アンモニア、又はその混合物が挙げられる。
【００３２】
本明細書で開示した堆積方法は、１種以上のパージガスを伴う場合がある。未反応の反応物及び／又は反応副生成物をパージするために用いるパージガスは、不活性ガスであり、これは前駆体と反応しない。典型的なパージガスとしては、限定されないが、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン、水素（Ｈ2）及びこれらの混合物が挙げられる。幾つかの実施態様では、パージガス、例えばＡｒを、約０．１秒〜１０００秒の間に、約１０〜約２０００ｓｃｃｍの範囲の流量で反応器に供給することができ、それにより反応器に残留している場合がある未反応の材料及びあらゆる副生成物を、パージすることができる。
【００３３】
前駆体、酸素源、並びに／又は他の前駆体、他の物質源ガス及び／若しくは試薬を供給する各工程を、それらを供給する時間を変えることによって実行し、生成膜の化学両論的な組成を変えることができる。
【００３４】
エネルギーを、前駆体、酸素含有源、還元剤、他の前駆体又はこれらの組合せの少なくとも１つに適用して、反応を誘導し、そして金属含有膜又は金属含有コーティングを基材に形成させる。そのようなエネルギーは、限定されないが、熱、プラズマ、パルスプラズマ、ヘリコンプラズマ、高密度プラズマ、誘導結合プラズマ、Ｘ線、電子線、光子、リモートプラズマ法及びこれらの組合せによって与えることができる。幾つかの実施態様では、二次高周波（secondary rf frequency）源を用いて、プラズマ特性を基材表面で変えることができる。堆積にプラズマを伴う実施態様では、プラズマ生成プロセスは、プラズマを反応器で直接的に生成させる直接プラズマ生成プロセス、あるいはプラズマを反応器の外部で生成させて反応器に供給するリモートプラズマ生成プロセスを、含むことができる。
【００３５】
金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体を、反応チャンバー、例えばＣＶＤ反応器又はＡＬＤ反応器に、様々な方法で提供することができる。一実施態様では、液体提供システムを用いることができる。別の実施態様では、液体提供プロセスとフラッシュ気化プロセスが組み合わされたユニット、例えばターボ気化器（ＭＳＰ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製、ショアビュー、ミネソタ州、米国）を用いることで、低揮発度物質を容量分析的に供給することができる。これは、前駆体の熱的分解のない状態で再現性のある輸送及び堆積をもたらすことができる。本明細書に記載される前駆体組成物は、ＤＬＩモードでの原料試薬として効果的に用いることができ、これらの金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体の気相流をＡＬＤ又はＣＶＤ反応器に供給することができる。
【００３６】
幾つかの実施態様では、これらの組成物としては、特にサブｐｐｍレベルの水まで脱水できる性質に起因して特に望ましい炭化水素系溶媒を用いる組成物が挙げられる。本発明で用いることができる典型的な炭化水素系溶媒としては、限定されないが、トルエン、メシチレン、クメン（イソプロピルベンゼン）、ｐ−シメン（４−イソプロピルトルエン）、１，３−ジイソプロピルベンゼン、オクタン、ドデカン、１，２，４−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチルシクロヘキサン、及びデカヒドロナフタレン（デカリン）が挙げられる。本明細書に記載の前駆体は、ステンレス鋼容器内で貯蔵して使用することもできる。幾つかの実施態様では、この組成物中の炭化水素系溶媒は、高沸点溶媒であり、又は１００℃超の沸点を有する。本明細書に記載の金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体ＤＬＩ組成物を、他の好適な金属前駆体と混合することもでき、この混合物を用いて、二成分金属酸化物膜又は窒化物膜の成長のために同時に両方の金属を供給することができる。
【００３７】
幾つかの実施態様では、この前駆体組成物の純度は、信頼性のある半導体の製造に受け入れられるほど十分に高い。幾つかの実施態様では、本明細書に記載の金属含有前駆体及びそれを含む組成物は、以下の不純物、すなわち遊離アミン、遊離ハロゲン化物又はハロゲンイオン及びより高い分子量の種の１つ又は複数を２ｗｔ％未満、１ｗｔ％未満、又は０．５ｗｔ％未満で含む。本明細書に記載の金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体のより高い純度は、以下のプロセス、すなわち精製、吸着及び／又は蒸留の１つ又は複数を通して得ることができる。
【００３８】
幾つかの実施態様では、前駆体容器から反応チャンバーに連結するガスラインを、プロセスの必要性に応じて、１以上の温度に加熱し、この組成物を含む容器を、バブリングのために１以上の温度で維持する。他の実施態様では、金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体を含む組成物を、直接液体注入のために１以上の温度で維持した気化器に注入する。
【００３９】
アルゴン及び／又は他のガスの流れを、キャリアガスとして用いて、前駆体パルスの間に、少なくとも１種の金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体の気相を反応チャンバーへの供給を促進することができる。幾つかの実施態様では、反応チャンバーのプロセス圧力は、約１Ｔｏｒｒである。
【００４０】
典型的なＡＬＤ又はＣＣＶＤプロセスでは、基材、例えば酸化ケイ素基材を、反応チャンバー内のヒーター台で加熱し、これを始めに金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体にさらして、錯体を基材の表面に化学的に吸着させる。
【００４１】
パージガス、例えばアルゴンは、未吸着の余分な錯体をプロセスチャンバーからパージする。十分なパージの後で、窒素含有源を、反応チャンバーに導入して、吸着した表面と反応させた後で、他のガスパージによって、チャンバーから反応副生成物を除去することができる。このプロセスサイクルを、所望の膜厚さを得るように繰り返すことができる。
【００４２】
この実施態様、又は他の実施態様では、本明細書に記載される方法の工程を、様々な順番で実行でき、順次的に又は同時に（例えば、他の１つの工程の少なくとも一部の間に）実行でき、そしてこれらのあらゆる組合せで実行することができると理解される。前駆体及び窒素含有源ガスを提供するそれぞれの工程を、それらを供給するための持続時間を変えることによって実行して、生成する誘電体膜の化学量論的組成を変えることができる。
【００４３】
本明細書に開示される方法の別の実施態様では、金属又は金属酸化物膜は、
基材を反応器に提供する工程、
式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの化合物又はそれらの組み合わせから選択される金属ジヒドロピラジニル錯体含有前駆体を含む含有組成物を前記反応器に導入する工程、
前記金属ジヒドロピラジニル錯体含有前駆体を前記基材上に化学吸着させる工程、
未反応の金属ジヒドロピラジニル錯体金属含有前駆体をパージガスを用いて除去する工程、
加熱された基材上の前記金属ジヒドロピラジニル錯体金属含有前駆体に酸素源を提供して、吸着した少なくとも１つの金属ジヒドロピラジニル錯体含有前駆体と反応させる工程、並びに
任意選択で全ての未反応の酸素源を除去する工程
を含むＡＬＤ堆積方法を用いて形成される。
【００４４】
本明細書において開示される方法のさらに別の実施態様では、ある厚さを有する金属膜は、
ａ．式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの化合物又はそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つを含む金属ジヒドロピラジニル錯体を導入する工程、
ｂ．前記金属ジヒドロピラジニル錯体を前記基材上に化学吸着させる工程、
ｃ．前記金属ジヒドロピラジニル錯体をパージガスを用いてパージする工程、
ｄ．任意選択で、加熱された基材上の前記金属ジヒドロピラジニル錯体に還元剤を提供して、吸着した金属ジヒドロピラジニル錯体と反応させる工程、並びに
ｅ．任意選択で全ての未反応の還元剤をパージする工程
を含み、前記還元剤が、水素、水素プラズマ、アンモニア、アンモニアプラズマ、水素／窒素プラズマ、アルキルシラン及びそれらの混合物から選択することができ、前記工程ａ〜ｄが、金属膜の所望の厚さが得られるまで繰り返されるＡＬＤ堆積方法を用いて基材上に形成される。
【００４５】
上記の工程は、本明細書に記載される方法のための１サイクルを規定し、このサイクルは、膜の所望の厚さが得られるまで繰り返すことができる。この実施態様又は他の実施態様では、本明細書に記載される方法の工程を、様々な順番で実行することができ、順次的に又は同時に（例えば、他の１つの工程の少なくとも一部の間に）実行でき、そしてこれらのあらゆる組合せで実行することができると理解される。前駆体及び酸素源を提供するそれぞれの工程を、それらを供給するための持続時間を変えることによって実行して、生成する誘電体膜の化学量論的組成を変えることができる。ただし、ここでは、利用可能なケイ素に対して、常に酸素を化学量論量よりも少なくして用いる。
【００４６】
多成分膜に関して、他の前駆体、例えばケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、還元剤及び／又は他の試薬を、反応チャンバーに交互に導入することができる。
【００４７】
本明細書に記載される方法のさらなる実施態様では、誘電体膜は、熱ＣＶＤプロセスを用いて堆積される。この実施態様では、この方法は、
周囲温度から約７００℃の温度に加熱されかつ１Ｔｏｒｒ以下の圧力で維持される反応器に１つ又は複数の基材を配置する工程、
式３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの化合物又はそれらの組み合わせから選択される少なくとも１つを含む金属ジヒドロピラジニル錯体を含む組成物を導入する工程、並びに
前記反応器に酸素源を提供して、前記金属ジヒドロピラジニル錯体と少なくとも部分的に反応させ、前記１つ又は複数の基材上に金属膜を堆積させる工程
を含む。このＣＶＤ法の幾つかの実施態様では、反応器は、導入工程の際に１００ｍＴｏｒｒ〜６００ｍＴｏｒｒの圧力で維持される。
【００４８】
上記の工程は、本明細書に記載される方法のための１サイクルを規定し、このサイクルは、膜の所望の厚さが得られるまで繰り返すことができる。この実施態様又は他の実施態様では、本明細書に記載される方法の工程を、様々な順番で実行することができ、順次的に又は同時に（例えば、他の１つの工程の少なくとも一部の間に）実行でき、そしてこれらのあらゆる組合せで実行することができると理解される。前駆体及び酸素源を提供するそれぞれの工程を、それらを供給するための持続時間を変えることによって実行して、生成する膜の化学量論的組成を変えることができる。
【００４９】
多成分膜に関して、他の前駆体、例えばケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、酸素源、還元剤及び／又は他の試薬を、反応チャンバーに交互に導入することができる。
【００５０】
ここでは、上記の本発明の金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体を含む組成物を用いることを含む、ＡＬＤ又はＣＶＤによる金属含有膜を堆積する方法が述べられる。１つの特定の実施態様では、金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体及び適合する溶媒を含む組成物を、反応チャンバーにＤＫＩ供給によって供給し、そして、０．００１〜１０００Ｔｏｒｒの反応器圧力及び０〜１０００℃の温度を用いて、水、アルコール、酸素、オゾン、亜酸化窒素、二酸化窒素、過酸化水素又はそれらの組合せからなる群より選択される酸化剤と反応させて、金属含有膜を成長させることで、金属含有膜を堆積する方法が与えられる。金属の性質に応じて、この方法は、金属酸化物を、１サイクル当たり約１オングストローム（Å）以上で堆積させる。
【００５１】
本発明はまた、本明細書に記載の金属ジヒドロピラジニル錯体前駆体の１つ又は複数を用いて誘電体膜又は金属膜を成長させ、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）のメモリセル及び高温測定デバイスからなる群より選択されるマイクロ電子デバイスを形成する方法である。
【００５２】
あるいは、本発明は、本発明のイミダゾレート構造体を用いて、不揮発性強誘電体マイクロ電子メモリデバイス、電子発光ディスプレイのためのディスプレイ蛍光体、高Ｔｃ超伝導デバイスからなる群より選択されるマイクロ電子デバイスを製造する方法である。
【００５３】
さらに別の実施態様では、本発明は、エーテル、アミノエーテル、アミド、エステル、芳香族又は炭化水素系溶剤からなる群より選択される溶剤中に溶解した、金属ジヒドロピラジニル錯体を提供する工程、及び得られた組成物をＤＬＩシステムによって供給して、その組成物の気相流を提供し、ＡＬＤ又はＣＶＤによって金属酸化物膜又は金属窒化物膜を成長させる工程を含む、ＡＬＤ又はＣＶＤによって金属酸化物膜又は金属窒化物膜を成長させる方法である。
【実施例】
【００５４】
［例１：２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン（例えば、ＨＤＭＤＥＰ）の合成］
５０．０ｇ（０．４３８ｍｏｌｅ）の３，４−ヘキサンジオンを、２５０ミリリットル（ｍｌ）のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中に溶解し、そして、３８．６ｇ（０．４３８ｍｏｌｅ）のＨ2ＮＣ（Ｍｅ）2ＣＨ2ＮＨ2を、氷浴冷却によって２０〜２５℃を維持し、３０分間にわたって撹拌しながら加えた。そして、混合物を一晩撹拌した。次に、混合物を、２０グラム（ｇ）の無水硫酸マグネシウムとともに一晩撹拌し、濾過し、そして、真空によってＴＨＦを除去して、やまぶき色の液体（５８ｇ）を得た。そして、これを、２０ｇの乾燥させた分子篩上で２日間保存した。次に、分子篩を取り除き、原料を６５℃／１００ｍＴｏｒｒにてバルブからバルブへと移動させ、非常に明るい黄緑色の液体として最終生成物を得た。生成物の収量は４７ｇ（６５％）であった。ガスクロマトグラフィー−質量分析法（ＧＣＭＳ）は１６６ｍｕに親イオンを示した。
【００５５】
［例２．ルテニウム（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）（例えば、ＲｕＣｐ*ＤＭＤＥＰ）の合成］
アルゴン通気雰囲気下、２０ｍｌのテトラヒドロフラン中に溶解した９．３ｇ（０．０５６ｍｏｌｅ）のＨＤＭＤＥＰを、−７８℃に冷やした２００ｍｌのテトラヒドロフラン中に溶解した１０．６６ｇ（０．０５３ｍｏｌｅ）のカリウムヘキサメチルジシラザンに、１０分間かけて滴下して加えた。得られた混合物を−７８℃にて３０分間撹拌し、その後、２時間かけてゆっくり室温まで温めた。そして、得られたＫＤＭＤＥＰの溶液を、室温にて３００ｍｌのテトラヒドロフラン中で撹拌しながら、２０分間かけてカニューレを通して１４．２５ｇのクロロ（ペンタメチルシクロペンタジエニル）ルテニウム（＋２）四量体（例えば、ＲｕＣｐ*Ｃｌ）（０．０５２ｍｏｌｅのルテニウム）に加えた。そして、混合物を２日間還流した。そして、溶媒を真空によって除去し、３００ｍｌのヘキサンをアルゴン下で加えた。得られた混合物を２０分間振盪撹拌し、次に、濾過して、こげ茶色の濾液を得た。ヘキサンを真空によって除去して、こげ茶色のタールを得た。タールを次に、１４０°Ｃ／１００ｍＴｏｒｒの圧力にてバルブ間で蒸留して、やまぶき色の液体を得、２日間かけて凝固させて結晶塊を得た。上清の液体を冷凍庫に移し、−２０℃にて３日間で、２回目の結晶形成を得た。次に、２バッチの結晶を合わせ、１４０℃にて真空で再び蒸留し、過剰なジヒドロピラジンが微量存在する最初の画分を捨て、２日間かけて琥珀色の結晶に凝固する琥珀色の油状物質として主要な画分を得た。収量＝１１．０ｇ（５２％）。５４℃の融点、図２に示されているとおり、ＴＧＡによると２．０８ｗｔ％の残留である。Ｘ線結晶学では、単量体のＲｕＣｐ*（ＤＭＤＥＰ）と構造を確認した。
【００５６】
1Ｈ ＮＭＲ：（５００ＭＨｚ、Ｄ８トルエン）：δ＝０．４２（ｓ，３Ｈ）、δ＝１．１４（ｔ，３Ｈ）δ＝１．４４（ｓ，３Ｈ）、δ＝１．４５（ｔ，３Ｈ）、δ＝１．６７（ｓ、１５Ｈ）、δ＝２．４−２．５、２．７−２．８（ｍ，４Ｈ）、δ＝３．６７（ｓ，１Ｈ）。ＧＣＭＳは４０１ｍｕに親イオンを示した。
【００５７】
［例３：コバルト（ペンタメチルシクロペンタジエニル）（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）（例えば、ＣｏＣｐ*ＨＤＭＤＥＰ）の合成］
窒素雰囲気下、０．６８ｇ（０．００５ｍｏｌｅ）のペンタメチルシクロペンタジエンを、２０ｍｌのＴＨＦ中の０．２ｇ（０．００５ｍｏｌｅ）の水素化カリウムに加え、窒素下、４５℃に温めて２時間混合して、淡黄色の懸濁液を得た。次に、０．６５ｇ（０．００５ｍｏｌｅ）のコバルトジクロリドを加え、そして、混合物を室温にて一晩撹拌して、こげ茶色の混合物を得た。５ｍｌのＴＨＦ中に溶解した１．０２ｇ（０．００５ｍｏｌｅ）のＫＤＭＤＥＰ（ＴＨＦ）の固体を加え、そして、混合物を一晩を撹拌した。ＴＨＦを次に、真空によって除去し、３０ｍｌのヘキサンによって暗色の油状物質塊を抽出し、そして、濾過した。ヘキサンを真空によって除去し、こげ茶色の油状物質を１２０℃／１００ｍＴｏｒｒにてバルブ間で蒸留して、初めに赤褐色の油状物質を得、続いて深い暗赤色の結晶性生成物を得た。収量＝０．４ｇ（２２％）、ＭＰｔ１２６．５℃、図４に示されているとおり、ＴＧＡ残留８．１２ｗｔ％。ＧＣＭＳは３６０ｍｕに親イオンを示した。1Ｈ ＮＭＲ：（５００ＭＨｚ、Ｄ８トルエン）：δ＝０．９５（ｓ，３Ｈ）、δ＝０．９７（ｓ，３Ｈ）、δ＝１．０１（ｔ，３Ｈ）δ＝１．４２（ｔ，３Ｈ）、δ＝１、４５（ｍ，１Ｈ）、δ＝１．７１（ｓ、１５Ｈ）、δ＝１．７３（ｍ，１Ｈ）、δ＝２．２０（ｍ，１Ｈ）、δ＝２．４（ｍ，１Ｈ）、δ＝３．２９（ｓ，１Ｈ）。
【００５８】
Ｘ線結晶学では、Ｃｏ１がＨＤＭＤＥＰのＣ１２、Ｎ２、Ｃ１３、及びＣ１４に結合している、すなわち、η４配位である単量体ＣｏＣｐ*（ＨＤＭＤＥＰ）と構造を確認した。
【００５９】
［例４：カリウム（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジニル）（テトラヒドロフラン）（例えば、ＴＨＦ中のＫＤＭＤＥＰ）の合成］
アルゴン雰囲気下、５ｍｌのＴＨＦ中の１．７ｇ（０．０１ｍｏｌｅ）のＨＤＭＤＥＰを、０ｍｌのＴＨＦ中の１．８ｇ（０．００９０ｍｏｌｅ）のＫＨＭＤＺにドライアイス上で２分間かけて加え、ドライアイス上で９０分間撹拌し、その後、９０分間室温まで温めた。溶媒であるヘキサメチルジシラザン及び非脱プロトン化ＨＤＭＤＥＰを減圧下で除去し、未精製の固体を得た。少量のサンプルを沸騰させたヘキサン中に懸濁し、懸濁液が溶解するまでＴＨＦを滴下して加えた。室温まで冷まして時点で、Ｘ線結晶学（図５）によってＫ１がＣ９、Ｎ１、Ｃ１２、Ｃ１１及びＮ２に結合している、カリウムに対してη５配位結合している所望の２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジルアニオンであることが示された少量の結晶を形成した。１分子のＴＨＦもまた、各カリウムイオンに対して配位結合されている。ＮＭＲサンプルのために、すべてのＴＨＦを送り出し、そして、サンプルをデウテロテトラヒドロフラン（deuterotetrahydrofuran）中で調製した。1Ｈ ＮＭＲ：（５００ＭＨｚ、Ｄ８ ＴＨＦ）：δ＝０．７８（ｔ，３Ｈ）、δ＝０．９４（ｔ，３Ｈ）、δ＝１．０４（ｔ，３Ｈ）、δ＝２．０３（ｑ，２Ｈ）、δ＝２．３１（ｑ，２Ｈ）、δ＝４．８５（ｓ，１Ｈ）。
【００６０】
［例５：ルテニウム（２，２−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５，６−ジエチルピラジン）（ベンゼン）の合成］
５ｍｌのＴＨＦ中の１．３３ｇ（０．００６ｍｏｌｅ）のＨＤＭＤＥＰを、−７８℃にて５０ｍｌのＴＨＦ中の１．６ｇ（０．００５４ｍｏｌｅ）のカリウムヘキサメチルジシラザンに加え、その後、２時間かけて室温まで温めた。そして、この溶液を、５０ｍｌのＴＨＦ中の１．０ｇ（０．００４ｍｏｌｅのＲｕ）のＲｕＣｌ2ベンゼンに加えた。混合物を８時間還流し、次に、溶媒を減圧下で除去し、得られた塊を１００ｍｌのヘキサンで抽出し、濾過した。ヘキサンを減圧下で除去し、得られた茶色の油状物質を、１５０°Ｃ／１００ｍＴｏｒｒにてバルブ間で蒸留し、琥珀色の油状蒸留物を得た。ＧＣＭＳは３４６ｍｕにＲｕ（ＨＤＭＥＰ）（ベンゼン）親イオンを示した。
【００６１】
［例６：前駆体としてＲｕＣｐ*ＤＭＤＥＰ及び試薬として酸素を使用したＡＬＤ条件下でのルテニウム金属の堆積］
ルテニウム膜を、ＣＮ−１シャワーヘッド型ＡＬＤ反応器を使用したＡＬＤ条件下で酸化チタン及び窒化チタン被覆シリコンウェハ上に成長させた。使用したプロセスサイクルは、それぞれ５／２０／５／２０秒のサイクルタイムを使用した、１３８°Ｃにて５０ｓｃｃｍのアルゴンをＲｕＣｐ*ＤＭＤＥＰにバブリング／６００ｓｃｃｍのアルゴンをパージ／１００ｓｃｃｍの酸素／６００ｓｃｃｍのアルゴンをパージを使用した。６００ｓｃｃｍのアルゴンパージには、前駆体ラインの３００ｓｃｃｍのパージ及び試薬ラインの３００ｓｃｃｍのパージも含まれた。ウェハ温度は３００℃であった。ＡＬＤチャンバー圧は３Ｔｏｒｒであった。このサイクルの４５０回の繰り返しで、〜１５ｎｍのＲｕ膜が得られ、そのＸＰＳ分析は図６に示されている。３００プロセスサイクルにわたる同一条件下で成長させたルテニウム膜の二次イオン質量（ＳＩＭＳ）分析では、＜１．０原子％の炭素及び酸素レベルを示した。
【００６２】
９．３ナノメートル（ｎｍ）のルテニウム膜もまた、（例えば、３００℃でＲｕＣｐ*ＤＭＤＥＰ／酸素を使用した）例６において本明細書に記載したのと同一のプロセス条件を使用してＴｉＮ基材上に成長し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して分析した。１．００μｍ×１．００μｍ×６．３２ｎｍの面積におよぶルテニウム膜が、低い表面粗度又はＡＦＭによって計測して０．３１ｎｍのＲＭＳを有することがわかった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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