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原子層堆積法（ALD）用前駆体化合物

はじめに

金属や半導体、誘電体材料のナノ薄膜の作製は最新電子デバイスや高効率太陽電池パネル、メモリ、コンピュータチップなど、各種高性能機器にとって極めて重要な技術です1-3。さまざまな基板表面へのナノ薄膜の堆積技術には原子層堆積（ALD：Atomic Layer Deposition）があり、表面における連続した化学反応によって所定の厚さや化学組成のナノ構造を作製する方法です（図1）。アルドリッチでは、さまざまなタイプの成膜装置で利用可能な、ステンレススチールシリンダにパッケージされた高品質ALD前駆体化合物を販売いたしております（図2）。希薄溶液を用いたliquid injection systemでの利用や、複合酸化物の堆積のために他の原料と併用した利用も可能な場合があります。

ALDのメカニズム

図1　原子層堆積法（ALD）のメカニズム

ステンレススチールシリンダの概観

図2　ステンレススチールシリンダの概観
（1/4 in NPT thread、シリンダ直径：25.4 mm、長さ：240.5 mm）

HfO2およびZrO2薄膜用前駆体化合物

アルドリッチでは各種ハフニウムおよびジルコニウム酸化物用ALD前駆体化合物を販売いたしております。下記の新規前駆体は、広い温度範囲にわたってALDプロセスで利用されるさまざまな酸化剤と共に使用可能で、400℃までself limiting成長の特徴を示します4。その揮発性や熱安定性から、バブラーから標準的な反応チャンバーへの供給も容易に行うことができます。

  • Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl)methoxymethylzirconium (725471, ZrD-CO4, Zr(CH3C5H4)2CH3OCH3)7
  • Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl)dimethylhafnium (HfD-CO2, Hf[C5H4(CH3)]2(CH3)2)8
  • Bis(methyl-η5-cyclopentadienyl)methoxymethylhafnium (HfD-CO4, HfCH3(OCH3)[C5H4(CH3)]2)8

前駆体化合物の蒸気圧曲線

図3　ハフニウム、ジルコニウム前駆体化合物（725471、725501、725498）の蒸気圧曲線

ハフニウムやジルコニウムの酸化物は、さまざまな半導体やエネルギー用途におけるゲート酸化物であるSiO2の代替物質の中で、最有力候補となっています5。また、HfO2やZrO2薄膜はゲート酸化物の代替としてだけでなく、DRAMなどのメモリデバイスにおける容量素子用の絶縁体としても有望です6。

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References

  1. 「ナノスケール表面改質」 Material Matters, 2008, 3(2).
  2. 「セラミックおよびハイブリッド材料の堆積/成長用材料」 Material Matters, 2006, 1(3).
  3. Atomic Layer Deposition Applications 5., Eds.: S. De Gendt, S. F. Bent, A. Delabie, J. W. Elam, S.B.Kang, O.van der Straten, A. Londergan; The Electrochemical Society, Salem, MA, 2009, p. 411.
  4. Heys, P.; Williams, P.; Song, Fuquan. Cyclopentadienyl Type Hafnium and Zirconium Precursors and Use Thereof in Atomic Layer Deposition. WO Patent 2006/131751, June 6, 2006.
  5. Wilk, G.D; Wallace, R.M.; Anthony, J.M. J. Appl. Phys. 2001, 89, 5243.
  6. Gutsche, M.; Seidl, H.; Luetzen, J.; Birner, A.; Hecht, T.; Jakschik, S.; Kerber, M.; Leonhardt, M.; Moll, P.; Pompl, T.; Reisinger, H.; Rongen, S.; Saenger, A.; Schroeder, U.; Sell, B.; Wahl, A.; Schumann, D. In Technical Digest of the International Electron Device Meeting, Washington, DC, Dec 2-5, 2001; 18.6.1.
  7. J. W. Elama et. al. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 253123.
  8. J. Niinisto et al., Atomic Layer Deposition of HfO2 Thin Films Exploiting Novel Cyclopentadienyl Precursors at High Temperatures Chem. Mater. 2007, 19, 3319.

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