DE69606123T2

DE69606123T2 - Verfahren zur Herstellung von Wismutverbindungen und Wismutverbindungen

Info

Publication number: DE69606123T2
Application number: DE69606123T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Ami; Katsuyuki Hironaka; Yuji Ikeda
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-22
Filing date: 1996-08-20
Publication date: 2000-08-24
Anticipated expiration: 2016-08-21
Also published as: US5976624A; JP3500787B2; DE69606123D1; JPH0959021A; EP0760400B1; KR970013370A; EP0760400A3; KR100445625B1; EP0760400A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung, wie sie in elektrischen Vorrichtungen, wie beispielsweise ferroelektrischen Datenspeichern etc. eingesetzt werden, sowie ein dielektrisches Ferroelektrikum aus einer Bismutverbindung.

Beschreibung des Standes der Technik

Die aus Schichten aufgebaute Bismutverbindung bildet eine Gruppe von industriell äußerst wichtigen Verbindungen, wie beispielsweise von superleitfähigen Oxiden der Bismutreihe, mit einer kritischen Temperatur von 110 K, oder Materialien für ferromagnetischen Datenspeicher etc.. Zur Anwendung dieser Verbindungen auf elektrische Vorrichtungen ist es wesentlich, ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Überzugs (Films) zu entwickeln.
Die Struktur dieser aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung findet sich beispielsweise bei Bi&sub2;PbNb&sub2;O&sub9; und wird durch eine wiederkehrende Struktur in einem pseudotetragonalen System dargestellt, welches eine Schicht aus Bismutoxid und eine Schicht aus einem Oxid eines anderen Elements aufweist, die aufeinander folgend wiederholt in einer bestimmten Ordnung laminiert sind und sich in Säulenform längs der C-Achse erstrecken (siehe G. A. Smolenskii et al., Soviet Physics-Solid State, Seiten 651-655 (1961)) und E. C. Subbarao, J. Phys. Chem. Solids, Pergamon Press, Band 23, Seiten 665-676 (1962)).
Bei dieser sich wiederholenden Struktur variieren die Anzahl der Bismutoxid- Schichten in einer Struktureinheit und die Länge einer Struktureinheit je nach der im Einzelnen verwendeten in Schichten angeordneten Bismutverbindung.
Gegenwärtig wird die Anwendung dieser in Schichten angeordneten Bismutverbindung auf elektrische Vorrichtungen versucht, und bei einem derartigen Versuch wurde eine dünne Schicht aus einer in Schichten angeordneten Bismutverbindung mit ausgezeichneten ferroelektrischen Eigenschaften durch Spin- Beschichtungsverfahren einschließlich metallorganischer Abscheidung (MOD) etc. erhalten. P. C. Van Buskirk et al. (Integrated Ferroelectrics, 1995, Band 10, Seiten 9-22) und US-A-5,426,075 offenbaren die Herstellung von ferroelektrischen Materialien mit Bismutschichten, wie beispielsweise von Strontiumbismuttantalat.

Ziel und Zusammenfassung der Erfindung

Bei Kondensatoren, bei denen diese in Schichten aufgebaute Bismutverbindung verwendet wird, kann ein Kurzschließen auftreten. Diese Erscheinung wird auf verschiedene Gründe zurückgeführt, einschließlich des Auftretens eines Hügelchens an der Platinbodenelektrode, und einer der möglichen Gründe ist das Vorhandensein einer elektrisch leitenden Phase, die aus einer ungeeigneten Zusammensetzung resultiert.
So fanden die Erfinder der vorliegenden Anmeldung, dass es notwendig sei, ein Herstellungsverfahren zu entwickeln, um die Bildung dieser elektrisch leitenden Phase zu verhindern. Besonders in einem Herstellungsverfahren, bei dem Oxidation und Kristallisation durch nachträgliches Anlassen nach der Herstellung eines dünnen Überzuges durchgeführt werden, ist es wichtig, die Zusammensetzung zur Zeit der Überzugsbildung zu steuern.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Kondensators vorzusehen, der aus einer aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung besteht und nur ein geringes Ausmaß des Auftretens von Kurzschlüssen aufweist, indem man die Zusammensetzung beim Herstellungsprozess derart steuert, dass die Bildung der elektrisch leitfähigen Phase inhibiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung, bei dem man
in einer ersten Stufe ein Gas aus bismuthaltigen Ausgangsmaterialien einer Atmosphäre unter einem Druck von 1,33 Pa bis 6,650 kPa (0,01 bis 50 Torr) einführt, um einen Vorläufer einer Bismutverbindung auf einem Substrat herzustel len, und
in einer zweiten Stufe den Vorläufer in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein dielektrisches Ferroelektrikum aus einer Bismutverbindung, das eine in Schichten aufgebaute Bismutverbindung als Hauptphase und ein Mischoxid mit Pyrochlor-Struktur als Sekundärphase enthält.
Gemäß dem Inhalt der Erfindung, wie oben beschrieben, wird ein Gas aus Ausgangsmaterialien in eine oxidierende Atmosphäre eingeführt, wodurch ein Vorläufer einer Bismutverbindung auf einem Substrat abgeschieden werden kann, und er wird in der oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt, wodurch eine stark isolierende Bismutverbindung, die eine aus Schichten aufgebaute Bismutverbindung als Hauptphase und ein stark isolierendes Nebenprodukt, wie beispielsweise eine Verbindung mit Pyrochlor-Struktur, enthält, erhalten werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Sauerstoffpartialdruck im Bereich von 20 bis 70% und der Zusammensetzung des erhaltenen dünnen Überzuges;
Fig. 2 zeigt ein Röntgenbeugungsspektrum eines dünnen Überzuges, der unter einer Atmosphäre mit 38,9% Sauerstoffpartialdruck erhalten worden ist:
Fig. 3 zeigt ein Röntgenbeugungsspektrum eines dünnen Überzuges, der unter einer Atmosphäre mit 22,2% Sauerstoffpartialdruck erhalten worden ist;
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen aus Schichten aufgebauter Bismutverbindung zur Sekundärphase mit Pyrochlor-Struktur als gebildete Phasen von dem Sauerstoffpartialdruck; und
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen Sauerstoffpartialdruck und bleibender Polarisation bzw. dem Kurzschluss-Ausmaß.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß der Erfindung besteht darin, dass man ein Gas aus Ausgangsmaterialien in einer Atmosphäre unter einem Druck von 1,33 Pa bis 6,650 kPa (0,01 bis 50 Torr) einführt, einen Vorläufer einer Bismutverbindung auf einem Substrat abscheidet und diesen in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt.
Bei der Herstellung der Bismutverbindungen gemäß der Erfindung wird zunächst ein dünner Überzug eines Vorläufers durch metallorganische chemische Dampfabscheidung (MOCVD) unter Verwendung eines Dipivaloylmethanats (DPM) etc. als Quelle oder durch chemische Blitzdampfabscheidung (CVD), wobei eine Quelle in eine flüssige Phase überführt und vermischt und anschließend unter rasch reduziertem Druck in einem Reaktor verdampft wird, gebildet.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß der Erfindung sind Beispiele für gewünschte Bismutverbindungen die als Ferroelektrika verwendeten, aus Schichten aufgebauten Bismutverbindungen der Formel Bi&sub2;(Sr, Ba, Ca) (Ta, Nb)&sub2;O&sub9;.
Für die Herstellung dieser aus Schichten aufgebauten Bismutverbindungen ist es wichtig, dass die Zusammensetzung eines dünnen Überzugs eines Vorläufers Tantal oder Niob in leichtem Überschuss, bezogen auf die Zusammensetzung der gewünschten, aus Schichten aufgebauten Bismutverbindungen, enthält.
Im Gegensatz dazu werden die Erdalkalien, wie beispielsweise Strontium etc. in leichtem Unterschuss eingesetzt.
Bei den oben beschriebenen überzugsbildenden Verfahren werden die Bedingungen zur Überzugsbildung derart gesteuert, dass die gewünschte Zusammensetzung erhalten wird.
Die Bedingungen zur Überzugsbildung für einen dünnen Überzug als Vorläufer sind vorzugsweise wie folgt:
Umsetzungstemperatur: 400 bis 700ºC
Druck des zur Umsetzung verwendeten Gases: 1,33 Pa bis 6,650 kPa (0,01 bis 50 Torr)
Reaktionsgas: oxidierendes Gas mit einem Gehalt von mindestens 5% Sauerstoff
Die Wärmebehandlungsbedingungen des dünnen Überzuges als Vorläufer sind vorzugsweise wie folgt:
Wärmebehandlungstemperatur (Temperungstemperatur): von einer Temperatur, die zur Überzugsbildung ausreicht, bis 850ºC
Atmosphäre: oxidierende Atmosphäre
Das Kondensatormaterial, das unter den genannten Bedingungen hergestellt worden ist, enthält geringe Mengen an der sekundären Phase, wie beispielsweise Mischoxide mit Pyrochlor-Struktur, zusammen mit der gewünschten aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung.
Als Nebenprodukte werden Mischoxide mit Pyrochlorstruktur der Formel (Bi,(Sr, Ba, Ca))2-x(Ta, Nb)&sub2;O7±δ gebildet, während die Hauptphase aus einer in Schichten aufgebauten Bismutverbindung der Formel Bi&sub2;(Sr, Ba, Ca)(Ta, Nb)&sub2;O&sub9; besteht.
Dielektrische oder ferroelektrische Kondensatoren, die unter Verwendung eines derartigen Kondensatormaterials hergestellt worden sind, besitzen eine geringe Kurzschlussneigung, weil das Material keine elektrisch leitende Phase enthält.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß der Erfindung durch Bezugnahme auf die Herstellung einer aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung der Formel Bi&sub2;SrTa&sub2;O&sub9;, die eine der oben erwähnten, aus Schichten aufgebauten Bismutverbindungen ist, erläutert.
Unter den oben erwähnten Verfahren zur Überzugsherstellung wird die chemische Blitzdampfabscheidung (Flash-CVD) erläutert.
Das verwendete Substrat ist SiO&sub2;, auf das nacheinander Titan und Platin durch Sputtern abgeschieden worden sind.
Die CVD-Quelle wird zweckmäßigerweise aus folgenden Substanzen ausgewählt: BiPh&sub3; (Triphenylbismut), Bi(o-Tol)&sub3; etc. als Bismutquelle, Sr(DPM)&sub2; (Strontiumdipivaloylmethanat), Sr(Me&sub5;C&sub5;)&sub2; · 2THF etc. als Strontiumquelle und Ta(OCa&sub3;)&sub5;, Ta(O-iPr)&sub5; etc. als Tantalquelle.
Diese Ausgangsmaterialien werden in einem organischen Lösungsmittel etc. gelöst und so in flüssige Form überführt und mit Argon (Ar) als Trägergas in einen Reaktor eingeleitet. Bei diesem Schritt wird die Lösung des Ausgangsmaterials vorzugsweise in einer Verdampfungseinheit unter rasch vermindertem Druck von etwa 13,3 Pa bis 1,33 kPa (0,1 bis 10 Torr) verdampft und in Dampfform in einen Reaktor eingeleitet, wo der Dampf auf einem Substrat, das sich im Reaktor befindet, abgeschieden wird. Wenn reiner Sauerstoff als oxidierendes Gas verwendet wird, wird die Strömung dem Reaktor zugeführt, während der Sauerstoffpartialdruck in einem Bereich von etwa 20 bis 50%, bezogen auf den Gesamtdruck, durch entsprechende Steuerung gehalten wird.
Wenn der Sauerstoffpartialdruck unter 20% liegt, pflegt sich keine aus Schichten aufgebaute bismuthaltige Verbindung zu bilden, und das Mischoxid mit Pyrochlor-Struktur entsteht als Hauptphase, während in den Fällen, in denen der Sauerstoffpartialdruck 50% überschreitet, es von Nachteil ist, dass kein Oxid mit Pyrochlor-Struktur als sekundäre Phase gebildet wird.
Ein geeignetes Mischverhältnis für die entsprechenden Ausgangsmaterialien wird vorzugsweise auf folgende Weise bestimmt. Ein dünner Überzug wird experimentell hergestellt und anschließend auf seine Zusammensetzung durch Elektronenstrahl-Mikroanalyse (EPMA), Fluoreszenz-Röntgenstrahl-Spektroskopie etc. analysiert und das Mischungsverhältnis für die Ausgangsmaterialien gemäß dem Analysenergebnis gesteuert, so dass auf diese Weise das optimale Mischungsverhältnis bestimmt wird.
Wenn das Mischungsverhältnis des zugeführten Ausgangsmaterials geeignet ist, kann ein dünner Überzug eines Vorläufers, der Kristalle vom Fluorit-Typ enthält, jedoch teilweise amorph ist, bei einer Substrattemperatur von etwa 400 bis 750ºC erhalten werden.
Der auf diese Weise erhaltene Vorläufer wird vorzugsweise bei 800ºC eine Stunde in einer oxidierenden Atmosphäre, vorzugsweise in einem Sauerstoffstrom unter normalem Druck wärmebehandelt, wodurch ein dünner Überzug erhalten wird, der die aus Schichten aufgebaute Bismutverbindung Bi&sub2;SrTa&sub2;O&sub9; als Hauptphase und Mischoxide (Bi, Sr)2-xTa&sub2;O7±δ mit Pyrochlor-Struktur als Sekundärphase enthält.
Ein Kondensator wird hergestellt, indem man den erhaltenen dünnen Überzug mit einem Überzug aus Platin als oberer Elektrode versieht, durch beispielsweise Sputtern, um die Bestimmung seiner elektrischen Eigenschaften zu ermöglichen.
Wenn der Kondensator frei von Mischoxiden (Bi, Sr)2-xTa&sub2;O7±δ mit Pyrochlor- Struktur ist, wird eine hohe Kurzschlussneigung erzielt, und man kann davon ausgehen, dass sich eine elektrisch leitende Phase gebildet hat.
Im Gegensatz dazu wird die Kurzschlussneigung verringert, wenn der Gehalt an Mischoxiden mit Pyrochlor-Struktur ansteigt, und die Bildung der oben beschriebenen elektrisch leitenden Phase wird bei diesen Zusammensetzungen als schwierig angesehen.
Daher ist das Verfahren zur Herstellung der Bismutverbindung gemäß der Erfindung, gemäß dem die Kurzschlussneigung eines Kondensators durch die Sekundärphase aus Mischoxiden mit Pyrochlor-Struktur vermindert wird, von Nutzen.
Die Mischoxide mit Pyrochlor-Struktur, die auf dieser Stufe sekundär gebildet werden, können die Pyrochlor-Struktur in einem kubischen System, einem kubischen System, welches durch Gitterspannung etc. leicht verändert ist, oder in ähnlichen Strukturen aufweisen.
Außerdem enthalten die Mischoxide mit Pyrochlor-Struktur ihre Bestandteile in verhältnismäßig wenig stöchiometrischen Verhältnissen und können daher von der Pyrochlor-Struktur im Hinblick auf Zusammensetzung und Struktur in einigen Fällen abweichen.
Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß der Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert.
Das folgende Beispiel erläutert die Herstellung eines Kondensators aus einem ferroelektrischen Überzug, der aus der aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung der Formel Bi&sub2;SrTa&sub2;O&sub9; zusammengesetzt ist.
100 nm von jeweils Titan und Platin werden nacheinander durch Sputtern bei Raumtemperatur auf der (100)-Fläche von spontan oxidiertem Silicium unter Ausbildung eines Substrates angesammelt.
Ausgangsmaterialien für die CVD-Methode, wie beispielsweise BiPh&sub3;, Sr(DPM)&sub2;, Ta(O-iPr)&sub5; etc. werden ausgewählt und in einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Tetrahydrofuran (THF) oder dergleichen gelöst, um jeder Lösung eine Konzentration von etwa 0,1 M/L zu verleihen.
Diese Lösungen werden vermischt, so dass das Anfangsverhältnis von Bi/Sr/Ta = 2/1/2 (Atomzusammensetzung) zu erzielen, wonach sie in eine Verdampfungseinheit überführt werden. Die Verdampfungseinheit ist vorgeheizt worden, so dass die Ausgangsmaterialien nicht an ihren Innenwänden abgeschieden werden und dort anhaften.
Der Dampf der Lösung wird mit Argon als Träger in einen Reaktor eingeleitet.
Die Verdampfungseinheit und der Reaktor sind vorher auf einen Druck von etwa 1,33 kPa (10 Torr) gebracht worden, um die Ausgangslösung zu verdampfen. Der Dampf der Ausgangslösung wird in die Gasphase überführt, um ihn auf dem Substrat abzuscheiden.
Zur Abscheidung ist das Substrat vorher auf etwa 600ºC erhitzt worden.
Getrennt davon wird ein oxidierendes Gas, wie beispielsweise reiner Sauerstoff etc., unmittelbar in den Reaktor eingeleitet, ohne dass es zuvor durch die Verdampfungseinheit geleitet worden ist.
Das als Trägergas verwendete Argon und das oxidierende Gas werden dem Reaktor unter Steuerung durch ein Massenfluss-Steuerungsgerät zugeführt, welches vorzugsweise die Gesamtströmung auf 1800 sccm und den Partialdruck des Sauerstoffs auf etwa 20 bis 50% einstellt.
Auf diese Weise kann ein dünner Überzug aus einem Vorläufer erhalten werden, dessen Hauptphase aus Kristallen mit Fluorit-Struktur besteht, die jedoch teilweise amorph sind.
Danach wird dieser dünne Überzug aus der Verbindung mit Fluorit-Struktur eine Stunde lang bei 800ºC in einem Sauerstoffstrom unter Normaldruck wärmebehandelt.
Als Ergebnis davon konnte ein dünner Überzug erhalten werden, der die gewünschte Bismutverbindung der Formel Bi&sub2;SrTa&sub2;O&sub9; als Hauptphase und das Mischoxid (Bi, Sr)2-xTa&sub2;O7±δ mit Pyrochlor-Struktur als Sekundärphase enthält.
Es wurden dünne Überzüge, die durch Variierung des Sauerstoffpartialdrucks im Bereich von 20 bis 70% erhalten worden sind, auf ihre Zusammensetzung untersucht. Die Temperatur und der Druck zur Bildung der Überzüge betrugen 600ºC bzw. 1,33 kPa (10 Torr).
Die Beziehung zwischen dem Sauerstoffpartialdruck und der Zusammensetzung des erhaltenen dünnen Überzuges ist in Fig. 1 wiedergegeben. Fig. 1 zeigt das Verhältnis von Bismut (ausgefüllter Kreis) zu Strontium (offener Kreis) für jede Zusammensetzung, bezogen auf zwei Tantal-Atome in der Zusammensetzung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird die Zusammensetzung mit fallendem Sauerstoffpartialdruck verhältnismäßig reich an Tantal und verhältnismäßig arm an Bismut und Strontium.
Fig. 2 zeigt ein Röntgenstrahlbeugungs-Diagramm eines dünnen Überzuges, der unter einem Sauerstoffpartialdruck von 38,9% erhalten worden ist.
Gemäß Fig. 2 sind die Maxima, die mit Pt bezeichnet sind, dem Platin zuzuschreiben, das für die Bodenelektrode auf dem Substrat unter dem dünnen Überzug abgeschieden worden ist, die mit B bezeichneten Maxima den aus Schichten aufgebauten Bismutverbindungen und die mit P bezeichneten Maxima der sekundären Phase mit Pyrochlor-Struktur.
Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind die aus Schichten aufgebauten Bismutverbindungen als Zielverbindungen als Hauptphase gebildet worden, während daneben geringe Mengen aus Oxiden mit Pyrochlor-Struktur als Sekundärphase vorkommen.
Diese Sekundärphase mit Pyrochlor-Struktur kann zu einer annähernd einzigen Phase gemacht werden, indem man den Sauerstoffpartialdruck zur Zeit der Überzugsbildung weiter verringert.
Fig. 3 zeigt ein Röntgenstrahlbeugungs-Diagramm eines dünnen Überzuges, der unter 22,2% Sauerstoffpartialdruck erhalten worden ist. Die Maxima sind mit Bezeichnungen versehen, die die Kristallflächen anzeigen.
Starke Maxima in Fig. 3, die der Reflexion durch die Flächen (111), (311), (222), (400), (440), (531), (622) bzw. (444) zuzuordnen sind, geben gut die Merkmale der Pyrochlorstruktur wieder.
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Verhältnisses zwischen in Schichten aufgebauter Bismutverbindung und Sekundärphase mit Pyrochlor-Struktur als gebildete Phasen von dem Sauerstoffpartialdruck. Bei dieser Figur wurde die Intensität des Hauptmaximums der (222)-Fläche mit dem zweitstärksten Maximum der (400)-Fläche der Sekundärphase mit Pyrochlor-Struktur in Beziehung gesetzt und das Verhältnis dieser Intensität zu der Intensität des Hauptmaximums der aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung für eine näherungsweise erfolgende Abschätzung bestimmt.
Es ist ersichtlich, dass das Verhältnis von Sekundärphase mit Pyrochlor-Struktur als Phase in der Zusammensetzung mit fallendem Sauerstoffpartialdruck (Fig. 4) oder mit steigendem Tantalgehalt (Fig. 3) ansteigt.
Um die Eigenschaften des gemäß diesem Beispiel hergestellten dünnen Überzuges zu bewerten, wurde eine obere Platinelektrode von etwa 200 nm Stärke auf dem dünnen Überzug durch Sputtern gebildet und die bleibende Polarisation 2 Pr dieses Überzuges bestimmt.
Die bleibende Polarisation 2 Pr und die Kurzschlussneigung der Elektrode wurden mit einer angelegten Spannung von 2 V bestimmt. Die Beziehung zwischen Sauerstoffpartialdruck zur Zeit der Überzugsbildung, der bleibenden Polarisation und der Kurzschlussneigung ist in Fig. 5 wiedergegeben. In Fig. 5 geben die ausgefüllten Kreise die Werte für die bleibende Polarisation 2 Pr und die offenen Kreise die Werte für die Kurzschlussneigung wieder.
Wie sich aus Fig. 5 ergibt, nimmt die Kurzschlussneigung ab, wenn der Sauerstoffpartialdruck in den Bereich von 45% oder darunter abfällt, d. h. die Menge an Sekundärphase mit Pyrochlor-Struktur ansteigt. Gleichzeitig sinkt der Anteil der ferroelektrischen, aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung als Phase ebenfalls, so dass die bleibende Polarisation 2 Pr ebenfalls abnimmt.
Praktisch erfordert der Bau eines ferroelektrischen Kondensators aus der aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung das Festsetzen der Zusammensetzung der aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der bleibenden Polarisation und der Kurzschlussneigung.
Wenngleich im obigen Beispiel die aus Schichten aufgebaute Bismutverbindung der Formel Bi&sub2;SrTa&sub2;O&sub9; als Zielprodukt beschrieben ist, können Bismutverbindungen anderer Zusammensetzung ebenfalls verwendet werden, um dünne Überzüge der gewünschten Zusammensetzungen zu erhalten.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung kann das Auftreten einer elektrisch leitfähigen Sekundärphase durch sekundäre Bildung einer geringen Menge einer isolierenden Phase mit Pyrochlor- Struktur in der aus Schichten aufgebauten Bismutverbindung verhindert werden. Daher kann diese Bismutverbindung, wenn sie auf Materialien wie einen Kondensator angewandt wird, zu ausgezeichneten Eigenschaften derartiger Materialien mit einem geringeren Ausmaß an Kurzschlussneigung führen.
Außerdem ist die Pyrochlor-Struktur in einem gewissen Ausmaß nicht stöchiometrisch, obgleich nicht so stark wie die Fluoritstruktur, und sie ist gegenüber Beanspruchungen hinsichtlich der Zusammensetzung tolerant, so dass weitere Wirkungen auftreten, wie beispielsweise die Verhinderung der Bildung anderer Sekundärphasen.
Infolge ihrer Toleranz gegenüber Beanspruchungen bei der Zusammensetzung ist die Bismutverbindung auch verhältnismäßig tolerant gegenüber verschiedenen Herstellungsbedingungen und kann auf diese Weise leichter hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung mit ferroelektrischen Eigenschaften, umfassend

eine erste Stufe, auf der man ein Gas aus bismuthaltigen Ausgangsmaterialien in eine Atmosphäre unter einem Druck von 1,33 Pa bis 6,650 kPa (0,01 bis 50 Torr) einführt, um einen Vorläufer einer Bismutverbindung auf einem Substrat abzuscheiden; und

eine zweite Stufe, auf der man den Vorläufer in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um eine Bismutverbindung zu erzeugen, die ein aus Schichten aufgebautes Metallmischoxid enthält, das Bismut und ein bismuthaltiges Mischoxid mit Pyrochlorstruktur umfaßt.

2. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß Anspruch 1, wobei das aus Schichten aufgebaute, bismuthaltige Metallmischoxid die folgende allgemeine Formel aufweist:

Bi&sub2;(SraBabCac)(TadNbe)&sub2;O&sub9;,

worin a, b, c, d und e einen Wert von 0 bis 1 für das Atomverhältnis aufweisen und

a + b + c = 1; und

d + e = 1.

3. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß Anspruch 1, wobei das Mischoxid mit Pyrochlorstruktur folgende Formel aufweist:

(Bi, (Sr, Ba, Ca))2-x(Ta, Nb)&sub2;O7±δ.

4. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß Anspruch 1, wobei der Sauerstoffpartialdruck auf der ersten Stufe 20 bis 50% des Gesamtdrucks ausmacht.

5. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß Anspruch 1, wobei die Substrattemperatur auf der ersten Stufe in einem Bereich von 400 bis 750ºC liegt.

6. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß Anspruch 1, wobei der Vorläufer der Bismutverbindung sowohl eine aus Kristallen mit Fluoritstruktur bestehende Phase als auch eine amorphe Phase enthält.

7. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Stufe in einer oxidierenden Atmosphäre im Temperaturbereich von der Temperatur der Membranbildung des Vorläufers der Bismutverbindung von Stufe bis 850ºC durchgeführt wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer Bismutverbindung, umfassend

eine Stufe, auf der man einen Bismutverbindungsvorläufer, der sowohl eine aus Kristallen mit Fluoritstruktur bestehende Phase als auch eine amorphe Phase enthält, sich auf einem Substrat abscheiden läßt; und

eine Stufe, bei der man den Vorläufer in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt,

wobei man ein Bismutoxid herstellt, das ein aus Schichten aufgebautes Metallmischoxid und ein Mischoxid mit Pyrochlorstruktur enthält.

9. Bismutverbindung mit ferroelektrischen Eigenschaften, umfassend ein aus Schichten aufgebautes bismuthaltiges Mischoxid als Hauptphase und ein bismuthaltiges Mischoxid mit Pyrochlorstruktur als Sekundärphase.

10. Bismutverbindung gemäß Anspruch 9, wobei das aus Schichten aufgebaute bismuthaltige Metallmischoxid folgende Formal aufweist:

Bi&sub2;(SraBabCac)(TadNbe)&sub2;O&sub9;

worin a, b, c, d, und e einen Wert von 0 bis 1 für das Atomverhältnis aufweisen und

a + b + c = 1; und

d + e = 1.

11. Bismutverbindung gemäß Anspruch 9, wobei das Mischoxid mit Pyrochlorstruktur die folgende Formel aufweist:

(Bi, (Sr, Ba, Ca))2-x(Ta, Nb)&sub2;O7±δ.

12. Bismutverbindung gemäß Anspruch 9, wobei die aus Schichten aufgebaute Bismutverbindung die folgende Formel aufweist:

Bi&sub2;SrTa&sub2;O&sub9; und

das Mischoxid mit Pyrochlorstruktur die folgende Formel aufweist:

(Bi, Sr)2-xTa&sub2;O7±δ.