JP2003049269A - バナジウムトリス(β−ジケトネート)を用いた気相成長法によるバナジウム含有酸化物薄膜の製造方法および原料溶液 - Google Patents

バナジウムトリス(β−ジケトネート)を用いた気相成長法によるバナジウム含有酸化物薄膜の製造方法および原料溶液

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JP2003049269A JP2001272723A JP2001272723A JP2003049269A JP 2003049269 A JP2003049269 A JP 2003049269A JP 2001272723 A JP2001272723 A JP 2001272723A JP 2001272723 A JP2001272723 A JP 2001272723A JP 2003049269 A JP2003049269 A JP 2003049269A
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Yumie Okuhara
弓恵 奥原
Hidekimi Kadokura
秀公 門倉
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Kojundo Kagaku Kenkyusho KK
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Kojundo Kagaku Kenkyusho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】溶液フラッシュCVD法による(Bi4−x
)(Ti3−y)O12(0<x<4,0<y
<3)薄膜の原料として、(La,Ti,V)の3成分
を含むポットライフの長い溶液を提供する。さらにこの
原料溶液を用いた該薄膜の製造方法を提供する。 【解決手段】V(dpm)、La(dpm)、Ti
(OiPr)(dpm)の3成分を溶解した酢酸ブ
チル溶液は赤褐色透明液体で、析出物なく完全に溶解
し、3ケ月後も沈殿の発生がない、長いポットライフを
有する。この溶液とBiPhの酢酸ブチル溶液を22
0℃の蒸発器で蒸発させ、反応圧力10Torr、65
0℃に加熱された(111)Pt/SiO/(10
0)Si基板上にArガスとOガスと共に導入して熱
分解堆積させると、C軸配向したBLTV薄膜が形成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体薄膜とし
て有用なバナジウム含有酸化物薄膜を、化学気相成長法
(CVD法)にて形成するための原料としてバナジウム
トリス(β−ジケトネート)、あるいはバナジウムトリ
ス(β−ジケトネート)を有機溶媒に溶解してなる溶液
を用いたバナジウム含有酸化物薄膜の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】第48回応用物理学関係連合講演会予稿
集、30p−YA−12,p561(2001.3)
で、渡辺らは、不揮発性メモリ用強誘電体薄膜として優
れた強誘電性と無疲労特性を持つ(Bi4−xLa
Ti12(0<x<4)(以下BLTと表す)のT
iサイトの一部をVで置換した(Bi4−xLa
(Ti3−y)O12(0<x<4,0<y<3)
(以下BLTVと表す)が、BLTより低温の成膜で良
好な特性が得られたと報告している。
【0003】CVD法の原料供給法には大きく分けて二
つの方法がある。純品原料化合物をそのままあるいは不
活性なキャリヤーガスに同伴させCVD室に導入する方
法Aと、原料化合物を有機溶媒に溶解し、その溶液をフ
ラッシュ蒸発させて、CVD室に導入する方法Bであ
る。いずれの場合でもこの各原料化合物の混合ガスが基
板に到達する前に互いに反応して揮発性の低いものにな
ったり、リガンド交換が起きて性質が違った物になる可
能性がある。よって、各原料化合物がCVDに供するま
で反応変質がないことが要求される。
【0004】前出の渡辺らは、BLTV薄膜をMOCV
D法で形成する際、V原料としてバナジウムトリエトキ
シドオキシド(以下VO(OEt)と表す)の蒸気を
キャリヤーガスに同伴させCVD室に導入する、原料供
給法Aにより良好な結果を得ている。しかし、複数の原
料化合物を一つの有機溶媒に溶解し、その溶液をフラッ
シュ蒸発させてCVD室に導入する方法Bでは、La原
料として使用されるランタントリス(ジピバロイルメタ
ネート)(以下La(dpm)と表す)と、VO(O
Et)などのアルコキシドは、CVDに供する前に配
位子の交換反応を起こしやすく問題である。
【0005】酸化ランタンのMOCVD用原料として、
揮発性の高い化合物は、La(dpm)が最も有力で
ある。そのためLa、Ti、Vの3元素の化合物を溶解
した一液に用いられるVの配位子は、Laの配位子と同
じであることが好ましい。
【0006】CVD of Nonmetals p.
373,(ed.by William S.Ree
s,Jr.VCH publishers,1996)
には、酸化バナジウムの原料としてはVO(OEt)
やVCp(ビス(シクロペンタジエニル)バナジウ
ム)が一般に用いられると記載されている。また、B.
Davide et al.J.Electroche
m.Soc.,1999,vol.146,551で
は、バナジウムビス(β−ジケトネート)オキシドを用
いたCVDにより酸化バナジウム薄膜を得ている。しか
し、バナジウムトリス(β−ジケトネート)を用いたC
VDについては今まで言及されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本課題は、化学気相成
長法(CVD法)によるバナジウム含有酸化物薄膜の製
造方法を提供することである。特に溶液フラッシュ法用
のLa,Ti,Vを含むポットライフの長い原料溶液
と、それを用いた酸化物薄膜の製造方法を提供すること
である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、MOCVD法
によるバナジウム含有酸化物薄膜の製造において、バナ
ジウムトリス(β−ジケトネート)を原料として用いる
ことを特徴とするバナジウム含有酸化物薄膜の製造方法
である。
【0009】本発明は、MOCVD法によるバナジウム
含有酸化物薄膜の製造において、バナジウムトリス(β
−ジケトネート)を有機溶媒に溶解してなる溶液を原料
として用いることを特徴とするバナジウム含有酸化物薄
膜の製造方法である。
【0010】本発明は、バナジウムトリス(β−ジケト
ネート)を有機溶媒に溶解してなるMOCVD原料溶液
である。
【0011】本発明は、MOCVD法によるBLTV薄
膜の製造において、バナジウムトリス(β−ジケトネー
ト)(A)とランタントリス(β−ジケトネート)
(B)とチタンジ(アルコキシ)ビス(β−ジケトネー
ト)(C)のうち、(A)及び(B)、(A)及び
(C)、または(A)及び(B)及び(C)をあわせて
有機溶媒に溶解してなる溶液を原料として用いることを
特徴とするBLTV薄膜の製造方法である。
【0012】本発明は、バナジウムトリス(β−ジケト
ネート)(A)とランタントリス(β−ジケトネート)
(B)とチタンジ(アルコキシ)ビス(β−ジケトネー
ト)(C)のうち、(A)及び(B)、(A)及び
(C)、または(A)及び(B)及び(C)を合わせて
有機溶媒に溶解してなるBLTV薄膜形成用MOCVD
原料溶液である。
【0013】本発明は、上記発明においてβ−ジケトネ
ートが、ジピバロイルメタネート(すなわち2,2,
6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネー
ト)、2,6−ジメチル−3,5−ヘプタンジオネー
ト、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−オクタン
ジオネート、2,2,6−トリメチル−3,5−ヘプタ
ンジオネート、6−エチル−2,2−ジメチル−3,5
−オクタンジオネート、2,4−オクタンジオネートで
あるバナジウム含有酸化物薄膜の製造方法である。
【0014】本発明は、上記発明においてβ−ジケトネ
ートがジピバロイルメタネート、2,6−ジメチル−
3,5−ヘプタンジオネート、2,2,6,6−テトラ
メチル−3,5−オクタンジオネート、2,2,6−ト
リメチル−3,5−ヘプタンジオネート、6−エチル−
2,2−ジメチル−3,5−オクタンジオネート、2,
4−オクタンジオネートであるバナジウム含有酸化物薄
膜形成用MOCVD原料溶液である。
【0015】本発明は、上記発明においてβ−ジケトネ
ートがジピバロイルメタンであるバナジウム含有酸化物
薄膜の製造方法である。
【0016】本発明は、上記発明においてβ−ジケトネ
ートがジピバロイルメタンであるバナジウム含有酸化物
薄膜形成用MOCVD原料溶液である。
【0017】本発明は、上記発明において有機溶媒が酢
酸ブチル、n−ブチルエーテル、トルエン、ヘキサン、
ヘプタン、オクタン、キシレン、THFよりなる群から
選ばれる一種であることを特徴とするBLTV薄膜の製
造方法である。
【0018】本発明は、上記発明において有機溶媒が酢
酸ブチル、n−ブチルエーテル、トルエン、ヘキサン、
ヘプタン、オクタン、キシレン、THFよりなる群から
選ばれる一種であることを特徴とするBLTV薄膜形成
用原料溶液である。
【0019】本発明は、MOCVD法によるBLTV薄
膜の製造において、V(dpm)とLa(dpm)
とTi(OiPr)(dpm)を合わせて酢酸ブチ
ルまたはTHFに溶解してなる溶液を原料として用いる
ことを特徴とするBLTV薄膜の製造方法である。
【0020】本発明は、V(dpm)とLa(dp
m)とTi(OiPr)(dpm)を合わせて酢
酸ブチルまたはTHFに溶解してなるBLTV薄膜形成
用MOCVD原料溶液である。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明は、バナジウム含有酸化物
薄膜をMOCVDにより作る方法で、加熱した基板をバ
ナジウムトリス(β−ジケトネート)と接触させること
を特徴とするバナジウム含有酸化物薄膜の製造方法であ
る。バナジウム含有酸化物薄膜の例としては、BLTV
薄膜がある。
【0022】バナジウムトリス(β−ジケトネート)の
CVD室への供給方法は、その蒸気を不活性なキャリヤ
ーガスに同伴させCVD室に導入する方法Aと、バナジ
ウムトリス(β−ジケトネート)を有機溶媒に溶解し、
その溶液をフラッシュ蒸発させて、CVD室に導入する
方法Bが使える。CVDで酸化物を形成するためには、
CVD室をO,NOなどの酸化性ガス雰囲気とし、
500〜700℃の加熱基板上で熱分解させ、酸化物膜
とする。CVD法としては、熱CVD、光CVD、プラ
ズマCVD等が使える。
【0023】バナジウムトリス(β−ジケトネート)の
蒸気を不活性なキャリヤーガスに同伴させCVD室に導
入する方法Aとしては、減圧下、160〜200℃に加
熱され液体となっているバナジウムトリス(β−ジケト
ネート)にキャリヤーガスをバブリングして蒸気を取り
出し、このガスをCVD室に導入するバブリング方式
と、バナジウムトリス(β−ジケトネート)を多孔質の
セラミックス粒に含浸担持したものをシリンダーに充填
し、160〜200℃に加熱し、その層へキャリヤーガ
スを導入して、バナジウムトリス(β−ジケトネート)
の飽和蒸気を取り出し、このガスをCVD室に導入する
担持蒸発方式が使える。
【0024】担持蒸発方式の利点は、液体が細孔の中に
保持され、気液界面積が大きくなるので、飽和蒸気が得
やすく、ガスの圧損が少ないということである。ソース
のバブラーや担持蒸発シリンダーの圧力は、10〜15
0Torrの低圧がよい。そうすることにより、低キャ
リヤーガス流量で多くの原料を蒸発同伴でき、かつ熱分
解などで生じた微量のガス不純物をシリンダーから排出
できるので、ソースの変質を極力避けることができる。
【0025】バナジウムトリス(β−ジケトネート)を
有機溶媒に溶解し、その溶液をフラッシュ蒸発させて、
CVD室に導入する方法Bの有機溶媒としては、酢酸ブ
チル、n−ブチルエーテル、トルエン、ヘキサン、キシ
レン、ヘプタン、オクタン、THFなどが使える。MO
CVD原料溶液の好ましい成分としては、β−ジケトネ
ートが同種であることがよい。例えばLa(dpm)
を用いた場合は、La(dpm)、Ti(OiPr)
(dpm)、V(dpm)の組み合わせがある。
【0026】V(dpm)は、三塩化バナジウムとジ
ピバロイルメタンとアンモニアガスを有機溶媒中で反応
させ、副生塩化アンモニウムを濾過分離し、次いで溶媒
と未反応原料を留去し、次いで昇華回収すると、収率9
0%以上で得られる。その融点は155〜160℃で、
昇華圧は約120℃/0.1Torr、150℃/1T
orrである。また、そのTG−DTAによれば、1気
圧Ar雰囲気中で、270℃で完全に蒸発し、熱的に安
定である。そのTG−DTAによる測定結果を図1に示
す。
【0027】Bi源としてビスマストリス(ジピバロイ
ルメタネート)(以下Bi(dpm)と表す)、トリ
フェニルビスマス(以下BiPhと表す)、ビスマス
トリ(ターシャリーアミロキシド)(Bi(OtC
11)、トリメチルビスマス(Bi(CH
等を用いることができる。しかしBi成分を(La−T
i−V)の溶液や(La−V)溶液、(Ti−V)溶液
等と混合した溶液は、長時間で沈殿、変質が生じる等、
ポットライフが一般に短いので注意が必要である。Bi
成分は他の成分と混ぜないことが好ましい。Bi(dp
m)でさえ(La(dpm)−Ti(OiPr)
(dpm)−V(dpm))の溶液に混合しない方
がよい。
【0028】この溶液のLa:Ti:Vの比率や濃度は
目的の成分組成や基板温度やCVD装置によって、適当
に決定すればよい。3元素の膜中への取り込まれ方が条
件により、互いに影響し合うからである。
【0029】例としてV(dpm)のMOCVD原料
溶液について以下に述べる。本発明者らが測定した溶媒
1リットルに室温で溶解するV(dpm)の質量
(g)を表1に示す。
【0030】
【表1】
【0031】この結果から、原料化合物を有機溶媒に溶
解し、その溶液をフラッシュ蒸発させてCVD室に導入
する方法Bにおいて、CVD原料溶媒として通常使用さ
れているTHF、トルエン、ヘキサン、ヘプタン、オク
タン、酢酸ブチルといった有機溶媒に対し、V(dp
m)は0.2mol/l以上の溶解度を持つことがわ
かる。
【0032】
【実施例1】50mlのメスフラスコ中でV(dpm)
1.5gを、脱水THFで50ml溶液に調製し、濃
度0.05mol/lの溶液フラッシュ用CVD原料と
してのポットライフを、目視で沈殿の有無を確認するこ
とによって調べた。この溶液は赤褐色透明液体で、析出
物なく完全に溶解し、3ケ月後も沈殿の発生はなかっ
た。結果を表2に示す。
【0033】
【実施例2〜6、比較例1〜6】実施例1と同様に表2
に示す溶液を調整し、ポットライフを調べた。Biを共
存させた溶液の比較例1〜4は、調整直後は透明だが、
3ケ月後には沈殿が生成した。また、V源としてVO
(OEt)を用いた比較例5、6の場合、Biを混合
しなくても3ケ月で沈殿が生成した。なお、溶媒は全て
水分が30ppm以下の脱水品を使用した。また、ここ
での透明とは赤褐色透明の意である。
【0034】
【表2】
【0035】
【実施例7】V(dpm)のCVDによるVO膜の
成膜減圧熱CVD装置系の原料容器にV(dpm)
0gを充填し、該容器を180℃の恒温に保ち液体と
し、そこに予熱したArガス30sccmをバブリング
して蒸気を取り出し、CVD室に送った。これに、予熱
したOガス30sccmをCVD室に入り口で混合
し、反応圧力2Torr、500℃に加熱されたSiO
基板上に導き、熱分解堆積させ、約100nmの厚さ
の薄膜を得た。この結晶構造をXRDで分析した結果、
VOの結晶構造であった。
【0036】
【実施例8】V(dpm)を用いたBLTV膜形成用
液体組成物によるBLTV膜の成膜フラッシュ蒸発器を
二つ備えたCVD装置の蒸発器Aには実施例6と同様に
調整したV(dpm)、La(dpm)、Ti(O
iPr)(dpm)の酢酸ブチル溶液(濃度はそれ
ぞれV0.03mol/l、La0.075mol/
l、Ti0.27mol/l)を、蒸発器Bには酢酸ブ
チルにBiPhを溶解した濃度0.325mol/l
の溶液をそれぞれ0.1ml/minで送った。蒸発器
の温度はいずれも220℃とし、予熱したArガス30
0sccmと共に蒸発させてCVD室に送った。蒸発器
AおよびBから送られるガスは、予熱したOガス50
0sccmと共にCVD室入り口で混合し、反応圧力1
0Torr、650℃に加熱された(111)Pt/S
iO/(100)Si基板上に導き、熱分解堆積させ
た。30分後、基板を取り出し膜厚測定をすると150
nmの膜が形成されていた。この膜は、XRDよりBi
Ti12と同様にC軸配向膜であった。この膜を
溶解し、組成分析した結果、Bi:La:Ti:V=
3.15:0.85:2.76:0.24であった。
【0037】
【発明の効果】溶液フラッシュCVDによりBLTV膜
を成膜するためのLa、Ti、Vを含む3成分の溶液と
してV(dpm)を用いた本発明の原料溶液を使うと
ポットライフが長い。また3成分を1溶液とできるの
で、組成制御が容易になり、BLTV膜の量産に有効で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】V(dpm)のTG−DTAによる測定結果
を示す図である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】MOCVD法によるバナジウム含有酸化物
    薄膜の製造において、バナジウムトリス(β−ジケトネ
    ート)を原料として用いることを特徴とするバナジウム
    含有酸化物薄膜の製造方法。
  2. 【請求項2】MOCVD法によるバナジウム含有酸化物
    薄膜の製造において、バナジウムトリス(β−ジケトネ
    ート)を有機溶媒に溶解してなる溶液を原料として用い
    ることを特徴とするバナジウム含有酸化物薄膜の製造方
    法。
  3. 【請求項3】バナジウムトリス(β−ジケトネート)を
    有機溶媒に溶解してなるMOCVD原料溶液。
  4. 【請求項4】MOCVD法による(Bi4−xLa
    (Ti3−y)O12(0<x<4,0<y<3)
    薄膜の製造において、バナジウムトリス(β−ジケトネ
    ート)(A)とランタントリス(β−ジケトネート)
    (B)とチタンジ(アルコキシ)ビス(β−ジケトネー
    ト)(C)のうち、(A)及び(B)、(A)及び
    (C)、または(A)及び(B)及び(C)をあわせて
    有機溶媒に溶解してなる溶液を原料として用いることを
    特徴とする(Bi4−xLa)(Ti3−y)O
    12(0<x<4,0<y<3)薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】バナジウムトリス(β−ジケトネート)
    (A)とランタントリス(β−ジケトネート)(B)と
    チタンジ(アルコキシ)ビス(β−ジケトネート)
    (C)のうち、(A)及び(B)、(A)及び(C)、
    または(A)及び(B)及び(C)を合わせて有機溶媒
    に溶解してなる(Bi4−xLa)(Ti
    3−y)O12(0<x<4,0<y<3)薄膜形
    成用MOCVD原料溶液。
  6. 【請求項6】請求項1、2、4において、β−ジケトネ
    ートがジピバロイルメタネート、2,6−ジメチル−
    3,5−ヘプタンジオネート、2,2,6,6−テトラ
    メチル−3,5−オクタンジオネート、2,2,6−ト
    リメチル−3,5−ヘプタンジオネート、6−エチル−
    2,2−ジメチル−3,5−オクタンジオネート、2,
    4−オクタンジオネートであるバナジウム含有酸化物薄
    膜の製造方法。
  7. 【請求項7】請求項3、5において、β−ジケトネート
    がジピバロイルメタネート、2,6−ジメチル−3,5
    −ヘプタンジオネート、2,2,6,6−テトラメチル
    −3,5−オクタンジオネート、2,2,6−トリメチ
    ル−3,5−ヘプタンジオネート、6−エチル−2,2
    −ジメチル−3,5−オクタンジオネート、2,4−オ
    クタンジオネートであるバナジウム含有酸化物薄膜形成
    用MOCVD原料溶液。
  8. 【請求項8】請求項1、2、4において、β−ジケトネ
    ートがジピバロイルメタンであるバナジウム含有酸化物
    薄膜の製造方法。
  9. 【請求項9】請求項3、5において、β−ジケトネート
    がジピバロイルメタンであるバナジウム含有酸化物薄膜
    形成用MOCVD原料溶液。
  10. 【請求項10】請求項2、4、6、8において、有機溶
    媒が酢酸ブチル、n−ブチルエーテル、トルエン、ヘキ
    サン、ヘプタン、オクタン、キシレン、THFよりなる
    群から選ばれる一種であることを特徴とする(Bi
    4−xLa)(Ti3−y)O12(0<x<
    4,0<y<3)薄膜の製造方法。
  11. 【請求項11】請求項3、5、7、9において、有機溶
    媒が酢酸ブチル、n−ブチルエーテル、トルエン、ヘキ
    サン、ヘプタン、オクタン、キシレン、THFよりなる
    群から選ばれる一種であることを特徴とする(Bi
    4−xLa)(Ti3−y)O12(0<x<
    4,0<y<3)薄膜形成用原料溶液。
  12. 【請求項12】MOCVD法による(Bi4−x
    )(Ti3−y)O12(0<x<4,0<y
    <3)薄膜の製造において、バナジウムトリス(ジピバ
    ロイルメタネート)とランタントリス(ジピバロイルメ
    タネート)とチタンジ(イソプロポキシ)ビス(ジピバ
    ロイルメタネート)を合わせて酢酸ブチルまたはTHF
    に溶解してなる溶液を原料として用いることを特徴とす
    る(Bi4−xLa)(Ti3−y)O12(0
    <x<4,0<y<3)薄膜の製造方法。
  13. 【請求項13】バナジウムトリス(ジピバロイルメタネ
    ート)とランタントリス(ジピバロイルメタネート)と
    チタンジ(イソプロポキシ)ビス(ジピバロイルメタネ
    ート)を合わせて酢酸ブチルまたはTHFに溶解してな
    る(Bi4−xLa)(Ti3−y)O12(0
    <x<4,0<y<3)薄膜形成用MOCVD原料溶
    液。
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