JP2008518104A - Method for depositing lead-containing oxide film - Google Patents

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Abstract

原子層堆積によって鉛含有酸化物薄膜を製造する方法であって、酸化鉛の原料物質として、炭素−鉛結合により鉛原子に結合した有機リガンドを有する有機金属鉛化合物を用いる工程を含む。例えば、250℃及び300℃での前駆体としてPh4Pb、O3、Ti(OiPr)4及びH2Oを用いるALD成長により、優れた均一性を有する化学量論のPbTiO3薄膜を支持体上に堆積することができる。A method for producing a lead-containing oxide thin film by atomic layer deposition, comprising the step of using an organometallic lead compound having an organic ligand bonded to a lead atom by a carbon-lead bond as a lead oxide raw material. For example, ALD growth using Ph 4 Pb, O 3 , Ti (O i Pr) 4 and H 2 O as precursors at 250 ° C. and 300 ° C. yields a stoichiometric PbTiO 3 thin film with excellent uniformity. It can be deposited on a support.

Description

本発明は、一般にマイクロエレクトロニクスの分野に関し、特にガス相堆積法、より詳細には原子層堆積(ALD)によって鉛含有酸化物薄膜を製造する方法に関し、そして、鉛含有酸化物薄膜に関するものである。   The present invention relates generally to the field of microelectronics, and more particularly to a method for producing lead-containing oxide thin films by gas phase deposition, more particularly atomic layer deposition (ALD), and to lead-containing oxide thin films. .

チタン酸鉛(PT)ファミリーは、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、PLT(チタン酸ランタン鉛)およびPLZT(チタン酸ジルコン酸ランタン鉛)等の幅広い固体化合物からなる。チタン酸鉛(PbTiO3)の特性を、例えばランタンやジルコニウム等のドーパントを加えることによって改良し、例えば強誘電メモリ、焦電型赤外線センサ、圧電応用、電気光学素子、並びに金属−絶縁体−半導体(MIS)及び金属−絶縁体−金属(MIM)のコンデンサ中の絶縁体等の特定な薄膜用途に用いることが可能である。また、ニオブ酸マグネシウム鉛(PMN)、ニオブ酸亜鉛鉛(PZN)等のニオブ酸鉛(PbNbOX)は、類似の特性を有しており、チタン酸鉛と同様な用途への可能性を有する。誘電率等の特性は、例えば、ニオブ酸マグネシウム鉛(PbMgNbO3)をチタン酸鉛と混合し、PMN−PT材料を形成することにより、増加させることができる。更に、PMN−PT材料をチタン酸バリウム(BT)と混合し、PMN−PT−BT材料を形成することができる。 The lead titanate (PT) family consists of a wide range of solid compounds such as PZT (lead zirconate titanate), PLT (lead lanthanum titanate) and PLZT (lead lanthanum zirconate titanate). The properties of lead titanate (PbTiO 3 ) are improved by adding dopants such as lanthanum and zirconium, for example, ferroelectric memories, pyroelectric infrared sensors, piezoelectric applications, electro-optic elements, and metal-insulator-semiconductors. It can be used for specific thin film applications such as insulators in (MIS) and metal-insulator-metal (MIM) capacitors. Moreover, lead niobate (PbNbO x ) such as magnesium lead niobate (PMN) and zinc lead niobate (PZN) has similar characteristics and has the same potential for use as lead titanate. . Properties such as dielectric constant can be increased by, for example, mixing lead magnesium niobate (PbMgNbO 3 ) with lead titanate to form a PMN-PT material. Furthermore, the PMN-PT material can be mixed with barium titanate (BT) to form a PMN-PT-BT material.

ペロブスカイト型PPbTiO3は、490℃の高いキュリー温度、(他のチタン酸鉛ファミリーの化合物と比較して)比較的低い誘電率、及び大きな焦電係数を有する。チタン酸鉛薄膜は、基本的にバルク材と同じ物性を有するが、メモリ用途においては、動作電圧が低くスイッチング速度が高いという性質を持つ。このPbMgNbO3+PbTiO3(PMN−PT)材料は、約22600の非常に高いK値を有する。また、PbMgNbO3材料自体は、約7000の高いK値を有する。 Perovskite-type PPbTiO 3 has a high Curie temperature of 490 ° C., a relatively low dielectric constant (compared to other lead titanate family compounds), and a large pyroelectric coefficient. The lead titanate thin film basically has the same physical properties as the bulk material, but has the property of low operating voltage and high switching speed in memory applications. This PbMgNbO 3 + PbTiO 3 (PMN-PT) material has a very high K value of about 22600. Also, the PbMgNbO 3 material itself has a high K value of about 7000.

様々な化学的及び物理的方法によって、PT、PZT、PMN、PMN−PT等の上記材料による薄膜が、作製されてきた。最もよく使われている堆積法は、レーザー誘起MOCVD、プラズマ誘起MOCVD、及びイオンビーム誘起MOCVD等の種類を含む有機金属気相成長法(MOCVD)である。従来のCVD技術に加え、いわゆる「改良MOCVD」法が、a軸及びc軸配向の薄膜を堆積させるのに使用されている。かかる方法においては、金属前駆体の蒸気を酸素源と交互に反応装置に導入する。PbTiO3の薄膜を作製するのに用いる他の化学的及び物理的な堆積法としては、高周波マグネトロンスパッタリング、 パルスレーザーアブレーション、ゾルゲル法、回転塗布法、化学溶液堆積法及びハイブリッド化学法が挙げられる。 Thin films of the above materials such as PT, PZT, PMN, PMN-PT have been made by various chemical and physical methods. The most commonly used deposition methods are metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) including types such as laser induced MOCVD, plasma induced MOCVD, and ion beam induced MOCVD. In addition to conventional CVD techniques, the so-called “modified MOCVD” method has been used to deposit a-axis and c-axis oriented thin films. In such a method, the vapor of the metal precursor is introduced into the reactor alternately with the oxygen source. Other chemical and physical deposition methods used to make PbTiO 3 thin films include radio frequency magnetron sputtering, pulsed laser ablation, sol-gel method, spin coating method, chemical solution deposition method and hybrid chemical method.

実用化のためには、鉛含有酸化物薄膜は、厳しい品質要求を満たさなくてはならない。それゆえ、薄膜には欠陥がなく、薄膜の表面粗度は低い必要がある。また、強誘電体と支持体の間の接触面も重要である。半導体プロセス中の不要な界面反応を避けるため、低い堆積温度が好適である。   For practical use, the lead-containing oxide thin film must meet strict quality requirements. Therefore, the thin film should be free of defects and have a low surface roughness. The contact surface between the ferroelectric and the support is also important. A low deposition temperature is preferred to avoid unwanted interfacial reactions during the semiconductor process.

原子層堆積(ALD−又は「原子層エピタキシー」と初期には呼ばれALEと略されていた)は、支持体上で高品質の薄膜を堆積させるための周知の方法である。ALD法は、逐次的な自己飽和表面反応に基づき、膜厚を含めた均一な物性を有し、不純物含量が少ない薄膜をもたらす。下記に示す二つの出版物が参照されることとする。   Atomic layer deposition (originally called ALD- or “atomic layer epitaxy” and abbreviated ALE) is a well-known method for depositing high quality thin films on a support. The ALD method is based on a sequential self-saturated surface reaction, yielding a thin film having uniform physical properties including film thickness and low impurity content. Reference should be made to the following two publications:

ALD型の製法の原理が、ALD技術の発明者であるT. Suntola博士によって、例として“Handbook of Crystal Growth 3, Thin Films and Epitaxy, Part B: Growth Mechanisms and Dynamics, Chapter 14, “Atomic Layer Epitaxy”, pp. 601-663, Elsevier Science B.V. 1994”に示され、この開示は、参照することにより本明細書に組み込まれる。   Dr. T. Suntola, the inventor of ALD technology, explains the principle of the ALD type manufacturing method as “Handbook of Crystal Growth 3, Thin Films and Epitaxy, Part B: Growth Mechanisms and Dynamics, Chapter 14,“ Atomic Layer Epitaxy ” ", Pp. 601-663, Elsevier Science BV 1994", the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

広範囲にわたって選択されたALD前駆体及びALDにより成長した材料が、M. Ritala教授及びM. Leskela教授によって、最近の総説“Handbook of Thin Film Materials, Vol. 1: Deposition and Processing of Thin Films, Chapter 2 “Atomic Layer Deposition”, pp. 103-159, Academic Press 2002”中で示された。   A wide range of ALD precursors and ALD-grown materials have been proposed by Prof. M. Ritala and Prof. M. Leskela in a recent review “Handbook of Thin Film Materials, Vol. 1: Deposition and Processing of Thin Films, Chapter 2. “Atomic Layer Deposition”, pp. 103-159, Academic Press 2002 ”.

しかし、鉛含有酸化物薄膜を堆積させる方法で公知のものには、ALD法を適用することができない。更に、公知の方法によって堆積させた鉛含有酸化物薄膜によっては、十分な性能レベルを有するデバイスが提供されない。   However, the ALD method cannot be applied to known methods for depositing lead-containing oxide thin films. Furthermore, lead-containing oxide thin films deposited by known methods do not provide devices with sufficient performance levels.

現状技術及び直面している複数の問題に関し、鉛が+2又は+4の原子価状態をとることができるため、酸化鉛は様々な異なる形態で存在することにも注目すべきである。また、酸化鉛は、様々な異なる結晶形を有している。その結果、ある特定の結晶形を有する一つの酸化物のみを含有する酸化鉛薄膜を堆積させるのは困難である。有機金属化学気相成長(MOCVD)法によって堆積させた酸化鉛薄膜は、酸化鉛と酸素を多く含む型の二酸化鉛の両方を含有することが先の研究によって示された。   It should also be noted that lead oxide exists in a variety of different forms as lead can assume a valence state of +2 or +4 with respect to the state of the art and the problems faced. Lead oxide also has a variety of different crystal forms. As a result, it is difficult to deposit a lead oxide thin film containing only one oxide having a specific crystal form. Previous studies have shown that lead oxide thin films deposited by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) contain both lead oxide and oxygen-rich types of lead dioxide.

従って、酸化鉛を含有する均一な薄膜を堆積するための繰り返し可能で制御可能な方法が必要とされている。   Accordingly, there is a need for a repeatable and controllable method for depositing uniform thin films containing lead oxide.

本発明の目的は、知られている方法に関する問題を除去して、薄膜用途に用いるための、高性能チタン酸鉛(PbTiO3)又はニオブ酸マグネシウム鉛(PbMgNbO3)等の鉛含有酸化物薄膜を製造する新規の方法を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the problems associated with known processes and to use lead-containing oxide thin films such as high performance lead titanate (PbTiO 3 ) or lead magnesium niobate (PbMgNbO 3 ) for use in thin film applications. It is to provide a novel method for producing the above.

他の目的は、他成分鉛含有酸化物薄膜を製造する方法を提供することにある。   Another object is to provide a method for producing a lead-containing oxide thin film containing other components.

これらの目的及びその他の目的は、知られている方法及び製品を越えるそれらの利点と共に、本明細書及び特許請求の範囲に記載された本発明により達成される。   These and other objectives, along with their advantages over known methods and products, are achieved by the present invention as described in the specification and claims.

本発明によれば、2元の酸化鉛、並びに3元、4元及び更に複雑な酸化鉛を含有する金属酸化物が、炭素−金属結合により化合物の鉛原子に結合した有機リガンドを有する有機金属鉛前駆体から、ALD法によって成長させることができる。驚くべきことに、金属が酸素原子を介して有機残基に結合している典型的な有機金属前駆体が、本来のALD成長を引き起こさず、或いは、狭い温度幅でしかALD成長を起こさず、そして、製造された薄膜は、高いレベルの不純物を示すことを見出した。一方、本発明の鉛前駆体は、様々な(幅広い)温度幅でのALD成長をもたらし、その薄膜は、リガンドからの残留物の濃度が非常に低い。   According to the present invention, an organic metal having an organic ligand in which a metal oxide containing binary lead oxide and ternary, quaternary and more complex lead oxide is bonded to the lead atom of the compound by a carbon-metal bond. It can be grown from lead precursors by ALD. Surprisingly, typical organometallic precursors in which the metal is bonded to an organic residue via an oxygen atom do not cause native ALD growth or ALD growth only in a narrow temperature range, And it has been found that the manufactured thin film exhibits a high level of impurities. On the other hand, the lead precursor of the present invention provides ALD growth in various (wide) temperature ranges, and the thin film has a very low concentration of residue from the ligand.

また、本発明は、原子層堆積により、鉛を含有する多成分酸化物薄膜を反応空間において支持体上に形成する方法を提供する。   The present invention also provides a method of forming a lead-containing multicomponent oxide thin film on a support in a reaction space by atomic layer deposition.

より具体的には、本発明による薄膜の製造方法は、主として、請求項1の特徴的部分に示されることにより特徴づけられる。   More specifically, the method for producing a thin film according to the present invention is mainly characterized by what is indicated in the characterizing part of claim 1.

多成分の酸化鉛膜の製造方法は、主として、請求項23の特徴的部分に示されることにより特徴付けられる。   The method for producing a multi-component lead oxide film is mainly characterized by what is presented in the characterizing part of claim 23.

本発明は、多くの利点を提供する。従って、優れた均一性を有する化学量論のPbTiO3膜を、250℃及び300℃の支持体温度で、例えばPh4Pb、O3、Ti(OiPr)4及びH2Oを先駆体として用いるALD成長により、支持体上に堆積させることができる。また、優れた均一性を有する化学量論のPbMgNbO3薄膜を、250℃及び300℃の支持体温度で、例えばPh4Pb、Mg(Cp)2、Nb(OEt)5並びにO3及び/又はH2Oを先駆体として用いるALD成長により、支持体上に堆積させることができる。堆積温度とパルス比を一定に保ってこれらの前駆体を用いると、PbTiO3膜の膜厚は、堆積サイクルの数に一次従属することが見出され、本来のALD成長が示唆される。 The present invention provides many advantages. Therefore, a stoichiometric PbTiO 3 film having excellent uniformity is pioneered at a support temperature of 250 ° C. and 300 ° C., for example, Ph 4 Pb, O 3 , Ti (O i Pr) 4 and H 2 O. It can be deposited on the support by ALD growth used as. Also, a stoichiometric PbMgNbO 3 thin film with excellent uniformity can be obtained at a support temperature of 250 ° C. and 300 ° C., for example, Ph 4 Pb, Mg (Cp) 2 , Nb (OEt) 5 and O 3 and / or It can be deposited on a support by ALD growth using H 2 O as a precursor. Using these precursors with the deposition temperature and pulse ratio kept constant, the thickness of the PbTiO 3 film was found to be primarily dependent on the number of deposition cycles, suggesting the original ALD growth.

以下の実施例から明らかになるように、本発明により製造された薄膜は、飛行時間型弾性反跳粒子検出法(TOF−ERDA)によると、水素不純物及び炭素不純物を一般に少量しか含まない。   As will become apparent from the following examples, the thin film produced according to the present invention generally contains only a small amount of hydrogen impurities and carbon impurities according to the time-of-flight elastic recoil detection method (TOF-ERDA).

堆積後のチタン酸鉛膜は非晶質であるが、本発明の方法に従い、非晶質の膜を500℃を超える温度、例えば600℃又はそれ以上で焼きなましすることにより、結晶質のPbTiO3薄膜を得ることができる。非晶質の薄膜を結晶質の薄膜に変換することにより、より高い誘電率が得られる。 The deposited lead titanate film is amorphous, but by annealing the amorphous film at a temperature above 500 ° C., for example 600 ° C. or higher, according to the method of the present invention, crystalline PbTiO 3 A thin film can be obtained. By converting an amorphous thin film to a crystalline thin film, a higher dielectric constant can be obtained.

次に、詳細な説明及び実施例によって、本発明についてより厳密に検討する。   The present invention will now be discussed more closely with the detailed description and examples.

当技術分野で知られている通り、基本的なALD法には、プラズマを活性化反応剤に使用するPEALD(プラズマ励起ALD)を含めて、様々な種類がある。従来のALD又は熱ALDは、プラズマを使用しないが、支持体の温度が表面に化学吸着された種と気相中の反応物質の分子との衝突の際のエネルギー障壁(活性化エネルギー)を克服するのに十分に高いALD法を参考にしており、その結果、それぞれのALDパルスシークエンスの間、薄膜の原子(元素)層又は分子(化合物)層にまで支持体表面上で成長する。本発明の目的のために、ALDはPEALD及び熱ALDの両方を対象とする。   As is known in the art, there are various types of basic ALD methods, including PEALD (plasma excited ALD) using plasma as the activation reactant. Conventional ALD or thermal ALD does not use plasma, but the temperature of the support overcomes the energy barrier (activation energy) in the collision between the species chemisorbed on the surface and the reactant molecules in the gas phase. Reference is made to an ALD process that is sufficiently high to do so that, during each ALD pulse sequence, it grows on the support surface to the atomic (element) or molecular (compound) layer of the thin film. For the purposes of the present invention, ALD covers both PEALD and thermal ALD.

定義
本発明の文中で、「ALD型方法」とは、一般に、固体の薄膜が加熱した表面上での自己飽和化学反応によって分子層毎に形成される、支持体上での薄膜の製造方法を意味する。この方法では、気体の反応物質、すなわち前駆体をALD型の反応装置の反応空間に導入し、チャンバー内に位置する支持体と接触させ、表面反応を起こさせる。反応空間の圧力及び温度は、前駆体の物理吸着(すなわち、気体の凝縮)及び熱分解を避ける範囲に調整される。結果的に、最大で一つの物質の単層(即ち、原子層又は分子層)だけが、一度にそれぞれのパスルサイクル時に堆積される。薄膜の実際の成長速度は、一般にÅ/パルスサイクルとして示され、例えば、加熱した表面における反応することのできる表面部位の数及び化学吸着した分子のかさ高さに依存する。物質パルスは、時間で互いに分けられており、また、物質パルス間で、反応空間を不活性ガス(例えば、窒素又はアルゴン)でパージするか、排気して、余剰の気体の反応物質と反応の副生成物がチャンバーから除去されるため、前駆体間の気相反応や望ましくない副生成物の反応を抑制する。
Definitions In the context of the present invention, an “ALD type method” generally refers to a method for producing a thin film on a support, in which a solid thin film is formed for each molecular layer by a self-saturation chemical reaction on a heated surface. means. In this method, a gaseous reactant, that is, a precursor is introduced into a reaction space of an ALD type reaction apparatus and brought into contact with a support located in a chamber to cause a surface reaction. The pressure and temperature of the reaction space are adjusted to a range that avoids physical adsorption of the precursor (ie, gas condensation) and thermal decomposition. As a result, only a maximum of one material monolayer (ie, atomic layer or molecular layer) is deposited at each pulse cycle at a time. The actual growth rate of the thin film is generally indicated as a soot / pulse cycle and depends, for example, on the number of surface sites that can react on the heated surface and the bulk of the chemisorbed molecules. The substance pulses are separated from each other by time, and between the substance pulses, the reaction space is purged with an inert gas (eg, nitrogen or argon) or evacuated to react with excess gaseous reactants. Since by-products are removed from the chamber, gas phase reactions between the precursors and undesirable by-product reactions are suppressed.

本出願の文中において「反応空間」とは、一般に、薄膜の堆積が可能となるよう条件を整えることのできる反応装置又は反応チャンバーを意味する。   In the text of this application, the “reaction space” generally means a reaction apparatus or reaction chamber that can be conditioned so that a thin film can be deposited.

本出願の文中において「ALD型反応装置」とは、反応空間が不活性ガス供給源および少なくとも1つ、好適には少なくとも2つのパルスすることが可能な前駆体供給源と流体連通しており、すなわち、前駆体供給源から押し出された前駆体の蒸気を反応空間中にガスパルスとして導入することができ、反応空間が真空発生装置(例えば、真空ポンプ)と流体連通しており、反応空間の温度及び圧力、並びにガスの流量をALD型プロセスにより薄膜を成長させることが可能な範囲に調整できる反応装置を意味する。   In the context of this application, an “ALD reactor” means that the reaction space is in fluid communication with an inert gas source and at least one, preferably at least two precursor sources capable of pulsing, That is, precursor vapor extruded from a precursor source can be introduced into the reaction space as a gas pulse, the reaction space is in fluid communication with a vacuum generator (eg, a vacuum pump), and the temperature of the reaction space And a reactor in which the pressure and the gas flow rate can be adjusted to a range in which a thin film can be grown by an ALD type process.

本出願の文中において「希土類」とは、元素周期表の第3族(スカンジウムSc、イットリウムY、ランタンLa)及びランタニド系列(セリウムCe、プラセオジミウムPr、ネオジムNd、サマリウムSm、ユウロピウムEu、ガドリニウムGd、テルビウムTb、ジスプロシウムDy、ホルミウムHo、エルビウムEr、ツリウムTm、イッテルビウムYb及びルテチウムLu)の元素を意味する。   In the text of this application, “rare earth” means group 3 of the periodic table (scandium Sc, yttrium Y, lanthanum La) and lanthanide series (cerium Ce, praseodymium Pr, neodymium Nd, samarium Sm, europium Eu, gadolinium Gd, Terbium Tb, dysprosium Dy, holmium Ho, erbium Er, thulium Tm, ytterbium Yb and lutetium Lu).

「原料物質」及び「前駆体」は、本出願において同意味で使用されており、薄膜の金属酸化物の出発化合物として使用することのできる揮発性又は気体の化合物を意図する。   “Raw material” and “precursor” are used interchangeably in this application, and are intended to be volatile or gaseous compounds that can be used as starting compounds for thin film metal oxides.

「多成分酸化物」膜は、少なくとも2つの金属種、典型的には2から4の金属種の酸化物を含む膜を表す。かかる膜は、Pb(Zr,Ti)O3又はPb(Mg,Nb)O3等の酸化物を含むことができるが、Pb(Mg,Nb)O3及びPbTiO3の両方を含む多成分酸化物薄膜等、2つ以上の異なる酸化物により形成されてもよい。多成分酸化物薄膜は、Pb(Mg,Nb)O3、PbTiO3及びBaTiO3等の3つの異なる酸化物を含むこともできる。 A “multicomponent oxide” film refers to a film comprising an oxide of at least two metal species, typically 2 to 4 metal species. Such films can include oxides such as Pb (Zr, Ti) O 3 or Pb (Mg, Nb) O 3, but multicomponent oxidation including both Pb (Mg, Nb) O 3 and PbTiO 3. It may be formed of two or more different oxides such as a physical thin film. The multi-component oxide thin film can also include three different oxides such as Pb (Mg, Nb) O 3 , PbTiO 3 and BaTiO 3 .

原料物質
鉛前駆体
本発明によれば、炭素−鉛結合により鉛原子に結合した有機リガンドを有する有機金属鉛前駆体が、ALD反応装置中での薄膜の製造における原料物質として使用される。有機金属鉛化合物は、2又は4個のアルキルリガンド又は芳香族基を含むリガンドを有する。特に、有機金属鉛化合物は、次式
1234Pb
[式中、L1、L2、L3及びL4のそれぞれは、独立して、直鎖状又は枝分れしたC1〜C20のアルキル基又はアルケニル基;少なくとも一つの水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子で置換されるハロゲン化アルキル基又はアルケニル基;アリール基、好ましくはフェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、環状ジエンを含むアルキルアリール基等の炭素環基、ハロゲン化炭素環基;及び複素環基(炭素原子を介して金属に結合するものに限る)から選択される]を有する。
Raw material
Lead Precursor According to the present invention, an organometallic lead precursor having an organic ligand bonded to a lead atom by a carbon-lead bond is used as a source material in the production of a thin film in an ALD reactor. Organometallic lead compounds have 2 or 4 alkyl ligands or ligands containing aromatic groups. In particular, organometallic lead compounds have the formula
L 1 L 2 L 3 L 4 Pb
Wherein each of L 1 , L 2 , L 3 and L 4 is independently a linear or branched C 1 -C 20 alkyl or alkenyl group; at least one hydrogen atom is fluorine Halogenated alkyl or alkenyl groups substituted with atoms, chlorine atoms, bromine atoms or iodine atoms; aryl groups, preferably carbocycles such as phenyl, tolyl, xylyl, benzyl, and alkylaryl groups including cyclic dienes A group, a halogenated carbocyclic group; and a heterocyclic group (limited to those bonded to a metal via a carbon atom).

好適な実施態様によれば、前駆体は、任意に置換された、直鎖状、枝分れした、若しくは環状のアルキル基又はアリール基の群から選択される4つの有機リガンドを含む。「アルキル」は、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、sec-ブチル及びt-ブチルから選択されるアルキル基を表す。それぞれのリガンド内で、及び異なるリガンド内で、アルキル基は同一であっても異なっていてもよい。上記で塩素化したアルキル基及びアルケニル基について言及する。ヒドロキシル基、カルボキ基、チオ基、シリル基及びアミノ基等の他の置換基を用いることも可能である。   According to a preferred embodiment, the precursor comprises four organic ligands selected from the group of optionally substituted, linear, branched or cyclic alkyl or aryl groups. “Alkyl” represents, for example, an alkyl group selected from methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, sec-butyl and t-butyl. Within each ligand, and within different ligands, the alkyl groups may be the same or different. Reference is made to chlorinated alkyl and alkenyl groups above. It is also possible to use other substituents such as hydroxyl, carboxy, thio, silyl and amino groups.

本発明における新規の前駆体の具体例は、テトラフェニル鉛及びテトラエチル鉛である。   Specific examples of the novel precursor in the present invention are tetraphenyl lead and tetraethyl lead.

次に図を見ると、図1は、テトラフェニル鉛Ph4Pb分子の構造図100及び陰影付きボール図110を表す。分子は、鉛原子102、炭素原子104及び水素原子106からなる。Ph4Pb分子の中央のPb原子102がフェニルC65リガンドで保護され、前駆体の良好な熱安定性をもたらすことを理解することができる。例えば、一つ又は複数の水素原子の代わりに炭素環に結合した一つ又は複数のアルキル基が存在するようにフェニルリガンドを変性することにより、中央のPb原子上のリガンドの保護効果を更に改良し、Pb前駆体の熱安定性を向上させることができる。 Turning now to the figures, FIG. 1 represents the structure diagram 100 and the shaded ball diagram 110 of the tetraphenyllead Ph 4 Pb molecule. The molecule consists of lead atoms 102, carbon atoms 104 and hydrogen atoms 106. It can be seen that the central Pb atom 102 of the Ph 4 Pb molecule is protected with a phenyl C 6 H 5 ligand, resulting in good thermal stability of the precursor. For example, by further modifying the phenyl ligand so that there is one or more alkyl groups attached to the carbocycle instead of one or more hydrogen atoms, the protective effect of the ligand on the central Pb atom is further improved. In addition, the thermal stability of the Pb precursor can be improved.

第二金属前駆体
三元もしくはそれ以上の金属酸化物に必要とされる第二金属原料物質は、金属化合物、又は二つ若しくは複数の金属を含む複合金属化合物である。金属は、一般に、元素周期表においてIUPACによる推奨される分類による遷移金属及び主族金属、即ち、第1族(Li,Na,K,Rb,Cs);第2族(Mg,Ca,Sr,Ba);第3族(Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu);第4族(Ti,Zr,Hf);第5族(V,Nb,Ta);第6族(Cr,Mo,W);第7族(Mn,Re);第8族(Fe,Ru,Os);第9族(Co,Rh,Ir);第10族(Ni,Pd,Pt);第11族(Cu,Ag,Au);第12族(Zn,Cd,Hg);第13族(Al,Ga,In,Tl);第14族(Si,Ge,Sn);及び/又は第15族(Sb,Bi)を含む族の元素の揮発性又は気体の化合物の群から選択される。
The second metal source material required for the second metal precursor ternary or higher metal oxide is a metal compound or a composite metal compound containing two or more metals. The metals are generally transition metals and main group metals according to the classification recommended by IUPAC in the Periodic Table of Elements, ie Group 1 (Li, Na, K, Rb, Cs); Group 2 (Mg, Ca, Sr, Ba); Group 3 (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu); Group 4 (Ti, Zr, Hf); Group 5 (V, Nb, Ta); Group 6 (Cr, Mo, W); Group 7 (Mn, Re); Group 8 (Fe, Ru, Os); Group 9 (Co , Rh, Ir); Group 10 (Ni, Pd, Pt); Group 11 (Cu, Ag, Au); Group 12 (Zn, Cd, Hg); Group 13 (Al, Ga, In, Tl) ); Group 14 (Si, Ge, Sn); and / or volatile or gaseous compounds of elements of groups including group 15 (Sb, Bi) It is selected from.

それぞれの金属化合物の特性は異なるため、本発明の方法に使用するための各金属化合物の適合性を考慮しなくてはならない。化合物の特性は、例えば、“N. N. Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 1st edition, Pergamon Press, 1986”に記載されている。 Since the properties of each metal compound are different, the suitability of each metal compound for use in the method of the present invention must be considered. The properties of the compounds are described, for example, in “NN Greenwood and A. Earnshaw, Chemistry of the Elements , 1 st edition, Pergamon Press, 1986”.

一般に、適した第二金属原料物質は、ハロゲン化物、好ましくはフッ化物、塩化物、臭化物又はヨウ化物;有機金属化合物、好ましくはアルコキシド(実施例1のチタンイソプロポキシド及びニオブエトキシドを参照);アルキルアミノ;シクロペンタジエニル、シクロペンタジエニルのアルキル誘導体;ジチオカルバメート;アミジネート;ベータ-ケトイミネート;ベータ-ジケトイミネート;及び所望の一つ又は複数の金属のベータ-ジケトネート化合物を含む郡から選択されることが好ましい。二重金属前駆体、即ち二つの金属を別々の化学量論比で含有する分子もまた使用することができる。二重金属前駆体の例としては、例えばGelest社の化学カタログ(B. Arkles編著, Gelest, Inc. 1995, pp. 344-346)に示されている二重金属アルコキシドが挙げられる。   In general, suitable second metal source materials are halides, preferably fluorides, chlorides, bromides or iodides; organometallic compounds, preferably alkoxides (see titanium isopropoxide and niobium ethoxide in Example 1). An alkylamino; an alkyl derivative of cyclopentadienyl, cyclopentadienyl; a dithiocarbamate; an amidinate; a beta-ketoiminate; a beta-diketiminate; and a group comprising a beta-diketonate compound of the desired metal or metals It is preferable. Double metal precursors, ie molecules containing two metals in different stoichiometric ratios, can also be used. Examples of the double metal precursor include double metal alkoxides shown in Gelest's chemical catalog (edited by B. Arkles, Gelest, Inc. 1995, pp. 344-346).

酸素前駆体
酸素原料物質は、水;酸素;過酸化水素H22、過酸化水素の水溶液;オゾンO3;NO2、NO、N2Oを含む窒素の酸化物;ハロゲン化物‐酸素化合物;過酸−C(=O)−O−OH;メタノール、エタノール、プロパノール及びイソプロパノール等のアルコール;アルコキシド;O*及びHO*等の酸素含有ラジカル、ここで、*は不対電子を示し;並びにこれらの混合物を含む群から選択されるのが好ましい。オゾンガスは、オゾンの製造方法によって、しばしば酸素ガスで希釈される。酸素前駆体の蒸気は、任意に不活性ガスで希釈される。
Oxygen precursor oxygen source material is water; oxygen; hydrogen peroxide H 2 O 2 , aqueous solution of hydrogen peroxide; ozone O 3 ; oxide of nitrogen containing NO 2 , NO, N 2 O; halide-oxygen compound Peracid-C (= O) -O-OH; alcohols such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol; alkoxides; oxygen-containing radicals such as O * and HO * , where * indicates an unpaired electron; and It is preferably selected from the group comprising these mixtures. Ozone gas is often diluted with oxygen gas depending on the production method of ozone. The oxygen precursor vapor is optionally diluted with an inert gas.

方法の条件
反応温度は、前駆体の蒸発温度及び熱分解温度によって変えることができる。典型的な幅は、約150〜400℃、特に約180〜380℃で表される。結晶化について得られた結果に基づくと、膜の結晶化をやや高い焼きなまし温度で達成するために、300℃未満の温度、典型的には約200〜290℃、例えば約250℃でテトラフェニル鉛からチタン酸鉛膜を成長させることが、特に好適である。
The process reaction temperature of the process can vary depending on the evaporation temperature and pyrolysis temperature of the precursor. A typical width is represented at about 150-400 ° C, especially about 180-380 ° C. Based on the results obtained for crystallization, tetraphenyl lead at temperatures below 300 ° C., typically about 200-290 ° C., for example about 250 ° C., to achieve film crystallization at slightly higher annealing temperatures. It is particularly preferred to grow a lead titanate film from

本発明によれば、不活性のキャリアガスと混合した蒸着有機金属鉛化合物又は不活性のキャリアガスと混合されていない蒸着有機金属鉛化合物の気相パルスが、ALD反応装置に導入され、ここで、適した支持体と接触する。堆積は、常圧下で行ってもよいが、この方法は減圧下で実行することが望ましい。反応装置内の圧力は、典型的には0.01〜20mbarであり、0.1〜5mbarであることが好ましい。   According to the present invention, a vapor phase pulse of vapor deposited organometallic lead compound mixed with inert carrier gas or vapor deposited organometallic lead compound not mixed with inert carrier gas is introduced into the ALD reactor, where In contact with a suitable support. Deposition may be performed under normal pressure, but this method is preferably performed under reduced pressure. The pressure in the reactor is typically 0.01 to 20 mbar, preferably 0.1 to 5 mbar.

支持体の温度は、薄膜の原子間の結合を原型を保って維持するのに十分なだけ、また気体の反応物質の熱分解を防ぐのに十分なだけ低くなくてはならない。一方で、支持体の温度は、原料物質を気相に保つため十分なだけ高くなければならず、すなわち、気体の反応物質の凝縮を避けなくてはならない。更に、該温度は、表面反応のための活性化エネルギーを提供するのに十分なだけ高くなくてはならない。   The temperature of the support must be low enough to keep the bonds between the thin film atoms intact and to prevent thermal decomposition of the gaseous reactants. On the other hand, the temperature of the support must be high enough to keep the source material in the gas phase, i.e. condensation of gaseous reactants must be avoided. Furthermore, the temperature must be high enough to provide activation energy for the surface reaction.

これらの条件下では、表面に結合する反応物質の量は、表面によって決定されることになる。この現象は「自己飽和」と呼ばれる。   Under these conditions, the amount of reactant bound to the surface will be determined by the surface. This phenomenon is called “self-saturation”.

典型的なALD方法の実行についての更なる詳細については、前掲の文献と下記に示す実施例1を参照する。   For further details on the implementation of a typical ALD method, reference is made to the above cited references and Example 1 shown below.

支持体として様々な種類のものを用いることができる。例としては、シリコン、シリカ、被覆シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金、銅金属;銀、金、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム及びルテニウムを含む貴金属及び白金金属の群;遷移金属窒化物、例えば窒化タンタルTaN等の様々な窒化物;白金族金属酸化物、例えば二酸化ルテニウムRuO2等の様々な酸化物;遷移金属炭化物、例えば炭化タングステンWC等の様々な炭化物;遷移金属窒化炭化物、例えば炭化窒化タングステンWNxy;及び界面層として機能する高K酸化物、例えば、Al23等の誘電体表面;又は希土類酸化物の例としてLa23が挙げられる。 Various types of supports can be used. Examples include silicon, silica, coated silicon, germanium, silicon germanium alloys, copper metal; noble metals and platinum metals including silver, gold, platinum, palladium, rhodium, iridium and ruthenium; transition metal nitrides such as tantalum nitride Various nitrides such as TaN; various oxides such as platinum group metal oxides such as ruthenium dioxide RuO 2 ; various carbides such as transition metal carbides such as tungsten carbide WC; transition metal nitride carbides such as tungsten carbonitride WN high K oxides which function as and interfacial layer, for example, the dielectric surface, such as Al 2 O 3;; x C y is La 2 O 3 and the like as examples of or rare earth oxides.

同様に、酸化鉛、又は3元、4元もしくは更に複雑な酸化鉛を含有する金属酸化物からなる表面は、貴金属及び白金金属の群や前の段落に記載した材料を含む薄膜の更なる堆積のための支持体表面として用いることができる。その結果得られる多層サンドイッチ構造は、例えば、金属−絶縁体−金属(MIM)デバイスに利用される。   Similarly, a surface consisting of lead oxide or a metal oxide containing ternary, quaternary or more complex lead oxide may be used for further deposition of thin films containing the precious metal and platinum metal groups and the materials described in the previous paragraph. Can be used as a support surface for. The resulting multilayer sandwich structure is utilized, for example, in metal-insulator-metal (MIM) devices.

通常、堆積した先の薄膜層は、次の薄膜用の支持体表面を形成することになる。   Usually, the deposited thin film layer forms the support surface for the next thin film.

吸着された(化学吸着された)鉛前駆体を酸化鉛へ変換するため、反応装置を排気し、及び/又は不活性ガスを含むパージガスを用いてパージし、次にオゾンO3等の酸素原料物質の次の気相パルスを反応装置に導入する。酸素前駆体の蒸気は、任意に不活性ガスで希釈される。 To convert the adsorbed (chemisorbed) lead precursor to lead oxide, the reactor is evacuated and / or purged with a purge gas containing an inert gas and then an oxygen source such as ozone O 3 The next gas phase pulse of material is introduced into the reactor. The oxygen precursor vapor is optionally diluted with an inert gas.

鉛前駆体及び酸素原料物質を交互に反応させると、鉛含有酸化物薄膜を堆積することができる。典型的には、約0.10〜0.20Å/サイクルの成長速度が達成される。   By reacting the lead precursor and oxygen source material alternately, a lead-containing oxide thin film can be deposited. Typically, growth rates of about 0.10-0.20 Å / cycle are achieved.

多成分酸化物薄膜を製造するため、第二金属原料物質をALD条件にて導入することができる。   To produce a multi-component oxide thin film, the second metal source material can be introduced under ALD conditions.

特に、多成分酸化物薄膜は、Pb酸化物、並びに、好ましくはBi、Ca、Ba、Sr、Cu、Ti、Ta、Zr、Hf、V、Nb、Zn、Cr、W、Mo、Al、希土類(例えば、La)から選択される酸化物及び/又はSi酸化物から実質的になり、したがって、対応する気体又は揮発性の金属化合物を本発明の方法に使用されるのことが好ましい。第二(第三等)金属原料物質は、鉛前駆体用として同一又は他の酸素原料物質を用いて酸化されることができる。   In particular, multi-component oxide thin films include Pb oxides, and preferably Bi, Ca, Ba, Sr, Cu, Ti, Ta, Zr, Hf, V, Nb, Zn, Cr, W, Mo, Al, rare earths. It is preferred that it consists essentially of an oxide selected from (e.g. La) and / or Si oxide, and therefore the corresponding gas or volatile metal compound is used in the process of the invention. The second (third etc.) metal source material can be oxidized using the same or other oxygen source material for the lead precursor.

チタン、ランタン及びジルコニウムは、三元及び他の多成分鉛含有酸化物において、第二及び/又は第三及び/又は第四の金属の原料物質として特に興味深い。ニオブ、マグネシウム及び亜鉛は、三元及び他の多成分鉛含有酸化物において、第二及び/又は第三及び/又は第四の金属の原料物質として特に興味深い。多成分のPb/Ti及びPb/TiとLa及び/又はZr、或いは多成分のPb/Nb及びPb/NbとMgの酸化物は、高K誘電体材料として潜在的に価値がある。   Titanium, lanthanum and zirconium are of particular interest as source materials for the second and / or third and / or fourth metals in ternary and other multicomponent lead-containing oxides. Niobium, magnesium and zinc are of particular interest as source materials for the second and / or third and / or fourth metals in ternary and other multicomponent lead-containing oxides. Multicomponent Pb / Ti and Pb / Ti and La and / or Zr, or multicomponent Pb / Nb and Pb / Nb and Mg oxides are potentially valuable as high K dielectric materials.

一の好適な実施態様によれば、多成分膜は、ALD反応装置に様々な金属前駆体の交互パルス(その後に上記した酸素原料パルス)を供給することにより製造される。「混合サイクル」に基づくこの実施態様は、堆積後に強誘電相が生じることになる。一般に、第二金属原料とその後の酸素原料のパルスからなるサイクルに対する鉛含有前駆体とその後の対応する酸素原料のパルスからなるサイクルの比は、約50:1...1:50であり、約40:1〜1:40であることが好ましく、とりわけ約35:1...1:1である(モルに基づく金属対金属)。   According to one preferred embodiment, the multi-component film is produced by supplying an ALD reactor with alternating pulses of various metal precursors (followed by the oxygen source pulses described above). This embodiment based on a “mixing cycle” will result in a ferroelectric phase after deposition. In general, the ratio of the cycle comprising the lead-containing precursor and the subsequent pulse of the corresponding oxygen source to the cycle consisting of the pulse of the second metal source and the subsequent oxygen source is about 50: 1 ... 1:50, Preferably it is about 40: 1 to 1:40, especially about 35: 1 ... 1: 1 (metal to metal based on moles).

理論上、A及びBが二つの異なる金属である場合の化学量論の酸化物ABO3は、二つの金属前駆体と対応する酸素原料を順番にパルスすることにより得ることができ、また、その三元酸化物の成長速度は、構成する酸化物の成長速度を合計することにより予測され得る。しかし実際には、前駆体の反応性の違いにより、どちらの想定もしばしば崩れる。界面化学の影響は、通常、観測される膜厚を二元酸化物の成長速度から算出される理論上の厚さと比較することにより決定することができる相対成長速度の変化を引き起こす。本発明によると、PbTiO3の相対成長速度が前駆体のパルス比及び堆積温度に依存していることが見出された。最大相対成長速度は、250℃及び300℃にて、それぞれのTi:Pbのパルス比1:15及び1:50を用いることにより得られ、250℃では155%であり、300℃では190%であった。 Theoretically, a stoichiometric oxide ABO 3 where A and B are two different metals can be obtained by sequentially pulsing two metal precursors and the corresponding oxygen source, and The growth rate of the ternary oxide can be predicted by summing the growth rates of the constituent oxides. In practice, however, both assumptions often break due to differences in precursor reactivity. The effect of interfacial chemistry usually causes a change in the relative growth rate that can be determined by comparing the observed film thickness with the theoretical thickness calculated from the growth rate of the binary oxide. According to the present invention, it has been found that the relative growth rate of PbTiO 3 is dependent on the pulse rate of the precursor and the deposition temperature. Maximum relative growth rates are obtained at 250 ° C. and 300 ° C. by using respective Ti: Pb pulse ratios of 1:15 and 1:50, 155% at 250 ° C. and 190% at 300 ° C. there were.

他の好適な実施態様は、結晶相を提供するため、各金属酸化物の薄層を堆積し、高温にてそれらの薄層を焼きなましすることにより多成分膜を製造する工程を含む。この方法では、最初に非晶質の構造が得られ、そして、高誘電性材料が、酸素の存在下(空気の存在下等)500℃を超える温度、特に700℃を超える温度にて、酸素含有化合物(例えば、N2O)又は不活性ガス(例えば、N2又はAr)の存在下で焼きなましすることにより得られる。 Another preferred embodiment includes the steps of producing a multi-component film by depositing a thin layer of each metal oxide and annealing the thin layer at an elevated temperature to provide a crystalline phase. In this method, an amorphous structure is first obtained and the high dielectric material is oxygenated at temperatures above 500 ° C., especially above 700 ° C. in the presence of oxygen (such as in the presence of air). It is obtained by annealing in the presence of a containing compound (eg N 2 O) or an inert gas (eg N 2 or Ar).

このように、250℃で堆積させた化学量論の又は鉛を多く含む膜を、窒素又は酸素雰囲気下、少なくとも1分間、好適には5〜60分間、典型的には約10分間、600〜900℃の範囲の温度で焼きなましする場合、多結晶質の正方晶系のペロブスカイトPbTiO3相(JCPDS Card No 6−452)をXRDにより観測することができる。250℃で堆積する鉛含有酸化物薄膜に用いるためPbTiO3を結晶化する方法で特に好適なものは、酸素中で焼きなましすることである。酸素中で焼きなましした膜は、900℃で焼きなまししても滑らかで輝いている。一方、窒素中での焼きなましは、300℃で堆積する膜に用いるのに好適な実施態様である。 Thus, a stoichiometric or lead-rich film deposited at 250 ° C. under a nitrogen or oxygen atmosphere for at least 1 minute, preferably 5-60 minutes, typically about 10 minutes, typically 600- When annealing at a temperature in the range of 900 ° C., a polycrystalline tetragonal perovskite PbTiO 3 phase (JCPDS Card No 6-452) can be observed by XRD. A particularly preferred method of crystallizing PbTiO 3 for use in lead-containing oxide thin films deposited at 250 ° C. is annealing in oxygen. Films annealed in oxygen are smooth and shiny even when annealed at 900 ° C. On the other hand, annealing in nitrogen is a preferred embodiment for use with films deposited at 300 ° C.

上記の実施態様において、第二及び更なる金属前駆体をALD反応装置に供給する場合、酸素原料物質の気相パルスは、必然的ではないが、パージガスパルスが金属前駆体パルスから酸素前駆体パルスを分離するように、各金属前駆体パルスの後にALD反応装置に供給されることが好ましい。   In the above embodiment, when supplying the second and further metal precursors to the ALD reactor, a gas phase pulse of the oxygen source material is not necessary, but the purge gas pulse is changed from the metal precursor pulse to the oxygen precursor pulse. Are preferably fed to the ALD reactor after each metal precursor pulse.

本発明の新規の酸化物薄膜材料は、半導体産業において幅広い適用が可能である。特に、チタン酸鉛の薄膜は、焦電型赤外線センサ、電気光学素子、及び金属−絶縁体−半導体(MIS)又は金属−絶縁体−金属(MIM)メモリセル構造の絶縁体層に用いることができる。   The novel oxide thin film material of the present invention can be widely applied in the semiconductor industry. In particular, a thin film of lead titanate is used in an insulator layer of a pyroelectric infrared sensor, an electro-optic element, and a metal-insulator-semiconductor (MIS) or metal-insulator-metal (MIM) memory cell structure. it can.

下記に示す限定されない実施例は、本発明を説明する。   The following non-limiting examples illustrate the invention.

(実施例1)
酸化鉛膜のALD方法
図2に、多金属酸化物(例えば、PbTiO3)薄膜の堆積のためのプロセスシーケンスを示す。ALD(ALE)の歴史を通して、入れ子状のパルスサイクルがALD膜成長の制御プログラムに利用されてきた。コンピュータメモリーに記憶され、CPUにより実行される制御プログラムは、プログラム可能なグローバルパルスサイクルカウンタ234及びローカルパルスサイクルカウンタ214,228を含む入れ子状のパルスサイクルルーチンを備える。グローバルパルスサイクルカウンタ234は、所定の薄膜全体の厚さを管理する。ローカルパルスサイクルカウンタ214,228のそれぞれは、薄膜を形成する副層、例えば二元金属酸化物の所定の厚さを管理する。
Example 1
ALD Method for Lead Oxide Film FIG. 2 shows a process sequence for the deposition of a multimetal oxide (eg, PbTiO 3 ) thin film. Throughout the history of ALD (ALE), nested pulse cycles have been used for ALD film growth control programs. The control program stored in the computer memory and executed by the CPU comprises a nested pulse cycle routine including a programmable global pulse cycle counter 234 and local pulse cycle counters 214 and 228. The global pulse cycle counter 234 manages the thickness of the entire predetermined thin film. Each of the local pulse cycle counters 214 and 228 manages a predetermined thickness of a sublayer forming the thin film, for example, a binary metal oxide.

薄膜は、互いに比較した際に化学組成や結晶性等が異なる相を有し、明確に区別できる副層からなることがある。この種の膜は、ナノラミネートと呼ばれる。また、堆積した副層は、非常に薄い場合があり、分子層のオーダーで、堆積の工程又は後の焼きなましの間に完全に混合され、上記膜は、単一で均質な三元(例えば、PbTiO3)、四元(例えば、Pb(Zr,Ti)O3)又は更に複雑な固体化合物からなる。 The thin film may have sub-layers that have phases with different chemical compositions and crystallinity when compared with each other and can be clearly distinguished. This type of film is called a nanolaminate. Also, the deposited sublayers can be very thin and are thoroughly mixed in the order of molecular layers during the deposition process or subsequent annealing, and the film is a single, homogeneous ternary (e.g., PbTiO 3 ), quaternary (eg Pb (Zr, Ti) O 3 ) or more complex solid compounds.

一般に、ALD反応チャンバーは、システムの処理能力を高めるために堆積温度まで予熱される。一つの支持体を単一のウェーハ反応装置の反応空間に装填202するか、又は複数の支持体をバッチ式反応装置の反応空間に装填する。反応空間の圧力を真空発生装置、例えば真空ポンプや、流入する不活性ガスによって調整し、一つ又は複数の支持体を不活性ガス流に曝露させる204。   Generally, the ALD reaction chamber is preheated to the deposition temperature to increase the system throughput. One support is loaded 202 into the reaction space of a single wafer reactor, or multiple supports are loaded into the reaction space of a batch reactor. The pressure in the reaction space is adjusted by a vacuum generator, such as a vacuum pump or an incoming inert gas, to expose 204 one or more supports to the inert gas stream.

それぞれのパルスサイクルは、4つの基本的な段階:前駆体1のパルス/パージ/前駆体2のパルス/パージからなる。この実施例においては、第1のパルスサイクルによって、表面上に酸化鉛の層を成長させる。鉛前駆体の蒸気を反応空間にパルスする206。Pb前駆体分子は、利用できる活性表面の部位が消費され、化学吸着プロセスが自己終結するまで、支持体を含む反応空間の加熱された表面に化学吸着する。余剰のPb前駆体分子、及び表面反応によって生成した気体の副生成物を、パージ段階208の間に反応空間から除去する。次に、支持体に酸素前駆体を曝露する210。酸素前駆体分子は、化学吸着したPb前駆体分子と反応し、鉛に結合したリガンドが除去又は燃焼され、酸素は表面のPbと化学結合を形成する。余剰の酸素前駆体分子、及び表面反応によって生成したCO2及びH2O等の気体の副生成物は、パージ段階212の間に反応空間から除去される。一般に、酸素前駆体との表面反応は、表面上にヒドロキシル(−OH)基を残す。これら−OH基は、次の金属前駆体パルスの気相分子の化学吸着用の活性点として作用する。その結果、支持体表面に形成されるのは、1枚の酸化鉛の分子層のみである。パルスサイクル毎の薄膜の厚さの増加は、一般に、化学吸着されたPb前駆体分子に結合したかさ高いリガンドのため、PbOの分子層の厚さよりも大分少ない。その後、制御プログラムがパルスサイクルカウンタをチェックする214。PbO副層の所定の厚さが、指定した数のパルスサイクルに対応してまだ達していない場合には、第一パルスサイクルを必要な回数だけ繰り返す216。PbO副層の厚さが十分である場合には、制御プログラムは第二パルスサイクルへと進む218。 Each pulse cycle consists of four basic phases: precursor 1 pulse / purge / precursor 2 pulse / purge. In this example, a first pulse cycle causes a lead oxide layer to grow on the surface. A lead precursor vapor is pulsed 206 into the reaction space. The Pb precursor molecules chemisorb to the heated surface of the reaction space containing the support until available active surface sites are consumed and the chemisorption process self-terminates. Excess Pb precursor molecules and gaseous by-products generated by the surface reaction are removed from the reaction space during the purge stage 208. Next, the oxygen precursor is exposed 210 to the support. The oxygen precursor molecule reacts with the chemisorbed Pb precursor molecule, and the ligand bound to lead is removed or burned, and oxygen forms a chemical bond with the surface Pb. Excess oxygen precursor molecules and gaseous by-products such as CO 2 and H 2 O produced by the surface reaction are removed from the reaction space during the purge stage 212. In general, a surface reaction with an oxygen precursor leaves a hydroxyl (—OH) group on the surface. These —OH groups act as active sites for chemisorption of the gas phase molecules of the next metal precursor pulse. As a result, only one lead oxide molecular layer is formed on the support surface. The increase in film thickness per pulse cycle is generally much less than the molecular layer thickness of PbO due to the bulky ligand bound to the chemisorbed Pb precursor molecules. Thereafter, the control program checks 214 the pulse cycle counter. If the predetermined thickness of the PbO sublayer has not yet been reached for the specified number of pulse cycles, the first pulse cycle is repeated 216 as necessary. If the thickness of the PbO sublayer is sufficient, the control program proceeds 218 to the second pulse cycle.

この実施例では、第二パルスサイクルは、第二金属、例えばチタンTiを、金属酸化物、例えば二酸化チタンTiO2の形態で成長中の薄膜、例えばチタン酸鉛PbTiO3に添加するために使用される。第二金属前駆体を反応空間にパルスする220。第二金属前駆体の分子は、利用できる活性表面の部位が消費され、化学吸着プロセスが自己終結するまで、支持体の表面に化学吸着する。余剰の第二金属前駆体分子、及び表面反応によって生成した気体の副生成物を、パージ段階222の間に反応空間から除去する。次に、支持体に酸素前駆体を曝露する224。酸素前駆体分子は、化学吸着された第二金属前駆体分子と反応し、第二金属に結合したリガンドは除去又は燃焼され、酸素は、表面上の第二金属原子と化学結合を形成する。余剰の酸素前駆体分子、及び表面反応によって生成したCO2及びH2O等の気体の副生成物は、パージ段階226の間に反応空間から除去される。その結果、支持体表面に形成されるのは第二金属酸化物の1枚の分子層のみである。パルスサイクル毎の薄膜の厚さの増加は、一般に、化学吸着された第二金属前駆体分子に結合した、おおよそかさ高いリガンドのため、PbOの分子層の厚さよりも明らかに少ない。次に、制御プログラムがローカルパルスサイクルカウンタをチェックする228。第二金属酸化物の副層の所定の厚さが、指定した数のパルスサイクルに対応してまだ達していない場合には、第二パルスサイクルを必要な回数だけ繰り返す230。第二金属酸化物の副層の厚さが十分である場合には、制御プログラムはグローバルパルスサイクルカウンタ234へと進み、薄膜全体の厚さが目的値に到達したかどうかが確認される。薄膜の厚さが十分でない場合、第一及び第二パルスサイクルを繰り返す236。膜の厚さが十分である場合、プロセス制御はグローバルパルスサイクルループを終了し238、引き続き支持体の処理、例えば、焼きなまし、他の薄膜堆積工程又はパターニング工程の段階が行われる240。 In this example, the second pulse cycle is used to add a second metal, for example titanium Ti, to a growing thin film, for example lead titanate PbTiO 3 in the form of a metal oxide, for example titanium dioxide TiO 2. The A second metal precursor is pulsed 220 into the reaction space. The second metal precursor molecules chemisorb to the surface of the support until the available active surface sites are consumed and the chemisorption process is self-terminated. Excess second metal precursor molecules and gaseous by-products generated by the surface reaction are removed from the reaction space during the purge stage 222. Next, the oxygen precursor is exposed 224 to the support. The oxygen precursor molecule reacts with the chemisorbed second metal precursor molecule, and the ligand bound to the second metal is removed or burned, and oxygen forms a chemical bond with the second metal atom on the surface. Excess oxygen precursor molecules and gaseous by-products such as CO 2 and H 2 O produced by the surface reaction are removed from the reaction space during the purge phase 226. As a result, only one molecular layer of the second metal oxide is formed on the support surface. The increase in thin film thickness per pulse cycle is generally significantly less than the molecular layer thickness of PbO due to the roughly bulky ligand bound to the chemisorbed second metal precursor molecule. Next, the control program checks 228 the local pulse cycle counter. If the predetermined thickness of the second metal oxide sublayer has not yet been reached for the specified number of pulse cycles, the second pulse cycle is repeated 230 as many times as necessary. If the thickness of the second metal oxide sublayer is sufficient, the control program proceeds to the global pulse cycle counter 234 to determine whether the total thickness of the thin film has reached the target value. If the film thickness is not sufficient, the first and second pulse cycles are repeated 236. If the film thickness is sufficient, process control ends the global pulse cycle loop 238 and subsequent processing of the support, eg, annealing, other thin film deposition or patterning steps, 240 is performed.

酸化鉛の成長速度は、通常、第二金属酸化物の成長速度よりも小さい。そのため、第一パルスサイクルのリピート回数の方が、一般に第二パルスサイクルのリピート回数よりも多くなる。化学量論のPbTiO3の堆積の際、第一パルスサイクル(PbO成長)の第二パルスサイクル(TiO2成長)に対する比は、堆積温度及び前駆体の選択によって10:1...30:1のオーダーにあるのが好ましい。 The growth rate of lead oxide is usually smaller than the growth rate of the second metal oxide. Therefore, the number of repeats in the first pulse cycle is generally greater than the number of repeats in the second pulse cycle. During the deposition of stoichiometric PbTiO 3 , the ratio of the first pulse cycle (PbO growth) to the second pulse cycle (TiO 2 growth) is 10: 1 ... 30: 1 depending on the deposition temperature and the choice of precursor. Preferably in the order of

金属酸化物の堆積の順を逆転させることは可能である。その場合、第一パルスサイクルは、第二金属酸化物(例えば、TiO2)の堆積に使用され、第二パルスサイクルは、酸化鉛の堆積に使用される。化学量論のPbTiO3を逆転した順序で堆積させる際には、第一パルスサイクル(TiO2成長)の第二パルスサイクル(PbO成長)に対する比は、これもまた堆積温度及び前駆体の選択によって、今度は1:10〜1:30のオーダーにあるのが好ましい。 It is possible to reverse the order of metal oxide deposition. In that case, the first pulse cycle is used for the deposition of a second metal oxide (eg TiO 2 ) and the second pulse cycle is used for the deposition of lead oxide. When depositing stoichiometric PbTiO 3 in reverse order, the ratio of the first pulse cycle (TiO 2 growth) to the second pulse cycle (PbO growth) also depends on the choice of deposition temperature and precursor. This time, it is preferably in the order of 1:10 to 1:30.

化学的な例
(実施例2)
材料及び方法
膜の堆積は、市販の流式F−120原子層堆積反応装置(ASM Microchemistry社)を用いて実行した。250〜300℃の温度で薄膜堆積の研究を行ったが、その際の反応装置内の圧力は2〜3mbarであった。テトラフェニル鉛(Ph4Pb,Aldrich Chem.社,97%)及びチタンイソプロポキシド(Ti(OiPr)4,Aldrich Chem.社,97%)を金属前駆体として使用した。金属前駆体は、反応装置内で、それぞれ165℃および40℃に保った口の開いたソースボートから蒸発させた。キャリアガス、パージガスとして窒素を用い、反応物質を交互に反応装置に導入した。窒素(>99.999%)は窒素発生器(Nitrox UHPN 3000-1)から得た。オゾン発生器(Fischer model 502)を用いて酸素(純度>99.999%)から発生させたオゾン、及び30℃に保ったシリンダー内で気化させた水を、それぞれPh4Pb及びTi(OiPr)4の酸素源として用いた。使用したSi(100)(Okmetic,フィンランド)支持体の大きさは5×10cm2であった。
Chemical example (Example 2)
Material and Method Film deposition was performed using a commercial flow F-120 atomic layer deposition reactor (ASM Microchemistry). The thin film deposition was studied at a temperature of 250 to 300 ° C., and the pressure in the reactor at that time was 2 to 3 mbar. Tetraphenyllead (Ph 4 Pb, Aldrich Chem., 97%) and titanium isopropoxide (Ti (O i Pr) 4 , Aldrich Chem., 97%) were used as metal precursors. The metal precursor was evaporated in the reactor from an open source boat maintained at 165 ° C. and 40 ° C., respectively. Nitrogen was used as a carrier gas and a purge gas, and reactants were alternately introduced into the reactor. Nitrogen (> 99.999%) was obtained from a nitrogen generator (Nitrox UHPN 3000-1). Ozone generated from oxygen (purity> 99.999%) using an ozone generator (Fischer model 502) and water vaporized in a cylinder kept at 30 ° C., respectively, Ph 4 Pb and Ti (O i Pr) Used as 4 oxygen source. The size of the Si (100) (Okmetic, Finland) support used was 5 × 10 cm 2 .

まず、二元酸化物の堆積方法の研究を行い、三元酸化物の成長パラメータを決定した。使用した反応物質のパルス時間をPh4Pb及びTi(OiPr)4のそれぞれについて1.5s及び0.6sとした場合、均一な薄膜が得られた。O3のパルス時間は2sであって、H2Oのパルス時間は1sであった。パージ期間は、直前の前駆体のパルス時間によって、1〜2sの間とした。 First, the deposition method of the binary oxide was studied, and the growth parameters of the ternary oxide were determined. When the pulse times of the reactants used were 1.5 s and 0.6 s for Ph 4 Pb and Ti (O i Pr) 4 , uniform thin films were obtained. The pulse time of O 3 was 2 s, and the pulse time of H 2 O was 1 s. The purge period was between 1 and 2 s depending on the pulse time of the previous precursor.

三元PbTiO3薄膜を堆積する際、Ph4Pb/O3及びTi(OiPr)4/H2Oのパルスの相対数を変化させることにより、二元酸化物の層の比率を変えた。斜線の符号は、ALDの方法に従いパルスを順次変えていくことを意味する。酸化鉛のサイクルを多数回繰り返した後1度だけ酸化チタンのサイクルを実行し、これを繰り返すことによって該膜を堆積した。一般に、酸化鉛のサイクル数は5と50の間で変化した。PbO/TiO2層の合計の数を変化させることにより、膜全体の厚さを制御した。 When depositing ternary PbTiO 3 thin films, the ratio of binary oxide layers was varied by changing the relative number of pulses of Ph 4 Pb / O 3 and Ti (O i Pr) 4 / H 2 O. . The hatched sign means that the pulses are sequentially changed according to the ALD method. After repeating the lead oxide cycle many times, the titanium oxide cycle was performed only once, and the film was deposited by repeating this cycle. In general, the lead oxide cycle number varied between 5 and 50. By changing the total number of PbO / TiO 2 layers, the thickness of the entire film was controlled.

堆積したPbTiO3膜の厚さを、190〜1100nmの波長域を用いるHitachi U-2000分光計により評価した。Pb及びTi含量は、Rh X線チューブを装備したPhilips PW 1480 X線蛍光分光計を用いて測定した。 The thickness of the deposited PbTiO 3 film was evaluated with a Hitachi U-2000 spectrometer using a wavelength range of 190-1100 nm. Pb and Ti contents were measured using a Philips PW 1480 X-ray fluorescence spectrometer equipped with an Rh X-ray tube.

不純物の量は、選択したサンプルでの飛行時間型弾性反跳粒子検出法(TOF−ERDA)により測定した。TOF−ERDA測定は、ヘルシンキ大学の加速装置研究所にて行われた。   The amount of impurities was measured by time-of-flight elastic recoil detection (TOF-ERDA) on selected samples. TOF-ERDA measurements were made at the accelerator laboratory at the University of Helsinki.

膜の結晶化度及び優先配向を、Cu Kα線を用いるX線回折(Philips MPD 1880)によって研究した。選択したサンプルをRTAオーブン(PEO 601,ATV Technologie GmbH,ドイツ)にて、N2又はO2(>99.999%)雰囲気下、500〜900℃で10分間、大気圧下で焼きなましした。20℃/分の加熱速度及び25℃/分の冷却速度を使用した。選択したサンプルの表面形態は、UltralevelsTM(Veeco)シリコンカンチレバーを用いるintermittent-contactモードで動作する原子間力顕微鏡(AFM)AutoProbe CP(Park Scientific Instruments/Veeco)で解析した。粗さは、二乗平均平方根(rms)値として算出された。 The crystallinity and preferred orientation of the films were studied by X-ray diffraction (Philips MPD 1880) using Cu rays. The selected samples were annealed in an RTA oven (PEO 601, ATV Technologie GmbH, Germany) under N 2 or O 2 (> 99.999%) atmosphere at 500-900 ° C. for 10 minutes at atmospheric pressure. A heating rate of 20 ° C./min and a cooling rate of 25 ° C./min were used. The surface morphology of selected samples was analyzed with an atomic force microscope (AFM) AutoProbe CP (Park Scientific Instruments / Veeco) operating in intermittent-contact mode using Ultralevels (Veeco) silicon cantilevers. Roughness was calculated as a root mean square (rms) value.

結果
PbO薄膜の成長速度は、Ph4Pbパルス時間を1〜1.5sとしたとき、250℃では0.13Å/サイクル及び300℃では0.10Å/サイクルとなることが分かった。表面を十分に飽和するために、PbTiO3を堆積する際のPh4Pbのパルス時間は1.5sを用いた。オゾンは2s、チタンイソプロポキシドは0.6〜0.8s、及び水は1sのパルス時間であった。
Results The growth rate of the PbO thin film was found to be 0.13 Å / cycle at 250 ° C and 0.10 Å / cycle at 300 ° C when the Ph 4 Pb pulse time was 1 to 1.5 s. In order to sufficiently saturate the surface, the pulse time of Ph 4 Pb when depositing PbTiO 3 was 1.5 s. The pulse time was 2 s for ozone, 0.6-0.8 s for titanium isopropoxide, and 1 s for water.

酸化鉛の成長速度は二酸化チタンの成長速度よりも小さいため、PbTiO3の堆積は、まず変数の酸化鉛のサイクル(Ph4Pb/O3)から開始し、続いて酸化チタンのサイクル(Ti(OiPr)4/H2O)を1回行った。堆積温度及びパルス比が一定である条件の下では、PbTiO3薄膜の膜厚は、堆積サイクルの数に一次従属存することが分かった。 Since the growth rate of lead oxide is smaller than the growth rate of titanium dioxide, the deposition of PbTiO 3 begins with the variable lead oxide cycle (Ph 4 Pb / O 3 ) followed by the titanium oxide cycle (Ti ( O i Pr) 4 / H 2 O) was performed once. It has been found that under conditions where the deposition temperature and pulse ratio are constant, the thickness of the PbTiO 3 thin film is primarily dependent on the number of deposition cycles.

XRF測定より、図6に示す通り、膜中のTi/Pbの原子比が、チタンパルスの相対量に依存していることが分かった。XRFの結果は、XRFによるTi/Pb比をRBSによって測定したTi/Pb比に対してプロットすることにより較正を行った。結果は互いによく調和した。化学量論の膜は、250℃では1:10のTi:Pbパルス比で、300℃では1:28のTi:Pbパルス比で得られた。   From the XRF measurement, as shown in FIG. 6, it was found that the atomic ratio of Ti / Pb in the film depends on the relative amount of the titanium pulse. The XRF results were calibrated by plotting the XRF Ti / Pb ratio against the Ti / Pb ratio measured by RBS. The results were in harmony with each other. Stoichiometric films were obtained with a Ti: Pb pulse ratio of 1:10 at 250 ° C. and a Ti: Pb pulse ratio of 1:28 at 300 ° C.

TOF−ERDA分析の結果、不純物のレベルは低く、炭素及び水素以外の不純物は検出されず、炭素含有量は0.2%以下で、水素含有量は0.1〜0.5%であった。   As a result of TOF-ERDA analysis, the level of impurities was low, impurities other than carbon and hydrogen were not detected, the carbon content was 0.2% or less, and the hydrogen content was 0.1 to 0.5%.

(実施例3)
Ph4Pb/O3法によるPbO2膜の作製
酸化鉛薄膜をALDによって、テトラフェニル鉛Ph4Pbを鉛前駆体として用いて成長させた。蒸発温度は165〜170℃であった。Ph4Pb/O3法では、堆積温度が成長速度に与える影響を185〜400℃の温度域で検討した。Ph4Pbのパルス時間は、1.0〜3.0sであった。オゾンパルスを1.0〜3.0sの範囲で変化させ、窒素パルスを1.0〜2.5sの範囲で変化させた。
(Example 3)
Preparation of PbO 2 Film by Ph 4 Pb / O 3 Method A lead oxide thin film was grown by ALD using tetraphenyl lead Ph 4 Pb as a lead precursor. The evaporation temperature was 165-170 ° C. In the Ph 4 Pb / O 3 method, the influence of the deposition temperature on the growth rate was examined in the temperature range of 185 to 400 ° C. The pulse time of Ph 4 Pb was 1.0 to 3.0 s. The ozone pulse was changed in the range of 1.0 to 3.0 s, and the nitrogen pulse was changed in the range of 1.0 to 2.5 s.

Ph4Pbの場合、堆積温度を増加させると成長速度が減少した。200〜250℃にて、0.13Å/サイクルの一定の成長速度が得られた。Ph4Pbのパルス時間が与える影響を250℃及び300℃で検討した。300℃での成長速度はパルス時間とほぼ無関係であり、250℃での0.13〜0.16Å/サイクルのわずかな成長速度の増加がみられただけであった。 In the case of Ph 4 Pb, the growth rate decreased with increasing deposition temperature. A constant growth rate of 0.13 kg / cycle was obtained at 200-250 ° C. The influence of the pulse time of Ph 4 Pb was examined at 250 ° C. and 300 ° C. The growth rate at 300 ° C. was almost independent of the pulse time, with only a slight increase in growth rate from 0.13 to 0.16 liters / cycle at 250 ° C.

Ph4Pb/O3法によって堆積された膜は多結晶であり、斜方晶系(O)又は正方晶系(T)の二酸化鉛(PbO2)であった。堆積が300℃未満で行われた場合、最も強い反射は、T(110)であった。300℃以上では、配向が変わり、最も強い反射は、O(111)であった。 The film deposited by the Ph 4 Pb / O 3 method was polycrystalline and was orthorhombic (O) or tetragonal (T) lead dioxide (PbO 2 ). When deposition was performed below 300 ° C., the strongest reflection was T (110). Above 300 ° C., the orientation changed and the strongest reflection was O (111).

TOF−ERDAによると、鉛と酸素の比は0.7に近似した。250℃で堆積した膜での不純物のレベルは、炭素について0.5%であり、水素については0.1%未満であった。   According to TOF-ERDA, the ratio of lead to oxygen approximated 0.7. The level of impurities in the film deposited at 250 ° C. was 0.5% for carbon and less than 0.1% for hydrogen.

結果のグラフ表示
付属の図(図3〜7)は、酸化鉛膜のALD成長の結果をグラフで表したものである。
The accompanying graph display of the results (FIGS. 3-7) is a graphical representation of the results of ALD growth of the lead oxide film.

図3は、PbO2薄膜の成長速度を堆積温度の関数として示したものである。テトラフェニル鉛Ph4Pbを鉛前駆体として使用し、オゾンO3を酸素前駆体として使用した。Ph4Pb及びO3のパルス時間はそれぞれ1.0s及び2.0sであった。支持体の温度が200〜250℃の範囲であるとき、一定のPbO2成長速度が得られた。比較として、挿入図300は、Pb(thd)2及びO3を前駆体として用いた場合のPbO2の成長速度を示す。Pb(thd)2及びO3のパルス時間はそれぞれ1.0s及び1.5sであった。支持体の温度はPbO2の成長速度にかなり強い影響を与えた。 FIG. 3 shows the growth rate of the PbO 2 thin film as a function of the deposition temperature. Tetraphenyllead Ph 4 Pb was used as the lead precursor and ozone O 3 was used as the oxygen precursor. The pulse times of Ph 4 Pb and O 3 were 1.0 s and 2.0 s, respectively. When the temperature of the support was in the range of 200 to 250 ° C., a constant PbO 2 growth rate was obtained. As a comparison, inset 300 shows the growth rate of PbO 2 when Pb (thd) 2 and O 3 are used as precursors. The pulse times of Pb (thd) 2 and O 3 were 1.0 s and 1.5 s, respectively. The temperature of the support had a fairly strong influence on the growth rate of PbO 2 .

図4は、250℃でPh4Pbから堆積させたPbO2膜(a)及び150℃でPb(thd)2から堆積させたPbO2膜(b)のXRDパターンを示す。(a)の厚さは70nmであり、(b)の厚さは170nmであった。JCPDSカード25〜447及び37〜517に基づき、回折ピークを同定した。 FIG. 4 shows XRD patterns of a PbO 2 film (a) deposited from Ph 4 Pb at 250 ° C. and a PbO 2 film (b) deposited from Pb (thd) 2 at 150 ° C. The thickness of (a) was 70 nm, and the thickness of (b) was 170 nm. Diffraction peaks were identified based on JCPDS cards 25-447 and 37-517.

図5は、250℃及び300℃にて、Pb前駆体としてPh4Pbを用い、異なるPh4Pb蒸気のパルス長で堆積した酸化鉛の成長速度を示す。O3のパルス時間は2.0sで、パージ時間は前駆体のパルス時間により、1.0〜2.0sとした。 FIG. 5 shows the growth rate of lead oxide deposited at 250 ° C. and 300 ° C. with Ph 4 Pb as the Pb precursor and with different pulse lengths of Ph 4 Pb vapor. The pulse time of O 3 was 2.0 s, and the purge time was 1.0 to 2.0 s depending on the pulse time of the precursor.

図6は、250℃及び300℃にてSi(100)上に堆積させたPb−Ti−O膜におけるチタン及び鉛の存在比を、前駆体のパルス比の関数として示したものである。膜の組成をX線蛍光(XRF)によって測定し、飛行時間型弾性反跳粒子検出法(TOF ERDA)により独立して検証した。化学量論のPb−Ti酸化物膜は、水平な破線602で示す通り、Ti/Pbの重量比が0.23であるときに得られる。   FIG. 6 shows the abundance ratio of titanium and lead in a Pb—Ti—O film deposited on Si (100) at 250 ° C. and 300 ° C. as a function of the precursor pulse ratio. The composition of the membrane was measured by X-ray fluorescence (XRF) and independently verified by time-of-flight elastic recoil particle detection (TOF ERDA). A stoichiometric Pb—Ti oxide film is obtained when the weight ratio of Ti / Pb is 0.23, as indicated by the horizontal dashed line 602.

図7は、PbTiO3膜を窒素N2雰囲気下で10分間、800℃(a)、900℃(b)及び1000℃(c)で焼きなましした場合のX線回折(XRD)パターンを示す。 FIG. 7 shows an X-ray diffraction (XRD) pattern when a PbTiO 3 film is annealed at 800 ° C. (a), 900 ° C. (b), and 1000 ° C. (c) for 10 minutes in a nitrogen N 2 atmosphere.

(実施例4)
PbMgNbO3膜、PbMgNbO3−PbTiO3膜及びPbMgNbO3−PbTiO3−BaTiO3膜の堆積
ニオブ酸マグネシウム鉛を含む薄膜を、Pb4Pb又はEt4Pb等の本発明による鉛前駆体、シクロペンタジエニルマグネシウムMg(Cp)2又はMg(thd)2等のマグネシウム前駆体、ニオブエトキシドNb(OEt)5又は他のアルコキシド、塩化ニオブNbCl5又はフッ化ニオブNbF5等のニオブ前駆体、及び水又はオゾン等の酸素前駆体により堆積することができる。
Example 4
PbMgNbO 3 film, PbMgNbO 3 -PbTiO 3 film and PbMgNbO 3 -PbTiO 3 -BaTiO 3 a thin film including depositing lead magnesium niobate film, a lead precursor according to the invention, such as Pb 4 Pb or Et 4 Pb, Shikuropentaji Magnesium precursors such as enylmagnesium Mg (Cp) 2 or Mg (thd) 2 , niobium ethoxide Nb (OEt) 5 or other alkoxides, niobium precursors such as niobium chloride NbCl 5 or niobium fluoride NbF 5 , and water Alternatively, it can be deposited by an oxygen precursor such as ozone.

ニオブ酸マグネシウム鉛へのチタン酸鉛及び/又はチタン酸バリウムの混合は、それぞれのサブプロセスのサイクル数を調整することによって実行可能である。例として、最初にニオブ酸マグネシウム鉛の1サイクルを堆積し、次いでチタン酸鉛の1サイクルを堆積させる。更に、必要である場合はチタン酸バリウムを1サイクル堆積させることも可能である。   Mixing of lead titanate and / or barium titanate into lead magnesium niobate can be performed by adjusting the number of cycles of each subprocess. As an example, one cycle of lead magnesium niobate is deposited first, followed by one cycle of lead titanate. Furthermore, it is possible to deposit one cycle of barium titanate if necessary.

マグネシウム鉛を含む薄膜を堆積させる方法は複数ある。例として、ニオブ含有酸化鉛膜を堆積するために一般化された1つの方法を示す。   There are multiple methods for depositing thin films containing magnesium lead. As an example, one generalized method for depositing niobium-containing lead oxide films is shown.

サブサイクル1(PMN):
Ph4Pb又はEt4Pb等の鉛前駆体を反応空間における支持体に導入する。鉛前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、水又はオゾン等の酸素を含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。酸素を含む前駆体の導入後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、ニオブエトキシド等のニオブを含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。ニオブ前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、水又はオゾン等の酸素を含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。酸素を含む前駆体の導入後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム又はビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート)マグネシウム等のマグネシウムを含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。マグネシウム前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、PbMgNbO3の1枚の分子層が支持体上に堆積する。このサブサイクルは必要であれば何度でも繰り返し、目的の組成及び/又は構造の膜を形成することができる。このサブサイクルにおいては、金属を含む前駆体パルス及びそれに続く酸素を含む前駆体パルスの1つ以上を省略することによって、膜に堆積する金属の量を調整することができる。
Subcycle 1 (PMN):
A lead precursor such as Ph 4 Pb or Et 4 Pb is introduced into the support in the reaction space. After introducing the lead precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing water or oxygen such as ozone is introduced into the support in the reaction space. After the introduction of the precursor containing oxygen, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing niobium such as niobium ethoxide is introduced into the support in the reaction space. After introducing the niobium precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing water or oxygen such as ozone is introduced into the support in the reaction space. After the introduction of the precursor containing oxygen, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing magnesium such as bis (cyclopentadienyl) magnesium or bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) magnesium is introduced into the support in the reaction space To do. After introducing the magnesium precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a single molecular layer of PbMgNbO 3 is deposited on the support. This subcycle can be repeated as many times as necessary to form a film having the desired composition and / or structure. In this sub-cycle, the amount of metal deposited on the film can be adjusted by omitting one or more of the precursor pulse containing metal and the subsequent precursor pulse containing oxygen.

サブサイクル2(PT):
Ph4Pb又はEt4Pb等の鉛前駆体を反応空間における支持体に導入する。鉛前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、水又はオゾン等の酸素を含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。酸素を含む前駆体の導入後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、チタンメトキシド又はチタンイソプロポキシド等のチタンを含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。チタン前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、水又はオゾン等の酸素を含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。酸素を含む前駆体の導入後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、PbTiO3の1枚の分子層が支持体上に堆積される。このサブサイクルは必要であれば何度でも繰り返し、目的の組成及び/又は構造の膜を形成させることができる。このサブサイクルにおいては、金属を含む前駆体パルス及びそれに続く酸素を含む前駆体パルスの1つ以上を省略することによって、膜に堆積する金属の量を調整することができる。
Subcycle 2 (PT):
A lead precursor such as Ph 4 Pb or Et 4 Pb is introduced into the support in the reaction space. After introducing the lead precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing water or oxygen such as ozone is introduced into the support in the reaction space. After the introduction of the precursor containing oxygen, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a titanium-containing precursor such as titanium methoxide or titanium isopropoxide is introduced into the support in the reaction space. After introducing the titanium precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing water or oxygen such as ozone is introduced into the support in the reaction space. After the introduction of the precursor containing oxygen, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a single molecular layer of PbTiO 3 is deposited on the support. This sub-cycle can be repeated as many times as necessary to form a film of the desired composition and / or structure. In this sub-cycle, the amount of metal deposited on the film can be adjusted by omitting one or more of the precursor pulse containing metal and the subsequent precursor pulse containing oxygen.

サブサイクル3(BT):
THF付加化合物ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)バリウムBa(C5(CH3)5)THFX(ここで、Xは0〜2である)等のバリウム前駆体を反応空間における支持体に導入する。バリウム前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、水又はオゾン等の酸素を含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。酸素を含む前駆体の導入後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、チタンメトキシド又はチタンイソプロポキシド等のチタンを含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。チタン前駆体を反応空間に導入した後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、水又はオゾン等の酸素を含む前駆体を反応空間における支持体に導入する。酸素を含む前駆体の導入後、反応空間をパージガスの有無にかかわらずパージする。パージ段階後に、BaTiO3の1枚の分子層が支持体上に堆積される。このサブサイクルは必要であれば何度でも繰り返し、目的の組成及び/又は構造の膜を形成させることができる。このサブサイクルにおいては、金属を含む前駆体パルス及びそれに続く酸素を含む前駆体パルスの1つ以上を省略することによって、膜に堆積する金属の量を調整することができる。
Subcycle 3 (BT):
Introducing a barium precursor such as the THF adduct bis (pentamethylcyclopentadienyl) barium Ba (C 5 (CH 3 ) 5 ) THF X (where X is 0-2) into the support in the reaction space To do. After introducing the barium precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing water or oxygen such as ozone is introduced into the support in the reaction space. After the introduction of the precursor containing oxygen, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a titanium-containing precursor such as titanium methoxide or titanium isopropoxide is introduced into the support in the reaction space. After introducing the titanium precursor into the reaction space, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a precursor containing water or oxygen such as ozone is introduced into the support in the reaction space. After the introduction of the precursor containing oxygen, the reaction space is purged with or without purge gas. After the purge step, a single molecular layer of BaTiO 3 is deposited on the support. This sub-cycle can be repeated as many times as necessary to form a film of the desired composition and / or structure. In this sub-cycle, the amount of metal deposited on the film can be adjusted by omitting one or more of the precursor pulse containing metal and the subsequent precursor pulse containing oxygen.

これらの三つのサブサイクルは、必要であれば何度でも繰り返し、目的の組成及び/又は構造の膜を形成させることができる。所望の数のサブサイクルを省略することにより、サブサイクルの数を調整し、所望の膜の組成/構造に合わせることができる。また、サブサイクルの順序を変更することもできる。   These three subcycles can be repeated as many times as necessary to form a film of the desired composition and / or structure. By omitting the desired number of subcycles, the number of subcycles can be adjusted to match the desired film composition / structure. In addition, the order of subcycles can be changed.

高温且つ所望の雰囲気下での焼きなましを、ニオブ酸マグネシウム鉛を含む薄膜の堆積後の結晶化のために行うことができる。   Annealing at high temperature and in the desired atmosphere can be performed for crystallization after deposition of a thin film containing lead magnesium niobate.

(比較例)
Pb(thd)2/O3法によるPbO2膜の製造
比較のために、ALD条件にて、鉛の前駆体として、リガンドが酸素−金属結合を介して金属原子に結合している有機金属化合物を用い、酸化鉛膜を堆積した。
(Comparative example)
Production of PbO 2 film by Pb (thd) 2 / O 3 method For comparison, an organometallic compound in which a ligand is bonded to a metal atom through an oxygen-metal bond as a lead precursor under ALD conditions Was used to deposit a lead oxide film.

ビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート)鉛Pb(thd)2の蒸発温度は110〜115℃であった。堆積温度が成長速度に与える影響を150〜300℃の温度域で検討した。堆積の方法を最適化するため、前駆体のパルス時間及びパージ時間もまた検討した。Pd(thd)2について検討したパルス時間は1.0〜3.0sであった。オゾンパルスは1.0〜3.0sの間を変化させ、パージする窒素パルスは1.0〜2.5sの範囲で変化させた。 The evaporation temperature of bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) lead Pb (thd) 2 was 110-115 ° C. The effect of deposition temperature on the growth rate was investigated in the temperature range of 150-300 ℃. In order to optimize the deposition method, the precursor pulse time and purge time were also investigated. The pulse time examined for Pd (thd) 2 was 1.0 to 3.0 s. The ozone pulse was changed between 1.0 and 3.0 s, and the purged nitrogen pulse was changed in the range of 1.0 to 2.5 s.

Pb(thd)2の場合、堆積温度を増加させると成長速度も増加した。また、明確な膜厚分布及び黒くくすんだ膜表面が250℃以上で観測された。Pb(thd)2法の成長速度は、200℃未満の温度で1.0〜1.5Å/サイクルであり、堆積温度が300℃に到達する頃には成長速度は7.6Å/サイクルまで増加した。 In the case of Pb (thd) 2, the growth rate increased with increasing deposition temperature. A clear film thickness distribution and blackened film surface were observed at 250 ° C or higher. The growth rate of the Pb (thd) 2 method was 1.0 to 1.5 kg / cycle at a temperature below 200 ° C., and the growth rate increased to 7.6 kg / cycle when the deposition temperature reached 300 ° C.

Pb(thd)2のパルス時間を150℃で検討した。パルス時間1.0sで膜は滑らかであり、そして、パルス時間を長くしても変化は見られず、ALD型の成長が示唆された。そこでPb(thd)2のパルスを1.0sに保ち、オゾンのパルスを1.0〜3.0sの間で固定した。 The pulse time of Pb (thd) 2 was examined at 150 ° C. The film was smooth at a pulse time of 1.0 s, and no change was observed even when the pulse time was increased, suggesting ALD type growth. Therefore, the pulse of Pb (thd) 2 was kept at 1.0 s, and the pulse of ozone was fixed between 1.0 and 3.0 s.

Pb(thd)2から堆積した薄膜は、体積温度に関わらず全て結晶質であった。200℃未満では、該膜は多結晶であり、斜方晶系(O)の相及び正方晶系(T)の相を有した。150℃での最も強い反射は正方晶系(110)である一方、200℃では、最も強い反射は斜方晶系(111)であった。 The thin films deposited from Pb (thd) 2 were all crystalline regardless of volume temperature. Below 200 ° C., the film was polycrystalline and had an orthorhombic (O) phase and a tetragonal (T) phase. The strongest reflection at 150 ° C. was tetragonal (110), while at 200 ° C., the strongest reflection was orthorhombic (111).

TOF−ERDAによれば、鉛と酸素の比は0.7に近似した。150℃で堆積した膜の不純物のレベルは、炭素について1.1%で、水素について0.1%であった。   According to TOF-ERDA, the ratio of lead to oxygen approximated 0.7. The impurity level of the film deposited at 150 ° C. was 1.1% for carbon and 0.1% for hydrogen.

本発明については、本明細書において、特定の実施態様及び特徴に関して記載してきたが、この発明の要旨を逸脱しない範囲で、堆積条件(例えば、支持体温度及び堆積圧力)、前駆体の選択及び薄膜の特性(例えば、組成、結晶性及び厚さ)に種々の変更を加えることが可能であることは、当業者ならば言うまでもない。それゆえ、本発明の範囲は、先の記載に限定されるべきでない。むしろ、本発明の範囲は、本願に列挙する請求項、及びそれと同等であるものの全容に基づいて決定されるべきである。   The invention has been described herein with reference to specific embodiments and features, but without departing from the spirit of the invention, deposition conditions (eg, support temperature and deposition pressure), precursor selection and It will be appreciated by those skilled in the art that various changes can be made to the properties (eg, composition, crystallinity, and thickness) of the thin film. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the foregoing description. Rather, the scope of the invention should be determined on the basis of the claims recited herein and their equivalents.

テトラフェニル鉛Ph4Pb分子の構造図及び陰影付きボール図を示す。A structure diagram of a tetraphenyl lead Ph 4 Pb molecule and a shaded ball diagram are shown. 多元金属酸化物薄膜を堆積するのに使用される一例のプロセス順序を示す。Figure 2 illustrates an example process sequence used to deposit a multi-metal oxide thin film. PbO2薄膜の成長速度を堆積温度の関数として示す。The growth rate of the PbO 2 thin film is shown as a function of the deposition temperature. 選択したPb前駆体から堆積させたPbO2薄膜のX線回折図を示す。FIG. 3 shows an X-ray diffraction diagram of a PbO 2 thin film deposited from a selected Pb precursor. 選択した温度にて、異なる物質パルス長でPh4Pbから堆積させた酸化鉛薄膜の堆積速度を示す。Figure 5 shows the deposition rate of lead oxide thin films deposited from Ph 4 Pb at different temperatures with different material pulse lengths. 選択した温度で堆積させたPb−Ti−O膜中のチタン及び鉛の含有量に関するTi/Pb前駆体パルス比の効果を示す。Figure 5 shows the effect of Ti / Pb precursor pulse ratio on titanium and lead content in Pb-Ti-O films deposited at selected temperatures. X線回折図により示された、PbTiO3膜の焼きなましの効果を示す。The effect of annealing of the PbTiO 3 film as shown by the X-ray diffraction diagram is shown.

符号の説明Explanation of symbols

100 構造図
102 鉛原子
104 炭素原子
106 水素原子
110 陰影付きボール図
100 Structure Diagram 102 Lead Atom 104 Carbon Atom 106 Hydrogen Atom 110 Shaded Ball Diagram

Claims (27)

酸化鉛の原料物質として、炭素−鉛結合により鉛原子に結合した有機リガンドを有する有機金属鉛化合物を用いる工程を含む、原子層堆積による鉛含有酸化物薄膜の製造方法。   A method for producing a lead-containing oxide thin film by atomic layer deposition, comprising a step of using an organometallic lead compound having an organic ligand bonded to a lead atom by a carbon-lead bond as a lead oxide raw material. 2又は4個のアルキルリガンド又は芳香族基を含むリガンドを有する有機金属鉛化合物を用いる工程を含む、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, comprising using an organometallic lead compound having 2 or 4 alkyl ligands or a ligand comprising an aromatic group. 前記有機金属鉛化合物が、次式:
1234Pb
[式中、L1、L2、L3及びL4のそれぞれは、独立して、直鎖状又は枝分れしたC1〜C20のアルキル基又はアルケニル基、好ましくはメチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基;少なくとも一つの水素原子がフッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子で置換されるハロゲン化アルキル基又はアルケニル基;アリール基、好ましくはフェニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基、アルキルアリール基等の炭素環基、ハロゲン化炭素環基;及び複素環基から選択される]を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
The organometallic lead compound has the following formula:
L 1 L 2 L 3 L 4 Pb
[Wherein L 1 , L 2 , L 3 and L 4 are each independently a linear or branched C 1 to C 20 alkyl group or alkenyl group, preferably a methyl group or an ethyl group. N-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group; an alkyl halide in which at least one hydrogen atom is replaced by a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom An aryl group, preferably a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a benzyl group, an alkylaryl group or the like, a halogenated carbocyclic group; and a heterocyclic group] 3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that
有機金属鉛化合物、及び前記原料物質と酸化物を形成することが可能な少なくとも一つの酸素原料物質の気相パルスを反応空間の中に交互に供給する工程を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   4. The method according to claim 1, comprising alternately supplying a gas phase pulse of an organometallic lead compound and at least one oxygen source material capable of forming an oxide with the source material into a reaction space. The method of crab. 多成分酸化物薄膜を製造する工程を含む、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, comprising producing a multicomponent oxide thin film. 前記多成分酸化物薄膜が、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化銅、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化クロム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化アルミニウム、希土類酸化物及び酸化ケイ素の群から選択される第二金属酸化物を含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。   The multi-component oxide thin film is bismuth oxide, calcium oxide, strontium oxide, copper oxide, titanium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, chromium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, aluminum oxide, 6. The method of claim 5, comprising a second metal oxide selected from the group of rare earth oxides and silicon oxides. 前記多成分酸化物薄膜が、PbTiO3又はPbNbO3を含むことを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。 The method according to claim 5 or 6, wherein the multi-component oxide thin film contains PbTiO 3 or PbNbO 3 . 三元酸化物薄膜を製造する工程を含む、請求項5又は6に記載の方法。   The method of Claim 5 or 6 including the process of manufacturing a ternary oxide thin film. 前記多成分酸化物薄膜が、酸化ランタン及び酸化ジルコニウムの群から選択される少なくとも一つの更なる金属酸化物を含むことを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の方法。   9. A method according to any of claims 5 to 8, wherein the multi-component oxide thin film comprises at least one further metal oxide selected from the group of lanthanum oxide and zirconium oxide. 前記多成分酸化物薄膜が、Pb(Zr,Ti)O3又は(Pb,La)(Zr,Ti)O3を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the multi-component oxide thin film comprises Pb (Zr, Ti) O 3 or (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 . 前記多成分酸化物薄膜が、酸化マグネシウム及び酸化亜鉛の群から選択される少なくとも一つの追加の金属酸化物を含むことを特徴とする請求項5〜10のいずれかに記載の方法。   11. A method according to any of claims 5 to 10, wherein the multi-component oxide thin film comprises at least one additional metal oxide selected from the group of magnesium oxide and zinc oxide. 前記多成分酸化物薄膜が、Pb(Mg,Nb)O3又はPb(Zn,Nb)O3を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, wherein the multi-component oxide thin film comprises Pb (Mg, Nb) O 3 or Pb (Zn, Nb) O 3 . 前記多成分酸化物薄膜が、Pb(Mg,Nb)O3及びPbTiO3を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, wherein the multi-component oxide thin film comprises Pb (Mg, Nb) O 3 and PbTiO 3 . 前記多成分酸化物薄膜が、Pb(Mg,Nb)O3、PbTiO3及びBaTiO3を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。 The method of claim 11, wherein the multi-component oxide thin film comprises Pb (Mg, Nb) O 3 , PbTiO 3 and BaTiO 3 . 前記酸化鉛の原料物質が、テトラエチル鉛又はテトラフェニル鉛を含むことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の方法。   15. The method according to claim 1, wherein the lead oxide raw material contains tetraethyl lead or tetraphenyl lead. 堆積温度が約150〜400℃であることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the deposition temperature is about 150 to 400 ° C. 前記第二金属酸化物が、ハロゲン化物又は金属有機化合物の群から選択される原料物質から堆積されることを特徴とする請求項5〜16のいずれかに記載の方法。   17. A method according to any of claims 5 to 16, wherein the second metal oxide is deposited from a source material selected from the group of halides or metal organic compounds. 前記原料物質が、アルコキシ化合物、アルキルアミノ化合物、シクロペンタジエニル化合物、ジチオカルバメート化合物及びベータジケトネート化合物の群から選択されることを特徴とする請求項17に記載の方法。   18. The method of claim 17, wherein the source material is selected from the group of alkoxy compounds, alkylamino compounds, cyclopentadienyl compounds, dithiocarbamate compounds, and beta diketonate compounds. 前記酸素原料物質が、水、酸素、過酸化水素、過酸化水素の水溶液、オゾン、窒素の酸化物、ハロゲン化物−酸素化合物、過酸化物(-C(=O)-OOH)、アルコール、アルコキシド、酸素含有ラジカル及びそれらの混合物の群から選択されることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の方法。   The oxygen source material is water, oxygen, hydrogen peroxide, an aqueous solution of hydrogen peroxide, ozone, nitrogen oxide, halide-oxygen compound, peroxide (—C (═O) —OOH), alcohol, alkoxide. 19. The method according to any one of claims 1 to 18, wherein the method is selected from the group of oxygen-containing radicals and mixtures thereof. PbTiO3の膜が、結晶質のPbTiO3の膜を得るため、500℃を超える温度で焼きなましされることを特徴とする請求項7に記載の方法。 Since the PbTiO 3 film is to obtain a PbTiO 3 film of crystalline A method according to claim 7, characterized in that it is annealed at a temperature in excess of 500 ° C.. 前記PbTiO3の膜が、800℃を超える温度で焼きなましされることを特徴とする請求項20に記載の方法。 The method of claim 20, film of the PbTiO 3, characterized in that the annealing at temperatures above 800 ° C.. 前記PbTiO3の膜が、不活性雰囲気下で又は酸素の存在下で焼きなましされることを特徴とする請求項20又は21に記載の方法。 The method of claim 20 or 21 wherein the PbTiO 3 film is characterized in that it is annealed in the presence of an inert atmosphere or oxygen. 原子層堆積により、鉛含有多成分酸化物薄膜を反応空間において支持体上に形成するに当たり、
第一金属原料物質、第二金属原料物質、並びに該第一金属原料物質及び該第二金属原料物質と酸化物を形成することが可能な少なくとも一つの酸素原料物質の気相パルスを前記反応空間の中に交互に供給する工程を含み、
前記第一金属原料物質が、有機金属鉛化合物の鉛原子に炭素−鉛結合により結合した、任意に置換されたアルキルリガンド又はアリールリガンドを有する有機金属鉛化合物であり、
前記第二金属原料物質が、元素周期表において(IUPACにより推奨される分類による)第1族、第2族、第3族、第4族、第5族、第6族、第7族、第8族、第9族、第10族、第11族、第12族、第13族及び/又は第14族の少なくとも一つの遷移金属又は主族金属の揮発性化合物であることを特徴とする原子層堆積による反応空間での支持体上への鉛含有多成分酸化物薄膜の形成方法。
In forming a lead-containing multicomponent oxide thin film on a support in a reaction space by atomic layer deposition,
A gas phase pulse of a first metal source material, a second metal source material, and at least one oxygen source material capable of forming an oxide with the first metal source material and the second metal source material is formed in the reaction space. Including the step of alternately supplying
The first metal source material is an organometallic lead compound having an optionally substituted alkyl ligand or aryl ligand bonded to the lead atom of the organometallic lead compound by a carbon-lead bond,
The second metal source material is selected from Group 1, Group 2, Group 3, Group 4, Group 5, Group 6, Group 7, Group 7 (according to the classification recommended by IUPAC) in the periodic table of elements. Atom characterized in that it is a volatile compound of at least one transition metal or main group metal of Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12, Group 13, and / or Group 14. A method for forming a lead-containing multicomponent oxide thin film on a support in a reaction space by layer deposition.
前記第一金属原料物質が、テトラエチル鉛又はテトラフェニル鉛であることを特徴とする請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein the first metal source material is tetraethyl lead or tetraphenyl lead. 前記酸素原料物質が、オゾン又は水であることを特徴とする請求項23又は24に記載の方法。   The method according to claim 23 or 24, wherein the oxygen source material is ozone or water. 前記反応空間の中に、種々の金属前駆体の交互パルスを供給し、その後に酸素原料のパルスを供給することにより、多成分膜を製造する工程を含む、請求項23〜25のいずれかに記載の方法。   26. The method according to any one of claims 23 to 25, comprising the step of producing a multi-component film by supplying alternating pulses of various metal precursors into the reaction space, followed by supplying pulses of oxygen source. The method described. 第二金属原料と、その後の酸素原料のパルスからなるサイクルに対する鉛含有前駆体と、その後の対応する酸素原料のパルスからなるサイクルの比が約50:1...1:50であることを特徴とする請求項26に記載の方法。   The ratio of the lead-containing precursor to the cycle consisting of the second metal source and the subsequent pulse of oxygen source and the cycle of the subsequent pulse of oxygen source corresponding to about 50: 1 ... 1:50 27. A method according to claim 26, characterized in that:
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