JP3106898B2 - ビスマス含有膜の形成方法 - Google Patents

ビスマス含有膜の形成方法

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JP3106898B2 JP07075361A JP7536195A JP3106898B2 JP 3106898 B2 JP3106898 B2 JP 3106898B2 JP 07075361 A JP07075361 A JP 07075361A JP 7536195 A JP7536195 A JP 7536195A JP 3106898 B2 JP3106898 B2 JP 3106898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はビスマス含有膜の形成方
に係り、特に、超伝導材料、強誘電体材料、半導体薄
膜材料等として有用な特定組成を有するビスマス又はビ
スマス酸化物薄膜を有機金属化学蒸着法(Metalorganic
ChemicalVapor Deposition:以下「MOCVD法」と称
す。)により形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、超伝導材料、強誘電体材料、半導
体薄膜材料等の各種ビスマス又はビスマス酸化物薄膜を
MOCVD法により形成するに際して用いられるビスマ
ス蒸着原料としては、下記構造式(A)で表されるトリ
フェニルビスマス又は下記構造式(B)で表されるトリ
−o−メチルフェニルビスマスからなる有機ビスマス化
合物が知られている。
【0003】
【化5】
【0004】
【化6】
【0005】このような蒸着原料を用いてMOCVD法
によりビスマス薄膜を形成するには、例えば、図1の概
略説明図に示す如く、反応炉8内に設けたヒーター7上
に基板6を置き、一方、この反応炉8と連接して設けた
加熱炉3内で、気化容器2内の上記有機ビスマス化合物
からなる蒸着原料1を気化させ、得られた蒸気を配管4
から導入されるAr,N等のキャリアガスで反応炉8
内に送給して拡散させ、加熱基板6上にビスマスを析出
させる。この際に反応ガスとしてO,NO,オゾン
等の酸化性ガスを、配管5から反応炉8に導入すること
によりビスマス酸化物を析出させることもできる。な
お、図中、9は真空引配管、Pは圧力計である。この方
法は熱分解型MOCVD法と称される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の熱分解
型MOCVD法の蒸着原料として従来用いられている有
機ビスマス化合物のうち、前記構造式(A)で示される
有機ビスマス化合物は、気化の際の加熱温度に対して不
安定で、気化における加熱の際に、図1中の気化容器2
内にて、気化の他に有機ビスマス化合物が熱分解反応を
起こすなど、化合物の熱安定性の面で問題がある。ま
た、前記構造式(B)で示される有機ビスマス化合物
は、構造式(A)で示される有機ビスマス化合物に比べ
て熱安定性に優れるものの、昇華温度、即ち蒸発温度と
分解温度に顕著な差がなく、結果として成膜の際のコン
トロールが困難で、再現性良く均一でかつ安定した成膜
速度が得られないという欠点がある。また、前記構造式
(A),(B)の化合物を用いてビスマス及びビスマス
酸化物を析出させるためには、基板を550℃以上の高
温に加熱することが必要とされる。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決し、熱分
解型MOCVD法等のMOCVD法によるビスマス及び
ビスマス酸化物薄膜の形成に際し、気化安定性に優れ、
450〜550℃という比較的低温で均一かつ安定した
成膜速度を再現性良く得ることができる有機ビスマス化
合物を用いてビスマス及びビスマス酸化物薄膜形成
る方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のビスマス含有膜
の形成方法は、下記一般式(I)で表される有機ビスマ
ス化合物を用いて有機金属化学蒸着法により、特定組成
を有するビスマス含有膜を形成することを特徴とする。
【0009】
【化7】
【0010】(ただし、上記(I)式中、R,R
は、炭素数1〜4の直鎖又は分岐状のアルキル基、炭
素数1〜4の直鎖又は分岐状のフッ化アルキル基、水素
原子又はフッ素原子を示し、RとRとは互いに異な
っていても良く、同一であっても良い。)
【0011】請求項2のビスマス含有膜の形成方法は、
有機ビスマス化合物が下記構造式で表されるビス[ジ
−p−エチルフェニル]ジビスマス(以下「(D−p−
EtPh)DBi」と略記する。)であることを特徴と
する。
【0012】
【化8】
【0013】請求項3のビスマス含有膜の形成方法は、
有機ビスマス化合物が下記構造式で表されるビス[ジ
−m−フルオロフェニル]ジビスマス(以下「(D−m
−FPh)DBi」と略記する。)であることを特徴と
する。
【0014】
【化9】
【0015】請求項4のビスマス含有膜の形成方法は、
有機ビスマス化合物が下記構造式で表されるビス[ジ
−p−メチル−m−フルオロフェニル]ジビスマス(以
下「(D−p−Me−m−FPh)DBi」と略記す
る。)であることを特徴とする。
【0016】
【化10】
【0017】即ち、本発明者らは上述の観点から、熱分
解型MOCVD法を含め、その他のMOCVD法により
ビスマス及びビスマス酸化物薄膜を作製するに際して、
気化速度が均一で、かつ気化の際の安定性に優れた高純
度なビスマス及びビスマス酸化物薄膜形成用蒸着原料を
見出すべく研究を行った結果、上記一般式(I)で表さ
れる有機ジビスマス化合物を蒸着原料として用いると、
一般の既存化合物として知られている前記構造式
(A),(B)で表される従来のフェニルモノビスマス
化合物に比べて、優れた揮発性を示し、安定した気化速
度を得ることが可能になると共に、450〜550℃と
いう低温でビスマス及びビスマス酸化物の成膜が可能と
いう知見を得、本発明を完成させた。
【0018】以下に本発明を詳細に説明する。
【0019】本発明に係る有機ビスマス化合物を示す前
記一般式(I)において、Rとしては、好ましくは水
素、メチル基、エチル基等が挙げられる。また、R
しては、好ましくは水素又はフッ素等が挙げられ、R
とRのいずれか一方が水素である場合、他方は水素以
外の置換基であることが好ましい。
【0020】本発明に係る有機ビスマス化合物の具体例
としては、前記構造式で示される(D−p−EtP
h)DBi,前記構造式で示される(D−m−FP
h)DBi,又は、前記構造式で示される(D−p−
Me−m−FPh)DBiが挙げられる。
【0021】このような有機ビスマス化合物は、後掲の
実施例に示されるように、三塩化ビスマスと、対応する
置換基R,Rを有するフェニルマグネシウムブロミ
ドとを反応させることにより合成することができる。
【0022】本発明では、このような有機ビスマス化合
を蒸着原料として用いて、従来の有機ビスマス化合物
と同様の操作で熱分解型MOCVD法等のMOCVD法
により、ビスマス及びビスマス酸化物薄膜を形成するこ
とができる。
【0023】
【作用】本発明に係る有機ビスマス化合物は、4個のフ
ェニル基を導入した、嵩高く、気化安定性の良いテトラ
フェニルジビスマス化合物であるため、前記構造式
(A),(B)で表される従来の有機ビスマス化合物よ
りも安定した気化速度で気化し、低温でのビスマス及び
ビスマス酸化物の成膜が可能となる。
【0024】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0025】実施例1 [有機ビスマス化合物の合成] 三塩化ビスマス15.56gに、氷冷下、十分に窒素脱
気を行った乾燥ジエチルエーテル200mlを注ぎ、サ
スペンジョン溶液とし、この溶液に、p−エチルフェニ
ルマグネシウムブロミド150ml(0.15Mジエチ
ルエーテル溶液)を撹拌しながら添加した。更に、水1
50mlを1滴づつ滴下し、反応系を30分間撹拌した
後、希塩酸150mlを添加した。有機層を分離後、濃
縮して、白色粉末6.2gを得た。精製は、昇華により
行い(90℃/2torr)、前記構造式で示される
(D−p−EtPh)DBiの白色粉末3.0gを得た
(融点140℃付近)。得られた有機ビスマス化合物の
同定は、NMR、MS及びIRにより行った。 H-NMR(CDCl);δ(CH)2.31,δ(CH)0.52,δ(o-C
H)6.05, δ(m-CH)6.65 MS(m/z):836 IR(cm−1):3050-2850,2000-1660,1210-1190,1125,105
0,810
【0026】また、p−エチルフェニルマグネシウムブ
ロミドの代りに、m−フルオロフェニルマグネシウムブ
ロミドを用いたこと以外は同一の条件で、前記構造式
で示される(D−m−FPh)DBiの微黄色粉末を得
た(融点62℃付近)。 H-NMR(CDCl);δ(p-CH)6.52, δ(o-CH)6.9
9, δ(m-CH)6.92 MS(m/z):797 IR(cm−1):1210,1580,1470,840,780,680
【0027】また、p−エチルフェニルマグネシウムブ
ロミドの代りに、p−メチル−m−フルオロフェニルマ
グネシウムブロミドを用いたこと以外は同一の条件で、
前記構造式で示される(D−p−Me−m−FPh)
DBiの白色粉末を得た(融点110℃付近)。 H-NMR(CDCl);δ(CH)2.10,δ(o-CH)6.95, δ
(m-CH)6.69 MS(m/z):853 IR(cm−1):3200-2830,1560,1480-1460,1390,1220,990,
860,810
【0028】また、比較の目的で、上記の各種置換フェ
ニルマグネシウムブロミドの代りに、ブロモベンゼン及
びo−ブロモトルエンを用いたこと以外は同一の条件
で、前記構造式(A)及び(B)で示される従来の有機
ビスマス化合物をそれぞれ合成した。
【0029】得られた本発明有機ビスマス化合物及び従
来有機ビスマス化合物(A)(トリ−o−メチルフェニ
ルビスマス)の気化特性を評価する目的で熱重量曲線
(昇温速度10℃/min,乾燥アルゴン雰囲気)を図
2〜5に示した。
【0030】[ビスマス酸化物薄膜の蒸着] 本発明有機ビスマス化合物及び従来有機ビスマス化合物
を各々用いて、図1に示す装置により、熱分解型MOC
VD法に従って、下記条件にて酸化ビスマス薄膜の作製
を行い、10分毎の膜厚を測定した。膜厚は、膜の断面
SEM像から測定した。この測定結果を表1,2に示し
た。
【0031】 基板;1インチ角のSi基板 基板温度;450℃,550℃ 気化温度;100℃ 圧力;2torr キャリアガスの流量;100ccmのAr 反応ガスの流量;100ccmのO
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】[考察] 図2〜5に示される結果から次のことが明らかである。
即ち、本発明有機ビスマス化合物は室温から約340℃
までの温度で完全に気化させることが可能であるが、一
方、従来有機ビスマス化合物は気化終了の際、約10%
程の残留物が生成している。このことから、本発明有機
ビスマス化合物は、気化安定性に優れることが明らかで
ある。
【0035】また、表1,2より、次のことが明らかで
ある。即ち、本発明有機ビスマス化合物は、成膜時間に
対しほぼ一定の割合で膜厚が増加し、かつ、その成膜速
度も従来有機ビスマス化合物に比べて速いのに対し、従
来有機ビスマス化合物の場合は、基板温度450℃の低
温では成膜不可能であり、また、基板温度550℃で
は、成膜時間において40分を超えた頃から成膜量の減
少傾向が顕著になる。
【0036】なお、本発明有機ビスマス化合物を用いた
場合は、図1に示す装置の気化容器内には分解ビスマス
の生成が見られなかったのに対し、従来有機ビスマス化
合物の場合には分解ビスマスの生成が認められた。これ
より、本発明有機ビスマス化合物は、気化容器内で分解
することなしに成膜時間に対し一定の速度で気化し、ま
た、従来有機ビスマス化合物より450〜550℃とい
う低温で成膜可能な有機ビスマス化合物であることを示
している。
【0037】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明で用いる有機
ビスマス化合物は、高蒸気圧で気化安定性に優れ、安定
な気化速度を有しており、従って、本発明によればMO
CVD法により450〜550℃という低温で均一かつ
緻密なビスマス及びビスマス酸化物薄膜を成膜すること
ができ、超伝導材料、強誘電体材料、半導体薄膜材料等
として有用な特定組成のビスマス含有薄膜の製造にも有
効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】熱分解型MOCVD法を説明する装置の概略断
面図である。
【図2】本発明有機ビスマス化合物(D−p−EtP
h)DBiの熱重量曲線を示すグラフである。
【図3】本発明有機ビスマス化合物(D−m−FPh)
DBiの熱重量曲線を示すグラフである。
【図4】本発明有機ビスマス化合物(D−p−Me−m
−FPh)DBiの熱重量曲線を示すグラフである。
【図5】従来有機ビスマス化合物の熱重量曲線を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
1 蒸着原料 2 気化容器 3 加熱炉 4 キャリアガス導入配管 5 反応ガス導入配管 6 基板 7 ヒーター 8 反応炉 9 真空引配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 39/12 ZAA H01L 39/12 ZAAC 39/24 ZAA 39/24 ZAAB (72)発明者 小木 勝実 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社中央研究所内 (56)参考文献 Chem.Soc.42[6]p.695 −698 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 16/00 - 16/56 CA(STN) CAOLD(STN)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(I)で表される蒸気圧の高
    有機ビスマス化合物を用いて有機金属化学蒸着によ
    り、特定組成を有するビスマス含有膜を形成することを
    特徴とするビスマス含有膜の形成方法。 【化1】 (ただし、上記(I)式中、R,Rは、炭素数1〜
    4の直鎖又は分岐状のアルキル基、炭素数1〜4の直鎖
    又は分岐状のフッ化アルキル基、水素原子又はフッ素原
    子を示し、RとRとは互いに異なっていても良く、
    同一であっても良い。)
  2. 【請求項2】 機ビスマス化合物が、下記構造式で
    表されるビス[ジ−p−エチルフェニル]ジビスマスで
    あることを特徴とする請求項1に記載のビスマス含有膜
    の形成方法。 【化2】
  3. 【請求項3】 機ビスマス化合物が、下記構造式で
    表されるビス[ジ−m−フルオロフェニル]ジビスマス
    であることを特徴とする請求項1に記載のビスマス含有
    膜の形成方法。 【化3】
  4. 【請求項4】 機ビスマス化合物が、下記構造式で
    表されるビス[ジ−p−メチル−m−フルオロフェニ
    ル]ジビスマスであることを特徴とする請求項1に記載
    ビスマス含有膜の形成方法。 【化4】
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