JP3191975B2 - 化学気相成長法によるチタン含有複合酸化物の誘電体膜形成用原材料 - Google Patents
化学気相成長法によるチタン含有複合酸化物の誘電体膜形成用原材料Info
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下、CVD法と略記する)によって、チタン(Ti)を
含む酸化物などの薄層を形成するための原料(CVD原
料)として有用であり、従来にない高純度なチタン錯体
に関する。
いは層状セラミック等の製造方法として、CVD法が有
力な手段として用いられるようになり、その研究開発も
盛んに行われてきている。例えば、超電導体薄膜、誘電
体薄膜や各種集積回路の製造工程においてCVD法が用
いられている。
圧が高く、反応性に富むので、CVD用の原料化合物と
して有用性が高く、錯体を形成する金属種によって錯体
の性質に与える影響と、R−CO−CH2−CO−R'で
示される配位子R及びR'の種類による影響について、
熱重量分析曲線(TG曲線)と蒸気圧のデータによって
解析がなされている(T.Ozawa; Volatility of metal
β-Diketonates for Chemical Vapor Deposition of Ox
ide Superconductor (Thermochemica Acta.,174(1991)1
85-199))。
ロンチウム(SrTiO3)、チタン酸バリウム(Ba
TiO3)、チタン酸鉛(PbTiO3)などのチタン酸
塩、あるいはPZT(Pb(Zr,Ti)O3)やPLZ
T((Pb,La)(Zr,Ti)O3)など、高・強誘
電体材料の構成元素として重要な金属である。これらの
複合酸化物層をCVD法によって形成させる研究が活発
に行われている。そのCVDにおいて用いられるチタン
原料化合物としては、四塩化チタン(TiCl4)の
他、Ti(OC2H5)4やTi(O−i-C3H7)4などの
アルコキシドが用いられている。しかし、これらチタン
原料化合物のうち四塩化チタン(TiCl4)は塩素の
腐食性の問題がある。また、上記各種セラミックにおけ
るチタン酸以外の構成金属元素の原料として、ジピバロ
イルメタンなどのβ−ジケトンの錯体がCVD法に適し
ており、これらの錯体がよく使われる。そこで、上記の
チタン酸塩を析出させるには、チタンについてもそれら
に合わせて同種のβ−ジケトン錯体を使用するのが好ま
しい。
な、チタン(Ti)のβ−ジケトネート錯体の合成の研
究を進めた。しかしながら、β−ジケトネート金属錯体
は、一般に空気中の水分や炭酸ガスの影響を受けて劣化
し易い。従って製造工程中に取り込んだ水分などにより
劣化したり、保存中にオリゴマーを形成して分子量が大
きくなるなどして蒸発温度が高くなるなど、変質し易い
欠点がある。
溶液や有機溶媒溶液との混合溶液中で、金属塩とβ−ジ
ケトンとを、アミンやアンモニア水などの反応促進剤を
加えて合成する方法を用いて作製されている。しかし、
水溶液を経由する方法では、純度の高い錯体を合成する
ことは極めて困難である。そこで本発明者らは、チタン
のβジケトネート錯体を合成するに際し、モレキュラー
シーブなどで十分に脱水した有機溶媒中で、反応促進剤
を用いることなく、四塩化チタン(TiCl4)とβ−
ジケトンとを直接反応させることにより、従来にない高
純度なβ−ジケトネート・チタン錯体を合成することに
成功し、特願平4−1008号として特許出願した。ジ
ピバロイルメタン((CH3)3・C・CO・CH・CO・C・
(CH3)3;以下DPMと略記する)は、代表的なβ−
ジケトンであり、そのチタン錯体を本発明者らの方法で
合成すると、Ti(DPM)2Cl2が得られた。
て得られた錯体(Ti(DPM)2Cl2)は、分子中に
塩素(Cl)が含まれるので、CVD法に用いた時に、
装置を腐食する恐れがある。またこの錯体は、ストロン
チウム(Sr)やバリウム(Ba)などのDPM錯体に
比べて蒸発温度がやや高く、SrやBaのチタン酸塩を
CVD法によって析出させる場合には、やや不都合であ
った。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、塩素
のような腐食性の成分を含まず、かつ揮発性の良い、C
VD法用の原料として優れた高純度なチタン錯体の提供
を目的としている。
気相成長法によるチタン含有複合酸化物の誘電体膜形成
用原材料は、分子式(I) Ti(R1)2(R2)2 ……(I) (ただし、R1はβ−ジケトンを示し、R2はアルコキシ
基を示す)で表され、R1が3,5−ヘプタンジオン及びジ
ピバロイルメタンの内から選択される1種又は2種であ
り、R2がメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ
基、ノルマルプロポキシ基及びノルマルブトキシ基の内
から選択される1種又は2種であり、次の特性、 熱
重量分析による不純物気化量が0.01重量%未満であ
ること、 熱重量分析によるキレート気化量が99.
5重量%以上であること、 元素分析により、炭素が
理論値の99.0〜101.0%であること、 元素
分析により、水素が理論値の99.0〜101.0%で
あること、 ICP分析により、チタン含有量が理論
値の99.0〜101.0%であることを備えていて、
化学気相成長法により良質のチタン含有複合酸化物膜を
製造し得る原材料である。
によるチタン含有複合酸化物の誘電体膜形成用原材料
は、請求項1に記載の上記分子式(I)のR1がジピバ
ロイルメタンであり、R2がイソプロポキシ基であり、
上記した特性〜を有するものである。
00%の高純度なものであって、揮発性が良く、塩素な
どの腐食性成分を含まないので、装置腐食の問題がな
く、CVD用原料として有用であり、CVD法にこれを
用いることにより、良好なチタン含有薄膜が得られる。
また本発明に係る高純度チタン錯体の製造方法によれ
ば、有機溶剤を用いることによって、水溶液を経由せず
にチタン錯体を製造することができるので、高純度なチ
タン錯体を得ることができる。
施例では、使用するフラスコなどの器具はすべて乾燥窒
素雰囲気で置換し、操作中も乾燥窒素雰囲気を保った。
また、本実施例で用いるn−ヘキサンは、下記の方法で
脱水したものを使用した。適量のn−ヘキサンを三角フ
ラスコに注ぎ、続いてその中に、250℃で脱気した適
量のモレキュラーシーブのペレットを加えて脱水し、そ
の後にペレットを取り除き、乾燥窒素雰囲気中で保存し
た。
ソプロポキシド(Ti(O−i-C3H7)4)25gを、
n−ヘキサン300gに溶解した。一方、DPM32g
を、n−ヘキサン300gに溶解した。このDPM溶液
を25℃に保ち攪拌する。ここにTi(O−i-C
3H7)4溶液を滴下して、1時間後に昇温を開始し、6
9℃にする。この状態で5時間保持し、その後ロータリ
ーエバポレータを用いて濃縮し、イソプロピルアルコー
ルを蒸発除去した。ついで得られた濃縮液を−20℃の
冷凍庫中に置いて結晶化させた後、生成物をろ過し、4
0℃で10時間真空乾燥する。得られたチタン錯体、ジ
イソプロポキシ・ビス(ジビバロイルメタナト)チタン
錯体(Ti(DPM)2(O−i-C3H7)2)の分析結
果を次に示す。なお、これら分析結果のうち、不純物気
化量とキレート気化量は、図1に示すように定義され
る。即ち、試料について熱重量分析を行って得られたT
G曲線について、図1中符号Aで示す部分を不純物気化
量とし、Bで示す部分をキレート気化量とする。
0.4%) H: 9.9%(理論値9.84の100.6%) IPC分析 Ti:8.94%(理論値8.99の9
9.4%)
キシ・ビス(ジビバロイルメタナト)チタン錯体を用い
て、CVD法により、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)
薄膜を作製した結果を示す。CVD法の原料としては、
Pb(DPM)2、Zr(DPM)2、及び、本実施例で
得られたTi(DPM)2(O−i-C3H7)2を用い、
キャリアガスにはアルゴンを用い、MOCVD装置によ
って、MgO((100面))基板上に、下記の条件で
約2000オンク゛ストロームの厚さのPZT膜を成膜した。
図3に示す。この結果、基板温度550℃では正方晶ペ
ロブスカイトのa軸とc軸の結晶パターンが観測され、
さらに基板温度600℃ではc軸配向性の強いペロブス
カイト単一相が得られた。この実施例で得られたジイソ
プロポキシ・ビス(ジビバロイルメタナト)チタン錯体
は、CVD法におけるソース温度をPbソースやZrソ
ースと同程度の温度で使用することができるので、CV
D法を用いて複合酸化物を成膜するのに好都合である。
ルメタナト)チタン錯体を変質させずに保存するために
は、本願発明者らが先に特許出願した特願平3−238
386号において記載したような求核性有機溶媒、例え
ばエチレンジアミンやテトラヒドロフランに溶解して保
存すれば良い。
たアセトニトリル中で塩化チタン(TiCl4)とDP
Mの直接反応により、Ti(DPM)2Cl2を合成し
た。そのTG曲線を図2中の破線で示した。図2から明
らかなように、本発明に係るTi(DPM)2(O−i-
C3H7)2(図2の実線)は、Ti(DPM)2Cl2に
比べて、その蒸発温度が顕著に低下している。
位結合するβ−ジケトンとしてDPMを用い、またチタ
ンに結合するアルコキシ基として、イソプロポキシ基を
用いたが、本発明はこの実施例に限定されることなく、
他のβ−ジケトン及びアルコキシ基を用いて構成するこ
とも可能である。例えばβ−ジケトンとしては、アセチ
ルアセトン、3,5−ヘプタンジオン及びジピバロイルメ
タンの内から選択される1種又は2種を用いることがで
き、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、
イソプロポキシ基、ノルマルプロポキシ基及びノルマル
ブトキシ基の内から選択される1種又は2種を用いるこ
とができる。また、先の実施例では、チタン錯体を製造
する際に用いる有機溶剤として、n−ヘキサンを用いた
が、本発明で用いられる有機溶剤はn−ヘキサンに限定
されることなく、例えば飽和炭化水素系溶剤、不飽和炭
化水素系溶剤、ベンゼンやトルエンなどの芳香族炭化水
素溶剤、クロロホルムなどのハロゲン化炭化水素系溶剤
などの種々の有機溶剤も用いることが可能である。
度チタン錯体は、従来のCVD用チタン原料化合物に比
べて蒸発温度が低く揮発性が良好であり、反応性が良好
であって腐食性の塩素を生成しないなどの利点を有し、
CVD法において好適に用いられ、さらに本発明による
チタン錯体は極めて高純度なものなので、これを用いて
CVD法により、良質のチタン含有複合酸化物を得るこ
とが可能となる。また本発明による高純度チタン錯体の
製造方法では、水溶液を用いずに脱水した有機溶剤中で
チタンアルコキシドとβ−ジケトネートとを直接反応さ
せてチタン錯体を製造することにより、工程中に水分に
よる劣化の影響を受けないので、高純度のチタン錯体を
製造することができる。
ト気化量を説明するためのグラフである。
体とのTG曲線である。
VD法によるPZT成膜により得られたPZTのX線回
折パターンを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 分子式(I) Ti(R1)2(R2)2 …… (I) (ただし、R1はβ−ジケトンを示し、R2はアルコキシ
基を示す)で表され、 R1が3,5−ヘプタンジオン及びジピバロイルメタンの内
から選択される1種又は2種であり、R2がメトキシ
基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ノルマルプロポキ
シ基及びノルマルブトキシ基の内から選択される1種又
は2種であり、 次の特性、 熱重量分析による不純物気化量が0.01重量%未
満であること、 熱重量分析によるキレート気化量が99.5重量%
以上であること、 元素分析により、炭素が理論値の99.0〜10
1.0%であること、 元素分析により、水素が理論値の99.0〜10
1.0%であること、 ICP分析により、チタン含有量が理論値の99.
0〜101.0%であること、 を備えていることを特徴とする化学気相成長法によるチ
タン含有複合酸化物の誘電体膜形成用原材料。 - 【請求項2】 R1がジピバロイルメタンであり、R2が
イソプロポキシ基であることを特徴とする請求項1記載
の化学気相成長法によるチタン含有複合酸化物の誘電体
膜形成用原材料。
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Combust.Flame(1981),Vol.43,No.3,pages 303−315 |
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