JP3956309B2 - スピンコーティングによってpgo薄膜を提供するためのpgo溶液 - Google Patents
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Description
【0001】
本願は、2000年1月24日に出願された、米国特許出願第09/489,857号、「A METHOD AND SYSTEM FOR METALOROGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION (MOCVD) AND ANNEALING OF LEAD GERMANITE (PGO) THIN FILMS」に関連する。
【0002】
本発明は、酸化ゲルマニウム鉛(PGO)薄膜材料、特に、1トランジスタ型の用途におけるPGO強誘電性薄膜のスピンコーティングに関する。
【背景技術】
【0003】
強誘電性膜は、近年、電気光学素子、ピロ電気素子、周波数アジャイル電子素子、および不揮発性メモリ素子における用途のため、大きな関心が寄せられている。強誘電性酸化ゲルマニウム鉛薄膜(PGO)、例えばPb5Ge3O11およびPb3GeO5の製造および特性が、現在、関心を集めている。ゲルマナイト鉛(Pb5Ge3O11)は、比較的最近、強誘電性膜のグループに入ることが分かった。単結晶および多結晶材料の圧電性、誘電性、および電気光学特性が、文献で報告されてきた。Pb5Ge3O11は、光学的に活性で、強誘電性を有する材料であり、適切な誘電率を有し、残留分極が小さく、特に、強誘電性不揮発性メモリ素子、例えば、金属強誘電性金属酸化物シリコン(MFMOS)、金属強誘電性金属シリコン(MFMS)、金属強誘電性絶縁体シリコン(MIFS)、金属−絶縁体−強誘電性−シリコン(MIFS)、金属−絶縁体強誘電性絶縁体シリコン(MIFIS)、および金属−強誘電性−シリコン(MFS)型メモリなどに適する。また、Pb5Ge3O11は、ピロ電気および誘電性特性のため、熱検出器用途において用いられる可能性もある。Pb3GeO5は、強弾性材料であり、超小型電気機械式システム(MEMS)用途において用いられ得る。
【0004】
化学蒸着(CVD)は、容易に生産操業まで拡大することができ、工程の有効範囲が非常に良好なので、半導体産業において特に魅力的な方法である。PGO(Pb5Ge3O11およびPb3GeO5)膜について、ゲルマニウムに対する鉛の含有量は、非常に高く、それぞれ、5:3および3:1である。熱MOCVDプロセスにおいてPbが損失するので、化学量論に基づくPGO薄膜を作り、PbおよびOの欠乏を防ぐためには、過剰なPb濃度および酸素の高い分圧を用いる必要がある。
【0005】
MOCVD PGO膜のためのPb前駆物質は、気相に昇華され、反応器に送られ得る液体または固体である。Pb前駆物質のプロセスウィンドウは、非常に狭い。すなわち、Pb前駆物質の昇華温度は、分解温度および凝縮温度に近く、従って、試薬が、反応ラインにおいて、反応器に到達する前に、分解または凝縮し始め得る。このことにより、堆積された膜の化学量論的な値を制御することが非常に困難になる。Pb前駆物質の気体は、堆積の前に、気相で酸素と容易に反応し、特に、より高い堆積温度で、大きな粒子およびまだらな膜が得られる結果になる。
【0006】
PGO薄膜のMOCVDおよび公知のスピンコーティングプロセスにはいくつかの問題点があるため、スピンコーティングによる集積回路におけるこの材料の堆積には、他の溶液および技術がより適切である可能性がある。スピンコーティングに適したPGO材料およびスピンコーティングプロセスについての記載が、Kimらによる「Japanese Journal of Applied Physics 33」、pp.2675〜2678、1994年、およびLeeらによる「Applied Physics Letters 60」、pp.2487〜2488、1992年5月18日にある。
【0007】
PGO膜をスピンコーティングする公知の技術は、PZT強誘電性薄膜について用いられる技術と類似する。ただし、Pb(OCH3CO)2・3H2Oが、Pb材料として用いられ、Ge(OCH2CH3)4が、Ge材料として用いられる。しかし、Ge材料は、空気および水分の影響を受けやすい。Pb材料が水を含むので、このようにして形成されたPGO溶液は、不安定であり、概して、Geゲルが溶液から析出する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
【課題を解決するための手段】
スピンコーティングのためのPGO溶液を調製する方法は、2−メトキシエタノール有機溶媒を調製する工程と、Pb(OCH3CO)2・3H2Oを、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、周囲温度および雰囲気圧で該有機溶媒に加えて、メトキシエタノールに含まれるPbを形成する工程と、該溶液を、窒素雰囲気下、約150℃で、少なくとも2時間還流する工程と、還流された該溶液を約150℃で分留し、該溶液から全ての水を取り除く工程と、該溶液を室温まで冷却する工程と、該溶液のPb濃度を判定する工程と、所望のPb濃度が得られるまで、該2−メトキシエタノール溶液をPb2−メトキシエタノールに加える工程と、Ge(OR)4と2−メトキシエタノールとを結合する工程であって、Rは、CH2CH3およびCH(CH3)2からなるR群から選択される、工程と、Ge(OR)42−メトキシエタノールを、Pb2−メトキシエタノールに加えて、所定の金属イオン濃度および所定のPb:Geモル比のPGO溶液を形成する工程とを含む。
【0009】
本発明の目的は、スピンコーティング用途に適したPGO溶液を提供することである。
【0010】
本発明の他の目的は、1トランジスタ型の用途におけるPGO膜をスピンコーティングする技術を提供することである。
【0011】
この本発明の要旨および目的は、本発明の性質を素早く理解することを可能にするため提供される。以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明を図面と共に参照することにより、本発明をより良く理解し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
酸化ゲルマニウム鉛(PGO)は、強誘電性材料として用いられてきたが、このような膜は、1トランジスタ領域における使用には適用されてこなかった。スピンコーティングによる堆積に適するPGO強誘電性薄膜についての入手可能な情報は非常に少ない。上述したように、Geは、溶液からゲルとして析出する傾向がある。本発明の実施において用いられる溶液は、このような析出を防ぐ。
【0013】
好適な実施形態において、水がPb(OCH3CO)2・3H2Oから取り除かれ、これにより、Ge(OCH2CH3)4またはGe(OCH(CH3)2)4{Ge(OR)4}をGe材料として用いて、無水PGO溶液が形成される。Pb(OCH3CO)2・3H2Oの水成分は、還流し、2−メトキシエタノールの存在下で分留することによって、取り除かれる。PGOが析出していない透明な溶液が得られる。この溶液は、少なくとも1か月間、すなわち、PGOスピンコーティング用途において溶液として用いられるために十分な長さの間、安定している。
【0014】
次に、図1を参照すると、PGO溶液の調製は以下の通りである。Pb(OCH3CO)2・3H2O(ブロック10)は、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、周囲温度および雰囲気圧で2−メトキシエタノール有機溶媒(ブロック12)に加えられ、メトキシエタノールに含まれるPb(ブロック14)が形成される。この時点でのPb濃度は、約0.3mol/L〜0.6mol/Lの範囲内である。この溶液は、窒素雰囲気下、約150℃で、少なくとも2時間還流される(ブロック16)。還流後、溶液は、約150℃で分留され、この溶液から全ての水が取り除かれる(ブロック18)。この溶液は、室温まで冷却され、その後、Pb滴定の化学分析によってPb濃度が測定され得る(ブロック20)。プロセスのこの段階でのPb濃度は、約0.35mol/L〜0.65mol/Lの範囲内である。
【0015】
Ge(OR)4は、2−メトキシエタノールと混合され、2−メトキシエタノールは、所望のPb濃度が得られるまで、Pb2−メトキシエタノールに加えられる(ブロック22)。所望のPb濃度範囲は、0.3mol/L〜0.5mol/Lである。Ge(OR)42−メトキシエタノール溶液(ブロック24)は、PbおよびGeの濃度が、5〜5.5:3のモル比になり、金属(Pb)イオン濃度が0.1mol/L〜0.4mol/Lの範囲内になるまで、Pb2−メトキシエタノール溶液に添加される。これにより、スピンコーティングに適したPGO溶液が提供される(ブロック26)。
【産業上の利用可能性】
【0016】
従って、スピンコーティングによる薄膜の形成に適したPGO溶液を調製する方法が開示されてきた。添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内で、さらなる変形および改変が為され得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】図1は、本発明による、PGO溶液の調製のブロック図である。
Claims (4)
- スピンコーティングのためのPGO溶液を調製する方法であって、
2−メトキシエタノール有機溶媒を調製する工程と、
Pb(OCH3CO)2・3H2Oを、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、周囲温度および雰囲気圧で該有機溶媒に加えて、メトキシエタノールに含まれるPbを形成する工程と、
該溶液を、窒素雰囲気下、約150℃で、少なくとも2時間還流する工程と、
還流された該溶液を約150℃で分留し、該溶液から全ての水を取り除く工程と、
該溶液を室温まで冷却する工程と、
該溶液のPb濃度を判定する工程と、
所望のPb濃度が得られるまで、該2−メトキシエタノール溶液をPb2−メトキシエタノールに加える工程と、
Ge(OR)4と2−メトキシエタノールとを結合する工程であって、Rは、CH2CH3およびCH(CH3)2からなるR群から選択される、工程と、
Ge(OR)42−メトキシエタノールを、Pb2−メトキシエタノールに加えて、所定の金属イオン濃度および所定のPb:Geモル比のPGO溶液を形成する工程と
を包含する、方法。 - 前記所望のPb濃度の範囲が、0.3mol/L〜0.5mol/Lである、請求項1に記載の方法。
- 前記所定のPb:Geモル比は、5〜5.5:3の範囲内である、請求項1に記載の方法。
- スピンコーティングのためのPGO溶液を調製する方法であって、
2−メトキシエタノール有機溶媒を調製する工程と、
Pb(OCH3CO)2・3H2Oを、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、周囲温度および雰囲気圧で該有機溶媒に加えて、メトキシエタノールに含まれるPbを形成する工程と、
該溶液を、窒素雰囲気下、約150℃で、少なくとも2時間還流する工程と、
還流された該溶液を約150℃で分留し、該溶液から全ての水を取り除く工程と、
該溶液を室温まで冷却する工程と、
該溶液のPb濃度を判定する工程と、
所望のPb濃度が得られるまで、該2−メトキシエタノール溶液をPb2−メトキシエタノールに加える工程と、
Ge(OR)4と2−メトキシエタノールとを結合する工程であって、Rは、CH2CH3およびCH(CH3)2からなるR群から選択される、工程と、
Ge(OR)42−メトキシエタノールを、Pb2−メトキシエタノールに加えて、0.1mol/L〜0.4mol/L範囲内のPbイオン濃度および5〜5.5:3の範囲内の所定のPb:Geモル比のPGO溶液を形成する工程と
を包含する、方法。
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