JPH0959089A - Growing of chemical vapor phase - Google Patents

Growing of chemical vapor phase

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JPH0959089A
JPH0959089A JP7213695A JP21369595A JPH0959089A JP H0959089 A JPH0959089 A JP H0959089A JP 7213695 A JP7213695 A JP 7213695A JP 21369595 A JP21369595 A JP 21369595A JP H0959089 A JPH0959089 A JP H0959089A
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JP
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gas
source
film
chemical vapor
bismuth
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JP7213695A
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Japanese (ja)
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Takaaki Ami
隆明 網
Katsuyuki Hironaka
克行 広中
Chiharu Isobe
千春 磯辺
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable formation of film at a sufficient deposition rate and control of the composition and enable improvement of coating property to difference in level by using a gas containing one or more kinds of ozone, N2 O and NO2 as an oxidizing gas in a chemical vapor phase growing method introducing a raw material gas and an oxidizing gas into a reaction vessel and depositing a bismuth compound. SOLUTION: An oxidizing gas is produced by introducing oxygen gas into an ozonizer to produce about several wt.% ozone gas. Tripheylbismuth and dipivaloylstrontium, etc., are respectively selected as Bi source and Sr source in MOCVD method. The source material is dissolved in an organic solvent and put in a source bottle and Ar gas is made to flow and the source is introduced into a mixing pipe in a liquid state and each source is mixed. Formation of the film is typically carried out at 400-700 deg.C substrate temperature under 0.01-50Torr reacting gas pressure. As necessary, after forming the film, the film is annealed at a temperature higher than the film-forming temperature in an oxidative atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば強誘電性メ
モリ等の電子デバイスに用いて有用なビスマス化合物の
化学的気相成長方法に係わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical vapor deposition method of a bismuth compound which is useful for an electronic device such as a ferroelectric memory.

【0002】[0002]

【従来の技術】ビスマス化合物例えば複合酸化物である
ビスマス層状化合物は、110Kの臨界温度を有するビ
スマス系超伝導酸化物、あるいは強誘電性メモリ用材料
等、産業上にも極めて重要な化合物群をなしている。こ
れらの化合物を電子デバイスへ応用する場合には、薄膜
化プロセスの開発が不可欠である。
2. Description of the Related Art Bismuth compounds, for example, bismuth layered compounds that are complex oxides, are a group of compounds that are extremely important in industry, such as bismuth-based superconducting oxides having a critical temperature of 110 K, or materials for ferroelectric memories. I am doing it. When applying these compounds to electronic devices, development of a thin film process is indispensable.

【0003】このビスマス層状化合物、例えばBi2
rTa2 9 を強誘電体材料として用いた強誘電体メモ
リは、従来の強誘電体メモリ材料であるPZT(PbZ
rTi酸化物)系材料における短所である、書き換えの
繰り返しにより残留分極が減少する現象、いわゆるファ
ティーグ現象を示さないことから、最近注目されてきて
いる。
This bismuth layer compound such as Bi 2 S
A ferroelectric memory using rTa 2 O 9 as a ferroelectric material is PZT (PbZ) which is a conventional ferroelectric memory material.
Recently, it has been drawing attention because it does not exhibit the phenomenon that remanent polarization is reduced by repeated rewriting, which is a disadvantage of the (rTi oxide) type material, that is, the so-called fatig phenomenon.

【0004】現在、このビスマス層状化合物の電子デバ
イスへの応用の試みが行われており、その中で、良好な
強誘電性を示すビスマス層状化合物の薄膜が、MOD
(Metal Organic Deposition)法等スピンコートによる
方法により得られている。
Attempts are currently being made to apply this bismuth layered compound to electronic devices. Among them, a thin film of a bismuth layered compound exhibiting good ferroelectricity is MOD.
It is obtained by a spin coating method such as the (Metal Organic Deposition) method.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
半導体プロセスにおいてはクリーン(清浄)度の要請が
厳しく、上述のスピンコートによる成膜方法では、この
要請を満足させることができない。
However, the demand for cleanliness is strict in an actual semiconductor process, and the above-mentioned film forming method by spin coating cannot satisfy this demand.

【0006】従って、新たな成膜プロセスの開発が必要
になるが、酸化物の薄膜に対しては、超高真空プロセス
(例えば分子線エピタキシー法やレーザアブレーショ
ン)による酸化反応が困難である。そのため、酸化反応
を促進して薄膜を結晶化させるために、酸素ガス以外に
もオゾン、N2 O,NO2 等の強力な酸化性ガスの導入
が試みられている。
Therefore, it is necessary to develop a new film forming process, but it is difficult to perform an oxidation reaction on an oxide thin film by an ultrahigh vacuum process (for example, molecular beam epitaxy method or laser ablation). Therefore, in order to promote the oxidation reaction and crystallize the thin film, introduction of a strong oxidizing gas such as ozone, N 2 O or NO 2 has been attempted in addition to oxygen gas.

【0007】また、成膜後の後処理として、酸化性ガス
中で熱処理することにより結晶性を改善することも行わ
れている。
Further, as post-treatment after film formation, heat treatment in an oxidizing gas is also performed to improve crystallinity.

【0008】一方、半導体プロセスでよく用いられてい
るMOCVD法(有機金属化学的気相成長法)では、原
料供給プロセスでのソース同士の複雑な多段の素過程、
また基板上での諸反応、再蒸発などの組成ずれの要因が
多々あり、雰囲気の酸化性が強い場合には結晶化以前の
堆積する膜の組成に大きな影響を与える。特にビスマス
は低融点の金属であり、金属として堆積すると極めて再
蒸発しやすく、これまでの酸素のみを酸化剤とする成膜
プロセスでは、例えば10〜20torrの高い反応ガス圧
を必要としていた。
On the other hand, in the MOCVD method (metalorganic chemical vapor deposition method) which is often used in semiconductor processes, complicated multi-step elementary processes between sources in the raw material supply process,
In addition, there are many factors causing compositional deviations such as various reactions on the substrate and re-evaporation, and when the oxidizing property of the atmosphere is strong, the composition of the deposited film before crystallization is greatly affected. In particular, bismuth is a metal having a low melting point, and when it is deposited as a metal, it is extremely likely to be re-evaporated, and in the conventional film forming process using only oxygen as an oxidant, a high reaction gas pressure of, for example, 10 to 20 torr was required.

【0009】また、MOCVD法の最大の特徴として段
差被覆性があり、これは例えば高集積化された強誘電体
メモリの製造プロセスにおいては、有効キャパシタ面積
を稼ぐ目的でステップ状の下部電極上に強誘電体を成膜
するような場合には不可欠な特性である。ところが、一
般に良好な段差被覆性を得て、さらに薄膜の均一性を得
るにはMOCVDにおける反応ガス圧力は、ガスが粘性
流としての性質を保持する範囲でなるべく低い方がよ
く、10torr程度の高いガス圧力では充分な段差被覆性
を得るのは困難である。
The greatest feature of the MOCVD method is the step coverage, which is formed on the stepped lower electrode for the purpose of increasing the effective capacitor area in the manufacturing process of a highly integrated ferroelectric memory, for example. This is an indispensable characteristic when forming a ferroelectric film. However, in general, in order to obtain a good step coverage and further obtain the uniformity of the thin film, the reaction gas pressure in MOCVD is preferably as low as possible within the range in which the gas retains the property of viscous flow, and is as high as about 10 torr. It is difficult to obtain sufficient step coverage with gas pressure.

【0010】上述した問題の解決のために、本発明にお
いては、MOCVD法による成膜中において酸化性雰囲
気とすることにより、膜組成と段差被覆性が共に優れた
ビスマス化合物の製造方法を提供するものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for producing a bismuth compound excellent in both film composition and step coverage by setting an oxidizing atmosphere during film formation by MOCVD. It is a thing.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、反応容器中に
原料ガスおよび酸化性ガスを導入し、ビスマス化合物を
堆積させる化学的気相成長方法において、酸化性ガスと
してオゾン、N2 O、NO2 より選ばれる少なくとも1
種を含有するガスを用いる構成とする。
The present invention is a chemical vapor deposition method in which a source gas and an oxidizing gas are introduced into a reaction vessel to deposit a bismuth compound, and ozone, N 2 O, and At least 1 selected from NO 2
A gas containing a seed is used.

【0012】上述の本発明の構成によれば、化学的気相
成長法(CVD法)による成膜工程中に、オゾン等の強
い酸化剤を導入することにより、再蒸発しやすい低融点
金属であるビスマスの組成を制御することができる。ま
た、同時にCVD法の特徴を生かして段差被覆性に優れ
たビスマス化合物を製造することができる。
According to the above-described structure of the present invention, by introducing a strong oxidizing agent such as ozone during the film forming process by the chemical vapor deposition method (CVD method), a low melting point metal which is easily re-evaporated can be obtained. The composition of certain bismuths can be controlled. At the same time, it is possible to manufacture a bismuth compound having excellent step coverage by taking advantage of the characteristics of the CVD method.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明のビスマス化合物の化学的
気相成長法は、反応容器中に原料ガスと、酸化性ガスと
してオゾン、N2 O、NO2 から選択した強い酸化性の
ガスを、より好ましくは酸素ガスなどで希釈して濃度・
流量を制御しながら導入することにより、所望の組成か
らなり、また例えば高集積強誘電性メモリなどの電子デ
バイスに用いて有用な段差被覆性に優れたビスマス化合
物を得るものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the chemical vapor deposition method for bismuth compounds of the present invention, a source gas and a strongly oxidizing gas selected from ozone, N 2 O and NO 2 as an oxidizing gas are placed in a reaction vessel. , More preferably diluted with oxygen gas etc.
By introducing the bismuth compound while controlling the flow rate, it is possible to obtain a bismuth compound having a desired composition, which is useful for electronic devices such as a highly integrated ferroelectric memory and excellent in step coverage.

【0014】本発明による化学的気相成長法によるビス
マス化合物の製造方法の概要について説明する。
The outline of the method for producing a bismuth compound by the chemical vapor deposition method according to the present invention will be described.

【0015】本発明の化学的気相成長法では成膜工程中
に酸化性ガスを導入する。この酸化性ガスは、酸素ガス
を例えば市販のオゾナイザに導入して、数wt%程度の
オゾンガスを生成させることにより製造する。このと
き、オゾンガスをそのまま反応器に導入すると、酸化作
用が強すぎて安定した結果が得られない恐れがある。こ
のため、オゾナイザの放電電力を下げるか、またはオゾ
ナイザからの放出ガスを不活性ガスまたは比較的酸化力
の弱い酸素ガスで希釈するか、いずれかの方法が考えら
れるが、後者の方が比較的制御がしやすい。従って、酸
素ガスで希釈することによりオゾン濃度を調整し、酸化
性ガスとする。
In the chemical vapor deposition method of the present invention, an oxidizing gas is introduced during the film forming process. This oxidizing gas is manufactured by introducing oxygen gas into, for example, a commercially available ozonizer to generate ozone gas of about several wt%. At this time, if ozone gas is introduced into the reactor as it is, the oxidizing effect may be too strong to obtain stable results. Therefore, either the discharge power of the ozonizer may be reduced, or the gas discharged from the ozonizer may be diluted with an inert gas or an oxygen gas having a relatively weak oxidizing power, but the latter is relatively Easy to control. Therefore, the concentration of ozone is adjusted by diluting with oxygen gas to obtain oxidizing gas.

【0016】CVD法の装置は、特に形式は問わない
が、ソースガスが基板に到達する前に酸化されることを
防ぐために、酸化性ガスはソースガスの混合機を通さず
に反応室に直接導入するような配管とする。
The apparatus of the CVD method may be of any type, but in order to prevent the source gas from being oxidized before it reaches the substrate, the oxidizing gas is directly fed to the reaction chamber without passing through the source gas mixer. The piping will be introduced.

【0017】MOCVDのソースとしては、例えばBi
源としてBiPh3 (トリフェニルビスマス)、Sr源
としてSr(DPM)2 (ジピバロイル−ストロンチウ
ム)、Ta源としてTa(OCH3 5 等を選択する。
そして、アルゴンガスをキャリアとしたバブリング等の
手法で反応器に導入し、好ましくは基板の近傍で酸化性
ガスと接触させる。
As the MOCVD source, for example, Bi
BiPh 3 (triphenylbismuth) as the source, Sr (DPM) 2 (dipivaloyl-strontium) as the Sr source, Ta (OCH 3 ) 5 as the Ta source are selected.
Then, it is introduced into the reactor by a technique such as bubbling using argon gas as a carrier, and preferably brought into contact with an oxidizing gas in the vicinity of the substrate.

【0018】酸化性ガスの濃度については、好ましくは
試作した薄膜の組成をEPMA(電子プローブマイクロ
アナライザ)や蛍光X線装置などにより分析して、目的
の組成との比較を行いそれをもとに、正しい混合比およ
び酸化性ガスの濃度を設定する。成膜条件が適切であれ
ば、通常の酸素を酸化剤とするプロセスよりもはるかに
低い圧力で、充分なビスマスの堆積レートを得ることが
できる。
Regarding the concentration of the oxidizing gas, it is preferable to analyze the composition of the trial-produced thin film with an EPMA (electron probe microanalyzer), a fluorescent X-ray device, etc., and compare it with the target composition, and based on that, Set the correct mixing ratio and concentration of oxidizing gas. If the film forming conditions are appropriate, a sufficient deposition rate of bismuth can be obtained at a pressure far lower than that in a normal process using oxygen as an oxidant.

【0019】続いて、本発明によるビスマス化合物の製
造方法の具体例について説明する。この例は、酸素ガス
のみを酸化剤として用いた場合には極めて成膜が困難で
ある酸化ビスマス(Bi2 3 )、もしくはタンタル・
ストロンチウムに対して充分ビスマスが過剰である酸化
物の薄膜の成膜例である。
Next, specific examples of the method for producing a bismuth compound according to the present invention will be described. In this example, bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), which is extremely difficult to form a film when only oxygen gas is used as an oxidant, or tantalum.
It is an example of forming a thin film of an oxide having a sufficient excess of bismuth with respect to strontium.

【0020】この場合の本発明によるMOCVD法を実
施する装置の構成の一例を図1に示す。この装置は、い
わゆるフラッシュMOCVDと酸化性ガス配管を組み合
わせた装置の例である。
FIG. 1 shows an example of the structure of an apparatus for carrying out the MOCVD method according to the present invention in this case. This device is an example of a device that combines a so-called flash MOCVD and an oxidizing gas pipe.

【0021】この装置は、大きく分類して、反応器例え
ば石英反応管Qを含む反応および成膜を行う部分と、原
料(MOCVDソース)を反応器に供給する部分と、酸
化性ガスを反応器に供給する部分とからなる。
This apparatus is roughly classified into a reactor, for example, a portion including a quartz reaction tube Q for performing reaction and film formation, a portion for supplying a raw material (MOCVD source) to the reactor, and an oxidizing gas for the reactor. And the part that supplies it to.

【0022】原料を反応器に供給する部分は、Arガス
供給口G1 と、MOCVDの各ソース(原料)が入れら
れているソースボトルS1 ,S2 ,S3 、MOCVDソ
ースを混合調整する混合管M、MOCVDソースを注入
する液体注入ポンプP、MOCVDソースを気化してソ
ースガスとする気化器Vとからなり、Arガス供給口G
1 からのArガスは、流量調整のマスフローコントロー
ラ(MFC)を経て気化器Vと、各ソースボトルS1
2 ,S3 に供給されるようになされている。
In the portion for supplying the raw material to the reactor, the Ar gas supply port G 1 , the source bottles S 1 , S 2 , S 3 in which the respective sources (raw materials) for MOCVD are placed, and the MOCVD source are mixed and adjusted. It comprises a mixing tube M, a liquid injection pump P for injecting a MOCVD source, and a vaporizer V for vaporizing the MOCVD source into a source gas, and an Ar gas supply port G.
Ar gas from 1 passes through a mass flow controller (MFC) for flow rate adjustment, vaporizer V, each source bottle S 1 ,
It is designed to be supplied to S 2 and S 3 .

【0023】酸化性ガスを供給する部分は、酸素ガスお
よびN2 O等の各酸化性ガス供給口G2 およびG3 と、
酸素ガスが供給されてこれの酸化によりオゾンガスを生
成するオゾナイザOZとからなり、更に酸素ガス供給口
2 らの酸素ガス、オゾナイザOZからのオゾンガス、
2 Oガス供給口G3 からのN2 Oガスが、それぞれマ
スフローコントローラ(MFC)を経て石英反応管Qに
供給されるようになされている。
The portion for supplying the oxidizing gas is provided with respective oxidizing gas supply ports G 2 and G 3 for oxygen gas and N 2 O,
The oxygen gas is supplied to the ozonizer OZ to generate ozone gas by oxidation of the oxygen gas. Further, the oxygen gas from the oxygen gas supply port G 2 and the ozone gas from the ozonizer OZ,
N 2 O gas from the N 2 O gas supply port G 3 are respectively adapted to be supplied to the quartz reaction tube Q via a mass flow controller (MFC).

【0024】反応器を含む反応および成膜を行う部分
は、酸化反応を行う石英反応管Qが設けられた成膜室R
1 、石英反応管Q内の加熱を行うRFコイルC、成膜室
1 とゲートバルブGVで隔てられたロードロック室R
2 からなり、この反応器内にはMOCVD法により成膜
を行う基板Subの支持体でグラファイトよりなるサセ
プタSCの出し入れを行うトランスファーロッドTRが
配置される。このほか真空ポンプ等排気系に接続された
排気管Dを有してなる。
A portion including a reactor for performing reaction and film formation is a film forming chamber R provided with a quartz reaction tube Q for performing an oxidation reaction.
1 , RF coil C for heating the inside of quartz reaction tube Q, load chamber R 1 separated from film forming chamber R 1 by gate valve GV
In this reactor, a transfer rod TR for loading and unloading the susceptor SC made of graphite on the support of the substrate Sub on which a film is formed by the MOCVD method is arranged. In addition, it has an exhaust pipe D connected to an exhaust system such as a vacuum pump.

【0025】基板Subとしては、例えばシリコン上に
Ti,Ptを順次スパッタ法により堆積させたものを用
いる。
As the substrate Sub, for example, one obtained by sequentially depositing Ti and Pt on silicon by a sputtering method is used.

【0026】MOCVDソースとしては、Bi源にBi
Ph3 (トリフェニルビスマス)、Bi(O−Tol)
3 等を用いて、SrやTaなどの他の元素についても同
様に適当なものを選択する。
As the MOCVD source, Bi source is used as Bi source.
Ph 3 (triphenylbismuth), Bi (O-Tol)
Similarly, other suitable elements such as Sr and Ta are selected using 3 and the like.

【0027】これらのソース材料を有機溶媒などに溶か
しソースボトルS1 ,S2 ,S3 に入れた後、各ソース
ボトルにArガスを流して、ソースを液体状態でソース
ボトルS1 ,S2 ,S3 から混合管Mに導入し、各ソー
スを混合する。このとき混合比の調節は、バルブにより
各ソースボトルに流すArガスの流量を調節することに
より行う。
[0027] After these source materials were placed in the source bottle S 1, S 2, S 3 dissolved like in an organic solvent, by flowing Ar gas to each source bottle source bottle S 1 source in the liquid state, S 2 , S 3 to the mixing tube M and mix the respective sources. At this time, the mixing ratio is adjusted by adjusting the flow rate of Ar gas flowing into each source bottle with a valve.

【0028】混合したMOCVDソースを液体注入ポン
プPにより液体状態で気化器Vへ搬送する。気化器Vで
MFCを経たArキャリアガスと共に気化させて、石英
反応管Q内に導入する。このとき、気化器V内で好まし
くは0.1〜10torr程度に急激に減圧することにより
ソース溶液を気化させ、気相状態で石英反応管Q内の基
板Sub上に搬送する。また、このときソース材料が気
化器V内壁に析出付着しないように、気化器Vを適度に
加熱しておく。
The mixed MOCVD source is conveyed to the vaporizer V in a liquid state by the liquid injection pump P. It is vaporized in the vaporizer V together with the Ar carrier gas that has passed through the MFC and introduced into the quartz reaction tube Q. At this time, the source solution is vaporized by rapidly reducing the pressure in the vaporizer V, preferably to about 0.1 to 10 torr, and transported in the vapor phase state onto the substrate Sub in the quartz reaction tube Q. At this time, the vaporizer V is appropriately heated so that the source material does not deposit and adhere to the inner wall of the vaporizer V.

【0029】酸化性ガスについては、酸素ガスをオゾナ
イザOZに導入して数wt%程度のオゾンガスを生成さ
せ、これを酸素ガスやN2 Oガスで希釈する。これら酸
化性ガスをマスフローコントローラMFCにより、例え
ば希釈する酸素ガス+オゾナイザからの出力ガスの分圧
が全圧の50%程度(残りの50%はアルゴンキャリア
ガスの分圧)になるように流量を調整して供給する。
As for the oxidizing gas, oxygen gas is introduced into the ozonizer OZ to generate ozone gas of about several wt%, which is diluted with oxygen gas or N 2 O gas. The flow rate of these oxidizing gases is adjusted by the mass flow controller MFC so that the partial pressure of the oxygen gas to be diluted + the output gas from the ozonizer is about 50% of the total pressure (the remaining 50% is the partial pressure of the argon carrier gas). Adjust and supply.

【0030】成膜条件は、典型的には基板温度を400
〜700℃、反応ガス圧力を0.01〜50torrとす
る。
The film forming conditions are typically a substrate temperature of 400.
-700 degreeC and reaction gas pressure are 0.01-50 torr.

【0031】また、必要であれば、成膜した後に成膜温
度以上の温度で酸化性雰囲気中においてアニール(熱処
理)を行う。
If necessary, after film formation, annealing (heat treatment) is performed at a temperature equal to or higher than the film formation temperature in an oxidizing atmosphere.

【0032】これまでの酸素のみを酸化剤とするCVD
成膜においては、5torr程度以下の圧力では、温度によ
らず充分なビスマス組成を有するCVD膜を作製するこ
とは不可能であり、単独で(ストロンチウム、タンタル
を含まない)酸化ビスマスを堆積させることも困難であ
った。これに対し、数%以上のオゾンを含む酸化性雰囲
気によりCVD成膜を行うことにより、酸素のみの場合
の数十倍(タンタル比)のビスマスが膜中に導入され、
酸化ビスマスの成膜もできるようになる。
Conventional CVD using only oxygen as oxidant
In film formation, it is impossible to produce a CVD film having a sufficient bismuth composition regardless of temperature at a pressure of about 5 torr or less, and to deposit bismuth oxide alone (not containing strontium or tantalum). Was also difficult. On the other hand, by performing CVD film formation in an oxidizing atmosphere containing ozone of several percent or more, bismuth is introduced into the film by several tens of times (tantalum ratio) as compared with oxygen only,
It also becomes possible to form a film of bismuth oxide.

【0033】図2に反応ガス中でのオゾンガスの分圧と
膜の組成との関係を示す。ここでは、オゾナイザの出力
である酸化性ガス(オゾンを10wt%含む酸素ガス)
が酸素によって希釈され、この希釈された酸化性ガス
(オゾン+酸素)の総流量とキャリアのアルゴンガスの
流量とをそれぞれ900sccmに保たれている。すな
わち、希釈された酸化性ガスとアルゴンガスとがともに
分圧が50%に保たれている。また、膜の組成はタンタ
ル組成を2として規格化して、ビスマス組成(●印)と
ストロンチウム組成(○印)をそれぞれ示している。
FIG. 2 shows the relationship between the partial pressure of ozone gas in the reaction gas and the composition of the film. Here, the oxidizing gas output from the ozonizer (oxygen gas containing 10 wt% ozone)
Is diluted with oxygen, and the total flow rate of the diluted oxidizing gas (ozone + oxygen) and the flow rate of the argon gas of the carrier are kept at 900 sccm. That is, the partial pressures of both the diluted oxidizing gas and the argon gas are kept at 50%. Further, the composition of the film is standardized with the tantalum composition being 2, and shows the bismuth composition (● mark) and the strontium composition (∘ mark), respectively.

【0034】図2から、0.4%程度の分圧のオゾンガ
スの導入によっても急激なビスマス組成の増加が見ら
れ、分圧0.8%ではタンタルの数十倍にも達すること
がわかる。このことから、オゾンガスの導入によりスト
ロンチウムやタンタルをほとんど含まない酸化ビスマス
が生成していると考えられる。またオゾンガスの分圧を
1.5%以上とすると、膜の組成中のビスマスが飽和す
るのに対しタンタルが引き続き増加するため、酸素分圧
の増加につれてビスマスの比率がしだいに少なくなる
が、オゾンを加えない酸素のみの場合(図中の0%)と
比較するとビスマスが増えていることがわかる。
It can be seen from FIG. 2 that the bismuth composition rapidly increases even when the ozone gas having a partial pressure of about 0.4% is introduced, and reaches tens of times that of tantalum at a partial pressure of 0.8%. From this, it is considered that the introduction of ozone gas produces bismuth oxide containing almost no strontium or tantalum. When the partial pressure of ozone gas is 1.5% or more, bismuth in the composition of the film is saturated, whereas tantalum continues to increase. Therefore, the proportion of bismuth gradually decreases as the oxygen partial pressure increases. It can be seen that bismuth is increased as compared with the case of only oxygen without addition (0% in the figure).

【0035】オゾンガスの分圧は、好ましくは全圧の
0.01〜20%の範囲とする。0.01%未満ではオ
ゾンガスを添加する効果が現れない。また20%以上の
分圧とするとオゾンガスは酸化性が強力でありまた取り
扱い上危険である。
The partial pressure of ozone gas is preferably in the range of 0.01 to 20% of the total pressure. If it is less than 0.01%, the effect of adding ozone gas does not appear. When the partial pressure is 20% or more, ozone gas has a strong oxidizing property and is dangerous in handling.

【0036】酸化性ガスの分圧が50%の条件で成膜し
た薄膜のX線回折パターンを図3に示す。酸化性ガスの
分圧が6%程度でもほぼ同様の回折図形を示す。図3に
おいて、Pt(111)と記載されたピークは、薄膜の
下の基板のPtによるピークであり、その他のピーク
は、酸素欠損フルオライト構造を有するビスマス化合物
(δ−Bi2 3 )のピークである。またピークに添え
た数字は、そのピークが相当する結晶面を表す。図3よ
り、(111)、(200)、(220)、(31
1)、(222)の各面の反射によるピークが観察さ
れ、フルオライト構造の特徴をよく表している。
The X-ray diffraction pattern of the thin film formed under the condition that the partial pressure of the oxidizing gas is 50% is shown in FIG. Almost the same diffraction pattern is exhibited even when the partial pressure of the oxidizing gas is about 6%. In FIG. 3, the peak described as Pt (111) is the peak due to Pt of the substrate under the thin film, and the other peaks are those of the bismuth compound (δ-Bi 2 O 3 ) having an oxygen-deficient fluorite structure. It is a peak. The number attached to the peak indicates the crystal plane to which the peak corresponds. From FIG. 3, (111), (200), (220), (31
The peaks due to the reflection of each surface of 1) and (222) are observed, which clearly shows the characteristics of the fluorite structure.

【0037】続いて、本発明によるビスマス化合物の製
造方法の他の具体例について説明する。この例ではBi
−Sr−Ta−Oで示されるビスマス複合酸化物薄膜を
作製する場合の例である。CVD装置は図1に示した装
置を同様にして適用することができる。
Next, another specific example of the method for producing a bismuth compound according to the present invention will be described. In this example Bi
This is an example in the case of producing a bismuth composite oxide thin film represented by -Sr-Ta-O. The CVD apparatus can be applied in the same manner as the apparatus shown in FIG.

【0038】自然酸化させたシリコンの(100)面上
にTiおよびPtをそれぞれ100nmずつ室温でのス
パッタ法にて順次堆積させ基板Subを形成する。
A substrate Sub is formed by sequentially depositing 100 nm each of Ti and Pt on the (100) plane of naturally oxidized silicon by a sputtering method at room temperature.

【0039】MOCVD法のソース原料として、それぞ
れ例えばBi源としてBiPh3 、Sr源としてSr
(DPM)2 、Ta源としてTa(O−iPr)3 等を
選択し、これらのソース材料をTHF(テトラヒドロフ
ラン)などの有機溶媒に溶かし、それぞれ0.1M/l
程度の濃度の溶液を作製する。
As source materials for the MOCVD method, for example, BiPh 3 as a Bi source and Sr as an Sr source, respectively.
(DPM) 2 , Ta (O-iPr) 3 or the like is selected as a Ta source, these source materials are dissolved in an organic solvent such as THF (tetrahydrofuran), and each is 0.1 M / l.
A solution having a certain concentration is prepared.

【0040】この溶液を適切な液体体積比で混合して、
Arガスにより搬送し気化器Vに導入する。各ソースの
混合比については、前述のように試作した薄膜の組成に
ついて分析を行い、目的の組成との比較を行って、それ
をもとに正しい混合比を設定する。
This solution was mixed at an appropriate liquid volume ratio,
It is carried by Ar gas and introduced into the vaporizer V. Regarding the mixing ratio of each source, the composition of the thin film produced as described above is analyzed, the composition is compared with the target composition, and the correct mixing ratio is set based on that.

【0041】気化したソース溶液を、気化器VからAr
キャリアガスと共にリアクターに導入する。気化器Vや
石英反応管Q内は0.2torr程度に減圧して、ソース溶
液を気化させる。そして気化したソース溶液を気相状態
で基板Sub上に搬送し堆積させる。このとき基板Su
bの温度は700℃程度にしておく。
The vaporized source solution is fed from the vaporizer V to Ar.
Introduce to the reactor with carrier gas. The inside of the vaporizer V and the quartz reaction tube Q is decompressed to about 0.2 torr to vaporize the source solution. Then, the vaporized source solution is transported and deposited on the substrate Sub in a vapor phase state. At this time, the substrate Su
The temperature of b is set to about 700 ° C.

【0042】一方、オゾン、N2 O、NO2 などの酸化
性ガスを気化器Vを通さず、直接石英反応管Qに導入す
る。Arキャリアガスと酸化性ガスとは、それぞれマス
フローコントローラMFCにて流量が900sccm程
度となるように調整して供給させる。
On the other hand, oxidizing gas such as ozone, N 2 O and NO 2 is directly introduced into the quartz reaction tube Q without passing through the vaporizer V. The Ar carrier gas and the oxidizing gas are supplied by adjusting their flow rates to about 900 sccm by the mass flow controller MFC.

【0043】このようにして、成膜のままのアニール処
理をしない状態、いわゆるアズ・デポ(asdepos
ition)状態でパイロクロア構造のBi−Sr−T
a−Oで示されるビスマス複合酸化物薄膜を得ることが
できる。
In this way, the so-called as depos state where the film is not annealed as it is
Bi-Sr-T with pyrochlore structure
A bismuth composite oxide thin film represented by aO can be obtained.

【0044】この薄膜のX線回折パターンを図4に示
す。図4において、Pt(111)、Pt(200)と
記載されたピークは、薄膜の下の基板のPtによるピー
クであり、それ以外は、パイロクロア構造を有するビス
マス複合酸化物(Bi−Sr−Ta−O)のピークであ
る。また添えた数字は、そのピークが相当する結晶面を
表す。図4より、(111)、(222)、(40
0)、(440)、(622)の各面の反射によるピー
クが観察され、パイロクロア構造の特徴をよく表してい
る。
The X-ray diffraction pattern of this thin film is shown in FIG. In FIG. 4, peaks described as Pt (111) and Pt (200) are peaks due to Pt of the substrate under the thin film, and other than that, bismuth compound oxide (Bi-Sr-Ta) having a pyrochlore structure is used. -O) peak. Also, the number attached indicates the crystal plane to which the peak corresponds. From FIG. 4, (111), (222), (40
0), (440), and (622) surface reflection peaks are observed, which clearly shows the characteristics of the pyrochlore structure.

【0045】このようにして、アズ・デポ状態でパイロ
クロア構造のBi−Sr−Ta−Oで示されるビスマス
複合酸化物薄膜を得ることができた。その他の組成のビ
スマス層状化合物についても、同様に成膜条件を調整す
ることにより目的の組成の薄膜を得ることができる。
In this way, a bismuth composite oxide thin film represented by Bi-Sr-Ta-O having a pyrochlore structure in the as-deposited state could be obtained. With respect to the bismuth layer compound having other composition, a thin film having a desired composition can be obtained by adjusting the film forming conditions in the same manner.

【0046】酸化性ガスの導入により、反応圧力を低圧
化できることから、均一性・段差被覆性が共に良好な薄
膜を形成できるほか、薄膜の清浄度を高め、また生産性
も高めることができる。
Since the reaction pressure can be lowered by introducing the oxidizing gas, a thin film having good uniformity and step coverage can be formed, and the cleanliness of the thin film can be improved and the productivity can be improved.

【0047】このとき生成させるパイロクロア構造の複
合酸化物は、立方晶系のパイロクロア構造の他、格子歪
み等により多少晶系の異なる構造や類似の構造でもよ
い。また、パイロクロア構造の複合酸化物は、やや不定
比性があるため多少組成や構造がパイロクロア構造から
ずれることがある。
The composite oxide having a pyrochlore structure produced at this time may have a cubic crystal pyrochlore structure, or a structure having a slightly different crystal system or a similar structure due to lattice distortion or the like. Further, since the composite oxide having a pyrochlore structure has a slight nonstoichiometry, the composition or structure may be slightly deviated from the pyrochlore structure.

【0048】尚、上述の実施例は本発明の一例であり、
本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取
り得る。
The above embodiment is an example of the present invention.
Various other configurations are possible without departing from the scope of the present invention.

【0049】[0049]

【発明の効果】上述の本発明によるビスマス化合物の化
学的気相成長方法によれば、成膜中にオゾン等の強い酸
化性ガスを導入することにより、通常の酸素を酸化剤と
して用いる方法では堆積させることが困難なビスマス
を、充分な堆積速度で成膜させることができる。
According to the above-described chemical vapor deposition method for bismuth compounds according to the present invention, a method of using normal oxygen as an oxidant by introducing a strong oxidizing gas such as ozone during film formation Bismuth, which is difficult to deposit, can be deposited at a sufficient deposition rate.

【0050】また、本発明製法により、各ガスの流量等
を調節することにより膜の組成を調整できることから、
ビスマス化合物例えばビスマス複合酸化物を成膜する際
に、その組成の制御がしやすくなる。
Further, according to the production method of the present invention, the composition of the film can be adjusted by adjusting the flow rate of each gas.
When a bismuth compound such as a bismuth composite oxide is formed, its composition can be easily controlled.

【0051】さらに、オゾンのような強い酸化剤を用い
ることにより、反応圧力を低く抑えることができ、従っ
て段差被覆性の向上を図ることができる。
Furthermore, by using a strong oxidizer such as ozone, the reaction pressure can be suppressed to a low level, and therefore the step coverage can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】MOCVD法による製造装置の構成例を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a manufacturing apparatus by a MOCVD method.

【図2】反応ガス中でのオゾンガスの分圧と膜の組成と
の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the partial pressure of ozone gas in a reaction gas and the composition of a film.

【図3】本発明による酸素欠損フルオライト構造を有す
るビスマス酸化物の薄膜のX線回折パターンである。
FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern of a thin film of bismuth oxide having an oxygen-deficient fluorite structure according to the present invention.

【図4】本発明によりアズ・デポ状態で得られたパイロ
クロア構造を有するビスマス複合酸化物の薄膜のX線回
折パターンである。
FIG. 4 is an X-ray diffraction pattern of a thin film of a bismuth composite oxide having a pyrochlore structure obtained in the as-deposited state according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Arガス供給口 G2 酸素ガス供給口 G3 2 Oガス供給口 OZ オゾナイザ MFC マスフローコントローラ S1 、S2 、S3 ソースボトル M 混合管 P 液体注入ポンプ V 気化器 Q 石英反応管 C RFコイル SC サセプタ Sub 基板 TR トランスファーロッド R1 成膜室 R2 ロードロック室 GV ゲートバルブ D 排気管G 1 Ar gas supply port G 2 Oxygen gas supply port G 3 N 2 O gas supply port OZ Ozonizer MFC Mass flow controller S 1 , S 2 , S 3 Source bottle M Mixing tube P Liquid injection pump V Vaporizer Q Quartz reaction tube C RF coil SC Susceptor Sub Substrate TR Transfer rod R 1 Film forming chamber R 2 Load lock chamber GV Gate valve D Exhaust pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 27/04 H01L 27/10 451 21/822 27/04 C 27/10 451 27/10 651 27/108 21/8242 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical indication location H01L 27/04 H01L 27/10 451 21/822 27/04 C 27/10 451 27/10 651 27 / 108 21/8242

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器中に原料ガスおよび酸化性ガス
を導入し、ビスマス化合物を堆積させる化学的気相成長
方法において、 上記酸化性ガスとしてオゾン、N2 O、NO2 より選ば
れる少なくとも1種を含有するガスを用いることを特徴
とする化学的気相成長方法。
1. A chemical vapor deposition method in which a source gas and an oxidizing gas are introduced into a reaction vessel and a bismuth compound is deposited, wherein the oxidizing gas is at least one selected from ozone, N 2 O and NO 2. A chemical vapor deposition method using a gas containing a seed.
【請求項2】 上記酸化性ガスが酸素ガスを含有するこ
とを特徴とする請求項1に記載の化学的気相成長方法。
2. The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the oxidizing gas contains oxygen gas.
【請求項3】 上記オゾンのガスの分圧を全圧の0.0
1〜20%の範囲に選定することを特徴とする請求項1
に記載の化学的気相成長方法。
3. The partial pressure of the ozone gas is 0.0 of the total pressure.
2. The range of 1 to 20% is selected.
The chemical vapor deposition method described in.
【請求項4】 上記酸化性ガスを上記反応容器に直接導
入することを特徴とする請求項1に記載の化学的気相成
長方法。
4. The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the oxidizing gas is directly introduced into the reaction vessel.
【請求項5】 上記ビスマス化合物をビスマス複合酸化
物とすることを特徴とする請求項1に記載の化学的気相
成長方法。
5. The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the bismuth compound is a bismuth composite oxide.
【請求項6】 上記ビスマス複合酸化物が、パイロクロ
ア構造のビスマス複合酸化物を含むことを特徴とする請
求項5に記載の化学的気相成長方法。
6. The chemical vapor deposition method according to claim 5, wherein the bismuth composite oxide contains a bismuth composite oxide having a pyrochlore structure.
【請求項7】 上記ビスマス化合物の堆積を、0.01
〜50torrの反応圧力の下で行うことを特徴とする請求
項1に記載の化学的気相成長方法。
7. The deposition of the bismuth compound is 0.01
The chemical vapor deposition method according to claim 1, wherein the chemical vapor deposition is performed under a reaction pressure of -50 torr.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020088128A (en) * 2001-05-17 2002-11-27 학교법인 포항공과대학교 Method for preparing bismuth oxide thin films by metal-organic chemical vapor deposition
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