JPH10219449A - 薄膜形成用溶液及び薄膜形成方法 - Google Patents

薄膜形成用溶液及び薄膜形成方法

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JPH10219449A
JPH10219449A JP2521097A JP2521097A JPH10219449A JP H10219449 A JPH10219449 A JP H10219449A JP 2521097 A JP2521097 A JP 2521097A JP 2521097 A JP2521097 A JP 2521097A JP H10219449 A JPH10219449 A JP H10219449A
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篤 齋
Kazuo Wakabayashi
和夫 若林
Katsumi Ogi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 目標値通りの組成の薄膜を形成できる溶液
と、それを用いた薄膜形成方法を提供する。 【解決手段】 ピリジン又はピリジン誘導体(例えばル
チジン)にBiPh3、Bi(o−tol)3 、Sr(D
PM)2 ・TEG、Sr(DOM)2 ・TETを溶解さ
せた薄膜形成用溶液。この溶液を用いてMOCVD法に
より薄膜を形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は誘電体膜、半導体
膜、光学薄膜、表面強化膜、薄膜触媒等として有用な薄
膜を有機金属化学蒸着法(MOCVD法)にて形成する
ための溶液と、これを用いた薄膜形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】これまで誘電体膜の作製にはアルコキシ
ド原料を用いてスピンコートで成膜するゾルゲル法が盛
んに研究されてきた。しかし、近年デバイスの高集積化
を見越して、ステップカバレッジ性に優れた有機金属化
学蒸着法(MOCVD法)で誘電体膜の作製を試みる研
究が盛んに行われ始めてきた。原料にはSr(DPM)
2 Ln(Lnは配位子)、Ti(i−PrO)4 ,Bi
(o−tol)3 ,Bi(Ph)3 ,Ta(OEt)5
を用いてテトラヒドロフラン(THF)を溶媒とする溶
液原料が採用され、成膜室の前で特定の気化器で気化さ
せ、成膜するものである(特開平7−249616号公
報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】THFを溶媒とした溶
液を2種類以上用いて複合酸化物の薄膜を形成する場
合、おそらくは各溶液の安定性にかなりの差異があるた
めに、目標とする組成の薄膜を形成することがきわめて
困難であることが見出された。とくに、有機ビスマス化
合物をTHFに溶解させた溶液は安定性が低く、室温で
も分解し黒色化する。
【0004】本発明は、目標組成の薄膜を容易に形成す
ることができ、しかも安定性が高い薄膜形成用溶液と、
それを用いた薄膜形成方法を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成用溶液
は、有機ビスマス化合物、有機ストロンチウム化合物、
有機チタン化合物及び有機タンタル化合物の少なくとも
1種をピリジン及び/又はピリジン誘導体に溶解させた
ものである。
【0006】本発明の薄膜形成方法は、これらの1種又
は2種以上の溶液を用いて化学蒸着法により薄膜を形成
するものである。
【0007】本発明で用いるピリジン及び/又はピリジ
ン誘導体よりなる有機溶媒は、電子供与能が高く、従来
のTHFより配位化学的に有機ビスマス又はストロンチ
ウム化合物に配位し、これらの化合物の液中での安定化
をもたらす。とくに、ルチジン(ジメチルピリジン)は
メチル基が嵩高く、多分子の接近による複合錯化効果で
生じる材料分子の不均一性を抑制するため、成膜時にお
いてもきわめて安定している。このように安定した有機
金属溶液を用いることにより、目標組成通りの割合にて
各有機金属化合物を成膜室内に供給し、基板上に目標組
成通りの薄膜を形成することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明で用いる有機ビスマス化合
物としては、トリフェニルビスマス(以下、BiPh3
と記載する。)又はトリオルトトリルビスマス(Bi
(o−tol)3 )が好ましい。有機ストロンチウム化
合物としてはストロンチウムジピバロイルメタナートテ
トラグラム(以下、Sr(DPM)2 ・TEGと記載す
る。)又はストロンチウムジピバロイルメタナートトリ
エチルテトラミン(以下、Sr(DPM)2 ・TETと
記載する。)が好ましい。チタン又はタンタルの化合物
としては、プロポキシド、エトキシド等のアルコキシド
や、β−ジケトン(例えばジピバロイルメタン)化合物
などが好ましい。
【0009】これらの有機金属化合物を溶かし込む有機
溶媒としては、ピリジン又はピリジン誘導体が用いられ
る。ピリジン誘導体としてはルチジンが好ましい。ルチ
ジンには2,6−、2,5−、2,4−、2,3−、
3,4−、3,5−の異性体があるが、これらのうちい
ずれをも用いることができる。
【0010】この溶液の有機金属化合物の濃度は、0.
01〜2モル/L(リットル)とくに0.05〜1モル
/L程度が好ましい。
【0011】本発明では、1種の上記有機溶媒を用いて
も良く、2種以上の上記有機溶媒を混合した混合溶媒を
用いても良い。混合割合は任意である。
【0012】本発明では、溶媒に対し上記有機金属化合
物の1種のみを溶解させても良く、複数を溶解させても
良い。ストロンチウム化合物あるいはビスマス化合物、
チタン化合物又はタンタル化合物としても2種以上の化
合物を溶解させても良い。
【0013】本発明では、このような有機金属化合物を
用いて薄膜をMOCVD法によって形成する。MOCV
D装置としては周知のもので良い。例えば、各有機金属
化合物の混合溶液を調製しておくか、あるいは各有機金
属化合物単独の溶液を予め設定された供給量で容器から
送り出して混合する。そして、この混合溶液をインジェ
クションポンプによって気化器内に噴射し、キャリアガ
スと共に蒸気を成膜室内に供給し、さらに酸素を成膜室
内に供給すれば良い。キャリアガスとしては、Ar等の
希ガスが好適である。原料やキャリアガスの供給速度は
製造装置の大きさ等に応じて適宜選定すれば良い。気化
温度は200〜250℃程度が好ましい。
【0014】成膜室内に配置する基板としてはSiO2
基板の上にPtを蒸着したものが好適であるがPt/M
gOなども用いることができる。成膜時の基板温度は3
50〜800℃とりわけ400〜750℃とくに400
〜700℃程度が好ましい。成膜圧力は、1〜100T
orrとりわけ5〜50Torr程度が好ましい。
【0015】本発明によると、例えばBi−Ti複合酸
化物、Bi−Sr−Ta複合酸化物、Sr−Ti,Ta
−Srなどの複合酸化物薄膜を目標組成通りに製造する
ことができる。なお、Bi,Sr,Ti,Ta以外の金
属の有機化合物をさらに含んでいても良い。
【0016】
【実施例】 実施例1(実験No.1〜6) BiPh3 、チタニウムイソプロポキシド(Ti(O−
i−Pr)4 )を表1の膜組成比通りに2,6−ルチジ
ンに溶解させた混合溶液を用い、MOCVD法によりB
i−Ti複合酸化物薄膜を次の条件により製造した。
【0017】基板 : Pt/SiO2 (大きさ2.5
×2.5cm) 基板温度 : 表1の通り(単位℃) 成膜時間 : 30min 成膜圧力 : 10Torr 溶液濃度 : 0.1モル/L 溶液供給速度 : 0.05cc/min キャリアガス : Ar 200cc/min 気化温度 : 225℃ 反応ガス : O2 、500cc/min その結果、表1に示す目標値通りの膜組成の薄膜(厚さ
約0.2μmÅ)を形成することができた。
【0018】実施例1(実験No.7〜12) 有機ビスマス化合物としてBi(o−tol)3 を用い
たほかは実施例1のNo.1〜6と同様にして薄膜を形
成した。膜組成は表1の通りであった。
【0019】比較例1 溶媒をTHFとしたほかは実施例1のNo.1〜12と
同様にして薄膜を形成した。膜組成は表1の通りであっ
た。
【0020】なお、比較例のNo.1で用いた混合溶液
の組成は実施例1のNO.1と同じであり、比較例のN
o.2で用いた混合溶液の組成は実施例1のNo.2と
同じであり、以下比較例NO.12までそれぞれ実施例
1のNo.12までとそれぞれ同じ組成の混合溶液を用
いた。
【0021】表1から明らかな通り、本発明によると目
標値通りの膜組成の薄膜を形成することができる。一
方、比較例にあっては、薄膜組成が目標値から著しくず
れている。
【0022】実施例2 有機溶媒を2,5−ルチジンとしたほかは実施例1と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表2の通りであ
る。
【0023】実施例3 有機溶媒を2,4−ルチジンとしたほかは実施例1と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表3の通りであ
る。
【0024】実施例4 有機溶媒を2,3−ルチジンとしたほかは実施例1と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表4の通りであ
る。
【0025】実施例5 有機溶媒を3,4−ルチジンとしたほかは実施例1と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表5の通りであ
る。
【0026】実施例6 有機溶媒を3,5−ルチジンとしたほかは実施例1と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表6の通りであ
る。
【0027】実施例7 有機溶媒をピリジンとしたほかは実施例1と同様にして
薄膜を形成した。薄膜組成は表7の通りである。
【0028】実施例8(実験No.1〜6) BiPh3 、Sr(DPM)2 ・TEG、タンタルペン
タエトキシド(Ta(OEt)5 )を表1の膜組成比通
りに2,6−ルチジンに溶解させた混合溶液を用いたほ
かは実施例1の実験No.1〜6と同様にしてSr−B
i−Ta複合酸化物薄膜を形成した。膜組成は表8の目
標値通りのものであった。
【0029】実施例8(実験No.7〜12) BiPh3 の代わりにBi(o−tol)3 を用いたほ
かは実施例8のNo.1〜6と同様にして薄膜を形成し
た。薄膜組成は表8の目標値通りであった。
【0030】比較例2 溶媒としてTHFを用いたほかは実施例8のNo.1〜
12と同様にして薄膜を形成した。この薄膜の組成は表
8の通り、目標値から著しく異なっている。
【0031】実施例9 有機溶媒を2,5−ルチジンとしたほかは実施例8と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表9の通りであ
る。
【0032】実施例10 有機溶媒を2,4−ルチジンとしたほかは実施例8と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表10の通りであ
る。
【0033】実施例11 有機溶媒を2,3−ルチジンとしたほかは実施例8と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表11の通りであ
る。
【0034】実施例12 有機溶媒を3,5−ルチジンとしたほかは実施例8と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表12の通りであ
る。
【0035】実施例13 有機溶媒を3,4−ルチジンとしたほかは実施例8と同
様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表13の通りであ
る。
【0036】実施例14 有機溶媒をピリジンとしたほかは実施例8と同様にして
薄膜を形成した。薄膜組成は表14の通りである。
【0037】実施例15 Sr(DPM)2 ・TEGの代わりにSr(DPM)2
・TETを用いたほかは実施例8と同様にしてSr−B
i−Ta複合酸化物薄膜を形成した。膜組成は表15の
目標値通りのものであった。
【0038】比較例3 溶媒としてTHFを用いたほかは実施例15と同様にし
て薄膜を形成した。この薄膜の組成は、表15の通り、
目標値から著しく異なっている。
【0039】実施例16 有機溶媒を2,5−ルチジンとしたほかは実施例15と
同様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表16の通りで
ある。
【0040】実施例17 有機溶媒を2,4−ルチジンとしたほかは実施例15と
同様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表17の通りで
ある。
【0041】実施例18 有機溶媒を2,3−ルチジンとしたほかは実施例15と
同様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表18の通りで
ある。
【0042】実施例19 有機溶媒を3,5−ルチジンとしたほかは実施例15と
同様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表19の通りで
ある。
【0043】実施例20 有機溶媒を3,4−ルチジンとしたほかは実施例15と
同様にして薄膜を形成した。薄膜組成は表20の通りで
ある。
【0044】実施例21 有機溶媒をピリジンとしたほかは実施例15と同様にし
て薄膜を形成した。薄膜組成は表21の通りである。
【0045】実施例2〜21及び比較例2、3において
も各表2〜21から明らかな通り、本発明によると目標
通りの組成の薄膜を形成できる。これに対し、THFを
用いた比較例2,3にあっては薄膜組成が目標値から大
きくずれている。
【0046】なお、有機Sr化合物をSr(DPM)2
・2,6−ルチジン、Sr(DPM)2 ・2,5−ルチ
ジン、Sr(DPM)2 ・2,4−ルチジン、Sr(D
PM)2 ・2,3−ルチジン、及びSr(DPM)2
ピリジンのいずれかとし、溶媒を2,6−ルチジン、
2,5−ルチジン、2,4−ルチジン、2,3−ルチジ
ン、及びピリジンのいずれかとした場合、いずれの組み
合わせにおいても目標値通りの組成のBi−Sr−Ta
複合酸化物薄膜を形成できた。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【表3】
【0050】
【表4】
【0051】
【表5】
【0052】
【表6】
【0053】
【表7】
【0054】
【表8】
【0055】
【表9】
【0056】
【表10】
【0057】
【表11】
【0058】
【表12】
【0059】
【表13】
【0060】
【表14】
【0061】
【表15】
【0062】
【表16】
【0063】
【表17】
【0064】
【表18】
【0065】
【表19】
【0066】
【表20】
【0067】
【表21】
【0068】
【発明の効果】以上の通り、本発明によると目標値通り
の組成の薄膜を形成できる。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機ビスマス化合物、有機ストロンチウ
    ム化合物、有機チタン化合物及び有機タンタル化合物の
    少なくとも1種を有機溶媒に溶解してなる化学蒸着法に
    よる薄膜形成用溶液において、有機溶媒がピリジン及び
    /又はピリジン誘導体であることを特徴とする薄膜形成
    用溶液。
  2. 【請求項2】 請求項1において、有機ビスマス化合物
    がトリフェニルビスマス又はトリオルトトリルビスマス
    であることを特徴とする薄膜形成用溶液。
  3. 【請求項3】 請求項1において、有機ストロンチウム
    化合物がストロンチウムジピバロイルメタナートテトラ
    グライム又はストロンチウムジピバロイルメタナートト
    リエチルテトラミンであることを特徴とする薄膜形成用
    溶液。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記化合物のうちの
    いずれか1種のみを前記有機溶媒に溶解させてなること
    を特徴とする薄膜形成用溶液。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記化合物が有機ビ
    スマス化合物又は有機ストロンチウム化合物であること
    を特徴とする薄膜形成用溶液。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記化合物のうちの
    複数を前記有機溶媒に溶解させてなることを特徴とする
    薄膜形成用溶液。
  7. 【請求項7】 請求項6において、前記化合物が有機ビ
    スマス化合物と有機チタン化合物とからなることを特徴
    とする薄膜形成用溶液。
  8. 【請求項8】 請求項6において、前記化合物が有機ス
    トロンチウム化合物と有機タンタル化合物とからなるこ
    とを特徴とする薄膜形成用溶液。
  9. 【請求項9】 請求項6において、前記化合物が有機ス
    トロンチウム化合物と有機チタン化合物とからなること
    を特徴とする薄膜形成用溶液。
  10. 【請求項10】 請求項6において、前記化合物が有機
    ビスマス化合物と有機ストロンチウム化合物と有機チタ
    ン化合物とからなることを特徴とする薄膜形成用溶液。
  11. 【請求項11】 請求項1ないし10のいずれか1項に
    おいて、前記ピリジン誘導体がルチジンであることを特
    徴とする薄膜形成用溶液。
  12. 【請求項12】 請求項1ないし11のいずれか1項に
    記載の溶液を用いて化学蒸着法により薄膜を形成するこ
    とを特徴とする薄膜形成方法。
  13. 【請求項13】 請求項12において、薄膜が誘電体薄
    膜であることを特徴とする薄膜形成方法。
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