(57)【要約】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、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と、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。
2005527104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ＰｂＯ２−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。
【請求項２】
前記所定のＰｂ濃度の範囲が、０．３５ｍｏｌ／Ｌ〜０．６５ｍｏｌ／Ｌである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定のＰｂ：Ｇｅモル比は、約５〜５．５：３の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項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、ＰｂＯ２−メトキシエタノールに加えて、約０．３５ｍｏｌ／Ｌ〜０．６５ｍｏｌ／Ｌ範囲内の所定の金属イオン濃度および約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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【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】
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、ＰｂＯ２−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。
【図１】
2005527104.tif 000003
【国際調査報告】
2005527104.tif 000004
2005527104.tif 000005
2005527104.tif 000006