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特許7235466ランタノイド化合物、ランタノイド含有薄膜、および該ランタノイド化合物を用いたランタノイド含有薄膜の成膜方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-28
(45)【発行日】2023-03-08
(54)【発明の名称】ランタノイド化合物、ランタノイド含有薄膜、および該ランタノイド化合物を用いたランタノイド含有薄膜の成膜方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/316 20060101AFI20230301BHJP
C23C 16/40 20060101ALI20230301BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20230301BHJP
C09K 11/06 20060101ALI20230301BHJP
H01L 21/31 20060101ALN20230301BHJP
【ＦＩ】
H01L21/316 X
C23C16/40
C23C16/34
C09K11/06
C09K11/06 660
H01L21/31 B
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2018187024
(22)【出願日】2018-10-02
(65)【公開番号】P2019134154
(43)【公開日】2019-08-08
【審査請求日】2021-09-10
(31)【優先権主張番号】P 2018011070
(32)【優先日】2018-01-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】591036572
【氏名又は名称】レール・リキード－ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード
(74)【代理人】
【識別番号】100090398
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 美千栄
(74)【代理人】
【識別番号】100090387
【弁理士】
【氏名又は名称】布施 行夫
(72)【発明者】
【氏名】大野 剛嗣
(72)【発明者】
【氏名】クリスチャン デュサラ
(72)【発明者】
【氏名】関 倫宏
【審査官】鈴木 智之
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－２５６４１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５３９２３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１１－５２２８３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２６５９７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１７５４８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１３２６６９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３１５１６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００２－３３８５９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５２７１４７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｃ２３Ｃ １６／４０
Ｃ２３Ｃ １６／３４
Ｃ０９Ｋ １１／０６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式（１）で表されるランタノイド化合物。Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは、ＮＭｅ ３ 、ＮＥｔ ３ 、Ｎ ｉ Ｐｒ ３ 、ＮＭｅＥｔ ２ 、ＮＣ ５ Ｈ ５ 、Ｅｔ ２ Ｓ、 ｎ Ｐｒ ２ Ｓ、ＴＭＥＤＡ、Ｐ（ＣＨ ３ ） ３ 、ビピリジン、および ｎ Ｂｕ ２ Ｓからなる群より選択され、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【請求項2】
下記一般式（２）で表されるランタノイド化合物。Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは、ＮＭｅ ３ 、ＮＥｔ ３ 、Ｎ ｉ Ｐｒ ３ 、ＮＭｅＥｔ ２ 、ＮＣ ５ Ｈ ５ 、Ｅｔ ２ Ｓ、 ｎ Ｐｒ ２ Ｓ、ＴＭＥＤＡ、Ｐ（ＣＨ ３ ） ３ 、ビピリジン、および ｎ Ｂｕ ２ Ｓからなる群より選択され、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【請求項3】
Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２、Ｔｍ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２またはＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２である、請求項１に記載のランタノイド化合物。
【請求項4】
Ｓｍ（
ｉ
Ｐｒ
３
Ｃｐ）
２
である、請求項２に記載のランタノイド化合物。
【請求項5】
化学気相成長法または原子層堆積法によってランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料である、請求項１または請求項２に記載のランタノイド化合物。
【請求項6】
ランタノイド含有薄膜を成膜させる方法であって、基板をチャンバーに導入させる基板導入工程と、
下記一般式（１）または下記一般式（２）で表されるランタノイド化合物を、前記基板が配置されたチャンバーに導入するランタノイド化合物導入工程と、
前記ランタノイド含有薄膜を形成するように、前記ランタノイド化合物の少なくとも一部を前記基板上に成膜させる成膜工程と、
を含むランタノイド含有薄膜の成膜方法。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【請求項7】
前記成膜工程が、化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス化学気相成長（ＰＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＳＡＣＶＤ）、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、空間的ＡＬＤ、ラジカル支援成膜、超臨界流体成膜、およびそれらの組合せからなる群より選択される、請求項６に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【請求項8】
酸素、窒素、硫黄およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む反応ガスを、前記基板が配置されたチャンバーに導入する反応ガス導入工程をさらに含む、請求項６または請求項７に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【請求項9】
前記反応ガスは、水、酸素、オゾン、窒素、アンモニア、ヒドラジン、硫化水素およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする、請求項８に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【請求項10】
前記ランタノイド化合物導入工程と、前記反応ガス導入工程とを、交互に所定回数行うことを特徴とする、請求項８または請求項９に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【請求項11】
前記基板上にＧａＮ含有膜を成膜させるＧａＮ含有膜成膜工程をさらに含み、前記ランタノイド含有薄膜はランタノイド原子を含有するＧａＮ層を含む、請求項６または請求項７に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【請求項12】
前記成膜工程が、０℃以上１２００℃以下の温度で行われる、請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【請求項13】
前記チャンバー内の圧力が、０．０６Ｔｏｒｒ以上大気圧以下である、請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載のランタノイド含有薄膜の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ランタノイド化合物、ランタノイド含有薄膜、および該ランタノイド化合物を用いたランタノイド含有薄膜の成膜方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ランタノイドは、電子配置が通常の元素とは異なるために物理的に特異な性質を示し、エレクトロニクス、発光および光学デバイスといった様々な用途を有する。これらは、デバイスの寸法によって粉末または薄膜として使用することが可能である。
【0003】
例えば、ユウロピウムを含有した薄膜としては、ユウロピウムをゲート絶縁膜に添加したり、光学材料に添加したりした薄膜が知られていた（例えば、特許文献１）。
特許文献１では、このようなユウロピウム含有薄膜を化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法と略記する）や原子層堆積法（以下、ＡＬＤ法と略記する）により形成する際に用いられる前駆体として、三価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物や二価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物を開示する。
三価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物としては、例えばトリスシクロペンタジエニルユウロピウム（以下、ＥｕＣｐ３と略記する）が開示されている。
二価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物としては、例えばＥｕ（Ｍｅ５Ｃｐ）２が開示されている。
特許文献１では、このようなユウロピウム含有薄膜を化学気相成長法（以下、ＣＶＤ法と略記する）や原子層堆積法（以下、ＡＬＤ法と略記する）により形成する際に用いられる前駆体として、三価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物や二価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物を開示する。
三価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物としては、例えばトリスシクロペンタジエニルユウロピウム（以下、ＥｕＣｐ３と略記する）が開示されている。
二価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物としては、例えばＥｕ（Ｍｅ５Ｃｐ）２が開示されている。
【0004】
また、特許文献２には、Ｅｕ（Ｍｅ５Ｃｐ）２のシクロペンタジエニル基の一つの側鎖であるメチル基を長鎖アルキル基に置換した二価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物であるＥｕ（Ｍｅ４ＲＣｐ）２(Ｒはエチル、ノルマルプロピル、ノルマルブチルまたはノルマルペンチル)が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許第７７５９７４６号明細書
【文献】米国特許第８７４７９６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、特許文献１に開示されるシクロペンタジエニル基を有する三価のランタノイド化合物は、供給時に固体状態であることが多く、取り扱いが困難である。さらに、シクロペンタジエニル基を有する三価のユウロピウムは熱安定性が低い。
また、ランタノイド化合物中のシクロペンタジエニル基が置換基を有しない場合や、置換基が１つである場合には多量体を形成しやすい。一般に、多量体を形成すると蒸気圧が低下することから、ランタノイド含有薄膜の成膜に必要な蒸気量を確保することは困難である。
一方、側鎖を４つまたは５つ有する場合には蒸気圧が低下し、融点が高くなる傾向にある。一般に、CVD法やALD法において使用される原料容器や配管の加熱温度は、バルブ等の耐熱性の問題から、所定の温度（例えば１８０℃）以下に設定される。蒸気圧が低い場合には、所定の温度において基板に十分なランタノイド化合物の蒸気を供給することができず、成膜速度が低下するため、スループットが低下するという問題がある。さらに、融点が高く、ランタノイド化合物を供給する温度において固体である場合には安定した供給が困難である。
また、ランタノイド化合物中のシクロペンタジエニル基が置換基を有しない場合や、置換基が１つである場合には多量体を形成しやすい。一般に、多量体を形成すると蒸気圧が低下することから、ランタノイド含有薄膜の成膜に必要な蒸気量を確保することは困難である。
一方、側鎖を４つまたは５つ有する場合には蒸気圧が低下し、融点が高くなる傾向にある。一般に、CVD法やALD法において使用される原料容器や配管の加熱温度は、バルブ等の耐熱性の問題から、所定の温度（例えば１８０℃）以下に設定される。蒸気圧が低い場合には、所定の温度において基板に十分なランタノイド化合物の蒸気を供給することができず、成膜速度が低下するため、スループットが低下するという問題がある。さらに、融点が高く、ランタノイド化合物を供給する温度において固体である場合には安定した供給が困難である。
【0007】
特許文献２に開示される二価のシクロペンタジエニル系ランタノイド化合物は、シクロペンタジエニル基の有する5つの置換基のうち１つの置換基に長鎖アルキル基があるため、融点は低いものの、蒸気圧も低いという問題がある。そのため、液体状態での供給は可能であるが、十分な成膜速度を得るために必要な量の蒸気を供給することが困難である。したがって、これらのランタノイド化合物もランタノイド含有薄膜の成膜に適していない。
【0008】
以上のことから、融点が供給するときの温度よりも低いことにより液体状態で使用することが可能であり、十分な蒸気圧を有するランタノイド含有薄膜成膜用のランタノイド化合物が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【0009】
表記法および命名法、幾つかの略語、記号および用語を以下の明細書および特許請求の範囲全体を通して使用する。
【0010】
本明細書で使用される場合、「アルキル基」という用語は、炭素原子および水素原子のみを含有する飽和または不飽和官能基を指す。さらに、「アルキル基」という用語は直鎖、分岐又は環状アルキル基を指す。直鎖アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等が挙げられるが、これらに限定されない。分岐アルキル基の例としては、ｔ－ブチルが挙げられるが、これに限定されない。環状アルキル基の例としては、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられるが、これらに限定されない。架橋アルキル基の例としては、単一の金属原子に配位するビニル基等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0011】
本明細書で使用される場合、略語「Ｍｅ」はメチル基を指し、略語「Ｅｔ」はエチル基を指し、略語「Ｐｒ」は任意のプロピル基（すなわち、ノルマルプロピル又はイソプロピル）を指し、略語「ｉＰｒ」はイソプロピル基を指し、略語「Ｂｕ」は任意のブチル基（ノルマルブチル、イソブチル、ターシャリーブチル、セカンダリーブチル）を指し、略語「ｔＢｕ」はターシャリーブチル基を指し、略語「ｓＢｕ」はセカンダリーブチル基を指し、略語「ｉＢｕ」はイソブチル基を指し、略語「Ｌｎ」はランタノイドを指し、略語「ＴＨＦ」はテトラヒドロフランを指し、略語「ＴＭＥＤＡ」はテトラメチルエチレンジアミンを指し、「ＤＭＥ」はジメトキシエタンを指す。
【0012】
元素周期表による元素の一般的な略語が本明細書中で使用される。元素がこれらの略語によって言及される場合もある（例えば、Ｎｄはネオジムを指し、Euはユウロピウムを指し、Ｓｍはサマリウムを指し、Ｄｙはジスプロシウムを指し、Ｔｍはツリウムを指し、Ｙｂはイッテルビウムを指す等）。
【0013】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【0014】
［適用例１］
本発明に係るランタノイド化合物は、下記一般式（１）で表される化合物である。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
本発明に係るランタノイド化合物は、下記一般式（１）で表される化合物である。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【0015】
［適用例２］
本発明に係るランタノイド化合物はまた、下記一般式（２）で表されるランタノイド化合物である。
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
本発明に係るランタノイド化合物はまた、下記一般式（２）で表されるランタノイド化合物である。
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【0016】
上記の適用例１または適用例２のランタノイド化合物は、原子価が二価であり、シクロペンタジエニル基上に２または３の置換基を有する。酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素を付加物として有しても良い。
該ランタノイド化合物は、二価のランタノイド化合物であるため、三価のランタノイド化合物と比較して融点が低い。さらに、三価のランタノイド化合物と比較して、高い蒸気圧を有する傾向にある。
該ランタノイド化合物の融点は１８０℃以下であることが好ましく、１２０℃以下であることがさらに好ましく、８０℃以下であることがさらにより好ましい。
該ランタノイド化合物の蒸気圧は１７０℃において０．５ＴＯｒｒ以上であることが好ましい。
また、該ランタノイド化合物は、多量体を形成しないランタノイド化合物であることが好ましい。シクロペンタジエニル基上の置換基が０または１であるランタノイド化合物と比較して、多量体の形成を起こしにくい。このため、ランタノイド化合物の合成、輸送、供給の各プロセスにおいて多量体の形成をするおそれが少なく、多量体を形成することによる蒸気圧の低下がないため、十分な成膜速度を得るために必要な量の蒸気を供給することが可能となる。
さらに、二価の原子価を有し、かつ、シクロペンタジエニル基上の置換基が４または５であるランタノイド化合物と比較すると、分子量が小さく、蒸気圧が高い。
所望の蒸気圧を得るため、シクロペンタジエニル基上の置換基は炭素数が５以下のアルキル基であることが好ましい。シクロペンタジエニル基上に炭素数が５よりも多い置換基を有する場合には蒸気圧が低くなる傾向になるためである。
該ランタノイド化合物は、二価のランタノイド化合物であるため、三価のランタノイド化合物と比較して融点が低い。さらに、三価のランタノイド化合物と比較して、高い蒸気圧を有する傾向にある。
該ランタノイド化合物の融点は１８０℃以下であることが好ましく、１２０℃以下であることがさらに好ましく、８０℃以下であることがさらにより好ましい。
該ランタノイド化合物の蒸気圧は１７０℃において０．５ＴＯｒｒ以上であることが好ましい。
また、該ランタノイド化合物は、多量体を形成しないランタノイド化合物であることが好ましい。シクロペンタジエニル基上の置換基が０または１であるランタノイド化合物と比較して、多量体の形成を起こしにくい。このため、ランタノイド化合物の合成、輸送、供給の各プロセスにおいて多量体の形成をするおそれが少なく、多量体を形成することによる蒸気圧の低下がないため、十分な成膜速度を得るために必要な量の蒸気を供給することが可能となる。
さらに、二価の原子価を有し、かつ、シクロペンタジエニル基上の置換基が４または５であるランタノイド化合物と比較すると、分子量が小さく、蒸気圧が高い。
所望の蒸気圧を得るため、シクロペンタジエニル基上の置換基は炭素数が５以下のアルキル基であることが好ましい。シクロペンタジエニル基上に炭素数が５よりも多い置換基を有する場合には蒸気圧が低くなる傾向になるためである。
【0017】
［適用例３］
適用例１または２のランタノイド化合物は、Ｓｍ（iPr３Ｃｐ）２、Eu（iPr３Ｃｐ）２、Ｔｍ（iPr３Ｃｐ）２またはＹｂ（iPr３Ｃｐ）２であってもよい。
適用例１または２のランタノイド化合物は、Ｓｍ（iPr３Ｃｐ）２、Eu（iPr３Ｃｐ）２、Ｔｍ（iPr３Ｃｐ）２またはＹｂ（iPr３Ｃｐ）２であってもよい。
【0018】
かかる適用例によれば、ランタノイド化合物の熱安定性が特に高く、十分な蒸気圧を有する。さらに通常該ランタノイド化合物を供給する温度（例えば８０℃）において液体状態である。これらのことから、ランタノイド含有薄膜を成膜するための材料として、本適用例にかかるランタノイド化合物は特に好適である。
【0019】
［適用例４］
適用例１または適用例２のランタノイド化合物は、半導体デバイス製造用ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料であってもよい。
適用例１または適用例２のランタノイド化合物は、半導体デバイス製造用ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料であってもよい。
【0020】
ＬｎがＮｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、シクロペンタジエニル基を有する場合には、水や酸素との反応性が高い。シクロペンタジエニル基が脱離しやすいためと考えられる。よって、本適用例にかかるランタノイド化合物を使用して酸化膜を成膜する場合に、水や酸素を酸化剤として用いることができる。オゾン等よりも低い活性を有する水や酸素を酸化剤として使用することにより、成膜時にデバイスに与えるダメージを低減させ、成膜工程を精度良く制御することが可能となる。
本適用例にかかるランタノイド化合物のシクロペンタジエニル基およびその置換基は、水素原子および炭素原子からなる。成膜により得られた薄膜中で特にデバイスの性能に悪影響を与えやすい不純物である、酸素やランタノイド以外の金属は含まれない。このため、成膜時にこれらの不純物が混入することに起因する、デバイスの性能の劣化を抑制することができる。
成膜材料は気体状態で成膜工程に供給されることが一般的である。供給方法として、液体状態の材料中に不活性ガスをバブリングして、成膜材料の蒸気を不活性ガスに同伴させる方法（バブリング法）や、成膜材料の液滴を加熱機構に滴下させて、蒸気を発生させる方法（ダイレクトインジェクション法）が知られている。いずれの供給方法においても、成膜材料容器の温度（例えば常温である２０℃、成膜材料容器を加熱する場合にはその加熱温度）において、成膜材料が液体状態であることが望ましい。成膜材料容器を温度は、容器やバルブ等の耐熱性を考慮して、約１８０℃以下に設定されることが多い。このため、融点が１８０℃以下である、かかる適用例のランタノイド化合物は、ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料として、特に好適である。
さらに、バブリング法を使用する場合には、バブリング法で導入するガスとの反応性が低い成膜材料が好ましい。本適用例にかかるランタノイド化合物は、バブリングを実施するランタノイド化合物の容器の温度において窒素、ヘリウム、アルゴンといった、バブリングに使用されるガスに対して不活性である。このためかかる適用例のランタノイド化合物は、ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料として、特に好適である。
本適用例にかかるランタノイド化合物のシクロペンタジエニル基およびその置換基は、水素原子および炭素原子からなる。成膜により得られた薄膜中で特にデバイスの性能に悪影響を与えやすい不純物である、酸素やランタノイド以外の金属は含まれない。このため、成膜時にこれらの不純物が混入することに起因する、デバイスの性能の劣化を抑制することができる。
成膜材料は気体状態で成膜工程に供給されることが一般的である。供給方法として、液体状態の材料中に不活性ガスをバブリングして、成膜材料の蒸気を不活性ガスに同伴させる方法（バブリング法）や、成膜材料の液滴を加熱機構に滴下させて、蒸気を発生させる方法（ダイレクトインジェクション法）が知られている。いずれの供給方法においても、成膜材料容器の温度（例えば常温である２０℃、成膜材料容器を加熱する場合にはその加熱温度）において、成膜材料が液体状態であることが望ましい。成膜材料容器を温度は、容器やバルブ等の耐熱性を考慮して、約１８０℃以下に設定されることが多い。このため、融点が１８０℃以下である、かかる適用例のランタノイド化合物は、ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料として、特に好適である。
さらに、バブリング法を使用する場合には、バブリング法で導入するガスとの反応性が低い成膜材料が好ましい。本適用例にかかるランタノイド化合物は、バブリングを実施するランタノイド化合物の容器の温度において窒素、ヘリウム、アルゴンといった、バブリングに使用されるガスに対して不活性である。このためかかる適用例のランタノイド化合物は、ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料として、特に好適である。
【0021】
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例のランタノイド化合物は、化学気相成長法または原子層堆積法によってランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料であってもよい。
適用例１ないし適用例４のいずれか一例のランタノイド化合物は、化学気相成長法または原子層堆積法によってランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料であってもよい。
【0022】
かかる適用例によれば、均一な膜厚を有するコンフォーマルな膜を堆積させることができる。また、供給時の温度および供給流量を制御することにより、成膜に使用する該ランタノイド化合物量を制御することができるため、ＧａＮ膜等の薄膜にランタノイド元素をドープする場合にはドープされる量を制御することが可能となる。
【0023】
［適用例６］
本適用例にかかるランタノイド含有薄膜は、適用例１ないし適用例４のいずれか一例のランタノイド化合物を、化学気相成長法または原子層堆積法により堆積させて成膜された、ランタノイド含有薄膜である。
本適用例にかかるランタノイド含有薄膜は、適用例１ないし適用例４のいずれか一例のランタノイド化合物を、化学気相成長法または原子層堆積法により堆積させて成膜された、ランタノイド含有薄膜である。
【0024】
［適用例７］
本適用例にかかる発光材料は、適用例５に記載のランタノイド含有薄膜を含む発光材料である。
本適用例にかかる発光材料は、適用例５に記載のランタノイド含有薄膜を含む発光材料である。
【0025】
適用例５にかかるランタノイド含有薄膜は、均一な膜厚を有し、コンフォーマルであることから、発光材料として使用された場合に、十分な発光特性を有する。
【0026】
［適用例８］
本発明に係るランタノイド含有薄膜の成膜方法は、
ランタノイド含有薄膜を成膜させる方法であって、
基板をチャンバーに導入する基板導入工程と、
下記一般式（１）または下記一般式（２）で表されるランタノイド化合物を、前記基板が配置されたチャンバーに導入するランタノイド化合物導入工程と、
前記ランタノイド含有薄膜を形成するように、前記ランタノイド化合物の少なくとも一部を前記基板上に成膜させる成膜工程と、を有する。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Aは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
本発明に係るランタノイド含有薄膜の成膜方法は、
ランタノイド含有薄膜を成膜させる方法であって、
基板をチャンバーに導入する基板導入工程と、
下記一般式（１）または下記一般式（２）で表されるランタノイド化合物を、前記基板が配置されたチャンバーに導入するランタノイド化合物導入工程と、
前記ランタノイド含有薄膜を形成するように、前記ランタノイド化合物の少なくとも一部を前記基板上に成膜させる成膜工程と、を有する。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Aは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【0027】
［適用例９］
適用例７にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様は、成膜工程が化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス化学気相成長（ＰＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＳＡＣＶＤ）、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、空間的ＡＬＤ、ラジカル支援成膜、超臨界流体成膜、およびそれらの組合せからなる群より選択される。
適用例７にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様は、成膜工程が化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス化学気相成長（ＰＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＳＡＣＶＤ）、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、空間的ＡＬＤ、ラジカル支援成膜、超臨界流体成膜、およびそれらの組合せからなる群より選択される。
【0028】
かかる適用例によれば、基板上にランタノイドを含有する薄膜を成膜させることができる。
【0029】
［適用例１０］
適用例８または適用例９にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様はさらに、
酸素、窒素、硫黄およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む反応ガスを、前記基板が配置されたチャンバーに導入する反応ガス導入工程を含んでもよい。
［適用例１１］
適用例１０にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様において、反応ガスは水、酸素、オゾン、窒素、アンモニア、硫化水素およびそれらの組合せからなる群より選択されてもよい。
適用例８または適用例９にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様はさらに、
酸素、窒素、硫黄およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む反応ガスを、前記基板が配置されたチャンバーに導入する反応ガス導入工程を含んでもよい。
［適用例１１］
適用例１０にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様において、反応ガスは水、酸素、オゾン、窒素、アンモニア、硫化水素およびそれらの組合せからなる群より選択されてもよい。
【0030】
酸素を導入した場合には、基板上にランタノイド含有薄膜中に酸素を含有するランタノイド含有酸化膜を形成することができる。同様に、窒素を導入した場合には、ランタノイド含有窒化膜を形成することができ、硫黄を導入した場合にはランタノイド含有硫化膜を形成することができる。これらのランタノイド含有薄膜を形成した後に、さらに基板を加熱する熱処理工程を有することもできる。
酸素原子を含有する反応ガスを導入した場合には、三価のランタノイドの酸化膜であるＮｄ2Ｏ3、Eu2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3等を主に含有する薄膜が形成される。一方、酸素原子を含有しない反応ガスを導入した場合には、二価のランタノイドを主に含有する薄膜が形成されると考えられる。
酸素原子を含有する反応ガスを導入した場合には、三価のランタノイドの酸化膜であるＮｄ2Ｏ3、Eu2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、Ｔｍ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3等を主に含有する薄膜が形成される。一方、酸素原子を含有しない反応ガスを導入した場合には、二価のランタノイドを主に含有する薄膜が形成されると考えられる。
【0031】
［適用例１２］
適用例１０または適用例１１のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様はさらに、ランタノイド化合物導入工程と、前記反応ガス導入工程とを、交互に所定回数行うランタノイド含有薄膜の成膜方法であってもよい。
適用例１０または適用例１１のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様はさらに、ランタノイド化合物導入工程と、前記反応ガス導入工程とを、交互に所定回数行うランタノイド含有薄膜の成膜方法であってもよい。
【0032】
ランタノイド化合物を、流量を制御しながらチャンバーに導入するランタノイド化合物導入工程と、反応ガスを、流量を制御しながらチャンバーに導入する反応ガス導入工程を交互に繰り返すことにより、基板上に精度良くランタノイドと反応ガスに起因する原子を堆積させることが可能となる。ランタノイド化合物導入工程と、反応ガス導入工程を、ランタノイド含有薄膜の膜厚が所望の厚さになるまで繰り返すことにより、所望の厚さのランタノイド含有薄膜を得ることが可能となる。
【0033】
［適用例１３］
適用例８または適用例９のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様はさらに、基板上にＧａＮ含有膜を成膜させるＧａＮ含有膜成膜工程を含み、前記ランタノイド含有薄膜はランタノイド原子を含有するＧａＮ層を含んでもよい。
適用例８または適用例９のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様はさらに、基板上にＧａＮ含有膜を成膜させるＧａＮ含有膜成膜工程を含み、前記ランタノイド含有薄膜はランタノイド原子を含有するＧａＮ層を含んでもよい。
【0034】
かかる適用例に拠れば、基板（ＧａＮが成膜されたサファイア基板）上にＧａＮ層を成長させた後（ＧａＮ含有膜成膜工程）、チャンバー内にランタノイド化合物を導入し、ランタノイドを含有するＧａＮ層を成膜させることができる。ＧａＮ層は、加熱しながらGa含有材料（例えばトリメチルガリウム）と窒素含有材料（例えばアンモニア）をチャンバー内に導入させることにより、得ることができる。
【0035】
［適用例１４］
適用例８ないし適用例１３のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様は成膜工程が、０℃以上１２００℃以下の温度で行われる工程であってもよい。
適用例８ないし適用例１３のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様は成膜工程が、０℃以上１２００℃以下の温度で行われる工程であってもよい。
【0036】
［適用例１５］
適用例８ないし適用例１４のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様は成膜工程を実施する際のチャンバー内の圧力が０．０６ＴＯｒｒ以上大気圧以下であってもよい。
適用例８ないし適用例１４のいずれか一例にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法の一態様は成膜工程を実施する際のチャンバー内の圧力が０．０６ＴＯｒｒ以上大気圧以下であってもよい。
【発明の効果】
【0037】
本発明にかかるランタノイド化合物は、安定性が高く、融点が使用温度よりも低いことから液体状態で使用することが可能である。さらに十分な蒸気圧と反応性を有するため、ランタノイド含有薄膜を成膜させるための材料として好適である。
本発明にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法によれば、均一でコンフォーマルなランタノイド含有薄膜を成膜することが可能となる。得られたランタノイド含有薄膜は発光材料としても有用である。
本発明にかかるランタノイド含有薄膜の成膜方法によれば、均一でコンフォーマルなランタノイド含有薄膜を成膜することが可能となる。得られたランタノイド含有薄膜は発光材料としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】本実施形態で好適に用いられる装置の概略構成図である。
【図2】本実施形態に係るＣＶＤ法のフローを示す図である。
【図3】本実施形態に係るＡＬＤ法のフローを示す図である。
【図4】ＧａＮ含有膜成長工程を含む本実施形態にかかる成膜方法のフローを示す図である。
【図5】実施例１におけるＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の熱分析結果である。
【図6】実施例２におけるＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の熱分析結果である。
【図7】実施例３におけるランタノイド含有薄膜のＸＰＳによる分析結果である。
【図8】実施例４におけるＧａＮ層を含むＥｕ含有薄膜のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルである。
【図9】比較例１におけるＥｕ（ｉＰｒＣｐ）2の熱分析結果である。
【図10】実施例６におけるランタノイド含有薄膜のＸＰＳによる分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【0039】
以下、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に記載された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含むものとして理解されるべきである。
【0040】
＜ランタノイド化合物＞
本実施形態に係るランタノイド化合物は、下記一般式（１）で表される化合物である。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
本実施形態に係るランタノイド化合物はまた、下記一般式（２）で表される化合物である。
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Aは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
本実施形態に係るランタノイド化合物は、下記一般式（１）で表される化合物である。
Ｌｎ（Ｒ１ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（１）
（ここで、一般式（１）中、
ＬｎはＮｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂであり、
Ｒ１は各々独立してメチル、エチル、ノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Ａは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
本実施形態に係るランタノイド化合物はまた、下記一般式（２）で表される化合物である。
Ｓｍ（Ｒ２ ｘＣｐ）２（Ａ）ｙ ・・・・・（２）
（ここで、一般式（２）中、
Ｒ２は各々独立してノルマルプロピル、イソプロピル、ノルマルブチル、セカンダリーブチル、イソブチルまたはターシャリーアミルであり、
Ｃｐはシクロペンタジエニル基であり、
Aは酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素であり、
ｘは２以上３以下の整数であり、
ｙは０以上２以下である。）
【0041】
前記一般式（１）または前記一般式（２）のランタノイド化合物は、原子価が二価であり、２または３の置換基を有するシクロペンタジエニル基を2個有するものであれば良い。単一のランタノイド化合物が有する2個のシクロペンタジエニル基上の２つまたは３つの置換基は、すべて同じ置換基であってもよいが、異なる置換基であってもよい。
【0042】
前記一般式（１）のランタノイド化合物において、ランタノイドＬｎ、はランタノイド化合物の用途に応じて、Ｎｄ、Ｅｕ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂである。たとえば、該ランタノイド化合物を使用して成膜したランタノイド含有薄膜を発色材料として用いる場合、赤色用としてユウロピウム、緑色用としネオジウム、等とすることにより、所望の色の発色材料を得たり、多色化させることが可能となる。
【0043】
シクロペンタジエニル基上の置換基は、炭素数が1以上5以下の炭化水素基であればよく、直鎖でも分岐を有する置換基であってもよい。
シクロペンタジエニル基上の置換基の数は、２または３であればよく、３であることが特に好適である。具体的には、Ｓｍ（iPr３Ｃｐ）２、Eu（iPr３Ｃｐ）２、Ｔｍ（iPr３Ｃｐ）２またはＹｂ（iPr３Ｃｐ）２の構造を有するランタノイド化合物はさらに好適である。また、多量体を形成していないランタノイド化合物が好適である。
シクロペンタジエニル基上の置換基の数は、２または３であればよく、３であることが特に好適である。具体的には、Ｓｍ（iPr３Ｃｐ）２、Eu（iPr３Ｃｐ）２、Ｔｍ（iPr３Ｃｐ）２またはＹｂ（iPr３Ｃｐ）２の構造を有するランタノイド化合物はさらに好適である。また、多量体を形成していないランタノイド化合物が好適である。
【0044】
前記一般式（２）に示すようにランタノイ化合物がＳｍ化合物である場合には、シクロペンタジエニル基上の置換基は炭素数が３以上であると熱安定性が特に高く、加熱時に多量体を形成しにくいため、好適である。
【0045】
本実施形態に係るランタノイド化合物は、付加物として、酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素を有してもよい。付加物は、ランタノイド化合物の特性、ランタノイド化合物の合成に用いる溶媒等に応じて、特に限定されず。例えばＮＭｅ３、ＮＥｔ３、ＮｉＰｒ３、ＮＭｅＥｔ２、ＮＣ５Ｈ５、Ｍｅ２Ｏ、Ｅｔ２Ｏ、Ｅｔ２Ｓ、ｎＰｒ２Ｓ、ＴＨＦ、ＴＭＥＤＡ、ＤＭＥ、P（CH3）３、ビピリジンおよびｎＢｕ２Ｓからなる群より選択される１つまたは２つの付加物であってもよい。
単一のランタノイド化合物に対して、１または２の付加物を有してもよいが、付加物がなくてもよい。
単一のランタノイド化合物に対して、１または２の付加物を有してもよいが、付加物がなくてもよい。
【0046】
＜ランタノイド化合物の合成＞
上記一般式（１）または一般式（２）で表されるランタノイド化合物は、不活性ガス雰囲気下で、置換基を有するシクロペンタジエニル基とアルカリ金属との塩（ Ｍ（Ｒ１ ｘＣｐ）またはＭ（Ｒ２ ｘＣｐ）（ここで、Ｍはアルカリ金属を示す） ）に、ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）（ここでXはハロゲン）を加えることにより合成することができる。
不活性ガスは合成反応に用いる物質に対して不活性であれば特に限定されず、使用する物質の特性等に応じて、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの組合せであってもよい。
上記一般式（１）または一般式（２）で表されるランタノイド化合物は、不活性ガス雰囲気下で、置換基を有するシクロペンタジエニル基とアルカリ金属との塩（ Ｍ（Ｒ１ ｘＣｐ）またはＭ（Ｒ２ ｘＣｐ）（ここで、Ｍはアルカリ金属を示す） ）に、ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）（ここでXはハロゲン）を加えることにより合成することができる。
不活性ガスは合成反応に用いる物質に対して不活性であれば特に限定されず、使用する物質の特性等に応じて、例えば窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの組合せであってもよい。
【0047】
置換基を有するシクロペンタジエニル基とアルカリ金属との塩は、合成するランタノイド化合物と同じ置換基を有するシクロペンタジエニル基との塩であればよい。アルカリ金属は置換基を有するシクロペンタジエニル基と安定に存在できるアルカリ金属であればよく、カリウムまたはナトリウムが好ましい。
【0048】
置換基を有するシクロペンタジエニル基とアルカリ金属との塩は、水素化アルカリ金属またはアルカリ金属アミドと、置換基を有するシクロペンタジエン（Ｒ１
ｘＣｐＨ）または（Ｒ２
ｘＣｐＨ）との反応により、得ることができる。
水素化アルカリ金属は、水素化ナトリウムまたは水素化カリウムであってもよい。
アルカリ金属アミドは、ＮａＮＨ２、Ｎａ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] 、またはＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２]であってもよい。
水素化アルカリ金属は、水素化ナトリウムまたは水素化カリウムであってもよい。
アルカリ金属アミドは、ＮａＮＨ２、Ｎａ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] 、またはＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２]であってもよい。
【0049】
上記反応により得られた置換基を有するシクロペンタジエニル基とアルカリ金属との塩に、ランタノイドのハロゲン化物を加えることにより、本実施形態にかかるランタノイド化合物の粗生成物が得られる。
ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）は、無水物であることが好ましく、ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）中に含まれる水分量が１００重量ｐｐｍ以下であれば、さらにより好ましい。ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）、例えばＮｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂのヨウ化物であってもよい。 この反応にはエーテル系、炭化水素系等の反応用溶媒を用いてもよい。反応用溶媒は、ジエチルエーテル、ＴＨＦまたはジブチルエーテルを含むエーテル系の溶媒がより好ましい。
ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）は、無水物であることが好ましく、ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）中に含まれる水分量が１００重量ｐｐｍ以下であれば、さらにより好ましい。ランタノイドのハロゲン化物（ＬｎＸ２）、例えばＮｄ、Ｅｕ、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｍまたはＹｂのヨウ化物であってもよい。 この反応にはエーテル系、炭化水素系等の反応用溶媒を用いてもよい。反応用溶媒は、ジエチルエーテル、ＴＨＦまたはジブチルエーテルを含むエーテル系の溶媒がより好ましい。
【0050】
ついで、反応用溶媒を、抽出溶媒に置換し、未反応物をろ過分離する。抽出溶媒は、エーテル類と、飽和脂肪炭化水素または芳香族炭化水素との、混合溶媒が好ましい。
【0051】
抽出溶媒による置換後、減圧下でろ液を留去して得られる粗生成物Ｌｎ（Ｒ１
ｘＣｐ）２（Ａ）ｙまたはＳｍ（Ｒ２
ｘＣｐ）２（Ａ）ｙを、減圧蒸留により精製することで、高純度のランタノイド化合物Ｌｎ（Ｒ１
ｘＣｐ）２（Ａ）ｙまたはＳｍ（Ｒ２
ｘＣｐ）２（Ａ）ｙが得られる。減圧蒸留の条件は、ランタノイド化合物の特性に応じ、蒸留の温度が例えば１６０℃以上２３０℃以下であってもよい。蒸留の圧力は、０．００１ｔＯｒｒ以上１ｔＯｒｒ以下としてもよい。
【0052】
＜ランタノイド含有薄膜の成膜方法＞
本実施形態にかかるランタノイド化合物を使用して成膜を実施することにより、基板上にランタノイド含有薄膜を得ることができる。
基板はランタノイド含有薄膜を成長させることができる性質を有するものであれば特に限定されず、ランタノイド含有薄膜の用途等に応じて、例えばシリコン、ＳｉＮ、ＳｉＣ、サファイア、または石英であってもよい。
ランタノイド含有薄膜の成膜方法はランタノイド化合物の特性や用途等に応じて、特に限定されず、成膜工程が化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス化学気相成長（ＰＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＳＡＣＶＤ）、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、空間的ＡＬＤ、ラジカル支援成膜、超臨界流体成膜、およびそれらの組合せからなる群より選択されてもよく、化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）がより好ましい。
本実施形態にかかるランタノイド化合物を使用して成膜を実施することにより、基板上にランタノイド含有薄膜を得ることができる。
基板はランタノイド含有薄膜を成長させることができる性質を有するものであれば特に限定されず、ランタノイド含有薄膜の用途等に応じて、例えばシリコン、ＳｉＮ、ＳｉＣ、サファイア、または石英であってもよい。
ランタノイド含有薄膜の成膜方法はランタノイド化合物の特性や用途等に応じて、特に限定されず、成膜工程が化学気相成長（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ強化原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）、パルス化学気相成長（ＰＣＶＤ）、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＳＡＣＶＤ）、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ）、空間的ＡＬＤ、ラジカル支援成膜、超臨界流体成膜、およびそれらの組合せからなる群より選択されてもよく、化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）がより好ましい。
【0053】
ランタノイド含有薄膜の成膜のために、基板が配置されたチャンバー内にランタノイド化合物を導入する方法としては、例えばチャンバー内を減圧してランタノイド化合物の容器に充填されたランタノイド化合物の蒸気を吸引する方法、バブリング法、ダイレクトインジェクション法があるが、所望量のランタノイド化合物の蒸気を基板に供給することができる方法であればよく、これらに限られない。
ランタノイド化合物の蒸気を同伴させるために使用するキャリアガスは、ランタノイド化合物に対して不活性であれば特に限定されず、例えば窒素、ヘリウムまたはアルゴンであってもよい。
ランタノイド化合物の蒸気を同伴させるために使用するキャリアガスは、ランタノイド化合物に対して不活性であれば特に限定されず、例えば窒素、ヘリウムまたはアルゴンであってもよい。
【0054】
ＣＶＤ法においては、基板をチャンバーに導入させる基板導入工程を実施した後に、ランタノイド化合物を前記基板が配置されたチャンバーに導入することにより、ランタノイド含有薄膜を形成するように、前記ランタノイド化合物の少なくとも一部を前記基板上に成膜させる成膜工程を実施してもよい。反応ガスをチャンバーに導入する反応ガス導入工程をさらに有し、ランタノイド化合物と反応ガスが化学反応を起こすことによりランタノイド含有薄膜を成膜してもよい。
【0055】
ＡＬＤ法においては、基板をチャンバーに導入させる基板導入工程を実施した後に、ランタノイド化合物をチャンバーに導入するランタノイド化合物導入工程と、反応ガスをチャンバーに導入する反応ガス導入工程とを交互に所定回数実施してもよい。ランタノイド含有薄膜の膜厚が所望の厚さに到達するまで、ランタノイド化合物導入工程と、反応ガス導入工程とを交互に実施してもよい。ランタノイド化合物導入工程と、反応ガス導入工程との間に、ランタノイド化合物の蒸気または反応ガスをチャンバーからパージにより除去するパージ工程を設けてもよい。
【0056】
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係るランタノイド含有薄膜の成膜方法における各工程について説明する。図１は、本実施形態で好適に用いられるＣＶＤ装置の概略構成図である。図２は、本実施形態に係るＣＶＤ法のフローを示す図である。
【0057】
＜ランタノイド含有薄膜の成膜方法～基板導入工程＞
基板導入工程は、図１に示すように、基板１０３を成膜装置１０１内に搭載されたチャンバー１０２に導入する工程である。チャンバー１０２には少なくとも１つの基板１０３を導入し、配置する。チャンバー１０２は、成膜を実施するチャンバー１０２であれば特に限定されず、具体的には、並行板型チャンバー、コールドウォール型チャンバー、ホットウォール型チャンバー、単一ウェハチャンバー、マルチウェハチャンバー等であってもよい。
基板導入工程は、図１に示すように、基板１０３を成膜装置１０１内に搭載されたチャンバー１０２に導入する工程である。チャンバー１０２には少なくとも１つの基板１０３を導入し、配置する。チャンバー１０２は、成膜を実施するチャンバー１０２であれば特に限定されず、具体的には、並行板型チャンバー、コールドウォール型チャンバー、ホットウォール型チャンバー、単一ウェハチャンバー、マルチウェハチャンバー等であってもよい。
【0058】
ランタノイド含有薄膜を成膜させる基板１０３のタイプは最終使用目的に応じて異なる。幾つかの実施形態では、基板はＭＩＭ、ＤＲＡＭ若しくはＦｅＲａｍ技術において誘電材料として使用される酸化物（例えばＺｒＯ２系材料、ＨｆＯ２系材料、ＴｉＯ２系材料、希土類酸化物系材料、三元酸化物系材料等）又は銅とｌＯｗ－ｋ層との間の酸素障壁として使用される窒化物系層（例えばＴａＮ）から選ばれ得る。他の基板を半導体デバイス、光起電デバイス、ＬＣＤ－ＴＦＴデバイス又はフラットパネルデバイスの製造に使用することができる。かかる基板の例としては、ＣｕＭｎのような銅及び銅系の合金等の固体基板、金属窒化物含有基板（例えばＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＣＮ、ＴｉＣＮ、ＴａＳｉＮ及びＴｉＳｉＮ）；絶縁体（例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ、ＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びチタン酸バリウムストロンチウム）；又はこれらの材料の任意の数の組合せを含む他の基板が挙げられるが、これらに限定されない。利用される実際の基板は利用される具体的な化合物の実施形態にも左右される。しかし、多くの場合、利用される好ましい基板はＳｉ基板及びＳｉＯ２基板から選択される。
【0059】
基板１０３をチャンバー１０２に導入した後、必要に応じてチャンバー１０２内の温度調整および圧力調整を実施する。
チャンバー１０２内の温度は０℃以上１２００℃以下の温度とすることができる。ALD法の場合には、例えばチャンバー１０２内の温度の下限値を０℃、好ましくは２０℃、さらに好ましくは５０℃とすることができる。チャンバー１０２内の温度の上限値は、例えば３００℃、好ましくは２００℃、さらに好ましくは１５０℃とすることができる。CVD法の場合には、例えばチャンバー１０２内の温度の下限値を１００℃、好ましくは２００℃、さらに好ましくは３００℃とすることができる。チャンバー１０２内の温度の上限値は、例えば１２００℃、好ましくは１１００℃、さらに好ましくは１０００℃とすることができる。
チャンバー１０２内の圧力はALD法の場合には０．１ＴＯｒｒ以上１００ＴＯｒｒ以下とすることができる。CVD法の場合には０．１ＴＯｒｒ以上５００ＴＯｒｒ以下とすることができる。チャンバー１０２内の圧力は、チャンバー１０２に接続されたＡＰＣバルブ４０５を適正に調整することにより所定の圧力とする。
チャンバー１０２内の温度は０℃以上１２００℃以下の温度とすることができる。ALD法の場合には、例えばチャンバー１０２内の温度の下限値を０℃、好ましくは２０℃、さらに好ましくは５０℃とすることができる。チャンバー１０２内の温度の上限値は、例えば３００℃、好ましくは２００℃、さらに好ましくは１５０℃とすることができる。CVD法の場合には、例えばチャンバー１０２内の温度の下限値を１００℃、好ましくは２００℃、さらに好ましくは３００℃とすることができる。チャンバー１０２内の温度の上限値は、例えば１２００℃、好ましくは１１００℃、さらに好ましくは１０００℃とすることができる。
チャンバー１０２内の圧力はALD法の場合には０．１ＴＯｒｒ以上１００ＴＯｒｒ以下とすることができる。CVD法の場合には０．１ＴＯｒｒ以上５００ＴＯｒｒ以下とすることができる。チャンバー１０２内の圧力は、チャンバー１０２に接続されたＡＰＣバルブ４０５を適正に調整することにより所定の圧力とする。
【0060】
チャンバー１０２内の温度は、基板１０３を保持する基板ホルダーの温度制御、チャンバー１０２壁面の温度制御、またはこれらの組み合わせによって制御することができる。基板１０３の加熱には既知の加熱デバイスを用いることができる。
【0061】
＜ランタノイド含有薄膜の成膜方法～ランタノイド化合物導入工程＞
ランタノイド化合物導入工程は、ランタノイド化合物を、前記基板１０３が配置されたチャンバー１０２に導入する工程である。この際、ランタノイド化合物の蒸気をキャリアガスに同伴させて導入してもよい。
キャリアガスは、前記一般式（１）で表されるランタノイド化合物と、チャンバー１０２内で反応しないガスであればよく、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるガスであってもよい。
ランタノイド化合物導入工程は、ランタノイド化合物を、前記基板１０３が配置されたチャンバー１０２に導入する工程である。この際、ランタノイド化合物の蒸気をキャリアガスに同伴させて導入してもよい。
キャリアガスは、前記一般式（１）で表されるランタノイド化合物と、チャンバー１０２内で反応しないガスであればよく、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるガスであってもよい。
【0062】
チャンバー１０２内に導入されるランタノイド化合物の流量は、ランタノイド化合物流量調整機構２０４により制御される。ランタノイド化合物流量調整機構２０４は、ランタノイド化合物の流量を制御する機構であれば特に限定されず、例えばマスフローコントローラ（以下「ＭＦＣ」ともいう。）であってもよい。ランタノイド化合物の流量は、ランタノイド化合物容器３０４に導入されるキャリアガス流量を、キャリアガス導入配管４０１上であって、ランタノイド化合物容器３０４の上流側配置されたキャリアガス流量調整機構５０４により調整されてもよい。
【0063】
キャリアガスに同伴させてランタノイド化合物を導入する場合、ランタノイド化合物のチャンバー１０２内への導入量は、キャリアガス流量と合わせて測定されてもよく、チャンバー１０２の容積、ランタノイド化合物の特性、基板１０３の表面積等に応じて、例えば０．１ＳＣＣＭ～２０００ＳＣＣＭの範囲内の流量とする。キャリアガスに同伴させてランタノイド化合物を導入する場合、キャリアガス中のランタノイド化合物濃度は、ランタノイド化合物の特性、チャンバー１０２の温度、圧力等により異なる。
【0064】
ランタノイド化合物の蒸気はランタノイド化合物容器３０４からチャンバー１０２へ供給される。キャリアガスを同伴せずにランタノイド化合物の蒸気のみを供給することもできるが、キャリアガスをランタノイド化合物容器３０４に導入し、キャリアガスに同伴させて導入することもできる。キャリアガスは、キャリアガス自身がランタノイド化合物との反応を起こさないものであれば特に限定されず、例えばアンモニア、不活性ガス、およびそれらの組み合わせからなる群より選択されるガスであってもよい。これらの中でも、不活性ガスがより好適である。不活性ガスとしては、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるガスが挙げられる。ランタノイド化合物を含む液滴をヒーター上に滴下し、発生した蒸気を導入するダイレクトインジェクション方式による導入をすることもできる。
【0065】
ランタノイド化合物容器３０４は、必要に応じて、ランタノイド化合物が十分な蒸気圧を有するように、既知の加熱手段により加熱することができる。ランタノイド化合物容器３０４を維持する温度は、ランタノイド化合物の熱安定性、蒸気圧等の特性に応じて、例えば０℃以上１８０℃の範囲である。ランタノイド化合物容器３０４としては、既知のバブリング容器やクロスフロー容器等を用いることができる。
不活性溶媒に溶解されたランタノイド化合物は、液体マスフローメータ（すなわちランタノイド化合物流量調整機構２０４）により流量を制御しながら気化器（不図示）に導入され、気化器内で全量を気化させてチャンバー１０２へ導入されてもよい。気化器は加熱機構により加熱されてもよく、加熱温度はランタノイド化合物の有する蒸気圧および熱安定性等の特性に応じ、例えば１７０℃以上３５０℃以下とすることができる。
不活性溶媒に溶解されたランタノイド化合物は、液体マスフローメータ（すなわちランタノイド化合物流量調整機構２０４）により流量を制御しながら気化器（不図示）に導入され、気化器内で全量を気化させてチャンバー１０２へ導入されてもよい。気化器は加熱機構により加熱されてもよく、加熱温度はランタノイド化合物の有する蒸気圧および熱安定性等の特性に応じ、例えば１７０℃以上３５０℃以下とすることができる。
【0066】
ランタノイド化合物は、酸素、硫黄、リンまたは窒素を含む直鎖または環状炭化水素からなる付加物を含んでもよい。付加物は、特に限定されず、例えばＮＭｅ３、ＮＥｔ３、ＮｉＰｒ３、ＮＭｅＥｔ２、ＮＣ５Ｈ５、Ｍｅ２Ｏ、Ｅｔ２Ｏ、Ｅｔ２Ｓ、ｎＰｒ２Ｓ、ＴＨＦ、ＤＭＥ、ＴＭＥＤＡ、P（CH３）3、ビピリジンおよびｎＢｕ２Ｓからなる群より選択される１つまたは２つの付加物であってもよい。付加物を含有することにより、ランタノイド化合物の流動性が高まり、ランタノイド化合物のチャンバー１０２への供給を容易にすることが可能となる。
【0067】
＜ランタノイド含有薄膜の成膜方法～反応ガス導入工程＞
本実施形態において、所望するランタノイド含有薄膜の特性等に応じ、反応ガス導入工程をさらに設けることができる。反応ガス導入工程において、チャンバー１０２に導入される反応ガスは、反応ガス容器３０２からチャンバー２０１へ供給されてもよい。この場合、反応ガス供給配管２０２に配置された反応ガス流量調整機構２０５により、チャンバー１０２へ導入される反応ガスの流量が制御される。
本実施形態において、所望するランタノイド含有薄膜の特性等に応じ、反応ガス導入工程をさらに設けることができる。反応ガス導入工程において、チャンバー１０２に導入される反応ガスは、反応ガス容器３０２からチャンバー２０１へ供給されてもよい。この場合、反応ガス供給配管２０２に配置された反応ガス流量調整機構２０５により、チャンバー１０２へ導入される反応ガスの流量が制御される。
【0068】
反応ガスは酸素、窒素、硫黄およびそれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むものであれば特に限定されず、所望するランタノイド含有薄膜の特性等に応じて、水、酸素、オゾン、窒素、アンモニア、ヒドラジン、硫化水素およびそれらの組合せからなる群より選択されることができる。
酸素を含有するガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に酸素原子が取り込まれ、酸化膜を得ることができる。
窒素を含有するガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に窒素原子が取り込まれ、窒化膜を得ることができる。
硫黄を含有するガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に硫黄原子が取り込まれ、硫化膜を得ることができる。
酸素および窒素を含有するガスを反応ガスとした場合や、酸素を含有するガスと窒素を含有するガスの混合ガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に酸素原子と窒素原子が取り込まれ、酸窒化膜を得ることができる。
酸素を含有するガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に酸素原子が取り込まれ、酸化膜を得ることができる。
窒素を含有するガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に窒素原子が取り込まれ、窒化膜を得ることができる。
硫黄を含有するガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に硫黄原子が取り込まれ、硫化膜を得ることができる。
酸素および窒素を含有するガスを反応ガスとした場合や、酸素を含有するガスと窒素を含有するガスの混合ガスを反応ガスとした場合には、ランタノイド含有薄膜中に酸素原子と窒素原子が取り込まれ、酸窒化膜を得ることができる。
【0069】
CVD法の場合には、図２にフローで示すとおり、ランタノイド化合物導入工程を実施後に反応ガス導入工程を実施してもよく、ランタノイド化合物導入工程と反応ガス導入工程を同時に実施してもよい。
【0070】
ALD法の場合には、図３にフローで示すとおり、ランタノイド化合物導入工程を実施後に、ランタノイド化合物をチャンバー１０２からパージにより除去するパージ工程を実施し、その後に反応ガス導入工程を実施し、反応ガスをパージによりチャンバー１０２から除去するパージ工程を実施する流れを複数回繰り返してもよい。
成膜されるランタノイド含有薄膜の膜厚が所望の厚さに到達するまで、上記工程を繰り返してもよい。
ALD法の場合、ランタノイド化合物導入工程と反応ガス導入工程とを繰り返すことにより、ランタノイド含有薄膜を成膜する成膜工程が実施される。
成膜されるランタノイド含有薄膜の膜厚が所望の厚さに到達するまで、上記工程を繰り返してもよい。
ALD法の場合、ランタノイド化合物導入工程と反応ガス導入工程とを繰り返すことにより、ランタノイド含有薄膜を成膜する成膜工程が実施される。
【0071】
ＧａＮ含有膜であるランタノイド含有薄膜を成膜する場合には、図４にフローで示すとおり、ＧａＮ層を基板１０３上に成長させるＧａＮ含有膜成長工程を実施した後に、ランタノイド化合物導入工程を実施してもよい。
この場合、基板１０３として、ＧａＮが成膜されたサファイア基板を使用してもよい。
前記サファイア基板をチャンバー１０２に導入する基板導入工程を実施した後、Ga含有材料および窒素含有材料をチャンバー１０２に導入してＧａＮ層を成長させるＧａＮ含有膜成長工程を実施する。ＧａＮ含有膜成長工程では、キャリアガスを導入してもよい。
キャリアガスはGa含有材料および窒素含有材料と反応しないガスであれば、特に限定されず、例えば窒素、アルゴンまたはヘリウムであってもよい。
Ga含有材料は、Gaを含む材料であれば特に限定されず、例えばトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムであってもよい。窒素含有材料は、窒素を含む材料であれば特に限定されず、例えばアンモニアや、トリエチルアミンであってもよい。
その後、ランタノイド化合物導入工程を実施すると、ＧａＮ含有膜であるランタノイド含有薄膜が得られる。
この場合、基板１０３として、ＧａＮが成膜されたサファイア基板を使用してもよい。
前記サファイア基板をチャンバー１０２に導入する基板導入工程を実施した後、Ga含有材料および窒素含有材料をチャンバー１０２に導入してＧａＮ層を成長させるＧａＮ含有膜成長工程を実施する。ＧａＮ含有膜成長工程では、キャリアガスを導入してもよい。
キャリアガスはGa含有材料および窒素含有材料と反応しないガスであれば、特に限定されず、例えば窒素、アルゴンまたはヘリウムであってもよい。
Ga含有材料は、Gaを含む材料であれば特に限定されず、例えばトリメチルガリウムまたはトリエチルガリウムであってもよい。窒素含有材料は、窒素を含む材料であれば特に限定されず、例えばアンモニアや、トリエチルアミンであってもよい。
その後、ランタノイド化合物導入工程を実施すると、ＧａＮ含有膜であるランタノイド含有薄膜が得られる。
【0072】
＜ランタノイド含有薄膜の成膜方法～最終工程＞
基板１０３上にランタノイド含有薄膜が成膜された後、ランタノイド化合物および反応ガスを使用した場合には添加ガスをパージによりチャンバー１０２より除去する。さらにチャンバー１０２内の圧力をＡＰＣバルブ４０５により大気圧に戻し、温度調節機構によりチャンバー１０２内の温度を室温に戻し、基板１０３を取り出す。
基板１０３上にランタノイド含有薄膜が成膜された後、ランタノイド化合物および反応ガスを使用した場合には添加ガスをパージによりチャンバー１０２より除去する。さらにチャンバー１０２内の圧力をＡＰＣバルブ４０５により大気圧に戻し、温度調節機構によりチャンバー１０２内の温度を室温に戻し、基板１０３を取り出す。
【0073】
＜ランタノイド含有薄膜の用途＞
本実施形態にかかるランタノイド化合物を使用して成膜させることにより得られたランタノイド含有薄膜は、特に限定されず、例えば半導体デバイスや発光材料として使用することができる。
発光材料として使用する場合、任意のランタノイドを選択することにより、異なる色の発光材料を得ることができる。
本実施形態にかかるランタノイド化合物を使用して成膜させることにより得られたランタノイド含有薄膜は、特に限定されず、例えば半導体デバイスや発光材料として使用することができる。
発光材料として使用する場合、任意のランタノイドを選択することにより、異なる色の発光材料を得ることができる。
【0074】
３．実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0075】
＜実施例１：Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の合成＞
容積１Ｌのフラスコに脱水処理を施したジエチルエーテル４００ｍｌおよびＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] ３５．７ｇ（０．１８ｍＯｌ）を入れた。そこへ、ｉＰｒ３ＣｐＨ ３８．１ｇ（０．２０ｍＯｌ、１．１当量）を脱水処理を施したジエチルエーテル１００ｍＬに溶解させた溶液を、室温（温度は２０℃）で滴下した。
得られた反応混合物を12時間、マグネチックスターラーにより攪拌した後、上澄み液を除くことにより、析出した白色固体が得られた。
この白色固体を脱水処理を施したジエチルエーテル１００ｍＬおよび脱水処理を施したｎ－ペンタン１００ｍＬで洗浄したのち、減圧下で乾固し、Ｋ（ｉＰｒ３Ｃｐ）を得た。
これに、無水ＥｕＩ２ ３４．９ｇ（０．０９ｍＯｌ）および脱水処理を施したＴＨＦ５００ｍＬを加え、４８時間、２０℃で攪拌した後、減圧下で溶媒（ＴＨＦ）を留去することにより、橙色の固形分を得た。
次に脱水処理を施したｎ－ペンタン５００ｍＬを加え、橙色のろ液をろ過によりろ別した。得られたろ液をまず２０℃、減圧下で乾固し、次に減圧下１２０℃で３時間乾燥させることにより、濃赤色の液体が得られた。
得られた液体を単蒸留装置に導入し、温度１５０から１６０℃、圧力１０Ｐａの留分である濃赤色の液体を、収量２６．９ｇ（０．０５ｍＯｌ）、収率５８％（ＥｕＩ２基準）で得た。
容積１Ｌのフラスコに脱水処理を施したジエチルエーテル４００ｍｌおよびＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] ３５．７ｇ（０．１８ｍＯｌ）を入れた。そこへ、ｉＰｒ３ＣｐＨ ３８．１ｇ（０．２０ｍＯｌ、１．１当量）を脱水処理を施したジエチルエーテル１００ｍＬに溶解させた溶液を、室温（温度は２０℃）で滴下した。
得られた反応混合物を12時間、マグネチックスターラーにより攪拌した後、上澄み液を除くことにより、析出した白色固体が得られた。
この白色固体を脱水処理を施したジエチルエーテル１００ｍＬおよび脱水処理を施したｎ－ペンタン１００ｍＬで洗浄したのち、減圧下で乾固し、Ｋ（ｉＰｒ３Ｃｐ）を得た。
これに、無水ＥｕＩ２ ３４．９ｇ（０．０９ｍＯｌ）および脱水処理を施したＴＨＦ５００ｍＬを加え、４８時間、２０℃で攪拌した後、減圧下で溶媒（ＴＨＦ）を留去することにより、橙色の固形分を得た。
次に脱水処理を施したｎ－ペンタン５００ｍＬを加え、橙色のろ液をろ過によりろ別した。得られたろ液をまず２０℃、減圧下で乾固し、次に減圧下１２０℃で３時間乾燥させることにより、濃赤色の液体が得られた。
得られた液体を単蒸留装置に導入し、温度１５０から１６０℃、圧力１０Ｐａの留分である濃赤色の液体を、収量２６．９ｇ（０．０５ｍＯｌ）、収率５８％（ＥｕＩ２基準）で得た。
【0076】
上記で得られたＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2について組成分析を行った。湿式分解して得られた液のＩＣＰ発光分光分析の結果、Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2中のＥｕ含有量は２７．６％であった。理論値である２８．４％と近似した結果であったといえる。組成分析には、日立ハイテクサイエンス社製 SPECTRＯ ARCＯSIIを使用した。
【0077】
図５は、上記で得られたＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の熱分析結果を示す。熱分析の測定条件は、試料重量２４．９８ ｍｇ、圧力１気圧、窒素雰囲気下、昇温速度１０．０℃／ｍｉｎとして、ＴＧ－ＤＴＡ測定を行った。図５の実線に示されるように、熱重量分析（ＴＧＡ）において、残渣は０．４％であった。
また、等温熱重量分析測定の結果、Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の蒸気圧は１８０℃において１ｔＯｒｒであった。
熱重量分析計には、メトラートレド社製ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１を使用した。
また、等温熱重量分析測定の結果、Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の蒸気圧は１８０℃において１ｔＯｒｒであった。
熱重量分析計には、メトラートレド社製ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１を使用した。
【0078】
図５に示したように、３２０℃までに９９．６％のＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2が蒸発していることが確認された。このことから、Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２は、３２０℃以下においては熱分解、多量体の形成による変質は確認されずランタノイド含有薄膜成膜材料として、高い熱安定性を有していると言える。
また、２０℃において液体であるため、成膜のためにＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を供給することが容易である。
また、ＣＶＤ法やＡＬＤ法において一般に用いられる温度である１８０℃において、十分な蒸気圧を有していることから、好適な成膜速度でランタノイド含有薄膜を成膜させることができるランタノイド化合物であるといえる。
また、２０℃において液体であるため、成膜のためにＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を供給することが容易である。
また、ＣＶＤ法やＡＬＤ法において一般に用いられる温度である１８０℃において、十分な蒸気圧を有していることから、好適な成膜速度でランタノイド含有薄膜を成膜させることができるランタノイド化合物であるといえる。
【0079】
実施例１で得られたＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2は２０℃において液体であった。しかしながら、シクロペンタジエニル基を有する二価のＥｕ化合物であるＥｕ（Ｍｅ４ＥｔＣｐ）2融点は１２２．４℃である。この対比から、シクロペンタジエニル基上に３の置換基を有する二価のランタノイド化合物は、シクロペンタジエニル基上に５の置換基を有する二価のランタノイド化合物よりも低い融点を有することが確認された。
【0080】
＜実施例２：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の合成＞
容積２５０ｍＬのフラスコに脱水処理を施したジエチルエーテル２０ｍｌおよびＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] ５．１８ｇ（０．０２６ｍＯｌ）を入れた。そこへｉＰｒ３ＣｐＨ ５．００ｇ（０．２６ｍＯｌ、１．０当量）を脱水処理を施したジエチルエーテル１０ｍＬに溶解させた溶液を、室温（温度は２０℃）で滴下した。反応混合物を12時間、マグネチックスターラーにより攪拌した後、上澄み液を除くことにより、白色固体が得られた。
白色固体を、減圧下で乾固し、Ｋ（ｉＰｒ３Ｃｐ）を得た。これに、無水ＹｂＩ２ ５．０９ｇ（０．０１２ｍＯｌ）および脱水処理を施したＴＨＦ５０ｍＬを加え、48時間、20℃で攪拌した後、減圧下で溶媒（ＴＨＦ）を留去することにより、濃緑色の固形分を得た。
次に脱水処理を施したｎ－ペンタン１００ｍＬを加え、緑色のろ液をろ過によりろ別した。
得られたろ液をまず温度20℃、減圧下で乾固した。次に減圧下、１２０℃で３時間乾燥させることにより、濃緑色固体が得られた。
得られた固体を単蒸留装置に導入し、温度１５０から１６０℃、圧力１０Ｐａの留分である、濃緑色固体（Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2）を収量３．９ｇ（７．５０ ｍｍＯｌ）、収率５９％（ＹｂＩ２基準）で得た。
容積２５０ｍＬのフラスコに脱水処理を施したジエチルエーテル２０ｍｌおよびＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] ５．１８ｇ（０．０２６ｍＯｌ）を入れた。そこへｉＰｒ３ＣｐＨ ５．００ｇ（０．２６ｍＯｌ、１．０当量）を脱水処理を施したジエチルエーテル１０ｍＬに溶解させた溶液を、室温（温度は２０℃）で滴下した。反応混合物を12時間、マグネチックスターラーにより攪拌した後、上澄み液を除くことにより、白色固体が得られた。
白色固体を、減圧下で乾固し、Ｋ（ｉＰｒ３Ｃｐ）を得た。これに、無水ＹｂＩ２ ５．０９ｇ（０．０１２ｍＯｌ）および脱水処理を施したＴＨＦ５０ｍＬを加え、48時間、20℃で攪拌した後、減圧下で溶媒（ＴＨＦ）を留去することにより、濃緑色の固形分を得た。
次に脱水処理を施したｎ－ペンタン１００ｍＬを加え、緑色のろ液をろ過によりろ別した。
得られたろ液をまず温度20℃、減圧下で乾固した。次に減圧下、１２０℃で３時間乾燥させることにより、濃緑色固体が得られた。
得られた固体を単蒸留装置に導入し、温度１５０から１６０℃、圧力１０Ｐａの留分である、濃緑色固体（Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2）を収量３．９ｇ（７．５０ ｍｍＯｌ）、収率５９％（ＹｂＩ２基準）で得た。
【0081】
得られたＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の融点は７５℃であった。
【0082】
得られたＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2について、核磁気共鳴法（ＮＭＲ）による分析を行った。重溶媒にＣ６Ｄ６を用いて、テトラメチルシランを内部基準として１Ｈ－ＮＭＲを測定した結果、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の構造が確認された。１Ｈ ＮＭＲ（δ、Ｃ６Ｄ６、４００ＭＨｚ、２５ ℃）： δ５．６９ （ｓ, ４Ｈ）, ２．９３ （ｓｅｐｔ,Ｊ＝ ７．２ Ｈｚ, ６Ｈ）,１．２７（ｍ， ３６Ｈ）。
ＮＭＲ分析計には、ＪＥＯＬ社製４００ＭＨｚＮＭＲ装置を使用した。
ＮＭＲ分析計には、ＪＥＯＬ社製４００ＭＨｚＮＭＲ装置を使用した。
【0083】
図６は、上記で得られたＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の熱分析結果を示す。熱分析の測定条件は、試料重量２７．４５ ｍｇ、圧力１気圧、窒素雰囲気下、昇温速度１０．０℃／ｍｉｎとして、ＴＧ－ＤＴＡ測定を行った。図６の実線に示されるように、熱重量分析（ＴＧＡ）において、残渣は１．３％であった。
また、等温熱重量分析測定の結果、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の蒸気圧は１７７℃において１ｔＯｒｒであった。
熱重量分析計には、メトラートレド社製ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１を使用した。
また、等温熱重量分析測定の結果、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2の蒸気圧は１７７℃において１ｔＯｒｒであった。
熱重量分析計には、メトラートレド社製ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１を使用した。
【0084】
図６に示したように、３２０℃までに９８．７％のＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2が蒸発していることが確認された。このことから、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2は、３２０℃以下においては熱分解、多量体の形成による変質は確認されずランタノイド含有薄膜成膜材料として、高い熱安定性を有していると言える。
また、ＣＶＤ法やＡＬＤ法において一般に用いられる温度である１８０℃において、十分な蒸気圧を有し、液体状態であることから、好適な成膜速度でランタノイド含有薄膜を成膜させることができるランタノイド化合物であるといえる。
また、ＣＶＤ法やＡＬＤ法において一般に用いられる温度である１８０℃において、十分な蒸気圧を有し、液体状態であることから、好適な成膜速度でランタノイド含有薄膜を成膜させることができるランタノイド化合物であるといえる。
【0085】
＜比較例1：Eu（ｉＰｒＣｐ）2の合成＞
容積２５０ｍＬのフラスコに脱水処理を施したジエチルエーテル４０ｍｌおよびＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] ４．００ｇ（０．０２０ｍＯｌ）を入れた。そこへｉＰｒＣｐＨ ２．４０ｇ（０．０２２ｍＯｌ、１．１当量）を脱水処理を施したジエチルエーテル５ｍＬに溶解させた溶液を、室温（温度は２０℃）で滴下した。反応混合物を12時間、マグネチックスターラーにより攪拌した後、減圧下で溶媒を留居し、Ｋ（ｉＰｒＣｐ）を得た。別途用意した容積２５０ｍＬのフラスコに無水ＥｕＩ２ ３．２０ｇ（０．００８ｍＯｌ）、合成したＫ（ｉＰｒＣｐ） ２．３ｇ（０．０１６ｍＯｌ）、および脱水処理を施したＴＨＦ２０ｍＬおよびジエチルエーテル７５ｍＬを加え、48時間、20℃で攪拌した後、上澄み液をろ過によりろ別した。得られたろ液をまず２０℃、減圧下で乾固した。次に減圧下、１００℃で３時間乾燥させることにより橙色の固形分を（Ｅｕ（ｉＰｒＣｐ）2を収量１．６ｇ（４．４０ｍｍＯｌ）、収率５５％（ＥｕＩ２基準）で得た。
容積２５０ｍＬのフラスコに脱水処理を施したジエチルエーテル４０ｍｌおよびＫ[Ｎ（ＳｉＭｅ３）２] ４．００ｇ（０．０２０ｍＯｌ）を入れた。そこへｉＰｒＣｐＨ ２．４０ｇ（０．０２２ｍＯｌ、１．１当量）を脱水処理を施したジエチルエーテル５ｍＬに溶解させた溶液を、室温（温度は２０℃）で滴下した。反応混合物を12時間、マグネチックスターラーにより攪拌した後、減圧下で溶媒を留居し、Ｋ（ｉＰｒＣｐ）を得た。別途用意した容積２５０ｍＬのフラスコに無水ＥｕＩ２ ３．２０ｇ（０．００８ｍＯｌ）、合成したＫ（ｉＰｒＣｐ） ２．３ｇ（０．０１６ｍＯｌ）、および脱水処理を施したＴＨＦ２０ｍＬおよびジエチルエーテル７５ｍＬを加え、48時間、20℃で攪拌した後、上澄み液をろ過によりろ別した。得られたろ液をまず２０℃、減圧下で乾固した。次に減圧下、１００℃で３時間乾燥させることにより橙色の固形分を（Ｅｕ（ｉＰｒＣｐ）2を収量１．６ｇ（４．４０ｍｍＯｌ）、収率５５％（ＥｕＩ２基準）で得た。
【0086】
図９は、上記で得られたＥｕ（ｉＰｒＣｐ）2の熱分析結果を示す。熱分析の測定条件は、試料重量２４．１６ ｍｇ、圧力１気圧、窒素雰囲気下、昇温速度１０．０℃／ｍｉｎとして、ＴＧ測定を行った。図５の実線に示されるように、熱重量分析（ＴＧＡ）において、５００℃での残渣は８６．５％であった。
熱重量分析計には、メトラートレド社製ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１を使用した。
熱重量分析計には、メトラートレド社製ＴＧＡ／ＳＤＴＡ８５１を使用した。
【0087】
図９に示したように、４００℃以下ではほぼ蒸発しないことから、Ｅｕ（ｉＰｒＣｐ）2は、多量体を形成していることが示唆される。このようにシクロペンタジエニル基が一つアルキル基で置換された化合物はランタノイド含有薄膜成膜前駆体としては用いえないと言える。
【0088】
＜実施例３：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を用いたＣＶＤ法によるＹｂ2Ｏ3膜の形成＞
ランタノイド化合物としてＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を使用し、反応ガスとして乾燥空気を使用して、下記の条件により基板上に熱ＣＶＤ法によりランタノイド含有薄膜を成膜した。なお、乾燥空気として、酸素を２０％以上２２％以下含有する窒素と酸素の混合ガスであり、露点－６９℃のガスを使用した。
ランタノイド化合物としてＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を使用し、反応ガスとして乾燥空気を使用して、下記の条件により基板上に熱ＣＶＤ法によりランタノイド含有薄膜を成膜した。なお、乾燥空気として、酸素を２０％以上２２％以下含有する窒素と酸素の混合ガスであり、露点－６９℃のガスを使用した。
【0089】
＜成膜条件＞
・使用装置：図１に概略を示す構成を有する装置１０１を使用した。チャンバー１０２内に基板１０３を配置した。Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を充填したランタノイド化合物容器３０４にキャリアガス導入配管４０１およびランタノイド化合物供給配管２０１を接続し、さらにチャンバー１０２へと接続した。キャリアガス導入配管４０１を経由してキャリアガス３０１として窒素ガスをランタノイド化合物容器３０４に導入することにより、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を窒素ガスによりバブリングした。ランタノイド化合物供給配管２０１上には、ランタノイド化合物流量調節機構２０４としてマスフローメータを配置した。空気を充填した反応ガス容器３０２は反応ガス供給配管２０２を接続し、チャンバー１０２へと接続した。反応ガス供給配管２０２上には、反応ガス流量調節機構２０５としてマスフローメータを配置した。
Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をキャリアガスに同伴させてチャンバー１０２に導入するランタノイド化合物導入工程と、空気をチャンバー１０２に導入する反応ガス導入工程を同時に実施して、ランタノイド含有薄膜を成膜する成膜工程を実施した。
・ランタノイド化合物：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2
・基板：ＳｉＯ２（ＨＦでクリーニング済み）
・成膜温度：７００℃
・チャンバー内圧力：１０ＴＯｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１４０℃
・キャリアガス３０１：窒素ガス（流量５０ＳＣＣＭ）
・反応ガス：空気（流量３０ＳＣＣＭ）
・成膜時間：６０分
・使用装置：図１に概略を示す構成を有する装置１０１を使用した。チャンバー１０２内に基板１０３を配置した。Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を充填したランタノイド化合物容器３０４にキャリアガス導入配管４０１およびランタノイド化合物供給配管２０１を接続し、さらにチャンバー１０２へと接続した。キャリアガス導入配管４０１を経由してキャリアガス３０１として窒素ガスをランタノイド化合物容器３０４に導入することにより、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を窒素ガスによりバブリングした。ランタノイド化合物供給配管２０１上には、ランタノイド化合物流量調節機構２０４としてマスフローメータを配置した。空気を充填した反応ガス容器３０２は反応ガス供給配管２０２を接続し、チャンバー１０２へと接続した。反応ガス供給配管２０２上には、反応ガス流量調節機構２０５としてマスフローメータを配置した。
Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をキャリアガスに同伴させてチャンバー１０２に導入するランタノイド化合物導入工程と、空気をチャンバー１０２に導入する反応ガス導入工程を同時に実施して、ランタノイド含有薄膜を成膜する成膜工程を実施した。
・ランタノイド化合物：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2
・基板：ＳｉＯ２（ＨＦでクリーニング済み）
・成膜温度：７００℃
・チャンバー内圧力：１０ＴＯｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１４０℃
・キャリアガス３０１：窒素ガス（流量５０ＳＣＣＭ）
・反応ガス：空気（流量３０ＳＣＣＭ）
・成膜時間：６０分
【0090】
このようにして得られたランタノイド含有薄膜のＸＰＳによる分析結果を図７に示す。ＸＰＳ分析にはサーモサイエンティフィック社製Ｋ－Ａｌｐｈａを使用した。Ｙｂ２Ｏ３膜のＸＰＳ深さ分析プロファイルにより、ランタノイド含有薄膜であるＹｂ２Ｏ３膜が得られたことが確認された。
【0091】
＜実施例４：Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を用いたＭＯＣＶＤ法によるＥｕ含有ＧａＮ膜の形成＞
ランタノイド化合物としてＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を使用し、ＭＯＣＶＤ法により、下記の条件により、ＧａＮ層を含むランタノイド含有薄膜を成膜した。
ランタノイド化合物としてＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を使用し、ＭＯＣＶＤ法により、下記の条件により、ＧａＮ層を含むランタノイド含有薄膜を成膜した。
【0092】
＜成膜条件＞
・使用装置：ＭＯＣＶＤ装置を使用した。ＭＯＣＶＤチャンバー内に、ＧａＮが成膜されたサファイア基板を配置した。Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を充填したランタノイド化合物容器に、キャリアガスである窒素ガスを導入するキャリアガス導入配管を接続した。さらにランタノイド化合物容器にはキャリアガスに同伴されたＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２の蒸気をＭＯＣＶＤチャンバーへと供給するランタノイド化合物供給配管を接続した。キャリアガス導入配管を経由してキャリアガスとして窒素ガスをランタノイド化合物容器に導入することにより、Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を窒素ガスによりバブリングした。窒素ガスの流量は、キャリアガス導入配管上に配置された、キャリアガス流量調整機構により調整した。Ｇａ含有材料、窒素含有材料、キャリアガス（窒素ガス）をそれぞれ供給する配管をＭＯＣＶＤチャンバーに接続した。
次いで、ＭＯＣＶＤチャンバーに窒素を供給しながら、ＧａＮが成膜されたサファイア基板を１０００℃に加熱した。このとき、ＭＯＣＶＤチャンバーには、窒素およびアンモニアの混合ガスを供給してもよく、アンモニアガスのみを供給してもよい。いずれのガスを使用しても同様の結果が得られる。
続いて、Ｇａ含有材料であるトリメチルガリウムと窒素含有材料であるアンモニアをキャリアガスである窒素ガスとともにＭＯＣＶＤチャンバー内に導入し、ＧａＮ含有膜成長工程を５分間実施した。
ＧａＮ含有膜成長工程が終了した後、ランタノイド化合物をＭＯＣＶＤチャンバーに供給し、成膜工程を30分間実施した。Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を３０分間反応器に供給し、ＧａＮ層を含むランタノイド含有薄膜であるＧａＮ層を含むＥｕ含有薄膜を成膜した。
・ランタノイド化合物：Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２（流量０．００４ＳＣＣＭ）
・基板：ＧａＮが成膜されたサファイア基板
・成膜温度：１０００℃
・チャンバー内圧力：４５０ＴＯｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１４０℃
・Ｇａ含有材料：トリメチルガリウム（流量０．２ＳＣＣＭ）
・窒素含有材料：アンモニア（流量６００ＳＣＣＭ）
・ＧａＮ含有膜成長工程における所要時間：５分
・成膜工程における成膜時間：３０分
・使用装置：ＭＯＣＶＤ装置を使用した。ＭＯＣＶＤチャンバー内に、ＧａＮが成膜されたサファイア基板を配置した。Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を充填したランタノイド化合物容器に、キャリアガスである窒素ガスを導入するキャリアガス導入配管を接続した。さらにランタノイド化合物容器にはキャリアガスに同伴されたＥｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２の蒸気をＭＯＣＶＤチャンバーへと供給するランタノイド化合物供給配管を接続した。キャリアガス導入配管を経由してキャリアガスとして窒素ガスをランタノイド化合物容器に導入することにより、Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を窒素ガスによりバブリングした。窒素ガスの流量は、キャリアガス導入配管上に配置された、キャリアガス流量調整機構により調整した。Ｇａ含有材料、窒素含有材料、キャリアガス（窒素ガス）をそれぞれ供給する配管をＭＯＣＶＤチャンバーに接続した。
次いで、ＭＯＣＶＤチャンバーに窒素を供給しながら、ＧａＮが成膜されたサファイア基板を１０００℃に加熱した。このとき、ＭＯＣＶＤチャンバーには、窒素およびアンモニアの混合ガスを供給してもよく、アンモニアガスのみを供給してもよい。いずれのガスを使用しても同様の結果が得られる。
続いて、Ｇａ含有材料であるトリメチルガリウムと窒素含有材料であるアンモニアをキャリアガスである窒素ガスとともにＭＯＣＶＤチャンバー内に導入し、ＧａＮ含有膜成長工程を５分間実施した。
ＧａＮ含有膜成長工程が終了した後、ランタノイド化合物をＭＯＣＶＤチャンバーに供給し、成膜工程を30分間実施した。Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２を３０分間反応器に供給し、ＧａＮ層を含むランタノイド含有薄膜であるＧａＮ層を含むＥｕ含有薄膜を成膜した。
・ランタノイド化合物：Ｅｕ（ｉＰｒ３Ｃｐ）２（流量０．００４ＳＣＣＭ）
・基板：ＧａＮが成膜されたサファイア基板
・成膜温度：１０００℃
・チャンバー内圧力：４５０ＴＯｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１４０℃
・Ｇａ含有材料：トリメチルガリウム（流量０．２ＳＣＣＭ）
・窒素含有材料：アンモニア（流量６００ＳＣＣＭ）
・ＧａＮ含有膜成長工程における所要時間：５分
・成膜工程における成膜時間：３０分
【0093】
このようにして得られたＧａＮ層を含むＥｕ含有薄膜の室温（２０℃）におけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを図８に示す。フォトルミネッセンスの測定にはＨＯＲＩＢＡ ＪＯｂｉｎ ＹｖＯｎ社製ＬａｂＲＡＭ-ＨＲ ＰＬを使用した。図８において、縦軸はＰＬ強度（単位、a.u.）、横軸は波長（ｎｍ）である。図８に示すように、６２１ nm および６６３ ｎｍにＥｕの５Ｄ０－７Ｆ２遷移および５Ｄ０－７Ｆ３遷移由来のＰＬが観測された。
【0094】
＜実施例５：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を用いたＡＬＤ法によるＹｂ2Ｏ3膜の形成＞
ランタノイド化合物としてＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を使用し、反応ガスとして水を使用して、下記の条件により基板上にＡＬＤ法によりランタノイド含有薄膜を成膜した。
ランタノイド化合物としてＹｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を使用し、反応ガスとして水を使用して、下記の条件により基板上にＡＬＤ法によりランタノイド含有薄膜を成膜した。
【0095】
＜成膜条件＞
・使用装置：図１に概略を示す構成を有する装置１０１を使用した。チャンバー１０２内に基板１０３を配置した。Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を充填したランタノイド化合物容器３０４にキャリアガス導入配管４０１およびランタノイド化合物供給配管２０１を接続し、さらにチャンバー１０２へと接続した。キャリアガス導入配管４０１を経由してキャリアガス３０１としてアルゴンガスをランタノイド化合物容器３０４に導入することにより、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をアルゴンガスによりバブリングした。ランタノイド化合物供給配管２０１上には、ランタノイド化合物流量調節機構２０４としてマスフローメータを配置した。水を充填した反応ガス容器３０２は反応ガス供給配管２０２を接続し、チャンバー１０２へと接続した。水はアルゴンガスに同伴させながら、ガス状でチャンバー１０２へ導入した。反応ガス供給配管２０２上には、反応ガス流量調節機構２０５としてマスフローメータを配置した。
Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をキャリアガスであるアルゴンガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入するランタノイド化合物導入工程と、水をアルゴンガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入する反応ガス導入工程を、3秒間のパージ工程を挟んで交互に実施した。
すなわち、ランタノイド化合物導入工程を1秒間実施した後、パージ工程を3秒間実施し、反応ガス導入工程を1秒間実施し、パージ工程を3秒実施するというサイクルを１サイクルとして、１００サイクル実施した。
・ランタノイド化合物：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2
・基板：ＳｉＯ２（ＨＦでクリーニング済み）
・成膜温度：３００℃
・チャンバー内圧力：５ＴＯｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１２０℃
・キャリアガス３０１：アルゴンガス（流量５０ＳＣＣＭ）
・反応ガス：水（アルゴンガス２００ＳＣＣＭを導入して同伴させた）
・反応ガス容器３０２温度：２０℃
・使用装置：図１に概略を示す構成を有する装置１０１を使用した。チャンバー１０２内に基板１０３を配置した。Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を充填したランタノイド化合物容器３０４にキャリアガス導入配管４０１およびランタノイド化合物供給配管２０１を接続し、さらにチャンバー１０２へと接続した。キャリアガス導入配管４０１を経由してキャリアガス３０１としてアルゴンガスをランタノイド化合物容器３０４に導入することにより、Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をアルゴンガスによりバブリングした。ランタノイド化合物供給配管２０１上には、ランタノイド化合物流量調節機構２０４としてマスフローメータを配置した。水を充填した反応ガス容器３０２は反応ガス供給配管２０２を接続し、チャンバー１０２へと接続した。水はアルゴンガスに同伴させながら、ガス状でチャンバー１０２へ導入した。反応ガス供給配管２０２上には、反応ガス流量調節機構２０５としてマスフローメータを配置した。
Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をキャリアガスであるアルゴンガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入するランタノイド化合物導入工程と、水をアルゴンガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入する反応ガス導入工程を、3秒間のパージ工程を挟んで交互に実施した。
すなわち、ランタノイド化合物導入工程を1秒間実施した後、パージ工程を3秒間実施し、反応ガス導入工程を1秒間実施し、パージ工程を3秒実施するというサイクルを１サイクルとして、１００サイクル実施した。
・ランタノイド化合物：Ｙｂ（ｉＰｒ３Ｃｐ）2
・基板：ＳｉＯ２（ＨＦでクリーニング済み）
・成膜温度：３００℃
・チャンバー内圧力：５ＴＯｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１２０℃
・キャリアガス３０１：アルゴンガス（流量５０ＳＣＣＭ）
・反応ガス：水（アルゴンガス２００ＳＣＣＭを導入して同伴させた）
・反応ガス容器３０２温度：２０℃
【0096】
このようにして得られたランタノイド含有薄膜のＸＰＳによる分析の結果、膜厚１０ｎｍのランタノイド含有薄膜であるＹｂ２Ｏ３膜が得られたことが確認された。分析に用いたＸＰＳ装置は実施例３と同じである。
【0097】
＜実施例６：Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を用いたＡＬＤ法によるEu2Ｏ3膜の形成＞
ランタノイド化合物としてEu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を使用し、反応ガスとして酸素を使用して、下記の条件により基板上にＡＬＤ法によりランタノイド含有薄膜を成膜した。
ランタノイド化合物としてEu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を使用し、反応ガスとして酸素を使用して、下記の条件により基板上にＡＬＤ法によりランタノイド含有薄膜を成膜した。
【0098】
＜成膜条件＞
・使用装置：図１に概略を示す構成を有する装置１０１を使用した。チャンバー１０２内に基板１０３を配置した。Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を充填したランタノイド化合物容器３０４にキャリアガス導入配管４０１およびランタノイド化合物供給配管２０１を接続し、さらにチャンバー１０２へと接続した。キャリアガス導入配管４０１を経由してキャリアガス３０１として窒素ガスをランタノイド化合物容器３０４に導入することにより、Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を窒素ガスによりバブリングした。ランタノイド化合物供給配管２０１上には、ランタノイド化合物流量調節機構２０４としてマスフローメータを配置した。酸素を充填した反応ガス容器３０２は反応ガス供給配管２０２を接続し、チャンバー１０２へと接続した。反応ガス供給配管２０２上には、反応ガス流量調節機構２０５としてマスフローメータを配置した。
Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をキャリアガスである窒素ガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入するランタノイド化合物導入工程と、酸素を窒素ガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入する反応ガス導入工程を、3秒間のパージ工程を挟んで交互に実施した。
すなわち、ランタノイド化合物導入工程を16秒間実施した後、パージ工程を16秒間実施し、反応ガス導入工程を4秒間実施し、パージ工程を4秒実施するというサイクルを１サイクルとして、6００サイクル実施した。
・ランタノイド化合物：Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2
・基板：Ｓｉ（ＨＦでクリーニング済み）
・成膜温度：２２５℃
・チャンバー内圧力：２０Ｔｏｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１4０℃
・キャリアガス３０１：窒素ガス（流量２０ＳＣＣＭ）
・反応ガス：酸素（窒素ガス２０ＳＣＣＭを導入して同伴させた）
・反応ガス容器３０２温度：２０℃
・使用装置：図１に概略を示す構成を有する装置１０１を使用した。チャンバー１０２内に基板１０３を配置した。Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を充填したランタノイド化合物容器３０４にキャリアガス導入配管４０１およびランタノイド化合物供給配管２０１を接続し、さらにチャンバー１０２へと接続した。キャリアガス導入配管４０１を経由してキャリアガス３０１として窒素ガスをランタノイド化合物容器３０４に導入することにより、Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2を窒素ガスによりバブリングした。ランタノイド化合物供給配管２０１上には、ランタノイド化合物流量調節機構２０４としてマスフローメータを配置した。酸素を充填した反応ガス容器３０２は反応ガス供給配管２０２を接続し、チャンバー１０２へと接続した。反応ガス供給配管２０２上には、反応ガス流量調節機構２０５としてマスフローメータを配置した。
Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2をキャリアガスである窒素ガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入するランタノイド化合物導入工程と、酸素を窒素ガスに同伴させてチャンバー１０２に1秒間導入する反応ガス導入工程を、3秒間のパージ工程を挟んで交互に実施した。
すなわち、ランタノイド化合物導入工程を16秒間実施した後、パージ工程を16秒間実施し、反応ガス導入工程を4秒間実施し、パージ工程を4秒実施するというサイクルを１サイクルとして、6００サイクル実施した。
・ランタノイド化合物：Eu（ｉＰｒ３Ｃｐ）2
・基板：Ｓｉ（ＨＦでクリーニング済み）
・成膜温度：２２５℃
・チャンバー内圧力：２０Ｔｏｒｒ
・ランタノイド化合物容器３０４温度：１4０℃
・キャリアガス３０１：窒素ガス（流量２０ＳＣＣＭ）
・反応ガス：酸素（窒素ガス２０ＳＣＣＭを導入して同伴させた）
・反応ガス容器３０２温度：２０℃
【0099】
このようにして得られたランタノイド含有薄膜のＸＰＳによる分析結果を図１０に示す。ＸＰＳ分析にはサーモサイエンティフィック社製Ｋ－Ａｌｐｈａを使用した。Ｅｕ２Ｏ３膜のＸＰＳ深さ分析プロファイルにより、ランタノイド含有薄膜であるＥｕ２Ｏ３膜が得られたことが確認された。
【符号の説明】
【0100】
１０１ 成膜装置
１０２ チャンバー
１０３ 基板
２０１ ランタノイド化合物供給配管
２０２ 反応ガス供給配管
２０４ ランタノイド化合物流量調整機構
２０５ 反応ガス流量調整機構
３０１ キャリアガス
３０２ 反応ガス容器
３０４ ランタノイド化合物容器
４０１ キャリアガス導入配管
４０５ ＡＰＣバルブ（圧力調整部）
５０４ キャリアガス流量調整機構
１０２ チャンバー
１０３ 基板
２０１ ランタノイド化合物供給配管
２０２ 反応ガス供給配管
２０４ ランタノイド化合物流量調整機構
２０５ 反応ガス流量調整機構
３０１ キャリアガス
３０２ 反応ガス容器
３０４ ランタノイド化合物容器
４０１ キャリアガス導入配管
４０５ ＡＰＣバルブ（圧力調整部）
５０４ キャリアガス流量調整機構
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】