JP2001010819A - Plcszt強誘電体薄膜形成用組成物及びplcszt強誘電体薄膜の形成方法 - Google Patents
Plcszt強誘電体薄膜形成用組成物及びplcszt強誘電体薄膜の形成方法Info
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Abstract
体薄膜形成用組成物と、このPLCSZT強誘電体薄膜
形成用組成物を用いたPLCSZT強誘電体薄膜の形成
方法を提供する。 【解決手段】 Pb,La,Ca,Sr,Zr及びTi
の金属アルコキシド、その部分加水分解物及び/又は有
機酸塩を含むペロブスカイト型PLCSZT強誘電体薄
膜形成用組成物において、水分含有量が0.8重量%以
下であるPLCSZT強誘電体薄膜形成用組成物。この
PLCSZT強誘電体薄膜形成用組成物を耐熱性基板に
塗布し、空気中、酸化雰囲気中又は含水蒸気雰囲気中で
加熱する工程を所望の厚さの膜が得られるまで繰り返
し、少なくとも最終工程における加熱中或いは加熱後に
膜を結晶化温度以上で焼成するPLCSZT強誘電体薄
膜の形成方法。
Description
学的性質により各種デバイスへの応用が期待されるPL
CSZT強誘電体薄膜を形成するための組成物及び形成
方法に関する。
た強誘電特性から種々の誘電体デバイスへの応用が期待
されている。このPLCSZT強誘電体薄膜の形成方法
には、スパッタリング法、MOCVD法等があるが、比
較的安価で簡便な薄膜形成法として、ゾルゲル法があ
る。ゾルゲル法は、U. S. Pat. filing No. 09/061362
に記載の通り、有機金属化合物の溶液よりなるPLCS
ZT強誘電体薄膜形成用組成物を基板に塗布し、塗布後
に加水分解させて酸化物薄膜とした後、焼成して結晶化
させることにより強誘電体薄膜を形成する方法であり、
原料の有機金属化合物としては、一般に、金属アルコキ
シドやその部分加水分解物、或いは有機酸塩が用いられ
ている。
LCSZT強誘電体薄膜形成用組成物は、保存安定性が
悪く、早いもので調製後2〜3日、殆どの場合調製後1
ヶ月程度で沈殿の発生が起こる。このため、長期的に安
定して使用することができなかった。
期保存安定性に優れたPLCSZT強誘電体薄膜形成用
組成物とこのPLCSZT強誘電体薄膜形成用組成物を
用いたPLCSZT強誘電体薄膜の形成方法を提供する
ことを目的とする。
誘電体薄膜形成用組成物は、ペロブスカイト型PLCS
ZT強誘電体薄膜を形成するための有機金属化合物溶液
よりなるPLCSZT強誘電体薄膜形成用組成物におい
て、水分含有量が0.8重量%以下、好ましくは0.6
重量%以下であることを特徴とする。
体薄膜形成用組成物の長期保存安定性を改善すべく鋭意
検討を重ねた結果、PLCSZT強誘電体薄膜形成用組
成物の有機金属化合物溶液中の水分をある一定量以下に
抑えることで、沈殿の発生が飛躍的に減少することを見
出し、長期間の安定使用に耐え得る本発明のPLCSZ
T強誘電体薄膜形成用組成物を開発した。
方法は、このような本発明のPLCSZT強誘電体薄膜
形成用組成物を耐熱性基板に塗布し、空気中、酸化雰囲
気中又は含水蒸気雰囲気中で加熱する工程を所望の厚さ
の膜が得られるまで繰り返し、少なくとも最終工程にお
ける加熱中或いは加熱後に該膜を結晶化温度以上で焼成
することを特徴とするものであり、この方法によれば、
PLCSZT強誘電体薄膜形成用組成物を長期保存した
後も、均質で膜品質の高い良好なPLCSZT強誘電体
薄膜を形成することができる。
に説明する。
体的には、Pb,La,Ca,Sr,Zr及びTiの金
属アルコキシド、その部分加水分解物及び/又は有機酸
塩であり、このうち、Pb化合物、La化合物、Ca化
合物としては酢酸塩(酢酸鉛、酢酸ランタン、酢酸カル
シウム)等の有機酸塩、鉛ジイソプロポキシド等のアル
コキシドが挙げられる。Ti化合物としては、チタニウ
ムテトラエトキシド、チタニウムテトライソプロポキシ
ド、チタニウムテトラブトキシド、チタニウムジメトキ
シジイソプロポキシド等のアルコキシドが挙げられる。
Zr化合物、Sr化合物としては上記Ti化合物と同様
なアルコキシド類が好ましい。金属アルコキシドはその
まま使用してもよいが、分解を促進させるためにその部
分加水分解物を使用してもよい。
組成物を調製するには、これらの原料有機金属化合物
を、所望のPLCSZT強誘電体薄膜組成に相当する比
率で適当な溶媒に溶解して、塗布に適した濃度に調製す
る。
成用組成物の溶媒は、原料有機金属化合物に応じて適宜
決定されるが、一般的には、カルボン酸、アルコール、
エステル、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチル
ケトン)、エーテル類(例えば、ジメチルエーテル、ジ
エチルエーテル)、シクロアルカン類(例えば、シクロ
ヘキサン、シクロヘキサノール)、芳香族系(例えば、
ベンゼン、トルエン、キシレン)、その他テトラヒドロ
フラン等、或いはこれらの2種以上の混合溶媒を用いる
ことができる。
酸、α−メチル酪酸、i−吉草酸、2−エチル酪酸、
2,2−ジメチル酪酸、3,3−ジメチル酪酸、2,3
−ジメチル酪酸、3−メチルペンタン酸、4−メチルペ
ンタン酸、2−エチルペンタン酸、3−エチルペンタン
酸、2,2−ジメチルペンタン酸、3,3−ジメチルペ
ンタン酸、2,3−ジメチルペンタン酸、2−エチルヘ
キサン酸、3−エチルヘキサン酸を用いるのが好まし
い。
酸プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢
酸tert−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミ
ル、酢酸sec−アミル、酢酸tert−アミル、酢酸
イソアミルを用いるのが好ましく、アルコールとして
は、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノ
ール、2−ブタノール、イソ−ブチルアルコール、1−
ペンタノール、2−ペンタノール、2−メチル−2−ペ
ンタノール、2−メトキシエタノールを用いるのが好適
である。
成物の有機金属化合物溶液中の有機金属化合物の合計濃
度は、金属酸化物換算量で0.1〜20重量%程度とす
るのが好ましい。
じて安定化剤として、β−ジケトン類(例えば、アセチ
ルアセトン、ヘプタフルオロブタノイルピバロイルメタ
ン、ジピバロイルメタン、トリフルオロアセチルアセト
ン、ベンゾイルアセトン等)、ケトン酸類(例えば、ア
セト酢酸、プロピオニル酢酸、ベンゾイル酢酸等)、こ
れらのケトン酸のメチル、プロピル、ブチル等の低級ア
ルキルエステル類、オキシ酸類(例えば、乳酸、グリコ
ール酸、α−オキシ酪酸、サリチル酸等)、これらのオ
キシ酸の低級アルキルエステル類、オキシケトン類(例
えば、ジアセトンアルコール、アセトイン等)、α−ア
ミノ酸類(例えば、グリシン、アラニン等)、アルカノ
ールアミン類(例えば、ジェタノールアミン、トリエタ
ノールアミン、モノエタノールアミン)等を、(安定化
剤分子数)/(金属原子数)で0.2〜3程度添加して
も良い。
物溶液を調製するに当り、 用いる溶媒や安定化剤を予め無水硫酸ナトリウム等
の脱水剤で脱水処理する。 用いる溶媒や安定化剤を予め蒸留することにより脱
水処理する。 有機金属化合物溶液の調製の途中又は調製後に共沸
蒸留を行って脱水処理する。 用いる有機金属化合物原料について、予め減圧乾
燥、或いは溶剤との共沸脱水するなどして結晶水を除去
する。 などの方法で水分を除去し、有機金属化合物溶液中の水
分含有量を0.8重量%以下、好ましくは0.6重量%
以下にする。この水分含有量が0.8重量%を超えると
保存安定性が著しく劣るものとなり、調製後3日程度で
沈殿が発生する場合もある。
用組成物により、本発明の方法に従って、PLCSZT
強誘電体薄膜を形成するには、上述の本発明のPLCS
ZT強誘電体薄膜形成用組成物をスピンコート、ディッ
プコート、LSMCD(Liquid Source
Misted Chemical Depositio
n)法等の塗布法により基板上に塗布し、乾燥(仮焼
成)及び本焼成を行う。
層部に、単結晶Si、多結晶Si,Pt,Pt(最上
層)/Ti,Pt(最上層)/Ta,Ru,RuO2,
Ru(最上層)/RuO2,RuO2(最上層)/Ru,
Ir,IrO2,Ir(最上層)/IrO2,Pt(最上
層)/Ir,Pt(最上層)/IrO2,SrRuO3又
は(LaxSr1-x)CoO3等のペロブスカイト型導電
性酸化物等を用いた基板が挙げられるが、これらに限定
されるものではない。
れない場合には、塗布、乾燥の工程を複数回繰り返し行
った後、本焼成を行う。
有機金属化合物を加水分解して複合酸化物に転化させる
ために行うことから、空気中、酸化雰囲気中、又は含水
蒸気雰囲気中で行う。空気中での加熱でも、加水分解に
必要な水分は空気中の湿気により十分に確保される。こ
の加熱は、溶媒の除去のための低温加熱と、有機金属化
合物の分解のための高温加熱の2段階で実施しても良
い。
温度以上の温度で焼成して結晶化させるための工程であ
り、これによりPLCSZT強誘電体薄膜が得られる。
われ、本焼成は450〜800℃で行われる。
り具体的に説明する。
有機金属化合物原料としては、次のものを用いた。 Pb化合物: 酢酸鉛3水和物 La化合物: 酢酸ランタン1.5水和物 Ca化合物: 酢酸カルシウム1水和物 Sr化合物: ストロンチウム2−メトキシエトキシド Zr化合物: ジルコニウムテトラt−ブトキシド Ti化合物: チタンテトライソプロポキシド 実施例1〜12、比較例1〜4 有機溶媒として水素化カルシウムで脱水し、蒸留するこ
とにより十分に脱水処理した2−メトキシエタノールを
使用し、これに酢酸塩形態の有機金属化合物(Pb,C
a,La化合物)を溶解させ、共沸蒸留により結晶水を
除去した。その後、得られた溶液にアルコキシド形態の
有機金属化合物(Sr,Zr,Ti化合物)を添加して
溶解させ、溶液安定化のためアセチルアセトンを金属ア
ルコキシドに対して2倍mol加えて表1に示す組成
で、有機金属化合物の合計濃度が金属酸化物換算濃度で
約15重量%の薄膜形成用溶液を調製した。
留による脱水処理の条件のうち、脱水時間を変えること
により、表1に示す如く、溶液中の水分含有量の異なる
溶液を調製した。なお、この水分含有量はカールフィッ
シャー微量水分計で測定した。
保管し、沈殿生成の有無から沈殿の発生時期を調べ、結
果を表1に示した。
各溶液を濾過後3ヶ月保管した後、下記方法によりゾル
ゲル法による薄膜の形成を行った。
3000rpmで15秒間の条件で6インチシリコン基
板上に塗布した。得られた塗膜の表面の膜品質を光学顕
微鏡観察により、ストリエーションの有無を調べること
により確認し、下記基準で評価を行い、結果を表1に示
した。 ○: 良好 △: ほぼ良好 ×: 不良 また、上記の如く、塗布した後400℃で10分間乾燥
し、この塗布、乾燥を4回繰り返した後、700℃の酸
素雰囲気中で1分間RTA(急速加熱処理装置)で焼成
して膜厚2800ÅのPLCSZT強誘電体薄膜を形成
した。このPLCSZT強誘電体薄膜の印加電圧5Vに
おける誘電特性を調べ、結果を表1に示した。
量%以下、好ましくは0.6重量%以下にすることで保
存安定性を3ヶ月以上も維持することができる、長期使
用安定性に優れたPLCSZT強誘電体薄膜形成用組成
物が提供されることがわかる。また、このようなPLC
SZT強誘電体薄膜形成用組成物を用いることで、長期
保管後も高品質な塗膜を形成することができ、これによ
り誘電特性及びその再現性に優れたPLCSZT強誘電
体薄膜を形成することができることがわかる。
期間保管後も沈殿発生の問題のない、長期保存安定性が
著しく良好で、実用性の高いPLCSZT強誘電体薄膜
形成用組成物が提供され、このようなPLCSZT強誘
電体薄膜形成用組成物を用いて、高品質で誘電特性に優
れたPLCSZT強誘電体薄膜を再現性良く形成するこ
とができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 ペロブスカイト型PLCSZT強誘電体
薄膜を形成するための有機金属化合物溶液よりなるPL
CSZT強誘電体薄膜形成用組成物において、 水分含有量が0.8重量%以下であることを特徴とする
PLCSZT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項2】 請求項1において、水分含有量が0.6
重量%以下であることを特徴とするPLCSZT強誘電
体薄膜形成用組成物。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載のPLCSZT強
誘電体薄膜形成用組成物を耐熱性基板に塗布し、空気
中、酸化雰囲気中又は含水蒸気雰囲気中で加熱する工程
を所望の厚さの膜が得られるまで繰り返し、少なくとも
最終工程における加熱中或いは加熱後に該膜を結晶化温
度以上で焼成することを特徴とするPLCSZT強誘電
体薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11177119A JP2001010819A (ja) | 1999-06-23 | 1999-06-23 | Plcszt強誘電体薄膜形成用組成物及びplcszt強誘電体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11177119A JP2001010819A (ja) | 1999-06-23 | 1999-06-23 | Plcszt強誘電体薄膜形成用組成物及びplcszt強誘電体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001010819A true JP2001010819A (ja) | 2001-01-16 |
Family
ID=16025506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11177119A Pending JP2001010819A (ja) | 1999-06-23 | 1999-06-23 | Plcszt強誘電体薄膜形成用組成物及びplcszt強誘電体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001010819A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001233604A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-28 | Kansai Research Institute | 酸化物薄膜形成用塗布液およびその製造方法ならびに酸化物薄膜の製造方法 |
-
1999
- 1999-06-23 JP JP11177119A patent/JP2001010819A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001233604A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-28 | Kansai Research Institute | 酸化物薄膜形成用塗布液およびその製造方法ならびに酸化物薄膜の製造方法 |
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