JP2001110237A - Ferroelectric thin film forming application liquid, its manufacture and ferroelectric thin film - Google Patents

Ferroelectric thin film forming application liquid, its manufacture and ferroelectric thin film

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JP2001110237A
JP2001110237A JP28965799A JP28965799A JP2001110237A JP 2001110237 A JP2001110237 A JP 2001110237A JP 28965799 A JP28965799 A JP 28965799A JP 28965799 A JP28965799 A JP 28965799A JP 2001110237 A JP2001110237 A JP 2001110237A
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ferroelectric thin
forming
metal
coating liquid
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Satoshi Komatsu
敏 小松
Norihiko Ikeda
憲彦 池田
Kinji Yamada
欣司 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric thin film forming application liquid capable of forming a ferroelectric thin film at a low cost which contains effective components soluble in general organic solvent and has excellent reserving stability and reproductivity, a small leak current and a great film density, its manufacture and the ferroelectric thin film formed by applying and hardening the application liquid. SOLUTION: A ferroelectric thin film forming application liquid contains organic metal compound, the organic metal compound being formed by replacing hydroxyl groups and alkoxyl groups or one of them of hydrolyzed metal alkoxide containing two or more types of metal elements in one molecule with other functional groups than the hydroxyl groups.

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、強誘電体薄膜形成
用塗布液に関する。さらに詳しくは、汎用の有機溶媒に
可溶な有効成分を含み、保存安定性や再現性に優れると
ともに、リーク電流が小であって、かつ被膜密度が大
(緻密)である強誘電体薄膜を低コストで形成し得る強
誘電体薄膜形成用塗布液、その製造方法及び強誘電体薄
膜に関する。
The present invention relates to a coating liquid for forming a ferroelectric thin film. More specifically, a ferroelectric thin film containing an active ingredient soluble in a general-purpose organic solvent, having excellent storage stability and reproducibility, and having a small leak current and a large (density) film density. The present invention relates to a coating liquid for forming a ferroelectric thin film which can be formed at low cost, a method for producing the same, and a ferroelectric thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、式(Bi222+(Am-1m
3m+12-に示す層状構造を有するBi系強誘電体(BL
SF)薄膜が注目されている。前記式中、Aは、1、
2、3価のイオン(例えば、Bi、Pb、Ba、Sr、
Ca、Na、K、及び希土類元素のイオン)、又はこれ
らのイオンの組み合わせを示し;Bは、4、5、6価の
イオン(例えば、Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、
Co、Cr等の金属元素のイオン)、又はこれらのイオ
ンの組み合わせを示し;mは、1〜5の整数である。こ
のような層状構造を有するBi系強誘電体(BLSF)
薄膜は、P−Eヒステリシスの抗電界が小さく、分極反
転に伴う膜の疲労性が少ない等の特性を有することか
ら、半導体メモリ用及びセンサ用の材料として脚光を浴
びている(竹中正「ビスマス層状構造強誘電体と粒子配
向」(社)応用物理学会 応用電子物性分科会研究報
告、1994年11月22日、pp.1−8;「セラミ
ックス」Vol.30、No.6、pp.499−50
3(1995))。中でも、SrBi2Ta29系、す
なわち、(Bi222+(SrTa272-のBLSF
薄膜はこれらの特性を顕著に示す材料として特に注目さ
れている。
2. Description of the Related Art In recent years, the formula (Bi 2 O 2 ) 2+ (A m-1 B m O
3m + 1 ) Bi-based ferroelectric (BL) having a layered structure shown in 2-
(SF) thin films have attracted attention. In the above formula, A is 1,
Divalent or trivalent ions (for example, Bi, Pb, Ba, Sr,
B represents ions of Ca, Na, K, and rare earth elements) or a combination of these ions; B represents a 4, 5, 6-valent ion (eg, Ti, Nb, Ta, W, Mo, Fe,
A metal element such as Co or Cr), or a combination of these ions; m is an integer of 1 to 5. Bi-based ferroelectric (BLSF) having such a layered structure
Since the thin film has characteristics such as a small coercive electric field of PE hysteresis and little fatigue of the film due to polarization reversal, it has been spotlighted as a material for semiconductor memories and sensors (Tasashi Takenaka, Bismuth "Layered Structure Ferroelectrics and Particle Orientation", Japan Society of Applied Physics, Applied Electronic Properties Subcommittee Research Report, November 22, 1994, pp. 1-8; "Ceramics" Vol. 30, No. 6, pp. 499 -50
3 (1995)). Among them, SrBi 2 Ta 2 O 9 system, that is, (Bi 2 O 2 ) 2+ (SrTa 2 O 7 ) 2- BLSF
Thin films have received particular attention as materials that exhibit these properties significantly.

【0003】これらBLSF薄膜の形成方法としては、
スパッタ法、CVD法、塗布型被膜形成法等を挙げるこ
とができるが、スパッタ法やCVD法による薄膜形成方
法は、薄膜の構成成分として金属酸化物を多く含むこと
から、高価な装置を必要としコストが掛かること、ま
た、誘電体膜組成制御とその管理が難しいこと等の問題
があり、特に、大口径の基板への適用が困難であるとい
う問題があった。これに対し塗布型被膜形成法は、高価
な装置を必要とせず、成膜コストが比較的安価で、しか
も、誘電体膜組成制御やその管理も容易であるため有望
視されている。
[0003] As a method of forming these BLSF thin films,
Examples of the method include a sputtering method, a CVD method, and a coating film forming method. However, a thin film forming method by a sputtering method or a CVD method requires an expensive apparatus because a large amount of metal oxide is contained as a constituent of the thin film. There are problems such as high cost and difficulty in controlling and managing the composition of the dielectric film. In particular, there is a problem in that application to a large-diameter substrate is difficult. On the other hand, the coating film forming method is promising because it does not require expensive equipment, the film forming cost is relatively low, and the control and management of the composition of the dielectric film are easy.

【0004】この塗布型被膜形成法に使用されるBLS
F系塗布液としては、Sr、Biのカルボン酸塩(例え
ば、2−エチルヘキサン酸塩)と、Taのアルコキシド
化合物とを酢酸エステルに溶解して塗布液としたもの
(第12回強誘電体応用会議講演予稿集;三菱マテリア
ル(株);24−TP−11(pp.57−58);1
995.5.24−27,“Jpn.J.Appl.P
hys.”Vol.34(1995)pp.5096−
5099)や、Sr、Bi、Ta、Nb、Ti等の2−
エチルヘキサン酸塩をキシレンに溶解してMOD(Me
tallo−Organic Decompositi
on)型の塗布液としたもの(同予稿集;オリンパス光
学(株)、シメトリックス・コーポレーション;26−
TC−10、pp.139−140、1995.5.2
4−27)等が報告されている。しかし、これらの塗布
液は、各金属成分の2−エチルヘキサン酸塩が炭素原子
数8の長鎖の有機基を有するため、塗布液全体に占める
有機成分の含有量が多く、塗布、焼成、結晶化処理時に
有機成分の焼失による膜減り性が高いことから、得られ
る膜はポーラスとなり、また、被膜の表面形状(表面モ
ルホロジー)も良好ではなく、超LSI素子への適用が
困難であり、必ずしも十分に満足し得るものではなかっ
た。また、これらの塗布液を用いて薄膜を形成する場
合、適正な電気特性を得るためには、800℃程度の高
温で2度焼きしなければならず、半導体製造プロセスの
生産性の面からも必ずしも十分に満足し得るものではな
かった。
BLS used in this coating type coating method
As the F-based coating solution, a carboxylate of Sr or Bi (for example, 2-ethylhexanoate) and an alkoxide compound of Ta are dissolved in acetate to form a coating solution (the twelfth ferroelectric substance). Proceedings of the Conference of Applied Conferences; Mitsubishi Materials Corporation; 24-TP-11 (pp. 57-58); 1
995.5.24-27, "Jpn. J. Appl. P.
hys. "Vol. 34 (1995) pp. 5096-
5099) or 2- such as Sr, Bi, Ta, Nb, Ti, etc.
Ethyl hexanoate is dissolved in xylene and MOD (Me
tallo-Organic Decomposition
on) -type coating solution (the same proceedings; Olympus Optical Co., Ltd., Symmetrics Corporation; 26-
TC-10, pp. 139-140, 1995.5.2
4-27) has been reported. However, in these coating solutions, since the 2-ethylhexanoate of each metal component has a long-chain organic group having 8 carbon atoms, the content of the organic component in the entire coating solution is large, and the coating, baking, Due to the high film loss due to the burning off of the organic components during the crystallization treatment, the film obtained is porous, and the surface shape (surface morphology) of the film is not good, and it is difficult to apply it to an VLSI device. It was not always satisfactory. In addition, when a thin film is formed using these coating liquids, baking must be performed twice at a high temperature of about 800 ° C. in order to obtain appropriate electric characteristics. It was not always satisfactory.

【0005】さらに、従来の塗布液に用いられる溶媒
は、長鎖の一塩基酸カルボン酸の金属塩(金属セッケ
ン)が一般的に極性溶媒には難溶であるため、キシレ
ン、トルエン等の芳香族系溶媒が用いられるが、これら
芳香族系溶媒を用いた場合、溶媒が外部に揮散、消失し
ないように、塗布液をガラス製や金属製の容器に密閉し
て保管する必要がある。しかし、ガラス製や金属製の容
器を用いると、その内壁から金属成分が塗布液中に滲出
するおそれがあり、金属不純物の混入を嫌う半導体製造
分野においてはガラス製や金属製の容器を用いることが
できない。従って、塗布液中に混入する金属不純物の少
なさ、また衝撃に対する取り扱いの容易さ、コストの低
さ等の点からポリエチレン製又はポリプロピレン製の容
器の使用が好ましく、これらの容器を用いた場合であっ
ても、揮散の程度が小さい溶媒の利用が望まれている。
Further, the solvent used in the conventional coating solution is a metal salt of a long-chain monobasic carboxylic acid (metal soap), which is generally poorly soluble in a polar solvent. A group-based solvent is used. When these aromatic solvents are used, it is necessary to store the coating liquid tightly in a glass or metal container so that the solvent does not volatilize and disappear outside. However, if a glass or metal container is used, a metal component may ooze out of the inner wall into the coating solution, and a glass or metal container should be used in a semiconductor manufacturing field where metal impurities are not to be mixed. Can not. Therefore, the use of polyethylene or polypropylene containers is preferred from the viewpoint of low metal impurities mixed in the coating solution, ease of handling against impact, low cost, and the like. Even so, use of a solvent having a small degree of volatilization is desired.

【0006】また、上記の芳香族系溶媒は吸入等により
人体に悪影響を及ぼすため、その使用方法、管理方法等
が著しく制限される傾向にある。
Further, since the above-mentioned aromatic solvents adversely affect the human body due to inhalation or the like, there is a tendency that usage methods, management methods, and the like are significantly restricted.

【0007】一方、前記の長鎖の一塩基酸カルボン酸の
金属塩に代えて短鎖のカルボン酸の金属塩を用いると、
それは汎用の有機溶媒にはほとんど不溶であり実用的で
はない。また、金属の低級アルコキシド化合物も、一部
の極性溶媒には溶解するものの、空気中の水分により容
易に加水分解するため保存安定性に欠け、使用時の再現
性が悪く実用的ではない。
On the other hand, when a metal salt of a short-chain carboxylic acid is used instead of the metal salt of a long-chain monobasic carboxylic acid,
It is practically insoluble in general-purpose organic solvents and is not practical. Although lower alkoxide compounds of metals are also soluble in some polar solvents, they are easily hydrolyzed by moisture in the air and thus lack storage stability, and are not practical because of poor reproducibility during use.

【0008】このような状況から、リーク電流が小であ
って、かつ被膜密度が大(緻密)である良質な膜を形成
するために、塗布液全体に占める有機成分の含有量が少
なく、有機成分焼失による膜減り性が低いとともに、金
属元素の析出(偏析)や焼失も少なく、かつ有効成分が
汎用の有機溶媒に可溶で、さらに保存安定性に優れる塗
布液の実現が望まれていた。
[0008] Under these circumstances, in order to form a high quality film having a small leakage current and a large (dense) film density, the content of the organic component in the entire coating solution is small, and It has been desired to realize a coating liquid that has low film loss due to component burn-out, has little precipitation (segregation) and burn-out of metal elements, and has an active ingredient that is soluble in a general-purpose organic solvent and has excellent storage stability. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の問題に
鑑みてなされたものであり、汎用の有機溶媒に可溶な有
効成分を含み、保存安定性や再現性に優れるとともに、
リーク電流が小であって、かつ被膜密度が大(緻密)で
ある強誘電体薄膜を低コストで形成し得る強誘電体薄膜
形成用塗布液、その製造方法及び前記塗布液を塗布し、
硬化させてなる強誘電体薄膜を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and contains an active ingredient soluble in a general-purpose organic solvent, and has excellent storage stability and reproducibility.
A coating liquid for forming a ferroelectric thin film capable of forming a ferroelectric thin film having a small leak current and a large film density (dense) at a low cost, a method for producing the same, and applying the coating liquid;
An object of the present invention is to provide a cured ferroelectric thin film.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来のBLSF系塗
布液は、いずれもカルボン酸金属塩及び金属アルコキシ
ド化合物等を有機溶媒中で混合しただけのものであり、
このことが焼成工程時に金属元素及び有機成分の焼失を
多量に発生させ、被膜形成密度の低下を引き起こす原因
となること、並びに、有効成分として、特定の金属アル
コキシド系化合物の加水分解物の官能基を他の官能基に
より交換させて得られる有機金属化合物を含有させるこ
とにより所望の塗布液が得られることを知見し、本発明
を完成させた。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, all of the conventional BLSF-based coating liquids contain a metal carboxylate and a metal alkoxide compound in an organic solvent. Is only mixed with
This causes a large amount of burning of metal elements and organic components during the firing step, which causes a reduction in film formation density, and also, as an active ingredient, a functional group of a hydrolyzate of a specific metal alkoxide compound. It has been found that a desired coating solution can be obtained by containing an organometallic compound obtained by exchanging with a different functional group, thereby completing the present invention.

【0011】本発明によれば、以下の強誘電体薄膜形成
用塗布液、その製造方法及び前記塗布液を塗布し、硬化
させてなる強誘電体薄膜が提供される。
According to the present invention, there are provided the following coating liquid for forming a ferroelectric thin film, a method for producing the same, and a ferroelectric thin film obtained by applying and curing the coating liquid.

【0012】[1]有機金属化合物を含有する強誘電体
薄膜形成用塗布液であって、この有機金属化合物が、1
分子中に2種以上の金属元素を含む金属アルコキシドの
加水分解物の、水酸基及びアルコキシ基又はいずれか一
方を水酸基以外の官能基に交換してなるものであること
を特徴とする強誘電体薄膜形成用塗布液。
[1] A coating liquid for forming a ferroelectric thin film containing an organometallic compound, wherein the organometallic compound contains 1
A ferroelectric thin film comprising a hydrolyzate of a metal alkoxide containing two or more metal elements in a molecule, wherein a hydroxyl group and / or an alkoxy group are exchanged for a functional group other than a hydroxyl group. Forming coating solution.

【0013】[2]前記水酸基以外の官能基が、カルボ
キシル基である前記[1]に記載の強誘電体薄膜形成用
塗布液。
[2] The coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to [1], wherein the functional group other than the hydroxyl group is a carboxyl group.

【0014】[3]1分子中に2種以上の金属元素を含
む金属アルコキシド類を加水分解し、得られた加水分解
物の、水酸基及びアルコキシ基又はいずれか一方を水酸
基以外の官能基にを交換することを特徴とする強誘電体
薄膜形成用塗布液の製造方法。
[3] Metal alkoxides containing two or more metal elements in one molecule are hydrolyzed, and the resulting hydrolyzate is converted to a hydroxyl group and / or an alkoxy group to a functional group other than the hydroxyl group. A method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film, characterized by exchanging.

【0015】[4]前記水酸基以外の官能基の交換後、
得られた官能基交換生成物を、酸素原子を分子中に有す
る溶媒に溶解する前記[3]に記載の強誘電体薄膜形成
用塗布液の製造方法。
[4] After the exchange of the functional group other than the hydroxyl group,
The method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to the above [3], wherein the obtained functional group exchange product is dissolved in a solvent having an oxygen atom in a molecule.

【0016】[5]前記水酸基以外の官能基が、カルボ
キシル基である前記[3]又は[4]に記載の強誘電体
薄膜形成用塗布液の製造方法。
[5] The method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to [3] or [4], wherein the functional group other than the hydroxyl group is a carboxyl group.

【0017】[6]前記[1]又は[2]に記載の強誘
電体薄膜形成用塗布液を塗布し、硬化させてなる強誘電
体薄膜。
[6] A ferroelectric thin film obtained by applying and curing the coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to [1] or [2].

【0018】[7]下記式(1)に示す構造を有する前
記[6]に記載の強誘電体薄膜。
[7] The ferroelectric thin film according to the above [6], having a structure represented by the following formula (1).

【0019】[0019]

【化3】(Bi23)(M1 l2 mx) (1)Embedded image (Bi 2 O 3) (M 1 l M 2 m O x) (1)

【0020】[式(1)中、M1は、2価の金属イオ
ン、M2は、5価の金属イオンをそれぞれ示し、l及び
mは、0.5〜5の正数、xは、M1及びM2の価数から
計算される正数である。]
[In the formula (1), M 1 represents a divalent metal ion, M 2 represents a pentavalent metal ion, l and m are positive numbers of 0.5 to 5, and x is It is a positive number calculated from the valences of M 1 and M 2 . ]

【0021】[8]下記式(2)に示す構造を有する前
記[6]に記載の強誘電体薄膜。
[8] The ferroelectric thin film according to the above [6], having a structure represented by the following formula (2).

【0022】[0022]

【化4】M3 a4 by (2)Embedded image M 3 a M 4 b O y (2)

【0023】[式(2)中、M3は、2価の金属イオ
ン、M4は、4価の金属イオンをそれぞれ示し、a及び
bは、0.5〜5の正数、yは、M3及びM4の価数から
計算される正数である。]
In the formula (2), M 3 represents a divalent metal ion, M 4 represents a tetravalent metal ion, a and b are positive numbers from 0.5 to 5, and y is It is a positive number calculated from the valences of M 3 and M 4 . ]

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。 I.強誘電体薄膜形成用塗布液 本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液は、特定の有機金属
化合物を含有することを特徴とする。この特定の有機金
属化合物は、特定の金属アルコキシドを、水単独で、又
は水及び触媒を用いて加水分解して得られる加水分解物
の、水酸基及びアルコキシ基又はいずれか一方を水酸基
以外の官能基に交換してなるものである。以下、各構成
要素ごとに具体的に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below. I. Coating solution for forming a ferroelectric thin film The coating solution for forming a ferroelectric thin film of the present invention is characterized by containing a specific organometallic compound. This specific organometallic compound is obtained by hydrolyzing a specific metal alkoxide with water alone or using water and a catalyst, wherein a hydroxyl group and / or an alkoxy group is a functional group other than a hydroxyl group. It is exchanged. Hereinafter, each component will be specifically described.

【0025】1.金属アルコキシド 本発明に用いられる金属アルコキシドは、1分子中に2
以上の金属元素を含有するものであり、金属元素の種類
は1種であっても2種以上であってもよい。本発明に用
いられる金属アルコキシドの金属元素としては、Bi、
Pb、Ba、Sr、Ca、Li、Na、K、Ti、Z
r、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、Cr等を挙げ
ることができる。
1. Metal alkoxide The metal alkoxide used in the present invention contains 2 per molecule.
It contains the above metal elements, and the type of metal element may be one type or two or more types. As the metal element of the metal alkoxide used in the present invention, Bi,
Pb, Ba, Sr, Ca, Li, Na, K, Ti, Z
Examples thereof include r, Nb, Ta, W, Mo, Fe, Co, and Cr.

【0026】また、金属元素の種類が2種以上の場合、
Bi、Sr及びTaの組合せが好ましい。このように、
1分子中に複数の金属元素を含有する金属アルコキシド
を用いることにより、単独の金属元素の析出(偏析)、
焼失という現象を抑制することができる。
When there are two or more kinds of metal elements,
A combination of Bi, Sr and Ta is preferred. in this way,
By using a metal alkoxide containing a plurality of metal elements in one molecule, precipitation (segregation) of a single metal element,
The phenomenon of burning can be suppressed.

【0027】Bi、Sr及びTaの組合せを含有する金
属アルコキドの具体例としては、下記のものを挙げるこ
とができる。 (a)Ta金属アルコキシドとSrBi金属アルコキシ
ド類とを含む混合体。 (b)Sr金属アルコキシドとBiTa金属アルコキシ
ド類とを含む混合体。 (c)Bi金属アルコキシドとSrTa金属アルコキシ
ド類とを含む混合体。 (d)SrBiTa金属アルコキシド類。
Specific examples of the metal alkoxide containing a combination of Bi, Sr and Ta include the following. (A) A mixture containing a Ta metal alkoxide and SrBi metal alkoxides. (B) A mixture containing Sr metal alkoxide and BiTa metal alkoxides. (C) A mixture containing Bi metal alkoxide and SrTa metal alkoxide. (D) SrBiTa metal alkoxides.

【0028】なお、前記SrBi金属アルコキシド類、
BiTa金属アルコキシド類、SrTa金属アルコキシ
ド類及びSrBiTa金属アルコキシド類とは、SrB
i金属アルコキシド類を例にとって説明すると、1分子
中にSrとBiとを含有する金属アルコキシド類を意味
し、例えば、Bi−O−Sr等を挙げることができる。
他の化合物も同様の意味である。
The above-mentioned SrBi metal alkoxides,
BiTa metal alkoxides, SrTa metal alkoxides and SrBiTa metal alkoxides are SrB
Taking i-metal alkoxides as an example, it means metal alkoxides containing Sr and Bi in one molecule, such as Bi-O-Sr.
Other compounds have the same meaning.

【0029】また、Bi金属元素成分、Sr金属元素成
分及びTa金属元素成分の含有量のそれぞれの適正値
は、本発明の塗布液の適用箇所、条件等によって一律に
決定することができるものではない。従って、含有量の
最適値は、適用デバイスの種類(FRAM用、DRAM
用、MFS用、MFIS用、MFMIS用等)や、使用
する上部、下部電極の種類、厚さ、組み合わせ、バリヤ
層の種類、厚さ、さらに、シードレイヤーの有無(配向
膜)等に応じて、適宜、選択することが好ましい。
Further, the appropriate values of the contents of the Bi metal element component, the Sr metal element component and the Ta metal element component can be uniformly determined by the application location, conditions, etc. of the coating solution of the present invention. Absent. Therefore, the optimum value of the content depends on the type of the applied device (FRAM, DRAM, etc.).
, MFS, MFIS, MFMIS, etc.), the type and thickness of the upper and lower electrodes used, the type and thickness of the barrier layer, and the presence or absence of a seed layer (alignment film). It is preferable to select as appropriate.

【0030】本発明に用いられる金属アルコキシドは、
「ゾル・ゲル法によるガラス・セラミックスの製造技術
とその応用」(応用技術出版(株)、1989年6月4
日発行)のpp.46〜47に定義されているものであ
り、具体的には、SrBi(OR1m(OR23、Ta
Bi(OR3n(OR23、SrTa(OR1m(OR
3n、ABBi(OR1m(OR3n(OR23、(こ
こで、Aは、1〜3価の金属イオン、Bは、4〜6価の
金属イオンを示し;mは、A金属元素の原子価であり;
nは、B金属元素の原子価であり;R1、R2、R3は、
それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を示す)に
示すものである。中でも、昇華性が高いBiを複合化し
たABi(OR1m(OR23、BBi(OR3n(O
23、ABBi(OR1m(OR3n(OR23が好
ましい。
The metal alkoxide used in the present invention is
"Manufacturing technology of glass and ceramics by sol-gel method and its application" (Applied Technology Publishing Co., Ltd., June 4, 1989)
Pp. 46 to 47. Specifically, SrBi (OR 1 ) m (OR 2 ) 3 , Ta
Bi (OR 3 ) n (OR 2 ) 3 , SrTa (OR 1 ) m (OR
3 ) n , ABBi (OR 1 ) m (OR 3 ) n (OR 2 ) 3 , wherein A represents a metal ion having 1 to 3 valences and B represents a metal ion having 4 to 6 valences; Is the valence of the A metal element;
n is the valence of the B metal element; R 1 , R 2 , R 3 are
Each independently represents an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms). Above all, ABi (OR 1 ) m (OR 2 ) 3 and BBi (OR 3 ) n (O
R 2 ) 3 and ABBi (OR 1 ) m (OR 3 ) n (OR 2 ) 3 are preferred.

【0031】金属アルコキシドを形成するアルコール類
としては特に制限はないが、例えば、下記式(3)に示
すものを好適例として挙げることができる。
The alcohols forming the metal alkoxide are not particularly limited, but preferred examples include those represented by the following formula (3).

【0032】[0032]

【化5】R4OH (3)Embedded image R 4 OH (3)

【0033】[式(3)中、R4は、炭素原子数1〜6
の飽和又は不飽和の炭化水素基又はさらに炭素原子数1
〜6のアルコキシル基で置換された炭化水素基を示
す。]
[In the formula (3), R 4 is a group having 1 to 6 carbon atoms.
A saturated or unsaturated hydrocarbon group or further having 1 carbon atom
And represents a hydrocarbon group substituted with an alkoxyl group. ]

【0034】R4が、炭素原子数1〜6の飽和又は不飽
和の炭化水素基の場合のアルコール類としては、例え
ば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノー
ル、アミルアルコール、シクロヘキサノール等を挙げる
ことができる。
When R 4 is a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, butanol, amyl alcohol and cyclohexanol. it can.

【0035】また、R4が、さらに炭素原子数1〜6の
アルコキシル基で置換された炭化水素基の場合のアルコ
ール類としては、例えば、メトキシメタノール、メトキ
シエタノール、エトキシメタノール、エトキシエタノー
ル等を挙げることができる。
When R 4 is a hydrocarbon group further substituted with an alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms, examples of the alcohols include methoxymethanol, methoxyethanol, ethoxymethanol, ethoxyethanol and the like. be able to.

【0036】2.金属アルコキシドの加水分解前記金属
アルコキシドの加水分解は、金属アルコキシドに水、又
は水及び触媒を添加し、20〜100℃で数時間〜数日
間撹拌することにより行うことができる。
2. Hydrolysis of metal alkoxide The metal alkoxide can be hydrolyzed by adding water or water and a catalyst to the metal alkoxide and stirring the mixture at 20 to 100 ° C for several hours to several days.

【0037】本発明で用いられる触媒としては特に制限
はなく、金属アルコキシド類の加水分解反応用として公
知のもの、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸;酢
酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸等の酸触媒や、水酸
化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、モノエタ
ノールアミン、ジエタノールアミン、テトラメチルアン
モニウムヒドロキシド等の無機・有機アルカリ触媒等を
挙げることができる。しかし、水酸化ナトリウム、水酸
化カリウム等の無機アルカリは、ナトリウム、カリウム
等の金属イオンが塗布液中に残存して、被膜の電気特性
に影響を与えるおそれがあり、また、アンモニア、アミ
ン等の含窒素系のアルカリは、加水分解反応後、沸点の
高い窒素化合物を形成することがあり、これが焼成工程
時の被膜の緻密化に影響を与えるおそれがあるため、本
発明においては、酸触媒を用いることが好ましい。
The catalyst used in the present invention is not particularly limited, and those known for hydrolysis of metal alkoxides, for example, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid; and organic acids such as acetic acid, propionic acid and butyric acid. Examples thereof include acid catalysts such as acids, and inorganic and organic alkali catalysts such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, monoethanolamine, diethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. However, inorganic alkalis such as sodium hydroxide and potassium hydroxide may cause metal ions such as sodium and potassium to remain in the coating solution and affect the electrical properties of the coating film. Nitrogen-containing alkali may form a nitrogen compound having a high boiling point after the hydrolysis reaction, and this may affect the densification of the coating film during the firing step. Preferably, it is used.

【0038】なお、以上の加水分解の条件は、上記に限
られるものでなく、被膜を用いる用途に応じ適宜選択す
ることができる。このように加水分解処理をすることに
より、乾燥工程後の塗布膜全体に占める有機成分の含有
量を低減させることができ、また、各金属のメタロキサ
ン結合(Bi−O−Bi、Bi−O−Ta、Bi−O−
Sr、Ta−O−Bi−O−Sr等の無機結合を意味す
る)の形成を促進することができる。
The conditions for the above hydrolysis are not limited to the above, and can be appropriately selected according to the use of the film. By performing the hydrolysis treatment in this manner, the content of the organic component in the entire coating film after the drying step can be reduced, and the metalloxane bond (Bi-O-Bi, Bi-O- Ta, Bi-O-
Sr, Ta-O-Bi-O-Sr, etc.).

【0039】3.加水分解物の官能基交換 前記金属アルコキシドの加水分解物の官能基の交換とし
ては、例えば、加水分解物の官能基(水酸基及びアルコ
キシ基又はいずれか一方)とカルボン酸類のカルボキシ
ル基との反応によるものを好適例として挙げることがで
きる。上記カルボン酸類は、本発明の塗布液中の化合物
の官能基を置換し、その保存安定性を向上させることが
できる。このようなカルボン酸類としては、脂肪族カル
ボン酸類及び芳香族カルボン酸類からなる群から選ばれ
る少なくとも1種を好適例として挙げることができる。
3. Exchange of the functional group of the hydrolyzate The exchange of the functional group of the hydrolyzate of the metal alkoxide includes, for example, a reaction between a functional group (a hydroxyl group and / or an alkoxy group) of the hydrolyzate and a carboxyl group of a carboxylic acid. Those can be mentioned as preferred examples. The above carboxylic acids can substitute the functional groups of the compound in the coating solution of the present invention and improve the storage stability. Preferred examples of such carboxylic acids include at least one selected from the group consisting of aliphatic carboxylic acids and aromatic carboxylic acids.

【0040】脂肪族カルボン酸類としては、例えば、下
記式(5)に示す脂肪族カルボン酸からなる群から選ば
れる少なくとも1種を好適例として挙げることができ
る。
As a preferred example of the aliphatic carboxylic acids, at least one selected from the group consisting of aliphatic carboxylic acids represented by the following formula (5) can be given.

【0041】[0041]

【化6】R5COOH (5)Embedded image R 5 COOH (5)

【0042】[式(5)中、R5は、炭素原子数1〜1
0の飽和又は不飽和の炭化水素基を示す。]
[In the formula (5), R 5 is a group having 1 to 1 carbon atoms.
0 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group. ]

【0043】芳香族カルボン酸類としては、例えば、サ
リチル酸、安息香酸、p−アミノ安息香酸等を挙げるこ
とができる。
Examples of the aromatic carboxylic acids include salicylic acid, benzoic acid, p-aminobenzoic acid and the like.

【0044】II.塗布液の製造方法 本発明の塗布液は、上述した1分子中に2種以上の金属
元素を含む金属アルコキシド類を加水分解し、得られた
加水分解物の、水酸基及びアルコキシ基又はいずれか一
方を水酸基以外の官能基にを交換することによって製造
することができる。この場合、前記水酸基以外の官能基
の交換後、得られた官能基交換生成物(有機金属化合
物)を、酸素原子を分子中に有する溶媒に溶解すること
が好ましい。
II. Method for Producing Coating Liquid The coating liquid of the present invention is obtained by hydrolyzing a metal alkoxide containing two or more metal elements in one molecule described above, and obtaining a hydrolyzate of a hydroxyl group and / or an alkoxy group. Can be produced by exchanging with a functional group other than a hydroxyl group. In this case, after exchanging the functional groups other than the hydroxyl group, it is preferable to dissolve the obtained functional group exchange product (organic metal compound) in a solvent having an oxygen atom in the molecule.

【0045】このような溶媒としては、例えば、アルコ
ール系溶媒、多価アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、
ケトン系溶媒、エステル系溶媒、低級カルボン酸系溶媒
等を挙げることができる。
Examples of such solvents include alcohol solvents, polyhydric alcohol solvents, ether solvents,
Examples thereof include ketone solvents, ester solvents, and lower carboxylic acid solvents.

【0046】アルコール系溶媒としては、メタノール、
エタノール、プロパノール、ブタノール、アミルアルコ
ール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール
等を挙げることができる。
As the alcohol solvent, methanol,
Ethanol, propanol, butanol, amyl alcohol, cyclohexanol, methylcyclohexanol and the like can be mentioned.

【0047】多価アルコール系溶媒としては、エチレン
グリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモ
ノアセトエステル、ジエチレングリコールモノメチルエ
ーテル、ジエチレングリコールモノアセテート、プロピ
レングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコ
ールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノエチ
ルエーテル、メトキシブタノール等を挙げることができ
る。
Examples of the polyhydric alcohol solvents include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoacetoester, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoacetate, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoacetate, dipropylene glycol monoethyl ether, and methoxybutanol. And the like.

【0048】エーテル系溶媒としては、メチラール、ジ
エチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテ
ル、ジアミルエーテル、ジエチルアセタール、ジヘキシ
ルエーテル、トリオキサン、ジオキサン等を挙げること
ができる。
Examples of the ether solvent include methylal, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diamyl ether, diethyl acetal, dihexyl ether, trioxane, dioxane and the like.

【0049】ケトン系溶媒としては、アセトン、メチル
エチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチ
ルケトン、メチルアミルケトン、メチルシクロヘキシル
ケトン、ジエチルケトン、エチルブチルケトン、トリメ
チルノナノン、アセトニトリルアセトン、ジメチルオキ
シド、ホロン、シクロヘキサノン、ダイアセトンアルコ
ール等を挙げることができる。
Examples of the ketone solvents include acetone, methyl ethyl ketone, methyl propyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl amyl ketone, methyl cyclohexyl ketone, diethyl ketone, ethyl butyl ketone, trimethyl nonanone, acetonitrile acetone, dimethyl oxide, holon, cyclohexanone, Examples include diacetone alcohol.

【0050】エステル系溶媒としては、ギ酸エチル、酢
酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシ
ル、プロピオン酸メチル、酪酸エチル、オキシイソ酪酸
エチル、アセト酢酸エチル、乳酸エチル、メトキシブチ
ルアセテート、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル等
を挙げることができる。低級カルボン酸系溶媒として
は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等を挙げること
ができる。上記の溶媒は、1種単独で又は2種以上を組
合わせて用いることができる。また、芳香族炭化水素系
溶媒に対しても、本発明の塗布液に含有される有機金属
化合物は良好な溶解性を示すが、前述したように、これ
らの溶媒はその使用方法、管理方法等が著しく制限され
る傾向にあり好ましくない。上記した種々の溶媒は、オ
ープンスピン塗布法、密閉スピン塗布法、ミスト化塗布
のLSM−CVD法、ディッピング法等の塗布条件の違
いに応じ、適宜、最も好ましいものを用いることができ
る。
Examples of the ester solvents include ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, cyclohexyl acetate, methyl propionate, ethyl butyrate, ethyl oxyisobutyrate, ethyl acetoacetate, ethyl lactate, methoxybutyl acetate, diethyl oxalate, And diethyl malonate. Examples of lower carboxylic acid solvents include acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid and the like. The above-mentioned solvents can be used alone or in combination of two or more. In addition, the organometallic compound contained in the coating liquid of the present invention exhibits good solubility even in aromatic hydrocarbon solvents, but as described above, these solvents are used in the method of use and management. Is liable to be significantly restricted, which is not preferable. As the various solvents described above, the most preferable one can be used as appropriate according to the difference in application conditions such as the open spin coating method, the closed spin coating method, the mist-forming LSM-CVD method, and the dipping method.

【0051】III.強誘電体薄膜 1.強誘電体薄膜の調製 本発明の強誘電体薄膜は、上述の強誘電体薄膜形成用塗
布液を塗布し、硬化させて得られるものである。このよ
うな、上述の塗布液を用いた強誘電体薄膜の作製方法と
しては特に制限はないが、例えば、以下に示す方法を挙
げることができる。
III. Ferroelectric thin film Preparation of Ferroelectric Thin Film The ferroelectric thin film of the present invention is obtained by applying and curing the above-described ferroelectric thin film-forming coating solution. The method for producing such a ferroelectric thin film using the above-mentioned coating solution is not particularly limited, and examples thereof include the following method.

【0052】まず、Siウェーハ等の基板を酸化して基
板上部にSi酸化膜を形成し、その上に、Pt、Ir、
Ru等の金属、及びその金属酸化物である導電性金属酸
化物をスパッタ法、蒸着法等の公知の方法により形成
し、下部電極を作製する。そして、この下部電極上に、
スピンナー法、ディップ法等の公知の塗布法により本発
明の塗布液を塗布し、50〜250℃の温度で乾燥を行
う。
First, a substrate such as a Si wafer is oxidized to form a Si oxide film on the substrate, and Pt, Ir,
A lower electrode is formed by forming a metal such as Ru and a conductive metal oxide which is a metal oxide thereof by a known method such as a sputtering method or an evaporation method. And on this lower electrode,
The coating liquid of the present invention is applied by a known coating method such as a spinner method or a dipping method, and dried at a temperature of 50 to 250 ° C.

【0053】次に、250〜800℃の温度で仮焼成を
行う。塗布から仮焼成までの操作を数回繰り返して行
い、所望の膜厚に設定することが好ましい。
Next, calcination is performed at a temperature of 250 to 800.degree. It is preferable that the operation from coating to calcination is repeated several times to set a desired film thickness.

【0054】次に、酸素雰囲気中、800℃の高温で本
焼成を行い、結晶構造をもった強誘電体薄膜を形成す
る。本焼成工程においては、室温から5〜20℃/mi
n程度の昇温速度で本焼成温度まで昇温し、その後本焼
成温度を維持して30〜80分程度焼成するファーネス
法、室温から30〜250℃/sec程度の昇温速度で
本焼成温度まで昇温し、その後本焼成温度を維持して
0.5〜3分間程度焼成するRTP法等、種々の焼成方
法を選択することができる。
Next, main firing is performed at a high temperature of 800 ° C. in an oxygen atmosphere to form a ferroelectric thin film having a crystal structure. In the firing step, the temperature is from room temperature to 5 to 20 ° C./mi.
The furnace method in which the temperature is raised to the main firing temperature at a temperature raising rate of about n, and then the main firing temperature is maintained and firing is performed for about 30 to 80 minutes, and the main firing temperature is increased from room temperature to about 30 to 250 ° C./sec. Various firing methods can be selected, such as the RTP method in which the temperature is raised to the maximum firing temperature and then the firing is maintained for about 0.5 to 3 minutes while maintaining the main firing temperature.

【0055】次に、上述のようにして作製した強誘電体
薄膜上に電極(上部電極)を形成する。上部電極として
は、下部電極用材料として挙げた金属、金属酸化物等を
用いることができ、これら材料をスパッタ法、蒸着法等
の公知の方法により強誘電体薄膜上に形成し、酸素雰囲
気中、700℃で焼成して強誘電体メモリを作製する。
このとき、上部電極としては、下部電極と異なる材料を
用いてもよく、例えば、下部電極にIrを用い、上部電
極にRuを用いてもよい。
Next, an electrode (upper electrode) is formed on the ferroelectric thin film manufactured as described above. As the upper electrode, the metals, metal oxides, and the like mentioned as materials for the lower electrode can be used. These materials are formed on a ferroelectric thin film by a known method such as a sputtering method or a vapor deposition method. At 700 ° C. to produce a ferroelectric memory.
At this time, a material different from that of the lower electrode may be used as the upper electrode. For example, Ir may be used for the lower electrode and Ru may be used for the upper electrode.

【0056】2.強誘電体薄膜の具体例 本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液によって形成される
強誘電体薄膜の具体例としては、前記式(1)又は前記
式(2)に示す構造の強誘電体薄膜をその好適例として
挙げることができる。説明の便宜上、前記式(1)又は
前記式(2)を再び以下に示す。
2. Specific Examples of Ferroelectric Thin Film As specific examples of the ferroelectric thin film formed by the coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the present invention, a ferroelectric thin film having a structure represented by the above formula (1) or (2) A thin film can be mentioned as a preferable example. For convenience of explanation, the formula (1) or the formula (2) is shown below again.

【0057】[0057]

【化7】(Bi23)(M1 l2 mx) (1)Embedded image (Bi 2 O 3) (M 1 l M 2 m O x) (1)

【0058】[式(1)中、M1は、2価の金属イオ
ン、M2は、5価の金属イオンをそれぞれ示し、l及び
mは、0.5〜5の正数、xは、M1及びM2の価数から
計算される正数である。]
In the formula (1), M 1 represents a divalent metal ion, M 2 represents a pentavalent metal ion, l and m are positive numbers from 0.5 to 5, and x is It is a positive number calculated from the valences of M 1 and M 2 . ]

【0059】[0059]

【化8】M3 a4 by (2) [式(2)中、M3は、2価の金属イオン、M4は、4価
の金属イオンをそれぞれ示し、a及びbは、0.5〜5
の正数、yは、M3及びM4の価数から計算される正数で
ある。]
Embedded image M 3 a M 4 b O y (2) [In the formula (2), M 3 represents a divalent metal ion, and M 4 represents a tetravalent metal ion. 0.5-5
Is a positive number calculated from the valences of M 3 and M 4 . ]

【0060】特に、Sr、Bi及びTaからなるSBT
強誘電膜としては下記式(5)に示す構造のものを挙げ
ることができる。
In particular, an SBT composed of Sr, Bi and Ta
Examples of the ferroelectric film include those having a structure represented by the following formula (5).

【0061】[0061]

【化9】M3 a4 bySraBixTaby (5)Embedded image M 3 a M 4 b O y Sr a Bi x Ta b O y (5)

【0062】[式(5)中、xは、1〜4の正数、a
は、0.5〜2の正数、bは、2〜5の正数、y={3
x+a(Srの価数)+b(Taの価数)}/2であ
る。]
[In the formula (5), x is a positive number from 1 to 4, a
Is a positive number from 0.5 to 2, b is a positive number from 2 to 5, y = {3
x + a (valence of Sr) + b (valence of Ta)} / 2. ]

【0063】[0063]

【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的
に説明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら
制限を受けるものでない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited by these Examples.

【0064】塗布液の調製 (実施例1)Sr(OnC49246.8g、Bi
(OtC5113188.2g、Ta(OC255
62.5g、プロピレングリコールモノプロピルエーテ
ル3546.0gを混合し、25℃で1時間攪拌した
後、Sr金属アルコキシド、Bi金属アルコキシド及び
Ta金属アルコキシドの混合溶液3943.43gを得
た。
Preparation of Coating Solution (Example 1) 46.8 g of Sr (OnC 4 H 9 ) 2 , Bi
(OtC 5 H 11) 3 188.2g , Ta (OC 2 H 5) 5 1
After mixing 62.5 g and 3546.0 g of propylene glycol monopropyl ether, and stirring at 25 ° C. for 1 hour, 3943.43 g of a mixed solution of Sr metal alkoxide, Bi metal alkoxide and Ta metal alkoxide was obtained.

【0065】水9.0g、プロピレングリコールモノプ
ロピルエーテル885.6gを混合し、上記Sr金属ア
ルコキシド、Bi金属アルコキシド及びTa金属アルコ
キシドの混合溶液3546.0gを添加した後、60℃
まで昇温し、4時間加熱撹拌を行い反応終了後室温まで
冷却し、SrBiTa金属アルコキシド類が加水分解さ
れた有機金属化合物の溶液を得た。
9.0 g of water and 885.6 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed, and 3546.0 g of a mixed solution of the above Sr metal alkoxide, Bi metal alkoxide and Ta metal alkoxide was added.
The mixture was heated and stirred for 4 hours, and cooled to room temperature after the completion of the reaction to obtain a solution of an organometallic compound in which SrBiTa metal alkoxides were hydrolyzed.

【0066】得られた有機金属化合物の溶液に、2−エ
チルヘキサン酸447.1gを加え、25℃で30分間
撹拌し、有機金属化合物の官能基交換を行った後、この
溶液を40〜50℃に加熱し、減圧下で30分間撹拌
し、低沸点のアルコールを除去した溶液を600.0g
得た。室温まで冷却した後、プロピレングリコールモノ
プロピルエーテルで4倍に希釈し、SBT誘電体薄膜形
成用塗布液1を調製した。
447.1 g of 2-ethylhexanoic acid was added to the obtained solution of the organometallic compound, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 30 minutes to exchange the functional groups of the organometallic compound. C. and stirred under reduced pressure for 30 minutes to remove 600.0 g of the solution from which the low-boiling alcohol was removed.
Obtained. After cooling to room temperature, the mixture was diluted 4-fold with propylene glycol monopropyl ether to prepare a coating liquid 1 for forming an SBT dielectric thin film.

【0067】(比較例1)Sr(OnBu)246.8
g、Bi(OtC5113188.2g、Ta(OE
t)5162.5g、プロピレングリコールモノプロピ
ルエーテル3546.0gを混合し、25℃で1時間攪
拌した後、3943.43gのSr金属アルコキシド、
Bi金属アルコキシド及びTa金属アルコキシドの混合
溶液を得た。
Comparative Example 1 Sr (OnBu) 2 46.8
g, Bi (OtC 5 H 11 ) 3 188.2 g, Ta (OE
t) 162.5 g of 5 and 3546.0 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed and stirred at 25 ° C for 1 hour, and then 3943.43 g of Sr metal alkoxide,
A mixed solution of Bi metal alkoxide and Ta metal alkoxide was obtained.

【0068】水9.0g、プロピレングリコールモノプ
ロピルエーテル885.6gを混合し、上記Sr金属ア
ルコキシド、Bi金属アルコキシド及びTa金属アルコ
キシドの混合溶液3546.0gを添加した後、60℃
まで昇温し、4時間加熱撹拌を行い反応終了後室温まで
冷却しSBT誘電体薄膜形成用比較塗布液1を得た。
9.0 g of water and 885.6 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed, and 3546.0 g of a mixed solution of the above Sr metal alkoxide, Bi metal alkoxide and Ta metal alkoxide was added.
The mixture was heated and stirred for 4 hours, and cooled to room temperature after the completion of the reaction to obtain a comparative coating liquid 1 for forming an SBT dielectric thin film.

【0069】強誘電体薄膜の形成 (実施例2、比較例2)強誘電体薄膜1000nmの熱
酸化SiO2が形成された直径6インチのシリコンウェ
ーハ上にスパッタリング法により100nm膜厚のPt
下部電極を形成した。
Formation of Ferroelectric Thin Film (Example 2, Comparative Example 2) A 100-nm thick Pt film was formed on a 6-inch diameter silicon wafer on which a thermally oxidized SiO 2 film of 1000 nm was formed by sputtering.
A lower electrode was formed.

【0070】次に、上記Pt下部電極上に、実施例1及
び比較例1で得られた塗布液1、比較塗布液1を、スピ
ンコータを用いて500rpmで5秒間、続いて300
0rpmで20秒間回転塗布し、150℃で5分間乾燥
を行った後、25℃から25℃/secの昇温速度で7
00℃まで昇温し1分間仮焼成を行い、以上の塗布から
仮焼成までの操作を7回繰り返した後、酸素雰囲気中、
25℃から25℃/secの昇温速度でで800℃まで
昇温し、その後、酸素雰囲気中、800℃で60分間本
焼成(1次焼成)を行うことにより、200nm膜厚の
強誘電体薄膜を形成した。
Next, the coating solution 1 and the comparative coating solution 1 obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were applied on the Pt lower electrode at 500 rpm for 5 seconds by using a spin coater, and then for 300 seconds.
After spin coating at 0 rpm for 20 seconds and drying at 150 ° C. for 5 minutes, the temperature was increased from 25 ° C. to 25 ° C./sec at a heating rate of 7 ° C.
The temperature was raised to 00 ° C. and calcining was performed for 1 minute, and the operation from the above coating to the preliminary calcining was repeated seven times.
The temperature is raised from 25 ° C. to 800 ° C. at a rate of 25 ° C./sec, and then main firing (primary firing) is performed at 800 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere. A thin film was formed.

【0071】その後、上記強誘電体薄膜上に、メタルマ
スクを介して、スパッタリング法により直径0.2mm
の200nm膜厚のPt上部電極を形成し、酸素雰囲気
中、700℃で30分間焼成(2次焼成)を行い、強誘
電体素子を作製した。その構成例を図1に示す。
Then, a 0.2 mm diameter was formed on the ferroelectric thin film by a sputtering method via a metal mask.
Was formed and fired (secondary firing) at 700 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere to produce a ferroelectric element. FIG. 1 shows an example of the configuration.

【0072】塗布液1を用いて形成した強誘電体素子
は、印加電圧3Vにおいても、角形比の高い良好なヒス
テリシス曲線を示した。また、リーク電流も10-8A/
cm2と良好な特性を示した。その結果を図2及び図3
に示す。
The ferroelectric element formed using the coating liquid 1 showed a good hysteresis curve with a high squareness ratio even at an applied voltage of 3 V. Also, the leakage current is 10 -8 A /
cm 2 and good characteristics. 2 and 3 show the results.
Shown in

【0073】また、比較塗布液1を用いた場合には、角
形比の高い良好なヒステリシス曲線は得られず、また、
リーク電流も10-3A/cm2以上と測定機の測定限界
を超えていた。その結果を図4に示す。
When the comparative coating solution 1 was used, a good hysteresis curve having a high squareness ratio was not obtained.
The leak current was also higher than 10 −3 A / cm 2 , exceeding the measurement limit of the measuring instrument. FIG. 4 shows the results.

【0074】以下、実施例2及び比較例2で得られた膜
の緻密性及び保存安定性について評価した結果について
説明する。 膜の緻密性:実施例2及び比較例2で作成した膜の断面
を、走査型電子顕微鏡で断面を観察したところ、実施例
2で作成した膜の結晶粒界に空隙は見られなかったが、
比較例2で作成した膜は数nm程度の空隙が観察され
た。
Hereinafter, the results of evaluating the densities and storage stability of the films obtained in Example 2 and Comparative Example 2 will be described. Density of film: When the cross sections of the films prepared in Example 2 and Comparative Example 2 were observed with a scanning electron microscope, no voids were found at the crystal grain boundaries of the film prepared in Example 2. ,
In the film formed in Comparative Example 2, voids of about several nm were observed.

【0075】保存安定性:塗布液1と比較塗布液1を1
ヶ月室温放置し、成膜後ヒステリシス測定を行った結
果、塗布液1の膜はヒステリシス曲線に何ら変化がなか
ったが、比較塗布液1の膜はヒステリシス測定が行えな
いほど変質していた。
Storage stability: Coating solution 1 and comparative coating solution 1 were 1
As a result of performing a hysteresis measurement after forming a film at room temperature for a month, the hysteresis curve of the coating solution 1 did not change at all, but the film of the comparative coating solution 1 was deteriorated to such an extent that the hysteresis measurement could not be performed.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、
汎用の有機溶媒に可溶な有効成分を含み、保存安定性や
再現性に優れるとともに、リーク電流が小であってかつ
被膜密度が大(緻密)である強誘電体薄膜を低コストで
形成し得る強誘電体薄膜形成用塗布液、その製造方法及
び強誘電体薄膜を提供することができる。
As described above, according to the present invention,
It contains low-cost ferroelectric thin films that contain active ingredients that are soluble in general-purpose organic solvents, have excellent storage stability and reproducibility, and have low leakage current and high (density) film density. The obtained coating liquid for forming a ferroelectric thin film, a method for producing the same, and a ferroelectric thin film can be provided.

【0077】[0077]

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

【図1】本発明の塗布液から形成される強誘電体素子の
構成例を模式的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration example of a ferroelectric element formed from a coating solution of the present invention.

【図2】実施例2で得られた強誘電体素子のヒステリシ
ス特性を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a hysteresis characteristic of the ferroelectric element obtained in Example 2.

【図3】実施例2で得られた強誘電体素子のリーク電流
特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a leakage current characteristic of the ferroelectric element obtained in Example 2.

【図4】比較例2で得られた強誘電体素子のヒステリシ
ス特性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing hysteresis characteristics of a ferroelectric element obtained in Comparative Example 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C01G 35/00 C01G 35/00 C C09D 1/00 C09D 1/00 5/00 5/00 Z (72)発明者 山田 欣司 東京都中央区築地二丁目11番24号ジェイエ スアール株式会社内 Fターム(参考) 4D075 CA21 DA06 DB14 DC22 EC02 EC08 4G048 AA04 AB02 AC02 AD02 AE05 AE08 4J038 AA011 JA23 JA35 KA06 NA17 PA19 PB09 PC03 5G303 AA10 AB20 BA03 BA07 BA12 CA01 CA11 CB05 CB32 CB33 DA06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) C01G 35/00 C01G 35/00 C C09D 1/00 C09D 1/00 5/00 5/00 Z (72) Inventor Kinji Yamada F-term (reference) 4D075 CA21 DA06 DB14 DC22 EC02 EC08 4G048 AA04 AB02 AC02 AD02 AE05 AE08 4J038 AA011 JA23 JA35 KA06 NA17 PA19 PB09 PC03 5303 AB20 BA03 BA07 BA12 CA01 CA11 CB05 CB32 CB33 DA06

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】有機金属化合物を含有する強誘電体薄膜形
成用塗布液であって、この有機金属化合物が、1分子中
に2種以上の金属元素を含む金属アルコキシドの加水分
解物の、水酸基及びアルコキシ基又はいずれか一方を水
酸基以外の官能基に交換してなるものであることを特徴
とする強誘電体薄膜形成用塗布液。
1. A coating liquid for forming a ferroelectric thin film containing an organometallic compound, wherein the organometallic compound is a hydroxyl group of a hydrolyzate of a metal alkoxide containing two or more metal elements in one molecule. And a coating liquid for forming a ferroelectric thin film, wherein the coating liquid is obtained by replacing one or both of the alkoxy groups with a functional group other than a hydroxyl group.
【請求項2】前記水酸基以外の官能基が、カルボキシル
基である請求項1に記載の強誘電体薄膜形成用塗布液。
2. The coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the functional group other than the hydroxyl group is a carboxyl group.
【請求項3】1分子中に2種以上の金属元素を含む金属
アルコキシド類を加水分解し、得られた加水分解物の、
水酸基及びアルコキシ基又はいずれか一方を水酸基以外
の官能基に交換することを特徴とする強誘電体薄膜形成
用塗布液の製造方法。
3. A hydrolyzate of a metal alkoxide containing two or more metal elements in one molecule, and
A method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film, comprising exchanging a hydroxyl group and / or an alkoxy group with a functional group other than a hydroxyl group.
【請求項4】前記水酸基以外の官能基の交換後、得られ
た官能基交換生成物を、酸素原子を分子中に有する溶媒
に溶解する請求項3に記載の強誘電体薄膜形成用塗布液
の製造方法。
4. The coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 3, wherein after exchanging the functional group other than the hydroxyl group, the obtained functional group exchange product is dissolved in a solvent having an oxygen atom in a molecule. Manufacturing method.
【請求項5】前記水酸基以外の官能基が、カルボキシル
基である請求項3又は4に記載の強誘電体薄膜形成用塗
布液の製造方法。
5. The method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 3, wherein the functional group other than the hydroxyl group is a carboxyl group.
【請求項6】請求項1又は2に記載の強誘電体薄膜形成
用塗布液を塗布し、硬化させてなる強誘電体薄膜。
6. A ferroelectric thin film obtained by applying and curing the coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 1 or 2.
【請求項7】下記式(1)に示す構造を有する請求項6
に記載の強誘電体薄膜。 【化1】(Bi23)(M1 l2 mx) (1) [式(1)中、M1は、2価の金属イオン、M2は、5価
の金属イオンをそれぞれ示し、l及びmは、0.5〜5
の正数、xは、M1及びM2の価数から計算される正数で
ある。]
7. A structure having a structure represented by the following formula (1):
3. The ferroelectric thin film according to 1. ## STR1 (Bi 2 O 3) (M 1 l M 2 m O x) (1) [ Formula (1), M 1 is a divalent metal ion, M 2 is a pentavalent metal ion 1 and m are 0.5 to 5 respectively.
, X is a positive number calculated from the valences of M 1 and M 2 . ]
【請求項8】下記式(2)に示す構造を有する請求項6
に記載の強誘電体薄膜。 【化2】M3 a4 by (2) [式(2)中、M3は、2価の金属イオン、M4は、4価
の金属イオンをそれぞれ示し、a及びbは、0.5〜5
の正数、yは、M3及びM4の価数から計算される正数で
ある。]
8. The structure according to claim 6, wherein the structure has the following formula (2).
3. The ferroelectric thin film according to 1. Embedded image M 3 a M 4 b O y (2) [In the formula (2), M 3 represents a divalent metal ion, M 4 represents a tetravalent metal ion. 0.5-5
Is a positive number calculated from the valences of M 3 and M 4 . ]
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WO2011004722A1 (en) * 2009-07-09 2011-01-13 株式会社村田製作所 Method for producing complex oxide powder, and complex oxide powder

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