JP2001139329A - METHOD FOR FORMING Pb-BASE PEROVSKITE TYPE METAL OXIDE THIN FILM AND Pb-BASE PEROVSKITE TYPE METAL OXIDE THIN FILM - Google Patents

METHOD FOR FORMING Pb-BASE PEROVSKITE TYPE METAL OXIDE THIN FILM AND Pb-BASE PEROVSKITE TYPE METAL OXIDE THIN FILM

Info

Publication number
JP2001139329A
JP2001139329A JP31851499A JP31851499A JP2001139329A JP 2001139329 A JP2001139329 A JP 2001139329A JP 31851499 A JP31851499 A JP 31851499A JP 31851499 A JP31851499 A JP 31851499A JP 2001139329 A JP2001139329 A JP 2001139329A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal oxide
thin film
oxide thin
forming
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP31851499A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4042276B2 (en
Inventor
Kazumasa Maki
一誠 牧
Satoshi Fujita
悟史 藤田
Nobuyuki Soyama
信幸 曽山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP31851499A priority Critical patent/JP4042276B2/en
Publication of JP2001139329A publication Critical patent/JP2001139329A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4042276B2 publication Critical patent/JP4042276B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To crystallize a metal oxide at a low temperature of <=450 deg.C in a method for forming a Pb-base perovskite type metal oxide thin film by applying a raw material solution for forming the metal oxide thin film on a substrate, then heating the substrate to crystallize the metal oxide. SOLUTION: This method for forming the Pb-base perovskite type metal oxide thin film has a stage for applying the raw material for forming the Pb-Ti- base metal oxide thin film on the substrate, then applying a raw material solution for forming the Pb-Zr-Ti-base metal oxide thin film. In the method, a crystallization stage is executed at least one time in such a manner that the thickness of the metal oxide thin film formed by one time of the crystallization stage attains <=30 nm in the film thickness after the crystallization.

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、電気的及び/又は
光学的性質により各種の誘電体デバイスへの応用が期待
できるPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜を、ゾル
ゲル法等により形成するための方法に係り、特に金属酸
化物の結晶化温度が低く、低温成膜が可能なPb系ペロ
ブスカイト型金属酸化物薄膜の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film, which can be expected to be applied to various dielectric devices due to its electrical and / or optical properties, by a sol-gel method or the like. In particular, the present invention relates to a method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film having a low crystallization temperature of a metal oxide and capable of forming a film at a low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属酸化物薄膜、特にチタン酸ジルコン
酸鉛(PZT)及びそれにランタンをドープした(PL
ZT:PbLa1−x(ZrTi1−y
1−X/4)はその高い誘電率、優れた強誘電特性
から種々の誘電体デバイスへの応用が期待されている。
これらの金属酸化物薄膜の成膜法としては、スパッタリ
ング法、MOCVD法などがあるが、比較的安価で簡便
に薄膜を作製する手法として、有機金属溶液を基板に塗
布するゾルゲル法がある。
2. Description of the Related Art Metal oxide thin films, in particular, lead zirconate titanate (PZT) and lanthanum-doped (PLZT)
ZT: Pb x La 1-x (Zr y Ti 1-y)
1-X / 4 O 3) is their high dielectric constant, the application of the excellent ferroelectric characteristics to the various dielectric device is expected.
As a method of forming these metal oxide thin films, there are a sputtering method, an MOCVD method, and the like. As a relatively inexpensive and simple method of forming a thin film, there is a sol-gel method of applying an organic metal solution to a substrate.

【0003】ゾルゲル法は、原料となる各成分金属の加
水分解性の化合物、その部分加水分解物及び/又はその
部分重縮合物を含有する原料溶液を基板に塗布し、塗膜
を乾燥させた後、例えば空気中で約400℃に加熱して
金属酸化物の膜を形成し、さらにその金属酸化物の結晶
化温度以上で焼成して膜を結晶化させることにより強誘
電体薄膜を成膜する方法である。
In the sol-gel method, a raw material solution containing a hydrolyzable compound of each component metal as a raw material, a partial hydrolyzate thereof and / or a partial polycondensate thereof is applied to a substrate, and the coating film is dried. Thereafter, the ferroelectric thin film is formed, for example, by heating to about 400 ° C. in the air to form a metal oxide film, and further firing at a temperature higher than the crystallization temperature of the metal oxide to crystallize the film. How to

【0004】このゾルゲル法に似た方法として、有機金
属分解(MOD)法がある。MOD法では、熱分解性の
有機金属化合物、例えば、金属のβ−ジケトン錯体(例
えば、金属アセチルアセトネート)やカルボン酸塩(例
えば、酢酸塩)を含有する原料溶液を基板に塗布し、例
えば空気中又は含酸素雰囲気中等で加熱して、塗膜中の
溶媒の蒸発及び金属化合物の熱分解を生じさせて金属酸
化物の膜を形成し、さらに結晶化温度以上で焼成して膜
を結晶化させる。従って、原料化合物の種類が異なるだ
けで、成膜操作はゾルゲル法とほぼ同様である。
As a method similar to the sol-gel method, there is an organic metal decomposition (MOD) method. In the MOD method, a raw material solution containing a thermally decomposable organometallic compound, for example, a metal β-diketone complex (for example, metal acetylacetonate) or a carboxylate (for example, acetate) is applied to a substrate, Heating in air or an oxygen-containing atmosphere, etc., causes evaporation of the solvent in the coating film and thermal decomposition of the metal compound to form a metal oxide film, which is then fired at a crystallization temperature or higher to crystallize the film. To Therefore, the film forming operation is almost the same as that of the sol-gel method except for the type of the starting compound.

【0005】このようにゾルゲル法とMOD法は成膜操
作が同じであるので、両者を併用した方法も可能であ
る。即ち、原料溶液が加水分解性の金属化合物と熱分解
性の金属化合物の両方を含有していてもよく、その場合
には塗膜の加熱中に原料化合物の加水分解と熱分解が起
こり、金属酸化物が生成する。
As described above, since the sol-gel method and the MOD method have the same film forming operation, a method using both of them is also possible. That is, the raw material solution may contain both a hydrolyzable metal compound and a thermally decomposable metal compound. In this case, hydrolysis and thermal decomposition of the raw material compound occur during heating of the coating film, and the metal Oxide forms.

【0006】従って、以下において、ゾルゲル法、MO
D法、及びこれらを併用した方法を包含して「ゾルゲル
法等」と称す。
Accordingly, in the following, the sol-gel method, MO
The D method and methods using these methods in combination are referred to as “sol-gel method”.

【0007】ゾルゲル法等は、安価かつ簡便で量産に適
しているという利点に加えて、膜の組成制御が容易で、
成膜厚みが比較的均一であるという優れた特長を有す
る。従って、比較的平坦な基板上に強誘電体薄膜を形成
するのには最も有利な成膜法であると言える。
The sol-gel method and the like have the advantages of being inexpensive, simple, and suitable for mass production.
An excellent feature is that the film thickness is relatively uniform. Therefore, it can be said that this is the most advantageous film forming method for forming a ferroelectric thin film on a relatively flat substrate.

【0008】なお、従来のゾルゲル法では、原料溶液を
基板に塗布して乾燥させた後仮焼し、所望の膜厚が得ら
れるまでこの塗布、乾燥及び仮焼を繰り返し行い、最後
の金属酸化物の結晶化温度以上の温度で焼成して結晶化
させることにより成膜が行われている。
In the conventional sol-gel method, a raw material solution is applied to a substrate, dried, calcined, and the application, drying and calcining are repeated until a desired film thickness is obtained. Film formation is performed by baking at a temperature higher than the crystallization temperature of the product and crystallizing the product.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ゾルゲル法等
によるPZT薄膜の形成には、結晶化のための焼成に一
般的に650℃以上の高い加熱温度が必要とされる。
However, formation of a PZT thin film by a sol-gel method or the like requires a high heating temperature of generally 650 ° C. or higher for firing for crystallization.

【0010】一方で、このような強誘電体薄膜を利用し
たメモリーにおいては、デバイスチップの小型化に伴
い、加熱処理によるデバイスのトランジスタ及びその周
辺回路等への悪影響が問題視されるようになってきてお
り、Pb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜形成時の結
晶化温度を低減させることが必要不可欠となっている。
また、強誘電体メモリー以外の用途においても、成膜時
の結晶化温度を低減することは、従来の結晶化温度では
成膜が困難であったガラス基板等への成膜を可能とし、
強誘電体や圧電体、集電体等の応用範囲の拡大を図るこ
とが期待されることから、結晶化温度の低減が強く望ま
れている。
On the other hand, in a memory using such a ferroelectric thin film, an adverse effect on a transistor of a device and a peripheral circuit thereof due to a heat treatment has been regarded as a problem as the device chip is downsized. Therefore, it is indispensable to lower the crystallization temperature when forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film.
Also, in applications other than ferroelectric memory, reducing the crystallization temperature during film formation enables film formation on a glass substrate or the like, which was difficult to form at the conventional crystallization temperature,
Since it is expected to expand the application range of ferroelectrics, piezoelectrics, current collectors, and the like, it is strongly desired to reduce the crystallization temperature.

【0011】従来、PZT薄膜の結晶化温度の低減技術
として、Pb及びTiを含有する金属酸化物薄膜形成用
原料溶液を塗布後、Pb、Zr及びTiを含有する金属
酸化物薄膜形成用原料溶液を塗布して結晶化させる方法
が提案されている(Journalof the European Ceramic S
ociety 19(1999)1397-1401等)。この方法では、結晶化
温度の低いPT層がまず結晶化し、それを核にしてPZ
T層が低温で結晶化してゆくことにより、PZT薄膜の
結晶化の活性化エネルギーが低減されることになり、結
晶化温度の低減が図れる。この方法はPTシーディング
(PT seeding)と称され、結晶化温度の低減にある程度
有効ではあるが、未だ十分であるとは言えず、更なる改
良が望まれている。
Conventionally, as a technique for reducing the crystallization temperature of a PZT thin film, a raw material solution for forming a metal oxide thin film containing Pb and Ti is applied, and then a raw material solution for forming a metal oxide thin film containing Pb, Zr and Ti is formed. Has been proposed to crystallize by coating (Journal of the European Ceramic S
society 19 (1999) 1397-1401). In this method, a PT layer having a low crystallization temperature is first crystallized, and the PZ is
By crystallization of the T layer at a low temperature, the activation energy for crystallization of the PZT thin film is reduced, and the crystallization temperature can be reduced. This method is called PT seeding and is effective to some extent in lowering the crystallization temperature, but it is still not enough, and further improvement is desired.

【0012】本発明は上記従来の問題点を解決し、ゾル
ゲル法等によりPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜
を形成するに当り、450℃以下の低温でも結晶化を行
うことが可能なPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜
の形成方法及びこの低温結晶化方法で形成された高品質
Pb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜を提供すること
を目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and when forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film by a sol-gel method or the like, a Pb-based perovskite capable of performing crystallization even at a low temperature of 450 ° C. or less. It is an object of the present invention to provide a method for forming a metal oxide thin film of a type and a high-quality Pb-based perovskite metal oxide thin film formed by the low-temperature crystallization method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1のPb系ペロブ
スカイト型金属酸化物薄膜の形成方法は、基板に金属酸
化物薄膜形成用原料溶液を塗布した後、加熱することに
より該金属酸化物を結晶化させてPb系ペロブスカイト
型金属酸化物薄膜を形成する方法において、1回の結晶
化工程で形成される金属酸化物薄膜の厚さが結晶化後の
膜厚で30nm以下となるように、結晶化工程を1回以
上行うことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film, which comprises applying a raw material solution for forming a metal oxide thin film on a substrate and heating the substrate. In the method of forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film by crystallization, the thickness of the metal oxide thin film formed in one crystallization step may be 30 nm or less as a thickness after crystallization. The crystallization step is performed once or more.

【0014】このように1回の結晶化工程で形成される
金属酸化物薄膜の厚さが結晶化後の膜厚で30nm以下
となるようにすることにより、金属酸化物の結晶化温度
を低下させることができる。この理由の詳細は明らかで
はないが、塗布後の仮焼時にカーボンが分解しやすくな
る効果、膜厚が非常に薄いために基板と未結晶層の界面
から核生成した後の結晶成長が途中で中断されず表面ま
で結晶化される効果等によるものと推定される。即ち、
従来法のように、結晶化後の膜厚が30nm以上となる
ようにして450℃程度の比較的低温で焼成して結晶化
すると、薄膜の途中でペロブスカイト酸化物の結晶成長
が中断され表面まで結晶化されず、また表面には微細な
パイロクロア層が生じる。これに対して、結晶化後の膜
厚が30nm以下となるようにして450℃程度の比較
的低温で焼成して結晶化すると、完全に結晶化が行われ
る。
By setting the thickness of the metal oxide thin film formed in one crystallization step to be 30 nm or less in terms of the thickness after crystallization, the crystallization temperature of the metal oxide can be reduced. Can be done. The details of this reason are not clear, but the effect that carbon is easily decomposed at the time of calcination after coating and the crystal growth after nucleation from the interface between the substrate and the amorphous layer due to the extremely thin film thickness are in progress. It is presumed to be due to the effect of crystallization to the surface without interruption. That is,
As in the conventional method, when the film is fired and crystallized at a relatively low temperature of about 450 ° C. so that the film thickness after crystallization becomes 30 nm or more, the crystal growth of the perovskite oxide is interrupted in the middle of the thin film, and the film grows to the surface. It is not crystallized and a fine pyrochlore layer is formed on the surface. On the other hand, when crystallization is performed by firing at a relatively low temperature of about 450 ° C. so that the film thickness after crystallization becomes 30 nm or less, complete crystallization is performed.

【0015】本発明においては、このように1回の結晶
化工程で形成される金属酸化物薄膜の厚さが結晶化後の
膜厚で30nm以下となるように、結晶化工程を1回以
上行うと共に、PTシーディングを併用することが好ま
しく、これにより、上記結晶化温度の低減化効果と相俟
ってより一層の結晶化温度の低減を図ることが可能とな
り、450℃以下の低温でも結晶化が促進され、高品質
のPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜を形成するこ
とができる。
In the present invention, the crystallization step is performed one or more times so that the thickness of the metal oxide thin film formed in one crystallization step is 30 nm or less in thickness after crystallization. In addition to the above, it is preferable to use PT seeding in combination, whereby the crystallization temperature can be further reduced in combination with the above-mentioned crystallization temperature reduction effect, and even at a low temperature of 450 ° C. or lower. Crystallization is promoted, and a high-quality Pb-based perovskite-type metal oxide thin film can be formed.

【0016】本発明のPb系ペロブスカイト型金属酸化
物薄膜は、このような本発明のPb系ペロブスカイト型
金属酸化物薄膜の形成方法により形成されたものであ
り、低温焼成により、低コストにて高品質の誘電体デバ
イスを実現するものである。
The Pb-based perovskite-type metal oxide thin film of the present invention is formed by such a method of forming the Pb-based perovskite-type metal oxide thin film of the present invention, and is sintered at a low temperature to achieve high cost at low cost. This realizes a high quality dielectric device.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail.

【0018】本発明で成膜するPb系ペロブスカイト型
金属酸化物薄膜としては、PbとZr及び/又はTiと
からなるペロブスカイト型酸化物薄膜、特にチタン酸ジ
ルコン酸鉛:PZT薄膜が挙げられる。
As the Pb-based perovskite-type metal oxide thin film formed in the present invention, a perovskite-type oxide thin film composed of Pb and Zr and / or Ti, in particular, a lead zirconate titanate: PZT thin film can be mentioned.

【0019】この酸化物材料には、微量のドープ元素を
含有させることができる。ドープ元素の例としては、C
a、Sr、Ba、Hf、Sn、Th、Y、Sm、Dy、
Ce、Bi、Sb、Nb、Ta、W、Mo、Cr、C
o、Ni、Fe、Cu、Si、Ge、U、Sc、V、P
r、Nd、Eu、Gd、Tb、Ho、Er、Tm、Y
b、Lu、Laなどが挙げられ、その含有量は薄膜中の
金属原子の原子分率で0.1以下とするのが好ましい。
This oxide material can contain a small amount of a doping element. Examples of doping elements include C
a, Sr, Ba, Hf, Sn, Th, Y, Sm, Dy,
Ce, Bi, Sb, Nb, Ta, W, Mo, Cr, C
o, Ni, Fe, Cu, Si, Ge, U, Sc, V, P
r, Nd, Eu, Gd, Tb, Ho, Er, Tm, Y
b, Lu, La, and the like, and the content thereof is preferably 0.1 or less in terms of the atomic fraction of metal atoms in the thin film.

【0020】本発明で用いる金属酸化物薄膜形成用原料
溶液は、有機溶媒に原料金属化合物を溶解させたもので
あり、ここで用いる有機溶媒としては、アルコール、カ
ルボン酸、エステル、ケトン、エーテル、シクロアルカ
ン、芳香族系溶媒などが挙げられ、このうち、アルコー
ルとしては、エタノール、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、2−メチ
ル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノー
ル、1−ペンタノール、2−ペンタノール、2−メチル
−2−ペンタノールなどのアルカノール類、シクロヘキ
サノールといったシクロアルカノール類、ならびに2−
メトキシエタノール、1−エトキシ−2−プロパノール
といったアルコキシアルコール類が使用できる。
The raw material solution for forming a metal oxide thin film used in the present invention is obtained by dissolving a raw metal compound in an organic solvent. Examples of the organic solvent used herein include alcohols, carboxylic acids, esters, ketones, ethers, and the like. Cycloalkanes, aromatic solvents and the like can be mentioned. Among them, alcohols include ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, and 2-methyl-2. -Alkanols such as propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, cycloalkanols such as cyclohexanol, and 2-
Alkoxy alcohols such as methoxyethanol and 1-ethoxy-2-propanol can be used.

【0021】また、カルボン酸溶媒の例としては、n−
酪酸、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−エチルヘキサン酸などが挙げられる。
Examples of the carboxylic acid solvent include n-
Butyric acid, α-methylbutyric acid, i-valeric acid, 2-ethylbutyric acid,
2,2-dimethylbutyric acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2,3
-Dimethylbutyric acid, 3-methylpentanoic acid, 4-methylpentanoic acid, 2-ethylpentanoic acid, 3-ethylpentanoic acid, 2,2-dimethylpentanoic acid, 3,3-dimethylpentanoic acid, 2,3-dimethylpentane Acid, 2-ethylhexanoic acid, 3-ethylhexanoic acid and the like.

【0022】エステル系溶媒としては、酢酸エチル、酢
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
イソアミルなどが挙げられる。
Examples of the ester solvents include ethyl acetate, propyl acetate, n-butyl acetate, sec-butyl acetate, tert-butyl acetate, isobutyl acetate, n-amyl acetate, sec-amyl acetate, tert-amyl acetate, and isoamyl acetate. And the like.

【0023】ケトン系溶媒としては、アセトン、メチル
エチルエトン、メチルイソブチルケトンが挙げられ、エ
ーテル系溶媒としては、ジメチルエーテル、ジエチルエ
ーテルといった鎖式エーテル、並びにテトラヒドロフラ
ン、ジオキサンといった環式エーテルが挙げられる。ま
た、シクロアルカン系溶媒としては、シクロヘプタン、
シクロヘキサンなどが挙げられ、芳香族系溶媒として
は、トルエン、キシレンなどが挙げられる。
The ketone solvents include acetone, methyl ethyl ethone, and methyl isobutyl ketone. The ether solvents include chain ethers such as dimethyl ether and diethyl ether, and cyclic ethers such as tetrahydrofuran and dioxane. As the cycloalkane-based solvent, cycloheptane,
Cyclohexane and the like, and aromatic solvents include toluene, xylene and the like.

【0024】また、本発明においては、原料溶液中に安
定化剤としてβ−ジケトン類を配合するのが好ましく、
安定化剤の配合により、原料溶液の加速分解速度、重縮
合速度が抑えられ、その保存安定性が改善される。この
場合、安定化剤としてのβ−ジケトン類の添加量は、原
料溶液中に存在する金属元素の合計原子数に対するβ−
ジケトン類の分子数で0.1〜5倍の量が好ましく、よ
り好ましくは0.2〜3倍である。β−ジケトン類は添
加量が多すぎると安定性の低下が危惧され、少なすぎる
とβ−ジケトン類の効果が十分に得られない。使用する
β−ジケトン類としては、アセチルアセトン、ベンゾイ
ルアセトン、ジベンゾイルアセトン、ジイソブチルメタ
ン、ジピバロイルメタン、3−メチルペンタン−2,4
−ジオン、2,2−ジメチルペンタン−3,5−ジオ
ン、ヘプタフルオロブタノイルピバロイルメタン、トリ
フルオロアセチルアセトン等が挙げられるが、これらの
中でも特に経済性、膜の緻密性、ハロゲン化物を含まな
い等の観点からアセチルアセトンが望ましい。
In the present invention, it is preferable to mix β-diketones as a stabilizer in the raw material solution.
By adding a stabilizer, the rate of accelerated decomposition and the rate of polycondensation of the raw material solution are suppressed, and the storage stability is improved. In this case, the amount of β-diketones added as a stabilizer is β-diketone relative to the total number of metal elements present in the raw material solution.
The amount is preferably 0.1 to 5 times, more preferably 0.2 to 3 times, the number of molecules of the diketones. If the amount of the β-diketone is too large, the stability may be reduced. If the amount is too small, the effect of the β-diketone cannot be sufficiently obtained. As the β-diketones to be used, acetylacetone, benzoylacetone, dibenzoylacetone, diisobutylmethane, dipivaloylmethane, 3-methylpentane-2,4
-Dione, 2,2-dimethylpentane-3,5-dione, heptafluorobutanoylpivaloylmethane, trifluoroacetylacetone and the like, among which economicalness, denseness of the film, and halides are included. Acetylacetone is desirable from the viewpoint that there is no acetylacetone.

【0025】安定化剤としてのβ−ジケトン類は、原料
溶液の製造工程のどの段階で添加しても良いが、後述す
る共沸蒸留を行う場合には、この蒸留後に添加すること
が好ましい。また、金属アルコキシドの部分加水分解を
行う場合には、その前にβ−ジケトン類を添加しておく
方が、加水分解速度の制御が容易となることから好まし
い。なお、β−ジケトン類を添加した場合には、塗布後
の加水分解を促進させるために、原料溶液に少量の水を
添加しても良い。
The β-diketones as a stabilizer may be added at any stage in the production process of the raw material solution, but when azeotropic distillation described later is performed, it is preferably added after this distillation. In the case where the metal alkoxide is partially hydrolyzed, it is preferable to add β-diketones before the partial hydrolysis because the hydrolysis rate can be easily controlled. When β-diketones are added, a small amount of water may be added to the raw material solution in order to promote hydrolysis after coating.

【0026】原料金属化合物としては、各成分金属又は
2以上の成分金属を含む金属化合物、その部分加水分解
物並びにその部分重縮合物を用いることができるが、特
に好ましい金属化合物は、加水分解性又は熱分解性の有
機金属化合物である。例えば、アルコキシド、有機酸
塩、β−ジケトン錯体などが代表例であるが、金属錯体
については、アミン錯体をはじめとして、各種の他の錯
体も利用できる。ここでβ−ジケトンとしては、アセチ
ルアセトン(=2,4−ペンタンジオン)、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
ンなどが挙げられる。
As the starting metal compound, a metal compound containing each component metal or two or more component metals, a partial hydrolyzate thereof and a partial polycondensate thereof can be used, and a particularly preferable metal compound is a hydrolyzable metal compound. Alternatively, it is a thermally decomposable organometallic compound. For example, alkoxides, organic acid salts, β-diketone complexes and the like are typical examples, but various other complexes such as amine complexes can be used for metal complexes. Here, examples of the β-diketone include acetylacetone (= 2,4-pentanedione), heptafluorobutanoylpivaloylmethane, dipivaloylmethane, trifluoroacetylacetone, and benzoylacetone.

【0027】原料として好適な有機金属化合物の具体例
を示すと、鉛化合物及びランタン化合物としては酢酸塩
(酢酸鉛、酢酸ランタン)などの有機酸塩並びにジイソ
プロポキシ鉛などのアルコキシドが挙げられる。チタン
化合物としては、テトラエトキシチタン、テトライソプ
ロポキシチタン、テトラn−ブトキシチタン、テトラi
−ブトキシチタン、テトラt−ブトキシチタン、ジメト
キシジイソプロポキシチタンなどのアルコキシドが好ま
しいが、有機酸塩又は有機金属錯体も使用できる。ジル
コニウム化合物は上記チタン化合物と同様である。
Specific examples of organometallic compounds suitable as raw materials include, as the lead compound and the lanthanum compound, organic acid salts such as acetates (lead acetate and lanthanum acetate) and alkoxides such as diisopropoxy lead. Examples of the titanium compound include tetraethoxy titanium, tetra isopropoxy titanium, tetra n-butoxy titanium, tetra i
Alkoxides such as -butoxytitanium, tetra-t-butoxytitanium and dimethoxydiisopropoxytitanium are preferred, but organic acid salts or organometallic complexes can also be used. The zirconium compound is the same as the above-mentioned titanium compound.

【0028】なお、原料の金属化合物は、上述したよう
な1種類の金属を含有する化合物の他に、2種以上の成
分金属を含有する複合化した金属化合物であってもよ
い。かかる複合化金属化合物の例としては、PbO
〔Ti(OC、PbO〔Zr(OC
などが挙げられる。
The starting metal compound may be a compound metal compound containing two or more component metals in addition to the compound containing one kind of metal as described above. Examples of such composite metal compounds include PbO
2 [Ti (OC 3 H 7 ) 3 ] 2 , PbO 2 [Zr (OC
4 H 9) 3] 2 and the like.

【0029】本発明では、特に、Ti原料化合物として
チタンアルコキシドを、Zr原料化合物としてジルコニ
ウムアルコキシドを、また、Pb原料化合物として酢酸
鉛3水和物及び/又は酢酸鉛無水物をそれぞれ用いるこ
とが好ましい。
In the present invention, it is particularly preferable to use titanium alkoxide as the Ti raw material compound, zirconium alkoxide as the Zr raw material compound, and lead acetate trihydrate and / or anhydrous lead acetate as the Pb raw material compound. .

【0030】本発明では、これらの各成分金属の原料と
して使用する金属化合物を、前述の有機溶媒に溶解し、
好ましくは、安定化剤としてβ−ジケトン類を添加し
て、形成するPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜の
複合金属酸化物(2以上の金属を含有する酸化物)の前
駆体を含有する原料溶液を調製する。
In the present invention, a metal compound used as a raw material for each of these component metals is dissolved in the above-mentioned organic solvent,
Preferably, a raw material solution containing a precursor of a composite metal oxide (oxide containing two or more metals) of a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film to be formed by adding a β-diketone as a stabilizer. Is prepared.

【0031】原料溶液中に含有させる各金属化合物の割
合は、成膜しようとするPb系ペロブスカイト型金属酸
化物薄膜の金属原子比とほぼ同じでよい。但し、一般に
鉛化合物は揮発性が高く、金属酸化物に変化させるため
の加熱中又は結晶化のための焼成中に蒸発による鉛の欠
損が起こることがある。そのため、この欠損を見越し
て、鉛をやや過剰(例えば、2〜30%過剰)に存在さ
せても良い。この鉛の欠損の程度は、鉛化合物の種類や
成膜条件によって異なり、予め実験により求めることが
できる。
The ratio of each metal compound contained in the raw material solution may be substantially the same as the metal atomic ratio of the Pb-based perovskite-type metal oxide thin film to be formed. However, lead compounds generally have high volatility, and lead deficiency may occur due to evaporation during heating for changing to a metal oxide or during firing for crystallization. Therefore, in anticipation of this deficiency, lead may be present in a slight excess (for example, an excess of 2 to 30%). The degree of lead deficiency varies depending on the type of lead compound and film forming conditions, and can be determined in advance by experiments.

【0032】なお、原料溶液の金属化合物濃度は特に制
限されず、利用する塗布法や部分加水分解の有無によっ
ても異なるが、一般に金属酸化物換算の合計金属含有量
として0.1〜20重量%の範囲が好ましい。
The concentration of the metal compound in the raw material solution is not particularly limited, and varies depending on the coating method to be used and the presence or absence of partial hydrolysis. Generally, the total metal content in terms of metal oxide is 0.1 to 20% by weight. Is preferable.

【0033】金属化合物を有機溶媒中に溶解させた溶液
は、そのまま原料溶液としてゾルゲル法等による成膜に
使用することができる。或いは、成膜を促進させるた
め、この溶液を加熱して、加水分解性の金属化合物(例
えば、アルコキシド)を部分加水分解ないし部分重縮合
させて成膜に使用してもよい。即ち、この場合には、原
料溶液は、少なくとも一部の金属化合物については、そ
の部分加水分解物及び/又は部分重縮合物を含有するこ
とになる。
A solution in which a metal compound is dissolved in an organic solvent can be used as it is as a raw material solution for film formation by a sol-gel method or the like. Alternatively, in order to promote film formation, the solution may be heated to partially hydrolyze or partially polycondense a hydrolyzable metal compound (eg, alkoxide) and use the film for film formation. That is, in this case, the raw material solution contains a partial hydrolyzate and / or a partial polycondensate of at least a part of the metal compound.

【0034】部分加水分解のための加熱は、温度や時間
を制御して、完全に加水分解が進行しないようにする。
完全に加水分解すると、原料溶液の安定性が著しく低下
し、ゲル化し易くなる上、均一な成膜も困難となる。加
熱条件としては、温度80〜200℃で、0.5〜50
時間程度が適当である。加水分解中に、加水分解物が−
M−O−結合(M=金属)により部分的に重縮合するこ
とがあるが、このような重縮合は部分的であれば許容さ
れる。
The heating for the partial hydrolysis controls the temperature and time so that the hydrolysis does not proceed completely.
When the hydrolysis is completely performed, the stability of the raw material solution is remarkably reduced, gelation is easily caused, and uniform film formation is difficult. The heating conditions are a temperature of 80 to 200 ° C. and a temperature of 0.5 to 50.
Time is appropriate. During the hydrolysis, the hydrolyzate
Polycondensation may occur partially due to the MO-bond (M = metal), but such polycondensation is acceptable if it is partial.

【0035】原料溶液が、金属アルコキシドと金属カル
ボン酸塩の両者を含有する場合には、金属アルコキシド
と混合する前に、金属カルボン酸塩に付随する結晶水を
除去しておくことが好ましい。この結晶水の除去は、金
属カルボン酸だけをまず溶媒に溶解させ、この溶液を蒸
留して溶媒との共沸蒸留により脱水することにより実施
できる。従って、この場合の溶媒は水と共沸蒸留可能な
ものを使用する。金属カルボン酸塩の結晶水を除去せず
に金属アルコキシドと混合すると、金属アルコキシドの
加水分解が進行しすぎたり、その制御が困難となること
があり、部分加水分解後に沈殿を生ずることがある。
When the raw material solution contains both a metal alkoxide and a metal carboxylate, it is preferable to remove water of crystallization accompanying the metal carboxylate before mixing with the metal alkoxide. The removal of the water of crystallization can be carried out by first dissolving only the metal carboxylic acid in a solvent, distilling the solution and dehydrating the solution by azeotropic distillation with the solvent. Therefore, in this case, a solvent that can be azeotropically distilled with water is used. If the metal carboxylate is mixed with the metal alkoxide without removing the water of crystallization, the hydrolysis of the metal alkoxide may progress too much or its control may be difficult, and precipitation may occur after partial hydrolysis.

【0036】本発明では、このようにして調製される金
属酸化物薄膜形成用原料溶液を用いて、下記の条件、
好ましくは下記及びの条件を採用して成膜を行うこ
と以外は、従来のゾルゲル法等と同様にして、次のよう
な手順に従ってPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜
を成膜することができる。
In the present invention, the raw material solution for forming a metal oxide thin film thus prepared is used under the following conditions:
Preferably, a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film can be formed according to the following procedure in the same manner as in a conventional sol-gel method except that the film formation is performed under the following conditions.

【0037】 1回の結晶化工程で形成される金属酸
化物薄膜の厚さが結晶化後の膜厚で30nm以下となる
ように、結晶化工程を1回以上行う。なお、この場合、
1回の結晶化工程で形成される金属酸化物薄膜の厚さ
は、薄ければ薄い程、結晶化温度の低減に有利である
が、過度に薄くすることは成膜効率の低下につながるた
め、1回の結晶化で形成される金属酸化物薄膜の厚さは
5〜30nmとなるようにするのが好ましい。
The crystallization step is performed one or more times so that the thickness of the metal oxide thin film formed in one crystallization step is 30 nm or less in thickness after crystallization. In this case,
The thinner the metal oxide thin film formed in one crystallization step, the more advantageous the crystallization temperature is. However, excessively thinning leads to a decrease in film formation efficiency. It is preferable that the thickness of the metal oxide thin film formed by one crystallization is 5 to 30 nm.

【0038】 Pb原料化合物とTi原料化合物を含
む金属酸化物薄膜形成用原料溶液を塗布して塗膜を形成
した後、この塗膜上にPb原料化合物、Zr原料化合物
及びTi原料化合物を含む金属酸化物薄膜形成用原料溶
液を塗布して塗膜を形成する。好ましくは基板上にPb
原料化合物とTi原料化合物を含む金属酸化物薄膜形成
用原料溶液を塗布して塗膜を形成した後、この塗膜上に
Pb原料化合物、Zr原料化合物及びTi原料化合物を
含む金属酸化物薄膜形成用原料溶液を複数回塗布して塗
膜を積層形成する。
After forming a coating film by applying a metal oxide thin film forming raw material solution containing a Pb raw material compound and a Ti raw material compound, a metal containing the Pb raw material compound, the Zr raw material compound and the Ti raw material compound is formed on the coating film. An oxide thin film forming raw material solution is applied to form a coating film. Preferably Pb on the substrate
After forming a coating film by applying a raw material solution for forming a metal oxide thin film containing a raw material compound and a Ti raw material compound, forming a metal oxide thin film containing a Pb raw material compound, a Zr raw material compound and a Ti raw material compound on the coated film. The raw material solution is applied a plurality of times to form a laminated film.

【0039】まず、金属酸化物薄膜形成用原料溶液を基
板上に塗布する。塗布は、スピンコーティングにより行
うのが一般的であるが、ロール塗布、噴霧、浸漬、カー
テンフローコート、ドクターブレードなど他の塗布法も
適用可能である。塗布後、塗膜を乾燥させ、溶媒を除去
する。この乾燥温度は溶媒の種類によっても異なるが、
通常は80〜200℃程度であり、好ましくは100〜
180℃の範囲でよい。但し、原料溶液中の金属化合物
を金属酸化物に転化させるための次工程の加熱の際の昇
温中に、溶媒は除去されるので、塗膜の乾燥工程は必ず
しも必要とされない。
First, a raw material solution for forming a metal oxide thin film is applied on a substrate. The coating is generally performed by spin coating, but other coating methods such as roll coating, spraying, dipping, curtain flow coating, and doctor blade can also be applied. After application, the coating is dried and the solvent is removed. This drying temperature depends on the type of solvent,
Usually, it is about 80 to 200 ° C., preferably 100 to 200 ° C.
The temperature may be in the range of 180 ° C. However, the solvent is removed during the heating in the next step for converting the metal compound in the raw material solution into the metal oxide, so that the step of drying the coating film is not necessarily required.

【0040】その後、仮焼工程として、塗布した基板を
加熱し、有機金属化合物を完全に加水分解又は熱分解さ
せて金属酸化物に転化させ、金属酸化物からなる膜を形
成する。この加熱は、一般に加水分解の必要なゾルゲル
法では水蒸気を含んでいる雰囲気、例えば、空気又は含
水蒸気雰囲気(例えば、水蒸気を含有する窒素雰囲気)
中で行われ、熱分解させるMOD法では含酸素雰囲気中
で行われる。加熱温度は、金属酸化物の種類によっても
異なるが、通常は150〜450℃の範囲であり、好ま
しくは、200〜400℃である。加熱時間は、加水分
解及び熱分解が完全に進行するように選択するが、通常
は1分ないし2時間程度である。
Thereafter, as a calcining step, the applied substrate is heated to completely hydrolyze or thermally decompose the organometallic compound and convert it to a metal oxide, thereby forming a film made of the metal oxide. This heating is generally performed in an atmosphere containing water vapor in a sol-gel method requiring hydrolysis, for example, air or an atmosphere containing water vapor (for example, a nitrogen atmosphere containing water vapor).
The MOD method for thermal decomposition is performed in an oxygen-containing atmosphere. The heating temperature varies depending on the type of the metal oxide, but is usually in the range of 150 to 450 ° C, preferably 200 to 400 ° C. The heating time is selected so that the hydrolysis and thermal decomposition proceed completely, but is usually about 1 minute to 2 hours.

【0041】ゾルゲル法等の場合は、1回の塗布で、P
b系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜に必要な膜厚とす
ることは難しい場合が多いので、必要に応じて、上記の
塗布と(乾燥と)仮焼を繰返して、所望の膜厚の金属酸
化物の膜を得る。こうして得られた膜は、非晶質である
か、結晶質であっても結晶性が不十分であるので、分極
性が低く、強誘電体薄膜として利用できない。そのた
め、最後に結晶化アニール工程として、その金属酸化物
の結晶化温度以上の温度で焼成して、ペロブスカイト型
の結晶構造を持つ結晶質の金属酸化物薄膜とする。
In the case of the sol-gel method, etc.
Since it is often difficult to obtain a film thickness required for a b-based perovskite-type metal oxide thin film, the above-described coating and (drying) calcination are repeated as necessary to obtain a metal oxide having a desired film thickness. To obtain a film. The film obtained in this way is amorphous or crystalline and has insufficient crystallinity, so that it has low polarizability and cannot be used as a ferroelectric thin film. Therefore, finally, as a crystallization annealing step, firing is performed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the metal oxide to obtain a crystalline metal oxide thin film having a perovskite crystal structure.

【0042】前記の条件を採用する場合には、結晶化
のための焼成は、1回の焼成で得られる結晶化膜の膜厚
が30nm以下となるように適宜、塗布、乾燥、仮焼及
び焼成の工程を繰り返し行って、或いは、塗布、乾燥及
び仮焼の工程を繰り返した後焼成を行う工程を繰り返し
行って、所望の膜厚のPb系ペロブスカイト型金属酸化
物薄膜を成膜する。
When the above conditions are adopted, the firing for crystallization is appropriately performed such as coating, drying, calcining and calcination so that the thickness of the crystallized film obtained by one firing is 30 nm or less. The firing step is repeated, or the coating, drying and calcining steps are repeated, and then the firing step is repeated to form a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film having a desired film thickness.

【0043】本発明においては、前記、好ましくは、
前記及びの条件を採用することにより、この結晶化
のための温度を450℃以下、例えば、420〜450
℃程度に低減することができる。
In the present invention, the aforementioned, preferably
By adopting the above conditions, the temperature for this crystallization is set to 450 ° C. or lower, for example, 420 to 450.
° C.

【0044】従って、基板としては、この焼成温度に耐
える程度の耐熱性を有するものを使用すれば良い。結晶
化のための焼成(アニール)時間は、通常は1分から2
時間程度であり、焼成雰囲気は特に制限されないが、通
常は空気又は酸素である。
Therefore, a substrate having heat resistance enough to withstand the firing temperature may be used. The baking (annealing) time for crystallization is usually 1 minute to 2 minutes.
It is about time, and the firing atmosphere is not particularly limited, but is usually air or oxygen.

【0045】このようなPb系ペロブスカイト型金属酸
化物薄膜の形成に用いられる耐熱性の基板材料として
は、シリコン(単結晶又は多結晶)、白金、ニッケルな
どの金属類、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、ルテニ
ウム酸ストロンチウム(SrRuO)又はコバルト酸
ランタンストロンチウム((LaSr1−X)CoO
)などのぺロブスカイト型導電性酸化物など、石英、
窒化アルミニウム、酸化チタンなどの無機化合物が挙げ
られる。キャパシター膜の場合には、基板は下部電極で
あり、下部電極としては、例えば、Pt、Pt/Ti、
Pt/Ta、Ru、RuO、Ru/RuO、RuO
/Ru、Ir、IrO、Ir/IrO 、Pt/I
r、Pt/IrO、SrRuO又は(LaSr
1−X)CoOなどのぺロブスカイト型導電性酸化物
などとすることができる(なお、「/」を用いた2層構
造のものは「上層/下層」として示してある。)。
Such a Pb-based perovskite-type metal acid
Heat-resistant substrate material used for forming oxide thin films
Are silicon (single crystal or polycrystal), platinum, nickel
Which metals, ruthenium oxide, iridium oxide, rutheni
Strontium titanate (SrRuO)3) Or cobalt acid
Lanthanum strontium ((LaXSr1-X) CoO
3), Such as perovskite-type conductive oxides, quartz,
Inorganic compounds such as aluminum nitride and titanium oxide
Can be In the case of a capacitor film, the substrate is the lower electrode
Yes, as the lower electrode, for example, Pt, Pt / Ti,
Pt / Ta, Ru, RuO2, Ru / RuO2, RuO
2/ Ru, Ir, IrO2, Ir / IrO 2, Pt / I
r, Pt / IrO2, SrRuO3Or (LaXSr
1-X) CoO3Perovskite-type conductive oxides such as
(A two-layer structure using “/”)
The structures are shown as "upper / lower". ).

【0046】このようにして成膜されたPb系ペロブス
カイト型金属酸化物薄膜の膜厚は、誘導体デバイスの用
途によっても異なるが、通常は50〜400nm程度が
好ましく、得られた強誘電体薄膜は、各種の誘導体デバ
イスに有用である。
The thickness of the Pb-based perovskite-type metal oxide thin film thus formed varies depending on the use of the derivative device, but is usually preferably about 50 to 400 nm. It is useful for various derivative devices.

【0047】[0047]

【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明する。
The present invention will be described more specifically below with reference to examples and comparative examples.

【0048】なお実施例及び比較例で用いた原料金属化
合物は次の通りであり、Pb-Ti系金属酸化物薄膜形
成用原料溶液及びPb-La-Zr-Ti系金属酸化物薄
膜形成用原料溶液はそれぞれ、下記の方法で製造した。
The starting metal compounds used in the examples and comparative examples are as follows: a raw material solution for forming a Pb-Ti-based metal oxide thin film and a raw material solution for forming a Pb-La-Zr-Ti-based metal oxide thin film. Each solution was produced by the following method.

【0049】Pb原料化合物:酢酸鉛3水和物 La原料化合物:酢酸ランタン1.5水和物 Ti原料化合物:チタンテトライソプロポキシド Zr原料化合物:ジルコニウムテトラn−ブトキシドPb raw material compound: lead acetate trihydrate La raw material compound: lanthanum acetate sesquihydrate Ti raw material compound: titanium tetraisopropoxide Zr raw material compound: zirconium tetra n-butoxide

【0050】[Pb−Ti系金属酸化物薄膜形成用原料
溶液の製造方法]反応容器にチタンテトライソプロポキ
シドと安定化剤としてのアセチルアセトンをチタンテト
ライソプロポキシドの2モル倍添加して、150℃で3
時間窒素雰囲気中で還流した。次いで、酢酸鉛3水和物
を添加し、主溶媒としてアルコール(プロピレングリコ
ール)を酢酸鉛3水和物に対して5モル倍添加して15
0℃で3時間窒素雰囲気中で還流した。その後、150
℃で減圧蒸留して副生成物を除去し、更にプロピレング
リコールを添加して濃度調整することにより、酸化物換
算で30重量%濃度の金属化合物を含有する液を得た。
この液を更に150℃で3時間窒素雰囲気中で還流した
後撹拌下放冷し、希釈アルコール(n−プロパノール)
を添加して濃度調整することにより、Pb:Ti=12
5:100(原子比)で、酸化物換算で1重量%濃度の
金属化合物を含有するゾルゲル液(以下「PTゾルゲル
液」と称す。)を得た。
[Production Method of Raw Material Solution for Forming Pb-Ti Metal Oxide Thin Film] Titanium tetraisopropoxide and acetylacetone as a stabilizer were added to a reaction vessel in an amount of 2 mol times of titanium tetraisopropoxide. 3 at ℃
Refluxed in a nitrogen atmosphere for hours. Next, lead acetate trihydrate was added, and alcohol (propylene glycol) was added as a main solvent at a molar ratio of 5 times the amount of lead acetate trihydrate, and the resulting mixture was added to the mixture.
Reflux at 0 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Then 150
The by-product was removed by distillation under reduced pressure at ℃, and the concentration was adjusted by further adding propylene glycol to obtain a liquid containing a metal compound at a concentration of 30% by weight in terms of oxide.
The solution was further refluxed at 150 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, and then allowed to cool under stirring, and diluted alcohol (n-propanol)
Is added to adjust the concentration, so that Pb: Ti = 12
A sol-gel solution containing 5% by weight (atomic ratio) of a metal compound at a concentration of 1% by weight in terms of oxide (hereinafter referred to as "PT sol-gel solution") was obtained.

【0051】[Pb−La−Zr−Ti系金属酸化物薄
膜形成用原料溶液の製造方法]反応容器にジルコニウム
テトラn−ブトキシドと、安定化剤としてのアセチルア
セトンをジルコニウムテトラn−ブトキシドの2モル倍
添加して150℃で3時間窒素雰囲気中で還流した。こ
れにチタンテトライソプロポキシドと安定化剤としての
アセチルアセトンをチタンテトライソプロポキシドの2
モル倍添加して、更に150℃で3時間窒素雰囲気中で
還流した。次いで、酢酸鉛3水和物と酢酸ランタン1.
5水和物を添加し、主溶媒としてアルコール(プロピレ
ングリコール)を酢酸鉛3水和物と酢酸ランタン1.5
水和物の合計に対して5モル倍添加して150℃で3時
間窒素雰囲気中で還流した。その後、150℃で減圧蒸
留して副生成物を除去し、更にプロピレングリコールを
添加して濃度調整することにより、酸化物換算で30重
量%濃度の金属化合物を含有する液を得た。この液を更
に150℃で3時間窒素雰囲気中で還流した後撹拌下放
冷し、希釈アルコール(n−プロパノール)を添加して
濃度調整することにより、Pb:La:Zr:Ti=1
25:1:40:60(原子比)で、酸化物換算で5重
量%濃度の金属化合物を含有するゾルゲル液(以下「P
LZTゾルゲル液」と称す。)を得た。
[Method for Producing Raw Material Solution for Forming Pb-La-Zr-Ti-Based Metal Oxide Thin Film] In a reaction vessel, zirconium tetra-n-butoxide and acetylacetone as a stabilizing agent are 2 mol times of zirconium tetra-n-butoxide. The mixture was refluxed at 150 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Titanium tetraisopropoxide and acetylacetone as a stabilizer were added to titanium tetraisopropoxide.
The mixture was added in a molar amount, and refluxed at 150 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Then, lead acetate trihydrate and lanthanum acetate 1.
A pentahydrate was added, and alcohol (propylene glycol) was added as a main solvent to lead acetate trihydrate and lanthanum acetate 1.5.
The hydrate was added in an amount of 5 mol times the total, and refluxed at 150 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Then, by-product distillation was performed at 150 ° C. under reduced pressure to remove by-products, and propylene glycol was added to adjust the concentration to obtain a liquid containing a metal compound at a concentration of 30% by weight in terms of oxide. The solution was further refluxed in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 3 hours, allowed to cool under stirring, and diluted with alcohol (n-propanol) to adjust the concentration, whereby Pb: La: Zr: Ti = 1
A sol-gel solution (hereinafter referred to as “P”) containing a metal compound at a concentration of 5% by weight in terms of oxide at a ratio of 25: 1: 40: 60 (atomic ratio).
LZT sol-gel liquid ". ) Got.

【0052】実施例1 Pt(2000Å)/SiO2(5000Å)/Si
(100)ウェーハの基板上にスピンコート法によりま
ずPTゾルゲル液を塗布し(3000rpm、15
秒)、150℃で1分間、空気中(ホットプレート)で
乾燥した。次いで、この乾燥膜上にPLZTゾルゲル液
をスピンコート法により塗布し(3000rpm、15
秒)、上記と同様にして乾燥した後、400℃で1分間
空気中(ホットプレート)で仮焼した。その後、430
℃で10分間空気中(ホットプレート)で焼成して結晶
化させた。
Example 1 Pt (2000 °) / SiO 2 (5000 °) / Si
First, a PT sol-gel solution is applied on a substrate of a (100) wafer by a spin coating method (3000 rpm, 15
S) at 150 ° C. for 1 minute in the air (hot plate). Next, a PLZT sol-gel solution is applied on the dried film by a spin coating method (3000 rpm, 15 rpm).
Second) and dried in the same manner as described above, and then calcined at 400 ° C. for 1 minute in the air (hot plate). Then 430
C. for 10 minutes in air (hot plate) for crystallization.

【0053】更に、上記と同様のPLZTゾルゲル液の
塗布、乾燥、仮焼及び焼成の工程を5回繰り返して行
い、膜厚150nmのPLZT薄膜を形成した。
Further, the same steps of applying, drying, calcining and baking a PLZT sol-gel solution as described above were repeated five times to form a 150 nm-thick PLZT thin film.

【0054】得られたPLZT薄膜について表面のSE
M写真から結晶相を観察した。また、X線回折によりペ
ロブスカイトのピークの有無を調べると共に、電圧を印
加してヒステリシス特性の有無を調べ、結果を表1、図
1及び図3に示した。
The SE on the surface of the obtained PLZT thin film was
The crystal phase was observed from the M photograph. In addition, the presence or absence of a perovskite peak was examined by X-ray diffraction, and the presence or absence of hysteresis characteristics was examined by applying a voltage. The results are shown in Table 1, FIG. 1 and FIG.

【0055】比較例1 Pt(2000Å)/SiO2(5000Å)/Si
(100)ウェーハの基板上にスピンコート法によりま
ずPTゾルゲル液を塗布し(3000rpm、15
秒)、150℃で1分間、空気中(ホットプレート)で
乾燥した。次いで、この乾燥膜上にPLZTゾルゲル液
をスピンコート法により塗布し(3000rpm、15
秒)、上記と同様にして乾燥した後、400℃で1分間
空気中(ホットプレート)で仮焼した。このPLZTゾ
ルゲル液の塗布、乾燥及び仮焼の工程を更に5回繰り返
した後、430℃で50分間空気中(ホットプレート)
で焼成して結晶化させて、膜厚150nmのPLZT薄
膜を形成した。
Comparative Example 1 Pt (2000 °) / SiO 2 (5000 °) / Si
First, a PT sol-gel solution is applied on a substrate of a (100) wafer by a spin coating method (3000 rpm, 15
S) at 150 ° C. for 1 minute in the air (hot plate). Next, a PLZT sol-gel solution is applied on the dried film by a spin coating method (3000 rpm, 15 rpm).
Second) and dried in the same manner as described above, and then calcined at 400 ° C. for 1 minute in the air (hot plate). The steps of applying, drying and calcining the PLZT sol-gel solution are further repeated 5 times, and then at 430 ° C. for 50 minutes in the air (hot plate).
And crystallized to form a PLZT thin film having a thickness of 150 nm.

【0056】得られたPLZT薄膜について表面のSE
M写真から結晶相を観察した。また、X線回折によりペ
ロブスカイトのピークの有無を調べると共に、電圧を印
加してヒステリシス特性の有無を調べ、効果を表1、図
2及び図4に示した。
The SE on the surface of the obtained PLZT thin film was
The crystal phase was observed from the M photograph. In addition, the presence or absence of a perovskite peak was examined by X-ray diffraction, and the presence or absence of a hysteresis characteristic was examined by applying a voltage. The effects are shown in Table 1, FIG. 2 and FIG.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】以上の結果から、1回当たりの結晶化にお
いて、結晶化される膜厚が結晶化後に30nm以下とな
るように、酸化物薄膜形用原料溶液を塗布する際に、ま
ずPb及びTiを含む原料溶液を塗布し、その後にP
b、Zr及びTiを含む原料溶液を塗布して結晶化させ
る工程を、少なくとも1回以上行うことにより、450
℃以下の低温でも結晶化が促進され、高品質なPb系ペ
ロブスカイト型金属酸化物薄膜を形成することができる
ことがわかる。
From the above results, when applying the raw material solution for an oxide thin film so that the film thickness to be crystallized in one crystallization is 30 nm or less after crystallization, first, Pb and Ti are used. A raw material solution containing
The step of applying and crystallizing a raw material solution containing b, Zr and Ti is performed at least once or more, whereby 450
It can be seen that crystallization is promoted even at a low temperature of not more than ℃, and a high-quality Pb-based perovskite-type metal oxide thin film can be formed.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のPb系ペロ
ブスカイト型金属酸化物薄膜の形成方法によれば、ゾル
ゲル法等によりPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜
を形成するに当り、結晶化温度の低減を図ることができ
るため、低温焼成にて完全なるペロブスカイト結晶の高
品質Pb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜を形成する
ことが可能とされる。
As described above in detail, according to the method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film of the present invention, the crystallization temperature is increased when forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film by a sol-gel method or the like. Therefore, it is possible to form a complete high-quality Pb-based perovskite-type metal oxide thin film of perovskite crystals by low-temperature firing.

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

【図1】実施例1で成膜された金属酸化物薄膜のX線回
折線図である。
FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of a metal oxide thin film formed in Example 1.

【図2】比較例1で成膜された金属酸化物薄膜のX線回
折線図である。
FIG. 2 is an X-ray diffraction diagram of a metal oxide thin film formed in Comparative Example 1.

【図3】実施例1で成膜された金属酸化物薄膜の電圧−
分極曲線を示すグラフである。
FIG. 3 shows a voltage of a metal oxide thin film formed in Example 1.
It is a graph which shows a polarization curve.

【図4】比較例1で成膜された金属酸化物薄膜の電圧−
分極曲線を示すグラフである。
FIG. 4 shows a voltage of a metal oxide thin film formed in Comparative Example 1.
It is a graph which shows a polarization curve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽山 信幸 兵庫県三田市テクノパーク12−6 三菱マ テリアル株式会社三田工場内 Fターム(参考) 4G048 AA03 AB02 AC02 AD02 AD08 AE05 5G303 AA10 AB15 AB20 BA03 CA01 CB15 CB25 CB35 CB39 DA02 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Nobuyuki Soyama 12-6 Techno Park, Mita City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Materials Corporation Mita Plant F-term (reference) 4G048 AA03 AB02 AC02 AD02 AD08 AE05 5G303 AA10 AB15 AB20 BA03 CA01 CB15 CB25 CB35 CB39 DA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に金属酸化物薄膜形成用原料溶液を
塗布した後、加熱することにより該金属酸化物を結晶化
させてPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜を形成す
る方法において、 1回の結晶化工程で形成される金属酸化物薄膜の厚さが
結晶化後の膜厚で30nm以下となるように、結晶化工
程を1回以上行うことを特徴とするPb系ペロブスカイ
ト型金属酸化物薄膜の形成方法。
In a method of forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film by applying a raw material solution for forming a metal oxide thin film to a substrate and then heating the solution to crystallize the metal oxide, A Pb-based perovskite-type metal oxide thin film, wherein the crystallization step is performed at least once so that the thickness of the metal oxide thin film formed in the crystallization step is 30 nm or less in thickness after crystallization. Formation method.
【請求項2】 請求項1の方法において、Pb系ペロブ
スカイト型金属酸化物薄膜がPbとZr及び/又はTi
を含むペロブスカイト型金属酸化物薄膜であることを特
徴とするPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜の形成
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the Pb-based perovskite-type metal oxide thin film is composed of Pb and Zr and / or Ti.
A method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film, which is a perovskite-type metal oxide thin film containing:
【請求項3】 請求項1又は2の方法において、基板に
Pb及びTiを含有する金属酸化物薄膜形成用原料溶液
を塗布して塗膜を形成した後、該塗膜上にPb、Zr及
びTiを含有する金属酸化物薄膜形成用原料溶液を塗布
して塗膜を形成する工程を有することを特徴とするPb
系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein a coating film is formed by applying a raw material solution for forming a metal oxide thin film containing Pb and Ti to the substrate, and then Pb, Zr and A step of applying a raw material solution for forming a metal oxide thin film containing Ti to form a coating film
A method for forming a perovskite-type metal oxide thin film.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項の方法
において、結晶化のための加熱温度が450℃以下であ
ることを特徴とするPb系ペロブスカイト型金属酸化物
薄膜の形成方法。
4. A method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film according to claim 1, wherein a heating temperature for crystallization is 450 ° C. or less.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項に記載
されるPb系ペロブスカイト型金属酸化物薄膜の形成方
法により形成されたPb系ペロブスカイト型金属酸化物
薄膜。
5. A Pb-based perovskite-type metal oxide thin film formed by the method for forming a Pb-based perovskite-type metal oxide thin film according to any one of claims 1 to 4.
JP31851499A 1999-11-09 1999-11-09 Method for forming Pb-based perovskite metal oxide thin film Expired - Lifetime JP4042276B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31851499A JP4042276B2 (en) 1999-11-09 1999-11-09 Method for forming Pb-based perovskite metal oxide thin film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31851499A JP4042276B2 (en) 1999-11-09 1999-11-09 Method for forming Pb-based perovskite metal oxide thin film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001139329A true JP2001139329A (en) 2001-05-22
JP4042276B2 JP4042276B2 (en) 2008-02-06

Family

ID=18099974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31851499A Expired - Lifetime JP4042276B2 (en) 1999-11-09 1999-11-09 Method for forming Pb-based perovskite metal oxide thin film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4042276B2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014820A (en) * 2009-07-06 2011-01-20 Seiko Epson Corp Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid-ejecting head and liquid-ejecting apparatus
JP2011014714A (en) * 2009-07-02 2011-01-20 Seiko Epson Corp Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
KR20120023571A (en) * 2010-09-02 2012-03-13 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Dielectric-thin-film forming composition, method of forming dielectric thin film, and dielectric thin film formed by the method
KR101397977B1 (en) 2011-12-07 2014-05-27 후지쯔 세미컨덕터 가부시키가이샤 Method of manufacturing semiconductor device
JP2016066822A (en) * 2016-01-20 2016-04-28 株式会社ユーテック Ferroelectric crystal film and manufacturing method of the same
CN115717009A (en) * 2022-11-29 2023-02-28 江苏集萃有机光电技术研究所有限公司 Perovskite ink and preparation method and application thereof

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011014714A (en) * 2009-07-02 2011-01-20 Seiko Epson Corp Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus
JP2011014820A (en) * 2009-07-06 2011-01-20 Seiko Epson Corp Methods for manufacturing piezoelectric thin film, liquid-ejecting head and liquid-ejecting apparatus
KR20120023571A (en) * 2010-09-02 2012-03-13 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Dielectric-thin-film forming composition, method of forming dielectric thin film, and dielectric thin film formed by the method
JP2012054538A (en) * 2010-09-02 2012-03-15 Mitsubishi Materials Corp Composition for forming dielectric thin film, method for forming dielectric thin film and dielectric thin film formed by the method
US9595393B2 (en) 2010-09-02 2017-03-14 Mitsubishi Materials Corporation Dielectric-thin-film forming composition, method of forming dielectric thin film, and dielectric thin film formed by the method
KR101943648B1 (en) * 2010-09-02 2019-01-29 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Dielectric-thin-film forming composition, method of forming dielectric thin film, and dielectric thin film formed by the method
KR101397977B1 (en) 2011-12-07 2014-05-27 후지쯔 세미컨덕터 가부시키가이샤 Method of manufacturing semiconductor device
JP2016066822A (en) * 2016-01-20 2016-04-28 株式会社ユーテック Ferroelectric crystal film and manufacturing method of the same
CN115717009A (en) * 2022-11-29 2023-02-28 江苏集萃有机光电技术研究所有限公司 Perovskite ink and preparation method and application thereof
CN115717009B (en) * 2022-11-29 2023-11-14 江苏集萃有机光电技术研究所有限公司 Perovskite ink and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP4042276B2 (en) 2008-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5613910B2 (en) Method for manufacturing PZT ferroelectric thin film
EP2525393B1 (en) Method for producing ferroelectric thin film
JP4329287B2 (en) PLZT or PZT ferroelectric thin film, composition for forming the same and method for forming the same
EP0897901B1 (en) Solution for forming ferroelectric film and method for forming ferroelectric film
JP2001261338A (en) Raw material solution for forming titanium-containing metal oxide thin film, method of forming the same, and titanium-containing metal oxide thin film
EP1434259B1 (en) Ferroelectric thin film and method for forming the same
EP2784802B1 (en) Method of forming PNbZT ferroelectric thin film
JP2002047011A (en) Method of forming compact perovskite metallic oxide thin film and compact perovskite metallic oxide thin film
JP4042276B2 (en) Method for forming Pb-based perovskite metal oxide thin film
JPH11163273A (en) Manufacture of dielectric thin film and dielectric capacitor and dielectric memory
JP4048650B2 (en) Raw material solution for forming perovskite oxide thin films
JP6787172B2 (en) PZT-based ferroelectric thin film and its manufacturing method
JP4329289B2 (en) SBT ferroelectric thin film, composition for forming the same, and method for forming the same
JP4329288B2 (en) BLT or BT ferroelectric thin film, composition for forming the same and method for forming the same
JPH0891841A (en) Production of ferroelectric film
JP2001072926A (en) Starting solution for formation of perovskite-type oxide thin film
JP2000119022A (en) Ferroelectric thin film, raw material solution for forming the same film and formation of film
JP2001213624A (en) Process of preparing ferroelectric thin film and raw material solution therefor
US20230247906A1 (en) Material deposition method
JP3107084B1 (en) Composition for forming ferroelectric thin film and method for forming ferroelectric thin film
JP2000001368A (en) Ferroelectric thin film, stock solution for forming same and formation of same
JP4006896B2 (en) Composition for forming PLZT ferroelectric thin film and method for forming PLZT ferroelectric thin film
JP4407103B2 (en) Ferroelectric thin film with excellent fatigue resistance and composition for forming the same
JP5644975B2 (en) Method for manufacturing PZT ferroelectric thin film
JP2003128419A (en) Ferroelectric thin film-forming coating and ferroelectric thin film

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040329

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070417

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070904

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070913

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071023

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071105

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4042276

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101122

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111122

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121122

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131122

Year of fee payment: 6

EXPY Cancellation because of completion of term