JP2002193616A - Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film - Google Patents

Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film

Info

Publication number
JP2002193616A
JP2002193616A JP2001187835A JP2001187835A JP2002193616A JP 2002193616 A JP2002193616 A JP 2002193616A JP 2001187835 A JP2001187835 A JP 2001187835A JP 2001187835 A JP2001187835 A JP 2001187835A JP 2002193616 A JP2002193616 A JP 2002193616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
metal alkoxide
thin film
ferroelectric thin
compound
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.)
Pending
Application number
JP2001187835A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiko Ikeda
憲彦 池田
Satoshi Komatsu
敏 小松
Kinji Yamada
欣司 山田
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.)
JSR Corp
Original Assignee
JSR 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 JSR Corp filed Critical JSR Corp
Priority to JP2001187835A priority Critical patent/JP2002193616A/en
Publication of JP2002193616A publication Critical patent/JP2002193616A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating fluid for forming a ferroelectric thin film which contains effective components soluble in general organic solvent and has good preserving stability and reproductivity and which is also capable of forming the ferroelectric thin film by firing at a low temperature, and provide a method of producing the same, and also provide the ferroelectric thin film using the method. SOLUTION: The coating fluid for forming the ferroelectric thin film includes a first organic metal compound (A) in which carboxyl groups is substituted for at least a part of functional groups of hydrolyzed condensate that is obtained by hydrolysis and condensation of a metal alkoxide (a), and a second organic metal compound (B) which comprises at least one compound selected from among a metal alkoxide (b) having a metal different from that of the above metal alkoxide (a), a hydrolyzed condensaste (c) which is obtained by hydrolysis and condensation of the metal alkoxide (b), a compound (d) which is formed by substituting carboxyl groups for at least a part of the functional groups of the metal oxide (b), and a compound (e) which is formed by substituting carboxyl groups for at least a part of the functional groups of the hydrolyzed condensate (c).

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、その製造方法および強誘電体薄膜に関する。
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、低温での焼
成によっても強誘電体薄膜を形成し得る強誘電体薄膜形
成用塗布液、その製造方法およびその塗布液を用いて作
製される強誘電体薄膜に関する。
The present invention relates to a coating solution for forming a ferroelectric thin film, a method for producing the same, and a ferroelectric thin film.
More specifically, a coating liquid for forming a ferroelectric thin film, which contains an active ingredient soluble in a general-purpose organic solvent, has excellent storage stability and reproducibility, and can form a ferroelectric thin film even by firing at a low temperature, The present invention relates to a ferroelectric thin film manufactured by using the manufacturing method and the coating solution.

【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、および希土類元素のイオン)、または
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、F
e、Co、Cr等の金属元素のイオン)、またはこれら
のイオンの組み合わせを示し、mは、1〜5の整数であ
る。
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,
Ca, Na, K, and rare earth elements) or a combination of these ions, and B is 4, 5, 6,
Charged ions (eg, Ti, Nb, Ta, W, Mo, F
e, ions of metal elements such as Co, Cr, etc.) or a combination of these ions, and m is an integer of 1 to 5.

【0003】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、半導体メモリ用およびセンサ用の材料
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.
499−503(1995))。
A Bi-based ferroelectric (BLSF) thin film having such a layered structure has characteristics such as a small coercive electric field of PE hysteresis and little fatigue of the film due to polarization reversal. (Mr. Tadashi Takenaka, “Bismuth Layered Structure Ferroelectrics and Particle Orientation”, Research Report of the Japan Society of Applied Physics, Applied Electronic Properties Subcommittee, November 22, 1994, pp. 1-
8; “Ceramics” Vol. 30, no. 6, pp.
499-503 (1995)).

【0004】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。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かかること、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。
Above all, a SrBi 2 Ta 2 O 9 -based, ie, (Bi 2 O 2 ) 2+ (SrTa 2 O 7 ) 2 BLSF thin film has attracted particular attention as a material that remarkably exhibits these characteristics. Examples of a method for forming these BLSF thin films include a sputtering method, a CVD method, and a coating film forming method.
Because it contains a large amount of metal oxide as a constituent of the thin film,
There are problems such as the need for expensive equipment and high cost, and the difficulty of controlling and managing the composition of the dielectric film.
In particular, there is a problem that application to a large-diameter substrate is difficult.

【0005】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。この塗布型被膜形成法に使用されるBLSF
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。
On the other hand, the coating type film forming method does not require an expensive apparatus, the film forming cost is relatively low, and
It is promising because the control and management of the composition of the dielectric film is easy. BLSF used in this coating type film forming method
As the system 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 application). Conference proceedings; 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.

【0006】しかし、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、酸素雰囲
気中800℃程度の高温で2度焼きしなければならな
い。酸素中での高温の加熱は、基板への熱的影響が大き
く、強誘電体不揮発性メモリなどを作る際に使用される
Pt/SiO2やPt/Ta/SiO2/Si基板などで
は、Pt膜が酸化されるなどの損傷が生じる。この他に
も、結晶粒の成長による薄膜表面の荒れが生じ、その結
果、リーク電流の増加など電気特性が悪くなるという問
題もある。また、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。
However, when a thin film is formed using these coating liquids, baking must be performed twice at a high temperature of about 800 ° C. in an oxygen atmosphere in order to obtain appropriate electric characteristics. High-temperature heating in oxygen has a large thermal effect on the substrate, and Pt / SiO 2 or Pt / Ta / SiO 2 / Si substrates used for producing ferroelectric nonvolatile memories and the like have Pt Damage such as oxidation of the film occurs. In addition, there is also a problem that the thin film surface is roughened due to the growth of crystal grains, and as a result, electrical characteristics are deteriorated such as an increase in leak current. In addition, it was not always satisfactory from the viewpoint of the productivity of the semiconductor manufacturing process.

【0007】また、特開平10−259007号公報に
は、Bi系強誘電体薄膜を形成するための塗布液とし
て、Bi、A金属元素(ただし、AはBi、Pb、B
a、Sr、Ca、Na、Kおよび希土類元素の中から選
ばれる少なくとも1種の金属元素である)、およびB金
属元素(ただし、BはTi、Nb、Ta、W、Mo、F
e、CoおよびCrの中から選ばれる少なくとも1種の
金属元素である)の各金属アルコキシドを含有し、しか
もこのうち2種以上が複合金属アルコキシド類を形成し
ており、これら金属アルコキシド類を、水または水と触
媒を用いて加水分解することによって得られる有機金属
化合物を含み、かつ理論値の1〜1.1モル倍量のBi
を含有する塗布液が提案されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-259007 discloses a coating liquid for forming a Bi-based ferroelectric thin film, which contains Bi and A metal elements (where A is Bi, Pb, B
a, Sr, Ca, Na, K and at least one metal element selected from rare earth elements) and B metal element (B is Ti, Nb, Ta, W, Mo, F
e, at least one metal element selected from Co and Cr), and at least two of them form complex metal alkoxides. Water or an organometallic compound obtained by hydrolysis with water and a catalyst, and containing 1 to 1.1 mol times the theoretical value of Bi
Has been proposed.

【0008】そして、この塗布液が、過剰金属元素の粒
子の析出がなく、リーク電流が小さく、水素熱処理耐
性、耐圧性に優れるとともに、緻密な膜形成が可能で、
保存安定性に優れていると記述されている。しかしなが
ら、上記公報に記載された具体例では、適正な電気特性
を得るために、強誘電体薄膜を形成する際に、酸素雰囲
気中、800℃の高温で2度焼きしており、このような
酸素中での高温の加熱は、基板への熱的影響や結晶粒の
成長による薄膜表面の荒れなどの問題もあり、塗布液と
して必ずしも十分に満足し得るものではなかった。
[0008] This coating solution is free from precipitation of excessive metal element particles, has a small leak current, has excellent hydrogen heat treatment resistance and pressure resistance, and can form a dense film.
It is described as having excellent storage stability. However, in the specific example described in the above publication, in order to obtain appropriate electric characteristics, when forming a ferroelectric thin film, baking is performed twice at a high temperature of 800 ° C. in an oxygen atmosphere. High-temperature heating in oxygen has problems such as thermal effects on the substrate and roughening of the thin film surface due to the growth of crystal grains, and has not always been sufficiently satisfactory as a coating solution.

【0009】本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭
意研究を重ねた結果、金属アルコキシド(a)を加水分解
し、縮合して得られる加水分解縮合物の官能基の少なく
とも一部をカルボキシル基に置換して得られる第1有機
金属化合物(A)と、上記金属アルコキシド(a)とは異なる
金属元素からなる金属アルコキシド(b)、この金属アル
コキシド(b)を加水分解し、縮合して得られる加水分解
縮合物(c)、前記金属アルコキシド(b)の官能基の少なく
とも一部をカルボキシル基に置換してなる化合物(d)お
よび加水分解縮合物(c)の官能基の少なくとも一部をカ
ルボキシル基に置換してなる化合物(d)から選ばれる少
なくとも1種の化合物からなる第2有機金属化合物(B)
とを混合することにより、汎用の有機溶媒に可溶であ
り、また、保存安定性や使用時の再現性に優れ、しかも
低温での焼成によっても薄膜形成が可能な、タンタル酸
ビスマスストロンチウム(SBT)のような強誘電体の
薄膜形成用塗布液を開発することに成功し、本発明を完
成するに至った。
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, have hydrolyzed and condensed the metal alkoxide (a) to at least a part of the functional groups of the hydrolyzed condensate obtained. A first organometallic compound (A) obtained by substitution with a carboxyl group, a metal alkoxide (b) composed of a metal element different from the metal alkoxide (a), and hydrolysis and condensation of the metal alkoxide (b) The compound (d) obtained by substituting at least a part of the functional group of the metal alkoxide (b) with a carboxyl group, and at least one of the functional groups of the hydrolytic condensate (c). A second organometallic compound (B) consisting of at least one compound selected from the compounds (d) in which the moieties are substituted with carboxyl groups
Is soluble in general-purpose organic solvents, has excellent storage stability and reproducibility during use, and is capable of forming a thin film even by firing at a low temperature, so that bismuth strontium tantalate (SBT) The present inventors have succeeded in developing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film as described in (1) and have completed the present invention.

【0010】[0010]

【発明の目的】本発明は、上記のような従来技術の問題
点を解決するもので、汎用の有機溶媒に可溶な有効成分
を含み、保存安定性や使用時の再現性に優れた、しかも
低温での焼成によっても薄膜形成が可能な強誘電体形成
用塗布液、その製造方法およびその優れた塗布液を用い
て作製した強誘電体薄膜を提供することを目的としてい
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and contains an active ingredient soluble in a general-purpose organic solvent, and has excellent storage stability and reproducibility during use. Moreover, it is an object of the present invention to provide a coating liquid for forming a ferroelectric substance capable of forming a thin film even by firing at a low temperature, a method for producing the same, and a ferroelectric thin film produced using the excellent coating liquid.

【0011】[0011]

【発明の概要】本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液は、
金属アルコキシド(a)を加水分解および縮合して得られ
る加水分解縮合物の官能基の少なくとも一部をカルボキ
シル基に置換してなる第1有機金属化合物(A)と、上記
金属アルコキシド(a)と異なる金属の金属アルコキシド
(b) 、該金属アルコキシド(b)を加水分解および縮合し
て得られる加水分解縮合物(c)、前記金属アルコキシド
(b)の官能基の少なくとも一部をカルボキシル基に置換
してなる化合物(d)および前記加水分解縮合物(c)の官能
基の少なくとも1部をカルボキシル基に置換してなる化
合物(e)から選ばれる少なくとも1種の化合物からなる
第2有機金属化合物(B)とを含有することを特徴として
いる。
SUMMARY OF THE INVENTION The coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the present invention comprises:
A first organometallic compound (A) obtained by substituting at least a part of the functional groups of the hydrolysis condensate obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (a) with a carboxyl group, and the metal alkoxide (a) Metal alkoxides of different metals
(b) a hydrolysis condensate (c) obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (b), and the metal alkoxide
Compound (d) obtained by substituting at least a part of the functional group of (b) with a carboxyl group and compound (e) obtained by substituting at least a part of the functional group of the hydrolysis condensate (c) with a carboxyl group And a second organometallic compound (B) comprising at least one compound selected from the group consisting of:

【0012】上記金属アルコキシド(a)および金属アル
コキシド(b)の金属は、Li、Na、K、Mg、Ca、
Sr、Ba、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、T
a、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、
Zn、PbおよびBiのうちから選ばれる金属であるこ
とが好ましい。さらに、上記金属アルコキシド(a)およ
び金属アルコキシド(b)の金属は、Pb、Zr、Tiお
よびLaのうちから選ばれる金属であり、しかも金属ア
ルコキシド(a)および金属アルコキシド(b)の金属種の合
計が3〜4種である、または、Sr、Bi、Ti、Ta
およびNbのうちから選ばれる金属であり、しかも金属
アルコキシド(a)および金属アルコキシド(b)の金属種の
合計が3〜4種であることが好ましい。
The metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is Li, Na, K, Mg, Ca,
Sr, Ba, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
a, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu,
The metal is preferably selected from Zn, Pb and Bi. Further, the metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is a metal selected from Pb, Zr, Ti and La, and the metal species of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) A total of 3 to 4 types, or Sr, Bi, Ti, Ta
And Nb, and the total of the metal species of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is preferably 3 to 4.

【0013】本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液の製造
方法は、金属アルコキシド(a)を加水分解および縮合し
て得られる加水分解縮合物の官能基の少なくとも一部を
カルボキシル基に置換してなる第1有機金属化合物(A)
と、上記金属アルコキシド(a)と異なる金属の金属アル
コキシド(b) 、該金属アルコキシド(b)を加水分解およ
び縮合して得られる加水分解縮合物(c)、金属アルコキ
シド(b)の官能基の少なくとも一部をカルボキシル基に
置換してなる化合物(d)および加水分解縮合物(c)の官能
基の少なくとも一部をカルボキシル基に置換してなる化
合物(e)から選ばれる少なくとも1種の化合物からなる
第2有機金属化合物(B)とを混合することを特徴として
いる。
The method for producing a coating solution for forming a ferroelectric thin film according to the present invention is characterized in that at least a part of the functional groups of the hydrolysis condensate obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (a) is substituted with a carboxyl group. First organometallic compound (A)
And a metal alkoxide (b) of a metal different from the metal alkoxide (a), a hydrolysis condensate (c) obtained by hydrolysis and condensation of the metal alkoxide (b), and a functional group of the metal alkoxide (b). At least one compound selected from a compound (d) obtained by substituting at least a part of the functional group of the carboxyl group and a compound (e) obtained by substituting at least a part of the functional group of the hydrolysis condensate (c) by a carboxyl group; And a second organic metal compound (B) consisting of

【0014】この製造方法におけるアルコキシド(a)お
よび金属アルコキシド(b)の金属は、Li、Na、K、
Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ti、Zr、Hf、
V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、
Ni、Cu、Zn、PbおよびBiのうちから選ばれる
金属であることが好ましい。また、この製造方法におけ
る金属アルコキシド(a)および金属アルコキシド(b)の金
属は、Pb、Zr、TiおよびLaのうちから選ばれる
金属であり、しかも金属アルコキシド(a)および金属ア
ルコキシド(b)の金属種の合計が3〜4種である、また
は、Sr、Bi、Ti、TaおよびNbのうちから選ば
れる金属であり、しかも金属アルコキシド(a)および金
属アルコキシド(b)の金属種の合計が3〜4種であるこ
とが好ましい。
The metal of the alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) in this production method is Li, Na, K,
Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ti, Zr, Hf,
V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co,
It is preferably a metal selected from Ni, Cu, Zn, Pb and Bi. The metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) in this production method is a metal selected from Pb, Zr, Ti and La, and the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) The total of the metal species is 3 to 4 or a metal selected from Sr, Bi, Ti, Ta and Nb, and the total of the metal species of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is It is preferable that there are three to four types.

【0015】本発明の強誘電体薄膜は、上記強誘電体薄
膜形成用塗布液から形成されることを特徴としている。
The ferroelectric thin film of the present invention is characterized in that it is formed from the above-mentioned coating liquid for forming a ferroelectric thin film.

【0016】[0016]

【発明の具体的説明】次に、本発明の強誘電体薄膜形成
用塗布液、その製造方法および強誘電体薄膜について具
体的に説明する。本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液
は、金属アルコキシド(a)を加水分解および縮合して得
られる加水分解縮合物の官能基の少なくとも一部をカル
ボキシル基に置換してなる第1有機金属化合物(A)と、
上記金属アルコキシド(a)と異なる金属の金属アルコキ
シド(b) 、この金属アルコキシドを加水分解および縮合
して得られる加水分解縮合物(c)、前記金属アルコキシ
ド(b)の官能基の少なくとも一部をカルボキシル基に置
換してなる化合物(d)および前記加水分解縮合物(c)の官
能基の少なくとも一部をカルボキシル基に置換してなる
化合物(e)から選ばれる少なくとも1種の化合物からな
る第2有機金属化合物(B)とを含むことを特徴とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Next, the coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the present invention, a method for producing the same, and a ferroelectric thin film will be specifically described. The coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the present invention comprises a first organic metal obtained by substituting at least a part of the functional groups of a hydrolysis condensate obtained by hydrolyzing and condensing a metal alkoxide (a) with a carboxyl group. Compound (A),
The metal alkoxide (b) of a metal different from the metal alkoxide (a), a hydrolysis condensate (c) obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide, and at least a part of the functional groups of the metal alkoxide (b) A compound comprising at least one compound selected from a compound (e) obtained by substituting at least a part of the functional groups of the compound (d) substituted by a carboxyl group and the hydrolytic condensate (c) by a carboxyl group. And 2 organometallic compounds (B).

【0017】強誘電体薄膜形成用塗布液およびその製造
方法 本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液は、第1有機金属化
合物(A)と、この(A)とは異なる金属を含む第2有機金属
化合物(B)とからなる。この第1有機金属化合物(A)は、
金属アルコキシド(a)を加水分解および縮合して得られ
る加水分解縮合物の官能基である、水酸基およびアルコ
キシル基の少なくとも一部をカルボキシル基に置換して
得られる化合物である。
Coating solution for forming ferroelectric thin film and production thereof
Method The coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the present invention comprises a first organometallic compound (A) and a second organometallic compound (B) containing a metal different from (A). This first organometallic compound (A)
A compound obtained by substituting at least a part of a hydroxyl group and an alkoxyl group, which are functional groups of a hydrolyzed condensate obtained by hydrolyzing and condensing a metal alkoxide (a), with a carboxyl group.

【0018】また、第2有機金属化合物(B)は、上記金
属アルコキシド(a)とは異なる金属アルコキシド(b)、該
金属アルコキシド(b)を加水分解および縮合して得られ
る加水分解縮合物(c)、前記金属アルコキシド(b)のアル
コキシル基などの官能基をカルボキシル基に置換してな
る化合物(d)および前記加水分解縮合物(c)の官能基の少
なくとも一部をカルボキシル基に置換してなる化合物
(e)から選ばれる少なくとも1種の化合物からなる。
Further, the second organometallic compound (B) is a metal alkoxide (b) different from the above-mentioned metal alkoxide (a), and a hydrolysis condensate (hydrolysis condensate obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (b)). c), a compound obtained by substituting a functional group such as an alkoxyl group of the metal alkoxide (b) with a carboxyl group and at least a part of the functional group of the hydrolysis condensate (c) are substituted with a carboxyl group. Compound
It consists of at least one compound selected from (e).

【0019】(金属元素)上記第1有機金属化合物(A)
および第2有機金属化合物(B)における金属アルコキシ
ド(a)、(b)の金属は、Li、Na、K、Mg、Ca、S
r、Ba、La、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、
Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Z
n、PbおよびBi等の中から、それぞれ選ぶことがで
きる。
(Metal element) The first organometallic compound (A)
And the metal of the metal alkoxides (a) and (b) in the second organometallic compound (B) is Li, Na, K, Mg, Ca, S
r, Ba, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta,
Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Z
Each of them can be selected from n, Pb, Bi and the like.

【0020】さらに、これらの金属としては、Na、C
a、Sr、Ba、La、Ti、Zr、Hf、Nb、T
a、Mo、W、Pb、Bi等のうちから選ばれる金属が
好ましい。この金属アルコキシド(a)および金属アルコ
キシド(b)は、それぞれ2種以上の金属アルコキシドか
らなっていてもよく、また、(a)、(b)のいずれかが1種
の金属アルコキシドからなっていてもよい。
Furthermore, these metals include Na, C
a, Sr, Ba, La, Ti, Zr, Hf, Nb, T
A metal selected from a, Mo, W, Pb, Bi and the like is preferable. The metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) may each be composed of two or more metal alkoxides, or (a) or (b) may be composed of one type of metal alkoxide. Is also good.

【0021】金属の種類は、目的とする強誘電体薄膜に
応じて適宜選定すればよく、第1有機金属化合物(A)と
第2有機金属化合物(B)との金属種の合計として、通常
3種以上、好ましくは3〜5種、さらに好ましくは3〜
4種である。特に好ましくは、Pb、Zr、Tiおよび
Laのうちから選ばれる3〜4種、およびSr、Bi、
Ti、TaおよびNbのうちから選ばれる3〜4種であ
る。
The type of the metal may be appropriately selected according to the intended ferroelectric thin film, and is usually expressed as the sum of the metal types of the first organometallic compound (A) and the second organometallic compound (B). 3 or more, preferably 3 to 5, more preferably 3 to
There are four types. Particularly preferably, 3 to 4 types selected from Pb, Zr, Ti and La, and Sr, Bi,
It is 3 to 4 kinds selected from Ti, Ta and Nb.

【0022】(金属アルコキシド)本発明で用いる金属
アルコキシド(a)、(b)としては、金属原子とアルコール
が反応した化合物であり、下記一般式(1)で表され
る。 Ma(OR1a (1) 式(1)中、Mは、金属を表しており、aは金属の価数
に応じた1−7の正数である。R1は、アルコールのO
H基を除いた残基である。
(Metal alkoxide) The metal alkoxides (a) and (b) used in the present invention are compounds obtained by reacting a metal atom with an alcohol, and are represented by the following general formula (1). M a (OR 1 ) a (1) In the formula (1), M represents a metal, and a is a positive number of 1 to 7 according to the valence of the metal. R 1 is the alcohol O
It is a residue excluding the H group.

【0023】上記金属アルコキシドを形成するアルコー
ルとしては、特に制限はないが、例えば、下記式(2)
に示すものを好適例として挙げることができる。 R1OH (2) 式(2)中、R1は、炭素原子数1〜6の飽和または不
飽和の炭化水素基また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。
The alcohol forming the metal alkoxide is not particularly limited, but may be, for example, the following formula (2)
The following can be mentioned as preferable examples. R 1 OH (2) In the formula (2), R 1 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms or a hydrocarbon group further substituted with an alkoxyl group having 1 to 6 carbon atoms. Show.

【0024】R1が炭素原子数1〜6の飽和または不飽
和の炭化水素基の場合は、アルコールとして、例えば、
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−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。また、R1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
水素基の場合は、アルコールとして、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、メトキシプロパノール、エト
キシプロパノール、プロポキシプロパノール等を挙げる
ことができる。
When R 1 is a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, the alcohol may be, for example,
Examples thereof include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, amyl alcohol, and cyclohexanol. When R 1 is a hydrocarbon group further substituted with an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, examples of the alcohol include methoxymethanol, methoxyethanol, ethoxymethanol, ethoxyethanol, methoxypropanol, ethoxypropanol, and the like. And propoxypropanol.

【0025】本発明における金属アルコキシド(a)、(b)
は、1種のみからなるもの、2種以上の金属アルコキシ
ドが混合している状態のもの、および1分子中に2種以
上の金属を含有する複合金属アルコキシドのいずれであ
ってもよい。複合金属アルコキシドとしては、例えば、
2種以上の金属アルコキシドを溶媒中で30〜100℃
の温度で、2〜15時間程度還流させることにより得る
ことができる。
The metal alkoxides (a) and (b) in the present invention
May be any of a mixture of only one kind, a state in which two or more kinds of metal alkoxides are mixed, and a composite metal alkoxide containing two or more kinds of metals in one molecule. As the composite metal alkoxide, for example,
Two or more metal alkoxides in a solvent at 30 to 100 ° C
At a temperature of about 2 to 15 hours.

【0026】このように、予め1分子中に2種以上の金
属を含有する複合金属アルコキシドを製造し、次いで、
加水分解縮合工程に導入するようにしてもよいが、種類
の異なる金属アルコキシドの混合溶液を加水分解縮合工
程に導入し、加水分解縮合条件下で処理するようにして
もよい。このようにすることにより、工程も簡略化され
るので好ましい。
Thus, a composite metal alkoxide containing two or more metals in one molecule is prepared in advance,
Alternatively, a mixed solution of different types of metal alkoxides may be introduced into the hydrolysis-condensation step and treated under the hydrolysis-condensation conditions. This is preferable because the steps are simplified.

【0027】(金属アルコキシド(a)の加水分解縮合)
本発明においては、上記金属アルコキシド(a)を加水分
解し縮合させる。この加水分解は、金属アルコキシドに
水、または水および触媒を添加し、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。水
は、金属アルコキシド(a)のアルコキシル基100モル
%に対して、通常100モル%以下、好ましくは50〜
5モル%の量で使用する。
(Hydrolytic condensation of metal alkoxide (a))
In the present invention, the metal alkoxide (a) is hydrolyzed and condensed. This hydrolysis can be performed 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. Water is usually 100 mol% or less, preferably 50 to 100 mol%, based on 100 mol% of the alkoxyl group of the metal alkoxide (a).
Used in an amount of 5 mol%.

【0028】上記条件において、加水分解とともに縮合
が行われて加水分解縮合物が生成する。上記触媒として
は、特に制限はなく、金属アルコキシド(a)の加水分解
・縮合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、マレイン
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。
Under the above conditions, condensation is carried out together with hydrolysis to produce a hydrolyzed condensate. There is no particular limitation on the catalyst, and those known for hydrolysis / condensation reactions of metal alkoxides (a), for example, hydrochloric acid, sulfuric acid,
Inorganic acids such as nitric acid; acid catalysts such as organic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, and maleic acid; and inorganic catalysts such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, monoethanolamine, diethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide. Organic alkali catalysts and the like can be mentioned.

【0029】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。
However, with inorganic alkalis such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, metal ions such as sodium and potassium may remain in the coating solution and affect the electrical properties of the coating. Nitrogen-containing alkalis such as amines may form a nitrogen compound having a high boiling point after the hydrolysis reaction, which may affect the densification of the coating film during the firing step. It is preferred to use an acid catalyst.

【0030】なお、加水分解縮合の条件は、上記に限ら
れるものではなく、被膜を用いる用途に応じて適宜選択
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 hydrolytic condensation are not limited to those described 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.).

【0031】(加水分解縮合物の官能基置換)本発明に
おける第1有機金属化合物(A)は、上記のような金属ア
ルコキシド(a)を加水分解し、縮合して得られる加水分
解縮合物をカルボン酸と反応させて、この加水分解縮合
物の官能基である、水酸基およびアルコキシル基または
これらのいずれかをカルボキシル基に置換することによ
り得られる。
(Functional Substitution of Hydrolytic Condensate) The first organometallic compound (A) in the present invention is obtained by hydrolyzing and condensing the above metal alkoxide (a). It is obtained by reacting with a carboxylic acid and substituting a hydroxyl group and an alkoxyl group or any one of these functional groups of the hydrolyzed condensate with a carboxyl group.

【0032】この官能基置換は、加水分解縮合物の溶液
に、カルボン酸を所定量添加し、20〜100℃で0.
5〜5時間撹拌し、加水分解縮合物の溶液から低沸点ア
ルコールなどを除去することにより所望の第1有機金属
化合物(A)溶液を得ることができる。例えば、加水分解
縮合物の溶液を40〜60℃に加熱し、減圧下で10分
〜2時間攪拌することにより低沸点アルコールを除去す
ればよい。
This functional group substitution is carried out by adding a predetermined amount of a carboxylic acid to a solution of the hydrolyzed condensate, and adding the carboxylic acid to the solution at 20 to 100 ° C. for 0.1 minute.
The mixture is stirred for 5 to 5 hours, and a low-boiling alcohol or the like is removed from the solution of the hydrolyzed condensate, whereby a desired first organometallic compound (A) solution can be obtained. For example, the low-boiling alcohol may be removed by heating the solution of the hydrolyzed condensate to 40 to 60 ° C. and stirring under reduced pressure for 10 minutes to 2 hours.

【0033】このように、加水分解縮合物の官能基をカ
ルボキシル基に置換することにより、本発明における強
誘電体薄膜形成用塗布液の保存安定性を向上させること
ができる。上記カルボン酸としては、例えば、下記式
(3)に示すカルボン酸類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 described above, the storage stability of the coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to the present invention can be improved by substituting the functional group of the hydrolysis condensate with a carboxyl group. Preferred examples of the carboxylic acid include at least one selected from carboxylic acids represented by the following formula (3).

【0034】R3COOH (3) [式(3)中、R3は、炭素原子数1〜10の飽和又は
不飽和の炭化水素基を示す。] 具体的なカルボン酸として、例えば、酢酸、2−メチル
プロピオン酸、ペンタン酸、2,2,−ジメチルプロピ
オン酸、ブタン酸、ヘキサン酸、2−エチルヘキサン
酸、オクチル酸、ノナン酸、デカン酸等を挙げることが
できる。
R 3 COOH (3) [In the formula (3), R 3 represents a saturated or unsaturated hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms. Specific carboxylic acids include, for example, acetic acid, 2-methylpropionic acid, pentanoic acid, 2,2-dimethylpropionic acid, butanoic acid, hexanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, octylic acid, nonanoic acid, and decanoic acid And the like.

【0035】このようなカルボン酸類の使用量は、金属
アルコキシドのアルコキシル基100モル%に対して、
通常100モル%以下、好ましくは5〜95モル%であ
る。 (金属アルコキシド(b)の加水分解縮合)本発明におい
ては、金属アルコキシド(b)を第2有機金属化合物(B)と
して用いることができるほか、該金属アルコキシド(b)
を加水分解し、縮合させて得られる加水分解縮合物(c)
を第2有機金属化合物として用いることもできる。
The amount of the carboxylic acid used is based on 100 mol% of the alkoxyl group of the metal alkoxide.
Usually, it is 100 mol% or less, preferably 5 to 95 mol%. (Hydrolytic condensation of metal alkoxide (b)) In the present invention, the metal alkoxide (b) can be used as the second organometallic compound (B), and the metal alkoxide (b)
Is hydrolyzed and condensed to obtain a hydrolyzed condensate (c)
Can also be used as the second organometallic compound.

【0036】この加水分解は、金属アルコキシドに水、
または水および触媒を添加し、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。水は、
前記金属アルコキシド(b)のアルコキシル基100モル
%に対して、通常100モル%以下、好ましくは50〜
5モル%の量で使用する。上記条件において、加水分解
とともに縮合が行われて加水分解縮合物(c)が生成す
る。
This hydrolysis is carried out by adding water,
Alternatively, the reaction can be carried out by adding water and a catalyst and stirring at 20 to 100 ° C. for several hours to several days. Water is
100 mol% or less, preferably 50 to 100 mol%, based on 100 mol% of the alkoxyl group of the metal alkoxide (b).
Used in an amount of 5 mol%. Under the above conditions, condensation is performed together with hydrolysis to produce a hydrolyzed condensate (c).

【0037】上記触媒としては、特に制限はなく、前記
金属アルコキシド(b)の加水分解・縮合反応用として公
知のものを用いることができる。このような触媒として
は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸;酢酸、プロ
ピオン酸、酪酸、マレイン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。
The catalyst is not particularly limited, and any known catalyst for hydrolysis and condensation of the metal alkoxide (b) can be used. Examples of such a catalyst include acid catalysts such as inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid; organic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, and maleic acid;
Examples thereof include inorganic and organic alkali catalysts such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, monoethanolamine, diethanolamine, and tetramethylammonium hydroxide.

【0038】これらのうちでは、酸触媒を用いることが
より好ましい。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の
無機アルカリにおいては、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
を与える場合があり、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場合があるためである。
Among these, it is more preferable to use an acid catalyst. In the case of inorganic alkalis such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, metal ions such as sodium and potassium may remain in the coating solution and affect the electrical properties of the coating film. This is because a nitrogen-based alkali may form a nitrogen compound having a high boiling point after the hydrolysis reaction, which may affect the densification of the coating film during the firing step.

【0039】なお、加水分解縮合の条件は、上記に限ら
れるものではなく、被膜を用いる用途に応じて適宜選択
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 hydrolysis-condensation are not limited to those described 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.).

【0040】(金属アルコキシド(b)および加水分解縮
合物(c)の官能基置換)本発明における第2有機金属化
合物(B)は、上記のように、第1有機金属化合物(A)とは
異なる金属元素からなる金属アルコキシド(b) 、この金
属アルコキシド(b)を加水分解し、縮合して得られる加
水分解縮合物(c)、前記金属アルコキシド(b)の官能基で
あるアルコキシル基をカルボキシル基に置換して得られ
る化合物(d)および前記加水分解縮合物(c)の官能基であ
るアルコキシル基をカルボキシル基に置換して得られる
化合物(e)から選ばれる少なくとも1種からなる。
(Functional Group Substitution of Metal Alkoxide (b) and Hydrolysis Condensate (c)) As described above, the second organometallic compound (B) differs from the first organometallic compound (A) in the present invention. A metal alkoxide (b) composed of a different metal element, a hydrolysis condensate (c) obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (b), and an alkoxyl group which is a functional group of the metal alkoxide (b) is carboxyl. And at least one compound selected from the group consisting of a compound (d) obtained by substituting a carboxyl group and a compound obtained by substituting an alkoxyl group, which is a functional group of the hydrolytic condensate (c), with a carboxyl group.

【0041】特に、金属アルコキシド(b)の官能基ある
いは加水分解縮合物(c)の官能基のカルボキシル基への
置換は、本発明における強誘電体薄膜形成用塗布液の保
存安定性を向上させることができるので好ましい。この
官能基置換は、金属アルコキシド(b)溶液あるいは加水
分解縮合物(c)溶液に、前記金属アルコキシド(a)に由来
する加水分解縮合物の官能基置換で示したようなカルボ
ン酸を所定量添加し、20〜100℃で0.5〜5時間
撹拌することにより行うことができる。
In particular, the substitution of the functional group of the metal alkoxide (b) or the functional group of the hydrolysis condensate (c) with a carboxyl group improves the storage stability of the coating liquid for forming a ferroelectric thin film in the present invention. It is preferable because it can be used. This functional group substitution is carried out in a metal alkoxide (b) solution or a hydrolysis condensate (c) solution by adding a predetermined amount of a carboxylic acid as shown in the functional group substitution of the hydrolysis condensate derived from the metal alkoxide (a). Addition and stirring at 20 to 100 ° C. for 0.5 to 5 hours.

【0042】このようなカルボン酸類の使用量は、金属
アルコキシドのアルコキシル基100モル%に対して、
通常100モル%以下、好ましくは5〜100モル%で
ある。官能基置換を終了した後、官能基置換後の金属ア
ルコキシド(b)溶液あるいは加水分解縮合物(c)から低沸
点のアルコールを除去して官能基置換された前記化合物
(d)あるいは前記化合物(e)を含む所望の第2有機金属化
合物(B)溶液を得ることができる。
The amount of the carboxylic acid used is based on 100 mol% of the alkoxyl group of the metal alkoxide.
Usually, it is 100 mol% or less, preferably 5 to 100 mol%. After completion of the functional group substitution, the functional group-substituted compound obtained by removing the low-boiling alcohol from the metal alkoxide (b) solution or the hydrolyzed condensate (c) after the functional group substitution.
(d) or a desired second organometallic compound (B) solution containing the compound (e) can be obtained.

【0043】例えば、官能基置換後の金属アルコキシド
(b)溶液を40〜60℃に加熱し、減圧下で10分〜2
時間攪拌することにより低沸点アルコールを除去すれば
よい。また、前記金属アルコキシド(b)、該金属アルコ
キシド(b)を加水分解して得られる加水分解縮合物(c)、
前記金属アルコキシド(b)の官能基の少なくとも1部を
カルボキシル基に置換してなる化合物(d)、前記加水分
解縮合物(c)の官能基の少なくとも1部をカルボキシル
基に置換してなる化合物(e)は、たとえば、これらをそ
れぞれ別々に調製し、これらを1種単独でまたは複数を
併用して用いることができる。
For example, metal alkoxide after functional group substitution
(b) heating the solution to 40-60 ° C and under reduced pressure for 10 minutes to 2 hours;
The low-boiling alcohol may be removed by stirring for an hour. Further, the metal alkoxide (b), a hydrolysis condensate (c) obtained by hydrolyzing the metal alkoxide (b),
A compound (d) obtained by substituting at least a part of the functional group of the metal alkoxide (b) with a carboxyl group, and a compound obtained by substituting at least a part of the functional group of the hydrolysis condensate (c) with a carboxyl group For (e), for example, these can be separately prepared, and these can be used alone or in combination of two or more.

【0044】(強誘電体薄膜形成用塗布液)このように
して得られた第2有機金属化合物(B)溶液と第1有機金
属化合物(A)溶液とを混合することにより、本発明の強
誘電体薄膜形成用塗布液が得られる。この(B)と(A)との
混合の際には、適宜溶媒で希釈して所望の塗布液とする
ことができる。
(Coating solution for forming a ferroelectric thin film) The solution of the second organometallic compound (B) thus obtained and the first organometallic compound (A) are mixed to obtain the ferroelectric thin film of the present invention. A coating liquid for forming a dielectric thin film is obtained. In mixing (B) and (A), a desired coating solution can be obtained by appropriately diluting with a solvent.

【0045】このような強誘電体薄膜形成用塗布液にお
ける各金属元素成分の含有量、例えば、Bi金属元素成
分、Sr金属元素成分およびTa金属元素成分の含有量
についての適正な値は、本発明の強誘電体薄膜形成用塗
布液を適用する箇所、条件等によって異なるので一律に
決定することはできない。従って、上記含有量は、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、およびバリヤ層の種
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、選択すればよい。
An appropriate value for the content of each metal element component in the coating liquid for forming a ferroelectric thin film, for example, the content of the Bi metal element component, the Sr metal element component, and the Ta metal element component is as follows. It cannot be determined uniformly because it differs depending on the location, conditions, etc. where the coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the invention is applied. Therefore, the above-mentioned content depends on the type of the applicable device (for FRAM, for DRAM, for MFS,
MFIS, MFMIS, etc.), the type and thickness of the upper and lower electrodes to be used, the type and thickness of the barrier layer, and the presence / absence of a seed layer (alignment film) as appropriate. do it.

【0046】本発明の強誘電体薄膜形成用塗布液および
この塗布液の製造方法は、いずれの強誘電体薄膜の形成
にも適用できる。特に、Bi系強誘電体薄膜の形成に好
ましく適用できる。例えば、式(Bi222+(Am-1
m3m+12-[式中、Aは、1、2、3価のイオン(例
えば、Bi、Pb、Ba、Sr、Ca、Na、K、およ
び希土類元素のイオン)、また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)、また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。]に示す構造を有
する強誘電体薄膜、具体的には、SrBi2Ta2O9系;
(Bi222+(SrTa272-系の強誘電体薄膜な
どや、式(Bi23)(M1 l2 mx)[式中、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およびmは、0.5〜5の正数、xは、M 1
および M2の価数から計算される正数である。]に示す
構造を有する強誘電体薄膜などを挙げることができる。
The coating liquid for forming a ferroelectric thin film of the present invention and
The method for producing this coating solution is based on the formation of any ferroelectric thin film.
Also applicable to Particularly, it is suitable for forming a Bi-based ferroelectric thin film.
Applicable well. For example, the expression (BiTwoOTwo)2+(Am-1
BmO3m + 1)2-[Wherein A is a mono-, di- or trivalent ion (eg,
For example, Bi, Pb, Ba, Sr, Ca, Na, K, and
And rare earth element ions) or a combination of these ions
B denotes a 4, 5, 6-valent ion (for example,
Gold such as Ti, Nb, Ta, W, Mo, Fe, Co, Cr
) Or a combination of these ions
And m is an integer of 1 to 5. ]
Ferroelectric thin film, specifically, SrBiTwoTaTwoO9system;
(BiTwoOTwo)2+(SrTaTwoO7)2-Based ferroelectric thin film
Doya, formula (BiTwoOThree) (M1 lMTwo mOx) [Where M1Is
Divalent metal ion, MTwoIs a pentavalent metal ion
Where l and m are positive numbers from 0.5 to 5, x is M 1
And MTwoIs a positive number calculated from the valence of ]
And a ferroelectric thin film having a structure.

【0047】強誘電体薄膜およびその製造方法 本発明において、複数種の、好ましくは3種以上の金属
元素からなる強誘電体薄膜を形成するには、第1有機金
属化合物(A)と第2有機金属化合物(B)とを溶媒に溶解し
た塗布液(以下、「塗布液」という)とし、この塗布液
を基板に塗布し、必要に応じて乾燥することにより形成
することが好ましい。このような有機金属化合物(A)、
(B)を溶解する溶媒としては、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。
Ferroelectric Thin Film and Method for Producing the Same In the present invention, in order to form a ferroelectric thin film composed of a plurality of, preferably three or more metal elements, the first organometallic compound (A) and the second It is preferable to form the coating solution by dissolving the organometallic compound (B) in a solvent (hereinafter, referred to as “coating solution”), apply the coating solution to a substrate, and dry as necessary. Such an organometallic compound (A),
Examples of the solvent for dissolving (B) include alcohol solvents, polyhydric alcohol solvents, ether solvents, ketone solvents, ester solvents, and lower carboxylic acid solvents.

【0048】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。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、プロピレングリコールモノメ
チルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエー
テル、メトキシブタノール等を挙げることができる。
As the alcohol solvent, methanol,
Ethanol, propanol, butanol, amyl alcohol, cyclohexanol, methylcyclohexanol and the like can be mentioned. Examples of 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, propylene glycol monomethyl ether, Propylene glycol monopropyl ether, methoxybutanol and the like can be mentioned.

【0049】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。また、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 ether solvent include methylal, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, diamyl ether, diethyl acetal, dihexyl ether, trioxane, dioxane and the like. Examples of 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, Acetone alcohol and the like can be mentioned.

【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。
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.

【0051】上記の溶媒は、1種を用いてもよいし、2
種以上を組合せて用いることもできる。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て、適宜、最も好ましいものを用い
ることができる。
One of the above solvents may be used,
A combination of more than one species can be used. As the above-mentioned various solvents, the most preferable ones 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.

【0052】本発明において、この塗布液中の有機金属
化合物(A)、(B)全量の濃度は、金属酸化物換算で、固形
分濃度1〜20重量%、好ましくは5〜15重量%であ
る。上記塗布液を塗布する基板としては、例えばシリコ
ンウエーハなどが挙げられる。このシリコンウエーハ上
にはシリコン酸化膜、Pt、Ir、Ru等の金属、およ
びその金属酸化物である導電性金属酸化物などからなる
電極などが形成されていてもよい。
In the present invention, the total concentration of the organometallic compounds (A) and (B) in the coating solution is 1 to 20% by weight, preferably 5 to 15% by weight in terms of metal oxide. is there. Examples of the substrate on which the coating solution is applied include a silicon wafer. On this silicon wafer, a silicon oxide film, an electrode made of a metal such as Pt, Ir, Ru and the like, and a metal oxide such as a conductive metal oxide may be formed.

【0053】そして、この基板上に、スピンナー法、デ
ィップ法等の公知の塗布法により上記塗布液を塗布し、
通常50〜400℃、好ましくは150〜250℃の温
度で乾燥を行う。次に、250〜500℃の温度で仮焼
成を行う。このような塗布液の塗布、乾燥および仮焼成
までの一連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。
Then, the above coating solution is applied onto the substrate by a known coating method such as a spinner method or a dipping method.
Drying is usually performed at a temperature of 50 to 400 ° C, preferably 150 to 250 ° C. Next, calcination is performed at a temperature of 250 to 500C. It is preferable that a series of operations from the application of the coating solution, drying and calcination are repeated several times to set a desired film thickness.

【0054】強誘電体薄膜としては、10〜200nm
の膜厚とすることが好ましい。次に、700〜900
℃、好ましくは700〜750℃程度の温度で本焼成を
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(25±2℃)から5〜20℃
/min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30〜300℃/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。
As the ferroelectric thin film, 10 to 200 nm
It is preferable that the film thickness is as follows. Next, 700-900
Main firing is performed at a temperature of about 700C, preferably about 700 to 750C, to form a ferroelectric thin film having a crystal structure. In the firing step, the temperature is changed from room temperature (25 ± 2 ° C.) to 5-20 ° C.
The furnace method in which the temperature is raised to the main firing temperature at a temperature raising rate of about / min, and then the main firing temperature is maintained and firing is performed for about 30 to 80 minutes, and the main firing is performed at a temperature rising rate of about 30 to 300 ° C / sec from room temperature. Various firing methods can be selected, such as an RTP method in which the temperature is raised to the temperature, and then the main firing temperature is maintained, and firing is performed for about 0.5 to 3 minutes.

【0055】本発明において、基板としてシリコンウエ
ーハ上にPt、Ir、Ru等の金属、およびその金属酸
化物である導電性金属酸化物などからなる電極(下部電
極)を形成したものを用い、その上に本発明の方法によ
り強誘電体薄膜を形成した後、この強誘電体薄膜の上に
電極(上部電極)を形成することにより、強誘電体メモ
リを作製することができる。
In the present invention, a substrate formed by forming an electrode (lower electrode) made of a metal such as Pt, Ir, Ru or the like and a conductive metal oxide as a metal oxide on a silicon wafer is used as the substrate. After a ferroelectric thin film is formed thereon by the method of the present invention, an electrode (upper electrode) is formed on the ferroelectric thin film, whereby a ferroelectric memory can be manufactured.

【0056】ここで、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、焼成時と同等以下の条件
でアニールして強誘電体メモリを作製する。
Here, as the upper electrode, the metals and metal oxides listed as the material for the lower electrode can be used, and these materials are formed on the ferroelectric thin film by a known method such as a sputtering method or a vapor deposition method. The ferroelectric memory is formed and annealed under the same conditions as or less than the firing conditions to produce a ferroelectric memory.

【0057】[0057]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。 1.塗布液の調製
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to these examples. 1. Preparation of coating liquid

【0058】[0058]

【実施例1】(塗布液1の調製)Sr(OiC37
23.70g、Ta(OC25516.25gおよびプ
ロピレングリコールモノプロピルエーテル355.0g
を混合し、25℃で1時間攪拌した後、Sr金属アルコ
キシドとTa金属アルコキシドとの混合溶液373.1
gを得た。
Example 1 (Preparation of coating liquid 1) Sr (OiC 3 H 7 )
2 3.70 g, Ta (OC 2 H 5 ) 5 16.25 g and propylene glycol monopropyl ether 355.0 g
And stirred at 25 ° C. for 1 hour, and then a mixed solution 373.1 of an Sr metal alkoxide and a Ta metal alkoxide was used.
g was obtained.

【0059】水0.9gとプロピレングリコールモノプ
ロピルエーテル88.56gとを混合し、これを、上記
Sr金属アルコキシドとTa金属アルコキシドとの混合
溶液373.1gに添加した後、60℃まで昇温し、4
時間加熱撹拌を行った。反応終了後、室温まで冷却し、
SrTa金属アルコキシド類が加水分解され縮合された
加水分解縮合物の溶液を得た。
0.9 g of water and 88.56 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed, and this was added to 373.1 g of the above mixed solution of the Sr metal alkoxide and the Ta metal alkoxide. , 4
Heating and stirring were performed for hours. After the reaction is completed, cool to room temperature,
A solution of a hydrolyzed condensate in which SrTa metal alkoxides were hydrolyzed and condensed was obtained.

【0060】得られた加水分解縮合物の溶液に、2−エ
チルヘキサン酸26.82gを加え、25℃で30分間
撹拌し、加水分解縮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50gを得て、
これを塗布液1(第1有機金属化合物(A)の溶液)とし
た。
26.82 g of 2-ethylhexanoic acid was added to the obtained solution of the hydrolyzed condensate, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 30 minutes to exchange the functional groups of the hydrolyzed condensate. Heated to 5050 ° C. and stirred under reduced pressure for 30 minutes to obtain 50 g of a solution from which low-boiling alcohol was removed,
This was used as a coating liquid 1 (a solution of the first organometallic compound (A)).

【0061】(塗布液2の調製)Bi(OtC5113
18.82gとプロピレングリコールモノプロピルエー
テル355.0gとを混合し、25℃で1時間攪拌した
後、Bi金属アルコキシドの溶液373.82gを得
た。得られたBi金属アルコキシドの溶液373.82
gに2−エチルヘキサン酸17.31gを加え、25℃
で2時間撹拌し、Bi金属アルコキシドの官能基交換を
行った後、この溶液を40〜50℃に加熱し、減圧下で
60分間撹拌し、低沸点のアルコールを除去した溶液5
0gを得て、これを塗布液2(第2有機金属化合物(B)
の溶液)とした。
(Preparation of Coating Liquid 2) Bi (OtC 5 H 11 ) 3
After 18.82 g and 355.0 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed and stirred at 25 ° C. for 1 hour, 373.82 g of a Bi metal alkoxide solution was obtained. The obtained Bi metal alkoxide solution 373.82
17.31 g of 2-ethylhexanoic acid was added to the resulting mixture at 25 ° C.
After the functional group exchange of the Bi metal alkoxide was performed, the solution was heated to 40 to 50 ° C. and stirred under reduced pressure for 60 minutes to remove the low-boiling alcohol.
0 g was obtained, and this was applied to coating solution 2 (second organometallic compound (B)).
Solution).

【0062】上記塗布液1と塗布液2をSr:Bi:T
a=0.9:2:2となるように混合し、プロピレング
リコールモノプロピルエーテルで金属酸化物換算で濃度
10重量%となるように希釈し、塗布液3(強誘電体薄
膜形成用塗布液)を得た。
The coating liquid 1 and the coating liquid 2 were mixed with Sr: Bi: T
a = 0.9: 2: 2, diluted with propylene glycol monopropyl ether to a concentration of 10% by weight in terms of metal oxide, and coated with a coating solution 3 (a coating solution for forming a ferroelectric thin film). ) Got.

【0063】[0063]

【実施例2】(塗布液4の調製)Bi(OtC5113
18.82gとプロピレングリコールモノプロピルエー
テル355.0gとを混合し、25℃で1時間攪拌した
後、Bi金属アルコキシドの溶液373.82gを得
た。得られたBi金属アルコキシドの溶液373.82
gに20%マレイン酸水溶液を加え、60℃まで昇温
し、4時間加熱撹拌を行った。この溶液を40〜50℃
に加熱し、減圧下で60分間撹拌し、低沸点のアルコー
ルを除去した溶液50gを得て、これを塗布液4(第2
有機金属化合物(B)の溶液)とした。
Example 2 (Preparation of coating liquid 4) Bi (OtC 5 H 11 ) 3
After 18.82 g and 355.0 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed and stirred at 25 ° C. for 1 hour, 373.82 g of a Bi metal alkoxide solution was obtained. The obtained Bi metal alkoxide solution 373.82
A 20% aqueous solution of maleic acid was added to g, and the mixture was heated to 60 ° C. and heated and stirred for 4 hours. This solution is kept at 40-50 ° C.
And stirred under reduced pressure for 60 minutes to obtain 50 g of a solution from which low-boiling alcohol was removed.
Solution of organometallic compound (B)).

【0064】上記塗布液1と塗布液4をSr:Bi:T
a=0.9:2:2となるように混合し、プロピレング
リコールモノプロピルエーテルで金属酸化物換算で濃度
10重量%となるように希釈し、塗布液5(強誘電体薄
膜形成用塗布液)を得た。
The coating liquid 1 and the coating liquid 4 were mixed with Sr: Bi: T
a = 0.9: 2: 2, diluted with propylene glycol monopropyl ether to a concentration of 10% by weight in terms of metal oxide, and coated with coating solution 5 (coating solution for forming a ferroelectric thin film). ) Got.

【0065】[0065]

【比較例1】Sr(OiC3723.70g、Bi(O
tC511318.82g、Ta(OC25516.
25gおよびプロピレングリコールモノプロピルエーテ
ル355.0gを混合し、25℃で1時間攪拌した後、
Sr金属アルコキシド、Bi金属アルコキシドおよびT
a金属アルコキシドの混合溶液393.7gを得た。
Comparative Example 1 3.70 g of Sr (OiC 3 H 7 ) 2 , Bi (O
tC 5 H 11) 3 18.82g, Ta (OC 2 H 5) 5 16.
After mixing 25 g and 355.0 g of propylene glycol monopropyl ether and stirring at 25 ° C. for 1 hour,
Sr metal alkoxide, Bi metal alkoxide and T
393.7 g of a mixed solution of a metal alkoxide was obtained.

【0066】水9.0gとプロピレングリコールモノプ
ロピルエーテル885.6gとを混合し、これに、上記
Sr金属アルコキシド、Bi金属アルコキシドおよびT
a金属アルコキシドの混合溶液393.7g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
類が加水分解され縮合された加水分解縮合物の溶液を得
た。
9.0 g of water and 885.6 g of propylene glycol monopropyl ether were mixed, and mixed with the above Sr metal alkoxide, Bi metal alkoxide and T
After adding 393.7 g of the mixed solution of the metal alkoxide a, the temperature was raised to 60 ° C., and the mixture was heated and stirred for 4 hours. After the reaction was completed, the mixture was cooled to room temperature, and the SrBiTa metal alkoxide was hydrolyzed and condensed. A solution of the condensate was obtained.

【0067】得られた加水分解縮合物の溶液に、2−エ
チルヘキサン酸44.71gを加え、25℃で30分間
撹拌し、加水分解縮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100gを得
た。次いで、この低沸点アルコールを除去した溶液を、
室温まで冷却した後、プロピレングリコールモノプロピ
ルエーテルで金属酸化物換算で濃度10重量%となるよ
うに希釈し、SBT誘電体薄膜形成用塗布液(比較塗布
液5)を調製した。
44.71 g of 2-ethylhexanoic acid was added to the obtained solution of the hydrolyzed condensate, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 30 minutes to exchange the functional groups of the hydrolyzed condensate. The mixture was heated to 5050 ° C. and stirred under reduced pressure for 30 minutes to obtain 100 g of a solution from which low-boiling alcohol was removed. Next, the solution from which the low-boiling alcohol was removed,
After cooling to room temperature, the mixture was diluted with propylene glycol monopropyl ether to a concentration of 10% by weight in terms of metal oxide to prepare a coating liquid for forming an SBT dielectric thin film (Comparative coating liquid 5).

【0068】2.強誘電体薄膜の形成 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10
0nm膜厚のPt下部電極を形成した。次に、上記Pt
下部電極上に、実施例1で得られた塗布液3を、スピン
コータを用いて500rpmで5秒間、続いて3000
rpmで20秒間回転塗布し、250℃で5分間乾燥を
行った後、25℃から1.25℃/secの昇温速度で
400℃まで昇温し、5分間加熱処理を行って塗膜を形
成した。
2. Formation of a ferroelectric thin film On a silicon wafer having a diameter of 6 inches on which thermally oxidized SiO 2 of 1000 nm was formed, 10 μm was formed by sputtering.
A Pt lower electrode having a thickness of 0 nm was formed. Next, the above Pt
On the lower electrode, the coating liquid 3 obtained in Example 1 was applied using a spin coater at 500 rpm for 5 seconds, and then 3000
After spin coating at 20 rpm for 20 seconds and drying at 250 ° C. for 5 minutes, the temperature is raised from 25 ° C. to 400 ° C. at a rate of 1.25 ° C./sec, and a heat treatment is performed for 5 minutes to form a coating film. Formed.

【0069】次いで、この塗膜上に、上記と同様にして
塗布液3を塗布し、乾燥し、昇温し、加熱処理するとい
う、これらの操作を合計3回繰り返した後、窒素雰囲気
中、25℃から40℃/secの昇温速度で750℃ま
で昇温し、その後、窒素雰囲気中、750℃で0.5分
間焼成して、150nm膜厚の強誘電体薄膜を形成し
た。
Next, the coating liquid 3 was applied to the coating film in the same manner as described above, dried, heated, and heat-treated. These operations were repeated three times in total. The temperature was increased from 25 ° C. to 750 ° C. at a rate of 40 ° C./sec, and then baked in a nitrogen atmosphere at 750 ° C. for 0.5 minute to form a 150 nm thick ferroelectric thin film.

【0070】また、実施例1で得られた塗布液3に代え
て、実施例2で得られた塗布液4を用いて、上記と同様
にして、Pt下部電極上に、150nm膜厚の強誘電体
薄膜を形成した。また、実施例1で得られた塗布液3に
代えて、比較例1で得られた比較塗布液5を用いて、上
記と同様にして、Pt下部電極上に、150nm膜厚の
強誘電体薄膜を形成した。
Also, in the same manner as described above, using the coating liquid 4 obtained in Example 2 instead of the coating liquid 3 obtained in Example 1, a 150 nm thick film was formed on the Pt lower electrode. A dielectric thin film was formed. Further, a 150 nm-thick ferroelectric substance was formed on the Pt lower electrode in the same manner as above using the comparative coating liquid 5 obtained in Comparative Example 1 instead of the coating liquid 3 obtained in Example 1. A thin film was formed.

【0071】次いで、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、窒素雰囲気
中、750℃で0.5分間焼成して、強誘電体素子を作
製した。得られた強誘電体素子の断面図を図1に模式的
に示す。実施例1の塗布液3を使用して作製した強誘電
体素子のヒステリシス特性および飽和特性を、それぞれ
図2、図3、実施例2の塗布液4を使用して作製した強
誘電体素子のヒステリシス特性および飽和特性をそれぞ
れ図4、図5に示す。また、比較例1の塗布液5を使用
して作製した強誘電体素子のヒステリシス特性および飽
和特性をそれぞれ図6、図7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 baked at 750 ° C. for 0.5 minute in a nitrogen atmosphere to produce a ferroelectric element. FIG. 1 schematically shows a sectional view of the obtained ferroelectric element. The hysteresis characteristics and the saturation characteristics of the ferroelectric element manufactured using the coating liquid 3 of Example 1 are shown in FIGS. 2 and 3, respectively, of the ferroelectric element manufactured using the coating liquid 4 of Example 2. The hysteresis characteristics and the saturation characteristics are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. FIGS. 6 and 7 show the hysteresis characteristics and the saturation characteristics of the ferroelectric element manufactured using the coating liquid 5 of Comparative Example 1, respectively.

【0072】なお、図3、図5および図7中、■は、非
反転分極量Pnv(μC/cm2)を、◆は、残留分極量2
Pr(μC/cm2)を表わす。図2および図3から明ら
かなように、実施例1の塗布液3を使用して得られた強
誘電体素子のヒステリシス特性は高電圧側が閉じており
良好である。非反転分極量Pnvは、印加電圧が2V程度
で8〜9μC/cm2となり、良好な飽和特性曲線を示
しており、残留分極量2Prは、印加電圧3Vで11μC
/cm 2であり、ほぼ飽和に近い特性曲線を示すことが
分かる。
In FIG. 3, FIG. 5, and FIG.
Reverse polarization amount Pnv (μC / cmTwo) And ◆ are the remanent polarization 2
Pr (μC / cmTwo). 2 and 3
As shown, the strength obtained using the coating solution 3 of Example 1 was
The hysteresis characteristic of the dielectric element is closed on the high voltage side.
Good. The applied voltage is about 2 V for the non-inversion polarization amount Pnv
8 ~ 9μC / cmTwoAnd shows a good saturation characteristic curve.
The residual polarization amount 2Pr is 11 μC at an applied voltage of 3V.
/ Cm TwoAnd shows a characteristic curve that is almost saturated.
I understand.

【0073】実施例2の塗布液4を使用して作製した強
誘電体素子のヒステリシス特性および飽和特性を、それ
ぞれ図4、図5に示す。図4および図5から明らかなよ
うに、実施例2の塗布液4を使用して得られた強誘電体
素子のヒステリシス特性は高電圧側が閉じており良好で
ある。非反転分極量Pnvは、印加電圧が2V程度で9−
10μC/cm2となり、良好な飽和特性曲線を示して
おり、残留分極量2Prは、印加電圧3Vで13μC/c
2であり、ほぼ飽和に近い特性曲線を示すことが分か
る。
FIGS. 4 and 5 show the hysteresis characteristics and the saturation characteristics of the ferroelectric element manufactured using the coating liquid 4 of Example 2. FIG. As is clear from FIGS. 4 and 5, the hysteresis characteristic of the ferroelectric element obtained by using the coating liquid 4 of Example 2 is good because the high voltage side is closed. The non-inversion polarization amount Pnv is 9- at the applied voltage of about 2V.
10 μC / cm 2 , showing a good saturation characteristic curve. The residual polarization amount 2 Pr is 13 μC / c at an applied voltage of 3 V.
m 2 , which indicates that the characteristic curve is almost close to saturation.

【0074】一方、図6および図7から明らかなよう
に、比較例1の比較塗布液5を使用して得られた強誘電
体素子のヒステリシス特性は、高電圧側が広がったリー
ク傾向の特性を示しており、また、非反転分極量Pnvお
よび残留分極量2Prは、高電圧側でなければ飽和には至
らず、あるいは飽和には全く至らないことが分かる。こ
のように、本発明における第1有機金属化合物(A)と第
2有機金属化合物(B)とからなる強誘電体薄膜形成用塗
布液(実施例1および実施例2)を用いることにより、
750℃のような低温で強誘電体薄膜を形成することが
でき、良好なヒステリシス特性および飽和特性を有する
強誘電体素子を得ることができる。これに対して、比較
例1のような塗布液では、本発明のような効果は得られ
ないことが分かる。
On the other hand, as is clear from FIGS. 6 and 7, the hysteresis characteristic of the ferroelectric element obtained by using the comparative coating liquid 5 of Comparative Example 1 is the characteristic of the leak tendency in which the high voltage side is widened. In addition, it can be seen that the non-inversion polarization amount Pnv and the remanent polarization amount 2Pr do not reach saturation or do not reach saturation unless the voltage is on the high voltage side. As described above, by using the coating liquid for forming a ferroelectric thin film comprising the first organometallic compound (A) and the second organometallic compound (B) in the present invention (Examples 1 and 2),
A ferroelectric thin film can be formed at a low temperature such as 750 ° C., and a ferroelectric element having good hysteresis characteristics and saturation characteristics can be obtained. On the other hand, it can be understood that the effect as in the present invention cannot be obtained with the coating liquid as in Comparative Example 1.

【0075】[0075]

【発明の効果】本発明における、第1有機金属化合物
(A)と、第2有機金属化合物(B)とからなる強誘電体薄膜
形成用塗布液は、汎用の有機溶媒に可溶な有効成分を含
み、また、保存安定性や使用時の再現性に優れているの
で実用的である。また、本発明の製造方法によって、こ
のような優れた強誘電体薄膜形成用塗布液を得ることが
できる。しかも、この強誘電体薄膜形成用塗布液によっ
て、低温での焼成によっても良好に強誘電体薄膜を形成
することができる。
According to the present invention, the first organometallic compound is used.
The coating liquid for forming a ferroelectric thin film comprising (A) and the second organometallic compound (B) contains an active ingredient soluble in a general-purpose organic solvent, and has storage stability and reproducibility during use. It is practical because it is excellent. Further, by the production method of the present invention, such an excellent coating solution for forming a ferroelectric thin film can be obtained. In addition, the ferroelectric thin film forming coating liquid can favorably form a ferroelectric thin film even by firing at a low temperature.

【0076】このため、電気特性の優れた強誘電体薄膜
およびこれを用いる優れた強誘電体素子を得ることがで
きる。
Therefore, a ferroelectric thin film having excellent electric characteristics and an excellent ferroelectric element using the same can be obtained.

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

【図1】 本発明で評価を行った強誘電体素子の断面図
を模式的に示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a cross-sectional view of a ferroelectric element evaluated in the present invention.

【図2】 実施例1の塗布液3を使用して得られた強誘
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 a ferroelectric element obtained by using the coating liquid 3 of Example 1.

【図3】 実施例1の塗布液3を使用して得られた強誘
電体素子の飽和特性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a saturation characteristic of a ferroelectric element obtained by using the coating liquid 3 of Example 1.

【図4】 実施例2の塗布液4を使用して得られた強誘
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 a hysteresis characteristic of a ferroelectric element obtained by using the coating liquid 4 of Example 2.

【図5】 実施例2の塗布液4を使用して得られた強誘
電体素子の飽和特性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a saturation characteristic of a ferroelectric element obtained by using the coating liquid 4 of Example 2.

【図6】 比較例1の比較塗布液5を使用して得られた
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. 6 is a graph showing a hysteresis characteristic of a ferroelectric element obtained by using the comparative coating solution 5 of Comparative Example 1.

【図7】 比較例1の比較塗布液5を使用して得られた
強誘電体素子の飽和特性を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the saturation characteristics of a ferroelectric element obtained using the comparative coating solution 5 of Comparative Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 21/8247 C01B 13/18 5G303 29/788 H01L 29/78 371 29/792 27/10 444C // C01B 13/18 H01L 27/105 (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) 4G042 DA01 DB11 DC03 DD02 DE09 DE14 4G048 AA05 AB02 AB05 AC02 AD02 AE08 5F058 BA11 BC03 BF46 BJ02 5F083 AD11 FR00 FR01 FR05 FR06 FR07 JA17 JA38 PR16 PR23 5F101 BA62 5G303 AA10 AB15 AB20 BA03 BA12 CA01 CB03 CB06 CB09 CB10 CB11 CB13 CB14 CB15 CB16 CB17 CB18 CB20 CB21 CB23 CB25 CB32 CB33 CB35 CB36 CB37 CB38 CB39 CB40 CB43 CD04 DA02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/8247 C01B 13/18 5G303 29/788 H01L 29/78 371 29/792 27/10 444C // C01B 13/18 H01L 27/105 (72) Inventor Kinji Yamada 2-11-24 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo JSR Corporation F-term (reference) 4G042 DA01 DB11 DC03 DD02 DE09 DE14 4G048 AA05 AB02 AB05 AC02 AD02 AE08 5F058 BA11 BC03 BF46 BJ02 5F083 AD11 FR00 FR01 FR05 FR06 FR07 JA17 JA38 PR16 PR23 5F101 BA62 5G303 AA10 AB15 AB20 BA03 BA12 CA01 CB03 CB06 CB09 CB10 CB11 CB13 CB14 CB15 CB16 CB17 CB18 CB20 40

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属アルコキシド(a)を加水分解および
縮合して得られる加水分解縮合物の官能基の少なくとも
一部をカルボキシル基に置換してなる第1有機金属化合
物(A)と、 上記金属アルコキシド(a)と異なる金属の金属アルコキ
シド(b)、 該金属アルコキシド(b)を加水分解および縮合して得ら
れる加水分解縮合物(c)、 前記金属アルコキシド(b)の官能基の少なくとも一部を
カルボキシル基に置換してなる化合物(d)および前記加
水分解縮合物(c)の官能基の少なくとも一部をカルボキ
シル基に置換してなる化合物(e)から選ばれる少なくと
も1種の化合物からなる第2有機金属化合物(B)とを含
むことを特徴とする強誘電体薄膜形成用塗布液。
1. A first organometallic compound (A) obtained by substituting at least a part of functional groups of a hydrolysis condensate obtained by hydrolyzing and condensing a metal alkoxide (a) with a carboxyl group; A metal alkoxide (b) of a metal different from the alkoxide (a), a hydrolysis condensate (c) obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (b), at least a part of the functional groups of the metal alkoxide (b) Consists of at least one compound selected from a compound (d) obtained by substituting a carboxyl group for the compound (d) and a compound (e) obtained by substituting at least a part of the functional groups of the hydrolysis condensate (c) with a carboxyl group. A coating liquid for forming a ferroelectric thin film, comprising a second organic metal compound (B).
【請求項2】 前記金属アルコキシド(a)および前記金
属アルコキシド(b)の金属が、Li、Na、K、Mg、
Ca、Sr、Ba、La、Ti、Zr、Hf、V、N
b、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、
Cu、Zn、PbおよびBiのうちから選ばれる金属で
あることを特徴とする請求項1に記載の強誘電体薄膜形
成用塗布液。
2. The method according to claim 1, wherein the metal of the metal alkoxide (a) and the metal of the metal alkoxide (b) are Li, Na, K, Mg,
Ca, Sr, Ba, La, Ti, Zr, Hf, V, N
b, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni,
The coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the coating liquid is a metal selected from Cu, Zn, Pb, and Bi.
【請求項3】 前記金属アルコキシド(a)および前記金
属アルコキシド(b)の金属が、Pb、Zr、Tiおよび
Laのうちから選ばれる金属であり、しかも前記金属ア
ルコキシド(a)および前記金属アルコキシド(b)の金属種
の合計が3〜4種であることを特徴とする請求項1に記
載の強誘電体薄膜形成用塗布液。
3. The metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) are metals selected from Pb, Zr, Ti and La, and the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) 2. The coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 1, wherein the total of the metal species of b) is 3 to 4.
【請求項4】 前記金属アルコキシド(a)および前記金
属アルコキシド(b)の金属が、Sr、Bi、Ti、Ta
およびNbのうちから選ばれる金属であり、しかも前記
金属アルコキシド(a)および前記金属アルコキシド(b)の
金属種の合計が3〜4種であることを特徴とする請求項
1に記載の強誘電体薄膜形成用塗布液。
4. The metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is Sr, Bi, Ti, Ta
2. The ferroelectric material according to claim 1, wherein the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) are 3 to 4 metals in total. Coating liquid for body thin film formation.
【請求項5】 金属アルコキシド(a)を加水分解および
縮合して得られる加水分解縮合物の官能基の少なくとも
一部をカルボキシル基に置換してなる第1有機金属化合
物(A)と、 上記金属アルコキシド(a)と異なる金属の金属アルコキ
シド(b) 、 該金属アルコキシド(b)を加水分解および縮合して得ら
れる加水分解縮合物(c)、 前記金属アルコキシド(b)の官能基の少なくとも一部を
カルボキシル基に置換してなる化合物(d)および前記加
水分解縮合物(c)の官能基の少なくとも一部をカルボキ
シル基に置換してなる化合物(e)から選ばれる少なくと
も1種の化合物からなる第2有機金属化合物(B)とを混
合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。
5. A first organometallic compound (A) obtained by substituting at least a part of functional groups of a hydrolysis condensate obtained by hydrolyzing and condensing a metal alkoxide (a) with a carboxyl group; A metal alkoxide (b) of a metal different from the alkoxide (a), a hydrolyzed condensate (c) obtained by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide (b), at least a part of functional groups of the metal alkoxide (b) At least one compound selected from a compound (d) obtained by substituting a carboxyl group with a compound (d) and a compound (e) obtained by substituting at least a part of the functional groups of the hydrolysis condensate (c) with a carboxyl group. A method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film, comprising mixing a second organometallic compound (B).
【請求項6】 前記金属アルコキシド(a)および前記金
属アルコキシド(b)の金属が、Li、Na、K、Mg、
Ca、Sr、Ba、La、Ti、Zr、Hf、V、N
b、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、
Cu、Zn、PbおよびBiのうちから選ばれる金属で
あることを特徴とする請求項5に記載の強誘電体薄膜形
成用塗布液の製造方法。
6. The metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is Li, Na, K, Mg,
Ca, Sr, Ba, La, Ti, Zr, Hf, V, N
b, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni,
The method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 5, wherein the coating liquid is a metal selected from Cu, Zn, Pb, and Bi.
【請求項7】 前記金属アルコキシド(a)および前記金
属アルコキシド(b)の金属が、Pb、Zr、Tiおよび
Laのうちから選ばれる金属であり、しかも前記金属ア
ルコキシド(a)および前記金属アルコキシド(b)の金属種
の合計が3〜4種であることを特徴とする請求項5に記
載の強誘電体薄膜形成用塗布液の製造方法。
7. The metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is a metal selected from Pb, Zr, Ti and La, and the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide ( The method for producing a coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 5, wherein the total of the metal species of b) is 3 to 4.
【請求項8】 前記金属アルコキシド(a)および前記金
属アルコキシド(b)の金属が、Sr、Bi、Ti、Ta
およびNbのうちから選ばれる金属であり、しかも前記
金属アルコキシド(a)および前記金属アルコキシド(b)の
金属種の合計が3〜4種であることを特徴とする請求項
5に記載の強誘電体薄膜形成用塗布液の製造方法。
8. The metal of the metal alkoxide (a) and the metal alkoxide (b) is Sr, Bi, Ti, Ta
6. The ferroelectric substance according to claim 5, wherein said metal alkoxide (a) and said metal alkoxide (b) have a total of 3 to 4 kinds of metals selected from N and Nb. A method for producing a coating liquid for forming a body thin film.
【請求項9】 請求項1に記載の強誘電体薄膜形成用塗
布液から形成されることを特徴とする強誘電体薄膜。
9. A ferroelectric thin film formed from the coating liquid for forming a ferroelectric thin film according to claim 1.
JP2001187835A 2000-10-19 2001-06-21 Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film Pending JP2002193616A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001187835A JP2002193616A (en) 2000-10-19 2001-06-21 Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000319960 2000-10-19
JP2000-319960 2000-10-19
JP2001187835A JP2002193616A (en) 2000-10-19 2001-06-21 Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002193616A true JP2002193616A (en) 2002-07-10

Family

ID=26602442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001187835A Pending JP2002193616A (en) 2000-10-19 2001-06-21 Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002193616A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002265224A (en) * 2001-03-09 2002-09-18 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Blt ferroelectric thin film, manufacturing method therefore and application liquid therefor
JP2016003302A (en) * 2014-06-18 2016-01-12 三菱化学株式会社 Composition, electronic device and method of producing electronic device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002265224A (en) * 2001-03-09 2002-09-18 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Blt ferroelectric thin film, manufacturing method therefore and application liquid therefor
JP4649573B2 (en) * 2001-03-09 2011-03-09 独立行政法人産業技術総合研究所 BLT type ferroelectric thin film manufacturing method and coating liquid manufacturing method therefor
JP2016003302A (en) * 2014-06-18 2016-01-12 三菱化学株式会社 Composition, electronic device and method of producing electronic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3195265B2 (en) Coating solution for forming Bi-based ferroelectric thin film, ferroelectric thin film formed using the same, and ferroelectric memory
JP3113281B2 (en) Metal oxide precursors and production method
WO2004049441A2 (en) Low thermal budget fabrication of ferroelectric memory using rtp
US7238388B2 (en) Ferroelectric thin film and method for forming the same
KR102384736B1 (en) Mn-doped pzt-based piezoelectric film formation composition and mn-doped pzt-based piezoelectric film
KR100327291B1 (en) Coating solution for forming bismuth-based ferroelectric thin film, ferroelectric thin film, ferroelectric capacitor, ferroelectric memory and method for manufacturing them
EP2784802B1 (en) Method of forming PNbZT ferroelectric thin film
US20050158466A1 (en) Coating solutions for use in forming bismuth-based ferroelectric thin films and a method of forming bismuth-based ferroelectric thin films using the coating solutions
KR20060043587A (en) Coating solutions for use in forming bismuth-based paraelectric or ferroelectric thin films, and bismuth-based paraelectric or ferroelectric thin films
JPH11163273A (en) Manufacture of dielectric thin film and dielectric capacitor and dielectric memory
JP2002047011A (en) Method of forming compact perovskite metallic oxide thin film and compact perovskite metallic oxide thin film
JP2000332209A (en) MANUFACTURE OF Bi-BASED FERROELECTRIC ELEMENT
JP2002193616A (en) Coating fluid for forming ferroelectric thin film and its production method and ferroelectric thin film
JP4042276B2 (en) Method for forming Pb-based perovskite metal oxide thin film
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
EP0877100B1 (en) Process for fabricating solid-solution of layered perovskite materials
JP2003063825A (en) Coating liquid for forming ferrodielectric thin film, method for manufacturing the same, and ferrodielectric thin film
JP2003128419A (en) Ferroelectric thin film-forming coating and ferroelectric thin film
JP2001110237A (en) Ferroelectric thin film forming application liquid, its manufacture and ferroelectric thin film
JP3106913B2 (en) Composition for forming Bi-based ferroelectric thin film, Bi-based ferroelectric thin film and method for producing the same
WO2007007561A1 (en) Composition for formation of paraelectric thin-film, paraelectric thin-film and dielectric memory
JP2003068730A (en) Coating solution for forming ferroelectric thin film and ferroelectric thin film
JP2007005028A (en) Composition for forming bi-based dielectric thin film and bi-based dielectric thin film
JP2002100626A (en) Embrocation for forming ferroelectric thin film and ferroelectric thin film produced by using the same