JP2003002650A - Sbt強誘電体薄膜、その形成用組成物及び形成方法 - Google Patents
Sbt強誘電体薄膜、その形成用組成物及び形成方法Info
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Abstract
ると共に、モフォロジーを改善する。 【解決手段】 SBT強誘電体薄膜を形成するための有
機金属化合物溶液よりなる強誘電体薄膜形成用組成物に
おいて、一般式:SrxBiy(TazNb1− z)2
O9(式中、0.6<x<1.1、2.0≦y<2.
6、0≦z≦1)で示される複合金属化合物Aと、B
i、Si、Pb、Ge、Sn、Al、Ga、In、M
g、Ca、Sr、Ba、V、Nb、Ta、Sc、Y、T
i、Zr、Hf、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Z
n、Cd、Li、Na及びKのうちから選ばれる1種あ
るいは2種以上の元素から構成される複合金属酸化物B
の混合複合金属酸化物の薄膜を形成するための液状組成
物。この組成物を用い、ゾルゲル法等のCSD法により
成膜し、550℃程度の低温で焼成した強誘電体薄膜を
得ることができる。
Description
性質により各種デバイスへの応用が期待されるSBT強
誘電体薄膜と、それを形成するための組成物及び形成方
法に関する。
義のSBT)、タンタルニオブ酸ストロンチウムビスマ
ス(狭義のSBTN)はその高い誘電率、優れた強誘電
特性から種々のキャパシタや不揮発性メモリ等のデバイ
スへの応用が期待されている。なお、本明細書では、S
BTとSBTNとを含めてSBTと称する。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、M
OCVD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。
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。
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。
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。
らを併用した方法等はCSD法(Chemical Solution De
position)と称されている。
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
するのに有利な成膜法である。
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。
体薄膜の形成には、結晶化のために焼成を行う必要があ
る。
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、
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
望まれている。また、基板上のアルミニウム配線の酸化
を防止するためにも、結晶化温度の低減が期待されてい
る。
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。
に当り、550℃以下の低温でも結晶化を行うことが可
能な金属酸化物薄膜の形成用組成物、形成方法及びこの
低温結晶化方法で形成された強誘電体薄膜を提供するこ
とを目的とする。
BT強誘電体薄膜形成用組成物は、SBT強誘電体薄膜
を形成するための有機金属化合物溶液よりなる強誘電体
薄膜形成用組成物において、一般式:SrxBiy(T
azNb1−z)2O9(式中、0.6<x<1.1、
2.0≦y<2.6、0≦z≦1)で示される複合金属
化合物Aと、Bi、Si、Pb、Ge、Sn、Al、G
a、In、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Nb、Ta、
Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Cr、Mn、Fe、C
o、Ni、Zn、Cd、Li、Na及びKのうちから選
ばれる1種又は2種以上の元素から構成される複合金属
酸化物Bの混合複合金属酸化物の薄膜を形成するための
液状組成物であって、該金属酸化物を構成する各金属の
熱分解性有機金属化合物、加水分解性有機金属化合物、
その部分加水分解物及び/又は重縮合物が、上式で示さ
れる金属原子比を与えるような割合で有機触媒中に溶解
している溶液からなることを特徴とするものである。
化温度を低下させるべく種々研究を重ねた結果、Bi、
Si、Pb、Ge、Sn、Al、Ga、In、Mg、C
a、Sr、Ba、V、Nb、Ta、Sc、Y、Ti、Z
r、Hf、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、C
d、Li、Na及びKの群からなる1種あるいは2種以
上の元素をSBTに添加することで、純粋なSBTに比
べ低温で結晶化し、また膜のモフォロジーが良くなると
いう知見が得られた。
創案されたものである。なお、BとAとのモル比B/A
は0<B/A<100が好ましい。このBが少量混合さ
れた状態でドーパントとしてのBの効果が現れ始める
が、Bの量が増えるに従い結晶化温度、更にはモフォロ
ジーの改善効果が現れるようになる。但し、B/Aがあ
まりに大きくなりすぎると、A自体の特性が希釈され残
留分極性Prが弱くなってくるため、用途によって最適
B/Aの量は変わる。一般的な最適範囲としては、0<
B/A<20が好ましく、更には0.1<B/A<2
0、更には0.2<B/A<20、最も好ましくは0.
4<B/A<20である。
形成用組成物は、SBT強誘電体薄膜を形成するための
有機金属化合物溶液よりなる強誘電体薄膜形成用組成物
において、一般式:SrxBiy(TazNb1−z)
2O9(式中、0.6<x<1.1、2.0≦y<2.
6、0≦z≦1)で示される複合金属化合物Aと、(B
iα,La1−α)2SiO5で示される複合金属酸化
物Bの混合複合金属酸化物(ただし、BとAとのモル比
B/Aは0<B/A<5)の薄膜を形成するための液状
組成物であって、該金属酸化物を構成する各金属の熱分
解性有機金属化合物、加水分解性有機金属化合物、その
部分加水分解物及び/又は重縮合物が、上式で示される
金属原子比を与えるような割合で有機触媒中に溶解して
いる溶液からなることを特徴とするものである。
形成用組成物は、SBT強誘電体薄膜を形成するための
有機金属化合物溶液よりなる強誘電体薄膜形成用組成物
において、一般式:SrxBiy(TazNb1−z)
2O9(式中、0.6<x<1.1、2.0≦y<2.
6、0≦z≦1)で示される複合金属化合物Aと、(B
iβ,La1−α)2SiO5で示される複合金属酸化
物Bの混合複合金属酸化物(ただし、BとAとのモル比
B/Aは0<B/A<5。α<β<1.3α)の薄膜を
形成するための液状組成物であって、該金属酸化物を構
成する各金属の熱分解性有機金属化合物、加水分解性有
機金属化合物、その部分加水分解物及び/又は重縮合物
が、上式で示される金属原子比を与えるような割合で有
機触媒中に溶解している溶液からなることを特徴とする
ものである。
さらに検討を重ねたところ、(Bi α,La1−α)2
SiO5又は(Biβ,La1−α)2SiO5が極め
て好適であることが見出された。ただし、α<β<1.
3αである。複合酸化物としてかかるBi−La−Si
系複合酸化物を用いると、SBT強誘電体薄膜がより低
温で結晶化する。
強誘電体薄膜形成用組成物を耐熱性基板に塗布し、空気
中、酸化雰囲気中又は含水蒸気雰囲気中で加熱する工程
を1回又は所望の厚さの膜が得られるまで繰り返し、少
なくとも最終工程における加熱中或いは加熱後に該膜を
結晶化温度以上で焼成することを特徴とするものであ
る。
て形成されたものである。
に説明する。
機基が、複合金属化合物A用のSr、Bi、Ta及びN
b並びに複合金属化合物B用のBi、Si、Pb、G
e、Sn、Al、Ga、In、Mg、Ca、Sr、B
a、V、Nb、Ta、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、C
r、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cd、Li、Na
及びKの各金属に酸素又は窒素原子を介して結合してい
るものが好適であり、例えば金属アルコキシド、金属ジ
オール錯体、金属トリオール錯体、金属カルボン酸塩、
金属β−ジケトネート錯体、金属β−ジケトエステル錯
体、金属β−イミノケト錯体、及び金属アミノ錯体より
なる群から選ばれる1種又は2種以上が例示される。特
に好適な化合物は、金属アルコキシド、その部分加水分
解物及び/又は有機酸塩(例えば酢酸塩)である。アル
コキシドとしては、メトキシド、エトキシド、イソプロ
ポキシド、ブトキシド、ジメトキシジイソプロポキシド
等のアルコキシドが挙げられる。金属アルコキシドはそ
のまま使用してもよいが、分解を促進させるためにその
部分加水分解物を使用してもよい。
を調製するには、これらの原料有機金属化合物を、所望
のSBT強誘電体薄膜組成に相当する比率で適当な溶媒
に溶解して、塗布に適した濃度に調製する。
成物の溶媒は、原料有機金属化合物に応じて適宜決定さ
れるが、一般的には、カルボン酸、アルコール、エステ
ル、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケト
ン)、エーテル類(例えば、ジメチルエーテル、ジエチ
ルエーテル)、シクロアルカン類(例えば、シクロヘキ
サン、シクロヘキサノール)、芳香族系(例えば、ベン
ゼン、トルエン、キシレン)、その他テトラヒドロフラ
ン等、或いはこれらの2種以上の混合溶媒を用いること
ができる。
SiO5又は(Biβ,La1−α)2SiO5である
場合、溶媒はモノアルコール及びジオールの混合溶媒を
含むか、又はこの混合溶媒よりなることが好ましい。ジ
オールとしては、トリエチレングリコールが特に好まし
いが、プロピレングリコールも好適である。
酸、α−メチル酪酸、i−吉草酸、2−エチル酪酸、
2,2−ジメチル酪酸、3,3−ジメチル酪酸、2,3
−ジメチル酪酸、3−メチルペンタン酸、4−メチルペ
ンタン酸、2−エチルペンタン酸、3−エチルペンタン
酸、2,2−ジメチルペンタン酸、3,3−ジメチルペ
ンタン酸、2,3−ジメチルペンタン酸、2−エチルヘ
キサン酸、3−エチルヘキサン酸を用いるのが好まし
い。
酸プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢
酸tert−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸n−アミ
ル、酢酸sec−アミル、酢酸tert−アミル、酢酸
イソアミルを用いるのが好ましく、アルコールとして
は、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノ
ール、2−ブタノール、イソ−ブチルアルコール、1−
ペンタノール、2−ペンタノール、2−メチル−2−ペ
ンタノール、2−メトキシエタノールを用いるのが好適
である。
有機金属化合物溶液中の有機金属化合物の合計濃度は、
金属酸化物換算量で0.1〜20重量%程度とするのが
好ましい。
じて安定化剤として、β−ジケトン類(例えば、アセチ
ルアセトン、ヘプタフルオロブタノイルピバロイルメタ
ン、ジピバロイルメタン、トリフルオロアセチルアセト
ン、ベンゾイルアセトン等)、β−ケトン酸類(例え
ば、アセト酢酸、プロピオニル酢酸、ベンゾイル酢酸
等)、β−ケトエステル類例えばこれらのケトン酸のメ
チル、プロピル、ブチル等の低級アルキルエステル類、
オキシ酸類(例えば、乳酸、グリコール酸、α−オキシ
酪酸、サリチル酸等)、これらのオキシ酸の低級アルキ
ルエステル類、オキシケトン類(例えば、ジアセトンア
ルコール、アセトイン等)、ジオール、トリオール、高
級カルボン酸、アルカノールアミン類(例えば、ジェタ
ノールアミン、トリエタノールアミン、モノエタノール
アミン)、多価アミン等を、(安定化剤分子数)/(金
属原子数)で0.2〜3程度添加しても良い。
機金属化合物溶液を濾過処理するなどして、パーティク
ルを除去し、粒径0.5μm以上(特に0.3μm以上
とりわけ0.2μm以上)のパーティクルの個数が溶液
1mL当り50個/mL以下となるようにするのが好ま
しい。
上のパーティクルの個数が50個/mLを超えると、長
期保存安定性が劣るものとなる。この有機金属化合物溶
液中の粒径0.5μm以上のパーティクルの個数は少な
い程好ましく、特に30個/mL以下であることが好ま
しい。
に、調製後の有機金属化合物溶液を処理する方法として
は特に制限はないが、具体的には次のような方法が挙げ
られる。 市販の0.2μm孔径のメンブランフィルターを使
用し、シリンジで圧送する濾過法。 市販の0.05μm孔径のメンブランフィルターと
加圧タンクを組み合せた加圧濾過法。 上記のフィルターと溶液循環槽を組み合せた循環
濾過法。
より、フィルターによるパーティクル捕捉率が異なる。
圧力が低いほど捕捉率が高くなることは一般的に知られ
ており、特に、,について、パーティクル50個以
下の条件を実現するためには、低圧で非常にゆっくりと
フィルターに通すのが好ましい。
物により、本発明の方法に従って、SBT強誘電体薄膜
を形成するには、上述の本発明のSBT強誘電体薄膜形
成用組成物をスピンコート、ディップコート、LSMC
D(Liquid Source Misted Ch
emical Deposition)法等の塗布法に
より基板上に塗布し、乾燥(仮焼成)及び本焼成を行
う。
層部に、単結晶Si、多結晶Si,Pt,Pt(最上
層)/Ti,Pt(最上層)/Ta,Ru,RuO2,
Ru(最上層)/RuO2,RuO2(最上層)/R
u,Ir,IrO2,Ir(最上層)/IrO2,Pt
(最上層)/Ir,Pt(最上層)/IrO2,SrR
uO3又は(LaxSr1−x)CoO3等のペロブス
カイト型導電性酸化物等を用いた基板が挙げられるが、
これらに限定されるものではない。
れない場合には、塗布、乾燥の工程を複数回繰り返し行
った後、本焼成を行う。
有機金属化合物を熱分解又は加水分解して複合酸化物に
転化させるために行うことから、空気中、酸化雰囲気
中、又は含水蒸気雰囲気中で行う。空気中での加熱で
も、加水分解に必要な水分は空気中の湿気により十分に
確保される。この加熱は、溶媒の除去のための低温加熱
と、有機金属化合物の分解のための高温加熱の2段階で
実施しても良い。
温度以上の温度で焼成して結晶化させるための工程であ
り、これによりSBT強誘電体薄膜が得られる。この結
晶化工程の焼成雰囲気はO2、N2、Ar、N2O又は
H2等あるいはこれらの混合ガス等が好適である。
われ、本焼成は530〜630℃で行われる。本発明で
は、本焼成温度が低くても薄膜を結晶化させることがで
きる。
り具体的に説明する。
有機金属化合物原料としては、次のものを用いた。 Bi化合物: Biエトキシド La化合物: ランタン2−メトキシエトキシド Ti化合物: Tiテトライソプロポキシド Si化合物: Siテトラエトキシド Ge化合物: Geテトラエトキシド Sn化合物: Snテトラn−ブトキシド Al化合物: Alトリイソプロポキシド Ga化合物: Gaトリエトキシド In化合物: Inトリイソプロポキシド Mg化合物: Mgエトキシド Ca化合物: Caエトキシド Sr化合物: Srエトキシド Ba化合物: Baエトキシド V化合物 : バナジルトリイソプロポキシド Nb化合物: Nbペンタエトキシド Ta化合物: Taペンタエトキシド Sc化合物: 酢酸スカンジウム Y化合物 : Yイソプロポキシド Ti化合物: Tiテトライソプロポキシド Zr化合物: Zrテトラノルマルブトキシド Hf化合物: Hfラトラエトキシド Cr化合物: Crトリエトキシド Mn化合物: Mnメトキシド Fe化合物: Feトリイソプロポキシド Co化合物: 2−エチルヘキサン酸Co Ni化合物: 2−エチルヘキサン酸Ni Zn化合物: 2−エチルヘキサン酸Zn Cd化合物: 2−エチルヘキサン酸Cd Li化合物: Liエトキシド Na化合物: Naエトキシド K化合物 : Kエトキシド
ールを使用し、これに各金属化合物を溶解させ、溶液安
定化のためアセチルアセトンを金属アルコキシドに対し
て2倍モル加えて加熱還流反応させ、表1〜9に示す組
成で、有機金属化合物の合計濃度が金属酸化物換算濃度
で約10重量%の薄膜形成用溶液を調製した。
D法による薄膜の形成を行った。
2000rpmで30秒間の条件で6インチシリコン基
板上に塗布した。
で10分間加熱して仮焼成を行った。この塗布、仮焼成
の工程を2回繰り返した後、種々の温度の酸素雰囲気中
で1分間RTA(急速加熱処理装置)で焼成して膜厚2
000Åの強誘電体薄膜を形成し、結晶化温度を調べ
た。また、成膜された膜についてSEMによりモフォロ
ジーを観察した。結果を表1〜9に示す。なお、表1〜
9において○はモフォロジーが良いことを示し、△はや
や良いことを示し、×は良くないことを示す。
て、最終焼成温度を一律に550℃としたこと以外は同
一条件で強誘電体薄膜を形成し、各強誘電体薄膜の印加
電圧3Vにおける残留分極Prを調べ、結果を表1〜9
に示した。
(比較例)に対し、B組成を添加したNo.2〜241
(実施例)のものはいずれも結晶化温度が低い。また、
No.2〜241の通り、B/Aを大きくすることによ
り、結晶化温度がより低くなる。そして、B/Aを0.
2以上とし、特に0.3とすることにより、結晶化温度
は十分に低くなる。結晶化温度が550℃となるように
B成分を添加したサンプルは、いずれも550℃焼成物
の残留分極Prが十分に大きい値となっている。
2−エチルへキサン酸Sr、2−エチルへキサン酸B
i、Taエトキシド及び/或いはNbエトキシドを溶解
し、溶媒沸点下で還流させながら生成してくる低沸点副
生成有機物を蒸留留去しつつ10時間反応させSBTN
の複合金属有機化合物を合成した。この後、アセチルア
セトンを金属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下
で1時間還流反応を行い、粘度調整のためイソプロパノ
ールで溶液を希釈し安定な表10,11のSBTN組成
のSBTN薄膜形成剤を得た。 2)Bi−Si溶液の合成 有機溶剤として十分に脱水したn−ブタノールを使用
し、これに2−エチルへキサン酸BiとSiエトキシド
をモル比でBi:Si=2:1となるように加えて溶解
し、溶媒沸点下で2時間還流させBi−Siの複合金属
有機化合物を合成した。この後、アセチルアセトンを金
属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下で1時間還
流反応を行い、安定なBi−Si薄膜形成剤を得た。 3)La−Si溶液の合成 有機溶剤として十分に脱水したn−ブタノールを使用
し、これに酢酸ランタン1.5水和物を溶解させ、共沸
蒸留により結晶水を除去した。得られた溶液にモル比で
La:Si=2:1となるようにSiエトキシドを加え
て溶解し、溶媒沸点下で2時間還流させLa−Siの複
合金属有機化合物を合成した。この後、アセチルアセト
ンを金属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下で1
時間還流反応を行い、安定なLa−Si薄膜形成剤を得
た。
10,11記載のB組成となるよう混合し、更にこの溶
液とSBTN溶液を表10,11に示すB/A組成比と
なるよう混合し、溶媒沸点下で1時間還流反応を行い、
安定なSBTN−Bi−La−Si薄膜形成剤を得た。
これら溶液を使用し、複合金属酸化物薄膜の成膜を行っ
た。最終的な結晶化温度は400,450,500,5
50,600℃でそれぞれ行い、組成により結晶化が何
℃で起こっているかをXRDで確認した。その結果を表
10,11に示す。
Srメタル、Biエトキシド、Taエトキシド及び/或
いはNbエトキシドを溶解し、溶媒沸点下で還流させな
がら生成してくる低沸点副生成有機物を蒸留留去しつつ
5時間反応させSBTNの複合金属有機化合物を合成し
た。この後、アセチルアセトンを金属合計量に対して1
倍モル加え、溶媒沸点下で1時間還流反応を行い、粘度
調整のためn−ブタノールで溶液を希釈し安定な表1
2,13のSBTN組成のSBTN薄膜形成剤を得た。 2)Bi−Si溶液の合成 有機溶剤として十分に脱水したn−ブタノールを使用
し、これにBiエトキシドとSiエトキシドをモル比で
Bi:Si=2:1となるように加えて溶解し、溶媒沸
点下で2時間還流させBi−Siの複合金属有機化合物
を合成した。この後、アセチルアセトンを金属合計量に
対して1倍モル加え、溶媒沸点下で1時間還流反応を行
い、安定なBi−Si薄膜形成剤を得た。 3)La−Si溶液の合成 有機溶剤として十分に脱水したn−ブタノールを使用
し、これに酢酸ランタン1.5水和物を溶解させ、共沸
蒸留により結晶水を除去した。得られた溶液にモル比で
La:Si=2:1となるようにSiエトキシドを加え
て溶解し、溶媒沸点下で2時間還流させLa−Siの複
合金属有機化合物を合成した。この後、アセチルアセト
ンを金属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下で1
時間還流反応を行い、安定なLa−Si薄膜形成剤を得
た。
12,13記載のB組成となるよう混合し、更にこの溶
液とSBTN溶液を表12,13に示すB/A組成比と
なるよう混合し、溶媒沸点下で1時間還流反応を行い、
安定なSBTN−Bi−La−Si薄膜形成剤を得た。
これら溶液を使用し、複合金属酸化物薄膜の成膜を行っ
た。最終的な結晶化温度は400,450,500,5
50,600℃でそれぞれ行い、組成により結晶化が何
℃で起こっているかをXRDで確認した。その結果を表
12,13に示す。
2−エチルへキサン酸Sr、2−エチルへキサン酸B
i、Taエトキシド及び/或いはNbエトキシドを溶解
し、溶媒沸点下で還流させながら生成してくる低沸点副
生成有機物を蒸留留去しつつ10時間反応させSBTN
の複合金属有機化合物を合成した。この後、アセチルア
セトンを金属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下
で1時間還流反応を行い、粘度調整のためn−ブタノー
ルで溶液を希釈し安定な表14,15のSBTN組成の
SBTN薄膜形成剤を得た。 2)Bi−Si溶液の合成 有機溶剤として十分に脱水したn−ブタノールを使用
し、これに2−エチルへキサン酸BiとSiエトキシド
をモル比でBi:Si=2.1:1となるように加えて
溶解し、溶媒沸点下で2時間還流させBi−Siの複合
金属有機化合物を合成した。この後、アセチルアセトン
を金属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下で1時
間還流反応を行い、安定なBi−Si薄膜形成剤を得
た。 3)La−Si溶液の合成 有機溶剤として十分に脱水したn−ブタノールを使用
し、これに酢酸ランタン1.5水和物を溶解させ、共沸
蒸留により結晶水を除去した。得られた溶液にモル比で
La:Si=2:1となるようにSiエトキシドを加え
て溶解し、溶媒沸点下で2時間還流させLa−Siの複
合金属有機化合物を合成した。この後、アセチルアセト
ンを金属合計量に対して1倍モル加え、溶媒沸点下で1
時間還流反応を行い、安定なLa−Si薄膜形成剤を得
た。
14,15記載のB組成となるよう混合し、更にこの溶
液とSBTN溶液を表14,15に示すB/A組成比と
なるよう混合し、溶媒沸点下で1時間還流反応を行い、
安定なSBTN−Bi−La−Si薄膜形成剤を得た。
これら溶液を使用し、複合金属酸化物薄膜の成膜を行っ
た。最終的な結晶化温度は400,450,500,5
50,600℃でそれぞれ行い、組成により結晶化が何
℃で起こっているかをXRDで確認した。その結果を表
14,15に示す。
457のものは、結晶化温度が十分に低い。
誘電体薄膜の結晶化温度を低下させることができると共
に膜のモフォロジーが改善される薄膜形成用組成物と、
薄膜形成方法と、この方法により形成された強誘電体薄
膜とが提供される。
Claims (11)
- 【請求項1】 SBT強誘電体薄膜を形成するための有
機金属化合物溶液よりなる強誘電体薄膜形成用組成物に
おいて、 一般式:SrxBiy(TazNb1−z)2O9(式
中、0.6<x<1.1、2.0≦y<2.6、0≦z
≦1)で示される複合金属化合物Aと、Bi、Si、P
b、Ge、Sn、Al、Ga、In、Mg、Ca、S
r、Ba、V、Nb、Ta、Sc、Y、Ti、Zr、H
f、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cd、L
i、Na及びKのうちから選ばれる1種又は2種以上の
元素から構成される複合金属酸化物Bの混合複合金属酸
化物の薄膜を形成するための液状組成物であって、 該金属酸化物を構成する各金属の熱分解性有機金属化合
物、加水分解性有機金属化合物、その部分加水分解物及
び/又は重縮合物が、上式で示される金属原子比を与え
るような割合で有機触媒中に溶解している溶液からなる
ことを特徴とするSBT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項2】 請求項1において、前記有機金属化合物
は、有機基がその酸素または窒素原子を介して金属と結
合している化合物であることを特徴とするSBT強誘電
体薄膜形成用組成物。 - 【請求項3】 請求項2において、前記有機金属化合物
が、金属アルコキシド、金属ジオール錯体、金属トリオ
ール錯体、金属カルボン酸塩、金属β−ジケトネート錯
体、金属β−ジケトエステル錯体、金属β−イミノケト
錯体、及び金属アミノ錯体よりなる群から選ばれる1種
又は2種以上であることを特徴とするSBT強誘電体薄
膜形成用組成物。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
て、β−ジケトン、β−ケトン酸、β−ケトエステル、
オキシ酸、ジオール、トリオール、高級カルボン酸、ア
ルカノールアミン及び、多価アミンよりなる群から選ば
れた1種又は2種以上の安定化剤を、組成物中の金属合
計量1モルに対して、0.2〜3モルの割合で含有する
ことを特徴とするSBT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1項におい
て、BとAとのモル比B/Aが0<B/A<100であ
ることを特徴とするSBT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項6】 SBT強誘電体薄膜を形成するための有
機金属化合物溶液よりなる強誘電体薄膜形成用組成物に
おいて、 一般式:SrxBiy(TazNb1−z)2O9(式
中、0.6<x<1.1、2.0≦y<2.6、0≦z
≦1)で示される複合金属化合物Aと、(Bi α,La
1−α)2SiO5で示される複合金属酸化物Bの混合
複合金属酸化物(ただし、BとAとのモル比B/Aは0
<B/A<5)の薄膜を形成するための液状組成物であ
って、 該金属酸化物を構成する各金属の熱分解性有機金属化合
物、加水分解性有機金属化合物、その部分加水分解物及
び/又は重縮合物が、上式で示される金属原子比を与え
るような割合で有機触媒中に溶解している溶液からなる
ことを特徴とするSBT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項7】 SBT強誘電体薄膜を形成するための有
機金属化合物溶液よりなる強誘電体薄膜形成用組成物に
おいて、 一般式:SrxBiy(TazNb1−z)2O9(式
中、0.6<x<1.1、2.0≦y<2.6、0≦z
≦1)で示される複合金属化合物Aと、(Bi β,La
1−α)2SiO5で示される複合金属酸化物Bの混合
複合金属酸化物(ただし、BとAとのモル比B/Aは0
<B/A<5。α<β<1.3α)の薄膜を形成するた
めの液状組成物であって、 該金属酸化物を構成する各金属の熱分解性有機金属化合
物、加水分解性有機金属化合物、その部分加水分解物及
び/又は重縮合物が、上式で示される金属原子比を与え
るような割合で有機触媒中に溶解している溶液からなる
ことを特徴とするSBT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項8】 請求項6又は7において、前記有機溶剤
がモノアルコールとジオールの混合溶媒を含有すること
を特徴とするSBT強誘電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項9】 請求項8において、前記ジオールがトリ
エチレングリコールであることを特徴とするSBT強誘
電体薄膜形成用組成物。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれか1項に記
載の強誘電体薄膜形成用組成物を耐熱性基板に塗布し、
空気中、酸化雰囲気中又は含水蒸気雰囲気中で加熱する
工程を1回又は所望の厚さの膜が得られるまで繰り返
し、少なくとも最終工程における加熱中或いは加熱後に
該膜を結晶化温度以上で焼成することを特徴とするSB
T強誘電体薄膜の形成方法。 - 【請求項11】 請求項10の方法によって形成された
SBT強誘電体薄膜。
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