JP2003160313A - Compound for forming metal oxide thin film, method for producing metal oxide and metal oxide thin film - Google Patents

Compound for forming metal oxide thin film, method for producing metal oxide and metal oxide thin film

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JP2003160313A
JP2003160313A JP2002261553A JP2002261553A JP2003160313A JP 2003160313 A JP2003160313 A JP 2003160313A JP 2002261553 A JP2002261553 A JP 2002261553A JP 2002261553 A JP2002261553 A JP 2002261553A JP 2003160313 A JP2003160313 A JP 2003160313A
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thin film
metal oxide
oxide thin
forming
film
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JP2002261553A
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Masashi Miwa
将史 三輪
Yukihiko Shirakawa
幸彦 白川
Masatoshi Takizawa
正利 瀧澤
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TDK Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound for forming a metal oxide thin film to be able to produce a thin coating film having a sufficient thickness by one coating operation not applying an impractical step such as a drying step at high temperature and the like and the metal oxide thin film. <P>SOLUTION: A solution contains a metal alkoxide or a metal alkoxide and a metallic salt. The compound for forming the metal oxide thin film contains an alkanediol whose melting point is 30°C or more and carbon number is 5-12 in the compound. The compound is used for producing a metal oxide and for the metal oxide thin film. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、光学、電子、情
報、化学、機械、医療など、機能性セラミック薄膜を必
要とするすべての分野で利用することができ、金属アル
コキシド、金属塩の溶液をコーティング液とする金属酸
化物薄膜形成用組成物、金属酸化物の製造方法および金
属酸化物薄膜に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention can be used in all fields requiring functional ceramic thin films such as optical, electronic, information, chemical, mechanical, medical, and the like, and a solution of a metal alkoxide or a metal salt can be obtained. The present invention relates to a composition for forming a metal oxide thin film as a coating liquid, a method for producing a metal oxide, and a metal oxide thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属酸化物薄膜は、従来、ハードコーテ
ィング膜や光学コーティング膜等の用途から、近年その
電気的特性に注目して、エレクトロニクスの分野で透明
導電膜や強誘電体薄膜、誘電体薄膜等としてその応用分
野を広げてきている。
2. Description of the Related Art Metal oxide thin films have been conventionally used for hard coating films, optical coating films, etc., and in recent years, their electrical characteristics have been paid attention to, and in the field of electronics, transparent conductive films, ferroelectric thin films, and dielectric films. Its application fields are expanding as thin films.

【0003】特に、例えばITOやSnO2 薄膜は透明
導電膜として太陽電池や液晶ディスプレイの電極層とし
て用いられており、またPZTやBaTiO3 、BST
等のペロブスカイト型強誘電体薄膜は、その強誘電性や
高誘電率特性を生かしてキャパシターや赤外線センサ
ー、アクチュエーター、不揮発性メモリー、ディスプレ
ー、トランスデューサー等の広範囲の応用が知られてい
る。
In particular, for example, ITO or SnO 2 thin film is used as a transparent conductive film as an electrode layer of a solar cell or a liquid crystal display, and PZT, BaTiO 3 , BST.
The perovskite type ferroelectric thin film is known for its wide range of applications such as a capacitor, an infrared sensor, an actuator, a non-volatile memory, a display and a transducer by utilizing its ferroelectricity and high dielectric constant characteristics.

【0004】このような金属酸化物薄膜の形成方法に
は、従来より真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法
等の真空を用いた蒸着法や、金属酸化物薄膜形成用前駆
体溶液を基板に塗布焼成する事によって膜形成するMO
D法やゾルゲル法等が知られている。
Conventionally, such a method for forming a metal oxide thin film is a vacuum evaporation method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method or a CVD method, or a precursor solution for forming a metal oxide thin film is applied to a substrate. MO that forms a film by firing
The D method and the sol-gel method are known.

【0005】ゾルゲル法とは、一般には溶媒に溶かした
金属アルコキシドに所定量の水を加え、加水分解、重縮
合反応させてできるM−O−M結合を持つゾルの前駆体
溶液を基板に塗布し乾燥した後、焼成させることによっ
て膜形成をする方法である。また、MOD(Metallo-Or
ganic Decomposition)法とは、M−O結合を持つカル
ボン酸の金属塩などを有機溶媒に溶かして前駆体溶液を
形成し、基板に塗布乾燥後、焼成させることによって膜
形成をする方法である。ここで前駆体溶液とはゾルゲル
法、MOD法などの膜形成法において原料化合物が溶媒
に溶解されて生成する中間化合物を含む溶液を指す。
The sol-gel method is generally a method in which a predetermined amount of water is added to a metal alkoxide dissolved in a solvent, and a precursor solution of a sol having an MOM bond formed by hydrolysis and polycondensation reaction is applied to a substrate. It is a method of forming a film by baking after drying, drying. In addition, MOD (Metallo-Or
The ganic decomposition method is a method of forming a film by dissolving a metal salt of a carboxylic acid having an MO bond in an organic solvent to form a precursor solution, coating and drying the precursor solution on the substrate, and then baking the solution. Here, the precursor solution refers to a solution containing an intermediate compound produced by dissolving a raw material compound in a solvent in a film forming method such as a sol-gel method or a MOD method.

【0006】ゾルゲル法とMOD法とは、完全に別個の
方法ではなく、相互に組み合わせて用いることが一般的
である。例えばPZTの膜を形成する際、Pb源として
酢酸鉛を用い、Ti、Zr源としてアルコキシドを用い
て溶液を調整することが一般的である。また、ゾルゲル
法とMOD法の二つの方法を総称してゾルゲル法と呼ぶ
場合もあるが、いずれの場合も前駆体溶液を基板に塗布
し、焼成する事によって膜を形成することから本明細書
では溶液塗布焼成法とする。
The sol-gel method and the MOD method are not completely separate methods but are generally used in combination with each other. For example, when forming a PZT film, it is common to prepare a solution using lead acetate as a Pb source and alkoxides as Ti and Zr sources. The two methods of the sol-gel method and the MOD method may be collectively referred to as the sol-gel method. In either case, the precursor solution is applied to the substrate and baked to form a film. Then, the solution coating firing method is used.

【0007】溶液塗布焼成法は、ゾルゲル法、MOD法
いずれの場合も、酸化物薄膜を構成する元素がサブミク
ロン以下のオーダーで均一に混合されるため、セラミッ
ク粉体焼結を用いた手法と比較して、極めて低温で誘電
体を合成することが可能であり、更に前駆体溶液調整時
に化学組成を厳密に調整する事が容易であるため、特に
強誘電体薄膜の様な機能性複合酸化物薄膜を合成する上
で好ましい製膜方法である。
In both the sol-gel method and the MOD method, the solution coating and firing method uniformly mixes the elements constituting the oxide thin film in the order of submicron or less, so that the method using ceramic powder sintering can be used. In comparison, it is possible to synthesize a dielectric at an extremely low temperature, and since it is easy to strictly adjust the chemical composition when preparing a precursor solution, it is particularly desirable to use a functional composite oxide such as a ferroelectric thin film. This is a preferable film forming method for synthesizing a thin film.

【0008】さらにスパッタリング法やCVD法等の真
空を用いた蒸着法の様に高価な製造設備を要さず、常圧
で大面積な成膜が可能であることから低コストな成膜方
法としても好ましい。
Further, unlike a vapor deposition method using a vacuum such as a sputtering method or a CVD method, a large area film can be formed under normal pressure without requiring expensive manufacturing equipment, and therefore, as a low cost film forming method. Is also preferable.

【0009】しかしながら、従来、ゾルゲル法やMOD
法等の溶液塗布焼成法を用いた金属酸化物薄膜の形成法
では、基板上に前駆体溶液を塗布した直後の溶液状態か
ら、焼成後の酸化物固体状態にいたる過程で極めて大き
い体積収縮が発生するために一度の塗布と焼成によって
0.1μm程度以上の酸化物薄膜を形成しようとする
と、乾燥時もしくは焼成時に膜にクラックや剥離が発生
し、使用不可能になるという問題があった。
However, the conventional sol-gel method and MOD
In a method of forming a metal oxide thin film using a solution coating baking method such as a method, an extremely large volume contraction occurs in a process from a solution state immediately after coating a precursor solution on a substrate to an oxide solid state after baking. If an oxide thin film having a thickness of about 0.1 μm or more is formed by coating and baking once, the film has cracks or peeling during drying or baking, which makes it unusable.

【0010】従って溶液塗布焼成法を用いて膜厚の大き
い酸化物薄膜を形成するためには、多数回塗布乾燥焼成
を繰り返し積層する操作が必要である。しかし、このよ
うな方法では生産性が悪く高コストになるため実用性が
乏しく、溶液塗布焼成法による厚い酸化物薄膜を形成す
る方法は実用化が困難であった。
Therefore, in order to form an oxide thin film having a large film thickness by using the solution coating and baking method, it is necessary to repeat coating, drying and baking many times. However, such a method is poor in productivity because of low productivity and high cost, and it is difficult to put the method of forming a thick oxide thin film by the solution coating and baking method into practical use.

【0011】特に強誘電体薄膜の様な機能性酸化物薄膜
の場合、一定以上の膜厚が得られないとその膜の機能性
が得られないため、厚い膜が容易に形成できないことは
溶液塗布焼成法の大きな弱点である。
In particular, in the case of a functional oxide thin film such as a ferroelectric thin film, it is difficult to form a thick film because the functionality of the film cannot be obtained unless the film thickness exceeds a certain value. This is a major weakness of the coating and firing method.

【0012】このような問題を解決するために、溶液塗
布焼成法を用いてクラックの無い厚い酸化物薄膜を一回
の塗布焼成により得るために、前駆体溶液に有機物添加
剤を加えることが試みられている。
In order to solve such a problem, in order to obtain a thick oxide thin film without cracks by one-time coating and firing using the solution coating and firing method, it was attempted to add an organic substance additive to the precursor solution. Has been.

【0013】例えばJournal of Materials Science 30
(1995) 2507-2516 には合成プロセス中に1,3-プロパン
ジオール添加を導入することによって形成したPZTの
ゾルゲル前駆体溶液を用い、溶液を基板に塗布後、35
0℃〜450℃のホットプレート上で乾燥(予備焼成)
を行った上で700℃で本焼成することにより1回の塗
布焼成でクラックのない最大1μmまでの厚いPZT膜
が形成可能であることが開示されている。
For example, Journal of Materials Science 30
(1995) 2507-2516 used a sol-gel precursor solution of PZT formed by introducing 1,3-propanediol addition during the synthesis process.
Dry on a hot plate at 0 ℃ to 450 ℃ (pre-baking)
It is disclosed that a thick PZT film having a maximum of 1 μm without cracks can be formed by one-time application and baking by performing main baking at 700 ° C. after performing the above.

【0014】このとき溶液を塗布した基板を350℃〜
450℃以外の温度で乾燥させると、得られた膜にクラ
ックや剥離が発生してしまうため、この高温ホットプレ
ート乾燥は不可欠の工程となる。
At this time, the substrate coated with the solution is heated to 350.degree.
If the film obtained is dried at a temperature other than 450 ° C., cracks and peeling will occur in the obtained film, so this high temperature hot plate drying is an essential step.

【0015】しかしながら1,3-プロパンジオール添加を
用いたゾルゲル前駆体溶液は基板に塗布した状態では溶
液状態のままであるため塗布した基板の取り扱いが非常
に困難になる。さらに乾燥に350℃〜450℃と非常
に高温のホットプレートによる加熱を要するため、高温
のホットプレートの取り扱い困難の問題や、基板の急速
な加熱による破損の問題、大面積基板の処理が難しい等
の問題が多く実用的でなかった。
However, since the sol-gel precursor solution using addition of 1,3-propanediol remains in a solution state when applied to a substrate, it becomes very difficult to handle the applied substrate. Further, since drying requires heating by a hot plate having a very high temperature of 350 ° C. to 450 ° C., it is difficult to handle the high temperature hot plate, the problem of damage due to rapid heating of the substrate, the processing of a large area substrate, etc. There were a lot of problems and it was not practical.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶液
塗布焼成法により一度の成膜操作で高温の乾燥工程等の
実用性の低い工程を経ずに厚い酸化物薄膜の製造を可能
とする金属酸化物薄膜形成用組成物、金属酸化物薄膜の
製造方法、および金属酸化物薄膜を提供することであ
る。
An object of the present invention is to enable production of a thick oxide thin film by a solution coating and baking method in a single film forming operation without passing through steps of low practicality such as a high temperature drying step. A method for forming a metal oxide thin film, a method for producing a metal oxide thin film, and a metal oxide thin film are provided.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】すなわち上記目的は、以
下の本発明の構成により達成される。 (1) 溶液中に金属アルコキシドもしくは金属アルコ
キシドと金属塩を含有し、この組成物中に融点30℃以
上、かつ炭素数5〜12のアルカンジオールを含有する
金属酸化物薄膜形成用組成物。 (2) 前記アルカンジオールがネオペンチルグリコー
ルである上記(1)の金属酸化物薄膜形成用組成物。 (3) 前記金属アルコキシドおよび金属塩の金属が、
少なくともアルカリ土類金属、もしくはPb、Ti、Zr、H
f、Sn、Nb、Ta、Laから選択される1種または2種以上
である上記(1)または(2)の金属酸化物薄膜形成用
組成物。 (4) 前記金属アルコキシドがTiアルコキシドまた
はZrアルコキシドのいずれか1種または2種であり、
前記金属塩がPb塩である上記(1)〜(3)のいずれ
かの金属酸化物薄膜形成用組成物。 (5) 上記(1)〜(4)いずれかの金属酸化物薄膜
形成用組成物を基板上に塗布し、添加したアルカンジオ
ールの融点以下の温度で乾燥した後に焼成を行う金属酸
化物薄膜の製造方法。 (6) 上記(1)〜(4)いずれかの金属酸化物薄膜
形成用組成物により得られた膜厚0.4μm以上の金属
酸化物薄膜。
That is, the above object is achieved by the following constitution of the present invention. (1) A composition for forming a metal oxide thin film, which contains a metal alkoxide or a metal alkoxide and a metal salt in a solution, and contains an alkanediol having a melting point of 30 ° C. or higher and a carbon number of 5 to 12 in the composition. (2) The composition for forming a metal oxide thin film according to (1) above, wherein the alkanediol is neopentyl glycol. (3) The metal of the metal alkoxide and the metal salt is
At least alkaline earth metal, or Pb, Ti, Zr, H
The composition for forming a metal oxide thin film according to (1) or (2) above, which is one or more selected from f, Sn, Nb, Ta, and La. (4) The metal alkoxide is one or two of Ti alkoxide and Zr alkoxide,
The composition for forming a metal oxide thin film according to any one of (1) to (3) above, wherein the metal salt is a Pb salt. (5) A metal oxide thin film in which the composition for forming a metal oxide thin film according to any one of (1) to (4) above is applied onto a substrate, dried at a temperature not higher than the melting point of the added alkanediol, and then baked. Production method. (6) A metal oxide thin film having a film thickness of 0.4 μm or more, obtained by the composition for forming a metal oxide thin film according to any one of (1) to (4) above.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の金属酸化物薄膜形成用組
成物は、溶液中に金属アルコキシドもしくは金属アルコ
キシドと金属塩を含有し、この組成物中に融点30℃以
上、かつ炭素数5〜12のアルカンジオールを含有する
ものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The composition for forming a metal oxide thin film of the present invention contains a metal alkoxide or a metal alkoxide and a metal salt in a solution, and has a melting point of 30 ° C. or higher and a carbon number of 5 to 5. It contains 12 alkanediols.

【0019】このように、融点30℃以上、かつ炭素数
5〜12のアルカンジオールを含有することにより、乾
燥時、焼成(熱処理)時にクラック、割れ、欠け等を生
じることなく、膜厚の厚い金属酸化物薄膜が得られる。
By containing an alkanediol having a melting point of 30 ° C. or higher and a carbon number of 5 to 12 as described above, a thick film can be formed without causing cracks, cracks or chips during drying or firing (heat treatment). A metal oxide thin film is obtained.

【0020】本発明で用いられるアルカンジオールとし
ては、炭素数5〜12、好ましくは5〜11、特に5〜
8である。炭素数がこの範囲より少ないと融点が前記範
囲を外れるようになり、炭素数がこの範囲より多いと金
属アルコキシドに結合するアルカンジオールの質量が大
きくなりすぎて、クラックなどが生じるようになってく
る。また、炭素数が多くなるに従い、焼成条件などの製
造条件の幅が狭くなり、生産管理が厳しくなって、製造
コストが増大する傾向がある。
The alkanediol used in the present invention has 5 to 12 carbon atoms, preferably 5 to 11 carbon atoms, and particularly 5 to 5 carbon atoms.
8 If the number of carbon atoms is less than this range, the melting point will be outside the range, and if the number of carbon atoms is more than this range, the mass of the alkanediol bonded to the metal alkoxide will be too large and cracks will occur. . Further, as the number of carbons increases, the range of manufacturing conditions such as firing conditions becomes narrower, production management becomes stricter, and manufacturing costs tend to increase.

【0021】このようなアルカンジオールとしては、具
体的にはネオペンチルグリコール(=2,2−ジメチル
−1,3−プロパンジオール)、2,2−ジエチルー
1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−エチル−
1,3−プロパンジオール、2−メチル−2−プロピル
−1,3−プロパンジオール、2−ブチルー2−エチル
ー1,3−プロパンジオール、2,2−ジブチル−1,
3−プロパンジオール、3,3−ジメチル−1,2−ブ
タンジオール、ピナコール(=2,3−ジメチル−2,
3−ブタンジオール)、2,2,4−トリメチル−1,
3−ペンタンジオール、2,5−ジメチル−2,5−ヘ
キサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2−
オクタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,2
−デカンジオール、1,10−デカンジオール、1,1
2−ドデカンジオールなどがあげられる。その中でも、
130℃付近と比較的高い融点を持つため乾燥温度範囲
が広く、また比較的安価で入手可能であるという理由で
ネオペンチルグリコールが好ましい。
Specific examples of such alkane diols include neopentyl glycol (= 2,2-dimethyl-1,3-propanediol), 2,2-diethyl-1,3-propanediol and 2-methyl-. 2-ethyl-
1,3-propanediol, 2-methyl-2-propyl-1,3-propanediol, 2-butyl-2-ethyl-1,3-propanediol, 2,2-dibutyl-1,
3-propanediol, 3,3-dimethyl-1,2-butanediol, pinacol (= 2,3-dimethyl-2,
3-butanediol), 2,2,4-trimethyl-1,
3-pentanediol, 2,5-dimethyl-2,5-hexanediol, 1,6-hexanediol, 1,2-
Octanediol, 1,8-octanediol, 1,2
-Decanediol, 1,10-decanediol, 1,1
2-dodecanediol etc. are mentioned. Among them,
Neopentyl glycol is preferred because it has a relatively high melting point of around 130 ° C. and thus has a wide drying temperature range and is relatively inexpensive and available.

【0022】本発明者は、溶液塗布焼成法により一度の
成膜操作で厚い酸化物薄膜の製造を可能とする金属酸化
物薄膜形成用組成物を作製すべく種々の有機添加剤を検
討した結果、有機添加剤として上記アルカンジオールを
用いることにより、各種酸化物薄膜を1回の塗布焼成で
クラックを発生せずに形成可能な最大膜厚を0.1μm
前後から0.4μm〜1μm以上、特に0.5μm 以上
と大幅に増加できることを見いだした。
The present inventor has studied various organic additives in order to prepare a composition for forming a metal oxide thin film, which enables a thick oxide thin film to be produced by a single film-forming operation by the solution coating and baking method. By using the above-mentioned alkanediol as an organic additive, the maximum film thickness that can form various oxide thin films without cracks by coating and baking once is 0.1 μm.
From the front and back, it was found that it can be greatly increased to 0.4 μm to 1 μm or more, particularly 0.5 μm or more.

【0023】さらに上記アルカンジオールを有機添加剤
として用いた金属酸化物薄膜形成用組成物は、基板に塗
布後に室温から有機添加剤の融点以下の比較的低い温度
で乾燥可能であること、さらにその乾燥条件は温度以外
特に厳密である必要はなく、有機添加剤の融点以下の乾
燥温度であれば、焼成前に乾燥工程を入れても1度の塗
布焼成で最大1μm 以上の厚い薄膜を形成可能であるこ
とを見いだした。
Further, the composition for forming a metal oxide thin film using the above-mentioned alkanediol as an organic additive can be dried at a relatively low temperature from room temperature to a melting point of the organic additive or lower after coating on the substrate, and further The drying conditions do not need to be strict except for the temperature, and if the drying temperature is below the melting point of the organic additive, a thick thin film of 1 μm or more can be formed even if a drying step is included before firing by one coating firing. I found that.

【0024】このように、アルカンジオールを用いる
と、焼成の際にクラックなどが生じず、膜厚の厚い金属
酸化物薄膜が得られるのは、配位子交換反応により、金
属アルコキシドに結合したアルカンジオールが、昇温時
に比較的高温まで脱離せず、ゲル膜に応力緩和能力を付
与するためと考えられる。また、乾燥時にクラックが発
生しないのは、未結合のアルカンジオールでも蒸発せず
に残存し、塗膜の状態が安定しているのが一つの要因で
あると推定される。
As described above, when alkanediol is used, cracks and the like do not occur during firing, and a thick metal oxide thin film can be obtained because the alkane bonded to the metal alkoxide by the ligand exchange reaction. It is considered that the diol does not desorb up to a relatively high temperature when the temperature rises and imparts the stress relaxation ability to the gel film. Further, it is presumed that one of the reasons why the cracks do not occur during drying is that the unbound alkanediol remains without being evaporated and the state of the coating film is stable.

【0025】上記アルカンジオール類の融点は30℃以
上であり、好ましくは50℃以上、特に100℃以上で
ある。その上限としては、200℃程度でも問題はない
が、150℃以下が好ましく、例えばネオペンチルグリ
コールは130℃付近、1,6−ヘキサンジオールは4
0℃付近である。融点が上記温度より低いと、室温下で
の作業に支障が生じるようになってくる。
The melting point of the alkanediols is 30 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or higher, particularly 100 ° C. or higher. The upper limit is about 200 ° C., but there is no problem, but 150 ° C. or less is preferable. For example, neopentyl glycol is around 130 ° C. and 1,6-hexanediol is 4 ° C.
It is around 0 ° C. If the melting point is lower than the above temperature, work at room temperature will be hindered.

【0026】ここで、150℃以下の温度は、例えば半
導体のフォトリソグラフィーによる微細加工で広く用い
られている感光性フォトレジストの塗布後乾燥温度と同
程度の温度である。従って、従来の、1,3-プロパンジオ
ールを用いた前駆体溶液を用いて溶液塗布焼成法により
酸化物薄膜を形成する際に必要であった350℃以上と
いう高温の特殊なホットプレートを用いた乾燥を要せ
ず、従来の工業的に完全に確立された装置を用いて大面
積均一に低コストで乾燥することができるため、極めて
実用性が高い。
Here, the temperature of 150 ° C. or lower is approximately the same as the post-application drying temperature of the photosensitive photoresist which is widely used in microfabrication of semiconductors by photolithography, for example. Therefore, a special hot plate having a high temperature of 350 ° C. or higher, which was required when forming an oxide thin film by a solution coating and baking method using a conventional precursor solution using 1,3-propanediol, was used. It is extremely practical because it can be dried over a large area uniformly and at low cost using a conventional industrially established apparatus without requiring drying.

【0027】アルカンジオールの混合量としては、金属
源(金属アルコキシド、金属塩)の金属原子1モルに対
して0.1〜8モル、特に0.2〜3モル、さらには
0.5〜1.5モルが好ましい。添加量が少ないと本発
明の効果が得られず、多すぎるとクラックが生じたりし
て膜質が悪化してくる。
The amount of the alkanediol to be mixed is 0.1 to 8 mol, particularly 0.2 to 3 mol, and further 0.5 to 1 with respect to 1 mol of the metal atom of the metal source (metal alkoxide, metal salt). 0.5 mol is preferred. If the added amount is too small, the effect of the present invention cannot be obtained, and if the added amount is too large, cracks occur and the film quality deteriorates.

【0028】また、本発明の金属酸化物薄膜形成溶組成
物は、前記の乾燥工程を用いず、塗布後、直接焼成炉に
投入し焼成しても同様の厚い膜が形成可能である。
Further, the solution composition for forming a metal oxide thin film of the present invention can form a similar thick film by directly putting it in a baking furnace and baking it after coating without using the above-mentioned drying step.

【0029】本発明の金属酸化物薄膜形成用組成物は、
極めて広い酸化物薄膜形成に用いることが可能である。
例えば、SnO2 、ZnO、TiO2 、Ta25 、N
2 5 、Al23 、ITO、MgO等の各種酸化物薄
膜形成に用いることが可能である。
The composition for forming a metal oxide thin film of the present invention comprises
It can be used for forming an extremely wide oxide thin film.
For example, SnO2 , ZnO, TiO2 , Ta2OFive , N
b2O Five , Al2O3 , Various thin oxides such as ITO and MgO
It can be used for film formation.

【0030】さらに、本発明の金属酸化物薄膜形成用組
成物は特に複合酸化物薄膜の形成に好ましく用いること
が可能である。
Further, the composition for forming a metal oxide thin film of the present invention can be preferably used particularly for forming a composite oxide thin film.

【0031】このような複合酸化物薄膜としては、特に
強誘電体系材料が挙げられる。例えば、ABO3 で示さ
れるペロブスカイト型複合酸化物とその複合系が挙げら
れ、主としてそのAサイトにアルカリ金属もしくはアル
カリ土類金属もしくはPbを配し、そのBサイトにT
i、Zr、Hf、Sn、Nb、Taから選ばれた1種も
しくは複数の元素から構成された物質を主として構成さ
れる物質であって、具体的な例としてはBaTiO3
SrTiO3 、CaTiO3 、PbTiO3 、BaSn
3 、Pb(Zr1-xTix )O3 、PLZT、(Ba
1-xSrx )(Zr 1-yTiy )O3 、KNbO3 、KT
aO3 等が挙げられる。
As such a composite oxide thin film,
Ferroelectric materials can be used. For example, ABO3 Indicated by
The perovskite type complex oxide and its complex system
Alkali metal or
Arranging potash earth metal or Pb, T at the B site
Also one selected from i, Zr, Hf, Sn, Nb, Ta
It is mainly composed of substances composed of multiple elements.
BaTiO 3 as a specific example of the substance3 ,
SrTiO3 , CaTiO3 , PbTiO3 , BaSn
O3 , Pb (Zr1-xTix ) O3 , PLZT, (Ba
1-xSrx ) (Zr 1-yTiy ) O3 , KNbO3 , KT
aO3 Etc.

【0032】また、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 、Pb
(Fe1/2Nb1/2)O3 、Pb(Fe2/31/3)O3
で代表されるペロブスカイトリラクサー型複合酸化物に
も用いることが可能であり、(Sr1-xBax)Nb26
、PbNb26 等で代表されるタングステンブロンズ
型強誘電体薄膜の形成にも用いることが出来る。
Further, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 , Pb
It can also be used for a perovskite reluxer-type composite oxide typified by (Fe 1/2 Nb 1/2 ) O 3 , Pb (Fe 2/3 W 1/3 ) O 3, and the like (Sr 1- x Ba x ) Nb 2 O 6
, PbNb 2 O 6 and the like, and can also be used for forming a tungsten bronze type ferroelectric thin film.

【0033】本発明の金属酸化物形成用組成物の金属源
は、金属アルコキシドもしくは金属アルコキシドと金属
塩が溶媒中に溶解されている物である。
The metal source of the metal oxide forming composition of the present invention is a metal alkoxide or a metal alkoxide and a metal salt dissolved in a solvent.

【0034】金属源としては、例えばTiO2 薄膜を形
成する際は、Tiアルコキシドを用いれば良く、このよ
うな金属アルコキシドとしては、Tiアルコキシドで
は、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシ
ド、チタンテトラn-プロポキシド、チタンテトライソプ
ロポキシド、チタンテトラn-ブトキシド、チタンテトラ
i-ブトキシド、チタンテトラsec-ブトキシド、チタンテ
トラt-ブトキシド、チタンテトラメトキシエトキシドな
どがあげられる、またチタンジイソプロポキシビスアセ
チルアセトネートのようなβ-ジケトン基を有するアル
コキシドも使用できる。
As the metal source, for example, when forming a TiO 2 thin film, a Ti alkoxide may be used. As such a metal alkoxide, Ti alkoxide may be titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide or titanium tetran. -Propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra n-butoxide, titanium tetra
Examples thereof include i-butoxide, titanium tetra-sec-butoxide, titanium tetra-t-butoxide, titanium tetramethoxyethoxide, and the like, and an alkoxide having a β-diketone group such as titanium diisopropoxybisacetylacetonate can also be used.

【0035】また、ZrO2 薄膜を形成する際も同様
に、Zrアルコキシドを用いれば良く、例えばジルコニ
ウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシ
ド、ジルコニウムテトラn-プロポキシド、ジルコニウム
テトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラn-ブトキ
シド、ジルコニウムテトラi-ブトキシド、ジルコニウム
テトラsec-ブトキシド、ジルコニウムテトラt-ブトキシ
ド等が挙げられる。
Similarly, when forming a ZrO 2 thin film, Zr alkoxide may be used, for example, zirconium tetramethoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetra n-propoxide, zirconium tetraisopropoxide, zirconium tetra n. -Butoxide, zirconium tetra i-butoxide, zirconium tetra sec-butoxide, zirconium tetra t-butoxide and the like.

【0036】SnO2 薄膜を形成する際の金属源として
は、錫テトラエトキシド、錫テトライソプロポキシド、
錫テトラn-ブトキシド等が挙げられ、さらにITO薄膜
を形成する際は、金属源として、上記Sn化合物と共
に、In源として、インジウムトリメトキシド、インジ
ウムトリエトキシド、インジウムトリイソプロポキシド
等を用いればよい。
As a metal source for forming the SnO 2 thin film, tin tetraethoxide, tin tetraisopropoxide,
Examples thereof include tin tetra n-butoxide, and when forming an ITO thin film, indium trimethoxide, indium triethoxide, indium triisopropoxide, etc. are used as an In source together with the Sn compound as a metal source. Good.

【0037】Ta25 等のTa酸化物薄膜の場合は、
タンタルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシ
ド、タンタルペンタイソプロポキシド、タンタルペンタ
n-プロポキシド、タンタルペンタn-ブトキシド、タンタ
ルペンタi-ブトキシド、タンタルペンタsec-ブトキシ
ド、タンタルペンタt-ブトキシドといったアルコキシド
が好ましく使用でき、Nb25 等のNb酸化物薄膜の場
合は、ニオブペンタメトキシド、ニオブペンタエトキシ
ド、ニオブペンタイソプロポキシド、ニオブペンタn-プ
ロポキシド、ニオブペンタn-ブトキシド、ニオブペンタ
i-ブトキシド、ニオブペンタsec-ブトキシドを用いるこ
とができる。
In the case of a Ta oxide thin film such as Ta 2 O 5 ,
Tantalum pentamethoxide, tantalum pentaethoxide, tantalum pentaisopropoxide, tantalum penta
Alkoxides such as n-propoxide, tantalum penta n-butoxide, tantalum penta i-butoxide, tantalum penta sec-butoxide and tantalum penta t-butoxide can be preferably used, and in the case of Nb oxide thin film such as Nb 2 O 5 , niobium Pentamethoxide, niobium pentaethoxide, niobium pentaisopropoxide, niobium penta n-propoxide, niobium penta n-butoxide, niobium penta
i-Butoxide and niobium penta sec-butoxide can be used.

【0038】また、ZnO薄膜を形成する際は亜鉛ジメ
トキシド、亜鉛ジエトキシド、亜鉛ジn-プロポキシド、
亜鉛ジn-ブトキシド等を用いることができ、Al23
薄膜を形成する際は、アルミニウムトリメトキシド、ア
ルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリn-プロポ
キシド、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニ
ウムトリn-ブトキシド、アルミニウムトリイソブトキシ
ド、アルミニウムトリsec-ブトキシド、アルミニウムト
リt-ブトキシド等を用いることができる。
When forming a ZnO thin film, zinc dimethoxide, zinc diethoxide, zinc di-n-propoxide,
Zinc di-n-butoxide or the like can be used, and Al 2 O 3
When forming a thin film, aluminum trimethoxide, aluminum triethoxide, aluminum tri n-propoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum tri n-butoxide, aluminum triisobutoxide, aluminum tri sec-butoxide, aluminum tri t. -Butoxide and the like can be used.

【0039】本発明に好ましく用いられるペロブスカイ
ト複合酸化物薄膜形成の場合の金属源としては、金属ア
ルコキシドの金属としては、アルカリ土類金属、Pb、
Ti,Zr,Sn,Nb,Taが好ましく、特にTiと
Zrが好ましい。
As the metal source for forming the perovskite complex oxide thin film preferably used in the present invention, the metal of the metal alkoxide is an alkaline earth metal, Pb,
Ti, Zr, Sn, Nb and Ta are preferable, and Ti and Zr are particularly preferable.

【0040】このような金属アルコキシドとしては、T
iアルコキシドでは、チタンテトラメトキシド、チタン
テトラエトキシド、チタンテトラn-プロポキシド、チタ
ンテトライソプロポキシド、チタンテトラn-ブトキシ
ド、チタンテトラi-ブトキシド、チタンテトラsec-ブト
キシド、チタンテトラt-ブトキシド、チタンテトラメト
キシエトキシドなどがあげられ、またチタンジイソプロ
ポキシビスアセチルアセトネートのようなβ-ジケトン
基を有するアルコキシドも使用できる。また、その他の
金属についても同様であり、例えばジルコニウムテトラ
メトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニ
ウムテトラn-プロポキシド、ジルコニウムテトライソプ
ロポキシド、ジルコニウムテトラn-ブトキシド、ジルコ
ニウムテトラi-ブトキシド、ジルコニウムテトラsec-ブ
トキシド、ジルコニウムテトラt-ブトキシド、錫テトラ
エトキシド、錫テトライソプロポキシド、錫テトラn-ブ
トキシド、ニオブペンタメトキシド、ニオブペンタエト
キシド、ニオブペンタイソプロポキシド、ニオブペンタ
n-プロポキシド、ニオブペンタn-ブトキシド、ニオブペ
ンタi-ブトキシド、ニオブペンタsec-ブトキシド、タン
タルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシド、タ
ンタルペンタイソプロポキシド、タンタルペンタn-プロ
ポキシド、タンタルペンタn-ブトキシド、タンタルペン
タi-ブトキシド、タンタルペンタsec-ブトキシド、タン
タルペンタt-ブトキシドといったアルコキシドが好まし
く使用できる。
Examples of such metal alkoxide include T
Examples of i alkoxides include titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetra n-propoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetra n-butoxide, titanium tetra i-butoxide, titanium tetra sec-butoxide, and titanium tetra t-butoxide. , Titanium tetramethoxyethoxide, etc., and an alkoxide having a β-diketone group such as titanium diisopropoxybisacetylacetonate can also be used. The same applies to other metals, for example, zirconium tetramethoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetra n-propoxide, zirconium tetraisopropoxide, zirconium tetra n-butoxide, zirconium tetra i-butoxide, zirconium tetra sec. -Butoxide, zirconium tetra-t-butoxide, tin tetraethoxide, tin tetraisopropoxide, tin tetra n-butoxide, niobium pentamethoxide, niobium pentaethoxide, niobium pentaisopropoxide, niobium penta
n-propoxide, niobium penta n-butoxide, niobium penta i-butoxide, niobium penta sec-butoxide, tantalum pentamethoxide, tantalum pentaethoxide, tantalum pentaisopropoxide, tantalum penta n-propoxide, tantalum penta n-butoxide, tantalum Alkoxides such as penta i-butoxide, tantalum penta sec-butoxide and tantalum penta t-butoxide can be preferably used.

【0041】金属塩の金属としては、アルカリ土類金属
やPbの金属塩が好ましく、特にPbが好ましい。具体
的には酢酸塩(酢酸鉛、酢酸バリウム等)、硝酸塩(硝
酸鉛、硝酸バリウム等)、2−エチルヘキサン酸塩(2
−エチルヘキサン酸鉛、2−エチルヘキサン酸バリウム
等)などの塩があげられる。また、ドープ元素として酢
酸ランタンなどの希土類金属塩を含有させることも可能
である。
As the metal of the metal salt, an alkaline earth metal or a metal salt of Pb is preferable, and Pb is particularly preferable. Specifically, acetate (lead acetate, barium acetate, etc.), nitrate (lead nitrate, barium nitrate, etc.), 2-ethylhexanoate (2
-Lead ethylhexanoate, barium 2-ethylhexanoate, etc.) and the like. It is also possible to include a rare earth metal salt such as lanthanum acetate as a doping element.

【0042】本発明の酸化物薄膜形成用組成物の溶媒と
しては、アルコール、カルボン酸、エステル、ケトンな
どの非水系溶媒を使用することができる。その中でも、
特に好ましく使用できるものとしては、2-メトキシエタ
ノール、2-エトキシエタノール、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、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、酢酸、プロピ
オン酸などのカルボン酸類が挙げられる。
As the solvent of the composition for forming an oxide thin film of the present invention, a non-aqueous solvent such as alcohol, carboxylic acid, ester or ketone can be used. Among them,
Particularly preferably usable are 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, alkoxy alcohols such as 1-ethoxy-2-propanol, ethanol,
1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 2-methyl
-2-Alkanols such as pentanol, and carboxylic acids such as acetic acid and propionic acid.

【0043】金属源の濃度は、溶媒に対し5〜40質量
%(酸化物換算濃度)、特に10〜40質量%が望まし
い。5質量%より濃度が低い場合は、形成される最終的
な膜厚が薄くなるため好ましくなく、また40質量%よ
り濃度が高いと沈殿等が発生しやすく、溶液の長期安定
性が悪くなる。なお、使用する材料や塗布方法により前
記範囲の最適値は変動する。例えば、PZTをスピンコ
ートする場合等では20質量%以上が好ましい。
The concentration of the metal source is preferably 5 to 40% by mass (concentration as oxide) with respect to the solvent, particularly 10 to 40% by mass. When the concentration is lower than 5% by mass, the final film thickness to be formed becomes thin, which is not preferable, and when the concentration is higher than 40% by mass, precipitation or the like is likely to occur and the long-term stability of the solution deteriorates. The optimum value of the range varies depending on the material used and the coating method. For example, in the case of spin coating PZT, the content is preferably 20% by mass or more.

【0044】溶媒に対するアルコキシドの溶解方法は、
通常一般に用いられているように、溶媒中にスターラー
等の手段を用いて溶媒を撹拌し、アルコキシドを溶解さ
せればよい。
The method of dissolving the alkoxide in the solvent is
As is generally used, the solvent may be stirred in the solvent using a means such as a stirrer to dissolve the alkoxide.

【0045】溶解時の温度は、アルコキシドと溶媒の反
応性に応じて室温から溶媒の沸点以下の温度の範囲を用
いれば良く、このときの反応時間は10min〜48hour
である。また、長時間反応させる場合は環流させること
が好ましい。
The temperature at the time of dissolution may be in the range of room temperature to a temperature not higher than the boiling point of the solvent depending on the reactivity of the alkoxide with the solvent, and the reaction time at this time is 10 min to 48 hours.
Is. Further, when the reaction is carried out for a long time, it is preferable to reflux the reaction.

【0046】また、複合酸化物の場合、その組成の一部
の金属源として金属塩を用いる時は、溶媒に金属塩を溶
解し、その後アルコキシドを混合すればよい。または金
属塩とアルコキシドをそれぞれ別の溶媒に溶解し、この
溶媒を混合しても良い。
In the case of a complex oxide, when a metal salt is used as a part of the metal source of the composition, the metal salt may be dissolved in a solvent and then the alkoxide may be mixed. Alternatively, the metal salt and the alkoxide may be dissolved in different solvents and the solvents may be mixed.

【0047】例えばPbTiO3 薄膜形成用組成物とし
て、溶媒として2-メトキシエタノールを用い、Pb源と
して無水酢酸鉛、Ti源としてチタンテトライソプロポ
キシドを用いる場合、まず、60〜90℃に保持した2-
メトキシエタノール中に無水酢酸鉛を溶解し、さらにチ
タンテトライソプロポキシドを加えて混合すればよい。
For example, when 2-methoxyethanol is used as a solvent, lead acetate anhydrous is used as a Pb source, and titanium tetraisopropoxide is used as a Ti source as a PbTiO 3 thin film forming composition, first, the temperature is maintained at 60 to 90 ° C. 2-
Anhydrous lead acetate may be dissolved in methoxyethanol, and titanium tetraisopropoxide may be further added and mixed.

【0048】また、例えばBaTiO3 薄膜形成用組成
物として、Ba源として酢酸バリウム、Ti源としてチ
タンテトラエトキシドを用いる場合、酢酸バリウムの溶
媒として酢酸を用い、チタンテトラエトキシドの溶媒と
してエタノールを用い、それぞれ別個に混合反応させた
上で、それぞれの溶液を混合させても良い。
When barium acetate is used as a Ba source and titanium tetraethoxide is used as a Ti source in a composition for forming a BaTiO 3 thin film, acetic acid is used as a solvent for barium acetate and ethanol is used as a solvent for titanium tetraethoxide. It is also possible to use each solution separately, and then mix and react each solution.

【0049】また、本発明においては溶液の安定化のた
めに、溶液中にキレート剤を含有してもよい。溶液中に
含有されるキレート剤としては、例えば、アセチルアセ
トン、ジピバロイルメタンなどのβ-ジケトン類、モノ
エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノー
ルアミンなどのアルカノールアミン類を挙げることがで
き、これらの中でもアセチルアセトンが好ましい。
In the present invention, a chelating agent may be contained in the solution for stabilizing the solution. Examples of the chelating agent contained in the solution include acetylacetone, β-diketones such as dipivaloylmethane, and alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine. Acetylacetone is preferred.

【0050】キレート剤の含有量としては、金属アルコ
キシド1モルに対して0.1〜2モルが好ましい。
The content of the chelating agent is preferably 0.1 to 2 mol with respect to 1 mol of the metal alkoxide.

【0051】混合方法としては、あらかじめキレート剤
をアルコキシドと反応させておいても良いが、溶媒中に
アルコキシドを混合後、キレート剤を混合することによ
っても可能である。
As a mixing method, the chelating agent may be reacted with the alkoxide in advance, but it is also possible to mix the alkoxide in the solvent and then the chelating agent.

【0052】アルコキシドの混合後、溶液にアルカンジ
オールを混合する。アルカンジオールの混合量として
は、金属原子1モルに対して0.1〜8モルが好まし
い。
After mixing the alkoxide, the solution is mixed with alkanediol. The amount of the alkanediol mixed is preferably 0.1 to 8 mol with respect to 1 mol of the metal atom.

【0053】アルカンジオールの混合方法としては、5
0〜120℃に保持された溶液中に所定量のアルカンジ
オールを混合し、スターラー等を用いて十分に撹拌を行
い、所定の時間反応させればよい。
The method for mixing the alkanediol is 5
A predetermined amount of alkanediol may be mixed in the solution maintained at 0 to 120 ° C., sufficiently stirred using a stirrer, and reacted for a predetermined time.

【0054】本発明の金属酸化物薄膜形成用組成物は、
通常用いられている塗布法、例えば、ディップコート、
スピンコート、スプレーコート、ナイフコート、ロール
コート等により、基体上に塗布され、乾燥ゲル化され
る。
The composition for forming a metal oxide thin film of the present invention comprises
A commonly used coating method, for example, dip coating,
It is applied on the substrate by spin coating, spray coating, knife coating, roll coating, etc., and dried and gelled.

【0055】また、スピンコート法により膜厚を制御す
る場合、特に膜厚を厚くするには、例えば最初の低い回
転数のプレスピンの時間を調整すればよい。
Further, when the film thickness is controlled by the spin coating method, in order to increase the film thickness in particular, for example, the time of the first press pin having a low rotational speed may be adjusted.

【0056】乾燥方法としては、室温〜アルカンジオー
ルの融点以下の温度で10sec〜10min保持すればよ
い。具体的には所定の温度に保持されたホットプレート
を用いるか、オーブンを用いればよい。また、室温で放
置することにより乾燥させてもよい。本発明のゾルゲル
膜は、室温で放置、乾燥させても、クラックなどを生じ
ず、良好なゲル膜が得られる。
As a drying method, the temperature may be maintained at room temperature to a temperature not higher than the melting point of alkanediol for 10 seconds to 10 minutes. Specifically, a hot plate held at a predetermined temperature or an oven may be used. Alternatively, it may be dried by leaving it at room temperature. The sol-gel film of the present invention does not cause cracks or the like even when left at room temperature and dried, and a good gel film can be obtained.

【0057】得られたゲル膜は、さらに加熱処理され、
結晶化されて金属酸化物薄膜となる。加熱処理条件とし
ては、形成する酸化物組成によって条件は異なるが、通
常酸素もしくは空気等の酸化性雰囲気中で500℃以
上、900℃以下で5min〜8hour焼成すればよい。
The gel film obtained was further heat-treated,
It is crystallized into a metal oxide thin film. The heat treatment condition varies depending on the composition of the oxide to be formed, but it is usually carried out in an oxidizing atmosphere such as oxygen or air at 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower for 5 minutes to 8 hours.

【0058】本発明の金属酸化物薄膜形成用組成物は、
サブミクロン〜ミクロンオーダーの厚膜を必要とする種
々の用途に広く用いることができる。特にPZT等の強
誘電体ペロブスカイト酸化物薄膜等、強誘電性や高誘電
率特性、圧電性等の特性を発現させる上でサブミクロン
以上の膜厚を必要とする酸化物薄膜の形成に好ましく用
いることができる。
The composition for forming a metal oxide thin film of the present invention comprises
It can be widely used for various applications requiring a thick film of submicron to micron order. In particular, it is preferably used for forming an oxide thin film such as a ferroelectric perovskite oxide thin film such as PZT that requires a film thickness of submicron or more in order to develop the characteristics such as ferroelectricity, high dielectric constant characteristics, and piezoelectricity. be able to.

【0059】具体的には、例えば以下に示す薄膜EL素
子の平坦化層や誘電体層自身として用いることができ
る。
Specifically, it can be used, for example, as a flattening layer or a dielectric layer itself of the following thin film EL element.

【0060】本発明が適用される薄膜EL素子は、例え
ば基板上に下部電極/厚膜誘電体層/本発明の金属酸化
物薄膜層/発光層/上部絶縁層(薄膜絶縁体層)/上部
電極(透明電極)が順次積層された構造、あるいは上記
厚膜誘電体層の代わりに本発明の金属酸化物薄膜を複数
回積層した多層状誘電体層を用いた構造を有する。
The thin film EL device to which the present invention is applied is, for example, a lower electrode / thick film dielectric layer / metal oxide thin film layer of the present invention / light emitting layer / upper insulating layer (thin film insulating layer) / upper part on a substrate. It has a structure in which electrodes (transparent electrodes) are sequentially laminated, or a structure in which a multi-layered dielectric layer in which the metal oxide thin film of the present invention is laminated plural times is used instead of the thick film dielectric layer.

【0061】EL素子の基板は電気絶縁性を有しその上
に形成される下部電極層、誘電体層を汚染することな
く、所定の耐熱強度を維持できるもので有れば特に限定
されるものではなく、例えばアルミナ(Al23)やフ
ォルステライト(2MgO・SiO2)、ジルコニア
(ZrO2)、マグネシア(MgO)等の耐熱セラミッ
クス、高歪み点ガラスや高耐熱結晶化ガラス、石英ガラ
ス(SiO2)等の基板を用いることができる。
The substrate of the EL element is not particularly limited as long as it has electrical insulation and can maintain a predetermined heat resistance strength without contaminating the lower electrode layer and the dielectric layer formed thereon. Instead, for example, heat resistant ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), magnesia (MgO), high strain point glass, high heat resistant crystallized glass, quartz glass ( A substrate such as SiO 2 ) can be used.

【0062】下部電極層は、単純マトリクスタイプの場
合、複数のストライプ状のパターンを有するように形成
される。下部電極層の材料としては、高い導電性が得ら
れ、かつ誘電体層形成時にダメージを受けず、さらに誘
電体層や発光層と反応性が低い材料が好ましく、具体的
にはAu、Pt、Pd、Ir、Ag等の貴金属などがあ
げられる。下部電極層の形成方法としては、スパッタ
法、蒸着法、めっき法等の公知の技術を用いればよい。
In the case of a simple matrix type, the lower electrode layer is formed to have a plurality of stripe patterns. The material for the lower electrode layer is preferably a material that has high conductivity, is not damaged during the formation of the dielectric layer, and has low reactivity with the dielectric layer or the light emitting layer. Specifically, Au, Pt, Noble metals such as Pd, Ir and Ag can be used. As a method for forming the lower electrode layer, a known technique such as a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method may be used.

【0063】厚膜誘電体層を用いる場合は、厚膜誘電体
層は、高誘電率でかつ高耐圧であることが必要であり、
さらに基板の耐熱性を考慮して低温焼成可能な物質であ
ることが要求される。
When the thick film dielectric layer is used, the thick film dielectric layer must have a high dielectric constant and a high breakdown voltage.
Further, in consideration of the heat resistance of the substrate, it is required to be a substance that can be fired at a low temperature.

【0064】ここで、厚膜誘電体層とは、いわゆる厚膜
法により、粉末状の絶縁体材料を焼成して形成されるセ
ラミック層である。この厚膜誘電体層は、例えば下部電
極層が形成された基板上に、粉末状の絶縁体材料に、バ
インダーと溶媒を混合して作製された絶縁体ペーストを
印刷して焼成して形成することができる。また、絶縁体
ペーストをキャスティング成膜することによりグリーン
シートを形成し、積層して形成してもよい。
Here, the thick film dielectric layer is a ceramic layer formed by firing a powdery insulating material by a so-called thick film method. This thick-film dielectric layer is formed by, for example, printing an insulating paste made by mixing a powdery insulating material with a binder and a solvent on a substrate on which a lower electrode layer is formed, and firing it. be able to. Alternatively, a green sheet may be formed by casting an insulating paste, and the green sheets may be stacked.

【0065】このような高誘電率厚膜材料としては、各
種の材料が考えられるが、基板材料の耐熱性の制約を考
えると低温形成可能な高誘電率セラミックス組成である
必要があり、例えばPb(ZrxTi1-x)O3 等のペロ
ブスカイト構造誘電体材料や、Pb(Mg1/3Ni2/3
3 等に代表される複合ペロブスカイトリラクサー型強
誘電体材料や、PbNbO6 等に代表されるタングステ
ンブロンズ型強誘電体材料が好ましく用いられる。
Various materials can be considered as such a high dielectric constant thick film material, but a high dielectric constant ceramic composition that can be formed at a low temperature is required in consideration of the heat resistance of the substrate material. Perovskite structure dielectric material such as (Zr x Ti 1-x ) O 3 or Pb (Mg 1/3 Ni 2/3 )
A composite perovskite relaxor type ferroelectric material typified by O 3 or the like and a tungsten bronze type ferroelectric material typified by PbNbO 6 or the like are preferably used.

【0066】厚膜誘電体の膜厚は、電極の段差や製造工
程のゴミ等によって形成されるピンホールを排除するた
め厚いことが必要とされ、少なくとも10μm以上、好
ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上が必
要となる。
The film thickness of the thick film dielectric is required to be thick in order to eliminate pin steps formed by the steps of electrodes and dust in the manufacturing process, and at least 10 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more is required.

【0067】しかしながら、厚膜誘電体層上に形成され
る発光層は数100nmと厚膜誘電体層の1/100程度
の厚さしかない。このため、厚膜誘電体層は発光層の厚
さ以下のレベルでその表面が平滑でなければならない
が、厚膜の表面粗さは多結晶焼結体の結晶粒サイズ以下
にはならないため、その表面はサブミクロンサイズ以上
の凹凸形状となってしまう。
However, the light emitting layer formed on the thick film dielectric layer is only several hundred nm, which is about 1/100 of the thickness of the thick film dielectric layer. Therefore, the surface of the thick film dielectric layer must be smooth at a level equal to or less than the thickness of the light emitting layer, but the surface roughness of the thick film does not fall below the crystal grain size of the polycrystalline sintered body. The surface becomes uneven with submicron size or more.

【0068】このような厚膜誘電体層表面の平坦性の改
善には、溶液塗布焼成法を用いた表面平坦化層が有効で
ある。溶液塗布焼成法を用いれば、前駆体溶液を塗布し
焼成する工程を経るので、下地の凹み部には厚く、凸部
には薄く層が形成され、その結果、この膜の表面に下地
表面の凹凸や段差が反映されず、表面が平坦な膜が得ら
れる。従って、溶液塗布焼成法を用いて表面平坦化層を
形成することにより、この上に形成される薄膜発光層の
均一性を大幅に改善することができる。
To improve the flatness of the surface of such a thick dielectric layer, a surface flattening layer using a solution coating firing method is effective. If the solution coating and baking method is used, a step of coating and baking the precursor solution is performed, so that a thick layer is formed in the concave portion of the base and a thin layer is formed in the convex portion, and as a result, the surface of the base layer is formed on the surface of this film. A film having a flat surface can be obtained without reflecting irregularities or steps. Therefore, by forming the surface flattening layer using the solution coating baking method, it is possible to greatly improve the uniformity of the thin film light emitting layer formed thereon.

【0069】表面平坦化層の膜厚は、厚膜誘電体層表面
の凹凸を十分に埋めることができればよく、通常0.5
μm以上、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm
以上である。本発明の金属酸化物薄膜形成用組成物は1
回の塗布焼成で0.4μm〜1μm以上の膜を形成でき、
少ない塗布焼成回数で目的とする厚い表面平坦化層を形
成できるため、このような表面平坦化層形成に好ましく
用いることができる。
The film thickness of the surface flattening layer is sufficient if it can sufficiently fill the irregularities on the surface of the thick dielectric layer, and is usually 0.5.
μm or more, preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm
That is all. The composition for forming a metal oxide thin film of the present invention is 1
A film of 0.4 μm to 1 μm or more can be formed by coating and baking once,
Since a target thick surface flattening layer can be formed with a small number of times of coating and baking, it can be preferably used for forming such a surface flattening layer.

【0070】表面平坦化層の比誘電率は少しでも高い方
が望ましく、好ましくは50以上、より好ましくは50
0以上である。このような高誘電率が得られる材料とし
ては、PbTiO3 、PZT、PLZT等のペロブスカ
イト構造を持った(強)誘電体材料や、TiO2 等が挙
げられ、本発明の金属酸化物薄膜形成用組成物が好まし
く適用可能である。
The relative permittivity of the surface flattening layer is desirably as high as possible, preferably 50 or more, more preferably 50.
It is 0 or more. Examples of materials having such a high dielectric constant include (ferroelectric) dielectric materials having a perovskite structure such as PbTiO 3 , PZT, and PLZT, and TiO 2 and the like, for forming the metal oxide thin film of the present invention. The composition is preferably applicable.

【0071】また、他の構成として厚膜誘電体層を設け
ずに本発明の金属酸化物薄膜形成用組成物による塗布焼
成を複数回繰り返すことによって形成した多層状誘電体
層だけを設けてもよい。この場合、多層状誘電体層の膜
厚は2〜3μm以上が望ましいが、本発明の金属酸化物
薄膜形成用組成物を用いれば、従来の溶液塗布焼成法の
ように1層0.1μm程度の金属酸化物薄膜を積層する
場合と比較して、少ない塗布焼成回数で多層状誘電体層
を形成することが可能であり、製造コストの低減が可能
となる。
As another structure, only a multilayer dielectric layer formed by repeating coating and firing with the composition for forming a metal oxide thin film of the present invention a plurality of times without providing a thick dielectric layer may be provided. Good. In this case, the thickness of the multilayer dielectric layer is preferably 2 to 3 μm or more, but if the composition for forming a metal oxide thin film of the present invention is used, one layer is about 0.1 μm as in the conventional solution coating baking method. Compared with the case of laminating the metal oxide thin film of (1), it is possible to form the multilayer dielectric layer with a smaller number of times of coating and firing, and the manufacturing cost can be reduced.

【0072】発光層を構成する蛍光体材料は特に限定さ
れず、MnをドープしたZnS等のいずれの蛍光体材料
を用いてもよい。発光層の膜厚としては、特に制限され
るものではないが、厚すぎると駆動電圧が上昇し、薄す
ぎると発光効率が低下する。具体的には、発光体材料に
もよるが、好ましくは100〜2000nm程度であ
る。
The phosphor material forming the light emitting layer is not particularly limited, and any phosphor material such as ZnS doped with Mn may be used. The thickness of the light emitting layer is not particularly limited, but if it is too thick, the driving voltage increases, and if it is too thin, the luminous efficiency decreases. Specifically, the thickness is preferably about 100 to 2000 nm, though it depends on the light emitting material.

【0073】発光層の形成方法は、気相堆積法を用いる
ことが可能である。気相堆積法としては、スパッタ法や
蒸着法等の物理的気相堆積法やCVD法等の化学的気相
堆積法が好ましい。
As the method for forming the light emitting layer, a vapor deposition method can be used. As the vapor deposition method, a physical vapor deposition method such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a chemical vapor deposition method such as a CVD method is preferable.

【0074】薄膜絶縁体層は、省略しても良いがこれを
有することが好ましい。
Although the thin film insulator layer may be omitted, it is preferable to have it.

【0075】この薄膜絶縁体層は、抵抗率として、10
8Ω・cm以上、特に1010〜1018Ω・cm程度が好まし
い。また、比較的高い比誘電率を有する物質であること
が好ましく、その比誘電率εとしては、好ましくはε=
3以上である。この薄膜絶縁体層の構成材料としては、
例えば酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(Si3
4 )、酸化タンタル(Ta25)、酸化イットリウム
(Y23)、ジルコニア(ZrO2)、シリコンオキシ
ナイトライド(SiON)、アルミナ(Al23)、等
を用いることができる。また、薄膜絶縁体層を形成する
方法としては、スパッタ法や蒸着法、CVD法を用いる
ことができる。また、薄膜絶縁体層の膜厚としては、好
ましくは10〜1000nm、特に好ましくは20〜20
0nm程度である。
This thin film insulator layer has a resistivity of 10
It is preferably 8 Ω · cm or more, particularly about 10 10 to 10 18 Ω · cm. A substance having a relatively high relative permittivity is preferable, and the relative permittivity ε is preferably ε =
It is 3 or more. As the constituent material of this thin film insulator layer,
For example, silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3
N 4 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon oxynitride (SiON), alumina (Al 2 O 3 ), and the like can be used. . As a method for forming the thin film insulator layer, a sputtering method, a vapor deposition method, or a CVD method can be used. The thickness of the thin film insulator layer is preferably 10 to 1000 nm, particularly preferably 20 to 20 nm.
It is about 0 nm.

【0076】透明電極層は、膜厚0.2μm 〜1μm の
ITOやSnO2 (ネサ膜)、ZnO−Al等の酸化物
導電性材料等が用いられる。透明電極層の形成方法とし
ては、スパッタ法のほか蒸着法等の公知の技術を用いれ
ばよい。
For the transparent electrode layer, an oxide conductive material such as ITO, SnO 2 (nesa film), ZnO—Al or the like having a film thickness of 0.2 μm to 1 μm is used. As a method of forming the transparent electrode layer, a known technique such as a vapor deposition method other than the sputtering method may be used.

【0077】なお、上記したEL素子は単一発光層のみ
を有するが、本発明が適用されるEL素子は、このよう
な構成に限定されるものではなく、膜厚方向に発光層を
複数積層しても良いし、マトリックス状にそれぞれ種類
の異なる発光層(画素)を組み合わせて平面的に配置す
るような構成としても良い。
Although the EL element described above has only a single light emitting layer, the EL element to which the present invention is applied is not limited to such a structure, and a plurality of light emitting layers are laminated in the film thickness direction. Alternatively, the light emitting layers (pixels) of different types may be combined in a matrix and arranged in a plane.

【0078】上記したように本発明が適用されたEL素
子は、発光層が積層される誘電体層表面の平滑性が極め
て良好であり、絶縁耐圧が高くかつ欠陥がない。そのた
め輝度が高くかつ輝度の長期信頼性が高く、高性能、高
精細のディスプレイを容易に構成することもできる。ま
た、製造工程が容易であり、製造コストを低く抑えるこ
とが可能である。
As described above, the EL device to which the present invention is applied has extremely good smoothness of the surface of the dielectric layer on which the light emitting layer is laminated, has a high withstand voltage and is free from defects. Therefore, it is possible to easily construct a high-performance and high-definition display having high brightness and long-term reliability of brightness. In addition, the manufacturing process is easy and the manufacturing cost can be kept low.

【0079】また、本発明の金属酸化物薄膜形成用組成
物によれば、溶液塗布焼成法単独でも1回の焼成にて最
大1μm以上の厚い誘電体膜が形成可能であり、さらに
複数回繰り返すことにより10μm程度の厚い誘電体層
であっても実用可能な範囲の工程で形成可能であるた
め、上記例で説明したような厚膜誘電体層を用いず、直
接基板上に溶液塗布焼成法により2〜3μm以上の誘電
体層を形成することによって薄膜EL素子を形成するこ
とも可能となる。
Further, according to the composition for forming a metal oxide thin film of the present invention, it is possible to form a thick dielectric film having a maximum of 1 μm or more by one firing even by the solution coating firing method alone, and further repeat a plurality of times. As a result, even a dielectric layer having a thickness of about 10 μm can be formed in a process within a practical range. Therefore, the solution coating baking method is directly applied to the substrate without using the thick film dielectric layer described in the above example. Thus, it is possible to form a thin film EL element by forming a dielectric layer having a thickness of 2 to 3 μm or more.

【0080】[0080]

【実施例】[実施例1]ネオペンチルグリコール、酢酸
鉛、チタンテトライソプロポキシド、ジルコニウムテト
ラn-プロポキシド、2-メトキシエタノール、アセチルア
セトンからなるPZT薄膜形成用溶液を調製した。反応
容器中で酢酸鉛三水和物を2-メトキシエタノールに溶解
させ、110〜120℃で15分間脱水を行った。そこ
にジルコニウムテトラn-プロポキシドとチタンテトライ
ソプロポキシドを加え、110〜120℃で30分間反
応させ、2-メトキシエタノールに溶解させたネオペンチ
ルグリコールとアセチルアセトンを添加することで、溶
液を作製した。
Example 1 A PZT thin film forming solution containing neopentyl glycol, lead acetate, titanium tetraisopropoxide, zirconium tetra n-propoxide, 2-methoxyethanol and acetylacetone was prepared. Lead acetate trihydrate was dissolved in 2-methoxyethanol in a reaction vessel and dehydrated at 110 to 120 ° C. for 15 minutes. Zirconium tetra-n-propoxide and titanium tetraisopropoxide were added thereto, reacted at 110 to 120 ° C. for 30 minutes, and neopentyl glycol and acetylacetone dissolved in 2-methoxyethanol were added to prepare a solution. .

【0081】各成分のモル比を下記の範囲で変化させ
た。表1に評価を行った組成を示す。なお、酸化物換算
濃度は2-メトキシエタノールの量で調整を行った。 ネオペンチルグリコール(NPG):酢酸鉛:チタンテトラ
イソプロポキシド:ジルコニウムテトラn-プロポキシ
ド:アセチルアセトン(acacH)=0.5〜5:1.1:
0.465:0.535:0〜2
The molar ratio of each component was changed within the following range. Table 1 shows the compositions evaluated. The oxide conversion concentration was adjusted by the amount of 2-methoxyethanol. Neopentyl glycol (NPG): Lead acetate: Titanium tetraisopropoxide: Zirconium tetra n-propoxide: Acetylacetone (acacH) = 0.5-5: 1.1:
0.465: 0.535: 0-2

【0082】このようにして調製した溶液をアルミナ基
板上にスピンコーティング(プレスピン250rpm40s
後1000rpm30s)によって塗布し、100℃に設定
したホットプレート上で10分間乾燥後、700℃の電
気炉に投入し10分間熱処理してPZT薄膜を形成し
た。スピンコーティングと焼成からなる膜形成操作は基
本的に1回だけで行い、通常溶液塗布焼成法で用いられ
ているような繰り返しコーティングはおこなわなかっ
た。
The solution thus prepared was spin-coated on an alumina substrate (press pin 250 rpm 40 s).
After that, it was applied at 1000 rpm for 30 s), dried on a hot plate set at 100 ° C. for 10 minutes, placed in an electric furnace at 700 ° C. and heat-treated for 10 minutes to form a PZT thin film. The film forming operation consisting of spin coating and baking was basically performed only once, and repeated coating as used in the solution coating and baking method was not performed.

【0083】このPZT薄膜について、膜性状を下記方
法で調べ、結果を表1にまとめて示した。
The film properties of this PZT thin film were investigated by the following method, and the results are summarized in Table 1.

【0084】[クラックの有無]熱処理後に光学顕微鏡
およびSEMで確認。クラックが見られないものを○、ク
ラックが発見されたものを×とした。 [膜厚(μm )]膜断面のSEM観察で確認して平均膜厚を
求めた。
[Presence or absence of cracks] Confirmed by an optical microscope and SEM after heat treatment. The case where no crack was found was marked with ◯, and the case where a crack was found was marked with x. [Film thickness (μm)] The average film thickness was obtained by confirming by SEM observation of the film cross section.

【0085】[0085]

【表1】 [Table 1]

【0086】いずれの膜においてもクラックは観察され
ず、一度の成膜操作において最大1μmのクラックフリ
ーのPZT膜が形成可能であった。図1,2に表1中、
サンプル7の膜表面および断面のSEM写真をそれぞれ
示す。このSEM写真からも明らかなように、本発明の
金属酸化物薄膜は、表面においても断面においても平滑
で均一な良好な膜が得られることがわかる。
No crack was observed in any of the films, and it was possible to form a crack-free PZT film with a maximum of 1 μm in one film forming operation. 1 and 2 in Table 1,
The SEM photograph of the film surface of sample 7 and a cross section is each shown. As is clear from this SEM photograph, it can be seen that the metal oxide thin film of the present invention can obtain a good film that is smooth and uniform on both the surface and the cross section.

【0087】表1におけるサンプル7の組成の液につい
て、金電極をつけたアルミナ基板上に塗布、焼成するこ
とで、約1μm の膜を作製し、このPZT膜の比誘電率
を測定したところ、約600(at 100kHz)であった。
A liquid having the composition of Sample 7 in Table 1 was applied on an alumina substrate having a gold electrode and baked to form a film of about 1 μm, and the relative dielectric constant of this PZT film was measured. It was about 600 (at 100 kHz).

【0088】〔比較例1,2〕ネオペンチルグリコール
を添加しない以外は実施例1と同様にして塗布液を作製
し、基板上に塗布、乾燥、焼成し、膜特性を測定した。
組成および結果を表1に示す。
[Comparative Examples 1 and 2] A coating liquid was prepared in the same manner as in Example 1 except that neopentyl glycol was not added, and the coating liquid was coated on a substrate, dried and baked to measure the film characteristics.
The composition and the results are shown in Table 1.

【0089】〔比較例3〕実施例1において、ネオペン
チルグリコールに代えて炭素数3のプロピレングリコー
ルを用いて塗布液を作製した。この塗布液を用い、実施
例1と同様にして基板上に塗布、乾燥、焼成し、膜特性
を測定した。組成および結果を表1に示す。
Comparative Example 3 A coating solution was prepared by using propylene glycol having 3 carbon atoms in place of neopentyl glycol in Example 1. Using this coating solution, coating on a substrate, drying and baking were carried out in the same manner as in Example 1, and the film characteristics were measured. The composition and the results are shown in Table 1.

【0090】[実施例2]アルカンジオールとして2,2-
ジエチル-1,3-プロパンジオールを用いたこと以外は実
施例1と同様にして溶液を作製した。酸化物換算濃度は
25質量%になるように調整した。この塗布液を用い、
ホットプレートの乾燥温度を50℃にしたこと以外は実
施例1と同様にして基板上に塗布、乾燥、焼成し、膜特
性を測定した。組成および結果を表2に示す。
[Example 2] 2,2-as alkanediol
A solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that diethyl-1,3-propanediol was used. The oxide conversion concentration was adjusted to be 25% by mass. Using this coating solution,
Film characteristics were measured by coating, drying and baking on a substrate in the same manner as in Example 1 except that the hot plate was dried at a temperature of 50 ° C. The composition and the results are shown in Table 2.

【0091】[0091]

【表2】 [Table 2]

【0092】[実施例3]アルカンジオールとして2,5-
ジメチル-2,5-ヘキサンジオールを用いたこと以外は実
施例1と同様にして溶液を作製した。酸化物換算濃度は
25質量%になるように調整した。この塗布液を用い、
ホットプレートの乾燥温度を70℃にしたこと以外は実
施例1と同様にして基板上に塗布、乾燥、焼成し、膜特
性を測定した。組成および結果を表2に示す。
[Example 3] 2,5-as alkanediol
A solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that dimethyl-2,5-hexanediol was used. The oxide conversion concentration was adjusted to be 25% by mass. Using this coating solution,
The film characteristics were measured by coating, drying and baking on the substrate in the same manner as in Example 1 except that the drying temperature of the hot plate was 70 ° C. The composition and the results are shown in Table 2.

【0093】[実施例4]アルカンジオールとして1,6-
ヘキサンジオールを用いたこと以外は実施例1と同様に
して溶液を作製した。酸化物換算濃度は25質量%にな
るように調整した。この塗布液を用い、ホットプレート
による乾燥を室温30分放置による乾燥に代えたこと以
外は実施例1と同様にして基板上に塗布、乾燥、焼成
し、膜特性を測定した。組成および結果を表2に示す。
[Example 4] 1,6-as alkanediol
A solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that hexanediol was used. The oxide conversion concentration was adjusted to be 25% by mass. Using this coating solution, coating on a substrate, drying and baking were carried out in the same manner as in Example 1 except that the drying by the hot plate was replaced by the drying by leaving at room temperature for 30 minutes, and the film characteristics were measured. The composition and the results are shown in Table 2.

【0094】[実施例5]ネオペンチルグリコール、酢
酸鉛、チタンテトライソプロポキシド、2-エトキシエタ
ノール、アセチルアセトンからなるPbTiO3 薄膜形
成用溶液を調製した。反応容器中で酢酸鉛三水和物を2-
エトキシエタノールに溶解させ、110〜120℃で1
5分間脱水を行った。そこにチタンテトライソプロポキ
シドを加え、110〜120℃で30分間反応させ、2-
エトキシエタノールに溶解させたネオペンチルグリコー
ルとアセチルアセトンを添加することで、溶液を作製し
た。調製に用いた各成分のモル比は下記の通りである。
また、酸化物換算濃度が24質量%になるように2-エト
キシエタノールで調整した。
Example 5 A PbTiO 3 thin film forming solution containing neopentyl glycol, lead acetate, titanium tetraisopropoxide, 2-ethoxyethanol and acetylacetone was prepared. 2-lead acetic acid trihydrate in a reaction vessel
Dissolve in ethoxyethanol and add 1 at 110-120 ℃
It was dehydrated for 5 minutes. Titanium tetraisopropoxide was added thereto and reacted at 110 to 120 ° C for 30 minutes,
A solution was prepared by adding neopentyl glycol and acetylacetone dissolved in ethoxyethanol. The molar ratio of each component used for the preparation is as follows.
Further, it was adjusted with 2-ethoxyethanol so that the oxide conversion concentration was 24% by mass.

【0095】NPG:酢酸鉛:チタンテトライソプロポキ
シド: acacH=2:1.1:1:1
NPG: Lead acetate: Titanium tetraisopropoxide: acacH = 2: 1.1: 1: 1

【0096】この溶液を用いて実施例1と同様にして成
膜を行い、アルミナ基板上にPbTiO3 薄膜を形成し
た。
A film was formed using this solution in the same manner as in Example 1 to form a PbTiO 3 thin film on an alumina substrate.

【0097】得られた薄膜表面を光学顕微鏡およびSEM
で確認したところ、クラック等はみられず均質な表面で
あることが確認された。また、SEMにより膜厚を確認
し、平均膜厚を求めたところ、0.65μmであった。
The surface of the obtained thin film was observed with an optical microscope and SEM.
As a result, it was confirmed that there was no crack or the like and the surface was homogeneous. Further, the film thickness was confirmed by SEM and the average film thickness was determined, and it was 0.65 μm.

【0098】[実施例6]ネオペンチルグリコール、チ
タンテトライソプロポキシド、2-メトキシエタノール、
ジエタノールアミンからなるTiO2 薄膜形成用溶液を
調製した。反応容器中で2-メトキシエタノール、チタ
ンテトライソプロポキシド、ジエタノールアミンを混合
し、110℃で30分間反応させ、2-メトキシエタノー
ルに溶解させたネオペンチルグリコールを添加すること
で、溶液を作製した。調製に用いた各成分のモル比は下
記の通りである。また、酸化物換算濃度が10質量%に
なるように2-メトキシエタノールで調整した。
Example 6 Neopentyl glycol, titanium tetraisopropoxide, 2-methoxyethanol,
A TiO 2 thin film forming solution containing diethanolamine was prepared. 2-Methoxyethanol, titanium tetraisopropoxide and diethanolamine were mixed in a reaction vessel, reacted at 110 ° C. for 30 minutes, and neopentyl glycol dissolved in 2-methoxyethanol was added to prepare a solution. The molar ratio of each component used for the preparation is as follows. Further, it was adjusted with 2-methoxyethanol so that the oxide conversion concentration would be 10% by mass.

【0099】NPG:チタンテトライソプロポキシド:ジ
エタノールアミン=1:1:2
NPG: Titanium tetraisopropoxide: Diethanolamine = 1: 1: 2

【0100】この溶液を用いて、スピンコーティングの
プレスピン時間を10秒にした以外は実施例1と同様に
してアルミナ基板上にTiO2 薄膜を形成したところ、
平均膜厚0.55μmでクラック等のない均質なTiO2
薄膜が得られた。
Using this solution, a TiO 2 thin film was formed on an alumina substrate in the same manner as in Example 1 except that the press-pin time of spin coating was 10 seconds.
Homogeneous TiO 2 with an average film thickness of 0.55 μm and no cracks
A thin film was obtained.

【0101】[実施例7(EL素子の作製例)]99.
6%純度のアルミナ基板上にスクリーン印刷法により市
販のAuペーストを、基板全面に焼成後膜厚が1μmの
厚さになるように印刷し、850℃で焼成を行った。こ
の下部電極層をフォトエッチング法を用いて幅300μ
m、スペース30μmの多数のストライプ状にパターニン
グした。
[Example 7 (Example of EL device fabrication)] 99.
A commercially available Au paste was printed on a 6% -purity alumina substrate by a screen printing method so that the film thickness after firing was 1 μm on the entire surface of the substrate, and firing was performed at 850 ° C. This lower electrode layer is formed with a width of 300 μm by photoetching.
It was patterned into a large number of stripes each having m and a space of 30 μm.

【0102】前記下部電極が形成された基板上に、さら
にスクリーン印刷法により誘電体セラミックス厚膜を形
成した。厚膜ペーストとしては、ESL社製4210C
厚膜誘電体ペーストを用い、焼成後の膜厚が30μmと
なるようにスクリーン印刷、乾燥を繰り返した。
A dielectric ceramics thick film was further formed on the substrate on which the lower electrode was formed by screen printing. As thick film paste, 4210C manufactured by ESL
Using thick film dielectric paste, screen printing and drying were repeated so that the film thickness after firing was 30 μm.

【0103】印刷乾燥後、厚膜はベルト炉を用い、十分
な空気を供給した雰囲気で850℃、20minの焼成を
行った。この厚膜単独の誘電率は約4000であった。
After printing and drying, the thick film was baked for 20 minutes at 850 ° C. in an atmosphere in which sufficient air was supplied using a belt furnace. The dielectric constant of this thick film alone was about 4000.

【0104】次に、溶液塗布焼成法を用いて表面平坦化
層を形成した。この溶液塗布焼成法では、実施例1サン
プル7と同様にして作製したPZT薄膜形成用溶液を前
駆体溶液として用いた。この前駆体溶液を、厚膜誘電体
層の表面にスピンコーティング法にて塗布し、700℃
で15分間焼成することを2回繰り返すことにより、膜
厚2μmの表面平坦化層を形成した。
Next, a surface flattening layer was formed by using a solution coating baking method. In this solution coating and firing method, the PZT thin film forming solution prepared in the same manner as in Example 1 sample 7 was used as the precursor solution. The precursor solution is applied to the surface of the thick film dielectric layer by spin coating, and the temperature is 700 ° C.
The surface flattening layer having a film thickness of 2 μm was formed by repeating baking for 15 minutes twice.

【0105】次に、基板を200℃に加熱した状態で、
MnをドープしたZnS蒸着源を用い、ZnS:Mnか
らなる厚さ0.7μmの発光層を蒸着法により形成した
後、真空中において500℃で10分間アニールした。
Next, with the substrate heated to 200 ° C.,
A ZnS vapor deposition source doped with Mn was used to form a light emitting layer of ZnS: Mn having a thickness of 0.7 μm by vapor deposition and then annealed in vacuum at 500 ° C. for 10 minutes.

【0106】次に、上部絶縁体層としてSi34 薄膜
を、上部電極層としてITO薄膜をそれぞれスパッタリ
ング法により順次形成することにより、薄膜EL素子サ
ンプルを得た。上部電極層は、メタルマスクを成膜時に
用いることにより、幅1mmのライン状電極が並ぶストラ
イプ状にパターニングした。
Next, a thin film EL device sample was obtained by sequentially forming a Si 3 N 4 thin film as an upper insulator layer and an ITO thin film as an upper electrode layer by a sputtering method. The upper electrode layer was patterned into a stripe shape in which line-shaped electrodes having a width of 1 mm were arranged by using a metal mask during film formation.

【0107】これらのサンプルについて、下部電極層お
よび上部電極層からそれぞれ電極を引き出して、1kH
z、パルス幅50μsの電界を発光輝度が飽和する強度で
印加した。
With respect to these samples, the electrodes were drawn out from the lower electrode layer and the upper electrode layer, respectively, and 1 kH
An electric field of z and a pulse width of 50 μs was applied at an intensity at which the emission brightness was saturated.

【0108】その結果、印加電圧150Vで良好なEL
発光が観察され、飽和輝度は6700cd/m2 であった。
As a result, a good EL was obtained at an applied voltage of 150V.
Luminescence was observed and the saturation brightness was 6700 cd / m 2 .

【0109】以上の結果から、本発明の金属酸化物薄膜
形成用組成物は、EL素子に適用した場合にもきわめて
有効であることがわかる。また、その応用範囲はELに
限定されるものではなく、PZT等の強誘電体ペロブス
カイト酸化物薄膜等、強誘電性や高誘電率特性、圧電性
等の特性を発現させる上でサブミクロン以上の膜厚を必
要とする酸化物薄膜を用いる素子、装置に広く応用する
ことが可能である。
From the above results, it is understood that the composition for forming a metal oxide thin film of the present invention is extremely effective when applied to an EL device. Further, its application range is not limited to EL, and sub-micron or more is required for exhibiting characteristics such as ferroelectric perovskite oxide thin film such as PZT, ferroelectricity, high dielectric constant characteristics, piezoelectricity and the like. It can be widely applied to elements and devices using an oxide thin film that requires a film thickness.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、一度の成
膜操作で高温における乾燥工程等の実用性の低い工程を
経ずに十分な厚さを持つコーティング薄膜の製造を可能
とする金属酸化物薄膜形成用組成物、および金属酸化物
薄膜を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a coating thin film having a sufficient thickness by a single film forming operation without passing through a process of low practicality such as a drying process at a high temperature. A composition for forming a metal oxide thin film and a metal oxide thin film can be provided.

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

【図1】サンプル7の膜表面を示した図面代用SEM写
真である。
FIG. 1 is a drawing-substitute SEM photograph showing a film surface of Sample 7.

【図2】サンプル7の断面を示した図面代用SEM写真
である。
FIG. 2 is a drawing-substitute SEM photograph showing a cross section of Sample 7.

フロントページの続き (72)発明者 瀧澤 正利 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 Fターム(参考) 4G042 DA01 DB10 DC01 DD02 DE03 DE09 DE12 DE14 4G047 CA02 CB06 CB08 CC02 CD02 4G048 AA02 AB02 AB05 AC02 AD02 AE05 AE08 Continued front page    (72) Inventor Masatoshi Takizawa             1-13-1, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo             -In DC Inc. F term (reference) 4G042 DA01 DB10 DC01 DD02 DE03                       DE09 DE12 DE14                 4G047 CA02 CB06 CB08 CC02 CD02                 4G048 AA02 AB02 AB05 AC02 AD02                       AE05 AE08

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶液中に金属アルコキシドもしくは金属
アルコキシドと金属塩を含有し、 この組成物中に融点30℃以上、かつ炭素数5〜12の
アルカンジオールを含有する金属酸化物薄膜形成用組成
物。
1. A composition for forming a metal oxide thin film, which contains a metal alkoxide or a metal alkoxide and a metal salt in a solution, and contains an alkanediol having a melting point of 30 ° C. or higher and a carbon number of 5 to 12 in the composition. .
【請求項2】 前記アルカンジオールがネオペンチルグ
リコールである請求項1の金属酸化物薄膜形成用組成
物。
2. The composition for forming a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the alkanediol is neopentyl glycol.
【請求項3】 前記金属アルコキシドおよび金属塩の金
属が、少なくともアルカリ土類金属、もしくはPb、Ti、
Zr、Hf、Sn、Nb、Ta、Laから選択される1種または2種
以上である請求項1または2の金属酸化物薄膜形成用組
成物。
3. The metal of the metal alkoxide and metal salt is at least an alkaline earth metal, or Pb, Ti,
The composition for forming a metal oxide thin film according to claim 1 or 2, which is one or more selected from Zr, Hf, Sn, Nb, Ta and La.
【請求項4】 前記金属アルコキシドがTiアルコキシ
ドまたはZrアルコキシドのいずれか1種または2種で
あり、前記金属塩がPb塩である請求項1〜3のいずれ
かの金属酸化物薄膜形成用組成物。
4. The composition for forming a metal oxide thin film according to claim 1, wherein the metal alkoxide is one or two of a Ti alkoxide and a Zr alkoxide, and the metal salt is a Pb salt. .
【請求項5】 請求項1〜4いずれかの金属酸化物薄膜
形成用組成物を基板上に塗布し、 添加したアルカンジオールの融点以下の温度で乾燥した
後に焼成を行う金属酸化物薄膜の製造方法。
5. A method for producing a metal oxide thin film, which comprises coating the composition for forming a metal oxide thin film according to any one of claims 1 to 4 on a substrate, drying the composition at a temperature equal to or lower than the melting point of the added alkanediol, and then firing the composition. Method.
【請求項6】 請求項1〜4いずれかの金属酸化物薄膜
形成用組成物により得られた膜厚0.4μm以上の金属
酸化物薄膜。
6. A metal oxide thin film having a film thickness of 0.4 μm or more, which is obtained by the composition for forming a metal oxide thin film according to claim 1.
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