JP2005116421A - Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film - Google Patents

Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film Download PDF

Info

Publication number
JP2005116421A
JP2005116421A JP2003351521A JP2003351521A JP2005116421A JP 2005116421 A JP2005116421 A JP 2005116421A JP 2003351521 A JP2003351521 A JP 2003351521A JP 2003351521 A JP2003351521 A JP 2003351521A JP 2005116421 A JP2005116421 A JP 2005116421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
dielectric thin
forming agent
film forming
titanium
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
JP2003351521A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuki Shibuya
光樹 渋谷
Yutaka Takeshima
裕 竹島
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.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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 Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP2003351521A priority Critical patent/JP2005116421A/en
Publication of JP2005116421A publication Critical patent/JP2005116421A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mild acidic dielectric thin film forming agent, a manufacturing method for the dielectric thin film forming agent, a dielectric thin film and a method for forming the dielectric thin film. <P>SOLUTION: This dielectric thin film forming agent is a mild acidic solution containing alkaline earth metal salt, ammonium titanium peroxocitrate, and hydroxycarboxylic acid and forming a titanium compound. Since the dielectric thin film forming agent does not contain hydrochloric acid, hydrogen chloride gas is not generated even if it is heat-treated, and safe film forming work can be done without requiring a special device. By performing two step heat-treatment, the dielectric thin film having performance comparable to other methods can be formed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、誘電体薄膜形成剤および誘電体薄膜形成方法に関し、特にたとえば、誘電体薄膜キャパシタ等に用いられる誘電体薄膜形成剤および誘電体薄膜形成法に関する。   The present invention relates to a dielectric thin film forming agent and a dielectric thin film forming method, and more particularly to a dielectric thin film forming agent and a dielectric thin film forming method used for, for example, a dielectric thin film capacitor.

チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム等の誘電体薄膜は、電子部品の小型化に有用であるとして注目されている。   Dielectric thin films such as barium titanate, strontium titanate, and barium titanate are drawing attention as being useful for downsizing electronic components.

これらの誘電体薄膜の製造方法、たとえば、チタン酸バリウム薄膜を形成するための誘電体薄膜形成剤の製造方法が、非特許文献1に開示されている。
非特許文献1には、四塩化チタンとシュウ酸を水溶液中で混合し、シュウ酸チタンを作製し、シュウ酸チタンを含む水溶液に塩化バリウムを添加し、シュウ酸チタンバリウムを沈澱させる。その後、該溶液に0.1規定の塩酸でpHを調節し、過酸化水素水溶液を添加して、誘電体薄膜形成水溶液とすることが記載されている。
そして、前記水溶液を、スプレー熱分解法により400℃に加熱したガラス基板に堆積させることで、チタン酸バリウム薄膜を得ている。
Non-Patent Document 1 discloses a method for producing these dielectric thin films, for example, a method for producing a dielectric thin film forming agent for forming a barium titanate thin film.
In Non-Patent Document 1, titanium tetrachloride and oxalic acid are mixed in an aqueous solution to produce titanium oxalate, and barium chloride is added to the aqueous solution containing titanium oxalate to precipitate titanium barium oxalate. Thereafter, the pH of the solution is adjusted with 0.1 N hydrochloric acid, and an aqueous hydrogen peroxide solution is added to form a dielectric thin film forming aqueous solution.
And the barium titanate thin film is obtained by depositing the said aqueous solution on the glass substrate heated at 400 degreeC by the spray pyrolysis method.

また、チタンペルオキソクエン酸アンモニウムを得る方法としては、非特許文献2に示されている。
非特許文献2には、金属チタン粉末を過酸化水素のアンモニア水溶液に投入すると、チタンは過酸化水素と反応し、ペルオキソチタン酸を生じる。過剰の過酸化水素が分解して消失すると溶液はゲル化することから、ゲル化前にチタンとのモル比が1:1となるようにクエン酸を添加して、安定な水溶性チタン化合物であるチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液を得ることが記載されている。
このチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液をガラス基板上に塗布し、熱処理することで酸化チタン薄膜を得ている。
Non-patent document 2 discloses a method for obtaining titanium peroxocitrate ammonium.
In Non-Patent Document 2, when metal titanium powder is put into an aqueous ammonia solution of hydrogen peroxide, titanium reacts with hydrogen peroxide to produce peroxotitanic acid. When excess hydrogen peroxide decomposes and disappears, the solution gels, so add citric acid so that the molar ratio with titanium is 1: 1 before gelation, and use a stable water-soluble titanium compound. It is described to obtain certain aqueous titanium peroxocitrate solutions.
A titanium oxide thin film is obtained by applying this aqueous solution of ammonium peroxocitrate on a glass substrate and subjecting it to heat treatment.

The Murata Science Foundation Annual Report No.16(2002),28The Murata Science Foundation Annual Report No.16 (2002), 28 現代化学 2000年3月号第25頁Modern Chemistry March 2000, page 25

しかしながら、非特許文献1による方法においては、安定したシュウ酸チタンバリウム水溶液とするために、塩酸を使用しなければならないことから、成膜作業の安全衛生面、たとえば、設備の保全(塩化水素ガスによる腐食等)や作業者の安全等において問題を生じていた。   However, in the method according to Non-Patent Document 1, hydrochloric acid must be used in order to obtain a stable aqueous solution of barium titanium oxalate. Corrosion, etc.) and worker safety.

また、非特許文献2による方法において得られるチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液に、バリウムやストロンチウム等のアルカリ土類金属元素を含む水溶液を添加した場合に、混合した水溶液中のアルカリ土類金属元素、例えば、バリウムにあっては、バリウムとチタンとのモル比が1:2以上になると、難水溶性の沈澱を生じ、このような凝集物を含む水溶液をガラス基板上に塗布し、熱処理することにより薄膜を形成させれば、薄膜に凝集物が残り、均一な薄膜が得られないという問題がある。
沈澱を防止するためには、強酸性の水溶液としなければならず、該溶液を取扱う際には、安全性に留意しなければならないことも問題である。
それゆえに、この発明の主たる目的は、これらの問題を生じない誘電体薄膜形成剤及び誘電体薄膜形成剤の製造方法を提供し、また、誘電体薄膜及び誘電体薄膜形成法を提供することである。
In addition, when an aqueous solution containing an alkaline earth metal element such as barium or strontium is added to an aqueous titanium peroxocitrate solution obtained by the method according to Non-Patent Document 2, an alkaline earth metal element in the mixed aqueous solution, for example, In the case of barium, when the molar ratio of barium to titanium is 1: 2 or more, poorly water-soluble precipitation occurs, and an aqueous solution containing such aggregates is applied on a glass substrate and heat-treated. If a thin film is formed, there is a problem that aggregates remain in the thin film and a uniform thin film cannot be obtained.
In order to prevent precipitation, the solution must be a strongly acidic aqueous solution, and safety must be taken into account when handling the solution.
Therefore, a main object of the present invention is to provide a dielectric thin film forming agent and a method for manufacturing the dielectric thin film forming agent that do not cause these problems, and to provide a dielectric thin film and a dielectric thin film forming method. is there.

請求項1に記載の発明は、アルカリ土類金属塩、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含み、チタン化合物を形成する弱酸性溶液であることを特徴とする、誘電体薄膜形成剤である。
請求項2に記載の発明は、アルカリ土類金属元素とヒドロキシカルボン酸とのモル比が1:15以上であることを特徴とする、請求項1に記載の誘電体薄膜形成剤である。
請求項3に記載の発明は、アルカリ土類金属塩を含む溶液を得る工程と、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含む溶液を得る工程とを含み、前記各溶液を混合する工程からなることを特徴とする、誘電体薄膜形成剤の製造方法である。
請求項4に記載の発明は、アルカリ土類金属塩、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含み、チタン化合物を形成する弱酸性溶液である誘電体薄膜形成剤で形成されたことを特徴とする、誘電体薄膜である。
請求項5に記載の発明は、誘電体薄膜の厚さが0.01〜0.4μmであることを特徴とする、請求項4に記載の誘電体薄膜である。
請求項6に記載の発明は、アルカリ土類金属塩、ヒドロキシカルボン酸、チタンペルオキソクエン酸アンモニウムを含む混合溶液を基板に塗布し乾燥させた後、第1の熱処理を行なう熱処理工程と、前記第1の熱処理温度より高温で第2の熱処理を行なう熱処理工程からなることを特徴とする、誘電体薄膜の形成方法である。
The invention according to claim 1 is a dielectric thin film forming agent characterized by being a weakly acidic solution containing an alkaline earth metal salt, ammonium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid, and forming a titanium compound. .
The invention according to claim 2 is the dielectric thin film forming agent according to claim 1, wherein the molar ratio of the alkaline earth metal element and the hydroxycarboxylic acid is 1:15 or more.
The invention according to claim 3 includes a step of obtaining a solution containing an alkaline earth metal salt and a step of obtaining a solution containing titanium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid, and comprising the steps of mixing the solutions. This is a method for producing a dielectric thin film forming agent.
The invention according to claim 4 is characterized in that it is formed of a dielectric thin film forming agent which is a weakly acidic solution containing an alkaline earth metal salt, titanium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid, and forming a titanium compound. It is a dielectric thin film.
The invention according to claim 5 is the dielectric thin film according to claim 4, wherein the thickness of the dielectric thin film is 0.01 to 0.4 μm.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a heat treatment step of applying a first heat treatment after applying a mixed solution containing an alkaline earth metal salt, hydroxycarboxylic acid, and ammonium peroxocitrate ammonium to a substrate and drying the mixture. A method of forming a dielectric thin film comprising a heat treatment step of performing a second heat treatment at a temperature higher than the heat treatment temperature of 1.

この発明によれば、塩酸を使用しないことから、腐食性ガスによる設備の腐食が生ぜず、また、弱酸性溶液であることから、弱酸性溶液故の作業の安全性が図れるという効果がある。
また、本発明の誘電体薄膜形成剤を使用して、誘電体薄膜を形成するに際し、形成剤の溶液中で凝集沈澱を生じないことから、均一な誘電体薄膜を形成することができる。
そして、複数回の加熱処理を、順次高温処理とすることで有機物を排除することができることから、誘電体薄膜の不良品の発生を低減することができる。
According to this invention, since hydrochloric acid is not used, the equipment is not corroded by corrosive gas, and since it is a weakly acidic solution, there is an effect that the safety of work due to the weakly acidic solution can be achieved.
In addition, when the dielectric thin film is formed using the dielectric thin film forming agent of the present invention, no uniform precipitation occurs in the solution of the forming agent, so that a uniform dielectric thin film can be formed.
And since organic substance can be excluded by carrying out heat processing of multiple times to high temperature processing sequentially, generation | occurrence | production of the defect product of a dielectric thin film can be reduced.

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。   The above object, other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of the best mode for carrying out the invention.

この発明は、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液にアルカリ土類金属元素を含む水溶液を混合すると、アルカリ土類金属元素とチタンのモル比が1:2以上になると、難水溶性の沈澱が生ずることが確認されたこと、強酸を使用しない前記混合溶液においては、アルカリ土類金属とチタンのモル比が1:1となる安定な混合水溶液を得ることは困難なことからなされたものである。   In the present invention, when an aqueous solution containing an alkaline earth metal element is mixed with an aqueous ammonium peroxocitrate solution, a slightly water-soluble precipitate may be formed when the molar ratio of the alkaline earth metal element to titanium is 1: 2 or more. It has been confirmed that, in the mixed solution that does not use a strong acid, it is difficult to obtain a stable mixed aqueous solution in which the molar ratio of alkaline earth metal to titanium is 1: 1.

本発明にいうアルカリ土類金属とは、周期表2族元素のうちカルシウム、ストロンチウウ、バリウム、ラジウムをいうが、ストロンチウムやバリウムを用いることが好ましい。
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、及びその固溶体は、高誘電率材料であり、キャパシタ材料として好適である。
The alkaline earth metal referred to in the present invention refers to calcium, strontium, barium, and radium among the Group 2 elements of the periodic table, but strontium and barium are preferably used.
Barium titanate, strontium titanate, and solid solutions thereof are high dielectric constant materials and are suitable as capacitor materials.

ヒドロキシカルボン酸とは、1分子中にカルボキシル基とヒドロキシ基を有する有機化合物であり、乳酸、グリセリン酸、酒石酸、クエン酸、トロパ酸、ベンジル酸などがあるが、好ましくは、クエン酸である。これは、水溶液中での配位子置換による物性変化を抑制できると推測されるからである。   Hydroxycarboxylic acid is an organic compound having a carboxyl group and a hydroxy group in one molecule, and examples thereof include lactic acid, glyceric acid, tartaric acid, citric acid, tropic acid, and benzylic acid, with citric acid being preferred. This is because it is presumed that changes in physical properties due to ligand substitution in an aqueous solution can be suppressed.

チタン化合物とは、チタンとアルカリ土類金属との化合物をいい、いわゆるチタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム等が該当する。
このチタン化合物を形成するための溶液は弱酸性であり、pHは3以上である。該溶液はpHが3以上であるから、強酸性の溶液を取扱うような危険性はなく、作業者の安全を確保することができる。
なお、溶液とするための溶媒は有機溶剤を用いることもできるが、安全性やコスト等を考慮すると、溶媒としては水を用いるのが好ましい。
The titanium compound refers to a compound of titanium and an alkaline earth metal, and corresponds to so-called barium titanate, strontium titanate, strontium barium titanate, and the like.
The solution for forming the titanium compound is weakly acidic and has a pH of 3 or higher. Since the pH of the solution is 3 or more, there is no danger of handling a strongly acidic solution, and the safety of workers can be ensured.
In addition, although the organic solvent can also be used for the solvent for setting it as a solution, when safety | security, cost, etc. are considered, it is preferable to use water as a solvent.

本誘電体薄膜形成剤は、アルカリ土類金属元素とヒドロキシカルボン酸とのモル比が1:15以上である。アルカリ土類金属元素とヒドロキシカルボン酸とのモル比が1:15未満であれば、難水溶性の沈澱物が生じるからである。アルカリ土類金属元素とヒドロキシカルボン酸とのモル比が1:15以上であれば、ヒドロキシカルボン酸のアルカリ土類金属塩、例えば、クエン酸バリウムの正塩は難水溶性の化合物であるが、過剰のクエン酸の存在により、水溶性のクエン酸錯体を形成することから、バリウムとチタンペルオキソクエン酸アンモニウムの共沈澱物の生成を回避することができるものであろう。   The dielectric thin film forming agent has a molar ratio of alkaline earth metal element to hydroxycarboxylic acid of 1:15 or more. This is because if the molar ratio between the alkaline earth metal element and the hydroxycarboxylic acid is less than 1:15, a slightly water-soluble precipitate is formed. If the molar ratio between the alkaline earth metal element and the hydroxycarboxylic acid is 1:15 or more, the alkaline earth metal salt of hydroxycarboxylic acid, for example, the normal salt of barium citrate is a poorly water-soluble compound. The presence of excess citric acid will form a water-soluble citrate complex, thus avoiding the formation of a coprecipitate of barium and titanium ammonium peroxocitrate.

本誘電体薄膜形成剤を製造するためのアルカリ土類金属塩を含む溶液を得る工程においては、アルカリ土類金属塩として、たとえば、酢酸バリウム、酢酸ストロンチウムが用いられる。   In the step of obtaining a solution containing an alkaline earth metal salt for producing the present dielectric thin film forming agent, for example, barium acetate or strontium acetate is used as the alkaline earth metal salt.

本誘電体薄膜形成剤を製造するためのチタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含む溶液を得る工程は、金属チタン粉末を過酸化水素のアンモニア水溶液に投入し、チタンを過酸化水素と反応させ、ペルオキソチタン酸が生じた後、チタンとのモル比が1:1となるようにクエン酸を添加する工程であり、安定な水溶性チタン化合物であるチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液を得ることができる。
なお、チタンペルオキソクエン酸アンモニウムを水に溶解してもよい。
その後、さらにヒドロキシカルボン酸量が過剰となるように添加する。
ヒドロキシカルボン酸を過剰に用いることにより、難水溶性の沈澱物が生じることを防ぐことができる。
The step of obtaining a solution containing titanium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid for producing the dielectric thin film forming agent is performed by introducing metal titanium powder into an aqueous hydrogen peroxide solution and reacting titanium with hydrogen peroxide. In this step, citric acid is added so that the molar ratio with titanium is 1: 1 after peroxotitanic acid is generated, and an aqueous solution of ammonium peroxocitrate, which is a stable water-soluble titanium compound, can be obtained. .
Titanium peroxocitrate may be dissolved in water.
Thereafter, addition is performed so that the amount of hydroxycarboxylic acid becomes excessive.
By using an excessive amount of hydroxycarboxylic acid, it is possible to prevent the formation of a poorly water-soluble precipitate.

本誘電体薄膜形成剤を製造するために、前記各溶液を混合する。ヒドロキシカルボン酸が過剰に用いられていることから、難水溶性の沈澱物が生じることを防ぐことができ、誘電体薄膜形成剤を得ることができる。   In order to produce the dielectric thin film forming agent, the respective solutions are mixed. Since an excessive amount of hydroxycarboxylic acid is used, it is possible to prevent the formation of a hardly water-soluble precipitate, and a dielectric thin film forming agent can be obtained.

アルカリ土類金属塩、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含み、チタン化合物を形成する弱酸性溶液である誘電体薄膜形成剤で形成された誘電体薄膜は、凝集物の生じていない誘電体薄膜形成剤で形成されることから、組成分布が均一である。
なお、基板上に薄膜の形成を容易にするために、増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、例えば、ポリビニルアルコールが該当する。
A dielectric thin film formed of a dielectric thin film forming agent, which is a weakly acidic solution containing an alkaline earth metal salt, titanium ammonium peroxocitrate and hydroxycarboxylic acid, which is a weakly acidic solution forming a titanium compound, is a dielectric free of aggregates Since it is formed of a thin film forming agent, the composition distribution is uniform.
Note that a thickener may be added to facilitate the formation of a thin film on the substrate. For example, polyvinyl alcohol corresponds to the thickener.

前記した誘電体薄膜の厚さは、0.01〜0.4μmであるが、より好ましくは0.1μm以上であり、0.3μm以下である。
厚さが0.01μm以下だと誘電体としての機能を発揮することができず、0.4μm以上であれば、薄膜中にクエン酸やポリビニルアルコール等に由来する炭素の含有率が高くなり、誘電率が低下する恐れがあるからである。
The above-mentioned dielectric thin film has a thickness of 0.01 to 0.4 μm, more preferably 0.1 μm or more and 0.3 μm or less.
If the thickness is 0.01 μm or less, the function as a dielectric cannot be exhibited. If the thickness is 0.4 μm or more, the content of carbon derived from citric acid or polyvinyl alcohol in the thin film is increased, This is because the dielectric constant may be lowered.

前記誘電体薄膜を形成するための基板としては、シリコン基板を用いるが、シリコン基板は通常表面がシリコン酸化物層となっているので、基板はシリコン層とシリコン酸化物層の2層構造となっている。
そして、シリコン酸化物に密着して、電極層となる白金層が設けられる。電極層を白金により形成するのは、後の工程で熱処理がなされるため、導電性があり、酸化されにくい物質であることが必要であるからである。
As the substrate for forming the dielectric thin film, a silicon substrate is used. Since the silicon substrate usually has a silicon oxide layer on the surface, the substrate has a two-layer structure of a silicon layer and a silicon oxide layer. ing.
Then, a platinum layer serving as an electrode layer is provided in close contact with the silicon oxide. The reason why the electrode layer is formed of platinum is that it is necessary to be a substance that is conductive and hardly oxidized because heat treatment is performed in a later step.

原料溶液として、アルカリ土類金属塩、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含み、チタン化合物を形成する弱酸性溶液である誘電体薄膜形成剤に、ポリビニルアルコールの如き増粘剤を添加したものを、白金層上にスピンコートによって塗布し、乾燥する。この塗布・乾燥工程は、所望の厚さの誘電体薄膜を得るために複数回繰り返してもよい。   A raw material solution containing an alkaline earth metal salt, titanium peroxocitrate ammonium, hydroxycarboxylic acid, and a dielectric thin film forming agent, which is a weakly acidic solution for forming a titanium compound, with a thickener such as polyvinyl alcohol added Is applied onto the platinum layer by spin coating and dried. This coating / drying step may be repeated a plurality of times in order to obtain a dielectric thin film having a desired thickness.

原料溶液が塗布・乾燥された基板は、第1の加熱処理工程により、加熱処理がなされる。
この加熱処理にあっては、粒径の比較的小さな結晶粒が成長する程度の温度、即ち、300℃〜550℃の範囲で加熱処理される。より好ましくは400℃以上であり、500℃以下である。300℃以下ではヒドロキシカルボン酸等に由来する炭素の除去が充分に行なえず、誘電率が低下する恐れがあり、550℃以上では大きな結晶粒が生成するため、表面の平坦性を損なうことになるからである。
なお、熱処理にはラッピド・サーマル・アニーリング装置や電気炉等を用いることができる。
The substrate on which the raw material solution has been applied and dried is subjected to heat treatment in the first heat treatment step.
In this heat treatment, the heat treatment is performed at a temperature at which crystal grains having a relatively small grain size grow, that is, in a range of 300 ° C to 550 ° C. More preferably, it is 400 degreeC or more and 500 degrees C or less. If the temperature is 300 ° C. or lower, carbon derived from hydroxycarboxylic acid or the like cannot be sufficiently removed, and the dielectric constant may be lowered. If the temperature is 550 ° C. or higher, large crystal grains are generated, and the flatness of the surface is impaired. Because.
In addition, a rapid thermal annealing apparatus, an electric furnace, etc. can be used for heat processing.

第1の加熱処理の後、第1の加熱処理温度よりも高い温度、即ち、600℃〜850℃での範囲で第2の加熱処理がなされるが、より好ましくは800℃以下であり、650℃以上である。600℃以下では、誘電体層の充分な比誘電率を得ることができず、850℃以上では、キャパシタ形成時の初期ショートの増加をもたらすからである。
この第2の加熱処理により、成膜をより確実にするとともに、ヒドロキシカルボン酸等に由来する炭素含量の、より一層の軽減をなし、誘電率を向上させることができる。
After the first heat treatment, the second heat treatment is performed at a temperature higher than the first heat treatment temperature, that is, in a range of 600 ° C. to 850 ° C., more preferably 800 ° C. or less, and 650 It is above ℃. If the temperature is 600 ° C. or lower, a sufficient dielectric constant of the dielectric layer cannot be obtained, and if it is 850 ° C. or higher, an initial short circuit at the time of capacitor formation is increased.
By this second heat treatment, the film formation can be made more reliable, the carbon content derived from hydroxycarboxylic acid or the like can be further reduced, and the dielectric constant can be improved.

前記した工程により誘電体薄膜が形成されるが、かかる誘電体薄膜(誘電体層)は、強誘電体である、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウムバリウム等である。   A dielectric thin film is formed by the above-described process. Such a dielectric thin film (dielectric layer) is a ferroelectric material such as barium titanate, strontium titanate, or barium strontium titanate.

以下において、本発明のさらに具体的な実施例につき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, more specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
チタン原料とクエン酸を、室温大気中で攪拌することにより、チタンを0.1mol/Lの濃度で含むチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液を作製した。この溶液に0.1mol/Lの酢酸バリウム水溶液をバリウムとチタンのモル比が1:1となるように両溶液を混合した。
なお、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液に投入したクエン酸の濃度は、酢酸バリウム中のバリウム濃度に対して5、10、15、20倍となるように、予め調整した。
その結果、クエン酸の濃度により、難水溶性の沈澱が生じる場合と沈澱を生じない場合があった。
即ち、
クエン酸とバリウムのモル比が5:1の場合は、難水溶性の沈澱が生じた。
クエン酸とバリウムのモル比が10:1の場合は、難水溶性の沈澱が生じた。
クエン酸とバリウムのモル比が15:1の場合は、難水溶性の沈澱は生じなかった。
クエン酸とバリウムのモル比が20:1の場合は、難水溶性の沈澱は生じなかった。
このことから、弱酸であるクエン酸を、バリウムに対しモル比で15倍以上添加することにより、バリウムとチタンのモル比が1:1である安定な水溶液を、pHが3以上で作製することができた。
クエン酸とバリウムのモル比が15:1以上の溶液は、チタン酸バリウム薄膜形成剤として用いられる。
(Example 1)
An aqueous titanium peroxocitrate solution containing titanium at a concentration of 0.1 mol / L was prepared by stirring the titanium raw material and citric acid in the air at room temperature. To this solution, a 0.1 mol / L barium acetate aqueous solution was mixed so that the molar ratio of barium to titanium was 1: 1.
It should be noted that the concentration of citric acid charged into the aqueous titanium peroxocitrate solution was adjusted in advance to be 5, 10, 15, 20 times the barium concentration in barium acetate.
As a result, depending on the concentration of citric acid, a slightly water-soluble precipitate may or may not be precipitated.
That is,
When the molar ratio of citric acid to barium was 5: 1, a slightly water-soluble precipitate was formed.
When the molar ratio of citric acid to barium was 10: 1, a slightly water-soluble precipitate was formed.
When the molar ratio of citric acid to barium was 15: 1, hardly water-soluble precipitates did not occur.
When the molar ratio of citric acid to barium was 20: 1, poorly water-soluble precipitate did not occur.
Therefore, by adding citric acid, which is a weak acid, at a molar ratio of 15 times or more with respect to barium, a stable aqueous solution having a molar ratio of barium to titanium of 1: 1 is prepared at a pH of 3 or more. I was able to.
A solution having a molar ratio of citric acid to barium of 15: 1 or more is used as a barium titanate thin film forming agent.

(比較例1)
比較例として、酢酸バリウム水溶液0.1mol/Lとチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液0.1mol/Lを、バリウムとチタンのモル比が1:1となるように両水溶液を混合したところ、難水溶性の沈澱が生じた。
なお、バリウムとチタンのモル比が1:2の場合も同様であったが、モル比が1:4の場合には、難水溶性の沈澱は生じなかった。
(Comparative Example 1)
As a comparative example, 0.1 mol / L of barium acetate aqueous solution and 0.1 mol / L of titanium peroxocitrate aqueous solution were mixed with each other so that the molar ratio of barium to titanium was 1: 1. Precipitation occurred.
The same was true when the molar ratio of barium to titanium was 1: 2, but when the molar ratio was 1: 4, hardly water-soluble precipitates did not occur.

(実施例2)
イオン交換水5.000gに酢酸バリウム2水和物0.179gを投入し、室温大気中にて攪拌することにより、酢酸バリウムを溶解した。さらに、酢酸ストロンチウム1/2水和物0.064gを投入し、室温大気中にて攪拌することにより酢酸ストロンチウムを溶解し、ストロンチウムとバリウムを含む混合溶液を作製した。
一方、イオン交換水5.000gにチタンペルオキソクエン酸アンモニウム0.239gを投入し、室温大気中にて攪拌することにより溶解し、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液を得た。前記水溶液にクエン酸4.203gを投入し、室温大気中にて攪拌することにより溶解し、クエン酸が過剰に存在するチタンペルオキソクエン酸アンモニウム水溶液を作製した。
上記両溶液を混合することにより、バリウムとストロンチウムとチタンとクエン酸のモル比が7:3:10:200の組成比を有し、チタン酸ストロンチウムバリウム薄膜形成用の誘電体薄膜形成剤を得た。
(Example 2)
Barium acetate was dissolved by adding 0.179 g of barium acetate dihydrate to 5.000 g of ion-exchanged water and stirring in the air at room temperature. Furthermore, 0.064 g of strontium acetate hemihydrate was added and stirred in the air at room temperature to dissolve strontium acetate, and a mixed solution containing strontium and barium was prepared.
On the other hand, 0.239 g of ammonium peroxocitrate was added to 5.000 g of ion-exchanged water, and dissolved by stirring in the air at room temperature to obtain an aqueous solution of titanium peroxocitrate ammonium. 4.203 g of citric acid was added to the aqueous solution and dissolved by stirring in the air at room temperature to prepare an aqueous solution of titanium peroxocitrate ammonium containing excess citric acid.
By mixing the two solutions, a dielectric thin film forming agent for forming a strontium barium titanate thin film having a molar ratio of barium, strontium, titanium and citric acid of 7: 3: 10: 200 is obtained. It was.

(実施例3)
実施例2で作製した誘電体薄膜形成剤10gに5wt%ポリビニルアルコール水溶液0.5gを混合し、誘電体薄膜形成用溶液を作製した。
この溶液を基板(白金/シリコン酸化物/シリコン)の白金上に、スピンコートを用いて塗布し、500℃で乾燥させた。この工程を10回繰り返した。
この基板(誘電体薄膜形成剤/白金/シリコン酸化物/シリコン)を、電気炉を用いて大気中450℃で3時間加熱処理を行い、その後連続的に大気中650℃で3時間加熱処理を行なった。
これらの工程を経て、基板上に膜圧0.26μm、比誘電率340のチタン酸ストロンチウムバリウムの薄膜を形成することができた。
誘電体薄膜形成剤に塩酸を含まないことから、加熱処理をしても腐食性のある塩化水素ガスが発生することなく、また、特別な装置をも必要とせず、安全な成膜作業を行なうことができた。
また、得られた誘電体薄膜の性能は、ゾルゲル法等による誘電体薄膜と同程度の比誘電率を有している。
(Example 3)
A dielectric thin film forming solution was prepared by mixing 0.5 g of 5 wt% polyvinyl alcohol aqueous solution with 10 g of the dielectric thin film forming agent prepared in Example 2.
This solution was applied onto platinum of a substrate (platinum / silicon oxide / silicon) using spin coating, and dried at 500 ° C. This process was repeated 10 times.
This substrate (dielectric thin film forming agent / platinum / silicon oxide / silicon) is heat-treated at 450 ° C. for 3 hours in the atmosphere using an electric furnace, and then continuously heat-treated at 650 ° C. for 3 hours in the air. I did it.
Through these steps, a thin film of strontium barium titanate having a film pressure of 0.26 μm and a relative dielectric constant of 340 could be formed on the substrate.
Since the dielectric thin film forming agent does not contain hydrochloric acid, it does not generate corrosive hydrogen chloride gas even after heat treatment, and does not require any special equipment, and performs safe film formation I was able to.
Moreover, the performance of the obtained dielectric thin film has a relative dielectric constant comparable to that of a dielectric thin film obtained by a sol-gel method or the like.

この発明にかかる誘電体薄膜形成剤は、たとえば、誘電体薄膜キャパシタという用途に適用できる。   The dielectric thin film forming agent according to the present invention can be applied to, for example, a dielectric thin film capacitor.

Claims (6)

アルカリ土類金属塩、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含み、チタン化合物を形成する弱酸性溶液であることを特徴とする、誘電体薄膜形成剤。   A dielectric thin film forming agent comprising a weakly acidic solution containing an alkaline earth metal salt, ammonium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid, and forming a titanium compound. アルカリ土類金属元素とヒドロキシカルボン酸とのモル比が1:15以上であることを特徴とする、請求項1に記載の誘電体薄膜形成剤。   The dielectric thin film forming agent according to claim 1, wherein the molar ratio of the alkaline earth metal element and the hydroxycarboxylic acid is 1:15 or more. アルカリ土類金属塩を含む溶液を得る工程と、
チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含む溶液を得る工程とを含み、
前記各溶液を混合する工程からなることを特徴とする、誘電体薄膜形成剤の製造方法。
Obtaining a solution containing an alkaline earth metal salt;
A step of obtaining a solution containing titanium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid,
A method for producing a dielectric thin film forming agent, comprising the step of mixing the solutions.
アルカリ土類金属塩、チタンペルオキソクエン酸アンモニウム、ヒドロキシカルボン酸を含み、チタン化合物を形成する弱酸性溶液である誘電体薄膜形成剤で形成されたことを特徴とする、誘電体薄膜。   A dielectric thin film comprising an alkaline earth metal salt, ammonium peroxocitrate ammonium and hydroxycarboxylic acid, and formed of a dielectric thin film forming agent which is a weakly acidic solution for forming a titanium compound. 誘電体薄膜の厚さが0.01〜0.4μmであることを特徴とする、請求項4に記載の誘電体薄膜。   5. The dielectric thin film according to claim 4, wherein the thickness of the dielectric thin film is 0.01 to 0.4 [mu] m. アルカリ土類金属塩、ヒドロキシカルボン酸、チタンペルオキソクエン酸アンモニウムを含む混合溶液を基板に塗布し乾燥させた後、
第1の熱処理を行なう熱処理工程と、
前記第1の熱処理温度より高温で第2の熱処理を行なう熱処理工程からなることを特徴とする、誘電体薄膜の形成方法。
After applying a mixed solution containing an alkaline earth metal salt, hydroxycarboxylic acid, and ammonium peroxocitrate ammonium to the substrate and drying,
A heat treatment step for performing the first heat treatment;
A method for forming a dielectric thin film, comprising a heat treatment step of performing a second heat treatment at a temperature higher than the first heat treatment temperature.
JP2003351521A 2003-10-10 2003-10-10 Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film Pending JP2005116421A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003351521A JP2005116421A (en) 2003-10-10 2003-10-10 Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003351521A JP2005116421A (en) 2003-10-10 2003-10-10 Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005116421A true JP2005116421A (en) 2005-04-28

Family

ID=34542738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003351521A Pending JP2005116421A (en) 2003-10-10 2003-10-10 Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005116421A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013069470A1 (en) * 2011-11-09 2013-05-16 独立行政法人科学技術振興機構 Solid-state electronic device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013069470A1 (en) * 2011-11-09 2013-05-16 独立行政法人科学技術振興機構 Solid-state electronic device
JP5293983B1 (en) * 2011-11-09 2013-09-18 独立行政法人科学技術振興機構 Solid state electronic equipment
CN103999207A (en) * 2011-11-09 2014-08-20 独立行政法人科学技术振兴机构 Solid-state electronic device
US9293257B2 (en) 2011-11-09 2016-03-22 Japan Science And Technology Agency Solid-state electronic device including dielectric bismuth niobate film formed from solution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4612138A (en) Stable acidic and alkaline metal oxide sols
JP2010132555A (en) Finely divided alkaline earth metal carbonate
JP2008308733A (en) Nickel powder coated with carbon and production method therefor
JP2008504672A (en) Process for creating piezoelectric material
WO2015087967A1 (en) Method for producing silver particles, and silver particles produced by said method
JP3300811B2 (en) Solution for forming nickel metal film and method for forming nickel metal thin film using the same
JP2005116421A (en) Dielectric thin film forming agent, manufacturing method for dielectric thin film forming agent, dielectric thin film and method for forming dielectric thin film
Toda et al. Novel soft chemical synthesis methods of ceramic materials
WO2016117248A1 (en) METHOD FOR PRODUCING β-EUCRYPTITE FINE PARTICLES
JP6811012B2 (en) How to make copper powder
JP3357420B2 (en) Niobium oxide sol and method for producing the same
JP2010077493A (en) Silver powder and method for producing the same
CN113045319B (en) Sintering aid modified nano ceramic powder and preparation method thereof
JP3161471B2 (en) Method for producing barium titanate thin film
JP3642490B1 (en) Method for producing titania solution
CN112657811A (en) Unique magnesium oxide batching process for forming high-quality bottom layer
JP2006045015A (en) Oxide sol or hydroxide sol of rare earth element
JP3457879B2 (en) Method for producing spherical platinum powder for use in platinum paste
JP2001261611A (en) Method for producing compound metal oxide and its precursor and method for producing water-soluble organometallic compound to be used for production of the precursor
JP3119440B2 (en) Coating solution for ferroelectric thin film formation
TWI388506B (en) Method for forming p type metal oxide semiconductor material
JP7026173B2 (en) Copper powder and conductive paste
JP4276031B2 (en) Titanium compound-coated nickel powder and conductive paste using the same
JPS62246866A (en) Manufacture of aluminum nitride sintered body
JP4530041B2 (en) Magnesium compound sol, method for producing the same, and method for producing ceramic raw material using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060622

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090825

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100105