JP2007246322A - Metal oxide precursor solution, method for forming metal oxide film, method for manufacturing semiconductor device and method for manufacturing electronic apparatus - Google Patents

Metal oxide precursor solution, method for forming metal oxide film, method for manufacturing semiconductor device and method for manufacturing electronic apparatus Download PDF

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元久 野口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal oxide precursor solution which hardly produces striation and to improve film forming property and characteristics of a metal oxide film. <P>SOLUTION: When the metal oxide precursor solution 3 is applied on a substrate 1 by a spin coat method, dried and fired to form a metal oxide film 3a, the metal oxide precursor solution 3 is prepared as a solution having a vapor pressure at 20°C of ≤0.5 hPa, preferably a viscosity at 20°C of ≤20 cP. Reduction of striation and improvement of film forming property are achieved by imparting a vapor pressure at 20°C of ≤0.5 hPa, preferably a viscosity at 20°C of ≤20 cP to a main solvent of a solvent used in the solution. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属酸化物前駆体溶液、金属酸化膜の形成方法、半導体装置の製造方法および電子機器の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a metal oxide precursor solution, a method for forming a metal oxide film, a method for manufacturing a semiconductor device, and a method for manufacturing an electronic device.

強誘電体膜や圧電体膜として用いられる金属酸化膜の形成方法としては、CVD(chemical vapor deposition、化学気相成長)やスパッタリング法により形成することが可能であるが、これらの方法には高額の装置が必要である。   As a method for forming a metal oxide film used as a ferroelectric film or a piezoelectric film, it can be formed by CVD (chemical vapor deposition) or sputtering, but these methods are expensive. Equipment is required.

これに対し、その膜成分の調整(調製)等が行いやすく、品質の良い膜を形成する方法として、金属酸化物前駆体溶液を用いた成膜方法が使用されている。また、かかる方法によれば、大面積に均一な膜を形成することができ、有効な成膜方法として注目されている。   On the other hand, a film forming method using a metal oxide precursor solution is used as a method for forming a film with good quality because it is easy to adjust (prepare) the film components. Further, according to such a method, a uniform film can be formed over a large area, and attention is paid to an effective film forming method.

この金属酸化物前駆体溶液には、金属酸化物の材料化合物および溶媒が含まれており、この金属酸化物前駆体溶液を基板上に塗布し、乾燥および焼成することで、金属酸化膜を形成する。   The metal oxide precursor solution contains a metal oxide material compound and a solvent. The metal oxide precursor solution is applied onto a substrate, dried and fired to form a metal oxide film. To do.

例えば、下記特許文献1(特開2001−48540)には、ストリエーションがなく、高品質のPLZT強誘電体薄膜を形成するため、Pb,La,Zr及びTiの金属アルコキシド、その部分加水分解物及び/又は有機酸塩を含むペロブスカイト型PLZT強誘電体薄膜形成用組成物において、水分含有量が0.8重量%以下であるPLZT強誘電体薄膜形成用組成物を用い、このPLZT強誘電体薄膜形成用組成物を耐熱性基板に塗布し、空気中、酸化雰囲気中又は含水蒸気雰囲気中で加熱する工程を所望の厚さの膜が得られるまで繰り返し、少なくとも最終工程における加熱中或いは加熱後に膜を結晶化温度以上で焼成するPLZT強誘電体薄膜の形成方法が開示されている。この他、強誘電体薄膜のストリエーション対策に関する技術は、例えば、下記特許文献2〜5に開示されている。
特開2001−48540号公報 特開平10−199336号公報 特開2001−72416号公報 特開2005−38830号公報 特開2000−351623号公報
For example, in the following Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-48540), a metal alkoxide of Pb, La, Zr and Ti and a partial hydrolyzate thereof are used for forming a high-quality PLZT ferroelectric thin film without striation. And / or a perovskite-type PLZT ferroelectric thin film forming composition containing an organic acid salt, wherein the PLZT ferroelectric thin film forming composition having a water content of 0.8% by weight or less is used. Apply the thin film forming composition to a heat resistant substrate and repeat the process of heating in air, in an oxidizing atmosphere or in a steam-containing atmosphere until a film of the desired thickness is obtained, at least during or after heating in the final process A method for forming a PLZT ferroelectric thin film in which the film is baked at a crystallization temperature or higher is disclosed. In addition, techniques relating to the countermeasure against striation of the ferroelectric thin film are disclosed in, for example, Patent Documents 2 to 5 below.
JP 2001-48540 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-199336 JP 2001-72416 A JP 2005-38830 A JP 2000-351623 A

本発明者らは、金属酸化物前駆体溶液を用いた金属酸化膜の形成に関する研究・開発を行っており、ストライエーションを防止しつつ、特性の良好な金属酸化膜を形成すべく、鋭意検討を重ねている。   The present inventors are conducting research and development on the formation of a metal oxide film using a metal oxide precursor solution, and intensively studying to form a metal oxide film with good characteristics while preventing striations Are piled up.

中でも、1)金属酸化物前駆体溶液に用いて好適な溶媒の検討を行い、例えば、上記文献等にも示すシリコンを原料溶液に添加する場合には、シリコンが膜中に不純物として残存し、強誘電体薄膜としての特性の劣化が生じる。   Among others, 1) A suitable solvent used for the metal oxide precursor solution is studied. For example, when silicon shown in the above document is added to the raw material solution, silicon remains as an impurity in the film, Degradation of characteristics as a ferroelectric thin film occurs.

また、2)原料溶液が水を含有する場合には、その保管性に問題が生じ、その保湿管理(水分含有量の管理)が難しい。   Moreover, 2) When the raw material solution contains water, a problem arises in its storage property, and its moisture retention management (control of water content) is difficult.

また、3)原料溶液として、プロピレングリコールもしくはプロピレングリコール誘導体を用いる場合、原料溶液の粘度が高くなりすぎ、成膜性が良くない。   3) When propylene glycol or a propylene glycol derivative is used as the raw material solution, the viscosity of the raw material solution becomes too high and the film formability is not good.

また、4)原料溶液に反応性基と疎水性基とを有する金属化合物を用いる場合、これらの化合物を合成することが困難である。   4) When a metal compound having a reactive group and a hydrophobic group is used in the raw material solution, it is difficult to synthesize these compounds.

このように、従来の原料溶液を含め種々の検討をおこなった結果、ストライエーションの防止には、溶媒の蒸気圧や粘性が重要であり、金属化合物とその溶媒を混合した後の前駆体溶液の蒸気圧や粘性が良好となるよう、金属化合物の特性(例えば、溶媒に対する溶解性)を考慮し、溶媒の選択や組み合わせが重要となることが判明した。   As described above, as a result of various studies including the conventional raw material solution, the vapor pressure and viscosity of the solvent are important for the prevention of striation, and the precursor solution after mixing the metal compound and the solvent is important. It has been found that the selection and combination of the solvents are important in consideration of the characteristics of the metal compound (for example, solubility in the solvent) so that the vapor pressure and viscosity are good.

本発明は、ストライエーションの生じ難い金属酸化物前駆体溶液を提供することを目的とする。また、金属酸化膜の成膜性や特性を向上させることを目的とする。また、金属酸化膜を有する素子や装置の特性を向上させることを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a metal oxide precursor solution that hardly causes striations. Another object is to improve the film formability and characteristics of the metal oxide film. It is another object of the present invention to improve the characteristics of an element or device having a metal oxide film.

(1)本発明は、金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液である。   (1) The present invention provides a metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent, wherein the vapor pressure at 20 ° C. is 0.5 hPa or less. It is.

かかる構成によれば、金属酸化物前駆体溶液自身を、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下に調整したので、ストライエーションの発生を低減でき、成膜性を向上させることができる。また、形成される膜の特性を向上させることができる。   According to this configuration, since the vapor pressure at 20 ° C. of the metal oxide precursor solution itself is adjusted to 0.5 hPa or less, the occurrence of striation can be reduced and the film formability can be improved. In addition, the characteristics of the formed film can be improved.

(2)本発明は、金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、上記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液である。   (2) The present invention is a metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent, wherein the main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent has a vapor pressure of 0.5 hPa at 20 ° C. The metal oxide precursor solution is characterized by the following.

かかる構成によれば、金属酸化物前駆体溶液の主溶媒を、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下に調整したので、金属酸化物前駆体溶液の蒸気圧を低減でき、その結果、ストライエーションの発生を低減できる。また、成膜性を向上させることができ、形成される膜の特性を向上させることができる。   According to such a configuration, since the vapor pressure at 20 ° C. of the main solvent of the metal oxide precursor solution is adjusted to 0.5 hPa or less, the vapor pressure of the metal oxide precursor solution can be reduced. Can be reduced. Further, the film formability can be improved, and the characteristics of the formed film can be improved.

上記溶媒は、例えば、単一溶媒であり、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールよりなる。   The solvent is, for example, a single solvent and is made of 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol.

上記溶媒は、例えば、混合溶媒であり、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールよりなる溶媒が、上記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒である。   The solvent is, for example, a mixed solvent, and a solvent comprising 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol is It is a main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent.

上記溶媒は、例えば20℃における粘性が20cP以下である。   The solvent has a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less, for example.

(3)本発明は、金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、上記溶媒は、例えば混合溶媒であり、上記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒と、上記溶媒の50体積%以下を構成する副溶媒よりなり、上記主溶媒は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、上記副溶媒は、上記主溶媒より20℃おける粘性が低い溶媒であることを特徴とする。   (3) The present invention is a metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent, wherein the solvent is, for example, a mixed solvent, and a main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent And the main solvent has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less, and the sub solvent has a lower viscosity at 20 ° C. than the main solvent. It is characterized by being.

(4)本発明は、金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、上記溶媒は、例えば混合溶媒であり、上記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒と、上記溶媒の50体積%以下を構成する副溶媒よりなり、上記主溶媒は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、上記副溶媒は、上記主溶媒より極性が大きい溶媒であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液である。   (4) The present invention is a metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent, wherein the solvent is, for example, a mixed solvent, and a main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent A sub-solvent constituting 50% by volume or less of the solvent, the main solvent having a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less, and the sub-solvent being a solvent having a polarity greater than that of the main solvent. A metal oxide precursor solution characterized by

上記溶媒は、例えば、クラック防止剤を含む。   The solvent includes, for example, a crack preventing agent.

(5)本発明は、金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、上記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒として2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールを含有することを特徴とする。   (5) The present invention is a metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent, and 2- (2-n-butoxyethoxy) as a main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent It contains ethanol, 2- (2-n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol.

上記溶媒は、例えば、さらに、上記主溶媒より極性が大きい溶媒を副溶媒として含有する。   The solvent further contains, for example, a solvent having a polarity greater than that of the main solvent as a secondary solvent.

上記溶媒は、例えば、さらに、クラック防止剤を含有する。   The solvent further contains, for example, a crack preventing agent.

上記金属酸化物の材料化合物は、金属アルコキシド、金属カルボン酸塩もしくは金属β−ジオナト錯体である。   The material compound of the metal oxide is a metal alkoxide, a metal carboxylate, or a metal β-dionato complex.

(6)本発明は、金属酸化物前駆体溶液を用いた金属酸化膜の形成方法であって、上記金属酸化物前駆体溶液を塗布した後、乾燥および焼成してなる金属酸化膜の形成方法である。   (6) The present invention relates to a method for forming a metal oxide film using a metal oxide precursor solution, wherein the metal oxide precursor solution is applied and then dried and fired. It is.

(7)本発明は、金属酸化物を有する半導体装置の製造方法であって、上記金属酸化膜の形成方法を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。   (7) The present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a metal oxide, the method comprising forming the metal oxide film.

(8)本発明は、半導体装置を有する電子機器の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法を有することを特徴とする電子機器の製造方法である。ここで「電子機器」とは、本発明にかかる金属酸化膜を有する素子を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、その構成に特に限定はないが、例えば、上記金属酸化膜を有する強誘電体メモリ装置を備えたコンピュータ装置一般、携帯電話、PHS、PDA、電子手帳、ICカードなど、記憶装置を必要とする装置や、上記金属酸化膜を有する圧電体素子を有する、液滴吐出装置などが含まれる。   (8) The present invention is a method for manufacturing an electronic device having a semiconductor device, and the method for manufacturing an electronic device characterized by including the method for manufacturing a semiconductor device. Here, “electronic device” means a general device having a certain function provided with an element having a metal oxide film according to the present invention, and its configuration is not particularly limited. Droplet ejection apparatus having a computer device having a dielectric memory device in general, a mobile phone, a PHS, a PDA, an electronic notebook, an IC card, and other devices that require a storage device, and a piezoelectric element having the metal oxide film Etc. are included.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の機能を有するものには同一もしくは関連の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same or related code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the repeated description is abbreviate | omitted.

(金属酸化膜の形成方法)
本実施の形態の金属酸化膜の形成方法について図1を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態の金属酸化膜の形成工程を示す要部断面図である。
(Metal oxide film formation method)
A method for forming a metal oxide film according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a fragmentary cross-sectional view showing a metal oxide film forming process of the present embodiment.

図1(A)に示すように、基板1上に金属酸化物前駆体溶液3をスピンコート法で塗布する。この金属酸化物前駆体溶液は、金属酸化物の材料化合物(金属化合物、有機金属化合物)および溶媒を有する溶液である。また、この金属酸化物前駆体溶液は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下である。より好ましくは、20℃おける粘性が20cP〔SI単位表記では、0.02Pa・s〕以下である。なお、インクジェット法により基板1上に金属酸化物前駆体溶液3を塗布(滴下)してもよい。また、ディップコート法を用いてもよい。   As shown in FIG. 1A, a metal oxide precursor solution 3 is applied on a substrate 1 by a spin coating method. This metal oxide precursor solution is a solution having a metal oxide material compound (metal compound, organometallic compound) and a solvent. Further, this metal oxide precursor solution has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less. More preferably, the viscosity at 20 ° C. is 20 cP [in the SI unit notation, 0.02 Pa · s] or less. In addition, you may apply | coat (drop) the metal oxide precursor solution 3 on the board | substrate 1 with the inkjet method. Further, a dip coating method may be used.

次いで、図1(B)に示すように、金属酸化物前駆体溶液(塗布膜)を乾燥させ、溶液中の溶媒を揮発させた後、熱処理を施す(焼成する)ことにより金属酸化膜(金属酸化物薄膜)3aを形成する。この後、必要に応じて金属酸化物に対し結晶化アニールを施す。   Next, as shown in FIG. 1B, the metal oxide precursor solution (coating film) is dried, the solvent in the solution is volatilized, and then subjected to heat treatment (firing) to form a metal oxide film (metal). Oxide thin film) 3a is formed. Thereafter, crystallization annealing is performed on the metal oxide as necessary.

このように、本実施の形態によれば、金属酸化物前駆体溶液自身の蒸気圧を20℃において0.5hPa以下としたので、ストライエーション(膜むら)の発生を低減することができる。   Thus, according to this embodiment, since the vapor pressure of the metal oxide precursor solution itself is set to 0.5 hPa or less at 20 ° C., the occurrence of striation (film unevenness) can be reduced.

例えば、金属酸化物前駆体溶液自身の20℃における蒸気圧が0.5hPa以上の場合は、溶媒が揮発しやすく、ストライエーションが起こりやすい。例えば、図2(A)に示すように、略円状の基板1において、その中心部から放射線状に縞上の凸部51が金属酸化膜53aの表面に形成される。図2(B)に、この凸部の断面を示す。図2は、ストライエーションを示す平面図および断面図である。このような、ストライエーションによる凹凸が生じると、当該膜のエッチング処理等の際に下地にその凹凸が反映(転写)されてしまう。従って、下地上に形成される他の膜や素子の接合性が悪くなり、素子特性が劣化する。   For example, when the vapor pressure at 20 ° C. of the metal oxide precursor solution itself is 0.5 hPa or more, the solvent is likely to volatilize and striation is likely to occur. For example, as shown in FIG. 2A, in the substantially circular substrate 1, convex portions 51 on the stripes are formed radially on the surface of the metal oxide film 53a from the center. FIG. 2B shows a cross section of this convex portion. FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view showing striations. When such unevenness due to striation occurs, the unevenness is reflected (transferred) on the base during the etching process or the like of the film. Therefore, the bonding properties of other films and elements formed on the base are deteriorated, and the element characteristics are deteriorated.

このストライエーションは、金属酸化物前駆体溶液の乾燥の際に生じやすい。これは、溶液中の対流(マランゴン対流、ベナール対流)が原因で起こると考えられている。   This striation is likely to occur when the metal oxide precursor solution is dried. This is thought to occur due to convection in the solution (Marangon convection, Benard convection).

しかしながら、本発明者の検討の結果、上記の通り蒸気圧を抑える、即ち、徐々に揮発させることによりストライエーションの発生が抑えられることが判明した。   However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that the occurrence of striation can be suppressed by suppressing the vapor pressure as described above, that is, by gradually evaporating.

ここで、この金属酸化物前駆体溶液は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、より好ましくは、20℃おける粘性が20cP以下とすることが最適であるが、用いる溶媒の主溶媒を20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、より好ましくは、20℃おける粘性が20cP以下とすることで、ストライエーションの低減および成膜性の向上を図ってもよい。ここで、主溶媒とは、前駆体溶媒の50体積%以上を構成する溶媒を意味する。ここで溶媒の体積%とは、混合する複数の溶媒の体積の和に対する特定の溶媒の体積の割合をいい、単一溶媒の場合は100体積%となる。なお、ここでは、複数の溶媒の体積の和は、混合する前の各溶媒の体積の和をいうものとする。   Here, the metal oxide precursor solution has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less, and more preferably, the viscosity at 20 ° C. is 20 cP or less. The vapor pressure at 20 ° C. is 0.5 hPa or less, and more preferably, the viscosity at 20 ° C. is 20 cP or less, thereby reducing striation and improving film formability. Here, the main solvent means a solvent constituting 50% by volume or more of the precursor solvent. Here, the volume% of the solvent refers to the ratio of the volume of the specific solvent to the sum of the volumes of the plurality of solvents to be mixed, and is 100 volume% in the case of a single solvent. Here, the sum of the volumes of the plurality of solvents refers to the sum of the volumes of the respective solvents before mixing.

(実験例)
次いで、本発明者が検討した具体的な金属酸化膜の形成例(実験例)について説明する。
(Experimental example)
Next, a specific metal oxide film formation example (experimental example) examined by the present inventors will be described.

金属酸化膜であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)の金属酸化物前駆体溶液Aの調製を次の通り行った。図3に、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)の金属酸化物前駆体溶液の調製フローを示す。   A metal oxide precursor solution A of PZT (lead zirconate titanate), which is a metal oxide film, was prepared as follows. FIG. 3 shows a preparation flow of a metal oxide precursor solution of PZT (lead zirconate titanate).

図3に示すように、溶媒として、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノールを準備する(ステップS1)。この2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノールは、低蒸気圧溶媒(20℃における蒸気圧が0.5hPa以下である溶媒)である。具体的には、134℃における蒸気圧が13hPaであり、その沸点は230℃である。   As shown in FIG. 3, 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol is prepared as a solvent (step S1). The 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol is a low vapor pressure solvent (a solvent having a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less). Specifically, the vapor pressure at 134 ° C. is 13 hPa, and the boiling point is 230 ° C.

次いで、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノールに金属酸化物(PZT)の材料化合物として、チタニウムテトライソプロポキシド(Ti化合物)を添加し、室温で15分間攪拌する(ステップS2)。   Next, titanium tetraisopropoxide (Ti compound) is added to 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol as a metal oxide (PZT) material compound and stirred at room temperature for 15 minutes (step S2).

次いで、ジエタノールアミンを添加し、室温で15分攪拌する(ステップS3)。このジエタノールアミンは、Tiの安定化剤として機能し、また、後述するPbおよびZrの溶解補助剤としても機能する。即ち、ジエタノールアミンのような極性の大きい溶媒を用いれば、金属錯体を安定化でき、また、極性のある(油に溶けにくい)材料化合物を溶解させることができる。   Next, diethanolamine is added and stirred at room temperature for 15 minutes (step S3). This diethanolamine functions as a stabilizer for Ti, and also functions as a solubilizing agent for Pb and Zr described later. That is, if a highly polar solvent such as diethanolamine is used, the metal complex can be stabilized, and a polar material compound (not easily soluble in oil) can be dissolved.

次いで、材料化合物として酢酸鉛三水和物(Pb化合物)およびジルコニウムアセチルアセトナート(Zr化合物)を添加し、80℃で20分間攪拌し、室温にて自然冷却する(ステップS4)。   Next, lead acetate trihydrate (Pb compound) and zirconium acetylacetonate (Zr compound) are added as material compounds, stirred at 80 ° C. for 20 minutes, and naturally cooled at room temperature (step S4).

次いで、クラック防止剤としてポリエチレングリコールを添加し、室温で10分間攪拌する(ステップ5)。   Next, polyethylene glycol is added as a crack preventing agent and stirred at room temperature for 10 minutes (step 5).

以上の工程により金属酸化物前駆体溶液Aを調製した。なお、比較例として、溶媒として、2−n−ブトキシエタノールを用い、他は図3に示すフローと同じ条件で調製した金属酸化物前駆体溶液Bも準備した。この2−n−ブトキシエタノールは、20℃における蒸気圧が0.8hPaの高蒸気圧溶媒であり、その沸点は171℃である。   A metal oxide precursor solution A was prepared by the above process. As a comparative example, a metal oxide precursor solution B prepared using 2-n-butoxyethanol as a solvent under the same conditions as in the flow shown in FIG. 3 was also prepared. This 2-n-butoxyethanol is a high vapor pressure solvent having a vapor pressure of 0.8 hPa at 20 ° C., and its boiling point is 171 ° C.

次いで、これらの金属酸化物前駆体溶液AおよびBを、直径6インチのシリコンウエハ(基板)上に、スピンコート法を用いて塗布し、160℃にて乾燥処理を施し、乾燥塗布膜を形成した。   Next, these metal oxide precursor solutions A and B are applied onto a silicon wafer (substrate) having a diameter of 6 inches by using a spin coat method, and dried at 160 ° C. to form a dry coating film. did.

金属酸化物前駆体溶液Aの処理において、スピンコートの回転速度を1460rpmとした場合の、金属酸化物前駆体溶液AおよびBの乾燥後のウエハの表面状態をそれぞれ図4および図5に示す。各図において、(A)はウエハの中心部における表面状態を示し、(B)は基板の外周部における表面状態を示す。また、(A)および(B)は、ウエハの表面写真の複写図であり、(C)および(D)は、(A)および(B)の写真(図)の表面状態を模写した図である。   In the treatment of the metal oxide precursor solution A, the surface states of the wafers after the metal oxide precursor solutions A and B are dried when the spin coating rotation speed is 1460 rpm are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. In each figure, (A) shows the surface state in the central portion of the wafer, and (B) shows the surface state in the outer peripheral portion of the substrate. Further, (A) and (B) are reproduction drawings of the surface photograph of the wafer, and (C) and (D) are drawings showing the surface state of the photographs (figure) of (A) and (B). is there.

図5に示すように、高蒸気圧溶媒である2−n−ブトキシエタノールを用いた場合には、ウエハの中心部において、斑点状の凸部が確認され(図5(A)、(C))、ウエハの外周部においては、縞状の凸部が確認された(図5(B)、(D))。即ち、ストライエーションの発生が確認された。   As shown in FIG. 5, when 2-n-butoxyethanol, which is a high vapor pressure solvent, is used, spot-like convex portions are confirmed at the center of the wafer (FIGS. 5A and 5C). In the outer peripheral portion of the wafer, striped convex portions were confirmed (FIGS. 5B and 5D). That is, the occurrence of striation was confirmed.

これに対し、低蒸気圧溶媒である2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノールを用いた場合には、図4に示すように、ウエハの中心部および外周部において、上記凸部は確認されなかった。即ち、ストライエーションの発生は確認されなかった。なお、図示は省略するが、金属酸化物前駆体溶液Aを1000rpmの回転速度でスピンコートし、同様に乾燥させた場合もストライエーションの発生は確認されなかった。   In contrast, when 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, which is a low vapor pressure solvent, is used, as shown in FIG. 4, the protrusions are confirmed at the center and the outer periphery of the wafer. There wasn't. That is, the occurrence of striation was not confirmed. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, generation | occurrence | production of striation was not confirmed also when spin-coating the metal oxide precursor solution A with the rotational speed of 1000 rpm, and drying similarly.

次いで、光干渉式膜厚測定装置を用いて各乾燥塗布膜(ウエハ)の各ポイント(P1〜P5)における膜厚を測定した。その結果を、図6に示す。   Then, the film thickness in each point (P1-P5) of each dry coating film (wafer) was measured using the optical interference type film thickness measuring apparatus. The result is shown in FIG.

図6に示すように、金属酸化物前駆体溶液Bの乾燥塗布膜においては、各ポイントにおいて最大17.2μm程度の高低差があることが確認された。高低差とは、図6の「山」および「谷」の欄の差をいう。これに対し、金属酸化物前駆体溶液Aの乾燥塗布膜においては、回転速度が1460rpmの場合も、1000rpmの場合も、上記高低差は確認されず、回転速度が1460rpmの場合は410μmの膜厚を、また、1000rpmの場合は、620μm程度の膜厚を確保することができた。   As shown in FIG. 6, in the dry coating film of the metal oxide precursor solution B, it was confirmed that there was a height difference of about 17.2 μm at the maximum at each point. The height difference refers to the difference between the “mountain” and “valley” columns in FIG. On the other hand, in the dry coating film of the metal oxide precursor solution A, the above height difference is not confirmed when the rotational speed is 1460 rpm or 1000 rpm, and when the rotational speed is 1460 rpm, the film thickness is 410 μm. In the case of 1000 rpm, a film thickness of about 620 μm could be secured.

このように、本実験例においては、低蒸気圧溶媒を用いることで、ストライエーションの低減された乾燥塗布膜を得ることができた。また、図6からも分かるように、低蒸気圧溶媒を用いることで、その揮発が制限される分、乾燥塗布膜の膜厚が減少する傾向にある。しかしながら、膜厚の減少に対しては、回転速度を低下させることで対応可能であることが分かった。   Thus, in this experimental example, a dry coating film with reduced striations could be obtained by using a low vapor pressure solvent. Further, as can be seen from FIG. 6, the use of the low vapor pressure solvent tends to reduce the film thickness of the dry coating film by the amount that volatilization is limited. However, it has been found that the reduction of the film thickness can be dealt with by reducing the rotation speed.

(具体的溶媒の検討1)
次いで、図7を参照しながら、溶媒として用いて好適な溶液を検討する。図7は、薬品名(溶液名)と、蒸気圧〔hPa〕、粘度〔cP〕および水に対する溶解性等の関係を示した図表である。なお、これらの薬品はその基本骨格から、エチレングリコール誘導体、ジエチレングリコール誘導体、プロパンジオール誘導体、ブタンジオール誘導体および飽和炭化水素アルコールに分類される。また、各薬品について、沸点〔℃〕および密度〔g/ml〕も併記してある。
(Examination of specific solvents 1)
Next, referring to FIG. 7, a solution suitable for use as a solvent is examined. FIG. 7 is a chart showing the relationship between chemical names (solution names), vapor pressure [hPa], viscosity [cP], solubility in water, and the like. These chemicals are classified according to their basic skeleton into ethylene glycol derivatives, diethylene glycol derivatives, propanediol derivatives, butanediol derivatives and saturated hydrocarbon alcohols. In addition, the boiling point [° C.] and density [g / ml] are also shown for each chemical.

図7に示す薬品のうち、20℃にける蒸気圧が0.5hPa以下のものが、溶媒として用いて好適である。かかる条件を満たす薬品の「蒸気圧」の欄に丸を付けてある。   Among the chemicals shown in FIG. 7, those having a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less are suitable for use as the solvent. The “Vapor Pressure” column for chemicals that satisfy this condition is circled.

蒸気圧の条件は、上記ストライエーション対策としては、必須のものであるが、この他、成膜性の向上には、その粘度も影響してくる。即ち、蒸気圧の条件をクリアしても、粘度が高すぎると、液滴を滴下し難くなり、また、スピンコートしても溶液が広がりにくい等、その成膜性が悪くなる。また、成膜性を良くするため、液滴の吐出方法やコートの方法を変えるなどの工夫が必要となる。   The vapor pressure condition is indispensable as a countermeasure against the above-mentioned striations, but the viscosity also affects the improvement of the film forming property. In other words, even if the vapor pressure condition is cleared, if the viscosity is too high, it is difficult to drop droplets, and the film formability is deteriorated such that the solution is difficult to spread even if spin coating is performed. In addition, in order to improve the film forming property, it is necessary to devise such as changing a droplet discharging method or a coating method.

従って、溶媒の20℃おける粘性が20cP以下であることが好ましい。図7に示す薬品のうち、蒸気圧の条件を満たし、さらに、20℃おける粘性が20cP以下のものが、溶媒として用いて好適である。図7に示す薬品のうち、20℃おける粘性が20cP以下である薬品の「粘性」の欄に丸を付けてある。   Accordingly, the viscosity of the solvent at 20 ° C. is preferably 20 cP or less. Among the chemicals shown in FIG. 7, those having a vapor pressure condition and having a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less are suitable for use as a solvent. Among the chemicals shown in FIG. 7, the “viscosity” column of chemicals having a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less is circled.

さらに、蒸気圧および粘性の条件に加え、その極性が高い方が、より好ましい。前述したように、金属酸化物の材料化合物によっては、溶解補助剤や安定化剤を必要とするものがある。これは、金属酸化物の材料化合物には、カルボン酸塩やβ−ジオナト錯体などの形態が多く、これらの化合物は、極性が小さい溶媒には溶け難い場合があるからである。また、溶解しても不安的で、その後沈殿(析出)してしまう場合があり、安定に溶液中に存在させる必要があるからである。このような溶解性や安定性は溶媒の極性と深く関係している。即ち、極性溶媒を溶解補助剤・安定化剤として用いることにより、容易に金属酸化物前駆体溶液を得ることが可能となる。一般的に極性溶媒は水との溶解性が大きく、溶解補助剤・安定化剤としてはカルボン酸のようなプロトン性溶媒や、アルカノールアミンやβ−ジケトンのようなキレート剤などを用いることができる。   Furthermore, it is more preferable that the polarity is higher in addition to the vapor pressure and viscosity conditions. As described above, some metal oxide material compounds require a solubilizer or stabilizer. This is because the metal oxide material compound has many forms such as a carboxylate and a β-dionato complex, and these compounds may be difficult to dissolve in a solvent having a small polarity. Moreover, even if it melt | dissolves, it is uneasy, and may precipitate (deposit) after that, and needs to exist in a solution stably. Such solubility and stability are closely related to the polarity of the solvent. That is, by using a polar solvent as a solubilizing agent / stabilizer, a metal oxide precursor solution can be easily obtained. In general, polar solvents are highly soluble in water, and as a solubilizer / stabilizer, protic solvents such as carboxylic acids and chelating agents such as alkanolamines and β-diketones can be used. .

従って、図7に示す薬品のうち、20℃にける蒸気圧が0.5hPa以下であり、かつ、20℃おける粘性が20cP以下である薬品のうち、20℃における水に対する溶解度が20体積%以上のものが、溶媒として用いて好適である。図7に示す薬品のうち、20℃おける水に対する溶解度が20体積%以上の薬品の「水に対する溶解度」の欄に丸を付けてある。   Therefore, among the chemicals shown in FIG. 7, among the chemicals having a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less and a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less, the solubility in water at 20 ° C. is 20% by volume or more. Are suitable for use as the solvent. Among the chemicals shown in FIG. 7, the column “Solubility in water” of chemicals whose solubility in water at 20 ° C. is 20% by volume or more is circled.

従って、「蒸気圧」「粘性」および「水に対する溶解度」の欄のすべてに丸がついた薬品を溶媒として用いて好適である。   Therefore, it is preferable to use a chemical having a circle in all of the columns of “vapor pressure”, “viscosity” and “solubility in water” as a solvent.

中でも、「蒸気圧」「粘性」および「水に対する溶解度」の数値や取り扱い安さ、汎用性等を考慮するとジエチレングリコール誘導体の中で、「蒸気圧」「粘性」および「水に対する溶解度」の欄のすべてに丸がついた薬品を溶媒として用いて好適である。特に、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールを用いて好適である。   In particular, considering the values of vapor pressure, viscosity, and solubility in water, ease of handling, and versatility, all of the columns for vapor pressure, viscosity, and solubility in water are included in diethylene glycol derivatives. It is preferable to use a chemical with a circle as a solvent. In particular, 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol is preferable.

上記「蒸気圧」「粘性」および「水に対する溶解度」の欄のすべてに丸がついた薬品、即ち、20℃にける蒸気圧が0.5hPa以下であり、かつ、20℃おける粘性が20cP以下であり、かつ、20℃における水に対する溶解度が20体積%以上の薬品は、単一の溶媒として使用可能である。もちろん、混合溶媒の主溶媒として用いることも可能である。   Chemicals in which all the columns of the above "vapor pressure", "viscosity" and "solubility in water" are circled, that is, the vapor pressure at 20 ° C is 0.5 hPa or less, and the viscosity at 20 ° C is 20 cP or less A chemical having a water solubility of 20% by volume or more at 20 ° C. can be used as a single solvent. Of course, it can also be used as the main solvent of the mixed solvent.

このように、上記条件を満たす溶媒を用いることで、金属酸化物前駆体溶媒自身の蒸気圧を低下させ、ストライエーションの発生を抑制することができる。また、最適な粘性を保持することができ塗布膜の成膜性を向上させることができる。また、極性を持たせることで、材料化合物(特に、金属カルボン酸塩やβ−ジオナト錯体など)の溶解度や溶解後の金属の安定性を向上させることができる。なお、材料化合物として金属アルコキシドを用いる場合には、20℃における水に対する溶解度が20体積%以下でもかまわない。ただし、水に対する溶解度が大きいほど経時変化(大気中の水分による劣化)が少なくなるため、溶解補助剤や安定化剤を添加しても何ら問題はない。   Thus, by using a solvent that satisfies the above conditions, the vapor pressure of the metal oxide precursor solvent itself can be reduced, and the occurrence of striation can be suppressed. In addition, the optimum viscosity can be maintained and the film formability of the coating film can be improved. Further, by imparting polarity, it is possible to improve the solubility of a material compound (particularly, a metal carboxylate or β-dionato complex) and the stability of the metal after dissolution. In addition, when using a metal alkoxide as a material compound, the solubility with respect to water in 20 degreeC may be 20 volume% or less. However, as the solubility in water increases, the change with time (deterioration due to moisture in the atmosphere) decreases, so there is no problem even if a solubilizing agent or stabilizer is added.

なお、必要に応じてクラック防止剤を添加する。このクラック防止剤には、ポリエチレングリコールなどの高分子材料があり、特に、0.5μm以上の膜厚の金属酸化膜を形成する場合には、その使用が好ましい。   In addition, a crack preventing agent is added as needed. This crack preventing agent includes a polymer material such as polyethylene glycol, and its use is preferable particularly when a metal oxide film having a thickness of 0.5 μm or more is formed.

(具体的溶媒の検討2)
上記検討においては、図7の「蒸気圧」「粘性」および「水に対する溶解度」の欄のすべてに丸がついた薬品、即ち、20℃にける蒸気圧が0.5hPa以下であり、かつ、20℃おける粘性が20cP以下であり、かつ、20℃における水に対する溶解度が20体積%以上の薬品を主溶媒として用いて好適である旨の説明をしたが、「粘性」および「水に対する溶解度」の条件を満たさない薬品についても、以下に示す方法で対応可能である。なお、ここでは、金属化合物を、a)金属アルコキシド、b)金属アルコキシド以外の金属化合物であるが、配位子交換によりアルコキシドが形成される場合、c)金属アルコキシド以外の金属化合物であり、配位子交換が起きない場合、に分類し、溶媒の選択および調製方法を説明する。図8〜図10は、金属酸化物前駆体溶液の溶媒の選択および調製方法を示すフロー図である。なお、このフロー図においては、主溶媒の20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であることが前提となっている。
(Consideration of specific solvent 2)
In the above examination, the chemicals in which all the columns of “vapor pressure”, “viscosity” and “solubility in water” in FIG. 7 are circled, that is, the vapor pressure at 20 ° C. is 0.5 hPa or less, and Although it has been explained that a chemical having a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less and a solubility in water at 20 ° C. of 20% by volume or more is suitable as a main solvent, “viscosity” and “solubility in water” It is possible to deal with chemicals that do not satisfy the above conditions by the following method. Here, the metal compound is a) a metal alkoxide, b) a metal compound other than the metal alkoxide, but c) a metal compound other than the metal alkoxide when the alkoxide is formed by ligand exchange. When the ligand exchange does not occur, it is classified as follows, and solvent selection and preparation methods are described. 8 to 10 are flowcharts showing a method for selecting and preparing a solvent for the metal oxide precursor solution. In this flowchart, it is assumed that the vapor pressure of the main solvent at 20 ° C. is 0.5 hPa or less.

図8に示すように、用いる金属化合物がすべて金属アルコキシドの場合は、次のフローに従う。即ち、主溶媒の20℃おける粘性が20cP以下かどうかを判断し、以下である場合(Yes)で、水に対する溶解度が20体積%以上である(水に対する溶解性の条件を満たす)場合は、副溶媒による調整は必要ない(言い換えれば、単一溶媒として使用可能である)。ただし、安定化剤を添加することで金属酸化物前駆体溶液の安定性をさらに向上させることができるのは前述の通りであるため、安定化剤を添加しても何ら問題はない。なお、調整された金属酸化物前駆体溶液自身の20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、かつ、20℃おける粘性が20cP以下である場合がより好ましいことは前述した通りである。   As shown in FIG. 8, when all the metal compounds used are metal alkoxides, the following flow is followed. That is, it is determined whether or not the viscosity of the main solvent at 20 ° C. is 20 cP or less. If the viscosity is below (Yes), the solubility in water is 20% by volume or more (satisfying the solubility in water), No adjustment with a secondary solvent is necessary (in other words, it can be used as a single solvent). However, since the stability of the metal oxide precursor solution can be further improved by adding a stabilizer as described above, there is no problem even if a stabilizer is added. As described above, the adjusted metal oxide precursor solution itself has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less and a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less.

ここで、粘性が20cP以下でない場合(No)は、副溶媒を用いて粘度を20cP(20℃)以下となるよう調整する。この場合、主溶媒は、副溶媒より粘度が高いといえる。   Here, when the viscosity is not 20 cP or less (No), the viscosity is adjusted to 20 cP (20 ° C.) or less using a secondary solvent. In this case, it can be said that the main solvent has a higher viscosity than the sub-solvent.

水に対する溶解度が20体積%以上(より好ましくは、自由に混合もしくは易溶)である場合(Yes)は、粘度の条件を満たせば副溶媒による調整は必要ない(言い換えれば、単一溶媒として使用可能である)。水に対する溶解度が20体積%以上でない場合(No)は、他の水に対する溶解度が20体積%以上である溶媒(溶解補助剤、安定化剤)、即ち、副溶媒を用いて調整する。この場合、主溶媒は、副溶媒より極性が低いといえる。   When the solubility in water is 20% by volume or more (more preferably, freely mixed or easily soluble) (Yes), adjustment with a secondary solvent is not necessary if the viscosity condition is satisfied (in other words, used as a single solvent) Is possible). When the solubility in water is not 20% by volume or more (No), adjustment is made using a solvent (dissolution aid, stabilizer) having a solubility in other water of 20% by volume or more, that is, a secondary solvent. In this case, it can be said that the main solvent is less polar than the sub-solvent.

図9に示すように、用いる金属化合物が金属アルコキシド以外の金属化合物を含み、そのすべてが配位子交換により金属化合物がすべて金属アルコキシドになる場合は、次のフローに従う。即ち、主溶媒の20℃おける粘性が20cP以下かどうかを判断し、以下である場合(Yes)で、水に対する溶解度が20体積%以上である(水に対する溶解性の条件を満たす)場合は、副溶媒による調整は必要ない(言い換えれば、単一溶媒として使用可能である)。ただし、安定化剤を添加することで金属酸化物前駆体溶液の安定性をさらに向上させることができるのは前述の通りであるため、安定化剤を添加しても何ら問題はない。なお、調整された金属酸化物前駆体溶液自身の20℃にける蒸気圧が0.5hPa以下であり、かつ、20℃おける粘性が20cP以下である場合がより好ましいことは前述した通りである。   As shown in FIG. 9, when the metal compound to be used contains a metal compound other than the metal alkoxide and all of the metal compound becomes a metal alkoxide by ligand exchange, the following flow is followed. That is, it is determined whether or not the viscosity of the main solvent at 20 ° C. is 20 cP or less. If the viscosity is below (Yes), the solubility in water is 20% by volume or more (the condition for solubility in water is satisfied), No adjustment with a secondary solvent is necessary (in other words, it can be used as a single solvent). However, since the stability of the metal oxide precursor solution can be further improved by adding a stabilizer as described above, there is no problem even if a stabilizer is added. As described above, it is more preferable that the adjusted metal oxide precursor solution itself has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less and a viscosity at 20 ° C. of 20 cP or less.

ここで、粘性が20cP以下でない場合(No)は、副溶媒を用いて粘度を20cP(20℃)以下となるよう調整する。この場合、主溶媒は、副溶媒より粘度が高いといえる。   Here, when the viscosity is not 20 cP or less (No), the viscosity is adjusted to 20 cP (20 ° C.) or less using a secondary solvent. In this case, it can be said that the main solvent has a higher viscosity than the sub-solvent.

水に対する溶解度が20体積%以上(より好ましくは、自由に混合もしくは易溶)である場合(Yes)は、粘度の条件を満たせば副溶媒による調整は必要ない(言い換えれば、単一溶媒として使用可能である)。ただし、安定化剤を添加することで金属酸化物前駆体溶液の安定性をさらに向上させることができるのは前述の通りであるため、安定化剤を添加しても何ら問題はない。水に対する溶解度が20体積%以上でない場合(No)は、他の水に対する溶解度が20体積%以上である溶媒(溶解補助剤、安定化剤)、即ち、副溶媒を用いて調整する。この場合、主溶媒は、副溶媒より極性が低いといえる。   When the solubility in water is 20% by volume or more (more preferably, freely mixed or easily soluble) (Yes), adjustment with a secondary solvent is not necessary if the viscosity condition is satisfied (in other words, used as a single solvent) Is possible). However, since the stability of the metal oxide precursor solution can be further improved by adding a stabilizer as described above, there is no problem even if a stabilizer is added. When the solubility in water is not 20% by volume or more (No), adjustment is made using a solvent (dissolution aid, stabilizer) having a solubility in other water of 20% by volume or more, that is, a secondary solvent. In this case, it can be said that the main solvent is less polar than the sub-solvent.

図10に示すように、用いる金属化合物が金属アルコキシド以外の金属化合物を含み、配位子交換が起きない場合は、次のフローに従う。即ち、主溶媒の20℃おける粘性が20cP以下かどうかを判断し、以下である場合(Yes)、溶解補助剤として、他の水に対する溶解度が20体積%以上である溶媒、即ち、副溶媒を用いて調整する。また、粘性が20cP以下でない場合(No)は、副溶媒を用いて粘度を20cP(20℃)以下となるよう調整するとともに、溶解補助剤として、他の水に対する溶解度が20体積%以上である溶媒、即ち、他の副溶媒を用いて調整する。   As shown in FIG. 10, when the metal compound to be used contains a metal compound other than the metal alkoxide and ligand exchange does not occur, the following flow is followed. That is, it is determined whether or not the viscosity of the main solvent at 20 ° C. is 20 cP or less. If the viscosity is below (Yes), a solvent having a solubility in other water of 20% by volume or more as a solubilizer, that is, a secondary solvent is used. Use to adjust. Moreover, when viscosity is not 20 cP or less (No), while adjusting a viscosity to become 20 cP (20 degreeC) or less using a subsolvent, the solubility with respect to other water is 20 volume% or more as a solubilizing agent. Prepare with solvent, ie other sub-solvents.

水に対する溶解度が20体積%以上(より好ましくは、自由に混合もしくは易溶)である場合(Yes)は、溶解補助剤として、他の水に対する溶解度が20体積%以上である溶媒、即ち、副溶媒を用いて調整する。また、20体積%以上でない場合(No)は、他の水に対する溶解度が20体積%以上である溶媒(溶解補助剤、安定化剤)、即ち、副溶媒を用いて調整する。   When the solubility in water is 20% by volume or more (more preferably, freely mixed or easily soluble) (Yes), as a solubilizer, other solvents having a solubility in water of 20% by volume or more, Adjust with solvent. Moreover, when it is not 20 volume% or more (No), it adjusts using the solvent (dissolution auxiliary agent, stabilizer), ie, a subsolvent whose solubility with respect to other water is 20 volume% or more.

このように、主溶媒が上記3つの条件のうち、「粘性」および「水に対する溶解度」に対する条件を満たさなくても、副溶媒を適宜選択し、調整することで、良好な金属酸化物前駆体溶液を調製することができる。ここで、副溶媒とは、上記溶媒の50体積%以下を構成する溶媒をいい、一種であるか否かを問わない。   Thus, even if the main solvent does not satisfy the conditions for “viscosity” and “solubility in water” among the above three conditions, a suitable metal oxide precursor can be obtained by appropriately selecting and adjusting the sub-solvent. A solution can be prepared. Here, the sub-solvent refers to a solvent that constitutes 50% by volume or less of the solvent, and it does not matter whether it is a kind or not.

なお、上記実施の形態の実験例においては、PZTを例に説明したが、他の金属酸化物前駆体溶液にも広く適用可能である。   In the experimental example of the above embodiment, PZT has been described as an example, but the present invention can be widely applied to other metal oxide precursor solutions.

また、金属酸化膜の成膜方法には、ゾルゲル法、有機金属分解(MOD)法などがあるが、金属酸化物前駆体溶液を用いる金属酸化膜の形成に広く適用可能である。   In addition, as a method for forming a metal oxide film, there are a sol-gel method, an organometallic decomposition (MOD) method, and the like, which are widely applicable to the formation of a metal oxide film using a metal oxide precursor solution.

上記金属酸化物前駆体溶液を用いて形成された金属酸化膜は、強誘電体膜として強誘電体メモリなどに用いられる。また、圧電体膜として圧電素子等に用いられる。従って、本実施の形態の金属酸化物前駆体溶液は、金属酸化膜を有する素子(半導体素子)の製造方法に広く適用可能であり、また、かかる素子を有する電子機器の製造方法に広く適用可能である。   The metal oxide film formed using the metal oxide precursor solution is used as a ferroelectric film in a ferroelectric memory or the like. Moreover, it is used for a piezoelectric element etc. as a piezoelectric film. Therefore, the metal oxide precursor solution of this embodiment can be widely applied to a method for manufacturing an element (semiconductor element) having a metal oxide film, and can be widely applied to a method for manufacturing an electronic device having such an element. It is.

本実施の形態の金属酸化膜の形成工程を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the formation process of the metal oxide film of this Embodiment. ストライエーションを示す平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing which show striations. PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)の金属酸化物前駆体溶液の調製フローを示す図である。It is a figure which shows the preparation flow of the metal oxide precursor solution of PZT (lead zirconate titanate). 金属酸化物前駆体溶液Aの乾燥後のウエハの表面状態を示す図である。It is a figure which shows the surface state of the wafer after drying of the metal oxide precursor solution A. 金属酸化物前駆体溶液Bの乾燥後のウエハの表面状態を示す図である。It is a figure which shows the surface state of the wafer after drying of the metal oxide precursor solution B. 各乾燥塗布膜の各ポイント(P1〜P5)における膜厚を示す図表である。It is a graph which shows the film thickness in each point (P1-P5) of each dry coating film. 薬品名(溶液名)と、蒸気圧〔hPa〕、粘度〔cP〕および水に対する溶解性等の関係を示した図表である。It is a chart showing the relationship between chemical name (solution name), vapor pressure [hPa], viscosity [cP], solubility in water, and the like. 金属酸化物前駆体溶液の溶媒の選択および調製方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the selection of the solvent of a metal oxide precursor solution, and a preparation method. 金属酸化物前駆体溶液の溶媒の選択および調製方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the selection of the solvent of a metal oxide precursor solution, and a preparation method. 金属酸化物前駆体溶液の溶媒の選択および調製方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the selection of the solvent of a metal oxide precursor solution, and a preparation method.

符号の説明Explanation of symbols

1…基板、3…金属酸化物前駆体溶液、3a…金属酸化膜、51…凸部、53a…金属酸化膜、S1〜S5…ステップ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 3 ... Metal oxide precursor solution, 3a ... Metal oxide film, 51 ... Convex part, 53a ... Metal oxide film, S1-S5 ... Step

Claims (15)

金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、
20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液。
A metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent,
A metal oxide precursor solution having a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less.
金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、
前記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液。
A metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent,
The main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less.
前記溶媒は、単一溶媒であり、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールよりなることを特徴とする請求項1又は2記載の金属酸化物前駆体溶液。   The solvent is a single solvent and is composed of 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol. The metal oxide precursor solution according to claim 1 or 2. 前記溶媒は、混合溶媒であり、2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールよりなる溶媒が、前記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒であることを特徴とする請求項1又は2記載の金属酸化物前駆体溶液。   The solvent is a mixed solvent, and a solvent comprising 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol is the solvent. 3. The metal oxide precursor solution according to claim 1, wherein the metal oxide precursor solution is a main solvent constituting 50% by volume or more. 前記溶媒は、20℃における粘性が20cP以下であることを特徴とする請求項1又は2記載の金属酸化物前駆体溶液。   The metal oxide precursor solution according to claim 1 or 2, wherein the solvent has a viscosity at 20 ° C of 20 cP or less. 金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、
前記溶媒は、混合溶媒であり、前記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒と、前記溶媒の50体積%以下を構成する副溶媒よりなり、
前記主溶媒は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、
前記副溶媒は、前記主溶媒より20℃における粘性が低い溶媒であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液。
A metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent,
The solvent is a mixed solvent, and consists of a main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent and a sub-solvent constituting 50% by volume or less of the solvent,
The main solvent has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less,
The sub-solvent is a solvent having a lower viscosity at 20 ° C. than the main solvent.
金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、
前記溶媒は、混合溶媒であり、前記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒と、前記溶媒の50体積%以下を構成する副溶媒よりなり、
前記主溶媒は、20℃における蒸気圧が0.5hPa以下であり、
前記副溶媒は、前記主溶媒より極性が大きい溶媒であることを特徴とする金属酸化物前駆体溶液。
A metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent,
The solvent is a mixed solvent, and consists of a main solvent constituting 50% by volume or more of the solvent and a sub-solvent constituting 50% by volume or less of the solvent,
The main solvent has a vapor pressure at 20 ° C. of 0.5 hPa or less,
The metal oxide precursor solution, wherein the sub-solvent is a solvent having a polarity greater than that of the main solvent.
前記溶媒は、クラック防止剤を含むことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか一項に記載の金属酸化物前駆体溶液。   The metal oxide precursor solution according to claim 1, wherein the solvent contains a crack preventing agent. 金属酸化物の材料化合物および溶媒を有する金属酸化物前駆体溶液であって、前記溶媒の50体積%以上を構成する主溶媒として2−(2−n−ブトキシエトキシ)エタノール、2−(2−n−エトキシエトキシ)エタノールもしくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノールを含有することを特徴とする金属酸化物前駆体溶液。   A metal oxide precursor solution having a metal oxide material compound and a solvent, wherein 2- (2-n-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2- A metal oxide precursor solution containing n-ethoxyethoxy) ethanol or 2- (2-methoxyethoxy) ethanol. 前記溶媒は、さらに、前記主溶媒より極性が大きい溶媒を副溶媒として含有することを特徴とする請求項9記載の金属酸化物前駆体溶液。   The metal oxide precursor solution according to claim 9, wherein the solvent further contains a solvent having a polarity greater than that of the main solvent as a sub-solvent. 前記溶媒は、さらに、クラック防止剤を含有することを特徴とする請求項9又は10記載の金属酸化物前駆体溶液。   The metal oxide precursor solution according to claim 9 or 10, wherein the solvent further contains a crack preventing agent. 前記金属酸化物の材料化合物は、金属アルコキシド、金属カルボン酸塩もしくは金属βジオナト錯体であることを特徴とする請求項1〜11のうちいずれか一項記載の金属酸化物前駆体溶液。   The metal oxide precursor solution according to any one of claims 1 to 11, wherein the material compound of the metal oxide is a metal alkoxide, a metal carboxylate, or a metal β diato complex. 金属酸化物前駆体溶液を用いた金属酸化膜の形成方法であって、請求項1〜12のいずれか一項に記載の金属酸化物前駆体溶液を塗布した後、乾燥および焼成してなる金属酸化膜の形成方法。   A method of forming a metal oxide film using a metal oxide precursor solution, wherein the metal is formed by applying and drying and firing the metal oxide precursor solution according to any one of claims 1 to 12. A method for forming an oxide film. 金属酸化物を有する半導体装置の製造方法であって、請求項13記載の金属酸化膜の形成方法を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A method for manufacturing a semiconductor device having a metal oxide, comprising the method for forming a metal oxide film according to claim 13. 半導体装置を有する電子機器の製造方法であって、請求項14記載の半導体装置の製造方法を有することを特徴とする電子機器の製造方法。

15. A method of manufacturing an electronic device having a semiconductor device, comprising the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14.

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