JP2783158B2 - Manufacturing method of oxide thin film - Google Patents

Manufacturing method of oxide thin film

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JP2783158B2 JP13485194A JP13485194A JP2783158B2 JP 2783158 B2 JP2783158 B2 JP 2783158B2 JP 13485194 A JP13485194 A JP 13485194A JP 13485194 A JP13485194 A JP 13485194A JP 2783158 B2 JP2783158 B2 JP 2783158B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、有機金属化合物を用い
て基板上に形成された、薄膜コンデンサーおよびキャパ
シター、圧電体、焦電体等に利用可能な酸化物薄膜の製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a thin film capacitor and an oxide thin film formed on a substrate using an organometallic compound and usable for a capacitor, a piezoelectric material, a pyroelectric material and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、酸化物薄膜の製造方法としては、
スパッタリング法や真空蒸着法等のドライプロセスでの
成膜や、ゾルゲル法等のウエットプロセスでの成膜が行
われている。しかし、ドライプロセスでの成膜の場合、
これらの装置は非常に高価な上、元素ごとに蒸気圧が異
なるため、化学的量論性に優れた薄膜を安定して製造す
ることができない、結晶性が悪くなってしまう、生産性
が低くコストが高いという欠点があり、実用化には程遠
い状態にある。一方、有機金属化合物を用いたゾルゲル
法は、精密な化学組成制御、分子レベルの均一性、プロ
セスの低温化、大面積化、低設備コスト等の面で利点が
あり、各方面で研究が行われている。例えば、特公昭6
2−27482号公報には、有機金属化合物を含有する
溶液をガラス基板上に塗布し、常温の空気中で30分
間、更に110℃の恒温槽中で30分間乾燥して加水分
解を終了させた後、電気炉中において強制的に水蒸気を
送入しながら550〜800℃の温度で焼成して酸化物
薄膜を製造する方法が提案されている。しかしながら、
この方法で例示されているプロセスでは、塗布前に加水
分解を行わないために薄膜の結晶化には高温を要すると
いう問題がある。また、特開平4−19911号公報に
は、鉛、ランタン、チタン、ジルコニウムの金属有機化
合物を有機溶媒に溶解した後、安定化剤および所定量の
水を加えた溶液を用いて、チタン酸鉛(PT)、チタン
酸ジルコン酸鉛(PZT)、第3成分添加PZT、ラン
タン添加チタン酸ジルコン酸鉛(PLZT)の強誘電体
薄膜を形成する方法が提案されている。しかしながら、
この方法により作製した薄膜は、金属原子1モル当た
り、0.1〜1.5モルの水のみによる加水分解を利用
するために、やはり薄膜の結晶化には高温を要する問題
がある。また、Mat.Res.Soc.Symp.P
roc.,Vol.1,200,p173〜178に
は、アルコキシドをベースとして溶液に水および酸また
はアルカリを加えて部分加水分解し、それをSi基体上
に塗布し、加熱処理してPb含有複合酸化物薄膜を作製
することが記載されている。しかしながら、そこに具体
的に記載されている条件では、結晶化に高温を要すると
いう問題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of manufacturing an oxide thin film,
A film is formed by a dry process such as a sputtering method or a vacuum evaporation method, and a film is formed by a wet process such as a sol-gel method. However, in the case of film formation by a dry process,
These devices are very expensive and have different vapor pressures for each element, making it impossible to stably produce thin films with excellent stoichiometry, poor crystallinity, and low productivity. It has the disadvantage of high cost and is far from practical. On the other hand, the sol-gel method using organometallic compounds has advantages in terms of precise chemical composition control, uniformity at the molecular level, low temperature of the process, large area, low equipment cost, etc., and research is being conducted in various fields. Have been done. For example,
In Japanese Patent Application Publication No. 2-27482, a solution containing an organometallic compound was applied on a glass substrate and dried in air at room temperature for 30 minutes and further dried in a thermostat at 110 ° C. for 30 minutes to terminate the hydrolysis. Thereafter, a method of producing an oxide thin film by firing at a temperature of 550 to 800 ° C. while forcibly supplying steam in an electric furnace has been proposed. However,
The process exemplified in this method has a problem that a high temperature is required for crystallization of a thin film because hydrolysis is not performed before coating. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-19911 discloses a method in which a metal-organic compound of lead, lanthanum, titanium, and zirconium is dissolved in an organic solvent, and then a stabilizer and a predetermined amount of water are added thereto to form a lead titanate. A method for forming a ferroelectric thin film of (PT), lead zirconate titanate (PZT), PZT with a third component added, and lead zirconate titanate with a lanthanum (PLZT) has been proposed. However,
Since the thin film produced by this method utilizes hydrolysis with only 0.1 to 1.5 mol of water per mol of metal atom, there is still a problem that crystallization of the thin film requires a high temperature. Also, Mat. Res. Soc. Symp. P
rc. , Vol. 1,200, pp. 173 to 178, based on an alkoxide, partially hydrolyze a solution by adding water and an acid or an alkali, apply it to a Si substrate, and heat-treat to prepare a Pb-containing composite oxide thin film Is described. However, there is a problem that crystallization requires a high temperature under the conditions specifically described therein.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来提案されている上
記の酸化物の多くは、強誘電体薄膜として利用すること
ができ、そして、強誘電体薄膜は強誘電体のもつ強誘電
性、圧電性、焦電性、電気光学効果等の多くの性質によ
りエレクトロニクスの多くの分野で用いられ、また近年
ではDRAM(Dynamic RAM )のメモリセルへの適用が
集積化の急速な展開とともに注目を集めているので、そ
の製造方法の改善が求められている。本発明は、以上の
ような実情に鑑みてなされたものである。すなわち、本
発明の目的は、有機金属化合物を用いて基板上に薄膜キ
ャパシター、圧電体、焦電体等に利用可能な、均一で化
学的量論性に優れた酸化物薄膜を低温で安定して製造す
る方法を提供することにある。
Many of the above-mentioned oxides that have been conventionally proposed can be used as a ferroelectric thin film, and the ferroelectric thin film is composed of a ferroelectric material and a piezoelectric material. It is used in many fields of electronics due to its many properties, such as electrical properties, pyroelectricity, and electro-optic effect. In recent years, application of DRAM (Dynamic RAM) to memory cells has attracted attention with the rapid development of integration. Therefore, improvement of the manufacturing method is required. The present invention has been made in view of the above situation. That is, an object of the present invention is to stabilize a uniform and highly stoichiometric oxide thin film which can be used for a thin film capacitor, a piezoelectric substance, a pyroelectric substance, etc. on a substrate using an organometallic compound at a low temperature. And to provide a method for manufacturing.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、検討の結
果、複合金属アルコキシド化合物の有機溶媒溶液を、特
定量の水および無機触媒または酢酸を添加して加熱する
ことにより予め加水分解した後、基板上に塗布して薄膜
を形成し、次いで熱処理すると、均一で化学量論性に優
れた酸化物薄膜を低温で作製できることを見いだし、本
発明を完成するに至った。すなわち本発明は、一般式:
ABO3 (AはIA族、IIA族、III A族、IVB族およ
びVB族から選択された元素、BはIVA族およびVA族
から選択された元素)で示される酸化物薄膜の製造方法
において、元素:AおよびBを含む複合金属アルコキシ
ド化合物の有機溶媒溶液に、該複合金属アルコキシド化
合物と水のモル比が1:0.5ないし1:3となる量の
水、および該複合金属アルコキシド化合物と無機触媒ま
たは酢酸のモル比が1:0.15ないし1:0.5とな
る量の無機触媒または酢酸を加え、加水分解した後、基
板上に塗布して薄膜を形成し、次いで熱処理することを
特徴とする。
As a result of the study, the present inventors have found that an organic solvent solution of a complex metal alkoxide compound was hydrolyzed in advance by adding a specific amount of water and an inorganic catalyst or acetic acid and heating. Thereafter, when the thin film is formed by coating on a substrate and then heat-treated, it has been found that a uniform and excellent stoichiometric oxide thin film can be formed at a low temperature, and the present invention has been completed. That is, the present invention provides a compound represented by the general formula:
In a method for producing an oxide thin film represented by ABO 3 (A is an element selected from IA, IIA, IIIA, IVB and VB, and B is an element selected from IVA and VA), Elemental: In a solution of a complex metal alkoxide compound containing A and B in an organic solvent, water is used in an amount such that the molar ratio of the complex metal alkoxide compound and water is 1: 0.5 to 1: 3, and the complex metal alkoxide compound is Adding an inorganic catalyst or acetic acid in an amount such that the molar ratio of the inorganic catalyst or acetic acid is 1: 0.15 to 1: 0.5, hydrolyzing, applying the resultant on a substrate to form a thin film, and then performing heat treatment. It is characterized by.

【0005】以下本発明を詳細に説明する。本発明にお
いて、一般式:ABO3 で示される酸化物において、A
は周期律表IA族、IIA族、III A族、IVB族およびV
B族から選択された元素を表すが、具体的には、Li、
K、Mg、Sr、Ba、La、PbおよびBiがあげら
れ、また、Bは周期律表IVA族およびVA族から選択さ
れた元素を表すが、具体的には、Ti、Zr、Nbおよ
びTaがあげられる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the present invention, in the oxide represented by the general formula: ABO 3 ,
Are groups IA, IIA, IIIA, IVB and V
Represents an element selected from Group B, specifically, Li,
K, Mg, Sr, Ba, La, Pb and Bi; and B represents an element selected from Group IVA and Group VA of the periodic table. Specifically, Ti, Zr, Nb and Ta Is raised.

【0006】また、AおよびBを含む複合金属アルコキ
シド化合物の有機配位子は、式:R1 O−またはR2
3 O−(式中、R1 およびR2 は、脂肪族炭化水素基
を表し、R3 は、エーテル結合を有してもよい2価の脂
肪族炭化水素基を表す。)より選ばれるのが好ましい。
特に、R2 OR3 O−において、R2 が炭素数1〜4の
脂肪族炭化水素基を表し、R3 が炭素数2〜4の脂肪族
炭化水素基を表わすものが、膜の緻密性の点から好まし
い。有機配位子の具体例としては、R1 O−として、C
2 5 O−、C3 7 O−、C4 9 O−等が、また、
2 OR3 O−としては、CH3 OC2 4 O−、C2
5 OC2 4 O−、C3 7 OC2 4 O−、C4
9 OC2 4 O−、C2 5 OC2 4 OC2 4 O−
等があげられる。
The organic ligand of the composite metal alkoxide compound containing A and B has the formula: R 1 O— or R 2 O
R 3 O— (wherein, R 1 and R 2 represent an aliphatic hydrocarbon group, and R 3 represents a divalent aliphatic hydrocarbon group which may have an ether bond). Is preferred.
In particular, in R 2 OR 3 O—, R 2 represents an aliphatic hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 represents an aliphatic hydrocarbon group having 2 to 4 carbon atoms. It is preferable from the viewpoint of. As a specific example of the organic ligand, R 1 O—
2 H 5 O-, C 3 H 7 O-, C 4 H 9 O- etc., also,
As R 2 OR 3 O—, CH 3 OC 2 H 4 O—, C 2
H 5 OC 2 H 4 O-, C 3 H 7 OC 2 H 4 O-, C 4 H
9 OC 2 H 4 O-, C 2 H 5 OC 2 H 4 OC 2 H 4 O-
And the like.

【0007】本発明において、複合金属アルコキシド化
合物は、Aを含む金属アルコキシド化合物およびBを含
む金属アルコキシド化合物を所定の組成にて、一般式:
1OHまたはR2 OR3 OH(式中、R1 およびR2
は、脂肪族炭化水素基を表し、R3 は、エーテル結合を
有してもよい2価の脂肪族炭化水素基を表す。)で示さ
れる有機溶剤中で、蒸留および還流することによって合
成することができる。
In the present invention, the composite metal alkoxide compound is obtained by mixing a metal alkoxide compound containing A and a metal alkoxide compound containing B with a predetermined composition by a general formula:
R 1 OH or R 2 OR 3 OH (wherein R 1 and R 2
Represents an aliphatic hydrocarbon group, and R 3 represents a divalent aliphatic hydrocarbon group which may have an ether bond. Can be synthesized by distillation and reflux in an organic solvent represented by the formula (1).

【0008】上記一般式で示される有機溶剤において、
1 およびR2 の脂肪族炭化水素基としては、炭素数1
〜4のアルキル基が好ましく、R3 としては、炭素数2
〜4のアルキレン基、炭素数2〜4のアルキレン基がエ
ーテル結合によって結合している全炭素数4〜8の2価
の基が好ましい。有機溶剤の具体例としては、例えば、
メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等
のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテ
ル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレン
グリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコール
モノブチルエーテル等のエチレングリコールのモノアル
キルエーテル類、ジエチレングリコールモノメチルエー
テル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエ
チレングリコールモノプロピルエーテル等のジエチレン
グリコールのモノアルキルエーテル類、1,2−プロピ
レングリコールモノメチルエーテル等の1,2−プロピ
レングリコールモノアルキルエーテル類、1,3−プロ
ピレングリコールモノメチルエーテル、1,3−プロピ
レングリコールモノエチルエーテル、1,3−プロピレ
ングリコールモノプロピルエーテル等の1,3−プロピ
レングリコールのモノアルキルエーテル類等があげられ
るが、これらに限定されるものではない。また、これら
のものは単独で、または2種以上併用してもよい。
In the organic solvent represented by the above general formula,
The aliphatic hydrocarbon group for R 1 and R 2 has 1 carbon atom.
Preferably an alkyl group having to 4, the R 3, carbon atoms 2
A divalent group having 4 to 8 carbon atoms in which an alkylene group having 4 to 4 carbon atoms and an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms are bonded by an ether bond is preferable. Specific examples of the organic solvent, for example,
Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, etc., monoalkyl ethers of ethylene glycol such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl Monoalkyl ethers of diethylene glycol such as ether and diethylene glycol monopropyl ether; 1,2-propylene glycol monoalkyl ethers such as 1,2-propylene glycol monomethyl ether; 1,3-propylene glycol monomethyl ether; and 1,3-propylene Glycol monoethyl ether, 1,3-propylene glycol mono Monoalkyl ethers of 1,3-propylene glycol Ropirueteru the like, but not limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more.

【0009】上記の方法によって合成される複合金属ア
ルコキシド化合物は、有機溶媒に溶解した状態で得られ
るが、さらに有機溶剤を添加してもよい。また、使用す
る金属アルコキシド化合物と有機溶剤との種類によっ
て、形成される複合金属アルコキシド化合物の有機配位
子である式:R1 O−またはR2 OR3 O−の基と、複
合金属アルコキシドを溶解する有機溶媒における基:R
1 O−またはR2 OR3O−とが、同一のものになる場
合、およびエステル交換反応の結果、異なるものになる
場合が生じるが、いずれの場合であってもよい。ただ
し、有機配位子のR3 の炭素数が4以上の場合には、有
機溶媒のR3 は、有機配位子のものとは異なる方が塗布
上好ましい。また、複合金属アルコキシド化合物の有機
溶媒溶液における濃度は、0.01〜10M、望ましく
は0.05〜2.0Mの範囲が好ましい。
The composite metal alkoxide compound synthesized by the above method is obtained in a state of being dissolved in an organic solvent, but an organic solvent may be further added. Further, depending on the type of the metal alkoxide compound and the organic solvent to be used, a group represented by the formula: R 1 O— or R 2 OR 3 O—, which is an organic ligand of the formed composite metal alkoxide compound, is combined with the composite metal alkoxide. A group in a dissolving organic solvent: R
In some cases, 1 O— or R 2 OR 3 O— may be the same, and as a result of transesterification, they may be different from each other. However, when the carbon number of R 3 of the organic ligand is 4 or more, it is preferable that R 3 of the organic solvent is different from that of the organic ligand in terms of application. The concentration of the composite metal alkoxide compound in the organic solvent solution is preferably in the range of 0.01 to 10M, and more preferably 0.05 to 2.0M.

【0010】上記のようにして得られた複合金属アルコ
キシド化合物の有機溶媒溶液は、水および無機触媒また
は酢酸を添加して加水分解を行った後、得られた部分加
水分解溶液を基板上に塗布して薄膜を形成する。本発明
においては、この加水分解を行う際に、AおよびBを含
む複合金属アルコキシドと水のモル比が、1:0.5〜
1:3となるような水、およびAまたはBの複合金属ア
ルコキシドと無機触媒または酢酸のモル比が、1:0.
15〜1:0.5となるような無機触媒または酢酸を加
え(図1の範囲(2))、50℃〜150℃の温度にて
加水分解反応を行うことが必要である。このような条件
で加水分解反応を行う場合には、薄膜の結晶化温度が低
く、かつ塗布溶液のゲル化が起こらない。これに対し
て、水の量が上記の範囲よりも少ない従来の場合(図1
の範囲(1))には、加水分解反応が進みにくく、結晶
化温度が高く、また水の量が多すぎる場合(図1の範囲
(3))には、反応の途中でゲル化または沈殿物が生じ
る。また無機触媒または酢酸の量が少なすぎる場合(図
1の範囲(1))には、加水分解反応が進みにくく、ま
た多すぎる場合には、加水分解反応が急激に進みゲル化
が生じる。無機触媒としては、アンモニア、硝酸、塩酸
が用いられる。これらの中でも、特に、緻密な薄膜を得
るためにはアンモニアを使用するのが有効である。
[0010] The organic solvent solution of the composite metal alkoxide compound obtained as described above is hydrolyzed by adding water and an inorganic catalyst or acetic acid, and then the obtained partially hydrolyzed solution is coated on a substrate. To form a thin film. In the present invention, when performing this hydrolysis, the molar ratio of the composite metal alkoxide containing A and B to water is from 1: 0.5 to
The molar ratio of water and the composite metal alkoxide of A or B to the inorganic catalyst or acetic acid is 1: 3.
It is necessary to add an inorganic catalyst or acetic acid so that the ratio becomes 15 to 1: 0.5 (range (2) in FIG. 1), and carry out the hydrolysis reaction at a temperature of 50 ° C. to 150 ° C. When the hydrolysis reaction is performed under such conditions, the crystallization temperature of the thin film is low, and the coating solution does not gel. On the other hand, the conventional case where the amount of water is smaller than the above range (FIG. 1)
In the range (1)), the hydrolysis reaction does not easily proceed, the crystallization temperature is high, and when the amount of water is too large (range (3) in FIG. 1), gelation or precipitation occurs during the reaction. Things happen. When the amount of the inorganic catalyst or acetic acid is too small (range (1) in FIG. 1), the hydrolysis reaction does not easily proceed, and when it is too large, the hydrolysis reaction proceeds rapidly and gelation occurs. As the inorganic catalyst, ammonia, nitric acid and hydrochloric acid are used. Among them, it is particularly effective to use ammonia in order to obtain a dense thin film.

【0011】上記のようにして得られた部分加水分解溶
液を塗布する基板としては、目的とする素子に適用でき
るものであれば、如何なるものでも使用でき、例えば、
ITO/SiO2 ガラス、Pt/Ti/SiO2 /S
i、Al2 3 等が使用できる。上記の部分加水分解溶
液を基板上に塗布する方法としては、スピンコート法、
ディッピング法、スプレー法、スクリーン印刷法、イン
クジェット法等を用いることができる。塗布された基板
は、加熱処理される。すなわち、0.1〜500℃/秒
の昇温速度で基板を加熱し、100〜500℃の結晶化
の起こらない温度範囲で塗布層を熱分解し、次いで20
0℃〜800℃の温度範囲で酸化物薄膜を結晶化させ
る。塗布を繰り返す場合には、塗布した後に、0.1〜
500℃/秒の昇温速度で基板を加熱し、100℃〜5
00℃の結晶化の起こらない温度範囲で塗布層を熱分解
する。この塗布と熱分解を所定の回数繰り返した後、2
00℃〜800℃の温度範囲で酸化物薄膜を結晶化させ
る。この熱処理により酸化物薄膜が形成される。
As a substrate on which the partial hydrolysis solution obtained as described above is applied, any substrate can be used as long as it can be applied to a target device.
ITO / SiO 2 glass, Pt / Ti / SiO 2 / S
i, Al 2 O 3 and the like can be used. As a method of applying the above partial hydrolysis solution on a substrate, a spin coating method,
A dipping method, a spray method, a screen printing method, an inkjet method, or the like can be used. The applied substrate is subjected to a heat treatment. That is, the substrate is heated at a heating rate of 0.1 to 500 ° C./sec, and the coating layer is thermally decomposed at a temperature of 100 to 500 ° C. where crystallization does not occur.
The oxide thin film is crystallized in a temperature range of 0 ° C to 800 ° C. When the application is repeated, after application,
The substrate is heated at a heating rate of 500 ° C./sec.
The coating layer is thermally decomposed in a temperature range of 00 ° C. where crystallization does not occur. After repeating this application and thermal decomposition a predetermined number of times, 2
The oxide thin film is crystallized in a temperature range of 00 ° C to 800 ° C. This heat treatment forms an oxide thin film.

【0012】[0012]

【作用】本発明においては、上記のように特定量の水お
よび無機触媒または酢酸を加え加熱することにより、強
制的に部分加水分解されて形成された前駆体は、最終段
階で形成される酸化物ABO3 の構造に近い構造をして
いるために、容易に結晶化されやすくなると考えられ
る。またこの部分加水分解溶液は、ゲル化に対して極め
て安定であり、前駆体の構造制御が可能となり、薄膜を
安定して形成することが可能になる。
In the present invention, the precursor formed by forcibly partially hydrolyzing the mixture by adding a specific amount of water and an inorganic catalyst or acetic acid as described above, and heating the resultant mixture is converted into the oxidized compound formed in the final stage. It is considered that since the structure is close to the structure of the substance ABO 3 , it is easily crystallized. Further, this partial hydrolysis solution is extremely stable against gelling, the structure of the precursor can be controlled, and a thin film can be formed stably.

【0013】[0013]

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、本発明はこれら実施例によって何ら制限されるも
のではない。 実施例1 Ti(O−i−C3 7 4 をモレキュラー・シーブで
脱水したエチレングリコールモノエチルエーテルに溶解
し0.6Mとし、この溶液を、攪拌しつつ135℃で2
時間蒸留した。この溶液にSrとTiのモル比が1:1
となるようにSr(OC2 5 2 を加え0.6Mの溶
液を得た。次にこの溶液を、撹拌しつつ135℃で2時
間蒸留し、さらに18時間の還流を行い、複合金属アル
コキシド:SrTi(OC2 4 OC2 5 6 を得
た。このアルコール置換反応は 1HNMRスペクトルに
よって確認した。この溶液は析出物がなく均一で薄茶色
の透明な液であった。さらに、この溶液にTiとのモル
比が1:2となる水および1:0.2となるアンモニア
を加え100℃で3時間撹拌して均一な部分加水分解溶
液を得た。この溶液をPt/Ti/SiO2 /Si基板
上にスピンコートし、続いて10℃/秒の速度にて加熱
し300℃で2分間および425℃で30分間保持し
た。得られたSrTiO3 薄膜はペロブスカイト単相よ
りなり、その表面は光学的に平滑で且つ透明であった。
さらに薄膜上部に対向電極としてPtを蒸着し、薄膜の
比誘電率を測定したところ、100を得た。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 Ti (OiC 3 H 7 ) 4 was dissolved in ethylene glycol monoethyl ether dehydrated with a molecular sieve to 0.6 M, and the solution was stirred at 135 ° C. for 2 hours.
Distilled for hours. The molar ratio of Sr to Ti is 1: 1 in this solution.
Sr (OC 2 H 5 ) 2 was added to obtain a 0.6 M solution. Next, this solution was distilled at 135 ° C. for 2 hours with stirring, and further refluxed for 18 hours to obtain a composite metal alkoxide: SrTi (OC 2 H 4 OC 2 H 5 ) 6 . This alcohol substitution reaction was confirmed by the 1 H NMR spectrum. This solution was a uniform, light brown, transparent liquid without any precipitate. Further, to this solution were added water having a molar ratio to Ti of 1: 2 and ammonia having a molar ratio of 1: 0.2, followed by stirring at 100 ° C. for 3 hours to obtain a uniform partial hydrolysis solution. This solution was spin-coated on a Pt / Ti / SiO 2 / Si substrate, then heated at a rate of 10 ° C./sec and held at 300 ° C. for 2 minutes and 425 ° C. for 30 minutes. The obtained SrTiO 3 thin film was composed of a single perovskite phase, and its surface was optically smooth and transparent.
Further, Pt was vapor-deposited on the thin film as a counter electrode, and the relative dielectric constant of the thin film was measured.

【0014】比較例1 Ti(O−i−C3 7 4 をモレキュラー・シーブで
脱水したエチレングリコールモノエチルエーテルに溶解
し0.6Mとし、この溶液を、撹拌しつつ135℃で2
時間蒸留した。この溶液にSrとTiのモル比が1:1
となるようにSr(OC2 5 2 を加え0.6Mの溶
液を得た。次にこの溶液を、攪拌しつつ135℃で2時
間蒸留し、さらに18時間の還流を行い、複合金属アル
コキシド:SrTi(OC2 4 OC2 5 6 を得
た。このアルコール置換反応は 1HNMRスペクトルに
よって確認した。この溶液は析出物がなく均一で薄茶色
の透明な液であった。この溶液をPt/Ti/SiO2
/Si基板上にスピンコートし、続いて10℃/秒の速
度にて加熱し、300℃で2分間および425℃で30
分間保持した。得られた薄膜の表面は光学的に平滑で且
つ透明であったが、X線回折の結果アモルファス状態で
あった。
Comparative Example 1 Ti (OiC 3 H 7 ) 4 was dissolved in ethylene glycol monoethyl ether dehydrated with a molecular sieve to 0.6 M, and the solution was stirred at 135 ° C. for 2 hours.
Distilled for hours. The molar ratio of Sr to Ti is 1: 1 in this solution.
Sr (OC 2 H 5 ) 2 was added to obtain a 0.6 M solution. Next, this solution was distilled at 135 ° C. for 2 hours with stirring, and further refluxed for 18 hours to obtain a composite metal alkoxide: SrTi (OC 2 H 4 OC 2 H 5 ) 6 . This alcohol substitution reaction was confirmed by the 1 H NMR spectrum. This solution was a uniform, light brown, transparent liquid without any precipitate. This solution was added to Pt / Ti / SiO 2
/ Si substrate, followed by heating at a rate of 10 ° C / sec, 300 ° C for 2 minutes and 425 ° C for 30 minutes.
Hold for minutes. The surface of the obtained thin film was optically smooth and transparent, but was in an amorphous state as a result of X-ray diffraction.

【0015】実施例2 実施例1において、無機触媒としてアンモニアの代わり
に硝酸を用いた以外は、同様にして薄膜を作製したとこ
ろ、得られたSrTiO3 薄膜はペロブスカイト単相よ
りなり、その表面は光学的に平滑で且つ透明であった。 実施例3 Pb(OOCCH3 2 およびTi(O−i−C
3 7 4 をモレキュラー・シーブで脱水したエチレン
グリコールモノメチルエーテルに溶解し0.6Mとし、
この溶液を、攪拌しつつ124℃で1時間蒸留し、さら
に18時間の還流を行い複合金属アルコキシド:PbT
iO2 (OC2 4 OCH3 2 を得た。このアルコー
ル置換反応は 1H NMRスペクトルによって確認し
た。この溶液は析出物がなく均一で薄茶色の透明な液で
あった。さらに、この溶液にTiとのモル比が1:2と
なる水および1:0.2となるアンモニアを加え、60
℃で3時間撹拌して均一な部分加水分解溶液を得た。こ
の溶液をPt/Ti/SiO2 /Si基板上にスピンコ
ートし、続いて10℃/秒の速度にて加熱し、300℃
で2分間および450℃で30分間保持した。得られた
PbTiO3 薄膜はペロブスカイト単相よりなり、その
表面は光学的に平滑で且つ透明であった。さらに、薄膜
の上に対向電極としてPtを蒸着し、電圧と分極率の関
係を測定したところ、ヒステリシスを示した。
Example 2 A thin film was prepared in the same manner as in Example 1 except that nitric acid was used instead of ammonia as the inorganic catalyst. The obtained SrTiO 3 thin film was composed of a single phase of perovskite. It was optically smooth and transparent. Example 3 Pb (OOCCH 3 ) 2 and Ti (OiC
3 H 7 ) 4 was dissolved in ethylene glycol monomethyl ether dehydrated with a molecular sieve to 0.6 M,
This solution was distilled at 124 ° C. for 1 hour with stirring and refluxed for 18 hours to obtain a composite metal alkoxide: PbT
iO 2 (OC 2 H 4 OCH 3 ) 2 was obtained. This alcohol substitution reaction was confirmed by 1 H NMR spectrum. This solution was a uniform, light brown, transparent liquid without any precipitate. Further, water having a molar ratio to Ti of 1: 2 and ammonia having a molar ratio of 1: 0.2 were added to the solution,
Stirring at 3 ° C. for 3 hours gave a uniform partial hydrolysis solution. This solution was spin-coated on a Pt / Ti / SiO 2 / Si substrate and subsequently heated at a rate of 10 ° C./sec to 300 ° C.
For 2 minutes and 450 ° C. for 30 minutes. The obtained PbTiO 3 thin film was composed of a single perovskite phase, and its surface was optically smooth and transparent. Furthermore, Pt was deposited as a counter electrode on the thin film, and the relationship between voltage and polarizability was measured. As a result, hysteresis was shown.

【0016】比較例2 Pb(OOCCH3 2 およびTi(O−i−C
3 7 4 をモレキュラー・シーブで脱水したエチレン
グリコールモノメチルエーテルに溶解し0.6Mとし、
この溶液を、攪拌しつつ124℃で1時間蒸留し、さら
に18時間の還流を行い複合金属アルコキシド:PbT
iO2 (OC2 4 OCH3 2 を得た。このアルコー
ル置換反応は 1H NMRスペクトルによって確認し
た。この溶液は析出物がなく均一で薄茶色の透明な液で
あった。この溶液をPt/Ti/SiO2/Si基板上
にスピンコートし、続いて10℃/秒の速度にて加熱
し、300℃で2分間および450℃で30分間保持し
た。得られた薄膜の表面は光学的に平滑で且つ透明であ
ったが、X線回折の結果アモルファス状態であった。
Comparative Example 2 Pb (OOCCH 3 ) 2 and Ti (OiC)
3 H 7 ) 4 was dissolved in ethylene glycol monomethyl ether dehydrated with a molecular sieve to 0.6 M,
This solution was distilled at 124 ° C. for 1 hour with stirring and refluxed for 18 hours to obtain a composite metal alkoxide: PbT
iO 2 (OC 2 H 4 OCH 3 ) 2 was obtained. This alcohol substitution reaction was confirmed by 1 H NMR spectrum. This solution was a uniform, light brown, transparent liquid without any precipitate. This solution was spin-coated on a Pt / Ti / SiO 2 / Si substrate, subsequently heated at a rate of 10 ° C./sec and held at 300 ° C. for 2 minutes and 450 ° C. for 30 minutes. The surface of the obtained thin film was optically smooth and transparent, but was in an amorphous state as a result of X-ray diffraction.

【0017】実施例4 LiOC2 5 およびNb(OC2 5 5 をモレキュ
ラー・シーブで脱水したエタノールに溶解して0.5M
とし、この溶液を撹拌しつつ78℃で24時間の還流を
行い複合金属アルコキシド:LiNb(OC2 5 6
を得た。この溶液は析出物がなく均一で薄黄色の透明な
液であった。さらに、この溶液にLiとのモル比が1:
2となる水および1:0.2となるアンモニアを加え7
8℃で24時間還流して均一な部分加水分解溶液を得
た。この溶液をITO/SiO2 ガラス基板上にスピン
コートし、続いて10℃/秒の速度にて加熱し、300
℃で2分間および400℃で30分間保持した。得られ
た薄膜LiNbO3 は結晶性がよく、その表面は光学的
に平滑で且つ透明であった。
Example 4 LiOC 2 H 5 and Nb (OC 2 H 5 ) 5 were dissolved in ethanol dehydrated with a molecular sieve to give 0.5M
The solution was refluxed at 78 ° C. for 24 hours while stirring the solution to obtain a composite metal alkoxide: LiNb (OC 2 H 5 ) 6
I got This solution was a uniform, pale yellow, transparent liquid without precipitates. Further, the molar ratio of this solution to Li is 1:
2 water and 1: 0.2 ammonia 7
The mixture was refluxed at 8 ° C. for 24 hours to obtain a uniform partial hydrolysis solution. This solution was spin-coated on an ITO / SiO 2 glass substrate, and then heated at a rate of 10 ° C./sec.
C. for 2 minutes and 400.degree. C. for 30 minutes. The obtained thin film LiNbO 3 had good crystallinity, and the surface was optically smooth and transparent.

【0018】比較例3 LiOC2 5 およびNb(OC2 5 5 をモレキュ
ラー・シーブで脱水したエタノールに溶解し0.5Mと
し、この溶液を撹拌しつつ78℃で24時間の還流を行
い複合金属アルコキシド:LiNb(OC2 5 6
得た。この溶液は析出物がなく均一で薄黄色の透明な液
であった。この溶液をITO/SiO2ガラス基板上に
スピンコートし、続いて10℃/秒の速度にて加熱し、
300℃で2分間および400℃で30分間保持した。
得られた薄膜の表面は光学的に平滑で且つ透明であった
が、X線回折の結果アモルファス状態であった。
Comparative Example 3 LiOC 2 H 5 and Nb (OC 2 H 5 ) 5 were dissolved in ethanol dehydrated with a molecular sieve to 0.5 M, and the solution was refluxed at 78 ° C. for 24 hours with stirring. A composite metal alkoxide: LiNb (OC 2 H 5 ) 6 was obtained. This solution was a uniform, pale yellow, transparent liquid without precipitates. This solution was spin-coated on an ITO / SiO 2 glass substrate and subsequently heated at a rate of 10 ° C./sec.
Hold at 300 ° C. for 2 minutes and 400 ° C. for 30 minutes.
The surface of the obtained thin film was optically smooth and transparent, but was in an amorphous state as a result of X-ray diffraction.

【0019】比較例4 Ti(O−i−C3 7 4 をモレキュラー・シーブで
脱水したエチレングリコールモノメチルエーテルに溶解
して0.6Mとし、この溶液を、撹拌しつつ135℃で
2時間蒸留した。この溶液に、SrとTiのモル比が
1:1となるようにSr(OC2 5 2 を加え、0.
6Mの溶液を得た。次に、この溶液を撹拌しつつ135
℃で2時間蒸留し、さらに18時間の還流を行い複合金
属アルコキシド:SrTi(OC2 4 OC2 5 6
を得た。このアルコール置換反応は1H NMRスペク
トルによって確認した。この溶液は析出物がなく均一で
薄茶色の透明な液であった。さらに、この溶液にTiと
のモル比が1:1となる水および1:0.1となるアン
モニアを加え、100℃で3時間撹拌して均一な部分加
水分解溶液を得た。この溶液をPt/Ti/SiO2
Si基板上にスピンコートし、続いて10℃/秒の速度
にて加熱し、300℃で2分間および400℃で30分
間保持した。得られたSrTiO3 薄膜はアモルファス
状態であった。さらに、加熱温度の検討を行ったとこ
ろ、ペロブスカイト単相を得るには、550℃以上の高
温が必要であった。
COMPARATIVE EXAMPLE 4 Ti (OiC 3 H 7 ) 4 was dissolved in ethylene glycol monomethyl ether dehydrated with a molecular sieve to 0.6 M, and this solution was stirred at 135 ° C. for 2 hours. Distilled. To this solution was added Sr (OC 2 H 5 ) 2 so that the molar ratio of Sr to Ti was 1: 1.
A 6M solution was obtained. Next, the solution was stirred for 135 minutes.
Distilled at 2 ° C. for 2 hours and refluxed for 18 hours to obtain a composite metal alkoxide: SrTi (OC 2 H 4 OC 2 H 5 ) 6
I got This alcohol substitution reaction was confirmed by 1 H NMR spectrum. This solution was a uniform, light brown, transparent liquid without any precipitate. Further, to this solution, water having a molar ratio with Ti of 1: 1 and ammonia having a molar ratio of 1: 0.1 were added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 3 hours to obtain a uniform partial hydrolysis solution. This solution was converted to Pt / Ti / SiO 2 /
The substrate was spin-coated on a Si substrate, subsequently heated at a rate of 10 ° C./sec, and kept at 300 ° C. for 2 minutes and at 400 ° C. for 30 minutes. The obtained SrTiO 3 thin film was in an amorphous state. Further, when the heating temperature was examined, a high temperature of 550 ° C. or higher was required to obtain a perovskite single phase.

【0020】比較例5 Ti(O−i−C3 7 4 をモレキュラー・シーブで
脱水したエチレングリコールモノメチルエーテルに溶解
して0.6Mとし、この溶液を、撹拌しつつ135℃で
2時間蒸留した。この溶液に、SrとTiのモル比が
1:1となるようにSr(OC2 5 2 を加え、0.
6Mの溶液を得た。次に、この溶液を撹拌しつつ135
℃で2時間蒸留し、さらに18時間の還流を行い複合金
属アルコキシド:SrTi(OC2 4 OC2 5 6
を得た。このアルコール置換反応は1H NMRスペク
トルによって確認した。この溶液は析出物がなく均一で
薄茶色の透明な液であった。さらに、この溶液にTiと
のモル比が1:5となる水および1:0.4となるアン
モニアを加え、100℃で3時間撹拌したところ、この
溶液は白濁してしまい、均一な溶液が得られなかった。
そのため、その後の実験は中止した。
Comparative Example 5 Ti (OiC 3 H 7 ) 4 was dissolved in ethylene glycol monomethyl ether dehydrated with a molecular sieve to 0.6 M, and this solution was stirred at 135 ° C. for 2 hours. Distilled. To this solution was added Sr (OC 2 H 5 ) 2 so that the molar ratio of Sr to Ti was 1: 1.
A 6M solution was obtained. Next, the solution was stirred for 135 minutes.
Distilled at 2 ° C. for 2 hours and refluxed for 18 hours to obtain a composite metal alkoxide: SrTi (OC 2 H 4 OC 2 H 5 ) 6
I got This alcohol substitution reaction was confirmed by 1 H NMR spectrum. This solution was a uniform, light brown, transparent liquid without any precipitate. Further, to this solution, water having a molar ratio to Ti of 1: 5 and ammonia having a molar ratio of 1: 0.4 were added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 3 hours. Could not be obtained.
Therefore, subsequent experiments were stopped.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明は、上記のように、一般式:AB
3 (式中、AおよびBは前記と同意義を有する。)で
示される酸化物薄膜を製造するに際して、AおよびBを
含む複合金属アルコキシド化合物の有機溶媒溶液に特定
量の水および無機触媒または酢酸を加えて予め加水分解
反応を行ったものを用いるから、均一で化学的量論性に
優れた酸化物薄膜を低温で作製することができる。した
がって、本発明により製造されるペロブスカイト酸化物
薄膜は、薄膜コンデンサーおよびキャパシター、圧電
体、焦電体等に利用可能な酸化物薄膜として使用するこ
とができる。
According to the present invention, as described above, the general formula: AB
In producing an oxide thin film represented by O 3 (where A and B have the same meanings as described above), a specific amount of water and an inorganic catalyst are added to an organic solvent solution of a composite metal alkoxide compound containing A and B. Alternatively, since an oxide thin film which has been subjected to a hydrolysis reaction by adding acetic acid in advance is used, a uniform and excellent stoichiometric oxide thin film can be formed at a low temperature. Therefore, the perovskite oxide thin film produced by the present invention can be used as a thin film capacitor and an oxide thin film that can be used for capacitors, piezoelectrics, pyroelectrics, and the like.

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

【図1】 ABO3 型酸化物薄膜作製用の金属アルコキ
シドに加える加水分解反応用の水および無機触媒または
酢酸のAおよびBに対するモル比の関係を示す図であ
る。
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the molar ratio of water and an inorganic catalyst or acetic acid to A and B for hydrolysis reaction added to a metal alkoxide for preparing an ABO 3 type oxide thin film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1)…従来のゾルゲル法によるABO3 型酸化物薄膜
の製造に際して、一般的に用いられている範囲、(2)
…本発明における範囲、(3)…ゲル化の起こる一般的
な範囲。
(1) A range generally used for producing an ABO 3 type oxide thin film by a conventional sol-gel method, (2)
... range in the present invention, (3) ... general range in which gelation occurs.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一般式:ABO3 (AはIA族、IIA
族、III A族、IVB族およびVB族から選択された元
素、BはIVA族およびVA族から選択された元素)で示
される酸化物薄膜の製造方法において、元素:Aおよび
Bを含む複合金属アルコキシド化合物の有機溶媒溶液
に、該複合金属アルコキシド化合物と水のモル比が1:
0.5ないし1:3となる量の水、および該複合金属ア
ルコキシド化合物と無機触媒または酢酸のモル比が1:
0.15ないし1:0.5となる量の無機触媒または酢
酸を加え、加水分解した後、基板上に塗布して薄膜を形
成し、次いで熱処理することを特徴とする酸化物薄膜の
製造方法。
1. A general formula: ABO 3 (A is IA group, IIA
, An element selected from group IIIA, group IVB and group VB, and B is an element selected from group IVA and group VA), the composite metal containing the elements: A and B In the organic solvent solution of the alkoxide compound, the molar ratio of the composite metal alkoxide compound and water is 1:
Water in an amount of 0.5 to 1: 3 and a molar ratio of the composite metal alkoxide compound to the inorganic catalyst or acetic acid of 1:
A method for producing an oxide thin film, comprising adding an inorganic catalyst or acetic acid in an amount of 0.15 to 1: 0.5, hydrolyzing, applying the resultant onto a substrate to form a thin film, and then performing heat treatment. .
【請求項2】 加水分解を50℃ないし150℃の温度
で行うことを特徴とする請求項1記載の酸化物薄膜の製
造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the hydrolysis is performed at a temperature of 50 ° C. to 150 ° C.
【請求項3】 複合金属アルコキシド化合物の有機配位
子が、式:R1 O−またはR2 OR3 O−(式中、R1
およびR2 は、脂肪族炭化水素基を表し、R3 は、エー
テル結合を有してもよい2価の脂肪族炭化水素基を表
す。)で示されることを特徴とする請求項1記載の酸化
物薄膜の製造方法。
The organic ligand wherein the composite metal alkoxide compound has the formula: in R 1 O-or R 2 OR 3 O- (wherein, R 1
And R 2 represent an aliphatic hydrocarbon group, and R 3 represents a divalent aliphatic hydrocarbon group which may have an ether bond. 2. The method for producing an oxide thin film according to claim 1, wherein:
【請求項4】 有機溶媒が、式:R1 OHまたはR2
3 OH(式中、R1 およびR2 は、脂肪族炭化水素基
を表し、R3 はエーテル結合を有してもよい2価の脂肪
族炭化水素基を表す。)で示されることを特徴とする請
求項1記載の酸化物薄膜の製造方法。
4. The organic solvent has the formula: R 1 OH or R 2 O.
R 3 OH (wherein R 1 and R 2 represent an aliphatic hydrocarbon group, and R 3 represents a divalent aliphatic hydrocarbon group which may have an ether bond). The method for producing an oxide thin film according to claim 1, wherein:
【請求項5】 無機触媒として、アンモニアを使用する
ことを特徴とする請求項1記載の酸化物薄膜の製造方
法。
5. The method according to claim 1, wherein ammonia is used as the inorganic catalyst.
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