JP3456305B2 - Ba1−xSrxTiO3薄膜形成用組成物 - Google Patents

Ba1−xSrxTiO3薄膜形成用組成物

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はBa1−xSrTiO
薄膜形成用組成物に係り、特に、薄膜コンデンサやキ
ャパシタの形成などに有効に用いられるBa1−xSr
TiO誘電体薄膜形成用組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】Ba1−xSrTiO誘電体薄膜は
高い誘電率を有することから、近年、SiO,SiN
に代わる半導体メモリのキャパシタとして、或いはI
C信号処理用の内蔵コンデンサとして注目されている。
【0003】従来、このような薄膜の形成法として、C
VD法、スパッタリング法等が検討されているが、これ
らの方法はいずれも装置が複雑で、また、膜形成速度が
遅いという欠点を有する上に、膜を形成できる面積が小
さく、大面積の膜を得ることができないという問題点が
ある。
【0004】これに対し、液状の原料を用いたコーティ
ング法は、比較的単純なプロセスにより大面積の薄膜が
得られるという利点があり、工業的にも有望な方法であ
る。
【0005】従来、このコーティング法に用いられる薄
膜形成用の塗布液についても、その合成法が幅広く検討
されており、次のようなものが提案されている。
【0006】(i) イソプロポキシSrとイソプロポキ
シTiを原料とし、150℃で乾燥後、620℃で仮焼
成し、700℃で結晶化させるSrTiO膜の形成方
法(日本セラミックス協会1992年会講演予稿集第4頁) (ii) 酢酸BaとノルマルブトキシTiを原料とし、7
00〜900℃で結晶化させるBaTiO膜の形成方
法(日本セラミックス協会学術論文誌98[8]743-48(199
0)) (iii)Ba及びTiの金属石鹸を使用し、600〜13
00℃で結晶化させるBaTiO膜の形成方法(特開
平1−308801号公報)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ba,
Srの原料にアルコキシドを用いた場合には、焼成時に
発生するCOが、既に加水分解状態にあるBa,Sr
と反応して、BaCO,SrCOを生成し、その
後、TiOと反応してCOを放出しながらBaTi
,SrTiO或いはBa1−xSrTiO
形成するため、このCO放出時の重量変化が大きく、
結果的に膜の収縮率が大きくなってクラックが発生し易
い。また、Baの酢酸塩を原料に用いた場合でも、炭酸
塩を形成し易く、上記と同様な理由によりクラックが発
生し易くなる。一方、カルボン酸の炭素数が大きい金属
石鹸を使用した場合は、熱分解時に炭酸塩は形成されな
いものの、有機成分の蒸発による重量変化が大きく、そ
の結果、やはりクラックが発生し易い。
【0008】さらにTiのアルコキシドにおいても、炭
素鎖が長くなると成膜途中における加水分解性が失わ
れ、焼成時に有機成分の蒸発、分解による重量変化が大
きくなり、その結果、クラックが発生することとなる。
【0009】本発明は上記従来の問題点を解決し、熱分
解時、結晶化時における炭酸塩の生成を防止し、大きな
重量変化を抑えて、クラックフリーのBa1−xSr
TiO誘電体薄膜を形成することのできるBa1−x
SrTiO薄膜形成用組成物を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のBa1−xSr
TiO薄膜形成用組成物は、カルボン酸バリウム、
カルボン酸ストロンチウム及びチタンアルコキシドを、
モル比でBa:Sr:Ti=(1−x):x:1(ただ
し、0<x<1)となるように有機溶媒中に混合してな
るBa1−xSrTiO薄膜形成用組成物であっ
て、前記カルボン酸塩を形成するカルボン酸が下記よ
りなる群から選ばれる1種又は2種以上であり、かつ、
前記アルコキシドが下記よりなる群から選ばれる1種
又は2種以上であることを特徴とする。 RCOOH(ただし、Rは炭素数3〜の直鎖
状又は分岐状アルキル基) Ti(OR(ただし、Rは炭素数1〜7の
直鎖状又は分岐状アルキル基)
【0011】以下に本発明を詳細に説明する。
【0012】本発明においては、Ba,Srの原料とし
て、上記のカルボン酸のバリウム塩,ストロンチウム
塩を用いる。上記のカルボン酸の具体例としては、次
のものが挙げられる。
【0013】Rの炭素数が3のもの:n−酪酸、i−
酪酸 Rの炭素数が4のもの:n−吉草酸、i−吉草酸 Rの炭素数が5のもの:2−エチル酪酸、n−ヘキサ
ン酸、2,2−ジメチル酪酸、3,3−ジメチル酪酸、
4−メチルペンタン
【0014】発明において、これらのカルボン酸のア
ルキル基Rの炭素数が2以下であると、熱分解時に炭
酸塩を形成し易
【0015】なお、Ba原料及びSr原料のカルボン酸
塩のカルボン酸は、一般には同一のものを用いるのが好
ましいが、異なるものであっても良い。
【0016】一方、Ti原料のチタンアルコキシドとし
ては、上記のものを用いるが、具体的には次のものが
挙げられる。
【0017】メトキシチタン、エトキシチタン、イソプ
ロポキシチタン、ノルマルブトキシチタン、アミロキシ
チタン、ヘキサノキシチタン、ヘプタノキシチタンこれ
らのうち、特に、アルコキシドのアルキル基Rの炭素
数が2〜5のもの、例えば、エトキシチタン、イソプロ
ポキシチタン、ブトキシチタン、アミロキシチタン等が
好適に使用される。
【0018】本発明において、これらのBa原料、Sr
原料及びTi原料を混合する有機溶媒としては、酢酸エ
チル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等の
酢酸エステル類やエタノール、プロパノール、ブタノー
ル、2−メトキシエタノール等のアルコール類を用いる
ことができる。
【0019】Ba原料、Sr原料及びTi原料は、これ
らの有機溶媒中に所望のBa1−xSrTiO組成
となるように、また、Ba1−xSrTiO濃度が
5〜15重量%程度となるように混合される。
【0020】このようにして得られる本発明のBa
1−xSrTiO薄膜形成用組成物によりBa
1−xSrTiO薄膜を形成するには、スピンコー
ト、ディップコート等の塗布法により、Si,Pt/T
i/SiO/Si,Pt/Ta/SiO/Si,P
t/SiO/Si,Ru/RuO/SiO/S
i,RuO/Si,RuO/Ru/SiO/S
i,Ir/IrO/Si,Pt/Ir/IrO/S
i,Pt/IrO/Si等の基板上に本発明の組成物
を塗布し、乾燥、仮焼成及び本焼成を行う。なお、1回
の塗布では、所望の膜厚が得られない場合には、塗布、
乾燥、仮焼成の工程を複数回繰り返し行った後、本焼成
を行う。ここで、仮焼成は、300〜500℃で行わ
れ、本焼成は500〜800℃で30分〜2時間程度行
われる。
【0021】
【作用】本発明で用いるカルボン酸はBaCO,Sr
COを生成することがなく、重量変化も少ない。ま
た、本発明で用いるアルコキシドも重量変化が少ない。
このように、BaCO,SrCOを生成しないカル
ボン酸塩、ないし、重量変化の少ないBa,Srのカル
ボン酸塩とTiのアルコキシドを用いることにより、塗
布膜中のBa,Srの炭酸塩の生成を抑え、また急激な
重量減少を抑えることができ、これにより膜自体に加わ
る応力が低減され、Ba1−xSrTiO薄膜形成
時のクラックが防止される。
【0022】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り、以下の実施例に限定されるものではない。
【0023】実施例1 2−エチル酪酸バリウム5.29gと2−エチル酪酸ス
トロンチウム4.57gを酢酸イソアミル溶媒50gに
溶解させ、その後、イソプロポキシチタン8.18gを
加えた後、全体で100gとなるように更に酢酸イソア
ミルを添加して、6重量%のBa0.5Sr0.5Ti
薄膜形成用組成物を調製した。
【0024】この溶液をスピンコート法により500r
pmで5秒、その後、2000rpmで20秒の条件で
Si基板上に塗布した。その後、150℃で10分間乾
燥し、次いで400℃で仮焼成を行った。この工程を3
回繰り返した後、650℃で1時間焼成して結晶化を行
った。
【0025】得られた薄膜表面を光学顕微鏡写真(10
0倍)で調べたところ、クラックフリーの膜が得られた
ことが確認された。また、X線回折パターンからは、ペ
ロブスカイト単一相が得られた。
【0026】比較例1 酢酸バリウム3.68gと酢酸ストロンチウム0.5水
和物3.09gを酢酸溶媒80gに溶解し、150℃で
脱水を行った後、アセチルアセトン5.77gを添加
し、その後イソプロポキシチタン8.18gを加えた。
その後、全体で100gとなるように酢酸溶媒を加え
て、6重量%のBa0.5Sr0.5TiO薄膜形成
用組成物を調製した。
【0027】この溶液を用いて、実施例1と同様な方法
により成膜を行い、最終熱処理を750℃として結晶化
を行った。
【0028】得られた薄膜表面を光学顕微鏡写真(10
0倍)で調べたところ、得られた薄膜には、複数の微細
なクラックが観察された
【0029】較例2 Baを金属換算で5重量%含有するウンデカン酸バリウ
ム((C1021COO)Ba)の酢酸イソアミル
溶液39.55gと、Srを金属換算で3重量%含有す
るウンデカン酸ストロンチウム((C1021CO
O)Sr)の酢酸イソアミル溶液42.05gを混合
し、イソプロポキシチタン8.27gを加えた。更に全
体で100gの溶液となるように酢酸イソアミルを添加
して、6重量%のBa0.5Sr0.3TiO薄膜形
成用組成物を調製した。
【0030】この溶液を用いて、実施例1と同様な方法
により成膜を行い、最終熱処理を750℃として結晶化
を行った。その結果、形成された薄膜の表面にはクラッ
クが観察された。
【0031】比較例3 Baを金属換算で5重量%含有するマレイン酸バリウム
の2−メトキシエタノール溶液39.55gと、Srを
金属換算で3重量%含有するマレイン酸ストロンチウム
の2−メトキシエタノール溶液42.05gを混合し、
イソプロポキシチタン8.27gを加えた。更に全体で
100gの溶液となるように2−メトキシエタノールを
添加して、6重量%のBa0.5Sr0.5TiO
膜形成用組成物を調製した。
【0032】この溶液を用いて、実施例1と同様な方法
により成膜を行い、最終熱処理を750℃として結晶化
を行った。その結果、形成された薄膜の表面にはクラッ
クが観察された。
【0033】比較例4 Baを金属換算で3重量%含有するアジピン酸バリウム
の2−メトキシエタノール溶液43.94gと、Srを
金属換算で2重量%含有するアジピン酸ストロンチウム
の2−メトキシエタノール溶液42.05gを混合し、
イソプロポキシチタン8.27gを加えた。更に全体で
100gの溶液となるように2−メトキシエタノールを
添加して、4重量%のBa0.5Sr0.5TiO
膜形成用組成物を調製した。
【0034】この溶液を用いて、実施例1と同様な方法
により成膜を行ったが、スピンコート後の膜は粘性が高
いため、厚く形成され、光の干渉も見られなかった。こ
の膜を750℃で熱処理したが、収縮率が高いため表面
にはクラックが観察された。
【0035】実施例 表1に示すカルボン酸バリウム、カルボン酸ストロンチ
ウム及びチタンアルコキシドを用い、これらを表1に示
す有機溶媒に添加して表1に示す組成及び濃度のBa
1−xSrTiO薄膜形成用組成物を調製した。
【0036】この溶液を用いて、実施例1と同様な方法
により成膜を行い、最終熱処理を表1に示す温度として
結晶化を行った。その結果、いずれの場合も、クラック
フリーの薄膜が得られた。
【0037】
【表1】
【0038】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のBa1−x
SrTiO薄膜形成用組成物によれば、膜形成効率
に優れたコーティング法により、クラックのない高品質
のBa1−xSrTiO薄膜を容易かつ確実に形成
することができる。
【0039】従って、このような本発明のBa1−x
TiO薄膜形成用組成物は、ICのコンデンサ、
或いはキャパシタ等を形成する塗布液として工業的に極
めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−126854(JP,A) 国際公開94/010084(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01G 23/00 C04B 35/46

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カルボン酸バリウム、カルボン酸ストロ
    ンチウム及びチタンアルコキシドを、モル比でBa:S
    r:Ti=(1−x):x:1(ただし、0<x<1)
    となるように有機溶媒中に混合してなるBa1−xSr
    TiO薄膜形成用組成物であって、 前記カルボン酸塩を形成するカルボン酸が下記よりな
    る群から選ばれる1種又は2種以上であり、かつ、前記
    アルコキシドが下記よりなる群から選ばれる1種又は
    2種以上であることを特徴とするBa1−xSrTi
    薄膜形成用組成物。 RCOOH(ただし、Rは炭素数3〜の直鎖
    状又は分岐状アルキル基) Ti(OR(ただし、Rは炭素数1〜7の
    直鎖状又は分岐状アルキル基)
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記カルボン酸塩を
    形成するカルボン酸が、n−酪酸、i−酪酸、n−吉草
    酸、i−吉草酸、2−エチル酪酸、n−ヘキサン酸、
    2,2−ジメチル酪酸、3,3−ジメチル酪酸、及び4
    −メチルペンタン酸よりなる群から選ばれる1種又は2
    種以上であることを特徴とするBa 1−x Sr TiO
    薄膜形成用組成物。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、前記アルコキ
    シドが、メトキシチタン、エトキシチタン、イソプロポ
    キシチタン、ノルマルブトキシチタン、アミロキシチタ
    ン、ヘキサノキシチタン、及びヘプタノキシチタンより
    なる群から選ばれる1種又は2種以上であることを特徴
    とするBa 1−x Sr TiO 薄膜形成用組成物。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項におい
    て、カルボン酸バリウム、及びカルボン酸ストロンチウ
    ムのカルボン酸が、同一のカルボン酸であるであること
    を特徴とするBa 1−x Sr TiO 薄膜形成用組成
    物。
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