JP3456305B2 - Ba1−xSrxTiO3薄膜形成用組成物 - Google Patents
Ba1−xSrxTiO3薄膜形成用組成物Info
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3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
xTiO3誘電体薄膜形成用組成物に関する。
高い誘電率を有することから、近年、SiO2,SiN
x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。
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。
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。
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。
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SrTiO3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BaTiO3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BaTiO3膜の形成方法(特開
平1−308801号公報)
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CO2が、既に加水分解状態にあるBa,Sr
と反応して、BaCO3,SrCO3を生成し、その
後、TiO2と反応してCO2を放出しながらBaTi
O3,SrTiO3或いはBa1−xSrxTiO3を
形成するため、このCO2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。
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。
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−xSrx
TiO3誘電体薄膜を形成することのできるBa1−x
SrxTiO3薄膜形成用組成物を提供することを目的
とする。
xTiO3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−xSrxTiO3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。 R1COOH(ただし、R1は炭素数3〜5の直鎖
状又は分岐状アルキル基) Ti(OR2)4(ただし、R2は炭素数1〜7の
直鎖状又は分岐状アルキル基)
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。
酪酸 R1の炭素数が4のもの:n−吉草酸、i−吉草酸 R1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−メチルペンタン酸
ルキル基R1の炭素数が2以下であると、熱分解時に炭
酸塩を形成し易い。
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。
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。
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R2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。
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。
らの有機溶媒中に所望のBa1−xSrxTiO3組成
となるように、また、Ba1−xSrxTiO3濃度が
5〜15重量%程度となるように混合される。
1−xSrxTiO3薄膜形成用組成物によりBa
1−xSrxTiO3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/SiO2/Si,Pt/Ta/SiO2/Si,P
t/SiO2/Si,Ru/RuO2/SiO2/S
i,RuO2/Si,RuO2/Ru/SiO2/S
i,Ir/IrO2/Si,Pt/Ir/IrO2/S
i,Pt/IrO2/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。
CO3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、BaCO3,SrCO3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−xSrxTiO3薄膜形成
時のクラックが防止される。
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。
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
O3薄膜形成用組成物を調製した。
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。
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。
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Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜形成
用組成物を調製した。
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。
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。
ム((C10H21COO)2Ba)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((C10H21CO
O)2Sr)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Ba0.5Sr0.3TiO3薄膜形
成用組成物を調製した。
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。
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Ba0.5Sr0.5TiO3薄
膜形成用組成物を調製した。
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。
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Ba0.5Sr0.5TiO3薄
膜形成用組成物を調製した。
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。
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−xSrxTiO3薄膜形成用組成物を調製した。
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。
SrxTiO3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−xSrxTiO3薄膜を容易かつ確実に形成
することができる。
rxTiO3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。
Claims (4)
- 【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
xTiO3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−xSrxTi
O3薄膜形成用組成物。 R1COOH(ただし、R1は炭素数3〜5の直鎖
状又は分岐状アルキル基) Ti(OR2)4(ただし、R2は炭素数1〜7の
直鎖状又は分岐状アルキル基) - 【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 x TiO
3 薄膜形成用組成物。 - 【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 x TiO 3 薄膜形成用組成物。 - 【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 x TiO 3 薄膜形成用組成
物。
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-
1995
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