JP5119990B2 - Coating composition for forming high dielectric thin film and method for producing the same - Google Patents

Coating composition for forming high dielectric thin film and method for producing the same Download PDF

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本発明は、高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその製造方法に関し、さらに詳しくは、有機酸塩熱分解法(以下、MOD法と呼称する場合がある。)によるペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜の形成において、塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な粘性による厚膜化のための生産性の向上が達成され、しかも、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた誘電体薄膜を形成することができる高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその効率的な製造方法に関する。   The present invention relates to a coating composition for forming a high dielectric thin film and a method for producing the same. More specifically, the present invention comprises a perovskite type dielectric material obtained by an organic acid salt pyrolysis method (hereinafter sometimes referred to as MOD method). In the formation of a high dielectric thin film, the improvement in productivity due to the uniformity of the coating film, the handling property by an appropriate drying speed, and the thick film formation by an appropriate viscosity is achieved, and there is no generation of cracks. The present invention relates to a coating composition for forming a high dielectric thin film capable of forming a dielectric thin film having excellent dielectric properties and an efficient manufacturing method thereof.

近年、コンデンサ素子の小型化、また半導体集積回路の高集積化に伴い、薄膜コンデンサ及び半導体集積回路装置の容量絶縁膜、DRAMのキャパシタ材料等に使用されるキャパシタ絶縁膜としては、誘電率の高い物質が求められている。このような高誘電率を有する物質としては、ペロブスカイト型の結晶構造を持つ複合酸化物が知られている。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸カルシウム(CaTiO)、チタン酸バリウムストロンチウム((Ba、Sr)TiO)等のチタン酸バリウム系誘電物質が注目されている。 In recent years, with the miniaturization of capacitor elements and the high integration of semiconductor integrated circuits, capacitor insulating films used for capacitor insulating films of thin film capacitors and semiconductor integrated circuit devices, capacitor materials of DRAMs, etc. have a high dielectric constant. Substances are sought. As such a material having a high dielectric constant, a composite oxide having a perovskite crystal structure is known. For example, barium titanate-based dielectric materials such as barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 3 ) have attracted attention. ing.

また、このような高誘電率を有する物質の薄膜形成法としては、スパッタリング法、ゾルゲル法、MOD法、CVD法等が行なわれている。しかしながら、スパッタリング法及びCVD法には、いずれも装置が複雑であり、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することできる面積が小さいため、大面積の膜を得ることができないという問題点がある。これに対して、ゾルゲル法又はMOD法では、熱分解によりペロブスカイト型複合酸化物を形成する化合物を含有する液状材料を基板上に塗布し焼成するという比較的単純なプロセスにより、安価な設備で大面積の薄膜が得られるという利点があり、工業的に量産性に優れた有望な方法である。   Further, as a method for forming a thin film of a substance having such a high dielectric constant, a sputtering method, a sol-gel method, a MOD method, a CVD method or the like is performed. However, both the sputtering method and the CVD method have a complicated apparatus and have a drawback that the film formation speed is slow, and the area on which the film can be formed is small, so that a film with a large area can be obtained. There is a problem that it is not possible. On the other hand, in the sol-gel method or the MOD method, a relatively simple process of applying a liquid material containing a compound that forms a perovskite-type composite oxide by thermal decomposition on a substrate and baking the substrate is large in an inexpensive facility. There is an advantage that a thin film having an area can be obtained, and this is a promising method that is industrially excellent in mass productivity.

従来、ゾルゲル法、MOD法等の塗布法に用いられる高誘電体薄膜形成用塗布組成物について、例えば、次の(イ)〜(ハ)が提案されている。
(イ)バリウム及びチタンの金属石鹸を使用する(例えば、特許文献1参照。)。
(ロ)酢酸バリウム等のカルボン酸バリウム塩と、チタンイソプロポキシドの原料をエチレングリコールモノメチルエーテルを含む有機溶媒に溶解し、これを加水分解してチタン酸バリウム薄膜形成用組成物とする(例えば、特許文献2参照。)。
(ハ) カルボン酸バリウム塩、カルボン酸ストロンチウム塩、及びチタンイソプロポキシドを原料としてエステルとした有機溶媒に溶解し、チタン酸バリウムストロンチウム薄膜形成用組成物とする(例えば、特許文献3参照。)。
Conventionally, for example, the following (a) to (c) have been proposed for coating compositions for forming a high dielectric thin film used in coating methods such as sol-gel method and MOD method.
(A) Barium and titanium metal soap is used (for example, refer to Patent Document 1).
(B) A barium carboxylate salt such as barium acetate and a raw material of titanium isopropoxide are dissolved in an organic solvent containing ethylene glycol monomethyl ether and hydrolyzed to obtain a composition for forming a barium titanate thin film (for example, , See Patent Document 2).
(C) Barium strontium carboxylate, strontium carboxylate, and titanium isopropoxide are dissolved in an organic solvent as an ester to form a composition for forming a barium strontium titanate thin film (see, for example, Patent Document 3). .

しかしながら、これらの提案においては、多くの技術的課題があり、実用上の問題があった。例えば、(イ)では、焼成での金属石鹸の熱分解時にバリウム及びストロンチウムの炭酸塩は生成されないが、有機成分の揮発による質量変化が大きいため、形成される薄膜にクラックが発生したり、膜の収縮が大きくなるという問題が生じる。また、(ロ)では、原料にカルボン酸塩を用いるため、焼成での結晶化の際に800℃を超える高温が必要である。これにより、絶縁性の悪化が避けられず、リーク電流が大きいために実用化には至っていない。この悪化原因は、高温焼成による膜の急激な収縮、或いは下地電極との反応等により、薄膜内に微小なクラック又はボイドが発生するためと考えられる。また、(ハ)では、溶剤にエステルを用いることで、有機成分の揮発による質量変化は小さく、クラックの発生及び膜の収縮は生じにくい。しかしながら、高価なカルボン酸バリウム塩、カルボン酸ストロンチウム塩を用いなければならないこと、下地電極に金属膜を用いた場合に濡れ性が悪く塗膜の均一性が得られにくいこと、さらに溶剤がエステルのみであると外気による保存性が悪化してしまうこと等の問題があった。   However, these proposals have many technical problems and practical problems. For example, in (i), barium and strontium carbonates are not generated during the thermal decomposition of metal soap during firing, but the mass change due to the volatilization of organic components is large, so cracks occur in the formed thin film, There arises a problem that the shrinkage of the material increases. In (b), since a carboxylate is used as a raw material, a high temperature exceeding 800 ° C. is required for crystallization during firing. As a result, deterioration of insulation is unavoidable, and since leakage current is large, it has not been put into practical use. The cause of this deterioration is considered to be that micro cracks or voids are generated in the thin film due to rapid shrinkage of the film due to high-temperature firing or reaction with the base electrode. In (c), by using an ester as the solvent, the mass change due to the volatilization of the organic component is small, and the occurrence of cracks and the shrinkage of the film hardly occur. However, expensive barium carboxylate and strontium carboxylate must be used, when a metal film is used for the base electrode, the wettability is poor and it is difficult to obtain a uniform coating film, and the solvent is only an ester. When it is, there existed problems, such as that the preservability by external air will deteriorate.

以上のように、ペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜の形成に用いられる塗布液においては、液の保存性、形成される膜のクラックの発生、膜の収縮、塗膜の均一性等の課題を解決することが求められ、そのため、これらに有効に作用することを基準として有機溶媒が選ばれて用いられていた。
ところで、これらの塗布液は、膜のクラックの発生を極力抑制するため、液濃度を希薄化する傾向にあった。一方、高誘電体薄膜は、均一性を向上させるために、塗布液を滴下した後、スピンコートして形成される。このとき、液濃度を希薄化すると、1回で得られる塗膜厚みは薄く、所望の膜厚を得るには5〜6回の繰り返し塗膜が必要となる。このため、膜形成に時間がかかるため生産性に問題が生じていた。また、塗布液を酸化物基板等の凹凸の激しい面に塗膜した場合、粘度によって、液のはじきによる塗膜の均一性の低下、又は穴等の欠陥の発生による膜表面の平坦性の低下が生じていた。これらの問題を改善するため、塗布液の構成成分として高粘性の有機溶媒を使用すると、塗布で使用する針先ノズルが詰まるという問題があった。
As described above, in the coating liquid used for forming a high dielectric thin film made of a perovskite type dielectric material, the storage stability of the liquid, the occurrence of cracks in the formed film, the shrinkage of the film, the uniformity of the coating film, etc. It has been desired to solve the problems, and therefore, an organic solvent has been selected and used on the basis of effectively acting on them.
By the way, these coating liquids tend to dilute the liquid concentration in order to suppress the generation of cracks in the film as much as possible. On the other hand, the high dielectric thin film is formed by dropping a coating solution and then spin-coating in order to improve uniformity. At this time, if the liquid concentration is diluted, the thickness of the coating film obtained at one time is thin, and a coating film of 5 to 6 times is required to obtain a desired film thickness. For this reason, since it takes time to form a film, there has been a problem in productivity. In addition, when the coating solution is applied to an uneven surface such as an oxide substrate, depending on the viscosity, the uniformity of the coating due to the repelling of the solution or the flatness of the film surface due to the occurrence of defects such as holes is reduced. Has occurred. In order to improve these problems, when a highly viscous organic solvent is used as a component of the coating liquid, there is a problem that a needle tip nozzle used in coating is clogged.

すなわち、ペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜の形成に用いられる塗布液においては、液の保存性、形成される膜のクラックの発生、膜の収縮、塗膜の均一性、膜表面の平坦性等の性能上の課題のすべてを満足させることが困難であった。
以上の状況から、液の保存性、形成される膜のクラックの発生、膜の収縮等の基本的な課題の解決とともに、さらに塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な粘性による厚膜化のための生産性の向上が得られる塗布液を製造する方法が求められていた。なお、前記のハンドリング性とは、塗膜時の使用特性を表す。通常、生産で使用される基板は大型であるため、乾燥速度が速すぎると塗布開始直後と最後では乾燥差が生じ、塗膜にむらが発生する。
That is, in a coating solution used for forming a high dielectric thin film made of a perovskite type dielectric material, the storage stability of the solution, the occurrence of cracks in the formed film, the contraction of the film, the uniformity of the coating film, the flatness of the film surface It was difficult to satisfy all the performance problems such as sex.
From the above situation, solution stability, generation of cracks in the formed film, solution of the shrinkage of the film, etc., as well as uniformity of the coating film, handling properties at an appropriate drying speed, and moderate There has been a demand for a method of producing a coating solution that can improve productivity for thickening due to viscosity. In addition, the said handling property represents the use characteristic at the time of a coating film. Usually, since the substrate used in production is large, if the drying speed is too high, a difference in drying occurs immediately after the start of coating and at the end, resulting in uneven coating.

このため、一般的な高粘性剤、例えばエチレングリコールやカルビトールを添加することも行われるが、塗膜の焼成後に残滓を形成したり、薄膜に空隙が多く発生する原因となり、誘電率が低下する。また、これらの溶媒は水混和性が高いために、塗布液の長期保存性が悪化する。また、粘度だけでなく粘着性を上げるため、樹脂バインダの添加が挙げられる。例えば、ポリビニルブチラールはアルコールに可溶であるが、前駆体に添加するときには、高粘性化又はゲル化が生じて液の保存性、安定性に問題がある。また、ポリビニルピロリジノンは、吸水性が高く、添加後の液の保存性、安定性に問題がある。   For this reason, general high-viscosity agents such as ethylene glycol and carbitol are also added, but this may cause residues after baking of the coating film and cause many voids in the thin film, resulting in a decrease in dielectric constant. To do. In addition, since these solvents are highly miscible with water, the long-term storage stability of the coating solution is deteriorated. Moreover, in order to raise not only a viscosity but adhesiveness, addition of a resin binder is mentioned. For example, polyvinyl butyral is soluble in alcohol, but when it is added to the precursor, it becomes highly viscous or gelled, which causes a problem in storage stability and stability of the liquid. Polyvinylpyrrolidinone has a high water absorption and has a problem in storage stability and stability of the liquid after addition.

特開平1−308801号公報(第1頁)JP-A-1-308801 (first page) 特開平1−100024号公報(第1頁)Japanese Patent Laid-Open No. 1-100024 (first page) 特開平8−337421号公報(第1頁、第2頁)JP-A-8-337421 (first page, second page)

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、MOD法によるペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜の形成において、塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な粘性による厚膜化のための生産性の向上が達成され、しかも、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた誘電体薄膜を形成することができる高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその効率的な製造方法を提供することにある。   In view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to form a high dielectric thin film made of a perovskite type dielectric material by the MOD method. A coating composition for forming a high dielectric thin film capable of forming a dielectric thin film that is capable of forming a dielectric thin film that is excellent in dielectric properties and that is improved in productivity due to thickening due to viscosity, and It is to provide an efficient manufacturing method.

本発明者らは、上記目的を達成するために、ペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜を形成する際に用いる高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその製造方法について、鋭意研究を重ねた結果、MOD法によるペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜の形成において、特定の混合溶剤中に特定の有機酸塩を特定の割合で含有する前駆体溶液に、特定の樹脂成分を特定の添加割合で含有する塗布組成物を用いたところ、塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な粘性による厚膜化のための生産性の向上が達成され、しかも、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた誘電体薄膜を形成することができること、また、前記塗布組成物の製造方法として、特定の混合溶剤中に特定の金属アルコキシドを特定の割合で含有する前駆体溶液に、特定の樹脂成分を特定の添加割合で添加し、次いで、特定の条件で攪拌したところ、前記高誘電体薄膜形成用塗布組成物が得られることを見出し、本発明を完成した。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted extensive research on a coating composition for forming a high dielectric thin film used for forming a high dielectric thin film made of a perovskite dielectric material and a method for producing the same. As a result, in the formation of a high dielectric thin film made of a perovskite type dielectric material by the MOD method, a specific resin component is specified in a precursor solution containing a specific organic acid salt in a specific ratio in a specific mixed solvent. When the coating composition contained at an addition ratio is used, the uniformity of the coating film, the handling property by an appropriate drying speed, and the improvement of the productivity for increasing the film thickness by an appropriate viscosity are achieved, and cracks are not generated. It is possible to form a dielectric thin film having no dielectric properties and excellent dielectric properties, and as a method for producing the coating composition, a specific metal alkoxide is specified in a specific mixed solvent. When the specific resin component is added at a specific addition ratio to the precursor solution contained at a ratio, and then stirred under specific conditions, it is found that the coating composition for forming a high dielectric thin film is obtained. The present invention has been completed.

すなわち、本発明の第1の発明によれば、下記の(A)の要件を満足する前駆体溶液中に、下記の(B)の要件を満足する樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%含有し、粘度が25℃で4〜15mPa・sであることを特徴とする高誘電体薄膜形成用の塗布組成物が提供される。
(A)前記前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤中に、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含む有機酸塩を含有し、かつ金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lである。
(B)前記樹脂成分は、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル、又はこれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種からなる。
That is, according to the first invention of the present invention, a resin component that satisfies the following requirement (B) is added to the precursor solution that satisfies the following requirement (A) by 0. There is provided a coating composition for forming a high dielectric thin film , containing 2 to 2% by mass and having a viscosity of 4 to 15 mPa · s at 25 ° C.
(A) The precursor solution is selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent consisting of at least one alcohol selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid, barium, strontium, It contains an organic acid salt containing at least one metal element selected from the group consisting of magnesium and calcium and at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium, and the metal element concentration is 0 .4 to 1.2 mol / L.
(B) The resin component comprises at least one selected from diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylic acid amide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate, and copolymers thereof.

また、本発明の第の発明によれば、第1の発明において、塗布液として用いた際、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板上に1回塗布し、次いでスピンコートにより1500rpmの回転で20秒間処理し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜の厚さが、120〜350nmであることを特徴とする高誘電体薄膜形成用の塗布組成物が提供される。 According to the second invention of the present invention, in the first invention, when used as a coating solution, it is applied once on a silicon substrate on which a platinum film is formed on an intermediate film made of oxide, and then spinned. Coating for forming a high dielectric thin film, characterized in that the thickness of the high dielectric thin film obtained by coating with a coating at a rotation of 1500 rpm for 20 seconds and then firing at a temperature of 800 ° C. is 120 to 350 nm. A composition is provided.

また、本発明の第の発明によれば、第1の発明において、塗布液として用いた際、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板上にスピンコートにより形成し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜の膜厚が200〜300nmであるとき、その比誘電率は600以上であることを特徴とする高誘電体薄膜形成用の塗布組成物が提供される。 Further, according to the third invention of the present invention, in the first invention, when used as a coating solution, it is formed by spin coating on a silicon substrate in which a platinum film is formed on an oxide intermediate film, and thereafter A coating composition for forming a high dielectric thin film, wherein the relative dielectric constant is 600 or more when the thickness of the high dielectric thin film obtained by baking at a temperature of 800 ° C. is 200 to 300 nm. Is provided.

また、本発明の第の発明によれば、下記の(a)の要件を満足する前駆体溶液に、下記の(b)の要件を満足する樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%添加し、次いで、大気又は不活性ガス雰囲気下に100〜130℃の温度で攪拌することを特徴とする、第1〜いずれかの発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の製造方法が提供される。
(a)前記前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤中に、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含む有機酸塩を含有し、かつ金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lである。
(b)前記樹脂成分は、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル、又はこれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種からなる。
Further, according to the fourth invention of the present invention, a resin component that satisfies the following requirement (b) is added to the precursor solution that satisfies the following requirement (a) by 0.2% with respect to the precursor solution. The coating composition for forming a high dielectric thin film according to any one of the first to third aspects, wherein the coating composition is added at ˜2% by mass and then stirred at a temperature of 100 ° C. to 130 ° C. in air or an inert gas atmosphere. A method of manufacturing an article is provided.
(A) The precursor solution is from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent consisting of at least one alcohol selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid, barium, strontium, It contains an organic acid salt containing at least one metal element selected from the group consisting of magnesium and calcium and at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium, and the metal element concentration is 0 .4 to 1.2 mol / L.
(B) The resin component is composed of at least one selected from diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylamide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate, and copolymers thereof.

また、本発明の第の発明によれば、第の発明において、前記樹脂成分の添加は、前記樹脂成分を、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶剤に溶解した樹脂成分の溶解液で行うことを特徴とする高誘電体薄膜形成用塗布組成物の製造方法が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect , the resin component may be added by changing the resin component to 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, or 2methyl-1. Performed with a solution of a resin component dissolved in at least one solvent selected from the group consisting of butanol, 2-methyl-2-butanol, 2-methyl-1-propanol, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate A method of producing a coating composition for forming a high dielectric thin film is provided.

また、本発明の第の発明によれば、第の発明において、前記前駆体溶液は、下記の工程(1)〜(3)を含む製造方法により得られることを特徴とする高誘電体膜形成用の塗布組成物の製造方法が提供される。
工程(1):1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤を混合し、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で環流させながら、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素の金属、そのアルコキシド又はカルボン酸塩を添加し、攪拌して、金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lの有機酸塩液(A)を調製する。
工程(2):チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素のアルコキシドを、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、又は酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類のいずれかからなる溶剤中に添加し、大気下に20〜60℃の温度で攪拌して、金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lのアルコキシド液(B)を調製する。
工程(3):前記有機酸塩液(A)と前記アルコキシド液(B)を冷却しておき、その後、両者を、前者に含まれる金属元素の合計量と後者に含まれる金属元素の合計量とがモル比で等しくなるような配合割合で混合した後、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で攪拌して、前駆体溶液を合成する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect , the precursor solution is obtained by a manufacturing method including the following steps (1) to (3): A method for producing a coating composition for film formation is provided.
Step (1): at least one selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol At least one ester selected from the group consisting of various alcohols, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and a mixed solvent consisting of 2-ethylhexanoic acid are mixed, and 100 under an inert gas atmosphere. While refluxing at a temperature of ˜110 ° C., a metal of at least one alkaline earth metal element selected from the group consisting of barium, strontium, magnesium and calcium, an alkoxide or a carboxylate thereof, is added, stirred, and metal An organic acid salt solution (A) having an element concentration of 0.4 to 1.2 mol / L is prepared.
Step (2): An alkoxide of at least one element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium is converted into 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1butanol, 2-methyl- At least one alcohol selected from the group consisting of 2-butanol and 2-methyl-1-propanol, or at least one ester selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate It adds in the solvent which consists of one, and stirs at the temperature of 20-60 degreeC under air | atmosphere, and prepares the alkoxide liquid (B) whose metal element density | concentration is 0.4-1.2 mol / L.
Step (3): The organic acid salt solution (A) and the alkoxide solution (B) are cooled, and then both are combined with the total amount of metal elements contained in the former and the total amount of metal elements contained in the latter. Are mixed at a blending ratio such that and are equal in molar ratio, and then stirred at a temperature of 100 to 110 ° C. in an inert gas atmosphere to synthesize a precursor solution.

また、本発明の第の発明によれば、第の発明において、工程(1)で用いられる混合溶剤の配合割合は、アルコール類100容積部に対して、エステル類が50〜200容積部、2−エチルヘキサン酸が50〜100容積部であることを特徴とする高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の製造方法が提供される。 According to the seventh invention of the present invention, in the sixth invention, the mixing ratio of the mixed solvent used in the step (1) is 50 to 200 parts by volume of the ester with respect to 100 parts by volume of the alcohol. A method for producing a coating composition for forming a high dielectric thin film is provided, wherein 2-ethylhexanoic acid is 50 to 100 parts by volume.

本発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその製造方法は、MOD法によるペロブスカイト型誘電物質からなる高誘電体薄膜の形成において、塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な粘性による厚膜化のための生産性の向上が達成され、しかも、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた誘電体薄膜を形成することができる高誘電体薄膜形成用の塗布組成物、及びそれを効率的に製造することができる方法であり、該塗布組成物を塗布液として用いて、薄膜コンデンサ及び半導体集積回路装置の容量絶縁膜、DRAMのキャパシタ材料等、電子デバイスにおける様々な用途のキャパシタ材料等に有用な高誘電体膜が得られるので、その工業的価値は極めて大きい。   The coating composition for forming a high dielectric thin film according to the present invention and a method for producing the same are as follows. In the formation of a high dielectric thin film composed of a perovskite type dielectric material by the MOD method, the uniformity of the coating film, the handling property by an appropriate drying speed, Application for forming a high dielectric thin film capable of forming a dielectric thin film that is capable of forming a dielectric thin film that is excellent in dielectric properties, and that is capable of forming a thick film with an appropriate viscosity and is free from cracks. A composition and a method capable of efficiently producing the composition, and using the coating composition as a coating liquid, in a thin film capacitor, a capacitor insulating film of a semiconductor integrated circuit device, a capacitor material of a DRAM, and the like in an electronic device Since a high dielectric film useful for capacitor materials for various applications can be obtained, its industrial value is extremely large.

以下、本発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその製造方法を詳細に説明する。
1.高誘電体薄膜形成用の塗布組成物
本発明の高誘電体薄膜形成用塗布組成物は、下記の(A)の要件を満足する前駆体溶液中に、下記の(B)の要件を満足する樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%含有し、粘度が25℃で4〜15mPa・sであることを特徴とする。
(A)前記前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤中に、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含む有機酸塩(以下、複合有機酸塩と呼称する場合がある。)を含有し、かつ金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lである。
(B)前記樹脂成分は、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル、又はこれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種からなる。
Hereinafter, the coating composition for forming a high dielectric thin film of the present invention and a method for producing the same will be described in detail.
1. Coating composition for forming a high dielectric thin film The coating composition for forming a high dielectric thin film of the present invention satisfies the following requirement (B) in a precursor solution that satisfies the following requirement (A). The resin component is contained in an amount of 0.2 to 2% by mass with respect to the precursor solution , and the viscosity is 4 to 15 mPa · s at 25 ° C.
(A) The precursor solution is selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent consisting of at least one alcohol selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid, barium, strontium, An organic acid salt containing at least one metal element selected from the group consisting of magnesium and calcium and at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium (hereinafter referred to as complex organic acid salt) And the metal element concentration is 0.4 to 1.2 mol / L.
(B) The resin component comprises at least one selected from diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylic acid amide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate, and copolymers thereof.

本発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物は、前記複合有機酸塩の溶解性、塗膜性、保存性等を満足させることができるとともに、MOD法による誘電体薄膜の形成において、塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な粘性による厚膜化のための生産性の向上が達成され、しかも、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた誘電体薄膜を形成することができるものである。
すなわち、上記塗布組成物を塗布液として用いた際、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板上に1回塗布し、次いでスピンコートにより1500rpmの回転で20秒間処理し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜は、その厚さとして120〜350nmが得られる。しかも、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板上にスピンコートにより形成し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜において、膜厚が200〜300nmであるとき、その比誘電率は600以上である。
The coating composition for forming a high dielectric thin film of the present invention can satisfy the solubility, coating property, storage stability, etc. of the complex organic acid salt, and can be applied in forming a dielectric thin film by the MOD method. Improvement in productivity due to film uniformity, handling at an appropriate drying speed, and increased productivity due to an appropriate viscosity, and the generation of a dielectric thin film with excellent dielectric properties without cracks. It can be formed.
That is, when the coating composition is used as a coating solution, it is applied once on a silicon substrate in which a platinum film is formed on an oxide intermediate film, and then processed by spin coating at 1500 rpm for 20 seconds, and thereafter A high dielectric thin film obtained by firing at a temperature of 800 ° C. at a temperature of 120 to 350 nm is obtained. Moreover, in a high dielectric thin film obtained by spin coating on a silicon substrate having a platinum film formed on an oxide intermediate film and then firing at a temperature of 800 ° C., the film thickness is 200 to 300 nm. In some cases, the relative dielectric constant is 600 or more.

上記塗布組成物において、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤を含む前駆体溶液のほかに、樹脂成分を含むことが重要である。これによって、好適な濡れ性及び粘性が得られ、塗膜の均一性、膜表面の平坦性、厚膜化、適度な乾燥速度による高ハンドリング性等の課題が達成される。また、同時に、従来の上記樹脂成分を含有しない塗布液と比較して、長期安定性、膜形成時の塗布性、膜熱処理時の分解性、膜の緻密性等は良好である。   In the coating composition, at least selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In addition to a precursor solution containing at least one ester selected from the group consisting of one alcohol, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and a mixed solvent consisting of 2-ethylhexanoic acid, a resin It is important to include ingredients. As a result, suitable wettability and viscosity can be obtained, and problems such as uniformity of the coating film, flatness of the film surface, thickening, and high handling properties with an appropriate drying speed can be achieved. At the same time, the long-term stability, applicability at the time of film formation, decomposability at the time of film heat treatment, denseness of the film, and the like are good as compared with the conventional coating liquid containing no resin component.

すなわち、前駆体溶液に用いる有機溶剤を適切に選ぶことにより、前記複合有機酸塩の溶解性、塗膜性、保存性、膜の結晶性、製造安定性を満足させることができる。ここで、カルボン酸、エステル、またはアルコールを単独、もしくは1、2種だけで用いると塗布組成物の劣化や電気特性の悪化等の問題が生じる。しかも、上記混合溶媒には、水混和性が低い有機溶媒を選定しているため、従来よりも優れた保存性の塗布組成物が得られる。   That is, by appropriately selecting the organic solvent used for the precursor solution, the solubility, coating properties, storage stability, film crystallinity, and production stability of the complex organic acid salt can be satisfied. Here, when a carboxylic acid, an ester, or an alcohol is used singly or in only one or two kinds, problems such as deterioration of the coating composition and deterioration of electrical characteristics occur. And since the organic solvent with low water miscibility is selected for the said mixed solvent, the coating composition of the preservability superior to the past is obtained.

すなわち、一般に、アルコール等を主成分としている前駆体溶液では、スピンコート後に即座に塗膜の乾燥が開始され、場所による乾燥むらやはじき等が起こりやすい。特に、大きな基板を用いた場合にはピンホール状の穴欠陥が目視でも観察される。これらの問題は作業環境を整えることでも解消されるが、作業性は劣ることになる。このため、液安定化の改善には、ジケトン類であるアセチルアセトンやアセト酢酸エチル等をアルコキシドに対し等モル以上で加えてキレート化処理したり、或いは溶媒のアルコールとしてメチルセロソルブ等を用い、かつ溶解、合成した後、液保存性を高めるために、115℃以上で蒸留して、反応生成した115℃未満の沸点を有する低沸点材を除く方法が採られる。
これに対して、上記前駆体溶液においては、耐水性の高い溶媒を用いているため、生成される複合有機酸塩は耐水性が高く、反応時に生成する低沸点材に影響を受けず、十分に安定性を保つことができる。
That is, in general, in a precursor solution mainly composed of alcohol or the like, drying of a coating film starts immediately after spin coating, and uneven drying or repelling tends to occur depending on the location. In particular, when a large substrate is used, pinhole-shaped hole defects are also observed visually. These problems can be solved by preparing a working environment, but the workability is inferior. For this reason, to improve liquid stabilization, diketones such as acetylacetone and ethyl acetoacetate are added in an equimolar amount or more to the alkoxide for chelation treatment, or methyl cellosolve is used as the solvent alcohol and dissolved. In order to improve the liquid storage stability after synthesis, a method of distilling at 115 ° C. or higher and removing the low boiling point material having a boiling point of less than 115 ° C. produced by the reaction is employed.
On the other hand, in the precursor solution, since a highly water-resistant solvent is used, the generated complex organic acid salt has high water resistance, and is not affected by the low boiling point material generated during the reaction. Can keep stability.

一方、生成する低沸点材の混入は液の耐水性に影響を与えるが、その生成物は熱分解性が高い。したがって、塗膜時に、低温処理でも結晶化しやすくなるという効果がある。特に、115℃未満の沸点を有する低沸点材は、その効果が高い。このため、上記前駆体溶液においては、加熱合成時の温度を110℃以下とすることで、反応生成する115℃未満の沸点を有する低沸点材を蒸留除去することなく、液中に包含させるものである。
ここで、上記前駆体に含まれる115℃未満の沸点を有する低沸点材としては、1容量%以上であり、好ましくは2〜60容量%である。なお、これらの低沸点材の含有量は、GCMS分析法で得た検出スペクトルの強度からで算出される。
On the other hand, the mixing of the low boiling point material produced affects the water resistance of the liquid, but the product has high thermal decomposability. Therefore, there is an effect that it becomes easy to crystallize even at a low temperature during coating. In particular, a low boiling point material having a boiling point of less than 115 ° C. is highly effective. For this reason, in the above precursor solution, the temperature at the time of heat synthesis is set to 110 ° C. or lower so that the low-boiling material having a boiling point of less than 115 ° C. produced by reaction is included in the liquid without distilling off. It is.
Here, the low boiling point material having a boiling point of less than 115 ° C. contained in the precursor is 1% by volume or more, preferably 2 to 60% by volume. The content of these low-boiling materials is calculated from the intensity of the detection spectrum obtained by the GCMS analysis method.

また、樹脂成分を適切に選ぶことにより、塗布組成物の粘度を適切な範囲に上昇させ、粘性の上昇による厚膜化のため、高誘電体薄膜の所望の膜厚を得るための塗膜回数を大幅に軽減することができる。
例えば、従来の上記樹脂成分を含有しない塗布液を用いる場合では、1回塗膜で得られる高誘電体薄膜の膜厚は、800℃での焼成後で60〜80nm程度である。なお、一般の薄膜キャパシタ等に使用する場合は、膜厚としては、200nm以上が必要である。したがって、所望の膜厚を得るためには、3〜4回の塗膜操作を繰り返し行わなければならない。この改善策として、塗布組成物中の高誘電体を構成する金属元素濃度を高める方法が考えられるが、この方法で1回の塗布厚を厚くすると、焼成後に膜割れが発生してしまう。例えば、前記金属元素濃度が1.4mol/Lで塗布した場合には、1回塗膜で得られる高誘電体薄膜の膜厚は、800℃での焼成後で100nmを大きく超えることも可能であるが、焼成時に膜表面に割れが生じ、誘電特性を測定することすらできない。
In addition, by selecting the resin component appropriately, the viscosity of the coating composition is raised to an appropriate range, and the number of coatings to obtain the desired film thickness of the high dielectric thin film is increased due to the increase in viscosity. Can be greatly reduced.
For example, in the case of using a conventional coating solution that does not contain the resin component, the film thickness of the high dielectric thin film obtained by a single coating is about 60 to 80 nm after baking at 800 ° C. In addition, when using for a general thin film capacitor etc., as a film thickness, 200 nm or more is required. Therefore, in order to obtain a desired film thickness, the coating film operation must be repeated 3 to 4 times. As an improvement measure, a method of increasing the concentration of the metal element constituting the high dielectric in the coating composition is conceivable. However, if the coating thickness is increased once by this method, film cracking occurs after firing. For example, when the metal element concentration is applied at 1.4 mol / L, the film thickness of the high dielectric thin film obtained by a single coating can greatly exceed 100 nm after baking at 800 ° C. However, cracks occur on the film surface during firing, and even the dielectric properties cannot be measured.

上記樹脂成分としては、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル又はこれらの共重合体が用いられる。なお、重合体及び共重合体の平均分子量が20万以上になると、上記混合溶媒に溶解できなくなる。上記樹脂成分を含有することにより、1回塗膜で得られる高誘電体薄膜の膜厚としては、800℃での焼成後で120〜350nm程度となり、所望の膜厚を得るための塗膜回数を大幅に軽減することができる。   As the resin component, diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylic acid amide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate or a copolymer thereof is used. In addition, when the average molecular weight of a polymer and a copolymer becomes 200,000 or more, it becomes impossible to dissolve in the mixed solvent. By containing the above resin component, the film thickness of the high dielectric thin film obtained by coating once is about 120 to 350 nm after baking at 800 ° C., and the number of coatings for obtaining a desired film thickness. Can be greatly reduced.

上記樹脂成分の塗布組成物中の含有割合としては、前駆体溶液に対し0.2〜2質量%である。すなわち、樹脂成分の含有割合が0.2質量%未満では、濡れ性及び粘度が低く、厚膜化の効果が薄れる。一方、添加割合が2質量%を超えると、塗膜を焼成した際、膜表面の凹凸が激しくなる。   As a content rate in the coating composition of the said resin component, it is 0.2-2 mass% with respect to a precursor solution. That is, when the content ratio of the resin component is less than 0.2% by mass, the wettability and the viscosity are low, and the effect of increasing the thickness is reduced. On the other hand, when the addition ratio exceeds 2% by mass, the film surface becomes uneven when the coating film is baked.

上記前駆体溶液に用いる複合有機酸塩としては、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含有する有機酸塩であり、熱分解によりチタン酸バリウム(BaTiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、チタン酸カルシウム(CaTiO)、チタン酸バリウムストロンチウム((Ba、Sr)TiO)等の高誘電特性を有するペロブスカイト型複合酸化物を形成するものである。 The complex organic acid salt used for the precursor solution is at least one metal element selected from the group consisting of barium, strontium, magnesium and calcium, and at least one metal selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium An organic acid salt containing an element, and barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 3 ) ) And the like, and a perovskite type complex oxide having high dielectric properties.

上記前駆体溶液中の金属元素濃度としては、0.4〜1.2mol/Lである。すなわち、金属元素濃度が0.4mol/L未満では、得られる塗布組成物の濃度が希薄になるため、1回の塗膜で形成される高誘電体薄膜の厚さが薄いので、塗膜回数が上昇し生産性が低下する。一方、金属元素濃度が1.2mol/Lを超えると、得られる塗布組成物の濃度が高くなるので、塗膜の焼成時に膜割れが生じる。   The metal element concentration in the precursor solution is 0.4 to 1.2 mol / L. That is, when the metal element concentration is less than 0.4 mol / L, the concentration of the resulting coating composition is dilute, and thus the thickness of the high dielectric thin film formed by one coating is thin. Increases and productivity decreases. On the other hand, if the metal element concentration exceeds 1.2 mol / L, the concentration of the resulting coating composition becomes high, and film cracking occurs during baking of the coating film.

上記塗布組成物の粘度は、例えば、実施例で記載する評価方法(25℃)で4〜15mPa・sのものを用いる。すなわち、前記粘度が4mPa・s未満では、塗膜の厚みが改善されない。一方、前記粘度が15mPa・sを超えると、スピンコートを行うときの膜厚分布にむらが生じる。さらに、樹脂成分により、乾燥時による外気の影響を受けにくくするばかりでなく、クラック、空隙等の問題が生じることはない。また、熱分解性に優れた樹脂成分を選定したために、焼成において残滓を形成することもなく、高誘電体薄膜の誘電特性に低下は見られない。 The viscosity of the said coating composition uses the thing of 4-15 mPa * s by the evaluation method (25 degreeC ) described in an Example, for example. That is, when the viscosity is less than 4 mPa · s, the thickness of the coating film is not improved. On the other hand, when the viscosity exceeds 15 mPa · s, the film thickness distribution is uneven when spin coating is performed. Furthermore, the resin component not only makes it less susceptible to the influence of outside air during drying, but does not cause problems such as cracks and voids. In addition, since a resin component having excellent thermal decomposability is selected, no residue is formed during firing, and no deterioration is observed in the dielectric properties of the high dielectric thin film.

上記塗布組成物は、さらに、従来の上記樹脂成分を含有しない塗布液がその低粘度と濡れ性不良のために不向きであった酸化物基板等で使用に際しても、凹凸の激しい面に塗膜しても、その膜表面の平坦性を改善することもできるという大きな利点を有する。
すなわち、例えば、EL素子の作製では、ガラス基板上に電極、誘電体ペーストを塗り、加熱して数ミクロンの誘電体層を形成するが、通常、樹脂及びペースト成分の揮発で大きな穴や亀裂が生じる。こうした誘電体層の表面の欠陥、多孔質の膜質、凹凸形状等があると、その上に蒸着法又はスパッタリング法等の気相堆積法で形成される発光層が、表面形状に追随するため平滑に形成することができない。このような基板の非平坦部に形成された発光層部には効果的に電界を印加することができないので、有効発光面積が減少したり、膜厚の局所的な不均一性から発光層が部分的に絶縁破壊を生じ、発光輝度の低下を生じるといった問題がある。このため、誘電体ペーストのビヒクル成分(ガラス等)に工夫を凝らしていたが、解決するには至っていない。また、上記従来の塗布液を用いると穴のすそ野が広がるように、いわゆる目玉状に液がはじけてしまう。これに対し、本発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物を使用すれば、同様の組成の誘電体物質を用いることにより特性を劣化させることもなく、かつスムーズに穴表面を被覆して修復することができる。
Furthermore, the coating composition further coats a highly uneven surface even when the conventional coating liquid not containing the resin component is used on an oxide substrate or the like that is unsuitable due to its low viscosity and poor wettability. However, there is a great advantage that the flatness of the film surface can be improved.
That is, for example, in the production of an EL element, an electrode and a dielectric paste are applied on a glass substrate and heated to form a dielectric layer of several microns. Usually, large holes and cracks are caused by the volatilization of resin and paste components. Arise. If there are defects on the surface of the dielectric layer, porous film quality, uneven shape, etc., the light-emitting layer formed by vapor deposition such as evaporation or sputtering follows the surface shape and is smooth. Can not be formed. Since an electric field cannot be effectively applied to the light emitting layer portion formed on such a non-flat portion of the substrate, the effective light emitting area is reduced or the light emitting layer is formed due to local nonuniformity in film thickness. There is a problem that dielectric breakdown partially occurs, resulting in a decrease in light emission luminance. For this reason, the vehicle component (glass etc.) of the dielectric paste has been devised, but it has not been solved. In addition, when the conventional coating solution is used, the solution is repelled in a so-called eyeball shape so that the bottom of the hole is widened. On the other hand, if the coating composition for forming a high dielectric thin film of the present invention is used, the surface of the hole can be smoothly coated without deteriorating characteristics by using a dielectric material having the same composition. Can be repaired.

2.高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の製造方法
本発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の製造方法は、上記高誘電体薄膜形成用の塗布組成物を製造する方法であって、下記の(a)の要件を満足する前駆体溶液に、下記の(b)の要件を満足する樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%添加し、次いで、大気又は不活性ガス雰囲気下に100〜130℃の温度で攪拌することを特徴とする。
(a)前記前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤中に、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含む有機酸塩を含有し、かつ金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lである。
(b)前記樹脂成分は、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル、又はこれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種からなる。
2. Method for producing coating composition for forming high dielectric thin film A method for producing a coating composition for forming a high dielectric thin film according to the present invention is a method for producing the coating composition for forming a high dielectric thin film. To the precursor solution that satisfies the following requirement (a), 0.2 to 2% by mass of a resin component that satisfies the following requirement (b) is added to the precursor solution, and then air or inert Stirring is performed at a temperature of 100 to 130 ° C. in a gas atmosphere.
(A) The precursor solution is from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent consisting of at least one alcohol selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid, barium, strontium, It contains an organic acid salt containing at least one metal element selected from the group consisting of magnesium and calcium and at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium, and the metal element concentration is 0 .4 to 1.2 mol / L.
(B) The resin component is composed of at least one selected from diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylamide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate, and copolymers thereof.

上記塗布組成物の製造方法に用いる前駆体溶液の製造方法としては、特に限定されるものではないが、下記の工程(1)〜(3)を含むものが好ましい。
工程(1):1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤を混合し、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で環流させながら、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素の金属、そのアルコキシド又はカルボン酸塩を添加し、攪拌して、金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lの有機酸塩液(A)を調製する。
工程(2):チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素のアルコキシドを、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、又は酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類のいずれかからなる溶剤中に添加し、大気下に20〜60℃の温度で攪拌して、金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lのアルコキシド液(B)を調製する。
工程(3):前記有機酸塩液(A)と前記アルコキシド液(B)を冷却しておき、その後、両者を、前者に含まれる金属元素の合計量と後者に含まれる金属元素の合計量とがモル比で等しくなるような配合割合で混合した後、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で攪拌して、前駆体溶液を合成する。
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of the precursor solution used for the manufacturing method of the said coating composition, The thing containing following process (1)-(3) is preferable.
Step (1): at least one selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol At least one ester selected from the group consisting of various alcohols, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and a mixed solvent consisting of 2-ethylhexanoic acid are mixed, and 100 under an inert gas atmosphere. While refluxing at a temperature of ˜110 ° C., a metal of at least one alkaline earth metal element selected from the group consisting of barium, strontium, magnesium and calcium, an alkoxide or a carboxylate thereof, is added, stirred, and metal An organic acid salt solution (A) having an element concentration of 0.4 to 1.2 mol / L is prepared.
Step (2): An alkoxide of at least one element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium is converted into 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1butanol, 2-methyl- At least one alcohol selected from the group consisting of 2-butanol and 2-methyl-1-propanol, or at least one ester selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate It adds in the solvent which consists of one, and stirs at the temperature of 20-60 degreeC under air | atmosphere, and prepares the alkoxide liquid (B) whose metal element density | concentration is 0.4-1.2 mol / L.
Step (3): The organic acid salt solution (A) and the alkoxide solution (B) are cooled, and then both are combined with the total amount of metal elements contained in the former and the total amount of metal elements contained in the latter. Are mixed at a blending ratio such that and are equal in molar ratio, and then stirred at a temperature of 100 to 110 ° C. in an inert gas atmosphere to synthesize a precursor solution.

上記工程(1)では、前記アルコール類、前記エステル類、及び2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤を所望の配合で混合し、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で環流させながら加熱しておく。この混合溶媒中に、少なくとも1種のアルカリ土類金属元素の金属、そのアルコキシド又はカルボン酸塩を添加し、好ましくは1〜3時間攪拌し溶解する。
使用するアルカリ土類金属元素の形態によっては、溶解が進むと溶解熱により温度上昇が著しいため注意を要する。これにより、金属元素濃度が、0.4〜1.2mol/Lの有機酸塩液(A)を調製する。
In the step (1), a mixed solvent composed of the alcohols, the esters, and 2-ethylhexanoic acid is mixed in a desired composition and heated while refluxing at a temperature of 100 to 110 ° C. in an inert gas atmosphere. Keep it. In this mixed solvent, at least one kind of alkaline earth metal element metal, alkoxide or carboxylate thereof is added, and preferably dissolved by stirring for 1 to 3 hours.
Depending on the form of the alkaline earth metal element used, care must be taken because the temperature rises significantly due to the heat of dissolution as the dissolution proceeds. Thereby, an organic acid salt solution (A) having a metal element concentration of 0.4 to 1.2 mol / L is prepared.

上記カルボン酸塩としては、特に限定されるものではないが、酢酸バリウム、酢酸カルシウム、エチルヘキサン酸カルシウム等のカルボン酸塩が好ましい。
また、上記アルコキシドとしては、特に限定されるものではなく、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素のメトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、ブトキシド等が挙げられるが、特に、適当な反応速度であることから、イソプロポキシド又はブトキシドを用いるのが好ましい。
The carboxylate is not particularly limited, but carboxylates such as barium acetate, calcium acetate and calcium ethylhexanoate are preferable.
The alkoxide is not particularly limited, and examples thereof include at least one alkaline earth metal element methoxide, ethoxide, isopropoxide, butoxide selected from the group consisting of barium, strontium, magnesium and calcium. However, it is particularly preferable to use isopropoxide or butoxide because of an appropriate reaction rate.

上記混合溶剤の配合割合としては、特に限定されるものではないが、前記アルコール類100容積部に対して、前記エステル類が好ましくは50〜200容積部、より好ましくは50〜140容積部、また、2−エチルヘキサン酸が好ましくは50〜100容積部、より好ましくは50〜70容積部、である。すなわち、配合割合がこの範囲外になると、溶解が不十分となり、未溶解物が発生しやすくなり、沈殿が生成して液が不安定になる。また、これにより、液安定性は高まるので、即座にアルコキシド液(B)と混合して合成しなくとも、密閉容器に入れておけば3ヶ月間はまったく変化がないものが得られる。   The mixing ratio of the mixed solvent is not particularly limited, but the ester is preferably 50 to 200 parts by volume, more preferably 50 to 140 parts by volume, or 100 parts by volume of the alcohols. 2-ethylhexanoic acid is preferably 50 to 100 parts by volume, more preferably 50 to 70 parts by volume. That is, when the blending ratio is out of this range, dissolution becomes insufficient, undissolved substances are easily generated, precipitates are generated, and the liquid becomes unstable. Moreover, since liquid stability increases by this, even if it does not mix with an alkoxide liquid (B) and synthesize | combine immediately, if it puts in an airtight container, what will not change at all for three months will be obtained.

これに対して、エーテル類、アルコール類、カルボン酸類又はエステル類等の有機溶剤を単独で、或いは本発明の条件以外で任意に組合わせて用いると上記効果が得られない。例えば、アルカリ土類金属元素の原料として金属を用いた場合、アルコール類又はエーテル類に容易に溶解するが、得られる有機酸塩液は水に対する安定性が欠けるため、外気に晒すことができず、また保存性が悪いという問題がある。また、低級カルボン酸塩を原料とした場合、その多くは低級アルコールに溶解しにくいため、一般的には、エステル類又はカルボン酸類を用いて溶解される。しかしながら、エステル類だけを用いると、カルボン酸塩の溶解度が低いため、保存時に粒子が析出する。さらに、誘電体薄膜の下地電極である金属膜との濡れ性が悪く、均一な膜が得られないという問題がある。一方、カルボン酸類は、溶解性が高く、かつ水混和性も低いために保存性を安定させる有用な有機溶剤であるが、加熱により揮発除去されにくい。したがって、カルボン酸類を多量に用いると、膜形成時に有機成分が残留する。エステル類とカルボン酸類の混合溶液にしても同様である。   On the other hand, when the organic solvents such as ethers, alcohols, carboxylic acids or esters are used alone or in any combination other than the conditions of the present invention, the above effects cannot be obtained. For example, when a metal is used as a raw material for an alkaline earth metal element, it easily dissolves in alcohols or ethers, but the resulting organic acid salt solution lacks stability to water and cannot be exposed to the outside air. In addition, there is a problem that storage stability is bad. Further, when a lower carboxylate is used as a raw material, many of them are difficult to dissolve in a lower alcohol, and therefore, generally dissolved using esters or carboxylic acids. However, when only esters are used, particles are precipitated during storage because the solubility of the carboxylate is low. Furthermore, there is a problem that the wettability with the metal film which is the base electrode of the dielectric thin film is poor and a uniform film cannot be obtained. On the other hand, carboxylic acids are useful organic solvents that have high solubility and low water miscibility, and thus stabilize storage stability, but are difficult to be volatilized and removed by heating. Therefore, when a large amount of carboxylic acid is used, an organic component remains during film formation. The same applies to a mixed solution of esters and carboxylic acids.

上記工程(1)で用いる加熱溶解条件としては、温度が100〜110℃である。すなわち、加熱温度が100℃未満では、有機酸塩の形成が不十分である。一方、加熱温度が110℃を超えると、有機溶剤の揮発が活発になる。また、攪拌時間としては、特に限定されるものではなく、1〜3時間が好ましい。   The heating and melting conditions used in the step (1) are 100 to 110 ° C. That is, when the heating temperature is less than 100 ° C., the formation of the organic acid salt is insufficient. On the other hand, when the heating temperature exceeds 110 ° C., volatilization of the organic solvent becomes active. Moreover, it does not specifically limit as stirring time, 1-3 hours are preferable.

上記工程(1)で得られる有機酸塩液(A)の金属元素濃度としては、0.4〜1.2mol/Lである。すなわち、金属元素濃度が0.4mol/L未満では、濃度が希薄なため生産性が低下し、一方金属元素濃度が1.2mol/Lを超えると、溶解が不十分になり液が安定しない問題がある。   The metal element concentration of the organic acid salt solution (A) obtained in the step (1) is 0.4 to 1.2 mol / L. That is, when the metal element concentration is less than 0.4 mol / L, the productivity is reduced because the concentration is dilute. On the other hand, when the metal element concentration exceeds 1.2 mol / L, the solution becomes insufficient and the solution is not stable. There is.

上記工程(2)では、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素のアルコキシドを、前記アルコール類又は前記エステル類のいずれかの溶剤中に添加し、大気下に20〜60℃の温度で攪拌し溶解する。これにより、金属元素濃度が、0.4〜1.2mol/Lのアルコキシド液(B)を調製する。
上記工程(2)では、原料形態、並びに有機溶剤等とその配合比を選ぶことにより、作製時における安全性に優れたアルコキシド液(B)を得るとともに、アルコキシド液(B)中の金属の溶解性と保存性、さらに高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の塗膜性、及び膜欠陥の原因となる揮発又は分解性等を満足させる効果が得られる。
In the step (2), an alkoxide of at least one element selected from the group consisting of titanium, tin, and zirconium is added to the solvent of any of the alcohols or esters, and the atmosphere is 20-60. Stir at a temperature of ° C to dissolve. Thereby, an alkoxide liquid (B) having a metal element concentration of 0.4 to 1.2 mol / L is prepared.
In the above step (2), by selecting the raw material form, the organic solvent and the blending ratio thereof, an alkoxide liquid (B) excellent in safety at the time of production is obtained, and the dissolution of the metal in the alkoxide liquid (B) is obtained. The effect of satisfying the property and storage stability, the coating property of the coating composition for forming a high dielectric thin film, and volatilization or decomposability causing film defects can be obtained.

上記工程(2)で用いるアルコキシドとしては、特に限定されるものではなく、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、ブトキシド等が挙げられるが、特に、適当な反応速度であることから、イソプロポキシド又はブトキシドを用いるのが好ましい。   The alkoxide used in the above step (2) is not particularly limited, and examples thereof include methoxide, ethoxide, isopropoxide, butoxide, and the like. Particularly, since the reaction rate is appropriate, isopropoxide or butoxide. Is preferably used.

上記工程(2)で用いる加熱溶解条件としては、特に限定されるものではないが、20〜60℃の温度が好ましい。すなわち、加熱温度が20℃未満では、金属アルコキシドの形成が不十分である。一方、加熱温度が60℃を超えると、有機溶剤の揮発が活発になる。また、加熱時間としては、特に限定されるものではなく、0.2〜2時間が好ましく、金属アルコキシドの形成が十分に行なわれる時間が選ばれる。   Although it does not specifically limit as heat dissolution conditions used at the said process (2), The temperature of 20-60 degreeC is preferable. That is, when the heating temperature is less than 20 ° C., the formation of the metal alkoxide is insufficient. On the other hand, when heating temperature exceeds 60 degreeC, volatilization of the organic solvent will become active. Moreover, it does not specifically limit as heating time, 0.2-2 hours are preferable, and the time when formation of metal alkoxide is fully performed is selected.

上記工程(2)において得られるアルコキシド液(B)の金属元素濃度としては、0.4〜1.2mol/Lである。すなわち、金属元素濃度が0.4mol/L未満では、濃度が希薄になると生産性が低下し、一方、金属元素濃度が1.2mol/Lを超えると、溶解が不十分となり液が安定しない。   The metal element concentration of the alkoxide liquid (B) obtained in the step (2) is 0.4 to 1.2 mol / L. That is, when the metal element concentration is less than 0.4 mol / L, the productivity decreases when the concentration is dilute. On the other hand, when the metal element concentration exceeds 1.2 mol / L, dissolution is insufficient and the liquid is not stable.

上記工程(3)では、前記有機酸塩液(A)と前記アルコキシド液(B)を冷却しておき、その後、両者を、前者に含まれる金属元素の合計量と後者に含まれる金属元素の合計量とがモル比で等しくなるような配合割合で混合した後、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で好ましくは2〜10時間攪拌して、前駆体溶液を合成する。
上記工程(3)では、有機酸塩液(A)とアルコキシド液(B)の配合比を上記の条件で選ぶことにより、前駆体溶液中の金属の溶解性と保存性、さらに高誘電体薄膜形成用塗布組成物の塗膜性、及び膜欠陥の原因となる揮発又は分解性等を満足させる効果が得られる。
In the step (3), the organic acid salt solution (A) and the alkoxide solution (B) are cooled, and then both of the total amount of metal elements contained in the former and the amount of metal elements contained in the latter After mixing at a blending ratio such that the total amount is equal in molar ratio, the precursor solution is synthesized by stirring in an inert gas atmosphere at a temperature of 100 to 110 ° C., preferably for 2 to 10 hours.
In the step (3), by selecting the compounding ratio of the organic acid salt solution (A) and the alkoxide solution (B) under the above conditions, the solubility and storage property of the metal in the precursor solution, and the high dielectric thin film The effect which satisfies the coating-film property of the coating composition for formation, volatilization or decomposability which causes a film defect, etc. is acquired.

上記工程(3)で用いる加熱条件としては、温度が100〜110℃である。すなわち、加熱温度が100℃未満では、合成反応が不十分であり、複合有機酸塩の形成が進まず、構成元素が単独で存在するため、加水分解速度に差が生じて膜組成の均一性が劣る。一方、温度が110℃を超えると、溶媒の揮発が活発化するだけでなく、内容物も同時に揮発して組成ずれが起こる。また、加熱時間としては、特に限定されるものではなく、2〜10時間が好ましく、合成が十分に行なわれる時間が選ばれる。
なお、上記前駆体溶液の製造方法において、工程(1)及び工程(3)は、加熱に際して環流下で行うため、溶媒から揮発する成分がなく、液組成の変動がない。
As heating conditions used at the said process (3), temperature is 100-110 degreeC. That is, when the heating temperature is less than 100 ° C., the synthesis reaction is insufficient, the formation of the complex organic acid salt does not proceed, and the constituent elements are present alone, resulting in a difference in hydrolysis rate and the uniformity of the film composition Is inferior. On the other hand, when the temperature exceeds 110 ° C., not only the volatilization of the solvent is activated, but the contents are also volatilized at the same time, resulting in a composition shift. Moreover, it does not specifically limit as heating time, 2-10 hours are preferable and the time for which synthesis | combination is fully performed is selected.
In the above precursor solution manufacturing method, step (1) and step (3) are carried out under reflux during heating, so there is no component that volatilizes from the solvent and there is no change in the liquid composition.

上記塗布組成物の製造方法は、上記前駆体溶液の製造方法に続いて、得られた前駆体溶液を冷却後、該前駆体溶液中に、前記樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%添加し、次いで、大気又は不活性ガス雰囲気下に100〜130℃の温度に加熱する。
ここで、樹脂成分は、前駆体溶液との加熱反応により合成化され、樹脂を含んだ塗布組成物が形成される。これにより、塗布組成物の粘度が上昇する。また、塗布組成物には、樹脂の耐水性の高い特徴が付与されるため、長期安定性が高まる。
The manufacturing method of the said coating composition is the manufacturing method of the said precursor solution. After cooling the obtained precursor solution, the said resin component is 0.2 with respect to this precursor solution in this precursor solution. Add ~ 2 wt%, then heat to 100-130 ° C under air or inert gas atmosphere.
Here, the resin component is synthesized by a heating reaction with the precursor solution, and a coating composition containing the resin is formed. This increases the viscosity of the coating composition. Moreover, since the high water-resistant characteristic of resin is provided to a coating composition, long-term stability increases.

上記樹脂成分の添加方法としては、樹脂成分を直接前駆体溶液に添加することができるが、例えば、前記樹脂成分を、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶剤に溶解して得た樹脂成分の溶解液で行うこともできる。
上記樹脂成分の溶解液の調製方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、上記溶剤に、前記樹脂成分を配合後、60℃以上の温度で1時間以上加熱し、次いで一昼夜放冷することにより、完全に溶解しておくことが好ましい。
As a method for adding the resin component, the resin component can be directly added to the precursor solution. For example, the resin component can be added to 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1butanol, 2methyl-1 Dissolution of a resin component obtained by dissolving in at least one solvent selected from the group consisting of butanol, 2-methyl-2-butanol, 2-methyl-1-propanol, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate It can also be performed in liquid.
The method for preparing the resin component solution is not particularly limited. For example, after blending the resin component in the solvent, the mixture is heated at a temperature of 60 ° C. or more for 1 hour or more and then allowed to cool overnight. By doing so, it is preferable to dissolve completely.

上記塗布組成物の合成温度としては、100〜130℃である。すなわち、温度が100℃未満では、合成が不十分となり、液の塗れ性等に対する効果が希薄となる。一方、温度が130℃を超えると、希釈液の揮発が活発となり、液組成の制御が難しくなる。また、加熱の時間としては、特に限定されるものではなく、加熱合成を十分に促すため、1時間以上が好ましく、1〜3時間がより好ましい。   The synthesis temperature of the coating composition is 100 to 130 ° C. That is, when the temperature is less than 100 ° C., the synthesis is insufficient, and the effect on the wettability of the liquid becomes dilute. On the other hand, when temperature exceeds 130 degreeC, volatilization of a dilution liquid will become active and control of a liquid composition will become difficult. In addition, the heating time is not particularly limited, and is preferably 1 hour or longer, and more preferably 1 to 3 hours in order to sufficiently promote heat synthesis.

上記塗布組成物の金属元素濃度としては、例えば、0.2〜0.8mol/Lである。すなわち、金属元素濃度が0.2mol/L未満では、濃度が希薄になるため生産性が低下し、一方、金属元素濃度が0.8mol/Lを超えると、膜加熱処理時に膜割れが生じる。なお、上記塗布組成物の金属元素濃度の調整は、上記前駆体溶液に前記樹脂成分を含む溶解液を添加することで行われる。例えば、1−ブタノールと酢酸ブチルと混合した溶媒に樹脂を適量加えて溶解しておき、これを希釈剤として、前駆体溶液に混ぜることで濃度調整された塗布組成物が得られる。   The metal element concentration of the coating composition is, for example, 0.2 to 0.8 mol / L. That is, when the metal element concentration is less than 0.2 mol / L, the concentration is dilute and the productivity is lowered. On the other hand, when the metal element concentration exceeds 0.8 mol / L, film cracking occurs during the film heat treatment. In addition, adjustment of the metal element density | concentration of the said coating composition is performed by adding the solution containing the said resin component to the said precursor solution. For example, an appropriate amount of a resin is added to a solvent mixed with 1-butanol and butyl acetate and dissolved, and this is used as a diluent to mix with the precursor solution to obtain a coating composition whose concentration is adjusted.

上記高誘電体薄膜形成用の塗布組成物を塗布液として用いて、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた高誘電体膜を得ることができる。例えば、白金膜を形成したシリコン基板上にスピンコートにより形成し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜の膜厚が200〜300nmであるとき、その比誘電率は600以上である。
上記高誘電体膜の形成方法としては、まず、基板上に、塗布液を滴下した後、スピンコート、ディップコート等により塗布し乾燥する。次に、400〜600℃の温度で10分〜1時間程度の仮焼成を行う。ここで、所望の膜厚にするために、塗布、乾燥、仮焼成を数回繰り返し得られた多層誘電体薄膜を、700〜900℃の温度で20分〜2時間程度本焼成して、高誘電体膜を得る。
上記基板としては、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板、例えば、Ru/RuO/SiO /Si、RuO/Si、Ir/IrO/Si、Pt/Ir/IrO/Si、Pt/IrO/Si、Pt/TiO/Si、Pt/TiO/SiO/Si等が挙げられる。
By using the coating composition for forming a high dielectric thin film as a coating liquid, it is possible to obtain a high dielectric film with no cracks and excellent dielectric characteristics. For example, when the thickness of a high dielectric thin film obtained by spin coating on a silicon substrate on which a platinum film is formed and then firing at a temperature of 800 ° C. is 200 to 300 nm, the relative dielectric constant is 600. That's it.
As a method for forming the high dielectric film, first, a coating solution is dropped on a substrate, and then applied by spin coating, dip coating or the like and dried. Next, temporary baking is performed at a temperature of 400 to 600 ° C. for about 10 minutes to 1 hour. Here, in order to obtain a desired film thickness, the multilayer dielectric thin film obtained by repeatedly applying, drying, and pre-baking several times is subjected to main baking at a temperature of 700 to 900 ° C. for about 20 minutes to 2 hours. A dielectric film is obtained.
Examples of the substrate include a silicon substrate in which a platinum film is formed on an oxide intermediate film, such as Ru / RuO 2 / SiO 2 / Si, RuO 2 / Si, Ir / IrO 2 / Si, and Pt / Ir / IrO. 2 / Si, Pt / IrO 2 / Si, Pt / TiO 2 / Si, Pt / TiO 2 / SiO 2 / Si, and the like.

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた塗布組成物の評価方法及び薄膜の形成方法と評価方法は、以下の通りである。
(1)金属の分析:ICP発光分析法で行った。
(2)塗布組成物の評価方法:次の(イ)〜(ニ)の測定を行った。
(イ)塗布組成物の粘度測定:室温を25℃に保ち、B型回転式粘度計を用いて5分間測定した。
(ロ)塗布組成物の乾燥速度測定:塗布液をスピンコート法によりPt/TiO/SiO/Si基板上に塗布し、120℃で10分間乾燥させ、乾燥前後の質量変化から減少率を算出した。この減少率が大きいと乾燥速度が速い。
(ハ)塗膜の均一性の評価:塗布液をスピンコート法によりPt/TiO/SiO/Si基板上に塗布し、実体顕微鏡で2mm角視野を観察し、ピンホールの発生状況を評価した。
(ニ)塗布組成物の保存性:塗布組成物を30℃×60%RH中で10日間放置した後、液の状態を目視観察した。
(3)薄膜の形成方法と評価方法:塗布液をPt/TiO/SiO/Si基板上にスピンコート法により1500rpmの回転数で20秒間塗布し、150℃で乾燥した後、大気中600℃で30分間の仮焼成を行った。塗布、乾燥、仮焼成を所定回数繰り返した後、酸素ガス気流中800℃で30分間本焼成して、薄膜を形成した。その間、下記の(ホ)、(へ)の方法により、薄膜の膜厚とクラック発生を評価した。
(ホ)薄膜の膜厚の測定:段差計にて測定し、1回塗布当たりの膜厚を求めた。
(へ)薄膜のクラック発生状況:AFM観察で、膜表面のクラックを観察した。
さらに、この上にφ0.4mmの白金上部電極を設け、AC電圧1.0V、周波数1MHz時の静電容量を求めて比誘電率と誘電損失を算出した。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the evaluation method of the coating composition and the formation method and evaluation method of a thin film which were used by the Example and the comparative example are as follows.
(1) Metal analysis: ICP emission analysis was performed.
(2) Evaluation method of coating composition: The following (i) to (d) were measured.
(A) Viscosity measurement of the coating composition: The room temperature was kept at 25 ° C. and measured for 5 minutes using a B-type rotary viscometer.
(B) Drying speed measurement of coating composition: The coating solution is applied onto a Pt / TiO 2 / SiO 2 / Si substrate by spin coating, dried at 120 ° C. for 10 minutes, and the rate of decrease is determined from the change in mass before and after drying. Calculated. When this reduction rate is large, the drying speed is fast.
(C) Evaluation of coating film uniformity: The coating solution is applied onto a Pt / TiO 2 / SiO 2 / Si substrate by spin coating, and a 2 mm square field of view is observed with a stereomicroscope to evaluate the occurrence of pinholes. did.
(D) Preservability of coating composition: The coating composition was allowed to stand at 30 ° C. × 60% RH for 10 days, and then the state of the liquid was visually observed.
(3) Thin film formation method and evaluation method: The coating solution was applied on a Pt / TiO 2 / SiO 2 / Si substrate by spin coating at a rotation speed of 1500 rpm for 20 seconds, dried at 150 ° C., and then in air 600 Pre-baking was performed at 30 ° C. for 30 minutes. Coating, drying, and pre-baking were repeated a predetermined number of times, followed by main baking at 800 ° C. for 30 minutes in an oxygen gas stream to form a thin film. Meanwhile, the film thickness and crack generation of the thin film were evaluated by the following methods (e) and (f).
(E) Measurement of the film thickness of the thin film: Measured with a step gauge to determine the film thickness per application.
(F) Crack generation state of thin film: Cracks on the film surface were observed by AFM observation.
Further, a platinum upper electrode of φ0.4 mm was provided thereon, and the relative dielectric constant and dielectric loss were calculated by obtaining the electrostatic capacity at an AC voltage of 1.0 V and a frequency of 1 MHz.

(実施例1)
まず、金属バリウムを容量比で2−メチル−1−ブタノール:2−エチルヘキサン酸:酢酸ブチル=2:1:1で配合した混合溶剤中に添加し、窒素気流中110℃で2時間攪拌混合して、Ba濃度1.0mol/Lのバリウム有機酸塩液(A)を調製した。また、チタンテトライソプロポキシドを酢酸ブチルに添加し、大気中25℃で0.4時間攪拌混合して、Ti濃度1.0mol/Lのチタンアルコキシド液(B)を調製した。
次に、モル比でバリウム:チタン=1:1となるようにバリウム有機酸塩液(A)中にチタンアルコキシド液(B)を滴下し、窒素気流中110℃で2時間攪拌混合して、金属元素濃度1.0mol/Lの前駆体溶液を得た。
次いで、前駆体溶液に、樹脂成分としてマレイン酸ジエチルを前駆体溶液に対し1.0質量%を添加した後、窒素中110℃で2時間攪拌混合して塗布組成物を得た。得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況を上記塗布組成物の評価方法に従って測定した。
その後、上記薄膜の形成方法と評価方法に従って、塗布、乾燥、仮焼成を2回繰り返してBaTiO薄膜を形成し、薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。
Example 1
First, barium metal is added to a mixed solvent containing 2-methyl-1-butanol: 2-ethylhexanoic acid: butyl acetate = 2: 1: 1 by volume ratio, and stirred and mixed at 110 ° C. for 2 hours in a nitrogen stream. Then, a barium organic acid salt solution (A) having a Ba concentration of 1.0 mol / L was prepared. Further, titanium tetraisopropoxide was added to butyl acetate, and the mixture was stirred and mixed in the atmosphere at 25 ° C. for 0.4 hours to prepare a titanium alkoxide liquid (B) having a Ti concentration of 1.0 mol / L.
Next, the titanium alkoxide liquid (B) is dropped into the barium organic acid salt liquid (A) so that the molar ratio is barium: titanium = 1: 1, and the mixture is stirred and mixed at 110 ° C. for 2 hours in a nitrogen stream. A precursor solution having a metal element concentration of 1.0 mol / L was obtained.
Subsequently, after adding 1.0 mass% of diethyl maleate as a resin component to the precursor solution with respect to the precursor solution, the mixture was stirred and mixed in nitrogen at 110 ° C. for 2 hours to obtain a coating composition. The resulting coating composition was measured for viscosity, drying speed, storage stability, and pinhole occurrence of the coating film according to the method for evaluating the coating composition.
Thereafter, in accordance with the thin film formation method and the evaluation method, coating, drying, and pre-baking are repeated twice to form a BaTiO 3 thin film, and the thin film thickness and crack generation are evaluated, and the relative dielectric constant and dielectric loss are evaluated. It was. The results are shown in Tables 1-3.

(実施例2)
上記前駆体溶液に、樹脂成分としてマレイン酸ジブチルを前駆体溶液に対し2.0質量%を添加したこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
(Example 2)
Except for adding 2.0% by mass of dibutyl maleate as a resin component to the precursor solution, the viscosity of the coating composition obtained, the drying rate, Preservability, the state of occurrence of pinholes in the coating film, the film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.

(実施例3)
上記前駆体溶液に、樹脂成分の代わりに、次の樹脂成分の溶解液(C)を樹脂成分が前駆体溶液に対し0.2質量%となるように添加したこと、このときの温度が100℃であったこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布が1回であったこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(C)]
容量比で1:1で配合したメタクリル酸ブチルとアクリル酸ブチルの共重合体(平均分子量15万)を、容量比で1−ブタノール:酢酸ブチル=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度50質量%。
(Example 3)
Instead of the resin component, the following resin component solution (C) was added to the precursor solution so that the resin component was 0.2% by mass with respect to the precursor solution, and the temperature at this time was 100. The viscosity, drying speed, and storage stability of the coating composition obtained were the same as in Example 1 except that the coating temperature was 1 ° C. and that the coating method was performed once in the thin film formation method and evaluation method. , And the state of occurrence of pinholes in the coating film, the film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (C)]
A copolymer of butyl methacrylate and butyl acrylate blended at a volume ratio of 1: 1 (average molecular weight 150,000) was added to a mixed solvent blended at a volume ratio of 1-butanol: butyl acetate = 3: 1. I got it. Concentration 50% by mass.

(実施例4)
上記前駆体溶液に、樹脂成分の代わりに、次の樹脂成分の溶解液(C)を樹脂成分が前駆体溶液に対し0.5質量%となるように添加したこと、このときの温度が100℃であったこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布が1回であったこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(C)]
容量比で1:1で配合したメタクリル酸ブチルとアクリル酸ブチルの共重合体(平均分子量15万)を、容量比で1−ブタノール:酢酸ブチル=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度50質量%。
Example 4
Instead of the resin component, the following resin component solution (C) was added to the precursor solution so that the resin component was 0.5% by mass with respect to the precursor solution, and the temperature at this time was 100. The viscosity, drying speed, and storage stability of the coating composition obtained were the same as in Example 1 except that the coating temperature was 1 ° C. and that the coating method was performed once in the thin film formation method and evaluation method. , And the state of occurrence of pinholes in the coating film, the film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (C)]
A copolymer of butyl methacrylate and butyl acrylate blended at a volume ratio of 1: 1 (average molecular weight 150,000) was added to a mixed solvent blended at a volume ratio of 1-butanol: butyl acetate = 3: 1. I got it. Concentration 50% by mass.

(実施例5)
上記前駆体溶液に、樹脂成分の代わりに、次の樹脂成分の溶解液(D)を樹脂成分が前駆体溶液に対し1質量%となるように添加したこと、このときの温度が125℃で攪拌時間が1時間であったこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布が1回であったこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(D)]
容量比で1:2で配合したメタクリル酸メチル(平均分子量1万)とマレイン酸ジブチルを、2メチル−1プロパノール中に添加して得た。濃度20質量%。
(Example 5)
Instead of the resin component, the following resin component solution (D) was added to the precursor solution so that the resin component was 1% by mass with respect to the precursor solution, and the temperature at this time was 125 ° C. Except that the stirring time was 1 hour, and in the thin film formation method and the evaluation method described above, the coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating was performed once. Evaluation was made on speed, storage stability, pinhole occurrence of the coating film, film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and dielectric constant and dielectric loss. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (D)]
It was obtained by adding methyl methacrylate (average molecular weight 10,000) and dibutyl maleate blended at a volume ratio of 1: 2 into 2-methyl-1-propanol. Concentration 20% by mass.

(実施例6)
上記前駆体溶液に、樹脂成分の代わりに、次の樹脂成分の溶解液(E)を樹脂成分が前駆体溶液に対し1質量%となるように添加したこと、このときの温度が125℃で攪拌時間が1時間であったこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布が1回であったこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(E)]
メタクリル酸アミドを、3メチル−1ブタノール中に添加して得た。濃度20質量%。
(Example 6)
Instead of the resin component, the following resin component solution (E) was added to the precursor solution so that the resin component was 1% by mass with respect to the precursor solution, and the temperature at this time was 125 ° C. Except that the stirring time was 1 hour, and in the thin film formation method and the evaluation method described above, the coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating was performed once. Evaluation was made on speed, storage stability, pinhole occurrence of the coating film, film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and dielectric constant and dielectric loss. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (E)]
Methacrylic acid amide was obtained by adding it in 3-methyl-1-butanol. Concentration 20% by mass.

(実施例7)
まず、モル比で9:1の金属バリウムと金属カルシウムを、容量比で2−メチル−1−ブタノール:2−エチルヘキサン酸:酢酸ブチル=2:1:1で配合した混合溶剤中に添加し、窒素気流中110℃で5時間攪拌混合して、金属元素濃度0.4mol/Lのバリウムカルシウム有機酸塩液(A)を調製した。また、モル比でチタン:ジルコニウム=8:2になるように配合したチタンテトライソプロポキシドとジルコニウムテトラブトキシドを、2−メチル−1−プロパノールに添加し、大気中25℃で0.4時間攪拌混合して、Ti濃度0.4mol/Lのチタンジルコニウムアルコキシド液(B)を調製した。
次に、モル比で、バリウムとカルシウムの合計量:チタンとジルコニウムの合計量=1:1となるようにバリウムカルシウム有機酸塩液(A)中にチタンジルコニウムアルコキシド液(B)を滴下し、窒素気流中110℃で4時間攪拌混合して、金属元素濃度0.4mol/Lの前駆体溶液を得た。
次いで、前駆体溶液に、樹脂成分の溶解液(C)を前駆体溶液に対し樹脂成分が2質量%となるように添加した後、大気中100℃で1時間攪拌混合して塗布組成物を得た。得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況を上記塗布組成物の評価方法に従って測定した。
その後、上記薄膜の形成方法と評価方法に従って、塗布1回で、(Ba0.9Ca0.1)(Ti0.8Zr0.2)O薄膜を形成し、薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(C)]
容量比で1:1で配合したメタクリル酸ブチルとアクリル酸ブチルの共重合体(平均分子量15万)を、容量比で1−ブタノール:酢酸ブチル=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度50質量%。
(Example 7)
First, metal barium and metal calcium having a molar ratio of 9: 1 were added to a mixed solvent containing 2-methyl-1-butanol: 2-ethylhexanoic acid: butyl acetate = 2: 1: 1 by volume ratio. Then, the mixture was stirred and mixed in a nitrogen stream at 110 ° C. for 5 hours to prepare a barium calcium organic acid salt solution (A) having a metal element concentration of 0.4 mol / L. Further, titanium tetraisopropoxide and zirconium tetrabutoxide blended so that the molar ratio of titanium: zirconium = 8: 2 is added to 2-methyl-1-propanol and stirred at 25 ° C. in the atmosphere for 0.4 hours. By mixing, a titanium zirconium alkoxide liquid (B) having a Ti concentration of 0.4 mol / L was prepared.
Next, the titanium zirconium alkoxide solution (B) is dropped into the barium calcium organic acid salt solution (A) so that the total amount of barium and calcium: the total amount of titanium and zirconium = 1: 1 by molar ratio, The mixture was stirred and mixed at 110 ° C. for 4 hours in a nitrogen stream to obtain a precursor solution having a metal element concentration of 0.4 mol / L.
Next, the resin component solution (C) was added to the precursor solution so that the resin component was 2% by mass with respect to the precursor solution, and then the mixture was stirred and mixed at 100 ° C. for 1 hour in the atmosphere. Obtained. The resulting coating composition was measured for viscosity, drying speed, storage stability, and pinhole occurrence of the coating film according to the method for evaluating the coating composition.
Then, according to the thin film formation method and the evaluation method, a (Ba 0.9 Ca 0.1 ) (Ti 0.8 Zr 0.2 ) O 3 thin film is formed by a single coating, and the film thickness and cracks of the thin film Evaluation of generation and evaluation of relative permittivity and dielectric loss were performed. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (C)]
A copolymer of butyl methacrylate and butyl acrylate blended at a volume ratio of 1: 1 (average molecular weight 150,000) was added to a mixed solvent blended at a volume ratio of 1-butanol: butyl acetate = 3: 1. I got it. Concentration 50% by mass.

(実施例8)
上記前駆体溶液に、次の樹脂成分の溶解液(F)を樹脂成分が前駆体溶液に対し1.0質量%となるように添加したこと、このときの攪拌時間が2時間であったこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布、乾燥、仮焼成を2回繰り返したこと以外は、実施例7と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られた(Ba0.9Ca0.1)(Ti0.8Zr0.2)O薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(F)]
メタクリル酸メチル(平均分子量1万)を、容量比で2−メチル−1−プロパノール:酢酸イソペンチル=4:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度20質量%。
(Example 8)
The following resin component solution (F) was added to the precursor solution so that the resin component was 1.0 mass% with respect to the precursor solution, and the stirring time was 2 hours. In the thin film forming method and the evaluation method, except that coating, drying, and pre-baking were repeated twice, the same procedure as in Example 7 was performed, and the viscosity, drying rate, storage stability, And the state of occurrence of pinholes in the coating film, the film thickness of the obtained (Ba 0.9 Ca 0.1 ) (Ti 0.8 Zr 0.2 ) O 3 thin film, evaluation of crack generation, and relative dielectric constant Dielectric loss was evaluated. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (F)]
It was obtained by adding methyl methacrylate (average molecular weight 10,000) into a mixed solvent blended in a volume ratio of 2-methyl-1-propanol: isopentyl acetate = 4: 1. Concentration 20% by mass.

(実施例9)
上記前駆体溶液に、次の樹脂成分の溶解液(G)を樹脂成分が前駆体溶液に対し0.5質量%となるように添加したこと、このときの攪拌時間が2時間であったこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布、乾燥、仮焼成を2回繰り返したこと以外は、実施例7と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。なお、塗布組成物の塗れ性は良好であった。
[樹脂成分の溶解液(G)]
アクリル酸ブチル(平均分子量8000)を、容量比で1−ブタノール:酢酸ブチル=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度20質量%。
Example 9
The following resin component solution (G) was added to the precursor solution so that the resin component was 0.5% by mass with respect to the precursor solution, and the stirring time was 2 hours. In the thin film forming method and the evaluation method, except that coating, drying, and pre-baking were repeated twice, the same procedure as in Example 7 was performed, and the viscosity, drying rate, storage stability, In addition, the state of occurrence of pinholes in the coating film, the film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3. In addition, the wettability of the coating composition was good.
[Resolution of resin component (G)]
It was obtained by adding butyl acrylate (average molecular weight 8000) in a mixed solvent blended with 1-butanol: butyl acetate = 3: 1 by volume ratio. Concentration 20% by mass.

(比較例1)
上記前駆体溶液を、樹脂成分を添加しないでそのまま塗布液としたこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布、乾燥、仮焼成を3回繰り返したこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。
(Comparative Example 1)
Same as Example 1 except that the precursor solution was used as it was without adding a resin component, and the coating method, the drying method, and the preliminary firing were repeated three times in the thin film formation method and the evaluation method. The viscosity, drying speed, storage stability, and pinhole occurrence of the coating film, evaluation of film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, relative dielectric constant and dielectric loss Was evaluated. The results are shown in Tables 1-3.

(比較例2)
上記前駆体溶液を、開封した状態で135℃加熱して濃度1.4mol/Lまで濃縮し、樹脂成分を添加しないでそのまま塗布液としたこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布が1回であったこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。
(Comparative Example 2)
In the unsealed state, the precursor solution was heated to 135 ° C. and concentrated to a concentration of 1.4 mol / L, and the coating solution was used as it was without adding the resin component. The coating composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that the viscosity of the coating composition, the drying speed, the storage stability, the pinhole occurrence of the coating film, and the resulting BaTiO 3 thin film were obtained. The film thickness and crack generation were evaluated, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3.

(比較例3)
上記前駆体溶液に、樹脂成分の代わりに、次の樹脂成分の溶解液(H)を樹脂成分が前駆体溶液に対し1質量%となるように添加したこと以外は、実施例1と同様に行ったところ、得られた塗布組成物がゲル化した。結果を表1〜3に示す。
[樹脂成分の溶解液(H)]
ポリビニルブチラール(平均分子量1500)を、1−ブタノール中に添加して得た。濃度5質量%。
(Comparative Example 3)
Instead of the resin component, the same solution (H) of the following resin component was added to the precursor solution as in Example 1 except that the resin component was 1% by mass with respect to the precursor solution. As a result, the obtained coating composition gelled. The results are shown in Tables 1-3.
[Resolution of resin component (H)]
Polyvinyl butyral (average molecular weight 1500) was obtained by adding into 1-butanol. Concentration 5% by mass.

(比較例4)
上記前駆体溶液に、樹脂成分としてプロピレングリコールを前駆体溶液に対し5.0質量%を添加したこと、及びこのとき温度が100℃で攪拌時間が1時間であったこと以外は、実施例1と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られたBaTiO薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。
(Comparative Example 4)
Example 1 except that 5.0% by mass of propylene glycol as a resin component was added to the precursor solution with respect to the precursor solution and that the temperature was 100 ° C. and the stirring time was 1 hour. In the same manner as above, the viscosity, drying speed, storage stability, and pinhole occurrence of the coating film, evaluation of the film thickness and crack generation of the obtained BaTiO 3 thin film, and the relative dielectric constant Dielectric loss was evaluated. The results are shown in Tables 1-3.

(比較例5)
上記前駆体溶液を、樹脂成分を添加しないでそのまま塗布液としたこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布、乾燥、仮焼成を4回繰り返したこと以外は、実施例7と同様に行い、得られた(Ba0.9Ca0.1)(Ti0.8Zr0.2)O塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られた薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。
(Comparative Example 5)
Same as Example 7 except that the precursor solution was used as a coating solution without adding a resin component, and that the coating, drying, and pre-baking were repeated four times in the thin film formation method and the evaluation method. The viscosity of the (Ba 0.9 Ca 0.1 ) (Ti 0.8 Zr 0.2 ) O 3 coating composition obtained, the drying speed, the storage stability, and the occurrence of pinholes in the coating film The film thickness and crack generation of the obtained thin film were evaluated, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3.

(比較例6)
上記前駆体溶液に、次の樹脂成分の溶解液(I)を樹脂成分が前駆体溶液に対し5質量%となるように添加したこと、及びこのときの攪拌時間が2時間であったこと以外は、実施例7と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られた(Ba0.9Ca0.1)(Ti0.8Zr0.2)O薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。[樹脂成分の溶解液(I)]
メタクリル酸メチル(平均分子量1万)を、容量比でエタノール:トルエン=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度20質量%。
(Comparative Example 6)
Other than that the solution (I) of the next resin component was added to the precursor solution so that the resin component was 5% by mass with respect to the precursor solution, and the stirring time at this time was 2 hours Was carried out in the same manner as in Example 7, and the viscosity, drying speed, storage stability, and pinhole occurrence of the coating film were obtained and the obtained (Ba 0.9 Ca 0.1 ) ( The film thickness and crack generation of the Ti 0.8 Zr 0.2 ) O 3 thin film were evaluated, and the relative dielectric constant and dielectric loss were evaluated. The results are shown in Tables 1-3. [Resolution of resin component (I)]
Methyl methacrylate (average molecular weight 10,000) was obtained by adding it to a mixed solvent blended with ethanol: toluene = 3: 1 by volume ratio. Concentration 20% by mass.

(比較例7)
上記前駆体溶液に、次の樹脂成分の溶解液(J)を樹脂成分が前駆体溶液に対し7質量%となるように添加したこと、及びこのときの攪拌時間が2時間であったこと以外は、実施例7と同様に行ったところ、得られた塗布組成物がゲル化した。結果を表1〜3に示す。
[樹脂成分の溶解液(J)]
ポリビニルブチラール(平均分子量1500)を、容量比でエタノール:ターピネオール=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度20質量%。
(Comparative Example 7)
Other than that the solution (J) of the next resin component was added to the precursor solution so that the resin component was 7% by mass with respect to the precursor solution, and the stirring time at this time was 2 hours Was carried out in the same manner as in Example 7. As a result, the obtained coating composition gelled. The results are shown in Tables 1-3.
[Resolution of resin component (J)]
Polyvinyl butyral (average molecular weight 1500) was obtained by adding it to a mixed solvent blended in a volume ratio of ethanol: terpineol = 3: 1. Concentration 20% by mass.

(比較例8)
上記前駆体溶液に、次の樹脂成分の溶解液(K)を樹脂成分が前駆体溶液に対し1.0質量%となるように添加したこと、及び上記薄膜の形成方法と評価方法において、塗布、乾燥、仮焼成を3回繰り返したこと以外は、実施例7と同様に行い、得られた塗布組成物の粘度、乾燥速度、保存性、及び塗膜のピンホールの発生状況と、得られた(Ba0.9Ca0.1)(Ti0.8Zr0.2)O薄膜の膜厚とクラック発生の評価及び比誘電率と誘電損失の評価を行なった。結果を表1〜3に示す。
[樹脂成分の溶解液(K)]
容量比で1:3で配合したスチレンとマレイン酸の共重合体(平均分子量5000)を、容量比で1−ブタノール:酢酸ブチル=3:1で配合した混合溶剤中に添加して得た。濃度20質量%。
(Comparative Example 8)
In the precursor solution, the following resin component solution (K) was added so that the resin component was 1.0% by mass with respect to the precursor solution, and the thin film formation method and evaluation method were applied. Except that the drying and pre-baking were repeated three times, it was carried out in the same manner as in Example 7, and the viscosity, drying speed, storage stability, and pinhole occurrence of the coating film obtained and obtained. Further, the thickness of the (Ba 0.9 Ca 0.1 ) (Ti 0.8 Zr 0.2 ) O 3 thin film, evaluation of occurrence of cracks, and evaluation of relative permittivity and dielectric loss were performed. The results are shown in Tables 1-3.
[Resolution of resin component (K)]
A copolymer of styrene and maleic acid blended at a volume ratio of 1: 3 (average molecular weight 5000) was added to a mixed solvent blended at a volume ratio of 1-butanol: butyl acetate = 3: 1. Concentration 20% by mass.

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表1〜3より、実施例1〜9では、特定の混合溶剤中に特定の有機酸塩を特定の割合で含有する前駆体溶液に、特定の樹脂成分を特定の添加割合で含有する塗布組成物を用いて、本発明に従って行われたので、濡れ性の上昇による塗膜の均一性、適度な乾燥速度によるハンドリング性、及び適度な濡れ性と粘性による厚膜化のための生産性の向上が達成され、しかも、クラックの発生がなく、かつ誘電特性に優れた誘電体薄膜を形成することができることが分かる。   From Tables 1-3, in Examples 1-9, the coating composition which contains a specific resin component in a specific addition ratio in the precursor solution which contains a specific organic acid salt in a specific ratio in a specific mixed solvent. Since it was carried out according to the present invention using a product, the uniformity of the coating film due to the increase in wettability, the handling property due to an appropriate drying speed, and the improvement in productivity for increasing the film thickness due to appropriate wettability and viscosity It can be seen that a dielectric thin film with no cracks and excellent dielectric properties can be formed.

これに対して、比較例1〜8では、樹脂成分又はその添加割合が本発明の条件に合わないので、得られた塗布組成物において適度な粘度が得られなかったり、或いは乾燥速度が速い等の問題があり、誘電体薄膜にクラックが発生したり、誘電特性が低く、満足すべき結果が得られないことが分かる。なお、比較例3又は7では、塗布組成物がゲル化するなどのため塗布が不可能であるという問題があり、満足すべき結果が得られない。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 8, since the resin component or the addition ratio thereof does not meet the conditions of the present invention, an appropriate viscosity cannot be obtained in the obtained coating composition, or the drying speed is high. It can be seen that cracks occur in the dielectric thin film and the dielectric properties are low, so that satisfactory results cannot be obtained. In Comparative Example 3 or 7, there is a problem that the coating composition cannot be applied due to gelation, and satisfactory results cannot be obtained.

以上より明らかなように、本発明の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物とその製造方法は、薄膜コンデンサ及び半導体集積回路装置の容量絶縁膜、DRAMのキャパシタ材料等、電子デバイスにおける様々な用途のキャパシタ材料等の高誘電体膜に用いられる高誘電体薄膜形成用塗布組成物とその製造方法として好適である。   As is apparent from the above, the coating composition for forming a high dielectric thin film and the method for producing the same according to the present invention are used in various applications in electronic devices such as thin film capacitors, capacitive insulating films of semiconductor integrated circuit devices, and capacitor materials of DRAMs. It is suitable as a coating composition for forming a high dielectric thin film used for a high dielectric film such as a capacitor material and a method for producing the same.

Claims (7)

下記の(A)の要件を満足する前駆体溶液中に、下記の(B)の要件を満足する樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%含有し、粘度が25℃で4〜15mPa・sであることを特徴とする高誘電体薄膜形成用の塗布組成物。
(A)前記前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤中に、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含む有機酸塩を含有し、かつ金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lである。
(B)前記樹脂成分は、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル、又はこれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種からなる。
In the precursor solution that satisfies the following requirement (A), the resin component that satisfies the following requirement (B) is contained in an amount of 0.2 to 2% by mass with respect to the precursor solution , and the viscosity is 25 ° C. 4. A coating composition for forming a high dielectric thin film, wherein the coating composition is 4 to 15 mPa · s .
(A) The precursor solution is selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent consisting of at least one alcohol selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid, barium, strontium, It contains an organic acid salt containing at least one metal element selected from the group consisting of magnesium and calcium and at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium, and the metal element concentration is 0 .4 to 1.2 mol / L.
(B) The resin component comprises at least one selected from diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylic acid amide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate, and copolymers thereof.
塗布液として用いた際、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板上に1回塗布し、次いでスピンコートにより1500rpmの回転で20秒間処理し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜の厚さが、120〜350nmであることを特徴とする請求項1に記載の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物。   When used as a coating solution, it is applied once on a silicon substrate in which a platinum film is formed on an oxide intermediate film, then processed by spin coating at 1500 rpm for 20 seconds, and then baked at a temperature of 800 ° C. The coating composition for forming a high dielectric thin film according to claim 1, wherein the thickness of the high dielectric thin film obtained is 120 to 350 nm. 塗布液として用いた際、酸化物からなる中間膜上に白金膜を形成したシリコン基板上にスピンコートにより形成し、その後に800℃の温度で焼成して得られる高誘電体薄膜の膜厚が200〜300nmであるとき、その比誘電率は600以上であることを特徴とする請求項1に記載の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物。   When used as a coating solution, the film thickness of a high dielectric thin film obtained by spin coating on a silicon substrate having a platinum film formed on an oxide intermediate film and then firing at a temperature of 800 ° C. 2. The coating composition for forming a high dielectric thin film according to claim 1, wherein the dielectric constant is 600 or more when the thickness is 200 to 300 nm. 下記の(a)の要件を満足する前駆体溶液に、下記の(b)の要件を満足する樹脂成分を該前駆体溶液に対し0.2〜2質量%添加し、次いで、大気又は不活性ガス雰囲気下に100〜130℃の温度で攪拌することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の製造方法。
(a)前記前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤中に、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素と、チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素とを含む有機酸塩を含有し、かつ金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lである。
(b)前記樹脂成分は、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、メタクリル酸アミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル、又はこれらの共重合体から選ばれる少なくとも1種からなる。
To the precursor solution that satisfies the following requirement (a), 0.2 to 2% by mass of a resin component that satisfies the following requirement (b) is added to the precursor solution, and then air or inert The method for producing a coating composition for forming a high dielectric thin film according to any one of claims 1 to 3 , wherein stirring is performed at a temperature of 100 to 130 ° C in a gas atmosphere.
(A) The precursor solution is from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent consisting of at least one alcohol selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid, barium, strontium, It contains an organic acid salt containing at least one metal element selected from the group consisting of magnesium and calcium and at least one metal element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium, and the metal element concentration is 0 .4 to 1.2 mol / L.
(B) The resin component is composed of at least one selected from diethyl maleate, dibutyl maleate, methacrylamide, methyl methacrylate, butyl methacrylate, butyl acrylate, and copolymers thereof.
前記樹脂成分の添加は、前記樹脂成分を、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種の溶剤に溶解した樹脂成分の溶解液で行うことを特徴とする請求項に記載の高誘電体薄膜形成用塗布組成物の製造方法。 The resin component may be added by adding the resin component to 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1butanol, 2-methyl-2-butanol, 2-methyl-1-propanol, acetic acid. 5. The coating composition for forming a high dielectric thin film according to claim 4 , wherein the coating composition is a solution of a resin component dissolved in at least one solvent selected from the group consisting of butyl, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate. Manufacturing method. 前記前駆体溶液は、下記の工程(1)〜(3)を含む製造方法により得られることを特徴とする請求項に記載の高誘電体膜形成用の塗布組成物の製造方法。
工程(1):1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類、並びに2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤を混合し、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で環流させながら、バリウム、ストロンチウム、マグネシウム及びカルシウムからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素の金属、そのアルコキシド又はカルボン酸塩を添加し、攪拌して、金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lの有機酸塩液(A)を調製する。
工程(2):チタン、スズ及びジルコニウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素のアルコキシドを、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類、又は酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類のいずれかからなる溶剤中に添加し、大気下に20〜60℃の温度で攪拌して、金属元素濃度が0.4〜1.2mol/Lのアルコキシド液(B)を調製する。
工程(3):前記有機酸塩液(A)と前記アルコキシド液(B)を冷却しておき、その後、両者を、前者に含まれる金属元素の合計量と後者に含まれる金属元素の合計量とがモル比で等しくなるような配合割合で混合した後、不活性ガス雰囲気下に100〜110℃の温度で攪拌して、前駆体溶液を合成する。
The method for producing a coating composition for forming a high dielectric film according to claim 4 , wherein the precursor solution is obtained by a production method including the following steps (1) to (3).
Step (1): at least one selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol At least one ester selected from the group consisting of various alcohols, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate, and a mixed solvent consisting of 2-ethylhexanoic acid are mixed, and 100 under an inert gas atmosphere. While refluxing at a temperature of ˜110 ° C., a metal of at least one alkaline earth metal element selected from the group consisting of barium, strontium, magnesium and calcium, an alkoxide or a carboxylate thereof, is added, stirred, and metal An organic acid salt solution (A) having an element concentration of 0.4 to 1.2 mol / L is prepared.
Step (2): An alkoxide of at least one element selected from the group consisting of titanium, tin and zirconium is converted into 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1-butanol, 2methyl-1butanol, 2-methyl- At least one alcohol selected from the group consisting of 2-butanol and 2-methyl-1-propanol, or at least one ester selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate and butyl butyrate It adds in the solvent which consists of one, and stirs at the temperature of 20-60 degreeC under air | atmosphere, and prepares the alkoxide liquid (B) whose metal element density | concentration is 0.4-1.2 mol / L.
Step (3): The organic acid salt solution (A) and the alkoxide solution (B) are cooled, and then both are combined with the total amount of metal elements contained in the former and the total amount of metal elements contained in the latter. Are mixed at a blending ratio such that and are equal in molar ratio, and then stirred at a temperature of 100 to 110 ° C. in an inert gas atmosphere to synthesize a precursor solution.
工程(1)で用いられる混合溶剤の配合割合は、アルコール類100容積部に対して、エステル類が50〜200容積部、2−エチルヘキサン酸が50〜100容積部であることを特徴とする請求項に記載の高誘電体薄膜形成用の塗布組成物の製造方法。 The mixing ratio of the mixed solvent used in the step (1) is characterized in that the ester is 50 to 200 parts by volume and the 2-ethylhexanoic acid is 50 to 100 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the alcohol. A method for producing a coating composition for forming a high dielectric thin film according to claim 6 .
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