JPH04285009A - 硼酸マグネシウム薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硼酸マグネシウムから
なる薄膜の製造方法に関する。更に詳しくは基板上の誘
電体膜又はハイブリッド用薄膜として利用できる硼酸マ
グネシウム薄膜の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、硼素及びマグネシウムのそれぞれ
の酸化物又は炭酸塩などの粉末を所定のモル比で混合し
、これを仮焼、粉砕した後、得られた仮焼粉末をバイン
ダと混合してスラリー化し、このスラリーをシートキャ
スティング法等でグリーンシートに成形し、これを焼成
することにより硼酸マグネシウム薄膜を製造する方法が
知られている（米国特許第４，６３３，３６６号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のシート
キャスティング法では仮焼物をボールミル等の機械的な
手段によって粉砕しているため、第一に均一な粒径を有
する仮焼粉末を得ることが困難であり、第二にサブミク
ロンの微粉末にすることが至難であり、第三に粉砕時に
異物が混入し易い問題点があった。この結果、厚みが５
μｍ以下の高純度の薄膜を製造できない欠点があった。

【０００４】この点を解決するために、マグネシウムア
ルコキシドを出発原料とするゾル−ゲル法が試みられて
いるが、この方法ではマグネシウムアルコキシドを溶液
化するために乾燥した窒素雰囲気という特殊な条件下で
アルコールに溶解させなければならず、操作が困難であ
り、更に高価なアルコキシドを使用しなければならない
。

【０００５】本発明の目的は、高価な出発原料を用いず
に簡便な操作で硼酸マグネシウム薄膜を製造することに
ある。本発明の別の目的は、基板上の誘電体膜又はハイ
ブリッド用薄膜として利用可能な厚みが１μｍ以下の高
純度の硼酸マグネシウム薄膜を製造することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の製造方法は、先ず酸化マグネシウムとアセ
チルアセトンをアルコール中で反応させてビスアセチル
アセトナトマグネシウムのアルコール溶液を調製し、次
いで三酸化二硼素にアルコールを反応させて硼素アルコ
キシド（一般式Ｂ（ＯＲ）３、式中Ｒは炭素数２〜４の
アルキル基を示す）溶液を調製する。得られたビスアセ
チルアセトナトマグネシウムのアルコール溶液と硼素ア
ルコキシド溶液をＭｇとＢのモル比が３：２になるよう
に混合して、この混合溶液に所定量の水とカルボン酸を
混合してコーティング溶液を調製し、このコ−ティング
溶液を基板表面に塗布して塗膜を形成する。塗膜を形成
した基板を乾燥熱処理して硼素とマグネシウムの複合酸
化物前駆体を生成し、この複合酸化物前駆体を７００〜
１０００℃の温度で焼成して硼酸マグネシウム薄膜を得
る。

【０００７】以下、本発明を記述する。 （ａ）　ビスアセチルアセトナトマグネシウムのアルコ
ール溶液の調製 酸化マグネシウムとこれに対して等モル〜８倍モルのア
セチルアセトンとをアルコール中で反応させて透明で均
一なビスアセチルアセトナトマグネシウムのアルコール
溶液を得る。等モル未満であるとビスアセチルアセトナ
トマグネシウムが十分に得られない。これらの反応を十
分に行い、かつ反応物をアルコール溶液として得るため
に、酸化マグネシウムとアセチルアセトンとを過剰のア
ルコール中で反応させる。アルコールはエタノール、プ
ロパノール、ブタノール等の炭素数が２〜４のものが成
膜が容易になるため好ましい。得られたアルコール溶液
の濃度は０．１〜２モル／Ｌが好ましい。０．１モル／
Ｌ未満であると希薄すぎて成膜が難しく、２モル／Ｌを
越えると溶解度上問題がある。また酸化マグネシウムは
炭酸マグネシウム、硝酸マグネシウム等のマグネシウム
塩を熱分解して生成される酸化マグネシウムを用いるこ
ともできる。

【０００８】（ｂ）　硼素アルコキシド溶液の調製三酸
化二硼素（Ｂ２Ｏ３）と過剰なアルコールとを加熱還流
して透明で均一な硼素アルコキシド（Ｂ（ＯＲ）３）溶
液を調製する。ここで、Ｒは炭素数２〜４のアルキル基
を示す。従ってＢ２Ｏ３を溶解するアルコールとしては
炭素数が２〜４のものが挙げられる。炭素数２〜４のア
ルキル基のアルコキシド溶液にするのは成膜を容易にす
るためである。この硼素アルコキシド溶液の濃度は０．
１〜５モル／Ｌが好ましい。０．１モル／Ｌ未満である
と希薄すぎて成膜が難しく、５モル／Ｌを越えると溶解
度上問題がある。硼素アルコキシド溶液には、この溶液
に対して０．５〜３倍モルのグリコール又はグリセリン
を添加することが好ましい。これにより硼素アルコキシ
ド溶液に錯体が形成され安定化する。

【０００９】（ｃ）　コーティング溶液の調製前記両溶
液をＭｇとＢのモル比が３：２になるように均一に混合
する。この混合溶液を成膜が容易なコーティング溶液と
するために、水とカルボン酸を添加する。水は混合溶液
中の硼素アルコキシドを加水分解するためであり、モル
比で１＜［Ｈ２Ｏ］／［Ｂ＋Ｍｇ］＜４の範囲内で添加
する。またカルボン酸は加水分解生成物の縮重合を補助
するためであり、モル比で０．５＜［カルボン酸］／［
Ｂ＋Ｍｇ］＜２の範囲内で添加する。カルボン酸として
は、蟻酸、酢酸、プロピオン酸又は酪酸が用いられる。 成膜性の点で酪酸が好ましい。後述するディッピング法
又はスピンコート法でコーティングする場合にはコーテ
ィング溶液の濃度は０．２〜２モル／Ｌが望ましい。

【００１０】（ｄ）　塗膜の形成 コーティング溶液はセラミック基板、シリコンウエハ等
の基板表面に塗布される。このコーティング法としては
、ディッピング法、スピンコート法、スプレー法等が挙
げられる。塗膜の均一性の観点からスピンコート法が望
ましい。

【００１１】（ｅ）　硼酸マグネシウム薄膜の形成基板
表面に形成された塗膜は、室温〜２００℃の温度で乾燥
される。乾燥した基板上の塗膜はその溶媒を除去するた
めに３００〜５００℃で熱処理される。これにより硼素
とマグネシウムの複合酸化物前駆体が生成される。 この前駆体を大気圧下、７００〜１０００℃で焼成する
と、基板上に硼酸マグネシウム薄膜が形成される。上記
塗膜の形成から熱処理までの工程を反復することによっ
て厚みを増大でき、反復回数を調整すれば所望の厚みの
硼酸マグネシウム薄膜が得られる。上記アルコール溶液
及びアルコキシド溶液の濃度、コーティング溶液の粘度
、基板の引上げ速度、噴霧量等によって変化するが、塗
膜の形成から熱処理までを一回で行うことにより焼成後
にサブミクロン厚の薄膜を形成することができ、上記塗
膜の積層数を増やすことにより数ミクロン厚の薄膜が得
られる。

【００１２】

【作用】ＭｇとＢが所望のモル比になるようにビスアセ
チルアセトナトマグネシウムと硼素アルコキシドの各有
機溶液を混合した溶液に水とカルボン酸を添加してコー
ティング溶液を調製し、この溶液を基板に塗布乾燥して
、基板表面にコーティング溶液の溶質がサブミクロン以
下の塗膜を形成するため、均一で極薄の塗膜が得られる
。溶液条件、塗布条件又は塗膜の積層数を制御すること
により、サブミクロン〜数ミクロン厚の硼酸マグネシウ
ムを基板表面に得る。

【００１３】

【発明の効果】以上述べたように、従来法では硼素及び
マグネシウムのそれぞれの酸化物又は炭酸塩などの粉末
を機械的な手段により微粉化し、このスラリーをシート
キャスティングすることにより、薄膜を形成していたた
め５μｍ以下の薄膜が得られなかったものが、本発明に
よれば、化学的な手段により硼素及びマグネシウムの構
成成分を溶液化し、この溶液を熱処理して溶媒を脱離さ
せて薄膜にするため、厚みが１μｍ以下の高純度の薄膜
を製造することができる優れた効果を奏する。特に、本
発明は入手が容易でしかも安価な酸化マグネシウムをの
出発原料とするため、より簡便に硼酸マグネシウム薄膜
を製造することができる利点もある。本発明で得られた
硼酸マグネシウム薄膜は高周波誘電膜又はハイブリッド
用薄膜材料としての用途を期待することができる。特に
極薄の薄膜をコンデンサに用いることにより高い静電容
量のコンデンサが得られる。

【００１４】

【実施例】次に本発明の具体的態様を示すために、本発
明の実施例を説明する。以下に述べる実施例は本発明の
技術的範囲を限定するものではない。 ＜実施例１＞酸化マグネシウム２．４２ｇとこれに対し
て４倍モルのアセチルアセトン２４．０３ｇをイソプロ
ピルアルコール２４０ｍＬに混合して加熱還流し、ビス
アセチルアセトナトマグネシウムのアルコール溶液を得
た。これとは別に三酸化二硼素１．３９ｇをイソプロピ
ルアルコール１２０ｍＬで加熱還流して硼素イソプロポ
キシド溶液を調製し、この硼素に対して等モルのグリセ
リンを安定化剤として添加混合した。次いで上記イソプ
ロピルアルコール溶液と硼素イソプロポキシド溶液とを
ＭｇとＢのモル比が３：２になるように混合した。次に
、上記混合溶液に対して、［Ｈ２Ｏ］／［Ｂ＋Ｍｇ］の
モル比が３になるように水を添加し、続いて［イソ酪酸
］／［Ｂ＋Ｍｇ］のモル比が１になるようにイソ酪酸を
添加した。

【００１５】上記混合溶液をコーティング溶液として用
い、シリコンウエハの表面にディッピング法により塗布
した。即ち静置した上記混合溶液に基板を浸漬し、２４
ｍｍ／秒の速度で鉛直方向に引上げた。基板表面に形成
された塗膜を基板を１００℃の温度で乾燥した後、４０
０℃で熱処理し塗膜の溶媒を除去した。上記コーティン
グ工程、乾燥工程及び熱処理工程を１０回繰返し行った
後、更に大気圧下、８００℃で２時間焼成したところ、
基板の表面にサブミクロン厚の硼酸マグネシウム（Ｍｇ
３Ｂ２Ｏ６）の薄膜が得られた。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　酸化マグネシウムとアセチルアセトン
   をアルコール中で反応させてビスアセチルアセトナトマ
   グネシウムのアルコール溶液を調製し、三酸化二硼素に
   アルコールを反応させて硼素アルコキシド（一般式Ｂ（
   ＯＲ）３、式中Ｒは炭素数２〜４のアルキル基を示す）
   溶液を調製し、前記ビスアセチルアセトナトマグネシウ
   ムのアルコール溶液と前記硼素アルコキシド溶液をＭｇ
   とＢのモル比が３：２になるように混合し、前記混合溶
   液に所定量の水とカルボン酸を混合してコーティング溶
   液を調製し、前記コ−ティング溶液を基板表面に塗布し
   て塗膜を形成し、前記塗膜を形成した基板を乾燥熱処理
   して硼素とマグネシウムの複合酸化物前駆体を生成し、
   前記複合酸化物前駆体を７００〜１０００℃の温度で焼
   成する硼酸マグネシウム薄膜の製造方法。
2. 【請求項２】　　前記酸化マグネシウムがマグネシウム
   塩を熱分解して得られる請求項１記載の硼酸マグネシウ
   ム薄膜の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記硼素アルコキシド溶液に安定化剤
   としてグリコール又はグリセリンを添加した後、前記ビ
   スアセチルアセトナトマグネシウムのアルコール溶液と
   この硼素アルコキシド溶液を混合する請求項１記載の硼
   酸マグネシウム薄膜の製造方法。
4. 【請求項４】　　前記カルボン酸が蟻酸、酢酸、プロピ
   オン酸又は酪酸である請求項１記載の硼酸マグネシウム
   の製造方法。
5. 【請求項５】　　前記コ−ティング溶液を基板表面にデ
   ィッピング法又はスピンコート法により塗布する請求項
   １記載の硼酸マグネシウム薄膜の製造方法。