JPH04311571A - Method for forming metallic oxide film on substrate - Google Patents

Method for forming metallic oxide film on substrate

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JPH04311571A
JPH04311571A JP3104816A JP10481691A JPH04311571A JP H04311571 A JPH04311571 A JP H04311571A JP 3104816 A JP3104816 A JP 3104816A JP 10481691 A JP10481691 A JP 10481691A JP H04311571 A JPH04311571 A JP H04311571A
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JP
Japan
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substrate
oxide film
metal oxide
forming
metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP3104816A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Zenichi Akiyama
善一 秋山
Sachiko Kimura
祥子 木村
Itaru Fujimura
藤村 格
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce a thick metallic oxide film when a raw liq. is vaporized by the ultrasonic wave and the vapor is brought into contact with a heated substrate to form a metallic oxide film by incorporating a soln. of the metal seeds constituting the metallic oxide into the raw liq. CONSTITUTION:A metallic alkoxide soln. 2 consisting of metals (Pb, Ti, Zr, etc.) and alcohols, for example, is vaporized by an ultrasonic vibrator 1. A carrier gas (N2, Ar, etc.) is introduced from an inlet 3 and a gaseous reactant (O2, NO2, etc.) from an inlet 4, as required, the vaporized material is sent to a substrate 9 (glass, ceramic, etc.) heated by a heater 5 to form the metallic oxide film on the substrate 9. At this time, 1 layers of the metal oxide film can be previously formed on the substrate 9 or an intermediate layer (Pt/Cu/Cr, etc.) for accelerating the crystallization and orientation of the metallic oxide film is prefereably formed between the substrate 9 and the metallic oxide film, and a bias voltage is impressed on the substrate 9. A thick metallic oxide film having about 1-500mu thickness is formed on the substrate 9 is this way.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【技術分野】本発明は、基板上に金属酸化物膜を形成す
る方法に関する。とくに金属酸化物形成用溶液を霧状化
し熱分解により基板上に被膜形成する方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of forming a metal oxide film on a substrate. In particular, the present invention relates to a method of atomizing a metal oxide forming solution and forming a film on a substrate by thermal decomposition.

【0002】0002

【従来技術】無機酸化物よりなるセラミックスは組成に
より多方面にわたる機能性を有しており、特に電子セラ
ミックス、及びオプトエレクトロニクスの分野では、誘
電性、圧電性、焦電性、透光性、電気光学効果等を利用
して多方面で実用化されている。例えば誘電性を利用し
たものは、低閾値駆動の不揮発性メモリFET素子とし
て、圧電性を利用したものは、超音波圧電素子やアクチ
ュエーター素子に、焦電性を利用したものは赤外線セン
サ等に使用されている。また、透光性、及び電気光学効
果を利用したものには、光導波路、光スイッチ、空間変
調素子や画像メモリ等があり実用面の応用範囲は極めて
広くなっている。従来これらセラミックスよりなる薄膜
の作製法としては、蒸着法、スパッタ法、MOCVD法
等の方法がある。一方バルク体はホットプレス法により
形成され、その原料パウダーは最近均一性の良いSol
−Gel法で作成することがある。薄膜のメリットは同
一基板上に素子/電子セラミックス、及びオプトエレク
トロニクスセラミックスを形成することができることで
ある。しかし前述の各種機能を実現するためには、これ
らセラミックスの膜厚が1μm以上さらにアクチュエー
ター素子に応用する場合100μm以上の厚膜が要求さ
れ、これらの場合、蒸着法、スパッタ法、MOCVD法
等の薄膜製造方法では無理である。またホットプレス法
によるバルク体では基板上に素子を形成した後に形成す
る場合、その素子を破壊してしまうため同一基板上に素
子/電子セラミックス、及びオプトエレクトロニクスセ
ラミックスを形成するような加工法ができないため、デ
バイスに制約を受けてしまう。最近、酸化物微粒子の新
しい作成方法として、超音波を利用した噴霧焼成法技術
が開発されてきた。噴霧焼成法とは、キャビテーション
発生領域以上の、即ち0.8メガヘルツから約2メガヘ
ルツ範囲の超音波により、液体を霧状にして熱分解また
は焼成し酸化物微粒子を得る方法である。しかしながら
、この噴霧焼成法による薄膜及び厚膜等の膜作成は、例
えば、キャリアガスで炉内に導入された途端に熱分解し
て、微粒子を生成してしまうことなどの難点があり実用
化ができなかった。
[Prior Art] Ceramics made of inorganic oxides have a wide range of functionality depending on their composition. Particularly in the fields of electronic ceramics and optoelectronics, they have dielectric, piezoelectric, pyroelectric, translucent, and electrical properties. It has been put into practical use in many fields by utilizing optical effects, etc. For example, those that utilize dielectricity are used as non-volatile memory FET elements with low threshold drive, those that utilize piezoelectricity are used in ultrasonic piezoelectric elements and actuator elements, and those that utilize pyroelectricity are used in infrared sensors, etc. has been done. In addition, there are optical waveguides, optical switches, spatial modulation elements, image memories, etc. that utilize translucency and electro-optic effects, and the range of practical applications is extremely wide. Conventional methods for producing thin films made of these ceramics include vapor deposition, sputtering, MOCVD, and the like. On the other hand, the bulk body is formed by the hot press method, and its raw material powder is recently made of Sol, which has good uniformity.
- May be created using the Gel method. The advantage of thin films is that element/electronic ceramics and optoelectronic ceramics can be formed on the same substrate. However, in order to realize the various functions mentioned above, the film thickness of these ceramics is required to be at least 1 μm, and when applied to actuator elements, it is required to be at least 100 μm thick. This is impossible with thin film manufacturing methods. In addition, if a bulk body is formed using the hot press method after an element is formed on a substrate, the element will be destroyed, so processing methods such as forming elements/electronic ceramics and optoelectronic ceramics on the same substrate cannot be used. Therefore, it is limited by the device. Recently, a spray firing technique using ultrasonic waves has been developed as a new method for producing oxide fine particles. The spray firing method is a method in which a liquid is atomized using ultrasonic waves at a frequency above the cavitation generation range, that is, in the range of 0.8 MHz to about 2 MHz, and then thermally decomposed or fired to obtain oxide fine particles. However, creating films such as thin films and thick films using this spray firing method has the disadvantage that, for example, the carrier gas thermally decomposes as soon as it is introduced into the furnace, producing fine particles, making it difficult to put into practical use. I couldn't do it.

【0003】また、種々の機能を有するこれら無機酸化
物及びその厚膜は、特性上結晶化してなければならない
場合、さらには配向してなければならない場合が有る。 例えば、ZnOやPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の
圧電材料は、それが結晶化していることはもとより、C
軸に配向することで、圧電特性を示す。一般にはセラミ
ックス焼結体をポーリング処理することで、目的の特性
をだしている。このポーリングという分極処理は、20
0℃程の高温中絶縁破壊に近い電界を与えて行なわれる
。この時破壊されてしまうこともあり、工程数の増加と
ともに歩留まりの低下が問題になっている。
Furthermore, these inorganic oxides having various functions and their thick films may have to be crystallized or even oriented due to their characteristics. For example, piezoelectric materials such as ZnO and PZT (lead zirconate titanate) are not only crystallized, but also contain carbon.
By being oriented along the axis, it exhibits piezoelectric properties. Generally, the desired characteristics are achieved by poling a ceramic sintered body. This polarization process called polling is 20
This is carried out at a high temperature of about 0° C. by applying an electric field close to dielectric breakdown. At this time, it may be destroyed, and as the number of steps increases, a decrease in yield becomes a problem.

【0004】本発明の目的は、蒸着法、スパッタ法、C
VD法などでは得られない肉厚の金属酸化物膜を噴霧焼
成法を利用した新らしい方法により基板上に形成する点
にある。
[0004] The object of the present invention is to
The purpose of this method is to form a thick metal oxide film on a substrate, which cannot be obtained using the VD method or the like, using a new method using a spray firing method.

【0005】[0005]

【構成】本発明は、超音波で原料液体を気化させて得ら
れた気化物質をキャリアガスおよび必要に応じて存在さ
せることのできる反応ガスとともに基板存在域に搬送し
、搬送ガス流が基板に接触した時点で気化物質が反応し
て金属酸化物を形成する温度に基板を加熱しておき、基
板上に金属酸化物膜を形成する方法において、前記原料
液体が前記金属酸化物を構成する金属種の溶液を含有す
ることを特徴とする基板上に金属酸化物膜を形成する方
法に関する。
[Structure] The present invention transports a vaporized substance obtained by vaporizing a raw material liquid using ultrasonic waves to a substrate presence area together with a carrier gas and a reaction gas that can be present as necessary, and the carrier gas flow is directed toward the substrate. In a method of forming a metal oxide film on a substrate by heating the substrate to a temperature at which a vaporized substance reacts and forms a metal oxide upon contact, the raw material liquid is a metal constituting the metal oxide. The present invention relates to a method for forming a metal oxide film on a substrate, characterized in that it contains a solution of seeds.

【0006】前記金属酸化物膜を形成するための基板は
、通常の基板をそのまま使用することもできるが、その
表面にあらかじめ1層以上の金属層を設けたものを使用
することができる。また、基板と金属酸化物層との間に
は、金属酸化物膜の結晶化と配向を促進する中間層を設
けることが好ましい。さらに、搬送ガスと接触させる基
板にはバイアス電圧がかけられていることが好ましい。 前記原料液体は、前記金属酸化物を構成する金属種の溶
液を含有するものであるが、具体的には前記原料液体は
、(1)前記金属酸化物を構成する金属またはその塩を
1価および/または多価アルコールに溶解または反応さ
せて得られたアルコール溶液、(2)前記(1)の溶液
をさらにβ−ジカルボニル化合物で配位子交換した溶液
、(3)前記(1)または(2)の溶液にさらにアルコ
キシド化合物を加えた溶液等を使用することができる。 勿論、前記原料液体は、金属有機化合物と有機溶媒とか
らなるものでもよいが、高価な金属有機化合物を使用す
ることなく、相当する金属のイオンを含む水溶液を使用
することもできる。
[0006] As the substrate for forming the metal oxide film, an ordinary substrate can be used as it is, but it is also possible to use one with one or more metal layers provided on its surface in advance. Further, it is preferable to provide an intermediate layer between the substrate and the metal oxide layer to promote crystallization and orientation of the metal oxide film. Furthermore, it is preferable that a bias voltage is applied to the substrate that is brought into contact with the carrier gas. The raw material liquid contains a solution of metal species constituting the metal oxide. Specifically, the raw material liquid contains (1) a monovalent solution of the metal constituting the metal oxide or its salt; and/or an alcoholic solution obtained by dissolving or reacting with a polyhydric alcohol, (2) a solution obtained by further ligand-exchanging the solution of (1) above with a β-dicarbonyl compound, (3) the above (1) or A solution obtained by further adding an alkoxide compound to the solution (2) can be used. Of course, the raw material liquid may be composed of a metal-organic compound and an organic solvent, but an aqueous solution containing corresponding metal ions can also be used without using an expensive metal-organic compound.

【0007】金属有機化合物としては、無機酸化物を構
成する金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド、
ブトキシド等のアルコキシドやアセテート化合物等が挙
げられる。前記相当する金属イオンを含む水溶液を形成
するための水溶性金属塩としては、Zn,Cu,Ti,
Pb,Li,Nb,Al,Zr,Fe,Co,Niなど
の金属の硝酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物、酢酸塩、リン
酸塩などがある。アルコールとしては、メタノール、エ
タノール、プロパノール、ブタノール等1価アルコール
、エチレングリコールのような2価アルコール、グリセ
リンのような3価アルコール、セロソルブ、カルビトー
ル等がある。β−ジカルボニル化合物としては、アセチ
ルアセトン、エチルアセトアセテート、ジエチルマロネ
ートなどがあり、配位子変化により金属錯体を形成する
。例えば、トリブトキシアルミニウムとエチルアセトア
セテートを反応して金属錯体とする。アルコキシド化合
物としては、前記金属とアルコールとよりなる金属アル
コキシドで、Pb(OR)2,Ti(OR)4,Zr(
OR)4,Al(OR)3,LiOR,Nb(OR)5
などがある。たゞし、Rはアルキル基である。キャリア
ガスとしては、N2,Arなどがあり、反応ガスとして
は、O2,NO2,NO,H2Oなどがある。基板とし
ては、各種ガラス、セラミックス、半導体(Si)、ス
テンレス、MgOやSrTiO等の単結晶基板、耐熱性
高分子基板(>200℃)などがある。また金属層を形
成する金属としては、電極の作用をすれば良く、さらに
形成する無機酸化物との密着性を向上させるものであり
、特に限定はしない。また密着性に関して例えば、形成
する無機酸化物がPtとなじみやすく、基板にガラスな
どを使用する場合、中間層としてPt/Cu/Crとか
、Pt/Tiのように、多層となる場合も有る。この金
属を利用して、製膜中に直流基板バイアスをかけること
により、厚膜配向膜が得られる。本発明で用いる金属酸
化物の結晶化と配向を促進する中間層とは、例えば、作
成すべき金属酸化物の配向面の格子定数に近い値を取る
中間層であり、さらには、ガラス基板のようなアモルフ
ァス上に金属などの蒸着膜を堆積させ、この金属種を選
択することで、格子定数を合わせることで、厚膜配向膜
が得られる。これは、蒸着法により、金属配向薄膜を中
間層にしたが、他にも、スパッタ法、CVD法でも作成
可能であり、さらに金属以外の、物質も良い。
[0007] Examples of metal organic compounds include methoxide, ethoxide, propoxide, and
Examples include alkoxides such as butoxide and acetate compounds. The water-soluble metal salts for forming the aqueous solution containing the corresponding metal ions include Zn, Cu, Ti,
Examples include nitrates, sulfates, halides, acetates, and phosphates of metals such as Pb, Li, Nb, Al, Zr, Fe, Co, and Ni. Examples of the alcohol include monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propanol, and butanol, dihydric alcohols such as ethylene glycol, trihydric alcohols such as glycerin, cellosolve, and carbitol. Examples of the β-dicarbonyl compound include acetylacetone, ethylacetoacetate, diethylmalonate, and the like, which form metal complexes by changing the ligand. For example, tributoxyaluminum and ethyl acetoacetate are reacted to form a metal complex. Examples of alkoxide compounds include metal alkoxides made of the above metals and alcohols, such as Pb(OR)2, Ti(OR)4, Zr(
OR)4, Al(OR)3, LiOR, Nb(OR)5
and so on. However, R is an alkyl group. Carrier gases include N2, Ar, etc., and reactive gases include O2, NO2, NO, H2O, etc. Examples of the substrate include various glasses, ceramics, semiconductors (Si), stainless steel, single crystal substrates such as MgO and SrTiO, and heat-resistant polymer substrates (>200° C.). Further, the metal forming the metal layer is not particularly limited as long as it functions as an electrode and also improves the adhesion with the inorganic oxide to be formed. Regarding adhesion, for example, the inorganic oxide to be formed is easily compatible with Pt, and when glass or the like is used as the substrate, the intermediate layer may be multilayered such as Pt/Cu/Cr or Pt/Ti. By utilizing this metal and applying a DC substrate bias during film formation, a thick film alignment film can be obtained. The intermediate layer that promotes the crystallization and orientation of the metal oxide used in the present invention is, for example, an intermediate layer that has a lattice constant close to the lattice constant of the oriented plane of the metal oxide to be created, and furthermore, A thick film alignment film can be obtained by depositing a vapor-deposited film of metal or the like on such an amorphous material, and by selecting the metal species and matching the lattice constants. In this case, a metal oriented thin film is used as an intermediate layer by vapor deposition, but it can also be created by sputtering or CVD, and materials other than metals may also be used.

【0008】また本発明による厚膜金属酸化物の膜厚は
、その機能を実現するに必要な膜厚であり、材料、及び
デバイスにより要求される膜厚は異なってくるが、共通
して1μm以上500μm以下を示す。本発明に使用す
る装置を、図1に例示する。図中1は超音波振動子、2
は金属有機化合物、または金属有機化合物と有機溶媒の
混合液、3はキャリアガス導入口、4は必要に応じた反
応ガスの導入口である。5はガス移送中のプレヒートす
るための加熱ヒータ、6は基板ホルダー、及び基板加熱
用ヒータ、7は石英性焼成炉の、外部から基板を加熱す
るための外部ヒータ、8は基板にバイアスをかけるため
の電極、9はSiウェハ等の膜を堆積させるサンプル基
板である。尚、必要に応じてこの反応を減圧下で行って
もよく、そのための真空排気系を取り付けても良い。 本発明により、基板上に形成される金属酸化物は、一般
にいわれる無機酸化物のことであり、特に限定されるこ
とは無く、例えば、SiO2,Al2O3,Na2O,
B2O3等の所謂ニューガラスと呼ばれる絶縁性材料の
ほか、BaTiO3,SrTiO3等の誘電性材料、P
b(Zr,Ti)O等の圧電性材料、(Mn,Ni,F
e,Co)3O4,BaTiO3,(Ba,Sr)Ti
O3,SnO2,ZnO,MgCr2O4−TiO2系
等の半導電性材料、β−アルミナ,ZrO2,In2O
−SnO2等の導電性(またはイオン導電性)材料、Y
Ba2Cu3Ox(X=τ−δ)等の超伝導性材料、(
Pb,La)(Zn,Ti)O3,LiNbO3,Li
TaO3等の偏光性材料、(Pb,Ba,La)Nb2
O6,(Pb,K)Nb2O6,(Sr,Ba)Nb2
O6、さらに(Mn,Zn)O,Fe2O3,BaFe
12O19等の磁性材料等のような所謂、電子セラミッ
クス、オプトエレクトロニクスセラミックスがあげられ
る。
Further, the thickness of the thick metal oxide according to the present invention is the thickness necessary to realize its function, and although the required thickness varies depending on the material and device, it is generally 1 μm. 500 μm or less. The apparatus used in the present invention is illustrated in FIG. In the figure, 1 is an ultrasonic transducer, 2
3 is a carrier gas inlet, and 4 is an inlet for a reaction gas as required. 5 is a heater for preheating during gas transfer, 6 is a substrate holder and a heater for heating the substrate, 7 is an external heater for heating the substrate from the outside of the quartz firing furnace, and 8 is a bias for applying a bias to the substrate. 9 is a sample substrate on which a film such as a Si wafer is deposited. Incidentally, this reaction may be carried out under reduced pressure if necessary, and a vacuum evacuation system for this purpose may be installed. The metal oxide formed on the substrate according to the present invention is a commonly-called inorganic oxide, and is not particularly limited, and includes, for example, SiO2, Al2O3, Na2O,
In addition to insulating materials called new glass such as B2O3, dielectric materials such as BaTiO3 and SrTiO3, P
b Piezoelectric materials such as (Zr, Ti)O, (Mn, Ni, F
e,Co)3O4,BaTiO3,(Ba,Sr)Ti
Semiconductive materials such as O3, SnO2, ZnO, MgCr2O4-TiO2, β-alumina, ZrO2, In2O
- Conductive (or ionically conductive) materials such as SnO2, Y
Superconducting materials such as Ba2Cu3Ox (X=τ−δ), (
Pb, La) (Zn, Ti) O3, LiNbO3, Li
Polarizing materials such as TaO3, (Pb, Ba, La)Nb2
O6, (Pb,K)Nb2O6, (Sr,Ba)Nb2
O6, further (Mn, Zn)O, Fe2O3, BaFe
Examples include so-called electronic ceramics and optoelectronic ceramics such as magnetic materials such as 12O19.

【0009】[0009]

【実施例】以下、具体的に実施例をもって説明する。な
お、本発明はその要旨を超えないかぎり、以下の実施例
に限定されるものではない。 実施例1(請求項1対応)圧電体ZnO膜の作成を示す
。亜鉛のイオンを与えるものとして、各種亜鉛塩、例え
ば硝酸亜鉛を水に溶かした物を用意する。濃度は、0.
1モル/1である。この水溶液に、超音波振動子からの
エネルギーを与えることにより、この水溶液の霧を発生
させる。キャリアガスに窒素を使用して、さらに反応ガ
スとして酸素を流した。この時石英反応炉(形状はチュ
ーブ型)の中の流れが、層流になるように流量をコント
ロールする。この時に、プレヒート80℃になる様にヒ
ータ5で加熱する。用いた基板は、熱吸収(IRに対し
て)の良好な、かつ熱伝導の良いSiウェハを使用した
。基板ホルダーにサンプルを保持させ、ホルダー中のイ
ンヒーター6で熱反応温度より僅かに低温側の温度に設
定しておき、亜鉛イオンの熱反応を抑制させ、基板吸着
を促進させる。熱反応によるZnOの生成は、外部に設
けた、ランプヒータによりエネルギーを与える。ランプ
ヒータはXeフラッシュランプ、またはアークランプ、
または赤外線放射のハロゲンランプでも良く、本実施例
では、ハロゲンランプを用いた。但しランプの輻射エネ
ルギーはパルス的に与える必要があるためシャッターを
連動させて、パルス的に加熱して、熱分解した。なお、
必要に応じて、この反応を減圧下で行ったり、または、
基板に直流バイアスをかけて行っても良い。 実施例2(請求項4および6対応)強誘電体Ba〔Ti
y(y=1−x)Zrx〕O3膜の作成を示す。バリウ
ムのイオンを与えるものとして、各種バリウム塩、例え
ば硝酸バリウムに多価アルコールとして、エチレングリ
コールを使用し、80℃、4時間溶解、および反応した
物を用意する。濃度は、0.1モル/1である。又は、
金属バリウムをブチルアルコールに溶解しても良い。こ
の溶液に、Tiのアルコキシド化合物、イソプロポキシ
ドチタン、さらにノルマルプロポキシドジルコニウムを
加えた。以下は実施例1と同じである。但し、反応ガス
である酸素は、この場合使用しなかった。 実施例3(請求項5対応)超伝導体YBa2Cu3Ox
(x=τ−δ)膜の作成を示す。バリウムのイオンを与
えるものとして、各種バリウム塩、例えば硝酸バリウム
に多価アルコールとして、エチレングリコールを使用し
、80℃、4時間溶解、および反応した物を用意する。 さらに、2,4−ペンタジオンを加え配位子交換反応を
行う。同様にしてイットリウムも行う。さらに硝酸銅を
同様にして、エチレングリコールに溶かした。これらの
溶液を混合したものを使用した。また、銅を供給する手
段として、各種銅塩、例えば硝酸銅、塩化銅の水溶液を
使用しても良い。以下は実施例1と同じである。但し、
反応ガスである酸素は、銅を水溶液から供給する場合は
使用するが、他の場合は酸素ガスは使用しなかった。 実施例4(請求項2対応)圧電体PZT(チタン酸ジル
コン酸鉛)C軸配向膜の作成を示す。溶液は、酢酸鉛1
モルに対してチタニウムテトライソプロポキシドを0.
5モル、ジルコニウムテトラプロポキシドを0.5モル
となるように調整してメトキシエタノールに濃度が0.
5mol/lとなるように溶解させた。この溶液に、超
音波振動子1からのエネルギーを与えることにより、こ
の溶液の霧を発生させる。キャリアガスに窒素を使用し
て、石英反応炉(形状はチューブ型)の中の流れが、層
流になるように流量をコントロールする。この時に、予
備加熱温度が80℃になるようにヒータ5で加熱する。 用いた基板9は、熱吸収(IRに対して)の良好な、か
つ熱伝導の良いSiウェハを使用した。さらに中間層と
してPtをEB蒸着で、基板温度300℃で堆積させた
物を使用した。次に、基板ホルダー6にこのサンプルを
保持させ、ホルダー中のインヒーターで熱分解温度より
僅かに低温側の温度に設定しておき、各々の金属有機化
合物、即ち酢酸鉛、チタニウムテトライソプロポキシド
、ジルコニウムテトラプロポキシドの熱分解を抑制させ
、基板吸着を促進させる。熱分解によるPZTの生成は
、外部に設けたランプヒータ7によりエネルギーを与え
る。ランプヒータはXeフラッシュランプ、またはアー
クランプ、または赤外線放射のハロゲンランプでも良く
、本実施例では、ハロゲンランプを用いた。但しランプ
の輻射エネルギーは、パルス的に与える必要が有るため
、シャッターを連動させて、パルス的に加熱して、熱分
解した。基板バイアスには、直流電源を用い出力を20
0Vとして行った。また、バイアスの方向は一概に決め
られなく、他の無機酸化物の場合−200Vでも良好な
配向膜が得られる場合もある。なお、必要に応じて、こ
の反応を減圧下で行っても良い。 実施例5(請求項3対応)実施例4の中間層としてPt
(111)配向膜を用いた以外は実施例4を繰り返した
[Example] Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to an example. It should be noted that the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof. Example 1 (corresponding to claim 1) The production of a piezoelectric ZnO film is shown. To provide zinc ions, various zinc salts, such as zinc nitrate dissolved in water, are prepared. The concentration is 0.
It is 1 mol/1. A mist of this aqueous solution is generated by applying energy from an ultrasonic vibrator to this aqueous solution. Nitrogen was used as a carrier gas, and oxygen was further flowed as a reaction gas. At this time, the flow rate is controlled so that the flow inside the quartz reactor (tube-shaped) becomes laminar. At this time, the heater 5 is used to preheat to 80°C. The substrate used was a Si wafer with good heat absorption (for IR) and good heat conduction. A sample is held in a substrate holder, and the temperature is set slightly lower than the thermal reaction temperature using an in-heater 6 in the holder, thereby suppressing the thermal reaction of zinc ions and promoting substrate adsorption. The generation of ZnO by thermal reaction is provided with energy by an externally provided lamp heater. The lamp heater is a Xe flash lamp or an arc lamp.
Alternatively, a halogen lamp that emits infrared radiation may be used, and in this example, a halogen lamp was used. However, since the radiant energy of the lamp needs to be applied in pulses, the shutter was linked to heat the lamp in pulses to thermally decompose it. In addition,
If necessary, this reaction can be carried out under reduced pressure or
This may be performed by applying a direct current bias to the substrate. Example 2 (corresponding to claims 4 and 6) Ferroelectric Ba[Ti
y(y=1-x)Zrx]Creation of an O3 film is shown. To provide barium ions, various barium salts such as barium nitrate are dissolved and reacted at 80° C. for 4 hours using ethylene glycol as a polyhydric alcohol. The concentration is 0.1 mol/1. Or
Metallic barium may be dissolved in butyl alcohol. To this solution, a Ti alkoxide compound, isopropoxide titanium, and normal propoxide zirconium were added. The following is the same as in Example 1. However, oxygen as a reactive gas was not used in this case. Example 3 (corresponding to claim 5) Superconductor YBa2Cu3Ox
(x=τ−δ) shows the creation of the film. To provide barium ions, various barium salts such as barium nitrate are dissolved and reacted at 80° C. for 4 hours using ethylene glycol as a polyhydric alcohol. Furthermore, 2,4-pentadione is added to perform a ligand exchange reaction. Do the same with yttrium. Additionally, copper nitrate was similarly dissolved in ethylene glycol. A mixture of these solutions was used. Furthermore, as a means for supplying copper, aqueous solutions of various copper salts, such as copper nitrate and copper chloride, may be used. The following is the same as in Example 1. however,
Oxygen, which is a reactive gas, was used when copper was supplied from an aqueous solution, but oxygen gas was not used in other cases. Example 4 (corresponding to claim 2) The production of a piezoelectric PZT (lead zirconate titanate) C-axis alignment film is shown. The solution is 1 lead acetate
titanium tetraisopropoxide per mole.
5 mol, zirconium tetrapropoxide was adjusted to 0.5 mol, and the concentration was 0.5 mol in methoxyethanol.
It was dissolved to a concentration of 5 mol/l. By applying energy from the ultrasonic transducer 1 to this solution, a mist of this solution is generated. Nitrogen is used as a carrier gas, and the flow rate is controlled so that the flow inside the quartz reactor (tube-shaped) becomes laminar. At this time, heating is performed using the heater 5 so that the preheating temperature becomes 80°C. The substrate 9 used was a Si wafer with good heat absorption (for IR) and good heat conduction. Further, as an intermediate layer, Pt was deposited by EB evaporation at a substrate temperature of 300°C. Next, this sample is held in the substrate holder 6, and the temperature is set slightly lower than the thermal decomposition temperature using an in-heater in the holder, and each metal-organic compound, that is, lead acetate, titanium tetraisopropoxide, etc. , suppresses thermal decomposition of zirconium tetrapropoxide and promotes substrate adsorption. The generation of PZT by thermal decomposition is provided with energy by an externally provided lamp heater 7. The lamp heater may be a Xe flash lamp, an arc lamp, or an infrared-emitting halogen lamp, and in this example, a halogen lamp was used. However, since the radiant energy of the lamp needs to be applied in a pulsed manner, the shutter was linked to heat the lamp in a pulsed manner for thermal decomposition. For substrate bias, use a DC power supply and set the output to 20
The voltage was set to 0V. Further, the direction of the bias cannot be determined unconditionally, and in the case of other inorganic oxides, a good alignment film may be obtained even at -200V. Note that, if necessary, this reaction may be performed under reduced pressure. Example 5 (corresponding to claim 3) Pt as the intermediate layer of Example 4
Example 4 was repeated except that a (111) alignment film was used.

【0010】0010

【効果】本発明により、従来作成が不可能だった厚い膜
の形成が可能となり、しかも高価なアルコキシド化合物
は、通常よりも使用量が低減でき、その結果安価に製造
できるようになった。実施例では、圧電体ZnO、強誘
電体Ba〔Tiy(y=1−x)Zrx〕O3、さらに
超伝導体YBa2Cu3Ox(x=τ−δ)を例示した
が、この方法では、電子セラミックス、オプトエレクト
ロニックセラミックス、ニューガラス等の無機酸化物の
、薄膜作成、厚膜作成が可能である。
[Effects] The present invention makes it possible to form a thick film that was previously impossible to create, and moreover, the amount of expensive alkoxide compounds used can be reduced compared to usual, and as a result, the film can be manufactured at low cost. In the examples, piezoelectric material ZnO, ferroelectric material Ba[Tiy (y=1-x)Zrx]O3, and superconductor YBa2Cu3Ox (x=τ-δ) were exemplified. It is possible to create thin and thick films of inorganic oxides such as electronic ceramics and new glass.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例で使用する膜製造装置の概略図
である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a membrane manufacturing apparatus used in an example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  超音波振動子 2  金属有機化合物と溶媒 3  キャリアガス導入口 4  反応ガスの導入口 5  プレヒート用の加熱ヒータ 6  基板ホルダー及び基板加熱用ヒータ7  外部ヒ
ータ 8  基板にバイアスをかけるための電極9  基板
1 Ultrasonic vibrator 2 Metal-organic compound and solvent 3 Carrier gas inlet 4 Reaction gas inlet 5 Heater for preheating 6 Heater for substrate holder and substrate heating 7 External heater 8 Electrode 9 for applying bias to the substrate 9 Substrate

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  超音波で原料液体を気化させて得られ
た気化物質をキャリアガスとともに基板存在域に搬送し
、搬送ガス流が基板に接触した時点で気化物質が反応し
て金属酸化物を形成する温度に基板を加熱しておき、基
板上に金属酸化物膜を形成する方法において、前記原料
液体が前記金属酸化物を構成する金属種の溶液を含有す
ることを特徴とする基板上に金属酸化物膜を形成する方
法。
Claim 1: A vaporized substance obtained by vaporizing a raw material liquid using ultrasonic waves is transported together with a carrier gas to an area where a substrate exists, and when the carrier gas flow contacts the substrate, the vaporized substance reacts to form a metal oxide. A method of forming a metal oxide film on a substrate by heating the substrate to a forming temperature, wherein the raw material liquid contains a solution of metal species constituting the metal oxide. A method of forming metal oxide films.
【請求項2】  前記金属酸化物膜を形成するための基
板があらかじめ1層以上の金属層をその表面に有するも
のである請求項1記載の基板上に金属酸化物膜を形成す
る方法。
2. The method for forming a metal oxide film on a substrate according to claim 1, wherein the substrate on which the metal oxide film is formed has in advance one or more metal layers on its surface.
【請求項3】  前記金属酸化物膜の形成に先立ち、基
板上に金属酸化物膜の結晶化と配向を促進する中間層を
設ける請求項1または2記載の基板上に金属酸化物膜を
形成する方法。
3. Forming a metal oxide film on the substrate according to claim 1 or 2, wherein an intermediate layer for promoting crystallization and orientation of the metal oxide film is provided on the substrate before forming the metal oxide film. how to.
【請求項4】  前記原料液体が、前記金属酸化物を構
成する金属またはその塩をアルコール類に溶解または反
応させて得られた溶液である請求項1,2または3記載
の基板上に金属酸化物膜を形成する方法。
4. Metal oxide on the substrate according to claim 1, 2 or 3, wherein the raw material liquid is a solution obtained by dissolving or reacting a metal constituting the metal oxide or a salt thereof in an alcohol. Method of forming a film.
【請求項5】  前記原料液体が、前記金属酸化物を構
成する金属またはその塩をアルコール類に溶解または反
応させて得られた溶液をβ−ジカルボニル化合物で配位
子交換したものである請求項1,2または3記載の基板
上に金属酸化物膜を形成する方法。
5. The raw material liquid is a solution obtained by dissolving or reacting a metal constituting the metal oxide or a salt thereof in an alcohol and exchanging ligands with a β-dicarbonyl compound. A method for forming a metal oxide film on the substrate according to item 1, 2 or 3.
【請求項6】  前記原料溶液が請求項3または4記載
の溶液に、アルコキシド化合物を加えたものである請求
項1,2または3記載の基板上に金属酸化物膜を形成す
る方法。
6. The method for forming a metal oxide film on a substrate according to claim 1, 2 or 3, wherein the raw material solution is the solution according to claim 3 or 4 to which an alkoxide compound is added.
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