JPH11286653A - 強誘電体薄膜形成用前駆体溶液およびその製造方法 - Google Patents

強誘電体薄膜形成用前駆体溶液およびその製造方法

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JPH11286653A
JPH11286653A JP10105484A JP10548498A JPH11286653A JP H11286653 A JPH11286653 A JP H11286653A JP 10105484 A JP10105484 A JP 10105484A JP 10548498 A JP10548498 A JP 10548498A JP H11286653 A JPH11286653 A JP H11286653A
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alkoxide
precursor
oligomer
hydrolysis
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Mamoru Aizawa
守 會澤
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KANSAI SHINGIJUTSU KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゾル−ゲル法を用いて強誘電体薄膜を形成す
る場合に、多層塗布を行わずに1回だけの塗布操作によ
り、特性を発揮させるのに必要な程度の膜厚の薄膜を形
成することが可能である塗布液を調製できる前駆体溶液
が得られる方法を提供する。 【解決手段】 Tiアルコキシドの加水分解・重縮合に
よって環状構造もしくはラダー構造を有するTiアルコ
キシドオリゴマーを合成し、Zrアルコキシドの加水分
解・重縮合によってZrアルコキシドオリゴマーを合成
した後、Tiアルコキシドオリゴマーを予備加水分解さ
せ、それをZrアルコキシドオリゴマーと反応させてT
i−O−Zr前駆体を得て、Ti−O−Zr前駆体とP
bアルコキシドとを反応させてPb(Ti−O−Zr)
前駆体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、PZT(Pb
(Zr,Ti)O3)やPLZT系(PbO−La23
−ZrO2−TiO2)のように鉛を含有したペロブスカ
イト型構造を有する複合酸化物からなる強誘電体薄膜を
形成するために使用される強誘電体薄膜形成用前駆体溶
液、ならびに、その前駆体溶液を製造するための方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】PZTなどのペロブスカイト系薄膜は、
高誘電率ないしは強誘電性を示し、特に優れたP−Eヒ
ステリシス特性を利用して、不揮発性の次世代メモリと
して注目されているFRAMの心臓部として用いられて
いる。通常、PZTは、スパッタ法やCVD法などの気
相成膜法、あるいはゾル−ゲル法などのような液相成膜
法で作製される。気相成膜法は、複合ペロブスカイトの
ような多成分系の薄膜の形成については、均一性の確保
に関して難点がある。一方、ゾル−ゲル法は、出発原料
が液相であるので、ペロブスカイト系薄膜の形成におい
て高い均一性が得られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ゾル−ゲル法を用いて
形成したPZT薄膜は、FRAMとしての特性を発揮さ
せるためには2,500Å程度の膜厚が必要とされる。
しかしながら、現在入手し得る塗布液では、1回の塗布
操作で400Å〜500Å程度の膜厚の薄膜しか得られ
ない。このため、2,500Å程度の膜厚のPZT薄膜
を得ようとすると、従来は、塗布操作を5〜6回繰り返
して多層塗布を行う必要があった。ところが、多層塗布
は、製造プロセスの繁雑化と周辺材料への熱的ダメージ
をもたらす、といった問題点がある。
【0004】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、PZTやPLZTのように鉛含有ペ
ロブスカイト系強誘電体薄膜を、ゾル−ゲル法を用いて
形成する場合に、多層塗布を行わなくても、1回だけの
塗布操作により、特性を発揮させるのに必要な程度の膜
厚の薄膜を形成することが可能である塗布液を得ること
ができる強誘電体薄膜形成用前駆体溶液を提供するこ
と、ならびに、その前駆体溶液を製造するための方法を
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
チタンアルコキシド(Tiアルコキシド)の加水分解・
重縮合によって得られるTiアルコキシドオリゴマー、
および、ジルコニウムアルコキシド(Zrアルコキシ
ド)の加水分解・重縮合によって得られるZrアルコキ
シドオリゴマー、ならびに、鉛アルコキシド(Pbアル
コキシド)を原料として得られ、ペロブスカイト系強誘
電体薄膜を形成するための前駆体溶液において、前記T
iアルコキシドオリゴマーが環状構造もしくはラダー構
造(はしご形構造)を有したものであることを特徴とす
る。
【0006】請求項2に係る発明は、請求項1記載の前
駆体溶液において、Pbアルコキシド原料の一部がカル
ボン酸残基および/またはアミノアルコール残基を有し
たものであることを特徴とする。
【0007】請求項3に係る発明は、Tiアルコキシド
の加水分解・重縮合によってTiアルコキシドオリゴマ
ーを合成する工程と、Zrアルコキシドの加水分解・重
縮合によってZrアルコキシドオリゴマーを合成する工
程と、Tiアルコキシドオリゴマーを予備加水分解さ
せ、それをZrアルコキシドオリゴマーと反応させてT
i−O−Zr前駆体を得る工程、Ti−O−Zr前駆体
とPbアルコキシドとを反応させてPb(Ti−O−Z
r)前駆体を得る工程とからなる強誘電体薄膜形成用前
駆体溶液の製造方法において、Tiアルコキシドの加水
分解・重縮合によって環状構造もしくはラダー構造を有
するTiアルコキシドオリゴマーを合成することを特徴
とする。
【0008】請求項4に係る発明は、請求項3記載の製
造方法において、Tiアルコキシドオリゴマーおよび/
またはZrアルコキシドを加水分解・重縮合する際に、
反応溶媒として極性溶媒と非極性溶媒とを適当に組み合
わせたものを使用することにより、Tiアルコキシドオ
リゴマーおよび/またはZrアルコキシドオリゴマーの
分子量を調整することを特徴とする。
【0009】請求項5に係る発明は、請求項3または請
求項4記載の製造方法において、Tiアルコキシドおよ
び/またはZrアルコキシドの加水分解・重縮合反応
を、安定化配位子を加えないでマイナス10℃以下の低
温で進行させることを特徴とする。
【0010】請求項6に係る発明は、請求項3ないし請
求項5のいずれかに記載の製造方法において、Pbアル
コキシド原料の一部がカルボン酸残基および/またはア
ミノアルコール残基を有したものであることを特徴とす
る。
【0011】請求項1に係る発明の前駆体溶液は、環状
構造もしくはラダー構造を有したTiアルコキシドオリ
ゴマーを原料として得られるので、規則的な構造を有
し、このため、金属酸化物濃度が40%以上となるよう
に前駆体溶液を濃縮しても、金属酸化物が析出しない。
したがって、この前駆体溶液からは、1回だけの塗布操
作により必要な程度の膜厚の薄膜を形成することが可能
である高濃度の塗布液を得ることができる。また、シク
ロヘキサノールなどを溶媒に用いることで、40cps
以上の高粘度の塗布液が得られる。
【0012】請求項2に係る発明の前駆体溶液は、Pb
アルコキシド原料の一部がカルボン酸残基および/また
はアミノアルコール残基を有したものであるので、前駆
体分子の溶解度が改善され、高濃度に濃縮した場合で
も、析出が起こるのを防止することができる。
【0013】請求項3に係る発明の前駆体溶液の製造方
法によると、Tiアルコキシドの加水分解・重縮合によ
って環状構造もしくはラダー構造を有するTiアルコキ
シドオリゴマーが合成されるので、そのオリゴマーから
得られる前駆体溶液は、規則的な構造を有し、このた
め、金属酸化物濃度が40%以上となるように前駆体溶
液を濃縮しても、金属酸化物が析出しない。したがっ
て、この方法により製造された前駆体溶液からは、1回
だけの塗布操作により必要な程度の膜厚の薄膜を形成す
ることが可能である高濃度の塗布液を得ることができ
る。また、シクロヘキサノールなどを溶媒に用いること
で、40cps以上の高粘度の塗布液が得られる。
【0014】請求項4に係る発明の製造方法によると、
Tiアルコキシドオリゴマーおよび/またはZrアルコ
キシドを加水分解・重縮合する際に、Tiアルコキシド
オリゴマーおよび/またはZrアルコキシドオリゴマー
の分子量が調整される。
【0015】請求項5に係る発明の製造方法によると、
Tiアルコキシドおよび/またはZrアルコキシドの加
水分解・重縮合反応がマイナス10℃以下の低温で進行
するので、安定化配位子を加えなくても、反応速度が抑
制され、このため、均質な成膜が可能であるような均質
な前駆体溶液を調製することができる。
【0016】請求項6に係る発明の製造方法によると、
Pbアルコキシド原料の一部がカルボン酸残基および/
またはアミノアルコール残基を有したものであるので、
前駆体の溶解度が改善される。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について説明する。
【0018】この発明に係る強誘電体薄膜形成用前駆体
溶液の製造方法では、まず、Tiアルコキシドを出発原
料として、Tiアルコキシドを含む溶液を加水分解・重
縮合させ、環状構造もしくはラダー構造を有するTiア
ルコキシドオリゴマーを合成し、また、Zrアルコキシ
ドを出発原料として、Zrアルコキシドを含む溶液を加
水分解・重縮合させてZrアルコキシドオリゴマーを合
成する。TiアルコキシドおよびZrアルコキシドの各
アルコキシル基の炭素数は特に限定されないが、普通に
はそれぞれアルコキシル基の炭素数が1〜5のものが使
用され、より好ましくは、それぞれアルコキシル基の炭
素数が2〜4のものが使用される。また、使用される溶
媒としては、アルコキシド原料および加水分解に用いる
水がそれぞれ可溶であって、水を添加する温度で凝固し
ないものであれば、単一溶媒でも混合溶媒でもよく、特
に限定されないが、極性溶媒としては、水を添加する温
度域での粘度、除去の容易さなどから、炭素数1〜3の
アルコールであるメタノール、エタノール、プロパノー
ルが好ましい。また、極性溶媒と非極性溶媒との組合せ
でも構わない。例えば、Tiアルコキシドを安定化配位
子の非存在下において、アルコールなどの極性溶媒中で
加水分解を行い、環状3量体あるいはラダー構造のオリ
ゴマーを合成する。また、Zrアルコキシドの加水分解
を、トルエンなどの非極性溶媒とアルコールなどの極性
溶媒とを任意の割合で混合したものを反応溶媒として行
い、これによりオリゴマーの重合度を制御する。また、
Tiアルコキシドおよび/またはZrアルコキシドのそ
れぞれの加水分解・重縮合反応をマイナス10℃以下の
低温、例えばマイナス60℃程度で進行させるようにし
てもよい。このようにアルコキシドの加水分解・重縮合
反応を低温で行うことにより、安定化配位子を加えてア
ルコキシドを安定させるようにしなくても、反応速度が
抑制され、均質な前駆体溶液が調製される。
【0019】次に、Tiアルコキシドオリゴマーを予備
加水分解させ、それをZrアルコキシドオリゴマーと反
応させてTi−O−Zr前駆体を調製する。そして、T
i−O−Zr前駆体とPbアルコキシドとを反応させて
Pb(Ti−O−Zr)前駆体溶液を得る。Pbアルコ
キシド原料の一部は、カルボン酸残基および/または少
なくとも1つのアミノアルコール残基を含むPbアルコ
キシド化合物であることが好ましい。
【0020】得られた前駆体溶液は、適当な濃度に濃縮
されて、強誘電体薄膜を形成するための塗布液として使
用される。また、前駆体溶液に溶媒を加えて塗布液が調
製される。ここで、従来から知られている方法により調
製された前駆体溶液は、金属酸化物の溶解性に劣るた
め、金属酸化物濃度が10%程度になるまで濃縮する
と、沈殿物の析出が始まり、調製された塗布液は、塗布
性能が著しく劣ることになる。これに対し、上記した製
造方法で得られるこの発明に係る前駆体溶液は、金属酸
化物濃度が20〜40%以上となるように濃縮しても、
沈殿物の析出は起こらない。したがって、この前駆体溶
液からは、1回の塗布操作によって2,500Å程度の
膜厚の薄膜を得ることができるような高い金属酸化物濃
度の塗布液が得られる。また、シクロヘキサノールなど
を溶媒に用いることで、40cps以上の高粘度の塗布
液が得られる。
【0021】
【実施例】次に、この発明を具体的に適用した実施例に
ついて説明する。
【0022】〔実施例1〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを500mlの脱水イソプロピルアルコール
に溶解させる。別の容器に0.001Nの塩酸水0.1
モル(1.80g)を分取し、それを500mlの脱水
イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液を、マ
イクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下する。
この際の滴下速度は、4ml/min前後とする。フラ
スコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用いた加熱
により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に溶液を自
然冷却させる。得られた溶液をA液とする。
【0023】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを400mlの脱水イ
ソプロピルアルコールに溶解させる。また、0.2モル
(20.02g)のアセチルアセトンを100mlの脱
水イソプロピルアルコールに溶解させ、この溶液をフラ
スコ内のテトラノルマルブトキシジルコニウム溶液に添
加し、混合溶液を撹拌する。そして、オイルバスを用い
た加熱により、混合溶液を1時間還流させ、還流後に溶
液を自然冷却させる。別の容器に0.001Nの塩酸水
0.1モル(1.80g)を分取し、それを500ml
の脱水イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液
を、マイクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下
する。この際の滴下速度は、4ml/min前後とす
る。フラスコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用
いた加熱により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に
溶液を自然冷却させる。得られた溶液をB液とする。
【0024】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水イソプロピルアルコ
ールで希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポン
プを用いてA液に滴下する。この際の滴下速度は、4m
l/min前後とする。混合溶液を室温で30分間撹拌
する。得られた溶液をC液とする。
【0025】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0026】[Pbアルコキシド原料の添加]Pb2−
アミノエトキシ−アセテート[Pb(NH2CH2CH2
O)(CH3COO)]0.2モル(65.26g)を
200mlの脱水イソプロピルアルコールに溶解させ、
得られた溶液をD液に添加する。オイルバスを用いた加
熱により、混合溶液を2時間還流させ、還流後に溶液を
自然冷却させる。その後、得られた溶液を、ロータリー
エバポレータを用いて70℃以下の温度で所定濃度まで
濃縮する。
【0027】〔実施例2〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを100mlの脱水イソプロピルアルコール
に溶解させる。得られた溶液を、ドライアイス/メタノ
ールコールドバスを用いてマイナス60℃の温度に冷却
させる。別の容器に0.001Nの塩酸水0.1モル
(1.80g)を分取し、それを500mlの脱水イソ
プロピルアルコールで希釈し、得られた溶液を、マイク
ロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下する。この
際の滴下速度は、4ml/min前後とする。フラスコ
内の溶液を混合させた後、オイルバスを用いた加熱によ
り、混合溶液を8時間還流させ、還流後に溶液を自然冷
却させる。得られた溶液をA液とする。
【0028】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを400mlの脱水イ
ソプロピルアルコールに溶解させる。また、0.2モル
(20.02g)のアセチルアセトンを100mlの脱
水イソプロピルアルコールに溶解させ、この溶液をフラ
スコ内のテトラノルマルブトキシジルコニウム溶液に添
加し、混合溶液を撹拌する。そして、オイルバスを用い
た加熱により、混合溶液を1時間還流させ、還流後に溶
液を自然冷却させる。別の容器に0.001Nの塩酸水
0.1モル(1.80g)を分取し、それを500ml
の脱水イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液
を、マイクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下
する。この際の滴下速度は、4ml/min前後とす
る。フラスコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用
いた加熱により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に
溶液を自然冷却させる。得られた溶液をB液とする。
【0029】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水イソプロピルアルコ
ールで希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポン
プを用いてA液に滴下する。この際の滴下速度は、4m
l/min前後とする。混合溶液を室温で30分間撹拌
する。得られた溶液をC液とする。
【0030】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0031】[Pbアルコキシド原料の添加]Pb2−
アミノエトキシ−アセテート[Pb(NH2CH2CH2
O)(CH3COO)]0.2モル(65.26g)を
200mlの脱水イソプロピルアルコールに溶解させ、
得られた溶液をD液に添加する。オイルバスを用いた加
熱により、混合溶液を2時間還流させ、還流後に溶液を
自然冷却させる。その後、得られた溶液を、ロータリー
エバポレータを用いて70℃以下の温度で所定濃度まで
濃縮する。
【0032】〔実施例3〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを500mlの脱水トルエンに溶解させる。
別の容器に0.001Nの塩酸水0.1モル(1.80
g)を分取し、それを500mlの脱水トルエンで希釈
し、得られた溶液を、マイクロチューブポンプを用いて
フラスコ内へ滴下する。この際の滴下速度は、4ml/
min前後とする。フラスコ内の溶液を混合させた後、
オイルバスを用いた加熱により、混合溶液を8時間還流
させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得られた溶液を
A液とする。
【0033】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを400mlの脱水ト
ルエンに溶解させる。また、0.2モル(20.02
g)のアセチルアセトンを100mlの脱水トルエンに
溶解させ、この溶液をフラスコ内のテトラノルマルブト
キシジルコニウム溶液に添加し、混合溶液を撹拌する。
そして、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液を1
時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。別の容
器に0.001Nの塩酸水0.1モル(1.80g)を
分取し、それを500mlの脱水トルエンで希釈し、得
られた溶液を、マイクロチューブポンプを用いてフラス
コ内へ滴下する。この際の滴下速度は、4ml/min
前後とする。フラスコ内の溶液を混合させた後、オイル
バスを用いた加熱により、混合溶液を8時間還流させ、
還流後に溶液を自然冷却させる。得られた溶液をB液と
する。
【0034】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水トルエンで希釈し、
得られた溶液を、マイクロチューブポンプを用いてA液
に滴下する。この際の滴下速度は、4ml/min前後
とする。混合溶液を室温で30分間撹拌する。得られた
溶液をC液とする。
【0035】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0036】[Pbアルコキシド原料の添加]Pb2−
アミノエトキシ−アセテート[Pb(NH2CH2CH2
O)(CH3COO)]0.2モル(65.26g)を
200mlの脱水トルエンに溶解させ、得られた溶液を
D液に添加する。オイルバスを用いた加熱により、混合
溶液を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させ
る。その後、得られた溶液を、ロータリーエバポレータ
を用いて70℃以下の温度で所定濃度まで濃縮する。
【0037】〔比較例1〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを500mlの脱水イソプロピルアルコール
に溶解させる。また、0.2モル(20.02g)のア
セチルアセトンを100mlの脱水イソプロピルアルコ
ールに溶解させ、この溶液をフラスコ内のテトライソプ
ロポキシチタン溶液に添加し、混合溶液を撹拌する。そ
して、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液を1時
間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。別の容器
に0.001Nの塩酸水0.1モル(1.80g)を分
取し、それを500mlの脱水イソプロピルアルコール
で希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポンプを
用いてフラスコ内へ滴下する。この際の滴下速度は、4
ml/min前後とする。フラスコ内の溶液を混合させ
た後、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液を8時
間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得られた
溶液をA液とする。
【0038】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを400mlの脱水イ
ソプロピルアルコールに溶解させる。また、0.2モル
(20.02g)のアセチルアセトンを100mlの脱
水イソプロピルアルコールに溶解させ、この溶液をフラ
スコ内のテトラノルマルブトキシジルコニウム溶液に添
加し、混合溶液を撹拌する。そして、オイルバスを用い
た加熱により、混合溶液を1時間還流させ、還流後に溶
液を自然冷却させる。別の容器に0.001Nの塩酸水
0.1モル(1.80g)を分取し、それを500ml
の脱水イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液
を、マイクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下
する。この際の滴下速度は、4ml/min前後とす
る。フラスコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用
いた加熱により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に
溶液を自然冷却させる。得られた溶液をB液とする。
【0039】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水イソプロピルアルコ
ールで希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポン
プを用いてA液に滴下する。この際の滴下速度は、4m
l/min前後とする。混合溶液を室温で30分間撹拌
する。得られた溶液をC液とする。
【0040】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0041】[Pbアルコキシド原料の添加]Pb2−
アミノエトキシ−アセテート[Pb(NH2CH2CH2
O)(CH3COO)]0.2モル(65.26g)を
200mlの脱水イソプロピルアルコールに溶解させ、
得られた溶液をD液に添加する。オイルバスを用いた加
熱により、混合溶液を2時間還流させ、還流後に溶液を
自然冷却させる。その後、得られた溶液を、ロータリー
エバポレータを用いて70℃以下の温度で所定濃度まで
濃縮する。
【0042】〔比較例2〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを500mlの脱水イソプロピルアルコール
に溶解させる。別の容器に0.001Nの塩酸水0.1
モル(1.80g)を分取し、それを500mlの脱水
イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液を、マ
イクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下する。
この際の滴下速度は、4ml/min前後とする。フラ
スコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用いた加熱
により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に溶液を自
然冷却させる。得られた溶液をA液とする。
【0043】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを500mlの脱水イ
ソプロピルアルコールに溶解させる。別の容器に0.0
01Nの塩酸水0.1モル(1.80g)を分取し、そ
れを500mlの脱水イソプロピルアルコールで希釈
し、得られた溶液を、マイクロチューブポンプを用いて
フラスコ内へ滴下する。この際の滴下速度は、4ml/
min前後とする。フラスコ内の溶液を混合させた後、
オイルバスを用いた加熱により、混合溶液を8時間還流
させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得られた溶液を
B液とする。
【0044】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水イソプロピルアルコ
ールで希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポン
プを用いてA液に滴下する。この際の滴下速度は、4m
l/min前後とする。混合溶液を室温で30分間撹拌
する。得られた溶液をC液とする。
【0045】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0046】[Pbアルコキシド原料の添加]Pb2−
アミノエトキシ−アセテート[Pb(NH2CH2CH2
O)(CH3COO)]0.2モル(65.26g)を
200mlの脱水イソプロピルアルコールに溶解させ、
得られた溶液をD液に添加する。オイルバスを用いた加
熱により、混合溶液を2時間還流させ、還流後に溶液を
自然冷却させる。その後、得られた溶液を、ロータリー
エバポレータを用いて70℃以下の温度で所定濃度まで
濃縮する。
【0047】〔比較例3〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを500mlの脱水イソプロピルアルコール
に溶解させる。別の容器に0.001Nの塩酸水0.1
モル(1.80g)を分取し、それを500mlの脱水
イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液を、マ
イクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下する。
この際の滴下速度は、4ml/min前後とする。フラ
スコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用いた加熱
により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に溶液を自
然冷却させる。得られた溶液をA液とする。
【0048】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを400mlの脱水イ
ソプロピルアルコールに溶解させる。また、0.2モル
(20.02g)のアセチルアセトンを100mlの脱
水イソプロピルアルコールに溶解させ、この溶液をフラ
スコ内のテトラノルマルブトキシジルコニウム溶液に添
加し、混合溶液を撹拌する。そして、オイルバスを用い
た加熱により、混合溶液を1時間還流させ、還流後に溶
液を自然冷却させる。別の容器に0.001Nの塩酸水
0.1モル(1.80g)を分取し、それを500ml
の脱水イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液
を、マイクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下
する。この際の滴下速度は、4ml/min前後とす
る。フラスコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用
いた加熱により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に
溶液を自然冷却させる。得られた溶液をB液とする。
【0049】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水イソプロピルアルコ
ールで希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポン
プを用いてA液に滴下する。この際の滴下速度は、4m
l/min前後とする。混合溶液を室温で30分間撹拌
する。得られた溶液をC液とする。
【0050】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0051】[Pb原料の添加]酢酸鉛(II)三水和物
0.2モル(75.86g)を200mlの脱水イソプ
ロピルアルコールに溶解させ、得られた溶液をD液に添
加する。オイルバスを用いた加熱により、混合溶液を2
時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。その
後、得られた溶液を、ロータリーエバポレータを用いて
70℃以下の温度で所定濃度まで濃縮する。
【0052】〔比較例4〕 [Tiアルコキシドの加水分解・重縮合]乾燥管、ジム
ロート冷却管、温度計およびシリコンゴム製のセプタム
を装着した2リットル四つ口丸底フラスコに、マグネチ
ックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ中に0.1モ
ル(28.42g)のテトライソプロポキシチタンを分
取し、それを500mlの脱水イソプロピルアルコール
に溶解させる。別の容器に0.001Nの塩酸水0.1
モル(1.80g)を分取し、それを500mlの脱水
イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液を、マ
イクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下する。
この際の滴下速度は、4ml/min前後とする。フラ
スコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用いた加熱
により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に溶液を自
然冷却させる。得られた溶液をA液とする。
【0053】[Zrアルコキシドの加水分解・重縮合]
乾燥管、ジムロート冷却管、温度計およびシリコンゴム
製のセプタムを装着した2リットル四つ口丸底フラスコ
に、マグネチックスターラ用撹拌子を入れる。フラスコ
中に0.1モル(38.37g)のテトラノルマルブト
キシジルコニウムを分取し、それを400mlの脱水イ
ソプロピルアルコールに溶解させる。また、0.2モル
(20.02g)のアセチルアセトンを100mlの脱
水イソプロピルアルコールに溶解させ、この溶液をフラ
スコ内のテトラノルマルブトキシジルコニウム溶液に添
加し、混合溶液を撹拌する。そして、オイルバスを用い
た加熱により、混合溶液を1時間還流させ、還流後に溶
液を自然冷却させる。別の容器に0.001Nの塩酸水
0.1モル(1.80g)を分取し、それを500ml
の脱水イソプロピルアルコールで希釈し、得られた溶液
を、マイクロチューブポンプを用いてフラスコ内へ滴下
する。この際の滴下速度は、4ml/min前後とす
る。フラスコ内の溶液を混合させた後、オイルバスを用
いた加熱により、混合溶液を8時間還流させ、還流後に
溶液を自然冷却させる。得られた溶液をB液とする。
【0054】[Tiアルコキシドオリゴマー(A液)の
部分加水分解]0.001Nの塩酸水0.033モル
(0.60g)を150mlの脱水イソプロピルアルコ
ールで希釈し、得られた溶液を、マイクロチューブポン
プを用いてA液に滴下する。この際の滴下速度は、4m
l/min前後とする。混合溶液を室温で30分間撹拌
する。得られた溶液をC液とする。
【0055】[Ti−O−Zr前駆体の調製]B液をC
液に添加し、オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。得
られた溶液をD液とする。
【0056】[Pbアルコキシド原料の添加]Pb(I
I)エトキシド0.2モル(59.46g)を200m
lの脱水イソプロピルアルコールに溶解させ、得られた
溶液に0.4モルのアセチルアセトンを添加した後、オ
イルバスを用いた加熱により、混合溶液を1時間還流さ
せ、還流後に溶液を自然冷却させ、得られた溶液をD液
に添加する。オイルバスを用いた加熱により、混合溶液
を2時間還流させ、還流後に溶液を自然冷却させる。そ
の後、得られた溶液を、ロータリーエバポレータを用い
て70℃以下の温度で所定濃度まで濃縮する。
【0057】〔溶液の濃縮試験〕実施例1ないし実施例
3および比較例1ないし比較例4でそれぞれ得られた溶
液を濃縮し、不溶成分が析出する金属酸化物濃度をそれ
ぞれ調べた。また、実施例1ないし実施例3でそれぞれ
得られた前駆体溶液については、Tiアルコキシドオリ
ゴマーの重合度を凝固点降下法により測定した。それら
の結果を表1に示す。
【0058】
【表1】
【0059】表1に示した結果から分かるように、この
発明に係る前駆体溶液は、40%以上の濃度に濃縮して
も沈殿物の析出が起こらず、高濃度の塗布液を調製する
ことができる。
【0060】〔成膜試験〕実施例1ないし実施例3およ
び比較例1ないし比較例4でそれぞれ得られた溶液を、
金属酸化物濃度が15%となるように濃縮し、あるい
は、濃縮可能濃度にまで濃縮して、それぞれ塗布液を調
製し、それぞれの塗布液をスピンコーティング法により
シリコン基板の表面に塗布して成膜した。このときのス
ピン回転数は、2,000rpmとして、その回転数で
30秒間、基板を回転保持した。その後に、塗布膜を実
験室雰囲気下で乾燥させ、次いで、10℃/minの昇
温速度で700℃の温度まで加熱し、その温度で30分
間保持した後、自然冷却させた。それぞれ得られた薄膜
の膜状態、膜厚および結晶化状態を表2に示す。
【0061】
【表2】
【0062】表2に示した結果より、この発明に係る前
駆体溶液から調製された塗布液を用いて形成された薄膜
は、膜状態が良好で、1回の塗布操作で十分な膜厚を有
していることが分かる。
【0063】
【発明の効果】請求項1に係る発明の強誘電体薄膜形成
用前駆体溶液は、PZTやPLZTのように鉛含有ペロ
ブスカイト系強誘電体薄膜を、ゾル−ゲル法を用いて形
成する場合に、多層塗布を行わなくても、1回だけの塗
布操作により、FRAMなどとしての特性を発揮させる
のに必要な程度の膜厚、例えば2,500Å程度の膜厚
の薄膜を形成することが可能である塗布液を調製するこ
とができる。そして、多層塗布を行う必要が無いので、
製造プロセスを簡単化することが可能であり、周辺材料
への熱的ダメージをもたらすといった問題も無い。
【0064】請求項2に係る発明の前駆体溶液では、前
駆体の溶解度が著しく改善されるので、高濃度化を容易
にし、厚膜化に寄与する。
【0065】請求項3に係る発明の前駆体溶液の製造方
法によると、PZTやPLZTのように鉛含有ペロブス
カイト系強誘電体薄膜を、ゾル−ゲル法を用いて形成す
る場合に、多層塗布を行わなくても、1回だけの塗布操
作により、FRAMなどとしての特性を発揮させるのに
必要な程度の膜厚、例えば2,500Å程度の膜厚の薄
膜を形成することが可能である塗布液を調製することが
できる強誘電体薄膜形成用前駆体溶液が得られる。
【0066】請求項4に係る発明の製造方法では、Ti
アルコキシドオリゴマーおよび/またはZrアルコキシ
ドを加水分解・重縮合したときに、適当な分子量のTi
アルコキシドオリゴマーおよび/またはZrアルコキシ
ドオリゴマーが得られ、請求項3に係る発明の上記効果
が確実に奏される。
【0067】請求項5に係る発明の製造方法では、安定
化配位子を用いずに、均質な成膜が可能であるような均
質な前駆体溶液を調製することができるので、熱分解特
性が改善され、膜質の向上が図られる。
【0068】請求項6に係る発明の製造方法では、前駆
体の溶解度が改善されるので、高濃度化に寄与しあるい
はコーティング液の保存安定性が改善される。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チタンアルコキシドの加水分解・重縮合
    によって得られるチタンアルコキシドオリゴマー、およ
    び、ジルコニウムアルコキシドの加水分解・重縮合によ
    って得られるジルコニウムアルコキシドオリゴマー、な
    らびに、鉛アルコキシドを原料として得られ、ペロブス
    カイト系強誘電体薄膜を形成するための前駆体溶液にお
    いて、 前記チタンアルコキシドオリゴマーが環状構造もしくは
    ラダー構造を有したものであることを特徴とする強誘電
    体薄膜形成用前駆体溶液。
  2. 【請求項2】 鉛アルコキシド原料の一部がカルボン酸
    残基および/またはアミノアルコール残基を有したもの
    である請求項1記載の強誘電体薄膜形成用前駆体溶液。
  3. 【請求項3】 チタンアルコキシドの加水分解・重縮合
    によってチタンアルコキシドオリゴマーを合成する工程
    と、 ジルコニウムアルコキシドの加水分解・重縮合によって
    ジルコニウムアルコキシドオリゴマーを合成する工程
    と、 チタンアルコキシドオリゴマーを予備加水分解させ、そ
    れをジルコニウムアルコキシドオリゴマーと反応させて
    Ti−O−Zr前駆体を得る工程、 Ti−O−Zr前駆体と鉛アルコキシドとを反応させて
    Pb(Ti−O−Zr)前駆体を得る工程とからなる強
    誘電体薄膜形成用前駆体溶液の製造方法において、 チタンアルコキシドの加水分解・重縮合によって環状構
    造もしくはラダー構造を有するチタンアルコキシドオリ
    ゴマーを合成することを特徴とする強誘電体薄膜形成用
    前駆体溶液の製造方法。
  4. 【請求項4】 チタンアルコキシドオリゴマーおよび/
    またはジルコニウムアルコキシドを加水分解・重縮合す
    る際に、反応溶媒として極性溶媒と非極性溶媒とを適当
    に組み合わせたものを使用することにより、チタンアル
    コキシドオリゴマーおよび/またはジルコニウムアルコ
    キシドオリゴマーの分子量を調整する請求項3記載の強
    誘電体薄膜形成用前駆体溶液の製造方法。
  5. 【請求項5】 チタンアルコキシドおよび/またはジル
    コニウムアルコキシドの加水分解・重縮合反応を、安定
    化配位子を加えないでマイナス10℃以下の低温で進行
    させる請求項3または請求項4記載の強誘電体薄膜形成
    用前駆体溶液の製造方法。
  6. 【請求項6】 鉛アルコキシド原料の一部がカルボン酸
    残基および/またはアミノアルコール残基を有したもの
    である請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の強誘
    電体薄膜形成用前駆体溶液の製造方法。
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