JPH1129328A - Coating solution for forming thin film of ferroelectric material - Google Patents

Coating solution for forming thin film of ferroelectric material

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JPH1129328A
JPH1129328A JP19333297A JP19333297A JPH1129328A JP H1129328 A JPH1129328 A JP H1129328A JP 19333297 A JP19333297 A JP 19333297A JP 19333297 A JP19333297 A JP 19333297A JP H1129328 A JPH1129328 A JP H1129328A
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JP
Japan
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solution
compound
thin film
coating solution
strontium
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JP19333297A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Morioka
洋 森岡
Hiroshi Yamate
拓 山手
Hayato Katsuragi
速人 桂木
Kiyoto Mori
清人 森
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Kanto Chemical Co Inc
Original Assignee
Kanto Chemical Co Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a coating solution free from the problem of crystal deposition and gelatinization, causing little change in the solution viscosity with time and having improved storage stability by including bismuth nitrate, an organometallic compound and a diol compound. SOLUTION: This solution is produced by dissolving bismuth nitrate, an organometallic compound selected from strontium compound, tantalum compound, barium compound, lead compound, niobium compound and titanium compound, at least one kind of dial compound selected from ethylene glycol, diethylene glycol and 1,3-propanediol in an amount of 0.1-5.0 equivalent based on the amount of the metal in the coating solution and optionally 0.1-1.0 equivalent, preferbly 0.1-0.3 equivalent (based on the metal in the solution) of acetylacetone and a doping agent comprising a compound containing at least one kind of element selected from Ba, Pb, Ti and Nb.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体メモリなど
に用いられるタンタル酸ビスマスストロンチウム(SB
T)薄膜を形成しうる塗布溶液に関する。
The present invention relates to a bismuth strontium tantalate (SB) used for a semiconductor memory or the like.
T) A coating solution capable of forming a thin film.

【0002】[0002]

【従来技術】強誘電体は、自発分極、高誘電率、電気光
学効果、または圧電効果、焦電効果など多くの機能を有
し、広範囲においてデバイス開発に応用されている。な
かでもその薄膜を用いた強誘電体不揮発性メモリの開発
が盛んに行われている。強誘電特性が良好で、特に分極
反転耐性に優れた強誘電体材料としてタンタル酸ビスマ
スストロンチウム(SBT)などのビスマス層状化合物
が注目されている。
2. Description of the Related Art Ferroelectrics have many functions such as spontaneous polarization, high dielectric constant, electro-optic effect, piezoelectric effect, and pyroelectric effect, and are widely applied to device development. Above all, ferroelectric nonvolatile memories using such thin films have been actively developed. Bismuth layered compounds such as bismuth strontium tantalate (SBT) have attracted attention as ferroelectric materials having good ferroelectric properties and particularly excellent polarization inversion resistance.

【0003】SBT薄膜形成の問題は、薄膜形成温度す
なわち、結晶化温度が一般に750〜800℃と非常に
高温であるため、基板への熱的影響が大きく、強誘電体
不揮発性メモリなどを作る際に使用されるPt/SiO
2/SiやPt/Ti/SiO2/Si基板などでは、P
t膜の損傷が生じる。この他にも、結晶粒の成長による
薄膜表面の荒れが生じ、その結果、リーク電流の増加な
ど電気特性が悪くなる問題もある。特開平8−2909
02号公報、特開平8−290903号公報及び特開平
8−290964号公報には、極めて広範に定義された
一般式で表わされる組成を有する薄膜状誘電体が記載さ
れており、この中にはSBT薄膜も包含されるが、これ
らの文献にはSBT薄膜の低温成膜について具体的示唆
を与える記載はない。
The problem of forming an SBT thin film is that the thin film forming temperature, that is, the crystallization temperature is generally very high, such as 750 to 800 ° C., so that it has a large thermal effect on the substrate, and a ferroelectric nonvolatile memory or the like is manufactured. Pt / SiO used at the time
For a 2 / Si or Pt / Ti / SiO 2 / Si substrate, P
Damage to the t film occurs. In addition, there is a problem that the surface of the thin film is roughened due to the growth of crystal grains, and as a result, electric characteristics such as an increase in leak current are deteriorated. JP-A-8-2909
No. 02, JP-A-8-290903 and JP-A-8-290964 describe a thin-film dielectric having a composition represented by a very broadly defined general formula. Although SBT thin films are included, there is no description in these documents that gives specific suggestions on low-temperature deposition of SBT thin films.

【0004】一方、このような強誘電体薄膜の形成に
は、一般に金属アルコキシドや2−エチルヘキサン酸金
属塩などの有機金属化合物を有機溶剤中に溶解または反
応させた溶液もしくは加水分解した溶液が広く用いられ
ている(第13回強誘電体応用会議講演予稿集 p.1
25〜126(1996)及び第12回強誘電体応用会
議講演予稿集 p.139〜140(1995))。し
かしながら、これらの有機金属化合物、特にビスマスア
ルコキシドと2−エチルヘキサン酸ビスマスは非常に高
価である。また、ビスマスアルコキシドは有機溶剤に難
溶であるため薄膜形成用塗布溶液の調製は容易ではな
い。さらに安価な硝酸ビスマスを用いた塗布溶液も発表
されているが、硝酸ビスマスが有機溶剤に難溶であるた
め有機溶剤と酢酸の混合溶剤を使用して薄膜形成用塗布
溶液を調製している(特開平8−23073)。この場
合には、基板への塗布特性および塗布溶液の保存安定性
が良くないなどの問題がある。
On the other hand, formation of such a ferroelectric thin film generally requires a solution obtained by dissolving or reacting an organic metal compound such as a metal alkoxide or a metal salt of 2-ethylhexanoic acid in an organic solvent or a solution obtained by hydrolysis. Widely used (Proceedings of the 13th Ferroelectric Application Conference, p.1
25-126 (1996) and Proceedings of the 12th Ferroelectric Application Conference, pp. 139-140 (1995)). However, these organometallic compounds, especially bismuth alkoxide and bismuth 2-ethylhexanoate, are very expensive. Further, since bismuth alkoxide is hardly soluble in an organic solvent, preparation of a coating solution for forming a thin film is not easy. A coating solution using bismuth nitrate, which is inexpensive, has also been announced. However, since bismuth nitrate is hardly soluble in organic solvents, a coating solution for forming a thin film is prepared using a mixed solvent of an organic solvent and acetic acid ( JP-A-8-23073). In this case, there are problems such as poor coating characteristics to the substrate and poor storage stability of the coating solution.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、ビスマス原料に安価な硝酸ビスマスを使用して、7
50℃以下の低温での薄膜形成が可能なタンタル酸ビス
マスストロンチウム(SBT)薄膜形成用塗布溶液を提
供することにある。さらに本発明の課題は結晶の析出や
ゲル化が無く、さらに溶液粘度の経時変化も小さい保存
安定性に優れたSBT薄膜形成用塗布溶液を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a bismuth raw material using inexpensive bismuth nitrate.
An object of the present invention is to provide a bismuth strontium tantalate (SBT) thin film forming coating solution capable of forming a thin film at a low temperature of 50 ° C. or lower. It is a further object of the present invention to provide a coating solution for forming an SBT thin film which is free from crystal precipitation and gelation, has little change over time in solution viscosity, and has excellent storage stability.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべく
鋭意研究を重ねた結果、硝酸ビスマスと有機金属化合物
を含有した溶液中にジオール化合物を含有せしめること
により、750℃以下、さらに700℃以下の低温でも
薄膜形成が可能な、タンタル酸ビスマスストロンチウム
(SBT)薄膜形成用塗布溶液を開発することに成功し
た。またこの溶液にさらにアセチルアセトンを含有せし
めることにより、結晶の析出やゲル化が無く、溶液粘度
の経時変化も小さい保存安定性に優れたSBT薄膜形成
用塗布溶液を得ることができた。すなわち本発明は、硝
酸ビスマスと有機金属化合物を含有した溶液中にジオー
ル化合物を含有せしめ、さらに所望によりアセチルアセ
トンを含有せしめたことを特徴とする、タンタル酸ビス
マスストロンチウム(SBT)薄膜形成用塗布溶液であ
る。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, it has been found that a diol compound is contained in a solution containing bismuth nitrate and an organometallic compound, so that the solution is 750 ° C. or lower, further 700 ° C. We have succeeded in developing a coating solution for forming a thin film of bismuth strontium tantalate (SBT) that can form a thin film even at the following low temperatures. Further, by further adding acetylacetone to this solution, it was possible to obtain a coating solution for forming an SBT thin film, which was free from crystal precipitation and gelation, had little change in solution viscosity with time, and had excellent storage stability. That is, the present invention provides a coating solution for forming a bismuth strontium tantalate (SBT) thin film, characterized in that a diol compound is contained in a solution containing bismuth nitrate and an organometallic compound, and acetylacetone is further contained as desired. is there.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明で使用される硝酸ビスマス
としては硝酸ビスマス五水和物、硝酸ビスマス二水和
物、硝酸ビスマス1.5水和物、硝酸ビスマス無水和物
などがあげられる。好ましくは、硝酸ビスマス五水和物
である。また本発明で使用される有機金属化合物の一例
を示す。ストロンチウム化合物としては、ストロンチウ
ムジメトキシド、ストロンチウムジエトキシド、ストロ
ンチウムジプロポキシド、ストロンチウムジブトキシド
などのストロンチウムアルコキシドおよび2−エチルヘ
キサンストロンチウム、n−オクタン酸ストロンチウ
ム、ナフテン酸ストロンチウムなどがあげられる。好ま
しくは、ストロンチウムジプロポキシド、2−エチルヘ
キサンストロンチウムである。タンタル化合物としては
タンタルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシ
ド、タンタルペンタプロポキシド、タンタルペンタプロ
ポキシドなどのタンタルアルコキシドおよび2−エチル
ヘキサン酸タンタル、n−ヘキサン酸タンタルなどがあ
げられる。好ましくは、タンタルペンタエトキシド、2
−エチルヘキサン酸タンタルである。バリウム化合物と
しては、バリウムジメトキシド、バリウムジエトキシ
ド、バリウムジプロポキシドなどのバリウムアルコキシ
ドおよびオクチル酸バリウム、n−ヘキサン酸バリウム
などがあげられる。好ましくは、バリウムジプロポキシ
ドである。鉛化合物としては、鉛ジエトキシド、鉛ジプ
ロポキシド、鉛ジブトキシドなどの鉛アルコキシドおよ
び2−エチルヘキサン酸鉛、無水酢酸鉛、酢酸鉛三水和
物などがあげられる。好ましくは、無水酢酸鉛、酢酸鉛
三水和物である。ニオブ化合物としては、ニオブペンタ
メトキシド、ニオブペンタエトキシド、ニオブペンタプ
ロポキシド、ニオブペンタブトキシドなどのニオブアル
コキシドおよびオクチル酸ニオブ、n−ヘキサン酸ニオ
ブなどがあげられる。好ましくは、ニオブペンタエトキ
シドである。チタン化合物としては、チタンテトラメト
キシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポ
キシド、チタンテトラブトキシなどのチタンアルコキシ
ドがあげられる。好ましくは、チタンテトラプロポキシ
ドである。その他に、ドーピング元素としてCa、C
d、La、Y、Sm、Dy、Ce、Sb、Hf、Sn、
W、Mo、Yb、Eu、Pr、Tbなどがあげられ、本
発明を損なわない範囲でこれらの元素を含有する化合物
を添加しても良い。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The bismuth nitrate used in the present invention includes bismuth nitrate pentahydrate, bismuth nitrate dihydrate, bismuth nitrate hemihydrate, bismuth nitrate anhydrate and the like. Preferably, it is bismuth nitrate pentahydrate. Further, examples of the organometallic compound used in the present invention are shown. Examples of the strontium compound include strontium dimethoxide, strontium diethoxide, strontium dipropoxide, strontium alkoxide such as strontium dibutoxide, and 2-ethylhexane strontium, strontium n-octanoate, strontium naphthenate, and the like. Preferably, strontium dipropoxide and 2-ethylhexane strontium are used. Examples of the tantalum compound include tantalum pentamethoxide, tantalum pentaethoxide, tantalum pentapropoxide, tantalum alkoxide such as tantalum pentapropoxide, tantalum 2-ethylhexanoate, and tantalum n-hexanoate. Preferably, tantalum pentaethoxide, 2
-Tantalum ethylhexanoate. Examples of the barium compound include barium alkoxides such as barium dimethoxide, barium diethoxide, and barium dipropoxide, barium octylate, and barium n-hexanoate. Preferably, it is barium dipropoxide. Examples of the lead compound include lead alkoxides such as lead diethoxide, lead dipropoxide, and lead dibutoxide, and lead 2-ethylhexanoate, anhydrous lead acetate, and lead acetate trihydrate. Preferred are anhydrous lead acetate and lead acetate trihydrate. Examples of the niobium compound include niobium alkoxides such as niobium pentamethoxide, niobium pentaethoxide, niobium pentapropoxide, and niobium pentabutoxide, niobium octylate, and niobium n-hexanoate. Preferably, it is niobium pentaethoxide. Examples of the titanium compound include titanium alkoxides such as titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetrapropoxide, and titanium tetrabutoxide. Preferably, titanium tetrapropoxide is used. In addition, Ca, C
d, La, Y, Sm, Dy, Ce, Sb, Hf, Sn,
Examples include W, Mo, Yb, Eu, Pr, and Tb, and a compound containing these elements may be added as long as the present invention is not impaired.

【0008】本発明に係る塗布溶液に使用される有機溶
剤の例としてはエチレングリコールモノメチルエーテ
ル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレン
グリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコール
モノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチル
エーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、
プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレング
リコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチ
ルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、
エチレングリコールジブチルエーテルおよびプロピレン
グリコールモノメチルエーテルアセテートなどがあげら
れ、好ましくは、エチレングリコールモノメチルエーテ
ルである。また、これらの有機溶剤は単独でも、2種以
上混合して用いても良い。
Examples of the organic solvent used in the coating solution according to the present invention include ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl. ether,
Propylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether,
Examples include ethylene glycol dibutyl ether and propylene glycol monomethyl ether acetate, and preferred is ethylene glycol monomethyl ether. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

【0009】本発明で使用されるジオール化合物の例と
しては、エチレングリコール、プロピレングリコール、
1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、
1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、テト
ラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘ
キシレングリコール、オクチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレ
ングリコールなどがあげられる。好ましくは、エチレン
グリコール、ジエチレングリコール、1,3−プロパン
ジオールである。
Examples of the diol compound used in the present invention include ethylene glycol, propylene glycol,
1,3-propanediol, 1,2-butanediol,
Examples thereof include 1,3-butanediol, 2,3-butanediol, tetramethylene glycol, pentamethylene glycol, hexylene glycol, octylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, and tetraethylene glycol. Preferred are ethylene glycol, diethylene glycol and 1,3-propanediol.

【0010】次に、本発明の塗布溶液の製造方法につい
て説明する。本発明の塗布溶液は 硝酸ビスマスをジオ
ール化合物およびアセチルアセトンの混合溶液中に溶解
し、前記有機溶剤を加えた溶液と、ビスマス以外の前記
有機金属化合物を有機溶剤に溶解した溶液を混合するこ
とより製造することが望ましいが、仕込みの順番および
反応方法は問わない。また、この溶液をそのまま使用す
ることもできるが、必要に応じて加水分解を行い濃度調
整して塗布溶液とすることもできる。さらに、SBTお
よびドーピング剤を含有したSBTにおいては、ストロ
ンチウムを少なくし、ビスマスを過剰にすることで電気
特性の良い薄膜が得られることが知られているが、本発
明の塗布溶液は原料の仕込み量を変えることにより、容
易に任意の組成比の薄膜を形成することができる。ジオ
ール化合物の添加量は塗布溶液中の金属量に対して、通
常0.1〜5.0当量で用いられ、好ましくは0.1〜0.
2当量である。アセチルアセトンの添加量は塗布溶液中
の金属量に対して、通常0.1〜1.0当量で用いられ、
好ましくは0.1〜0.3当量である。
Next, a method for producing the coating solution of the present invention will be described. The coating solution of the present invention is produced by dissolving bismuth nitrate in a mixed solution of a diol compound and acetylacetone, and mixing a solution obtained by adding the organic solvent and a solution obtained by dissolving the organic metal compound other than bismuth in an organic solvent. However, the order of preparation and the reaction method are not limited. In addition, this solution can be used as it is, but if necessary, it can be hydrolyzed to adjust the concentration to obtain a coating solution. Further, it is known that a thin film having good electric properties can be obtained by reducing Strontium and increasing Bismuth in SBT containing SBT and a doping agent. By changing the amount, a thin film having an arbitrary composition ratio can be easily formed. The amount of the diol compound to be added is usually 0.1 to 5.0 equivalents, preferably 0.1 to 0.1, relative to the amount of metal in the coating solution.
Two equivalents. The addition amount of acetylacetone is usually used in an amount of 0.1 to 1.0 equivalent to the amount of metal in the coating solution,
Preferably it is 0.1 to 0.3 equivalent.

【0011】本発明の塗布溶液は、ガラス、サファイ
ア、チタン、白金などの基板上にスピンコートし乾燥
後、有機成分の除去を目的とする中間焼成を行い、最後
に本焼成による結晶化を行うことによりSBTおよびド
ーピング剤を含有したSBT薄膜を形成することができ
る。
The coating solution of the present invention is spin-coated on a substrate of glass, sapphire, titanium, platinum or the like, dried, subjected to intermediate firing for the purpose of removing organic components, and finally to crystallization by final firing. As a result, an SBT thin film containing SBT and a doping agent can be formed.

【0012】[0012]

【実施例および比較例】本発明を比較例とともに実施例
によりさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限
定されるものではない。
Examples and Comparative Examples The present invention will be described in more detail with reference to examples together with comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0013】実施例1 ストロンチウムジイソプロポキシド10mmol、タンタル
ペンタエトキシド20mmolをそれぞれエチレングリコー
ルモノメチルエーテル100mlに溶解し加熱還流させた
後、濃縮を行い室温まで冷却し、各溶液を混合した。一
方、硝酸ビスマス五水和物20mmolをエチレングリコー
ル0.31gおよびアセチルアセトン0.98g中に加え
溶解させた。その後、エチレングリコールモノメチルエ
ーテル100mlを加え、100℃、2時間撹拌させた
後、脱水濃縮し室温まで冷却した。この溶液をストロン
チウム、タンタル混合溶液に加え、4時間撹拌した。反
応後、この溶液をSBT換算で10wt%になるよう濃縮
し濃度調整を行い、0.2μmフィルターで濾過してS
BT薄膜形成用塗布溶液を調製した。この溶液は経時変
化による結晶の析出やゲル化が見られない、さらに溶液
粘度の経時変化もほとんど無く、保存安定性に優れてい
ることが確認された。
Example 1 10 mmol of strontium diisopropoxide and 20 mmol of tantalum pentaethoxide were respectively dissolved in 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether, heated and refluxed, concentrated, cooled to room temperature, and mixed with each other. Separately, 20 mmol of bismuth nitrate pentahydrate was added and dissolved in 0.31 g of ethylene glycol and 0.98 g of acetylacetone. Thereafter, 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether was added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 2 hours, concentrated by dehydration and cooled to room temperature. This solution was added to a mixed solution of strontium and tantalum and stirred for 4 hours. After the reaction, the solution was concentrated to a concentration of 10 wt% in terms of SBT, the concentration was adjusted, and the solution was filtered through a 0.2 μm filter to remove sulfur.
A coating solution for forming a BT thin film was prepared. This solution did not show any precipitation or gelation of crystals due to the change with time, and further showed almost no change in the solution viscosity with time, confirming that the solution had excellent storage stability.

【0014】次いで、塗布溶液をPt/SiO2/Si
基板上に3000rpmで30秒間スピンコートし、クリ
ーンオーブン中で150℃,30minの乾燥を行った。
その後、拡散炉中400℃で1時間の中間焼成をした。
以上の工程を目的の膜厚が得られるまで繰り返した。本
実施例においては3回繰り返した。最後に、拡散炉中で
酸素雰囲気下650℃,1時間、本焼成を行い、216
nmの薄膜を形成した。この薄膜のX線回折分析を行う
と、図1に示すX線回折パターンが得られ、強誘電体特
有のビスマス層状ペロブスカイト構造かつ、特に(10
5)に配向したSBT膜であることが確認された。
Next, the coating solution is applied to Pt / SiO 2 / Si
The substrate was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds, and dried in a clean oven at 150 ° C. for 30 minutes.
Thereafter, intermediate firing was performed at 400 ° C. for 1 hour in a diffusion furnace.
The above steps were repeated until the desired film thickness was obtained. In this embodiment, the process was repeated three times. Finally, main firing is performed at 650 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere in a diffusion furnace, and 216
A nm thin film was formed. When the X-ray diffraction analysis of this thin film is performed, the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 1 is obtained, and the bismuth layered perovskite structure peculiar to the ferroelectric material and particularly (10
It was confirmed that the SBT film was oriented in 5).

【0015】実施例2 ストロンチウムジイソプロポキシド10mmol、タンタル
ペンタエトキシド20mmolをそれぞれエチレングリコー
ルモノメチルエーテル100mlに溶解し加熱還流させた
後、濃縮を行い室温まで冷却し、各溶液を混合した。一
方、硝酸ビスマス五水和物20mmolをジエチレングリコ
ール0.52gおよびアセチルアセトン0.98g中に加
え溶解させた。その後、エチレングリコールモノメチル
エーテル100mlを加え、100℃、2時間撹拌させ
た後、脱水濃縮し室温まで冷却した。この溶液をストロ
ンチウム、タンタル混合溶液に加え、4時間撹拌した。
反応後、この溶液をSBT換算で10wt%になるよう濃
縮し濃度調整を行い、0.2μmフィルターで濾過して
SBT薄膜形成用塗布溶液を調製した。この溶液は経時
変化による結晶の析出やゲル化が見られない、さらに溶
液粘度の経時変化もほとんど無く、保存安定性に優れて
いることが確認された。
Example 2 10 mmol of strontium diisopropoxide and 20 mmol of tantalum pentaethoxide were respectively dissolved in 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether, heated and refluxed, concentrated, cooled to room temperature, and mixed with each other. On the other hand, 20 mmol of bismuth nitrate pentahydrate was added and dissolved in 0.52 g of diethylene glycol and 0.98 g of acetylacetone. Thereafter, 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether was added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 2 hours, dehydrated and concentrated, and cooled to room temperature. This solution was added to a mixed solution of strontium and tantalum and stirred for 4 hours.
After the reaction, this solution was concentrated so as to have a concentration of 10 wt% in terms of SBT, the concentration was adjusted, and the solution was filtered through a 0.2 μm filter to prepare a coating solution for forming an SBT thin film. This solution did not show any precipitation or gelation of crystals due to the change with time, and further showed almost no change in the solution viscosity with time, confirming that the solution had excellent storage stability.

【0016】次いで、塗布溶液をPt/SiO2/Si
基板上に3000rpmで30秒間スピンコートし、クリ
ーンオーブン中で150℃、30minの乾燥を行った。
その後、拡散炉中400℃で1時間の中間焼成をした。
以上の工程を目的の膜厚が得られるまで繰り返した。本
実施例においては3回繰り返した。最後に、拡散炉中で
酸素雰囲気下650℃、1時間、本焼成を行い、228
nmの薄膜を形成した。この薄膜のX線回折分析を行う
と、図2に示すX線回折パターンが得られ、強誘電体特
有のビスマス層状ペロブスカイト構造、特に(105)
に配向したSBT膜であることが確認された。
Next, the coating solution is made of Pt / SiO 2 / Si
The substrate was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds, and dried in a clean oven at 150 ° C. for 30 minutes.
Thereafter, intermediate firing was performed at 400 ° C. for 1 hour in a diffusion furnace.
The above steps were repeated until the desired film thickness was obtained. In this embodiment, the process was repeated three times. Finally, main firing is performed at 650 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere in a diffusion furnace, and 228
A nm thin film was formed. When the X-ray diffraction analysis of this thin film is performed, the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 2 is obtained, and the bismuth layered perovskite structure peculiar to the ferroelectric substance, particularly,
It was confirmed that the SBT film was oriented in the following manner.

【0017】実施例3 ストロンチウムジイソプロポキシド10mmol、タンタル
ペンタエトキシド20mmolをそれぞれエチレングリコー
ルモノメチルエーテル100mlに溶解し加熱還流させた
後、濃縮を行い室温まで冷却し、各溶液を混合した。一
方、硝酸ビスマス五水和物20mmolを1,3−プロパン
ジオール0.37gおよびアセチルアセトン0.98g中
に加え溶解させた。その後、エチレングリコールモノメ
チルエーテル100mlを加え、100℃、2時間撹拌さ
せた後、脱水濃縮し室温まで冷却した。この溶液をスト
ロンチウム、タンタル混合溶液に加え、4時間撹拌し
た。反応後、この溶液をSBT換算で10wt%になるよ
う濃縮し濃度調整を行い、0.2μmフィルターで濾過
してSBT薄膜形成用塗布溶液を調製した。この溶液は
経時変化による結晶の析出やゲル化が見られない、さら
に溶液粘度の経時変化もほとんど無く、保存安定性に優
れていることが確認された。
Example 3 10 mmol of strontium diisopropoxide and 20 mmol of tantalum pentaethoxide were each dissolved in 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether, heated to reflux, concentrated, cooled to room temperature, and mixed with each other. On the other hand, 20 mmol of bismuth nitrate pentahydrate was added and dissolved in 0.37 g of 1,3-propanediol and 0.98 g of acetylacetone. Thereafter, 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether was added, and the mixture was stirred at 100 ° C. for 2 hours, concentrated by dehydration and cooled to room temperature. This solution was added to a mixed solution of strontium and tantalum and stirred for 4 hours. After the reaction, this solution was concentrated so as to have a concentration of 10 wt% in terms of SBT, the concentration was adjusted, and the solution was filtered through a 0.2 μm filter to prepare a coating solution for forming an SBT thin film. This solution did not show any precipitation or gelation of crystals due to the change with time, and further showed almost no change in the solution viscosity with time, confirming that the solution had excellent storage stability.

【0018】次いで、塗布溶液をPt/SiO2/Si
基板上に3000rpmで30秒間スピンコートし、クリ
ーンオーブン中で150℃、30minの乾燥を行った。
その後、拡散炉中400℃で1時間の中間焼成をした。
以上の工程を目的の膜厚が得られるまで繰り返した。本
実施例においては3回繰り返した。最後に、拡散炉中で
酸素雰囲気下650℃、1時間、本焼成を行い、228
nmの薄膜を形成した。この薄膜のX線回折分析を行う
と、図3に示すX線回折パターンが得られ、強誘電体特
有のビスマス層状ペロブスカイト構造、特に(105)
に配向したSBT膜であることが確認された。
Next, the coating solution is applied to Pt / SiO 2 / Si
The substrate was spin-coated at 3000 rpm for 30 seconds, and dried in a clean oven at 150 ° C. for 30 minutes.
Thereafter, intermediate firing was performed at 400 ° C. for 1 hour in a diffusion furnace.
The above steps were repeated until the desired film thickness was obtained. In this embodiment, the process was repeated three times. Finally, main firing is performed at 650 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere in a diffusion furnace, and 228
A nm thin film was formed. When the X-ray diffraction analysis of this thin film is performed, the X-ray diffraction pattern shown in FIG. 3 is obtained, and the bismuth layered perovskite structure peculiar to the ferroelectric substance, particularly, (105)
It was confirmed that the SBT film was oriented in the following manner.

【0019】比較例 ストロンチウムジイソプロポキシド10mmol、タンタル
ペンタエトキシド20mmolをそれぞれエチレングリコー
ルモノメチルエーテル100mlに溶解し還流下加熱撹拌
させた後、濃縮を行い室温まで冷却し、各溶液を混合し
た。次いで、硝酸ビスマス五水和物20mmolをストロン
チウム、タンタル混合溶液に加え混合し、室温で撹拌し
た。反応後、この溶液をSBT換算で10wt%になるよ
うに濃縮し濃度調整を行い、0.2μmフィルターで濾
過してSBT薄膜形成用塗布溶液を調製したが、この塗
布溶液は調製後3日で結晶が析出した。すなわち、この
塗布溶液は保存安定性が悪く実用的ではない。また、硝
酸ビスマス五水和物を加えた後、溶液を加熱すると60
℃で溶液は白濁し、塗布溶液を調製することができなか
った。
COMPARATIVE EXAMPLE 10 mmol of strontium diisopropoxide and 20 mmol of tantalum pentaethoxide were dissolved in 100 ml of ethylene glycol monomethyl ether, heated and stirred under reflux, concentrated, cooled to room temperature, and mixed with each other. Next, 20 mmol of bismuth nitrate pentahydrate was added to the mixed solution of strontium and tantalum and mixed, followed by stirring at room temperature. After the reaction, this solution was concentrated so as to have a concentration of 10 wt% in terms of SBT, the concentration was adjusted, and the solution was filtered through a 0.2 μm filter to prepare a coating solution for forming an SBT thin film. Crystals precipitated. That is, this coating solution is not practical because of poor storage stability. After adding bismuth nitrate pentahydrate, the solution is heated to 60
At ℃, the solution became cloudy and no coating solution could be prepared.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明のSBT薄膜形成用塗布溶液は、
低温での薄膜形成ができる利点を有し、さらに結晶の析
出やゲル化が無く、また溶液粘度の経時変化も小さく保
存安定性に優れており、基板上にSBT薄膜を形成させ
るための塗布溶液として好適である。
The coating solution for forming an SBT thin film according to the present invention comprises:
A coating solution for forming an SBT thin film on a substrate, which has the advantage that a thin film can be formed at a low temperature, has no precipitation or gelation of crystals, has a small change in solution viscosity over time, and has excellent storage stability. It is suitable as.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1のSBT薄膜のX線回折パタ
ーンである。
FIG. 1 is an X-ray diffraction pattern of an SBT thin film of Example 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施例2のSBT薄膜のX線回折パタ
ーンである。
FIG. 2 is an X-ray diffraction pattern of the SBT thin film of Example 2 of the present invention.

【図3】本発明の実施例3のSBT薄膜のX線回折パタ
ーンである。
FIG. 3 is an X-ray diffraction pattern of the SBT thin film of Example 3 of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 清人 埼玉県草加市稲荷1−7−1 関東化学株 式会社中央研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Kiyoto Mori 1-7-1 Inari, Soka City, Saitama Prefecture Kanto Chemical Co., Ltd. Central Research Laboratory

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 硝酸ビスマス、有機金属化合物およびジ
オール化合物を含有することを特徴とする、タンタル酸
ビスマスストロンチウム(SBT)薄膜形成用塗布溶
液。
1. A coating solution for forming a bismuth strontium tantalate (SBT) thin film, comprising bismuth nitrate, an organometallic compound and a diol compound.
【請求項2】 アセチルアセトンをさらに含有すること
を特徴とする、請求項1に記載の溶液。
2. The solution according to claim 1, further comprising acetylacetone.
【請求項3】 ドーピング剤をさらに含有することを特
徴とする、請求項1又は2に記載の溶液。
3. The solution according to claim 1, further comprising a doping agent.
【請求項4】 ドーピング剤がBa、Pb、Ti、Nb
の中から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とす
る、請求項3に記載の溶液。
4. The doping agent is Ba, Pb, Ti, Nb.
The solution according to claim 3, wherein the solution is at least one selected from the group consisting of:
【請求項5】 ジオール化合物がエチレングリコール、
ジエチレングリコール、1,3−プロパンジオールの中
から選ばれる少なくとも1つであることを特徴とする、
請求項1〜4のいずれかに記載の溶液。
5. The diol compound is ethylene glycol,
Characterized in that it is at least one selected from diethylene glycol and 1,3-propanediol,
The solution according to claim 1.
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