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JP5434631B2 - CSD coating film removing composition, CSD coating film removing method using the same, ferroelectric thin film and method for producing the same - Google Patents
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JP5434631B2 - CSD coating film removing composition, CSD coating film removing method using the same, ferroelectric thin film and method for producing the same - Google Patents

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Description

本発明は、原料溶液を塗布焼成してPZT膜、SBT膜等の強誘電体薄膜を形成するゾルゲル法等のCSD法において、原料溶液の塗布膜の外周端部を除去するために使用されるCSD塗布膜除去用組成物及びこれを用いて塗布膜の外周端部を除去する方法並びに強誘電体薄膜とその製造方法に関する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used to remove the outer peripheral edge of a raw material solution coating film in a CSD method such as a sol-gel method in which a raw material solution is applied and baked to form a ferroelectric thin film such as a PZT film or SBT film. The present invention relates to a composition for removing a CSD coating film, a method for removing the outer peripheral edge of the coating film using the composition, a ferroelectric thin film, and a method for producing the same.

PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)やSBT(タンタル酸ビスマスストロンチウム)等の強誘電体は、ペロブスカイト型結晶構造を有し、キャパシタや強誘電体メモリ(FeRAM)等のデバイスへの応用が期待されている。これら強誘電体からなる薄膜の成膜法としてゾルゲル法、MOD(Metal Organic Decomposition)法、あるいはこれらを併用した方法など、CSD(Chemical Solution Deposition)法と呼ばれる化学溶液堆積法がある(特許文献1,2参照)。   Ferroelectric materials such as PZT (lead zirconate titanate) and SBT (bismuth strontium tantalate) have a perovskite crystal structure and are expected to be applied to devices such as capacitors and ferroelectric memories (FeRAM). Yes. There is a chemical solution deposition method called a CSD (Chemical Solution Deposition) method such as a sol-gel method, a MOD (Metal Organic Decomposition) method, or a method using a combination of these as a method for forming a thin film made of such a ferroelectric (Patent Document 1). , 2).

ゾルゲル法は、金属アルコキシドからなるゾル(原料溶液)を基板に塗布して塗布膜を形成し、加水分解・重縮合反応により流動性を失ったゲル状塗膜とし、このゲル状塗膜を加熱焼成して酸化物膜(強誘電体薄膜)を形成する方法である。基板(ウエハー)上に原料溶液の塗布膜を形成する技術としては、基板を原料溶液に浸漬するディップコート法、ロールコート法、基板を回転させながら原料溶液を供給して成膜するスピンコート法等がある。このうち、特にスピンコート法の場合、基板の外周端部で膜が厚くなり易く、基板の裏面にも回り込む現象が生じ易い。   In the sol-gel method, a sol (raw material solution) composed of a metal alkoxide is applied to a substrate to form a coating film, which is made into a gel-like coating film that loses fluidity by hydrolysis and polycondensation reaction, and this gel-like coating film is heated. In this method, an oxide film (ferroelectric thin film) is formed by baking. Technologies for forming a coating film of a raw material solution on a substrate (wafer) include a dip coating method in which the substrate is immersed in the raw material solution, a roll coating method, and a spin coating method in which the raw material solution is supplied while rotating the substrate to form a film. Etc. Among these, particularly in the case of the spin coating method, the film tends to be thick at the outer peripheral end portion of the substrate, and the phenomenon of wrapping around the back surface of the substrate easily occurs.

ゾルゲル法等(以下ではCSD法と総称し、その溶液を原料溶液と称す)においては、膜厚が厚すぎると、熱処理後の膜にクラックが入りやすく、このクラックで剥がれた膜がパーティクルとなり、デバイスの歩留まりが低下する原因となり得る。このため、基板の外周端部の塗布膜は熱処理する前に除去する方法が取られる。   In the sol-gel method and the like (hereinafter collectively referred to as CSD method, the solution is referred to as a raw material solution), if the film thickness is too thick, the film after heat treatment is likely to crack, and the film peeled off by this crack becomes particles, This can cause a decrease in device yield. For this reason, a method of removing the coating film on the outer peripheral edge of the substrate before the heat treatment is taken.

また、PZT等の鉛系ペロブスカイト型酸化物を形成する場合には、PZT膜の下部層としてPt等が使われるが、基板端部ではSiO2(基板の素材)が剥き出しの構造のものもよく使われている。PZT膜とSiO2とが接触する場合には、PZT膜は薄くてもクラックが発生し易いため、この場合も基板の外周端部は熱処理する前に塗布膜を除去するという方法が取られる。 When forming lead-based perovskite oxides such as PZT, Pt is used as the lower layer of the PZT film. However, SiO 2 (substrate material) is often exposed at the edge of the substrate. It is used. When the PZT film is in contact with SiO 2 , cracks are likely to occur even if the PZT film is thin. In this case as well, the method of removing the coating film before the heat treatment at the outer peripheral edge of the substrate is taken.

基板の外周端部の塗布膜を除去する方法として、原料溶液を塗布した後に、基板を回転させながら基板の外周端部に有機溶剤を接触させるエッジビードリンス(EBR)と称する方法がある。
特許文献3及び特許文献4は、基板表面に形成したフォトレジスト層をEBRで除去する方法について示されており、その除去のためのリンス液としてシンナー組成物が用いられている。
As a method for removing the coating film on the outer peripheral edge of the substrate, there is a method called edge beadiness (EBR) in which an organic solvent is brought into contact with the outer peripheral edge of the substrate while rotating the substrate after applying the raw material solution.
Patent Document 3 and Patent Document 4 show a method of removing a photoresist layer formed on a substrate surface by EBR, and a thinner composition is used as a rinsing liquid for the removal.

特開2001‐72926号公報JP 2001-72926 A 特開2002‐29752号公報JP 2002-29752 A 特表2005‐227770号公報JP 2005-227770 Gazette 特開2007‐324393号公報JP 2007-324393 A

ところで、CSD法において塗布膜に有機溶剤を噴射してEBRを施す場合、噴射領域近傍の膜断面形状の制御が非常に難しい。すなわち、部分的に膜が厚くなった箇所では加熱処理後においてクラックが発生し、またこのクラックの発生に伴って局部的に膜剥がれが生じることがあり、パーティクルの原因となっていた。   By the way, in the CSD method, when an organic solvent is sprayed onto a coating film to perform EBR, it is very difficult to control the film cross-sectional shape in the vicinity of the spray region. That is, cracks are generated after the heat treatment at the part where the film is partially thickened, and the film may be peeled off locally due to the generation of the cracks, thereby causing particles.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、CSD法において、基板の外周端部の膜をクラックや局部剥がれを生じることなく除去して、パーティクルの発生を防止することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent the generation of particles by removing the film at the outer peripheral edge of the substrate without causing cracks or local peeling in the CSD method. To do.

本発明のCSD塗布膜除去用組成物は、β-ジケトン類、β‐ケトエステル類、多価アルコール類、カルボン酸類、アルカノールアミン類、α‐ヒドロキシカルボン酸、α‐ヒドロキシカルボニル誘導体、およびヒドラゾン誘導体から選ばれる1種あるいは2種以上の有機溶剤と、水とを含む。   The CSD coating film removing composition of the present invention comprises β-diketones, β-ketoesters, polyhydric alcohols, carboxylic acids, alkanolamines, α-hydroxycarboxylic acids, α-hydroxycarbonyl derivatives, and hydrazone derivatives. 1 type or 2 or more types of organic solvents chosen, and water are included.

CSD法において原料溶液による塗布膜の一部を除去する場合、一般的には、その原料溶液に使用されている溶媒を用いるものと考えられる。この原料溶液の溶媒としては、メタノール、エタノール、ブタノール等が使用されている。しかしながら、原料溶液を塗布した後に基板の外周端部の塗布膜の除去のために外周端部にメタノール、エタノール、ブタノール等の溶媒を噴射又は滴下すると、噴射又は滴下領域近傍において加熱処理後にクラックや局部剥がれが生じ易い。   In the case of removing a part of the coating film from the raw material solution in the CSD method, it is generally considered that the solvent used in the raw material solution is used. As a solvent for this raw material solution, methanol, ethanol, butanol or the like is used. However, if a solvent such as methanol, ethanol, or butanol is sprayed or dropped on the outer peripheral edge for removing the coating film on the outer peripheral edge of the substrate after applying the raw material solution, cracks or Local peeling is likely to occur.

その原因は次のように考えられる。すなわち、これらメタノール、エタノール、ブタノール等の溶媒は、原料溶液によるゲル状塗膜に噴射又は滴下されると、ゲル状塗膜に浸透する。この溶媒の浸透により溶けた膜の一部が、遠心力で半径方向外方に向けて引き剥がされる。このとき、溶媒の半径方向内方への浸透と、溶けた膜の半径方向外方への伸びとが相互に影響し合い、両者の作用力のばらつき等により、噴射又は滴下領域近傍の膜厚が不均一になる。このため、加熱処理後に噴射又は滴下領域近傍にクラックや局部剥がれが生じるものと想定される。   The cause is considered as follows. That is, these solvents such as methanol, ethanol, and butanol penetrate into the gel-like coating film when sprayed or dripped onto the gel-like coating film by the raw material solution. A part of the film dissolved by the permeation of the solvent is peeled outward in the radial direction by centrifugal force. At this time, the penetration of the solvent inward in the radial direction and the outward extension of the melted film in the radial direction interact with each other. Becomes uneven. For this reason, it is assumed that cracks and local peeling occur in the vicinity of the injection or dropping region after the heat treatment.

これに対して、このゲル状塗膜を本発明の水および安定化剤としての有機溶剤を含んだ除去用液によって除去すると、水は膜への浸透力が小さいため、噴射又は滴下した箇所から半径方向外方位置の膜が部分的に厚くなることがなく、クラックや局部剥がれを防止することができる。またこの場合、原料溶液には加水分解性があるが、原料溶液の金属アルコキシドを安定化させる効果のある有機溶剤を水に加えることにより、除去された原料溶液の加水分解を抑制して沈殿物の生成を防止し、沈殿物による作業環境の汚染を防止することができる。   On the other hand, when this gel-like coating film is removed by the removal liquid containing the water of the present invention and the organic solvent as a stabilizer, water has a low penetrating ability to the film, so that the sprayed or dripped portion is removed. The film at the radially outward position is not partially thick, and cracks and local peeling can be prevented. In this case, the raw material solution is hydrolyzable, but by adding an organic solvent having an effect of stabilizing the metal alkoxide of the raw material solution to water, the hydrolysis of the removed raw material solution is suppressed and the precipitate is precipitated. And the contamination of the work environment by sediments can be prevented.

本発明のCSD塗布膜除去用組成物において、前記有機溶剤と前記水との混合重量比が50:50〜5:95であるとよく、さらに30:70〜10:90とするのがより好ましい。
除去用組成物は原料溶液の塗布膜に触れるものであるため、有機溶剤を過剰に加えることなく、原料溶液の加水分解による沈殿物の精製を防止し得るに足る適量とし、水を主成分とした組成物とすることにより、塗布膜の膜特性を変化させないようにする。
In the composition for removing a CSD coating film of the present invention, the mixing weight ratio of the organic solvent and the water is preferably 50:50 to 5:95, and more preferably 30:70 to 10:90. .
Since the composition for removal touches the coating film of the raw material solution, it is made an appropriate amount sufficient to prevent purification of the precipitate by hydrolysis of the raw material solution without adding an organic solvent excessively, and water is the main component. By using the composition, the film characteristics of the coating film are not changed.

本発明のCSD塗布膜除去用組成物において、前記β‐ジケトンがアセチルアセトンであり、前記β‐ケトエステルが3‐オキソブタン酸メチル及び/又は3‐オキソブタン酸エチルであり、前記多価アルコールがプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールから選ばれる1種又は2種以上であり、前記カルボン酸類が酢酸、プロピオン酸、酪酸から選ばれる1種又は2種以上であり、前記アルカノールアミン類がモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれる1種又は2種以上であり、前記α−ヒドロキシカルボン酸が乳酸、マンデル酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸から選ばれる1種又は2種以上であり、前記α−ヒドロキシカルボニル誘導体がアセトール、アセトイン、ヒドラゾン誘導体が2−プロパノンヒドラゾンから選ばれる1種又は2種以上であるとよい。   In the composition for removing a CSD coating film of the present invention, the β-diketone is acetylacetone, the β-ketoester is methyl 3-oxobutanoate and / or ethyl 3-oxobutanoate, and the polyhydric alcohol is propylene glycol, One or more selected from diethylene glycol and triethylene glycol, the carboxylic acid is one or more selected from acetic acid, propionic acid and butyric acid, and the alkanolamines are monoethanolamine, diethanolamine, One or more selected from triethanolamine, and the α-hydroxycarboxylic acid is one or more selected from lactic acid, mandelic acid, citric acid, tartaric acid, and oxalic acid, and the α-hydroxy Carbonyl derivatives are acetol, acetoin, Razon derivative may is one or more selected from 2-propanone hydrazone.

本発明のCSD塗布膜除去用組成物は、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールから選ばれる1種または2種以上の混合溶媒Aと、メタノール、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、から選ばれる1種または2種以上の混合溶媒Bとを溶媒として含有する原料溶液を塗布して形成された前記塗布膜を除去するとよい。   The CSD coating film removing composition of the present invention comprises one or more mixed solvents A selected from propylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol, and methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and 1-butanol. The coating film formed by applying a raw material solution containing one or two or more mixed solvents B selected from the above as a solvent may be removed.

このようなCSD塗布膜除去用組成物を用いて塗布膜を除去する方法は、基板を回転させながらこの基板の外周端部に前記CSD塗布膜除去用組成物を噴射又は滴下して、前記外周端部における前記塗布膜を除去する。   A method of removing a coating film using such a composition for removing a CSD coating film is obtained by spraying or dripping the composition for removing a CSD coating film on the outer peripheral edge of the substrate while rotating the substrate, The coating film at the end is removed.

そして、本発明の強誘電体薄膜の製造方法は、CSD法において、強誘電体薄膜形成用の有機金属化合物を含有する原料溶液を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、基板を回転させながらこの基板の外周端部に前記CSD塗布膜除去用組成物を噴射又は滴下して、前記基板の前記外周端部における前記塗布膜を除去する工程と、前記塗布膜を加熱処理して強誘電体薄膜を形成する工程とを有する。   The method for producing a ferroelectric thin film according to the present invention includes a step of forming a coating film by applying a raw material solution containing an organometallic compound for forming a ferroelectric thin film to a substrate in the CSD method, and rotating the substrate. The CSD coating film removing composition is sprayed or dropped on the outer peripheral edge of the substrate while removing the coating film on the outer peripheral edge of the substrate, and the coating film is heated to be strong. Forming a dielectric thin film.

本発明によれば、有機溶剤および水を含んだ除去用液によって塗布膜を除去するから、除去した部分にクラックや局部剥がれを生じることなく、平滑な表面とすることができる。また、除去された原料溶液の加水分解を抑制して沈殿物の生成を防止し、沈殿物による作業環境の汚染を防止することができる。   According to the present invention, since the coating film is removed by the removing liquid containing an organic solvent and water, a smooth surface can be obtained without causing cracks or local peeling in the removed portion. In addition, hydrolysis of the removed raw material solution can be suppressed to prevent the formation of a precipitate, and contamination of the work environment by the precipitate can be prevented.

本発明の実施形態において基板を回転させながら外周端部の塗布膜を除去する状態を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the state which removes the coating film of an outer peripheral edge part, rotating a board | substrate in embodiment of this invention.

以下、本発明のCSD塗布膜除去用組成物及びこれを用いたCSD塗布膜除去方法並びに強誘電体薄膜の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。
この強誘電体薄膜の製造方法は、PZT、PLZTなどのPbを含有するペロブスカイト型酸化物薄膜、SBT、SBTNなどのBiを含有する層状ペロブスカイト形酸化物薄膜を製造する場合に好適であり、有機金属化合物を含有する原料溶液を基板2に塗布してゲル状塗膜(塗布膜)1を形成する工程(原料溶液塗布工程)と、この基板2を回転させながら基板2の外周端部に有機溶剤を含んだ除去用液(塗布膜除去用組成物)を噴射又は滴下して、この外周端部におけるゲル状塗膜1を除去する工程(EBR工程)と、ゲル状塗膜1を加熱処理して強誘電体薄膜を形成する工程(加熱処理工程)とを有する。
Embodiments of a composition for removing a CSD coating film of the present invention, a method for removing a CSD coating film using the same, and a method for producing a ferroelectric thin film will be described below with reference to the drawings.
This method of manufacturing a ferroelectric thin film is suitable for manufacturing a perovskite oxide thin film containing Pb such as PZT and PLZT, and a layered perovskite oxide thin film containing Bi such as SBT and SBTN. A step of forming a gel-like coating film (coating film) 1 by applying a raw material solution containing a metal compound to the substrate 2 (raw material solution applying step), and an organic material at the outer peripheral edge of the substrate 2 while rotating the substrate 2 A step of removing the gel-like coating film 1 at the outer peripheral end (EBR step) by spraying or dropping a solvent-containing removal liquid (composition for removing the coating film), and a heat treatment of the gel-like coating film 1 And a step of forming a ferroelectric thin film (heat treatment step).

<CSD法の原料溶液>
使用されるCSD法の原料溶液について説明しておくと、この原料溶液は、原料金属化合物を溶媒により溶解し、安定化剤等を添加したものであり、例えば、PLZT用、SBTN用として以下のものがある。
<CSD raw material solution>
The raw material solution of the CSD method to be used will be described. This raw material solution is obtained by dissolving a raw metal compound with a solvent and adding a stabilizer and the like. For example, for PLZT and SBTN, the following There is something.

PLZT用原料溶液の原料金属化合物には、鉛化合物及びランタン化合物としては酢酸塩(酢酸鉛、酢酸ランタン)などの有機酸塩並びにジイソプロポキシ鉛などのアルコキシド、チタン化合物としては、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラn‐ブトキシチタン、テトラi‐ブトキシチタン、テトラt‐ブトキシチタン、ジメトキシジイソプロポキシチタンなどのアルコキシドが好ましいが、有機酸塩又は有機金属錯体も使用できる。ジルコニウム化合物はチタン化合物と同様である。2種類以上の成分金属を含有する複合化した金属化合物であってもよい。微量のドープ元素を含有させてもよい。   The raw metal compounds of the PLZT raw material solution include organic acid salts such as acetates (lead acetate and lanthanum acetate) as lead compounds and lanthanum compounds, alkoxides such as diisopropoxylead, and tetraethoxy titanium as titanium compounds. Alkoxides such as tetraisopropoxytitanium, tetran-butoxytitanium, tetrai-butoxytitanium, tetrat-butoxytitanium, and dimethoxydiisopropoxytitanium are preferred, but organic acid salts or organometallic complexes can also be used. The zirconium compound is the same as the titanium compound. It may be a compounded metal compound containing two or more kinds of component metals. A small amount of a doping element may be contained.

一方、SBTN用のCSD溶液の原料金属化合物には、Sr有機金属化合物としてSrイソプロポキシド、Srブトキシド等のアルコキシド、2‐エチルヘキサン酸Sr等のカルボン酸塩等が挙げられる。Sr有機金属化合物はSrジエチレングリコラート又はSrトリエチレングリコラートであっても良く、従ってこの場合には、溶媒としてのジエチレングリコール又はトリエチレングリコールに金属Srを添加して加熱下反応させることにより、Srジエチレングリコラート又はSrトリエチレングリコラートを生成させても良い。Bi有機金属化合物としては2‐エチルヘキサン酸Bi、Ta有機金属化合物としてはTaジエチレングリコラート又はTaトリエチレングリコラート、Nb有機金属化合物としてはNbジエチレングリコラート又はNbトリエチレングリコラートが用いられる。   On the other hand, examples of the raw material metal compound of the CSD solution for SBTN include Sr organometallic compounds such as Sr isopropoxide and alkoxides such as Sr butoxide, and carboxylates such as 2-ethylhexanoic acid Sr. The Sr organometallic compound may be Sr diethylene glycolate or Sr triethylene glycolate. Therefore, in this case, by adding metal Sr to diethylene glycol or triethylene glycol as a solvent and reacting with heating, Sr diethylene glycol is used. Lat or Sr triethylene glycolate may be produced. Bi-ethylhexanoic acid Bi is used as the Bi organometallic compound, Ta diethylene glycolate or Ta triethylene glycolate is used as the Ta organometallic compound, and Nb diethylene glycolate or Nb triethylene glycolate is used as the Nb organometallic compound.

有機溶媒(溶媒A)としては、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールから選ばれる1種の単独溶媒、又は2種以上の混合溶媒のいずれでも良い。
この有機溶媒と各有機金属化合物を、所望の金属成分濃度となるように、適当な比率で混合する。また、溶液の均質化のために加熱還流することが行われる。
As the organic solvent (solvent A), any one of a single solvent selected from propylene glycol, diethylene glycol and triethylene glycol, or a mixed solvent of two or more may be used.
The organic solvent and each organometallic compound are mixed at an appropriate ratio so as to obtain a desired metal component concentration. Moreover, heating and refluxing are performed for homogenization of the solution.

このようにして得られた溶液を塗布に適した濃度及び濡れ性とするために、他の溶媒(溶媒B)を使用して濃度調整する。その有機溶媒としては、メタノール、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノールから選ばれる1種の単独溶媒、又は2種以上の混合溶媒のいずれでもよい。
なお、溶液中の有機金属化合物の合計濃度は、金属酸化物換算量で0.1〜20重量%程度とするのが好ましい。
In order to make the solution thus obtained have a concentration and wettability suitable for coating, the concentration is adjusted using another solvent (solvent B). The organic solvent may be any one of a single solvent selected from methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and 1-butanol, or a mixed solvent of two or more.
The total concentration of organometallic compounds in the solution is preferably about 0.1 to 20% by weight in terms of metal oxide.

また、原料溶液中に必要に応じて安定化剤としてβ‐ジケトン類(例えば、アセチルアセトン、ヘプタフルオロブタノイルピバロイルメタン、ジピバロイルメタン、トリフルオロアセチルアセトン、ベンゾイルアセトン等)、ケトン酸類(例えば、アセト酢酸、プロピオニル酢酸、ベンゾイル酢酸等)などを、金属に対するモル比で0.2〜3倍程度配合してもよい。   In addition, β-diketones (for example, acetylacetone, heptafluorobutanoylpivaloylmethane, dipivaloylmethane, trifluoroacetylacetone, benzoylacetone, etc.), ketone acids ( For example, acetoacetic acid, propionylacetic acid, benzoylacetic acid, etc.) may be blended in a molar ratio to the metal of about 0.2 to 3 times.

<原料溶液塗布工程>
基板2に原料溶液を塗布することにより、基板2の全面にゲル状塗膜1を形成する。
基板材料としては、シリコンウエハ(単結晶)、および白金、ニッケルなどの金属類、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)又はコバルト酸ランタンストロンチウム((LaxSr1-x)CoO3)などのペロブスカイト型導電性酸化物などの被膜を有した、シリコン、ガラス、アルミナ、石英などの基板が挙げられる。
原料溶液を基板2上に塗布する場合、スピンコート法が一般的であるが、噴霧塗布、浸漬塗布など他の塗布法も適用可能である。
<Raw material solution coating process>
By applying the raw material solution to the substrate 2, the gel-like coating film 1 is formed on the entire surface of the substrate 2.
Substrate materials include silicon wafers (single crystal), metals such as platinum and nickel, ruthenium oxide, iridium oxide, strontium ruthenate (SrRuO 3 ), or lanthanum strontium cobaltate ((La x Sr 1-x ) CoO 3. And a substrate made of silicon, glass, alumina, quartz or the like having a coating such as a perovskite type conductive oxide.
When the raw material solution is applied onto the substrate 2, a spin coating method is generally used, but other application methods such as spray coating and dip coating are also applicable.

<EBR工程>
図1(a)に示すように、原料溶液を塗布した後のゲル状塗膜1が形成された基板2を回転させながら、基板2の外周端部に上方のノズル3から有機溶剤及び水を含んだ除去用液(塗布膜除去用組成物、以下EBR用組成物と称す)Wを噴射又は滴下することにより、図1(b)に示すようにゲル状塗膜1の外周端部を除去する。
<EBR process>
As shown in FIG. 1A, while rotating the substrate 2 on which the gel-like coating film 1 after the application of the raw material solution is rotated, the organic solvent and water are supplied from the upper nozzle 3 to the outer peripheral end of the substrate 2. By removing or dripping the contained removal liquid (composition for removing coating film, hereinafter referred to as EBR composition) W, the outer peripheral edge of gel-like coating film 1 is removed as shown in FIG. To do.

EBR用組成物Wは、有機溶剤と水との混合比が50:50〜5:95であることが好ましい。50:50よりも水の比率が大きいことにより有機溶剤が膜外周端部から膜内部へ浸透してしまうことが抑えられ、有機溶剤浸透により膨潤したゲル膜が熱処理後にクラックしてしまうと現象が抑制できるという効果が得られる。また、5:95よりも水の比率が小さいことにより、基板への原料溶液塗布後の残液とEBR組成物Wが接触した際に、原料溶液中の金属アルコキシドが加水分解して沈殿生成するのを防ぎ、安定な混合液となる。これにより、粉末飛散等によるパーティクル汚染を未然に防ぎ、高品質の膜が得られるという効果が得られる。さらに、EBR用組成物Wにおける有機溶剤と水とのより好ましい混合比は、30:70〜10:90である。混合比をこのように設定することにより、前述の2つの現象(すなわち、有機溶剤の浸透に起因するクラックおよび沈殿生成に起因するパーティクル汚染)を安定的に改善できるという効果が得られる。つまり、有機溶剤を過剰に加えることなく、原料溶液の加水分解による沈殿物の精製を防止し得るに足る適量とし、水を主成分とした組成物とすることにより、塗布膜の膜特性を変化させないようにすることが好ましい。   In the EBR composition W, the mixing ratio of the organic solvent and water is preferably 50:50 to 5:95. When the ratio of water is larger than 50:50, the organic solvent is prevented from penetrating from the outer peripheral edge of the film into the film, and the phenomenon occurs when the gel film swollen by the organic solvent penetration cracks after heat treatment. The effect that it can suppress is acquired. Further, when the ratio of water is smaller than 5:95, the metal alkoxide in the raw material solution hydrolyzes and precipitates when the residual liquid after applying the raw material solution to the substrate and the EBR composition W come into contact with each other. This prevents a stable mixture. Thereby, particle contamination due to powder scattering or the like is prevented, and an effect that a high quality film can be obtained can be obtained. Furthermore, the more preferable mixing ratio of the organic solvent and water in the composition W for EBR is 30:70 to 10:90. By setting the mixing ratio in this way, it is possible to stably improve the above-described two phenomena (that is, cracks resulting from penetration of organic solvents and particle contamination resulting from precipitation). In other words, the film properties of the coating film can be changed by using an appropriate amount sufficient to prevent purification of precipitates due to hydrolysis of the raw material solution without adding an organic solvent excessively, and by using a composition containing water as a main component. It is preferable not to let this occur.

EBR用組成物Wにおいて、有機溶剤は、原料溶液中の金属アルコキシド等、加水分解性化合物の分解による沈殿生成を防ぐ安定化剤として機能する。その有機溶剤としては、酸素、窒素、硫黄といった電子対供与対となりうる原子を分子内に一つあるいは複数有し、金属に配位結合することにより金属化合物を安定化させることのできる化合物、すなわち金属アルコキシドの安定化剤として利用できるものであればよく、具体的にはβ‐ジケトン類、β‐ケトエステル類、多価アルコール類、カルボン酸類、アルカノールアミン類、α‐ヒドロキシカルボン酸、α‐ヒドロキシカルボニル誘導体、およびヒドラゾン誘導体から選ばれる1種の単独溶剤、あるいは2種以上の混合溶剤が用いられる。この場合、β‐ジケトンとしてはアセチルアセトンが用いられる。β‐ケトエステルとしては3‐オキソブタン酸メチル及び/又は3‐オキソブタン酸エチルが用いられる。多価アルコールとしてはプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールから選ばれる1種又は2種以上が用いられる。カルボン酸類としては酢酸、プロピオン酸、酪酸から選ばれる1種又は2種以上が用いられる。アルカノールアミン類としてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれる1種又は2種以上が用いられる。α−ヒドロキシカルボン酸としては乳酸、マンデル酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸から選ばれる1種または2種以上が用いられる。α−ヒドロキシカルボニル誘導体としてはアセトール、アセトインが用いられる。ヒドラゾン誘導体としては2−プロパノンヒドラゾンが用いられる。   In the EBR composition W, the organic solvent functions as a stabilizer that prevents precipitation due to decomposition of a hydrolyzable compound such as a metal alkoxide in the raw material solution. As the organic solvent, a compound having one or more atoms that can be an electron-donating pair such as oxygen, nitrogen, and sulfur and capable of stabilizing the metal compound by coordinate bonding to the metal, that is, Any stabilizer can be used as long as it can be used as a stabilizer for metal alkoxides. Specifically, β-diketones, β-ketoesters, polyhydric alcohols, carboxylic acids, alkanolamines, α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxy One kind of single solvent selected from carbonyl derivatives and hydrazone derivatives, or two or more kinds of mixed solvents are used. In this case, acetylacetone is used as the β-diketone. As the β-ketoester, methyl 3-oxobutanoate and / or ethyl 3-oxobutanoate are used. As the polyhydric alcohol, one or more selected from propylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol are used. As the carboxylic acids, one or more selected from acetic acid, propionic acid and butyric acid are used. As the alkanolamines, one or more selected from monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine are used. As the α-hydroxycarboxylic acid, one or more selected from lactic acid, mandelic acid, citric acid, tartaric acid and oxalic acid are used. As the α-hydroxycarbonyl derivative, acetol or acetoin is used. As the hydrazone derivative, 2-propanone hydrazone is used.

EBR工程における基板2の回転速度としては、例えば、1000〜3000rpmである。EBR用組成物Wの噴射又は滴下の位置は、除去対象の位置に対応して適宜設定すればよい。例えば、基板2の外周縁5mmから半径方向外側を除去する場合、その基板2の外周縁から半径方向内方に5mmの位置にEBR用組成物Wを噴射又は滴下し、その噴射又は滴下位置の外側の5mmの範囲の膜を除去する。噴射又は滴下量としては、ゲル状塗膜1の厚さ等から適宜に設定すればよく、除去対象の範囲に存在するゲル状塗膜1を洗い流すのに十分な量であればよい。上記の回転速度であれば2〜5秒間、EBR用組成物Wを噴射又は滴下し続ければ十分である。
また、このEBR工程においては、外周端部のゲル状塗膜1が流れ易いように、基板2を回転させながら、必要に応じて、ノズル3を半径方向外方に移動させるようにしてもよい。
The rotation speed of the substrate 2 in the EBR process is, for example, 1000 to 3000 rpm. What is necessary is just to set suitably the position of the injection or dripping of the composition W for EBR corresponding to the position of removal object. For example, when removing the outer side in the radial direction from the outer peripheral edge 5 mm of the substrate 2, the EBR composition W is sprayed or dropped at a position 5 mm radially inward from the outer peripheral edge of the substrate 2. Remove the outer 5 mm film. What is necessary is just to set suitably as the amount of spraying or dripping from the thickness etc. of the gel-like coating film 1, and should just be sufficient quantity to wash away the gel-like coating film 1 which exists in the range of removal object. If it is said rotational speed, it will be enough if it continues spraying or dripping the composition W for EBR for 2 to 5 seconds.
Further, in this EBR process, the nozzle 3 may be moved outward in the radial direction as necessary while rotating the substrate 2 so that the gel-like coating film 1 at the outer peripheral end portion flows easily. .

<加熱処理工程>
加熱処理工程は、さらに乾燥工程、仮焼工程、結晶化アニール工程から構成される。
<Heat treatment process>
The heat treatment process further includes a drying process, a calcination process, and a crystallization annealing process.

(乾燥工程)
外周端部を除去した後のゲル状塗膜1を乾燥させ、溶媒を除去する。この乾燥温度は溶媒の種類によっても異なるが、通常は80〜200℃程度であり、好ましくは100〜180℃の範囲でよい。但し、原料溶液中の金属化合物を金属酸化物に転化させるための次工程の加熱の際の昇温中に、溶媒は除去されるので、塗膜の乾燥工程は必ずしも必要とされない。
(Drying process)
The gel-like coating film 1 after the outer peripheral end portion is removed is dried to remove the solvent. The drying temperature varies depending on the type of solvent, but is usually about 80 to 200 ° C, preferably 100 to 180 ° C. However, since the solvent is removed during the heating in the next step for converting the metal compound in the raw material solution into the metal oxide, the coating film drying step is not necessarily required.

(仮焼工程)
その後、仮焼工程として、ゲル状塗膜1を乾燥させた後の基板2を加熱し、有機金属化合物を完全に加水分解又は熱分解させて金属酸化物に転化させ、金属酸化物からなる酸化物膜を形成する。この加熱は、一般に加水分解の必要なゾルゲル法では水蒸気を含んでいる雰囲気、例えば、空気又は含水蒸気雰囲気(例えば、水蒸気を含有する窒素雰囲気)中で行われ、熱分解させるMOD法では含酸素雰囲気中で行われる。加熱温度は、金属酸化物の種類によっても異なるが、通常は150〜550℃の範囲であり、好ましくは、300〜450℃である。加熱時間は、加水分解及び熱分解が完全に進行するように選択するが、通常は1分ないし1時間程度である。
(Calcination process)
Thereafter, as the calcination step, the substrate 2 after drying the gel-like coating film 1 is heated, and the organometallic compound is completely hydrolyzed or pyrolyzed to be converted into a metal oxide, which is an oxidation made of a metal oxide. A material film is formed. This heating is generally performed in an atmosphere containing water vapor in the sol-gel method that requires hydrolysis, for example, air or a water-containing atmosphere (for example, nitrogen atmosphere containing water vapor), and in the MOD method in which pyrolysis is performed, oxygen-containing. Performed in an atmosphere. Although heating temperature changes also with kinds of metal oxide, it is the range of 150-550 degreeC normally, Preferably, it is 300-450 degreeC. The heating time is selected so that hydrolysis and thermal decomposition proceed completely, but it is usually about 1 minute to 1 hour.

ゾルゲル法等の場合は、1回の塗布で、ペロブスカイト型酸化物薄膜に必要な膜厚とすることは難しい場合が多いので、必要に応じて、上記の原料溶液塗布工程から仮焼工程までを繰返すことにより、原料溶液を重ね塗りし、その塗布の都度、外周端部についてゲル状塗膜1を除去しながら、所望の膜厚の金属酸化物の膜を得る。   In the case of the sol-gel method or the like, it is often difficult to obtain a film thickness required for the perovskite oxide thin film by a single application, so if necessary, from the raw material solution coating process to the calcining process. By repeating the process, the raw material solution is repeatedly applied, and each time the application is performed, the gel-like coating film 1 is removed from the outer peripheral end portion, and a metal oxide film having a desired film thickness is obtained.

(結晶化アニール工程)
このようして得られた酸化物膜は、非晶質であるか、結晶質であっても結晶性が不十分であるので、分極性が低く、強誘電体薄膜として利用できない。そのため、最後に結晶化アニール工程として、その金属酸化物の結晶化温度以上の温度で焼成して、ペロブスカイト型の結晶構造を持つ結晶質の金属酸化物薄膜とする。なお、結晶化のための焼成は、最後に一度で行うのではなく、各塗布した塗膜ごとに、上記の仮焼に続けて行ってもよいが、高温での焼成を何回も繰返す必要があるので、最後にまとめて行う方が経済的には有利である。
(Crystal annealing process)
Even if the oxide film thus obtained is amorphous or crystalline, the crystallinity is insufficient, so the polarizability is low and it cannot be used as a ferroelectric thin film. Therefore, finally, as a crystallization annealing step, baking is performed at a temperature equal to or higher than the crystallization temperature of the metal oxide to form a crystalline metal oxide thin film having a perovskite crystal structure. The firing for crystallization is not performed once at the end, but may be performed after the above calcination for each applied coating film, but it is necessary to repeat the firing at a high temperature many times. Therefore, it is economically advantageous to carry out the process collectively at the end.

この結晶化のための焼成温度は通常は500〜800℃の比較的低い温度で良く、例えば550〜700℃である。従って、基板としては、この焼成温度に耐える程度の耐熱性を有するものを使用する。結晶化のための焼成(アニール)時間は、通常は1分から1時間程度であり、焼成雰囲気は特に制限されないが、通常は空気又は酸素である。   The firing temperature for this crystallization is usually a relatively low temperature of 500 to 800 ° C., for example, 550 to 700 ° C. Therefore, a substrate having heat resistance enough to withstand this firing temperature is used as the substrate. The firing (annealing) time for crystallization is usually about 1 minute to 1 hour, and the firing atmosphere is not particularly limited, but is usually air or oxygen.

このようにして形成されたペロブスカイト型酸化物薄膜は、基板の上に均一に形成され、その外周端部においてもクラックや局部剥がれがなく、したがって、パーティクルの付着のない強誘電体薄膜を得ることができる。   The perovskite oxide thin film formed in this way is uniformly formed on the substrate, and there is no crack or local peeling at the outer peripheral edge portion. Therefore, a ferroelectric thin film free from particle adhesion can be obtained. Can do.

前述したように、PZT等の鉛系ペロブスカイト型酸化物のように、基板表面のPt層に対して外周端部に基板のSiO2が剥き出しの構造のものの場合、このSiO2の上に塗布されたPZTにクラックが発生し易い。上記製造方法における塗布膜除去方法は、このSiO2のクラックが発生しやすい範囲の膜を除去する方法として有効である。この場合、SiO2の範囲の内周縁よりわずかに内側に水を噴射又は滴下すればよい。 As described above, in the case of a structure in which the SiO 2 of the substrate is exposed at the outer peripheral edge with respect to the Pt layer on the surface of the substrate, such as a lead-based perovskite oxide such as PZT, it is applied on the SiO 2. In addition, cracks are likely to occur in PZT. The coating film removing method in the above manufacturing method is effective as a method for removing a film in a range where the SiO 2 cracks are likely to occur. In this case, water may be jetted or dropped slightly inward from the inner peripheral edge of the SiO 2 range.

次に、Pb含有ペロブスカイト型酸化物としてPLZT、およびBi含有層状ペロブスカイト型酸化物としてSBTNの薄膜をそれぞれ形成して、基板の外周端部の膜を除去し、その表面を観察した実施例および比較例について説明する。   Next, an example in which PLZT as a Pb-containing perovskite oxide and a SBTN thin film as a Bi-containing layered perovskite oxide were formed, the film at the outer peripheral edge of the substrate was removed, and the surface was observed and comparison An example will be described.

Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜(PLZT)用の原料溶液としては以下の組成のものを用いた。
鉛原料として酢酸鉛3水和物、ランタン原料として酢酸ランタン1.5水和物、ジルコニウム原料としてジルコニウムn‐ブトキシド、チタン原料としてチタンテトライソプロポキシドを用い、溶媒Aと、ZrとTiの合計モル数の2倍量のアセチルアセトンを安定化剤として混合し、150℃で1時間、窒素雰囲気の中で還流した。その後150℃で減圧蒸留し、副生成物をはじめとした低沸点有機物を除去し、溶媒Bで酸化物換算で10wt%となるように希釈し、各種Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜用CSD溶液を得た。表1にPLZT組成、溶媒A、溶媒Bを記す。
As the raw material solution for the Pb-containing perovskite oxide thin film (PLZT), the following composition was used.
Lead acetate trihydrate as the lead material, lanthanum acetate hemihydrate as the lanthanum material, zirconium n-butoxide as the zirconium material, titanium tetraisopropoxide as the titanium material, and the total of solvent A, Zr and Ti Two times the number of moles of acetylacetone was mixed as a stabilizer and refluxed at 150 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Thereafter, it is distilled under reduced pressure at 150 ° C. to remove low-boiling organic substances such as by-products, diluted with solvent B to 10 wt% in terms of oxides, and various Pb-containing perovskite oxide thin film CSD solutions. Obtained. Table 1 shows the PLZT composition, solvent A, and solvent B.

Figure 0005434631
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Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物(SBTN)用の原料溶液としては以下の組成のものを用いた。
ビスマス原料として2‐エチルヘキサン酸ビスマス、ストロンチウム原料として2‐エチルヘキサン酸ストロンチウム、タンタル原料としてタンタルペンタエトキシド、ニオブ原料としてニオブペンタエトキシドを用い、溶媒Aと、TaとNbの合計モル数の2.5倍量の2‐エチルヘキサン酸を安定化剤として混合し、150℃で1時間、窒素雰囲気の中で還流した。その後150℃で減圧蒸留し、副生成物をはじめとした低沸点有機物を除去し、溶媒Bで酸化物換算で10wt%となるように希釈し、各種Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜用CSD溶液を得た。表2にSBTN組成、溶媒A、溶媒Bを記す。
As the raw material solution for the Bi-containing layered perovskite oxide (SBTN), the following composition was used.
Bismuth 2-ethylhexanoate as the bismuth raw material, strontium 2-ethylhexanoate as the strontium raw material, tantalum pentaethoxide as the tantalum raw material, niobium pentaethoxide as the niobium raw material, and the total number of moles of solvent A, Ta and Nb 2.5 times the amount of 2-ethylhexanoic acid was mixed as a stabilizer and refluxed at 150 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Thereafter, it is distilled at 150 ° C. under reduced pressure to remove low-boiling organic substances including by-products, diluted with solvent B to 10 wt% in terms of oxide, and various Bi-containing layered perovskite oxide thin film CSD solutions. Got. Table 2 shows the SBTN composition, solvent A, and solvent B.

Figure 0005434631
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また、形成する膜厚が厚くなるほどエッジでのクラックが発生しやすくなる。そのような条件でのエッジクラック発生状況を前述の10wt%溶液と比較するため、前述のPb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜用の原料溶液、およびBi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜用の原料溶液と同様の方法で、25wt%溶液を作製した。表3にPLZT組成、溶媒Aおよび溶媒Bを示す。また、表4に、SBTN組成、溶媒Aおよび溶媒Bを示す。   Further, as the film thickness to be formed increases, cracks at the edge are more likely to occur. In order to compare the occurrence of edge cracks under such conditions with the 10 wt% solution described above, it is the same as the raw material solution for the Pb-containing perovskite oxide thin film and the raw material solution for the Bi-containing layered perovskite oxide thin film. A 25 wt% solution was prepared by the method described above. Table 3 shows the PLZT composition, solvent A, and solvent B. Table 4 shows the SBTN composition, solvent A, and solvent B.

Figure 0005434631
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Figure 0005434631
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これら原料溶液を用いて、Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜(PLZT薄膜)、Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物(SBTN)薄膜を形成した。基板は、直径が4インチのSi基板の表面にSiO2膜を熱酸化により厚さ500nm形成し、その上に外周端部から半径方向内側3mmまでの領域を除きスパッタ法にてPt膜を形成したPt(200nm)/SiO2(500nm)/Si基板とした。 Using these raw material solutions, Pb-containing perovskite oxide thin films (PLZT thin films) and Bi-containing layered perovskite oxide (SBTN) thin films were formed. For the substrate, a SiO 2 film having a thickness of 500 nm is formed on the surface of a Si substrate having a diameter of 4 inches by thermal oxidation, and a Pt film is formed thereon by a sputtering method except for a region from the outer peripheral edge to 3 mm in the radial direction. A Pt (200 nm) / SiO 2 (500 nm) / Si substrate was used.

(Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜)
まず、予備実験として、表1の溶液A1〜A6を用い、4インチPt/SiO2/Si基板上に2ml噴射し、スピン条件として500rpm×3sec回転した後、3000rpm×15sec回転して基板の全面にコーティングした。その後350℃に加熱したホットプレート上に基板を載せて5分間加熱し、有機物の熱分解を行い、鉛含有酸化物膜を得た。この操作を繰り返し、EBR工程を行わずに計6回塗布を行った後、急速熱処理装置RTA(Rapid Thermal Annealing)により700℃で5分焼成を行い、Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。
この実験に使用した基板の最外周部はPtがコーティングされておらず、いずれもPLZT薄膜がSiO2と直接接触している部分は焼成後にクラックが発生した。
(Pb-containing perovskite oxide thin film)
First, as a preliminary experiment, using the solutions A1 to A6 shown in Table 1, 2 ml was sprayed onto a 4-inch Pt / SiO 2 / Si substrate, and the spin condition was rotated at 500 rpm × 3 sec, and then rotated at 3000 rpm × 15 sec to rotate the entire surface of the substrate. Coated. Thereafter, the substrate was placed on a hot plate heated to 350 ° C. and heated for 5 minutes to thermally decompose the organic matter, thereby obtaining a lead-containing oxide film. This operation was repeated, and the coating was performed a total of 6 times without performing the EBR process, followed by baking at 700 ° C. for 5 minutes with a rapid thermal annealing apparatus RTA (Rapid Thermal Annealing) to obtain a Pb-containing perovskite oxide thin film.
The outermost peripheral portion of the substrate used in this experiment was not coated with Pt, and any portion where the PLZT thin film was in direct contact with SiO 2 was cracked after firing.

(実施例1)
次に、実施例1として、同じPt/SiO2/Si基板上に、上記予備実験の方法と同様にして、溶液A1〜A6をスピンコートした後、Pb含有膜とSiO2の焼成時の反応を避けるため、基板をスピンコーターで2500rpmで回転させながら、基板の外周端部から半径方向内側5mmの位置に以下の表5及び表6に示すC1〜C61の各EBR用組成物をそれぞれ噴射してゲル状塗膜を溶解するEBR処理を行った。
Example 1
Next, as Example 1, after spin-coating the solutions A1 to A6 on the same Pt / SiO 2 / Si substrate in the same manner as the preliminary experiment, the reaction at the time of firing the Pb-containing film and SiO 2 Therefore, while rotating the substrate at 2500 rpm with a spin coater, each of the EBR compositions C1 to C61 shown in Tables 5 and 6 below was sprayed at a position 5 mm radially inward from the outer peripheral edge of the substrate. Then, EBR treatment for dissolving the gel-like coating film was performed.

この基板を上記予備実験と同様にホットプレートに載せて加熱し、外周端部がエッチングされて除去された状態の鉛含有酸化物膜を得た。この操作を繰り返し、都度EBR処理を行いながら計6回原料溶液を塗布し、RTAにより700℃で5分焼成を行い、Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。
得られたサンプルは、いずれのEBR用組成物を用いたものもPb含有膜端部にはクラックや膜剥がれは全く発生していなかった。また、このEBR処理によって基板周囲にCSD溶液塗布膜がEBR用組成物とともに飛散するが、これらがゲル状に白濁して付着することはなかった。
This substrate was placed on a hot plate and heated in the same manner as in the preliminary experiment to obtain a lead-containing oxide film in a state where the outer peripheral edge was removed by etching. This operation was repeated, and the raw material solution was applied a total of 6 times while performing EBR treatment each time, followed by baking at 700 ° C. for 5 minutes with RTA to obtain a Pb-containing perovskite oxide thin film.
In the obtained sample, no crack or film peeling occurred at the end of the Pb-containing film in any of the EBR compositions. In addition, the CBR solution coating film was scattered around the substrate together with the EBR composition by this EBR treatment, but they were not clouded and adhered to the gel.

また、表5に示すD1〜D6の25wt%溶液を使用し、上記同様にC1〜C61の各EBR用組成物によりEBR処理を行い、ホットプレート処理、RTA処理を行い、Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。得られたサンプルは、いずれのEBR用組成物を用いたものもPb含有膜端部にはクラックや膜剥がれが全く発生しておらず、EBR時の膜厚が厚くてもクラック等防止の効果があることがわかった。   Further, using a 25 wt% solution of D1 to D6 shown in Table 5, EBR treatment is performed with each of the EBR compositions C1 to C61 in the same manner as described above, hot plate treatment and RTA treatment are performed, and a Pb-containing perovskite oxide A thin film was obtained. As for the obtained sample, no cracks or film peeling occurred at the end portion of the Pb-containing film in any of the EBR compositions, and even if the film thickness during EBR is large, the effect of preventing cracks, etc. I found out that

Figure 0005434631
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Figure 0005434631
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(比較例1)
次に、比較例1として、EBR用溶剤として、表5又は表6の各EBR用組成物の代わりにn‐ブタノールを使うこと以外は全て実施例1と同様にして、Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。得られたサンプルのPb含有膜端部には、クラックや膜剥がれが発生した。
(Comparative Example 1)
Next, as Comparative Example 1, a Pb-containing perovskite oxide was used in the same manner as in Example 1 except that n-butanol was used instead of each EBR composition in Table 5 or Table 6 as the EBR solvent. A thin film was obtained. Cracks and film peeling occurred at the end of the Pb-containing film of the obtained sample.

(Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜)
(実施例2)
実施例2として、Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜の場合も、Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜の場合(実施例1)と同様にして、表2の溶液B1〜B6を4インチPt/SiO2/Si基板上にスピンコートした後、基板の外周端部での厚膜化によるクラックを避けるため、基板をスピンコーターで2500rpmで回転させながら、基板の外周端部から半径方向内側5mmの位置に表5及び表6に示すC1〜C61の各EBR用組成物を噴射してゲル状塗膜を溶解し、EBR処理を行った。この基板をPb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜の場合と同様にホットプレート上で加熱し、外周端部がエッチングされた状態のBi含有酸化物薄膜を得た。Pb含有ペロブスカイト型酸化物薄膜の場合と同様にこの操作を繰り返し、計6回原料溶液の塗布を行って、都度EBR処理を行った後、RTAにより800℃で5分焼成を行い、Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。
得られたサンプルは、いずれのEBR用組成物を用いたものもBi含有膜端部にはクラック、膜剥がれは全く発生していなかった。また、基板周囲に飛散した原料溶液塗布膜がゲル状に白濁して付着することはなかった。
(Bi-containing layered perovskite oxide thin film)
(Example 2)
As Example 2, in the case of a Bi-containing layered perovskite oxide thin film, similarly to the case of the Pb-containing perovskite oxide thin film (Example 1), the solutions B1 to B6 in Table 2 were added to 4 inches of Pt / SiO 2. After spin coating on the Si substrate, in order to avoid cracks due to thick film at the outer peripheral edge of the substrate, the substrate is rotated at 2500 rpm with a spin coater while being positioned 5 mm radially inward from the outer peripheral edge of the substrate. Each of the EBR compositions C1 to C61 shown in Tables 5 and 6 was sprayed to dissolve the gel-like coating film, and EBR treatment was performed. This substrate was heated on a hot plate in the same manner as in the case of the Pb-containing perovskite oxide thin film to obtain a Bi-containing oxide thin film in which the outer peripheral edge was etched. This operation was repeated in the same manner as in the case of the Pb-containing perovskite oxide thin film, and the raw material solution was applied a total of 6 times, and after each EBR treatment, baked at 800 ° C. for 5 minutes by RTA, and the Bi-containing layered state A perovskite oxide thin film was obtained.
In the obtained sample, no crack or peeling occurred at the end of the Bi-containing film in any of the EBR compositions. Further, the raw material solution coating film scattered around the substrate was not clouded and adhered in a gel form.

またE1〜E6の25wt%溶液を使用し、同様にC1〜C61の各EBR用組成物によりEBR処理を行い、ホットプレート処理、RTA処理を行い、Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。得られたサンプルは、いずれのEBR用組成物を用いたものもBi含有膜端部にはクラックや膜剥がれは全く発生しておらず、EBR時の膜厚が厚くてもクラック等防止の効果があることがわかった。   In addition, using a 25 wt% solution of E1 to E6, EBR treatment was similarly performed with each of the CBR to C61 EBR compositions, hot plate treatment and RTA treatment were performed, and a Bi-containing layered perovskite oxide thin film was obtained. As for the obtained sample, no crack or peeling occurred at the end of the Bi-containing film in any of the EBR compositions, and the effect of preventing cracks etc. even if the film thickness during EBR is large. I found out that

(比較例2)
また、比較例2として、EBR用溶剤として、表5又は表6の各EBR用組成物の代わりにn‐ブタノールを使うこと以外は全て実施例2と同様にして、Bi含有層状ペロブスカイト型酸化物薄膜を得た。得られたサンプルのBi含有膜端部には、クラック、膜剥がれが発生した。
(Comparative Example 2)
Further, as Comparative Example 2, the Bi-containing layered perovskite oxide was used in the same manner as in Example 2 except that n-butanol was used in place of each EBR composition shown in Table 5 or Table 6 as the EBR solvent. A thin film was obtained. Cracks and film peeling occurred at the end of the Bi-containing film of the obtained sample.

次に、このようにして得られたサンプル(実施例1,2および比較例1,2)について、米国Veeco Instruments社製の触針式表面形状測定器Dektakを使用して表面の段差を確認したところ、比較例1及び比較例2の各サンプルとも、強誘電体薄膜の外周縁部に1000〜1500μmの幅の範囲で数百nm程度の凹凸が確認されたが、実施例1及び実施例2の各サンプルは100nm以下の微細な段差が認められるだけで、極めて平滑な表面であった。   Next, with respect to the samples (Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2) obtained in this way, the surface level difference was confirmed using a stylus type surface shape measuring device Dektak manufactured by Veeco Instruments of the United States. However, in each sample of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, irregularities of about several hundred nm were confirmed in the outer peripheral edge portion of the ferroelectric thin film within a width range of 1000 to 1500 μm. Example 1 and Example 2 Each of the samples had a very smooth surface with only a minute step of 100 nm or less being observed.

また、水を適量ビーカに入れ、これに表1又は表2の各原料溶液(A1〜A6,B1〜B6)を添加したところ、沈殿物が生じることが確認されたが、表5又は表6に示す各EBR用組成物(C1〜C61)に原料溶液を添加した場合には、白濁するような沈澱物は認められなかった。特に、表5及び表6の中でも、有機溶剤と水との混合比が30:70〜10:90の範囲のEBR用組成物は、原料溶液がEBR用組成物に溶解して無色透明の液体となっていた。   Moreover, when water was put into a beaker in an appropriate amount and each raw material solution (A1 to A6, B1 to B6) shown in Table 1 or Table 2 was added thereto, it was confirmed that a precipitate was formed. When a raw material solution was added to each of the EBR compositions (C1 to C61) shown in FIG. In particular, among Tables 5 and 6, the EBR composition in which the mixing ratio of the organic solvent and water is in the range of 30:70 to 10:90 is a colorless transparent liquid in which the raw material solution is dissolved in the EBR composition. It was.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態ではPLZT膜、SBTN膜を中心に説明したが、CSD法により成膜される他の強誘電体薄膜を形成する場合にも適用することができる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
In the above embodiment, the PLZT film and the SBTN film have been mainly described. However, the present invention can also be applied to the case of forming other ferroelectric thin films formed by the CSD method.

1 ゲル状塗膜
2 基板
3 ノズル
W CSD塗布膜除去用組成物(除去用液またはEBR用組成物)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gel-like coating film 2 Substrate 3 Nozzle W CSD coating film removal composition (removal liquid or EBR composition)

Claims (8)

CSD法における熱処理前の塗布膜を除去するための組成物であって、
β‐ジケトン類、β‐ケトエステル類、多価アルコール類、カルボン酸類、アルカノールアミン類、α‐ヒドロキシカルボン酸、α‐ヒドロキシカルボニル誘導体、およびヒドラゾン誘導体から選ばれる1種あるいは2種以上の有機溶剤と、水とを含むことを特徴とするCSD塗布膜除去用組成物。
A composition for removing the coating film before the heat treatment in the CSD method,
one or more organic solvents selected from β-diketones, β-ketoesters, polyhydric alcohols, carboxylic acids, alkanolamines, α-hydroxycarboxylic acids, α-hydroxycarbonyl derivatives, and hydrazone derivatives; And a composition for removing a CSD coating film, comprising water.
前記有機溶剤と前記水との混合重量比が50:50〜5:95であることを特徴とする請求項1記載のCSD塗布膜除去用組成物。   The composition for removing a CSD coating film according to claim 1, wherein the mixing weight ratio of the organic solvent and the water is 50:50 to 5:95. 前記有機溶剤と前記水との混合重量比が30:70〜10:90であることを特徴とする請求項2記載のCSD塗布膜除去用組成物。   The composition for removing a CSD coating film according to claim 2, wherein a mixing weight ratio of the organic solvent and the water is 30:70 to 10:90. 前記β‐ジケトンがアセチルアセトンであり、前記β‐ケトエステルが3‐オキソブタン酸メチル及び/又は3‐オキソブタン酸エチルであり、前記多価アルコールがプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールから選ばれる1種又は2種以上であり、前記カルボン酸類が酢酸、プロピオン酸、酪酸から選ばれる1種又は2種以上であり、前記アルカノールアミン類がモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンから選ばれる1種又は2種以上であり、前記α−ヒドロキシカルボン酸が乳酸、マンデル酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸から選ばれる1種又は2種以上であり、前記α−ヒドロキシカルボニル誘導体がアセトール、アセトイン、ヒドラゾン誘導体が2−プロパノンヒドラゾンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のCSD塗布膜除去用組成物。   The β-diketone is acetylacetone, the β-ketoester is methyl 3-oxobutanoate and / or ethyl 3-oxobutanoate, and the polyhydric alcohol is one or two selected from propylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol One or more selected from acetic acid, propionic acid and butyric acid, and one or more selected from alkanolamines selected from monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine. And the α-hydroxycarboxylic acid is one or more selected from lactic acid, mandelic acid, citric acid, tartaric acid, and oxalic acid, and the α-hydroxycarbonyl derivative is 2-hydroxyacetol, acetoin, and hydrazone derivative. In propanone hydrazone CSD coating film removing composition according to any one of claims 1 to 3, wherein Rukoto. プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールから選ばれる1種または2種以上の混合溶媒Aと、メタノール、エタノール、1‐プロパノール、2‐プロパノール、1‐ブタノール、から選ばれる1種または2種以上の混合溶媒Bとを溶媒として含有する原料溶液を塗布して形成された前記塗布膜を除去することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のCSD塗布膜除去用組成物。   One or more mixed solvents A selected from propylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol, and one or more mixed solvents selected from methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and 1-butanol. The composition for removing a CSD coating film according to any one of claims 1 to 4, wherein the coating film formed by applying a raw material solution containing the solvent B as a solvent is removed. CSD法において、原料溶液を基板に塗布して形成された塗布膜を除去する方法であって、
前記基板を回転させながらこの基板の外周端部に請求項1〜5のいずれか一項に記載のCSD塗布膜除去用組成物を噴射又は滴下して、前記外周端部における前記塗布膜を除去することを特徴とするCSD塗布膜除去方法。
In the CSD method, a coating film formed by applying a raw material solution to a substrate is removed,
While rotating the substrate, the CSD coating film removing composition according to any one of claims 1 to 5 is sprayed or dropped on an outer peripheral end portion of the substrate to remove the coating film at the outer peripheral end portion. A method for removing a CSD coating film, comprising:
CSD法において、強誘電体薄膜形成用の有機金属化合物を含有する原料溶液を基板に塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記基板を回転させながらこの基板の外周端部に請求項1〜5のいずれか一項に記載のCSD塗布膜除去用組成物を噴射又は滴下して、前記基板の前記外周端部における前記塗布膜を除去する工程と、
前記塗布膜を加熱処理して強誘電体薄膜を形成する工程とを有することを特徴とする強誘電体薄膜の製造方法。
In the CSD method, a step of forming a coating film by applying a raw material solution containing an organometallic compound for forming a ferroelectric thin film to a substrate;
While the substrate is rotated, the CSD coating film removing composition according to any one of claims 1 to 5 is sprayed or dropped on an outer peripheral end portion of the substrate, and the coating at the outer peripheral end portion of the substrate is performed. Removing the film;
And a step of forming a ferroelectric thin film by heat-treating the coating film.
請求項7記載の強誘電体薄膜の製造方法により製造された強誘電体薄膜。   A ferroelectric thin film manufactured by the method for manufacturing a ferroelectric thin film according to claim 7.
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JP6665673B2 (en) * 2016-05-12 2020-03-13 三菱マテリアル株式会社 Manufacturing method of ferroelectric thin film
KR102610448B1 (en) * 2016-08-12 2023-12-07 인프리아 코포레이션 Methods of reducing metal residue in edge bead region from metal-containing resists
JP6831889B2 (en) * 2019-10-11 2021-02-17 株式会社Screenホールディングス Substrate processing equipment and substrate processing method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04171820A (en) * 1990-11-05 1992-06-19 Nec Kyushu Ltd Method of forming coating
JPH0817817A (en) * 1994-06-30 1996-01-19 Sony Corp SOG film forming method and SOG coater
JPH0912305A (en) * 1995-06-26 1997-01-14 Murata Mfg Co Ltd Production of metal oxide film having perovskite structure and production of thin-film capacitor
JPH11320901A (en) * 1998-05-12 1999-11-24 Canon Inc Ink jet recording device
JP2001072926A (en) * 1999-06-28 2001-03-21 Mitsubishi Materials Corp Raw material solution for forming perovskite oxide thin film
JP4329237B2 (en) * 2000-07-04 2009-09-09 三菱マテリアル株式会社 Method for producing solution for forming ferroelectric thin film and solution for forming ferroelectric thin film

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