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JPS6144950B2 - - Google Patents
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JPS6144950B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6144950B2
JPS6144950B2 JP7298779A JP7298779A JPS6144950B2 JP S6144950 B2 JPS6144950 B2 JP S6144950B2 JP 7298779 A JP7298779 A JP 7298779A JP 7298779 A JP7298779 A JP 7298779A JP S6144950 B2 JPS6144950 B2 JP S6144950B2
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JP
Japan
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acid
substrate
metal
thin film
solution
Prior art date
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Expired
Application number
JP7298779A
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Japanese (ja)
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JPS55167130A (en
Inventor
Masaaki Okunaka
Ryoichi Sudo
Ataru Yokono
Hideo Takahashi
Tokio Isogai
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、基板上に金属酸化物薄膜を形成する
方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of forming a metal oxide thin film on a substrate.

ガラス等の基板上に金属酸化物薄膜を形成する
方法として、従来下記のようなものがある。
Conventionally, there are the following methods for forming a metal oxide thin film on a substrate such as glass.

(イ) 真空蒸着法 (ロ) スパツタリング法 (ハ) CVD法 (ニ) ホツトスプレー法 しかし、これらの方法のうち、(イ),(ロ)の方法は
真空系を用いるため製造原価が高くなり、また
(ハ),(ニ)の方法では形成された膜が白濁し、いずれ
も欠点がある。
(a) Vacuum evaporation method (b) Sputtering method (c) CVD method (d) Hot spray method However, among these methods, methods (a) and (b) use a vacuum system, which increases the manufacturing cost. ,Also
In methods (c) and (d), the formed film becomes cloudy, and both have drawbacks.

一方、金属アルコレートの溶液を基板上に塗布
して塗膜を形成した後、これを焼成する方法によ
れば、安価に金属酸化物薄膜を形成できるので、
これが実用化できれば有望な方法である。しか
し、この方法においては、一般に金属アルコレー
トは水により加水分解を受けやすく、微量の水に
よつても溶液が白濁するために、このような溶液
を基板上に塗布しても、均質な塗膜は得難いとい
つた難点のあるものである。
On the other hand, a method in which a metal alcoholate solution is applied to a substrate to form a coating film and then fired allows the formation of a metal oxide thin film at low cost.
This would be a promising method if it could be put into practical use. However, in this method, metal alcoholates are generally susceptible to hydrolysis by water, and even a small amount of water causes the solution to become cloudy, so even if such a solution is applied to the substrate, it is difficult to achieve a homogeneous coating. Membranes are difficult to obtain.

すなわち、一般に、金属アルコレートは水分に
より加水分解を受け、水酸化物、あるいは酸化物
に変化するために沈殿を生じる。例えば、チタン
テトライソプロポキシド、タンタルペンタエトキ
シドは常温で液体のアルコレートであり、一般の
有機溶媒に容易に溶解する。しかし、その溶液
は、空気中に放置されると数分以内に白色沈殿を
生じて懸濁液となる。このような懸濁液を基板上
に塗布しても均質な透明塗膜は得られることな
く、また、これを焼成すると粉末となり均質な膜
を得ることのできぬものである。
That is, metal alcoholates are generally hydrolyzed by moisture and converted into hydroxides or oxides, resulting in precipitation. For example, titanium tetraisopropoxide and tantalum pentaethoxide are alcoholates that are liquid at room temperature and easily dissolve in common organic solvents. However, when the solution is left in the air, a white precipitate forms within a few minutes and becomes a suspension. Even if such a suspension is applied onto a substrate, a homogeneous transparent coating film cannot be obtained, and when it is fired, it turns into powder, making it impossible to obtain a homogeneous film.

本発明の目的は、上記したような従来技術にお
ける欠点をなくし、または問題点を解決した、新
規な、水分等に対して安定な金属アルコレート溶
液を調合する方法、および、このような安定化さ
れた金属アルコレート溶液を用いての金属酸化物
薄膜の形成方法を提供することにある。
The object of the present invention is to provide a novel method for preparing a metal alcoholate solution that is stable against moisture, etc., which eliminates the drawbacks or solves the problems in the prior art as described above, and a method for preparing such a stable metal alcoholate solution. An object of the present invention is to provide a method for forming a metal oxide thin film using a metal alcoholate solution.

上記の目的のための本発明方法は、金属アルコ
レートの有機溶媒溶液中に、カルボン酸、フエノ
ール、またはフエノール誘導体などの有機酸を少
なくとも一種類を安定剤として添加し該金属アル
コレートの有機溶媒溶液を水分に対して安定化さ
せ、このように安定化された金属アルコレート溶
液を基板上に塗布して塗膜を形成した後、これを
加熱、好ましくは350〜700℃の温度に加熱して、
基板上に金属酸化物薄膜を得ることにある。
The method of the present invention for the above purpose includes adding at least one type of organic acid such as carboxylic acid, phenol, or a phenol derivative as a stabilizer to a solution of a metal alcoholate in an organic solvent. After the solution is stabilized against moisture and the metal alcoholate solution thus stabilized is applied onto a substrate to form a coating, it is heated, preferably to a temperature of 350 to 700°C. hand,
The purpose is to obtain a metal oxide thin film on a substrate.

このような本発明によれば、カルボン酸、フエ
ノール、フエノール誘導体などの有機酸を添加し
た金属アルコレート溶液とすることにより、金属
アルコレート溶液を水分等に対して安定化させ、
沈殿を生ずることのない金属アルコール溶液を調
製することができる。そして、このような金属ア
ルコレート溶液を基板上に塗布すると水分等に対
して安定な塗膜が得られる。この場合塗布方法と
しては、スピナー塗布、デイツピング塗布、スプ
レー塗布、印刷法など、いずれの方法でもよく、
特に制限はない。また、本発明が適用できる金属
アルコレートとしては、チタンテトラエトキシド
チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブ
トキシド、タンタルペンタエトキシド、アルミニ
ウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロ
ポキシド、アルミニウムトリブトキシド、アエン
ジエトキシド、アンチモントリエトキシド、アン
チモントリブトキシド、スズテトラメトキシド、
スズテトラエトキシド、スズテトライソプロポキ
シド、スズテトラブトキシド、ジルコニウムテト
ラエトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキ
シド、バナジルメトキシド、バナジルエトキシ
ド、パナジルブトキシド、などを挙げることがで
きる。
According to the present invention, the metal alcoholate solution is stabilized against moisture etc. by adding an organic acid such as carboxylic acid, phenol, or a phenol derivative to the metal alcoholate solution.
Metal alcohol solutions can be prepared that do not cause precipitation. When such a metal alcoholate solution is applied onto a substrate, a coating film that is stable against moisture and the like can be obtained. In this case, the application method may be any method such as spinner application, dipping application, spray application, or printing method.
There are no particular restrictions. Metal alcoholates to which the present invention can be applied include titanium tetraethoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetrabutoxide, tantalum pentaethoxide, aluminum triethoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum tributoxide, and aene diethoxide. antimony trithoxide, antimony trithoxide, tin tetramethoxide,
Examples include tin tetraethoxide, tin tetraisopropoxide, tin tetrabutoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetraisopropoxide, vanadyl methoxide, vanadyl ethoxide, panadyl butoxide, and the like.

本発明において使用する金属アルコレート溶液
の安定剤としてのカルボン酸、フエノール、フエ
ノール誘導体としては、特に限定はないが、好ま
しいものとしては、一塩基性カルボン酸として、
一般式RCOOH(Rは炭素数1〜15)で表わされ
るもの、2塩基性カルボン酸として、マレイン
酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、マロ
ン酸、コハク酸、グルタル酸、アジヒン酸、ピメ
リン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン
酸、イタコン酸、メチルマロン酸、メチルコハク
酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒ
ドロフタル酸など、3塩基性以上の多塩基性カル
ボン酸として、アクリル酸およびメタクリル酸、
アクリル酸エステルおよびメタクリル酸との共重
合体、フエノール誘導体として、サリチル酸、カ
テコール、クレゾール、ハイドロキノン、レゾル
シンなどを挙げることができる。
There are no particular limitations on the carboxylic acid, phenol, or phenol derivative used as a stabilizer for the metal alcoholate solution used in the present invention, but preferred monobasic carboxylic acids include:
Those represented by the general formula RCOOH (R is 1 to 15 carbon atoms), as dibasic carboxylic acids, maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, ajihinic acid, pimelic acid , suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, itaconic acid, methylmalonic acid, methylsuccinic acid, phthalic acid, tetrahydrophthalic acid, hexahydrophthalic acid, etc., as tribasic or higher polybasic carboxylic acids, acrylic acid and methacrylic acid. ,
Examples of copolymers with acrylic esters and methacrylic acid and phenol derivatives include salicylic acid, catechol, cresol, hydroquinone, and resorcinol.

本発明に用いる溶媒としては、金属アルコレー
トを溶解するものであればよく、特に限定はしな
いが、アルコール類、エステル類、ケトン類が好
ましい。
The solvent used in the present invention may be any solvent as long as it dissolves the metal alcoholate, and is not particularly limited, but alcohols, esters, and ketones are preferable.

本発明における焼成温度としては、350℃〜700
℃の範囲の温度が好ましい。焼成温度が350℃よ
り低い場合は、有機成分の燃焼が不十分であるた
めに、完全に金属酸化物となり難く、また、焼成
温度が700℃より高い場合は、ガラス基板が変形
したり溶融したりするので好ましくない。
The firing temperature in the present invention is 350°C to 700°C.
Temperatures in the range of .degree. C. are preferred. If the firing temperature is lower than 350°C, the combustion of organic components will be insufficient, making it difficult to completely form metal oxides, and if the firing temperature is higher than 700°C, the glass substrate may be deformed or melted. This is not desirable because it causes

以下に、比較例および本発明実施例により、本
発明をさらに具体的に説明する。
The present invention will be explained in more detail below using comparative examples and examples of the present invention.

比較例 チタンテトライソプロポキシド4.5gをエタノ
ール15mlに溶解した。この溶液は、徐々に加水分
解を起こして懸濁液となつた。この懸濁液をガラ
ス基板上に、4000rpmでスピナー塗布を行つたと
ころ、塗膜は白濁した状態になつた。このものを
500℃で1時間焼成したところ、酸化チタン粒子
が析出し、白濁した膜となり、ガラス基板との接
着強度もなかつた。
Comparative Example 4.5 g of titanium tetraisopropoxide was dissolved in 15 ml of ethanol. This solution gradually underwent hydrolysis and became a suspension. When this suspension was applied onto a glass substrate using a spinner at 4000 rpm, the coating became cloudy. this thing
When baked at 500°C for 1 hour, titanium oxide particles were precipitated, resulting in a cloudy film with no adhesive strength to the glass substrate.

このようにして、本発明を適用しなかつた金属
アルコレート溶液を用いての方法においては金属
酸化物の薄膜は得られなかつた。
In this way, a thin film of metal oxide could not be obtained in a method using a metal alcoholate solution to which the present invention was not applied.

次に、本発明を適用した場合の実施例につき述
べる。
Next, an example in which the present invention is applied will be described.

実施例 1 チタンテトライソプロポキシド4.5g、オクチ
ル酸2.5gをエタノール15mlに溶解させた。この
溶液をガラス基板上に、4000rpmでスピナー塗布
したところ、均質な塗膜が得られた。この塗膜は
空気中に放置しても、白濁しなかつた。これを
500℃で1時間焼成したところ、無色透明な酸化
チタン薄膜が得られた。この薄膜は、ガラス基板
との接着が強固なものであつた。膜の厚さは1300
Åで、誘電率は68(周波数1kHz)であつた。
Example 1 4.5 g of titanium tetraisopropoxide and 2.5 g of octylic acid were dissolved in 15 ml of ethanol. When this solution was applied onto a glass substrate using a spinner at 4000 rpm, a homogeneous coating film was obtained. This coating did not become cloudy even when left in the air. this
After firing at 500°C for 1 hour, a colorless and transparent titanium oxide thin film was obtained. This thin film had strong adhesion to the glass substrate. Membrane thickness is 1300
The dielectric constant was 68 (frequency 1 kHz).

実施例 2 スズテトラエトキシド3.5g、アンチモントリ
エトキシド0.3g、プロピオン酸1.5gをイソプロ
ピルアルコール10mlに溶解させた。この溶液を用
いて実施例1と同じ操作を行つたところ、アンチ
モンを含む酸化スズ薄膜が得られた。この薄膜は
実施例1におけるものと同様無色透明な薄膜で、
基板との接着が強固なものであつた。膜の厚さは
800Åで、シート抵抗値は13.5kΩ/□であつた。
Example 2 3.5 g of tin tetraethoxide, 0.3 g of antimony triethoxide, and 1.5 g of propionic acid were dissolved in 10 ml of isopropyl alcohol. When the same operation as in Example 1 was performed using this solution, a tin oxide thin film containing antimony was obtained. This thin film is a colorless and transparent thin film similar to that in Example 1,
The adhesion to the substrate was strong. The thickness of the membrane is
At 800 Å, the sheet resistance value was 13.5 kΩ/□.

実施例 3 ジルコニウムテトライソプロポキシド3g、サ
ルチル酸1.2gをメチルエチルケトン15mlに溶解
し、以下実施例1と同じ操作を行うことにより、
無色透明で、基板との接着の強固な酸化ジルコニ
ウムの薄膜が得られた。
Example 3 3 g of zirconium tetraisopropoxide and 1.2 g of salicylic acid were dissolved in 15 ml of methyl ethyl ketone, and the same operation as in Example 1 was carried out,
A colorless and transparent zirconium oxide thin film with strong adhesion to the substrate was obtained.

以上の記載に明らかなように、本発明によれ
ば、水分等に対して不安定な金属アルコレート溶
液を安定化することができ、ガラス基板をはじめ
各種基板上に種々の金属酸化物薄膜を安定に形成
することができるものである。これにより、経済
的でもあり、操作が容易であるにもかかわらず、
不安定であるために金属酸化物薄膜形成材料とし
て工業的に使用することが困難であつた金属アル
コレートが使用可能になり、導電性薄膜、抵抗性
薄膜、絶縁性薄膜、高誘電率薄膜など広範囲の金
属酸化物薄膜を、容易に、かつ極めて低コストに
形成できるようになつた。すなわち、例えば、液
晶表示素子における金属酸化物薄膜の形成、EL
表示素子における高誘電率絶縁層や高誘電率発光
層の形成、薄膜ハイブリツド回路の薄膜抵抗、薄
膜コンデンサ、および絶縁性薄膜の形成などに適
用して、その製造原価を大幅に低減できるもので
あり従つて、本発明の工業的価値は極めて大なる
ものである。
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to stabilize metal alcoholate solutions that are unstable against moisture, etc., and to form various metal oxide thin films on various substrates including glass substrates. It can be formed stably. This makes it economical and easy to operate.
Metal alcoholates, which were difficult to use industrially as materials for forming metal oxide thin films due to their instability, can now be used for conductive thin films, resistive thin films, insulating thin films, high dielectric constant thin films, etc. It has become possible to form a wide range of metal oxide thin films easily and at extremely low cost. That is, for example, the formation of metal oxide thin films in liquid crystal display elements, EL
It can be applied to the formation of high dielectric constant insulating layers and high dielectric constant light emitting layers in display devices, thin film resistors in thin film hybrid circuits, thin film capacitors, and insulating thin films, and can significantly reduce manufacturing costs. Therefore, the industrial value of the present invention is extremely large.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 金属アルコレートの有機溶媒溶液中に、金属
アルコレートの安定剤として、カルボン酸、フエ
ノール、およびフエノール誘導体よりなる群中よ
り選ばれた少なくとも一種の化合物を添加し、該
添加された溶液を基板に塗布して塗膜を形成し、
この塗膜を形成された基板を高温に加熱して、該
基板上に該金属の酸化物薄膜を形成することを特
徴とする金属酸化物薄膜形成方法。 2 該塗膜を形成された基板を高温に加熱するの
は350〜700℃の範囲の温度で加熱するものである
特許請求の範囲第1項記載の金属酸化物薄膜形成
方法。
[Claims] 1. At least one compound selected from the group consisting of carboxylic acids, phenols, and phenol derivatives is added as a stabilizer for the metal alcoholate into an organic solvent solution of the metal alcoholate, and Apply the added solution to the substrate to form a coating film,
A method for forming a metal oxide thin film, which comprises heating the substrate on which the coating film is formed to a high temperature to form a thin oxide film of the metal on the substrate. 2. The metal oxide thin film forming method according to claim 1, wherein the substrate on which the coating film is formed is heated at a temperature in the range of 350 to 700°C.
JP7298779A 1979-06-12 1979-06-12 Metal oxide thin film forming method Granted JPS55167130A (en)

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