[發明專利]鐵電薄膜及使用該鐵電薄膜的薄膜電容器

有效

• 申請號: 201110375437.X
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN103130502A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 野口毅;櫻井英章;藤井順;渡邊敏昭;曽山信幸
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: C04B35/49
• 分類號: C04B35/49;C04B35/491;C04B35/622
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳萬青;王珍仙

技術領域

本發明涉及一種能夠提高壽命可靠性的鐵電薄膜及使用該鐵電薄膜的薄膜電容器(capacitor)。

背景技術

近年來，根據電子器件尺寸進一步縮小化的要求，盛行將鐵電薄膜作為電容器或壓電元件來使用的開發。

鋯鈦酸鉛(PZT)為具有鈣鈦礦型結構且顯示出優異的介質特性的鐵電體。為了得到將該PZT作為介質薄膜材料的薄膜電容器，使用溶膠-凝膠液的化學溶液沉積(CSD，chemical?solution?deposition)法受到關注，這是因為成膜工藝廉價，能夠在基板面內得到均勻的膜組成。

專利文獻1：日本專利公開平10-335596號公報(段落[0007]～段落[0011])

專利文獻2：日本專利公開2009-170695號公報(段落[0015]～段落[0027])

目前為止，已知能夠通過在PZT中添加La或Nb等元素來改善壽命特性的技術，但關于膜組織的影響的見解并不充分(例如，參考專利文獻1、2)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高壽命可靠性的鐵電薄膜及使用該鐵電薄膜的薄膜電容器。

本發明人等對使用PT系、PZT系或PLZT系鐵電薄膜的薄膜電容器的壽命可靠性進行深入研究的結果，發現能夠通過著眼于鐵電薄膜的膜組織并采取控制薄膜的微細組織的結構來提高壽命可靠性，從而完成了本發明。

本發明的第1觀點為一種鐵電薄膜，其特征在于，其采取如下形態，即由選自Bi、Si、Pb、Ge、Sn、Al、Ga、In、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Nb、Ta、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cd、Li、Na、K、P、B、Ce、Nd、Sm及Cs中的1種或2種以上元素構成的金屬氧化物B混合在由通式：(Pb_xLa_y)(Zr_zTi_(1-z))O₃(式中，0.9＜x＜1.3，0≤y＜0.1，0≤z＜0.9)所示的復合金屬氧化物A中、且金屬氧化物B與復合金屬氧化物A的摩爾比B/A為0≤B/A＜0.1的混合復合金屬氧化物的形態，層疊2～23層的燒成層而構成，燒成層的厚度t為45～500nm，燒成層中存在的晶粒的定方向最大徑的平均x為200～5000nm，燒成層均滿足1.5t＜x＜23t的關系。

本發明的第2觀點為一種使用基于第1觀點的鐵電薄膜的薄膜電容器。

本發明的第3觀點為一種具有基于第1觀點的鐵電薄膜的薄膜電容器(condenser)、電容器、集成無源器件(IPD，Integrated?Passive?Device)、DRAM存儲用電容器(condenser)、層疊電容器(condenser)、晶體管的柵極絕緣體、非易失性存儲器、熱釋電型紅外線檢測元件、壓電元件、電光元件、執行器、諧振器、超聲波馬達或LC噪聲濾波器元件的復合電子零件。

本發明的第4觀點為基于第3觀點的與100MHz以上的頻帶對應的具有鐵電薄膜的薄膜電容器、電容器、IPD、DRAM存儲用電容器、層疊電容器、晶體管的柵極絕緣體、非易失性存儲器、熱釋電型紅外線檢測元件、壓電元件、電光元件、執行器、諧振器、超聲波馬達或LC噪聲濾波器元件的復合電子零件。

本發明的PT系、PZT系或PLZT系鐵電薄膜通過層疊2～23層的燒成層而構成，并設為燒成層的厚度t為45～500nm、燒成層中存在的晶粒的定方向最大徑的平均x為200～5000nm，燒成層均滿足1.5t＜x＜23t的關系的結構，使各燒成層中存在的晶粒的粒徑大于通過以往的CSD法制作的薄膜中存在的晶粒的粒徑，且通過層疊多個燒成層來將界面導入至膜內，由此導入至膜內的界面發揮抑制氧缺陷的遷移率的作用，隨著氧缺陷的遷移率降低而產生最大值的遲延現象。其結果，能夠提高使用該鐵電薄膜的薄膜電容器的壽命可靠性。

附圖說明

圖1是表示本發明的鐵電薄膜的制造工序的圖。

圖2是表示用實施例及比較例制作的薄膜電容器結構的圖。

符號說明

10-Si基板，11-SiO₂層，12-TiO₂層，13-下部Pt電極，14-燒成層，15-鐵電薄膜，16-上部Pt電極。

具體實施方式

以下，對用于實施本發明的方式進行說明。