[發明專利]鐵電薄膜的制造方法

有效

• 申請號: 201210151102.4
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102790169A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 渡邊敏昭;櫻井英章;曽山信幸;土井利浩
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01L41/22
• 分類號: H01L41/22;H01L21/24;H01L41/187
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

技術領域

本發明涉及簡便地制造晶體取向被擇優控制為（100）面的鐵電薄膜的方法。

背景技術

近年來，出于對電子設備尺寸進一步縮小化的要求，將鐵電薄膜用作電容器、壓電元件的開發盛行。

鋯鈦酸鉛（PZT）為具有鈣鈦礦結構并表現出優異的介電特性的鐵電。為了得到將該PZT作為電介質薄膜材料的薄膜電容器，由于成膜工藝廉價并可在基板面內得到均勻的膜組成，因此使用溶膠凝膠液的CSD（chemical?solution?deposition，化學溶液沉積）法受到注目。

通過使用溶膠凝膠液的CSD法對這種鐵電薄膜進行成膜時，在基板上形成晶面在（111）軸向取向的鉑、銥作為下部電極，在該下部電極之上形成鐵電薄膜，從而能夠依賴于下部電極的（111）軸向，得到使晶體取向擇優為（111）面的鐵電薄膜。由于這種使晶體取向擇優為（111）面的鐵電薄膜具有高絕緣耐壓和高壽命可靠性，因此適于集成無源器件（IPD，Integrated?Passive?Device，）、非易失性存儲器等用途。

另外，已知為了在（111）軸向取向的下部電極之上，使晶體取向擇優為（100）面、（110）面，使用與鐵電薄膜不同的物質作為晶種層，或者導入與鐵電薄膜不同的物質作為難以受到下部電極的影響的緩沖層。由于使晶體取向擇優為（100）面的鐵電薄膜具有大的e31壓電常數，因此適于致動器等用途。進而，由于使晶體取向擇優為（110）面的鐵電薄膜具有大的介電系數，因此適于電容器等用途。

作為導入緩沖層的技術，公開了一種鐵電膜的制造方法（例如，參考專利文獻1：特開2011-29399號公報。權利要求7、段落【0003】、【0022】~【0026】、【0039】、圖1)。該鐵電膜的制造方法具備：在基板上形成向規定的晶面取向的基底膜的工序；在基底膜上形成碳膜的工序；在碳膜上形成包含鐵電材料的非晶質薄膜的工序；以及通過加熱使非晶質薄膜結晶，從而在基底膜上形成鐵電膜的工序。通過該方法制造的鐵電膜在與規定的晶面不同的晶面取向，鐵電材料包括以下材料中的至少一種：選自鈣鈦礦及鉍層狀結構氧化物、超導氧化物、鎢青銅結構氧化物、CaO、BaO、PbO、ZnO、MgO、B₂O₃、Al₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、Cr₂O₃、Bi₂O₃、Ga₂O₃、ZrO₂、TiO₂、HfO₂、NbO₂、MoO₃、WO₃和V₂O₅中的至少一種材料；在上述至少一種材料中包含SiO₂的材料；以及在上述至少一種材料中包含SiO₂和GeO₂的材料。在上述專利文獻1中，通過調整形成為緩沖層的碳膜的膜厚，從而控制在該碳膜之上形成的鐵電膜的晶體取向性。具體而言，指出了作為碳膜的DLC（類鉆碳）膜的膜厚x為0nm＜x＜10nm時，PZT的取向性為（111）面＋（001）面取向，DLC膜的膜厚x為x=10nm時，PZT的取向性為（001）面取向，DLC膜的膜厚x為10nm＜x＜100nm時，PZT的取向性為（001）面＋（110）面取向，DLC膜的膜厚x為x=100nm時，PZT的取向性為（110）面取向，以及DLC膜的膜厚x為100nm＜x時，PZT的取向性為弱（110）面取向，以此控制其晶體取向性。

另外，在上述專利文獻1中記載了通過使用在（111）取向的基底電極之上層壓較強地自取向為（001）方向的LaNiO₃而成的層作為緩沖層，從而能夠在其上部得到（001）取向的PZT膜。

但是，上述專利文獻1所示的方法必須經過導入晶種層、緩沖層等復雜的工序，另外包含這種晶種層、緩沖層，有可能致使鐵電薄膜的特性劣化、產生污染等。