[發明專利]鐵電薄膜的制造方法

無效

• 申請號: 201310085266.6
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103357562A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 飯田慎太郎;櫻井 英章
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: B05D5/12
• 分類號: B05D5/12
• 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

本發明涉及一種利用靜電噴涂法的鐵電薄膜的制造方法，更詳細而言涉及一種材料利用效率非常高，并且具有所希望的膜組織且電性優異的鐵電薄膜的制造方法。

背景技術

DRAM（Dynamic?Random?Access?Memory）、FeRAM（Ferroelectric?Random?Access?Memory）、RF電路等電子器件具備發揮作為電容器（condenser）的作用的電容器(capacitor)，但是隨著近幾年對器件的小型化或高集成化的要求，電容器(capacitor)能夠在器件內所占的面積也越來越窄。電容器具有上部電極、下部電極及介電層夾持于該兩個電極之間的基本結構，電容器具有的靜電容量與介電層的相對介電常數和電極的表面積成比例，另一方面，與兩個電極間距離即介電層等的厚度成反比。由于限制介電層的厚度是有限的，因此為了在有限的占有面積中確保較高的靜電容量，介電層需使用相對介電常數更高的介電材料。

因此，代替以往使用SiO₂、Si₃N₄等的低介電常數的材料，由鈦酸鋇（BaTiO₃）、鈦酸鍶鋇（以下稱為“BST”）、鈦酸鉛（以下稱為“PT”）、鋯鈦酸鉛（以下稱為“PZT”）、在PZT中添加少量鑭的鑭添加鋯鈦酸鉛（以下稱為“PLZT”）等鈣鈦礦型氧化物形成的鐵電薄膜受到關注。作為形成鐵電薄膜的方法，目前為止，除了真空蒸鍍法、濺射法或激光燒蝕法等物理氣相沉積法或、CVD（Chemical?Vapor?Deposition）法等化學氣相沉積法之外，一般廣泛使用溶膠-凝膠法等化學溶液法（Chemical?Solution?Deposition，CSD法）。

尤其，與CVD法或濺射法等相比，溶膠-凝膠法無需真空工藝，因此具有不僅制造成本較低且還容易地在面積較廣的基板上形成之類的優點。而且，通過改變用于形成鐵電薄膜的溶液材料中的組成，容易地將膜中的組成設為理論比率，且可得到極薄的鐵電薄膜，因此作為形成大容量的薄膜電容器等的方法而被期待。基于溶膠-凝膠法的制造方法中，通常，首先進行溶膠-凝膠液的制備，將該制備的溶膠-凝膠液涂布到基板上之后，通過以預定溫度進行燒成等來得到鐵電薄膜。目前為止，在基于上述溶膠-凝膠法的鐵電薄膜的制造方法中，溶膠-凝膠液向基板上的涂布廣泛使用旋涂法等。這是因為，在基于溶膠-凝膠法的鐵電薄膜的制造方法中，例如通過使基板高速旋轉來以離心力去除液體，因此旋涂法在可提高基板面內的膜厚均勻性的觀點上優異。

另一方面，在旋涂法中存在如下問題，將溶膠-凝膠液涂布到基板上時，材料的大部分從基板上飛散而造成浪費，因此材料的利用效率非常差。因此，還研究了利用除旋涂法以外的方法的制造方法等，作為這種方法，例如公開有溶膠-凝膠液向基板上的涂布使用靜電噴涂法（Electrostatic?Spray?Deposition：以下稱為ESD法）的鐵電薄膜的制造方法（例如參考非專利文獻1）。在使用ESD法的鐵電薄膜的制造方法中，向基板上涂布溶膠-凝膠液時，能夠使從毛細管的吐出口噴射的溶膠-凝膠液的大約90%左右堆積到基板上等、材料利用效率非常高，因此尤其在批量生產性或制造成本方面受到關注。

非專利文獻1：Jpn.J.Appl.Phys.Vol41(2002)pp.4317-4320

然而，如上述非專利文獻1的使用ESD法的鐵電薄膜的制造方法遺留有，與使用旋涂法來形成的薄膜相比，在膜質等方面仍然較差等諸多課題。本發明人等經研究確認到，以該非專利文獻1中所記載的方法得到的PZT鐵電薄膜中與使用旋涂法形成的薄膜相比，出現易成為多孔膜且相對介電常數等電性大幅劣化的傾向。認為這是因為，在現階段還不能說使用ESD法的鐵電薄膜的制造方法已經普遍且廣泛地滲透，且尚未充分弄清施加電壓或送液量、及與噴涂溶膠-凝膠液的毛細管的基板間距離等的最佳條件等。并且，該方法中，為了得到適當的取向性，在通過ESD法進行成膜之前進行基于旋涂法的緩沖層的形成。在上述非專利文獻1中所記載的方法中，與僅基于旋涂法的方法相比在材料利用效率方面也較優異，但若需要基于旋涂法的緩沖層的形成，則需要在制造過程中變更成膜裝置等，使工序復雜化，在批量生產性方面反而會造成妨礙。

發明內容

本發明的目的在于提供一種材料的利用效率非常高，并且具有所希望的膜組織且電性優異的鐵電薄膜的制造方法。