[发明专利]PZT系铁电薄膜的制造方法和PZT系铁电薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用化学溶液沉积（CSD，Chemical Solution Deposition）法在基板上形成比较厚的膜之后，进行临时烧结及烧成来制造PZT系铁电薄膜的方法。

背景技术

近年来，采用着使用CSD法在基板上涂布一次包含PZT系铁电薄膜形成用组合物的溶液来形成每一层为100nm以上的比较厚的膜（厚膜）的PZT系铁电薄膜的方法。这是因为要求提高将PZT系铁电薄膜作为材料的压电元件等的压电特性，且制造更廉价的晶体取向为（100）或（111）的PZT系铁电薄膜的方法。但是，上述通过一次涂布而形成的比较厚的膜在其制造中，膜易产生龟裂且膜密度容易下降。

因此，为了解决这种不良情况，尝试着在PZT系铁电薄膜形成用组合物的溶液中，为了提高该溶液的粘性而添加丙二醇和乙醇等挥发性醇（例如参考专利文献1）。并且，尝试在PZT系铁电薄膜形成用组合物的溶液中，添加DCCA（Drying Control Chemical Additive）或结晶性微粉等（例如参考非专利文献1）。另外，尝试着在PZT系铁电薄膜形成用组合物的溶液中，为了防止龟裂而添加用于缓和应力产生的PVP之类的高分子且通过来自红外线和/或电加热器的热量以一阶段进行临时烧结，接着进行烧成（例如参考非专利文献2）。

专利文献1：日本专利公开2001-261338号公报（权利要求1、[0018]～[0025]段、表1）

非专利文献1：（株）技術情報協会発行「目的を達成するためのゾル－ゲル法における構造制御ノウハウ集」（（株）技术情报协会发行“用于实现目的的溶胶-凝胶法的结构控制技术集”）pp.60-63

非专利文献2：JSol-Gel Technol(2008)47，pp.316-325

发明内容

本发明者等发现，考虑工业化而使用不含有害性较高的2-甲氧基乙醇的溶胶-凝胶液，通过涂布一次PZT系铁电薄膜形成用组合物并形成厚膜，以一阶段临时烧结该厚膜，接着进行烧成时，所得到的PZT系铁电薄膜不会成为致密且晶体取向性较高的薄膜。并且，为了解决该课题，本发明者等以在PZT系铁电薄膜形成用组合物的溶液中加入一定的添加物为前提，对在临时烧结阶段使用红外线为特征的温度模式进行深入研究，结果完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种制造PZT系铁电薄膜的成膜方法，其使用以溶胶-凝胶法为代表的CSD法即使一次性涂布形成每一层为100nm以上的比较厚的膜的PZT系铁电薄膜，并对其进行临时烧结及烧成来成膜，也不会在该PZT系铁电薄膜发生龟裂，而且致密且晶体取向性较高。

本发明的第1方案为，在具有结晶面沿（111）轴向取向的下部电极的基板的所述下部电极上，涂布PZT系铁电薄膜形成用组合物进行临时烧结之后，烧成而结晶化来在所述下部电极上制造PZT系铁电薄膜的方法，该方法的特征在于，所述临时烧结使用红外线进行，且至少包括：第1保持阶段，从0℃～150℃的温度范围内的温度（或室温）升温而保持在200℃～350℃的温度范围内的温度；和第2保持阶段，从所述第1保持阶段的保持温度升温而保持在比所述第1保持阶段的保持温度更高的350℃～500℃的温度范围内的温度。

本发明的第2方案为基于第1方案的发明，其进一步的特征在于，到达所述第1保持阶段的第1升温速度在1℃/秒～10℃/秒的范围内，从所述第1保持阶段升温而到达所述第2保持阶段的第2升温速度在1℃/秒～100℃/秒的范围内。

本发明的第3方案为基于第1或第2方案的发明，其特征在于，所述烧成的保持温度在550℃～800℃的温度范围内，到达所述保持温度的升温速度在2.5℃/秒～150℃/秒的范围内。

本发明的第4方案为基于第1至第3方案中的任一方案的发明，其进一步的特征在于，所述铁电薄膜的膜厚在150nm～400nm的范围内。

本发明的第5方案为具有基于第4方案的PZT系铁电薄膜的薄膜电容器、电容器、集成无源器件、DRAM存储器用电容器、层叠电容器、晶体管的栅极绝缘体、非易失性存储器、热释电型红外线检测元件、压电元件、电光元件、执行器、谐振器、超声波马达或LC噪声滤波器元件的复合电子组件。