[发明专利]PZT系铁电薄膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够适用于电容器、压电元件等的电子组件的PZT系铁电薄膜及其制造方法，更详细而言涉及一种改善了寿命可靠性的PZT系铁电薄膜及其制造方法。

背景技术

近年来，根据电子组件、电子器件尺寸进一步缩小化的要求，正在进行着将铁电薄膜适用于电容器、压电元件等电介质而构成的电子组件、电子器件中的研究开发、实用化。其中，（111）面择优晶体取向的铁电薄膜具有通用性，不用说基本介电特性，其特征尤其在于，较高绝缘耐压性。但是，锆钛酸铅（PZT）具有钙钛矿型结构，是一种显示优异的介电特性的铁电体。若将该PZT作为电介质薄膜材料，则能够得到优异的上述电子组件、电子器件。

因此正在实用化的是如下技术，即适用成膜工艺廉价且能够在基板内得到均匀膜组成的使用溶胶-凝胶液的化学溶液沉积（CSD，Chemical Solution Deposition）法来成膜上述电子组件用的PZT系铁电薄膜。另一方面，（111）面择优晶体取向的铁电薄膜由于其通用性在各种领域、环境中使用，因此需要更高寿命可靠性的改善。

为此，以往以来提示了在PZT添加La、Nb等元素来改善寿命可靠性的方法（例如，参考专利文献1、专利文献2）。并且，提示了采用着眼于PZT系铁电薄膜的膜组织控制PZT系铁电薄膜的微细组织的结构来改善寿命可靠性的方法（例如，参考专利文献3）。

专利文献1：日本专利公开平10-335596号公报

专利文献2：日本专利公开2009-170695号公报

专利文献3：日本专利公开2012-9800号公报（权利要求1、[0007]段）

但是，根据专利文献1～3提示的PZT系铁电薄膜的寿命可靠性的改善方法，虽然能够一定程度上延长上述电子组件、电子器件的寿命，但需要符合在维持与以往的PZT系铁电薄膜相等的介电特性的同时确保更高寿命可靠性的要求。因此，本发明人等进行深入研究的结果，完成了本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种维持与以往的PZT系铁电薄膜相等的介电特性的同时，具备更高的寿命可靠性的PZT系铁电薄膜及其制造方法。

本发明的第1方案为PZT系铁电薄膜，如图1所示，其形成于具有结晶面沿（111）轴向取向的下部电极11的基板10的下部电极11上，其特征在于，PZT系铁电薄膜具备：取向控制层12，形成于下部电极11上且择优晶体取向被控制在（111）面，层厚在45nm～270nm的范围内；及膜厚调整层13，形成于取向控制层12上且具有与取向控制层12的晶体取向相同的晶体取向，在取向控制层12与膜厚调整层13之间具有界面14。

本发明的第2方案为基于第1方案的发明，进一步的特征在于，存在于取向控制层12的晶粒的定方向最大径的平均值在200nm～5000nm的范围内。

本发明的第3方案为基于第1方案的发明，进一步的特征在于，存在于取向控制层12的晶粒的定方向最大径的平均值在低于200nm的范围内。

本发明的第4方案为基于第3方案的发明，其特征在于，在下部电极11上隔着粒径控制层15形成取向控制层12。

本发明的第5方案为基于第1至第4方案的发明，其特征在于，PZT系铁电薄膜的膜厚在100nm～5000nm的范围内。

本发明的第6方案为基于第3方案的发明，其特征在于，PZT系铁电薄膜用于电容器且PZT系铁电薄膜的膜厚在100nm～500nm的范围内。

本发明的第7方案为基于第3方案的发明，其特征在于，PZT系铁电薄膜用于压电元件且PZT系铁电薄膜的膜厚在1000nm～5000nm的范围内。

本发明的第8方案为PZT系列铁电薄膜的制造方法，在具有结晶面沿（111）轴向取向的下部电极11的基板10的下部电极11上，涂布PZT系铁电薄膜形成用组合物，进行了临时烧成后正式烧成来结晶化，从而在下部电极11上制造PZT系铁电薄膜，该方法的特征在于，在下部电极11上涂布一部分PZT系铁电薄膜形成用组合物，进行临时烧成及正式烧成来形成取向控制层12，在取向控制层12上涂布剩余部分PZT系铁电薄膜形成用组合物，进行临时烧成及正式烧成来形成具有与取向控制层12的晶体取向相同的晶体取向的膜厚调整层13，控制形成取向控制层12时的临时烧成和正式烧成，以使取向控制层12与膜厚调整层13之间具有界面14，将一部分PZT系铁电薄膜形成用组合物的涂布量设定成取向控制层12的结晶化后的层厚在45nm～270nm的范围内，使取向控制层12的择优晶体取向为（111）面。