[发明专利]PNbZT铁电薄膜的制造方法和复合电子部件

说明书

技术领域

本发明涉及一种PNbZT铁电薄膜的制造方法。详细而言，本发明涉及一种通过溶胶-凝胶法来形成用于薄膜电容器的介质层等的PNbZT铁电薄膜的方法。更详细而言，涉及一种Nb不与硅等一同进行掺杂（以下称作共掺杂）而以高浓度对PZT铁电薄膜进行掺杂，从而大幅提升了相对介电常数等铁电特性的PNbZT铁电薄膜的制造方法等。

本申请对2013年3月26日申请的日本专利申请第2013-063179号主张优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

可知例如通过溶胶-凝胶法等化学溶液沉积法（Chemical Solution Deposition、CSD法）形成由锆钛酸铅（以下称作“PZT”）等钙钛矿型氧化物形成的PZT系铁电薄膜时，若除了Pb等成为主原料的金属元素以外掺杂供体原子来形成，则可提高相对介电常数等铁电特性等（例如参考Jian Zhong et al.“Effect of Nb Doping on Highly｛100｝-Textured PZT Films Grown on CSD-Prepared PbTiO₃Seed Layers”,Integrated Ferroelectrics）。具体而言，采用以三价镧或铋来部分地置换在构成PZT系铁电薄膜的Pb、Ti、Zr原子等中的A位原子的Pb的一部分的方法，或以五价的Nb（铌）或W（钨）来部分地置换在构成PZT系铁电薄膜的Pb、Ti、Zr原子等中的B位原子中的Ti或Zr的方法等。在PZT中添加有少量镧的PLZT等也是其中一例。作为采用这种方法的以往技术，公开有例如作为介质层，利用以组成式Pb(Zr_xTi_yM_z)O₃（其中，M为选自Nb、Ta、V中的至少一种，且x+y+z=1）表示的介质膜的电容器或其制造方法等（例如参考日本特开2005-72474号公报（权利要求1～4、[0008]段、[0061]段））。即，在日本特开2005-72474号公报中所示的方法中，掺杂Nb原子、Ta原子或V原子来形成介质膜。

另一方面，基于溶胶-凝胶法的铁电薄膜的形成与以往的陶瓷合成同样地通过烧成等热平衡工艺来进行。使用热平衡工艺时，若为了保持化合物中的电荷的中性而大量添加价数不同的原子则会有异相析出，从而发生无法以单相获得目标化合物的不良情况。因此，通过溶胶-凝胶法形成铁电薄膜时，例如将五价的Nb等掺杂到PZT系铁电薄膜中时，其掺杂量产生界限。为了克服这些并大量地进行掺杂，在以往的陶瓷合成中采用使受体原子和硅共掺杂的方式。如上述日本特开2005-72474号公报所示，在基于溶胶-凝胶法的铁电薄膜的形成中也同样地采用混合硅等烧结助剂的方法。然而，若使这种Si原子等共掺杂，则无法充分地发挥相对介电常数等铁电特性。并且，“Effect of Nb Doping on Highly｛100｝-Textured PZT Films Grown on CSD-Prepared PbTiO₃Seed Layers”中记载有以4原子%的较高浓度掺杂Nb而形成的铁电薄膜，但以4原子%的比例添加Nb的铁电薄膜与以3原子%的比例添加的铁电薄膜相比，导电率、压电常数显示出较低的特性，几乎未得到通过以高浓度掺杂Nb的效果。认为这是因为，由于是热平衡工艺下的成膜，因此虽然在原料中以高浓度掺杂Nb，但Nb在成膜后的薄膜中未充分地吸收到PZT中。即，“Effect of Nb Doping on Highly｛100｝-Textured PZT Films Grown on CSD-Prepared PbTiO₃Seed Layers”中未公开有通过以高浓度掺杂Nb来提高铁电薄膜的特性这种技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不使硅等共掺杂而使Nb以高浓度掺杂到PZT系铁电薄膜，从而能够大幅提高相对介电常数等铁电特性的PNbZT铁电薄膜的形成方法。