PZT系铁电薄膜及其形成方法和复合电子组件技术

本发明专利技术提供一种PZT系铁电薄膜及其形成方法和复合电子组件。所述PZT系铁电薄膜通过如下来形成，即在具有下部电极的基板的该下部电极上涂布一次或两次以上PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，其中，薄膜由从薄膜表面测定时的平均粒径在500～3000nm的范围的PZT系粒子构成，在薄膜表面上的晶界的一部分或全部中析出有平均粒径为20nm以下的与上述PZT系粒子不同性质的微粒。

【技术实现步骤摘要】
PZT系铁电薄膜及其形成方法和复合电子组件
[0001 ] 本专利技术涉及一种用于薄膜电容器的介质层等的PZT系铁电薄膜及其形成方法。更详细而言，涉及一种电特性及寿命特性优异的PZT系铁电薄膜，而且量产性也优异的PZT系铁电薄膜及其形成方法。 本申请对2013年3月29日申请的日本专利申请第2013-73150号主张优先权，并将其内容援用于此。
技术介绍
通过溶胶-凝胶法形成铁电薄膜时，通常在溶胶-凝胶法中会经过预烧结或烧成之类的高温工艺，因此若欲通过增加单次涂布量来得到更厚的膜，则会产生进行烧成等时在膜中产生的拉伸应力增大且在形成后的膜中产生龟裂的问题。 若在形成后的膜中产生龟裂，则铁电薄膜的电特性等会降低，因此，以往在溶胶-凝胶法中，能够通过单次涂布形成的膜的厚度的极限为10nm左右，形成具有厚度的铁电薄膜时，采用反复多次进行组合物的涂布或烧成等的方法。但是，该方法会降低生产效率且使制造成本上升。因此，盛行对材料方面的改善，即，对不会产生龟裂就能够使通过单次涂布形成的膜厚更厚的原料溶液的研究和开发。 并且，作为通过溶胶-凝胶法形成铁电薄膜时的课题之一，可举出薄膜的长寿命化。例如，T.Noguchi, et.al.Key.Eng.Mater.1n press (2013)“ Influence of Film Textureon Reliability of Sol-gel Derived PZT Thin-film Capacitors”中报告有如下内容,即通过层叠添加有特异性有机掺杂剂的溶胶-凝胶液，能够制作使晶粒生长的PZT铁电薄膜，所得到的薄膜与以往的以小粒子形成的薄膜相比显示出长寿命。而且，日本特开2012-9800号公报(权利要求1、 段落)中公开有如下铁电薄膜，即着眼于铁电薄膜的膜组织，采用控制薄膜的微细组织的结构，由此提高寿命可靠性。该日本特开2012-9800号公报中示出的铁电薄膜，采用在PZT系的复合金属氧化物A中以规定摩尔比混合Bi或Si等金属氧化物B的混合复合金属氧化物的形态，层叠2~23层的烧成层而构成，并构成为烧成层的厚度t为45~500nm,存在于烧成层中的晶粒的定方向最大径的平均x为200~5000nm,在任一烧成层中均满足1.5t < X < 23t的关系。该日本特开2012-9800号公报中示出的铁电薄膜中，将存在于各烧成层中的晶粒的粒径设为大于以往的通过CSD法制作的薄膜中存在的晶粒的粒径，且层叠多个烧成层来向膜内引入界面，其结果提高薄膜电容器等中的寿命可靠性。 另一方面,上述日本特开2012-9800号公报中不出的铁电薄膜中，向膜内导入提高寿命可靠性的界面，因此必须将烧成层设为多个烧成层，制造工序非常繁杂。并且，上述“Influence of Film Texture on Reliability of Sol-gel Derived PZT Thin-filmCapacitors”等中，为了得到规定膜厚的铁电薄膜，不得不为了防止成膜后产生龟裂而减少每次涂布量，需要多次的涂布工序等，由此尤其在量产性等方面要求进一步改善。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种龟裂的产生较少且具有致密的膜结构的、电特性及寿命特性优异，并且即使增加每次涂布量，龟裂的产生也较少的量产性方面优异的PZT系铁电薄膜及其形成方法。 本专利技术的第I观点为一种PZT系铁电薄膜，其通过如下来形成，即在具有下部电极的基板的该下部电极上涂布一次或两次以上PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，其中，薄膜由从薄膜表面测定时的平均粒径在500~3000nm的范围的PZT系粒子构成，在薄膜表面上的晶界的一部分或全部中析出有平均粒径为20nm以下的与上述PZT系粒子不同性质的微粒。 本专利技术的第2观点为基于第I观点的专利技术，其中，进一步优选每次涂布的薄膜的厚度在100~400nm的范围。 本专利技术的第3观点为基于第I或第2观点的专利技术，其中，进一步优选薄膜的总厚度在100~5000nm的范围。 本专利技术的第4观点为一种PZT系铁电薄膜的形成方法，其在具有下部电极的基板的该下部电极上涂布一次或两次以上含有PZT前驱体的PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，由此在上述下部电极上形成PZT系铁电薄膜，其中，相对于该组合物中所含的Ti及Zr的总计10mol，上述组合物包含105~115mol的Pb，相对于I摩尔的所述PZT前驱体，上述组合物包含以单体换算计为0.15~0.50摩尔的高分子化合物。 本专利技术的第5观点为基于第4观点的专利技术，其中，进一步优选以每次涂布的薄膜的厚度成为100~400nm范围的方式设定组合物的单次涂布量。 本专利技术的第6观点为基于第4或第5观点的专利技术，其中，进一步优选通过涂布一次或两次以上组合物来得到总厚度在100~5000nm范围的PZT系铁电薄膜。 本专利技术的第7观点为具有第I至第3观点的PZT系铁电薄膜或以第4至第6观点的方法形成的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、电气开关、光学开关或LC噪声滤波器元件的复合电子组件。 本专利技术的第I观点的PZT系铁电薄膜通过如下来形成，即在具有下部电极的基板的该下部电极上涂布一次或两次以上PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，其中，薄膜由从薄膜表面测定时的平均粒径在500~3000nm的范围的PZT系粒子构成，在薄膜表面上的晶界的一部分或全部中析出有平均粒径为20nm以下的与上述PZT系粒子不同性质的微粒。由此，本专利技术的PZT系铁电薄膜，其龟裂的产生非常少且具有致密的膜结构，因此电特性及寿命可靠性优异。并且，通过相对介电常数的提高，能够作为薄膜电容器而提高容量密度。 本专利技术的第2观点的PZT系铁电薄膜中，每次涂布的薄膜的厚度在100~400nm的范围。由此，能够在薄膜表面上的晶界的一部分或全部中析出平均粒径为20nm以下的与上述PZT系粒子不同性质的微粒。并且，由于可如此通过单次涂布得到数百nm以上的膜厚，因此量产性也优异。 本专利技术的第3观点的PZT系铁电薄膜中，薄膜的总厚度在100~5000nm的范围。该薄膜与以往的通过溶胶-凝胶法得到的PZT系铁电薄膜相比，虽然涂布次数等制造工序数较少，但是电特性及寿命可靠性仍优异，且为具有一定厚度的膜，因此量产性非常优异。 本专利技术的第4观点的PZT系铁电薄膜的形成方法中，在具有下部电极的基板的该下部电极上涂布一次或两次以上含有PZT前驱体的PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，由此在上述下部电极上形成PZT系铁电薄膜，其中，相对于该组合物中所含的Ti及Zr的总计10mol，上述组合物包含105~115mol的Pb，相对于I摩尔的所述PZT前驱体，上述组合物包含以单体换算计为0.15~0.50摩尔的高分子化合物。由此，能够形成龟裂的产生较少，且具有致密的膜结构的电特性优异，而且能够实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种PZT系铁电薄膜，其通过如下来形成，即在具有下部电极的基板的所述下部电极上涂布一次或两次以上PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，所述PZT系铁电薄膜的特征在于，所述薄膜由从所述薄膜表面测定时的平均粒径在500～3000nm的范围的PZT系粒子构成，在所述薄膜表面的晶界的一部分或全部中析出有平均粒径为20nm以下的与所述PZT系粒子不同性质的微粒。

【技术特征摘要】
2013.03.29 JP 2013-0731501.一种PZT系铁电薄膜，其通过如下来形成，即在具有下部电极的基板的所述下部电极上涂布一次或两次以上PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，所述PZT系铁电薄膜的特征在于， 所述薄膜由从所述薄膜表面测定时的平均粒径在500~3000nm的范围的PZT系粒子构成， 在所述薄膜表面的晶界的一部分或全部中析出有平均粒径为20nm以下的与所述PZT系粒子不同性质的微粒。2.根据权利要求1所述的PZT系铁电薄膜，其中， 每次涂布的所述薄膜的厚度在100~400nm的范围。3.根据权利要求1或2所述的PZT系铁电薄膜，其中， 所述薄膜的总厚度在100~5000nm的范围。4.一种PZT系铁电薄膜的形成方法，其在具有下部电极的基板的所述下部电极上涂布一次或两次以上含有PZT前驱体的PZT系铁电薄膜形成用组合物并进行预烧结之后，通过烧成使其结晶，从而在所述下部电极上形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：土井利浩，樱井英章，曽山信幸，野口毅，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP