[发明专利]铁电薄膜的制造方法和静电喷涂用液

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用静电喷涂法的铁电薄膜的制造方法，更详细而言，涉及一种利用静电喷涂装置及均匀混合铁电薄膜形成用溶胶-凝胶液和包含与该溶胶-凝胶液相同组成的粉末的分散液的混合液来制造致密且无龟裂的铁电薄膜的方法。

背景技术

DRAM（Dynamic Random Access Memory）、FeRAM（Ferroelectric Random Access Memory）、RF电路等电子器件具备发挥作为电容器（condenser）的作用的电容器（capacitor），但是随着近几年对器件的小型化或高集成化的要求，电容器能够在器件内所占的面积也越来越窄。电容器具有上部电极、下部电极及介电层夹持于该两个电极之间的基本结构，电容器具有的静电容量与介电层的相对介电常数和电极的表面积成比例，另一方面，与两个电极间距离即介电层等的厚度成比例。由于限制介电层的厚度是有限的，因此为了在有限的占有面积中确保较高的静电容量，介电层需使用相对介电常数更高的介电材料。

因此，代替以往使用SiO₂、Si₃N₄等的低介电常数的材料，由钛酸钡（BaTiO₃）、钛酸锶钡（以下称为“BST”）、钛酸铅（以下称为“PT”）、锆钛酸铅（以下称为“PZT”）、在PZT中添加少量镧的镧添加锆钛酸铅（以下称为“PLZT”）等钙钛矿型氧化物形成的铁电薄膜受到关注。作为形成铁电薄膜的方法，目前为止，除了真空蒸镀法、溅射法或激光烧蚀法等物理气相沉积法或、CVD（Chemical Vapor Deposition）法等化学气相沉积法之外，一般广泛使用溶胶-凝胶法等化学溶液法（Chemical Solution Deposition、CSD法）。

尤其，与CVD法或溅射法等相比，溶胶-凝胶法无需真空工艺，因此具有制造成本较低且还容易在面积较广的基板上形成之类的优点。而且，通过改变用于形成铁电薄膜的溶液材料中的组成，容易使膜中的组成为理论比率，且可得到极薄的铁电薄膜，因此作为形成大容量的薄膜电容器等的方法而被期待。基于溶胶-凝胶法的制造方法中，通常，首先进行溶胶-凝胶液的制备，将该制备的溶胶-凝胶液涂布到基板上之后，通过以预定温度进行烧成等来得到铁电薄膜。目前为止，在基于上述溶胶-凝胶法的铁电薄膜的制造方法中，溶胶-凝胶液向基板上的涂布广泛使用旋涂法等。这是因为，旋涂法在基于溶胶-凝胶法的铁电薄膜的制造方法中，例如通过使基板高速旋转来以离心力去除液体，因此在可提高基板面内的膜厚均匀性的观点上优异。

但是，旋涂法中存在如下问题：即将溶胶-凝胶液涂布到基板上时，材料的大部分从基板上飞散而造成浪费，因此材料的利用效率非常差。因此，还研究了利用除旋涂法以外的方法的制造方法等，作为这种方法，已知有例如溶胶-凝胶液向基板上的涂布使用静电喷涂（Electrostatic Spray Deposition：以下称为ESD法）的铁电薄膜的制造方法。使用ESD法的铁电薄膜的制造方法中，向基板上涂布溶胶-凝胶液时，能够使从毛细管的吐出口喷射的溶胶-凝胶液的约90%左右堆积到基板上等，材料的利用效率非常高且成膜速度较快，因此尤其在批量生产性或制造成本方面受到关注。上述ESD法中，公开有如下方法：利用将溶解于溶胶-凝胶液中的金属化合物换算成金属氧化物的质量设为A、将粉末的质量设为B时B相对（A+B）的比率为83%的静电喷涂用液，制作涂布60层来形成的28μm左右的厚膜的高密度PZT铁电薄膜（参考非专利文献1）。

非专利文献1：Journal of the European Ceramic Society(2008),pp.2739-2745

由非专利文献1所示的方法得到的薄膜中观察到致密且无龟裂的组织，但铁电薄膜中存在小于400nm的孔隙，铁电薄膜的表面不均匀，无法良好地成膜。

发明内容

鉴于所涉及的现状，发明人等如下进行深入研究的结果，实现了本发明：在基于ESD法的铁电薄膜的制造方法中使用的静电喷涂用液中也同样能够得到使用基于旋涂法的铁电薄膜的制造方法中适用的如上述的混合液时的优点。

本发明的目的在于提供一种铁电薄膜的制造方法及通过该方法得到的铁电薄膜，该铁电薄膜的制造方法中，在烧成通过静电喷涂吐出均匀混合铁电薄膜形成用溶胶-凝胶液和具有与该溶胶-凝胶液的固体物相同组成且具有可从吐出口吐出的粒径的粉末的混合液来形成的薄膜之后成为致密且无龟裂的铁电薄膜。