[发明专利]铁电薄膜的制造方法

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材料利用效率非常高，并且具有所希望的膜组织且电性优异的铁电薄膜的制造方法。

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(capacitor)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反比。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，因此具有不仅制造成本较低且还容易地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，容易地将膜中的组成设为理论比率，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，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，因此旋涂法在可提高基板面内的膜厚均匀性的观点上优异。

另一方面，在旋涂法中存在如下问题，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，例如公开有溶胶-凝胶液向基板上的涂布使用静电喷涂法（Electrostatic Spray Deposition：以下称为ESD法）的铁电薄膜的制造方法（例如参考非专利文献1）。在使用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-凝胶液的大约90%左右堆积到基板上等、材料利用效率非常高，因此尤其在批量生产性或制造成本方面受到关注。

非专利文献1：Jpn.J.Appl.Phys.Vol41(2002)pp.4317-4320

然而，如上述非专利文献1的使用ESD法的铁电薄膜的制造方法遗留有，与使用旋涂法来形成的薄膜相比，在膜质等方面仍然较差等诸多课题。本发明人等经研究确认到，以该非专利文献1中所记载的方法得到的PZT铁电薄膜中与使用旋涂法形成的薄膜相比，出现易成为多孔膜且相对介电常数等电性大幅劣化的倾向。认为这是因为，在现阶段还不能说使用ESD法的铁电薄膜的制造方法已经普遍且广泛地渗透，且尚未充分弄清施加电压或送液量、及与喷涂溶胶-凝胶液的毛细管的基板间距离等的最佳条件等。并且，该方法中，为了得到适当的取向性，在通过ESD法进行成膜之前进行基于旋涂法的缓冲层的形成。在上述非专利文献1中所记载的方法中，与仅基于旋涂法的方法相比在材料利用效率方面也较优异，但若需要基于旋涂法的缓冲层的形成，则需要在制造过程中变更成膜装置等，使工序复杂化，在批量生产性方面反而会造成妨碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种材料的利用效率非常高，并且具有所希望的膜组织且电性优异的铁电薄膜的制造方法。