[发明专利]铁电薄膜形成用组合物及其制造方法

说明书

本发明提供一种铁电薄膜形成用组合物及其制造方法。本发明的铁电薄膜形成用组合物是通过预烧工序及烧成工序来调整成膜的杨氏模量，且即使每一次的涂膜较厚，烧成时也几乎不发生龟裂而能够获得结晶性较高的薄膜，从而可减少涂膜次数而提高薄膜的制造效率。通过使用铁电薄膜形成用组合物，即使每一次的涂膜较厚，烧成时也几乎不发生龟裂而形成结晶性较高的薄膜，所述铁电薄膜形成用组合物的特征在于，该铁电薄膜形成用组合物是包含铁电薄膜的前驱体、溶剂及反应控制物质，且通过涂膜的预烧及烧成来形成铁电薄膜的组合物，上述反应控制物质的含量是在200℃～300℃的预烧阶段中成膜的杨氏模量为42GPa以下且在400℃～500℃的烧成阶段中成膜的杨氏模量成为55GPa以上的量。

技术领域

本发明涉及一种铁电薄膜形成用组合物及其制造方法，该铁电薄膜形成用组合物是PZT系等铁电薄膜形成用的组合物(溶胶-凝胶液)，即使每一次的涂膜较厚，烧成时也几乎不发生龟裂而能够获得结晶性较高的薄膜，从而可减少涂膜次数而提高薄膜的制造效率。

背景技术

通过溶胶-凝胶法形成薄膜电容器等的电介质层中使用的铁电薄膜时，经过将该薄膜形成用的溶胶-凝胶液涂布于基板上，对该涂膜进行预烧之后进行烧成的制造工序。此时，若要增多一次涂布量而获得更厚的膜，则会有在烧成等时在膜中产生的拉伸应力增大，且在烧成后的薄膜中发生龟裂的问题。

若所形成的薄膜中存在龟裂，则会使电特性等下降，因此以往利用溶胶-凝胶法，通过一次涂布就能够形成的膜厚的界限为100nm左右，在形成具有厚度的铁电薄膜时，重复多次组合物的涂布及烧成等，因此薄膜的制造效率低，导致高成本。

为此，过去一直以来研究通过一次涂布就能够较厚地形成涂膜的原料液，例如专利文献1中，通过在形成含有Ti的金属氧化物薄膜的原料液中添加丙二醇，即使通过一次涂布形成0.2μm以上的厚膜也能够形成不发生龟裂的薄膜。并且，非专利文献1中，通过在铁电薄膜形成用的高浓度溶胶-凝胶液中添加高分子化合物，从而使成膜中所产生的拉伸应力松弛，即使对通过一次涂布形成的涂膜进行加厚也不发生龟裂，能够形成薄膜。

并且，已知使用金属醇盐的金属氧化物薄膜形成用组合物中，在含乙酸等的螯合剂的溶剂中添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或聚乙烯乙酰胺(PNVA)等亲水性高分子而使用，由此通过一次涂布形成膜厚0.5μm以上的薄膜(专利文献2、3)。

专利文献1：日本专利公开2001-261338号公报

专利文献2：日本专利公开2002-255553号公报

专利文献3：日本专利公开2002-274850号公报

非专利文献1：J Sol-Gel Sci Technol(2008)47:316-325

若使用如专利文献1中记载的添加高粘性二醇的原料液或如非专利文献1中记载的添加高分子化合物的原料液，则存在成膜中容易形成空隙，难以获得高品质的铁电薄膜的问题。

并且，使用PVP或PNVA的以往技术是通过与乙酸等的螯合剂一起使用PVP或PNVA来调整液体粘度并形成较厚的被膜，在不含乙酸等的溶剂系中效果不明确，而且PVP或PNVA的使用量较多为金属醇盐的0.2倍摩尔以上，除了龟裂的抑制不足以外，结晶性也不足。

具体而言，即使通过与乙酸等的螯合剂一起使用PVP或PNVA来调整液体粘度，所涂布的被膜在预烧阶段中若被膜的内部应力未被充分松弛，则被膜中容易产生龟裂。并且在被膜的正式烧成阶段中，若被膜不具有充分的硬度，则无法获得结晶性较高的被膜。如此，以往的方法虽通过调整形成铁电薄膜的原料液粘性来较厚地形成涂膜，但即使调整原料液的粘性，也难以充分抑制龟裂。

发明内容