[发明专利]PZT系铁电薄膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够适用于电容器、压电元件等的电子组件的PZT系铁电薄膜及其制造方法，更详细而言涉及一种改善了寿命可靠性的PZT系铁电薄膜及其制造方法。

背景技术

近年来，根据电子组件的进一步缩小化的要求，正在进行着将铁电薄膜适用于电容器、压电元件等的电子组件中的研究开发、实用化。在（100）面择优晶体取向的铁电薄膜保有较大的e₃₁压电常数，因此适于驱动器等用途。

钛酸锆酸铅（PZT）具有钙钛矿型结构，且为显示优异的介电特性的铁电体。若将该PZT设为铁电薄膜材料，则能够得到优异的电容器或压电元件。因此，适用使用成膜工艺廉价且可在基板内得到均匀的膜组成的溶胶-凝胶液的化学溶液沉积（CSD，Chemical Solution Deposition）法来成膜PZT系铁电薄膜被普及。另一方面，包括PZT系铁电薄膜的电子组件还需要经得起长期使用，且需要更高的寿命可靠性。因此，根据以往示出有在PZT添加La、Nb等元素而提高寿命可靠性的方法（例如，参考专利文献1、专利文献2）。并且，示出有着眼于PZT系铁电薄膜的膜组织，且采用控制PZT系铁电薄膜的微细组织的结构而改善寿命可靠性的方法（例如，参考专利文献3）。

专利文献1：日本专利公开平10-335596号公报

专利文献2：日本专利公开2009-170695号公报

专利文献3：日本专利公开2012-9800号公报（权利要求1、[0007]段）

但是，根据专利文献1～3中记载的寿命可靠性的改善方法，虽然提供一定程度上长寿命的电容器、压电元件等的电子组件，但需要符合在维持与以往的介质薄膜相等的介电特性的同时，确保更高寿命可靠性的要求，发明人等进行深入研究的结果，完成了本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种维持与以往的介质薄膜相等的介电特性的同时，具备更高的寿命可靠性的PZT系铁电薄膜及其制造方法。

本发明的第1方案为PZT系铁电薄膜，如图1所示，其形成于具有结晶面沿（111）轴向取向的下部电极11的基板10的下部电极11上，其特征在于，PZT系铁电薄膜具备：取向控制层12，形成于下部电极11上且择优晶体取向被控制在（100）面，层厚在45nm～150nm的范围内；及膜厚调整层13，形成于取向控制层12上且具有与取向控制层12的晶体取向相同的晶体取向，在取向控制层12与膜厚调整层13之间具有界面14。

本发明的第2方案为基于第1方案的PZT系铁电薄膜，进一步的特征在于，存在于取向控制层12的晶粒的定方向最大径的平均值在200nm～5000nm的范围内。

本发明的第3方案为基于第1或第2方案的PZT系铁电薄膜，进一步的特征在于，PZT系铁电薄膜的膜厚在100nm～5000nm的范围内。

本发明的第4方案为基于第3方案的PZT系铁电薄膜，进一步的特征在于，PZT系铁电薄膜为电容器用且PZT系铁电薄膜的膜厚在100nm～500nm的范围内。

本发明的第5方案为基于第3方案的PZT系铁电薄膜，进一步的特征在于，PZT系铁电薄膜为压电元件用且PZT系铁电薄膜的膜厚在1000nm～5000nm的范围内。

本发明的第6方案为PZT系铁电薄膜的制造方法，其在具有结晶面沿（111）轴向取向的下部电极11的基板10的下部电极11上，涂布PZT系铁电薄膜形成用组合物，进行临时烧成后正式烧成来使其结晶化，从而在下部电极11上制造PZT系铁电薄膜，该方法的特征在于，在下部电极11上涂布一部分PZT系铁电薄膜形成用组合物，进行临时烧成及正式烧成来形成取向控制层12，在取向控制层12上涂布剩余部分PZT系铁电薄膜形成用组合物，进行临时烧成及正式烧成来形成具有与所述取向控制层的晶体取向相同的晶体取向的膜厚调整层13，并且控制形成取向控制层12时的临时烧成和正式烧成，以使取向控制层12与膜厚调整层13之间具有界面14，将一部分PZT系铁电薄膜形成用组合物的涂布量设定成取向控制层12的结晶化后的层厚在45nm～150nm的范围内，并将取向控制层12的择优晶体取向设为（100）面。

本发明的第7方案，其特征在于，提供具有通过基于第6方案的方法制造的PZT系铁电薄膜的薄膜电容器、电容器、集成无源器件（IPD）、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、超声波马达或LC噪声滤波器元件的复合电子组件。