[发明专利]氧化物介电体及其制造方法、氧化物介电体的前体以及固体电子装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化物介电体及其制造方法，氧化物介电体的前体以及固体电子装置及其制造方法。

背景技术

以往，便开发有由具有功能性的各种组成所构成的氧化物层。另外，作为具有其氧化物层的固体电子装置的一范例，开发有具备可高速运作的强介电体薄膜的装置。另外，作为用于固体电子装置的介电体材料，不含有Pb，而作为可以较低温来烧结的氧化物层，开发出有BiNbO₄。关于该BiNbO₄被报导有以固相生长法来形成的BiNbO₄的介电特性(非专利文献1)。另外，专利文献中也揭露有所谓1KHz的比介电常数为60以上(最大为180)，且介电常数较高的含铋(Bi)与铌(Nb)的氧化物层(专利文献1及2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第WO2013/069470号

专利文献2：国际公开第WO2013/069471号

非专利文献1：Effect of phase transition on the microwave dielectric properties of BiNbO₄,Eung Soo Kim,Woong Choi,Journal of the European Ceramic Society 26(2006),1761-1766.

发明内容

然而，即便能得到较高介电常数的含铋(Bi)与铌(Nb)的氧化物，为了提高电容、半导体装置或是微机电系统等固体电子装置的性能，便要求要有超越以往所揭露的数值的比介电常数。除此之外，电气特性(例如，包含介电损失(tanδ))的提升等也可说是应加以实现的重要技术课题。在日新月异下谋求各种固体电子装置的小型轻量化中，尤其电容或电容器(以下，统称为电容)的小型轻量化会在产业界被强力地要求。

为了实现电容的小型轻量化，便需要与介电体膜的薄膜化同时地来达成高介电常数化。然而，要确保电容或介电体膜的可靠性以及实现介电体膜的薄膜化及高介电常数化是极为困难的。

另外，其他的固体电子装置的范例在包含有高频滤波器，或贴片天线、半导体装置、微机电系统或是RCL中的至少2个的复合元件中，在谋求小型轻量化当中会被要求例如提升频率特性。

另外，以往技术中，由于真空过程或使用光刻法的过程等一般而言为需要较长时间及/或高价设备的过程，故会使得原材料或制造能量的使用效率变得相当差。在采用上述制造方法的情况，由于为了制造固体电子装置而需要较多的处理与长时间，故从工业性至量产性的观点看来并不佳。另外，以往技术也存在有所谓较难以大面积化的问题。

本发明人至今所申请的发明对以往技术的上述各技术课题提议出几个解决方法，但在实现高性能且高可靠性的固体电子装置上却还有进步空间。

本发明通过解决上述各问题的至少1个，来实现将氧化物至少作为介电体或绝缘体(以下，统称为“介电体”)而使用的固体电子装置的高性能化，或这样的固体电子装置的制造过程的简略化与省能源化。其结果，本发明便会对于工业性至量产性优异的氧化物介电体及具备其氧化物介电体的固体电子装置的提供有较大贡献。

本发明人从大量存在的氧化物中，就能让固体电子装置中的介电体的功能适当地发挥的氧化物的选择及其制造方法而反复努力研究与分析。依发明人详细的分析与探讨，以及大量错误实验的结果，便了解到关于高比介电常数的含铋(Bi)与铌(Nb)的氧化物，通过将这些元素限制在某特定构成比率范围内的方式来形成该氧化物，便可发挥非常高的性能。进一步地，发明人了解到通过将该特定构成比率范围积极地应用于氧化物介电体的制造工序的一部分，便可制造更高精确度且高性能的介电体。

另外，发明人了解到在此氧化物介电体的制造方法中，通过采用不须高真空状态的方法，便可实现廉价且简便的制造工序。除此之外，发明人也一并发现到可将此氧化物层通过使用称为“纳米压印”的“压印”加工法的低价且简便的方法，来加以图案化。其结果，发明人便了解到通过实现高性能的氧化物，并且相较于以往而大幅度地简略化或省能源化，并也容易大面积化的过程，便可形成此氧化物介电体，甚至制造具有这些氧化物介电体的固体电子装置。本发明基于上述各观点来加以完成。

本发明的1个氧化物介电体包含具有烧绿石型结晶结构的结晶相且含铋(Bi)与铌(Nb)的氧化物(可包含不可避免的杂质。以下，本申请中的全部氧化物相同)。另外，该氧化物介电体中在该铋(Bi)原子数为1时，该铌(Nb)原子数为1.3以上1.7以下。