[发明专利]PZT铁电体膜的形成方法

说明书

本发明包括下述的工序：涂布PZT铁电体膜形成用液体组合物的工序；将涂布液体组合物而得的膜干燥的工序；对已干燥的膜在含氧气氛下以150～200℃的温度进行紫外线照射的工序；以及，将涂布工序、干燥工序及紫外线照射工序进行1次或2次以上之后，在含氧气氛下以0.5℃/秒以上的速度升温、或在不含氧气氛下以0.2℃/秒以上的速度升温，并保持于400～500℃的温度，由此将经紫外线照射的铁电体膜前体膜煅烧而结晶的工序。其中，设定液体组合物的每1次的涂布量，使得每涂布1次的铁电体膜的厚度为150nm以上，且在紫外线照射时供给臭氧。

技术领域

本发明涉及基于CSD(Chemical Solution Deposition，化学溶液沉积)法的形成PZT铁电体膜的方法。更详细而言，涉及通过PZT铁电体膜形成用液体组合物(以下，有时也简称为“液体组合物”)的1次涂布形成在煅烧后无龟裂的具有150nm以上厚度、结晶性高、介电特性和压电特性良好的PZT铁电体膜的方法。需说明的是，本国际申请基于2015年8月28日申请的日本国专利申请第168480号(日本特愿2015-168480)要求优先权，日本特愿2015-168480的全部内容援引到本国际申请中。

背景技术

通过CSD法所代表的溶胶-凝胶法制作钙钛矿结构的PZT铁电体膜时，若将包含比化学计量学组成过剩的Pb的铁电体膜的前体膜在通常的条件下(例如，大气中)进行煅烧，则形成称之为烧绿石相的亚稳相。在残留该烧绿石相的状态下无法获得钙钛矿结构的PZT铁电体膜。因此，为了使该烧绿石相转移成钙钛矿相，已知通常必须以600～700℃的高温进行煅烧。

为了避免该高温煅烧，公开了包括下述工序的PZT膜的制造方法：将PZT铁电体膜形成用液体组合物涂布于基板上之后，以300℃以下的温度进行干燥而形成前体膜的工序；及将前述前体膜中的2价铅离子(Pb²⁺)还原成0价铅(Pb⁰)而抑制烧绿石相的生成之后，在氧化性气氛中进行低温煅烧而生成钙钛矿相的工序(例如，参照专利文献1)。该方法的特征在于，还原通过如下进行：将已形成前述前体膜的基板在非氧化性气氛中以5℃/分钟以上的升温速度加热至300℃～450℃；或将已形成前述前体膜的基板在氧化性气氛中以5℃/秒以上的升温速度加热至300℃～450℃。

另一方面，公开了下述的铁电体薄膜的形成方法：在支撑基板的一个表面上涂布由金属醇盐及溶剂构成的溶胶-凝胶液或金属有机试剂的溶液，在含有臭氧的气氛气体中对由溶胶-凝胶液或金属有机试剂的溶液形成的涂布膜照射紫外线之后，对支撑基板进行热处理，或在照射紫外线的同时对支撑基板进行热处理(例如，参照专利文献2)。在对制造(Ba_XSr_1-X)TiO₃膜的情形进行说明的专利文献2中，记载了即使用于PZT膜或PLZT膜等其他铁电体薄膜的制造方法中，也可获得同样的效果。另外，在专利文献2中记载了：利用通过紫外线照射而自涂布膜游离的自由基或激活分子与通过氧与紫外线的相互作用而产生的臭氧的光化学反应，可以有效地去除涂布膜中不需要的化合物，因此可以实现热处理工序中对结晶生长阻碍因素少的电特性优异的铁电体薄膜的形成方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-086819号公报(权利要求1、权利要求3、权利要求4、第0006段)；

专利文献2：日本特开平6-234551号公报(权利要求4、权利要求5、第0016段、第0018段)。

发明内容

发明所要解决的课题

上述专利文献1中记载了下述的问题：在以600～700℃的高温进行煅烧的情形下，形成前体膜的基板的种类被限定于可耐受高温煅烧的种类，以及在各种电子部件的集成电路等上形成PZT铁电体膜的情形下，高温煅烧会对构成电路的金属布线、各种设备造成损伤，同时在PZT铁电体膜与基板之间产生内部扩散。