電介質(zhì)層及電介質(zhì)層的制造方法、以及固態(tài)電子裝置及固態(tài)電子裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種電介質(zhì)層及電介質(zhì)層的制造方法、以及固態(tài)電子裝置及固態(tài)電子裝置的制造方法。
【背景技術(shù)】
以往，在固態(tài)電子裝置方面，開發(fā)了一種具備可期待高速動作的強電介質(zhì)薄膜的裝置。作為固態(tài)電子裝置所使用的電介質(zhì)材料，現(xiàn)在盛行開發(fā)金屬氧化物，作為不含有Pb且可在較低溫下燒成的介電陶瓷，可列舉BiNb04。關(guān)于該BiNbO4,已有報告說通過固相生長法形成的BiNbO4的介電特性(非專利文獻I)。另外，雖然申請還沒有被公布，但本申請的申請人申請了涉及進一步謀求制造工藝的簡化并具備較高絕緣性和相對介電常數(shù)、并且具有某種特殊結(jié)晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶相且由鉍(Bi)和鈮(Nb)形成的氧化物層(可含有不可避免的雜質(zhì))及其制造方法的發(fā)明(專利文獻I及2)。
現(xiàn)有技術(shù)文獻:
專利文獻
專利文獻1:日本國特開2011-245915 專利文獻2:日本國特開2011-245916 非專利文獻
非專利文南犬 1:Effect of phase transit1n on the microwave dielectricproperties of BiNbO4, Eung Soo Kim，Woong Choi，Journal of the European CeramicSociety 26(2006)1761-1766

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明要解決的課題
但是，由于通過作為現(xiàn)有技術(shù)的固相成長法形成的BiNbO4所引起的電介質(zhì)的相對介電常數(shù)不高，因此用作層疊電容器的電介質(zhì)時，需要進一步提高介電特性。另外，可適用于各種固態(tài)電子裝置(例如，半導體裝置、或微機電系統(tǒng))而不限于層疊電容器的高性能的電介質(zhì)的開發(fā)也受到產(chǎn)業(yè)界的強烈期待。
另外，現(xiàn)有技術(shù)中，由于使用真空處理或光刻法的工藝等通常為需要較長時間和/或昂貴設(shè)備的工藝，因此原材料和制造能源的使用效率非常差。在采用上述的制造方法的情況下，由于為了制造層疊電容器需要較多的處理和較長的時間，因此從工業(yè)性及量產(chǎn)性的觀點來看并不優(yōu)選。另外，現(xiàn)有技術(shù)也存在大面積化比較困難的問題。
本申請人到目前為止申請的發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述各技術(shù)課題提出了幾種解決手段，但面向?qū)盈B電容器或上述其他各種固態(tài)電子裝置所采用的電介質(zhì)及電極最優(yōu)化的研究及開發(fā)尚處于發(fā)展階段。
解決課題的方法本發(fā)明通過解決上述各問題中的至少一個問題，實現(xiàn)氧化物至少適用于電介質(zhì)層的層疊電容器或上述其他各種固態(tài)電子裝置的高性能化、或這種層疊電容器或上述其他的各種固態(tài)電子裝置的制造工藝的簡化和節(jié)能化。其結(jié)果，本發(fā)明在提供工業(yè)性及量產(chǎn)性優(yōu)異的層疊電容器或上述其他各種固態(tài)電子裝置的方面貢獻很大。
本申請發(fā)明者們對于從存在許多的氧化物當中，對層疊電容器或上述其他的各種固態(tài)電子裝置所使用的、可適當?shù)匕l(fā)揮作為電介質(zhì)和/或電極層的功能的氧化物的選擇和組合，反復進行了專研和分析。有趣的是，例如即使在作為電介質(zhì)的氧化物的性能高的情況下，也存在夾入在電極層間時完全無法發(fā)揮作為電介質(zhì)的性能的高度的情況，或是幾乎不發(fā)揮作為電介質(zhì)的功能的情況。
但是，本申請發(fā)明者們通過許多反復試驗和失敗與詳細分析后，發(fā)現(xiàn)藉由將層疊電容器或上述其他各種固態(tài)電子裝置所使用的電介質(zhì)與某特定的氧化物層組合而形成的特殊的層疊結(jié)構(gòu)，能夠適當?shù)匕l(fā)揮電介質(zhì)層的性能。另外，發(fā)現(xiàn)若采用該特殊的結(jié)構(gòu)，則可通過將該電介質(zhì)層夾入電極層間，換言之，可以說以成為夾層結(jié)構(gòu)的方式配置，作為其他方案能夠進一步有效地發(fā)揮電介質(zhì)層的性能。另外，本申請發(fā)明者們也還發(fā)現(xiàn)了通過具備至少一層這種電介質(zhì)層，可以實現(xiàn)層疊電容器或上述其他各種固態(tài)電子裝置的高性能化。
另外，發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)通過對電極層也使用特定的氧化物層，由此電極層及電介質(zhì)層均用氧化物層來形成。另外，發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)這些特定的電介質(zhì)層和/或電極層可以成為進一步謀求簡化制造工藝的材料。本發(fā)明基于上述各觀點而創(chuàng)造。
本發(fā)明之一的電介質(zhì)層包括第一氧化物層31與第二氧化物層32的層疊氧化物，其中所述第一氧化物層31通過由鉍(Bi)和鈮(Nb)形成的氧化物、或由鉍(Bi)和鋅(Zn)和鈮(Nb)形成的氧化物(可含有不可避免的雜質(zhì))構(gòu)成，所述第二氧化物層32由選自由鑭(La)和鉭(Ta)形成的氧化物、由鑭(La)和鋯(Zr)形成的氧化物、及由鍶(Sr)和鉭(Ta)形成的氧化物中的一種氧化物(可含有不可避免的雜質(zhì))構(gòu)成。
該電介質(zhì)層包括由上述特定的第一氧化物層和上述特定的第二氧化物層層疊而成的層疊氧化物。此處，從發(fā)明者們的研究的結(jié)果得知，第一氧化物具有較高的介電常數(shù)，但漏電流值大且表面的平坦性低。另外還得知，第二氧化物具有較低的介電常數(shù)，但漏電流值非常小且表面平坦性優(yōu)異。而且，有趣的是，發(fā)明者們針對由第一氧化物層和第二氧化物層層疊而成的層疊氧化物進行調(diào)查和分析后，獲得了如下結(jié)果:認為就該層疊氧化物而言，在漏電流值及平坦性方面應(yīng)用了第二氧化物的優(yōu)點，而在介電常數(shù)方面應(yīng)用了第一氧化物的優(yōu)點。
另外，本發(fā)明之一的固態(tài)電子裝置具備電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層包括第一氧化物層31與第二氧化物層32的層疊氧化物，其中所述第一氧化物層31通過由鉍(Bi)和鈮(Nb)形成的氧化物、或由鉍(Bi)和鋅(Zn)和鈮(Nb)形成的氧化物(可含有不可避免的雜質(zhì))構(gòu)成，所述第二氧化物層32由選自由鑭(La)和鉭(Ta)形成的氧化物、由鑭(La)和鋯(Zr)形成的氧化物、及由鍶(Sr)和鉭(Ta)形成的氧化物中的一種氧化物(可含有不可避免的雜質(zhì))構(gòu)成。
該固態(tài)電子裝置具備包含由上述特定的第一氧化物層和上述特定的第二氧化物層層疊而成的層疊氧化物的電介質(zhì)層。此處，從發(fā)明者們的研究的結(jié)果得知，第一氧化物的介電常數(shù)較高，但漏電流值大且表面的平坦性低。另外還得知，第二氧化物的介電常數(shù)較低，但漏電流值非常小且表面平坦性優(yōu)異。而且，有趣的是，發(fā)明者們針對由第一氧化物層和第二氧化物層層疊而成的層疊氧化物進行調(diào)查和分析后，獲得了如下結(jié)果:認為就層疊氧化物而言，在漏電流值及平坦性方面應(yīng)用了第二氧化物的優(yōu)點，在關(guān)于介電常數(shù)方面應(yīng)用了第一氧化物的優(yōu)點。
此外，上述固態(tài)電子裝置的適合的另一方案為其一部分具備電極層與上述電介質(zhì)層分別層疊一層的結(jié)構(gòu)。
另外，作為上述固態(tài)電子裝置的另一方案，進一步以夾住上述電介質(zhì)層的至少一部分的方式配置的上述電極層為選自由鑭(La)和鎳(Ni)形成的氧化物、由銻(Sb)和錫(Sn)形成的氧化物、及由銦(In)和錫(Sn)形成的氧化物中的一種電極層用氧化物(可含有不可避免的雜質(zhì))，其為優(yōu)選的一個方案。由此，可實現(xiàn)電介質(zhì)層及電極層用氧化物均以氧化物形成的高性能的固態(tài)電子裝置(特別優(yōu)選層疊電容器)。
對于本發(fā)明之一的電介質(zhì)層的制造方法，進行下面的各步驟:(I)第一氧化物層形成步驟及(2)第二氧化物層形成步驟。
(1)在第一氧化物層形成步驟中，將以前驅(qū)體溶液作為起始材料的第一前驅(qū)體層在含氧氣氛中加熱，由此形成由所述鉍(Bi)和所述鈮(Nb)、或所述鉍(Bi)和所述鋅(Zn)和所述鈮(Nb)形成的第一氧化物層(可含有不可避免的雜質(zhì))，其中，所述第一前驅(qū)體溶液為以含鉍(Bi)的前驅(qū)體及含鈮(Nb)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液，或以含鉍(Bi)的前驅(qū)體、含鋅(Zn)的前驅(qū)體、及含鈮(Nb)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液。
(2)在第二氧化物層形成步驟中，將以第二前驅(qū)體溶液作為起始材料的第二前驅(qū)體層在含氧氣氛中加熱，由此在上述第一氧化物層的上方或下方形成由所述鑭(La)和所述鉭(Ta)、所述鑭(La)和所述鋯(Zr)、或所述鍶(Sr)和所述鉭(Ta)形成的第二氧化物層(可含有不可避免的雜質(zhì))，其中，所述第二前驅(qū)體溶液為選自以含鑭(La)的前驅(qū)體及含鉭(Ta)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液，以含鑭(La)的前驅(qū)體及含鋯(Zr)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液，及以含鍶(Sr)的前驅(qū)體及含鉭(Ta)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液中的一種。
此外，也可以在各步驟間進行基板的移動或檢查等與本發(fā)明的主旨無關(guān)的步驟。
根據(jù)該電介質(zhì)層的制造方法，可通過不使用光刻法的較簡單的處理(例如，噴墨法、網(wǎng)版印刷法、凹版/凸版印刷法、或納米壓印法)來形成第一氧化物及第二氧化物。另外，大面積化也變得容易。因此，通過該電介質(zhì)層的制造方法，能夠提供工業(yè)性及量產(chǎn)性優(yōu)異的電介質(zhì)層的制造方法。
另外，在本發(fā)明之一的固態(tài)電子裝置的制造方法中，進行下面的各步驟:(I)第一氧化物層形成步驟及(2)第二氧化物層形成步驟的。
(1)在第一氧化物層形成步驟中，將以第一前驅(qū)體溶液作為起始材料的第一前驅(qū)體層在含氧氣氛中加熱，由此形成由所述鉍(Bi)和所述鈮(Nb)、或所述鉍(Bi)和所述鋅(Zn)和所述鈮(Nb)形成的第一氧化物層(可含有不可避免的雜質(zhì))，其中，所述第一前驅(qū)體溶液為以含鉍(Bi)的前驅(qū)體及含鈮(Nb)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液，或以含鉍(Bi)的前驅(qū)體、含鋅(Zn)的前驅(qū)體、及含鈮(Nb)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液。
(2)在第二氧化物層形成步驟中，將以第二前驅(qū)體溶液作為起始材料的第二前驅(qū)體層在含氧氣氛中加熱，由此在上述第一氧化物層的上方或下方形成由所述鑭(La)和所述鉭(Ta)、所述鑭(La)和所述鋯(Zr)、或所述鍶(Sr)和所述鉭(Ta)形成的第二氧化物層(可含有不可避免的雜質(zhì))，其中，所述第二前驅(qū)體溶液為選自以含鑭(La)的前驅(qū)體及含鉭(Ta)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液，以含鑭(La)的前驅(qū)體及含鋯(Zr)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液，及以含鍶(Sr)的前驅(qū)體及含鉭(Ta)的前驅(qū)體為溶質(zhì)的前驅(qū)體溶液中的一種。
此外，也可以在各步驟間進行基板的移動或檢查等與本發(fā)明的主旨無關(guān)的步驟。
根據(jù)該固態(tài)電子裝置的制造方法，可通過不使用光刻法的較簡單的處理(例如，噴墨法、網(wǎng)版印刷法、凹版/凸版印刷法、或納米壓印法來形成第一氧化物及第二氧化物。另外，大面積化也變得容易。因此，通過該固態(tài)電子裝置的制造方法，能夠提供工業(yè)性及量產(chǎn)性優(yōu)異的固態(tài)電子裝置的制造方法。
另外，對于本發(fā)明的固態(tài)電子裝置的制造方法的另一方案，上述各步驟(I)第一氧化物層形成步驟及上述(2)第二氧化物層形成步驟，可在第一電極層形成步驟和第二電極層形成步驟之間進行，其中，所述第一電極層形成步驟用于形成第一電極層，所述第二電極層形成步驟用于以在第二電極層與所述第一電極層之間夾住第一氧化物層和第二氧化物層的方式形成第二電極層。另外，該第一電極層形成步驟、上述(I)第一氧化物層形成步驟、上述(2)第二氧化物層形成步驟、及該第二電極層形成步驟分別進行一次也是可采用的方式。
另外，作為上述固態(tài)電子裝置的制造方法的其他方案，進一步地，形成第一電極層的步驟和/或形成第二電極層的步驟，是將以電極層用前驅(qū)體溶液作為起始材料的電極層用前驅(qū)體層在含氧的氣氛中加熱，由此形成作為由該鑭(La)和該鎳(Ni)形成的氧化物、由該銻(Sb)和該錫(Sn)形成的氧化物、或由該銦(In)和該錫(Sn)形成的