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    本發明係以製造由非鉛材料所構成之強介電體膜為課題。本發明之一態樣之強介電體膜，係具有K、Na、Nb及O者，詳細而言，係由鈣鈦礦構造所構成之(K1-XNaX)NbO3膜(12)，X滿足下述式：0.3≦X≦0.7。
    公开号:TW201314708A
    申请号:TW101118180
    申请日:2012-05-22
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Takeshi Kijima；Yuuji Honda
    申请人:Youtec Co Ltd；
    IPC主号:H01L28-00
    专利说明:
    強介電體膜、成膜方法及強介電體膜之製造方法
    本發明係關於強介電體膜、成膜方法及強介電體膜之製造方法。
    說明以往之Pb(Zr,Ti)O3(以下，稱為「PZT」)膜之製造方法。
    於4英吋晶圓上形成例如定向於(111)之Pt膜，於此Pt膜上藉由旋轉塗佈器來旋轉塗佈PZT溶膠凝膠溶液。接著，將此經塗佈之PZT溶膠凝膠溶液於加熱板上加熱保持而乾燥，去除水分後，進一步在保持於高溫之加熱板上加熱保持以進行預燒成。重複其複數次，生成PZT非晶質。
    接著，對進行預燒成後之PZT非晶質使用加壓式燈退火装置(RTA：rapidly thermal anneal)進行退火處理而進行PZT結晶化。此經結晶化之PZT膜係由鈣鈦礦構造所構成。(例如參照專利文獻1)
    另一方面，PZT其Tc存在300℃以上，雖具有良好的強介電性與壓電性，但在整體產業界以無鉛為目標當中，達成無鉛化係成為課題。 〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕
    〔專利文獻1〕：WO2006/087777
    如上所述，產業界中，係要求由非鉛材料所構成的強介電體膜的製造。
    本發明之一態樣，係以製造由非鉛材料所構成的強介電體膜作為課題。
    下述之(1)~(22)係為用來說明本發明之複數個態樣者。
    (1)一種強介電體膜，其特徵為具有K、Na、Nb及O。
    (2)如上述(1)之強介電體膜，其中前述強介電體膜為由鈣鈦礦構造所構成之(K1-XNaX)NbO3膜、且X滿足下述式：0.3≦X≦0.7。
    (3)如上述(1)或(2)之強介電體膜，其中前述強介電體膜係藉由溶膠凝膠法而形成。
    (4)如上述(1)至(3)中任一項之強介電體膜，其係具備形成於前述強介電體膜之上及下的至少一者之結晶性氧化物。
    (5)如上述(4)之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物係具有鈣鈦礦構造。
    (6)如上述(4)或(5)之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物之介電率比前述強介電體膜高。
    此處所說之介電率高，意指結晶性氧化物整體之介電率比強介電體膜整體之介電率高，意指所謂的實質介電率。
    (7)如上述(4)至(6)中任一項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物係形成為島狀或膜狀。
    (8)如上述(4)至(7)中任一項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物之厚度為1~30nm。
    此處所說之結晶性氧化物之厚度，當結晶性氧化物僅形成於強介電體膜之上及下的一者時意指其厚度；當結晶性氧化物形成於強介電體膜之上及下兩者時意指該兩者的合計厚度。
    (9)如上述(4)至(8)中任一項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物為Pb(Zr,Ti)O3，前述結晶性氧化物中之Pb的合計質量，相對於前述強介電體膜及前述結晶性氧化物之合計質量，為1000ppm以下。
    (10)一種成膜方法，其特徵為藉由將含有K、Na及Nb之溶膠凝膠溶液以旋轉塗佈法塗佈於基板上，於前述基板上形成塗佈膜，藉由預燒成前述塗佈膜，於前述基板上形成強介電體材料膜。
    (11)如上述(10)之成膜方法，其中前述溶膠凝膠溶液中含有的前述K、Na及Nb之合計濃度為10~50mol/公升。
    (12)如上述(10)或(11)之成膜方法，其中於前述基板上形成強介電體材料膜時，係藉由重複前述塗佈膜之形成及前述預燒成複數次，於前述基板上形成由複數個的塗佈膜所構成的強介電體材料膜。
    (13)一種強介電體膜之製造方法，其特徵為使用如上述(10)至(12)中任一項之成膜方法使強介電體材料膜於基板上成膜，藉由在氧環境熱處理前述強介電體材料膜，使前述強介電體材料膜經結晶化之強介電體膜形成於前述基板上。
    (14)如上述(13)之強介電體膜之製造方法，其中前述熱處理係在0.0993~0.98307MPa之壓力範圍來進行。
    (15)如上述(13)或(14)之強介電體膜之製造方法，其中前述強介電體膜係如上述(1)至(3)中任一項之強介電體膜。
    (16)一種強介電體膜之製造方法，其特徵為藉由旋轉塗佈法於基板上塗佈含有K、Na及Nb之溶膠凝膠溶液，以於前述基板上形成塗佈膜，藉由預燒成前述塗佈膜，於前述基板上形成強介電體材料膜，於前述強介電體材料膜上，形成島狀或膜狀之第1結晶性氧化物或第1結晶性氧化物形成用材料膜，藉由在氧環境熱處理前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜，形成前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜經結晶化之強介電體膜。
    (17)如上述(16)之強介電體膜之製造方法，其中於前述基板上形成塗佈膜之前，於前述基板上預先形成島狀或膜狀之第2結晶性氧化物或第2結晶性氧化物形成用材料膜，且前述塗佈膜，係形成於前述第2結晶性氧化物或前述第2結晶性氧化物形成用材料膜之上。
    (18)一種強介電體膜之製造方法，其特徵為於基板上形成島狀或膜狀之第1結晶性氧化物或第1結晶性氧化物形成用材料膜，藉由旋轉塗佈法，於前述第1結晶性氧化物或前述第1結晶性氧化物形成用材料膜之上塗佈含有K、Na及Nb之溶膠凝膠溶液，以於前述第1結晶性氧化物或前述第1結晶性氧化物形成用材料膜之上形成塗佈膜，藉由預燒成前述塗佈膜，於前述第1結晶性氧化物或前述第1結晶性氧化物形成用材料膜之上形成強介電體材料膜，於前述強介電體材料膜上形成遮蔽膜，一邊在氧環境熱處理前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜，同時以前述遮蔽膜抑制K及Na由前述強介電體材料膜中脫離，藉以形成前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜經結晶化之強介電體膜。
    (19)如上述(16)至(18)中任一項之強介電體膜之製造方法，其中前述溶膠凝膠溶液中含有之前述K、Na及Nb的合計濃度為10~50mol/公升。
    (20)如上述(16)至(19)中任一項之強介電體膜之製造方法，其中形成前述強介電體材料膜時，係藉由重複前述塗佈膜之形成及前述預燒成複數次，形成由複數個的塗佈膜所構成之強介電體材料膜。
    (21)如上述(16)至(20)中任一項之強介電體膜之製造方法，其中前述熱處理係在0.0993~0.98307MPa之壓力範圍來進行。
    (22)如上述(16)至(21)中任一項之強介電體膜之製造方法，其中前述強介電體膜係如上述(1)至(3)中任一項之強介電體膜。
    依據本發明之一態樣，能夠製造由非鉛材料所構成之強介電體膜。
    以下對於本發明之實施形態使用圖式來詳細地說明。惟，本發明不受以下說明所限定，所屬技術領域中具有通常知識者均容易理解在不脫離本發明之旨趣及其範圍而可將其形態及細節作各種變更。因此，本發明並不限於以以下所示之實施形態的記載內容來解釋。
    圖1為示意地顯示本發明之一態樣之強介電體膜的截面圖。
    本實施形態之強介電體膜，係具有K、Na、Nb及O者，詳細而言係(K1-XNaX)NbO3膜12。
    又，上述之(K1-XNaX)NbO3係由鈣鈦礦構造構成。
    上述之X較佳為滿足下述式(1)。
    (1)0.3≦X≦0.7
    結晶性氧化物11、13係形成於(K1-XNaX)NbO3膜12之上及下的至少一者。
    結晶性氧化物11、13，較佳為以ABO3表示之鈣鈦礦構造強介電體所構成之強介電體膜，前述鈣鈦礦構造強介電體，例如可為含有Pb2+作為A位置離子、且含有Zr4+及Ti4+作為B位置離子的Pb(Zr,Ti)O3之強介電體。此時，結晶性氧化物11、13中含有Pb，因此相對於(K1-XNaX)NbO3膜12及結晶性氧化物11、13之合計質量，結晶性氧化物11、13中之Pb的合計質量較佳為1000ppm。藉此，會成為可稱為無鉛之程度的鉛含量。
    接著，一邊參照圖1，同時詳細地說明本實施形態之強介電體膜之製造方法。此強介電體膜，係由以(K1-XNaX)NbO3表示之鈣鈦礦構造強介電體所構成，X滿足上述式(1)。 (基板)
    例如於如6英吋Si晶圓之基板上形成定向於指定之結晶面的基底膜。此基底膜係使用例如經(111)定向之Pt膜或Ir膜。
    接著，於基底膜上形成結晶性氧化物11。此結晶性氧化物11，可為島狀或膜狀之結晶性氧化物、亦可為藉由旋轉塗佈法，塗佈用以形成結晶性氧化物之眾所周知之溶膠凝膠溶液，以於基底膜上形成塗佈膜，且預燒成此塗佈膜，於基底膜上使由塗佈膜所構成之結晶性氧化物形成用材料膜成膜者。再者，亦可藉由重複複數次上述塗佈膜之形成及預燒成，使由複個的塗佈膜所構成之結晶性氧化物形成用材料膜成膜。
    接著，準備用以形成(K1-XNaX)NbO3膜12之溶膠凝膠溶液。此溶膠凝膠溶液係含有：含有含K、Na及Nb之異聚酸的原料溶液；極性溶劑類；與不飽和脂肪酸類。溶膠凝膠溶液中所含有之K、Na及Nb的合計濃度，為10~50mol/公升即可。
    前述溶膠凝膠溶液，係以具有分子構造經非中心對稱化、且表現非線形之Keggin型構造的異聚酸離子作為構成要素，並且含有前述異聚酸離子之多原子至少經缺損1個、或者異聚酸離子之一部分的多原子經其他原子取代之異聚酸離子，作為強介電體陶瓷之前驅物構造的一部分者。
    前述異聚酸離子係具有以下述一般式：〔XMyM' 12-yO40〕n-(式中，X為雜原子；M為多原子；M'為與M相異之多原子；n為價數；y=1~11。)表示之Keggin型構造者，且含有上述異聚酸離子作為強介電體陶瓷之前驅物構造的一部分。
    又，前述異聚酸離子亦可為具有以一般式：〔XM11O39〕n-(式中，X為雜原子；M為多原子；n為價數)表示之Keggin型構造者，且含有上述之異聚酸離子作為強介電體陶瓷之前驅物構造的一部分。
    又，前述異聚酸離子係具有以下述一般式：〔XMzM' 11-zO39〕n-(式中、X為雜原子；M為多原子、M'為與M相異之多原子；n為價數；z=1~10)表示之Keggin型構造者，且含有上述之異聚酸離子作為強介電體陶瓷之前驅物構造的一部分。
    前述異聚酸離子之中，亦可為雜原子由B、Si、P、S、Ge、As、Mn、Fe、Co所成群所構成，多原子由Mo、V、W、Ti、Al、Nb、Ta所成群所構成，且含有上述之異聚酸離子作為強介電體陶瓷之前驅物構造的一部分。
    極性溶劑類為甲乙酮、1,4-二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、乙腈、二氯甲烷、硝基甲烷、三氯甲烷、二甲基甲醯胺、單甲基甲醯胺之任一者或複數的組合。
    不飽和脂肪酸為單不飽和脂肪酸、二不飽和脂肪酸、三不飽和脂肪酸、四不飽和脂肪酸、五不飽和脂肪酸及六不飽和脂肪酸之任一者或複數的組合。
    單不飽和脂肪酸可列舉例如巴豆酸、肉豆蔻油酸、棕櫚油酸、油酸、反油酸、反11-十八烯酸、順9-二十碳烯酸、二十碳烯酸、順13-二十二碳烯酸、順15-二十四碳烯酸，可使用該等之任一者或複數之組合。
    二不飽和脂肪酸可列舉例如亞麻油酸、二十碳二烯酸、二十二碳二烯酸，可使用該等之任一者或複數之組合。
    三不飽和脂肪酸可列舉例如次亞麻油酸、(5Z,9Z,12Z)十八碳三烯酸、桐酸、(5Z,8Z,11Z)二十碳三烯酸、dihomo-γ-次亞麻油酸(DGLA)、二十碳三烯酸，可使用該等之任一者或複數之組合。
    四不飽和脂肪酸可列舉例如(6Z,9Z,12Z,15Z)十八碳四烯酸、(5Z,8Z,11Z,14Z)二十碳四烯酸(花生四烯酸)、二十碳四烯酸、(7Z,10Z,13Z,16Z)二十二碳四烯酸，可使用該等之任一者或複數之組合。
    五不飽和脂肪酸可列舉例如(5Z,8Z,10E,12E,14Z)二十碳五烯酸、(5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)二十碳五烯酸、(4Z,7Z,10Z,13Z,16Z)二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸(鰶油酸，DPA)、二十四碳五烯酸，可使用該等之任一者或複數之組合。
    六不飽和脂肪酸可列舉例如二十二碳六烯酸(DHA)、二十四碳六烯酸(鯡酸)，可使用該等之任一者或複數之組合。
    接著，於結晶性氧化物11上塗佈上述之溶膠凝膠溶液。測定此溶膠凝膠溶液之與基板之接觸角的結果，為20°以下。再者，與基板之接觸角只要係1~40°(較佳為1~20°)即可。
    溶膠凝膠溶液之塗佈係藉由旋轉塗佈法進行。藉此，於結晶性氧化物11上形成塗佈膜，將此塗佈膜於25~450℃之溫度(較佳為450℃之溫度)預燒成，藉以於結晶性氧化物11上使由塗佈膜所構成之(K1-XNaX)NbO3材料膜成膜。再者，亦可藉由重複複數次此塗佈膜之形成及預燒成，於結晶性氧化物11上使由複數個塗佈膜所構成之(K1-XNaX)NbO3材料膜成膜。
    接著，於(K1-XNaX)NbO3材料膜上使結晶性氧化物13成膜。此結晶性氧化物13，可使用與結晶性氧化物11相同者。 (結晶化方法)
    藉由將結晶性氧化物11、(K1-XNaX)NbO3材料膜及結晶性氧化物13在450~900℃之溫度(較佳為900℃之溫度)的氧環境下熱處理，可將該等予以結晶化。此時之熱處理條件只要在0.0993~0.98307MPa之壓力範圍進行即可。又，此時之熱處理條件，只要以加壓氧環境2~9.9atm、100~150℃/秒之昇溫速度，燒成1~5分鐘即可。又，將(K1-XNaX)NbO3材料膜集中結晶化時之(K1-XNaX)NbO3材料膜的膜厚較佳為300nm以上。
    經如此方式結晶化之(K1-XNaX)NbO3膜12，較佳為X滿足下述式(1)。
    (1)0.3≦X≦0.7
    此(K1-XNaX)NbO3膜12，即使為膜厚500nm以上之厚的膜亦幾乎不含氣泡。換言之，藉由以如此方式成膜，可形成良好之厚的膜。其理由為，係由有機成分幾乎於膜厚方向消失之構造所構成，於基板面內幾乎不收縮，而係與氧化造成的膨脹相抵消的程度。因此，基板幾乎無翹曲。
    再者，藉由重複上述之(K1-XNaX)NbO3材料膜的成膜及結晶化，亦能夠形成膜厚2μm以上之(K1-XNaX)NbO3膜12。
    又，經以上述方式結晶化之結晶性氧化物11、13之合計厚度為1~30nm、較佳為15~25nm、更佳為20nm。
    再者，圖1中，雖於強介電體膜12之上及下的兩者形成結晶性氧化物11、13，但亦可於強介電體膜12之上及下的至少一者形成結晶性氧化物。如此地，結晶性氧化物僅形成於強介電體膜之上及下的一者時，其一者之結晶性氧化物的厚度為1~30nm、較佳為15~25nm、更佳為20nm。
    結晶性氧化物11、13中之結晶係成為使(K1-XNaX)NbO3材料膜結晶化時之核，因此，能夠使難以結晶化為鈣鈦礦構造之(K1-XNaX)NbO3材料膜之結晶化迅速地進行。結晶性氧化物11、13係如此地作為結晶化之核來作用，因此，只要係於(K1-XNaX)NbO3材料膜之至少一者形成有結晶性氧化物即可。
    僅於(K1-XNaX)NbO3材料膜之下形成結晶性氧化物11時，於(K1-XNaX)NbO3材料膜之上預先形成遮蔽膜即可。此遮蔽膜，只要係將(K1-XNaX)NbO3材料膜於氧環境下熱處理而結晶化時發揮用以抑制K及Na由(K1-XNaX)NbO3材料膜中脫離的功能者，則能夠使用各種者。
    又，結晶性氧化物11、13，較佳為介電率比強介電體膜之(K1-XNaX)NbO3膜12為高。此處所言之介電率高，係意指結晶性氧化物11、13整體之介電率比強介電體膜12整體之介電率高，即指所謂實質介電率。藉此，對結晶性氧化物11、13及(K1-XNaX)NbO3膜12串聯地施加電壓時，係對介電率低之(K1-XNaX)NbO3膜12施加電場。
    依照本實施形態，能夠製造由非鉛材料所構成之強介電體膜之(K1-XNaX)NbO3膜12。
    又，依照本實施形態，係將(K1-XNaX)NbO3材料膜，在夾於結晶性氧化物11與結晶性氧化物13中間的狀態進行結晶化的熱處理，因此可抑制(K1-XNaX)NbO3材料膜中之K與Na脫離，而提高經結晶化之(K1-XNaX)NbO3膜12之膜質。
    又，藉由於對(K1-XNaX)NbO3材料膜進行結晶化的熱處理時，使成為加壓氧環境，可抑制(K1-XNaX)NbO3材料膜中之K與Na脫離，而提高經結晶化之(K1-XNaX)NbO3膜12之膜質。
    又，結晶性氧化物11、13，亦可在使(K1-XNaX)NbO3材料膜結晶化之後去除。此時之去除方法，例如係使用蝕刻法。 〔實施例〕
    於6英吋Si晶圓上透過氧化矽膜使10~30nm之Ti膜藉由濺鍍法成膜。詳細而言，係藉由RF濺鍍方法而形成。Ti膜扮演著鉑與氧化矽之密合層的角色。Ti膜之成膜條件，係以氬氣壓0.2Pa、0.12kW之電源輸出、以20分鐘的成膜時間來形成。基板溫度係在200℃進行。
    接著，藉由RTA(Rapid Thermal Anneal)，以650℃之溫度對Ti膜施以5分鐘的熱處理。在氧環境，以9.9atm、100℃/秒進行。
    接著，於Ti膜上，使100nm之第1Pt膜藉由濺鍍法於550~650℃之溫度成膜。以氬氣壓0.4Pa、DC功率100W之電源輸出、以25分鐘的成膜時間來形成。
    接著，於第1Pt膜上藉由蒸鍍法使100nm之第2Pt膜於常溫成膜。
    以3.3×10-3Torr、10kV之電源輸出、以4分鐘的成膜時間來形成。
    接著，藉由RTA，於650~750℃之溫度對Si晶圓施以1~5分鐘的熱處理。如此地，準備於表面形成有經(111)定向之Pt膜的6英吋Si晶圓。
    接著，於此Si晶圓上使得用以形成結晶性氧化物之PZT強介電體材料膜成膜。此時的成膜條件係如下述。
    PZT強介電體薄膜形成用溶膠凝膠溶液，係使用三菱材料股份有限公司製，以丁醇為溶劑之鉛過剩添加15%之濃度10重量%濃度的E1溶液。於此市售溶膠凝膠溶液中以體積比計、E1溶膠凝膠溶液：二甲胺基乙醇=7：3之比例添加二甲胺基乙醇之鹼性醇後，顯示了pH=12之強鹼性。使用本溶液，進行PZT薄膜之旋轉塗佈形成。旋轉塗佈器係使用Mikasa股份有限公司製MS-A200來進行。首先以800rpm旋轉5秒、1500rpm旋轉10秒後，慢慢地使轉速上昇至8000rpm(6000rpm以上即可)，旋轉1分鐘後，置於150℃之加熱板(As One股份有限公司製陶瓷加熱板AHS-300)上5分鐘、之後置於大氣中後，置於300℃之加熱板(同AHS-300)上5分鐘、之後相同地置於大氣中後，冷卻至室溫。如此地，使含有15%過剩鉛之厚度10nm之PZT薄膜形成於Si晶圓上。
    接著，準備與上述PZT薄膜之接觸角為40°以下、較佳為20°以下之溶膠凝膠溶液。詳細而言，溶膠凝膠溶液係含有：含有含K、Na及Nb之異聚酸的原料溶液；極性溶劑類；與不飽和脂肪酸類。
    (K1-XNaX)NbO3膜形成用原料溶液，係由與異聚酸之混合所成，為雜原子經插入金屬氧酸骨格之(X1MmOn)x-型多元酸。多原子：M=Mo、V、W、Ti、Al、Nb、Ta所構成；雜原子意指H及C以外之元素；較佳為M=B、Si、P、S、Ge、As、Fe、Co、Bi所構成之氧化物膜形成用溶膠凝膠溶液。
    極性溶劑類為甲乙酮、1,4-二噁烷、1,2-二甲氧基乙烷乙醯胺、N-甲基-2-吡咯啶酮、乙腈、二氯甲烷、硝基甲烷、三氯甲烷、二甲基甲醯胺、單甲基甲醯胺之任一者或複數之組合。
    不飽和脂肪酸類，單不飽和脂肪酸可列舉巴豆酸、肉豆蔻油酸、棕櫚油酸、油酸、反油酸、反11-十八烯酸、順9-二十碳烯酸、二十碳烯酸、順13-二十二碳烯酸、順15-二十四碳烯酸；二不飽和脂肪酸可列舉亞麻油酸、二十碳二烯酸、二十二碳二烯酸；三不飽和脂肪酸可列舉次亞麻油酸、(5Z,9Z,12Z)十八碳三烯酸、桐酸、(5Z,8Z,11Z)二十碳三烯酸、dihomo-γ-次亞麻油酸、二十碳三烯酸；四不飽和脂肪酸可列舉(6Z,9Z,12Z,15Z)十八碳四烯酸、(5Z,8Z,11Z,14Z)二十碳四烯酸、二十碳四烯酸、(7Z,10Z,13Z,16Z)二十二碳四烯酸；五不飽和脂肪酸可列舉(5Z,8Z,10E,12E,14Z)二十碳五烯酸、(5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)二十碳五烯酸、(4Z,7Z,10Z,13Z,16Z)-二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十四碳五烯酸；六不飽和脂肪酸可列舉二十二碳六烯酸、二十四碳六烯酸。
    接著，藉由以旋轉塗佈法於PZT薄膜上塗佈溶膠凝膠溶液，於此PZT薄膜上形成第1層之塗佈膜。詳細而言，係塗佈500μL之溶膠凝膠溶液，以3秒由0~500rpm上昇，以500 rpm保持3秒後，以2000 rpm旋轉60秒後停止。
    接著，以加熱板將第1層之塗佈膜以200℃之溫度加熱1分鐘，之後，以450℃之溫度預燒成1分鐘。藉此，於第1之PZTN材料膜上形成膜厚125nm之第1層的強介電體材料非晶質膜。
    接著，以與第1層之塗佈膜相同的方法，於第1層之強介電體材料膜上形成第2層之塗佈膜。接著，以與第1層之塗佈膜相同的方法，加熱第2層之塗佈膜，進行預燒成。藉此，於第1層之強介電體材料膜上形成膜厚125nm之第2層的強介電體材料膜。
    接著，以與第2層之塗佈膜相同的方法，於第2層之強介電體材料膜上形成第3層之塗佈膜。接著，以與第1層之塗佈膜相同的方法，加熱第3層之塗佈膜，進行預燒成。藉此，於第2層之強介電體材料膜上形成膜厚125nm之第3層的強介電體材料膜。重複之，以形成12層之強介電體材料膜。如此第，可使由12層所構成之膜厚1.5μm的強介電體材料膜成膜。
    接著，於此強介電體材料膜上使用以形成結晶性氧化物之PZT強介電體材料膜成膜。此時之成膜條件係與上述之PZT薄膜相同。
    接著，藉由加壓RTA，對強介電體材料膜、PZT薄膜施以熱處理，藉以使該等膜結晶化而形成強介電體膜之(K1-XNaX)NbO3膜、PZT結晶化膜。此時之熱處理條件，為於經氧分壓9.9atm加壓之氧環境中，以昇溫速度100℃/秒，瞬間昇溫至溫度成為900℃，保持1分鐘，藉以進行結晶化。
    再者，本實施例中，雖形成1.5μm之強介電體膜，但亦可進一步形成膜厚為厚的強介電體膜、亦可形成膜厚為薄的強介電體膜。
    圖2為樣品1之強介電體膜(膜厚1.5μm)之(K,Na)NbO3膜的SEM照片。
    圖3為顯示進行了樣品1之強介電體膜的滯後評估的結果之P-E滯後特性圖。
    如圖3所示，確認了樣品1之強介電體膜具有優良的滯後特性。再者，圖3之橫軸表示施加之電壓(Volts)、圖3之縱軸表示殘留極化(μC/cm2)。
    11‧‧‧結晶性氧化物
    12‧‧‧(K1-XNaX)NbO3膜
    13‧‧‧結晶性氧化物
    圖1為示意地顯示本發明之一態樣之強介電體膜的截面圖。
    圖2為(K1-XNaX)NbO3膜之SEM照片。
    圖3為顯示進行圖2所示之(K1-XNaX)NbO3的滯後評估之結果的圖。
    11‧‧‧結晶性氧化物
    12‧‧‧(K1-XNaX)NbO3膜
    13‧‧‧結晶性氧化物
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] 一種強介電體膜，其特徵為具有K、Na、Nb及O。
    [2] 如申請專利範圍第1項之強介電體膜，其中前述強介電體膜為由鈣鈦礦構造所構成之(K1-XNaX)NbO3膜、且X滿足下述式：0.3≦X≦0.7。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項之強介電體膜，其中前述強介電體膜，係藉由溶膠凝膠法而形成。
    [4] 如申請專利範圍第1至3項中任一項之強介電體膜，其係具備形成於前述強介電體膜之上及下的至少一者之結晶性氧化物。
    [5] 如申請專利範圍第4項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物係具有鈣鈦礦構造。
    [6] 如申請專利範圍第4或5項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物之介電率比前述強介電體膜高。
    [7] 如申請專利範圍第4至6項中任一項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物係形成為島狀或膜狀。
    [8] 如申請專利範圍第4至7項中任一項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物之厚度為1~30nm。
    [9] 如申請專利範圍第4至8項中任一項之強介電體膜，其中前述結晶性氧化物為Pb(Zr,Ti)O3，前述結晶性氧化物中之Pb的合計質量，相對於前述強介電體膜及前述結晶性氧化物之合計質量，為1000ppm以下。
    [10] 一種成膜方法，其特徵為藉由將含有K、Na及Nb之溶膠凝膠溶液以旋轉塗佈法塗佈於基板上，於前述基板上形成塗佈膜，藉由預燒成前述塗佈膜，於前述基板上形成強介電體材料膜。
    [11] 如申請專利範圍第10項之成膜方法，其中前述溶膠凝膠溶液中含有的前述K、Na及Nb之合計濃度為10~50mol/公升。
    [12] 如申請專利範圍第10或11項之成膜方法，其中於前述基板上形成強介電體材料膜時，係藉由重複前述塗佈膜之形成及前述預燒成複數次，於前述基板上形成由複數個的塗佈膜所構成的強介電體材料膜。
    [13] 一種強介電體膜之製造方法，其特徵為使用如申請專利範圍第10至12項中任一項之成膜方法使強介電體材料膜於基板上成膜，藉由在氧環境熱處理前述強介電體材料膜，使前述強介電體材料膜經結晶化之強介電體膜形成於前述基板上。
    [14] 如申請專利範圍第13項之強介電體膜之製造方法，其中前述熱處理係在0.0993~0.98307MPa之壓力範圍來進行。
    [15] 如申請專利範圍第13或14項之強介電體膜之製造方法，其中前述強介電體膜係如申請專利範圍第1至3項中任一項之強介電體膜。
    [16] 一種強介電體膜之製造方法，其特徵為藉由旋轉塗佈法於基板上塗佈含有K、Na及Nb之溶膠凝膠溶液，以於前述基板上形成塗佈膜，藉由預燒成前述塗佈膜，於前述基板上形成強介電體材料膜，於前述強介電體材料膜上，形成島狀或膜狀之第1結晶性氧化物或第1結晶性氧化物形成用材料膜，藉由在氧環境熱處理前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜，形成前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜經結晶化之強介電體膜。
    [17] 如申請專利範圍第16項之強介電體膜之製造方法，其中於前述基板上形成塗佈膜之前，於前述基板上預先形成島狀或膜狀之第2結晶性氧化物或第2結晶性氧化物形成用材料膜，且前述塗佈膜，係形成於前述第2結晶性氧化物或前述第2結晶性氧化物形成用材料膜之上。
    [18] 一種強介電體膜之製造方法，其特徵為於基板上形成島狀或膜狀之第1結晶性氧化物或第1結晶性氧化物形成用材料膜，藉由旋轉塗佈法，於前述第1結晶性氧化物或前述第1結晶性氧化物形成用材料膜之上塗佈含有K、Na及Nb之溶膠凝膠溶液，以於前述第1結晶性氧化物或前述第1結晶性氧化物形成用材料膜之上形成塗佈膜，藉由預燒成前述塗佈膜，於前述第1結晶性氧化物或前述第1結晶性氧化物形成用材料膜之上形成強介電體材料膜，於前述強介電體材料膜上形成遮蔽膜，一邊在氧環境熱處理前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜，同時以前述遮蔽膜抑制K及Na由前述強介電體材料膜中脫離，藉以形成前述強介電體材料膜及前述第1結晶性氧化物形成用材料膜經結晶化之強介電體膜。
    [19] 如申請專利範圍第16至18項中任一項之強介電體膜之製造方法，其中前述溶膠凝膠溶液中含有之前述K、Na及Nb的合計濃度為10~50mol/公升。
    [20] 如申請專利範圍第16至19項中任一項之強介電體膜之製造方法，其中形成前述強介電體材料膜時，係藉由重複前述塗佈膜之形成及前述預燒成複數次，形成由複數個的塗佈膜所構成之強介電體材料膜。
    [21] 如申請專利範圍第16至20項中任一項之強介電體膜之製造方法，其中前述熱處理係在0.0993~0.98307MPa之壓力範圍來進行。
    [22] 如申請專利範圍第16至21項中任一項之強介電體膜之製造方法，其中前述強介電體膜係如申請專利範圍第1至3項中任一項之強介電體膜。
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    同族专利:
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