特許 6249004 誘電体組成物および電子部品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6249004

(24)【登録日】2017年12月1日

(45)【発行日】2017年12月20日

(54)【発明の名称】誘電体組成物および電子部品

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/01 20060101AFI20171211BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20171211BHJP

   H01B 3/12 20060101ALI20171211BHJP

   H01G 4/33 20060101ALN20171211BHJP

【ＦＩ】

   C04B35/01

   C23C14/08 K

   H01B3/12 335

   H01B3/12 312

   !H01G4/06 102

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-198667(P2015-198667)

(22)【出願日】2015年10月6日

(65)【公開番号】特開2017-71523(P2017-71523A)

(43)【公開日】2017年4月13日

【審査請求日】2016年9月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】藤井 祥平

(72)【発明者】

【氏名】政岡 雷太郎

(72)【発明者】

【氏名】内山 弘基

(72)【発明者】

【氏名】城川 眞生子

【審査官】 末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１５５５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−０４５７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５２５８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０００−５０４８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３４４７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ３５／００−３５／８４

Ｃ２３Ｃ １４／００−１４／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学式 Ａ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも
一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）で表され、
α、β、γの関係が
α＋β＋γ＝１．０００
０．０００＜α≦０．１８０
０．７７０≦β＜１．０００
０．０００＜γ≦０．０５０
である複合酸化物を主成分として含むことを特徴とする誘電体組成物。

【請求項2】

化学式 Ａ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも
一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）で表され、
α、β、γの関係が
α＋β＋γ＝１．０００
０．０００＜α≦０．２１５
０．７７０≦β＜１．０００
０．０００＜γ≦０．０１５
である複合酸化物を主成分として含むことを特徴とする誘電体組成物。

【請求項3】

化学式 Ａ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも
一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）で表され、
α、β、γの関係が
α＋β＋γ＝１．０００
０．１００≦α≦０．１８０
０．８０５≦β≦０．９００
０．０００＜γ≦０．０１５
である複合酸化物を主成分として含むことを特徴とする誘電体組成物。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれかに記載の誘電体組成物を有する電子部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体組成物および電子部品に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォンやタブレットに代表される移動体通信機器の更なる高速大容量通信化に対応するために複数の周波数帯域を同時に用いるＭＩＭＯ技術（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）の実用化が始まっている。通信に使用する周波数帯域が増えると、周波数帯域毎にそれぞれ高周波部品が必要となるが、機器サイズを維持したまま部品点数を増やすには、各部品の更なる小型化、高機能化が求められる。

【0003】

このような高周波対応の電子部品として、例えばダイプレクサやバンドパスフィルタ等がある。これらはいずれもキャパシタを担う誘電体とインダクタを担う磁性体の組み合わせによって構成されているが、良好な高周波特性を得るためには、高周波領域でのそれぞれの損失を抑制することが求められる。

【0004】

誘電体に着目すると、（１）小型化の要求への対応として、キャパシタ部の面積を小さくするために、比誘電率（εｒ）が高いこと、（２）周波数の選択性を良好にするために、誘電損失が小さい、すなわちＱ値が高いこと、（３）絶縁破壊電圧が高いこと、などが要求される。

【0005】

例えば一般にアモルファスＳｉＮｘ膜は、高周波（２ＧＨｚ）でのＱ値が５００程度と高く、絶縁破壊電圧も５００〜７００Ｖ／μｍ程度と高いため高周波対応の電子部品に広く使用されているが、比誘電率が７程度と低いことから、目的の機能を持たせるためには大きな電極面積が必要になり、小型化の要求に応えていくことが困難であった。

【0006】

非特許文献１ではＣａＺｒＯ_３薄膜において、成膜後にアニール処理を施すことによってＣａ−Ｚｒ−Ｏのアモルファス膜を形成している。この時、Ｃａ−Ｚｒ−Ｏアモルファス膜の１００ｋＨｚにおける比誘電率は１２．８〜１６．０であり、Ｑ値は３７０〜５５５であると報告されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｓｃｉｅｎｃｅ ｄｉｒｅｃｔ Ｐｈｙｓｉｃａ Ｂ ３４８（２００４） ４４０−４４５ 『Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｄｅｒｉｖｅｄ ＣａＺｒＯ３ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｋ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ』

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

非特許文献１では、Ｑ値が測定周波数１００ｋＨｚの際は３７０〜５５５であり、測定周波数が１ＭＨｚにおいては２００以下となっている。測定周波数の増大に伴いＱ値が減少する傾向がみられることから、２ＧＨｚではさらにＱ値が減少することが予想される。また絶縁破壊電圧も２６０Ｖ／μｍと低い。結果としてアモルファスＳｉＮｘと比較して比誘電率は約２倍以上に高くなった一方で、Ｑ値、絶縁破壊電圧の改善には至っていない。

【0009】

本発明はこのような状況を鑑みてなされ、高周波（２ＧＨｚ）領域でも、高い比誘電率とＱ値、および絶縁破壊電圧を有する誘電体組成物およびその誘電体組成物を用いた電子部品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明に係る誘電体組成物は、
化学式 Ａ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）で表され、
α、β、γの関係が
α＋β＋γ＝１．０００
０．０００＜α≦０．３７５
０．６２５≦β＜１．０００
０．０００≦γ≦０．３７５
である複合酸化物を主成分として含むことを特徴とする。

【0011】

前記α、β、γの範囲にすることで、高周波（２ＧＨｚ）領域でも、高い比誘電率とＱ値、および絶縁破壊電圧が得られる。

【0012】

上記本発明に係る誘電体組成物を使用することにより、従来高周波対応の電子部品に用いられてきた誘電体組成物と比較して、高周波（２ＧＨｚ）において、十分に高い比誘電率が得られるため小型化に対応することが可能となる。
また、従来の誘電体組成物よりもＱ値が高く、すなわち高いＳ／Ｎ比を示し、更に絶縁破壊電圧が高いため、より高性能の誘電体共振器や誘電体フィルタ等の電子部品を提供することが可能となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、高周波（２ＧＨｚ）において、高い比誘電率とＱ値、および絶縁破壊電圧を有する誘電体組成物およびその誘電体組成物を用いた電子部品を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜コンデンサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0016】

＜薄膜コンデンサ１０＞
図１は、本発明の一実施形態に係る誘電体組成物を用いた電子部品の一例である薄膜コンデンサ１０の断面図である。薄膜コンデンサ１０は、支持基板１の表面に積層された下部電極３と上部電極４及び下部電極３と上部電極４の間に設けられた誘電体膜５とを備えている。支持基板１と下部電極３の間に、支持基板１と下部電極３との密着性を向上させるために下地層２を備える。支持基板１は、薄膜コンデンサ１０全体の機械的強度を確保する機能を有する。

【0017】

薄膜コンデンサの形状に特に制限はないが、通常、直方体形状とされる。またその寸法にも特に制限はなく、厚みや長さは用途に応じて適当な寸法とすればよい。

【0018】

＜支持基板１＞
図１に示す支持基板１を形成するための材料はとくに限定されるものではなく、単結晶としてはＳｉ単結晶、ＳｉＧｅ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、ＳｒＴｉＯ_３単結晶、ＭｇＯ単結晶、ＬａＡｌＯ_３単結晶、ＺｒＯ_２単結晶、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４単結晶、ＮｄＧａＯ_３単結晶や、セラミック多結晶基板としてはＡｌ_２Ｏ_３多結晶、ＺｎＯ多結晶、ＳｉＯ_２多結晶や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔなどの金属や、それらの合金の基板などによって支持基板１を形成することができるが特に限定されるものではない。これらの中では、低コスト、加工性から、Ｓｉ単結晶を基板として使用されることが一般的である。支持基板１は、基板の材質によってその抵抗率が異なる。抵抗率が低い材料を基板として使用する場合、そのまま使用すると基板側への電流のリークが薄膜コンデンサ１０の電気特性に影響を及ぼすことがある。そのため、支持基板１の表面に絶縁処理を施し、使用時の電流が支持基板１へ流れないようにする場合もある。例えば、Ｓｉ単結晶を支持基板１として使用する場合においては、支持基板１表面を酸化させてＳｉＯ_２絶縁層の形成を行うことや、支持基板１表面にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘなどの絶縁層を形成してもよく、支持基板１への絶縁が保てればその絶縁層の材料や膜厚は限定されないが、０．０１μｍ以上が好ましい。０．０１μｍ未満では絶縁性が保てないため、絶縁層の厚みとして好ましくない。支持基板１の厚さは、薄膜コンデンサ全体の機械的強度を確保することができれば、とくに限定されるものではないが、たとえば、１０μｍ〜５０００μｍに設定される。１０μｍ未満の場合は機械的強度が確保できなく、５０００μｍを超えると電子部品の小型化に寄与できないといった問題が生じる場合がある。

【0019】

＜下地層２＞
本実施形態において、絶縁処理を施した支持基板１表面に、下地層２を備えることが好ましい。下地層２は、支持基板１と下部電極３との密着性向上を目的として挿入される。一例として、下部電極３にＣｕを使用する場合には下地層２はＣｒを、下部電極３にＰｔを使用する場合にはＴｉを下地層２として挿入することが一般的である。

【0020】

前記下地層２は、支持基板１と下部電極３との密着性向上を目的としていることから、前記一例として挙げた材料に限定されるものではない。
また、支持基板１と下部電極３との密着性を保つことが出来れば、下地層２は省略しても良い。

【0021】

＜下部電極３＞
下部電極３を形成するための材料は、導電性を有していれば良く、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属や、それらの合金、又は導電性酸化物などによって形成することができる。そのため、コストや誘電体膜５を熱処理するときの雰囲気に対応した材料を選択すればよい。誘電体膜５は大気中の他、不活性ガス（例えば、Ｎ_２、Ａｒ）や、不活性ガスと還元性ガスであるＨ_２との混合ガスで熱処理を行うことが出来る。下部電極３の膜厚は電極として機能すれば良く、１０ｎｍ以上が好ましい。１０ｎｍ未満の場合、導電性が悪くなることから好ましくない。また、支持基板１に電極として使用可能なＣｕやＮｉ、Ｐｔ等や酸化物導電性材料などを使用した基板を使用する場合は、前述した下地層２と下部電極３は省略することができる。

【0022】

下部電極３は、好ましくは真空蒸着法、スパッタリング法、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着法）、ＭＯ−ＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＤ（有機金属分解法）やゾル・ゲル法、ＣＳＤ（化学溶液堆積法）などの各種薄膜形成法を用いて形成したものである。その際に使用する原料（蒸着材料、各種ターゲット材料や有機金属材料等）には微少な不純物や副成分が含まれている場合があるが、導電性を大きく低下させる不純物でなければ、特に問題はない。

【0023】

下部電極３の形成後に熱処理を行い、下地層２と下部電極３の密着性向上と、下部電極３の安定性向上を図っても良い。熱処理を行う場合、昇温速度は好ましくは１０℃／分〜２０００℃／分、より好ましくは１００℃／分〜１０００℃／分である。熱処理時の保持温度は、好ましくは４００℃〜８００℃、その保持時間は、好ましくは０．１時間〜４．０時間である。上記の範囲を超えると、密着不良や、下部電極３表面に凹凸が発生し易くなり、誘電体膜５の誘電特性が低下し易い。

【0024】

＜誘電体膜５＞
誘電体膜５を構成する誘電体組成物は、化学式 Ａ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）で表される複合酸化物を主成分として含有している。

【0025】

また、前記誘電体組成物のα、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．３７５、０．６２５≦β＜１．０００、０．０００≦γ≦０．３７５となっている。

【0026】

前記化学式中のＢを構成しているＣａまたはＳｒの酸化物、ＣａＯやＳｒＯはＱ値と絶縁破壊電圧が高い材料であったが、比誘電率が低いことが課題であった。そのため、本発明者等は、比誘電率を向上させるために、前記ＣａＯまたはＳｒＯから構成される誘電体組成物に、ＢａＯを適量含有させることにより、従来得られていたＱ値、絶縁破壊電圧を低下させることなく、比誘電率を高めることができることを見出した。

【0027】

さらに、前記化学式中のＣを構成しているＴａまたはＮｂを適量含有させることにより、耐湿性が向上することも同時に見出した。

【0028】

前記α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．３７５、０．６２５≦β＜１．０００、０．０００≦γ≦０．３７５であることで、高周波（２ＧＨｚ）において、高い比誘電率とＱ値、および絶縁破壊電圧を有する誘電体組成物を得ることが可能となる。好ましくは、α＋β＋γ＝１．０００、０．００５≦α≦０．３７５、０．６２５≦β≦０．９９５、０．０００≦γ≦０．３７５である。一方、前記αが０．３７５を超えると、高いＱ値が得られず、α＝０の場合、所望の比誘電率が得られない。また、前記βが０．６２５に満たない場合も高いＱ値が得られない。更に、前記γが０．３７５を超えると、過剰なＴａやＮｂが異相を形成したり、粒界に多く存在したりしやすくなるため、高いＱ値を維持できない。

【0029】

また、前記α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．３７５、０．６２５≦β＜１．０００、０．０００＜γ≦０．３７５であることが好ましい。つまり、前記化学式中のＣを構成しているＴａまたはＮｂを適量含有させることが好ましい。

【0030】

これにより、高周波（２ＧＨｚ）において、高い比誘電率とＱ値、および絶縁破壊電圧を得ることができ、かつ誘電体組成物を温度１２１℃、湿度９５％ＲＨ、圧力２ａｔｍの条件においてプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）を１００時間実施した後でも初期特性とほぼ同等の特性を示す高い耐湿性を有する誘電体組成物を得ることができる。

【0031】

また、より高い比誘電率を得るには、前記α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．１００≦α≦０．３７５、０．６２５≦β≦０．９００、０．０００＜γ≦０．２７５であることが好ましく、より好ましくは０．１００≦α≦０．３７５、０．６２５≦β≦０．８９５、０．００５≦γ≦０．２７５である。

【0032】

また、より高いＱ値を得るには、前記α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．１８０、０．７７０≦β＜１．０００、０．０００＜γ≦０．０５０であることが好ましく、より好ましくは０．００５≦α≦０．１８０、０．７７０≦β≦０．９９０、０．００５≦γ≦０．０５０である。

【0033】

また、より高い絶縁破壊電圧を得るには、前記α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．２１５、０．７７０≦β＜１．０００、０．０００＜γ≦０．０１５であることが好ましく、より好ましくは０．００５＜α≦０．２１５、０．７７０≦β≦０．９９０、０．００５≦γ≦０．０１５である。

【0034】

さらに前記α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．１００≦α≦０．１８０、０．８０５≦β≦０．９００、０．０００＜γ≦０．０１５であることが好ましく、より好ましくは０．１００≦α≦０．１８０、０．８０５≦β≦０．８９５、０．００５≦γ≦０．０１５である。これにより、比誘電率、Ｑ値、絶縁破壊電圧のすべてをより高めることが可能となる。

【0035】

誘電体膜５の厚さは、好ましくは１０ｎｍ〜２０００ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍ〜１０００ｎｍである。１０ｎｍ未満では絶縁破壊が生じやすく、２０００ｎｍを超える場合においては、コンデンサの静電容量を大きくするために電極面積を広くする必要があり、電子部品の設計によっては小型化が困難となる場合がある。誘電体膜厚の計測はＦＩＢ（集束イオンビーム）加工装置で掘削し、得られた断面をＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）等で観察して測長すれば良い。

【0036】

誘電体膜５は、好ましくは真空蒸着法、スパッタリング法、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着法）、ＭＯ−ＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＤ（有機金属分解法）やゾル・ゲル法、ＣＳＤ（化学溶液堆積法）などの各種薄膜形成法を用いて形成したものである。その際に使用する原料（蒸着材料、各種ターゲット材料や有機金属材料等）には微少な不純物や副成分が含まれている場合があるが、絶縁性を大きく低下させる不純物でなければ、特に問題はない。

【0037】

また、本発明に係る誘電体組成物を主成分として含有する誘電体膜５は、本発明の効果である比誘電率やＱ値、絶縁破壊電圧を大きく劣化させるものでなければ、微小な不純物や副成分を含んでいてもかまわない。よって、残部である主成分の含有量は特に限定されるものではないが、例えば前記主成分を含有する誘電体組成物全体に対して５０％以上、１００％以下である。

【0038】

また、誘電体膜５は通常、本発明の誘電体組成物を主成分とした誘電体膜で構成されるが、別の誘電体組成物の誘電体膜と組み合わせた積層構造であっても構わない。例えば、既存のＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＡｌＯｘ、ＺｒＯｘ、ＴａＯｘ等のアモルファス誘電体膜や結晶膜との積層構造とすることで、誘電体膜５のインピーダンスや比誘電率の温度変化を調整することが可能となる。

【0039】

＜上部電極４＞
本実施形態の一例において、薄膜コンデンサ１０は、誘電体膜５の表面に、薄膜コンデンサ１０の他方の電極として機能する上部電極４を備えている。上部電極４を形成するための材料は、導電性を有していれば、とくに限定されるものではなく、下部電極３と同様の材料によって、上部電極４を形成することができる。上部電極４の膜厚は電極として機能すれば良く、１０ｎｍ以上が好ましい。膜厚が１０ｎｍ以下の場合、導電性が悪化するため上部電極４として好ましくない。

【0040】

上部電極４は、好ましくは真空蒸着法、スパッタリング法、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着法）、ＭＯ−ＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＤ（有機金属分解法）やゾル・ゲル法、ＣＳＤ（化学溶液堆積法）などの各種薄膜形成法を用いて形成したものである。その際に使用する原料（蒸着材料、各種ターゲット材料や有機金属材料等）には微少な不純物や副成分が含まれている場合があるが、導電性を大きく低下させる不純物でなければ、特に問題はない。

【0041】

上述した実施形態では、本発明の一実施形態に係る誘電体組成物を用いた電子部品の一例としての、薄膜コンデンサを例示したが、本発明に係る誘電体組成物を用いた電子部品としては、薄膜コンデンサに限定されず、たとえば、ダイプレクサ、バンドパスフィルタ、バランやカプラ等、誘電体膜を有する電子部品であれば何でも良い。

【実施例】

【0042】

以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

【0043】

＜実施例１＞＜比較例＞
まず、３５０μｍ厚のＳｉの表面に６μｍ厚のＳｉＯ_２絶縁層を備えた１０ｍｍ×１０ｍｍ角の基板の表面上に、下地層であるＴｉ薄膜を２０ｎｍの厚さとなるようにスパッタリング法で形成した。

【0044】

次いで、上記で形成したＴｉ薄膜上に下部電極であるＰｔ薄膜を１００ｎｍの厚さとなるようにスパッタリング法で形成した。

【0045】

形成したＴｉ／Ｐｔ薄膜に対し、昇温速度を４００℃／分、保持温度を７００℃、温度保持時間を０．５時間、雰囲気を酸素雰囲気とし常圧下で熱処理を行った。

【0046】

誘電体膜の形成にはＰＬＤ法を使用した。誘電体膜の形成に必要なターゲットは次のように作製した。

【0047】

まず、表１に示す試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．３６のＢａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｎｂの量となるようにＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５の秤量を行い、１Ｌの広口ポリポットに秤量した原料粉末と無水エタノール、及びφ２ｍｍのＺｒＯ_２ビーズを入れて２０時間の湿式混合を行った。その後、混合粉末スラリーを１００℃、２０時間乾燥させ、得られた混合粉末をＡｌ_２Ｏ_３坩堝に入れ、大気中１２５０℃で５時間保持する焼成条件で仮焼を行い、仮焼粉末を得た。

【0048】

得られた仮焼粉末を、一軸加圧プレス機を使用して成形体を得た。成形条件は、圧力：２．０×１０^８Ｐａ、温度：室温とした。

【0049】

その後、得られた成形体について、昇温速度を２００℃／時間、保持温度を１６００℃〜１７００℃、温度保持時間を１２時間とし、雰囲気は常圧の大気中で焼成を行った。

【0050】

得られた焼結体の厚さが４ｍｍとなるように、円筒研磨機で両面を研磨し、誘電体膜を形成するために必要なＰＬＤ用ターゲットを得た。

【0051】

こうして得られたＰＬＤ用ターゲットを用いて、下部電極上に２００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さとなるようにＰＬＤ法で誘電体膜を形成した。ＰＬＤ法による成膜条件は、酸素圧を１．０×１０^−１Ｐａとし、基板を２００℃に加熱した。また、下部電極の一部を露出させるために、メタルマスクを使用して、誘電体膜が一部成膜されない領域を形成した。

【0052】

誘電体膜厚の計測はＦＩＢで掘削し、得られた断面をＳＩＭで観察して測長した。

【0053】

成膜後の誘電体膜の組成は、すべての試料についてＸＲＦ（蛍光Ｘ線元素分析）を使用して分析を行い、表１に記載の組成であることを確認した。

【0054】

次いで、得られた上記誘電体膜上に、蒸着装置を使用して上部電極であるＡｇ薄膜を形成した。上部電極の形状を、メタルマスクを使用して直径１００μｍ、厚さ１００ｎｍとなるように形成することで、図１に示す構造の試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．３６を得た。

【0055】

得られたすべての薄膜コンデンサ試料について、比誘電率、Ｑ値、絶縁破壊電圧の測定を、それぞれ下記に示す方法により行った。

【0056】

＜比誘電率、Ｑ値＞
比誘電率およびＱ値は、薄膜コンデンサ試料に対し、基準温度２５℃において、ＲＦインピーダンス／マテリアル・アナライザ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製４９９１Ａ）にて、周波数２ＧＨｚ，入力信号レベル（測定電圧）０．５Ｖｒｍｓの条件下で測定された静電容量と膜厚測定の結果から算出した（単位なし）。アモルファスＳｉＮｘ膜の比誘電率は約７であったので、約１．５倍の１１以上を良好とした。またアモルファスＳｉＮｘ膜のＱ値は約５００程度であっため、５００以上を良好とした。

【0057】

＜絶縁破壊電圧＞
絶縁破壊電圧は、薄膜コンデンサ試料に対し、下部電極が露出している領域と上部電極にデジタル超高抵抗／微小電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ Ｒ８３４０）に接続し、５Ｖ／秒のステップで電圧を印加して計測し、初期抵抗値から２桁低下したときの電圧値を読み取り、その値を試料の破壊電圧値（Ｖ）とした。得られた破壊電圧値（Ｖ）を誘電体膜厚で除した数値を絶縁破壊電圧（Ｖｂｄ）（Ｖ／μｍ）とした。表１には、ｎ＝５の平均値を記載した。アモルファスＳｉＮｘの絶縁破壊電圧が５００〜７００Ｖ／μｍ程度であったため、７００Ｖ／μｍ以上を良好とした。

【0058】

さらに作製した薄膜コンデンサ試料について、耐湿性試験として、下記に示す条件のプレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）を実施した。

【0059】

＜プレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）＞
薄膜コンデンサ試料について、温度１２１℃、湿度９５％ＲＨ、圧力２ａｔｍの条件下の恒温槽に１００時間投入した後、恒温槽から取り出し、室温において比誘電率、Ｑ値、絶縁破壊電圧の測定を行った。比誘電率、Ｑ値、絶縁破壊電圧のいずれも試験前後の値が±５％以内である場合、耐湿性が優れているとして◎、±１０％以内である場合、耐湿性良好として○という判定を行った。

【0060】

【表1】

【0061】

試料Ｎｏ．１〜３１
表１よりＡ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）からなる誘電体膜であって、α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．３７５、０．６２５≦β＜１．０００、０．０００≦γ≦０．３７５である試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．３１は、特性良好である比誘電率が１１以上、Ｑ値が５００以上、絶縁破壊電圧が７００Ｖ／μｍ以上であることが確認できた。

【0062】

試料Ｎｏ．２、４、６、８、９、１１〜３１
表１よりＡ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）からなる誘電体膜であって、α、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．３７５、０．６２５≦β＜１．０００、０．０００＜γ≦０．３７５である試料Ｎｏ．２、４、６、８、９、１１〜３１は比誘電率が１１以上、Ｑ値が５００以上、絶縁破壊電圧が７００ｋＶ／μｍ以上であり、かつ耐湿性も優れることが確認できた。

【0063】

試料Ｎｏ．６、８、１１、１３、１４、１６、１９−３１
表１よりα、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．１００≦α≦０．３７５、０．６２５≦β≦０．９００、０．０００＜γ≦０．２７５である試料Ｎｏ．６、８、１１、１３、１４、１６、１９−３１は、Ｑ値、絶縁破壊電圧を維持したまま、より高い比誘電率が得られることが確認できた。

【0064】

試料Ｎｏ．２、８、９、１２〜１４、１７〜１９、２１〜３１
表１よりα、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．１８０、０．７７０≦β＜１．０００、０．０００＜γ≦０．０５０である試料Ｎｏ．２、８、９、１２〜１４、１７〜１９、２１〜３１は、比誘電率、絶縁破壊電圧を維持したまま、より高いＱ値が得られることが確認できた。

【0065】

試料Ｎｏ．２、１１〜１４、１８、２０、２１〜３１
表１よりα、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．０００＜α≦０．２１５、０．７７０≦β＜１．０００、０．０００＜γ≦０．０１５である試料Ｎｏ．２、１１〜１４、１８、２０、２１〜３１は、比誘電率、Ｑ値を維持したまま、より高い絶縁破壊電圧が得られることが確認できた。

【0066】

試料Ｎｏ．１３、１４、２１〜３１
表１よりα、β、γの関係が、α＋β＋γ＝１．０００、０．１００≦α≦０．１８０、０．８０５≦β≦０．９００、０．０００＜γ≦０．０１５である試料Ｎｏ．１３、１４、２１〜３１は、比誘電率、Ｑ値及び絶縁破壊電圧のすべてが、より高い値を得ることが可能であることが確認できた。

【0067】

試料Ｎｏ．２１、２２、２３
表１よりＡ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）からなる誘電体膜であって、ＣとしてＴａを選択した試料Ｎｏ．２１と、ＴａとＮｂの両方を選択した試料Ｎｏ．２２、Ｎｂを選択した試料Ｎｏ．２３は、ほぼ同様な特性を示すことが確認できた。

【0068】

試料Ｎｏ．２１、２４、２７
表１よりＡ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）からなる誘電体膜であって、ＢとしてＣａを選択した試料Ｎｏ．２１と、ＣａとＳｒの両方を選択した試料Ｎｏ．２４、Ｓｒを選択した試料Ｎｏ．２７は、ほぼ同様な特性を示すことが確認できた。

【0069】

試料Ｎｏ．２１、２２〜２９
表１よりＡ_αＢ_βＣ_２γＯ_{α＋β＋５γ}（ＡはＢａ、ＢはＣａまたはＳｒの少なくとも一種から選択される元素、ＣはＴａまたはＮｂの少なくとも一種から選択される元素）からなる誘電体膜であって、ＢとＣに選択された元素の組合せが様々である試料Ｎｏ．２１、２２〜２９はほぼ同様な特性を示すことが確認できた。

【0070】

試料Ｎｏ．２１、３０、３１
表１より、誘電体膜の膜厚が異なっても、本実施形態の誘電体膜を使用することで、組成が同じであればほぼ同様な特性を示すことが確認できた。

【0071】

＜実施例２＞
誘電体膜をスパッタリング法で成膜した以外は実施例１の試料Ｎｏ．２１と同様の手法で試料を作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。

【0072】

【表2】

【0073】

試料Ｎｏ．２１、３７
表２より誘電体膜の製法が異なっても、本実施形態の誘電体膜を使用することで、組成が同じであればほぼ同様な特性を示すことが確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0074】

以上に説明したように、本発明は、誘電体組成物及び電子部品に係るものであり、本発明は高周波（２ＧＨｚ）領域でも、高い比誘電率とＱ値、および絶縁破壊電圧を有する誘電体組成物およびその誘電体組成物を用いた電子部品を提供する。それにより、誘電体組成物を使用する電子部品において、小型化、高機能化を図ることができる。本発明は、例えば誘電体膜を使用する、ダイプレクサやバンドパスフィルタなど薄膜高周波部品等に対して広く新技術を提供するものである。

【符号の説明】

【0075】

１… 支持基板
２… 下地層
３… 下部電極
４… 上部電極
５… 誘電体膜
１０… 薄膜コンデンサ

【図1】