特許 6565377 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】6565377

(24)【登録日】2019年8月9日

(45)【発行日】2019年8月28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】

   H01G 4/12 20060101AFI20190819BHJP

   C04B 35/04 20060101ALI20190819BHJP

   C23C 14/08 20060101ALI20190819BHJP

   C01G 35/00 20060101ALI20190819BHJP

   H01G 4/33 20060101ALI20190819BHJP

【ＦＩ】

   H01G4/12 090

   C04B35/04

   C23C14/08 K

   C01G35/00 C

   H01G4/33 102

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-129687(P2015-129687)

(22)【出願日】2015年6月29日

(65)【公開番号】特開2017-17090(P2017-17090A)

(43)【公開日】2017年1月19日

【審査請求日】2018年1月12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】政岡 雷太郎

(72)【発明者】

【氏名】内山 弘基

(72)【発明者】

【氏名】藤井 祥平

(72)【発明者】

【氏名】城川 眞生子

【審査官】 上谷 奈那

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０８３３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３２７４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６６７１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｇ ４／１２

Ｃ０１Ｇ ３５／００

Ｃ０４Ｂ ３５／０４

Ｃ２３Ｃ １４／０８

Ｈ０１Ｇ ４／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一般式 ｘＡＯ−ｙＢＯ−ｚＣ_２Ｏ_５
（Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも一種以上から選択される元素、ＢはＭｇ、Ｃは、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種以上から選択される元素。）
で表され、ｘ、ｙ、ｚの関係が
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００
０．０００＜ｘ≦０．２８１
０．６２５≦ｙ＜１．０００
０．０００＜ｚ≦０．３７５
である複合酸化物を主成分として含む誘電体組成物が成膜されてなる誘電体膜。

【請求項2】

前記一般式において、ｘ、ｙ、ｚの関係が
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００
０．０００＜ｘ≦０．２８１
０．６２５≦ｙ＜１．０００
０．０００＜ｚ≦０．１２５
であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体膜。

【請求項3】

請求項１または請求項２のいずれかに記載の誘電体膜を有する電子部品。

【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】

誘電体に注目すると、（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、誘電損失が低い、すなわちＱ値が高いこと、（３）耐電圧が高いなどが要求される。

【0005】

例えば、ＧＨｚ帯で誘電損失が低い代表的な材料として、アモルファスＳｉＮｘ膜が挙げられる。しかし、比誘電率（εｒ）が６．５と低いことから、目的の機能をもたせるためには大きな面積が必要となり、小型化の要求に応えることが困難であった。

【0006】

特許文献１には、誘電損失が低い、すなわちＱ値が高い材料であるＢａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３についての技術が開示されている。これらは１５００℃以上の熱処理を経て得られた緻密な焼結体として、１０ＧＨｚで比誘電率（εｒ）＝２４．７、Ｑ＝５１０００を得ている。

【0007】

また、非特許文献1では、Ｂａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３をＰＬＤ法（パルスレーザー蒸着法）によって成膜し、６００℃の熱処理により結晶化し、２．６６ＧＨｚで比誘電率（εｒ）＝３３．３、ｔａｎδ＝０．０１５８（Ｑ値に換算するとＱ＝６３．３）を得ている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ｖｏｌ． ４２ （２００３） ｐｐ． ７４２８−７４３１『Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｐｕｌｓｅｄ−Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ』

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平８−３１９１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１の技術は焼結体であり、誘電特性を得るためには十分な体積が必要となるため、高周波対応の電子部品に用いるにはサイズが大き過ぎ、一方、小型化を図るため特許文献１のＢａ（Ｍｇ_１／３Ｔａ_２／３）Ｏ_３を薄膜化すると、従来焼結体で得られていたような高いＱ値を得ることが困難であることが分かった。また、非特許文献1の技術は、薄膜として比誘電率（εｒ）＝３３．３、Ｑ値換算で６３．３が得られているものの、高周波対応の電子部品に用いるには、より高いＱ値が求められる。

【0011】

また、特許文献１および、非特許文献１は、耐電圧に関する言及はない。

【0012】

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、小型化した場合でも、比誘電率が高く、誘電損失が低い、すなわちＱ値が高く、更に耐電圧が高い誘電体組成物及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】

【0013】

上記目的を達成するために、本発明にかかる誘電体組成物は、
一般式 ｘＡＯ−ｙＢＯ−ｚＣ_２Ｏ_５
（Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも一種以上から選択される元素、ＢはＭｇ、Ｃは、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種以上から選択される元素。）
で表され、ｘ、ｙ、ｚの関係が
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００
０．０００＜ｘ≦０．２８１
０．６２５≦ｙ＜１．０００
０．０００＜ｚ≦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。

【0014】

前記ｘ、ｙ、ｚの範囲にすることで、比誘電率が高くＱ値が高く、更に耐電圧が高い誘電体組成物が得られる。

【0015】

また、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来た誘電体組成物と比較して、小型化した場合でも十分に高い比誘電率を得られ、Ｑ値が高く、すなわち、高いＳ／Ｎ比を示し、更に耐電圧が高い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できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明は、小型化した場合でも、比誘電率が高く、誘電損失が低い、すなわちＱ値が高く、更に耐電圧が高い誘電体組成物及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出来る。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【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

【図2】図２は、基板を２００℃に加熱して成膜した、本発明の一実施形態に係る誘電体組成物（実施例１）の表面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察した写真である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の好適な実施形態について、場合により図面を参照して説明する。

【0019】

＜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としての、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。

【0020】

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。

【0021】

＜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、Ｓｉ_３Ｎ_ｘなどの絶縁物を形成してもよく、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。

【0022】

＜下地層２＞
本実施形態において、図１に示す薄膜コンデンサ１０は、好ましくは、絶縁処理を施した支持基板１表面に、下地層２を有している。下地層２は、支持基板１と下部電極３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。

【0023】

密着性向上を目的としていることから、前記材料に限定されるものではなく、また支持基板１と下地層２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。

【0024】

＜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、コストや誘電体層４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。誘電体層４は大気中の他、不活性ガスであるＮ_２やＡｒ、またＯ_２、不活性ガスと還元性ガスであるＨ_２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、０．０１μｍ以上が好ましい。０．０１μｍ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。

【0025】

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よい。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時間で〜４．０時間である。上記の範囲を超えると、密着不良の発生、下部電極３の表面に凹凸が発生することで、誘電体膜５の誘電特性の低下が生じやすくなる。

【0026】

＜誘電体膜５＞
誘電体膜５を構成する誘電体組成物は、一般式 ｘＡＯ−ｙＢＯ−ｚＣ_２Ｏ_５
（Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも一種以上から選択される元素、Ｂは、Ｍｇ、Ｃは、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種以上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む。

【0027】

また、誘電体組成物の主成分をｘＡＯ−ｙＢＯ−ｚＣ_２Ｏ_５と表したときに、ｘ、ｙ、ｚの関係がｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．０００＜ｘ≦０．２８１、０．６２５≦ｙ＜１．０００、０．０００＜ｚ≦０．３７５である。

【0028】

本発明者らは、高いＱ値を維持したまま、単純なＭｇＯと比べて比誘電率も高くなる効果が得られる要因を次のように考えている。一般的に、結晶の対称性が良好なＭｇＯは高いＱ値を持つことが知られているが、その対称性ゆえに十分な誘電分極が得られず、高い比誘電率を得ることはできなかった。前記ＡおよびＣで表わされる元素を添加することで、ＭｇＯの一部がペロブスカイト型のＡ^２＋（Ｂ’^２＋_１／３Ｂ’’^５＋_２／３）Ｏ_３となるため、高いＱ値を維持したまま、単純なＭｇＯと比べて比誘電率も高くなるものと考えている。

【0029】

またＯの２ｐ軌道とＭｇの３ｓ軌道の最外殻原子軌道のエネルギー準位の差が大きいため、ＭｇＯを多く含有させることで電子の励起が起り難く、代表的な破壊モードである電子なだれが起り難くなる効果が高められ、耐電圧が高くなるものと考えている。

【0030】

ｘが０．２８１を超えると、過剰なＢａＯが大気中のＨ_２ＯやＣＯ_２と反応しＢａ（ＯＨ）_２やＢａＣＯ_３を生じ、十分なＱ値を得られない。ｙが０．６２５に満たないと十分なＱ値を得られない。ｚが０．３７５を超えると、過剰なＴａ_２Ｏ_５が酸素欠損を起こしやすく、半導体化し、誘電損失が大きくなる、すなわちＱ値が低くなってしまう傾向にある。ｘ、ｙ、ｚの範囲を、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．０００＜ｘ≦０．２８１、０．６２５≦ｙ＜１．０００、０．０００＜ｚ≦０．３７５とすることで、高い比誘電率と高いＱ値、高い耐電圧を両立することが可能となる。

【0031】

更に、前記一般式において、ｘ、ｙ、ｚの関係がｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．０００＜ｘ≦０．２８１、０．６２５≦ｙ＜１．０００、０．０００＜ｚ≦０．１２５であることが好ましい。

【0032】

前記ｘ、ｙ、ｚの範囲にすることで、ＭｇＯの一部がペロブスカイト型のＡ^２＋（Ｂ’^２＋_１／３Ｂ’’^５＋_２／３）Ｏ_３となり、バンドギャップエネルギーの大きいＭｇＯを多く含むことで、高い耐電圧を維持したまま、より高いＱ値が得られ易くなる効果がある。

【0033】

Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも一種以上から選択される元素である。Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒを一種で用いても、複数含有させて用いても同様な効果が得られる。また、ＢはＭｇであり、Ｃは、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種以上から選択される元素である。これらについても、一種で用いても複数含有させて用いても同様な効果が得られる。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

誘電体組成物はまた、本発明の効果である誘電特性、すなわち比誘電率やＱ値、耐電圧を大きく劣化させるものでなければ、微少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、たとえば前記主成分を含有する誘電体組成物全体に対して５０ｍｏｌ％以上、１００ｍｏｌ％以下である。

【0037】

また、誘電体膜５は通常、本発明の誘電体組成物のみで構成されるが、別の誘電体組成物の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Ｓｉ_３Ｎ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、Ｔａ_２Ｏ_ｘ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。

【0038】

＜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。

【0039】

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】

【0040】

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。

【0041】

＜実施例１＞＜比較例１＞
まず、３５０μｍ厚のＳｉの表面に６μｍ厚のＳｉＯ_２絶縁膜を備えた１０ｍｍ×１０ｍｍ角の支持基板の表面上に、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。

【0042】

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。

【0043】

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３０分、雰囲気を酸素雰囲気とし常圧下で熱処理を行った。

【0044】

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。

【0045】

まず、表１に示す試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．９、および試料Ｎｏ．１１〜試料Ｎｏ．１４のＭｇ、Ｔａの量となるようにＭｇＯ、Ｔａ_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水、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時間で乾燥させ、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１次仮焼を行い、ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５仮焼粉末を得た。

【0046】

次に、表１に示す試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１４の比率となるように、得られたＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５仮焼粉末とＢａＣＯ_３とを秤量し、１Ｌの広口ポリポットに秤量した原料粉末と水、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時間で乾燥させ、得られた混合粉末をＡｌ_２Ｏ_３坩堝に入れ、大気中１０５０℃で５時間保持する焼成条件で２次仮焼を行い、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５仮焼粉末を得た。

【0047】

Ｍｇを含まないＢａＯ−Ｔａ_２Ｏ_５系化合物は、目的とするＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５の生成を阻害してしまうが、このように２段階の仮焼を行うことで、ＢａＯ−Ｔａ_２Ｏ_５系化合物が生成することを抑制することができる。

【0048】

得られた仮焼粉末を乳鉢に入れ、バインダとして濃度６ｗｔ％のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を、仮焼粉末に対して４ｗｔ％となるように添加し、乳棒を使用して造粒粉を作製した後、φ２０ｍｍの金型へ厚みが５ｍｍ程度となるように造粒粉を入れた。次に一軸加圧プレス機を使用し成形体を得た。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１００℃／時間、保持温度を４００℃、温度保持時間を４時間として、雰囲気は常圧の大気中で脱バインダ処理を行った後に、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】

次いで、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４００ｎｍ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１×１０^−１（Ｐａ）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。上記誘電体膜に対し、Ｏ_２雰囲気下６００℃で１時間、アニール処理を施した。

【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】

成膜後の誘電体膜は、すべての試料について、下記に示す方法により組成分析を行い、表１に記載の組成であることを確認した。

【0054】

＜組成分析＞
組成分析は、室温において波長分散型蛍光Ｘ線分析法（リガク社製ＺＳＸ−１００ｅ）を用いて行った。

【0055】

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．１４を得た。

【0056】

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、耐電圧を、それぞれ下記に示す方法により行った。

【0057】

＜比誘電率（εr），Ｑ値＞
比誘電率（εr）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）。比誘電率は高い方が好ましく、１０以上を良好とした。また、Ｑ値は高い方が好ましく、６５０以上を良好とした。

【0058】

＜耐電圧（Ｖｂｄ）＞
耐電圧は、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／微少電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ Ｒ８３４０）を接続し、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ケタ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耐電圧（ｋＶ／μｍ）とし、表１に記載した。耐電圧は高い方が好ましく、０．５ｋＶ／μｍ以上を良好とした。

【0059】

【表1】

【0060】

試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．９
試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．９は、図２に示したものと同様に表面にクラック等の欠陥は見られなかった。表１より、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とする誘電体組成物であって、前記誘電体組成物の主成分をｘＢａＯ−ｙＭｇＯ−ｚＴａ_２Ｏ_５と表したときに、ｘ、ｙ、ｚの関係がｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．０００＜ｘ≦０．２８１、０．６２５≦ｙ＜１．０００、０．０００＜ｚ≦０．３７５である試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．９は、比誘電率が１０以上、Ｑ値が６５０以上、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ以上であることが確認できた。

【0061】

試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．２、試料Ｎｏ．６、試料Ｎｏ．８、試料Ｎｏ．９
表１より、誘電体膜の主成分をｘＢａＯ−ｙＭｇＯ−ｚＴａ_２Ｏ_５と表したときに、ｘ、ｙ、ｚの関係がｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０００、０．０００＜ｘ≦０．２８１、０．６２５≦ｙ＜１．０００、０．０００＜ｚ≦０．１２５である試料Ｎｏ．１、試料Ｎｏ．２、試料Ｎｏ．６、試料Ｎｏ．８、試料Ｎｏ．９は、比誘電率が１０以上、Ｑ値が８５０以上、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ以上であることが確認できた。このように、ｚの範囲を限定することで、比誘電率及び耐電圧を維持したまま、Ｑ値を更に高めることが可能であることが確認できた。

【0062】

試料Ｎｏ．１０〜試料Ｎｏ． １４
ｘ＞２８１であった試料Ｎｏ．１０は、クラックのため誘電特性を評価できなかった。試料Ｎｏ．１１〜試料Ｎｏ．１４は、図２に示したものと同様に表面にクラック等の欠陥は見られなかった。ｙ＜０．６２５であった試料Ｎｏ．１１〜試料Ｎｏ．１４は、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ未満であることが確認できる。

【0063】

＜実施例２＞
Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔａの量を表２に示す値となるように、ＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＯ、Ｔａ_２Ｏ_５の秤量を行い、１次仮焼ではＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５仮焼粉末を、２次仮焼ではそれぞれ、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．１５）、ＳｒＯ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．１６）、（Ｂａ−Ｃａ）Ｏ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．１７）、（Ｃａ−Ｓｒ）Ｏ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．１８）、（Ｓｒ−Ｂａ）Ｏ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．１９）、（Ｂａ−Ｃａ−Ｓｒ）Ｏ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２０）の仮焼粉末を得た。組成以外は実施例１と同様にしてターゲットを作製し、それぞれ試料Ｎｏ．１５〜試料Ｎｏ．２０の薄膜コンデンサ試料を作製した。実施例１と同様の評価を行った結果を表２に示す。

【0064】

【表2】

【0065】

試料Ｎｏ．９、試料Ｎｏ．１５〜試料Ｎｏ．２０
試料Ｎｏ．１５〜試料Ｎｏ．２０は、図２に示したものと同様に表面にクラック等の欠陥は見られなかった。表２より、ＡＯ−ＭｇＯ−Ｔａ_２Ｏ_５を主成分とする誘電体組成物であって、Ａが、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも一種以上含有した試料Ｎｏ．９、試料Ｎｏ．１５〜試料Ｎｏ．２０は、ほぼ同様な特性を示し、比誘電率が１０以上、Ｑ値が６５０以上、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ以上を有することが確認できる。

【0066】

＜実施例３＞
Ｂａ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｎｂの量を表４に示す値となるように、ＢａＣＯ_３、ＭｇＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５の秤量を行い、１次仮焼ではそれぞれ、ＭｇＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２１）、ＭｇＯ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２２）の仮焼粉末を、２次仮焼ではそれぞれ、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２１）、ＢａＯ−ＭｇＯ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２２）の仮焼粉末を得た。組成以外は実施例１と同様にしてターゲットを作製し、それぞれ試料Ｎｏ．２１、試料Ｎｏ．２２の薄膜コンデンサ試料を作製した。実施例１と同様の評価を行った結果を表３に示す。

【0067】

【表3】

【0068】

試料Ｎｏ．９、試料Ｎｏ．２１、試料Ｎｏ．２２
試料Ｎｏ．２１、試料Ｎｏ．２２は、図２に示したものと同様に表面にクラック等の欠陥は見られなかった。表３より、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ｃ_２Ｏ_５を主成分とする誘電体組成物であって、Ｃが、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種以上含有した試料Ｎｏ．９、試料Ｎｏ．２１、試料Ｎｏ．２２は、ほぼ同様な特性を示し、比誘電率が１０以上、Ｑ値が６５０以上、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ以上を有することが確認できる。

【0069】

＜実施例４＞
Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ，Ｍｇ、Ｔａ、Ｎｂの量を表４に示す値となるように、ＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＭｇＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５の秤量を行い、１次仮焼ではそれぞれ、ＭｇＯ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２３〜試料Ｎｏ．２６）の仮焼粉末を、２次仮焼ではそれぞれ、（Ｂａ−Ｃａ）Ｏ−（Ｍｇ）Ｏ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２３）、（Ｃａ−Ｓｒ）Ｏ−（Ｍｇ）Ｏ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２４）、（Ｓｒ−Ｂａ）Ｏ−（Ｍｇ）Ｏ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２５）、（Ｂａ−Ｃａ−Ｓｒ）Ｏ−（Ｍｇ）Ｏ−（Ｔａ−Ｎｂ）_２Ｏ_５（試料Ｎｏ．２６）の仮焼粉末を得た。組成以外は実施例１と同様にしてターゲットを作製し、それぞれ試料Ｎｏ．２３〜試料Ｎｏ．２６の薄膜コンデンサ試料を作製した。実施例１と同様の評価を行った結果を表４に示す。

【0070】

【表4】

【0071】

試料Ｎｏ．２３〜試料Ｎｏ．２６
試料Ｎｏ．２３〜試料Ｎｏ．２６は、図２に示したものと同様に表面にクラック等の欠陥は見られなかった。表５より、ＡＯ−ＢＯ−Ｃ_２Ｏ_５を主成分とする誘電体組成物であって、Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも一種以上から選択される元素を含み、ＢはＭｇ、Ｃは、Ｎｂ、Ｔａの少なくとも一種以上から選択される元素を含有した試料Ｎｏ．２３〜試料Ｎｏ．２６は、ほぼ同様な特性を示し、比誘電率が１０以上、Ｑ値が６５０以上、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ以上を有することが確認できる。

【0072】

＜実施例５＞
誘電体膜の成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．９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５に示す。

【0073】

＜実施例６＞
誘電体膜厚みを８００ｎｍとした以外は、実施例１の試料Ｎｏ．９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５に示す。

【0074】

【表5】

【0075】

試料Ｎｏ．２７、試料Ｎｏ．２８
試料Ｎｏ．２７、試料Ｎｏ．２８は、図２に示したものと同様に表面にクラック等の欠陥は見られなかった。表７より、誘電体膜の製法（試料Ｎｏ．２７）や誘電体膜厚（試料Ｎｏ．２８）が異なっても、本実施形態の誘電体膜を使用することで、比誘電率が１０以上、Ｑ値が６５０以上、耐電圧が０．５ｋＶ／μｍ以上であることが確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0076】

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、本発明は小型化しても比誘電率が高く、誘電損失が低い、すなわちＱ値が高く、更に耐電圧が高い誘電体組成物及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、たとえば、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】

【0077】

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】

【図2】