CN1225754C - 薄膜电容器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种薄膜电容器的制造方法，是把第一电介质薄膜4和第二电介质薄膜5叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器的制造方法，在使第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t₂为t₂＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}(但是，C/S为面电容值，ε_oτ_tot为所希望的电容温度系数)，主晶粒的(τ/κ)为(τ_g/κ_g)的情况下，由所述的主晶粒的晶粒直径的大小，选择{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值超过1的主晶粒直径区域，决定晶粒直径的目标值，控制所述主晶粒的粒子直径，并使其达到所述目标值，形成所述第二电介质薄膜。能比较容易地实现小型化、薄型化、轻量化，并且能进行温度补偿。

Description

薄膜电容器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于补偿半导体元件的结电容的温度依存性的薄膜电容器(capacitor)的制造方法、以及使用通过该制造方法得到的薄膜电容器，减小了电子电路的温度依存性的薄膜电容器单元(condenser)和电子电路。

背景技术

一般的薄膜电容器单元结构如下：在衬底上叠层下部电极、电介质层和上部电极。有时其结构为：在具有作为下部电极的功能的半导体衬底上按顺序叠层电介质层和上部电极层。

在这种薄膜电容器单元中，希望电介质层的介电常数和Q值大，并且在共振频率的温度系数方面，能取得以0为中心的正或负的任意温度系数。

以往，作为具有如此特性的电介质组成物，众所周知的有例如在BaO-TiO₂类的电介质中添加氧化钐(Sm₂O₃)、氧化钆(Gd₂O₃)、氧化镝(Dy₂O₃)、氧化铕(Eu₂O₃)等，烧固后得到的材料。可是，在用于得到这种以往的电介质瓷器组成物的技术中，只能把介电常数εr控制在61～72的范围内，把温度系数τ控制在-24～31ppm/℃的范围内。

在这样的背景下进行技术开发，并提出了把共振频率的温度系数为正值的第一电介质瓷器组成物薄板和共振频率的温度系数为负值的第二电介质瓷器组成物薄板叠层并接合后组合而构成的电介质瓷器组成物薄板。

根据该技术，把混合了必要成分原料的材料成形为直径16mm，厚度为9mm的圆板形，并通过把该成形体在1260～1450℃的温度下烧固数个小时，得到第一电介质瓷器组成物，同时使用与所述不同的成分原料，进行成形和烧固处理，制造相同尺寸的第二电介质瓷器组成物，并把两种电介质瓷器组成物切成厚度为1mm左右的板状，通过把它们叠层在一起，来得到叠层型的电介质瓷器组成物。

更具体地说，把介电常数不同或相等的电介质瓷器组成物叠层，并通过调整两者的体积组成比，就能得到所需要的介电常数和温度系数。

可是，根据该技术，因为采用了把用烧结法制造的第一电介质瓷器组成物和第二电介质瓷器组成物的1mm左右厚度的多块板叠层的结构，所以，虽然能制造出板状叠层型电容器，但是在进一步小型化和轻型化方面有局限性。例如，无法使薄膜状电容器的厚度达到1mm以下，很难在此基础上再进一步地进行薄膜化。

另外，存在着以下所述的问题：即，通过接合把电介质瓷器组成物薄板叠层后，由于在板与板的边界部分存在着介电常数不同的接合层或空气层，所以在叠层板结构的厚度方向上有多个不连续部分，从而很难得到具有理想的温度系数的电容器。

而且，因为板状电介质瓷器组成物是多晶体的厚膜状电介质，所以在膜厚度方向上具有多个结晶粒界，在1GHz以上的高频区域很难降低电介质损耗。

鉴于以上所述背景，如果对薄膜电容器单元进行考察，就会发现在面电容值一定的条件下，第二电介质薄膜的膜厚度与电容温度系数的绝对值和介电常数的比(以下称作τ/κ比)有成反比的倾向。另一方面，电介质薄膜的膜厚度越薄，该τ/κ比的绝对值就越小。并且，介电常数越高该倾向就越显著，所以鉴于以上各方面，很难用以往的此种薄膜电容器单元的开发技术来进行高介电常数下的薄膜化。

更具体地说，在具有以上所述的把第一电介质薄膜和第二电介质薄膜叠层的结构的薄膜电容器单元中，由不同的电介质薄膜的各自的介电常数和温度系数决定各自的膜厚度。特别是，当通过把具有介电常数κ_c、电容温度系数0ppm/℃的电介质薄膜(称作控制膜；第一电介质薄膜；C膜)和具有介电常数κ_N、电容温度系数τ_Nppm/℃的电介质薄膜(称作第二电介质薄膜；N膜)叠层构成具有面电容值(C/S)pF/mm²、电容温度系数τppm/℃的电容器的情况下，如果使ε₀为真空的介电常数，则用以下表达式(1)和(2)来表示第一电介质薄膜(C膜)和第二电介质薄膜(N膜)各自的膜厚度t_N、t_C。

表达式(1)为：

$t_N=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\τ}}{(C/S)}\frac{1}{[{\mathrm{\τ}}_N/K_N]}$

表达式(2)为：

$t_c=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\κ}}_C}{(C/S)}-t_N\frac{{\mathrm{\κ}}_C}{{\mathrm{\κ}}_N}$

由表达式(1)和(2)可知，第二电介质薄膜(N膜)的膜厚度t_N由(τ_N/K_N)的值决定。因为在以往，为了使第二电介质薄膜(N膜)比已存在的值薄，应该按电介质材料的种类改变不同的(τ_N/K_N)的值，即有必要变更电介质材料本身，使(τ_N/K_N)的值增大，有必要开发(τ_N/K_N)的值较大的电介质材料。

发明内容

鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供一种无需开发新型的电介质材料，就能比较容易地实现薄膜电容器单元的进一步小型化、薄型化、轻型化，从而可以制造能补偿温度的薄膜电容器的方法。另外，本发明的目的还在于：提供一种具有用以上所述的制造方法所获得的薄膜电容器的薄膜电容器单元。

另外，本发明的目的还在于：提供满足以上所述特性的基础上，在高频区域中有良好的Q值的薄膜电容器单元。

另外，本发明的目的在于：提供具备所述的薄膜电容器单元的电子电路。

为了解决所述问题，本发明的薄膜电容器单元制造方法其特征在于：把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

所述主晶粒的τ_g/κ_g值随主晶粒的晶粒直径变化，选择(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1的主晶粒直径区域，来决定晶粒直径的目标值，并通过控制所述主晶粒的粒子直径，使其达到所述目标值，来形成所述第二电介质薄膜，据此，使该第二电介质薄膜的膜厚度变薄，形成薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

根据本发明，即使在不需开发新的电介质材料，使用以往的电介质材料的情况下，也能制造比以往的薄膜电容器更薄、更小的薄膜电容器。即本发明者发现，当是把第一电介质薄膜和第二电介质薄膜叠层后得到的薄膜电容器的情况下，通过控制第二电介质薄膜的主晶粒直径，不但能确保作为薄膜电容器的介电常数和电容温度系数，还能使膜厚度变薄，通过从该关系选定希望的主晶粒直径，就能实现薄膜电容器的薄型化。即通过控制控制主晶粒直径，使作为电介质薄膜的(τ/κ)与作为主晶粒的(τ_g/κ_g)比值，即(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1，就能使薄膜电容器的电介质薄膜变薄。

为了解决所述问题，在本发明的薄膜电容器单元的制造方法其特征在于：把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜、电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，把多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单位的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

当把b/a作为常数时，在a/2Δa和τ/κ的关系中，选择a/2Δa的值，使{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值在超过1的区域中，从而求出目标主晶粒直径的范围，并通过在该主晶粒直径的范围内形成所述第二电介质薄膜，来使所述第二电介质薄膜的膜厚度薄膜化，据此来制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

根据本发明，即使在不需开发新的电介质材料，使用以往的电介质材料的情况下，也能制造比以往的薄膜电容器更薄、更小的薄膜电容器。即本发明者发现，当是把第一电介质薄膜和第二电介质薄膜叠层后得到的薄膜电容器的情况下，在电介质薄膜的主晶粒的a/2Δa和电介质薄膜τ/κ的关系中，通过控制第二电介质薄膜的主晶粒直径，不但能确保作为薄膜电容器的介电常数和电容温度系数，还能使膜厚度变薄，通过从该关系选定希望的主晶粒直径，就能实现薄膜电容器的薄型化。

即，通过控制控制主晶粒直径，使作为电介质薄膜的(τ/κ)与作为主晶粒的(τ_g/κ_g)比值，即(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1，就能使薄膜电容器的电介质薄膜变薄。

为了解决所述问题，在本发明的薄膜电容器单元的制造方法其特征在于：把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒的周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单位的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，a/2Δa为无量纲参数x，b/a为无量纲参数Υ，用x的函数κ(x)表示所述κ，主晶粒内部的介电常数为k_g，晶界层的介电常数为k_gb，主晶粒内部的电容温度系数为τ_g，晶界层的电容温度系数为τ_gb，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，满足以下所述关系：

κ(x)/κg

＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x

并满足以下所述关系：

τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb)·{(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]

而且，使(τ(x)/κ(x))/(τg/κg)的值为1.10以上，来制造所述第二电介质薄膜，从而制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

根据本发明，即使在不需开发新的电介质材料，使用以往的电介质材料的情况下，也能制造比以往的薄膜电容器更薄、更小的薄膜电容器。即本发明者发现，当是把第一电介质薄膜和第二电介质薄膜叠层后得到的薄膜电容器的情况下，在电介质薄膜的主晶粒的a/2Δa和电介质薄膜τ/κ的关系中，通过控制第二电介质薄膜的主晶粒直径，不但能确保作为薄膜电容器的介电常数和电容温度系数，还能使膜厚度变薄，通过从该关系选定希望的主晶粒直径，就能实现薄膜电容器的薄型化。

本发明其特征在于：使(τ(x)/κ(x))/(τ_g/κ_g)的值在1.25以上，来制造所述第二电介质薄膜。

通过使(τ(x)/κ(x))/(τ_g/κ_g)的值在1.25以上，比1.10的场合更有助于薄型化和小型化。

本发明其特征在于：所述a/2Δa的平均值在1.7≤a/2Δa≤13的范围内，b/a的平均值在5≤b/a的范围内。

本发明其特征在于：所述a/2Δa的平均值在1.8≤a/2Δa≤6的范围内，b/a的平均值在5≤b/a的范围内。

这些值如果在刚才的范围内，有助于薄型化和小型化。

本发明其特征在于：所述第二电介质薄膜的介电常数在100以上。

本发明其特征在于：作为所述第二电介质薄膜，使用从Sr_xBa_1-xTiO₃、CaTiO₃、PbTiO₃中选择的任意晶体。

如果是这些晶体的电介质薄膜，就能控制这些晶粒的直径，通过控制晶粒直径，能准确地实现薄型化和小型化。

本发明的薄膜电容器单元是以用所述的任意一种制造方法制造的薄膜电容器配置在电极间为特征的温度补偿型薄膜电容器单元。

本发明的电子仪器其特征在于：包含有用所述的任意一种制造方法所制造的薄膜电容器。

如果是所述薄膜电容器，则其特征在于：不但具有目标温度系数，还能实现薄膜化、小型化。

本发明的电子电路其特征在于：把用所述的任意一种制造方法所制造的薄膜电容器配置在电极间，构成薄膜电容器单元，该薄膜电容器单元与变容二极管并联连接，并在所述薄膜电容器单元的电极上连接有输入、输出端子。

因为变容二极管具有正的温度系数，所以通过与具有所述结构的薄膜电容器单元并联连接，就能用薄膜电容器单元的温度系数抵消变容二极管的温度系数，从而能取得良好的温度稳定性。

附图说明

下面简要说明附图。

图1表示了本发明中温度补偿用薄膜电容器单元的实施例1的剖面结构。

图2是图1所示薄膜电容器单元的俯视图。

图3A是主晶粒和围在其周围的晶界以及含有它们的主晶粒结构单位的说明图，图3B是表示主晶粒结构单位的结合状态的俯视图，图3C是同一结合状态的侧视图。

图4A是表示主晶粒的立体图，图4B是用晶界层夹着主晶粒的上下的模型结构的立体图，图4C是表示在纵向上叠层了N₃个主晶粒结构单位的状态的立体图，图4D是表示在膜面方向上多个主晶粒结构单位结合的状态的俯视图。

图5是表示κ_g/κ_gb＝10、τ_g/κ_g＝10τ_gb/κ_gb的情况下的(x/x_BULK)的值和a/2Δa的值的关系的图。

图6是表示κ_g/κ_gb＝10、τ_g/κ_g＝τ_gb/κ_gb的情况下的(x/x_BULK)的值和a/2Δa的值的关系的图。

图7是表示κ_g/κ_gb＝10、τ_g/κ_g＝10τ_gb/κ_gb，并且b/a＝3的情况下的(x/x_BULK)的值和a/2Δa的值的关系的图。

图8是表示κ_g/κ_gb＝10、τ_g/κ_g＝10τ_gb/κ_gb，并且b/a＝10的情况下的(x/x_BULK)的值和a/2Δa的值的关系的图。

图9是表示Δa＝5埃，b/a＝5的情况下，(τ/x)/(τ/x)_BULK的值和a/2Δa的值的关系的图。

图10表示了本发明中温度补偿用薄膜电容器单元的实施例2的剖面结构。

图11是表示本发明中设置有薄膜电容器单元的电路的一个例子的电路图。

图12是比较本发明中的薄膜电容器单元的温度系数和变容二极管的温度系数的图。

图13是表示在制造本发明的电介质薄膜时使用的双频激励型溅射装置的一个例子的剖视图。

图14是表示通过图13所示的双频激励型溅射装置在无衬底偏压的状态下成膜的TiO₂薄膜的剖面结构的组织照片。

图15是表示通过图13所示的双频激励型溅射装置在外加衬底偏压的状态下成膜的TiO₂薄膜的剖面结构的组织照片。

下面简要说明附图符号。

1、10—薄膜电容器单元；2—衬底；3—第一电极层；4—第一电介质薄膜；5—第二电介质薄膜；7—第二电极层；6—主晶粒结构单位；8—主晶粒；a—主晶粒结构单位的膜面方向的宽度；b—主晶粒结构单位的膜厚度方向的高度；Δa—晶界层的厚度。

具体实施方式

下面，参照附图就本发明的实施例加以说明，但是本发明并不局限于以下所述的实施例。

图1表示了本发明的实施例1的薄膜电容器单元，该实施例1的薄膜电容器单元的结构如下：在俯视图中为矩形的衬底2的一面上，叠层了薄膜状的第一电极层(下部电极层)3、薄膜状的第二电介质薄膜5、薄膜状的第一电介质薄膜4、薄膜状的第二电极层(上部电极层)7。

虽然并未限定所述衬底2的材料，但是为了给电容器整体赋予适度的刚性，该材料应具有充分的厚度，并且在通过成膜法在衬底2上按顺序形成各薄膜状的第一电极层3、第二电介质薄膜5、第一电介质薄膜4、第二电极层7时，能承受各成膜处理的温度。

作为满足以上条件的例子，应该是表面用硅覆盖的构件，例如由硅片或SiO2、Al2O3等构成的衬底。

所述第一电极层3和第二电极层7既可以是由Cu、Ag、Au、Pt等的单一金属构成的单层结构，也可以是由多个金属层构成的叠层型结构。在叠层型结构的情况下，能用硅的氧化物、Cr、Ni、氧化铬、氧化镍、Pt等构成的层或把两层以上的这些层叠层在一起。

所述第一电介质薄膜4最好使用具有比后面描述的第二电介质薄膜更高的耐压性、Q值，并且温度变化率低的材料。

具体而言，作为第一电介质薄膜4，最好使用具有以下参数的材料，即电容温度系数的绝对值在50ppm/℃以下，介电常数在10以下，耐电场强度为5MV/cm以上，最好在8MV/cm以上，无负载Q值为200以上，最好在500以上(频率为1GHz以上时)，电介质驰豫时间在一秒以上。作为所述第一电介质薄膜4的厚度应在1μm(1×10-⁶m)以下，最好在250～5000埃(0.025～0.5μm)左右的范围内。这是为了确保作为薄膜电容器单元1的整体耐压性，并且为了实现薄型化和高生产率。

另外，作为能满足这些条件的材料，例如有非晶体SiO_xN_y层、SiO_x层。能用溅射法或PECVD法等成膜法制作所述非晶体SiO_xN_y层。

所述第二电介质薄膜5在耐压方面和Q值方面虽然不如所述的第一电介质薄膜4，但是最好使用比所述第一电介质薄膜4具有更高的温度变化率的材料。

更具体地说，第二电介质薄膜5最好使用具有以下参数的材料，即电容温度系数为负，绝对值在50ppm/℃以上，介电常数在150以下，无负载Q值为50以上，最好在200以上(频率为1GHz以上时)，电介质驰豫时间在一秒以上。

作为所述第二电介质薄膜5的厚度在1μm以下，在0.025μm(250埃)～0.5μm(5000埃)的范围内更好，最好在0.025μm(250埃)～0.3μm(3000埃)的范围内。这是因为构成第二电介质薄膜5的主晶粒的膜面方向的粒子直径如果是0.5μm到1μm，在膜厚度方向上不形成多个晶界；如果膜自身太厚，用成膜法成膜时就会耗费过多的成膜时间，所以应尽量缩短成膜时间。这里的第二电介质薄膜5是晶界层包围主晶粒的周围构成的组织，关于该组织将在后面加以描述。

这是因为构成第二电介质薄膜5的主晶粒的粒子直径如果是0.1μm到0.5μm，在膜厚度方向上无法形成过多例如10个以上的晶界。在膜厚度方向上存在的晶界的数量越少越好，如果可能，最好是两个以下，最为理想的是不存在晶界(即在膜厚度方向上只存在一个晶粒的状态)。

下面，就所述第二电介质薄膜5的晶粒直径和膜厚度的关系加以说明。

在本发明中，根据图3A所示的晶体集合模型解析第二电介质薄膜5的结构。在图3所示的晶体集合模型中，假设沿着图3A的X方向和Y方向的一边(膜面方向的一边)是a的正方形(膜面方向的纵向宽度和横向宽度都是a)，并且沿着Z方向(膜厚度方向)的高度为b的主晶粒结构单位6。

假设在该主晶粒结构单位6的内部，存在主晶粒8，厚度为Δa的厚度均匀的晶界层9覆盖了该主晶粒8，构成主晶粒结构单位6，多个该主晶粒结构单位6结合，构成第二电介质薄膜5。

从以上说明的关系能用a-2Δa表示主晶粒结构单位6在X方向的一边的长度，用a-2Δa表示Y方向的一边的长度，在第二薄膜5的面方向以及厚度方向上，配置了多个这样大小的主晶粒结构单位6，构成所述第二电介质薄膜5。

这里，如果x为无量纲的粒子直径参数(主晶粒的)，就能规定x为x≡a/2Δa。如果Υ为无量纲晶体高度参数(主晶粒的)，就能规定Υ为Υ≡b/a，b/2Δa＝Υx，这些表示了主晶粒的形状(例如，如果Υ大，就成为在膜厚度方向纵长的主晶粒。即b大于a的场合)。

以这些关系式为基础，以晶体学中的容量结晶计算作为基本，能计算出κ(介电常数)为x的函数，得到由以下所述的表达式(3)表示的关系。

表达式3

另外，表达式3也可以表示如下：

表达式3

κ(x)/κ_g＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x

在表达式3中，κ为介电常数，因为该介电常数κ是x的函数，所以表示为κ(x)。在表达式3中，κ_g是主晶粒(grain)内部的介电常数，κ_gb表示晶界的介电常数。

下面，以同样的手法，定型化规格化电容温度系数。

如果人为τ(电容温度系数)同样是x的函数，τ_g是主晶粒内部的温度系数，τ_gb为晶界的温度系数，得到以下所述的表达式4所表示的关系。

表达式4

该表达式4也可以表示如下：

表达式4：τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb)·{(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]

在τ(x)、κ(x)、τ_g/k_g中，以下表达式(5)的关系成立。

表达式5：

$\left\{\frac{\mathrm{\τ}\left(x\right)}{\mathrm{\κ}\left(x\right)}\right\}/\left\{\frac{{\mathrm{\τ}}_g}{k_g}\right\}=\left\{\frac{\mathrm{\τ}\left(x\right)}{{\mathrm{\τ}}_g}\right\}/\frac{\mathrm{\κ}\left(x\right)}{k_g}$

表达式5也可以记载如下：

表达式5：

{τ(x)/κ(x)}/{τ_g/k_g}＝{τ(x)/τ_g}/{κ(x)/k_g}

这里，温度系数的定义用τ≡(Эk/ЭT)/κ(T为绝对温度)表示，该表达式表示介电常数(或电容)κ的相对温度变化率。

因此，能认识到(τ/κ)比是薄膜化的重要参数。

下面，再度详细说明以上说明的各表达式的基本导出步骤。

首先，如图4A所示，因为主晶粒8的X方向(膜面方向)的宽度为a-2Δa，Y方向(膜面方向)的宽度为a-2Δa，Z方向(膜厚度方向)的高度为b-2Δa，所以，如果求在1个主晶粒8的上下配置电极层形成的微结构电容器时，一个主晶粒8的电容C_g ⁽¹⁾，则以下所述的表达式(6)成立。

表达式6

${C_g}^{\left(1\right)}=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_g}{b-2\mathrm{\Δa}}{(a-2\mathrm{\Δa})}^2$

在表达式6中，如果ε为介电常数，κ为介电常数，ε₀为真空介电常数，因为ε＝ε₀κ，所以得到表达式6。

下面，如图4B所示，如果假设在主晶粒8的上下配置厚度Δa的晶界，形成用厚度Δa的晶界夹着主晶粒8的上下的结构，如果计算其电容C^(1)(in)，则得到表达式7的结果。

表达式7：

$C^{\left(1\right)\left(\mathrm{in}\right)}=\frac{{(1-2\mathrm{\Δa})}^2}{(b-2\mathrm{\Δa})/{\mathrm{\ϵ}}_g+2\mathrm{\Δa}/{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{gb}}}$

如果计算把主晶粒8的四个侧面用厚度Δa的晶界层包围，形成的主晶粒结构单位6的电容C⁽¹⁾，则得到以下表达式8。

$C^{\left(1\right)}=\frac{{(a-2\mathrm{\Δa})}^2}{(b-2\mathrm{\Δa})/{\mathrm{\ϵ}}_g+2\mathrm{\Δa}/{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{gb}}}+\frac{{4\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{gb}}(a-\mathrm{\Δa})\mathrm{\Δa}}{b}$

下面，如图4C所示，如果计算在纵向叠层了N₃个所述主晶粒结构单位6的结构的电容C^(1B)，则得到表达式9。

表达式9：C^(1B)＝C⁽¹⁾/N₃

下面，如图4D所示，把用表达式9求出的纵向叠层了N₃个的结构的电容C^(1B)在平面中排列N₁×N₂个的结构的第二电介质薄膜5的电容由以下表达式10表示，这等价于应求的第二电介质薄膜的总电容。

$C=C^{\left(\mathrm{NB}\right)}=\frac{N_1{N}_2}{N_3}{C}^{\left(1\right)}$

一方面，如果第二电介质薄膜的膜厚度为t₂，电极面积为S，则以下所述的表达式(11)成立。

表达式11

$C=\frac{\mathrm{\ϵ}}{t}S=\mathrm{\ϵ}\frac{S}{t}=\mathrm{\ϵ}\frac{N_1{N}_2{a}^2}{N_{3}b}$

从该表达式11可知，C＝ε(N₁N₂a₂/N₃b)＝C×(N₃b/N₁N₂a₂)＝(b/a²)·C·(N₃/N₁N₂)

因为，由表达式10可知有C＝(N₁N₂/N₃)C⁽¹⁾的关系，所以把该不安息代入刚才的表达式中，变为C＝(b/a²)·C·(N₃/N₁N₂)＝(b/a²)·(N₁N₂/N₃)C⁽¹⁾·(N₃/N₁N₂)，得到以下所述的表达式12。

$\mathrm{\ϵ}=\frac{b}{a^2}{C}^{\left(1\right)}$

如果使用刚才说明的无量纲参数，x≡a/2Δa，Υ≡a/Δa和Υx≡b/2Δa，则以下表达式13成立。

表达式13

在表达式13中，如果用ε＝κε₀，用κ_g使κ标准化，则得到以下所述的表达式14。在该表达式14中，κ是x的函数，用κ(x)表示。

表达式14

下面，就温度系数τ的推导加以说明。由温度系数τ的定义可得到以下表达式15。

表达式15

$\mathrm{\τ}\≡\frac{\frac{\∋\mathrm{\κ}}{\∋T}}{\mathrm{\κ}}=\frac{\∋\ln \mathrm{\κ}}{\∋T}$

因此，通过用绝对温度对所述表达式14的对数微分，得到所述的τ(x)/τ_g的表达式，即表达式4。

另外，关于{τ(x)/κ(x)}/{τ_g/k_g}，能用τ(x)/τ_g除以κ(x)/k_g，得到所述的表达式5。

因此，由以上可知，如果是基于图3和图4说明的晶体结构，能从所述的表达式3计算介电常数，能从表达式4计算规格化电容温度系数。

图5～8基于这些计算模型，表示了作为主晶粒结构单位的集合体的第二电介质薄膜的介电常数、电容温度系数和τ/κ比的计算结果。

图5表示假设主晶粒的情况下，κ和τ/κ比的各值是在晶界的值的10倍的情况下的计算结果，图6表示假设主晶粒的情况下，κ和τ的各值是在晶界的值的10倍的情况下的计算结果。

从任何计算结果可知，表示τ_g/κ_g比的曲线中，在表示a/2Δa的值的横轴的1～20的区域中，存在向上凸的峰。

基于该结果，在图5的情况下，用图7和图8表示了b/a＝3或b/a＝10的情况下的计算结果。从表示了b/a＝3的图7和表示了b/a＝10的图8可知，有b/a的值越大，τ/κ比越大的倾向。并且，在基于图6的计算结果中，该倾向是一样的。

从这些结果可知，膜厚度方向的主晶粒尺寸即主晶粒的膜厚度方向的高度比膜面方向的结晶尺寸大得越多，在小粒子直径中得规格化τ/κ比的极大值越大。

另外，由图6～图8的任何一个的结果可知，得到了纵轴κ/κ_Bulk的值超过1的区域。当构成使用了这种第二电介质薄膜的薄膜电容器单元时，在横轴a/2Δa的值超过纵轴κ/κ_Bulk的区域，例如，如果a/2Δa的值为2～12的区域，即如果把晶粒直径限定在小范围内，构成薄膜电容器单元的电介质薄膜的膜厚度能存在于比以往小的范围内。

总结以上结果，可知把主晶粒在膜面方向的粒子直径和膜厚度方向的高度b的比b/a设置为5，把晶界层的膜厚度设置为5埃的情况下的(τ/κ)/(τ/κ)_BULK设置为纵轴，a/2Δa作为横轴的情况下的计算结果在图9中放大显示。从该图可知，1.7＜a/2Δa＜13的范围中，存在(τ/κ)(τ/κ)_BULK的值超过1的区域，如果利用该区域，设计、制造第二电介质薄膜，即如果第二电介质薄膜的主晶粒为17埃＜a＜130埃，85埃＜b＜650埃，那么第二电介质薄膜能比以往更薄。

基于这些结果，如果使晶界层膜厚度Δa为5埃，电极层和电介质薄膜之间的界面上生成的边界层的厚度为50埃，由理想的单晶体设计出的电介质薄膜(相当于以往的电介质薄膜)的厚度为250埃～500埃、500埃～1000埃、1000埃～2000埃、2000埃～5000埃、5000埃～10000埃的各范围的情况下，在以下所述的表1中表示了理想的粒子直径控制范围和当控制在该理想的粒子直径范围的情况下，作为实际设置的电介质薄膜的必要的厚度、膜厚度减少率的计算结果。

表1

膜厚度(假设单晶体的场合)    粒子直径控制范围    最大膜厚度减少率

250～500埃                   13＜a＜50埃            38％

                             85＜b＜膜厚度

500～1000埃                  12＜a＜80埃            57％

                             60＜b＜膜厚度

1000～2000埃                 12＜a＜110埃           60％

                             60＜b＜膜厚度

2000～5000埃                 12＜a＜130埃           62％

                             60＜b＜膜厚度

5000～10000埃                12＜a＜240埃           63％

                             50＜b＜膜厚度

由以上的表1可知，通过限定电介质薄膜在膜面方向的粒子直径a和膜厚度方向的高度b，膜厚度能比以往由单晶体构成电介质薄膜的场合即以往的一般设计方法的电介质薄膜的膜厚度减少38％～63％。

综上所述，为确定第一电介质薄膜4的厚度，可由所述的表达式1即t_c＝{(ε_Oκ_C)/(C/S)}-{t_N(κ_C/κ_N)}的关系求出，为确定第二电介质薄膜5的厚度，可由所述的表达式2即t_N＝{ε₀τ/(C/S)}·{1/(τ_N/K_N)}的关系求出，这些都没有改变。

本发明的最大特征在于：以往，当要在这些表达式中，使第二电介质薄膜变薄时，即为了使t_N变小，有必要探索或开发(τ_N/K_N)大的别的材料，但是在本发明中，即使考虑到这些表达式的关系，并且限定第二电介质薄膜为特定的材料，温度系数和(τ_N/K_N)比随着主晶粒直径和其厚度方向的高度而变化，通过把这些作为参数在适当的范围中调整，不但能得到目标的温度系数，而且存在比以往的电介质薄膜的更薄膜化的区域。

另外，从图9所示的结果可知，为了达到10％以上的薄膜化，粒子直径控制范围最好为1.7≤2Δa≤13，并且，5≤b/a；达到25％以上的薄膜化，粒子直径控制范围最好为1.8≤2Δa≤6，并且，5≤b/a。

另外，作为能满足以上所说明的第二电介质薄膜5的条件的材料层，例如有Sr_xBa_1-xTiO₃晶体、CaTiO₃晶体、PbTiO₃晶体或TiO₂层。

因为Sr_xBa_1-xTiO₃晶体、CaTiO₃晶体、PbTiO₃晶体的相变温度都在室温以下，在室温区域中电容温度系数为负，介电常数为100以上，基于调整的目的设置有所述的第一电介质薄膜4，所以虽然耐压比所述的第一电介质薄膜4低，有可能产生若干漏电流，但是，因为配置了耐压性高的第一电介质薄膜4，所以作为薄膜电容器单元在耐压性能上没有问题。例如，能用溅射法等成膜法形成这些层。

因为具有所述结构的薄膜电容器单元1具有耐压性能良好的第一电介质薄膜4，所以具有良好的耐压性能。另外，因为由第一电介质薄膜4和第二电介质薄膜5叠层构成，所以与以往的板状电介质瓷器组成物的叠层结构不同，对薄型化和小型化有利，能容易地得到5μm左右以下所述的。

通过调整使用的第一电介质薄膜4和第二电介质薄膜5的膜厚度、组成比，能调整作为电容器的Q值、耐压、电容温度系数，能得到即使使用环境的温差大，也具有温度良好的稳定性的薄膜电容器单元1。

由所述可知，图1所示结构的薄膜电容器单元1在对应补偿便携式电子仪器、微波通讯仪器的温度所必要的电子仪器电路中有用。

在以上所述的形态中，虽然在电极层3上按顺序叠层了第二电介质薄膜5、第一电介质薄膜4，但是，如图10所示，也可以按顺序叠层第一电介质薄膜4和第二电介质薄膜5，构成薄膜电容器单元10。

在图10所示的薄膜电容器单元10中，能取得与所述的实施例1的薄膜电容器单元1相同的效果。

图11是表示把本发明中的薄膜电容器单元1或10构成的薄膜电容器单元C1安装在实用的电子电路中的构成例，在该例子的电子电路中，对于线圈L，并联电容器CO和变容二极管Dc，所述变容二极管Dc与所述的实施例的薄膜电容器单元C1并联，在薄膜电容器单元C1的上部电极7和下部电极3上连接输入、输出端子11、12，在输入、输出端子12和薄膜电容器单元C1的一方的电极之间连接电阻R。

在图11所示的电路中，因为变容二极管Dc根据电压改变电容，该变容二极管Dc的温度系数具有正的所定值，所以用薄膜电容器单元C1抵消该变容二极管Dc的温度系数，从而能得到具有良好的温度稳定性的谐振电路。

图12表示了它们的温度系数分布，但是，如果变容二极管Dc的温度系数+200～+500ppm/℃的范围内，薄膜电容器单元C1的温度系数分布在-200～-500ppm/℃的范围，调整两者的温度系数就能提高温度稳定性。另外，在所述以往的特许中的电容器中，无法在-200～-500ppm/℃这样宽的范围内调整温度系数。

另外，关于薄膜电容器单元C1的温度系数，通过采用本发明的制造法，能准确地得到如后述的例子中的-220～-470ppm/℃的范围的温度系数。

这样的薄膜电容器单元能作为温度补偿手段广泛应用于变容二极管的温度补偿电路等。

下面，就适合用于制造所述的第二电介质薄膜5的成膜装置的一个例子加以说明。

图13表示了在制造本发明的电介质薄膜时使用的双频激励型溅射装置的一个例子的构造。

该例子的溅射装置A中，在第一高频电源20和第一电极24之间存在匹配电路22A。该匹配电路22A是用于匹配高频电源20和第一电极24之间的阻抗。

来自高频电源20的高频电力通过匹配电路22A，由配电板23提供给第一电极24。该匹配电路22A收藏在由导体构成的架子形成的第一匹配箱22内，由导体构成的机壳21覆盖了第一电极24和配电板23。

在第一电极24的下侧设置有凹部24a的同时，还在第一电极24下，以嵌在凹部24a中的形式，安装了能自由装卸的标板25。

在标板25的下方，形成用室壁27包围的成膜室28，机壳21和室壁27由绝缘体29绝缘。

另外，在以上所述的成膜室28中，连接了与真空排气装置相连的配管，能把内部调整为10^-7Pa左右的高真空的减压氛围，但是在图13中省略了排气系统的装置和配管。

在成膜室28中，设置有支撑第二电极30的箱形屏蔽支撑体31、支撑该屏蔽支撑体31的支撑底盘32、在第二电极30上配置的玻璃等的衬底33，支撑底盘32与室壁27连接，划分了成膜室28。另外，设置有轴35，它与第二电极30相连，并且贯穿了屏蔽支撑体31的底壁。贯通了屏蔽支撑体31的底壁的轴35通过与屏蔽支撑体31的底部相连的隔离壁36与收藏在第二匹配箱36中的匹配电路36A相连，该匹配电路36A与第二高频电源37相连。

在具有图13所示结构的溅射装置A中，从第一高频电源20，向第一电极24一侧，以1kW～3kW左右的输出，投入13.56MHz的电力，从第二高频电源，例如投入40MHz左右的电力，在电极24和电极30之间产生等离子体，由该等离子体产生标板25的构成粒子，使该构成粒子飞向衬底33并堆积，在衬底33上形成必要的薄膜。

另外，在成膜室28中，例如，最好能把基本压力调整为10^-7Pa左右的高真空，作为气体电介质的气体的Ar气最好是杂质浓度为1ppb左右的清静气体。当作为成膜的预过程，对衬底33的成膜面进行等离子体清洁时，只由第一高频电源20提供13.56MHz左右的电力，产生等离子体，由该等离子体清洁衬底成膜面。

另外，在衬底33上成膜时，在从第一高频电源20提供13.56MHz左右的电力的同时，从第二高频电源37提供40MHz左右的电力，能把从第二高频电源37提供的电力作为对于衬底33的偏压电力使用。即在这样的成膜时，能进行基于双频激励离子照射的溅射。

实际使用图13所示结构的双频激励型溅射装置A在衬底上形成电极层和电介质薄膜的情况下，例如如上所述，在从第一高频电源20提供13.56MHz左右的电力的同时，从第二高频电源37提供40MHz左右的电力，进行成膜。

这时，通过控制作为偏压电力外加在衬底上的来自第二高频电源37的电力，能控制电介质薄膜的晶粒直径。

例如，如后面描述的实施例所记载的，当形成TiO₂的电介质薄膜的情况下，如果来自第一高频电源20的电力为1.5kW，衬底偏压为0W，在膜厚度方向能形成由1～2个左右晶界的纵长主晶粒构成的电介质薄膜；如果来自第一高频电源20的电力为1.5kW，衬底偏压为200W，在膜厚度方向上能形成具有数十个晶界，由比所述场合在膜面方向的粒子直径小的主晶粒构成的电介质薄膜。因此，通过从第二高频电源外加所述的中间偏压电力(0～200W之间)，就能控制主晶粒在膜面方向的粒子直径和膜厚度方向的高度。

在这里，作为电介质薄膜的一个例子，当适用于TiO₂薄膜时，把Ar气电介质气体中的O₂分压设置为30％～90％，第一高频电源提供的电力为1kHz～3kHz，第二高频电源提供的电力为0～400W，通过在0.5～10Pa的范围内适当设置成膜室的压力，就能控制构成TiO₂薄膜的晶粒在膜面方向和膜厚度方向的大小。另外，如果进行粒子直径控制，在Ar气中添加N₂气等杂质，通过改变该气体的分量比，就能控制晶粒直径的控制。

如上所述，因为在控制了晶粒直径的状态下形成的第二电介质薄膜5按照晶粒直径的大小，具有所述的{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值超过1的区域，所以与基于以往的手法的电介质薄膜相比，更能进行薄膜化。

使用图13所示的双频激励型溅射装置，在室温下，在由氧化铝或玻璃构成的衬底上形成由Cu构成的膜厚度为1.3μm的下部电极。

接着，在该下部电极上，用后面描述的制造条件控制晶粒直径，用溅射法形成膜厚度为2400埃、3500埃、4700埃的CaTiO₃薄膜(第二电介质薄膜)，接着，用后面描述的方法控制主晶粒直径，用溅射法形成膜厚度为900埃、700埃、500埃的a-SiN_x薄膜(第二电介质薄膜5)，最后，在室温下，由溅射法形成由Cu构成的膜厚度为1.3μm的上部电极，得到叠层型薄膜电容器单元。这些薄膜电容器单元的C/S的值是480pF/mm²。

对于这些薄膜电容器单元，把用未控制晶粒直径的溅射法成膜的薄膜电容器单元作为比较的薄膜电容器单元样本。

在以下所述的表2中，比较记载了各薄膜电容器单元的特性。在表2中，C膜表示第一电介质薄膜，N膜表示第二电介质薄膜。

表2

粒子直径控制型  温度系数   κN    τN     τN/κN  C膜厚度  N膜厚度

薄膜电容器单元

主晶粒直径     (ppm/℃)         (ppm/℃)  (ppm/℃)  (埃)     (埃)

(a＝50埃       -220         43    -746     -17.3    900      2400

b＝250埃       -330         43    -758     -17.6    700      3500

               -470         43    -792     -18.4    500      4700

无粒子直径控制 -220         170   -1700    -10.0    1100     4100

(bulk值)       -330         170   -1700    -10.0    1000     6100

               -470         170   -1700    -10.0    900      8700

当用溅射法制造表2所示的电介质薄膜的情况下，使用所述的双频激励型溅射装置，通过把在0～300W的范围内设置衬底偏压，控制晶粒直径。

由表2所示结果可知，如果是用本发明的制造方法制造的薄膜电容器单元，如果与不进行粒子直径控制，换言之，与以往的薄膜电容器单元相比，当采用同等的温度系数的情况下，对于第二电介质薄膜的厚度，以往为4100埃而现在为2400埃，以往为6100埃而现在为3500埃，以往为8700埃而现在为2700埃，分别都大幅度地实现了薄膜化。

因此，如果是该例子的薄膜电容器单元，在相同的温度系数下不但能比以往的薄型化，而且在温度系数-220～-470ppm/℃的范围内能大幅度调整温度系数，所以适用于变容二极管等温度系数为正的电子仪器的温度补偿。

下面，在图14和图15中表示了使用图13所示双频激励型溅射装置形成的TiO₂的剖面组织照片。

图14所示的叠层结构表示的叠层薄的剖面结构如下：在玻璃衬底上形成Cr电极层，把O₂分压比设置为80％，从第一高频电源提供的电力为1.5kW，来自第二高频电源的电力为0W，成膜室的总压力为4Pa，在其上形成TiO₂电介质薄膜，再在该薄膜上叠层Cr电极层。

图15所示的叠层结构表示的叠层薄的剖面结构如下：在玻璃衬底上形成Cr电极层，把O₂分压比设置为80％，从第一高频电源提供的电力为1.5kW，来自第二高频电源的电力为200W，成膜室的总压力为4Pa，在其上形成TiO₂电介质薄膜，再在该薄膜上叠层Cr电极层。

在图14所示的叠层结构中，在膜厚度方向上是有1～2个左右的晶界层的晶体组织，在图15所示的叠层结构中，在膜厚度方向上是有数十个晶界层的晶体组织。通过比较图14和图15所示的叠层结构可知：能通过调整偏压电力，控制构成电介质薄膜的主晶粒的粒子直径。

如上所述，根据本发明，因为介电常数不同的第一和第二电介质薄膜存在于电极之间，所以通过组合这些电介质薄膜，就能进行Q值的调整、耐压调整、温度补偿。

在本发明中，除了所述结构，如果第一电介质薄膜的电容温度系数的绝对值在50ppm/℃以下，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为负，就能在宽广的范围内调整温度系数，进行温度补偿。

在本发明的制造方法的主晶粒直径的调整中，可以选择{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值超过1的范围，当主晶粒直径的b/a为一常数的情况下，在a/2Δa和τ/κ的关系中，可以选择a/2Δa的值，使{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值超过1。

在本发明的制造方法的主晶粒直径的调整中，满足κ(x)/κg＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x，

满足：τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb){(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]，

进行主晶粒直径的控制，使(τ(x)/κ(x))/(τ_g/κ_g)的值在1.1以上。

在本发明中，如果(τ(x)/κ(x))/(τ_g/κ_g)的值在1.25以上，更能进行薄膜化。

另外，通过使a/2Δa的值在特定的范围内，也能进行薄型化。

在本发明中，如果由从Sr_xBa_1-xTiO₃、CaTiO₃、PbTiO₃中选择的任意晶体构成，通过调整晶粒直径，就能调整温度系数和进行薄型化。

如果是具有由所述制造方法得到的薄膜电容器或薄膜电容器单元的电子仪器或电子电路，就能在宽的范围内进行温度补偿，并且通过与变容二极管等具有正的温度系数的部件组合，能有效地进行温度补偿。

Claims (17)

1.一种薄膜电容器的制造方法，所述薄膜电容器用于补偿电路的温度依存性，其特征在于：

把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

所述主晶粒的τ_g/κ_g值随主晶粒的晶粒直径变化，选择(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1的主晶粒直径区域，来决定晶粒直径的目标值，并通过控制所述主晶粒的粒子直径，使其达到所述目标值，来形成所述第二电介质薄膜，据此，使该第二电介质薄膜的膜厚度变薄，形成薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

2.一种薄膜电容器的制造方法，所述薄膜电容器用于补偿电路的温度依存性，其特征在于：

把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜、电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，把多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

当把b/a作为常数时，在a/2Δa和τ/κ的关系中，选择a/2Δa的值，使{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值在超过1的区域中，从而求出目标主晶粒直径的范围，并通过在该主晶粒直径的范围内形成所述第二电介质薄膜，来使所述第二电介质薄膜的膜厚度薄膜化，据此来制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

3.一种薄膜电容器的制造方法，所述薄膜电容器用于补偿电路的温度依存性，其特征在于：

把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，得到具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒的周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，a/2Δa为无量纲参数x，b/a为无量纲参数Υ，用x的函数κ(x)表示所述κ，主晶粒内部的介电常数为k_g，晶界层的介电常数为k_gb，主晶粒内部的电容温度系数为τ_g，晶界层的电容温度系数为τ_gb，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，满足以下所述关系：

κ(x)/κg

＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x

并满足以下所述关系：

τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb)·{(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]

而且，使(τ(x)/κ(x))/(τg/κg)的值为1.10以上，来制造所述第二电介质薄膜，从而制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

4.根据权利要求3所述的薄膜电容器的制造方法，其特征在于：

使所述(τ(x)/κ(x))/(τ_g/κ_g)的值为1.25以上，来制造所述第二电介质薄膜。

5.根据权利要求3所述的薄膜电容器的制造方法，其特征在于：

将所述a/2Δa的平均值设定在1.7≤a/2Δa≤13的范围内，将b/a的平均值设定在5≤b/a的范围内。

6.根据权利要求3所述的薄膜电容器的制造方法，其特征在于：

将所述a/2Δa的平均值设定在1.8≤a/2Δa≤6的范围内，将b/a的平均值设定在5≤b/a的范围内。

7.根据权利要求3所述的薄膜电容器的制造方法，其特征在于：

将所述第二电介质薄膜的介电常数设定在100以上。

8.根据权利要求3所述的薄膜电容器的制造方法，其特征在于：

作为所述第二电介质薄膜，使用从Sr_xBa_1-xTiO₃、CaTiO₃、PbTiO₃中选择的任意的晶体。

9.一种温度补偿型薄膜电容器单元，其特征在于包括：

电极和温度补偿型薄膜电容器，把所述温度补偿型薄膜电容器配置在所述电极间，所述温度补偿型薄膜电容器为通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

所述主晶粒的τ_g/κ_g值随主晶粒的晶粒直径变化，选择(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1的主晶粒直径区域，来决定晶粒直径的目标值，并通过控制所述主晶粒的粒子直径，使其达到所述目标值，来形成所述第二电介质薄膜，据此，使该第二电介质薄膜的膜厚度变薄，形成薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

10.一种温度补偿型薄膜电容器单元，其特征在于包括：

电极和温度补偿型薄膜电容器，把所述温度补偿型薄膜电容器配置在所述电极间，所述温度补偿型薄膜电容器为通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜、电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，把多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

当把b/a作为常数时，在a/2Δa和τ/κ的关系中，选择a/2Δa的值，使{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值在超过1的区域中，从而求出目标主晶粒直径的范围，并通过在该主晶粒直径的范围内形成所述第二电介质薄膜，来使所述第二电介质薄膜的膜厚度薄膜化，据此来制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

11.一种温度补偿型薄膜电容器单元，其特征在于包括：

电极和温度补偿型薄膜电容器，把所述温度补偿型薄膜电容器配置在所述电极间，所述温度补偿型薄膜电容器为通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒的周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，a/2Δa为无量纲参数x，b/a为无量纲参数Υ，用x的函数κ(x)表示所述κ，主晶粒内部的介电常数为k_g，晶界层的介电常数为k_gb，主晶粒内部的电容温度系数为τ_g，晶界层的电容温度系数为τ_gb，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，满足以下所述关系：

κ(x)/κg

＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x

并满足以下所述关系：

τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb)·{(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]

而且，使(τ(x)/κ(x))/(τg/κg)的值为1.10以上，来制造所述第二电介质薄膜，从而制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

12.一种电子仪器，其特征在于：

包括了通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的温度补偿型薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

所述主晶粒的τ_g/κ_g值随主晶粒的晶粒直径变化，选择(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1的主晶粒直径区域，来决定晶粒直径的目标值，并通过控制所述主晶粒的粒子直径，使其达到所述目标值，来形成所述第二电介质薄膜，据此，使该第二电介质薄膜的膜厚度变薄，形成薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

13.一种电子仪器，其特征在于：

包括了把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜、电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的温度补偿型薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，把多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

当把b/a作为常数时，在a/2Δa和τ/κ的关系中，选择a/2Δa的值，使{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值在超过1的区域中，从而求出目标主晶粒直径的范围，并通过在该主晶粒直径的范围内形成所述第二电介质薄膜，来使所述第二电介质薄膜的膜厚度薄膜化，据此来制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

14.一种电子仪器，其特征在于：

包括了通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的温度补偿型薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒的周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，a/2Δa为无量纲参数x，b/a为无量纲参数Υ，用x的函数κ(x)表示所述κ，主晶粒内部的介电常数为k_g，晶界层的介电常数为k_gb，主晶粒内部的电容温度系数为τ_g，晶界层的电容温度系数为τ_gb，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，满足以下所述关系：

κ(x)/κg

＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x

并满足以下所述关系：

τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb)·{(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]

而且，使(τ(x)/κ(x))/(τg/κg)的值为1.10以上，来制造所述第二电介质薄膜，从而制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

15.一种电子电路，其特征在于：

把温度补偿型薄膜电容器配置在电极间，构成薄膜电容器单元，并使该薄膜电容器单元与变容二极管并联连接，在所述薄膜电容器单元的电极上连接输入、输出端子，所述温度补偿型薄膜电容器为通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

所述主晶粒的τ_g/κ_g值随主晶粒的晶粒直径变化，选择(τ/κ)/(τ_g/κ_g)的值超过1的主晶粒直径区域，来决定晶粒直径的目标值，并通过控制所述主晶粒的粒子直径，使其达到所述目标值，来形成所述第二电介质薄膜，据此，使该第二电介质薄膜的膜厚度变薄，形成薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

16.一种电子电路，其特征在于：

把温度补偿型薄膜电容器配置在电极间，构成薄膜电容器单元，并使该薄膜电容器单元与变容二极管并联连接，在所述薄膜电容器单元的电极上连接输入、输出端子，所述温度补偿型薄膜电容器为通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜、电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，把多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，

当把b/a作为常数时，在a/2Δa和τ/κ的关系中，选择a/2Δa的值，使{(τ/κ)/(τ_g/κ_g)}的值在超过1的区域中，从而求出目标主晶粒直径的范围，并通过在该主晶粒直径的范围内形成所述第二电介质薄膜，来使所述第二电介质薄膜的膜厚度薄膜化，据此来制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

17.一种电子电路，其特征在于：

把温度补偿型薄膜电容器配置在电极间，构成薄膜电容器单元，并使该薄膜电容器单元与变容二极管并联连接，在所述薄膜电容器单元的电极上连接输入、输出端子，所述温度补偿型薄膜电容器为通过把电容温度系数的绝对值为50ppm/℃以下的第一电介质薄膜和电容温度系数为负的第二电介质薄膜叠层，而得到的具有所希望的面电容值和电容温度系数的薄膜电容器；

所述第二电介质薄膜的晶体结构是具有主晶粒和包围该主晶粒的晶界层的主晶粒结构单元的集合体，多个所述主晶粒结构单元结合，构成所述第二电介质薄膜，

当设所述晶界层的厚度为2Δa，包含所述主晶粒和存在于该主晶粒的周围的晶界层的一半的膜厚度Δa的晶界层的主晶粒结构单元的膜面方向的宽度为a，膜的厚度方向的高度为b，所述第二电介质薄膜的电容温度系数为τ，所述第二电介质薄膜的介电常数为κ，a/2Δa为无量纲参数x，b/a为无量纲参数Υ，用x的函数κ(x)表示所述κ，主晶粒内部的介电常数为k_g，晶界层的介电常数为k_gb，主晶粒内部的电容温度系数为τ_g，晶界层的电容温度系数为τ_gb，所述第二电介质薄膜的膜厚度t_N为t_N＝{ε_oτ_tot/(C/S)}·{1/(τ/κ)}，主晶粒的电容温度系数为τ_g，主晶粒的介电常数为κ_g时，满足以下所述关系：

κ(x)/κg

＝Υ[(x-1)²/(Υx-1+κ_g/κ_gb)+{(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)]/x

并满足以下所述关系：

τ(x)/τ_g＝1-[(κ_g/κ_gb)·(1-τ_gb/τ_g)·{(κ_g/κ_gb)²(x-1)²+(Υx-1+κ_g/κ_gb)²(2-1/x)/Υ}/(κ_g/κ_gb)·(Υx-1+κ_g/κ_gb)·{(x-1)²(κ_g/κ_gb)+(Υx-1+κ_g/κ_gb)·(2-1/x)/Υ}]

而且，使(τ(x)/κ(x))/(τg/κg)的值为1.10以上，来制造所述第二电介质薄膜，从而制造薄膜电容器；

所述C/S为面电容值，所述ε_o为真空介电常数，τ_tot为所希望的电容温度系数。

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