JP2015110505A - 誘電体組成物、誘電体膜および電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体組成物に関し、比誘電率を高く維持しつつ、良好な温度特性を示す誘電体組成物を提供すること。
【解決手段】一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と一般式Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを主成分として含有している誘電体組成物。好ましくは、前記誘電体組成物の含有率が、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５結晶相を５質量％〜９９質量％であり、より好ましくは３０質量％〜９９質量％である。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体組成物、誘電体膜および電子部品に関する。

近年、スマートフォンやノート型パソコンなど、機器の小型かつ高性能化に伴い、電子回路の高密度化が加速している。そのため電子部品の低背化が進み、構造の薄層化への要求はますます厳しくなっている。

このなかで、誘電体組成物が用いられる例として、薄膜コンデンサや、セラミックコンデンサなどがあるが、これらは小型、高性能の電子部品として誘電体共振器やデカップリングコンデンサの用途で広く利用されており、そのために高い比誘電率を有すること、温度に対する静電容量の変化（以後、静電容量の温度特性と記載する）が小さいこと、及び高いＱ値を有することが、要求されている。

また、回路の高密度化にともない電子部品から発生する熱で高温になることから、使用環境温度も−５５℃〜１２５℃と広い温度範囲での対応が求められている。

従来、静電容量の温度特性が良好な材料として、一般式（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）（Ｔｉ_１−ｘＺｒ_ｘ）Ｏ_３系の材料が用いられてきた。しかしながら、これらの材料はバルク形状では良好な静電容量の温度特性を示すが、誘電体膜にするとその結晶粒子のサイズ効果により、比誘電率が低下してしまう問題があるため、上記のような電子部品の小型化要求に対応できない。そこで高い比誘電率を持ちつつ、良好な静電容量の温度特性の両立が可能な材料の開発が進められている。

たとえば、非特許文献１には、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０は、静電容量の温度特性が小さいと記載されている。しかしながら、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０は良好な静電容量の温度特性を示すが、比誘電率は３８と低い。

Ｊｏｕｒｎａｌ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｖｏｌ．８４ Ｎｏ．１２ Ｐ２９００〜２９０４ 『Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｉｌｌｅｎｉｔｅ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ Ｂｉ１２ＭＯ２０−σ （Ｍ＝Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｐｂ，Ｍｎ，Ｂ１／２，Ｐ１／２）』 Ｍａｔｊａｚ Ｖａｌｅｎｔ，Ｄａｎｉｌｏ Ｓｕｖｏｒｏｖ著

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を示す誘電体組成物及び誘電体膜を提供すると共に、前記誘電体組成物を含有している誘電体層と電極とを有することにより、高い静電容量と良好な静電容量の温度特性を示す電子部品を提供することを目的とする。

上記目標を達成するために、本発明に係る誘電体組成物は、一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と一般式Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有していることを特徴とする。

好ましくは前記Ｂｉ_２ＳｉＯ_５結晶相の含有率が、５質量％〜９９質量％であり、より好ましくは３０質量％〜９９質量％である。

また、誘電体膜の主成分として、前記誘電体組成物が含有されていることが好ましい。

誘電体層と電極とを有する電子部品において、誘電体層の主成分として前記誘電体組成物を含有していることが好ましい。

本発明は、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を示す誘電体組成物及び誘電体膜を提供すると共に、前記誘電体組成物を含有している誘電体層と電極とを有することにより、高い静電容量と良好な静電容量の温度特性を示す電子部品を提供することが出来るという効果を奏する。

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は、本発明の一実施形態に係る単板コンデンサの断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

本発明の実施形態として形状は特に限定されない。誘電体膜においては、誘電体組成物の効果確認として、以下に示す薄膜コンデンサ形状で評価した。

＜薄膜コンデンサ１０＞
図１に示されるように、本実施態様にかかる薄膜コンデンサ１０は、支持基板１の表面に用意した下地層２上に、下部電極構造体３と、上部電極構造体５と、下部電極構造体３および上部電極薄膜５の間に設けられた誘電体膜４とを備えている。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。下地層２は、支持基板と下部電極構造体１の電極薄膜と誘電体膜４を接着する役割を果たす。

＜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、金属基板などによって、支持基板１を形成することができる。これらの中では、低コストであるため、Ｓｉ単結晶が最も好ましい。支持基板１の表面は絶縁処理を施し、使用時の電流が支持基板１へ流れないようにする必要がある。例えば、支持基板１表面を酸化させて絶縁層を形成したものや、支持基板１表面にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４などの絶縁物で薄膜を形成してもよい。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く、たとえば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍに設定される。

＜下地層２＞
本発明において、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と下部電極構造体３である電極薄膜と、下部電極構造体３である電極薄膜と誘電体膜４を接着する役割を果たす。下地層２はアニールすると下地層２の一部が酸化物となり下部電極構造体３の電極薄膜上に析出し、下部電極構造体３である電極薄膜と誘電体膜４を接着する。下地層２を形成するための材料は、支持基板１と下部電極構造体３である電極薄膜、下部電極構造体３である電極薄膜と誘電体膜４を接着するものであれば、とくに限定されるものではなく、例えばチタンやクロムの酸化物などによって、下地層２を形成することができる。

支持基板１と下部電極構造体３である電極薄膜、下部電極構造体３である電極薄膜と誘電体膜４の剥離が生じなければ、支持基板１と下部電極構造体３、下部電極構造体３と誘電体膜４の間に下地層２は入ることがなくてもよい。

＜下部電極構造体３＞
下部電極構造体３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、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属などによって形成することができる。これらの中で、高周波用電子部品に使用するにはＣｕが最も好ましい。本発明は融点の低いＢｉ（ビスマス）を用いていることから、従来静電容量の温度特性が良好な材料として用いられている一般式（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）（Ｔｉ_１−ｘＺｒ_ｘ）Ｏ_３系の材料よりも１５０℃以上低温で焼成ができるため、融点の低いＣｕを電極材料として使用することができる。下部電極構造体３の厚さは、薄膜コンデンサの一方の電極として、機能することができれば、とくに限定されるものではなく、たとえば、１０ｎｍ〜１００００ｎｍに設定される。

下部電極構造体３の形成後はアニールをして支持基板１と下地層２と下部電極構造体３の接着を強くする。アニールにおける昇温速度は好ましくは５０℃／時間〜８０００℃／時間、より好ましくは１００℃／時間〜８０００℃／時間である。アニールにおける保持温度は、好ましくは４００℃〜８００℃、より好ましくは４００℃〜７００℃である。その保持時間は、好ましくは０．１時間〜４時間であり、より好ましくは０．２時間〜３時間であり、特に好ましくは０．５時間〜２時間である。

＜誘電体膜４＞
誘電体膜４は、本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。該誘電体組成物は、一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と一般式Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体組成物である。ここで主成分とは、前記誘電体膜中に５０質量％以上含有している化合物のことである。

常誘電体であり、立方晶のＢｉ_１２ＳｉＯ_２０は、斜方晶であるＢｉ_２ＳｉＯ_５を含むことにより、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０とＢｉ_２ＳｉＯ_５の界面で、結晶格子の歪みが生じる。この結晶格子の歪みがイオン分極率を高めたことで、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０の結晶層の単相よりも比誘電率が高くなったと思われる。上記のイオン分極率を高める効果が大きいために、常誘電体であるＢｉ_１２ＳｉＯ_２０にＢｉ_２ＳｉＯ_５を５質量％以上含ませただけで、この系ではこれまで得られていないような高い比誘電率になったと考えられる。

また、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５はキュリー点が１５０℃よりもさらに高温にあると予想され、温度が高くなるとともに比誘電率が大きくなり、静電容量の温度特性は悪化し、大きくなる。一方、常誘電体であるＢｉ_１２ＳｉＯ_２０の比誘電率は、温度に対する変化がほとんどない。斜方晶のＢｉ_２ＳｉＯ_５は、立方晶のＢｉ_１２ＳｉＯ_２０を含むことによって結晶格子に歪みが生じることからキュリー点が高温側へシフトし、−５５℃〜１２５℃の温度範囲において、比誘電率の増大が抑えられ、良好な静電容量の温度特性が実現できたと予想される。

加えて、本発明では、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５はＢｉ_２Ｏ_３層とＳｉＯ_２層が交互に重なる層状構造を取っている。そのため、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０を１質量％含むだけでも、一部でその規則性が崩れ、キュリー点が高温側へシフトする効果があり、良好な静電容量の温度特性が実現できたと考えられる。この効果のために、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５の静電容量の温度特性値とＢｉ_１２ＳｉＯ_２０の静電容量の温度特性値を単純に合わせた予想値以上の良好な静電容量の温度特性を示したものと考えられる。

好ましくは、上記誘電体組成物のＢｉ_２ＳｉＯ_５結晶相の含有率が、５質量％〜９９質量％であり、より好ましくは３０質量％〜９９質量％である。このような範囲とすることで、良好な静電容量の温度特性を維持しつつ、比誘電率を高くすることができる。前記誘電体組成物の静電容量の温度特性は１０００ｐｐｍ／℃以下であるため、ＥＩＡ規格のＣ０Ｍ規格に対応できる。上記誘電体組成物は、反応の非平衡状態の場合、３次相としてＢｉ_２Ｏ_３の結晶相やＳｉＯ_２のアモルファス相を含有するが、これらの相は誘電特性を大きく悪化させることはない。

本実施形態に関わる誘電体膜は、さらに、所望の特性に応じて、その他の成分、たとえば、遷移元素や希土類などの成分を含有してもよい。

誘電体膜４の厚さは、好ましくは５０ｎｍ〜２０００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜２０００ｎｍ、さらに好ましくは２００ｎｍ〜２０００ｎｍである。５０ｎｍ以下では絶縁破壊が生じやすく、２０００ｎｍ以上の場合は、得られる静電容量が小さくなり好ましくない。また、誘電体膜とすることで緻密になり、高い比誘電率が得られる。

誘電体膜４は、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）またはゾル・ゲル法などの液相法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法）などの各種薄膜形成法を用いて、形成することができる。

誘電体膜４形成後アニールを行う。アニールでは、昇温速度は好ましくは５０℃／時間〜８０００℃／時間、より好ましくは２００℃／時間〜８０００℃／時間である。アニール時の保持温度は、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは４５０℃〜６５０℃である。その保持時間は、好ましくは０．１時間〜４時間であり、より好ましくは０．２時間〜３時間であり、特に好ましくは０．２時間〜２時間である。保持温度と保持時間をこのような範囲とすることで、Ｂｉの揮発を抑制することを可能とし、準安定相であるＢｉ_２ＳｉＯ_５結晶相を生成することができ、一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と一般式Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体組成物を得ることができる。

＜上部電極構造体５＞
本発明において、薄膜コンデンサは、誘電体膜４の表面に、薄膜コンデンサの他方の電極として機能する上部電極構造体５を備えている。上部電極構造体５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、下部電極構造体３と同様な材料によって、上部電極構造体５を形成することができる。さらに、前記上部電極構造体５である電極薄膜については、室温で形成することができるため、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）などの卑金属や、珪化タングステン（ＷＳｉ）、珪化モリブデン（ＭｏＳｉ）などの合金を用いて、上部電極構造体の薄膜を形成することもできる。上部電極構造体５の厚さは、薄膜コンデンサの他方の電極として機能することができれば、とくに限定されるものではなく、たとえば、１０ｎｍ〜１００００ｎｍに設定することができる。

上述した実施形態では、本発明に係る電子部品として薄膜コンデンサを例示したが、本発明に係る電子部品としては、薄膜コンデンサに限定されず、上記誘電体組成物を有する電子部品であれば何でも良い。

また、図２に示すような電極層と電極層の間に設けられた主成分が一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを含有している誘電体層とを備えている単板コンデンサでも本発明が実現できる。

＜単板コンデンサ２０＞
図２に示されるように、本実施態様にかかる単板コンデンサ２０は、電極層７と、２つの前記電極層７の間に設けられた誘電体層６とを備えている。

単板コンデンサ２０の形状に特に制限はなく、また、その寸法にも特に制限はなく、用途に応じて適当な寸法とすればよいが、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍなどに設定される。

＜誘電体層６＞
誘電体層６は、本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。該誘電体組成物は、一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と一般式Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体組成物であり、好ましくは、前記Ｂｉ_２ＳｉＯ_５結晶相の含有率が、５質量％〜９９質量％であり、より好ましくは３０質量％〜９９質量％である。これにより、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を実現できる。

誘電体層６の厚みは、特に限定されず、所望の特性や用途等に応じて適宜決定すればよく、例えば０．１ｍｍ〜３ｍｍに設定される。

＜電極層７＞
電極層７に含有される導電材は導電性を有していれば特に限定されない。白金（Ｐｔ）、インジウム―ガリウム（Ｉｎ−Ｇａ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの金属などの導電材から適宜選択すればよい。電極層７の厚みは、電極として機能することができれば、特に限定されない。

＜単板コンデンサの製造方法＞
本実施形態の単板コンデンサは、主成分が一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを含有している誘電体層を、２つの電極層で挟むことによって製造される。以下、製造方法について具体的に説明する。

まず、誘電体層６を形成するための誘電体原料としてＢｉ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末を所定量準備し、これを溶媒とともにボールミルにて混合する。

混合に使用する溶媒は有機系の溶媒であってもよく、水であってもよい。

有機溶剤は特に限定されず、エタノール、アセトン、トルエン等の各種有機溶剤から適宜選択すればよい。

混合後、混合溶液を乾燥させる。乾燥方法は特に限定されず、適宜選択すればよい。恒温槽による乾燥の場合、乾燥温度は特に限定されず、溶媒が揮発する温度であればよい。凍結乾燥の場合、凍結温度は前記混合溶液の凝固点より好ましくは３０℃以下、より好ましくは上記混合溶液の凝固点より４０℃〜５０℃以下で凍結させるのが良い。

乾燥させた混合粉を白金るつぼに入れて融解させる。融解時の保持温度は、好ましくは９００℃以上であり、より好ましくは１０００℃〜１０５０℃である。その保持時間は、好ましくは１時間以上であり、より好ましくは２時間〜５時間である。保持温度と保持時間をこのような範囲とすることで、Ｂｉの揮発を抑えられ、所定の組成を得ることができる。

融解させた材料を冷水にて１００℃以下まで急令し、中間体を得る。

得られた中間体を切り出し、研磨して単板試料とする。大きさは特に限定されず、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍなどに設定される。所望の特性や用途等に応じて適宜決定すればよい。

上記単板試料をアニールする。アニールの保持温度は、好ましくは８３０℃以下であり、より好ましくは４００℃〜７００℃であり、特に好ましくは４００℃〜５５０℃である。その保持日数は好ましくは１日以上であり、より好ましくは３日間〜７日間であり、特に好ましくは５日間〜７日間行い、誘電体層とする。保持温度と保持日数をこのような範囲とすることで、準安定相であるＢｉ_２ＳｉＯ_５結晶相を生成することができ、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０結晶相とＢｉ_２ＳｉＯ_５結晶相を含む誘電体組成物を得ることができる。

図２に示すように、誘電体層に電極を塗布して単板コンデンサとする。電極に含有される導電材は導電性を有していれば特に限定されない。白金（Ｐｔ）、インジウム―ガリウム（Ｉｎ−Ｇａ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの金属などの導電材から適宜選択すればよい。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々に改変することができる。

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。

＜実施例１〜実施例７＞
実施例１〜実施例７は、スパッタリング法を用いて誘電体膜を形成した薄膜コンデンサである。まず、Ｓｉの表面にＳｉＯ_２を備えた１０ｍｍ×１０ｍｍ角の基板の表面上に、スパッタリング法にて下地層であるＴｉ薄膜を５０ｎｍの厚さとなるように形成した。

次いで、上記で形成したＴｉ薄膜上にスパッタリング法にて下部電極構造体であるＰｔ薄膜を５０ｎｍの厚さとなるように形成した。

そして、上記で形成したＰｔ／Ｔｉ薄膜を昇温速度２００℃／時間、保持温度：６５０℃、温度保持時間：０．５時間、雰囲気：空気中にてアニールした。

Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体膜を形成するために必要な、スパッタリング用のターゲットは固相法にて作製した。

Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５結晶相の構成比は原料であるＢｉ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の質量比で調整する。

まず、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体膜を形成するために必要なスパッタリング用ターゲットの原料として、実施例１〜実施例７のターゲット原料であるＢｉ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の質量比が、表１で示すようになるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末をそれぞれ準備した。

次いで、水を溶媒として２０時間、湿式混合し、混合粉末を１００℃にて乾燥させた。

得られた混合粉末をプレスして成形体を得た。成形条件は、圧力：２．０×１０^８Ｐａ、温度：２５℃とした。

その後、成形体を保持温度：８５０℃、保持時間：２時間、雰囲気：空気中にて焼結させた。

そして、得られた焼結体を、平面研削盤と円筒研磨機により２００ｍｍφ、厚さ６ｍｍに加工してＢｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体膜を形成するために必要な、スパッタリング用ターゲットを得た。

アニールした下部電極構造体薄膜上にＢｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を主成分として含有している誘電体膜を形成するために、前記ターゲットを用いて、雰囲気：アルゴン（Ａｒ）／酸素（Ｏ_２）＝２／１、圧力：１．２Ｐａ、高周波電力：２００Ｗ、基板温度：室温の条件でスパッタリング法により成膜を行った後に、下記に記載する条件でアニールを行うことで、誘電体膜を得た。誘電体膜の厚みは４００ｎｍとした。

アニール条件は、昇温時間：６００℃／時間、保持温度：４９０℃、保持時間：２時間、雰囲気：空気中とした。

次いで、得られた上記誘電体膜上にスパッタリング法にて上部電極構造体であるＰｔ薄膜を、マスクを使って、直径５ｍｍ、厚さ５０ｎｍとなるように形成し、図１に示す実施例１〜実施例７の薄膜コンデンサ試料を得た。

得られた薄膜コンデンサ試料について、比誘電率、静電容量の温度特性、およびＢｉ_１２ＳｉＯ_２０結晶相とＢｉ_２ＳｉＯ_５結晶相の質量比率を、それぞれ下記に示す方法により測定した。

＜比誘電率ε_ｒ＞
比誘電率ε_ｒは、誘電体試料に対し、基準温度２５℃において、デジタルＬＣＲメータ（ＹＨＰ社製４２７４Ａ）にて、周波数１ＭＨｚ，入力信号レベル（測定電圧）１．０Ｖｒｍｓの条件下で測定された静電容量Ｃから算出した（単位なし）。比誘電率は高いほうが好ましく、本実施例では、４０以上を良好とし、５０以上をさらに良好とし、６０以上を特に良好とした。結果を表１に示す。

＜静電容量の温度特性ＴＣＣ＞
誘電体試料に対し、−５５℃〜１２５℃における静電容量を１ＭＨｚ，入力信号レベル（測定電圧）１．０Ｖｒｍｓにおいて測定し、基準温度を２５℃としたとき、温度に対する温度係数が、１０００ｐｐｍ／℃以下を良好とし、７００ｐｐｍ／℃以下をさらに良好とした。温度特性係数ＴＣＣ（ｐｐｍ／℃）は下記数式１により算出した。ただし、数式１中、Ｃ_１２５は１２５℃における静電容量、Ｃ_２５は２５℃における静電容量を表す。

＜Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０とＢｉ_２ＳｉＯ_５の質量比測定＞
まず、Ｘ線回折において、薄膜試料は平行ビーム法による測定を行い、単板試料は集中法による測定を行った。Ｘ線源としてＣｕ−Ｋα線を用い、その測定条件は、電圧４５ｋＶ、２θ＝２０°〜７０°の範囲とした。得られたＸ線回折結果と、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０とＢｉ_２ＳｉＯ_５それぞれのＰＤＦデータベースの参照強度比を用いて、定量分析法であるマトリックスフラッシング法にて結晶相の質量比率を算出した。測定データの解析は、解析ソフトＨ’Ｐｅｒｔ Ｈｉｇｈ Ｓｃｏｒｅ Ｐｌｕｓを用いた。ＰＤＦデータベースのリファレンスコードは、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０は０１−０７２−７６７５、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５は０１−０７５−１４８３を用いた。質量比率はより精度の高い結果を得る為、測定サンプル数は各試料３個ずつとし平均値を算出した。

表１に測定結果を示す。

＜実施例８＞
実施例８は、ＰＬＤ法を用いて誘電体膜を形成した薄膜コンデンサである。まず、実施例８のターゲット原料であるＢｉ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の質量比が、表１で示すようになるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末をそれぞれ準備し、実施例１と同様のターゲット作製方法でＰＬＤ用ターゲットを作製した。

次に実施例１と同様の方法で、得られた下部電極構造体上にＰＬＤ用ターゲットを用いて、ＰＬＤ法にて主成分がＢｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相からなる誘電体膜を形成することにより、４００ｎｍの厚さとなるように形成した。ＰＬＤ法で誘電体膜を形成する以外は実施例１と同様の方法にて作製し、実施例８の薄膜コンデンサ試料を得た。

こうして得られた実施例８の薄膜コンデンサ試料を実施例１と同様な評価を行った。結果を表１に示す。

＜実施例９〜実施例１１＞
実施例９〜実施例１１は、単板コンデンサの実施例である。
まず、実施例９〜実施例１１の誘電体層の原料として、Ｂｉ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の質量比が、表１で示すようになるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末を準備した。

次いで、上記の原料と水をボールミルにて混合し、得られた混合液を１００℃にて乾燥させた。

得られた混合粉を保持温度：１０００℃、保持時間：１時間、雰囲気：空気中にて融解させ、冷水にて急令し、中間体を作製した。

上記で得られた中間体を切り出し、研磨して１０ｍｍ×１０ｍｍ、高さ１ｍｍの大きさとしたのち、保持温度：４００℃、温度保持日数：５日、雰囲気：空気中にてアニールして主成分がＢｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相を含有している誘電体層を得た。

図２で示すように、得られた誘電体層にＡｇ電極を塗布し、実施例９〜実施例１１の単板コンデンサ試料を得た。

こうして得られた実施例９〜実施例１１の単板コンデンサ試料を実施例１と同様な評価を行った。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
まず、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０のターゲット原料であるＢｉ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の質量比が、表１で示すようになるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末を準備し、実施例１と同様の方法でＢｉ_１２ＳｉＯ_２０スパッタリング用ターゲットを作製した。

スパッタリング用ターゲットの質量比以外は実施例１と同様の方法にて作製し、比較例１の薄膜コンデンサ試料を得た。

こうして得られた比較例１の薄膜コンデンサ試料を実施例１と同様な評価を行った。結果を表１に示す。

＜比較例２＞
まず、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５のターゲット原料であるＢｉ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の質量比が、表１で示すようになるようにＢｉ_２Ｏ_３粉末とＳｉＯ_２粉末を準備し、実施例１と同様の方法でＢｉ_２ＳｉＯ_５スパッタリング用ターゲットを作製した。

スパッタリング用ターゲットの質量比以外は実施例１と同様の方法にて作製し、比較例２の薄膜コンデンサ試料を得た。

こうして得られた比較例２の薄膜コンデンサ試料を実施例１と同様な評価を行った。結果を表１に示す。

実施例１〜実施例８
表１より、薄膜形成法に関係なく、主成分がＢｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを含有している誘電体組成物の場合には、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を実現できることが確認できた。

実施例９〜実施例１１
表１より、単板形状であってもＢｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを含有している誘電体組成物の場合には、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を実現できることが確認できた。

実施例１〜実施例１１
表１より、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを含有している誘電体組成物は、単板形状よりも薄膜形状の方が比誘電率は高かった。

比較例１、比較例２
表１より、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と、Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを含有している誘電体組成物ではない場合には、比誘電率と静電容量の温度特性の両立ができなかった。

以上に説明したように、本発明は、誘電体組成物、誘電体膜および電子部品に係るものであり、本発明は比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を示す誘電体組成物および誘電体膜を提供することができる。この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、薄膜コンデンサや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。

１・・・ 支持基板
２・・・ 下地層
３・・・ 下部電極構造体
４・・・ 誘電体膜
５・・・ 上部電極構造体
１０・・・ 薄膜コンデンサ
６・・・ 誘電体層
７・・・ 電極層
２０・・・ 単板コンデンサ

Claims (5)

1. 一般式Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０で表される結晶相と一般式Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相とを主成分として含有していることを特徴とする誘電体組成物。
2. 前記Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相の含有率が、５質量％〜９９質量％であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体組成物。
3. 前記Ｂｉ_２ＳｉＯ_５で表される結晶相の含有率が、３０質量％〜９９質量％であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体組成物。
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含有している誘電体膜。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の誘電体組成物を含有している誘電体層と、電極とを有する電子部品。

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