JP2019052338A - 誘電体膜および電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波領域であっても高い比誘電率および高いＱ値を有する誘電体膜と、その誘電体膜を備える電子部品を提供すること。【解決手段】一般式ＡＢＯ３で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含む第１の誘電体膜と、一般式Ａ'Ｂ'２Ｏ５で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含む第２の誘電体膜と、が交互に積層された構造を有し、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜の厚みが、それぞれ、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とが直接的に接している界面の数が３以上であることを特徴とする誘電体膜である。【選択図】図２

Description

本発明は、誘電体膜および当該誘電体膜を備える電子部品に関する。

スマートフォンに代表される移動体通信機器の高性能化に対する要求は高く、たとえば、高速で大容量の通信を可能とするために、使用する周波数領域の数も増加している。使用する周波数領域はＧＨｚ帯のような高周波領域である。このような高周波領域において作動するフィルタ、あるいは、フィルタを組み合わせたデュプレクサ、ダイプレクサ等の高周波部品のなかには、誘電体材料が有する誘電特性を利用しているものがある。このような誘電体材料には、高周波領域において、誘電損失が小さく、周波数の選択性が良好であることが求められる。

また、移動体通信機器の高性能化に伴い、１つの移動体通信機器に搭載される電子部品の数も増加する傾向にあり、移動体通信機器のサイズを維持するには、電子部品の小型化も同時に求められる。誘電体材料を用いる高周波部品を小型化するには、電極面積を小さくする必要があるため、これによる静電容量の低下を補うべく誘電体材料の比誘電率が高いことが求められる。

したがって、高周波領域において使用される高周波部品に適用される誘電体材料には、高周波領域において、誘電損失が小さく、かつ比誘電率が高いことが要求される。誘電損失の逆数はＱ値として表されるので、換言すれば、高周波領域において比誘電率およびＱ値が高い誘電体材料が望まれている。

従来、ＧＨｚ帯で誘電損失が低い誘電体材料としては、たとえば、アモルファスＳｉＮ_ｘ膜が例示される。しかしながら、アモルファスＳｉＮ_ｘ膜の比誘電率（εｒ）は６．５程度と低く、高周波部品の小型化の要求に応えるには、限界があった。

特許文献１は、一般式ｘＴｉＯ_２・ｙＢａＯ・ｚＭｇＯの組成を有する誘電体薄膜を開示しており、さらに、この誘電体薄膜の比誘電率が５０以上であり、かつ誘電損失が０．５％であることを開示している。

特開平５−４７２１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の誘電体薄膜が示す誘電損失をＱ値に換算すると、測定周波数が１００ｋＨｚにおいて、２００である。誘電損失は、測定周波数が高周波数になるほど大きくなる傾向にある。したがって、測定周波数がＧＨｚ帯である場合には、誘電損失は非常に大きくなり、誘電損失の逆数であるＱ値は２００よりも大幅に低下することが予想される。

そのため、特許文献１に記載の誘電体薄膜は、特に、高周波領域におけるＱ値が非常に低く、高周波部品への適用は困難であるという問題があった。

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、高周波領域であっても高い比誘電率および高いＱ値を有する誘電体膜と、その誘電体膜を備える電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の誘電体膜は、
［１］一般式ＡＢＯ_３で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含む第１の誘電体膜と、一般式Ａ'Ｂ'_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含む第２の誘電体膜と、が交互に積層された構造を有し、
第１の誘電体膜および第２の誘電体膜の厚みが、それぞれ、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とが直接的に接している界面の数が３以上であることを特徴とする誘電体膜である。

［２］ＡＢＯ_３で表される組成を有する複合酸化物が、組成式（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される組成を有する複合酸化物であり、組成式中のｘが０．０以上１．０以下であり、
Ａ'Ｂ'_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物が、組成式（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物であり、組成式中のｙが０．０以上１．０以下であることを特徴とする［１］に記載の誘電体膜である。

［３］（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される組成を有する複合酸化物が、（１１１）方向に配向していることを特徴とする［２］に記載の誘電体膜である。

［４］（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物が、（００１）方向に配向していることを特徴とする［２］または［３］に記載の誘電体膜である。

［５］［１］から［４］のいずれかに記載の誘電体膜を備える電子部品である。

本発明によれば、高周波領域であっても高い比誘電率および高いＱ値を有する誘電体膜と、その誘電体膜を備える電子部品を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品としての薄膜コンデンサの断面図である。 図２は、図１のＩＩ部分の拡大図である。 図３は、本発明の実施例に係る試料のＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像である。

以下、本発明を、具体的な実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．薄膜コンデンサ
１．１．薄膜コンデンサの全体構成
１．２．誘電体膜
１．２．１．第１の誘電体膜
１．２．２．第２の誘電体膜
１．３．基板
１．４．下部電極
１．５．上部電極
２．薄膜コンデンサの製造方法
３．本実施形態における効果
４．変形例

（１．薄膜コンデンサ）
まず、本実施形態に係る電子部品として、薄膜状の誘電体膜を備える薄膜コンデンサについて説明する。

（１．１．薄膜コンデンサの全体構成）
図１に示すように、本実施形態に係る電子部品の一例としての薄膜コンデンサ１０は、基板１と、下部電極３と、誘電体膜５と、上部電極４とがこの順序で積層された構成を有している。誘電体膜５は、図１のII部分の拡大図である図２に示すように、第１の誘電体膜５１および第２の誘電体膜５２から構成される。

また、本実施形態では、誘電体膜５を構成する第１の誘電体膜５１および第２の誘電体膜５２は、誘電体材料の原料粉末を成形した成形体を焼成して得られる焼結体から構成されるのではなく、公知の成膜法により形成された薄膜状の誘電体堆積膜であることが好ましい。なお、誘電体膜５は結晶質であってもよいし、アモルファスであってもよい。本実施形態では、誘電体膜５は結晶質であることが好ましく、以下では誘電体膜５が結晶質である場合について述べる。

下部電極３と誘電体膜５と上部電極４とはコンデンサ部を形成しており、下部電極３および上部電極４が外部回路に接続されて電圧が印加されると、誘電体膜５が所定の静電容量を示し、コンデンサとしての機能を発揮することができる。各構成要素についての詳細な説明は後述する。

また、本実施形態では、基板１と下部電極３との間に、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が形成されている。下地層２を構成する材料は、基板１と下部電極３との密着性が十分に確保できる材料であれば特に制限されない。たとえば、下部電極３がＣｕで構成される場合には、下地層２はＣｒで構成され、下部電極３がＰｔで構成される場合には、下地層２はＴｉで構成することができる。

また、図１に示す薄膜コンデンサ１０において、誘電体膜５を外部雰囲気から遮断するための保護膜が形成されていてもよい。

なお、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。

（１．２．誘電体膜）
図２に示すように、本実施形態では、誘電体膜５は、第１の誘電体膜５１と、第２の誘電体膜５２とが交互に積層された構成を有している。第１の誘電体膜５１は、一般式ＡＢＯ_３で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含んでいる。第２の誘電体膜５２は、一般式Ａ’Ｂ’_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含んでいる。なお、一般式中の「Ａ」と「Ａ’」とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。同様に、一般式中の「Ｂ」と「Ｂ’」とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第１の誘電体膜５１と第２の誘電体膜５２とは直接的に接しており、第１の誘電体膜５１と第２の誘電体膜５２との間には界面２０が存在している。

本実施形態では、この界面２０が存在することにより、第１の誘電体膜５１と第２の誘電体膜５２との積層体である誘電体膜５の高周波領域における誘電特性が大幅に向上する。具体的には、２ＧＨｚにおける誘電体膜５の比誘電率εが５０以上であり、かつ２ＧＨｚにおける誘電体膜５のＱ値が５００以上である。

このような優れた誘電特性は、主に第１の誘電体膜５１の膜厚と第２の誘電体膜５２の膜厚とともに、界面の数に依存しており、本実施形態では、誘電体膜５における界面２０の数が３以上であり、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上である。界面の数の上限は特に制限されないが、高周波領域における誘電特性とは異なる観点、たとえば、製造コスト、製品設計等の観点から、界面の数の上限を適宜設定することができる。

界面２０の存在により高周波領域における誘電特性が大幅に向上する理由としては明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。

第１の誘電体膜５１を構成する複合酸化物はペロブスカイト構造を有している。一方、第２の誘電体膜５２を構成する複合酸化物の結晶構造はペロブスカイト構造とは異なっているものの、Ｂ’とＯとから形成される八面体を有する点では共通する。このような結晶構造の異なる層が交互に積層される場合、第１の誘電体膜５１と第２の誘電体膜５２との界面２０には、第１の誘電体膜５１の結晶構造と第２の誘電体膜５２の結晶構造とを結合させるための領域が存在する。

この領域は、第１の誘電体膜５１の結晶構造と第２の誘電体膜５２の結晶構造とを結合するために、所定の構造が局所的に歪んで形成されていると考えられる。たとえば、第１の誘電体膜５１を構成するペロブスカイト構造中のＢサイト原子とＯとから形成される八面体（Ｂ−Ｏ八面体）と、第２の誘電体膜５２を構成する構造中のＢ’サイト原子とＯとから形成される八面体（Ｂ’−Ｏ八面体）と、は界面２０において不整合となるように配置されると考えられる。その結果、応力が発生し、界面２０付近における原子の配列が歪んで、高周波領域における誘電特性が極めて良好な結晶構造に変化すると考えられる。さらに、界面２０における結晶構造の変化が、第１の誘電体膜５１および第２の誘電体膜５２に、何らかの相互作用を与えることにより、誘電体膜５全体として、高周波領域における誘電特性が向上すると考えられる。

このような効果は結晶構造の整合性と不整合性とのバランスにより発現すると考えられるため、上記の結晶構造を有する複合酸化物同士の組み合わせが好ましいと考えられる。

誘電体膜５の厚みは特に限定されない。上述したように、本発明の効果は、界面の数に大きく依存するからである。ただし、界面の数の上限と同様に、高周波領域における誘電特性とは異なる観点、たとえば、製造コスト、製品設計等の観点から、誘電体膜５の厚みを適宜設定することができる。

なお、誘電体膜５の厚みは、誘電体膜５を含む薄膜コンデンサの断面が観察できるように、ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）によって薄片化サンプルに加工した後に、前記薄片化サンプルをＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等で観察して測定することができる。

（１．２．１．第１の誘電体膜）
上述したように、第１の誘電体膜５１は、一般式ＡＢＯ_３で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含んでいる。本実施形態では、ＡＢＯ_３で表される複合酸化物は、組成式（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される複合酸化物であることが好ましい。すなわち、ペロブスカイト構造のＡサイト原子は、バリウム（Ｂａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）であり、Ｂサイト原子は、チタン（Ｔｉ）である。

組成式中の「ｘ」は、Ａサイト原子において、Ｓｒが占める割合を示している。本実施形態では、「ｘ」は、０．０以上１．０以下であることが好ましく、０．０以上０．５以下であることがより好ましい。すなわち、Ａサイト原子において、Ｂａが占める割合が多くなると、特にＱ値を向上させることができる。

第１の誘電体膜５１の厚みｔ１は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ｔ１を上記の範囲内とすることにより、界面２０で生じる効果が、第１の誘電体膜５１全体に広がりやすく、高周波領域における比誘電率およびＱ値を向上させることができる。

ｔ１は、２ｎｍ以上であることが好ましい。また、ｔ１は、３０ｎｍ以下であることが好ましい。ｔ１が小さすぎると、誘電体膜５の積層構造を維持できなくなる傾向にある。一方、ｔ１が大きすぎると、比誘電率およびＱ値を向上させる効果が小さくなる傾向にある。

また、第１の誘電体膜５１において、（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される複合酸化物が（１１１）方向に配向していることが好ましい。このようにすることにより、界面２０における相互作用が大きくなり、高周波領域における比誘電率およびＱ値をより向上させることができる。

第１の誘電体膜５１は、本発明の効果が得られる範囲内において、微量な不純物、副成分等を含んでいてもよい。本実施形態では、第１の誘電体膜５１全体に対して、主成分が６０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下含まれていることが好ましい。主成分以外の成分としては、Ｃａ、Ｍｇ、ＺｒおよびＨｆが例示される。

（１．２．２．第２の誘電体膜）
上述したように、第２の誘電体膜５２は、一般式Ａ’Ｂ’_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含んでいる。本実施形態では、Ａ’Ｂ’_２Ｏ_５で表される複合酸化物は、組成式（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される複合酸化物であることが好ましい。すなわち、当該複合酸化物の結晶構造において、Ａ’サイトを占めるＡ’サイト原子は、バリウム（Ｂａ）およびストロンチウム（Ｓｒ）であり、Ｂ’サイトを占めるＢ’サイト原子は、チタン（Ｔｉ）である。

組成式中の「ｙ」は、Ａ’サイト原子において、Ｓｒが占める割合を示している。本実施形態では、「ｙ」は、０．０以上１．０以下であることが好ましく、０．５以上１．０以下であることがより好ましい。すなわち、Ａ’サイト原子において、Ｓｒが占める割合が多くなると、特に比誘電率を向上させることができる。

第２の誘電体膜５２の厚みｔ２は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ｔ２を上記の範囲内とすることにより、界面２０で生じる効果が、第２の誘電体膜５２全体に広がりやすく、高周波領域における比誘電率およびＱ値を向上させることができる。

ｔ２は、２ｎｍ以上であることが好ましい。また、ｔ２は、３０ｎｍ以下であることが好ましい。ｔ２が小さすぎると、誘電体膜５の積層構造を維持できなくなる傾向にある。一方、ｔ２が大きすぎると、比誘電率およびＱ値を向上させる効果が小さくなる傾向にある。

また、第２の誘電体膜５２において、（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される複合酸化物が（００１）方向に配向していることが好ましい。（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５は、（００１）方向に配向している場合に、特に比誘電率が大きくなることから、（００１）方向に配向することで、誘電体膜５全体の比誘電率をより向上させることができる。

特に、第１の誘電体膜５１において、（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される複合酸化物が（１１１）方向に配向し、第２の誘電体膜５２において、（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される複合酸化物が（００１）方向に配向している場合がより好ましく、高周波領域における比誘電率およびＱ値をさらに向上させることができる。

第２の誘電体膜５２は、本発明の効果が得られる範囲内において、微量な不純物、副成分等を含んでいてもよい。本実施形態では、第２の誘電体膜５２全体に対して、主成分が６０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下含まれていることが好ましい。主成分以外の成分としては、Ｃａ、Ｍｇ、ＺｒおよびＨｆが例示される。

（１．３．基板）
図１に示す基板１は、その上に形成される下地層２、下部電極３、誘電体膜５および上部電極４を支持できる程度の機械的強度を有する材料で構成されていれば特に限定されない。たとえば、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単結晶等から構成される単結晶基板、Ａｌ_２Ｏ_３多結晶、ＺｎＯ多結晶、ＳｉＯ_２多結晶等から構成されるセラミック多結晶基板、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ等の金属、それらの合金等から構成される金属基板等が例示される。本実施形態では、低コスト、加工性等の観点から、Ｓｉ単結晶を基板として用いる。

基板１の厚みは、たとえば、１０μｍ〜５０００μｍに設定される。厚みが小さすぎると、機械的強度が確保できない場合が生じることがあり、厚みが大きすぎると、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。

上記の基板１は、基板の材質によってその抵抗率が異なる。抵抗率が低い材料で基板を構成する場合、薄膜コンデンサの作動時に基板側への電流のリークが生じ、薄膜コンデンサの電気特性に影響を及ぼすことがある。そのため、基板１の抵抗率が低い場合には、その表面に絶縁処理を施し、コンデンサ作動時の電流が基板１へ流れないようにすることが好ましい。

たとえば、Ｓｉ単結晶を基板１として使用する場合においては、基板１の表面に絶縁層が形成されていることが好ましい。基板１とコンデンサ部との絶縁が十分に確保されていれば、絶縁層を構成する材料およびその厚みは特に限定されない。本実施形態では、絶縁層を構成する材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_ｘ等が例示される。また、絶縁層の厚みは、０．０１μｍ以上であることが好ましい。

（１．４．下部電極）
図１に示すように、基板１の上には、下地層２を介して、下部電極３が薄膜状に形成されている。下部電極３は、後述する上部電極４とともに誘電体膜５を挟み、コンデンサとして機能させるための電極である。下部電極３を構成する材料は、導電性を有する材料であれば特に制限されない。たとえば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属、それらの合金、又は、導電性酸化物等が例示される。

下部電極３の厚みは、電極として機能する程度の厚みであれば特に制限されない。本実施形態では、厚みは０．０１μｍ以上であることが好ましい。

（１．５．上部電極）
図１に示すように、誘電体膜５の表面には、上部電極４が薄膜状に形成されている。上部電極４は、上述した下部電極３とともに、誘電体膜５を挟み、コンデンサとして機能させるための電極である。したがって、上部電極４は、下部電極３とは異なる極性を有している。

上部電極４を構成する材料は、下部電極３と同様に、導電性を有する材料であれば特に制限されない。たとえば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属、それらの合金、又は、導電性酸化物等が例示される。

（２．薄膜コンデンサの製造方法）
次に、図１に示す薄膜コンデンサ１０の製造方法の一例について以下に説明する。

まず、基板１を準備する。基板１として、たとえば、Ｓｉ単結晶基板を用いる場合、当該基板の一方の主面に絶縁層を形成する。絶縁層を形成する方法としては、熱酸化法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の公知の成膜法を用いればよい。

続いて、形成された絶縁層上に、公知の成膜法を用いて下地層を構成する材料の薄膜を形成して下地層２を形成する。

下地層２を形成した後、当該下地層２上に、公知の成膜法を用いて下部電極を構成する材料の薄膜を形成して下部電極３を形成する。

下部電極３の形成後に、下地層２と下部電極３との密着性向上、および、下部電極３の安定性向上を図る目的で、熱処理を行ってもよい。熱処理条件としては、たとえば、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。熱処理条件が上記の範囲外である場合には、下地層２と下部電極３との密着不良、下部電極３の表面に凹凸が発生しやすくなる。その結果、誘電体膜５の誘電特性の低下が生じやすくなる。

続いて、誘電体膜５を構成する材料を下部電極３上に堆積させて誘電体膜５を形成する。本実施形態では、公知の成膜法を用いて、下部電極上に第１の誘電体膜５１を形成し、その後、第１の誘電体膜５１上に第２の誘電体膜５２を形成する。

公知の成膜法としては、たとえば、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（Pulsed Laser Deposition：PLD）、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、ＣＳＤ（化学溶液堆積法）等が例示される。

たとえば、スパッタリング法を用いる場合、所望の組成のターゲットを用いて、下部電極３上に第１の誘電体薄膜５１を形成する。スパッタリング条件は、高周波電力が好ましくは１００Ｗ〜３００Ｗであり、雰囲気のアルゴン（Ａｒ）／酸素（Ｏ_２）比が、好ましくは１／１〜５／１であり、基板温度が、好ましくは室温〜１０００℃である。

続いて、第１の誘電体膜５１上に第２の誘電体膜５２を形成する。第２の誘電体膜５２を形成する方法は、公知の成膜法であればよい。公知の成膜法としては、第１の誘電体膜５１の形成と同様に、たとえば、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（Pulsed Laser Deposition：PLD）、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、ＣＳＤ（化学溶液堆積法）等が例示される。

たとえば、スパッタリング法を用いる場合、所望の組成のターゲットを用いて、第１の誘電体薄膜５１上に第２の誘電体薄膜５２を形成する。スパッタリング条件は、高周波電力が好ましくは１００Ｗ〜３００Ｗであり、雰囲気のアルゴン（Ａｒ）／酸素（Ｏ_２）比が、好ましくは１／１〜５／１であり、基板温度が、好ましくは５００〜１１００℃である。

第１の誘電体薄膜５１上に第２の誘電体薄膜５２が形成されると、上述した界面２０が第１の誘電体膜５１と第２の誘電体膜５２との間に形成される。

前述の方法で、さらに第１の誘電体膜５１と、第２の誘電体膜５２とを交互に積み重ねることにより、３つ以上の界面を持つ誘電体膜５を形成する。

次に、形成した誘電体膜５上に、公知の成膜法を用いて上部電極を構成する材料の薄膜を形成して上部電極４を形成する。

以上の工程を経て、図１に示すように、基板１上に、コンデンサ部（下部電極３、誘電体膜５および上部電極４）が形成された薄膜コンデンサ１０が得られる。なお、誘電体膜５を保護する保護膜は、少なくとも誘電体膜５が外部に露出している部分を覆うように公知の成膜法により形成すればよい。

（３．本実施形態における効果）
本実施形態では、誘電体膜を、一般式ＡＢＯ_３で表される複合酸化物を含む第１の誘電体膜と、一般式Ａ’Ｂ’_２Ｏ_５で表される複合酸化物を含む第２の誘電体膜とが交互に積層された構造としている。

ＡＢＯ_３で表される複合酸化物の結晶構造と、Ａ’Ｂ’_２Ｏ_５で表される複合酸化物の結晶構造とは異なるものの、共通する部分も有している。そのため、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜との界面において、何らかの相互作用が生じやすくなり、この相互作用に起因する構造変化が、誘電体膜全体として高周波領域における誘電特性の大幅な向上をもたらしていると考えられる。したがって、本実施形態では、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜との界面の数を上記の範囲内とすることにより、高周波領域における比誘電率およびＱ値の両方を顕著に改善している。

このような効果は、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜の一方または両方の配向を特定の方向とすることにより、さらに向上させることができる。これは、特定の配向である場合に、上記の相互作用が最も大きくなると考えられるからである。

さらに、一般式ＡＢＯ_３で表される複合酸化物を構成する元素の種類および含有量と、一般式Ａ’Ｂ’_２Ｏ_５で表される複合酸化物を構成する元素の種類および含有量と、を制御することにより、高周波領域における比誘電率およびＱ値の大きさをある程度制御することができる。したがって、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜に含まれる複合酸化物の組成を変更することにより、比誘電率が特に改善された誘電体膜と、Ｑ値が特に改善された誘電体膜と、を用途に応じて容易に得ることができる。

以上より、本実施形態に係る誘電体膜は、高周波領域において高い比誘電率と高いＱ値とを両立できるので、本実施形態に係る誘電体膜を備える電子部品は、従来の電子部品よりも小型化が可能であり、しかも高周波領域において従来の電子部品よりも周波数の選択性を良好にすることができる。

（４．変形例）
上述した実施形態では、誘電体膜が、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とが交互に積層された構造のみで構成される場合を説明したが、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とが直接的に接している界面の数が上述した範囲内である限り、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。

上述した実施形態では、下部電極上に第１の誘電体膜が形成される構成について説明したが、下部電極上に第２の誘電体膜を形成し、その上に第１の誘電体膜を形成して、これらを繰り返すことにより誘電体膜を形成してもよい。電極上に形成される誘電体膜がどちらの誘電体膜であっても、上述した効果が得られる。

上述した実施形態では、基板と下部電極との密着性を向上させるために、下地層を形成しているが、基板と下部電極との密着性が十分確保できる場合には、下地層は省略することができる。また、基板を構成する材料として、電極として使用可能なＣｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の金属、それらの合金、酸化物導電性材料等を用いる場合には、下地層および下部電極は省略することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変しても良い。

以下、実施例及び比較例を用いて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

まず、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜の形成に必要なスパッタリング用ターゲットを固相法により以下のようにして作製した。

ターゲット作製用の原料粉末として、ＢａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３およびＴｉＯ_２の粉末を準備した。第１の誘電体膜用のターゲットおよび第２の誘電体膜用のターゲットの原料は、それぞれ、ＢａＣＯ_３粉体と、ＳｒＣＯ_３粉体と、ＴｉＯ_２粉体とを、組成が表１に示す値となるように秤量した。

ボールミル中で水を溶媒として、秤量した第１の誘電体膜用のターゲットの原料粉末の湿式混合を２０時間行った。得られた混合粉末スラリーを１００℃で乾燥させ、混合粉末を得た。得られた混合粉末を、プレス機によるプレス成形して成形体を得た。成形条件は、圧力を１００Ｐａ、温度を２５℃、プレス時間を３分とした。

その後、得られた成形体を焼成して焼結体を得た。焼成条件は、保持温度を１３００℃、温度保持時間を１０時間、雰囲気を空気中とした。

得られた焼結体を、平面研削盤と円筒研磨機により直径２００ｍｍ、厚さ６ｍｍに加工して、第１の誘電体膜を形成するためのスパッタリング用ターゲットを得た。第２の誘電体膜を形成するためのスパッタリング用ターゲットも、第１の誘電体膜を形成するためのスパッタリング用ターゲットと同様にして作製した。

続いて、厚みが５００μｍのＳｉウエハを、酸化性ガスの乾燥した雰囲気下で熱処理することにより、厚みが５００ｎｍのＳｉＯ_２膜を形成して、基板とした。この基板の表面に、まず、下地電極としての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。さらに、上記で形成したＴｉ薄膜上に、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、下部電極とした。

次に、下部電極上に、上記で作製した第１の誘電体膜のスパッタリング用ターゲットまたは第２の誘電体膜のスパッタリング用ターゲットを用いて、スパッタリング法により、表１に示す厚みを有する第１の誘電体膜または第２の誘電体膜を形成した。スパッタリング条件は、どちらの誘電体膜を形成する場合も同じであり、雰囲気：Ａｒ／Ｏ_２＝３／１、圧力：１．０Ｐａ、高周波電力：２００Ｗ、基板温度：５００℃とした。

次に、下部電極上に形成した誘電体膜（第１の誘電体膜または第２の誘電体膜）上に、下部電極上に形成した誘電体膜とは異なる誘電体膜のスパッタリング用ターゲットを用いて、スパッタリング法により、第２の誘電体膜または第１の誘電体膜を形成した。スパッタリング条件は、どちらの誘電体膜を形成する場合も同じであり、雰囲気：Ａｒ／Ｏ_２＝３／１、圧力：１．０Ｐａ、高周波電力：２００Ｗ、基板温度：５００℃とした。

本実施例において、実施例１〜９、１１〜２０および比較例１、３、５〜９の試料では下部電極上に第１の誘電体膜を形成し、実施例１０、比較例２、４および１０の試料では下部電極上に第２の誘電体膜を形成した。

第１の誘電体膜と第２の誘電体膜との間の界面の数が表１に示す値となるように、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜を形成するためのスパッタリングを繰り返し、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とが交互に積層された構造を有する誘電体膜を形成した。

なお、比較例１および３では、第２の誘電体膜を形成せず、比較例２および４では、第１の誘電体膜は形成しなかった。また、比較例９では、誘電体膜は、第１の誘電体膜が２層、第２の誘電体膜が１層の構造であり、比較例１０では、誘電体膜は、第１の誘電体膜が１層、第２の誘電体膜が２層の構造である。

次いで、得られた誘電体膜上に、スパッタリング法にて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、上部電極とした。以上の工程を経て、図１に示す構成を有する薄膜コンデンサ試料を得た。また、実施例１０の試料のＳＴＥＭ−ＨＡＡＤＦ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ − Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ Ａｎｎｕｌａｒ Ｄａｒｋ−Ｆｉｅｌｄ）像を図３に示す。図３より、所定の膜厚で積層された構造を有する誘電体膜が形成されていることが確認できた。なお、図３において、比較的明るい層が第１の誘電体膜５１であり、比較的暗い層が第２の誘電体膜５２である。

なお、表１において、第１の誘電体膜を「ＢＳＴ」と表記し、第２の誘電体膜を「ＢＳＴ２」と表記した。

また、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜の組成は、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜とが交互に積層された各試料とは別に、第１の誘電体のみの薄膜と、第２の誘電体膜のみの薄膜とを、各試料と同様の成膜条件でそれぞれ作製し、ＸＲＦ（Ｘ-ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）を使用して分析を行い、表１に記載の組成と一致していることを確認した。また、第１の誘電体膜および第２の誘電体膜の厚み、および誘電体膜５の厚みは、薄膜コンデンサの断面が観察できるように、ＦＩＢによって薄片化サンプルに加工した後に、前記薄片化サンプルをＴＥＭで観察して測長した値とした。

得られたすべての薄膜コンデンサ試料について、比誘電率およびＱ値の測定を、下記に示す方法によって行った。

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、上記で得られた誘電体膜の厚みと、から算出した（単位なし）。

本実施例では、比誘電率は、５０以上を良好とした。この値は、アモルファスＳｉＮ_ｘ膜の比誘電率の７倍以上に相当する。また、アモルファスＳｉＮ_ｘ膜のＱ値は約５００であったため、Ｑ値は５００以上を良好とした。結果を表１に示す。

表１より、誘電体膜を、第１の誘電体膜と第２の誘電体膜との積層構造とし、界面の数を上記の範囲内とすることにより、当該誘電体膜は、２ＧＨｚにおける比誘電率が５０以上であり、かつＱ値が５００以上を示すことが確認できた。

これに対し、誘電体膜における界面の数が０である場合、すなわち、誘電体膜が第１の誘電体膜のみ、または、第２の誘電体膜のみから構成されている場合には、特に、Ｑ値が非常に劣っていることが確認できた。

また、誘電体膜が第１の誘電体膜と第２の誘電体膜との積層構造であるものの、界面の数が２である場合には、Ｑ値が劣っていることが確認できた。

また、第１の誘電体膜、または、第２の誘電体膜の厚みが上記の範囲から外れている場合には、Ｑ値が若干劣ることが確認できた。

本発明に係る誘電体膜を備える電子部品は、高周波領域（たとえば、２ＧＨｚ）において、高い比誘電率（たとえば、５０以上）と、高いＱ値（たとえば、５００以上）と、を両立できる。したがって、このような電子部品は高周波部品として好適に用いることができる。

１０… 薄膜コンデンサ
１… 基板
２… 下地層
３… 下部電極
４… 上部電極
５… 誘電体膜
５１… 第１の誘電体膜
５２… 第２の誘電体膜
２０… 界面

Claims (5)

1. 一般式ＡＢＯ_３で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含む第１の誘電体膜と、一般式Ａ'Ｂ'_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物を主成分として含む第２の誘電体膜と、が交互に積層された構造を有し、
   前記第１の誘電体膜および前記第２の誘電体膜の厚みが、それぞれ、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
   前記第１の誘電体膜と前記第２の誘電体膜とが直接的に接している界面の数が３以上であることを特徴とする誘電体膜。
2. 前記ＡＢＯ_３で表される組成を有する複合酸化物が、組成式（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される組成を有する複合酸化物であり、組成式中の前記ｘが０．０以上１．０以下であり、
   前記Ａ'Ｂ'_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物が、組成式（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物であり、組成式中の前記ｙが０．０以上１．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体膜。
3. 前記（Ｂａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＴｉＯ_３で表される組成を有する複合酸化物が、（１１１）方向に配向していることを特徴とする請求項２に記載の誘電体膜。
4. 前記（Ｂａ_１−ｙＳｒ_ｙ）Ｔｉ_２Ｏ_５で表される組成を有する複合酸化物が、（００１）方向に配向していることを特徴とする請求項２または３に記載の誘電体膜。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の誘電体膜を備える電子部品。

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