JP2020033220A - 誘電体組成物および電子部品 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]化学式a(BadSr1−d)TiO3−bBi(M0.5Ti0.5)O3−cBi0.5(RbwCsxNayKz)0.5TiO3で表されるペロブスカイト型酸化物を含み、
Mは、Zn、Mg、Ca、Mn、Co、Ni、CuおよびSnからなる群から選ばれる1種以上の元素であり、
a、b、c、d、w、xおよびyが、
a+b+c=1.00、
0.05≦a≦0.90、
0.05≦b≦0.60、
0.05≦c≦0.90、
0.50≦d≦0.90、
0.00≦w≦1.00、
0.00≦x≦1.00、
0.00≦y≦0.95、
0.05≦w+x、
w+x+y+z=1.00、
である関係を満足する誘電体組成物である。
1.コンデンサ
1.1.誘電体層
1.2.薄膜コンデンサの全体構成
1.3.誘電体膜
1.3.1.誘電体組成物
1.4.基板
1.5.下部電極
1.6.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
本実施形態に係る電子部品の一例として、コンデンサについて説明する。コンデンサは、誘電体組成物から構成される誘電体層と、当該誘電体層を挟み込む一対の電極と、から構成される。
誘電体層は、後述する本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。その結果、本実施形態に係るコンデンサは、高いDCバイアス印加時においても高い比誘電率を示す。
図1は、薄膜コンデンサ10の模式的な断面図を示す。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、後述する本実施形態に係る誘電体組成物から構成されている。なお、誘電体膜5が誘電体堆積膜である場合、誘電体膜5の厚みは、好ましくは10nm〜2000nm、より好ましくは50nm〜1000nmである。また、誘電体膜5の厚みは、誘電体膜5を含む薄膜コンデンサを、FIB(集束イオンビーム)加工装置で掘削し、得られた断面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察して測定することができる。
本実施形態に係る誘電体組成物は、ペロブスカイト型酸化物を主成分として含有している。本実施形態では、主成分とは、誘電体組成物100モル%に対して、70モル%以上100モル%未満である成分である。
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、SrTiO3単結晶、MgO単結晶、LaAlO3単結晶、ZrO2単結晶、MgAl2O4単結晶、NdGaO3単結晶等から構成される単結晶基板、Al2O3多結晶、ZnO多結晶、SiO2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。
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。
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。
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。
本実施形態では、ドメイン構造を有する強誘電体とリラクサーとを所定の組成範囲で含むことにより、これらの中間的な構造を有する酸化物を誘電体組成物の主成分として採用している。このような中間的な構造を有することにより、この酸化物の誘電特性は、チタン酸バリウムのようなドメイン構造に起因する誘電特性とは異なる誘電特性を示すと考えられる。
上述した実施形態では、誘電体膜は通常、本発明の誘電体組成物のみで構成される場合を説明したが、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Si3Nx、SiOx、Al2Ox、ZrOx、Ta2Ox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。
まず、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。
焼成後の誘電体組成物が表2に示す組成を有するように、準備した出発原料を秤量し、スパッタリング用ターゲットを作製した以外は、実験例1と同じ方法により、コンデンサ試料を作製した。また、作製したコンデンサ試料に対して、実験例1と同じ方法により、DCバイアス印加時の比誘電率を評価した。結果を表2に示す。なお、「M」の原料としては、炭酸マグネシウム以外は、酸化物を用いた。
1… 基板
2… 下地層
3… 下部電極
4… 上部電極
5… 誘電体膜
Claims (2)
- 化学式a(BadSr1−d)TiO3−bBi(M0.5Ti0.5)O3−cBi0.5(RbwCsxNayKz)0.5TiO3で表されるペロブスカイト型酸化物を含み、
前記Mは、Zn、Mg、Ca、Mn、Co、Ni、CuおよびSnからなる群から選ばれる1種以上の元素であり、
前記a、b、c、d、w、xおよびyが、
a+b+c=1.00、
0.05≦a≦0.90、
0.05≦b≦0.60、
0.05≦c≦0.90、
0.50≦d≦0.90、
0.00≦w≦1.00、
0.00≦x≦1.00、
0.00≦y≦0.95、
0.05≦w+x、
w+x+y+z=1.00、
である関係を満足する誘電体組成物。 - 請求項1に記載の誘電体組成物を含む誘電体層を備える電子部品。
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JPS4957399A (ja) * | 1972-10-02 | 1974-06-04 | ||
WO2013146303A1 (ja) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | 国立大学法人山梨大学 | 誘電材料、誘電素子、コンデンサ、積層コンデンサ及び蓄電装置 |
JP2016160166A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物および電子部品 |
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JP2016160166A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | Tdk株式会社 | 誘電体組成物および電子部品 |
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