JP3481807B2 - 誘電体薄膜およびセラミックコンデンサ - Google Patents
誘電体薄膜およびセラミックコンデンサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体薄膜および
セラミックコンデンサに関するものであり、例えば、膜
厚が５μｍ以内の誘電体薄膜およびこの誘電体薄膜を用
いたセラミックコンデンサに関する。
セラミックコンデンサに関するものであり、例えば、膜
厚が５μｍ以内の誘電体薄膜およびこの誘電体薄膜を用
いたセラミックコンデンサに関する。
【０００２】
【従来技術】一般に、コンデンサなどに使用される誘電
体材料には、高い比誘電率が要求されることは勿論のこ
と、誘電損失が小さく、温度特性が良好であり、直流電
圧に対する誘電特性の依存性が小さい等の種々の要求を
満足させる必要がある。
体材料には、高い比誘電率が要求されることは勿論のこ
と、誘電損失が小さく、温度特性が良好であり、直流電
圧に対する誘電特性の依存性が小さい等の種々の要求を
満足させる必要がある。
【０００３】従来では、誘電体材料として、チタン酸バ
リウム（ＢａＴｉＯ3 ）のようなペロブスカイト型の各
種酸化物が報告されており、また実用化されている。ま
た、従来、粉末合成法によりＢａＴｉＯ3 にＺｒやＳｎ
を固溶させた誘電体材料、いわゆるＢａＴｉ1-x-y Ｚｒ
x Ｓｎy Ｏ3 系のものが知られている。
リウム（ＢａＴｉＯ3 ）のようなペロブスカイト型の各
種酸化物が報告されており、また実用化されている。ま
た、従来、粉末合成法によりＢａＴｉＯ3 にＺｒやＳｎ
を固溶させた誘電体材料、いわゆるＢａＴｉ1-x-y Ｚｒ
x Ｓｎy Ｏ3 系のものが知られている。
【０００４】一方、近年、電子機器の小型化，高性能化
に伴い、コンデンサ等の電子部品の小型化，大容量化の
要求が高まってきている。この様な要求に応えるため
に、積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣ）においては、
誘電体層を薄層化することにより静電容量を高めると共
に、小型化を図る必要が生じている。
に伴い、コンデンサ等の電子部品の小型化，大容量化の
要求が高まってきている。この様な要求に応えるため
に、積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣ）においては、
誘電体層を薄層化することにより静電容量を高めると共
に、小型化を図る必要が生じている。
【０００５】また、近年において電子機器は動作周波数
が加速度的に増大しており、電子部品も高周波領域にお
いて優れた特性を示す事が要求されはじめている。コン
デンサでは、高周波領域において電流が流れ易くなり、
畜電器としてだけでなく抵抗体やコイルとしての性質も
現れてくる。このため高周波用コンデンサは抵抗、イン
ダクタンスが小さいことが重要になる。また、高周波領
域においては強誘電体は比誘電率が減少することが知ら
れており、コンデンサとして比誘電率の減少の小さい、
高周波領域においても高誘電率を示す材料によりコンデ
ンサを形成する必要がある。
が加速度的に増大しており、電子部品も高周波領域にお
いて優れた特性を示す事が要求されはじめている。コン
デンサでは、高周波領域において電流が流れ易くなり、
畜電器としてだけでなく抵抗体やコイルとしての性質も
現れてくる。このため高周波用コンデンサは抵抗、イン
ダクタンスが小さいことが重要になる。また、高周波領
域においては強誘電体は比誘電率が減少することが知ら
れており、コンデンサとして比誘電率の減少の小さい、
高周波領域においても高誘電率を示す材料によりコンデ
ンサを形成する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＢａＴｉＯ3 系の誘電体材料では、結晶粒径が大きく、
薄層化が困難であった。一方、薄層化できたとしても積
層セラミックコンデンサにおいては、誘電体層中の結晶
粒径が小さくなり、サイズ効果により比誘電率が低下す
ることが問題となっていた。また薄層化に伴い、誘電体
１層当りにかかる電圧が大きくなり、特に直流成分のか
かった状態での静電容量の低下（ＤＣバイアス特性の低
下）が問題となっていた。
ＢａＴｉＯ3 系の誘電体材料では、結晶粒径が大きく、
薄層化が困難であった。一方、薄層化できたとしても積
層セラミックコンデンサにおいては、誘電体層中の結晶
粒径が小さくなり、サイズ効果により比誘電率が低下す
ることが問題となっていた。また薄層化に伴い、誘電体
１層当りにかかる電圧が大きくなり、特に直流成分のか
かった状態での静電容量の低下（ＤＣバイアス特性の低
下）が問題となっていた。
【０００７】これらの問題点を解決した、（ＰｂＬａ）
（ＺｒＴｉ）Ｏ3 系の誘電体薄膜が、特開平３−２８３
５１５号公報に開示されているが、ＢａＴｉＯ3 系の誘
電体材料、とりわけＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 系
材料の薄層化については、サイズ効果による比誘電率の
低下およびＤＣバイアス特性の低下について解決されて
いなかった。
（ＺｒＴｉ）Ｏ3 系の誘電体薄膜が、特開平３−２８３
５１５号公報に開示されているが、ＢａＴｉＯ3 系の誘
電体材料、とりわけＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 系
材料の薄層化については、サイズ効果による比誘電率の
低下およびＤＣバイアス特性の低下について解決されて
いなかった。
【０００８】また、典型的なコンデンサ材料であるＢａ
ＴｉＯ3 系材料は１ＫＨｚ程度の低周波数においては大
きな比誘電率を示し、コンデンサ材料として優れた材料
であるが、周波数分散が大きいため、高周波領域におけ
る比誘電率の減少が大きいと考えられ、高周波領域では
高誘電率材料として使えないと考えられてきた（特開平
６−７７０８３号公報等参照）。
ＴｉＯ3 系材料は１ＫＨｚ程度の低周波数においては大
きな比誘電率を示し、コンデンサ材料として優れた材料
であるが、周波数分散が大きいため、高周波領域におけ
る比誘電率の減少が大きいと考えられ、高周波領域では
高誘電率材料として使えないと考えられてきた（特開平
６−７７０８３号公報等参照）。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点に対して検討を重ねた結果、Ｂサイト元素であるＴｉ
原子をＺｒで１〜１０モル％、Ｓｎで１〜８モル％置換
した、即ち、ＢａＴｉ1-x-yＺｒxＳｎyＯ3と表した時の
ｘおよびｙが、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−
Ｆ−Ａで囲む範囲内であり、ペロブスカイト結晶の平均
結晶粒径が０．１０〜０．２５μｍである粒径が細か
く、基板上に形成された膜厚５μｍ以下の誘電体薄膜に
おいても、比誘電率が大きくなり、かつＤＣバイアスに
対する特性も良好となり、さらに測定周波数１００ＭＨ
ｚ（室温）での比誘電率が１１００以上であることを見
い出し、本発明に至った。
点に対して検討を重ねた結果、Ｂサイト元素であるＴｉ
原子をＺｒで１〜１０モル％、Ｓｎで１〜８モル％置換
した、即ち、ＢａＴｉ1-x-yＺｒxＳｎyＯ3と表した時の
ｘおよびｙが、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−
Ｆ−Ａで囲む範囲内であり、ペロブスカイト結晶の平均
結晶粒径が０．１０〜０．２５μｍである粒径が細か
く、基板上に形成された膜厚５μｍ以下の誘電体薄膜に
おいても、比誘電率が大きくなり、かつＤＣバイアスに
対する特性も良好となり、さらに測定周波数１００ＭＨ
ｚ（室温）での比誘電率が１１００以上であることを見
い出し、本発明に至った。
【００１０】即ち、本発明の誘電体薄膜は、金属元素と
してＢａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎからなるペロブスカイ
ト型複合酸化物からなり、基板上に形成された誘電体薄
膜であって、これらの成分をＢａＴｉ１−ｘ−ｙＺｒｘ
ＳｎｙＯ３と表した時のｘおよびｙが、図１における線
分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内にあ
り、かつ、ペロブスカイト結晶の平均結晶粒径ｄが０．
１０〜０．２５μｍ、膜厚が５μｍ以下、ＤＣバイアス
５Ｖ／μｍの印加による静電容量の低下が３０％未満で
あることを特徴とする。
してＢａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎからなるペロブスカイ
ト型複合酸化物からなり、基板上に形成された誘電体薄
膜であって、これらの成分をＢａＴｉ１−ｘ−ｙＺｒｘ
ＳｎｙＯ３と表した時のｘおよびｙが、図１における線
分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内にあ
り、かつ、ペロブスカイト結晶の平均結晶粒径ｄが０．
１０〜０．２５μｍ、膜厚が５μｍ以下、ＤＣバイアス
５Ｖ／μｍの印加による静電容量の低下が３０％未満で
あることを特徴とする。
【００１１】
また、上記誘電体薄膜は、測定周波数１００ＭＨｚ（室
温）での比誘電率が１１００以上であることを特徴とす
る。
温）での比誘電率が１１００以上であることを特徴とす
る。
【００１２】さらに本発明のセラミックコンデンサは、
基板と、該基板上に設けられた上記の誘電体薄膜と、該
誘電体薄膜を挟持するように設けられた電極とを具備す
るものである。
基板と、該基板上に設けられた上記の誘電体薄膜と、該
誘電体薄膜を挟持するように設けられた電極とを具備す
るものである。
【００１３】
【作用】ＢａＴｉＯ3 系の誘電体材料においては、１２
０℃、１０℃、−７０℃に相転移点が存在し、その近傍
で比誘電率が高くなっている。本発明の誘電体薄膜で
は、ＢａＴｉＯ3 のＴｉ原子をＺｒ原子及びＳｎ原子に
て所定量置換することにより、３点の相転移点は室温付
近にシフトし、室温で３種類の相転移ピークが重なるこ
とにより、高い比誘電率を実現している。
０℃、１０℃、−７０℃に相転移点が存在し、その近傍
で比誘電率が高くなっている。本発明の誘電体薄膜で
は、ＢａＴｉＯ3 のＴｉ原子をＺｒ原子及びＳｎ原子に
て所定量置換することにより、３点の相転移点は室温付
近にシフトし、室温で３種類の相転移ピークが重なるこ
とにより、高い比誘電率を実現している。
【００１４】また、ＢａＴｉ1-A ＺｒA Ｏ3 とＢａＴｉ
1-B ＳｎB Ｏ3 では、同じＢサイト置換量に対して３点
の相転移点が異なる為、ＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ
3 においてｘとｙを調整することにより、高誘電率を保
ちながら温度特性は良好になる。
1-B ＳｎB Ｏ3 では、同じＢサイト置換量に対して３点
の相転移点が異なる為、ＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ
3 においてｘとｙを調整することにより、高誘電率を保
ちながら温度特性は良好になる。
【００１５】さらに薄膜中の平均結晶粒径を細かくして
いった場合、強誘電体的性質に常誘電体的性質が現れる
ために、比誘電率は多少低下するが直流電圧がかかった
状態の比誘電率の低下が抑制され、ＤＣバイアス特性は
良好となる。
いった場合、強誘電体的性質に常誘電体的性質が現れる
ために、比誘電率は多少低下するが直流電圧がかかった
状態の比誘電率の低下が抑制され、ＤＣバイアス特性は
良好となる。
【００１６】さらにまた、測定周波数１００ＭＨｚ（室
温）のような高周波領域においても、強誘電性の起源で
ある自発分極が消失するため自発分極に起因する誘電率
の周波数分散が小さくなり、高周波領域においても大き
な比誘電率を有する。
温）のような高周波領域においても、強誘電性の起源で
ある自発分極が消失するため自発分極に起因する誘電率
の周波数分散が小さくなり、高周波領域においても大き
な比誘電率を有する。
【００１７】即ち、本発明のセラミックコンデンサで
は、誘電体薄膜の比誘電率が、測定周波数１ＫＨｚおよ
び１００ＭＨｚでそれぞれ１２００および１１００以上
であり、静電容量の温度特性もコンデンサのＪＩＳ規格
におけるＢ特性を満足し、且つ直流電圧印加による静電
容量の減少率（ＤＣバイアス特性）も５Ｖ／μｍの電界
印加時に３０％未満と小さいため、低周波においてだけ
でなく、バイパスコンデンサやデカップリングコンデン
サのようなＩＣ等の高周波回路用のコンデンサとして優
れたセラミックコンデンサを得ることができる。
は、誘電体薄膜の比誘電率が、測定周波数１ＫＨｚおよ
び１００ＭＨｚでそれぞれ１２００および１１００以上
であり、静電容量の温度特性もコンデンサのＪＩＳ規格
におけるＢ特性を満足し、且つ直流電圧印加による静電
容量の減少率（ＤＣバイアス特性）も５Ｖ／μｍの電界
印加時に３０％未満と小さいため、低周波においてだけ
でなく、バイパスコンデンサやデカップリングコンデン
サのようなＩＣ等の高周波回路用のコンデンサとして優
れたセラミックコンデンサを得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明においては、ＢａＴｉ
1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 と表した時、ｘとｙが図１に示
した関係にあり、しかも平均結晶粒径ｄが０．１０〜
０．２５μｍを満足するものである。
1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 と表した時、ｘとｙが図１に示
した関係にあり、しかも平均結晶粒径ｄが０．１０〜
０．２５μｍを満足するものである。
【００１９】ここでｘとｙが図１に示した線分Ａ−Ｂ−
Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内としたのは、図１
において線分Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅよりも上方にある場合に
は、−２５〜８５℃において静電容量の温度変化率が±
８％よりも大きくなるからである。また、線分Ｅ−Ｆよ
りも右側にある場合、即ち、ｘが０．１０よりも大きい
場合には比誘電率が１２００よりも小さくなるからであ
る。さらに、線分Ａ−Ｂよりも左側にある場合、即ちｘ
が０．０１よりも小さい場合には、ＤＣバイアスに対す
る比誘電率の変化率が３０％よりも大きくなる傾向にあ
るからである。さらにまた、線分Ｆ−Ａよりも下方にあ
る場合、即ちｙが０．０１よりも小さい場合には、Ｂａ
ＴｉＯ3 のサイズ効果により比誘電率が小さくなる傾向
にあるからである。本発明においては、ｘとｙとの関係
が、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｇ−Ａで囲まれる範
囲内にあることが、比誘電率が大きく、静電容量の温度
特性およびＤＣバイアス特性を向上するという点から望
ましい。ここで、点Ｇ（ｘ，ｙ）は（０．０５，０．０
１）である。
Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内としたのは、図１
において線分Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅよりも上方にある場合に
は、−２５〜８５℃において静電容量の温度変化率が±
８％よりも大きくなるからである。また、線分Ｅ−Ｆよ
りも右側にある場合、即ち、ｘが０．１０よりも大きい
場合には比誘電率が１２００よりも小さくなるからであ
る。さらに、線分Ａ−Ｂよりも左側にある場合、即ちｘ
が０．０１よりも小さい場合には、ＤＣバイアスに対す
る比誘電率の変化率が３０％よりも大きくなる傾向にあ
るからである。さらにまた、線分Ｆ−Ａよりも下方にあ
る場合、即ちｙが０．０１よりも小さい場合には、Ｂａ
ＴｉＯ3 のサイズ効果により比誘電率が小さくなる傾向
にあるからである。本発明においては、ｘとｙとの関係
が、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｇ−Ａで囲まれる範
囲内にあることが、比誘電率が大きく、静電容量の温度
特性およびＤＣバイアス特性を向上するという点から望
ましい。ここで、点Ｇ（ｘ，ｙ）は（０．０５，０．０
１）である。
【００２０】また、平均結晶粒径ｄを０．１０〜０．２
５μｍとしたのは、平均結晶粒径ｄが０．１０よりも小
さい場合には比誘電率が小さく、その温度特性も悪くな
るからである。また、平均結晶粒径ｄが０．２５μｍよ
りも大きくなると、ＤＣバイアスに対する比誘電率の変
化率が大きくなるからである。平均結晶粒径ｄは、比誘
電率の向上という点から０．１４〜０．２５μｍである
ことが望ましい。
５μｍとしたのは、平均結晶粒径ｄが０．１０よりも小
さい場合には比誘電率が小さく、その温度特性も悪くな
るからである。また、平均結晶粒径ｄが０．２５μｍよ
りも大きくなると、ＤＣバイアスに対する比誘電率の変
化率が大きくなるからである。平均結晶粒径ｄは、比誘
電率の向上という点から０．１４〜０．２５μｍである
ことが望ましい。
【００２１】本発明の誘電体薄膜の膜厚は、耐絶縁性お
よび膜の均質性という観点から、５μｍ以下であること
が重要であり、特には、０．３〜２μｍが望ましい。
よび膜の均質性という観点から、５μｍ以下であること
が重要であり、特には、０．３〜２μｍが望ましい。
【００２２】本発明の誘電体薄膜は、該誘電体薄膜の上
下面に電極を形成して薄膜コンデンサを形成したり、ま
た、誘電体薄膜と電極層を交互に積層して積層コンデン
サを形成したりして用いられる。
下面に電極を形成して薄膜コンデンサを形成したり、ま
た、誘電体薄膜と電極層を交互に積層して積層コンデン
サを形成したりして用いられる。
【００２３】本発明の誘電体薄膜は、先ず、金属元素と
してＢａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎを含有するペロブスカイト
型複合酸化物であって、これらの成分をＢａＴｉ1-x-y
Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 と表した時のｘ及びｙの値が図１の線
分で囲まれる範囲内の原料溶液を作製し、この溶液を基
板上に塗布した後、熱処理乾燥し、塗布と熱処理を繰り
返して所望厚さの膜を形成し、焼成することにより得ら
れる。
してＢａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎを含有するペロブスカイト
型複合酸化物であって、これらの成分をＢａＴｉ1-x-y
Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 と表した時のｘ及びｙの値が図１の線
分で囲まれる範囲内の原料溶液を作製し、この溶液を基
板上に塗布した後、熱処理乾燥し、塗布と熱処理を繰り
返して所望厚さの膜を形成し、焼成することにより得ら
れる。
【００２４】即ち、本発明の誘電体薄膜は、各成分の組
成の制御、膜厚、微粒領域（０．０５〜１μｍ）での結
晶粒径の制御が比較的容易な、以下のような方法で形成
することが望ましい。
成の制御、膜厚、微粒領域（０．０５〜１μｍ）での結
晶粒径の制御が比較的容易な、以下のような方法で形成
することが望ましい。
【００２５】先ず、Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎの各金属イ
オンを含有する有機酸塩，無機塩，あるいは金属アルコ
キシドのような有機金属化合物を出発原料とし、ＢａＴ
ｉ1- x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 におけるｘ及びｙの範囲が図
１の線分の範囲内を満足する組成となるように混合し、
原料溶液を調製する。次に、この原料溶液を基板上に塗
布する。溶液の塗布はスピンコーティング，ディップコ
ーティングなどの種々の方法により行うことができる。
また、Ｂａ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 およびＢａ（Ｔｉ，Ｓ
ｎ）Ｏ3 溶液を別々に作製し、交互に塗布することに
り、所望の組成に調製しても良い。
オンを含有する有機酸塩，無機塩，あるいは金属アルコ
キシドのような有機金属化合物を出発原料とし、ＢａＴ
ｉ1- x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 におけるｘ及びｙの範囲が図
１の線分の範囲内を満足する組成となるように混合し、
原料溶液を調製する。次に、この原料溶液を基板上に塗
布する。溶液の塗布はスピンコーティング，ディップコ
ーティングなどの種々の方法により行うことができる。
また、Ｂａ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 およびＢａ（Ｔｉ，Ｓ
ｎ）Ｏ3 溶液を別々に作製し、交互に塗布することに
り、所望の組成に調製しても良い。
【００２６】次に、こうして基板上に塗布された塗膜か
ら有機物を取り除くために大気中で２００〜６００℃で
５秒〜２分間熱処理を行い、この後、結晶化するために
大気中で７００〜９００℃で３０秒〜１０分間結晶化用
熱処理を行う。これらの塗布〜結晶化用熱処理の一連の
プロセスを繰り返すことにより所望の膜厚の誘電体薄膜
を得、最後に０．１０〜０．２５μｍの平均結晶粒径を
得るために酸素含有雰囲気中で１０５０〜１１４０℃で
１０分間〜３時間焼成を行い、５μｍ以下、例えば、膜
厚０．３〜２μｍの本発明の誘電体薄膜を得る。平均結
晶粒径は焼成温度や焼成時間により制御できる。
ら有機物を取り除くために大気中で２００〜６００℃で
５秒〜２分間熱処理を行い、この後、結晶化するために
大気中で７００〜９００℃で３０秒〜１０分間結晶化用
熱処理を行う。これらの塗布〜結晶化用熱処理の一連の
プロセスを繰り返すことにより所望の膜厚の誘電体薄膜
を得、最後に０．１０〜０．２５μｍの平均結晶粒径を
得るために酸素含有雰囲気中で１０５０〜１１４０℃で
１０分間〜３時間焼成を行い、５μｍ以下、例えば、膜
厚０．３〜２μｍの本発明の誘電体薄膜を得る。平均結
晶粒径は焼成温度や焼成時間により制御できる。
【００２７】本発明においては、不可避不純物として、
Ｓｒ，Ｃａ，Ｎａ等が１重量％以下で混入する場合があ
るが、特性には影響はない。
Ｓｒ，Ｃａ，Ｎａ等が１重量％以下で混入する場合があ
るが、特性には影響はない。
【００２８】また、得られた誘電体薄膜は、ＢａＴｉ
1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 で表される結晶相の他に、Ｂａ
（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 、Ｂａ（Ｔｉ，Ｓｎ）Ｏ3 が析出し
ていても良い。
1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 で表される結晶相の他に、Ｂａ
（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3 、Ｂａ（Ｔｉ，Ｓｎ）Ｏ3 が析出し
ていても良い。
【００２９】また、誘電体薄膜を挟持する電極として
は、厚さ０．０５μｍ以上の配向した白金（Ｐｔ）、金
（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）薄膜等があり、これらの
うちでも配向した白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）薄膜が最適
である。Ｐｔ、Ａｕは膜との反応性が小さく、また酸化
されにくい為、膜との界面に低誘電率相が形成されにく
い為である。膜厚を０．０５μｍ以上としたのは０．０
５μｍ未満であると高周波領域における等価直列抵抗が
大きくなるためである。配向した白金（Ｐｔ）薄膜と
は、配向性または単結晶的白金（Ｐｔ）薄膜であり、配
向性を有するＰｔ薄膜とは、３つの結晶軸のうち一つの
軸が膜表面に近似的に垂直な方向に揃った膜であり、単
結晶的Ｐｔ薄膜とは３つの結晶軸が全て揃った膜であ
る。このような電極は、スパッタ蒸着やレーザ蒸着法等
物理的蒸着において、電極が形成される基板温度を４５
０℃以上とすることにより得られるもので、これらのう
ちでも、基板温度を４５０℃以上としたスパッタ蒸着が
望ましい。
は、厚さ０．０５μｍ以上の配向した白金（Ｐｔ）、金
（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）薄膜等があり、これらの
うちでも配向した白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）薄膜が最適
である。Ｐｔ、Ａｕは膜との反応性が小さく、また酸化
されにくい為、膜との界面に低誘電率相が形成されにく
い為である。膜厚を０．０５μｍ以上としたのは０．０
５μｍ未満であると高周波領域における等価直列抵抗が
大きくなるためである。配向した白金（Ｐｔ）薄膜と
は、配向性または単結晶的白金（Ｐｔ）薄膜であり、配
向性を有するＰｔ薄膜とは、３つの結晶軸のうち一つの
軸が膜表面に近似的に垂直な方向に揃った膜であり、単
結晶的Ｐｔ薄膜とは３つの結晶軸が全て揃った膜であ
る。このような電極は、スパッタ蒸着やレーザ蒸着法等
物理的蒸着において、電極が形成される基板温度を４５
０℃以上とすることにより得られるもので、これらのう
ちでも、基板温度を４５０℃以上としたスパッタ蒸着が
望ましい。
【００３０】また、金属薄膜を蒸着する基板としては、
アルミナ、サファイア、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ3 単
結晶、チタン被覆シリコン、もしくは銅（Ｃｕ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、ステン
レススティール（Ｆｅ）薄膜もしくは薄板が望ましい。
特に、薄膜との反応性が小さく、安価で、硬度が大き
く、かつ、金属薄膜の結晶性という点からアルミナ、サ
ファイアが望ましく、高周波領域における低抵抗化の点
で銅（Ｃｕ）薄板もしくは銅（Ｃｕ）薄膜が望ましい。
アルミナ、サファイア、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ3 単
結晶、チタン被覆シリコン、もしくは銅（Ｃｕ）、ニッ
ケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、ステン
レススティール（Ｆｅ）薄膜もしくは薄板が望ましい。
特に、薄膜との反応性が小さく、安価で、硬度が大き
く、かつ、金属薄膜の結晶性という点からアルミナ、サ
ファイアが望ましく、高周波領域における低抵抗化の点
で銅（Ｃｕ）薄板もしくは銅（Ｃｕ）薄膜が望ましい。
【００３１】
【実施例】出発原料であるテトラ−イソ−プロポキシチ
タン、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム及びテトラ
−イソ−プロポキシスズを、溶媒である２−メトキシエ
タノールに溶かし、それぞれ０．４Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）濃
度のチタン溶液、ジルコニウム溶液及びスズ溶液を作製
した。また金属バリウムを、溶媒である２−メトキシエ
タノールに溶解させ、０．４Ｍ濃度のバリウム溶液を作
製した。これらの４種の溶液を、ＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx
Ｓｎy Ｏ3 と表した時のｘ及びｙが表１の値となるよう
に混合し、原料溶液を調製した。
タン、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム及びテトラ
−イソ−プロポキシスズを、溶媒である２−メトキシエ
タノールに溶かし、それぞれ０．４Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）濃
度のチタン溶液、ジルコニウム溶液及びスズ溶液を作製
した。また金属バリウムを、溶媒である２−メトキシエ
タノールに溶解させ、０．４Ｍ濃度のバリウム溶液を作
製した。これらの４種の溶液を、ＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx
Ｓｎy Ｏ3 と表した時のｘ及びｙが表１の値となるよう
に混合し、原料溶液を調製した。
【００３２】ついで、これら各原料溶液を白金（Ｐｔ）
基板上にそれぞれスピンコートし、得られた塗膜に対し
て大気中３００℃で１分間熱処理乾燥を行い、この後、
大気中７５０℃で５分間結晶化用熱処理を行った。この
ようなスピンコートによる溶液の塗布から結晶化用熱処
理までの一連のプロセスを３０回繰り返し行い、膜厚が
０．８μｍの薄膜を形成し、酸素雰囲気中１０５０〜１
１４０℃で１時間焼成を行い、膜厚０．６μｍで表１の
平均結晶粒径ｄを有する誘電体薄膜を得た。
基板上にそれぞれスピンコートし、得られた塗膜に対し
て大気中３００℃で１分間熱処理乾燥を行い、この後、
大気中７５０℃で５分間結晶化用熱処理を行った。この
ようなスピンコートによる溶液の塗布から結晶化用熱処
理までの一連のプロセスを３０回繰り返し行い、膜厚が
０．８μｍの薄膜を形成し、酸素雰囲気中１０５０〜１
１４０℃で１時間焼成を行い、膜厚０．６μｍで表１の
平均結晶粒径ｄを有する誘電体薄膜を得た。
【００３３】得られた誘電体薄膜をＸ線回折測定（ＸＲ
Ｄ）により分析を行ったところ、いずれもペロブスカイ
ト型酸化物のピークが確認された。また誘電体薄膜を走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、平均結晶粒径を
測定した。さらに、誘電特性の評価は、誘電体薄膜上に
Ａｕを蒸着して上部電極とし、下部電極であるＰｔ層と
平板コンデンサを形成することにより行った。測定はＬ
ＣＲメーターによって行い、測定周波数ｆ＝１ｋＨｚ、
印加電圧Ｖrms ＝１００ｍＶとした。室温での比誘電率
（Ｋ）、誘電損失（ＤＦ）および−２５℃と８５℃の静
電容量の変化率を測定し、これらの結果を表１に示す。
Ｄ）により分析を行ったところ、いずれもペロブスカイ
ト型酸化物のピークが確認された。また誘電体薄膜を走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、平均結晶粒径を
測定した。さらに、誘電特性の評価は、誘電体薄膜上に
Ａｕを蒸着して上部電極とし、下部電極であるＰｔ層と
平板コンデンサを形成することにより行った。測定はＬ
ＣＲメーターによって行い、測定周波数ｆ＝１ｋＨｚ、
印加電圧Ｖrms ＝１００ｍＶとした。室温での比誘電率
（Ｋ）、誘電損失（ＤＦ）および−２５℃と８５℃の静
電容量の変化率を測定し、これらの結果を表１に示す。
【００３４】尚、−２５℃の静電容量の変化率（％）
は、−２５℃の静電容量をＣ-25 とし、２５℃の静電容
量をＣ25とした時、（Ｃ-25 −Ｃ25）×１００／Ｃ25で
求め、８５℃の静電容量の変化率（％）は、８５℃の静
電容量をＣ85とし、２５℃の静電容量をＣ25とした時、
（Ｃ85−Ｃ25）×１００／Ｃ25で求めた。またＤＣバイ
アス特性を、電圧を印加しない場合の静電容量Ｃ0 、５
Ｖ／μｍの電圧を印加したときの静電容量Ｃ1 とした時
に、（Ｃ0 −Ｃ1 ）／Ｃ0 ×１００で求め、表１に記載
した。
は、−２５℃の静電容量をＣ-25 とし、２５℃の静電容
量をＣ25とした時、（Ｃ-25 −Ｃ25）×１００／Ｃ25で
求め、８５℃の静電容量の変化率（％）は、８５℃の静
電容量をＣ85とし、２５℃の静電容量をＣ25とした時、
（Ｃ85−Ｃ25）×１００／Ｃ25で求めた。またＤＣバイ
アス特性を、電圧を印加しない場合の静電容量Ｃ0 、５
Ｖ／μｍの電圧を印加したときの静電容量Ｃ1 とした時
に、（Ｃ0 −Ｃ1 ）／Ｃ0 ×１００で求め、表１に記載
した。
【００３５】また、インピーダンスアナライザ（ヒュウ
レットパッカード社製ＨＰ４２９１Ａ，フィクスチャー
ＨＰ１６０９２Ａ）を用いて１ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚに
おける特性評価をおこなった。インピーダンスー周波数
特性の測定により、１００ＭＨｚ（室温）における等価
直列容量を評価し、比誘電率を求めた。これらの結果を
表１に示す。
レットパッカード社製ＨＰ４２９１Ａ，フィクスチャー
ＨＰ１６０９２Ａ）を用いて１ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚに
おける特性評価をおこなった。インピーダンスー周波数
特性の測定により、１００ＭＨｚ（室温）における等価
直列容量を評価し、比誘電率を求めた。これらの結果を
表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】表１から判るように、図１の点Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ａの線分で囲まれる本発明の誘電体薄
膜は、１ＫＨｚおよび１００ＭＨｚ（室温）における比
誘電率はそれぞれ１２００および１１００以上の高誘電
率を有し、静電容量の温度変化率も±８％以下と小さ
く、また誘電損失も２．７６％以下と小さいことが判
る。
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ａの線分で囲まれる本発明の誘電体薄
膜は、１ＫＨｚおよび１００ＭＨｚ（室温）における比
誘電率はそれぞれ１２００および１１００以上の高誘電
率を有し、静電容量の温度変化率も±８％以下と小さ
く、また誘電損失も２．７６％以下と小さいことが判
る。
【００３８】また０．１０μｍ未満の粒径の試料（Ｎ
ｏ．２７，２９）では、１ＫＨｚにおける比誘電率は１
２００未満であるか、１００ＭＨｚの比誘電率が１１０
０未満となってしまう。
ｏ．２７，２９）では、１ＫＨｚにおける比誘電率は１
２００未満であるか、１００ＭＨｚの比誘電率が１１０
０未満となってしまう。
【００３９】また、本発明では、ＤＣバイアスに対する
静電容量の変化は、５Ｖ／μｍ印加時においても３０％
未満の低下であり、１ＫＨｚおよび１００ＭＨｚ（室
温）における比誘電率はそれぞれ１２００および１１０
０以上であり、静電容量の温度変化率は±８％未満であ
るのに対し、比較例ではいずれも１ＫＨｚにおける比誘
電率は１２００未満であるか、１００ＭＨｚの比誘電率
が１１００未満となってしまう。また、静電容量の温度
変化率も±１０％を越えるか、ＤＣバイアスを印加する
ことによる静電容量の減少が大きいことが判る。
静電容量の変化は、５Ｖ／μｍ印加時においても３０％
未満の低下であり、１ＫＨｚおよび１００ＭＨｚ（室
温）における比誘電率はそれぞれ１２００および１１０
０以上であり、静電容量の温度変化率は±８％未満であ
るのに対し、比較例ではいずれも１ＫＨｚにおける比誘
電率は１２００未満であるか、１００ＭＨｚの比誘電率
が１１００未満となってしまう。また、静電容量の温度
変化率も±１０％を越えるか、ＤＣバイアスを印加する
ことによる静電容量の減少が大きいことが判る。
【００４０】さらに、本発明者は、粉体を原料として作
製した平均結晶粒径が１０μｍで、膜厚が２０μｍの従
来のＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 （ｘが０．０５、
ｙが０．０５）の焼結体を作製し、上記と同様にして比
誘電率、ＤＣバイアスに対する静電容量の変化率を測定
したところ、１ＫＨｚにおける比誘電率が１５０００と
高いが、ＤＣバイアス５Ｖ／μｍ印加による静電容量が
７０％の低下であり、しかも、静電容量の温度特性はＪ
ＩＳ規格のＦ特性を満足する程度、即ち、−２５〜８５
℃において−３０〜＋８５％程度であった。また、１０
０ＭＨｚの比誘電率は１０５００であった。
製した平均結晶粒径が１０μｍで、膜厚が２０μｍの従
来のＢａＴｉ1-x-y Ｚｒx Ｓｎy Ｏ3 （ｘが０．０５、
ｙが０．０５）の焼結体を作製し、上記と同様にして比
誘電率、ＤＣバイアスに対する静電容量の変化率を測定
したところ、１ＫＨｚにおける比誘電率が１５０００と
高いが、ＤＣバイアス５Ｖ／μｍ印加による静電容量が
７０％の低下であり、しかも、静電容量の温度特性はＪ
ＩＳ規格のＦ特性を満足する程度、即ち、−２５〜８５
℃において−３０〜＋８５％程度であった。また、１０
０ＭＨｚの比誘電率は１０５００であった。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の誘電体薄
膜は、１ＫＨｚのような低周波領域において比誘電率が
比較的大きく、静電容量の温度変化率が小さく、ＤＣバ
イアス特性も良好であるだけでなく、測定周波数１００
ＭＨｚのような高周波領域においても比誘電率が大きい
ため、素子の小型化を図ることができるとともに、ＩＣ
まわりのデカップリングコンデンサ等の高周波領域に用
いられるコンデンサとしての実用化を促進できる。
膜は、１ＫＨｚのような低周波領域において比誘電率が
比較的大きく、静電容量の温度変化率が小さく、ＤＣバ
イアス特性も良好であるだけでなく、測定周波数１００
ＭＨｚのような高周波領域においても比誘電率が大きい
ため、素子の小型化を図ることができるとともに、ＩＣ
まわりのデカップリングコンデンサ等の高周波領域に用
いられるコンデンサとしての実用化を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体薄膜の組成式ＢａＴｉ1-x-y Ｚ
ｒx Ｓｎy Ｏ3 において、横軸にｘ、縦軸にｙを記載し
た図である。
ｒx Ｓｎy Ｏ3 において、横軸にｘ、縦軸にｙを記載し
た図である。
Claims (3)
- 【請求項１】金属元素としてＢａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳ
ｎからなるペロブスカイト型複合酸化物からなり、基板
上に形成された誘電体薄膜であって、これらの成分をＢ
ａＴｉ１−ｘ−ｙＺｒｘＳｎｙＯ３と表した時のｘおよ
びｙが、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａ
で囲まれる範囲内にあり、かつ、ペロブスカイト結晶の
平均結晶粒径ｄが０．１０〜０．２５μｍ、膜厚が５μ
ｍ以下、ＤＣバイアス５Ｖ／μｍの印加による静電容量
の低下が３０％未満であることを特徴とする誘電体薄
膜。（ ｘ、 ｙ ） Ａ（０．０１、０．０１） Ｂ（０．０１、０．０５） Ｃ（０．０２５、０．０８） Ｄ（０．０５、０．０５） Ｅ（０．１０、０．０５） Ｆ（０．１０、０．０１） - 【請求項２】測定周波数１００ＭＨｚ（室温）での比誘
電率が１１００以上であることを特徴とする請求項１記
載の誘電体薄膜。 - 【請求項３】基板と、該基板上に設けられた請求項１又
は２記載の誘電体薄膜と、該誘電体薄膜を挟持するよう
に設けられた電極とを具備することを特徴とするセラミ
ックコンデンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33204296A JP3481807B2 (ja) | 1995-12-13 | 1996-12-12 | 誘電体薄膜およびセラミックコンデンサ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-324685 | 1995-12-13 | ||
| JP32468595 | 1995-12-13 | ||
| JP33204296A JP3481807B2 (ja) | 1995-12-13 | 1996-12-12 | 誘電体薄膜およびセラミックコンデンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09223640A JPH09223640A (ja) | 1997-08-26 |
| JP3481807B2 true JP3481807B2 (ja) | 2003-12-22 |
Family
ID=26571564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33204296A Expired - Fee Related JP3481807B2 (ja) | 1995-12-13 | 1996-12-12 | 誘電体薄膜およびセラミックコンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3481807B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7256980B2 (en) * | 2003-12-30 | 2007-08-14 | Du Pont | Thin film capacitors on ceramic |
| JP5678472B2 (ja) * | 2010-05-18 | 2015-03-04 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置 |
-
1996
- 1996-12-12 JP JP33204296A patent/JP3481807B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09223640A (ja) | 1997-08-26 |
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