JP6421847B2 - アモルファス誘電体膜および電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、アモルファス誘電体膜および電子部品に関する。

誘電体膜が用いられる電子部品の一例として、薄膜コンデンサや高周波向けの薄膜フィルタなどがある。これらは小型、高性能の電子部品として広く利用されていて、より高い容量、温度に対する静電容量の変化が小さいことや、高い電圧に対し、優れた耐性が要求される。近年、スマートフォンやノート型パソコンなど、高機能機器への更なる小型かつ高性能化に伴い、電子部品に対しても小型、高性能化への要求はますます厳しくなっている。

このような要求に対し、たとえば薄膜コンデンサの誘電体膜の更なる薄膜化が進められている。薄膜化することでコンデンサの容量を高くすることができる一方で、高い電圧に対する耐性は低下してしまい、所望の特性が得られないという問題があった。

たとえば、一般にアモルファスＳｉＯ_ｘ膜は半導体集積回路のＤＲＡＭキャパシターにおいて誘電体膜として使用されている。しかし、同材料を薄膜コンデンサに使用した場合、アモルファスＳｉＯ_ｘの比誘電率が２〜３と低いことから、より容量を大きくするために更に誘電体膜を薄くしなければならない。そのため、同材料を使用した薄膜コンデンサは高い電圧に対する耐性が良好であるとは言えなくなる。そのため薄膜コンデンサの小型化、高機能化を図るためには、比誘電率が高く、温度特性が良好で、且つ耐電圧が高い誘電体材料に置き換える必要がある。

比誘電率がより高い材料としてたとえば、非特許文献１ではＣａＺｒＯ_３薄膜について成膜後の熱処理温度を変えることで、Ｃａ−Ｚｒ−Ｏアモルファス膜を形成している。この時、Ｃａ−Ｚｒ−Ｏアモルファス誘電体の比誘電率はおよそ１８で、耐電圧はおよそ３〜３．５ＭＶ／ｃｍであることが確認されているが、更なる耐電圧の向上を行うに至ってはいない。

また、特許文献１にはＣｒ、Ｎｉ、ＡｕおよびＡｇから選ばれる一種以上の金属を含む金属薄膜層が形成された銅箔上にＢａ及び／又はＳｒとＴｉの酸化物のアモルファス誘電体を形成した、アモルファス複合金属酸化物薄膜層により、金属と誘電体界面のひずみ起因の欠陥を抑制することにより絶縁性を確保している。

Ｓｃｉｅｎｃｅ ｄｉｒｅｃｔ Ｐｈｙｓｉｃａ Ｂ ３４８（２００４） ４４０−４４５『Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔａｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌ−ｇｅｌ ｄｅｒｉｖｅｄ ＣａＺｒＯ３ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｋ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ』

特開２００８−２５８５５５号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、誘電体膜を更に薄膜化した場合であっても比誘電率と温度特性を維持しつつ、耐電圧を高くするアモルファス誘電体膜及び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に、本発明にかかるアモルファス誘電体膜は、
Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜であって、Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも二種以上から選択される元素を含み、ＢはＺｒ元素を含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−Ｂ−Ｏと表したときに、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０≦ｘ≦１、 ０≦ｙ≦１、 ０≦ｚ≦１、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種は０．１以上であり、Ａ／Ｂをαと表したとき、０．５≦α≦１．５であることを特徴とするアモルファス誘電体膜である。

好ましくは、Ｚｒ元素を含むＢは、更にＴｉ元素を含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−（Ｔｉ_１−ｗＺｒ_ｗ）−Ｏと表したときに０．４≦ｗ≦１であることを特徴とする。

本発明では、上記のようなアモルファス誘電体膜とすることで、誘電体膜を更に薄膜化した場合であっても、比誘電率と温度特性を維持しつつ、耐電圧を高くするアモルファス誘電体膜及び電子部品を得ることが出来る。

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、ＳｉＯ_２絶縁膜付きＳｉ単結晶支持基板上に下部電極（Ｐｔ）を成膜したときと、更にその上にアモルファス誘電体膜を形成したとき及び、結晶化誘電体膜を形成した時のＸ線回折パターンである。 図３は、アモルファス誘電体膜をＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅで観察した写真である。 図４は、結晶化した誘電体膜をＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅで観察した写真である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

＜薄膜コンデンサ１０＞
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜コンデンサ１０の断面図である。薄膜コンデンサ１０は、支持基板１の表面に積層された下部電極３と、上部電極５、及び下部電極３と上部電極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と下部電極３の間に、支持基板１と下部電極３の密着性を向上させるために下地層２を挿入しても良い。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。

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。

＜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_２多結晶、ＳｉＯ_２多結晶や、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔなどの金属や、それらの合金の基板などによって支持基板１を形成することができるが特に限定されるものではない。これらの中では、低コスト、加工性から、Ｓｉ単結晶を基板として使用されることが一般的である。支持基板１は、基板の材質によってその抵抗率が異なる。抵抗率が低い材料を基板として使用する場合、そのまま使用すると基板側への電流のリークが薄膜コンデンサ１０の電気特性に影響を及ぼすことがある。そのため、支持基板１の表面に絶縁処理を施し、使用時の電流が支持基板１へ流れないようにする場合もある。例えば、Ｓｉ単結晶を支持基板１として使用する場合においては、支持基板１表面を酸化させてＳｉＯ_２絶縁層の形成を行うことや、支持基板１表面にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_ｘなどの絶縁物を形成してもよく、支持基板１への絶縁が保てればその絶縁層の材料や膜厚は限定されないが、０．０１μｍ以上が好ましい。０．０１μｍ未満では絶縁性が保てないため、絶縁層の厚みとして好ましくない。

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いが、たとえば、１０〜５０００μｍに設定される。１０μｍ未満の場合は機械的強度が確保できなく、５０００μｍを超え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。

＜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３の密着性向上を目的として挿入される。一例として、下部電極３にＣｕを使用する場合には下地層２はＣｒを、下部電極３にＰｔを使用する場合にはＴｉを下地層２として挿入することが一般的である。密着性向上を目的としていることから、前記材料に限定されるものではなく、また支持基板１と下地層２の密着性を保つことが出来れば、下地層２は省略しても良い。

＜下部電極３＞
下部電極３を形成するための材料は、導電性を有していれば良く、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどの金属や、それらの合金、又は導電性酸化物などによって形成することができる。そのため、コストや誘電体層４を熱処理するときの雰囲気に対応した材料を選択すればよい。誘電体層４は大気中の他、不活性ガスであるＮ_２やＡｒ、またＯ_２、不活性ガスと還元性ガスであるＨ_２の混合ガスで熱処理を行うことが出来る。下部電極３の膜厚は電極として機能すれば良く、０．０１μｍ以上が好ましい。０．０１μｍ未満の場合、導電性が悪くなることから好ましくない。また、支持基板１に電極として使用可能なＣｕやＮｉ、Ｐｔ等や酸化物導電性材料などを使用した基板を使用する場合は、前述した下地層２と下部電極３は省略することができる。

下部電極３の形成後に熱処理を行い、下地層２と下部電極３の密着性向上と、下部電極３の安定性向上を図ってもよい。熱処理を行う場合、昇温速度は好ましくは１０〜２０００℃／分、より好ましくは１００〜１０００℃／分である。焼成時の保持温度は、好ましくは４００〜８００℃、その保持時間は、好ましくは０．１〜４時間である。上記の範囲を超えると、密着不良の発生、下部電極３の表面に凹凸が発生することで、誘電体層４の誘電特性の低下が生じやすくなる。

＜誘電体膜４＞
誘電体膜４は、本実施形態に係るアモルファス誘電体膜から構成されている。誘電体膜４は、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜であって、ＡはＢａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも二種以上から選択される元素を含み、ＢはＺｒ元素を含む誘電体膜である。

また、誘電体膜４の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−Ｂ−Ｏと表したときに、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種は０．１以上であり、Ａ／Ｂをαと表したとき、０．５≦α≦１．５である。

一般的に、アモルファス材料は結晶の核となるクラスターを形成し、熱処理によって、そのクラスターの長周期配列が形成され結晶へと成長することが知られている。本実施形態における組成の範囲においては、結晶の核となるクラスター内に（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_αＺｒＯ_３が含まれることが想定される。また、金属と結合する酸素の距離を短くする、物質の融点を高くする、破壊原子価数を高くする等を行うことで耐電圧を高くすることが可能である。本実施形態においては、アモルファス誘電体中に酸素と結合したＢａやＣａ、Ｓｒ及びＺｒを混在させることで互いに圧縮され、金属元素と酸素間の距離を平均的に短くしていることから、耐電圧が向上していると考えられる。そのためＢａやＣａ及びＳｒの少なくとも二種以上の第一の酸化物とＺｒを含む第二の酸化物を主成分とした誘電体膜４であることが必要であり、その主成分は前記範囲が良い。

ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種が０．１未満の場合、相互圧縮の効果が弱まり、耐電圧は低下する。

誘電体膜４は好ましくは、Ｚｒ元素を含むＢは、Ｔｉ元素を更に含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−（Ｔｉ_１−ｗＺｒ_ｗ）−Ｏと表したときに、０．４≦ｗ≦１あることを特徴とする。

Ｚｒ元素を含むＢは、Ｔｉ元素を更に含み、上記範囲とすることで、本実施形態の効果を高めることができる。

誘電体膜４の厚さは、好ましくは１０〜２０００ｎｍ、より好ましくは５０〜１０００ｎｍである。１０ｎｍ未満では絶縁破壊が生じやすく、２０００ｎｍを超える場合においては、コンデンサの静電容量を大きくするために電極面積を広くする必要があり、電子部品の小型化に寄与できないことから好ましくない。誘電体膜厚の計測は集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ）で掘削し、得られた断面を走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）等で観察して測長すれば良い。

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（ｐｕｌｓｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：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）やゾル・ゲル法、ｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｏｕｔｉｏｎ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＣＳＤ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。その際に使用する原料（蒸着材料、各種ターゲット材料や有機金属材料等）には微少な不純物が含まれている場合があるが、絶縁性を大きく低下させる不純物でなければ、特に問題はない。

誘電体膜４形成後、好ましくは熱処理を行う。熱処理を行わなくても本発明の効果が失われることはないが、欠陥等の影響により、その効果が低減する。

熱処理の条件として、昇温速度は好ましくは１０〜２０００℃／分、より好ましくは１００〜１０００℃／分である。焼成時の保持温度は、好ましくは２００〜６００℃、より好ましくは３００〜６００℃で、その保持時間は、好ましくは０．１〜４時間である。上記の範囲を超えると、密着不良の発生、また下部電極３の表面や誘電体層４の表面に凹凸が発生することで、誘電体層４の誘電特性の低下が生じやすくなる。

また、誘電体層５は通常、本発明の誘電体膜のみで構成されるが、別の誘電体膜との積層構造としていても構わない。例えば、誘電体層４のインピーダンスや温度特性を調整するために、既存のＳｉ_３Ｎ_ｘ、ＳｉＯ_ｘ、Ａｌ_２Ｏ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、Ｔａ_２Ｏ_ｘ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、耐電圧を維持した状態で他の特性を調整することが可能となる。

＜上部電極５＞
本実施形態の一例において、薄膜コンデンサ１０は、誘電体膜４の表面に、薄膜コンデンサ１０の他方の電極として機能する上部電極５を備えている。上部電極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３と同様の材料によって、上部電極５を形成することができる。上部電極５の膜厚は電極として機能すれば良く、０．０１μｍ以上が好ましい。膜厚が０．０１μｍ以下の場合、導電性が悪化するため上部電極５として好ましくない。

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、たとえば、バランやカプラ、バンドパスフィルタ等、誘電体膜を有する電子部品であれば何でも良い。

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＞＜比較例１＞
まず、３５０μｍのＳｉの表面に６μｍのＳｉＯ_２絶縁膜を備えた１０ｍｍ×１０ｍｍ角の基板の表面上に、下地層である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。

次いで、上記で形成したＴｉ薄膜上に下部電極である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た。

形成したＴｉ／Ｐｔ薄膜に対し、昇温速度を４００℃／分、保持温度を７００℃、温度保持時間を３０分、雰囲気を酸素雰囲気とし常圧下で熱処理を行った。

熱処理を行った試料表面の凹凸を確認するために、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を使用し、試料すべての下部電極表面のＲａ（平均山高さ）が４ｎｍ以下で、Ｒｚ（最大山高さ）が５０ｎｍ以下であり、異常な凹凸がないことを確認した。測定点数は９点とし、１点当たりのスキャン範囲は１０μｍ×１０μｍとした。Ｒａは９点のＲａの平均値を確認し、Ｒｚは９点の最大Ｒｚを確認した。

誘電体膜の形成にはＰＬＤ法を使用した。誘電体膜の形成に必要なターゲットは次のように作製した。

まず、表１に示す試料Ｎｏ．１〜２１のＢａ、Ｃａ、Ｓｒの量（ｘ、ｙ、ｚ）及びそれらの総量とＺｒの比（α）を表１に示す値となるようにＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＺｒＯ_２の秤量を行い、原料を準備した。

次いで、ボールミル中に上記で準備した原料と水、及びφ２ｍｍのジルコニアビーズを入れて２０時間の湿式混合を行った後、混合粉末スラリーを１００℃、２０時間で乾燥させた。

得られた混合粉末に対して１０ｗｔ％のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を乳鉢に入れ、乳棒を使用して造粒粉を作製した後、φ２００ｍｍの金型へ厚みが５ｍｍ程度となるように造粒粉を入れた。次に一軸加圧プレス機を使用し成形体を得た。成形条件は、圧力：２．０×１０^８Ｐａ、温度：室温とした。その後、得られた成形体について脱バインダ処理、焼成を下記条件で行った。

脱バインダ条件は昇温速度を２５℃／時間、保持温度を４００℃、温度保持時間を４時間として、雰囲気は空気中とした。

焼成条件は昇温温度を２００℃／時間、保持温度を１２００℃〜１３００℃、温度保持時間を４時間とし、雰囲気は空気中とした。

次いで、得られた焼結体の厚さが４ｍｍとなるように、円筒研磨機で両面を研磨し、誘電体膜を形成するために必要なＰＬＤ用ターゲットを得た。

こうして得られたＰＬＤ用ターゲットを用いて、下部電極上に誘電体膜厚が６００ｎｍの厚さとなるようにＰＬＤ法で誘電体膜を形成した。ＰＬＤ法による成膜条件は、酸素圧を１×１０^−２（Ｐａ）とし、成膜時の基板への加熱はなしとした。また、下部電極の一部を露出させるために、メタルマスクを使用して、誘電体膜が一部成膜されない領域を形成した。

次に形成した誘電体膜を昇温時間６００℃／分、保持温度を５００℃、温度保持時間を１０分とし、空気中で熱処理を行った。

誘電体膜厚の計測は集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ）で掘削し、得られた断面を走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）で観察して測長することで計測した。

成膜後の誘電体膜の組成はＸＲＦ（Ｘ−ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を使用してすべての試料について測定を行い、表１〜４に記載の組成であることを確認した。

次いで、得られた上記誘電体膜上に上部電極であるＰｔ電極を形成するために、スパッタリング装置を使用して成膜を行った。Ｐｔ電極の形状は直径５ｍｍ、厚さ２００ｎｍとなるように加工したメタルマスクを使用して形成することで、図１に示す構造の試料Ｎｏ．１〜２１を得た。白金電極膜厚の計測も集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ）で掘削し、得られた断面を走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）で観察して測長することで計測した。

得られたすべての薄膜コンデンサ試料について、耐電圧、比誘電率、静電容量の温度特性を、それぞれ下記に示す方法により行った。

＜耐電圧＞
耐電圧は薄膜コンデンサ試料に対し、下部電極が露出している領域と上部電極にデジタル超高抵抗／微少電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ Ｒ８３４０）を接続し、５Ｖ／秒のステップで電圧を印加して計測し、初期抵抗値から２ケタ低下したときの電圧値を読み取り、その値を試料の破壊電圧値（Ｖ）とした。得られた破壊電圧値（Ｖ）を誘電体膜厚で除した数値を耐電圧（ＭＶ／ｃｍ）とし、表１に記載した。耐電圧は高いほうが好ましく５ＭＶ／ｃｍ以上を良好とした。

＜比誘電率＞
比誘電率は、薄膜コンデンサ試料に対し、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）０．１Ｖｒｍｓの条件下で測定された静電容量と膜厚測定の結果から算出した（単位なし）。

＜静電容量の温度特性ＴＣＣ＞
薄膜コンデンサ試料に対し、−５５、−２５、−１０、２５、８５、１２５℃の恒温槽中で静電容量の測定を行った。容量測定は比誘電率算出したときの条件と同様に、周波数１ＭＨｚ、入力信号レベル（測定電圧）０．１Ｖｒｍｓの条件下で測定した。基準温度を２５℃としたとき、温度に対する温度特性係数が、３００ｐｐｍ／℃以内であるかを評価した。温度特性係数ＴＣＣ（ｐｐｍ／℃）は下記式１により算出した。ただし、式１中、Ｃ_１２５は１２５℃における静電容量（ファラド：Ｆ）、Ｃ_２５は２５℃における静電容量（Ｆ）を表す。
ＴＣＣ（１ＭＨｚ）＝｛（Ｃ_１２５−Ｃ_２５）／Ｃ_２５｝×（１／１００） ・・・（式１）

＜誘電体薄膜のアモルファス確認＞
薄膜コンデンサ試料に対し、Ｘ線回折（平行法）による測定とＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＴＥＭ）による誘電体膜の観察を行い、アモルファスかどうかを判断した。Ｘ線回折のＸ線源はＣｕ−Ｋα線を用い、その測定条件は、電圧４５ｋＶ、２θ＝２０°〜５０°の範囲とした。図２に得られた回折パターン一例を示す。横軸は回折角（２θ）で縦軸は強度である。図２の下段は支持基板上に下部電極を成膜した後に得た回折パターンである。中段は下部電極上にアモルファス誘電体膜を形成した後に得た回折パターンである。上段は下部電極上に形成した（ＢａＣａＳｒ）（ＺｒＴｉ）Ｏ_３結晶膜の一般的な回折パターンである。同材料が結晶化したときに得られる２２°付近、３１〜３２°付近、４５°付近のピークの有無の確認をすべてのサンプルについて行った。ピークがないサンプルをアモルファスとした。

更にＴＥＭにより誘電体の観察を行い、図３及び図４のように格子像（格子しま）の有無を確認した。図３のように格子しまの確認が出来ないサンプルをアモルファスとした。Ｘ線回折とＴＥＭの結果が共にアモルファスとしたサンプルについて、アモルファス誘電体であると判断した。今回作製したすべてのサンプルはアモルファス誘電体であった。

試料Ｎｏ．１〜１５
表１より誘電体膜が、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜であって、Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも二種以上から選択される元素を含み、ＢはＺｒ元素を含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−Ｂ−Ｏと表したときに、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０≦ｘ≦１、 ０≦ｙ≦１、 ０≦ｚ≦１、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種は０．１以上であるときは耐電圧が高く、比誘電率と温度特性が低下しないことが確認できた。

試料Ｎｏ．１６〜１８
表１より、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜においてＡが一種類である場合には、耐電圧の向上を図ることが出来ない。

試料Ｎｏ．１９〜２１
表１より、誘電体膜が、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜であって、Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも二種以上から選択される元素を含み、ＢはＺｒ元素を含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−Ｂ−Ｏと表したときに、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０≦ｘ≦１、 ０≦ｙ≦１、 ０≦ｚ≦１、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種は０．１以上の範囲ではない場合においては、耐電圧の向上を図ることが出来ない。

＜実施例２＞＜比較例２＞
Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの量をｘ＝０．３、ｙ＝０．３５、ｚ＝０．３５とし、また、その総量とＺｒ、Ｔｉの総量の比（α）を表２に示す値となるように、ＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２の秤量を行い、ターゲットを作製した。ターゲットの組成以外は実施例１と同様にして、試料Ｎｏ．２２〜２８の薄膜コンデンサ試料を作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示す。

試料Ｎｏ．２２〜２６
表２よりＢａ、Ｃａ、Ｓｒの総量とＺｒ、Ｔｉの総量の比（α）が、０．５≦α≦１．５の範囲内にあるときは耐電圧が高く、比誘電率と温度特性が低下しないことを確認できた。

試料Ｎｏ．２７〜２８
表２より、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの総量とＺｒ、Ｔｉの総量の比（α）が、０．５≦α≦１．５の範囲にない場合には、耐電圧の向上は認められなかった。

＜実施例３＞＜比較例３＞
ＺｒとＴｉの比（ｗ）を表３に示す値となるように、ＢａＣＯ_３、ＣａＣＯ_３、ＳｒＣＯ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２の秤量を行い、ターゲットを作製した。ターゲットの組成以外は実施例１と同様にして、試料Ｎｏ．２９〜３２の薄膜コンデンサ試料を作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表３に示す。

試料Ｎｏ．２９〜３２
表３より、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜において、Ｚｒ元素を含むＢは更にＴｉ元素を含み、その含有量が本発明の好ましい範囲内である場合には、比誘電率、温度特性を悪化させることなく、耐電圧向上の効果を高めることが出来た。

試料Ｎｏ．３３
表３より、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜において、Ｚｒ元素を含むＢは更にＴｉ元素が含まれるが、その含有量が本発明の好ましい範囲内にない場合には、耐電圧向上の効果を高めることが出来なかった。

試料Ｎｏ．３４
表３より、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜において、ＢにＺｒ元素が含まれない場合においては、耐電圧が向上しなかった。

＜実施例４＞
誘電体膜の成膜をスパッタリング法で成膜した以外は実施例３の試料Ｎｏ．３０と同様の手法で試料を作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表４に示す。

＜実施例５＞
誘電体膜の成膜後の熱処理の保持温度を２００℃にした以外は実施例１と同様の手法で試料を作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表４に示す。

＜実施例６＞
薄膜コンデンサの基板として、１００μｍ厚のＣｕ箔を準備した。Ｃｕ箔表面の凹凸を表すＲａが４ｎｍ以下で、且つＲｚが５０ｎｍ以下となるように、バフ研磨を行った。Ｃｕ箔表面の凹凸確認は実施例１と同様の手法で行った。研磨後、超音波洗浄機を使用し、アセトン中、エタノール中、超純水中の順で洗浄を行った。

次いで、洗浄後にＣｕ箔への誘電体膜の成膜を実施例１と同様の手法で行った。

誘電体膜の熱処理は不活性ガスＮ_２と還元性ガスＨ_２の混合ガスとし、酸素分圧が１０^−８Ｐａとなるようにした。昇温速度、保持温度、保持時間は実施例１と同様の条件として作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表４に示す。

＜実施例７＞
誘電体膜厚みを４００ｎｍとした以外は、実施例１と同様の手法で試料を作製し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表４に示す。

試料Ｎｏ．３５〜３８
表４より、誘電体膜の製法（試料Ｎｏ．３５）や誘電体膜の熱処理条件（試料Ｎｏ．３６）、基板の種類（試料Ｎｏ．３７）及び誘電体膜厚（試料Ｎｏ．３８）が異なっても、誘電体膜が、Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とするアモルファス組成物からなる誘電体膜であって、Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも二種以上から選択される元素を含み、ＢはＺｒ元素を含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−Ｂ‐Ｏと表したときに、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０≦ｘ≦１、 ０≦ｙ≦１、 ０≦ｚ≦１、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種は０．１以上であるときは、耐電圧が高く、比誘電率と温度特性が低下しないことが確認できた。

以上に説明したように、本発明は、アモルファス誘電体膜及び電子部品に係るものであり、本発明は誘電体の比誘電率と温度特性を低下させずに、耐電圧を向上させることができる。それにより、誘電体膜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
４… 誘電体膜
５… 上部電極
１０… 薄膜コンデンサ

Claims (1)

1. Ａ−Ｂ−Ｏを主成分とし、Ａは、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒの少なくとも二種以上から選択される元素を含み、ＢはＺｒ元素およびＴｉ元素またはＺｒ元素を含み、前記誘電体膜の主成分を（Ｂａ_ｘＣａ_ｙＳｒ_ｚ）_α−（Ｔｉ_１−ｗＺｒ_ｗ）−Ｏと表したときに、ｘ、ｙ、ｚがそれぞれ０≦ｘ≦１、 ０≦ｙ≦１、 ０≦ｚ≦１、 ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ、ｙ、ｚの少なくともいずれか二種は０．１以上であり、
   Ａ／Ｂをαと表したとき、０．５≦α≦１．５であり、
   ０．７５≦ｗ≦１であり、
   最終生成物の状態がアモルファス組成物からなる膜として電子部品に用いられることを特徴とするアモルファス誘電体膜。