JP6801517B2 - 誘電体組成物および電子部品 - Google Patents

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Description

本発明は、誘電体組成物、および、当該誘電体組成物を含む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ＳｉＮｘ膜が例示される。しかし、アモルファスＳｉＮｘ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。
ところで、非特許文献１には、ＣａＺｒＯ３薄膜を所定の温度でアニール処理して、ＣａＺｒＯ３のアモルファス薄膜を得ることが開示されている。非特許文献１によれば、このＣａＺｒＯ３のアモルファス薄膜は、測定周波数が１００ｋＨｚにおける比誘電率が１２．８〜１６．０であり、測定周波数が１００ｋＨｚにおける誘電損失が０．００１８〜０．００２７であることが開示されている。
また、非特許文献２には、ＳｒＺｒＯ３薄膜が開示され、このＳｒＺｒＯ３薄膜は、測定周波数が２．６〜１１．２ＭＨｚの範囲において比誘電率が２４〜２７であり、測定周波数が２．６〜１１．２ＭＨｚの範囲において誘電損失が０．０１〜０．０２の範囲内であることが開示されている。
しかしながら、非特許文献１に記載のＣａＺｒＯ３のアモルファス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、３７０〜５５５である。また、非特許文献１の図７によれば、測定周波数が１ＭＨｚである場合には、誘電損失が０．００５以上、すなわち、Ｑ値が２００以下となってしまう。したがって、測定周波数がＧＨｚ帯である場合には、Ｑ値がさらに低下することが予想される。
また、非特許文献２に記載のＳｒＺｒＯ３薄膜が示す誘電損失をＱ値に換算すると、測定周波数が２．６〜１１．２ＭＨｚの範囲において、１００以下である。したがって、測定周波数がＧＨｚ帯である場合には、非特許文献１と同様に、Ｑ値がさらに低下することが予想される。
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値を有する誘電体組成物と、その誘電体組成物から構成される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、本発明の誘電体組成物は、
［１］一般式（ａＣａＯ＋ｂＳｒＯ）−ＺｒＯ２で表される複合酸化物を主成分として含み、
ａおよびｂが、ａ≧０、ｂ≧０、１．５０＜ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足することを特徴とする誘電体組成物である。
［２］ａおよびｂが、１．５０＜ａ＋ｂ≦２．２０である関係を満足することを特徴とする［１］に記載の誘電体組成物である。
［３］ａおよびｂが、３．００≦ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足することを特徴とする［１］に記載の誘電体組成物である。
［４］［１］から［３］のいずれかに記載の誘電体組成物を含む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値を有する誘電体組成物と、その誘電体組成物から構成される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（ａ）は、本発明の実施例および比較例において、「ａ＋ｂ」と、２ＧＨｚにおけるＱ値と、の関係を示すグラフである。図２（ｂ）は、本発明の実施例および比較例において、「ａ＋ｂ」と、２ＧＨｚにおける比誘電率と、の関係を示すグラフである。
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 誘電体組成物
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、誘電体層が薄膜状の誘電体膜から構成され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。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）
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。また、本実施形態では、誘電体膜５は、誘電体組成物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、薄膜状であり公知の成膜法により形成された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が、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い。
このような誘電体膜５を有する薄膜コンデンサは、高周波領域（たとえば、２ＧＨｚ）であっても、高いＱ値（たとえば、５００以上）を示しつつ、かつ、高い比誘電率（たとえば、１３．０以上）を示すことができる。
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。誘電体膜５の厚みが薄すぎると、誘電体膜５の絶縁破壊が生じやすい傾向にある。絶縁破壊が生じると、コンデンサとしての機能を発揮できない。一方、誘電体膜５の厚みが厚すぎると、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、電子部品の設計によっては小型化が困難となる場合がある。
通常、Ｑ値は、誘電体の厚みが薄くなると低下する傾向にあるので、高いＱ値を得るには、ある程度の厚みを有する誘電体で構成する必要がある。しかしながら、本実施形態に係る誘電体組成物から構成される誘電体膜は、上記のように、厚みが非常に薄い場合であっても、高いＱ値を得ることができる。
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ＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）等で観察して測定することができる。
（１．２．１ 誘電体組成物）
本実施形態に係る誘電体組成物は、一般式（ａＣａＯ＋ｂＳｒＯ）-ＺｒＯ２で表される酸化物を主成分として含有している。すなわち、Ｃａおよび／またはＳｒと、Ｚｒとを含む複合酸化物である。上記の一般式において、「ａ」はＺｒＯ２の含有量に対するＣａＯの含有量のモル比を示し、「ｂ」は、ＺｒＯ２の含有量に対するＳｒＯの含有量のモル比を示している。本実施形態では、「ａ」および「ｂ」は、ａ≧０、ｂ≧０、１．５０＜ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足し、１．５５≦ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足することが好ましい。
また、上記の複合酸化物は、上記の一般式による表記からも明らかなように、２価元素の酸化物とＺｒＯ２との複合酸化物であるということができる。本実施形態では、２価元素の酸化物として、アルカリ土類金属酸化物のうち、ＣａＯおよびＳｒＯを採用し、これらの含有量の合計を、ＺｒＯ２量に対して、モル比で１．５０倍超４．００倍以下としている。「ａ」および「ｂ」を上記の範囲内とすることにより、優れた誘電特性（高周波領域における高いＱ値および高い比誘電率の両立）を発現することができる。
「ａ＋ｂ」が小さすぎる場合、たとえば、ａ＋ｂ＝１．００である場合、高周波領域において高いＱ値が得られない傾向にある。「ａ＋ｂ」が大きすぎる場合、高周波領域において高い比誘電率が得られない傾向にある。
なお、ａ＋ｂ＝１．００である場合には、複合酸化物は（Ｃａ，Ｓｒ）ＺｒＯ３と表される。特に、ａ＝１．００の場合には、ＣａＺｒＯ３で表され、ｂ＝１．００の場合には、ＳｒＺｒＯ３で表される。したがって、上記の複合酸化物は、（Ｃａ，Ｓｒ）ＺｒＯ３を基準にすると、ＺｒＯ２の含有量に対して２価元素の酸化物の含有量が過剰に含まれる組成（２価元素酸化物リッチ組成）を有している。
従来、上記のようなＣａＯおよび／またはＳｒＯがリッチな組成は、過剰なＣａＯおよび／またはＳｒＯが水分と反応しやすいという理由からほとんど検討されていなかった。
また、１．５０＜ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足する限りにおいて、「ａ」および「ｂ」は０であってもよい。したがって、上記の複合酸化物は、ａＣａＯ−ＺｒＯ２であってもよいし、ｂＳｒＯ−ＺｒＯ２であってもよい。誘電特性の観点からは、ａＣａＯ−ＺｒＯ２よりも、ｂＳｒＯ−ＺｒＯ２の方が好ましいが、水分に対する安定性の観点からは、ｂＳｒＯ−ＺｒＯ２よりも、ａＣａＯ−ＺｒＯ２の方が好ましい。
本実施形態では、「ａ＋ｂ」は、１．５０＜ａ＋ｂ≦２．２０である関係を満足することが好ましく、１．５５≦ａ＋ｂ≦２．２０である関係を満足することがより好ましい。「ａ＋ｂ」を上記の範囲内とすることにより、高周波領域（たとえば、２ＧＨｚ）において、高いＱ値（たとえば、５００以上）を示しつつ、より高い比誘電率（たとえば、１８．０以上）を示すことができる。
また、「ａ＋ｂ」は、３．００≦ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足することが好ましい。「ａ＋ｂ」を上記の範囲内とすることにより、高周波領域（たとえば、２ＧＨｚ）において、高い比誘電率（たとえば、１３．０以上）を示しつつ、より高いＱ値（たとえば、５７０以上）を示すことができる。
また、「ａ＋ｂ」は、２．２０＜ａ＋ｂ＜３．００である関係を満足することが好ましい。「ａ＋ｂ」を上記の範囲内とすることにより、高周波領域（たとえば、２ＧＨｚ）において、高い比誘電率（たとえば、１５．０以上）と、高いＱ値（たとえば、５５０以上）とを両立することができる。
また、本実施形態に係る誘電体組成物は、本発明の効果を奏する範囲内において、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、誘電体組成物全体に対して、主成分が７０ｍｏｌ％以上１００ｍｏｌ％以下である。
（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、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。
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、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎｘ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、下部電極３上に誘電体膜５を形成する。本実施形態では、公知の成膜法により、誘電体膜５を構成する材料を下部電極３上に薄膜状に堆積させた堆積膜としての誘電体膜５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、ＰＬＤ（パルスレーザー蒸着法）、ＭＯ−ＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＤ（有機金属分解法）、ゾル・ゲル法、ＣＳＤ（化学溶液堆積法）等が例示される。なお、成膜時に使用する原料（蒸着材料、各種ターゲット材料、有機金属材料等）には微量の不純物、副成分等が含まれている場合があるが、所望の誘電特性が得られれば、特に問題はない。
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、高周波領域において良好な誘電特性を有する誘電体組成物として、ＺｒＯ２と２価の元素の酸化物との複合酸化物に着目している。そして、２価の元素として、ＣａおよびＳｒのみを選択し、かつＺｒＯ２に対するこれらの元素の酸化物のモル量の合計を１よりも大きい特定の範囲に制御している、すなわち、ＺｒＯ２に対して、ＣａＯおよび／またはＳｒＯを過剰に含有させている。
このようにすることにより、本実施形態に係る誘電体組成物は、薄膜状の堆積膜として形成された場合に、高周波領域（たとえば、２ＧＨｚ）においても、高い比誘電率（たとえば、１３．０以上）および高いＱ値（たとえば、５００以上）を発現させることができる。すなわち、Ｑ値を誘電損失に換算すると、０．００２以下となり、周波数領域がＧＨｚ帯であっても、極めて低い誘電損失が得られる。
また、「ａ＋ｂ」の範囲を変化させることにより、高い比誘電率が得られることを重視した誘電体組成物、高いＱ値が得られることを重視した誘電体組成物、比誘電率とＱ値とのバランスを重視した誘電体組成物を、用途に応じて得ることができる。
本実施形態に係る誘電体組成物は、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組成物が適用される電子部品は、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。
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。
（実施例１および比較例１）
まず、誘電体膜の形成に必要なターゲットを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、ＣａＣＯ３、ＳｒＣＯ３、ＺｒＯ２の粉末を準備した。これらの粉末を、表１に示す試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２４の組成となるように秤量した。秤量した原料粉末と無水エタノールとφ２ｍｍのＺｒＯ２ビーズとを、容積が１Ｌの広口ポリポットに入れて湿式混合を２０時間行った。その後、混合粉末スラリーを１００℃で２０時間乾燥させ、得られた混合粉末をＡｌ２Ｏ３坩堝に入れ、大気中１２５０℃で５時間保持する焼成条件で仮焼を行い、仮焼粉末を得た。
得られた仮焼粉末を、一軸加圧プレス機を使用して成形体を得た。成形条件は、圧力を２．０×１０８Ｐａ、温度を室温とした。
その後、得られた成形体について、昇温速度を２００℃／時間、保持温度を１６００℃〜１７００℃、温度保持時間を１２時間とし、常圧の大気中で焼成を行い、焼結体を得た。
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のターゲットを得た。
続いて、３５０μｍ厚のＳｉ単結晶基板の表面に６μｍ厚の絶縁層としてのＳｉＯ２を備えた１０ｍｍ×１０ｍｍ角の基板を準備した。この基板の表面に、下地層としての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。
次いで、上記で形成したＴｉ薄膜上に下部電極としての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（下地層および下部電極）に対し、昇温温度を４００℃／分、保持温度を７００℃、温度保持時間を０．５時間、雰囲気を酸素雰囲気とし常温下で熱処理を行った。
熱処理後のＴｉ／Ｐｔ薄膜上に誘電体膜を形成した。本実施例では、上記で作製したターゲットを用いて、下部電極上に４００ｎｍ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１．０×１０−１Ｐａとし、基板を２００℃に加熱した。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、誘電体膜が成膜されない領域を形成した。
次いで、得られた誘電体膜上に、蒸着装置を使用して上部電極であるＡｇ薄膜を形成した。上部電極の形状を、メタルマスクを使用して直径１００μｍ、厚さ１００ｎｍとなるように形成することで、図１に示す構成を有する薄膜コンデンサの試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．２４を得た。
なお、誘電体膜の組成は、すべての試料についてＸＲＦ（蛍光Ｘ線元素分析）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、誘電体膜の厚みは、薄膜コンデンサをＦＩＢで掘削し、得られた断面をＳＩＭ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＞
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、アモルファスＳｉＮｘ膜の比誘電率の約２倍に相当する１３．０以上を良好とした。また、アモルファスＳｉＮｘ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および図２に示す。
Figure 0006801517
表１および図２より、誘電体膜を構成する複合酸化物において、「ａ＋ｂ」が上述した範囲内である場合には、２ＧＨｚにおける比誘電率が１３．０以上であり、かつＱ値が５００以上であることが確認できた。
（実施例２）
誘電体膜をスパッタリング法により成膜した以外は、実施例１の試料Ｎｏ．１と同じ方法により薄膜コンデンサを作製し、実施例１と同じ評価を行った。スパッタリング法による成膜条件は以下の条件とした。ターゲットとしては、実施例１のＰＬＤ用ターゲットと同じターゲットを用いた。結果を表２に示す。
（実施例３）
誘電体膜の厚みを変更した以外は、実施例１の試料Ｎｏ．１と同じ方法により薄膜コンデンサを作製し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表２に示す。
Figure 0006801517
表２より、公知の成膜法として、スパッタリング法を用いた場合（試料Ｎｏ．２５）であっても、実施例１と同等の特性が得られることが確認できた。すなわち、本発明の誘電体組成物の特性は成膜法に依存しないことが確認できた。
また、誘電体膜の厚みを変化させた場合であっても、実施例１と同等の特性が得られることが確認できた。すなわち、上述した厚みの範囲内であれば、本発明の誘電体組成物の特性は厚みに依存しないことが確認できた。
本発明に係る誘電体組成物を含む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、１３．０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

Claims (4)

  1. 一般式（ａＣａＯ＋ｂＳｒＯ）−ＺｒＯ２で表される複合酸化物を主成分として含み、
    前記ａおよび前記ｂが、ａ≧０、ｂ≧０、１．５５≦ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足し、周波数２ＧＨｚにおける比誘電率が１３．０以上であることを特徴とする誘電体堆積膜。
  2. 前記ａおよび前記ｂが、１．５５≦ａ＋ｂ≦２．２０である関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の誘電体堆積膜。
  3. 前記ａおよび前記ｂが、３．００≦ａ＋ｂ≦４．００である関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の誘電体堆積膜。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載の誘電体堆積膜を備える電子部品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3556454B1 (en) * 2018-04-16 2024-05-29 IMEC vzw Formation of diamond membranes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5398099A (en) * 1977-02-07 1978-08-26 Murata Manufacturing Co Nonnreducction type dielectric ceramic composition for temperature compensation
JPH05274913A (ja) * 1992-03-27 1993-10-22 Kyocera Corp 誘電体磁器組成物
JP3329632B2 (ja) * 1994-09-22 2002-09-30 韓國電子通信研究院 マイクロウェーブ用の誘電体セラミック組成物
KR0141401B1 (ko) * 1995-09-05 1998-06-01 김은영 고주파용 유전체 자기조성물 및 그 제조방법
US5916834A (en) 1996-12-27 1999-06-29 Kyocera Corporation Dielectric ceramics
JP3638414B2 (ja) * 1997-09-30 2005-04-13 京セラ株式会社 誘電体磁器組成物
JP3754827B2 (ja) * 1998-09-30 2006-03-15 京セラ株式会社 高周波用誘電体磁器組成物および積層体
JP2000239062A (ja) * 1999-02-17 2000-09-05 Kyocera Corp 誘電体磁器組成物
JP5398099B2 (ja) * 2001-04-06 2014-01-29 古野電気株式会社 レーダ探知装置
JP2007019504A (ja) 2002-09-30 2007-01-25 Toshiba Corp 絶縁膜及び電子素子
JP2004207629A (ja) * 2002-12-26 2004-07-22 Kyocera Corp 積層型電子部品
JP4492798B2 (ja) * 2004-12-06 2010-06-30 Ｔｄｋ株式会社 誘電体組成物の設計方法
JP4810152B2 (ja) * 2005-07-25 2011-11-09 三井金属鉱業株式会社 赤色蛍光体及び白色発光装置
JP5114013B2 (ja) * 2006-03-23 2013-01-09 Ｎｔｎ株式会社 誘電体セラミックスの製造方法
JP4786604B2 (ja) * 2007-06-29 2011-10-05 太陽誘電株式会社 誘電体磁器及びそれを用いた積層セラミックコンデンサ
JP6331573B2 (ja) * 2013-06-20 2018-05-30 Tdk株式会社 アモルファス誘電体膜を有する電子部品
JP2015195342A (ja) * 2014-03-28 2015-11-05 Tdk株式会社 誘電体組成物および電子部品
JP6455343B2 (ja) * 2015-06-29 2019-01-23 Tdk株式会社 誘電体組成物および電子部品

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