JP7226747B2 - Dielectric film, capacitor using the same, and method for manufacturing dielectric film - Google Patents

Dielectric film, capacitor using the same, and method for manufacturing dielectric film Download PDF

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Description

本発明は、誘電体膜およびそれを用いたキャパシタ、ならびにかかる誘電体膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a dielectric film, a capacitor using the same, and a method for manufacturing such a dielectric film.

従前、フローティングゾーン法で成長させた一般式Aで表される組成(例えばSrTa、SrNb等)を有する単結晶(これは薄膜と区別して「バルク単結晶」とも呼ばれる)が、誘電性を示すことが報告されている(非特許文献1参照)。この報告に関連して、フローティングゾーン法で得たSrTaの結晶構造は、SrNbの結晶構造と同じく、ペロブスカイト型スラブ構造であるという報告も存在する(非特許文献2参照)。Conventionally, single crystals having a composition represented by the general formula A 2 B 2 O 7 (for example, Sr 2 Ta 2 O 7 , Sr 2 Nb 2 O 7 , etc.) grown by the floating zone method (this is distinguished from thin films) (also called "bulk single crystal") has been reported to exhibit dielectric properties (see Non-Patent Document 1). Related to this report, there is also a report that the crystal structure of Sr 2 Ta 2 O 7 obtained by the floating zone method is a perovskite slab structure, similar to the crystal structure of Sr 2 Nb 2 O 7 (non-patent Reference 2).

更に、パイロクロア型の結晶構造を有し、かつ一般式Aで表される組成(例えばSrTa等)を有する誘電体膜が、2つの電極間に配置されたキャパシタ(薄膜コンデンサ)が知られている(特許文献1参照)。特許文献1には、パイロクロア型化合物であるSrTaからなる誘電体膜をCVD法により基板温度400℃で形成したところ、600の比誘電率を示したことが記載されている。Furthermore, a dielectric film having a pyrochlore-type crystal structure and a composition represented by the general formula A 2 B 2 O 7 (for example, Sr 2 Ta 2 O 7 etc.) was disposed between the two electrodes. A capacitor (thin film capacitor) is known (see Patent Document 1). Patent Document 1 describes that when a dielectric film made of Sr 2 Ta 2 O 7 , which is a pyrochlore compound, was formed by the CVD method at a substrate temperature of 400° C., it exhibited a dielectric constant of 600.

また、(SrTa100-x(LaTi(式中、0≦x≦5)で表される組成を有する層状ペロブスカイト材料であって、対応する金属酸化物粉末原料を用いた2段階固相反応によりペレット状(直径12または18mm、厚さ0.5mm)に作製した材料も知られている(非特許文献3参照)。この材料は、20~300℃の温度範囲において比誘電率が大きく変化することが報告されている(非特許文献3の図7参照)。Also, a layered perovskite material having a composition represented by (Sr 2 Ta 2 O 7 ) 100−x (La 2 Ti 2 O 7 ) x (where 0≦x≦5), wherein the corresponding metal oxide A pellet (12 or 18 mm in diameter, 0.5 mm in thickness) produced by a two-step solid-phase reaction using a raw material powder is also known (see Non-Patent Document 3). It has been reported that the dielectric constant of this material changes greatly in the temperature range of 20 to 300° C. (see FIG. 7 of Non-Patent Document 3).

特開平10-178153号公報JP-A-10-178153

S. Nanamatsu, et al., "Crystallographic and Dielectric Properties of Ferroelectric A2B2O7 (A=Sr, B=Ta, Nb) Crystals and Their Solid Solutions", Journal of the Physical Society of Japan, 1975, Vol. 38, pp. 817-824S. Nanamatsu, et al., "Crystallographic and Dielectric Properties of Ferroelectric A2B2O7 (A=Sr, B=Ta, Nb) Crystals and Their Solid Solutions", Journal of the Physical Society of Japan, 1975, Vol. 38, pp. 817-824 N. Ishizawa, et al., "Compounds with Perovskite-Type Slabs. II. The Crystal Structure of Sr2Ta207", Acta Crystallographica, 1976, Section B Vol. 32, pp.2564-2566N. Ishizawa, et al., "Compounds with Perovskite-Type Slabs. II. The Crystal Structure of Sr2Ta207", Acta Crystallographica, 1976, Section B Vol. 32, pp.2564-2566 F. Marlec, et al., "Ferroelectricity and high tunability in novel strontium and tantalum based layered perovskite materials", Journal of the European Ceramic Society, 2018, Vol. 38, pp. 2526-2533F. Marlec, et al., "Ferroelectricity and high tunability in novel strontium and tantalum based layered perovskite materials", Journal of the European Ceramic Society, 2018, Vol. 38, pp. 2526-2533

電子部品等に利用されるキャパシタは、広い温度範囲、例えば20℃程度の室温または常温から150℃程度の比較的高温、好ましくは300℃程度の高温までの範囲に亘って、安定した電気特性を示すことが求められ、なかでも、かかる温度範囲に亘って高い比誘電率を安定的に維持することが望ましい。しかしながら、上述した従来のキャパシタや材料では、かかる温度範囲に亘って高い比誘電率を安定的に維持できないことが、本発明者らの研究により判明した。 Capacitors used in electronic parts and the like exhibit stable electrical characteristics over a wide temperature range, for example, from room temperature or room temperature of about 20°C to relatively high temperatures of about 150°C, preferably to high temperatures of about 300°C. Above all, it is desirable to stably maintain a high dielectric constant over such a temperature range. However, research by the present inventors has revealed that the above-described conventional capacitors and materials cannot stably maintain a high dielectric constant over such a temperature range.

本発明は、広い温度範囲(例えば20~150℃)に亘って、高い比誘電率を安定的に維持し得る誘電体膜およびそれを用いたキャパシタ、ならびにかかる誘電体膜の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a dielectric film that can stably maintain a high dielectric constant over a wide temperature range (eg, 20 to 150° C.), a capacitor using the dielectric film, and a method for producing such a dielectric film. for the purpose.

本発明者らは、一般式Aで表される組成を有する誘電体膜の配向面を制御するという独自の着想を得、更なる鋭意研究の結果、本発明を完成するに至った。The present inventors obtained a unique idea of controlling the orientation plane of a dielectric film having a composition represented by the general formula A 2 B 2 O 7 . Arrived.

本発明の1つの要旨によれば、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜であって、
一般式A(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選択される2つ以上の元素であって、このうち各1つの元素として互いに異なるAおよびAを含み、Bは、Ti、Zr、Hf、V、NbおよびTaからなる群より選択される1つ以上の元素であって、このうち1つの元素としてBを含む)で表される組成を有し、
該誘電体膜中に存在するAおよびBの元素から各1つを選択して化学量論的に得られるAの全ての組合せのうち、該誘電体膜の結晶構造の主体を成すA に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、少なくとも1つの配向面を有する、誘電体膜が提供される。
According to one aspect of the present invention, a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure,
General formula A 2 B 2 O 7 (wherein A is Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, each one of which includes A 1 and A 2 different from each other, and B is selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta one or more elements selected from the group consisting of B1 as one element),
Of all the combinations of A 2 B 2 O 7 stoichiometrically obtained by selecting one element each from A and B present in the dielectric film, the main constituent of the crystal structure of the dielectric film for A 1 2 B 1 2 O 7 forming A dielectric film is provided having at least one oriented plane.

本発明のもう1つの要旨によれば、電極と、該電極の上に配置された上記本発明の誘電体膜とを含むキャパシタが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a capacitor comprising an electrode and the above dielectric film of the present invention disposed over the electrode.

本発明も更にもう1つの要旨によれば、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜の製造方法であって、
(a)350~600℃の温度に加熱された基板の表面に、一般式A(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選択される2つ以上の元素であって、このうち各1つの元素として互いに異なるAおよびAを含み、Bは、Ti、Zr、Hf、V、NbおよびTaからなる群より選択される1つ以上の元素であって、このうち1つの元素としてBを含む)で表される組成を有する前駆体膜を気相堆積により形成すること、および
(b)前記前駆体膜が形成された前記基板を、酸素を含む雰囲気にて850~1050℃の温度で熱処理して、該前駆体膜から、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有し、かつ前記組成を有する誘電体膜を得ること
を含む、製造方法が提供される。
According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a dielectric film having a pyrochlore or layered perovskite crystal structure, comprising:
(a) A compound of the general formula A 2 B 2 O 7 (wherein A is Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm , Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, two or more elements A 1 and A 2 different from each other as one element among them and B is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta, one of which includes B 1 ). (b) heat-treating the substrate on which the precursor film is formed at a temperature of 850 to 1050° C. in an atmosphere containing oxygen to obtain the precursor film provides a manufacturing method comprising obtaining a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure and having the aforementioned composition.

本発明によれば、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜において、一般式Aで表される組成を成すAサイトの元素が少なくとも2つ存在し、更に、該誘電体膜の結晶構造の主体を成すA に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、少なくとも1つの配向面を有することによって、広い温度範囲(例えば20~150℃)に亘って、高い比誘電率を安定的に維持し得る誘電体膜が提供される。更に、本発明によれば、かかる誘電体膜を用いたキャパシタ、ならびにかかる誘電体膜の製造方法も提供される。According to the present invention, in a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure, at least two A-site elements having a composition represented by the general formula A 2 B 2 O 7 are present, and With respect to A 1 2 B 1 2 O 7 which forms the main part of the crystal structure of the dielectric film, the (h00), (0k0), (00l), (h0l) and (0kl) planes (h, k and l are 0 is an integer except ), by having at least one orientation plane, a dielectric film that can stably maintain a high dielectric constant over a wide temperature range (for example, 20 to 150 ° C.) is provided. be. Furthermore, according to the present invention, a capacitor using such a dielectric film and a method for manufacturing such a dielectric film are also provided.

本発明の1つの実施形態におけるキャパシタの例示的な一態様を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing one exemplary aspect of a capacitor in one embodiment of the invention; FIG. 実施例1の誘電体膜の2次元X線回折像を示す。2 shows a two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Example 1. FIG. (a)は、実施例1の誘電体膜の2次元X線回折像をX線回折パターン(1次元プロファイル)に変換する際の積分方向(χ方向)を模式的に示し、(b)は、それにより得られたX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。(a) schematically shows the integration direction (χ direction) when converting the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Example 1 into an X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile); , shows the resulting X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile). 実施例1の誘電体膜のX線回折パターン(1次元プロファイル)の測定データ、およびこれをガウス関数でフィッティングしたデータを示す。4 shows measurement data of the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) of the dielectric film of Example 1 and data obtained by fitting the same with a Gaussian function. (a)は、実施例1の誘電体膜の2次元X線回折像を配向面のスポットに関して1次元プロファイルに変換する際の積分方向(2θ方向)を模式的に示し、(b)は、実施例1の誘電体膜の配向面のスポットに関する1次元プロファイルの測定データ、およびこれをガウス関数でフィッティングしたデータを示す。(a) schematically shows the direction of integration (2θ direction) when the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Example 1 is converted into a one-dimensional profile with respect to the spot on the orientation surface; 1 shows measurement data of a one-dimensional profile of spots on the orientation surface of the dielectric film of Example 1 and data obtained by fitting the same with a Gaussian function. 実施例1の誘電体膜の電気特性を評価したグラフである。4 is a graph showing evaluation of electrical properties of the dielectric film of Example 1. FIG. 実施例2の誘電体膜の2次元X線回折像を示す。2 shows a two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Example 2. FIG. 実施例2の誘電体膜の電気特性を評価したグラフである。4 is a graph showing evaluation of electrical properties of the dielectric film of Example 2. FIG. 比較例1の誘電体膜の2次元X線回折像を示す。2 shows a two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 1. FIG. 比較例2の誘電体膜の2次元X線回折像を示す。2 shows a two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 2. FIG. 比較例3の誘電体膜の2次元X線回折像を示す。2 shows a two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 3. FIG. 比較例1~3およびその改変例における誘電体膜の室温における電気特性を評価したグラフである。5 is a graph showing evaluation of electrical properties at room temperature of dielectric films in Comparative Examples 1 to 3 and their modified examples. (a)は、比較例4の誘電体膜の2次元X線回折像を示し、(b)は、比較例4(「900℃」にて示す)およびその改変例のX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。(a) shows the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 4, and (b) shows the X-ray diffraction patterns of Comparative Example 4 (shown at "900° C.") and its modification (1 dimensional profile). 比較例4の誘電体膜の電気特性を評価したグラフである。10 is a graph showing the evaluation of the electrical properties of the dielectric film of Comparative Example 4. FIG. (a)は、比較例5の誘電体膜の2次元X線回折像を示し、(b)は、比較例5(「900℃」にて示す)およびその改変例のX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。(a) shows the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 5, and (b) shows the X-ray diffraction patterns of Comparative Example 5 (shown at “900° C.”) and its modification (1 dimensional profile). 比較例5の誘電体膜の電気特性を評価したグラフである。10 is a graph showing evaluation of electrical properties of the dielectric film of Comparative Example 5. FIG. (a)は、比較例6の誘電体膜の2次元X線回折像を示し、(b)は、比較例6(「900℃」にて示す)およびその改変例のX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。(a) shows the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 6, and (b) shows the X-ray diffraction patterns of Comparative Example 6 (shown at "900° C.") and its modification (1 dimensional profile). (a)は、比較例7の誘電体膜の2次元X線回折像を示し、(b)は、比較例7(「900℃」にて示す)およびその改変例のX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。(a) shows the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film of Comparative Example 7, and (b) shows the X-ray diffraction patterns of Comparative Example 7 (shown at "900° C.") and its modification (1 dimensional profile). 比較例8の誘電体膜のX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。10 shows an X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) of the dielectric film of Comparative Example 8. FIG. 比較例9の誘電体膜のX線回折パターン(1次元プロファイル)を示す。10 shows an X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) of the dielectric film of Comparative Example 9. FIG.

(実施形態1:誘電体膜およびその製造方法)
本発明の1つの実施形態によれば、誘電体膜およびその製造方法が提供される。
(Embodiment 1: Dielectric film and its manufacturing method)
According to one embodiment of the present invention, a dielectric film and method of making the same are provided.

本実施形態の誘電体膜は、
パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有し、
一般式A(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選択される2つ以上の元素であって、このうち各1つの元素として互いに異なるAおよびAを含み、Bは、Ti、Zr、Hf、V、NbおよびTaからなる群より選択される1つ以上の元素であって、このうち1つの元素としてBを含む)で表される組成を有し、
該誘電体膜中に存在するAおよびBの元素から各1つを選択して化学量論的に得られるAの全ての組合せのうち、該誘電体膜の結晶構造の主体を成すA に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、少なくとも1つの配向面を有する。
The dielectric film of this embodiment is
having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure,
General formula A 2 B 2 O 7 (wherein A is Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, each one of which includes A 1 and A 2 different from each other, and B is selected from Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta one or more elements selected from the group consisting of B1 as one element),
Of all the combinations of A 2 B 2 O 7 stoichiometrically obtained by selecting one element each from A and B present in the dielectric film, the main constituent of the crystal structure of the dielectric film for A 1 2 B 1 2 O 7 forming It has at least one orientation plane.

一般式Aで表される組成を有する酸化物の結晶構造は、通常、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型(ペロブスカイト型スラブとも称される)であり得る(これらの多形を採り得る場合も含む)。しかしながら、上記酸化物がどのような結晶構造となるかは、その具体的な組成および製造方法等によって異なり得、更に、上記酸化物が曝される温度および圧力等の条件によっても変化(例えば相変化および/または多形間で転移)し得る。よって、本発明において「パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造」とは、これらのいずれか一方または双方であってよい結晶構造を意味するものであり、いずれか一方のみに限定して解釈されない。The crystal structure of an oxide having a composition represented by the general formula A 2 B 2 O 7 can usually be a pyrochlore type or a layered perovskite type (also called a perovskite slab) (these polymorphs can be including cases). However, the crystal structure of the oxide may vary depending on its specific composition, manufacturing method, etc., and may also change depending on conditions such as temperature and pressure to which the oxide is exposed (for example, phase changes and/or transitions between polymorphs). Therefore, in the present invention, the "pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure" means either one or both of these crystal structures, and should not be construed as being limited to either one.

本実施形態の誘電体膜は、一般式Aで表される組成を有する。AおよびBは、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造においてそれぞれAサイトおよびBサイトを占める元素を意味する(または総称する)記号である。The dielectric film of this embodiment has a composition represented by the general formula A 2 B 2 O 7 . A and B are symbols that denote (or collectively) elements that occupy the A and B sites, respectively, in a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure.

Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選択される2つ以上の元素を含む。好ましくは、Aは、Sr、Ba、LaおよびNdからなる群より選択される2つ以上の元素を含む。Aに該当する具体的な元素は2つ以上存在し、これらをAおよびA(これらは互いに異なる)として表記する。A is two or more selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu contains the elements of Preferably, A contains two or more elements selected from the group consisting of Sr, Ba, La and Nd. There are two or more specific elements corresponding to A, and these are denoted as A 1 and A 2 (which are different from each other).

Bは、Ti、Zr、Hf、V、NbおよびTaからなる群より選択される1つ以上の元素を含む。好ましくは、Bは、Ti、NbおよびTaからなる群より選択される1つ以上の元素を含む。Bに該当する具体的な元素は1つ以上存在し、これをBとして表記する(なお、後述するBもBに該当する具体的な元素であるが、BはBと同じであっても異なっていてもよい)。B contains one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta. Preferably B contains one or more elements selected from the group consisting of Ti, Nb and Ta. There is one or more specific elements that correspond to B, and this is represented as B1 ( B2 , which will be described later, is also a specific element that corresponds to B, but B2 is the same as B1 . may or may not be the same).

は、化学量論的には、例えば、Aが3価の価数を採る元素であり、Bが4価の価数を採る元素である場合(すなわちA(III)B(IV)型)、Aが2価の価数を採る元素であり、Bが5価の価数を採る元素である場合(すなわちA(II)B(V)型)、ならびにこれらが混在している場合等であり得る。A 2 B 2 O 7 is stoichiometrically defined, for example, when A is a trivalent element and B is a tetravalent element (that is, A(III) 2 B(IV) 2 O 7 type), where A is a divalent element and B is a pentavalent element (that is, A(II) 2 B(V) 2 O 7 type), and a case where these are mixed.

誘電体膜中に存在するAおよびBの元素から各1つを選択して化学量論的に得られる(または想定され得る)Aの全ての組合せのうち、誘電体膜の結晶構造の主体を成すA を同定し、これによりAおよびBの各元素が具体的に決定される。すなわち、本実施形態の誘電体膜において、A が結晶構造の主体を成し、これにAおよび存在し得る他の元素が固溶しているものと理解され得る。Among all combinations of A 2 B 2 O 7 stoichiometrically obtained (or conceivable) by selecting each one of A and B elements present in the dielectric film, The A 1 2 B 1 2 O 7 that forms the main part of the crystal structure is identified, thereby specifically determining each element of A 1 and B 1 . That is, in the dielectric film of the present embodiment, it can be understood that A 1 2 B 1 2 O 7 constitutes the main part of the crystal structure, and A 2 and other elements that may be present are dissolved therein. .

本発明において、A が誘電体膜の「結晶構造の主体を成す」とは、A が誘電体膜の結晶構造を主として担っていることを意味する。Aの全ての組合せのうち、どれが「結晶構造の主体を成す」A であるかは、誘電体膜から得られるX線回折パターンに基づいて、誘電体膜の結晶構造に最も近い結晶構造を示すものとして決定される。In the present invention, A 1 2 B 1 2 O 7 “mainly forms the crystal structure” of the dielectric film means that A 1 2 B 1 2 O 7 mainly bears the crystal structure of the dielectric film. means. Of all the combinations of A 2 B 2 O 7 , which one is the A 1 2 B 1 2 O 7 that “dominates the crystal structure” can be determined based on the X-ray diffraction pattern obtained from the dielectric film. It is determined as the crystal structure that is closest to the crystal structure of the dielectric film.

例えば、Aが(SrLa1-x(TaTi1-x(式中、0<x<1)である誘電体膜の場合、Aに該当するSrおよびLaと、Bに該当するTaおよびTiとから各1つを選択して化学量論的に得られる全ての組合せは、SrTaおよびLaTiである(これら元素(価数)は、Sr(II)、La(III)、Ta(V)、Ti(IV)であることに留意されたい)。これらSrTaおよびLaTiのうちいずれが「結晶構造の主体を成す」かは、誘電体膜から得られるX線回折パターンと、SrTaおよびLaTiの各々について既知の粉末X線回折データとを比較して、誘電体膜のX線回折パターンに最も近い粉末X線回折データに対応するもの(例えばSrTa)を、結晶構造の主体を成すA (例えばAがSrであり、BがTaである)として同定する。For example, in the case of a dielectric film in which A 2 B 2 O 7 is (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 (where 0<x<1), A All combinations stoichiometrically obtained by selecting one each from Sr and La corresponding to B and Ta and Ti corresponding to B are Sr 2 Ta 2 O 7 and La 2 Ti 2 O 7 ( Note that these elements (valences) are Sr(II), La(III), Ta(V), Ti(IV)). Which one of these Sr 2 Ta 2 O 7 and La 2 Ti 2 O 7 “forms the main part of the crystal structure” depends on the X-ray diffraction pattern obtained from the dielectric film and the Sr 2 Ta 2 O 7 and La 2 By comparing the known powder X-ray diffraction data for each of the Ti 2 O 7 , the one corresponding to the powder X-ray diffraction data closest to the X-ray diffraction pattern of the dielectric film (e.g. Sr 2 Ta 2 O 7 ) is identified. , as A 1 2 B 1 2 O 7 (eg, A 1 is Sr and B 1 is Ta), which forms the main body of the crystal structure.

既知の粉末X線回折データは、例えばICDD(International Centre for Diffraction Data)等が提供しているデータベースから取得して利用することができる。誘電体膜のX線回折パターンには、2次元検出器を用いて得られる2次元X線回折像を1次元プロファイルに変換したもの(検出角度χ=38°の領域についてχ方向に円弧積分して変換することが好ましい)を利用してよく、同定に際しては、誘電体膜以外の物質(例えば誘電体膜の下地を成す物質、具体的には基板や存在する場合には電極用導電性部材)に起因するピークを無視する必要があり、更に、後述する配向面を考慮することが好ましい。これらの説明は、以下の説明においても特に断りのない限り同様に当て嵌まる。 Known powder X-ray diffraction data can be obtained from a database provided by, for example, ICDD (International Center for Diffraction Data) and used. The X-ray diffraction pattern of the dielectric film is obtained by converting a two-dimensional X-ray diffraction image obtained using a two-dimensional detector into a one-dimensional profile (a region with a detection angle χ = 38° is circularly integrated in the χ direction. ) may be used, and for identification, a substance other than the dielectric film (for example, a substance underlying the dielectric film; ) should be ignored, and it is preferable to consider the orientation plane, which will be described later. These descriptions apply similarly to the following description unless otherwise specified.

本発明において、誘電体膜の「配向面」とは、誘電体膜の表面に平行な面であって、配向性すなわち結晶性の高い面を意味し、より詳細には、2次元X線回折像においてスポット状に観察される面であり、その面指数(ミラー指数)は、結晶構造の主体を成すA に関して決定される。本実施形態の誘電体膜は、かかる配向面を1つまたは2つ以上有していてよいが、誘電体膜の結晶構造の主体を成すA に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、少なくとも1つの配向面を有する。In the present invention, the "orientation plane" of the dielectric film means a plane parallel to the surface of the dielectric film and having high orientation or crystallinity. It is a plane observed in the form of a spot in an image, and its plane index (Miller index) is determined with respect to A 1 2 B 1 2 O 7 which constitutes the main constituent of the crystal structure. The dielectric film of the present embodiment may have one or more such orientation planes. It has at least one orientation plane other than the (0k0), (00l), (h0l) and (0kl) planes (where h, k and l are integers other than 0).

例えば、結晶構造の主体を成すA がSrTaである場合、誘電体膜の2次元X線回折像において観察される1つまたは2つ以上であってよいスポットの回折角度(2θ)を測定し、上記スポットの回折角度(2θ)が、A であるSrTaについて既知の粉末X線回折データにおいてどの面に一致するかを調べることにより、上記スポットとして観察される1つまたは2つ以上の配向面の面指数が決定され。このようにして決定される少なくとも1つの配向面の面指数が、A であるSrTaの(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外であればよい。上記スポットの回折角度(2θ)は、2次元X線回折像を変換して得られる1次元プロファイル(検出角度χ=38°の領域についてχ方向に円弧積分して変換することが好ましい)を用いて、上記スポットに対応するピークに基づいて測定してよい。For example, when A 1 2 B 1 2 O 7 that forms the main part of the crystal structure is Sr 2 Ta 2 O 7 , one or two or more observed in the two-dimensional X-ray diffraction image of the dielectric film Measure the diffraction angle (2θ) of a good spot and in which plane in the known powder X-ray diffraction data for Sr 2 Ta 2 O 7 where the diffraction angle (2θ) of the spot is A 1 2 B 1 2 O 7 By checking for a match, the plane index of one or more orientation planes observed as the spot is determined. ( h00 ) , (0k0) , ( 00l ) , ( h0l ) and Any surface other than the (0kl) plane (h, k, and l are integers other than 0) is acceptable. The diffraction angle (2θ) of the spot uses a one-dimensional profile obtained by converting a two-dimensional X-ray diffraction image (it is preferable to convert the area with a detection angle χ = 38° by performing arc integration in the χ direction). may be measured based on the peak corresponding to the spot.

本実施形態の誘電体膜は、その結晶構造の主体を成すA に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、少なくとも1つの配向面を有する。これは、誘電体膜の表面に対して、誘電体膜を成す結晶のb軸方向が直交せずに傾いていることを意味する。The dielectric film of this embodiment has planes ( h , k and l are integers excluding 0), and have at least one orientation plane. This means that the b-axis direction of the crystal forming the dielectric film is not perpendicular to the surface of the dielectric film, but is inclined.

本実施形態の誘電体膜は、上記のような配向面を有することによって、広い温度範囲(例えば20~150℃、好ましくは20~300℃)に亘って、高い比誘電率を安定的に、すなわち小さい変化率で維持することが可能となる。本発明はいかなる理論によっても拘束されないが、その理由は次のように考えられ得る。パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜は、20~150℃の温度範囲、より広範には20~300℃の温度範囲において、a軸方向、b軸方向およびc軸方向の各比誘電率の大きさおよび温度依存性が異なる。より詳細には、誘電体膜の組成にもよるが、かかる温度範囲においては、a軸方向およびc軸方向の比誘電率は、b軸方向の誘電率に対して高く、安定した微増傾向を示すものの、a軸方向およびc軸方向のキュリー温度(非誘電率が急激に上昇してピークを示す温度)は、かかる温度範囲に対して相当離れた高い温度領域にあり、他方、b軸方向のキュリー温度は、かかる温度範囲に対してほど近い低い温度領域にある。このことから、誘電体膜の表面に対して結晶のb軸方向を傾けることによって、b軸方向の寄与による比誘電率の上昇を利用しつつ、a軸方向およびc軸方向の有する比誘電率の安定性を組み合わせることができると考えられる。かかる組合せの効果は、Aサイトの元素を2つ以上とした場合に顕著に生じ得ると考えられる。そこで、Aサイトの元素を2つ以上とし、結晶構造の主体を成すA にAおよび存在し得る他の元素を固溶させ、かつ、誘電体膜の表面に対して結晶のb軸方向を傾けることによって、20~150℃、好ましくは20~300℃の温度範囲においてより高くかつ安定した比誘電率を得ることが可能となると考えられる。Since the dielectric film of the present embodiment has the orientation surface as described above, it stably maintains a high dielectric constant over a wide temperature range (for example, 20 to 150° C., preferably 20 to 300° C.). That is, it becomes possible to maintain a small rate of change. Although the present invention is not bound by any theory, the reason may be as follows. A dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure has a temperature range of 20 to 150° C., more broadly a temperature range of 20 to 300° C., in each of the a-axis direction, the b-axis direction, and the c-axis direction. The magnitude and temperature dependence of the relative permittivity are different. More specifically, although it depends on the composition of the dielectric film, in this temperature range, the dielectric constants in the a-axis direction and the c-axis direction are higher than the dielectric constant in the b-axis direction, and tend to increase slightly and stably. However, the Curie temperatures in the a-axis direction and the c-axis direction (the temperatures at which the non-dielectric constant rises sharply and shows a peak) are in high temperature regions that are considerably distant from such temperature ranges. The Curie temperature of is in a low temperature range close to such temperature range. From this, by inclining the b-axis direction of the crystal with respect to the surface of the dielectric film, the relative permittivity of the a-axis direction and the c-axis direction can be can be combined with the stability of It is considered that such a combination effect can be remarkably produced when two or more elements are used in the A site. Therefore, the number of elements in the A site is two or more, A 2 and possibly other elements are dissolved in A 1 2 B 1 2 O 7 that forms the main part of the crystal structure, and the surface of the dielectric film is By inclining the b-axis direction of the crystal with the use of a polarizer, it is possible to obtain a higher and more stable dielectric constant in the temperature range of 20 to 150.degree. C., preferably 20 to 300.degree.

本実施形態の誘電体膜の上記少なくとも1つの配向面は、結晶構造の主体を成すA に関して、上述したように(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面以外であればよい。かかる少なくとも1つの配向面は、例えば(111)、(131)、(151)、(1 15 1)、(192)、(153)、(157)、(110)、(150)、(212)、(172)および(1 13 0)などのいずれか1つまたは2つ以上であってよいが、これに限定されない。なお、本明細書において、h、kおよびlが、いずれも1桁の整数である場合は(hkl)の表記に従って示すが、これらの少なくとも1つが2桁以上の整数である場合は、整数間にスペースを設けて示す。The at least one orientation plane of the dielectric film of the present embodiment is (h00), ( 0k0 ), ( 00l ), ( h0l ) and (0 kl) planes. Such at least one orientation plane is for example (111), (131), (151), (1 15 1), (192), (153), (157), (110), (150), (212) , (172) and (1 13 0), but not limited thereto. In this specification, when h, k and l are all single-digit integers, they are represented according to the notation (hkl), but when at least one of them is an integer of two or more digits, between integers is shown with a space.

更に、本実施形態の誘電体膜の上記少なくとも1つの配向面は、結晶構造の主体を成すA に関して、上述した面以外で、かつ、(hk0)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外の面であることが好ましい。これにより、誘電体膜の表面に対して結晶のb軸方向をより適切に傾けることができる。かかる少なくとも1つの配向面は、例えば(111)、(131)、(151)、(1 15 1)、(192)、(153)、(157)、(212)および(172)などのいずれか1つまたは2つ以上であってよいが、これに限定されない。Furthermore, the at least one orientation plane of the dielectric film of the present embodiment is a plane (hk0) other than the above-mentioned planes with respect to A 1 2 B 1 2 O 7 forming the main part of the crystal structure, and the plane (h, k and l are integers other than 0). Thereby, the b-axis direction of the crystal can be tilted more appropriately with respect to the surface of the dielectric film. Such at least one orientation plane is any of, for example, (111), (131), (151), (1 15 1), (192), (153), (157), (212) and (172). It may be one or two or more, but is not limited to this.

上記少なくとも1つの配向面の配向度は、0.5以上1以下であることが好ましく、0.8以上1以下であることがより好ましい。これにより、誘電体膜をこの配向面に高い割合で配向させることができる。 The degree of orientation of the at least one orientation plane is preferably 0.5 or more and 1 or less, more preferably 0.8 or more and 1 or less. As a result, the dielectric film can be oriented on this orientation plane at a high rate.

本発明において、所定の配向面の「配向度」は、ロットゲーリング(Lotgering)ファクターf(-)によって規定される。ロットゲーリングファクターfは、所定の配向面(便宜的に(xyz)と記す)から回折されるX線の強度を用いて、以下の式(1)により計算される。
f=(p-p)/(1-p) ・・・(1)
式(1)中、pは、結晶構造の主体を成すものとして同定したA について既知の粉末X線回折データに基づく値であり、pは誘電体膜のX線回折パターンに基づく値であり、それぞれ以下の式(2)および(3)により求められる。
=I(xyz)/ΣI(hkl) ・・・(2)
p=I(xyz)/ΣI(hkl) ・・・(3)
式(2)および(3)において、h、k、lは0を含む整数である。
式(2)中、ΣI(hkl)は、A について既知の粉末X線回折データから得られる全ての面のピークの回折強度(通常、最も大きい強度を100とした相対強度)の和を意味し、I(xyz)はA について既知の粉末X線回折データから得られる所定の配向面(xyz)のピークの回折強度(同上)の値を意味する。
式(3)中、ΣI(hkl)は、誘電体膜のX線回折パターンから得られる全ての面のピークの回折強度の和を意味し、I(xyz)は誘電体膜のX線回折パターンから得られる所定の配向面(xyz)のピークの回折強度の値を意味する。式(3)にて使用する誘電体膜のX線回折パターンは、2次元検出器を用いて得られる2次元X線回折像を1次元プロファイルに変換し(検出角度χ=38°の領域についてχ方向に円弧積分して変換することが好ましい)、得られた1次元プロファイルの各ピーク(但し、誘電体膜以外の物質に起因するピークは除外する)をガウス関数でフィッティングしたものを利用し、全ての面のピークの回折強度の和として、フィッティング後の全てのピークの回折強度面積の和を適用し、所定の配向面(xyz)のピークの回折強度の値として、フィッティング後の所定の配向面(xyz)のピークの回折強度面積の値を適用する。
In the present invention, the "degree of orientation" of a given orientation plane is defined by the Lotgering factor f(-). The Lotgering factor f is calculated by the following formula (1) using the intensity of X-rays diffracted from a predetermined orientation plane (denoted as (xyz) for convenience).
f=(pp 0 )/(1-p 0 ) (1)
In formula (1), p 0 is a value based on known powder X-ray diffraction data for A 1 2 B 1 2 O 7 identified as the main constituent of the crystal structure, and p is the X-ray It is a value based on a diffraction pattern and obtained by the following equations (2) and (3), respectively.
p 0 =I 0 (xyz)/ΣI 0 (hkl) (2)
p=I(xyz)/ΣI(hkl) (3)
In formulas (2) and (3), h, k, and l are integers including zero.
In formula (2), ΣI 0 (hkl) is the diffraction intensity of the peaks of all planes obtained from known powder X-ray diffraction data for A 1 2 B 1 2 O 7 (usually, the largest intensity is set to 100 relative intensity), and I 0 (xyz) is the diffraction intensity (same as above) of the peak in a given orientation plane (xyz) obtained from known powder X-ray diffraction data for A 12 B 12 O 7 means value.
In formula (3), ΣI(hkl) means the sum of diffraction intensities of peaks of all planes obtained from the X-ray diffraction pattern of the dielectric film, and I(xyz) is the X-ray diffraction pattern of the dielectric film. means the diffraction intensity value of the peak of a given orientation plane (xyz) obtained from The X-ray diffraction pattern of the dielectric film used in Equation (3) is obtained by converting a two-dimensional X-ray diffraction image obtained using a two-dimensional detector into a one-dimensional profile (for a region with a detection angle χ = 38 ° It is preferable to convert by arc integration in the χ direction), and each peak of the obtained one-dimensional profile (excluding peaks due to substances other than the dielectric film) is fitted with a Gaussian function. , as the sum of the diffraction intensities of the peaks in all planes, apply the sum of the diffraction intensity areas of all the peaks after fitting, and as the value of the diffraction intensity of the peaks in a given orientation plane (xyz), a given after fitting Apply the value of the diffraction intensity area of the peak in the orientation plane (xyz).

また、上記少なくとも1つの配向面は、結晶軸の傾きのばらつきが10°以下であることが好ましく、1°以下であることがより好ましい。これにより、誘電体膜をこの配向面において高い結晶性で配向させることができる。 In addition, the at least one orientation plane preferably has a variation in inclination of the crystal axis of 10° or less, more preferably 1° or less. As a result, the dielectric film can be oriented with high crystallinity on this orientation plane.

本発明において、所定の配向面の「結晶軸の傾きのばらつき」は、誘電体膜のX線回折パターンから得られる当該配向面(便宜的に(xyz)と記す)のピークの半値幅(°)によって規定される。ここで使用する誘電体膜のX線回折パターンは、2次元検出器を用いて得られる2次元X線回折像のうち、所定の配向面(xyz)に対応する部分を1次元プロファイルに変換し(所定の配向面(xyz)のスポットを含む円弧領域を2θ方向に積分して変換することが好ましい)、得られた1次元プロファイルの所定の配向面(xyz)のピークをガウス関数でフィッティングしたものを利用し、フィッティング後の所定の配向面(xyz)のピークの半値幅(°)を測定する。 In the present invention, the "variation in the inclination of the crystallographic axis" of a predetermined orientation plane is the half width (° ). The X-ray diffraction pattern of the dielectric film used here is a two-dimensional X-ray diffraction image obtained using a two-dimensional detector, and the portion corresponding to the predetermined orientation plane (xyz) is converted into a one-dimensional profile. (It is preferable to integrate and convert the circular arc region containing the spot on the predetermined orientation plane (xyz) in the 2θ direction), and the peak of the predetermined orientation plane (xyz) of the obtained one-dimensional profile was fitted with a Gaussian function. is used to measure the half width (°) of the peak of a predetermined orientation plane (xyz) after fitting.

本実施形態の誘電体膜において、Aの総量に対するAの含有割合は、50原子%未満であり得る。Aは、結晶構造の主体を成す元素であるにもかかわらず、その含有割合の上限は50原子%未満であり得、好ましくは40原子%以下、より好ましくは30原子%以下、更に好ましくは20原子%以下であることが、本発明者らの研究により判明した。Aの含有割合の下限は、結晶構造の主体を成すために、5原子%以上であり得、好ましくは10原子%以上である。In the dielectric film of this embodiment, the content of A1 with respect to the total amount of A may be less than 50 atomic %. Although A 1 is an element that constitutes the main constituent of the crystal structure, the upper limit of its content can be less than 50 atomic %, preferably 40 atomic % or less, more preferably 30 atomic % or less, and still more preferably It has been found by the studies of the present inventors that it is 20 atomic % or less. The lower limit of the content of A1 can be 5 atomic % or more, preferably 10 atomic % or more, since it forms the main constituent of the crystal structure.

本実施形態の誘電体膜において、Aの総量に対するAの含有割合は、50原子%以上であり得る。Aは、結晶構造の主体を成さず、A に固溶している元素であるにもかかわらず、その含有割合の下限は50原子%以上であり得、好ましくは60原子%以上、より好ましくは70原子%以上、更に好ましくは80原子%以上であることが、本発明者らの研究により判明した。Aの含有割合の上限は、A に固溶し得るように、95原子%以下であり得、好ましくは90原子%以下である。In the dielectric film of this embodiment, the content of A2 with respect to the total amount of A may be 50 atomic % or more. Although A 2 is an element that does not form the main part of the crystal structure and is dissolved in A 1 2 B 1 2 O 7 , the lower limit of the content ratio can be 50 atomic % or more, which is preferable. is 60 atomic % or more, more preferably 70 atomic % or more, and still more preferably 80 atomic % or more. The upper limit of the content of A 2 can be 95 atomic % or less, preferably 90 atomic % or less, so that it can dissolve in A 1 2 B 1 2 O 7 .

誘電体膜中の各元素の含有割合は、蛍光X線分析および/または光電子分光測定にて測定可能である。 The content ratio of each element in the dielectric film can be measured by fluorescent X-ray analysis and/or photoelectron spectroscopy.

本発明者らの研究によれば、誘電体膜の配向面を制御するためには、AのAサイトの元素が2つ以上存在することが重要であることが判明した。これに対して、Bサイトの元素の数は、誘電体膜の配向面の制御に対する影響がより小さいか、実質的に影響しない。According to the studies of the present inventors, it has been found that two or more elements at the A site of A 2 B 2 O 7 are important for controlling the orientation plane of the dielectric film. In contrast, the number of B-site elements has less or substantially no effect on the control of the orientation plane of the dielectric film.

Aサイトの2つの元素であるAおよびAは、互いに異なる価数を有することが好ましい。価数の異なる2つの元素を存在させることにより、誘電体膜の配向面の制御を顕著に行い得ると考えられる。The two A-site elements, A 1 and A 2 , preferably have different valences. It is believed that the presence of two elements with different valences can remarkably control the orientation plane of the dielectric film.

例えば、Aは2価の元素、代表的にはSrであり得、Aは3価の元素、代表的にはLaであってよいが、かかる組合せに限定されない。For example, A 1 may be a divalent element, typically Sr, and A 2 may be a trivalent element, typically La, but are not limited to such combinations.

本実施形態の誘電体膜は、広い温度範囲(例えば20~150℃、好ましくは20~300℃)に亘って、高い比誘電率を安定的に、すなわち小さい変化率で維持することができる。本実施形態の誘電体膜の比誘電率は、20~150℃、好ましくは20~300℃に亘って、同組成のバルク単結晶の比誘電率(より詳細には、同組成のバルク単結晶の結晶軸であるa、b、c軸方向の比誘電率)より高く、例えば70以上であり、より好ましくは80以上、特に好ましくは100以上であり得、上限は特に限定されないが、例えば400以下であり得る。本実施形態の誘電体膜の比誘電率の変化率は、20~150℃、好ましくは20~300℃に亘って、20℃における比誘電率を基準として、例えば10%以下であり得、好ましくは5%以下であり得る。 The dielectric film of the present embodiment can stably maintain a high dielectric constant, that is, with a small rate of change over a wide temperature range (for example, 20 to 150° C., preferably 20 to 300° C.). The relative dielectric constant of the dielectric film of the present embodiment is 20 to 150° C., preferably 20 to 300° C., the relative dielectric constant of the bulk single crystal of the same composition (more specifically, the bulk single crystal of the same composition (relative permittivity in the a, b, and c crystal axes)), for example, 70 or more, more preferably 80 or more, particularly preferably 100 or more, and the upper limit is not particularly limited, but for example, 400 can be: The rate of change of the dielectric constant of the dielectric film of the present embodiment can be, for example, 10% or less over the range of 20 to 150° C., preferably 20 to 300° C., based on the dielectric constant at 20° C., preferably can be 5% or less.

本実施形態の誘電体膜は、任意の適切な厚さであってよいが、薄膜とすることができる。本実施形態の誘電体膜の厚さは、例えば3nm以上1μm以下であり得る。下限は、絶縁性を確保する(例えばピンホールの発生を効果的に防止する)観点から好ましくは10nm以上であり、より好ましくは50nm以上であり得る。上限は、10μm以下であってもよいが、実際的には1μm以下であり得、好ましくは500nm以下である。 The dielectric film of this embodiment may be of any suitable thickness, but may be a thin film. The thickness of the dielectric film of this embodiment can be, for example, 3 nm or more and 1 μm or less. The lower limit is preferably 10 nm or more, and more preferably 50 nm or more, from the viewpoint of ensuring insulation (for example, effectively preventing the generation of pinholes). The upper limit may be 10 μm or less, but practically it may be 1 μm or less, preferably 500 nm or less.

本実施形態の誘電体膜は、任意の適切な方法によって製造してよいが、例えば以下の方法により製造可能である。 The dielectric film of this embodiment may be manufactured by any appropriate method, and can be manufactured, for example, by the following method.

本実施形態の誘電体膜の製造方法は、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜の製造方法であって、
(a)350~600℃の温度に加熱された基板の表面に、一般式A(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群より選択される2つ以上の元素であって、このうち各1つの元素として互いに異なるAおよびAを含み、Bは、Ti、Zr、Hf、V、NbおよびTaからなる群より選択される1つ以上の元素であって、このうち1つの元素としてBを含む)で表される組成を有する前駆体膜を気相堆積により形成すること、および
(b)上記前駆体膜が形成された上記基板を、酸素を含む雰囲気にて850~1050℃の温度で熱処理して、該前駆体膜から、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有し、かつ上記組成を有する誘電体膜を得ること
を含む。
The method for producing a dielectric film according to the present embodiment is a method for producing a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure,
(a) A compound of the general formula A 2 B 2 O 7 (wherein A is Mg, Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Pm , Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu, two or more elements A 1 and A 2 different from each other as one element among them and B is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta, one of which includes B 1 ). (b) heat-treating the substrate on which the precursor film is formed at a temperature of 850 to 1050° C. in an atmosphere containing oxygen to obtain the precursor film to obtain a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure and having the above composition.

本発明者らの研究によれば、誘電体膜に結晶構造をもたらし、その配向面を制御するためには、上記工程(a)において基板加熱する温度(以下、単に「基板温度」とも言う)、および上記工程(b)において前駆体が形成された基板を熱処理する温度(以下、単に「PDA温度」(PDA: Post Deposition Annealing)とも言う)が重要であることが判明した(誘電体膜の結晶化は工程(a)だけでなく工程(b)においても進行していると考えられる)。本実施形態の誘電体膜の製造方法よれば、上記工程(a)にて350~600℃の温度、好ましくは400~500℃で基板を加熱し、上記工程(b)にて前駆体が形成された基板を850~1050℃、好ましくは850~950℃で熱処理することにより、上述したような配向面を有する本実施形態の誘電体膜を得ることができる。 According to the studies of the present inventors, in order to bring about a crystal structure in the dielectric film and control its orientation plane, the temperature at which the substrate is heated in the above step (a) (hereinafter simply referred to as "substrate temperature") , and the temperature at which the substrate on which the precursor is formed in the above step (b) is heat-treated (hereinafter simply referred to as “PDA temperature” (PDA: Post Deposition Annealing)) is important (for dielectric films It is believed that crystallization proceeds not only in step (a) but also in step (b)). According to the method for producing a dielectric film of the present embodiment, the substrate is heated at a temperature of 350 to 600° C., preferably at 400 to 500° C. in the step (a), and the precursor is formed in the step (b). By heat-treating the substrate at 850 to 1050° C., preferably at 850 to 950° C., the dielectric film of the present embodiment having the orientation plane as described above can be obtained.

本実施形態の誘電体膜の製造方法の工程(a)において、基板の材料および構造は特に限定されず、誘電体膜の用途等に応じて適宜選択され得る。例えば、基板は単一の材料からなっていてよい。また例えば、基板は、その表面に予め導電性部材(電極として使用され得るが、これに限定されない)を有し、基板の導電性部材の上に前駆体膜が気相堆積により形成されてもよい。誘電体膜と接する基板および/または導電性部材等が、結晶性材料から成る場合、その表面は、(111)または(001)の面であることが好ましい。これにより、誘電体膜の比誘電率を高くかつ安定的に維持することができる。 In step (a) of the dielectric film manufacturing method of the present embodiment, the material and structure of the substrate are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use of the dielectric film. For example, the substrate may consist of a single material. Alternatively, for example, the substrate may have a conductive member (which may be used as an electrode, but is not limited to this) on its surface in advance, and a precursor film may be formed on the conductive member of the substrate by vapor deposition. good. When the substrate and/or the conductive member, etc. in contact with the dielectric film are made of a crystalline material, their surfaces are preferably (111) or (001) planes. Thereby, the dielectric constant of the dielectric film can be maintained high and stably.

上記工程(a)において、気相堆積は、より詳細にはスパッタリング(例えば高周波(RF)スパッタリング、パルスDCスパッタリング)、電子線蒸着、イオンプレーティングなどを含む物理蒸着、および/または有機金属気相成長法(いわゆるMOCVDであり、例えば原子層体積法(ALD)も含む)などを適用して実施され得るが、これに限定されない。 In step (a) above, vapor phase deposition is more specifically sputtering (e.g., radio frequency (RF) sputtering, pulsed DC sputtering), electron beam evaporation, physical vapor deposition including ion plating, etc., and/or organometallic vapor deposition. A growth method (so-called MOCVD, including, for example, atomic layer deposition (ALD)) can be applied, but the method is not limited to this.

上記工程(a)において、Aは、A およびA (式中、A、AおよびBは上記の通りであり、Bは、Ti、Zr、Hf、V、NbおよびTaのうち1つの元素であって、Bと同じまたは異なる元素であり、好ましくはBと異なる元素である)を含み、A が、A より低い結晶化温度を有することが好ましい。A の結晶化温度よりA の結晶化温度が低いことによって、得られる誘電体膜において、A が結晶構造の主体を成すことができる。In step (a) above, A 2 B 2 O 7 is represented by A 1 2 B 1 2 O 7 and A 2 2 B 2 2 O 7 , wherein A 1 , A 2 and B 1 are as defined above. , B 2 is one element of Ti, Zr, Hf, V, Nb and Ta, which is the same as or different from B 1 , preferably different from B 1 ), and A 1 It is preferred that 2B12O7 has a lower crystallization temperature than A222B22O7 . Since the crystallization temperature of A12B12O7 is lower than the crystallization temperature of A22B22O7 , in the obtained dielectric film , A12B12O7 is the main crystal structure . can be formed.

本発明において、一般式Aで表され、かつ所定の組成を有する酸化物の「結晶化温度」とは、ある温度Tに加熱された結晶性材料から成る導電性基板の(111)表面に、当該所定の組成を有する前駆体膜を気相堆積により形成し、そして、これにより前駆体膜が形成された基板を、大気圧下、酸素ガスを0.5L/分の流量で流しながら、900℃の温度で5分間熱処理して、上記前駆体膜から誘電体膜を得、この誘電体膜を2次元X線回折分析に付した場合に、これにより得られる2次元X線回折像に少なくとも1つのスポットまたはリングが観察される、最も低い温度Tを言うものとする。2次元X線回折像にスポットが観察されるのは、単結晶または配向性の高い結晶構造の存在を示しており、2次元X線回折像にリングが観察されるのは、多結晶状態となっていることを示している。In the present invention, the "crystallization temperature" of an oxide represented by the general formula A 2 B 2 O 7 and having a given composition means the temperature of a conductive substrate made of a crystalline material heated to a certain temperature T ( 111) A precursor film having the predetermined composition is formed on the surface by vapor phase deposition, and the substrate on which the precursor film is formed is subjected to oxygen gas at a flow rate of 0.5 L/min under atmospheric pressure. A dielectric film is obtained from the precursor film by heat treatment at a temperature of 900° C. for 5 minutes while flowing at The lowest temperature T at which at least one spot or ring is observed in the line diffraction pattern shall be referred to. The observation of spots in the two-dimensional X-ray diffraction image indicates the presence of a single crystal or a highly oriented crystal structure, and the observation of rings in the two-dimensional X-ray diffraction image indicates a polycrystalline state. It shows what is going on.

本発明者らの研究において、一般式Aで表され、かつAサイトおよびBサイトの元素が各1つである代表的な酸化物の各結晶化温度を上記に従って調べた結果を表1に示す。In the study of the present inventors, the crystallization temperatures of representative oxides represented by the general formula A 2 B 2 O 7 and having one element each at the A site and one element at the B site were examined according to the above results. are shown in Table 1.

Figure 0007226747000001
Figure 0007226747000001

なお、表1に示すLaZrおよびSrNbの各誘電体膜は、気相堆積により前駆体膜を形成した時点で結晶化していたため、900℃での熱処理に付すことを省略して、結晶化温度を調べた。The dielectric films of La 2 Zr 2 O 7 and Sr 2 Nb 2 O 7 shown in Table 1 were crystallized when the precursor films were formed by vapor phase deposition, so they were subjected to heat treatment at 900 ° C. was omitted and the crystallization temperature was investigated.

上記工程(a)において、1つまたは2つ以上の原料(または蒸着源、ターゲット等と称され得る、以下も同様)を用いて上記前駆体膜を形成してよい。2つ以上の原料を用いる場合、各原料の材料組成は同じであっても、互いに異なっていてもよい。 In step (a) above, one or more sources (which may also be referred to as deposition sources, targets, etc., and so on) may be used to form the precursor film. When two or more raw materials are used, the material composition of each raw material may be the same or different from each other.

例えば、上記工程(a)における気相堆積を、A の組成を有する第1原料と、A の組成を有する第2原料とを使用して実施してよい。この場合、第1原料および第2原料に対して異なる気相堆積条件を適用することができる。これにより、例えば、誘電体膜におけるAおよびAの存在比、Aの総量に対するAの含有割合、およびAの総量に対するAの含有割合を制御することができる。なお、この場合において、Aの組成を有する追加の原料が存在していても、いなくてもよい。For example, the vapor phase deposition in step (a) above is performed using a first source material having a composition of A 1 2 B 1 2 O 7 and a second source material having a composition of A 2 2 B 2 2 O 7 may be implemented. In this case, different vapor deposition conditions can be applied to the first source and the second source. Thereby, for example, the abundance ratio of A1 and A2 in the dielectric film, the content ratio of A1 to the total amount of A, and the content ratio of A2 to the total amount of A can be controlled. It should be noted that in this case there may or may not be an additional raw material with a composition of A2B2O7 .

好ましくは、上記気相堆積を、第1原料からのA の成長レートより、第2原料からのA の成長レートが大きい条件にて実施することができる。これにより、例えば、誘電体膜におけるA/Aの存在比を小さく、Aの総量に対するAの含有割合を小さく、およびAの総量に対するAの含有割合を大きく制御することができる。Preferably, the vapor phase deposition is performed under the condition that the growth rate of A 2 2 B 2 2 O 7 from the second source is higher than the growth rate of A 1 2 B 1 2 O 7 from the first source. be able to. As a result, for example, it is possible to control the abundance ratio of A 1 /A 2 in the dielectric film to be small, the content ratio of A 1 to the total amount of A to be small, and the content ratio of A 2 to the total amount of A to be large.

より詳細には、上記気相堆積を高周波スパッタリングによって実施する場合、第1原料に印加される出力より、第2原料に印加される出力が大きい条件を適用することによって、第1原料からのA の成長レートより、第2原料からのA の成長レートを大きくすることができる。More specifically, when the vapor phase deposition is performed by high-frequency sputtering, by applying a condition in which the output applied to the second source is greater than the output applied to the first source, A The growth rate of A 2 2 B 2 2 O 7 from the second raw material can be made higher than the growth rate of 1 2 B 1 2 O 7 .

の第1原料およびA の第2原料に印加される出力(パワー)比は、原料組成によって適宜選択され得る。The output (power) ratio applied to the first raw material of A 1 2 B 1 2 O 7 and the second raw material of A 2 2 B 2 2 O 7 can be appropriately selected depending on the raw material composition.

上記工程(a)において原料の組成が互いに異なる2つ以上の原料を使用する場合、これら原料から基板の表面への原料の気相堆積は任意の適切な態様で実施され得る。例えば、これら原料から基板の表面に原料を同時に気相堆積させて、同時混合膜の形態で上記前駆体膜を形成してよい。また例えば、これら原料から基板の表面に原料を非同時(各原料からの気相堆積期間は、部分的にオーバーラップしていても、していなくてもよく、規則的または不規則的に繰り返してもよい)に気相堆積させて(例えば積層させて)、これら原料を相互に融合させた、融合膜の形態で上記前駆体を形成してもよい。融合は、基板から伝達される熱エネルギーや気相堆積時に原料に加えられる運動エネルギー等により結晶成長や元素拡散がもたらされるため、更なる外部エネルギーを加えなくても自発的に起こり得る。 When two or more raw materials having different raw material compositions are used in step (a) above, the vapor phase deposition of raw materials from these raw materials onto the surface of the substrate can be carried out in any appropriate manner. For example, the precursor film may be formed in the form of a comixed film by simultaneously vapor-depositing the raw materials from these raw materials onto the surface of the substrate. In addition, for example, materials are deposited asynchronously on the surface of the substrate from these materials (the vapor phase deposition period from each material may or may not partially overlap, and may be repeated regularly or irregularly). may be vapor deposited (eg, layered) to form the precursor in the form of a coalesced film that fuses these materials together. Fusion can occur spontaneously without further application of external energy because crystal growth and elemental diffusion are brought about by thermal energy transferred from the substrate, kinetic energy applied to the raw material during vapor phase deposition, and the like.

本実施形態の誘電体膜の製造方法の工程(b)において、前駆体膜が熱処理されることにより、膜中で結晶化が更に進行するものと考えられる(工程(b)での結晶化は「追結晶化」と解される)。 It is believed that the heat treatment of the precursor film in the step (b) of the method for producing a dielectric film of the present embodiment causes further crystallization in the film (the crystallization in the step (b) is interpreted as “additional crystallization”).

上記工程(b)において、熱処理は、酸素を含むガス雰囲気にて実施されることが好ましい。酸素を含むガスは、特に限定されず、簡便には大気圧下にて、空気を使用してよく、あるいは、実質的に酸素から成る酸素ガス(例えば酸素濃度99%以上)を使用してよい。酸素を含むガスは、熱処理中にフローさせなくてもよいが、フローさせることがより好ましく、後者の場合、0.1~1L/分の流量とされ得る。熱処理時間は、適宜選択され得るが、例えば2分以上60分以下であり得る。 In the above step (b), the heat treatment is preferably performed in a gas atmosphere containing oxygen. The gas containing oxygen is not particularly limited, and air may be conveniently used under atmospheric pressure, or oxygen gas substantially composed of oxygen (for example, oxygen concentration of 99% or more) may be used. . The oxygen-containing gas does not have to flow during the heat treatment, but it is more preferable to flow, and in the latter case the flow rate can be 0.1 to 1 L/min. The heat treatment time can be selected as appropriate, and can be, for example, 2 minutes or more and 60 minutes or less.

以上、本実施形態の誘電体膜の製造方法について詳述したが、本実施形態の誘電体膜はかかる製造方法によって得られるもののみに限定されず、他の任意の適切な製造方法によって得られたものであってよい。例えば、前駆体膜の成膜方法は、気相堆積法に代えて、例えばゾル-ゲル法などを利用してもよい。 The method for manufacturing the dielectric film of this embodiment has been described in detail above, but the dielectric film of this embodiment is not limited to that obtained by such a manufacturing method, and can be obtained by any other suitable manufacturing method. It can be anything. For example, the precursor film may be formed by a sol-gel method instead of the vapor phase deposition method.

(実施形態2:キャパシタおよびその製造方法)
本発明のもう1つの実施形態によれば、キャパシタおよびその製造方法が提供される。
(Embodiment 2: Capacitor and manufacturing method thereof)
According to another embodiment of the invention, a capacitor and method of manufacturing the same are provided.

本実施形態のキャパシタは、電極と、該電極の上に配置された実施形態1にて詳述した誘電体膜とを含んで構成される。かかるキャパシタは、いわゆる薄膜キャパシタであり得る。 The capacitor of this embodiment includes an electrode and the dielectric film described in detail in the first embodiment arranged on the electrode. Such capacitors may be so-called thin film capacitors.

本実施形態のキャパシタは、電極と、電極の上に配置された誘電体膜とを含んで構成される限り、任意の適切な構成であり得、特に限定されない。例えば、図1に示すように、2つの電極3、7の間に誘電体膜5を挟んでキャパシタ10を構成してよい(図1に示す態様(平行平板型)では、電極3、7は、図示しない奥行き方向の適切な箇所にて引き出し線と個々に接続され得る)。また例えば、互いに離間して存在する2つの電極上に跨がって誘電体膜を設けてキャパシタを構成してよい。 The capacitor of the present embodiment may have any appropriate configuration, and is not particularly limited, as long as it includes an electrode and a dielectric film disposed on the electrode. For example, as shown in FIG. 1, a capacitor 10 may be configured by sandwiching a dielectric film 5 between two electrodes 3 and 7 (in the embodiment (parallel plate type) shown in FIG. 1, the electrodes 3 and 7 are , can be individually connected to lead wires at suitable points in the depth direction (not shown). Further, for example, a capacitor may be configured by providing a dielectric film over two electrodes that are separated from each other.

本実施形態のキャパシタの製造方法は、任意の適切な方法によって製造してよいが、代表的には、実施形態1にて詳述した誘電体膜の製造方法を含んで実施され得る。例えば、図1に示す態様では、基板1の表面に下部電極3、誘電体膜5、および上部電極7を順次積層形成してキャパシタ10を製造してよい。また例えば、基板の表面に2つの電極を互いに離間して形成し、これらの上に跨がるように誘電体膜を形成してキャパシタを製造してよい。誘電体膜の形成方法は実施形態1にて詳述した製造方法に対応し、電極の形成方法は、既知の任意の適切な方法を適用し得る。 The capacitor manufacturing method of the present embodiment may be manufactured by any appropriate method, but typically includes the dielectric film manufacturing method described in detail in the first embodiment. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, the capacitor 10 may be manufactured by sequentially laminating the lower electrode 3, the dielectric film 5, and the upper electrode 7 on the surface of the substrate 1. FIG. Alternatively, for example, two electrodes may be formed on the surface of the substrate so as to be spaced apart from each other, and a dielectric film may be formed so as to straddle them to manufacture the capacitor. The method of forming the dielectric film corresponds to the manufacturing method described in detail in the first embodiment, and the method of forming the electrode can apply any known appropriate method.

電極を構成する導電性材料は、例えばPt、Ti、W、Al、Ni、Ag、Au、Pd、Ir、Rh、TiC、TaC、TiN、AgO、Ru、RuO、SrRuO、Nb添加SrTiOなどであってよく、例えば1層または2層以上の積層体であってよい。基板を構成する材料は、特に限定されないが、例えばSi、SrTiOなどの酸化物単結晶などであってよい。基板と電極との間に、任意の適切な材料層、例えばSiO層が存在していてもよい。Conductive materials constituting the electrodes are, for example, Pt, Ti, W, Al, Ni, Ag, Au, Pd, Ir, Rh, TiC, TaC, TiN, Ag 2 O, Ru, Ru 2 O, SrRuO 3 , Nb. It may be additive SrTiO 3 or the like, and may be, for example, a laminate of one or more layers. The material forming the substrate is not particularly limited, but may be, for example, oxide single crystals such as Si and SrTiO 3 . Any suitable material layer may be present between the substrate and the electrode, for example a SiO2 layer.

本実施形態のキャパシタは、実施形態1にて詳述した誘電体膜と同様の効果を奏する。 The capacitor of this embodiment has the same effect as the dielectric film described in detail in the first embodiment.

本実施形態のキャパシタにおいて、誘電体膜と接する電極の表面は、例えば(111)または(001)の面であることが好ましい。より詳細には、電極が結晶性材料から成る場合、当該結晶性材料の結晶構造に応じて、その表面が示す好ましい配向が異なり得る。例えば、かかる結晶性材料が、立方晶系材料(例えばPt、W、Al、Ni、Ag、Au、Pd、Ir、Rh、TiC、TaC、TiNおよびAgO等からなる群より選択される少なくとも1種)である場合、正方晶系材料(例えばRuO等)である場合、またはペロブスカイト型酸化物(立方晶系)(例えばSrRuO、Nb添加SrTiO等)である場合、表面が(111)配向であることが好ましく、六方晶系材料(例えばTi、Ru)である場合、表面が(001)配向であることが好ましい。これにより、誘電体膜の比誘電率を高くかつ安定的に維持することができる。In the capacitor of this embodiment, the surface of the electrode in contact with the dielectric film is preferably a (111) or (001) plane, for example. More specifically, if the electrode is made of a crystalline material, the preferred orientation exhibited by the surface may differ depending on the crystal structure of the crystalline material. For example, the crystalline material is at least selected from the group consisting of cubic materials (e.g., Pt, W, Al, Ni, Ag, Au, Pd, Ir, Rh, TiC, TaC, TiN, Ag2O , etc.). 1 type), a tetragonal system material (e.g., Ru 2 O, etc.), or a perovskite-type oxide (cubic system) (e.g., SrRuO 3 , Nb-added SrTiO 3 , etc.), the surface is ( 111) orientation is preferred, and in the case of hexagonal materials (eg Ti, Ru), the surface is preferably (001) orientation. Thereby, the dielectric constant of the dielectric film can be maintained high and stably.

(実施例1)
本実施例は、(SrLa1-x(TaTi1-xで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Example 1)
This example relates to a dielectric film having a composition represented by (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
下部電極の形成
厚さ約300nmのSiO膜を表面に備えるSi(100)基板を準備し、その表面上に、DCスパッタリングにより、厚さ約10nmのTi層と厚さ約100nmのPt層を順次積層して、これら層から成る下部電極を形成した。DCスパッタリングに際し、基板の温度は室温(20℃程度)とした。Ti層は、SiO膜とPt層との間の密着性を向上させるために比較的薄い層として設けた。Pt層が、下部電極の本体部分であり、これにより(111)面の電極表面が形成された。
Manufacturing procedure: Formation of lower electrode A Si (100) substrate with a SiO2 film with a thickness of about 300 nm on the surface was prepared, and a Ti layer with a thickness of about 10 nm and a Ti layer with a thickness of about 100 nm were formed on the surface by DC sputtering. Pt layers were sequentially stacked to form a lower electrode composed of these layers. In the DC sputtering, the temperature of the substrate was room temperature (about 20° C.). The Ti layer was provided as a relatively thin layer to improve adhesion between the SiO2 film and the Pt layer. The Pt layer was the body portion of the bottom electrode, which formed the (111) plane electrode surface.

工程(a):前駆体膜の形成
上記のようにして下部電極を形成した基板を400℃に加熱し(即ち、基板温度400℃)、その上に、RFスパッタリングにより、(SrLa1-x(TaTi1-xで表される組成を有する前駆体膜を形成した(なお、下部電極の一部(端部)は、その上に前駆体を形成せずに、露出したまま残した)。RFスパッタリングは、蒸着源としてSrTa原料のターゲットとLaTi原料のターゲットとを用い、SrTa原料:LaTi原料のRFパワー比を20W:60Wとして、同時に蒸着させた。基板の周囲雰囲気の酸素濃度は5%であった。
Step (a): Formation of Precursor Film The substrate on which the lower electrode is formed as described above is heated to 400° C. (i.e., the substrate temperature is 400° C.), and a (Sr x La 1− x ) 2 (Tax Ti 1-x ) 2 O 7 was formed (note that a part (edge) of the lower electrode did not have the precursor formed thereon). left exposed). RF sputtering uses a target of Sr 2 Ta 2 O 7 raw material and a target of La 2 Ti 2 O 7 raw material as deposition sources, and the RF power ratio of Sr 2 Ta 2 O 7 raw material:La 2 Ti 2 O 7 raw material is 20 W: 60 W were vapor-deposited at the same time. The oxygen concentration in the atmosphere surrounding the substrate was 5%.

工程(b):熱処理による誘電体膜の形成
上記のようにして前駆体膜を形成した基板を、酸素ガスを0.5L/分でフローさせた中で、900℃にて5分間の熱処理に付して(即ち、PDA温度900℃)、上記前駆体膜から、(SrLa1-x(TaTi1-xで表される組成を有する誘電体膜を形成した。得られた誘電体膜の厚さは約200nmであった。
Step (b): Formation of Dielectric Film by Heat Treatment The substrate on which the precursor film was formed as described above was subjected to heat treatment at 900° C. for 5 minutes while oxygen gas was flowed at 0.5 L/min. (that is, the PDA temperature is 900° C.), a dielectric film having a composition represented by (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 is formed from the precursor film. bottom. The thickness of the obtained dielectric film was about 200 nm.

上部電極の形成
上記のようにして形成した誘電体膜の上に、DCスパッタリングにより、厚さ約150nmのPt層を上部電極として直径約110nmの略円形で形成した。DCスパッタリングに際し、基板の温度は室温(20℃程度)とした。これにより、誘電体膜が下部電極および上部電極の間に配置されたキャパシタを得た。
Formation of Upper Electrode On the dielectric film formed as described above, a Pt layer with a thickness of about 150 nm was formed as an upper electrode in a substantially circular shape with a diameter of about 110 nm by DC sputtering. In the DC sputtering, the temperature of the substrate was room temperature (about 20° C.). As a result, a capacitor was obtained in which the dielectric film was arranged between the lower electrode and the upper electrode.

・分析および評価
組成
誘電体膜中の各元素の含有割合を光電子分光測定により調べた。その結果、誘電体膜は、(SrLa1-x(TaTi1-xの組成を有し、式中、x=0.35であることが判明した。
- Analysis and Evaluation Composition The content ratio of each element in the dielectric film was examined by photoelectron spectroscopy. As a result, the dielectric film was found to have a composition of (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 , where x=0.35.

結晶構造の主体および配向面
2次元検出器を用いて、この誘電体膜の2次元X線回折像を得た(特性X線:CuKα=1.5418Å、以下も同様)。結果を図2に示す(なお、図2は2θが50°程度以下の低角度である場合を例示的に示すが、図示しない2θが50°~80程度の高角度である場合も得た。以下も同様)。更に、この2次元X線回折像を、検出角度χ=38°の領域についてχ方向に、図3(a)に模式的に示す点線領域にて円弧積分し、1次元プロファイルに変換して、誘電体膜のX線回折パターンを得た。結果を図3(b)に示す。図3(b)中、記号「*」は、誘電体膜以外の物質(Pt、Ti、SiOおよびSi)に起因するピークを示し、誘電体膜を構成するものでないため無視した(後述する図13(b)、15(b)、17(b)、19(b)、21、22においても同様であり、2θ=40°付近のピークはPtによるものである)。これら結果から、本実施例の誘電体膜は、既知のSrTaおよびLaTiの各粉末X線回折データ(ICDD)と比較して(以下の実施例および比較例において使用する既知のデータは、蒸着源に使用する原料に応じて適宜選択される)、SrTaが結晶構造の主体を成すことが特定された。更に、図2に示す2次元X線回折像において2θ=28°付近にスポットが観察されたことから、本実施例の誘電体膜は、(111)の配向面を有するものであることが判明した(図2中、2θ=40°付近のスポットはPtによるものである)。
Main Crystal Structure and Orientation Plane Using a two-dimensional detector, a two-dimensional X-ray diffraction image of this dielectric film was obtained (characteristic X-ray: CuKα=1.5418 Å, the same below). The results are shown in FIG. 2 (FIG. 2 exemplifies a case where 2θ is a low angle of about 50° or less, but a case where 2θ is a high angle of about 50° to 80° (not shown) was also obtained. The same applies below). Furthermore, this two-dimensional X-ray diffraction image is circularly integrated in the dotted line area schematically shown in FIG. An X-ray diffraction pattern of the dielectric film was obtained. The results are shown in FIG. 3(b). In FIG. 3(b), the symbol “*” indicates a peak attributed to substances other than the dielectric film (Pt, Ti, SiO 2 and Si) and is ignored because it does not constitute the dielectric film (described later). 13(b), 15(b), 17(b), 19(b), 21 and 22, the peak near 2θ=40° is due to Pt). From these results, the dielectric film of this example was compared with the known powder X-ray diffraction data (ICDD) of Sr 2 Ta 2 O 7 and La 2 Ti 2 O 7 (Examples and Comparative Examples below). The known data used in is selected appropriately depending on the raw material used for the evaporation source), it was determined that Sr 2 Ta 2 O 7 forms the main part of the crystal structure. Furthermore, from the fact that a spot was observed near 2θ=28° in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. (In FIG. 2, the spots near 2θ=40° are due to Pt).

配向面の配向度
上記で得られた誘電体膜のX線回折パターン(1次元プロファイル)から各ピーク(但し、誘電体膜以外の物質に起因するピークは除外する)をガウス関数でフィッティングした。結果を図4に示す(図中、1次元プロファイルの測定データを実線で示し、これをガウス関数でフィッティングしたデータを点線で示す)。このフィッティングから、全てのピークの回折強度面積の和に対する、配向面(111)のピークの回折強度面積の比を求めてpを算出した。また、既知のSrTaの各粉末X線回折データ(ICDD)から(以下の実施例および比較例において使用する既知のデータは、結晶構造の主体を成す組成に応じて適宜選択される)、全ての面のピークの回折強度(通常、最も大きい強度を100とした相対強度)の和に対する、面(111)のピークの回折強度(同上)の比を求めてpを算出した。これらpおよびpから、誘電体膜の配向面(111)の配向度としてロットゲーリングファクターfを算出した。これらの算出結果は、以下の通りであった。
p=0.519
=0.028
f=0.506
Degree of Orientation of Orientation Plane Each peak (peaks due to substances other than the dielectric film are excluded) was fitted with a Gaussian function from the obtained X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) of the dielectric film. The results are shown in FIG. 4 (in the figure, the solid line indicates the measured data of the one-dimensional profile, and the dotted line indicates the data obtained by fitting this with a Gaussian function). From this fitting, the ratio of the diffraction intensity area of the peak of the orientation plane (111) to the sum of the diffraction intensity areas of all the peaks was found to calculate p. In addition, from each known powder X-ray diffraction data (ICDD) of Sr 2 Ta 2 O 7 (the known data used in the following examples and comparative examples are appropriately selected according to the composition that constitutes the main constituent of the crystal structure. p 0 was calculated by calculating the ratio of the diffraction intensity of the peak of the plane (111) (same as above) to the sum of the diffraction intensities of the peaks of all planes (usually, the relative intensity with the highest intensity being 100). . From these p and p0 , the Lotgering factor f was calculated as the degree of orientation of the orientation plane (111) of the dielectric film. These calculation results were as follows.
p = 0.519
p0 = 0.028
f = 0.506

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
次に、2次元X線回折像の配向面(111)のスポットを含む円弧領域を2θ方向に、、図5(a)に模式的に示す点線領域にて積分して1次元プロファイルを得、配向面(111)のピークをガウス関数でフィッティングした。結果を図5(b)に示す(図中、1次元プロファイルの測定データを実線で示し、これをガウス関数でフィッティングしたデータ(バックグラウンドを含む)を点線で示す)。このフィッティングから、配向面(111)のピークの半値幅(°)を測定したところ、6.42°であった。
Variation in Inclination of Crystallographic Axis of Oriented Plane Next, the circular arc region including the spot on the oriented plane (111) of the two-dimensional X-ray diffraction image is shown in the 2θ direction, and in the dotted line region schematically shown in FIG. A one-dimensional profile was obtained by integration, and the peak of the orientation plane (111) was fitted with a Gaussian function. The results are shown in FIG. 5(b) (in the figure, the solid line indicates the measurement data of the one-dimensional profile, and the dotted line indicates the data (including the background) fitted with the Gaussian function). From this fitting, the half width (°) of the peak of the orientation plane (111) was measured to be 6.42°.

電気特性評価
本実施例の誘電体膜の電気特性を評価した。より詳細には、上述のようにして製造したキャパシタの上部電極と下部電極との間に直流電圧3Vを印加して、測定周波数1MHzにて、比誘電率(-)、誘電損失(-)および電流密度(A/cm)を測定した。結果を図6に示す。図6から理解されるように、本実施例の誘電体膜は、20~300℃に亘って、100を超える高い比誘電率を示し、その変化率は、20℃における比誘電率を基準として、5%以下であった。また、本実施例の誘電体膜は、20~300℃に亘って、2桁の電流密度の上昇率を示したが、0.1より小さい誘電損失を示し、誘電体として機能した。
Evaluation of Electrical Properties The electrical properties of the dielectric film of this example were evaluated. More specifically, a DC voltage of 3 V is applied between the upper electrode and the lower electrode of the capacitor manufactured as described above, and the dielectric constant (-), dielectric loss (-) and Current density (A/cm 2 ) was measured. The results are shown in FIG. As can be seen from FIG. 6, the dielectric film of this example exhibits a high dielectric constant exceeding 100 over 20 to 300° C., and the rate of change is based on the dielectric constant at 20° C. , was less than 5%. In addition, the dielectric film of this example exhibited a two-digit current density increase rate over a temperature range of 20 to 300° C., but exhibited a dielectric loss of less than 0.1 and functioned as a dielectric.

(実施例2)
本実施例は、(SrLa1-x(NbTi1-xで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。なお、特に説明のない限り、実施例1における説明と同様の説明が当て嵌まる(本明細書に記載の実施例および比較例において同様とする)。
(Example 2)
This example relates to a dielectric film having a composition represented by (Sr x La 1-x ) 2 (Nb x Ti 1-x ) 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film. Unless otherwise specified, the same explanation as in Example 1 applies (the same applies to the examples and comparative examples described herein).

・製造手順
工程(a)において基板を500℃に加熱したこと(即ち、基板温度500℃)、RFスパッタリングは、蒸着源としてSrNb原料のターゲットとLaTi原料のターゲットとを用い、SrNb原料:LaTi原料のRFパワー比を50W:60Wとして、同時に蒸着させて、(SrLa1-x(NbTi1-xで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、(SrLa1-x(NbTi1-xで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約200nmであった。
- Manufacturing procedure In step (a) , the substrate was heated to 500°C (that is , the substrate temperature was 500 ° C ) . (Sr x La 1 - x ) 2 ( Nb x Ti 1 - x ) 2 (Nb x Ti 1- (Sr x La 1-x ) 2 (Nb x Ti 1-x ) 2 O 7 in the same manner as in Example 1, except that a precursor film having a composition represented by x ) 2 O 7 was formed. A capacitor was obtained by forming a dielectric film having a composition represented by (the PDA temperature was set to 900° C. as in Example 1). The thickness of the obtained dielectric film was about 200 nm.

・分析および評価
組成
本実施例の誘電体膜は、(SrLa1-x(NbTi1-xの組成を有し、式中、x=5.0であることが判明した。
Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this example has a composition of (Sr x La 1-x ) 2 (Nb x Ti 1-x ) 2 O 7 , where x=5.0. It has been found.

結晶構造の主体および配向面
この誘電体膜の2次元X線回折像を図7に示す。本実施例の誘電体膜は、そのX線回折パターンを、SrNbが結晶構造の主体を成すことが特定された。更に、本実施例の誘電体膜は、図7に示す2次元X線回折像において2θ=28°付近にスポットが観察されたこと、X線回折パターン(1次元プロファイル)(図示せず)においても2θ=28°付近にピークが存在していたことから、(150)の配向面を有するものであることが判明した。
Main Crystal Structure and Orientation Planes A two-dimensional X-ray diffraction image of this dielectric film is shown in FIG. It was determined from the X-ray diffraction pattern of the dielectric film of this example that Sr 2 Nb 2 O 7 constitutes the main crystal structure. Further, in the dielectric film of this example, a spot was observed near 2θ=28° in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. Also, a peak was present near 2θ=28°, so it was found to have a (150) orientation plane.

配向面の配向度
この誘電体膜の配向面(150)の配向度は0.68であった。
Orientation Degree of Orientation Surface The orientation degree of the orientation surface (150) of this dielectric film was 0.68.

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
配向面(150)のピークの半値幅は3.8°であった。
Variation in Inclination of Crystallographic Axis of Oriented Plane The half width of the peak of the oriented plane (150) was 3.8°.

電気特性評価
本実施例の誘電体膜の電気特性を評価した結果を図8に示す。図8から理解されるように、本実施例の誘電体膜は、20~150℃に亘って、100を超える高い比誘電率を示し、その変化率は、20℃における比誘電率を基準として、5%以下であった。また、本実施例の誘電体膜は、電流密度が1×10-7A/cm以下であり、誘電損失が0.05以下である高い絶縁性を示した。本実施例の誘電体膜は、160℃を超える温度では漏れ電流が大きくなり、電気特性評価は行わなかった。
Evaluation of Electrical Characteristics FIG. 8 shows the results of evaluating the electrical characteristics of the dielectric film of this example. As can be seen from FIG. 8, the dielectric film of this example exhibits a high dielectric constant exceeding 100 over 20 to 150° C., and the rate of change is based on the dielectric constant at 20° C. , was less than 5%. Further, the dielectric film of this example exhibited a high insulation property with a current density of 1×10 −7 A/cm 2 or less and a dielectric loss of 0.05 or less. The dielectric film of this example had a large leakage current at temperatures exceeding 160° C., and was not subjected to electrical property evaluation.

(比較例1~3)
本比較例は、(SrLa1-x(TaTi1-xで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Examples 1 to 3)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 and a capacitor provided with such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)における基板の加熱温度(基板温度)およびSrTa原料:LaTi原料のRFパワー比、工程(b)における熱処理温度(PDA温度)を表2に示すように異ならせたこと以外は、実施例1と同様にして、(SrLa1-x(TaTi1-xで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た。得られた誘電体膜の厚さを表2に併せて示す。
・Manufacturing procedure The substrate heating temperature (substrate temperature) in step (a), the RF power ratio of Sr 2 Ta 2 O 7 raw material: La 2 Ti 2 O 7 raw material, and the heat treatment temperature (PDA temperature) in step (b) are shown. A dielectric film having a composition represented by (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition was changed as shown in 2 was formed to obtain a capacitor. Table 2 also shows the thickness of the obtained dielectric film.

Figure 0007226747000002
Figure 0007226747000002

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、(SrLa1-x(NbTi1-xの組成を有し、式中、比較例1はx=0.66、比較例2はx=0.56、比較例3はx=0.36であることが判明した。
・Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition of (Sr x La 1-x ) 2 (Nb x Ti 1-x ) 2 O 7 , where x=0 in Comparative Example 1. .66, Comparative Example 2 was found to be x=0.56, and Comparative Example 3 was found to be x=0.36.

結晶構造の主体および配向面
比較例1~3の誘電体膜の2次元X線回折像をそれぞれ図9~11に示す。比較例1~3の誘電体膜は、SrTaが結晶構造の主体を成すことが特定された。更に、比較例1の誘電体膜では、図9に示す2次元X線回折像において2θ=20°付近にスポットが観察されたこと、X線回折パターン(1次元プロファイル)(図示せず)においても2θ=20°付近にピークが存在していたことから、(041)の配向面を有するものであることが判明した。比較例2の誘電体膜では、X線回折パターン(1次元プロファイル)(図示せず)において複数のピークが観察され、なかでも2θ=26°付近の(080)面でピーク強度が(例えば2θ=33°付近の(0 10 0)面に比べて)大きかった。しかしながら、図10に示す2次元X線回折像においてスポットが観察されなかったことから、比較例2の誘電体膜は配向面を有しない(換言すれば、(080)面は配向面ではない)。比較例3の誘電体膜では、X線回折パターン(1次元プロファイル)(図示せず)において複数のピークが観察され、なかでも2θ=28°付近の(111)面でピーク強度が大きかった。しかしながら、図11に示す2次元X線回折像においてスポットが観察されなかったことから、比較例2の誘電体膜は配向面を有しない(換言すれば、(111)面は配向面ではない)。よって、本比較例の誘電体膜は、結晶構造の主体を成すSrTaに関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面以外の配向面を有しない。
Main Crystal Structure and Orientation Planes Two-dimensional X-ray diffraction images of the dielectric films of Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIGS. 9 to 11, respectively. It was determined that the dielectric films of Comparative Examples 1 to 3 were mainly composed of Sr 2 Ta 2 O 7 . Furthermore, in the dielectric film of Comparative Example 1, spots were observed near 2θ=20° in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. Also, a peak was present near 2θ=20°, so it was found to have a (041) orientation plane. In the dielectric film of Comparative Example 2, a plurality of peaks were observed in the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) (not shown). (compared to the (0 10 0) plane near =33°). However, since no spots were observed in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. 10, the dielectric film of Comparative Example 2 does not have an orientation plane (in other words, the (080) plane is not an orientation plane). . In the dielectric film of Comparative Example 3, a plurality of peaks were observed in the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) (not shown), and the peak intensity was particularly large in the (111) plane near 2θ=28°. However, since no spots were observed in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. 11, the dielectric film of Comparative Example 2 does not have an orientation plane (in other words, the (111) plane is not an orientation plane). . Therefore, in the dielectric film of this comparative example, the Sr 2 Ta 2 O 7 that forms the main part of the crystal structure has an orientation plane other than the (h00), (0k0), (00l), (h0l), and (0kl) planes. does not have

配向面の配向度
比較例1の誘電体膜の配向面(041)の配向度は0.66であった。比較例2の誘電体膜は、配向面ではないが、(080)の配向度は0.065であり、(0 10 0)の配向度は0.22であった。比較例3の誘電体膜は、配向面ではないが、(111)の配向度は0.30であった。
Orientation Degree of Orientation Surface The orientation degree of the orientation surface (041) of the dielectric film of Comparative Example 1 was 0.66. Although the dielectric film of Comparative Example 2 was not an oriented plane, the degree of orientation of (080) was 0.065 and the degree of orientation of (0 10 0) was 0.22. The dielectric film of Comparative Example 3 had a degree of (111) orientation of 0.30, although it was not an oriented plane.

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
比較例1の誘電体膜の配向面(041)のピークの半値幅は3.1°であった。比較例2の誘電体膜は、配向面ではないが、(080)のピークの半値幅は9.3°であった。比較例3の誘電体膜は、配向面ではないが、(111)のピークの半値幅は15.9°であった。
Variation in Inclination of Crystallographic Axis of Oriented Plane The half width of the peak of the (041) oriented plane of the dielectric film of Comparative Example 1 was 3.1°. In the dielectric film of Comparative Example 2, the half-value width of the (080) peak was 9.3° although the plane was not oriented. In the dielectric film of Comparative Example 3, the half-value width of the (111) peak was 15.9° although the plane was not oriented.

電気特性評価
比較例1の誘電体膜は、室温(20℃程度)にて、約45の比誘電率および約0.05の誘電損失を示した。比較例2の誘電体膜は、室温(20℃程度)にて、約30の比誘電率および約0.05の誘電損失を示した。比較例3の誘電体膜は、室温(20℃程度)にて、約600の比誘電率および約0.05の誘電損失を示した。参考までに、比較例1~3を改変(2つの蒸着源からの各距離を種々異ならせる等)して、(SrLa1-x(TaTi1-xで表される組成を有する誘電体膜について、式中のxが種々異なる誘電体膜およびキャパシタを得、その室温(20℃程度)における電気特性を評価した結果を図12に示す(図12中に示す「xSrTa-(1-x)LaTi」は、原料ベースでの表記であるが、(SrLa1-x(TaTi1-xと同義である)。いずれの場合も、70未満の低い比誘電率となった。
Electrical Characteristic Evaluation The dielectric film of Comparative Example 1 exhibited a dielectric constant of about 45 and a dielectric loss of about 0.05 at room temperature (about 20° C.). The dielectric film of Comparative Example 2 exhibited a dielectric constant of about 30 and a dielectric loss of about 0.05 at room temperature (about 20°C). The dielectric film of Comparative Example 3 exhibited a dielectric constant of about 600 and a dielectric loss of about 0.05 at room temperature (about 20°C). For reference, Comparative Examples 1 to 3 were modified (various distances from the two evaporation sources, etc.) to form (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 Dielectric films and capacitors with different x in the formula were obtained for the dielectric films having the compositions represented, and the results of evaluating their electrical characteristics at room temperature (about 20° C.) are shown in FIG. “xSr 2 Ta 2 O 7 -(1-x)La 2 Ti 2 O 7 ” shown is notation based on raw materials, but (Sr x La 1-x ) 2 ( Tax Ti 1-x ) 2 is synonymous with O7 ). In both cases, the low dielectric constant of less than 70 was obtained.

(比較例4)
本比較例は、SrTaで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Example 4)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by Sr 2 Ta 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)において、RFスパッタリングを、蒸着源としてSrTa原料のターゲットを用い、SrTa原料のRFパワーを50Wとして蒸着させて、SrTaで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、SrTaで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、基板温度500℃、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約200nmであった。
- Manufacturing procedure In step (a), RF sputtering is performed using a target of Sr 2 Ta 2 O 7 raw material as a deposition source, and the RF power of Sr 2 Ta 2 O 7 raw material is 50 W to deposit Sr 2 Ta 2 O A dielectric film having a composition represented by Sr 2 Ta 2 O 7 was formed in the same manner as in Example 1 except that a precursor film having a composition represented by 7 was formed to obtain a capacitor. (As in Example 1, the substrate temperature was 500° C. and the PDA temperature was 900° C.). The thickness of the obtained dielectric film was about 200 nm.

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、SrTaの組成を有し、Aの元素がSrしか存在しない。
Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition of Sr 2 Ta 2 O 7 and the A element is only Sr.

結晶構造の主体および配向面
この誘電体膜の2次元X線回折像およびX線回折パターンをそれぞれ図13(a)および(b)に示す(図13(b)中、「900℃」と示したパターンである)。本比較例の誘電体膜は、SrTaが結晶構造の主体を成す。本比較例の誘電体膜は、図13(a)に示す2次元X線回折像において2θ=23°および46°付近にスポットが観察されたこと、図13(b)に「900℃」にて示すX線回折パターン(1次元プロファイル)においても2θ=23°および46°付近にピークが存在していたことから、(110)および(200)の配向面を有するものであることが判明した(但し、(110)に比べて(200)はスポットが若干リング状に延びていることが認められた)。なお、参考までに、図13(b)中に、本比較例を改変して得た膜のX線回折パターンを併せて示し、「成膜後」は、工程(a)の前駆体膜を形成した後、工程(b)に付す前の膜のX線回折パターンであり、「700℃」および「800℃」は、工程(b)における熱処理(PDA温度)をそれぞれ700℃および800℃として得た誘電体膜のX線回折パターンである。図13(b)から、この誘電体膜において結晶化により配向面(110)および(200)をもたらすには、PDA温度900℃を要することが理解可能である。
Main Crystal Structure and Orientation Planes A two-dimensional X-ray diffraction image and an X-ray diffraction pattern of this dielectric film are shown in FIGS. pattern). In the dielectric film of this comparative example, Sr 2 Ta 2 O 7 constitutes the main crystal structure. In the dielectric film of this comparative example, spots were observed near 2θ=23° and 46° in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. In the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) shown in , there were peaks near 2θ = 23 ° and 46 °, so it was found to have (110) and (200) orientation planes. (However, it was found that the spot of (200) was slightly extended in a ring shape compared to (110)). For reference, FIG. 13(b) also shows the X-ray diffraction pattern of the film obtained by modifying this comparative example. After forming, it is the X-ray diffraction pattern of the film before being subjected to the step (b). It is an X-ray diffraction pattern of the obtained dielectric film. From FIG. 13(b), it can be seen that a PDA temperature of 900° C. is required to bring about (110) and (200) oriented planes by crystallization in this dielectric film.

配向面の配向度
本比較例の誘電体膜の配向面(110)の配向度は0.81であり、配向面(200)の配向度は0.08であった。
Orientation Degree of Orientation Surface The orientation degree of the orientation surface (110) of the dielectric film of this comparative example was 0.81, and the orientation degree of the orientation surface (200) was 0.08.

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
比較例1の誘電体膜の配向面(110)のピークの半値幅は2.1°であり、配向面(200)のピークの半値幅は1.9°であった。
Variation in inclination of crystal axis of orientation plane The half-value width of the peak of the orientation plane (110) of the dielectric film of Comparative Example 1 is 2.1°, and the half-value width of the peak of the orientation plane (200) is 1.9°. Met.

電気特性評価
本比較例の誘電体膜の電気特性を評価した結果を図14に示す。図14から理解されるように、本比較例の誘電体膜は、20~300℃に亘って、45~55程度の低い比誘電率を示した。
Evaluation of Electrical Characteristics FIG. 14 shows the results of evaluating the electrical characteristics of the dielectric film of this comparative example. As understood from FIG. 14, the dielectric film of this comparative example exhibited a low dielectric constant of about 45 to 55 over a temperature range of 20 to 300.degree.

(比較例5)
本比較例は、SrNbで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Example 5)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by Sr 2 Nb 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)において、RFスパッタリングを、蒸着源としてSrNb原料のターゲットを用い、SrNb原料のRFパワーを50Wとして蒸着させて、SrNbで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、SrNbで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、基板温度500℃、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約200nmであった。
- Manufacturing procedure In step (a), RF sputtering is performed using a target of Sr2Nb2O7 raw material as a deposition source, and the RF power of Sr2Nb2O7 raw material is 50 W to deposit Sr2Nb2O . A dielectric film having a composition represented by Sr 2 Nb 2 O 7 was formed in the same manner as in Example 1 except that a precursor film having a composition represented by 7 was formed to obtain a capacitor. (As in Example 1, the substrate temperature was 500° C. and the PDA temperature was 900° C.). The thickness of the obtained dielectric film was about 200 nm.

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、SrNbの組成を有し、Aの元素がSrしか存在しない。
Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition of Sr 2 Nb 2 O 7 and the element A is Sr only.

結晶構造の主体および配向面
この誘電体膜の2次元X線回折像およびX線回折パターンをそれぞれ図15(a)および(b)に示す(図15(b)中、「900℃」と示したパターンである)。本比較例の誘電体膜は、SrNbが結晶構造の主体を成す。本比較例の誘電体膜は、図15(b)に「900℃」にて示すX線回折パターン(1次元プロファイル)において複数のピークが存在し、なかでも2θ=29°付近の(131)面および2θ=28°付近の(150)面で比較的大きいピークが認められた。しかしながら、図15(a)に示す2次元X線回折像においてはスポットが観察されなかったことから、本比較例の誘電体膜は配向面を有しない(換言すれば、(131)面および(150)面は配向面ではない)。なお、参考までに、図15(b)中に、本比較例を改変して得た膜のX線回折パターンを併せて示し、「成膜後」は、工程(a)の前駆体膜を形成した後、工程(b)に付す前の膜のX線回折パターンであり、「700℃」および「800℃」は、工程(b)における熱処理(PDA温度)をそれぞれ700℃および800℃として得た誘電体膜のX線回折パターンである。
Main Crystal Structure and Orientation Planes A two-dimensional X-ray diffraction image and an X-ray diffraction pattern of this dielectric film are shown in FIGS. pattern). In the dielectric film of this comparative example, Sr 2 Nb 2 O 7 constitutes the main crystal structure. The dielectric film of this comparative example has a plurality of peaks in the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) shown at "900° C." in FIG. Relatively large peaks were observed in the plane and the (150) plane near 2θ=28°. However, no spots were observed in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. 150) plane is not an orientation plane). For reference, FIG. 15(b) also shows the X-ray diffraction pattern of the film obtained by modifying this comparative example. After forming, it is the X-ray diffraction pattern of the film before being subjected to the step (b). It is an X-ray diffraction pattern of the obtained dielectric film.

配向面の配向度
本比較例の誘電体膜は、配向面ではないが、(131)の配向度は0.52であり、(150)の配向度は0.30であった。
Degree of Orientation of Oriented Surface Although the dielectric film of this comparative example was not an oriented surface, the degree of orientation of (131) was 0.52 and the degree of orientation of (150) was 0.30.

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
本比較例の誘電体膜は、配向面ではないが、(131)のピークの半値幅は21.4°であり、(150)のピークの半値幅は20.8°であった。
Variation in Inclination of Crystallographic Axis of Oriented Plane Although the dielectric film of this comparative example is not an oriented plane, the half-value width of the (131) peak is 21.4°, and the half-value width of the (150) peak is 20°. .8°.

電気特性評価
本比較例の誘電体膜の電気特性を評価した結果を図16に示す。図16から理解されるように、本比較例の誘電体膜は、20~300℃に亘って、40~60程度の低い比誘電率を示した。
Evaluation of Electrical Characteristics FIG. 16 shows the results of evaluating the electrical characteristics of the dielectric film of this comparative example. As understood from FIG. 16, the dielectric film of this comparative example exhibited a low dielectric constant of about 40 to 60 over a temperature range of 20 to 300.degree.

(比較例6)
本比較例は、LaTiで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Example 6)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by La 2 Ti 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)において、RFスパッタリングを、蒸着源としてLaTi原料のターゲットを用い、LaTi原料のRFパワーを50Wとして蒸着させて、LaTiで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、LaTiで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、基板温度500℃、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約80nmであった。
-Manufacturing procedure In step (a), RF sputtering is performed using a La 2 Ti 2 O 7 raw material target as a deposition source, and the La 2 Ti 2 O 7 raw material is vapor-deposited at an RF power of 50 W to deposit La 2 Ti 2 O. A dielectric film having a composition represented by La 2 Ti 2 O 7 was formed in the same manner as in Example 1 except that a precursor film having a composition represented by La 2 Ti 2 O 7 was formed to obtain a capacitor. (As in Example 1, the substrate temperature was 500° C. and the PDA temperature was 900° C.). The thickness of the obtained dielectric film was about 80 nm.

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、LaTiの組成を有し、Aの元素がLaしか存在しない。
Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition of La 2 Ti 2 O 7 and only La is present as the element A.

結晶構造の主体および配向面
この誘電体膜の2次元X線回折像およびX線回折パターンをそれぞれ図17(a)および(b)に示す(図17(b)中、「900℃」と示したパターンである)。本比較例の誘電体膜は、LaTiが結晶構造の主体を成す。本比較例の誘電体膜は、図17(b)に「900℃」にて示すX線回折パターン(1次元プロファイル)において複数のピークが存在し、なかでも2θ=28°付近の(400)面で比較的大きいピークが認められた。しかしながら、図17(a)に示す2次元X線回折像においてはスポットが観察されなかったことから、本比較例の誘電体膜は配向面を有しない(換言すれば、(400)面は配向面ではない)。なお、参考までに、図17(b)中に、本比較例を改変して得た膜のX線回折パターンを併せて示し、「成膜後」は、工程(a)の前駆体膜を形成した後、工程(b)に付す前の膜のX線回折パターンであり、「700℃」および「800℃」は、工程(b)における熱処理(PDA温度)をそれぞれ700℃および800℃として得た誘電体膜のX線回折パターンである。
Main Crystal Structure and Orientation Planes A two-dimensional X-ray diffraction image and an X-ray diffraction pattern of this dielectric film are shown in FIGS. pattern). In the dielectric film of this comparative example, La 2 Ti 2 O 7 constitutes the main crystal structure. The dielectric film of this comparative example has a plurality of peaks in the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) shown at "900° C." in FIG. A relatively large peak was observed on the surface. However, no spots were observed in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. face). For reference, FIG. 17(b) also shows the X-ray diffraction pattern of the film obtained by modifying this comparative example. After forming, it is the X-ray diffraction pattern of the film before being subjected to the step (b). It is an X-ray diffraction pattern of the obtained dielectric film.

配向面の配向度
本比較例の誘電体膜は、配向面ではないが、(400)の配向度は0.534であった。
Degree of Orientation of Oriented Surface Although the dielectric film of this comparative example was not an oriented surface, the degree of orientation of (400) was 0.534.

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
本比較例の誘電体膜は、配向面ではないが、(400)のピークの半値幅は23.8°であった。
Variation in Inclination of Crystallographic Axis of Oriented Plane Although the dielectric film of this comparative example was not an oriented plane, the half width of the (400) peak was 23.8°.

電気特性評価
本比較例の誘電体膜の電気特性を評価したところ、室温(20℃程度)にて、約43の比誘電率、約0.05の誘電損失および約3×10-7A/cmの電流密度を示した。本比較例のようにAの元素がLaのみの系では、漏れ電流が大きい傾向にあり、本比較例の誘電体膜は、50℃以上では漏れ電流が1mAを超え、電気特性を評価することができなかった。
Evaluation of electrical properties When the electrical properties of the dielectric film of this comparative example were evaluated, it was found that at room temperature (about 20°C), the dielectric constant was about 43, the dielectric loss was about 0.05, and the dielectric loss was about 3 × 10 -7 A/. cm 2 current density was indicated. In the system in which the element of A is only La as in this comparative example, the leakage current tends to be large. I couldn't do it.

(比較例7)
本比較例は、LaZrで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Example 7)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by La 2 Zr 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)において、RFスパッタリングを、蒸着源としてLaZr原料のターゲットを用い、LaZr原料のRFパワーを50Wとして蒸着させて、LaZrで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、LaZrで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、基板温度500℃、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約60nmであった。
- Manufacturing procedure In step (a), RF sputtering is performed using a target of La2Zr2O7 raw material as a vapor deposition source, and RF power of La2Zr2O7 raw material is set to 50 W to deposit La2Zr2O . A dielectric film having a composition represented by La 2 Zr 2 O 7 was formed in the same manner as in Example 1 except that a precursor film having a composition represented by 7 was formed to obtain a capacitor. (As in Example 1, the substrate temperature was 500° C. and the PDA temperature was 900° C.). The thickness of the obtained dielectric film was about 60 nm.

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、LaZrの組成を有し、Aの元素がLaしか存在しない。
Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition of La 2 Zr 2 O 7 and only La is present as the element A.

結晶構造の主体および配向面
この誘電体膜の2次元X線回折像およびX線回折パターンをそれぞれ図18(a)および(b)に示す(図18(b)中、「900℃」と示したパターンである)。本比較例の誘電体膜は、LaZrが結晶構造の主体を成す。本比較例の誘電体膜は、図18(b)に「900℃」にて示すX線回折パターン(1次元プロファイル)において複数のピークが存在し、なかでも2θ=29°付近の(222)面および2θ=59°付近の(444)面で比較的大きいピークが認められた。しかしながら、図17(a)に示す2次元X線回折像においては、2θ=29°付近にスポットが観察され、その他ではスポットが観察されなかったことから、本比較例の誘電体膜は、(222)の配向面を有するものであることが判明した(換言すれば、(444)面は配向面ではない)。なお、参考までに、図18(b)中に、本比較例を改変して得た膜のX線回折パターンを併せて示し、「成膜後」は、工程(a)の前駆体膜を形成した後、工程(b)に付す前の膜のX線回折パターンであり、「700℃」および「800℃」は、工程(b)における熱処理(PDA温度)をそれぞれ700℃および800℃として得た誘電体膜のX線回折パターンである。
Main Crystal Structure and Orientation Planes A two-dimensional X-ray diffraction image and an X-ray diffraction pattern of this dielectric film are shown in FIGS. pattern). In the dielectric film of this comparative example, La 2 Zr 2 O 7 constitutes the main crystal structure. The dielectric film of this comparative example has a plurality of peaks in the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) shown at “900° C.” in FIG. Relatively large peaks were observed on the plane and the (444) plane near 2θ=59°. However, in the two-dimensional X-ray diffraction image shown in FIG. 17A, spots were observed near 2θ=29°, and no spots were observed elsewhere. 222) orientation plane (in other words, the (444) plane is not an orientation plane). For reference, FIG. 18(b) also shows the X-ray diffraction pattern of the film obtained by modifying this comparative example, and “after film formation” means the precursor film in step (a). After forming, it is the X-ray diffraction pattern of the film before being subjected to the step (b). It is an X-ray diffraction pattern of the obtained dielectric film.

配向面の配向度
本比較例の誘電体膜は、配向面(222)の配向度は0.97であった。
Orientation Degree of Orientation Surface In the dielectric film of this comparative example, the orientation degree of the orientation surface (222) was 0.97.

配向面の結晶軸の傾きのばらつき
本比較例の誘電体膜は、配向面(222)のピークの半値幅は4.3°であった。
Variation in Inclination of Crystallographic Axis of Oriented Plane In the dielectric film of this comparative example, the half width of the peak of the oriented plane (222) was 4.3°.

電気特性評価
本比較例の誘電体膜の電気特性を評価したところ、室温(20℃程度)にて、約45の比誘電率、約0.1の誘電損失および約2×10-2A/cmの電流密度を示した。本比較例のようにAの元素がLaのみの系では、漏れ電流が大きい傾向にあり、本比較例の誘電体膜は、50℃以上では漏れ電流が1mAを超え、電気特性を評価することができなかった。
Evaluation of electrical properties When the electrical properties of the dielectric film of this comparative example were evaluated, at room temperature (about 20°C), the dielectric constant was about 45, the dielectric loss was about 0.1, and the dielectric loss was about 2 × 10 -2 A/ cm 2 current density was indicated. In the system in which the element of A is only La as in this comparative example, the leakage current tends to be large. I couldn't do it.

(比較例8)
本比較例は、Sr(TaNb1-xで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Example 8)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by Sr 2 ( TaxNb 1-x ) 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)において、RFスパッタリングは、蒸着源としてSrTa原料のターゲットとSrNb原料のターゲットとを用い、SrTa原料:SrNb原料のRFパワー比を50W:50Wとして、開口エリアを制御可能なシャッター機構を介して交互に蒸着させて、Sr(TaNb1-xで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、Sr(TaNb1-xで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、基板温度500℃、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約70nmであった。
Manufacturing procedure In step (a), RF sputtering uses a Sr 2 Ta 2 O 7 raw material target and a Sr 2 Nb 2 O 7 raw material target as deposition sources, Sr 2 Ta 2 O 7 raw material: Sr 2 Nb The RF power ratio of the 2O7 raw material was 50W:50W, and the aperture areas were alternately deposited via a controllable shutter mechanism to obtain a composition represented by Sr2 ( TaxNb1 -x ) 2O7 . A dielectric film having a composition represented by Sr 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 7 was formed in the same manner as in Example 1, except that a precursor film having (As in Example 1, the substrate temperature was 500° C. and the PDA temperature was 900° C.). The thickness of the obtained dielectric film was about 70 nm.

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、Sr(TaNb1-xで表される組成を有し、誘電体膜における位置に応じて、式中、x=0、0.2、0.4、0.6、0.8および1.0であることが判明した。前記シャッターの開口エリアを制御しつつ、2つの蒸着源から交互に蒸着させることにより、誘電体膜に組成傾斜を生じさせることができ、概略的には、SrTa原料に近接した領域はSrTaリッチになり、SrNb原料に近接した領域はSrNbリッチになった。
・Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition represented by Sr 2 (Ta x Nb 1-x ) 2 O 7 , where x= 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0. By alternately evaporating from two deposition sources while controlling the opening area of the shutter, a compositional gradient can be produced in the dielectric film. The regions became Sr 2 Ta 2 O 7 rich and the regions close to the Sr 2 Nb 2 O 7 source became Sr 2 Nb 2 O 7 rich.

この誘電体膜における、x=0、0.2、0.4、0.6、0.8および1.0である各領域のX線回折パターン(1次元プロファイル)を図19に示す(図19中に示す「xSrTa-(1-x)SrNb」は、原料ベースでの表記であるが、Sr(TaNb1-xと同義である)。x=0の場合は、比較例5の誘電体膜と同様に、配向面が存在なかった。x=1.0の場合は、比較例4の誘電体膜と同様に、配向面(110)を有した。x=0、0.2、0.4、0.6、0.8および1.0のいずれの場合においても、室温(25℃)での比誘電率は60以下であり、高い比誘電率は得られなかった。FIG. 19 shows the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) of each region where x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 in this dielectric film (Fig. "xSr 2 Ta 2 O 7 -(1-x)Sr 2 Nb 2 O 7 " shown in No. 19 is notation based on raw materials, but is synonymous with Sr 2 ( Tax Nb 1-x ) 2 O 7 . is). When x=0, as in the dielectric film of Comparative Example 5, there was no orientation plane. In the case of x=1.0, like the dielectric film of Comparative Example 4, it had an orientation plane (110). In any case of x = 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0, the dielectric constant at room temperature (25 ° C.) is 60 or less, and the dielectric constant is high was not obtained.

(比較例9)
本比較例は、La(ZrTi1-xで表される組成を有する誘電体膜およびかかる誘電体膜を備えるキャパシタに関する。
(Comparative Example 9)
This comparative example relates to a dielectric film having a composition represented by La 2 (Zr x Ti 1-x ) 2 O 7 and a capacitor comprising such a dielectric film.

・製造手順
工程(a)において基板を550℃に加熱したこと(即ち、基板温度550℃)、RFスパッタリングは、蒸着源としてLaZr原料のターゲットとLaTi原料のターゲットとを用い、LaZr原料:LaTi原料のRFパワー比を50W:50Wとして、開口エリアを制御可能なシャッター機構を介して交互に蒸着させて、La(ZrTi1-xで表される組成を有する前駆体膜を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、La(ZrTi1-xで表される組成を有する誘電体膜を形成して、キャパシタを得た(実施例1と同様に、PDA温度900℃とした)。得られた誘電体膜の厚さは約70nmであった。
- Manufacturing procedure In step (a) , the substrate was heated to 550 °C (that is, the substrate temperature was 550 ° C ). Using a target, the RF power ratio of La 2 Zr 2 O 7 raw material:La 2 Ti 2 O 7 raw material is 50 W: 50 W, and the opening area is alternately vapor-deposited through a controllable shutter mechanism to obtain La 2 ( La 2 (Zr x Ti 1-x ) 2 O 7 was prepared in the same manner as in Example 1 except that a precursor film having a composition represented by Zr x Ti 1-x ) 2 O 7 was formed. A dielectric film having a composition was formed to obtain a capacitor (the PDA temperature was set to 900° C. in the same manner as in Example 1). The thickness of the obtained dielectric film was about 70 nm.

・分析および評価
組成
本比較例の誘電体膜は、La(ZrTi1-xで表される組成を有し、誘電体膜における位置に応じて、式中、x=0、0.2、0.4、0.6、0.8および1.0であることが判明した。前記シャッターの開口エリアを制御しつつ、2つの蒸着源から交互に蒸着させることにより、誘電体膜に組成傾斜を生じさせることができ、概略的には、LaZr原料に近接した領域はLaZrリッチになり、LaTi原料に近接した領域はLaTiリッチになった。
・Analysis and Evaluation Composition The dielectric film of this comparative example has a composition represented by La 2 (Zr x Ti 1-x ) 2 O 7 , where x= 0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0. By alternately vapor-depositing from two vapor deposition sources while controlling the opening area of the shutter, a compositional gradient can be produced in the dielectric film. The regions became La 2 Zr 2 O 7 rich and the regions close to the La 2 Ti 2 O 7 source became La 2 Ti 2 O 7 rich.

この誘電体膜における、x=0、0.2、0.4、0.6、0.8および1.0である各領域のX線回折パターン(1次元プロファイル)を図20に示す(図20中に示す「xLaZr-(1-x)LaTi」は、原料ベースでの表記であるが、La(ZrTi1-xと同義である)。x=0の場合は、比較例6の誘電体膜と同様に、配向面が存在なかった。x=1.0の場合は、比較例7の誘電体膜と同様に、配向面(222)を有した。(なお、比較例6および7は、本比較例と異なり、基板温度500℃とした点に留意されたい。)x=0、0.2、0.4、0.6、0.8および1.0のいずれの場合においても、室温(25℃)での比誘電率は50以下であり、高い比誘電率は得られなかった。また、これらいずれの場合においても、50℃以上では漏れ電流が1mAを超え、電気特性を評価することができなかった。FIG. 20 shows the X-ray diffraction pattern (one-dimensional profile) of each region where x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 in this dielectric film (Fig. “xLa 2 Zr 2 O 7 -(1-x)La 2 Ti 2 O 7 ” shown in 20 is a notation based on raw materials, but is synonymous with La 2 (Zr x Ti 1-x ) 2 O 7 is). When x=0, there was no orientation plane as in the dielectric film of Comparative Example 6. In the case of x=1.0, like the dielectric film of Comparative Example 7, it had an orientation plane (222). (Note that in Comparative Examples 6 and 7, the substrate temperature was 500° C., unlike this Comparative Example.) x=0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1. 0.0, the dielectric constant at room temperature (25° C.) was 50 or less, and a high dielectric constant was not obtained. Moreover, in any of these cases, the leakage current exceeded 1 mA at 50° C. or higher, and the electrical characteristics could not be evaluated.

本発明の誘電体膜は、キャパシタ(特に薄膜キャパシタ)における誘電体膜として好適に利用され、かかるキャパシタは種々の電子部品に利用され得るが、本発明の誘電体膜はかかる用途のみに限定されない。 The dielectric film of the present invention is suitably used as a dielectric film in capacitors (especially thin film capacitors), and such capacitors can be used in various electronic components, but the dielectric film of the present invention is not limited to such uses. .

本願は、2019年6月5日付けで日本国にて出願された特願2019-105680に基づく優先権を主張し、その記載内容の全てが、参照することにより本明細書に援用される。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-105680 filed in Japan on June 5, 2019, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

1 基板
3 電極(下部電極)
5 誘電体膜
7 電極(上部電極)
10 キャパシタ
1 substrate 3 electrode (lower electrode)
5 dielectric film 7 electrode (upper electrode)
10 capacitor

Claims (11)

パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜であって、
(Sr La 1-x (Ta Ti 1-x (式中のx=0.35)の組成を有し、
該誘電体膜の結晶構造の主体を成すSr Ta に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、(111)の配向面を有し、
前記(111)の配向面が、0.506の配向度を有する、誘電体膜。
A dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure,
(Sr x La 1-x ) 2 (Tax Ti 1-x ) 2 O 7 (where x=0.35) ,
Regarding Sr 2 Ta 2 O 7 which forms the main part of the crystal structure of the dielectric film, the (h00), (0k0), (00l), (h0l) and (0kl) planes (h, k and l exclude 0 is an integer), has a (111) orientation plane,
The dielectric film, wherein the (111) orientation plane has an orientation degree of 0.506 .
パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜であって、
(Sr La 1-x (Ta Ti 1-x (式中のx=0.35)の組成を有し、
該誘電体膜の結晶構造の主体を成すSr Ta に関して、(h00)、(0k0)、(00l)、(h0l)および(0kl)の面(h、kおよびlは0を除く整数である)以外に、(111)の配向面を有し、
前記(111)の配向面の結晶軸の傾きのばらつきが6.42°である、誘電体膜。
A dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure,
(Sr x La 1-x ) 2 (Tax Ti 1-x ) 2 O 7 (where x=0.35) ,
Regarding Sr 2 Ta 2 O 7 which forms the main part of the crystal structure of the dielectric film, the (h00), (0k0), (00l), (h0l) and (0kl) planes (h, k and l exclude 0 is an integer), has a (111) orientation plane,
The dielectric film, wherein the (111) -orientation plane has a tilt variation of 6.42° .
3nm以上1μm以下の厚さを有する、請求項1または2に記載の誘電体膜。 3. The dielectric film according to claim 1, having a thickness of 3 nm or more and 1 μm or less. 電極と、該電極の上に配置された請求項1~のいずれかに記載の誘電体膜とを含むキャパシタ。 A capacitor comprising an electrode and the dielectric film according to any one of claims 1 to 3 disposed over the electrode. 前記誘電体膜と接する前記電極の表面が、(111)または(001)の面である、請求項に記載のキャパシタ。 5. The capacitor according to claim 4 , wherein the surface of said electrode in contact with said dielectric film is a (111) or (001) plane. パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有する誘電体膜の製造方法であって、
(a)350~600℃の温度に加熱された基板の表面に、(Sr La 1-x (Ta Ti 1-x (式中のx=0.35)の組成を有する前駆体膜を気相堆積により形成すること、および
(b)前記前駆体膜が形成された前記基板を、酸素を含む雰囲気にて850~1050℃の温度で熱処理して、該前駆体膜から、パイロクロア型または層状ペロブスカイト型の結晶構造を有し、かつ前記組成を有する誘電体膜を得ること
を含む、製造方法。
A method for producing a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure, comprising:
(a) A composition of (Sr x La 1-x ) 2 (T x Ti 1-x ) 2 O 7 (where x = 0.35) was deposited on the surface of a substrate heated to a temperature of 350 to 600°C. and (b) heat-treating the substrate on which the precursor film is formed at a temperature of 850 to 1050° C. in an atmosphere containing oxygen to form the precursor A manufacturing method, comprising obtaining a dielectric film having a pyrochlore-type or layered perovskite-type crystal structure and having the composition from the film.
前記(a)にて、前記気相堆積が、Sr Ta の組成を有する第1原料と、La Ti の組成を有する第2原料とを使用して実施される、請求項に記載の誘電体膜の製造方法。 In (a) above, the vapor deposition is performed using a first source material having a composition of Sr2Ta2O7 and a second source material having a composition of La2Ti2O7 , 7. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 6 . 前記気相堆積が、第1原料からのSr Ta の成長レートより、第2原料からのLa Ti の成長レートが大きい条件にて実施される、請求項に記載の誘電体膜の製造方法。 8. The vapor phase deposition according to claim 7 , wherein the growth rate of La 2 Ti 2 O 7 from the second source material is higher than the growth rate of Sr 2 Ta 2 O 7 from the first source material. A method for manufacturing a dielectric film of 前記気相堆積が、高周波スパッタリングによって、第1原料に印加される出力より、第2原料に印加される出力が大きい条件にて実施される、請求項に記載の誘電体膜の製造方法。 9. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 8 , wherein said vapor phase deposition is performed by high frequency sputtering under the condition that the power applied to the second source material is higher than the power applied to the first source material. 前記(b)にて、前記熱処理が、酸素を含むガス雰囲気にて実施される、請求項6~9のいずれかに記載の誘電体膜の製造方法。 10. The method of manufacturing a dielectric film according to claim 6, wherein in said (b), said heat treatment is performed in a gas atmosphere containing oxygen. 前記(a)にて、前記基板がその表面に予め導電性部材を有し、該基板の該導電性部材の上に前記前駆体膜が気相堆積により形成される、請求項6~10のいずれかに記載の誘電体膜の製造方法。 11. The method according to any one of claims 6 to 10, wherein in (a), the substrate has a conductive member in advance on its surface, and the precursor film is formed on the conductive member of the substrate by vapor deposition. A method for producing a dielectric film according to any one of the above.
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