JPH10302545A - 誘電体薄膜および薄膜コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＤＣバイアス印加下でも大きな比誘電率を示
し、かつ静電容量の温度変化率が小さく、高周波領域に
おいても比誘電率が大きい誘電体薄膜および薄膜コンデ
ンサを提供する。 【解決手段】金属元素としてＰｂ、Ｍｇ、ＮｂおよびＺ
ｎを含むペロブスカイト型複合酸化物からなる膜厚２μ
ｍ以下の誘電体薄膜であって、前記金属元素酸化物のモ
ル比による組成式を（１−ｘ−ｙ）Ｐｂ_a （Ｍｇ_b/3 Ｎ
ｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｘＰｂ_a （Ｚｎ_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｙ
Ｐｂ_a ＺｒＯ₃ と表した時、前記ｘ、ｙ、ａおよびｂ
が、０＜ｘ≦０．５０、０≦ｙ≦０．２０、１＜ａ≦
１．１０、１＜ｂ≦１．１５を満足するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘電体薄膜およびこ
の誘電体薄膜を用いた薄膜コンデンサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】従来、２種以上の金属からなる複合ペロブ
スカイト酸化物、特にＰｂ（Ｍｇ_{1/ 3} Ｎｂ_2/3 ）Ｏ
₃ （以下、ＰＭＮという）は室温で大きな比誘電率を有
するため、コンデンサ材料として有用であることが知ら
れている。

【０００３】このようなＰＭＮ焼結体として、従来、Ｐ
ｂＯ粉末とＭｇＣＯ₃ 粉末とＮｂ₂Ｏ₅ 粉末とを一括し
て混合粉砕し、焼結する固相焼結法が知られている。し
かしながら、このような一括して混合粉砕する固相焼結
によるＰＭＮ焼結体の作製では、ほぼペロブスカイト単
相からなる焼結体を得るのは困難であり、低温で安定な
パイロクロア相が生成し易く、また生成したパイロクロ
ア相は比誘電率が低いため、結果として焼結体の比誘電
率が低くなり、コンデンサ材料として不適当な場合が多
い。

【０００４】このため、固相焼結法では、ＭｇＮｂ酸化
物（ＭｇＮｂ₂ Ｏ₆ ）とＰｂ原料、およびＴｉ原料を反
応させるコランバイト法による合成が行われている。こ
の方法によれば、ほぼペロブスカイト単相の焼結体を得
ることが可能となり、比誘電率を１５０００以上とする
ことができる。しかしながら、従来、これらバルク材料
は比誘電率の周波数分散が大きく、１ＭＨｚ以上の高周
波では比誘電率が小さくなり、コンデンサとして機能し
なくなると考えられていた。

【０００５】近年においては、電子機器の小型、薄形化
に伴い、電子部品の小型化，薄膜化が要求されている。
特に受動部品であるコンデンサの小型、薄形化は必須と
なっている。また、コンピュータ等の高速デジタル回路
を用いた電子機器は高周波化の流れにあり、数１０ＭＨ
ｚから数１００ＭＨｚの動作周波数帯域が重要になって
きている。これにともない、コンデンサ等の受動部品も
高周波もしくは高速デジタルパルスに対して優れた特性
を示すことが必須になってきている。

【０００６】近年、ＰＭＮ等の高誘電率材料を薄膜化
し、薄膜コンデンサに応用しようとされているが、従来
の固相焼結法では膜厚はせいぜい１０μｍ程度であっ
た。また薄膜においても固相焼結法による焼結体と同
様、低温で安定なパイロクロア相が生成し易く、ほぼペ
ロブスカイト単相からなる膜を得るのが困難となり、コ
ンデンサ材料として不適当な場合が多い。特に薄膜化す
る場合、下部電極との格子の不整合および化学結合の相
違等でパイロクロア相が生成し易いという問題があると
言われており（例えば、特開平６−５７４３７号公報参
照）、パイロクロア相の少ないペロブスカイト単相のＰ
ＭＮ薄膜を得るのが困難であった。

【０００７】これらのパイロクロア相生成の問題を解決
する手法として、ゾルゲル法で作製されたＰＭＮ薄膜に
おいては、急速昇温焼成（特開平２−１７７５２１号公
報参照）やシーディング法（特開平６−５７４３７号公
報参照）等の種々の手法が提案されており、ペロブスカ
イト単相に近いＰＭＮ薄膜が得られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記急
速昇温焼成法，シーディング法によるＰＭＮ薄膜では、
ほぼペロブスカイト単相からなる膜が得られているが、
未だ室温における比誘電率が低く、ＰＭＮ系材料本来の
特性が発揮されていないのが現状であった。

【０００９】また、典型的なコンデンサ材料であるＢａ
ＴｉＯ₃ 、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3）Ｏ₃ のようなリラ
クサ材料は１ＫＨｚ程度の低周波領域においては大きな
比誘電率を示し、コンデンサ材料として優れた材料であ
るが、周波数分散が大きいため、高周波領域における比
誘電率の減少が大きく、高周波領域では高誘電率材料と
して使えないと考えられてきた（特開平６−７７０８３
号公報参照）。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題の
解決方法を鋭意検討した結果、バルクにおいて、マクロ
な自発分極を持たないため、ＤＣバイアス依存性が小さ
く、大きな比誘電率を持ち、室温より低温で最大の誘電
率を示すＰＭＮに、室温より高温でＰＭＮよりさらに高
誘電率を示すＰｂ（Ｚｎ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ （以下ＰＺ
Ｎ）と、反強誘電体である為、ＤＣバイアス依存性が小
さいＰｂＺｒＯ₃ （以下ＰＺ）を固溶した材料を薄膜化
することにより、室温においてＤＣバイアス印加下でも
大きな比誘電率を示し、かつ高周波領域においても大き
な比誘電率を示すことを知見し、本発明に至った。

【００１１】即ち、本発明の誘電体薄膜は、金属元素と
してＰｂ、Ｍｇ、ＮｂおよびＺｎを含むペロブスカイト
型複合酸化物からなる膜厚２μｍ以下の誘電体薄膜であ
って、前記金属元素酸化物のモル比による組成式を、
（１−ｘ−ｙ）Ｐｂ_a （Ｍｇ_{b/ 3} Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｘＰ
ｂ_a （Ｚｎ_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｙＰｂ_a ＺｒＯ₃ と表
した時、前記ｘ、ｙ、ａおよびｂが、０＜ｘ≦０．５
０、０≦ｙ≦０．２０、１＜ａ≦１．１０、１＜ｂ≦
１．１５を満足するものである。ここで、結晶粒子の形
状が円盤状であり、該円盤状の結晶粒子の平均粒径が
０．３μｍ以上であることが望ましい。

【００１２】また、本発明の誘電体薄膜は、測定周波数
１ｋＨｚ（室温）において１０００以上であり、かつ、
測定周波数１００ＭＨｚ（室温）における比誘電率が１
０００以上の特性を有する。

【００１３】本発明の薄膜コンデンサは、上記誘電体薄
膜の両面に一対の電極を対向して形成してなるものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明の誘電体薄膜によれば、マクロな自発分
極を持たないためＤＣバイアス特性に優れ、高誘電率で
あり、室温より低温で最大の比誘電率を示すＰＭＮにＰ
ＭＮよりさらに高誘電率を室温より高温で示すＰＺＮを
固溶するため、室温において高誘電率でＤＣバイアス特
性に優れた材料になる。特に、ＤＣバイアス特性に優れ
たＰｂＺｒＯ₃ を固溶することにより、室温において高
誘電率でＤＣバイアス特性に優れた材料になる。

【００１５】また、薄膜にすることにより、ペロブスカ
イト型複合酸化物の平均結晶粒子径がサブミクロンのオ
ーダに小さくなり、より常誘電体的性質が支配的になる
ため、静電容量の温度特性及びＤＣバイアス特性を良好
とすることができる。また１００ＭＨｚの様な高周波に
おいても、強誘電性の起源であるマクロな自発分極がな
いために自発分極に起因する誘電率の周波数分散が小さ
く、高周波においても大きな比誘電率を示す。

【００１６】本発明の薄膜コンデンサでは、上記の優れ
た特性を有する誘電体薄膜の両面に、例えば、膜厚０．
０５μｍ以上の白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔ
ｉ）、パラジウム（Ｐｄ）薄膜である一対の電極を対向
して形成することにより、高周波においても高誘電率で
優れた薄膜コンデンサを得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の誘電体薄膜は、膜厚２μ
ｍ以下の誘電体薄膜である。ここで、膜厚２μｍ以下の
誘電体薄膜としたのは、これより厚くなると工程数が増
加し、またコンデンサを構成した場合、容量が小さくな
るからである。誘電体薄膜の膜厚は、製造の容易性、膜
質劣化の点で１μｍ以下が望ましく、さらに膜の絶縁性
を考慮すると特に０．３μｍ〜１μｍが望ましい。

【００１８】また、モル比による組成式を、（１−ｘ−
ｙ）Ｐｂ_a （Ｍｇ_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｘＰｂ（Ｚｎ
_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｙＰｂ_a ＺｒＯ₃ と表した時、前
記ｘ、ｙ，ａおよびｂが、０＜ｘ≦０．５０、０≦ｙ≦
０．２０、１＜ａ≦１．１０、１＜ｂ≦１．１５を満足
するものである。

【００１９】このように、Ｐｂ（Ｚｎ_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ
₃ 量を示すｘを０＜ｘ≦０．５０としたのは、ｘが０．
５０より大きくなると低誘電率相であるパイロクロアが
生成して、比誘電率が低下するからである。ｘは、高誘
電率という観点から、０．０５≦ｘ≦０．３であること
が望ましい。

【００２０】また、ＰｂＺｒＯ₃ 量を示すｙを０≦ｙ≦
０．２０としたのは、ｙが０．２０よりも多くなると、
低誘電率を示すＰｂＺｒＯ₃ の特性が強く表面化し、比
誘電率は急激に小さくなるからである。ｙは、高誘電率
という観点から、０．０５≦ｙ≦０．１０であることが
望ましい。

【００２１】また、ａを１＜ａ≦１．１０としたのは、
ａが１以下の場合には、パイロクロア相が生成し、比誘
電率が低下するからであり、１．１よりも大きい場合に
はＰｂＯが粒界に析出し、比誘電率が低下するからであ
る。ａは特性の再現性が良いという理由から１．０５≦
ａ≦１．１であることが望ましい。

【００２２】さらに、ｂを１＜ｂ≦１．１５としたの
は、ｂが１以下の場合や１．１５よりも大きい場合に
は、比誘電率が低下するからである。ｂは特性の再現性
が良いという理由から１．０５≦ｂ≦１．１であること
が望ましい。

【００２３】本発明の誘電体薄膜では、その結晶粒子は
円盤状をなしており、その平均粒径は、０．３μｍ以上
であることが望ましい。これは、一般に結晶粒子が大き
くなるにつれて比誘電率が向上するからである。

【００２４】また、本発明の薄膜コンデンサは、上記し
た誘電体薄膜の両面に一対の電極を対向して形成してな
るものである。尚、誘電体薄膜と電極とを交互に積層し
た積層薄膜コンデンサであっても良いことは勿論であ
る。

【００２５】コンデンサの電極としては、厚さ０．０５
μｍ以上の白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、チタン（Ｔ
ｉ）、パラジウム（Ｐｄ）薄膜等があり、これらのうち
でも配向した白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａ
ｕ）薄膜が最適である。Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕは膜との反応
性が小さく、また酸化されにくい為、膜との界面に低誘
電率相が形成されにくいからである。

【００２６】電極の膜厚を０．０５μｍ以上としたのは
０．０５μｍ未満であると高周波領域における等価直列
抵抗が大きくなるためである。配向した白金（Ｐｔ）薄
膜とは、配向性または単結晶的白金（Ｐｔ）薄膜であ
り、配向性を有するＰｔ薄膜とは、３つの結晶軸のうち
一つの軸が膜表面に近似的に垂直な方向に揃った膜であ
り、単結晶的Ｐｔ薄膜とは３つの結晶軸が全て揃った膜
である。このような電極は、スパッタ蒸着やレーザ蒸着
法等物理的蒸着において、電極が形成される基板温度を
４５０℃以上とすることにより得られるもので、これら
のうちでも、基板温度を４５０℃以上としたスパッタ蒸
着が望ましい。

【００２７】また、金属薄膜を蒸着する基板としては、
アルミナ、サファイア、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ₃ 単
結晶、チタン被覆シリコン、または銅（Ｃｕ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、ステンレススティール（Ｓ
ＵＳ）薄膜もしくは薄板が望ましい。特に、薄膜との反
応性が小さく、安価で硬度が大きく、かつ金属薄膜の結
晶性という点からアルミナ、サファイアが望ましく、高
周波領域における低抵抗化の点で銅（Ｃｕ）薄板または
銅（Ｃｕ）薄膜が望ましい。

【００２８】本発明の薄膜コンデンサは、例えば、Ｐ
ｔ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｄ等を基板上にスパッタ法、蒸着
法、グラビア印刷等の手法により成膜して下部電極を形
成し、この下部電極膜の表面に、誘電体膜を上記方法で
成膜して形成し、この後に誘電体薄膜表面に下部電極と
同様にして上部電極を成膜することにより得られる。ま
た、積層コンデンサは誘電体膜と電極とを交互に積層す
ることにより得られる。

【００２９】本発明の誘電体薄膜は、例えば、以下のよ
うにして作製される。先ず、塗布溶液としてＰｂ、Ｍ
ｇ、Ｚｎ、Ｎｂ、およびＺｒの有機金属化合物が均一に
溶解した前駆体溶液を調製する。

【００３０】次に、Ｍｇ、及びＮｂの有機酸塩、無機
塩、アルコキシドから選択される少なくとも１種のＭｇ
化合物、Ｎｂ化合物をＭｇ：Ｎｂ＝ｂ：２（１＜ｂ≦
１．１５）のモル比でＲ₁ ＯＨ、Ｒ₂ ＯＣ₂ Ｈ₄ ＯＨ、
Ｒ₃ ＣＯＯＨ（Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃：炭素数１以上のアル
キル基）で示される溶媒に混合する。混合後、所定の操
作を行い、ＩＲスペクトルにおいて６５６ｃｍ^-1付近に
吸収を有し、他の求核性の有機金属化合物の存在下にお
いても安定なＭｇ−Ｏ−Ｎｂ結合を有するＭｇＮｂ複合
アルコキシド分子を合成する。

【００３１】ＩＲスペクトルにおいて６５６ｃｍ^-1付近
に吸収を有するＭｇＮｂ複合アルコキシド分子を得るに
は、以下のような方法がある。

【００３２】第１の方法として、ＭｇおよびＮｂのアル
コキシド原料を溶媒に混合し、溶媒の沸点まで溶液の温
度を上昇させ、例えば酸等の触媒の共存下で還流操作を
行うことにより、分子内での脱エーテル反応を促進する
方法。

【００３３】第２の方法として、上記のようにＭｇおよ
びＮｂのアルコキシド原料を溶媒に混合し、溶媒の沸点
まで溶液の温度を上昇させ、還流操作による複合化を行
った後、無水酢酸、エタノールアミン、アセチルアセト
ン等に代表される安定化剤を添加する方法。

【００３４】第３の方法として、Ｍｇのカルボン酸塩と
Ｎｂのアルコキシドとの還流操作により、分子内での脱
エステル反応を促進する方法。

【００３５】第４の方法として、Ｍｇの水酸化物とＮｂ
のアルコキシド、あるいはＭｇのアルコキシドとＮｂの
水酸化物の還流操作により、分子内での脱アルコール反
応を促進する方法。

【００３６】第５の方法しとて、鉛前駆体の求核性を小
さくする為、前述の無水酢酸，エタノールアミン、アセ
チルアセトン等の安定化剤を添加する方法。

【００３７】以上のいずれかの手法を用いる事により、
他の求核性有機金属化合物の存在下においても安定なＭ
ｇ−Ｏ−Ｎｂ結合を有するＭｇＮｂ複合アルコキシド分
子を合成できる。これらのうちでも、第２の還流操作後
に安定化剤を添加する方法が最も望ましい。

【００３８】また、合成した上記ＭｇＮｂ複合アルコキ
シド溶液に水と溶媒の混合溶液を適下し、部分加水分解
を行い、前述のＭｇＮｂ複合アルコキシドが重縮合した
ＭｇＮｂゾルを形成させる。部分加水分解とは、分子内
のアルコキシル基の一部を水酸基と置換し、置換された
分子内での脱水、あるいは脱アルコール反応により重縮
合させる方法である。

【００３９】次に、Ｚｎ、Ｎｂの有機酸塩、無機塩、ア
ルコキシドから選択される少なくとも１種の有機金属化
合物をＲ₁ ＯＨ、Ｒ₂ ＯＣ₂ Ｈ₄ ＯＨ、Ｒ₃ ＣＯＯＨ
（Ｒ₁、Ｒ₂ 、Ｒ₃ ：炭素数１以上のアルキル基）で示
される溶媒に混合した後、還流操作を行いＺｎ−Ｎｂ複
合アルコキシド溶液を合成する。

【００４０】次に、鉛（Ｐｂ）の有機酸塩、無機塩、ア
ルコキシドから選択される少なくとも１種の鉛化合物を
Ｒ₁ ＯＨ、Ｒ₂ ＯＣ₂ Ｈ₄ ＯＨ、Ｒ₃ ＣＯＯＨ（Ｒ₁ 、
Ｒ₂、Ｒ₃ ：炭素数１以上のアルキル基）で示される溶
媒に混合する。この時、鉛化合物が結晶水を含む場合に
は、作製したＰｂ前駆体溶液中に水が存在しないように
脱水処理する。

【００４１】作製したＰｂ前駆体溶液とＭｇＮｂ複合ア
ルコキシド溶液、あるいはＭｇＮｂゾルをＰｂ：（Ｍｇ
＋Ｎｂ）＝ａ：（ｂ＋２）／３（１＜ａ≦１．１０、１
＜ｂ≦１．１５）のモル比で混合し、ＰＭＮ前駆体溶液
とする。

【００４２】作製したＰｂ前駆体溶液とＺｎＮｂ複合ア
ルコキシド溶液をＰｂ：（Ｚｎ＋Ｎｂ）＝ａ：（ｂ＋
２）／３（１＜ａ≦１．１０、１＜ｂ≦１．１５）のモ
ル比で混合し、ＰＺＮ前駆体溶液とする。

【００４３】Ｚｒの有機酸塩、アルコキシド等から選択
される１種のＺｒ化合物と、前述したＰｂ前駆体溶液と
をＰｂ：Ｚｒ＝ａ：１（１＜ａ≦１．１０）のモル比で
混合した後、還流操作を行いＰＺ前駆体溶液を合成す
る。

【００４４】前述のＰＭＮ前駆体溶液とＰＺＮ前駆体溶
液及びＰＺ前駆体溶液をモル比でＰＭＮ：ＰＺＮ：ＰＺ
＝（１−ｘ−ｙ）：ｘ：ｙとなる様に混合し、（１−ｘ
−ｙ）ＰＭＮ−ｘＰＺＮ−ｙＰＺ前駆体溶液とする。

【００４５】または、Ｚｒの有機酸塩、アルコキシド等
から選択される１種のＺｒ化合物をＲ₁ ＯＨ、Ｒ₂ ＯＣ
₂ Ｈ₄ ＯＨ、Ｒ₃ ＣＯＯＨ（Ｒ₁ 、Ｒ₂ 、Ｒ₃ ：炭素数
１以上のアルキル基）で示される溶媒に混合し、Ｚｒ溶
液を作製する。作製したＺｒ溶液をＭｇＮｂ複合アルコ
キシド溶液、あるいはＭｇＮｂゾルとＺｎＮｂ複合アル
コキシド溶液と混合した後、アセチルアセトン等のキレ
ート剤をＭｇ−Ｚｎ−Ｎｂ溶液の金属量の０．５倍量以
上加え、混合する。

【００４６】作製したＰｂ前駆体溶液もしくは酢酸Ｐｂ
・３水和物のような鉛（Ｐｂ）の有機酸塩と混合し、
（１−ｘ−ｙ）ＰＭＮ−ｘＰＺＮ−ｙＰＺ前駆体溶液と
する作製した塗布溶液を基板上にスピンコート法，ディ
ップコート法，スプレー法等の手法により、成膜する。

【００４７】成膜後、３００〜４００℃の温度で１分間
熱処理を行い、膜中に残留した有機物を燃焼させ、ゲル
膜とする。１回の膜厚は０．１μｍ以下が望ましい。

【００４８】成膜−熱処理を所定の膜厚になるまで繰り
返した後、８００℃〜９２０℃で焼成を行い、本発明の
結晶質の誘電体薄膜が作製される。得られた誘電体薄膜
の膜厚は２μｍ以下であるが、これより厚くなると工程
数が増加し、また、コンデンサを構成した場合、容量が
小さくなるので好ましくない。

【００４９】

【実施例】脱水処理した酢酸ＭｇとＮｂエトキシドを
１．０５：２のモル比で秤量し、２−メトキシエタノー
ル中で還流操作（１２４℃で１７時間）を行い、１Ｍ
（ｍｏｌ／ｌ）濃度のＭｇＮｂ複合アルコキシド溶液を
合成した。ＩＲスペクトルにおいて、６５６ｃｍ^-1付近
にＭｇ−Ｏ−Ｎｂ結合による吸収が見られた。

【００５０】次に、脱水処理した酢酸ＺｎとＮｂエトキ
シドを１．０５：２のモル比で秤量し、２−メトキシエ
タノール中で混合を行い、１Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）濃度のＺ
ｎＮｂ複合アルコキシド溶液を合成した。

【００５１】次にＺｒプロポキシドを２−メトキシエタ
ノールに室温で溶解し、１Ｍ濃度のＺｒ溶液を作製し
た。１Ｍ濃度のＭｇＮｂ複合アルコキシド溶液とＺｎＮ
ｂ複合アルコキシド溶液及びＺｒ溶液を、（Ｍｇ＋Ｎ
ｂ）：（Ｚｎ＋Ｎｂ）：Ｚｒ＝１−ｘ−ｙ：ｘ：ｙの比
率で混合し、還流操作（１２４℃で１７時間）を行い、
その後、アセチルアセトンをＭｇ−Ｚｎ−Ｎｂ−Ｚｒ溶
液の全金属量の１倍量添加後、室温で１０分間撹拌し、
安定化させた。酢酸鉛・３水和物と２−メトキシエタノ
ールをＭｇ−Ｚｎ−Ｎｂ−Ｚｒ溶液にＰｂ：（Ｍｇ＋Ｚ
ｎ＋Ｎｂ＋Ｚｒ）＝１．０５：〔３．０５／３（１−
ｙ）＋ｙ〕となるように混合し、１時間室温で撹拌する
ことにより、１Ｍ濃度のＰｂ_1.05（Ｍｇ_1.05/3Ｎ
ｂ_2/3 ）_1-x-y （Ｚｎ_1.05/3Ｎｂ_2/3 ）_x ＺｒＯ₃ 前駆
体溶液を合成した。

【００５２】電極となるＰｔ（１１１）が６５０℃でス
パッタ蒸着されたサファイア単結晶基板上の上記Ｐｔ電
極の表面に、前記塗布溶液をスピンコーターで塗布し、
乾燥させた後、３００℃で熱処理を１分間行い、ゲル膜
を作製した。塗布溶液の塗布−熱処理の操作を１０回繰
り返した後、９２０℃で０．５分間（大気中）の急速昇
温焼成を行い、膜厚０．５０μｍのＰｂ_1.05（Ｍｇ
_1.05/3Ｎｂ_2/3 ）_1-x-y （Ｚｎ_1.05/3Ｎｂ_2/3 ）_x Ｚｒ
_y Ｏ₃ 薄膜を得た。得られた薄膜のＸ線回折結果より、
ペロブスカイト生成率を計算すると約９２％であった。

【００５３】作製した０．５０μｍの膜厚の薄膜表面に
直径０．２ｍｍの金電極をスパッタ蒸着により形成し、
薄膜コンデンサを作製した後、５００℃で１０分間熱処
理した。ＬＣＲメータ（ヒュウレットパッカード社製４
２８４Ａ）を用いて、２５℃１ｋＨｚ（ＡＣ１００ｍ
Ｖ）の条件で比誘電率、誘電損失を求めた。

【００５４】さらに、ＤＣバイアス特性を、室温におい
て電圧を印加しない場合の比誘電率Ｋ₀ 、直流電界３Ｖ
／μｍの電圧を印加したときの比誘電率Ｋ₁ とした時
に、（Ｋ₀ −Ｋ₁ ）／Ｋ₀ ×１００で求め、表１に記載
した。

【００５５】次に、作製した０．５０μｍ膜厚の膜の表
面に直径０．０５ｍｍの金電極をスパッタ蒸着により形
成し、薄膜コンデンサを作製した後、５００℃で１０分
間熱処理した。この薄膜コンデンサについて、インピー
ダンスアナライザ（ヒュウレットパッカード社製ＨＰ４
２９１Ａ，フィクスチャーＨＰ１６０９２Ａ）およびマ
イクロプローブを用いて１ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚにおけ
る特性評価をおこなった。インピーダンスー周波数特性
の測定により、１００ＭＨｚにおける等価直列容量を評
価し、比誘電率を求めた。

【００５６】また、誘電体薄膜の平面方向の任意の断面
の組織を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観測したと
ころ、結晶粒子は円盤状をなしていることを確認した。
また、その円盤状の結晶粒子の平均粒径を、平面方向の
断面のＳＥＭ写真（５００００倍または３００００倍）
に、長さＬ（７．５ｃｍ）の直線を引き、粒界との交点
Ｎを求め、これからＬ／Ｎの式により求めた（コード
法）。これらの結果を表１の試料Ｎo.１〜１３に記載す
る。

【００５７】

【表１】

【００５８】この表１の試料Ｎo.１〜１３から判るよう
に、本発明の誘電体薄膜は、１００ＭＨｚにおいて１３
６０以上の高誘電率を有するのに対して、比較例ではい
ずれも１００ＭＨｚにおける比誘電率が１０００よりも
低いことが判る。

【００５９】また、酢酸ＭｇとＮｂエトキシドの比をｂ
（０．９〜１．２）：２とし、ＭｇＮｂ複合アルコキシ
ド溶液を合成し、酢酸鉛・３水和物と２−メトキシエタ
ノールをＭｇーＮｂ溶液にＰｂ：（Ｍｇ＋Ｎｂ）＝ａ
（０．９〜１．２）：〔ｂ（０．９〜１．２）＋２〕
（１−ｘ）／３となるように混合し、膜厚を表１に示す
厚みとする以外は、上記と同様に誘電体薄膜を作製し
た。この誘電体薄膜について、平面方向の任意の断面の
組織を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観測したとこ
ろ、結晶粒子は円盤状をなしていることを確認した。ま
た、その結晶粒子の平均粒径を上記と同様にして求め、
さらに上記と同様にして特性を測定した。その結果も表
１の試料Ｎo.１４〜２２に記載した。

【００６０】この表１の試料Ｎo.１４〜２２から、本発
明の誘電体薄膜は、１００ＭＨｚにおいて２２００以上
の高誘電率を有し、また、３Ｖ／μｍの電界に対する比
誘電率の変化は、３０％未満の低下であるの対して、比
較例ではいずれも１００ＭＨｚにおける比誘電率が１０
００よりも低いことが判る。

【００６１】尚、表１の試料Ｎo.５の作製において、焼
成温度を８８０℃、９００℃、９２０とする以外は全く
同様にして誘電体薄膜を作製し、コンデンサを作製し
た。この誘電体薄膜について、平面方向の任意の断面の
組織を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観測したとこ
ろ、結晶粒子は円盤状をなしていることを確認した。ま
た、その結晶粒子の平均粒径を上記と同様にして求め、
さらにこれらの試料について、上記と同様にして１ｋＨ
ｚまたは１００ＭＨｚにおける比誘電率を測定した。こ
れらの結果を表２に示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】この表２から、結晶粒径が大きくなるにつ
れて、比誘電率が高くなることが判る。

【００６４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の誘電体薄
膜は、ＤＣバイアス特性、温度特性が優れているうえ
に、１００ＭＨｚの様な高周波においても比誘電率が大
きい為、素子の小型化を図ることができるとともに、Ｉ
Ｃまわりのデカップリングコンデンサ等の高周波で用い
られるコンデンサとして広く適用できる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属元素としてＰｂ、Ｍｇ、ＮｂおよびＺ
   ｎを含むペロブスカイト型複合酸化物からなる膜厚２μ
   ｍ以下の誘電体薄膜であって、前記金属元素酸化物のモ
   ル比による組成式を （１−ｘ−ｙ）Ｐｂ_a （Ｍｇ_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃・ｘＰ
   ｂ_a （Ｚｎ_b/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ ・ｙＰｂ_a ＺｒＯ₃ と表した時、前記ｘ、ｙ、ａおよびｂが ０＜ｘ≦０．５０ ０≦ｙ≦０．２０ １＜ａ≦１．１０ １＜ｂ≦１．１５ を満足することを特徴とする誘電体薄膜。
2. 【請求項２】結晶粒子の形状が円盤状であり、該円盤状
   の結晶粒子の平均粒径が０．３μｍ以上であることを特
   徴とする請求項１記載の誘電体薄膜。
3. 【請求項３】測定周波数１ｋＨｚ（室温）における比誘
   電率が１０００以上であり、かつ、測定周波数１００Ｍ
   Ｈｚ（室温）における比誘電率が１０００以上であるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の誘電体薄膜。
4. 【請求項４】請求項１記載の誘電体薄膜の両面に一対の
   電極を対向して形成してなることを特徴とする薄膜コン
   デンサ。