JPH10335178A

JPH10335178A - 薄膜コンデンサおよびコンデンサ内蔵基板

Info

Publication number: JPH10335178A
Application number: JP9138927A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nanbu; 信次南部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高速デジタル回路に対応可能な、大容量で、か
つ低インダクタンスの薄膜コンデンサおよび積層型薄膜
コンデンサを提供する。【解決手段】誘電体薄膜１０の両面に電極膜２、５を形
成してなる薄膜コンデンサであって、誘電体薄膜１０が
複数の分割高誘電率体３を離間して配置し、かつ複数の
分割高誘電率体３の間にアモルファスＳｉＯ₂からなる
低誘電率体４を配置してなるもので、誘電体薄膜１０の
両面に形成された電極膜２、５には、同一側にそれぞれ
容量取出部６、７が形成されており、電極膜２、５を流
れる電流がそれぞれ逆方向とされていることが望まし
い。また、上記の薄膜コンデンサが基板内に内蔵される
場合もある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜コンデンサおよ
びコンデンサ内蔵基板に関し、特に、高速動作する電気
回路に配設され、高周波ノイズのバイパス用、もしくは
電源電圧の変動防止用に供される、大容量低インダクタ
ンスの薄膜コンデンサ、およびこの薄膜コンデンサを内
蔵した基板に関する。

【０００２】

【従来技術】電子機器の小型化、高機能化に伴い、電子
機器内に設置される電子部品にも小型化、薄型化、高周
波対応などの要求が強くなってきている。特に大量の情
報を高速に処理する必要のあるコンピュータの高速デジ
タル回路では、メインフレームをはじめパーソナルコン
ピュータレベルにおいても、ＣＰＵチップ内のクロック
周波数は１００ＭＨｚから数百ＭＨｚ、チップ間バスの
クロック周波数も３０ＭＨｚから７５ＭＨｚと高速化が
顕著である。

【０００３】また、ＬＳＩの集積度が高まりチップ内の
素子数の増大につれ、消費電力を抑えるために電源電圧
は低下の傾向にある。これらＩＣ回路の高速化、高密度
化、低電圧化に伴い、コンデンサ等の受動部品も小型大
容量化と併せて、高周波もしくは高速パルスに対して優
れた特性を示すことが必須になってきている。

【０００４】コンデンサを小型高容量にするためには一
対の電極に挟持された誘電体を薄くし、薄膜化すること
が最も有効である。薄膜化は上述した電圧の低下の傾向
にも適合している。一方、ＩＣ回路の高速動作に伴う諸
問題は各素子の小型化よりも一層深刻な問題である。こ
のうち、コンデンサの役割である高周波ノイズの除去機
能において、特に重要となるのは、論理回路の同時切り
替えが同時に発生したときに生ずる電源電圧の瞬間的な
低下を、コンデンサに蓄積されたエネルギーを瞬時に供
給することにより低減する機能である。いわゆるデカッ
プリングコンデンサである。

【０００５】デカップリングコンデンサに要求される性
能は、クロック周波数よりも速い負荷部の電流変動に対
して、いかにすばやく電流を供給できるかにある。従っ
て、１００ＭＨｚから１ＧＨｚにおける周波数領域に対
してコンデンサとして確実に機能しなければならない。
しかし、実際のコンデンサ素子は静電容量成分の他に、
抵抗成分、インダクタンス成分を持つ。容量成分のイン
ピーダンスは周波数増加とともに減少し、インダクタン
ス成分は周波数の増加とともに増大する。

【０００６】すなわち、コンデンサの静電容量をＣ、イ
ンダクタンスをＬとすると、この素子の共振周波数はｆ
₀＝１／（２π（ＣＬ）^1/2）と書け、共振周波数での
インピーダンスが抵抗成分Ｒを与える。ｆ＜ｆ₀ではこ
の素子は電荷供給源のコンデンサとしてふるまい、逆に
ｆ＞ｆ₀ではインダクタンスとしてふるまい、この素子
自体が高周波ノイズの発生源となってしまう。このた
め、ＩＣの動作周波数が高くなるにつれ、コンデンサ素
子自体の持つインダクタンスが、供給すべき過渡電流を
制限してしまい、ロジック回路側の電源電圧の瞬時低
下、または新たな電圧ノイズを発生させてしまう。結果
として、ロジック回路上のエラーを引き起こしてしま
う。

【０００７】特に最近のＬＳＩは総素子数の増大による
消費電力増大を抑えるために電源電圧は低下しており、
電源電圧の許容変動幅も小さくなっている。従って、高
速動作時の電圧変動幅を最小に抑えるため、デカップリ
ングコンデンサ素子自身の持つインダクタンスを減少さ
せ、ｆ₀をＩＣの動作周波数よりも高周波側にもってゆ
くことが望まれている。

【０００８】コンデンサのインダクタンスは電極構造や
その大きさに依存することが知られており、電極形状と
そこを流れる高周波電流分布の最適化が必要であるが、
それにも限界がある。電荷の供給源としてのデカップリ
ングコンデンサを考えれば、低インダクタンスのみなら
ず、電圧変動をできるだけ小さくするためには大容量が
必要である。

【０００９】しかしながら、上記式から理解できるよう
に、単に容量を大きくすれば、ｆ₀が小さくなり高周波
でのコンデンサとしての機能が劣化してしまう。高周波
特性の観点からは、Ｃを小さくしなければならないが、
電源電圧の瞬時低下に対応する電荷供給源としては大容
量が必要であり、この二律背反を解決しなければ１ＧＨ
ｚまでのクロック周波数に対応できるデカップリングコ
ンデンサの実現は困難である。

【００１０】ところで、インダクタンスを減少させる方
法は３種類考えられる。第１は電流経路の長さを最小に
する方法、第２は電流経路をループ構造としループ断面
積を最小にする方法、第３は電流経路をｎ個に分配して
実効的なインダクタンスを１／ｎにする方法である。

【００１１】第１の方法は、単位面積あたりの容量を増
加させて小型化を図ればよく、コンデンサ素子を薄膜化
・小型化することにより達成できる。大容量で高周波特
性の良好なコンデンサを得る目的で、誘電体厚さを１μ
ｍ以下に薄膜化した例として特開昭６０−９４７１６号
公報がある。

【００１２】第２の方法は、一本の電流経路が形成する
磁場を、近接する別の電流経路が形成する磁場により相
殺低減する効果であるから、コンデンサを形成する一対
の電極板、または電極層に流れる電流の向きをできるだ
け同一方向にしないようにすればよい。

【００１３】第３の方法では、多数に分割したコンデン
サを並列接続することによって低インダクタンス化が図
れると同時に低インピーダンス化が実現できる。分割さ
れた一つ一つのコンデンサの容量は小さく、高周波特性
を示す共振周波数ｆ₀を大きくすることができ、このこ
とは文献（T. H. Hubung他、IEEE Transcations on Ele
ctromagnetic Compatibility, Vol.37, NO.2 (1995), 1
55) においても、チップ間バスのプリント基板に多数の
チップコンデンサを配置した例において、理論的・実験
的に実証されている。

【００１４】上記第３の方法を活用したものとして、U.
S. Patent4,853,827 に開示されるものが知られてい
る。これには多数の誘電体ペレットを一対の電極ではさ
み、ペレット間の間隙を低誘電率の樹脂で埋めた、大容
量かつ低インダクタンスのコンデンサが開示され、誘電
体層の厚みが０．３ｍｍで直径が０．５１ｍｍの円板状
のバルクセラミックス（比誘電率＝１５０００）を１０
０個電極間に挿入し、その間隙を低誘電率樹脂で埋める
ことにより、実効容量312 nF/sq.-in. ( =0.4836nF/mm
²) の低インダクタンスコンデンサが得られている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厚みが
数百μｍ以上のバルクセラミックスを用いているため
に、比誘電率の大きな誘電体材料を用いたとしても、実
効容量の上限はたかだか１nF/mm²であり、さらに１対
の電極間距離が数百μｍであるために、前述の第２の方
法を用いて相互インダクタンスの効果によって、低イン
ダクタンス化を図ることができない。

【００１６】また、低誘電率材料として、樹脂を用いて
いるために誘電損失が大きく、コンデンサ素子の低抵抗
化の観点からは好ましくない。デカップリングコンデン
サの電極間距離を小さくし、薄膜化（１μｍ以下）する
ことによって、ノイズ除去能力が向上することは、シミ
ュレーションにより理論的に実証されている（Z. Wu,Y.
Chen, and J.Fang, Proc. Electron. Compo. Conf. 44
th (1994), p.945.）が、電極間の誘電体の比誘電率は
たかだか２５までのシミュレーションであり、高集積回
路に対応すべき数１０から数１００ｎＦの容量に関する
記述はない。

【００１７】また、薄膜誘電体層を利用した例としては
特開平４−２１１１９１号、特開平８−８８３１８号が
あるが、コンデンサの単位面積当たりの容量は最大で、
４ｎＦ／ｍｍ²と大きいが、低インダクタンスを与える
構造とはなっておらず、共振周波数を十分高くとること
ができない。

【００１８】現行の積層チップコンデンサにおいては実
現可能なインダクタンスの値はたかだか１００ｐＨであ
り、容量が１００ｎＦのデカップリングコンデンサで
は、共振周波数ｆ₀は５０ＭＨｚ程度となる。それゆ
え、今後の数百ＭＨｚから１ＧＨｚの高速デジタル回路
に対応するためには、少なくともインダクタンスが数十
ｐＨ以下のレベルのデカップリングコンデンサが必要と
なる。

【００１９】さらに、パッケージや多層基板内に装着さ
れるタイプにおいても、同様の課題が存在する。コンデ
ンサの低インダクタンス化を図る方法は前述したよう
に、３種類の方法があるが、上記大幅な低インダクタン
ス化を図るには数百ＭＨｚにおいても高い比誘電率を示
す誘電体薄膜を用いて、１）電極面積を小さくし、２）
対面する電極に流れる電流を逆方向にし、その電流経路
をできるだけ短くする構造を実現し、３）並列分割構造
により共振周波数を１００ＭＨｚ以上にする必要があ
る。

【００２０】一方、チタン酸バリウムに代表される、自
発磁化をもち、高い比誘電率を示す強誘電体において
は、薄膜化にしたがってその比誘電率が減少してゆく事
実が最近明らかにされつつあり、チタン酸バリウムやジ
ルコン酸チタン酸鉛では１μｍ以下の膜厚では比誘電率
はたかだか１０００程度以下であり、高容量の観点から
も限界がある。

【００２１】さらに、１０００以上の高い比誘電率をも
つ強誘電体では、その巨視的な自発分極が高周波に応答
できなくなり、数十ＭＨｚ以上での周波数分散（周波数
とともに、比誘電率が大幅に減少すること）を示すこと
が知られている。高速デジタルＩＣ回路でのノイズは、
広いバンド幅にわたる高周波成分を含むため、高周波に
おける誘電分散を示す材料では正常な電荷供給源として
の機能を果たせない可能性がある。

【００２２】本発明は、数百ＭＨｚから１ＧＨｚの高速
デジタル回路に対応しうる大容量で、かつ低インダクタ
ンスの薄膜コンデンサおよびコンデンサ内蔵基板を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜コンデンサ
は、誘電体薄膜の両面にそれぞれ電極膜を形成してなる
薄膜コンデンサであって、前記誘電体薄膜が複数の分割
高誘電率体を離間して配置し、かつ前記複数の分割高誘
電率体の間にアモルファスＳｉＯ₂からなる低誘電率体
を配置して構成されるものである。ここで、誘電体薄膜
の両面に形成された電極膜には、同一側にそれぞれ容量
取出部が形成されており、電極膜を流れる電流が逆方向
とされていることが望ましい。

【００２４】また、本発明のコンデンサ内蔵基板は、上
記薄膜コンデンサが基板内に内蔵されているものであ
る。

【００２５】上記分割高誘電率体は、金属元素としてＰ
ｂ、ＭｇおよびＮｂを含むペロブスカイト型複合酸化物
結晶からなる膜厚２μｍ以下の薄膜であって、測定周波
数１ｋＨｚ（室温）での比誘電率が２５００以上、１０
０ＭＨｚ（室温）での比誘電率が２０００以上であり、
かつ比誘電率の温度特性が±１５％以内（−４０℃〜８
５℃）であり、直流電界５Ｖ／μｍ印加時の比誘電率の
減少率が４０％以内であることが望ましい。

【００２６】また、分割高誘電率体は、金属元素として
Ｂａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎを含有するペロブスカイト
型複合酸化物からなる薄膜であって、これらの成分をＢ
ａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃と表した時のｘおよびｙ
が、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲
まれる範囲内にあり、かつ、ペロブスカイト結晶の平均
結晶粒径ｄが０．１０〜０．２５μｍであることが望ま
しい。

【００２７】さらに、本発明の薄膜コンデンサは、複数の誘電体薄膜
と複数の電極膜を交互に積層してなる薄膜コンデンサで
あって、前記誘電体薄膜が複数の分割高誘電率体を離間
して配置し、かつ前記複数の分割高誘電率体の間にアモ
ルファスＳｉＯ₂からなる低誘電率体を配置して構成さ
れるものである。

【００２８】

【作用】本発明の薄膜コンデンサは、例えば、パッケー
ジあるいは多層配線基板における電源層とグランド層を
１対の電極とするデカップリングコンデンサであり、誘
電体層を分割することにより、大容量、低インダクタン
スが同時に実現でき、超高速ＩＣ回路のデルタＩノイズ
低減に顕著な効果が期待できる。

【００２９】さらに、上記ＵＳＰ４，８５３，８２７で
は、低誘電率樹脂を誘電体間に充填していたため、誘電
損失が大きく、ＩＣへの電荷供給に多大なエネルギーロ
スを伴うという問題があったが、本発明では、分割誘電
体間の充填に低損失低誘電率アモルファスＳｉＯ₂を用
いることにより、分割高誘電率体の電束密度の漏れを小
さくし、分割コンデンサの並列接続効果を増大させるこ
とができ、低インダクタンス化を向上できるとともに、
低誘電損失すなわち、低抵抗を実現することができるた
め、デカップリングコンデンサとしての機能を大幅に向
上できる。

【００３０】そして、薄膜コンデンサの分割高誘電率体
として、上記した所定の組成のものを用いることによ
り、容量を増大することができ、しかも上記した誘電体
薄膜は比誘電率の周波数依存性が小さいため、高周波領
域においても高い比誘電率を有することができ、高周波
領域における容量を増大することができる。

【００３１】従って、本発明の薄膜コンデンサは、高容
量、低インダクタンス、低抵抗を達成することができ
る。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の薄膜コンデンサは、基板
上の電源層とグランド層の間に１０００以上の高い比誘
電率をもつ分割高誘電率体と、それを取り囲む形状の比
誘電率が４の低誘電率体の部分よりなるものである。

【００３３】図２に本発明の薄膜コンデンサの基本構成
例を示す。この図２において、基板１の上面にはグラン
ド層としての電極膜２が設けられ、この電極膜２の上面
には、図３に示すように、平面形状が長方形状の複数の
分割高誘電率体３が相互に離間された状態で配置され、
これらの分割高誘電率体３相互間の隙間に、アモルファ
スＳｉＯ₂からなる低誘電率体４が形成されている。分
割高誘電率体３相互間の間隔は、５０〜２００μｍとさ
れ、電束密度の分離という点から１００〜２００μｍが
望ましい。

【００３４】複数の分割高誘電率体３と、これらの間を
充填する低誘電率体４により誘電体薄膜１０が構成され
ている。誘電体薄膜１０の上面には、図１に示したよう
に、電源層としての電極膜５が形成されている。電極膜
５と電極膜２には、同一側にそれぞれ容量取出部６、７
が一体に形成されており、電極膜（グランド層）２と電
極膜（電源層）５を流れる電流ｉは逆方向とされてい
る。電源回路との接続を果たす容量取出部６、７は、例
えば、外付けコンデンサであれば、ハンダによりバンプ
が形成され外部回路に接続される。また、基板内蔵型で
あればビアホールによる接続でもよい。

【００３５】大容量でかつ低インダクタンスのデカップ
リングコンデンサを得るためには、図２で示されたよう
に、分割された分割高誘電率体部分によるコンデンサの
容量をＣ、インダクタンスをＬ、抵抗をＲとし、それら
をｎ個並列に接続したコンデンサ素子を考えると、簡単
な回路解析により、このコンデンサ素子のインピーダン
スはＺ＝１／〔ｎ／Ｒ−ｊ／ω（Ｌ／ｎ）＋ｊω（ｎ
Ｃ）〕と書け、このコンデンサ素子の実効容量はｎＣ、
実効インダクタンスはＬ／ｎ、実効抵抗はＲ／ｎとな
る。また、共振周波数は１／２π（ＬＣ）^1/2である。
すなわち、図２で与えられるような並列接続素子を実現
すれば、大容量でかつきわめて高い共振周波数を有し、
１００ＭＨｚから１ＧＨｚまでのクロック周波数に対応
できるデカップリングコンデンサを作ることができる。

【００３６】本発明で用いられる基板材料としては、ア
ルミナ、サファイア、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ₃単結
晶、低誘電率ガラスセラミックス、ＡｌＮ、あるいはプ
ラスチック樹脂、薄膜チタン被覆シリコン、または銅
（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、スズ
（Ｓｎ）、ステンレススティール（Ｆｅ）薄膜もしくは
薄板が望ましいが、薄膜との反応性が小さく、安価で強
度が大きく、かつ基板上に形成される金属薄膜の結晶性
という点からアルミナ、サファイアが望ましく、一方、
下部電極自体を基板として選択するならば、高周波領域
における低抵抗化の点で銅（Ｃｕ）薄板または銅（Ｃ
ｕ）薄膜が望ましい。

【００３７】また、本発明の誘電体薄膜をはさむ電極
は、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム
（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）薄膜等があり、これらのうちでも
白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）薄膜が最適である。Ｐｔ、Ａ
ｕは誘電体との反応性が小さく、また酸化されにくい
為、誘電体との界面に低誘電率相が形成されにくい為で
ある。電極形成は、ゾルゲル、スパッタ、ＣＶＤ、蒸
着、メタライズ等があるが、低温合成が可能で誘電体薄
膜との反応が抑止できるマグネトロンスパッタ法などの
気相合成法が望ましい。

【００３８】低誘電率体はアモルファスＳｉＯ₂からな
るものであるが、分割高誘電率体層の間に充填するに
は、ゾルゲル、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着等の方法がある
が、高誘電率体層との反応を抑止できるマグネトロンス
パッタ法などの気相合成法が採用することが望ましい。

【００３９】分割高誘電率体としては、高周波領域にお
いて高誘電率を有するものであれば良いが、その膜厚は
１μｍ以下が望ましい。また、誘電体薄膜は、金属元素
としてＰｂ、ＭｇおよびＮｂを含むペロブスカイト型複
合酸化物結晶からなる膜厚２μｍ以下の薄膜であって、
測定周波数１ｋＨｚ（室温）での比誘電率が２５００以
上、１００ＭＨｚ（室温）での比誘電率が２０００以上
であり、かつ比誘電率の温度特性が±１５％以内（−４
０℃〜８５℃）であり、直流電界５Ｖ／μｍ印加時の比
誘電率の減少率が４０％以内であるものが望ましい。

【００４０】また、誘電体薄膜の他の例として、金属元
素としてＢａ、Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎを含有するペロブ
スカイト型複合酸化物からなる誘電体薄膜であって、こ
れらの成分をＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃と表した
時のｘおよびｙが、図１における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−
Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内にあり、かつ、ペロブスカ
イト結晶の平均結晶粒径ｄが０．１０〜０．２５μｍの
ものも用いられる。

【００４１】尚、本発明においては上記した誘電体薄膜
が特に望ましいが、上記した以外のＰＺＴ、ＰＬＺＴ、
ＢａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、Ｔａ₂Ｏ₅等の誘電体薄
膜であっても良く、特に限定されるものではない。この
ような誘電体層は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等
の公知の方法により作製される。

【００４２】上記したＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ系およびＢａＴ
ｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃で表される組成の誘電体薄膜
が望ましい理由は、巨視的な自発分極を持たないため高
周波での誘電分散が小さく、かつナノメータースケール
におけるイオン配列のゆらぎによって高い比誘電率を示
すことが理論的に予測されたためである。これらバルク
形態におけるナノメータースケールの構造ゆらぎを変化
させることなく薄膜形態として作製するためには、組成
比およびナノスケールにおけるイオン配列を材料合成の
初期の段階からコントロールできるゾル・ゲル法、また
はマグネトロンスパッタやＭＯＣＶＤ等の気相合成法が
最適である。よって、薄膜候補材料として、バルクセラ
ミックスにおいて、巨視的な自発分極はもたないが、局
所的なナノメータースケールにおいて分極構造をとるい
わゆるＰｂ系リラクサー誘電体と、やはり自発分極をも
たないが、相の共存によって高い誘電率を示すＢａ（Ｚ
ｒ，Ｓｎ，Ｔｉ）Ｏ₃系材料に着目したのである。

【００４３】Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃（ＰＭＮ）
薄膜を作製する際には、他の求核性を有する有機金属化
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、或いはＭｇＮｂ複
合アルコキシド分子を部分的に加水分解したゾルをＭｇ
Ｎｂ前駆体として用いて合成したＰＭＮ前駆体溶液を用
いることにより、測定周波数１ｋＨｚ（室温）での誘電
率が２５００以上の高い比誘電率を有するＰＭＮ薄膜を
作製することができる。

【００４４】さらに、この薄膜は、誘電率の周波数依存
性が小さく、測定周波数１００ＭＨｚにおいても、比誘
電率が２０００以上を示し、高周波においても薄膜コン
デンサ材料として有用である。

【００４５】一方、単結晶あるいはバルクセラミックス
のＢａＴｉＯ₃は１２０℃、１０℃、−７０℃に相転移
点が存在し、その近傍で比誘電率が高くなることはよく
知られているところである。本発明の誘電体薄膜では、
ＢａＴｉＯ₃のＴｉ原子をＺｒ原子及びＳｎ原子にて置
換することにより、３点の相転移点は室温付近にシフト
し、室温で３種類の相転移ピークが重なることにより、
高い比誘電率を実現している。即ち、ナノメータースケ
ールでの相の共存効果が薄膜形態においても実現されて
いるのである。

【００４６】また薄膜中の平均結晶粒径を小さくしてい
った場合、強誘電的性質から常誘電的性質に変化するた
めに、比誘電率は多少低下するが直流電圧がかかった状
態の比誘電率の低下が抑制され、ＤＣバイアス特性は良
好となる。なおかつ、強誘電性の起源である自発分極が
消失するため自発分極に起因する比誘電率の周波数分散
が小さくなり、１００ＭＨｚ以上の高周波においても、
大きな比誘電率を示すのである。

【００４７】Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃（ＰＭＮ）
薄膜の作製について説明する。

【００４８】まず鉛（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Ｒ
₁ＯＨ、Ｒ₂ＯＣ₂Ｈ₄ＯＨ、Ｒ₃ＣＯＯＨ（Ｒ₁、Ｒ
₂、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。

【００４９】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＝１：２のモル比でＲ₁Ｏ
Ｈ、Ｒ₂ＯＣ₂Ｈ₄ＯＨ、Ｒ₃ＣＯＯＨ（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。

【００５０】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。（１）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。（２）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，エタノールアミン等に代表される安定化剤を添加す
る方法。（３）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。（４）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。（５）鉛前駆体の求核性を小さくする為、前述の無
水酢酸，エタノールアミン等の安定化剤を添加する方
法。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Ｍｇ−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、安定なＭｇ−Ｏ−Ｎｂ結合
を有するという点から、（２）および（３）の方法が望
ましい。

【００５１】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。

【００５２】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）＝１：１のモル比で混合し、ＰＭＮ前駆体溶液
とする。

【００５３】作製したＰＭＮ前駆体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。

【００５４】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。

【００５５】成膜−熱処理を所定の膜厚になるまで繰り
返した後、７５０〜８５０℃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０．３〜１μｍが望ましい。

【００５６】このようなＰＭＮ薄膜は、ＭｇＮｂ複合ア
ルコキシド分子を合成する際、Ｍｇ及びＮｂの金属化合
物間の反応促進、及び複合アルコキシド分子を安定化す
る手法を用い、他の求核性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
合アルコキシドを合成させ、このＭｇＮｂ複合アルコキ
シド分子を含む溶液とＰｂ前駆体溶液とを混合してＰｂ
（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃前駆体溶液を合成する点に特
徴がある。

【００５７】この様な手法で得られたＭｇＮｂ前駆体溶
液は、赤外吸収スペクトル（以下、ＩＲスペクトル）に
おいて、６５６ｃｍ^-1付近に吸収を有し、溶液の段階で
既にコランバイト（ＭｇＮｂ₂Ｏ₆）に近い構造を持
つ、強固なＭｇ−Ｏ−Ｎｂ結合を有するＭｇＮｂ複合ア
ルコキシド分子が形成されている。このため、他の求核
性有機金属化合物（例えば酢酸鉛）に対して安定であ
り、Ｍｇ−Ｏ−Ｎｂ結合が破壊されることなく、Ｐｂ
（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃前駆体が形成される。

【００５８】このＰＭＮ前駆体溶液を塗布し、焼成する
ことにより、本発明の誘電体薄膜が得られる。これによ
り、ＰＭＮ薄膜の場合には、測定周波数１ｋＨｚ（室
温）での比誘電率が２５００以上、１００ＭＨｚ（室
温）での比誘電率が２０００以上、比誘電率の温度特性
が±１５％以内（−４０℃〜８５℃）、直流電界５Ｖ／
μｍ印加時の比誘電率の減少率が４０％以内となる。

【００５９】また、上記のＭｇＮｂ複合アルコキシド分
子を部分的に加水分解処理することにより数ｎｍオーダ
ーのＭｇＮｂゾルが形成され、この数ｎｍオーダーのＭ
ｇＮｂゾルを含むＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃前駆体
が形成される。このＰＭＮ前駆体溶液を塗布し、焼成す
ることにより、本発明の誘電体薄膜が得られる。これに
より、上記と同様の特性が得られる。

【００６０】そして、膜厚が２μｍ以下で、測定周波数
１ｋＨｚでの比誘電率が３０００以上、１００ＭＨｚで
の比誘電率が２５００以上と高く、かつ温度特性の良好
なペロブスカイト型複合酸化物からなる誘電体薄膜を一
対の電極により挟持することにより、高誘電率の薄膜コ
ンデンサを得ることができる。

【００６１】ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃系薄膜に
ついて説明する。

【００６２】本発明の誘電体薄膜はは、ＢａＴｉ_1-x-y
Ｚｒ_xＳｎ_yＯ₃と表した時、ｘとｙが図１に示した関
係にあり、しかも平均結晶粒径ｄが０．１０〜０．２５
μｍを満足するものである。

【００６３】ここでｘとｙが図１に示した線分Ａ−Ｂ−
Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる範囲内としたのは、図１
において線分Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅよりも上方にある場合に
は、−２５〜８５℃において静電容量の温度変化率が±
８％よりも大きくなるからである。また、線分Ｅ−Ｆよ
りも右側にある場合、即ち、ｘが０．１０よりも大きい
場合には比誘電率が１２００よりも小さくなるからであ
る。

【００６４】さらに、線分Ａ−Ｂよりも左側にある場
合、即ちｘが０．０１よりも小さい場合には、ＤＣバイ
アスに対する比誘電率の変化率が３０％よりも大きくな
る傾向にあるからである。さらにまた、線分Ｆ−Ａより
も下方にある場合、即ちｙが０．０１よりも小さい場合
には、ＢａＴｉＯ₃のサイズ効果により比誘電率が小さ
くなる傾向にあるからである。

【００６５】本発明においては、ｘとｙとの関係が、図
１における線分Ａ−Ｂ−Ｄ−Ｇ−Ａで囲まれる範囲内に
あることが、比誘電率が大きく、静電容量の温度特性お
よびＤＣバイアス特性を向上するという点から望まし
い。ここで、点Ｇ（ｘ，ｙ）は（０．０５，０．０１）
である。

【００６６】また、平均結晶粒径ｄを０．１０〜０．２
５μｍとしたのは、平均結晶粒径ｄが０．１０よりも小
さい場合には比誘電率が小さく、その温度特性も悪くな
るからである。また、平均結晶粒径ｄが０．２５μｍよ
りも大きくなると、ＤＣバイアスに対する比誘電率の変
化率が大きくなるからである。平均結晶粒径ｄは、比誘
電率の向上という点から０．１４〜０．２５μｍである
ことが望ましい。

【００６７】本発明の誘電体薄膜の膜厚は、耐絶縁性お
よび膜の均質性という観点から、５μｍ以下、特には、
０．３〜２μｍが望ましい。

【００６８】本発明の誘電体薄膜は、先ず、金属元素と
してＢａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎを含有するペロブスカイト
型複合酸化物であって、これらの成分をＢａＴｉ_1-x-y
Ｚｒ_xＳｎ_yＯ₃と表した時のｘ及びｙの値が図１の線
分で囲まれる範囲内の原料溶液を作製し、この溶液を基
板上に塗布した後、熱処理乾燥し、塗布と熱処理を繰り
返して所望厚さの膜を形成し、焼成することにより得ら
れる。

【００６９】即ち、本発明の誘電体薄膜は、各成分の組
成の制御、膜厚、微粒領域（０．０５〜１μｍ）での結
晶粒径の制御が比較的容易な、以下のような方法で形成
することが望ましい。

【００７０】先ず、Ｂａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎの各金属イ
オンを含有する有機酸塩，無機塩，あるいは金属アルコ
キシドのような有機金属化合物を出発原料とし、ＢａＴ
ｉ_1- _x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃におけるｘ及びｙの範囲が図
１の線分の範囲内を満足する組成となるように混合し、
原料溶液を調製する。次に、この原料溶液を基板上に塗
布する。溶液の塗布はスピンコーティング，ディップコ
ーティングなどの種々の方法により行うことができる。
また、Ｂａ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ₃およびＢａ（Ｔｉ，Ｓ
ｎ）Ｏ₃溶液を別々に作製し、交互に塗布することに
り、所望の組成に調製しても良い。

【００７１】次に、こうして基板上に塗布された塗膜か
ら有機物を取り除くために大気中で２００〜６００℃で
５秒〜２分間熱処理を行い、この後、結晶化するために
大気中で７００〜９００℃で３０秒〜１０分間結晶化用
熱処理を行う。これらの塗布〜結晶化用熱処理の一連の
プロセスを繰り返すことにより所望の膜厚の誘電体薄膜
を得、最後に０．１０〜０．２５μｍの平均結晶粒径を
得るために酸素含有雰囲気中で１０５０〜１１４０℃で
１０分間〜３時間焼成を行い、５μｍ以下、例えば、膜
厚０．３〜２μｍの本発明の誘電体薄膜を得る。平均結
晶粒径は焼成温度や焼成時間により制御できる。

【００７２】本発明においては、不可避不純物として、
Ｓｒ，Ｃａ，Ｎａ等が１重量％以下で混入する場合があ
るが、特性には影響はない。

【００７３】また、得られた誘電体薄膜は、ＢａＴｉ
_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃で表される結晶相の他に、Ｂａ
（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ₃、Ｂａ（Ｔｉ，Ｓｎ）Ｏ₃が析出し
ていても良い。

【００７４】このようなＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ
₃系薄膜では、ＢａＴｉＯ₃のＴｉ原子をＺｒ原子及び
Ｓｎ原子にて所定量置換することにより、３点の相転移
点は室温付近にシフトし、室温で３種類の相転移ピーク
が重なることにより、高い比誘電率を実現している。

【００７５】また、ＢａＴｉ_1-AＺｒ_AＯ₃とＢａＴｉ
_1-BＳｎ_BＯ₃では、同じＢサイト置換量に対して３点
の相転移点が異なる為、ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ
₃においてｘとｙを調整することにより、高誘電率を保
ちながら温度特性は良好になる。

【００７６】さらに薄膜中の平均結晶粒径を細かくして
いった場合、強誘電体的性質に常誘電体的性質が現れる
ために、比誘電率は多少低下するが直流電圧がかかった
状態の比誘電率の低下が抑制され、ＤＣバイアス特性は
良好となる。

【００７７】さらにまた、測定周波数１００ＭＨｚ（室
温）のような高周波領域においても、強誘電性の起源で
ある自発分極が消失するため自発分極に起因する誘電率
の周波数分散が小さくなり、高周波領域においても大き
な比誘電率を有する。

【００７８】即ち、本発明のセラミックコンデンサで
は、誘電体薄膜の比誘電率が、測定周波数１ＫＨｚおよ
び１００ＭＨｚでそれぞれ１２００および１１００以上
であり、静電容量の温度特性もコンデンサのＪＩＳ規格
におけるＢ特性を満足し、且つ直流電圧印加による静電
容量の減少率（ＤＣバイアス特性）も５Ｖ／μｍの電界
印加時に３０％未満と小さいため、低周波においてだけ
でなく、バイパスコンデンサやデカップリングコンデン
サのようなＩＣ等の高周波回路用のコンデンサとして優
れたセラミックコンデンサを得ることができる。

【００７９】尚、図２では、単板型の薄膜コンデンサに
ついて記載したが、本願発明では、これに限定されるも
のではなく、複数の誘電体薄膜と複数の電極膜を交互に
形成した積層タイプの薄膜コンデンサであっても良いこ
とは勿論である。

【００８０】

【実施例】先ず、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃からな
る誘電体薄膜と、ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃とし
て表される誘電体薄膜を作製し、その特性を測定した。

【００８１】Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃からなる
誘電体薄膜の作製酢酸ＭｇとＮｂエトキシドを１：２のモル比で秤量し、
２−メトキシエタノ−ル中で還流操作（１２４℃で２４
時間）を行い、ＭｇＮｂ複合アルコキシド溶液（Ｍｇ＝
４．９５ｍｍｏｌ、Ｎｂ１０．０５ｍｍｏｌ、２−メト
キシエタノ−ル１５０ｍｍｏｌ）を合成した。次に酢酸
鉛（無水物）１５ｍｍｏｌと１５０ｍｍｏｌの２−メト
キシエタノ−ルを混合し、１２０℃での蒸留操作によ
り、Ｐｂ前駆体溶液を合成した。

【００８２】ＭｇＮｂ前駆体溶液とＰｂ前駆体溶液をモ
ル比Ｐｂ：（Ｍｇ＋Ｎｂ）＝１：１になるよう混合し、
室温で十分撹拌し、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃（Ｐ
ＭＮ）前駆体溶液を合成した。この溶液の濃度を２−メ
トキシエタノ−ルで約３倍に希釈し、塗布溶液とした。

【００８３】次に第１の電極層が形成されたサファイア
基板上に、前記塗布溶液をスピンコ−タ−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−熱処理の操作を繰り返した
後、８３０℃で１分間（大気中）の焼成を行い、Ｐｂ
（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃薄膜を得た。

【００８４】この溶液の濃度を２−メトキシエタノール
で約３倍に希釈し、塗布溶液とした。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
−熱処理の操作を繰り返した後、８３０℃で１分間（大
気中）の焼成を行い、膜厚０．５μｍ、１．０μｍ、
２．０μｍの３種類のＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）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それぞれ約９５％であった。

【００８５】作製した全ての薄膜表面に直径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、ＬＣＲメータ（ヒュウレットパッカード社製
４２８４Ａ）を用いて、２５℃、１ｋＨｚ（Ａｃ１００
ｍＶ）の条件で比誘電率、誘電損失を求めた結果、それ
ぞれ比誘電率が２６２０、誘電損失が０．０３６であっ
た。また、図４に−４０℃から＋８５℃の温度範囲での
比誘電率の温度特性評価結果を示す。比誘電率ｋの温度
変化率（Δｋ／ｋ（２５℃））は−９．６％から＋６．
０％と±１５％以内であった。尚、Δｋは−４０℃から
＋８５℃の比誘電率の変化量、ｋ（２５℃）は２５℃に
おける比誘電率である。

【００８６】図５に比誘電率の直流電界依存性を示す。
直流電界５Ｖ／μｍでの比誘電率の減少率は４０％以内
であった。

【００８７】上記の薄膜コンデンサの１ＭＨｚから１．
８ＧＨｚでのインピーダンス特性を、インピーダンスア
ナライザー（ヒュウレットパッカード社製ＨＰ４２９１
Ａ）を用いて測定した。薄膜コンデンサの共振周波数が
３００ＭＨｚ以上になるよう、電極面積および電極厚み
を変更し、薄膜コンデンサの容量ＣとインダクタンスＬ
を調整した。測定周波数１００ＭＨｚでのインピーダン
スから容量を算出し、比誘電率を求めると、２０４０で
あった。図６に比誘電率の周波数特性を示す。

【００８８】また、温度特性および直流電界依存性は１
ｋＨｚでの結果と同様であった。

【００８９】ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃として
表される誘電体薄膜の作製出発原料であるテトラ−イソ−プロポキシチタン、テト
ラ−ｎ−プロポキシジルコニウム及びテトラ−イソ−プ
ロポキシスズを、溶媒である２−メトキシエタノールに
溶かし、それぞれ０．４Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）濃度のチタン
溶液、ジルコニウム溶液及びスズ溶液を作製した。また
金属バリウムを、溶媒である２−メトキシエタノールに
溶解させ、０．４Ｍ濃度のバリウム溶液を作製した。こ
れらの４種の溶液を、ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃
と表した時のｘ及びｙが表１の値となるように混合し、
原料溶液を調製した。

【００９０】ついで、これら各原料溶液を白金（Ｐｔ）
基板上にそれぞれスピンコートし、得られた塗膜に対し
て大気中３００℃で１分間熱処理乾燥を行い、この後、
大気中７５０℃で５分間結晶化用熱処理を行った。この
ようなスピンコートによる溶液の塗布から結晶化用熱処
理までの一連のプロセスを３０回繰り返し行い、膜厚が
０．８μｍの薄膜を形成し、酸素雰囲気中１０５０〜１
１４０℃で１時間焼成を行い、膜厚０．６μｍで表１の
平均結晶粒径ｄを有する誘電体薄膜を得た。

【００９１】得られた誘電体薄膜をＸ線回折測定（ＸＲ
Ｄ）により分析を行ったところ、いずれもペロブスカイ
ト型酸化物のピークが確認された。また誘電体薄膜を走
査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、平均結晶粒径を
測定した。さらに、誘電特性の評価は、誘電体薄膜上に
Ａｕを蒸着して上部電極とし、下部電極であるＰｔ層と
平板コンデンサを形成することにより行った。測定はＬ
ＣＲメーターによって行い、測定周波数ｆ＝１ｋＨｚ、
印加電圧Ｖrms ＝１００ｍＶとした。室温での比誘電率
（Ｋ）、誘電損失（ＤＦ）および−２５℃と８５℃の静
電容量の変化率を測定し、これらの結果を表１に示す。

【００９２】尚、−２５℃の静電容量の変化率（％）
は、−２５℃の静電容量をＣ_-25とし、２５℃の静電容
量をＣ₂₅とした時、（Ｃ_-25−Ｃ₂₅）×１００／Ｃ₂₅で
求め、８５℃の静電容量の変化率（％）は、８５℃の静
電容量をＣ₈₅とし、２５℃の静電容量をＣ₂₅とした時、
（Ｃ₈₅−Ｃ₂₅）×１００／Ｃ₂₅で求めた。またＤＣバイ
アス特性を、電圧を印加しない場合の静電容量Ｃ₀、５
Ｖ／μｍの電圧を印加したときの静電容量Ｃ₁とした時
に、（Ｃ₀−Ｃ₁）／Ｃ₀×１００で求め、表１に記載
した。

【００９３】また、インピーダンスアナライザ（ヒュウ
レットパッカード社製ＨＰ４２９１Ａ，フィクスチャー
ＨＰ１６０９２Ａ）を用いて１ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚに
おける特性評価をおこなった。インピーダンスー周波数
特性の測定により、１００ＭＨｚ（室温）における等価
直列容量を評価し、比誘電率を求めた。これらの結果を
表１に示す。

【００９４】

【表１】

【００９５】表１から判るように、図１の点Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ａの線分で囲まれる本発明の誘電体薄
膜は、１ＫＨｚおよび１００ＭＨｚ（室温）における比
誘電率はそれぞれ１２００および１１００以上の高誘電
率を有し、静電容量の温度変化率も±８％以下と小さ
く、また誘電損失も２．７６％以下と小さいことが判
る。

【００９６】また０．１０μｍ未満の粒径の試料（Ｎ
ｏ．２７，２９）では、１ＫＨｚにおける比誘電率は１
２００未満であるか、１００ＭＨｚの比誘電率が１１０
０未満となってしまう。

【００９７】また、本発明では、ＤＣバイアスに対する
静電容量の変化は、５Ｖ／μｍ印加時においても３０％
未満の低下であり、１ＫＨｚおよび１００ＭＨｚ（室
温）における比誘電率はそれぞれ１２００および１１０
０以上であり、静電容量の温度変化率は±８％未満であ
るのに対し、範囲外の例ではいずれも１ＫＨｚにおける
比誘電率は１２００未満であるか、１００ＭＨｚの比誘
電率が１１００未満となってしまう。また、静電容量の
温度変化率も±１０％を越えるか、ＤＣバイアスを印加
することによる静電容量の減少が大きいことが判る。

【００９８】さらに、本発明者等は、粉体を原料として
作製した平均結晶粒径が１０μｍで、膜厚が２０μｍの
従来のＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃（ｘが０．０
５、ｙが０．０５）の焼結体を作製し、上記と同様にし
て比誘電率、ＤＣバイアスに対する静電容量の変化率を
測定したところ、１ＫＨｚにおける比誘電率が１５００
０と高いが、ＤＣバイアス５Ｖ／μｍ印加による静電容
量が７０％の低下であり、しかも、静電容量の温度特性
はＪＩＳ規格のＦ特性を満足する程度、即ち、−２５〜
８５℃において−３０〜＋８５％程度であった。また、
１００ＭＨｚの比誘電率は１０５００であった。

【００９９】実施例１作製は以下のとおりの手順で行った。厚さ０．２５ｍｍ
のアルミナ焼結体基板上に第１のマスクパターンで白金
ターゲットのスパッタにより第１の白金電極層を形成し
た。電極層の形成は高周波マグネトロンスパッタ法を用
いた。スパッタ用ガスとしてプロセスチャンバー内にＡ
ｒガスを導入し、真空排気により圧力は６．７Ｐａに維
持した。

【０１００】プロセスチャンバー内には基板ホルダーと
３個のターゲットホルダーが設置され、３種類のターゲ
ット材料からのスパッタが可能である。スパッタ時には
成膜する材料種のターゲット位置に基板ホルダーを移動
させ、基板−ターゲット間距離は６０ｍｍに固定した。

【０１０１】基板ホルダーとターゲット間には外部の高
周波電源により１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印可
し、ターゲット背面に設置された永久磁石により形成さ
れたマグネトロン磁界により、ターゲット近傍に高密度
のプラズマを生成させてターゲット表面のスパッタを行
った。高周波電圧の印可は３個のターゲットに独立に可
能であり、本実施例では基板に最近接のターゲットにの
み印可してプラズマを生成した。基板ホルダーはヒータ
による加熱機構を有しており、スパッタ成膜中の基板温
度は一定となるよう制御した。

【０１０２】また、基板ホルダーに設置された基板のタ
ーゲット側には厚さ０．１ｍｍの金属マスクが３種類設
置されており、成膜パターンに応じて必要なマスクが基
板成膜面にセットできる構造とした。

【０１０３】上記したようにして得られたＰｂ（Ｍｇ
_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃からなる塗布溶液を、第１の電極層
が形成されたサファイア基板上にスピンコ−タ−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−熱処理の操作を繰り
返した後、８３０℃で１分間（大気中）の焼成を行い、
Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃薄膜を得た。

【０１０４】得られた上記誘電体薄膜の上にレジストを
塗布しフォトリソグラフィー工程によって露光、現像
し、これをマスクとするウェットエッチングにより、パ
ターン形状に誘電体薄膜のパターニングを行い、分割高
誘電率体を作製した。次に第３のマスクパターンをセッ
トし、分割高誘電率体相互間にＳｉＯ₂ターゲットのス
パッタにより低誘電率体を形成した。この低誘電率体
（比誘電率４．０）は分割高誘電率体に隣接し、電場が
分割高誘電率体に集中するため、コンデンサ素子とし
て、分割高誘電率体による並列接続構造を形成するため
に設けられているものである。

【０１０５】その後、スパッタ法により第２の白金電極
層を形成した。白金ターゲットのスパッタにより、上部
電極すなわちパワー面を形成した。容量取出部として、
下部電極を上部電極に比して大きく設定している。個々
の分割高誘電率体の面積は０．２×０．２ｍｍ²であ
り、低誘電率体の幅は０．１ｍｍである。素子全体の誘
電体薄膜の面積は３×３ｍｍ²であり、分割高誘電率体
より形成される単位コンデンサが１００個並列接続され
た薄膜コンデンサとなっている。

【０１０６】作製した薄膜コンデンサの１ＭＨｚから
１．８ＧＨｚでのインピーダンス特性を、インピーダン
スアナライザー（ヒュウレットパッカード社製ＨＰ４２
９１Ａ）を用いて測定した。実効容量が１９６ｎＦ（単
位コンデンサ一当たり、１．９６ｎＦ）、実効インダク
タンスが８ｐＨ（単位コンデンサ当たり８００ｐＨ）、
実効抵抗が１５ｍΩ（単位コンデンサ当たり１．５
Ω）、共振周波数は１２７ＭＨｚであった。単位コンデ
ンサ当たりの抵抗値が大きいのは、サブμｍ厚のＰｔ薄
膜電極を用いているためであり、電極厚みをより厚くす
ることでさらに、低抵抗とすることは可能である。

【０１０７】共振周波数をより高周波側に移動させるに
は、分割される個々の分割高誘電率体の面積を小さくす
ればよく、例えば０．１×０．１ｍｍ²、低誘電率層の
幅を０．０５ｍｍとすると、実効容量は前記例と同程度
となるが、単位コンデンサの数が４倍となるため、共振
周波数は約２５４ＭＨｚと２倍とすることが可能であ
る。

【０１０８】比較例として、上記構造で、アモルファス
ＳｉＯ₂の代わりにポリイミド樹脂からなる低誘電率樹
脂を充填したところ、実効容量が２１０ｎＦ、実効イン
ダクタンスは１２０ｐＨ、実効抵抗が４８ｍΩであっ
た。

【０１０９】実施例２ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃（ｘ＝０．０５、ｙ＝
０．０２、表１の試料Ｎo.１４）からなる塗布溶液を上
記のように作製し、実施例１の試料と同様の電極形状の
薄膜コンデンサを上記実施例１と同様にして作製した。
この薄膜コンデンサの特性について上記実施例と同様に
して求めた。

【０１１０】実効容量が１０２ｎＦ、実効インダクタン
スは１０ｐＨ、実効抵抗が１４ｍΩであった。

【０１１１】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明によれば、誘
電体薄膜を、分割高誘電率体とアモルファスＳｉＯ₂か
らなる低誘電率体により構成したので、大容量、低イン
ダクタンスが同時に実現でき、超高速ＩＣ回路のノイズ
低減を図ることができる。

【０１１２】即ち、分割高誘電率体の相互間に低損失低
誘電率アモルファスＳｉＯ₂を充填したので、分割高誘
電率体の電束密度の漏れを小さくし、低インダクタンス
化を促進できるとともに、低誘電損失すなわち、低抵抗
を実現できるため、ＩＣへの効率的な電荷供給をするこ
とができる。

【０１１３】よって、実効容量が１００ｎＦ以上の大容
量で、かつ低インダクタンス（１０ｐＨ以下）、１００
ＭＨｚ以上の共振周波数をもつ薄膜デカップリングコン
デンサを提供することができ、数１００ＭＨｚから１Ｇ
Ｈｚのクロック周波数で動作する高速デジタルＩＣ回路
における同時切り替えノイズの効果的な除去、および電
源電圧の定常的な安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】組成式ＢａＴｉ_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃におい
て、横軸にｘ、縦軸にｙを記載した図である。

【図２】本発明の薄膜コンデンサの基本構成を示す斜視
図である。

【図３】図２の上部の電極膜を省略した状態の平面図で
ある。

【図４】実施例で作製したＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ
₃薄膜の測定周波数１ｋＨｚにおける比誘電率の温度特
性を示す図である。

【図５】実施例で作製したＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ
₃薄膜の測定周波数１ｋＨｚにおける比誘電率の直流電
界依存性を示す図である。

【図６】実施例で作製したＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ
₃薄膜の比誘電率の周波数特性を示す図である。

【符号の説明】

１・・・基板２、５・・・電極膜３・・・分割高誘電率体４・・・低誘電率体６、７・・・容量取出部１０・・・誘電体薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体薄膜の両面にそれぞれ電極膜を形成
してなる薄膜コンデンサであって、前記誘電体薄膜が複
数の分割高誘電率体を離間して配置し、かつ前記複数の
分割高誘電率体の間にアモルファスＳｉＯ₂からなる低
誘電率体を配置して構成されることを特徴とする薄膜コ
ンデンサ。
【請求項２】誘電体薄膜の両面に形成された電極膜に
は、同一側にそれぞれ容量取出部が形成されており、電
極膜を流れる電流が逆方向とされていることを特徴とす
る請求項１記載の薄膜コンデンサ。
【請求項３】請求項１または２記載の薄膜コンデンサが
基板内に内蔵されていることを特徴とするコンデンサ内
蔵基板。
【請求項４】分割高誘電率体は、金属元素としてＰｂ、
ＭｇおよびＮｂを含むペロブスカイト型複合酸化物結晶
からなる膜厚２μｍ以下の薄膜であって、測定周波数１
ｋＨｚ（室温）での比誘電率が２５００以上、１００Ｍ
Ｈｚ（室温）での比誘電率が２０００以上であり、かつ
比誘電率の温度特性が±１５％以内（−４０℃〜８５
℃）であり、直流電界５Ｖ／μｍ印加時の比誘電率の減
少率が４０％以内であることを特徴とする請求項１また
は２記載の薄膜コンデンサ。
【請求項５】分割高誘電率体は、金属元素としてＢａ、
Ｔｉ、ＺｒおよびＳｎを含有するペロブスカイト型複合
酸化物からなる薄膜であって、これらの成分をＢａＴｉ
_1-x-yＺｒ_xＳｎ_yＯ₃と表した時のｘおよびｙが、図
１における線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ−Ａで囲まれる
範囲内にあり、かつ、ペロブスカイト結晶の平均結晶粒
径ｄが０．１０〜０．２５μｍであることを特徴とする
請求項１または２記載の薄膜コンデンサ。
【請求項６】複数の誘電体薄膜と複数の電極膜を交互に
積層してなる薄膜コンデンサであって、前記誘電体薄膜
が複数の分割高誘電率体を離間して配置し、かつ前記複
数の分割高誘電率体の間にアモルファスＳｉＯ₂からな
る低誘電率体を配置して構成されることを特徴とする薄
膜コンデンサ。