KR20160049495A - 유전체 조성물 및 전자 부품 - Google Patents

Abstract

[과제] 소형화한 경우에도 비유전율이 높고, 유전 손실이 낮은, 즉, Q 값이 높은 유전체 조성물 및 그 유전체 조성물을 사용한 전자 부품을 제공하는 것.
[해결 수단] 일반식 xAO-yB'O-zB''₂O₅
(상기 일반식에 있어서,
A는 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,
B'는 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,
B''는 Nb, Ta 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이다)
로 나타내며, x, y, z의 관계가,
x+y+z=1.000
0.375≤x≤0.563
0.250≤y≤0.500
x/3≤z≤x/3+1/9
인 복합 산화물을 주성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유전체 조성물.

Description

유전체 조성물 및 전자 부품{DIELECTRIC COMPOSITION AND ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은, 유전체 조성물 및 전자 부품에 관한 것이다.

스마트폰이나 태블릿으로 대표되는 이동체 통신 기기의 보다더 고속 대용량 통신화에 대응하기 위해 복수의 주파수 대역을 동시에 사용하는 MIMO 기술(Multi-Input Multi-Output)의 실용화가 시작되고 있다. 통신에 사용하는 주파수 대역이 늘어나면, 주파수 대역마다 각각 고주파 부품이 필요하지만, 기기 크기를 유지한 채 부품 점수를 늘리려면 각 부품의 보다더 소형화, 고기능화가 요구 된다.

이러한 고주파 대응의 전자 부품으로서, 예를 들면, 다이플렉서(diplexer)나 밴드패스 필터(bandpass filter) 등이 있다. 이들은 모두 커패시터를 담당하는 유전체와 인덕터를 담당하는 자성체의 조합에 의해 구성되어 있지만, 양호한 고주파 특성을 얻기 위해서는 고주파 영역에서의 각각의 손실을 억제하는 것이 요구된다.

유전체에 주목하면, (1) 소형화의 요구에 대한 대응으로써, 커패시터부의 면적을 작게하기 위해 비유전율(εr)이 높을 것, (2) 주파수의 선택성을 양호하게 하기 위해 유전 손실이 작은, 즉, Q값이 높을 것 등이 요구된다.

예를 들어, GHz대에서 유전 손실이 작은 대표적인 재료로서, 비정질 SiNx막을 들 수 있다. 그러나, 비유전율(εr)이 6.5로 낮기 때문에 목적의 기능을 갖기 위해서는 큰 면적을 필요로 하며, 소형화의 요구에 응하는 것이 곤란했다.

특허문헌 1에는 유전 손실이 작은, 즉, Q값이 높은 재료인 Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃에 대한 기술이 개시되어 있다. 이들은 1500℃ 이상의 열처리를 거쳐 수득된 치밀된 소결체로서, 10GHz에서 비유전율(εr)=24.7, Q=51000을 얻었다.

또한, 비특허문헌 1에는 Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃를 PLD법(펄스 레이저 증착법)에 의해 성막하고, 600℃의 열처리에 의해 결정화하고, 2.66GHz에서 비유전율(εr)=33.3, tanδ=0.0158(Q값으로 환산하면 Q=63.3)을 얻었다.

일본 공개특허공보 특개평8-319162호

Jpn. J. Appl. Phys. vol. 42 (2003) pp. 7428-7431『Properties of Ba(Mg1/3Ta2/3)O3 Thin Films Prepared by Pulsed-Laser Deposition』

그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 고주파 대응의 전자 부품에 사용하기 위해서는 너무 크고, 한편, 소형화를 도모하기 위해 특허문헌 1의 Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃를 박막화하면, 종래 소결체에서 수득된 것과 같은 높은 Q값을 얻는 것이 곤란한 것을 알았다. 또한, 비특허문헌 1의 기술은, 박막으로서 비유전율(εr)=33.3, Q값 환산으로 63.3을 얻을 수 있지만, 고주파 대응의 전자 부품에 사용하기 위해서는 보다 높은 Q값이 요구된다.

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어지고, 소형화한 경우에도 비유전율이 높고, 유전 손실이 작은, 즉, Q값이 높은 유전체 조성물 및 그 유전체 조성물을 사용한 전자 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유전체 조성물은,

일반식 xAO-yB'O-zB''₂O₅

(상기 일반식에 있어서,

A는 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,

B'는 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,

B''는 Nb, Ta 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이다)

로 나타내며, x, y, z의 관계가

x+y+z=1.000

0.375≤x≤0.563

0.250≤y≤0.500

x/3≤z≤x/3+1/9

인 복합 산화물을 주성분으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 x, y, z의 범위로 함으로써 높은 비유전율과 높은 Q값을 얻을 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태로서는,

상기 일반식에 있어서 x, y, z의 관계가

x+y+z=1.000

0.450≤x≤0.575

0.213≤y≤0.377

x/3+0.025≤z≤x/3+0.081

인 복합 산화물을 주성분으로 포함하는 유전체 조성물인 것이 바람직하다.

상기 x, y, z의 범위로 함으로써, 높은 Q값을 갖는 B' 사이트와 B'' 사이트의 장거리 질서가 보다 유지하기 쉬워지고, 보다 높은 Q값을 얻기 쉬워지는 것으로 생각되고 있다.

또한, 상기 본 발명에 따른 유전체막을 사용함으로써 종래 고주파 대응의 전자 부품에 사용되어 온 유전체 조성물과 비교하여 소형화한 경우에도 충분히 높은 비유전율을 얻을 수 있고, Q값이 높고, 즉, 높은 S/N비를 나타내는 유전체 공진기나 유전체 필터 등의 전자 부품을 제공할 수 있다.

본 발명은, 소형화한 경우에도 비유전율이 높고, 유전 손실이 작은, 즉, Q값이 높은 유전체 조성물 및 그 유전체 조성물을 사용한 전자 부품을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 박막 콘덴서의 단면도이다.
도 2는 기판을 200℃로 가열하여 성막한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체막의 표면을 SEM(주사형 전자 현미경)으로 관찰한 사진이다.
도 3은 기판을 200℃로 가열하여 성막한, 본 발명의 일 실시형태보다도 Ba가 과잉인 유전체막의 표면을 SEM으로 관찰한 사진이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 경우에 따라 도면을 참조하여 설명한다.

<박막 콘덴서(10)>

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물을 사용한 전자 부품의 일례로서의 박막 콘덴서(10)의 단면도이다. 박막 콘덴서(10)는 지지 기판(1)의 표면에 적층된 하부 전극(3)과, 상부 전극(4), 및 하부 전극(3)과 상부 전극(4) 사이에 형성된 유전체막(5)을 구비하고 있다. 지지 기판(1)과 하부 전극(3) 사이에 지지 기판(1)과 하부 전극(3)의 밀착성을 향상시키기 위해 하지층(下地層)(2)을 구비한다. 지지 기판(1)은 박막 콘덴서(10) 전체의 기계적 강도를 확보하는 기능을 갖는다.

박막 콘덴서의 형상에 특별히 제한은 없지만, 통상 직방체 형상으로 된다. 또한, 그 치수에도 특별히 제한은 없고, 두께나 길이는 용도에 따라 적당한 치수로 하면 좋다.

<지지 기판(1)>

도 1에 도시된 지지 기판(1)을 형성하기 위한 재료는 특별히 한정되는 것은 아니고, 단결정으로서는 Si 단결정, SiGe 단결정, GaAs 단결정, InP 단결정, SrTiO₃ 단결정, MgO 단결정, LaAlO₃ 단결정, ZrO₂ 단결정, MgAl₂O₄ 단결정, NdGaO₃ 단결정이나, 세라믹 다결정 기판으로서는 Al₂O₃ 다결정, ZnO 다결정, SiO₂ 다결정이나 Ni, Cu, Ti, W, Mo, Al, Pt 등의 금속이나. 이들 합금의 기판 등에 의해 지지 기판(1)을 형성할 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이들 중에서는 저비용, 가공성에서 Si 단결정을 기판으로서 사용하는 것이 일반적이다. 지지 기판(1)은 기판의 재질에 따라 그 저항률이 다르다. 저항률이 낮은 재료를 기판으로서 사용하는 경우, 그대로 사용하면 기판 측으로의 전류의 누설이 박막 콘덴서(10)의 전기 특성에 영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, 지지 기판(1)의 표면에 절연 처리를 실시하고, 사용 시의 전류가 지지 기판(1)에 흐르지 않도록 하는 경우도 있다. 예를 들어, Si 단결정을 지지 기판(1)로서 사용하는 경우에 있어서는, 지지 기판(1) 표면을 산화시켜 SiO₂ 절연층의 형성을 실시하는 것이나, 지지 기판(1) 표면에 Al₂O₃, SiO₂, Si₃N_x 등의 절연물을 형성하여도 좋고, 지지 기판(1)에 대한 절연이 유지되면 그 절연층의 재료나 막 두께는 한정되지 않지만, 0.01μm 이상이 바람직하다. 0.01μm 미만에서는 절연성을 유지할 수 없기 때문에 절연층의 두께로서 바람직하지 않다. 지지 기판(1)의 두께는, 박막 콘덴서 전체의 기계적 강도를 확보할 수 있다면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 10μm 내지 5000μm로 설정된다. 10μm 미만의 경우에는 기계적 강도를 확보할 수 없고, 5000μm를 초과하면 전자 부품의 소형화에 기여할 수 없는 등의 문제가 생기는 경우가 있다.

<하지층(2)>

본 실시형태에 있어서, 도 1에 도시된 박막 콘덴서(10)는, 바람직하게는 절연 처리를 실시한 지지 기판(1) 표면에 하지층(2)을 갖는다. 하지층(2)은 지지 기판(1)과 하부 전극(3)의 밀착성 향상을 목적으로 하여 삽입된다. 일례로, 하부 전극(3)에 Cu를 사용하는 경우에는 하지층(2)은 Cr을, 하부 전극(3)에 Pt를 사용하는 경우에는 Ti를 하지층(2)으로서 삽입하는 것이 일반적이다.

밀착성 향상을 목적으로 하고 있기 때문에, 상기 재료에 한정되는 것은 아니고, 또한 지지 기판(1)과 하부 전극(3)의 밀착성을 유지할 수 있다면, 하지층(2)은 생략해도 좋다.

<하부 전극(3)>

하부 전극(3)을 형성하기 위한 재료는 전도성을 갖고 있으면 좋고, 예를 들어, Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Au, Ag, Cu, Ni 등의 금속이나, 이들의 합금, 또는 도전성 산화물 등에 의해 형성할 수 있다. 따라서, 비용이나 유전체막(5)을 열처리할 때의 분위기에 대응한 재료를 선택하면 좋다. 유전체막(5)은 대기 중 외에, 불활성 가스인 N₂나 Ar, 또는 O₂, 불활성 가스와 환원성 가스인 H₂의 혼합 가스로 열처리를 실시할 수 있다. 하부 전극(3)의 막 두께는 전극으로서 기능하면 좋고, 0.01μm 이상이 바람직하다. 0.01μm 미만인 경우, 도전성이 나빠지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 지지 기판(1)에 전극으로서 사용 가능한 Cu나 Ni, Pt 등이나 산화물 도전성 재료 등을 사용한 기판을 사용하는 경우에는, 상술한 하지층(2)과 하부 전극(3)은 생략할 수 있다.

하부 전극(3)의 형성 후에 열처리를 실시하고, 하지층(2)와 하부 전극(3)의 밀착성 향상과, 하부 전극(3)의 안정성 향상을 도모해도 좋다. 열처리를 실시하는 경우, 승온 속도는 바람직하게는 10℃/분 내지 2000℃/분, 보다 바람직하게는 100℃/분 내지 1000℃/분이다. 열처리 시의 유지 온도는, 바람직하게는 400℃ 내지 800℃, 그 유지 시간은, 바람직하게는 0.1시간 내지 4.0시간이다. 상기의 범위를 초과하면 밀착 불량의 발생, 하부 전극(3)의 표면에 요철이 발생함으로써 유전체 막(5)의 유전 특성의 저하가 생기기 쉬워진다.

<유전체막(5)>

유전체막(5)을 구성하는 유전체 조성물은,

일반식 xAO-yB'O-zB''₂O₅

(상기 일반식에 있어서,

A는 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,

B'는 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,

B''는 Nb, Ta 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이다)

로 나타내는 복합 산화물을 주성분으로 포함한다.

또한, 유전체 조성물의 주성분을 xAO-yB'O-zB''₂O₅로 표시할 때에, x, y, z의 관계는 x+y+z=1.000, 0.375≤x≤0.563, 0.250≤y≤0.500, x/3≤z≤x/3+1/9이다.

본 발명자들은, 높은 비유전율을 유지한 채, Q값이 개선되는 효과를 얻을 수 있는 요인을 다음과 같이 생각하고 있다. 일반적으로 초격자 구조를 취하기 쉬운 A²⁺(B'²⁺ _1/3B''⁵⁺ _2/3)O₃은, B' 사이트와 B'' 사이트의 장거리 질서에 의해 높은 Q값을 갖는 것이 알려져 있지만, 박막으로 하면 종래의 결정 구조는 유지되지 않고, B' 사이트의 결손이 일어나기 쉬워지고, B' 사이트와 B''의 장거리 질서가 유지되지 않기 때문에, Q값이 저하되는 경향이 있었다. B' 사이트 이온을 과잉으로 하면 B' 사이트의 결손을 억제할 수 있기 때문에 B' 사이트와 B'' 사이트의 장거리 질서를 유지하기 쉬워지고, Q값도 높아지는 것으로 생각되고 있다.

x가 0.375 미만이면, 충분한 비유전율을 얻을 수 없다. y가 0.500을 초과하면, 성막 후에 균열이 생기기 쉽고, Q값이 큰 폭으로 저하되어 버리는 경향이 있다. z가 x/3+1/9를 초과하면, 과잉의 Ta₂O₅가 산소 결손을 일으키기 쉽고, 반도체화하고, 유전 손실이 커지는, 즉, Q값이 낮아져 버리는 경향이 있다. x가 0.563을 초과하거나, 또는 y가 0.250 미만 또는 z가 x/3 미만인 경우, 과잉의 BaO가 대기 중의 CO₂나 H₂O와 반응하고, 유전체 조성물이 변질되어 형상을 유지할 수 없는 경향이 있다. x, y, z의 범위를 x+y+z=1.000, 0.375≤x≤0.563, 0.250≤y≤0.500, x/3≤z≤x/3+1/9로 함으로써 높은 비유전율과 높은 Q값을 양립하는 것이 가능하게 된다.

A는 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이다. Ba, Ca, Sr을 1종으로 사용해도, 복수 함유시켜 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, B'는 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며, B''는 Nb, Ta 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이다. 이들에 대해서도 1종으로 사용해도, 복수 함유시켜 사용해도 같은 효과를 얻을 수있다.

또한, 상기 일반식에 있어서 x, y, z의 관계가 x+y+z=1.000, 0.425≤x≤0.525, 0.275≤y≤0.409, x/3+0.025≤z≤x/3+0.081인 복합 산화물을 주성분으로 포함한다.

상기 x, y, z의 범위로 함으로써 높은 Q값을 갖는 B' 사이트와 B'' 사이트의 장거리 질서가 보다 유지되기 쉬워지고, 높은 Q값을 얻기 쉬워지는 효과가 있다.

유전체막(5)의 두께는, 바람직하게는 10nm 내지 50μm, 보다 바람직하게는 50nm 내지 1000nm이다. 10nm 미만에서는 절연 파괴가 생기기 쉽고, 2000nm를 초과하는 경우에 있어서는, 콘덴서의 정전 용량을 크게 하기 위해서 전극 면적을 넓게할 필요가 있고, 전자 부품의 설계에 따라서는 소형화가 곤란해지는 경우가 있다. 유전체막 두께의 계측은 FIB(집속 이온빔) 가공 장치로 굴삭(堀削)하고, 얻어진 단면을 SIM(주사형 이온 현미경) 등으로 관찰하고 측장(測長)하면 좋다.

유전체막(5)은 바람직하게는 진공 증착법, 스퍼터링법, PLD(펄스 레이저 증착법), MO-CVD(유기 금속 화학 기상 성장법), MOD(유기 금속 분해법)나 졸·겔법, CSD(화학 용액 퇴적법) 등의 각종 박막 형성법을 사용하여 형성한 것이다. 이 때에 사용하는 원료(증착 재료, 각종 타겟 재료나 유기 금속 재료 등)에는 미소한 불순물이나 부성분이 포함되어 있는 경우가 있지만, 절연성을 크게 저하시키는 불순물이 아니라면, 특별히 문제는 없다.

유전체 조성물은 또한 본 발명의 효과인 유전 특성, 즉, 비유전율이나 Q값을 크게 저하시키는 것이 아니라면, 미소한 불순물이나 부성분을 포함하고 있어도 상관없다. 따라서, 잔부인 주성분의 함유량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 상기 주성분을 함유하는 유전체 조성물 전체에 대하여 50% 이상, 100% 이하이다.

또한, 유전체막(5)은 통상 본 발명의 유전체 조성물만으로 구성되지만, 다른 유전체 조성물의 막과 조합한 적층 구조라도 상관없다. 예를 들어, 기존의 Si₃N_x, SiO_x, Al₂O_x, ZrO_x, Ta₂O_x 등의 비정질 유전체막이나 결정막과의 적층 구조로함으로써 유전체막(5)의 임피던스나 비유전율의 온도 변화를 조정하는 것이 가능해진다.

<상부 전극(4)>

본 실시형태의 일례에 있어서, 박막 콘덴서(10)는 유전체막(5)의 표면에, 박막 콘덴서(10)의 다른 한쪽의 전극으로서 기능하는 상부 전극(4)을 구비하고 있다. 상부 전극(4)을 형성하기 위한 재료는, 도전성을 갖고 있으면 특별히 한정되는 것은 아니고, 하부 전극(3)과 같은 재료에 의해 상부 전극(4)을 형성할 수 있다. 상부 전극(4)의 막 두께는 전극으로서 기능하면 좋고, 0.01μm 이상이 바람직하다. 막 두께가 0.01μm 이하인 경우, 도전성이 악화되기 때문에 상부 전극(4)으로서 바람직하지 않다.

상술한 실시형태에서는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유전체 조성물을 사용한 전자 부품의 일례로서의 박막 콘덴서를 예시했지만, 본 발명에 따른 유전체 조성물을 사용한 전자 부품으로서는 박막 콘덴서에 한정되지 않고, 예를 들어, 다이 플렉서, 밴드패스 필터, 발룬(balun)이나 커플러(coupler) 등 유전체막을 갖는 전자 부품이면 무엇이라도 좋다.

[실시예]

이하, 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 근거하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.

<실시예 1> <비교예 1>

우선, 350μm 두께의 Si의 표면에 6μm 두께의 SiO₂ 절연막을 구비한 10mm×10mm 각(角)의 기판의 표면 위에 하지층인 Ti 박막을 20nm의 두께가 되도록 스퍼터링법으로 형성했다.

이어서, 상기에서 형성한 Ti 박막 위에 하부 전극인 Pt 박막을 100nm의 두께가 되도록 스퍼터링법으로 형성했다.

형성한 Ti/Pt 박막에 대해, 승온 속도를 400℃/분, 유지 온도를 700℃, 온도 유지 시간을 30분, 분위기를 산소 분위기로 하고 상압하에서 열처리를 실시했다.

유전체막의 형성에는 PLD법을 사용했다. 유전체막의 형성에 필요한 타겟은 다음과 같이 제작했다.

우선, 표 1에 기재한 시료 번호 1 내지 시료 번호 25의 Mg, Ta의 양이 되도록 MgO, Ta₂O₅의 칭량을 실시하고, 1L의 광구 폴리팟(polypot)에 칭량한 원료 분말과 물, 및 φ2mm의 ZrO₂ 비즈를 넣고 20시간의 습식 혼합을 실시했다. 그 후, 혼합 분말 슬러리를 100℃, 20시간으로 건조시키고, 수득된 혼합 분말을 Al₂O₃ 도가니에 넣고, 대기 중 1250℃에서 5시간 유지하는 소성 조건으로 1차 가소(假燒)를 실시하여, MgO-Ta₂O₅ 가소 분말을 수득했다.

다음으로, 표 1에 기재한 시료 번호 1 내지 시료 번호 25의 z의 값이 되도록, 수득된 MgO-Ta₂O₅ 가소 분말과 BaCO₃을 칭량하고, 1L의 광구 폴리팟에 칭량한 원료 분말과 물, 및 φ2mm의 ZrO₂ 비즈를 넣고 20시간의 습식 혼합을 실시했다. 그 후, 혼합 분말 슬러리를 100℃, 20시간으로 건조시키고, 수득된 혼합 분말을 Al₂O₃ 도가니에 넣고, 대기 중 1050℃에서 5시간 유지하는 소성 조건으로 2차 가소를 실시하여 BaO-MgO-Ta₂O₅ 가소 분말을 수득했다.

Mg를 포함하지 않는 BaO-Ta₂O₅계 화합물은, 목적으로 하는 BaO-MgO-Ta₂O₅의 생성을 저해하지만, 이와 같이 2단계의 가소를 실시함으로써 BaO-Ta₂O₅계 화합물이 생성하는 것을 억제할 수 있다.

수득된 가소 분말을 막자사발에 넣고, 결합제로서 농도 6wt%의 PVA(폴리비닐알코올) 수용액을 가소 분말에 대하여 10wt%가 되도록 첨가하고, 막자사발을 사용하여 과립분을 제조한 후, φ20mm의 금형에 두께가 5mm 정도가 되도록 과립분을 넣었다. 다음으로 일축 가압 프레스기를 사용하여 성형체를 수득했다. 성형 조건은 압력: 2.0×10⁸Pa, 온도: 실온으로 했다.

그 후, 수득된 성형체에 대하여, 승온 속도를 100℃/시간, 유지 온도를 400℃, 온도 유지 시간을 4시간으로 하고, 분위기는 상압의 공기 중에서 탈결합제 처리를 실시한 후에, 승온 속도를 200℃/시간, 유지 온도를 1600℃ 내지 1700℃, 온도 유지 시간을 12시간으로 하고, 분위기는 상압의 공기 중에서 소성을 실시했다.

이어서, 수득된 소결체의 두께가 4mm가 되도록 원통 연마기로 양면을 연마하고, 유전체막을 형성하기 위해 필요한 PLD용 타겟을 수득했다.

이렇게 수득된 PLD용 타겟을 사용하여 하부 전극 위에 400nm의 두께가 되도록 PLD법으로 유전체막을 형성했다. PLD법에 의한 성막 조건은 산소압을 1×10^-1(Pa)로 하고, 기판을 200℃로 가열했다. 또한, 하부 전극의 일부를 노출시키기 위해 금속 마스크를 사용하여 유전체막이 일부 성막되지 않는 영역을 형성했다.

유전체막 두께의 계측은 FIB로 굴삭하고, 수득된 단면을 SIM으로 관찰하여 측장했다.

성막 후의 유전체막의 조성은, 모든 시료에 대하여 XRF(형광 X선 원소 분석)를 사용하여 분석하고, 표 1 내지 4에 기재된 조성인 것을 확인했다.

이어서, 수득된 상기 유전체막 위에 증착 장치를 사용하여 상부 전극인 Ag 박막을 형성했다. 상부 전극의 형상을 금속 마스크를 사용하여 직경 100μm, 두께 100nm가 되도록 형성함으로써, 도 1에 도시된 구조의 시료 번호 1 내지 시료 번호 45를 얻었다.

수득된 모든 박막 콘덴서 시료에 대하여, 비유전율, Q값을 각각 하기에 나타내는 방법에 따라 수행했다.

<비유전율(εr), Q값>

비유전율(εr) 및 Q값은, 박막 콘덴서 시료에 대하여 기준 온도 25℃에서, RF 임피던스/재료 분석기(Agilent사 제조 4991A)에서 주파수 2GHz, 입력 신호 레벨(측정 전압) 0.5Vrms의 조건 하에서 측정된 정전 용량과 막 두께 측정의 결과로부터 산출했다(단위 없음). 비유전율은 높은 편이 바람직하고, 10 이상을 양호로 했다. 또한, Q값은 높은 편이 바람직하고, 400 이상을 양호로 했다.

시료 번호 1 내지 시료 번호 17

시료 번호 1 내지 시료 번호 17은, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. 표 1로부터, BaO-MgO-Ta₂O₅를 주성분으로 하는 유전체 막으로서, 상기 유전체 막의 주성분을 xBaO-yMgO-zTa₂O₅로 표시할 때에, x, y, z의 관계가 x+y+z=1.000, 0.375≤x≤0.563, 0.250≤y≤0.500, x/3≤z≤x/3+1/9인 시료 번호 1 내지 시료 번호 17은 비유전율이 10 이상, Q값이 400 이상인 것을 확인할 수 있었다.

시료 번호 9 내지 시료 번호 17

표 1로부터, 유전체막의 주성분을 xBaO-yMgO-zTa₂O₅로 표시할 때에, x, y, z의 관계가 x+y+z=1.000, 0.425≤x≤0.525, 0.275≤y≤0.409, x/3+0.025≤z≤x/3+0.081인 시료 번호 9 내지 시료 번호 17은 비유전율이 15 이상, Q값이 500 이상인 것을 확인할 수 있었다.

시료 번호 18 내지 시료 번호 25

x>0.563이었던 시료 번호 18, 시료 번호 19는, 도 3에 도시된 바와 같이 표면에 균열이 생겼기 때문에 유전 특성을 평가할 수 없었다. 시료 번호 20 내지 시료 번호 25는, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. y>0.500이었던 시료 번호 20, 시료 번호 21은 비유전율이 10 미만이었다. z>x/3+1/9이었던 시료 번호 22 내지 시료 번호 25는 Q값이 400 미만이었다.

<실시예 2>

Ba, Ca, Sr, Mg, Ta의 양을 표 2에 기재한 값이 되도록 BaCO₃, CaCO₃, SrCO₃, MgO, Ta₂O₅의 칭량을 실시하고, 1차 가소에서는 MgO-Ta₂O₅ 가소 분말을, 2차 가소에서는 각각 CaO-MgO-Ta₂O₅(시료 번호 26), SrO-MgO-Ta₂O₅(시료 번호 27), (Ba-Ca)O-MgO-Ta₂O₅(시료 번호 28), (Ca-Sr)O-MgO-Ta₂O₅(시료 번호 29), (Sr-Ba)O-MgO-Ta₂O₅(시료 번호 30), (Ba-Ca-Sr)O-MgO-Ta₂O₅(시료 번호 31)의 가소 분말을 수득했다. 조성 이외에는 실시예 1과 같게 하여 타겟을 제작하고, 각각 시료 번호 26 내지 시료 번호 31의 박막 콘덴서 시료를 제작했다. 실시예 1과 같은 평가를 실시한 결과를 표 2에 기재한다.

시료 번호 11, 시료 번호 26 내지 시료 번호 31

시료 번호 26 내지 시료 번호 31은, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. 표 2로부터, AO-MgO-Ta₂O₅를 주성분으로 하는 유전체 막으로서, A가 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상 함유한 시료 번호 11, 시료 번호 26 내지 시료 번호 31은 거의 같은 특성을 나타내고, 비유전율이 10 이상, Q값이 400 이상을 갖는 것을 확인할 수 있다.

<실시예 3>

Ba, Mg, Zn, Ni, Ta의 양을 표 3에 기재한 값이 되도록 BaCO₃, MgO, ZnO, NiO, Ta₂O₅의 칭량을 실시하고, 1차 가소에서는 각각 ZnO-Ta₂O₅(시료 번호 32), NiO-Ta₂O₅(시료 번호 33), (Mg-Zn)O-Ta₂O₅(시료 번호 34), (Zn-Ni)O-Ta₂O₅(시료 번호 35), (Ni-Mg)O-Ta₂O₅(시료 번호 36), (Mg-Zn-Ni)O-Ta₂O₅(시료 번호 37)의 가소 분말을, 2차 가소에서는 각각 BaO-ZnO-Ta₂O₅(시료 번호 32), BaO-NiO-Ta₂O₅(시료 번호 33), BaO-(Mg-Zn)O-Ta₂O₅(시료 번호 34), BaO-(Zn-Ni)O-Ta₂O₅(시료 번호 35), BaO-(Ni-Mg)O-Ta₂O₅(시료 번호 36), BaO-(Mg-Zn-Ni)O-Ta₂O₅(시료 번호 37)의 가소 분말을 수득했다. 조성 이외에는 실시예 1과 같게 하여 타겟을 제작하고, 각각 시료 번호 32 내지 시료 번호 37의 박막 콘덴서 시료를 제작했다. 실시예 1과 같은 평가를 실시한 결과를 표 3에 기재한다.

시료 번호 11, 시료 번호 32 내지 시료 번호 37

시료 번호 32 내지 시료 번호 37은, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. 표 3으로부터, BaO-B'O-Ta₂O₅를 주성분으로 하는 유전체막으로서, B'가 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상 함유한 시료 번호 11, 시료 번호 32 내지 시료 번호 37은 거의 같은 특성을 나타내고, 비유전율이 10 이상, Q값이 400 이상을 갖는 것을 확인할 수 있다.

<실시예 4>

Ba, Mg, Ta, Nb의 양을 표 4에 기재한 값이 되도록 BaCO₃, MgO, Ta₂O₅, Nb₂O₅의 칭량을 실시하고, 1차 가소에서는 각각 MgO-Nb₂O₅(시료 번호 38), MgO-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 39)의 가소 분말을, 2차 가소에서는 각각 BaO-MgO-Nb₂O₅(시료 번호 38), BaO-MgO-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 39)의 가소 분말을 수득했다. 조성 이외에는 실시예 1과 같게 하여 타겟을 제작하고, 각각 시료 번호 27, 시료 번호 28의 박막 콘덴서 시료를 제작했다. 실시예 1과 같은 평가를 실시한 결과를 표 4에 기재한다.

시료 번호 11, 시료 번호 38, 시료 번호 39

시료 번호 38, 시료 번호 39는, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. 표 4로부터, BaO-MgO-B''₂O₅를 주성분으로 하는 유전체막으로서, B''가 Nb, Ta 중 적어도 1종 이상 함유한 시료 번호 11, 시료 번호 38, 시료 번호 39는 거의 같은 특성을 나타내고, 비유전율이 10 이상, Q값이 400 이상을 갖는 것을 확인할 수 있다.

<실시예 5>

Ba, Ca, Sr, Mg, Zn, Ni, Ta, Nb의 양을 표 5에 기재한 값이 되도록 BaCO₃, CaCO₃, SrCO₃, MgO, ZnO, NiO, Ta₂O₅, Nb₂O₅의 칭량을 실시하고, 1차 가소에서는 각각 (Mg-Zn)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 40), (Zn-Ni)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 41), (Ni-Mg)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 42), (Mg-Zn-Ni)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 43)의 가소 분말을, 2차 가소에서는 각각 (Ba-Ca)O-(Mg-Zn)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 40), (Ca-Sr)O-(Zn-Ni)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 41), (Sr-Ba)O-(Ni-Mg)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 42), (Ba-Ca-Sr)O-(Mg-Zn-Ni)O-(Ta-Nb)₂O₅(시료 번호 43)의 가소 분말을 수득했다. 조성 이외에는 실시예 1과 같게 하여 타겟을 제작하고, 각각 시료 번호 40 내지 시료 번호 43의 박막 콘덴서 시료를 제작했다. 실시예 1과 같은 평가를 실시한 결과를 표 5에 기재한다.

시료 번호 40 내지 시료 번호 43

시료 번호 40 내지 시료 번호 43은, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. 표 5로부터, AO-B'O-B''₂O₅를 주성분으로 하는 유전체 막으로서, A는 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소를 포함하고, B'는 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소를 포함하고, B''는 Nb, Ta 중 적어도 1 종 이상으로부터 선택되는 원소를 함유한 시료 번호 40 내지 시료 번호 43은 거의 같은 특성을 나타내고, 비유전율이 10 이상, Q값이 400 이상을 갖는 것을 확인할 수 있다.

<실시예 6>

유전체막의 성막을 스퍼터링법으로 성막한 것 이외에는 실시예 1의 시료 번호 11과 같은 수법으로 시료를 제작하고, 실시예 1과 같은 평가를 실시했다. 결과를 표 6에 기재한다.

<실시예 7>

유전체막 두께를 800nm로 한 것 이외에는 실시예 1의 시료 번호 11과 같은 수법으로 시료를 제작하고, 실시예 1과 같은 평가를 실시했다. 결과를 표 6에 기재한다.

시료 번호 44, 시료 번호 45

시료 번호 44, 시료 번호 45는, 도 2에 도시된 것과 같이 표면에 균열 등의 결함은 보이지 않았다. 표 6으로부터, 유전체막의 제법(시료 번호 44)이나 유전체 막 두께(시료 번호 45)가 달라도, 본 실시형태의 유전체막을 사용함으로써 비유전율이 10 이상, Q값이 400 이상인 것을 확인할 수 있었다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명은 유전체 조성물 및 전자 부품에 관한 것이며, 본 발명은 소형화해도 비유전율이 높고, 유전 손실이 작은, 즉, Q값이 높은 유전체 조성물 및 그 유전체 조성물을 사용한 전자 부품을 제공한다. 이에 따라 유전체 조성물을 사용하는 전자 부품에 있어서 소형화, 고기능화를 도모할 수 있다. 본 발명은, 예를 들어, 유전체막을 사용하는 다이플렉서나 밴드패스 필터 등 박막 고주파 부품 등에 대하여 널리 신기술을 제공하는 것이다.

1... 지지 기판
2... 하지층
3... 하부 전극
4... 상부 전극
5... 유전체막
10... 박막 콘덴서

Claims (3)

1. 일반식 xAO-yB'O-zB''₂O₅
   (상기 일반식에 있어서,
   A는 Ba, Ca, Sr 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,
   B'는 Mg, Zn, Ni 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이며,
   B''는 Nb, Ta 중 적어도 1종 이상으로부터 선택되는 원소이다)
   로 나타내며, x, y, z의 관계가,
   x+y+z=1.000
   0.375≤x≤0.563
   0.250≤y≤0.500
   x/3≤z≤x/3+1/9
   인 복합 산화물을 주성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유전체 조성물.
2. 제1항에 있어서, 상기 일반식에 있어서 x, y, z의 관계가,
   x+y+z=1.000
   0.425≤x≤0.525
   0.275≤y≤0.409
   x/3+0.025≤z≤x/3+0.081
   인 복합 산화물을 주성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유전체 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 유전체 조성물을 갖는 전자부품.

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