TW200425182A - Thin film capacitive element, and electronic circuit and electronic device including the same - Google Patents
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Description
200425182 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種薄膜電容元件以及含有其之電子電 路及電子機器;特別是關於一種能夠進行薄層化並且具有 良好之溫度補償特性之薄膜電容元件以及含有其之電子電 路及電子機器。 【先前技術】 包含於電子機器之電子電路係最好是溫度依附性變 小,向來,藉由控制電子電路所包含之電容元件之靜電電 容溫度係數而使得電子電路之溫度依附性變小之嘗試係變 多。 例如在日本特開 2002 — 2 8 9462號公報、日本特開 2 002 — 7 5 7 8 3號公報及日本特開 2002 — 25 2 1 43號公報, 提議:藉由在下部電極和上部電極間形成由不同靜電電容 溫度係數之介電質所構成之複數個介電質層而控制靜電電 容溫度係數成爲要求的薄膜電容元件。 但是,在藉由形成由不同靜電電容溫度係數之介電質 所構成之複數個介電質層而控制薄膜電容元件之靜電電容 溫度係數之狀態下,不僅是無法避免薄膜電容元件之製作 製程變得複雜並且薄膜電容元件之厚度增大,並且,會有 所謂爲了控制薄膜電容元件之靜電電容溫度係數成爲要求 而必須正確地控制各個介電質層之膜厚之問題產生。 (2) (2)200425182 【發明內容】 因此,本發明之目的,係提供一種能夠進行薄層化並 且具有良好之溫度補償特性之薄膜電容元件以及含有其之 電子電路及電子機器。 本發明人係爲了達成本發明之目的,因此,全心重複 地進行硏究,結果,應該驚1牙地發現:可以藉由利用包含 具有特定之化學計量組成之鉍層狀化合物的介電質材料而 使得形成介電質層之薄膜電容元件之靜電電容溫度係數, 依附於介電質層所包含之鉍層狀化合物之[0 0 1 ]方位之定 向度、也就是C軸方向之定向度,控制介電質層所包含之 鉍層狀化合物之c軸方向之定向度,以便於控制薄膜電容 元件之靜電電容溫度係數,來成爲要求。 本發明係根據此種意見;如果藉由本發明的話,則本 發明之前述目的係藉由薄膜電容元件而達成;薄膜電容元 件,其特徵爲:使得藉由包含具有利用化學計量組成式: (B i 2 〇 2 ) 2 + ( d 5 W 0 3 /” + 】)2 ·或 B i 2 d 川· I U 3 m + 3 所表不之 組成(記號77?係正整數,記號d係由鈉(N a )、鉀 (κ )、鉛(P b )、鋇(B a )、緦(S r )、鈣(C a )及鉍 (Bi )所構成之群組而選出之至少1種元素,記號5係由 鐵(Fe )、鈷(Co )、鉻(Cr )、鎵(Ga )、鈦 (Ti )、鈮(Nb )、鉅(Ta )、銻(Sb )、錳(Μη )、 釩(V )、鉬(Μ 〇 )及鎢(W )所構成之群組而選出之至 少]種元素。在藉由2種以上元素來構成記號」及/或万 之狀態下,這些之比例係任意。)之鉍層狀化合物之介電 (3) 200425182 質材料所形成的介電質層,來具備在第]電極層和 極層之間。 在本發明,包含鉍層狀化合物之介電質材料係 含不可避免之雜質。 如果藉由本發明的話,則可以在形成介電質層 由控制形成介電質層之介電質材料所包含之鉍層狀 之[〇〇1]方位之定向度、也就是c軸方向之定向度 於決定包含該介電質層之薄膜電容元件之靜電電容 數’來成爲要求値,因此,可以控制裝入薄膜電容 電子電路之溫度係數、甚至將裝入薄膜電容元件之 路予以組裝之電子機器之溫度係數,來成爲要求。 鉍層狀化合物之C軸方向之定向度係可以藉由 基板之種類、所使用電極之種類、介電質層之製作 介電質層之製作條件而進行控制。 例如可以錯由選擇定向於[0 0 1 ]方位之單結晶 定向於[001]方位之電極而提高鉍層狀化合物之C 之定向度,可以藉由選擇非結晶質基板或非結晶質 降低鉍層狀化合物之C軸方向之定向度。 此外’作爲介電質層之製作製程係可以藉由選 金屬化學氣相成長法(metal-organic chemical deposition : MOCVD)、脈衝雷射蒸鍍法(P L D ) 蒸鍍法等而提高鉍層狀化合物之c軸方向之定向度 介電質層之製作製程係可以藉由選擇有機金屬^ (metal-organic decomposition : MOD)或溶膠·) 第2電 可以包 時,藉 化合物 ,以便 溫度係 元件之 電子電 所使用 製程、 基板或 軸方向 電極而 擇有機 vapor 、真空 ,作爲 分解法 疑膠法 (4) (4)200425182 等之液相法(c S D法)等而降低鉍層狀化合物之c軸方向 之定向度。 此外’在藉由液相法而形成介電質層之狀態下,可以 藉由控制在形成介電質層時之塗敷、預燒成及燒成之條件 而控制鉍層狀化合物之c軸方向之定向度。 在本發明’鉍層狀化合物之c軸方向之定向度F係藉 由下列公式(1 )而進行定義。 F ( % ) = { P - Ρ〇) / (ι_ρ〇) χ1〇〇 …(1) 在公式(1 ),户〃係進行完全隨機定向之鉍層狀化合 物之c軸定向比、也就是來自進行完全隨機定向之鉍層狀 化合物之(00〇面之反射強度"(〇〇7 )之合計Σ h (0 0 7 )和來自該鉍層狀化合物之各個結晶面(力々/)之反 射強度八()之合計Σ " ( )間之比値({ Σ (0 0J ) / Σ " ( /7 Η ) } ) ,P係使用X射線繞射強度所算 出之鉍層狀化合物之c軸定向比、也就是來自鉍層狀化合 物之(00〇面之反射強度/ (007)之合計ς/(007)和 來自鉍層狀化合物之各個結晶面(/7Α/ )之反射強度/ (ΛΗ )之合計Σ / ( 間之比値({ Σ / ( 007 ) / Σ / (Λ Η ) })。在此,/?、A、/係可以分別得到〇以上之任 意整數値。 在此,h係已知之常數,因此,在來自(007)面之 反射強度/( 〇 〇 7 )之合計Σ /( 0 07 )和來自各個結晶面 (ΛΗ )之反射強度/ ( W/ )之合計Σ / ( AH )呈相等時、 也就是户二]時,鉍層狀化合物之c軸定向度F係1〇0 -7- (5) (5)200425182 %。 鉍層狀化合物係分別具有交互地層積藉由AB03所構 成之(m - 1 )個鈣鈦礦格子呈連接之層狀鈣鈦礦格子層 和(B i 2 0 2 ) 2 +層之層狀構造。 所謂鉍層狀化合物之C軸係表示結合]對(B i 2 〇 2 ) 2 +層 間之方向、也就是[0 0 1 ]方位。 在本發明中,化學計量組成式中之記號77?係如果成 爲正整數的話,則並無特別限定,但是,最好是偶數。在 記號m之値成爲偶數時,介電質層係具有平行於c面之鏡 映面,因此,以鏡映面作爲境界,自發極化之c軸方向成 分相互地互相抵銷,使得介電質層在c軸方向不具有極化 軸。因此,保持介電質層之常介電性,提高介電係數之溫 度特性,同時,實現低損失。在記號m之値變大時,可 以期待介電質層之介電係數之提升。 在本發明,化學計量組成式中之記號m係最好是2、 4、6、8之其中某1個,更加理想是記號m係2或4。 在本發明,鉍層狀化合物之靜電電容溫度係數係最好 是在 lOOOppm/'K 至-700ppm/°K 之範圍。 在本發明之理想實施形態’前述鉍層狀化合物係還包 含由钪(Sc )、釔(γ )、鑭(La )、鈽(Ce )、鐯 (Pr )、欽(N d )、鉅(P m )、杉(S m )、銪(E u )、 釓(Gd )、铽(Tb )、鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌 (Er )、铥(Tm )、鏡(Yb )及鐫(Lu )所構成之群組 而選出之至少1種稀土類元素。 -8- (6) (6)200425182 如果藉由本發明人之硏究的話,則發現還藉由薄膜電 容元件而達成本發明之前述目的;薄膜電容元件,其特徵 爲:藉由包含具有利用化學計量組成式:X s r B i 4 T i 4 0,5 — (1 — X ) MBi4Tl4〇15所表示之組成(記號μ係由鈣、鋇 和鉛所選出之至少1種元素,〇 S X S 1。)之鉍層狀化合 物之介電質材料所形成之介電質層,來具備在第1電極層 和第2電極層之層間。 在本發明之理想實施形態,前述介電質層係包含藉由 化學計量組成式:S r B i4 T i4 Ο】5所表示之鉍層狀化合物。 在本發明,鉍層狀化合物之靜電電容溫度係數係最好 是在 8 00ppm/°K 至-150ppm/°K 之範圍。 在本發明之理想實施形態,前述鉍層狀化合物係還包 含由銃(Sc )、釔(Y )、鑭(La )、鈽(Ce )、鐯 (P 】·)'鈸(N d )、鉅(P m )、釤(S m )、銪(E u )、 釓(Gd )、铽(Tb )、鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌 (Er )、錶(Tm ) '鏡(Yb )及鐫(Lu )所構成之群組 而選出之至少1種稀土類元素。 如果藉由本發明人之硏究的話,則發現還藉由電子電 路而達成本發明之前述目的;電子電路,其特徵爲:含有 使得藉由包含具有利用化學計量組成式:(Bi202 ) 2 + (4· 2·或Bid + 3所表示之組成(記號 w係正整數,記號d係由鈉(Na )、鉀(κ )、鉛 (P b )、鋇(B a )、緦(S r )、鈣(C a )及鉍(B i )所構 成之群組而選出之至少1種元素,記號5係由鐵(Fe )、 -9- (7) (7)200425182 鈷(Co )、鉻(C.r )、鎵(Ga )、鈦(Ti )、鈮 (Nb )、鉅(Ta )、銻(Sb )、錳(Μη )、釩(V )、 鉬(Mo )及鎢(W )所構成之群組而選出之至少1種元 素。在藉由2種以上元素來構成記號/及/或5之狀態 下,這些之比例係任意。)之鉍層狀化合物之介電質材料 所形成的介電質層來具備在第1電極層和第2電極層間的 薄膜電容元件。 如果藉由本發明的話,則可以藉由利用包含具有前述 化學計量組成之鉍層狀化合物的介電質材料而使得形成介 電質層之薄膜電容元件之靜電電容溫度係數,依附於介電 質層所包含之鉍層狀化合物之[0 0 1 ]方位之定向度、也就 是C軸方向之定向度,控制介電質層所包含之鉍層狀化合 物之c軸方向之定向度,以便於控制薄膜電容元件之靜電 電容溫度係數,來成爲要求,因此,可以藉由將利用包含 此種鉍層狀化合物之介電質材料所形成之薄膜電容元件, 裝入至電子電路,而控制電子電路之溫度係數,來成爲要 求。 在本發明,鉍層狀化合物之靜電電容溫度係數係最好 是在 1000ppm/°K 至- 700ppm/°K 之範圍。 在本發明之理想實施形態,前述鉍層狀化合物係還包 含由銃(Sc )、釔(Y )、鑭(La )、鈽(Ce )、鐯 (P r )、銨(N d )、鉅(P m )、釤(S m )、銪(Ε ι〇 、 ( Gd ) 、Μ ( Tb )、鏑(Dy ) 、1火(Η ο )、餌 (Er )、錶(Tm )、鏡(Yb )及鐫(Lu )所構成之群組 (8) 200425182 而選出之至少1種稀土類元素。 如果藉由本發明人之硏究的話,則發現 路而達成本發明之前述目的;電子電路,其 藉由包含具有利用化學計量組成式:X s 1· B i 4 X ) MB i 4 T i 4 〇】5所表示之組成(記號Μ係由 選出之至少1種元素,OSxSl。)之鉍層 電質材料所形成之介電質層來具備在第1電 極層間的薄膜電容元件。 在本發明之理想實施形態,前述介電質 化學計量組成式:SrBi4Ti40I5所表示之鉍層 在本發明,鉍層狀化合物之靜電電容溫 是在 800ppm/°K 至-150ppm/°K 之範圍。 在本發明之理想實施形態’前述鉍層狀 含由銃(Sc )、釔(Y )、鑭(La )、隹i (Pr )、銳(Nd)、矩(Pm)、杉(Sm) 釓(Gd )、铽(Tb )、鏑(Dy )、鈥 (Er )、錶(Tm )、鏡(Yb )及鐫(Ln ) 而選出之至少1種稀土類元素。 如果藉由本發明人之硏究的話’則發現 器而達成本發明之前述目的;電子機器’其 使得藉由包含具有利用化學計量組成式: (d ,„ · 1 5 0 3 + 】)2 ·或 B i 2 d m -】万 3 w + 3 所表不 m係正整數,記號 A係由鈉(Na )、 (Pb )、鋇(Ba )、緦(Si* )、鈣(Ca )及 速錯由電子電 特徵爲:含有 T i 4 〇 ] 5 ~~ ( 1 — I丐、鋇和錯所 狀化合物之介 極層和第2電 層係包含藉由 狀化合物。 度係數係最好 化合物係還包 ΐ ( Ce)、鐯 、銪(E U )、 (Ho )、餌 所構成之群組 速箱由電子機 特徵爲:含有 :(Bi2〇2 ) 2 + 之組成(記號 鉀(K )、鉛 鉍(B i )所構 -11 - 200425182 Ο) 成之群組而選出之至少1種元素,記號5係由鐵(Fe )、 鈷(Co )、鉻(Cr )、鎵(Ga )、鈦(Ti )、鈮 (Nb )、鉬(Ta )、銻(Sb )、錳(Μη )、釩(V )、 鉬(Mo )及鎢(W )所構成之群組而選出之至少1種元 素。在藉由2種以上元素來構成記號d及/或S之狀態 下,這些之比例係任意。)之鉍層狀化合物之介電質材料 所形成的介電質層來具備在第1電極層和第2電極層間的 薄膜電容元件。 如果藉由本發明的話,則可以藉由利用包含具有前述 化學計量組成之鉍層狀化合物的介電質材料而使得形成介 電質層之薄膜電容元件之靜電電容溫度係數,依附於介電 質層所包含之鉍層狀化合物之[001]方位之定向度、也就 是c軸方向之定向度,控制介電質層所包含之鉍層狀化合 物之c軸方向之定向度,以便於控制薄膜電容元件之靜電 電容溫度係數,來成爲要求,因此,可以藉由將利用包含 此種鉍層狀化合物之介電質材料所形成之薄膜電容元件, 裝入至電子電路,而控制電子電路之溫度係數,來成爲要 求’所以,將裝入藉由包含此種鉍層狀化合物之介電質材 料所形成之薄膜電容元件之電子電路予以包含之電子機器 之溫度係數,來控制成爲要求。 在本發明,鉍層狀化合物之靜電電容溫度係數係最好 是在 1 000ppm/°K 至-7 00ρρηι/°Κ 之範圍。 在本發明之理想實施形態,前述鉍層狀化合物係還包 含由钪(Sc )、釔(Y )、鑭(La )、鈽(Ce )、鐯 -12- (10) 200425182 (P r )、銳(N d )、鉅(P m )、衫(S m )、銪( 釓(Gd )、铽(Tb )、鏑(Dy )、鈥(Ho (Ει·)、錶(T in )、鏡(Y b )及鐫(L u )所構成 而選出之至少1種稀土類元素。 如果藉由本發明人之硏究的話,則發現還藉由 器而達成本發明之前述目的;電子機器,其特徵爲 藉由包含具有利用化學計量組成式:X S r B i 4 T i 4 Ο 15 _ x ) MBi4Ti4〇15所表示之組成(記號Μ係由鈣、鋇 選出之至少1種元素,0 g X S 1。)之鉍層狀化合 電質材料所形成之介電質層來具備在第1電極層和 極層間的薄膜電容元件。 在本發明之理想實施形態,前述介電質層係包 化學計量組成式:SrBi4Ti4015所表示之鉍層狀化合 在本發明,鉍層狀化合物之靜電電容溫度係數 是在 8 00ppm/°K 至-150ppm/°K 之範圍。 在本發明之理想實施形態,前述鉍層狀化合物 含由銃(Sc )、釔(Y )、鑭(La )、鈽(Ce (Pr )、銨(Nd )、鉅(Pm )、釤(Sm ) ' 銪( 釓(Gd )、铽(Tb )、鏑(Dy )、鈥(Ho (Er )、錶(Tm )、鏡(Yb )及鐫(Lu )所構成 而選出之至少1種稀土類元素。 在本發明,在其表面用以將形成介電質層之第 層予以形成之材料係並無特別限定,但是,可以使 (Pt )、釕(RU )、鍺(Rh )、鈀(Pd )、銥(lr
Eu )、 )、餌 之群組 電子機 :含有 -(1 -和鉛所 物之介 第2電 含藉由 物。 係最好 係還包 )、鐯 Ευ )、 )、餌 之群組 1電極 用白金 )、金 - 13- (11) (11)200425182 (Α υ )、銀(Ag)、銅(Cu)、鎮(Ni)等之金屬及以 這些作爲主成分之合金、或NdO、NbO、Re〇2、Rh〇,、 〇s〇2、 Ir02、Ru02、Re〇3、 SrMo03、 SrRu〇3、 CaRu03、 S r V O 3、S l· C r O 3、S r C ο O 3、L a N i 0 3、摻雜 N b 之 S ι. T i 〇 3 等 之導電性氧化物及這些之混合物、甚至BiSr2Cu06等之具 有超導性鉍層狀構造之超導體。 在本發明,使用真空蒸鍍法、濺鍍法、脈衝雷射蒸鍍 法(PLD )、有機金屬化學氣相成長法(metal-organic chemical vapor deposition: Μ O C V D )、有機金屬分解法 (metal-organic decomposition: MOD)或溶膠·凝 p 法 等之液相法(CSD法)等之各種薄膜形成法而將形成介電 質層之第1電極層予以形成在其表面上。 在本發明,在其表面形成介電質層之第1電極層係可 以定向於[001]方位、也就是c軸方向,也可以定向於[〇〇!] 方位以外之方位,此外,可以是非結晶質狀,也可以不進 行定向。 在本發明’介電質層係可以使用真空蒸鍍法、濺鍍 法、脈衝雷射蒸鍍法(PLD )、有機金屬化學氣相成長法 (metal-organic chemical vapor deposition: MOC VD )、 有機金屬分解法(metal-organic decomposition : MOD) 或溶膠•凝膠法等之液相法(CSD法)等之各種薄膜形成 法而形成。 在本發明,最好是爲了提高介電質層中之鉍層狀化合 物之c軸定向度;7,因此,藉由有機金屬化學氣相成長法 -14- (12) (12)200425182 (metal-organic chemical vapor deposition : MOCVD)、 脈衝雷射蒸鍍法(pld )、真空蒸鍍法而形成介電質層, 另一方面,爲了降低介電質層中之鉍層狀化合物之C軸定 向度厂,因此,藉由有機金屬分解法(metal-organic decomposition : MOD )或溶膠•凝膠法等之液相法(CSD 法)而形成介電質層。 在本發明,所謂液相法係指包含1種或2種以上之塗 敷製程、1種或2種以上之預燒成製程以及1種或2種以 上之燒成製程的薄膜形成法,包含有機金屬分解法 (metal-organic decomposition : MOD )、溶膠•凝膠 法,並且,也包含使用無機酸鹽溶液而形成薄膜之狀態。 在這些當中,最好是使用有機金屬分解法。 在第1電極層上,於形成介電質層之過程中,包含鉍 層狀化合物之介電質材料係在第1電極層上,按照鉍層狀 化合物之組成、介電質層之形成條件而決定[〇 〇 1 ]方位、 也就是C軸方向之鉍層狀化合物之定向度77。 在藉由有機金屬分解法而形成介電質層之狀態下,將 包含鉍層狀化合物之薄膜電容元件用組成物之溶液,塗敷 在第1電極層上,形成塗敷膜,燒成第1電極層上之塗敷 膜,形成介電質層。 在本發明,最好是在第I電極層上而形成塗敷膜後, 乾燥塗敷膜,在塗敷膜不進行結晶化之溫度下,對於塗敷 膜來進行預燒成,並且,燒成塗敷膜,形成介電質層。 或者是也可以在第1電極層上而形成塗敷膜來乾燥塗 -15- (13) (13)200425182 敷膜後’重複地進行在乾燥後之塗敷膜上,還形成新的塗 敷膜’乾燥新的塗敷膜之步騾,形成要求膜厚之塗敷膜, 然後’燒成塗敷膜,形成介電質層。可以在該狀態下,在 重複地進行2次以上之塗敷及乾燥之步驟後,進行預燒 成’在最後,燒成塗敷膜,形成介電質層。 或者是也可以在第1電極層上而形成塗敷膜來乾燥塗 敷膜以及對於塗敷膜來進行預燒成後,重複地進行在塗敷 膜上’形成新的塗敷膜,乾燥新的塗敷膜,進行預燒成之 步驟’形成要求膜厚之塗敷膜,然後,燒成塗敷膜。可以 在該狀態下,不乾燥塗敷膜,重複地進行塗敷及預燒成之 步驟’在最後,進行燒成,形成介電質層。 或者是也可以在第1電極層上,形成塗敷膜,乾燥塗 敷膜’對於塗敷膜來進行預燒成,然後,重複地進行燒成 塗敷膜之步驟,形成要求膜厚之塗敷膜,形成介電質層。 可以在該狀態下,不乾燥塗敷膜,重複地進行塗敷、預燒 成及燒成之步驟,形成介電質層,也可以對於塗敷膜不進 行預燒成,重複地進行塗敷、乾燥及燒成之步驟,形成介 電質層。 在本發明,在藉由有機金屬分解法而形成介電質層之 狀態下,在第1電極層上,藉由旋轉塗敷法或浸漬塗敷 法、最好是旋轉塗敷法,而將包含鉍層狀化合物之薄膜電 容元件用組成物之溶液予以塗敷,形成塗敷膜。 在本發明,形成於第1電極層上之塗敷膜係最好是在 成爲鉍層狀化合物之結晶化溫度之7 0 0至9 0 0 °c,進行燒 -16- (14) (14)200425182 成。 在本發明,形成於第1電極層上之塗敷膜係最好是在 室溫至4 0 0 °c、更加理想是5 0至3 0 0 °C,進行乾燥。 在本發明,形成於第1電極層上之塗敷膜係最好是在 3 0 0至5 0 0 °C,進行預燒成。 在本發明,於第1電極層上,在形成介電質層後,於 介電質層上,形成第2電極層。 在本發明,用以形成第2電極層之材料係如果具有導 電性的話,則並無特別限定,可以使用白金(Pt )、釕 (RU )、铑(Rh )、鈀(Pd )、銥(Ir )、金(An )、 銀(Ag )、銅(Ci〇 、鎳(Ni )等之金屬及以這些作爲 主成分之合金、或 NdO、NbO、Re02、Rh02、0s02、 I r O 2 、 Rυ 0 2 、 Re 0 3 、 S r Μ ο O 3 、 S rRu 0 3 、 C aRu 0 3 、 SrV03、Si*Cr03、S r C 0 0 3、L aN i 0 3、摻雜 Nb 之 SrTi03 等 之導電性氧化物及這些之混合物、ITO等之導電性玻璃 等,形成第2電極層。此外,不同於第1電極層,作爲用 以形成第2電極層之材料係也能夠進行室溫之成膜,因 此,也可以使用鐵(Fe )、鈷(Co )等之卑金屬或WSi、 MoSi等之合金,形成第2電極層。 在本發明,作爲第2電極層之厚度係如果能夠確保作 爲薄膜電容元件之某一邊電極之功能的話,則並無特別限 定,例如可以設定成爲1 0至1 000 0nrn左右。 在本發明,第2電極層之形成方法係並無特別限定, 可以使用真空蒸鍍法、濺鍍法、脈衝雷射蒸鍍法 -17- (15) (15)200425182 (PLD )、有機金屬化學氣相成長法(metal-〇rganic demiCal vap〇r dep〇sltl〇n : M〇CVD)、有機金屬分解法 (met a]-organic decomposition )或溶膠•凝膠法等之液 相法(C S D法)等之各種薄膜形成法而形成。在這些當 中’由成膜速度之方面來看的話,則最好是職鑛法。 本發明之前面敘述及其他目的或特徵係由根據附件圖 式之以下說明而明白地顯示。 【實施方式】 以下’根據附件圖式而就本發明之理想實施形態,來 詳細地附加說明。 第1圖係本發明之理想實施形態之薄膜電容元件之槪 略剖面圖。 正如第1圖所示,本實施形態之薄膜電容元件1係具 備支持基板2,在支持基板2上,依照該順序而層積障蔽 層3、下部電極層4、介電質層5及上部電極層6。 在本實施形態,薄膜電容元件1之支持基板2係藉由 矽單結晶而形成。支持基板 2之厚度係例如I 〇 〇至 1 0 0 0 μ m 左右 ° 本實施形態之薄膜電容元件1係在支持基板2上,具 備藉由氧化矽所形成之絕緣層3。 由氧化矽所構成之絕緣層3係例如藉由矽之熱氧化而 形成。 正如第]圖所示,在絕緣層3上,形成下部電極層 -18- (16) (16)200425182 4 〇 在本實施形態,下部電極層4係藉由白金而形成。 下部電極層4係可以定向於[001]方位,也可以定向 於[00 1 ]方位以外之方位,並且,可以成爲非結晶質狀, 也可以不進行定向。 由白金所構成之下部電極層4係例如使用氬氣來作爲 濺鍍氣體,使得支持基板2及絕緣層3之溫度,保持在 3 〇 〇 °C以上、最好是5 0(TC以上,藉由濺鍍法而形成於絕 緣層3上。 下部電極層4之厚度係並無特別限定,成爲10至 10 OOnm、最好是50至200 nm左右。在本實施形態,下部 電極層4係形成爲lOOnm之厚度。 正如第1圖所示,本實施形態之薄膜電容元件1係具 備形成於下部電極層4上之介電質層5。 在本實施形態,介電質層5係藉由利用化學計量組成 式:SrBi4Ti40】5所表示並且包含作爲電容器材料之良好 特性之鉍層狀化合物之介電質材料而形成。 鉍層狀化合物係最好是還包含由銃(Sc )、釔 (Y )、鑭(La )、鈽(Ce )、鐯(Pr )、鈸(Nd )、鉅 (Pm )、釤(Sm )、銪(Eu )、乱(Gd )、铽(Tb )、 鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌(Er )、錶(Tm )、鏡(Yb ) 及鐫(Li〇所構成之群組而選出之至少1種稀土類元素。 在本實施形態,介電質層5係藉由有機金屬分解法 (metal-organic decomposition : Μ O D 法)而形成在下部 -19- (17) (17)200425182 電極層4上。 具體地說,使得2 -乙基己烷酸緦之甲苯溶液、2 -乙基己烷酸鉍之2 -乙基己烷酸溶液和2 -乙基己院酸鈦 之甲苯溶液來成爲2 —乙基己烷酸緦】莫爾、2 -乙基己 烷酸鉍4莫爾、2 -乙基己烷酸鈦4莫爾,混合這些溶 液’藉由甲苯而進行稀釋,調製原料溶液。 藉由旋轉塗敷法而將這樣所得到之原料溶液,塗敷在 下部電極層4上,使得膜厚成爲例如1 〇〇 nm,來形成塗敷 膜。 在塗敷膜之形成後,在室溫至大約4 0 〇 °C之溫度下, 進行乾燥,蒸發塗敷膜中之溶媒。 接著,在大約 2 0 0至 7 0 0 °C之氧氣氛下,對於塗敷 膜,進行預燒成。預燒成係進行在使得塗敷膜中之鉍層狀 化合物不結晶化之溫度下。 然後,在預燒成之塗敷膜上,再度藉由旋轉塗敷法而 塗敷原料溶液,使得膜厚成爲例如1 OOnm,來形成塗敷 膜,在乾燥後,在大約2 0 0至7 0 0 °C之氧氣氛下,對於塗 敷膜,進行預燒成。 接著,在預燒成之塗敷膜上,還藉由旋轉塗敷法而塗 敷原料溶液,使得膜厚成爲例如1 OOnm,來形成塗敷膜, 在乾燥後,在大約200至700 °C之氧氣氛下,對於塗敷 膜,進行預燒成。 像這樣,在結束預燒成時,在大約700至900 °c之氧 氣氛下,對於預燒成之塗敷膜,進行燒成,對於塗敷膜中 -20- (18) (18)200425182 之鉍層狀化合物進行結晶化,形成例如3 OOnm膜厚之介 電質層5。 這樣所得到之介電質層5係包含藉由化學計量組成 式:SrBhTUOu所表示之鉍層狀化合物。 在預燒成及燒成之過程,鉍層狀化合物係進行磊晶成 長而定向於[〇〇]]方位、也就是c軸方向。 得知:鉍層狀化合物之c軸方向之定向度F ( % )係 可以藉由控制在形成介電質層5時之塗敷、預燒成及燒成 之條件而進行控制,但是,如果藉由本發明人之硏究的 話,則發現可以藉由控制介電質層5所包含之鉍層狀化合 物之c軸方向之定向度F ( % )而改變薄膜電容元件1之 靜電電容溫度係數;特別是得知:在介電質層5包含具有 藉由化學計量組成式:SrBi4Ti4015所表示之組成之鉍層 狀化合物之狀態下,可以藉由控制鉍層狀化合物之c軸方 向之定向度F(%)而使得薄膜電容元件1之靜電電容溫 度係數,大幅度地變化於由正値開始至負値間。 因此’在本實施形態,控制在形成介電質層5時之塗 敷、預燒成及燒成之條件而使得薄膜電容元件1具有所要 求之靜電電容溫度係數,決定介電質層5所包含之鉍層狀 化合物之c軸方向之定向度F(%)。 正如第1圖所示,在介電質層6上,藉由白金而形成 上部電極層6。 由白金所構成之上部電極層6係例如使用氬氣來作爲 濺鍍氣體,使得支持基板2、絕緣層3、下部電極層4及 -21 - (19) (19)200425182 介電質層5之溫度,保持在室溫(2 5 °C ) ’藉由濺鍍法而 形成於介電質層5上。 正如前面敘述,如果藉由本發明人之硏究的話’則發 現可以藉由控制介電質層5所包含之鉍層狀化合物之c軸 方向之定向度F(%)而改變薄膜電容元件1之靜電電容 溫度係數;特別是得知··在介電質層5包含具有藉由化學 計量組成式·· SrBi4Ti40I5所表示之組成之鉍層狀化合物 之狀態下,可以藉由控制鉍層狀化合物之c軸方向之定向 度F ( % )而使得薄膜電容元件1之靜電電容溫度係數’ 大幅度地變化於由正値開始至負値間。 因此,如果藉由本實施形態的話,則介電質層5係構 成包含具有藉由化學計量組成式:SrBi4Ti4015所表示之 組成之鉍層狀化合物,控制在形成介電質層5時之塗敷、 預燒成及燒成之條件而決定介電質層5所包含之鉍層狀化 合物之c軸方向之定向度F(%),因此,不設置複數個 介電質層,可以得到具有要求之靜電電容溫度係數之薄膜 電容元件1,因此,可以控制裝入薄膜電容元件1之電子 電路而使得溫度依附性成爲要求,降低裝入電子電路之電 子機器之溫度依附性。 本發明係並非限定於以上之實施形態,可以在申請專 利範圍所記載之發明範圍內,進行各種改變,當然,這些 係也包含在本發明之範圍內。 例如在前述實施形態,薄膜電容元件1之介電質層5 係藉由包含具有利用化學計量組成式:S r B i 4 T i 4 0 ! 5所表 -22- (20) (20)200425182 示之組成之鉍層狀化合物之介電質材料所形成,但是,不 需要一定藉由包含具有利用化學計量組成式: 所表示之組成之祕層狀化合物之介電質材料而形成薄膜電 容元件1之介電質層5 ;也可以藉由包含具有利用化學計 重組成式· ( B i 2 〇 2 ) (山77 ·】万〇 3 +】)2 ·或丑丨2人7· 】万m 〇 3 m + 3所表示之組成(記號⑺係正整數,記號J係由 鈉(Na )、鉀(K )、鉛(Pb )、鋇(Ba )、總(Sr )、 鈣(Ca )及鉍(Bi )所構成之群組而選出之至少1種元 素,記號5係由鐵(Fe )、鈷(Co )、鉻(Cr )、鎵 (Ga )、鈦(Ti )、鈮(Nb )、鉅(丁a )、銻(Sb )、 Μ (Μη) 、fL ( V )、鉬(M 〇 )及鎢(W )所構成之群組 而選出之至少1種元素。在藉由2種以上元素來構成記號 /及/或S之狀悲下’垣些之比例係任意。)之鉍層狀化 合物的介電質材料,來形成薄膜電容元件1之介電質層 5。此外,也可以錯由包含具有利用化學計量組成式: drBi4Ti4〇]5— ( 1 — x ) MBi4Ti4015 所表示之組成(記號 从係由鈣、鋇和鉛所選出之至少1種元素,丨。) 之祕層狀化合物之介電質材料,而形成薄膜電容元件1之 介電質層5。此外,也可以藉由包含具有利用化學計量組 成式:SrBhThOu所表示之組成之鉍層狀化合物之介電 質材料’而形成薄膜電容元件1之介電質層5。 此外,在前述實施形態,在形成介電質層5時,藉由 旋轉塗敷法而形成塗敷膜’但是,不需要—定藉由旋關 敷法而形成塗敷膜,可以爲了取代旋轉塗敷法而例如藉由 >23- (21) (21)200425182 浸漬塗敷法,來形成塗敷膜。 此外,在前述實施形態,薄膜電容元件1之支持基板 2係藉由矽單結晶而形成,但是’不需要一定藉由砂單結 晶而形成薄膜電容元件]之支持基板2,也可以使用藉由 格子整合性良好之SrTi03單結晶、MgO單結晶、LaA1〇3 單結晶等之單結晶、玻璃、熔融石英、Si 〇2/ Si等之非結 晶質材料、Z r 0 2 / S i、C e Ο 2 / S i等之其他材料等而形成 之支持基板2。 此外,在前述實施形態,薄膜電容元件1之下部電極 層4係藉由白金而形成,但是,不需要一定藉由白金而形 成薄膜電容元件 1之下部電極層 4,也可以藉由 SrMo〇3、S r Ru 0 3 Λ CaRu〇3、S r V Ο 3 ' SrCr〇3、SrCo〇3、 LaNi03、摻雜Nb之SrTi03等之導電性氧化物、釕、金、 鈀、銀等之貴金屬或這些之合金、1 Τ Ο等之導電性玻璃、 鎳、銅等之卑金屬或這些之合金而形成薄膜電容元件1之 下部電極層4。在使用格子整合性良好之材料而形成支持 基板2之狀態下,下部電極層4係最好是藉由CaRuO3或 SrRu03等之導電性氧化物、白金或釕等之貴金屬而形 成。 此外,在前述實施形態,薄膜電容元件1之下部電極 層4係藉由濺鍍法而形成,但是,不需要一定藉由濺鍍法 而形成薄膜電容元件1之下部電極層4,也可以使用真空 蒸鍍法、脈衝雷射蒸鍍法(PLD )、有機金屬化學氣相成 長法 (metal-organic chemical vapor deposition : •24- (22) (22)200425182 Μ O C V D )、液相法(c s D法)等之其他薄膜形成方法而 形成下部電極層4。 此外,在前述實施形態,薄膜電容元件1之介電質層 5係藉由有機金屬分解法(m e t a 1 · 〇 r g a n i c d e c 〇 m ρ 〇 s i t i ο η : MOD法)而形成’但是,不需要一定藉由有機金屬分解 法而形成薄膜電容元件1之介電質層5,也可以使用真空 蒸鍍法、濺鍍法、脈衝雷射蒸鍍法(PLD )、有機金屬化 學采j 相成長法 (nietal-organic chemical vapor deposition: MOCVD)、溶膠•凝膠法等之其他液相法等 之其他薄膜形成方法而形成介電質層5。最好是爲了提高 介電質層中之鉍層狀化合物之c軸定向度F,因此,藉由 有機金屬化學氣相成長法、脈衝雷射蒸鍍法(p L D )、真 空蒸鍍法而形成介電質層,另一方面,爲了降低介電質層 中之鉍層狀化合物之c軸定向度F,因此,藉由有機金屬 分解法或溶膠•凝膠法等之液相法(C S D法)而形成介電 質層。 此外’在前述實施形態,在形成薄膜電容元件1之介 電質層5時,藉由旋轉塗敷法而將原料溶液塗敷在下部電 極層4上,但是,不需要一定藉由旋轉塗敷法而將原料溶 液塗敷在下部電極層4上,也可以使用浸漬塗敷法、噴射 塗敷法等之其他塗敷法而將原料溶液塗敷在下部電極層4 上。 此外,在前述實施形態,薄膜電容元件1之上部電極 層6係藉由白金而形成,但是,不需要一定藉由白金而形 -25- (23) 200425182 成薄膜電容元件1之上部電極層6,也可以藉由Nd〇、 NbO 、 R e Ο 2 、 Rh Ο 2 、 〇 s Ο 2 、 I r Ο 2 、 R υ 0 2 、 R e 0 3 、 SrMo〇3、SrRu〇3、C a R u 0 3 ' S r V 0 3 ' SrCr〇3、S1C0O3、 LaNi03、摻雜Nb之SrTi03等之導電性氧化物、釕、金、 鈀、銀等之貴金屬或這些之合金、I T 0等之導電性玻璃、 鎳、銅等之卑金屬或這些之合金而形成薄膜電容元件]之 上部電極層6。
此外,在前述實施形態,薄膜電容元件1之上部電極 層6係藉由濺鍍法而形成,但是,不需要一定藉由濺鍍法 而形成薄膜電容元件I之上部電極層6,也可以使用真空 蒸鍍法、脈衝雷射蒸鍍法(PLD )、有機金屬化學氣相成 長法 (metal-organic chemical vapor deposition : MOCVD )、液相法(CSD法)等之其他薄膜形成方法而 形成上部電極層6。
如果藉由本發明的話,則可以提供一種能夠進行薄層 化並且具有良好之溫度補償特性之薄膜電容元件以及含有 其之電子電路及電子機器。 【圖式簡單說明】 第]圖係本發明之理想實施形態之薄膜電容元件之槪 略剖面圖。 【符號說明】 薄膜電容元件 -26- (24) (24)200425182 2 支持基板 3 障蔽層 4 下部電極層 5 介電質層 6 上部電極層
-27-
Claims (1)
- 200425182 Ο) 拾、申请專利範圍 1 · 一種薄膜電容元件,其特徵爲:使得 有利用化學計量組成式:(Bi2〇2 ) 2+ ( B i2 4 ;„ ·】S /7ί 0 3+ 3所表示之組成(記號777係正整 係由鈉(Na )、鉀(κ )、鉛(pb )、鋇 (S r ) 、|弓(c a )及鉍(B i )所構成之群組而 1種元素,記號5係由鐵(Fe)、鈷(Co )、 鎵(Ga )、鈦(Ti )、鈮(Nb ) '鉬( (Sb )、錳(Μη)、釩(V)、鉬(Mo )及麵 成之群組而選出之至少1種元素;在藉由2種 構成記號d及/或B之狀態下,這些之比例 鉍層狀化合物之介電質材料所形成的介電質層 第1電極層和第2電極層之間。 2.如申請專利範圍第1項所記載之薄膜 其中,前述鉍層狀化合物之靜電電容溫度係 1000ppm/°K 至- 700ppm/°K 之範圍。 3 ·如申請專利範圍第1項所記載之薄膜 其中,前述鉍層狀化合物係還包含由銃1 (Y)、鑭(La)、鈽(Ce)、鐯(Pr)、銳 (Pm )、釤(Sm )、銪(Eu ) 、fL ( Gd )、 鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌(E〇 、錶(Tm ) 及鐫(Lu )所構成之群組而選出之至少1種稀 4.如申請專利範圍第2項所記載之薄膜 其中,前述鉍層狀化合物係還包含由钪< 藉由包含具 ”〇3川)或 :數,記號J (Ba )、錄1 選出之至少 鉻(Cr)、 Ta )、銻 I ( W )所構 以上元素來 係任意)之 ’來具備在 電容元件, 數係成爲在 電容元件, 〔Sc )、釔 ()、鉅 铽(丁b )、 、鏡(Yb ) 土類元素。 電容元件, 〔Sc )、釔 -28- (2) 200425182 (Y)、鑭(La)、姉(Ce)、鐯(Pr)、銳 (Pm)、釤(S m )、銪(E i〇 、乱(G d )、 鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌(Er )、錶(Tm ) 及鑰(Lu )所構成之群組而選出之至少i種稀 5· 一種薄膜電容元件,其特徵爲:藉由 用化學計量組成式:xSrBi4Ti4〇]5 — ( 1 — X ) 所表示之組成(記號Μ係由鈣、鋇和鉛所選 種元素,〇 S X S 1 )之鉍層狀化合物之介電質 之介電質層,來具備在第1電極層和第2電極 6 .如申請專利範圍第5項所記載之薄膜 其中,前述介電質層係包含藉由化學計j SrBi4Ti4015所表示之鉍層狀化合物。 7 ·如申請專利範圍第6項所記載之薄月莫 其中,前述鉍層狀化合物之靜電電容溫度係 800ppm/ °K 至-150ppm/°K2 範圍。 8 .如申請專利範圍第5項所記載之薄膜 其中,前述鉍層狀化合物係還包含由銃 (Y )、鑭(La )、铈(Ce )、鐯(Pr )、鈸 (Pm)、釤(Sm)、銪(Ει〇 、iL ( G d )、 鏑(Dy)、鈥(Ho)、餌(Er)、錶(Tm ) 及鐫(Li〇所構成之群組而選出之至少1種稀 9.如申請專利範圍第6項所記載之薄膜 其中,前述鉍層狀化合物係還包含由銃 (Y)、鑭(La )、铈(Ce )、鐯(Pr)、鈸 (N d )、鉅 铽(Tb )、 、鏡(Y b ) 土類元素。 包含具有利 ^Bi4Ti4〇]5 出之至少1 材料所形成 層之層間。 電容元件, 匱組成式: 電容元件, 數係成爲在 電容元件, (Sc )、釔 (N d ) '鉅 M ( Tb )、 、鏡(Y b ) 土類元素。 電容元件, (Sc )、釔 (N d )、鉅 - 29、 (3) 200425182 (Pm)、釤(S m ) '銪(E υ ) 、IL ( G d )、鉱( 鏑(Dy )、鈥(H〇 )、銷(Er )、錶(Tm )、鏡 及鐫(Lu )所構成之群組而選出之至少1種稀土類 10. 如申請專利範圍第7項所記載之薄膜電容 其中,前述鉍層狀化合物係還包含由敍1 ( Sc (γ)、鑭(La)、鈽(Ce)、鐯(Pr)、鈸(Nd (Pm)、釤(S m )、銪(Ε υ )、乱(G d ) 、M ( m ( Dy )、鈥(Ho )、餌(E〇 、錶(Tm )、鏡 及鐫(Ln )所構成之群組而選出之至少1種稀土類 11. 一種電子電路,其特徵爲:含有使得藉由 有利用化學計量組成式:(Bi2 02 ) 2+ (山+ Bi2J + 3所表示之組成(記號m係正整數, 係由鈉(Na )、鉀(K ) '鉛(Pb )、鋇(Ba (Sr )、鈣(Ca )及鉍(Bi )所構成之群組而選出 1種元素,記號5係由鐵(Fe )、鈷(Co )、鉻( 鎵(Ga )、鈦(Ti )、鈮(Nb )、鉅(Ta〕 (S b )、錳(Μ η )、釩(V )、鉬(Μ ο )及鎢(W 成之群組而選出之至少1種元素;在藉由2種以上 構成記號J及/或5之狀態下,這些之比例係任 鉍層狀化合物之介電質材料所形成的介電質層來具 1電極層和第2電極層間的薄膜電容元彳牛。 1 2 . —種電子機器,其特徵爲:含有使得藉由 有利用化學計量組成式:(Bi2〇2) η ( + B i2尤卜】万/« 〇 3川+ 3所表不之組成(記號川係正整數, Tb )、 (Yb ) 元素。 元件, )、釔 )、鉅 Tb )、 (Yb ) 元素。 包含具 〗)2·或 記號/ )、緦 之至少 Cr )、 丨、銻 )所構 元素來 意)之 備在第 包含具 1) 2,或 記號j -30- (4) 200425182 係由鈉(N a )、鉀(K )、鉛(Ρ b )、鋇 (Sr )、鈣(C a )及鉍(B i )所構成之群組而 1種元素,記號5係由鐵(Fe )、鈷(Co )、 鎵(Ga )、鈦()、鈮(Nb )、鉅 (S b )、錳(Μ η )、釩(V )、鉬(Μ 〇 )及 | 成之群組而選出之至少1種元素;在藉由2 構成記號d及/或S之狀態下,這些之比例 鉍層狀化合物之介電質材料所形成的介電質層 1電極層和第2電極層間的薄膜電容元件。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項所記載之電 中,前述鉍層狀化合物之靜電電容溫度係 1 000ppm/°K 至· 7 00ppm/°K 之範圍。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項所記載之電 中,前述鉍層狀化合物係還包含由钪(S c )、 鑭(La )、鈽(Ce )、鐯(Ρι·)、鈸( (Pm)、杉(S m )、銪(E u )、亂(G d )、 鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌(Er )、錶(Tm ) 及鐺(Lu )所構成之群組而選出之至少】種稀 15·如申請專利範圍第1 3項所記載之電 中,前述鉍層狀化合物係還包含由銃(S c )、 鑭(La )、鈽(Ce )、鐯(pr )、鈸( (Pm)、釤(S m )、銪(E u )、乱(G d )、 鏑(D y )、鈥(Η 〇 )、餌(E r )、铥(T m ) 及鐺(L υ )所搆成之群組而選出之至少]種稀 (B a )、鋸 ί選出之至少 鉻(Cr )、 (丁a )、銻 I ( W )所構 【以上元素來 J係任意)之 〖來具備在第 :子機器,其 數係成爲在 :子機器,其 ‘釔(Y )、 Nd )、鉅 铽(Tb )、 、鏡(Yb ) 土類元素。 子機器,其 釔·( Y )、 N d )、鉅 M ( T b )、 、鏡(Yb ) 土類元素。 -31 - (5) (5)200425182 1 6. —種電子機器,其特徵爲:含有使得藉由包含具 有利用化學計量組成式:xSrBi4Tl4015- ( 1-x) MBi4Ti4015 所表示之組成(記號Μ係由鈣、鋇和鉛所選出之至少1 種元素,〇 S X ^ 1 )之鉍層狀化合物之介電質材料所形成 之介電質層來具備在第1電極層和第2電極層間的薄膜電 容元件。 17. 如申請專利範圍第1 6項所記載之電子機器,其 中,前述介電質層係包含藉由化學計量組成式: SrBi4Ti4015所表示之鉍層狀化合物。 18. 如申請專利範圍第1 7項所記載之電子機器,其 中,前述鉍層狀化合物之靜電電容溫度係數係成爲在 8 00ppm/°K 至-150ppm/°K 之範圍。 19. 如申請專利範圍第]6項所記載之電子機器,其 中,前述鉍層狀化合物係還包含由銃(Sc )、釔(Y )、 鑭(La )、鈽(Ce )、鐯(Pr )、鈸(Nd )、鉅 (Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、札(Gd)、鉞(Tb )、 鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌(Er )、錶(Tm )、鏡(Yb ) 及鐫(Lu )所構成之群組而選出之至少1種稀土類元素。 20. 如申請專利範圍第1 7項所記載之電子機器,其 中,前述鉍層狀化合物係還包含由銃(Sc )、釔(Y )、 鑭(La )、鈽(Ce )、鐯(Pr )、銨(Nd )、鉅 (Pm )、釤(Sm )、銪(Ei〇 、§L ( Gd ) 、Μ ( Tb )、 鏑(Dy )、鈥(Ho )、餌(Er )、錶(Tm )、鏡(Yb ) 及鐫(Lu )所構成之群組而選出之至少1種稀土類元素。 -32- (6) 200425182 2 1 .如申請專利範圍第1 8項所記載之電子機器,其中 ,前述鉍層狀化合物係還包含由銃(S c )、釔(Y )、鑭 (La)、鈽(C e )、鐯(Ρ ι·)、鈸(N d )、鉅(P m )、 釤(Sm )、銪(Ει〇 、亂(Gd )、铽(Tb )、鏑(Dy ) 、鈥(Ho )、餌(Er )、錶(Tm )、鏡(Yb )及鐫(Lu )所構成之群組而選出之至少1種稀土類元素。 -33 -
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