JP2002075783A - 温度補償用薄膜コンデンサ - Google Patents
温度補償用薄膜コンデンサInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors
-
- H—ELECTRICITY
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- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/20—Dielectrics using combinations of dielectrics from more than one of groups H01G4/02 - H01G4/06
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、小型化、薄型化、軽量化が容易で
あって、温度補償が可能な薄膜コンデンサの提供を目的
とする。また、本発明は先の特徴を満たした上で高周波
帯域でのＱ値が優れた薄膜コンデンサを提供することを
目的とする。 【解決手段】 本発明は、比誘電率の異なる第１の誘電
体薄膜４、６と第２の誘電体薄膜５が一対の電極３、７
間に２つ以上介在されたことを特徴とする。更に、本発
明において、前記第１の誘電体薄膜の容量温度係数の絶
対値が５０ｐｐｍ／℃以下、前記第２の誘電体薄膜の容
量温度係数が負でその絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上と
することができる。
あって、温度補償が可能な薄膜コンデンサの提供を目的
とする。また、本発明は先の特徴を満たした上で高周波
帯域でのＱ値が優れた薄膜コンデンサを提供することを
目的とする。 【解決手段】 本発明は、比誘電率の異なる第１の誘電
体薄膜４、６と第２の誘電体薄膜５が一対の電極３、７
間に２つ以上介在されたことを特徴とする。更に、本発
明において、前記第１の誘電体薄膜の容量温度係数の絶
対値が５０ｐｐｍ／℃以下、前記第２の誘電体薄膜の容
量温度係数が負でその絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上と
することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の接合容
量の温度依存性を補償してこれを使用した電子回路の温
度依存性を少なくした薄膜コンデンサに関する。
量の温度依存性を補償してこれを使用した電子回路の温
度依存性を少なくした薄膜コンデンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜コンデンサとは一般に、基板上に下
部電極、誘電体層、上部電極を積層してなる構造とさ
れ、場合によっては下部電極としての機能を有する半導
体基板の上に誘電体層と上部電極層を順次積層してなる
構造とされている。この種の薄膜コンデンサにおいて
は、誘電体層の比誘電率およびＱが大きく、かつ、共振
周波数の温度係数においては０を中心として正または負
の任意の温度係数が得られることが望まれている。従
来、このような特性を有する誘電体組成物として、例え
ば、特開昭６０−１２４０３３号公報に開示されたもの
が知られている。この特許公報に開示された誘電体組成
物は、ＢａＯ-ＴｉＯ２系の誘電体に酸化サマリウム
（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化
ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅ
ｕ２Ｏ３）等を添加して焼成してなるものであった。し
かしながらこの種従来の誘電体磁器組成物を得るための
技術にあっては、比誘電率εｒは６１〜７２、温度係数
τは−２４〜３１ｐｐｍ／℃の範囲内でしか制御するこ
とができなかった。
部電極、誘電体層、上部電極を積層してなる構造とさ
れ、場合によっては下部電極としての機能を有する半導
体基板の上に誘電体層と上部電極層を順次積層してなる
構造とされている。この種の薄膜コンデンサにおいて
は、誘電体層の比誘電率およびＱが大きく、かつ、共振
周波数の温度係数においては０を中心として正または負
の任意の温度係数が得られることが望まれている。従
来、このような特性を有する誘電体組成物として、例え
ば、特開昭６０−１２４０３３号公報に開示されたもの
が知られている。この特許公報に開示された誘電体組成
物は、ＢａＯ-ＴｉＯ２系の誘電体に酸化サマリウム
（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ガドリウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化
ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ユーロピウム（Ｅ
ｕ２Ｏ３）等を添加して焼成してなるものであった。し
かしながらこの種従来の誘電体磁器組成物を得るための
技術にあっては、比誘電率εｒは６１〜７２、温度係数
τは−２４〜３１ｐｐｍ／℃の範囲内でしか制御するこ
とができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような背景から技
術開発が進められ、共振周波数の温度係数が正の値の第
１誘電体磁器組成物シートと共振周波数の温度係数が負
の値の第２誘電体磁器組成物シートを積層し接着して組
み合わせてなる構造の誘電体磁器組成物が特開昭６３−
１１０６１８号において提供された。この特許公報に記
載された技術によれば、必要組成の原料を混合したもの
を直径１６ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状に成形し、この成
形体を１２６０〜１４５０℃の温度で数時間焼成するこ
とで第１の誘電体磁器組成物を得るとともに、前記と異
なる組成の原料を用いて成形と焼成処理を施し、同サイ
ズの第２の誘電体磁器組成物を製造し、両誘電体磁器組
成物を厚さ１ｍｍ程度の厚さのシート状に切り出し、こ
れらを積層することで積層型の誘電体磁器組成物を得る
ものであった。より具体的には、比誘電率が異なるか、
あるいは、等しい誘電体磁器組成物を積層し、両者の体
積組成比を調整することによって所望の比誘電率及び温
度係数を得ることができるというものである。
術開発が進められ、共振周波数の温度係数が正の値の第
１誘電体磁器組成物シートと共振周波数の温度係数が負
の値の第２誘電体磁器組成物シートを積層し接着して組
み合わせてなる構造の誘電体磁器組成物が特開昭６３−
１１０６１８号において提供された。この特許公報に記
載された技術によれば、必要組成の原料を混合したもの
を直径１６ｍｍ、厚さ９ｍｍの円板状に成形し、この成
形体を１２６０〜１４５０℃の温度で数時間焼成するこ
とで第１の誘電体磁器組成物を得るとともに、前記と異
なる組成の原料を用いて成形と焼成処理を施し、同サイ
ズの第２の誘電体磁器組成物を製造し、両誘電体磁器組
成物を厚さ１ｍｍ程度の厚さのシート状に切り出し、こ
れらを積層することで積層型の誘電体磁器組成物を得る
ものであった。より具体的には、比誘電率が異なるか、
あるいは、等しい誘電体磁器組成物を積層し、両者の体
積組成比を調整することによって所望の比誘電率及び温
度係数を得ることができるというものである。
【０００４】ところが、特開昭６３−１１０６１８号に
開示の技術によれば、焼結法で製造した第１の誘電体磁
器組成物と第２の誘電体組成物の１ｍｍ程度の厚さの複
数枚のシートを積層する構成であるが為に、シート状の
積層型のコンデンサには対応できるものの、更なる小型
化、軽量化には限界を有していた。例えば、厚さ１ｍｍ
以下のコンデンサとすることができず、更なる薄膜化が
困難であった。また、誘電体磁器組成物のシートを接着
により積層すると、シートとシートの境界部分に誘電体
の異なる接着層あるいは空気層が介在することになるの
で、積層シート構造の厚さ方向に複数の不連続部分を有
することとなり、目的の理想的な温度係数を有する誘電
体を得ることが難しいという問題を有していた。更に、
シート状の誘電体磁器組成物は多結晶厚膜誘電体である
ため、膜厚方向に多数の結晶粒界を有し、１ＧＨｚ以上
の高周波帯域での低誘電損失化が困難であった。
開示の技術によれば、焼結法で製造した第１の誘電体磁
器組成物と第２の誘電体組成物の１ｍｍ程度の厚さの複
数枚のシートを積層する構成であるが為に、シート状の
積層型のコンデンサには対応できるものの、更なる小型
化、軽量化には限界を有していた。例えば、厚さ１ｍｍ
以下のコンデンサとすることができず、更なる薄膜化が
困難であった。また、誘電体磁器組成物のシートを接着
により積層すると、シートとシートの境界部分に誘電体
の異なる接着層あるいは空気層が介在することになるの
で、積層シート構造の厚さ方向に複数の不連続部分を有
することとなり、目的の理想的な温度係数を有する誘電
体を得ることが難しいという問題を有していた。更に、
シート状の誘電体磁器組成物は多結晶厚膜誘電体である
ため、膜厚方向に多数の結晶粒界を有し、１ＧＨｚ以上
の高周波帯域での低誘電損失化が困難であった。
【０００５】本発明は前記の事情に鑑みてなされたもの
で、小型化、薄型化、軽量化が容易であって、温度補償
が可能な薄膜コンデンサの提供を目的とする。また、本
発明は先の特徴を満たした上で高周波帯域でのＱ値が優
れた薄膜コンデンサを提供することを目的とする。更に
本発明は、リーク電流が少ない薄膜コンデンサの提供を
目的とする。
で、小型化、薄型化、軽量化が容易であって、温度補償
が可能な薄膜コンデンサの提供を目的とする。また、本
発明は先の特徴を満たした上で高周波帯域でのＱ値が優
れた薄膜コンデンサを提供することを目的とする。更に
本発明は、リーク電流が少ない薄膜コンデンサの提供を
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の薄膜コンデンサは、比誘電率の異なる第１の
誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜が一対の電極間に２つ以
上介在されたことを特徴とする。比誘電率の異なる第１
と第２の誘電体薄膜が電極間に２つ以上介在されている
ので、これらの誘電体薄膜の組み合わせによりＱ値の調
整、耐電圧の調整、温度補償が可能となる。
に本発明の薄膜コンデンサは、比誘電率の異なる第１の
誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜が一対の電極間に２つ以
上介在されたことを特徴とする。比誘電率の異なる第１
と第２の誘電体薄膜が電極間に２つ以上介在されている
ので、これらの誘電体薄膜の組み合わせによりＱ値の調
整、耐電圧の調整、温度補償が可能となる。
【０００７】本発明は、前記構造に加え、第１の誘電体
薄膜の容量温度係数の絶対値が５０ｐｐｍ／℃以下、前
記第２の誘電体薄膜の容量温度係数が負でその絶対値が
５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする。上述の
範囲の誘電体薄膜が積層されることで温度係数の調整が
可能となり、温度補償が可能となる。
薄膜の容量温度係数の絶対値が５０ｐｐｍ／℃以下、前
記第２の誘電体薄膜の容量温度係数が負でその絶対値が
５００ｐｐｍ／℃以上であることを特徴とする。上述の
範囲の誘電体薄膜が積層されることで温度係数の調整が
可能となり、温度補償が可能となる。
【０００８】本発明は、前述の構造において第２の誘電
体薄膜が多結晶体からなり、前記第２の誘電体薄膜を構
成する多数の結晶粒から構成される結晶粒界が、前記第
２の誘電体薄膜の膜面方向には多数存在するが、膜の厚
さ方向には１０以上存在しないことを特徴とする。
体薄膜が多結晶体からなり、前記第２の誘電体薄膜を構
成する多数の結晶粒から構成される結晶粒界が、前記第
２の誘電体薄膜の膜面方向には多数存在するが、膜の厚
さ方向には１０以上存在しないことを特徴とする。
【０００９】膜の厚さ方向に１０以上の結晶粒界が存在
しないような第２の誘電体薄膜、より好ましくは、複数
（例えば２以上）の結晶粒界が存在しないような第２の
誘電体薄膜であるならば、高周波帯域での低誘電損失化
が可能となり、高周波帯域でのＱ値が向上する。
しないような第２の誘電体薄膜、より好ましくは、複数
（例えば２以上）の結晶粒界が存在しないような第２の
誘電体薄膜であるならば、高周波帯域での低誘電損失化
が可能となり、高周波帯域でのＱ値が向上する。
【００１０】前述の構成において本発明は、第１の誘電
体薄膜の比誘電率が１０以下、耐電界強度が５ＭＶ／ｃ
ｍ以上、より好ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上、周波数１Ｇ
Ｈｚ以上のＱが２００以上、より好ましくは５００以
上、誘電緩和時間が１秒以上とすることができる。これ
により、薄型かつ耐電圧の大きい薄膜コンデンサが得ら
れるとともに、高周波回路に適した薄膜コンデンサが得
られる。
体薄膜の比誘電率が１０以下、耐電界強度が５ＭＶ／ｃ
ｍ以上、より好ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上、周波数１Ｇ
Ｈｚ以上のＱが２００以上、より好ましくは５００以
上、誘電緩和時間が１秒以上とすることができる。これ
により、薄型かつ耐電圧の大きい薄膜コンデンサが得ら
れるとともに、高周波回路に適した薄膜コンデンサが得
られる。
【００１１】前述の構成において本発明は、第２の誘電
体薄膜の比誘電率が１５０以下、周波数１ＧＨｚ以上の
Ｑが５０以上、より好ましくは１００以上とすることが
できる。
体薄膜の比誘電率が１５０以下、周波数１ＧＨｚ以上の
Ｑが５０以上、より好ましくは１００以上とすることが
できる。
【００１２】本発明の前述の構造において前記第１の誘
電体薄膜がＳｉＯｘＮｙからなることを特徴とする。本
発明の前述の構造において前記第２の誘電体薄膜がＴｉ
ＯｘもしくはＣａＴｉＯ３からなることを特徴とする。
第１の誘電体薄膜がＳｉＯｘＮｙからなるならば、耐電
圧に優れ、かつ、大きなＱ値を容易に実現でき、第２の
誘電体薄膜がＴｉＯｘもしくはＣａＴｉＯ３からなるな
らば、厚さの調整により容量温度係数の調整が容易にで
きる。
電体薄膜がＳｉＯｘＮｙからなることを特徴とする。本
発明の前述の構造において前記第２の誘電体薄膜がＴｉ
ＯｘもしくはＣａＴｉＯ３からなることを特徴とする。
第１の誘電体薄膜がＳｉＯｘＮｙからなるならば、耐電
圧に優れ、かつ、大きなＱ値を容易に実現でき、第２の
誘電体薄膜がＴｉＯｘもしくはＣａＴｉＯ３からなるな
らば、厚さの調整により容量温度係数の調整が容易にで
きる。
【００１３】本発明の前述の構造において、前記一対の
電極間に介在される誘電体薄膜として、各電極に接する
側に個々に第１の誘電体薄膜が設けられ、これらの第１
の誘電体薄膜間に第２の誘電体薄膜が介在されてなるこ
とを特徴とする。第１の誘電体薄膜がＳｉＯｘＮｙから
なり、電極側にあるならば、耐電圧に優れリーク電流を
少なくでき、一対の第１の誘電体薄膜間に第２の誘電体
薄膜があるならば温度係数の制御も容易になる。
電極間に介在される誘電体薄膜として、各電極に接する
側に個々に第１の誘電体薄膜が設けられ、これらの第１
の誘電体薄膜間に第２の誘電体薄膜が介在されてなるこ
とを特徴とする。第１の誘電体薄膜がＳｉＯｘＮｙから
なり、電極側にあるならば、耐電圧に優れリーク電流を
少なくでき、一対の第１の誘電体薄膜間に第２の誘電体
薄膜があるならば温度係数の制御も容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に
限定されるものではない。図１は本発明の第１実施形態
の薄膜コンデンサを示すもので、この第１実施形態の薄
膜コンデンサ１は、平面視矩形状の基板２の一面に、薄
膜状の第１の電極層（下部電極層）３と薄膜状の第１の
誘電体薄膜４と薄膜状の第２の誘電体薄膜５と薄膜状の
第１の誘電体薄膜６と薄膜状の第２の電極層（上部電極
層）７とが積層されて構成されている。
図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に
限定されるものではない。図１は本発明の第１実施形態
の薄膜コンデンサを示すもので、この第１実施形態の薄
膜コンデンサ１は、平面視矩形状の基板２の一面に、薄
膜状の第１の電極層（下部電極層）３と薄膜状の第１の
誘電体薄膜４と薄膜状の第２の誘電体薄膜５と薄膜状の
第１の誘電体薄膜６と薄膜状の第２の電極層（上部電極
層）７とが積層されて構成されている。
【００１５】前記基板２は、その材質等を特に限定する
ものではないが、コンデンサ全体に適度な剛性を付与す
るために充分な厚さを有するとともに、各々薄膜状の第
１の電極層３と第１の誘電体薄膜４と第２の誘電体薄膜
５と第１の誘電体薄膜６と第２の電極層７を成膜法によ
り基板２上に形成する際に成膜処理温度に耐えるもので
あれば良い。以上のような条件を満たすものの例とし
て、表面がケイ素で覆われた部材例えばシリコンウェ
ハ、あるいは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などを例示するこ
とができる。
ものではないが、コンデンサ全体に適度な剛性を付与す
るために充分な厚さを有するとともに、各々薄膜状の第
１の電極層３と第１の誘電体薄膜４と第２の誘電体薄膜
５と第１の誘電体薄膜６と第２の電極層７を成膜法によ
り基板２上に形成する際に成膜処理温度に耐えるもので
あれば良い。以上のような条件を満たすものの例とし
て、表面がケイ素で覆われた部材例えばシリコンウェ
ハ、あるいは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などを例示するこ
とができる。
【００１６】前記第１の電極層３と第２の電極層７は、
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の単一金属から単層構造でも
良いし、複数の金属層からなる積層型であっても良い。
積層型の場合、ケイ素酸化物、Ｃｒ、Ｎｉ、クロム酸化
物、ニッケル酸化物、Ｐｔ等からなる層をあるいはこれ
らの層を２層以上積層して構成することができる。
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の単一金属から単層構造でも
良いし、複数の金属層からなる積層型であっても良い。
積層型の場合、ケイ素酸化物、Ｃｒ、Ｎｉ、クロム酸化
物、ニッケル酸化物、Ｐｔ等からなる層をあるいはこれ
らの層を２層以上積層して構成することができる。
【００１７】前記第１の誘電体薄膜４、６は同一の材料
からなるが、これらは、後述する第２の誘電体薄膜５よ
りも高耐圧で高いＱ値を有し、低い温度変化率のものを
用いることが好ましい。
からなるが、これらは、後述する第２の誘電体薄膜５よ
りも高耐圧で高いＱ値を有し、低い温度変化率のものを
用いることが好ましい。
【００１８】より具体的に第１の誘電体薄膜４、６は、
容量温度係数の絶対値が５０ｐｐｍ／℃以下、比誘電率
が１０以下、耐電界強度が、５ＭＶ／ｃｍ以上、より好
ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上、無負荷Ｑ値が２００以上、
より好ましくは５００以上（周波数１ＧＨｚ以上におい
て）、誘電緩和時間が１秒以上のものを用いることが好
ましい。第１の誘電体薄膜４、６としての厚さは、１μ
ｍ（１×１０−６ｍ）以下が好ましく、５００〜５００
０Å（０.０５〜０.５μｍ）程度の範囲がより好まし
い。これは、耐電圧を確保し、かつ、薄型化、高生産性
を実現するためである。また、これらの条件を満たし得
る材料として例えば非晶質ＳｉＯｘＮｙ層、ＳｉＯｘ層
を例示することができる。この非晶質ＳｉＯｘＮｙ層
は、例えばスパッタ法もしくはＰＥＣＶＤ法等の成膜法
で作成することができる。
容量温度係数の絶対値が５０ｐｐｍ／℃以下、比誘電率
が１０以下、耐電界強度が、５ＭＶ／ｃｍ以上、より好
ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上、無負荷Ｑ値が２００以上、
より好ましくは５００以上（周波数１ＧＨｚ以上におい
て）、誘電緩和時間が１秒以上のものを用いることが好
ましい。第１の誘電体薄膜４、６としての厚さは、１μ
ｍ（１×１０−６ｍ）以下が好ましく、５００〜５００
０Å（０.０５〜０.５μｍ）程度の範囲がより好まし
い。これは、耐電圧を確保し、かつ、薄型化、高生産性
を実現するためである。また、これらの条件を満たし得
る材料として例えば非晶質ＳｉＯｘＮｙ層、ＳｉＯｘ層
を例示することができる。この非晶質ＳｉＯｘＮｙ層
は、例えばスパッタ法もしくはＰＥＣＶＤ法等の成膜法
で作成することができる。
【００１９】前記第２の誘電体薄膜５は、耐圧の面とＱ
値の面では先の第１の誘電体薄膜４、６よりも多少劣っ
ても良いが、第１の誘電体薄膜４、６よりも高い温度変
化率を示すものを用いることが好ましい。第２の誘電体
薄膜５としてより具体的には、容量温度係数が負で、そ
の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上、比誘電率が１５０以
下、無負荷Ｑ値が５０以上、より好ましくは１００以上
（周波数１ＧＨｚ以上において）、誘電緩和時間が１秒
以上のものを用いることが好ましい。第２の誘電体薄膜
５としての厚さは２μｍ（２×１０−６ｍ）以下が好ま
しく、１μｍ（１×１０−６ｍ）以下がより好ましい。
これは、第２の誘電体薄膜５を構成する結晶粒の粒径が
０.５μｍ及至１μｍであるとすると、膜厚方向に結晶
粒界を複数形成しないようにするためである。更に、第
２の誘電体薄膜５を構成する結晶粒の粒径が０.１μｍ
及至０.５μｍであるとすると、膜厚方向に結晶粒界を
１０以上形成しないようにするためである。この膜厚方
向に存在する結晶粒界の数は少なく方が好ましく、でき
れば２以下の結晶粒界とすることが好ましく、理想的に
は膜厚方向に結晶粒界がないことが（即ち、膜厚方向に
は１つの結晶粒のみが存在する状態が）好ましい。
値の面では先の第１の誘電体薄膜４、６よりも多少劣っ
ても良いが、第１の誘電体薄膜４、６よりも高い温度変
化率を示すものを用いることが好ましい。第２の誘電体
薄膜５としてより具体的には、容量温度係数が負で、そ
の絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上、比誘電率が１５０以
下、無負荷Ｑ値が５０以上、より好ましくは１００以上
（周波数１ＧＨｚ以上において）、誘電緩和時間が１秒
以上のものを用いることが好ましい。第２の誘電体薄膜
５としての厚さは２μｍ（２×１０−６ｍ）以下が好ま
しく、１μｍ（１×１０−６ｍ）以下がより好ましい。
これは、第２の誘電体薄膜５を構成する結晶粒の粒径が
０.５μｍ及至１μｍであるとすると、膜厚方向に結晶
粒界を複数形成しないようにするためである。更に、第
２の誘電体薄膜５を構成する結晶粒の粒径が０.１μｍ
及至０.５μｍであるとすると、膜厚方向に結晶粒界を
１０以上形成しないようにするためである。この膜厚方
向に存在する結晶粒界の数は少なく方が好ましく、でき
れば２以下の結晶粒界とすることが好ましく、理想的に
は膜厚方向に結晶粒界がないことが（即ち、膜厚方向に
は１つの結晶粒のみが存在する状態が）好ましい。
【００２０】また、これらの条件を満たし得る材料の層
として例えばＴｉＯ２層、もしくは、ＣａＴｉＯ３層を
例示することができる。ＴｉＯ２層、もしくはＣａＴｉ
Ｏ３層は負の高い温度係数を有し、先の第１の誘電体薄
膜４、６の温度係数を調整する目的で設けられるので、
耐電圧が先の誘電体薄膜４、６よりは低く、リーク電流
発生の可能性を若干有するが、電極層３、７側に耐電圧
が高い第１の誘電体薄膜４、６を配しているので薄膜コ
ンデンサとしての耐圧性能に問題は生じない。このＴｉ
Ｏ２層、もしくはＣａＴｉＯ３層は例えば、スパッタ法
等の成膜法で作成することができる。
として例えばＴｉＯ２層、もしくは、ＣａＴｉＯ３層を
例示することができる。ＴｉＯ２層、もしくはＣａＴｉ
Ｏ３層は負の高い温度係数を有し、先の第１の誘電体薄
膜４、６の温度係数を調整する目的で設けられるので、
耐電圧が先の誘電体薄膜４、６よりは低く、リーク電流
発生の可能性を若干有するが、電極層３、７側に耐電圧
が高い第１の誘電体薄膜４、６を配しているので薄膜コ
ンデンサとしての耐圧性能に問題は生じない。このＴｉ
Ｏ２層、もしくはＣａＴｉＯ３層は例えば、スパッタ法
等の成膜法で作成することができる。
【００２１】前記構成の薄膜コンデンサ１は、耐圧の面
で優れた第１の誘電体薄膜４、６を電極層３、７側にこ
れらと接するように配置しているので、耐圧性の面で優
れる。また、第１の誘電体薄膜４、６と第２の誘電体薄
膜５の積層により構成されているので、従来のシート状
の誘電体磁器組成物の積層構造とは異なり、薄型化、小
型化に有利であり、厚さ５μｍ（５×１０−６ｍ）程度
以下のものを容易に得ることができる。更に、用いる第
１の誘電体薄膜４、６と第２の誘電体薄膜５の膜厚、組
成比を調整することでコンデンサとしてのＱ値、耐電
圧、容量温度係数を調整することができ、使用環境にお
いて温度差が大きくても温度安定性を優れさせることが
できる。
で優れた第１の誘電体薄膜４、６を電極層３、７側にこ
れらと接するように配置しているので、耐圧性の面で優
れる。また、第１の誘電体薄膜４、６と第２の誘電体薄
膜５の積層により構成されているので、従来のシート状
の誘電体磁器組成物の積層構造とは異なり、薄型化、小
型化に有利であり、厚さ５μｍ（５×１０−６ｍ）程度
以下のものを容易に得ることができる。更に、用いる第
１の誘電体薄膜４、６と第２の誘電体薄膜５の膜厚、組
成比を調整することでコンデンサとしてのＱ値、耐電
圧、容量温度係数を調整することができ、使用環境にお
いて温度差が大きくても温度安定性を優れさせることが
できる。
【００２２】以上のことから図１に示す構成の薄膜コン
デンサ１は、携帯型電子機器、マイクロ波用通信機器等
の温度に対応して補償する必要がある電子機器回路に有
用である。例えば、電圧で発振周波数を制御する素子、
バラクタダイオードと組み合わせて使用することができ
る。
デンサ１は、携帯型電子機器、マイクロ波用通信機器等
の温度に対応して補償する必要がある電子機器回路に有
用である。例えば、電圧で発振周波数を制御する素子、
バラクタダイオードと組み合わせて使用することができ
る。
【００２３】図３は本発明に係る薄膜コンデンサの第２
実施形態を示すもので、この第２実施形態の薄膜コンデ
ンサ１０は、基板２上に下部電極層３と第２の誘電体薄
膜５と第１の誘電体薄膜４と第２の誘電体薄膜５と上部
電極層７を順次積層してなる構造とされている。
実施形態を示すもので、この第２実施形態の薄膜コンデ
ンサ１０は、基板２上に下部電極層３と第２の誘電体薄
膜５と第１の誘電体薄膜４と第２の誘電体薄膜５と上部
電極層７を順次積層してなる構造とされている。
【００２４】図３に示す構造においても第１の誘電体薄
膜４と第２の誘電体薄膜５、５との温度係数差によって
薄膜コンデンサ１０としての全体の温度係数の調整がで
き、先の第１実施形態の薄膜コンデンサ１と同様な効果
を得ることができる。
膜４と第２の誘電体薄膜５、５との温度係数差によって
薄膜コンデンサ１０としての全体の温度係数の調整がで
き、先の第１実施形態の薄膜コンデンサ１と同様な効果
を得ることができる。
【００２５】図４は、本発明に係る薄膜コンデンサ１あ
るいは１０からなる薄膜コンデンサＣ１を実用的な電気
回路に組み込んだ構成例を示すもので、この回路では、
コイルＬに対してコンデンサＣ０とバラクタダイオード
Ｄｃを並列接続し、前記バラクタダイオードＤｃに先の
実施形態の薄膜コンデンサＣ１を並列接続し、薄膜コン
デンサＣ１の上部電極７と下部電極３に入出力端子１
１、１２を接続し、入出力端子１２と薄膜コンデンサＣ
１の一方の電極との間に抵抗Ｒを組み込んでなる構造と
したものである。
るいは１０からなる薄膜コンデンサＣ１を実用的な電気
回路に組み込んだ構成例を示すもので、この回路では、
コイルＬに対してコンデンサＣ０とバラクタダイオード
Ｄｃを並列接続し、前記バラクタダイオードＤｃに先の
実施形態の薄膜コンデンサＣ１を並列接続し、薄膜コン
デンサＣ１の上部電極７と下部電極３に入出力端子１
１、１２を接続し、入出力端子１２と薄膜コンデンサＣ
１の一方の電極との間に抵抗Ｒを組み込んでなる構造と
したものである。
【００２６】図４に示す回路において、バラクタダイオ
ードＤｃとは電圧によってキャパシタンスが変化するも
ので、このバラクタダイオードＤｃの温度係数が正の所
定の値を有するので、このバラクタダイオードＤｃの温
度係数を薄膜コンデンサＣ１で打ち消して、温度安定性
の優れた共振回路を提供できるものである。図５にそれ
らの温度係数分布を示すが、バラクタダイオードＤｃの
温度係数が＋２００〜＋５００ｐｐｍ／℃の範囲である
とすると、薄膜コンデンサＣ１の温度係数分布を−２０
０〜−５００ｐｐｍ／℃の範囲とするならば、両者の温
度係数を調整して温度安定性を向上させることができ
る。なお、先に記述した従来の特許によるコンデンサで
はこのような−２００〜−５００ｐｐｍ／℃もの広い範
囲で温度係数を調整できるものは得られなかった。
ードＤｃとは電圧によってキャパシタンスが変化するも
ので、このバラクタダイオードＤｃの温度係数が正の所
定の値を有するので、このバラクタダイオードＤｃの温
度係数を薄膜コンデンサＣ１で打ち消して、温度安定性
の優れた共振回路を提供できるものである。図５にそれ
らの温度係数分布を示すが、バラクタダイオードＤｃの
温度係数が＋２００〜＋５００ｐｐｍ／℃の範囲である
とすると、薄膜コンデンサＣ１の温度係数分布を−２０
０〜−５００ｐｐｍ／℃の範囲とするならば、両者の温
度係数を調整して温度安定性を向上させることができ
る。なお、先に記述した従来の特許によるコンデンサで
はこのような−２００〜−５００ｐｐｍ／℃もの広い範
囲で温度係数を調整できるものは得られなかった。
【００２７】このような薄膜コンデンサは、バラクタダ
イオードの温度補償回路の適用等、温度補償用として広
く適用することが可能である。
イオードの温度補償回路の適用等、温度補償用として広
く適用することが可能である。
【００２８】
【実施例】アルミナ又はガラスからなる基板上にＣｕか
らなる膜厚１.３μｍ（１.３×１０−６ｍ）の下部電極
をスパッタ法により室温成膜した。次にこの下部電極の
上に膜厚５００Å〜１７００Åの非晶質ＳｉＯｘＮｙ層
（第１の誘電体薄膜）をＰＥＣＶＤ法により３００℃で
成膜し、続いて膜厚４６００Å〜１００００ÅのＴｉＯ
２層（第２の誘電体薄膜）をスパッタ法で室温成膜し、
続いて膜厚５００Å〜１７００Åの非晶質ＳｉＯｘＮｙ
層（第１の誘電体薄膜）をＰＥＣＶＤ法により３００℃
で成膜し、最後にＣｕからなる膜厚１.３μｍ（×１０
−６ｍ）の上部電極をスパッタ法により室温成膜し、積
層型の薄膜コンデンサを得た。この薄膜コンデンサのシ
ート容量設定値は１２０ｐＦ／ｍｍ２である。
らなる膜厚１.３μｍ（１.３×１０−６ｍ）の下部電極
をスパッタ法により室温成膜した。次にこの下部電極の
上に膜厚５００Å〜１７００Åの非晶質ＳｉＯｘＮｙ層
（第１の誘電体薄膜）をＰＥＣＶＤ法により３００℃で
成膜し、続いて膜厚４６００Å〜１００００ÅのＴｉＯ
２層（第２の誘電体薄膜）をスパッタ法で室温成膜し、
続いて膜厚５００Å〜１７００Åの非晶質ＳｉＯｘＮｙ
層（第１の誘電体薄膜）をＰＥＣＶＤ法により３００℃
で成膜し、最後にＣｕからなる膜厚１.３μｍ（×１０
−６ｍ）の上部電極をスパッタ法により室温成膜し、積
層型の薄膜コンデンサを得た。この薄膜コンデンサのシ
ート容量設定値は１２０ｐＦ／ｍｍ２である。
【００２９】 「表１」 第２の誘電 第１の誘電 第１の誘電体層 コンデンサ 耐電圧 容量温 度 体層の膜厚 体層の組成 の膜厚(２層合計) Ｑ値 係数 TiO２層(Å) SiOｘNｙ SiOｘNｙ(Å) (1.5GHz) (V) (pp m/℃) 4600 X=1.9 Y=0 2200 183 266 -220 4600 X=1.4 Y=0.3 2600 179 306 -220 4600 X=0 Y=1.3 3400 175 386 -220 7000 X=1.9 Y=0 1700 180 240 -330 7000 X=1.4 Y=0.3 2000 177 270 -330 7000 X=0 Y=1.3 2600 173 330 -330 10000 X=1.9 Y=0 1000 176 200 -470 10000 X=1.4 Y=0.3 1300 174 230 -470 10000 X=0 Y=1.3 1600 171 260 -470
【００３０】上記表１の結果に示すように第２の誘電体
薄膜の膜厚を４６００〜１００００Åの範囲で調整し、
第１の誘電体薄膜の膜厚を１０００〜３４００Åの範囲
で調整するとともにその組成比を調整することでＱ値を
１７３〜１８３の間で調整することができ、耐電圧を２
００〜３８６Ｖの範囲で調整することができ、容量温度
係数を−２２０〜−４７０ｐｐｍ／℃の範囲で調整する
ことができることが判明した。よってこの例の薄膜コン
デンサであるならば、容量温度係数を−２２０〜−４７
０ｐｐｍ／℃の範囲で調整することができるので、バラ
クタダイオード等の温度係数が正の電子機器の温度補償
用に好適である。
薄膜の膜厚を４６００〜１００００Åの範囲で調整し、
第１の誘電体薄膜の膜厚を１０００〜３４００Åの範囲
で調整するとともにその組成比を調整することでＱ値を
１７３〜１８３の間で調整することができ、耐電圧を２
００〜３８６Ｖの範囲で調整することができ、容量温度
係数を−２２０〜−４７０ｐｐｍ／℃の範囲で調整する
ことができることが判明した。よってこの例の薄膜コン
デンサであるならば、容量温度係数を−２２０〜−４７
０ｐｐｍ／℃の範囲で調整することができるので、バラ
クタダイオード等の温度係数が正の電子機器の温度補償
用に好適である。
【００３１】次に図６は、厚さ２０００ÅのＳｉＯｘ膜
（Ｘ＝１.９、Ｙ＝０）の耐電界強度の測定結果を示
し、図７は厚さ２０００ÅのＳｉＯｘＮｙ膜（Ｘ＝１.
４、Ｙ＝０.３）の耐電界強度の測定結果を示し、図８
は厚さ２０００ÅのＳｉＮｙ膜（Ｘ＝０、Ｙ＝１.３）
の耐電界強度の測定結果を示し、図９は厚さ３０００Å
のＴｉＯ２膜の耐電界強度の測定結果を示し、図１０は
３層構造（ＳｉＮ１．３膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＮ１．３
膜）の薄膜コンデンサの耐電界強度特性を示す。
（Ｘ＝１.９、Ｙ＝０）の耐電界強度の測定結果を示
し、図７は厚さ２０００ÅのＳｉＯｘＮｙ膜（Ｘ＝１.
４、Ｙ＝０.３）の耐電界強度の測定結果を示し、図８
は厚さ２０００ÅのＳｉＮｙ膜（Ｘ＝０、Ｙ＝１.３）
の耐電界強度の測定結果を示し、図９は厚さ３０００Å
のＴｉＯ２膜の耐電界強度の測定結果を示し、図１０は
３層構造（ＳｉＮ１．３膜／ＴｉＯ２膜／ＳｉＮ１．３
膜）の薄膜コンデンサの耐電界強度特性を示す。
【００３２】図６〜図８に示す結果によれば、ＳｉＯｘ
Ｎｙ膜は全て耐電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上得られるこ
とがわかる。図９に示す結果によれば、厚さ３０００Å
のＴｉＯ２膜は単独では耐電界強度が０.３ＭＶ／ｃｍ
程度であることがわかる。しかし、図１０に示す結果に
よれば、耐電界強度が０.３ＭＶ／ｃｍのＴｉＯ２膜を
図６〜図８に示すＳｉＯｘＮｙ膜でサンドイッチ状に挟
むことにより耐電圧強度が３ＭＶ／ｃｍ以上の薄膜コン
デンサが得られることがわかる。
Ｎｙ膜は全て耐電界強度が８ＭＶ／ｃｍ以上得られるこ
とがわかる。図９に示す結果によれば、厚さ３０００Å
のＴｉＯ２膜は単独では耐電界強度が０.３ＭＶ／ｃｍ
程度であることがわかる。しかし、図１０に示す結果に
よれば、耐電界強度が０.３ＭＶ／ｃｍのＴｉＯ２膜を
図６〜図８に示すＳｉＯｘＮｙ膜でサンドイッチ状に挟
むことにより耐電圧強度が３ＭＶ／ｃｍ以上の薄膜コン
デンサが得られることがわかる。
【００３３】耐電界強度が３ＭＶ／ｃｍ以上あると、耐
電圧は１８０Ｖ以上となり、（３ＭＶ／ｃｍ×６×１０
−５ｃｍ（６０００Å）＝１８０Ｖ）、通常の電子回路
の要求１００以上に使用できるものとなる。図６は絶縁
破壊が約８ＭＶ／ｃｍで発生している。図７、図８は絶
縁破壊が発生していない。ただし、約８ＭＶ／ｃｍ以上
でプールフレンケル伝導が発生している。図９は、０.
３Ｖ／ｃｍを超えた付近で絶縁破壊が発生している。図
１０では４ＭＶ／ｃｍでも絶縁破壊が発生していないと
見ることができる。
電圧は１８０Ｖ以上となり、（３ＭＶ／ｃｍ×６×１０
−５ｃｍ（６０００Å）＝１８０Ｖ）、通常の電子回路
の要求１００以上に使用できるものとなる。図６は絶縁
破壊が約８ＭＶ／ｃｍで発生している。図７、図８は絶
縁破壊が発生していない。ただし、約８ＭＶ／ｃｍ以上
でプールフレンケル伝導が発生している。図９は、０.
３Ｖ／ｃｍを超えた付近で絶縁破壊が発生している。図
１０では４ＭＶ／ｃｍでも絶縁破壊が発生していないと
見ることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
誘電率の異なる第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜が
一対の電極間に２つ以上介在され、比誘電率の異なる第
１と第２の誘電体薄膜が電極間に２つ以上介在されてい
るので、これらの誘電体薄膜の組み合わせによりＱ値の
調整、耐電圧の調整、温度補償が可能となる。本発明に
おいて、前記構造に加え、第１の誘電体薄膜の容量温度
係数の絶対値を５０ｐｐｍ／℃以下、前記第２の誘電体
薄膜の容量温度係数が負でその絶対値を５００ｐｐｍ／
℃以上とするならば、温度係数の調整が可能となり、温
度補償が可能となる。
誘電率の異なる第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜が
一対の電極間に２つ以上介在され、比誘電率の異なる第
１と第２の誘電体薄膜が電極間に２つ以上介在されてい
るので、これらの誘電体薄膜の組み合わせによりＱ値の
調整、耐電圧の調整、温度補償が可能となる。本発明に
おいて、前記構造に加え、第１の誘電体薄膜の容量温度
係数の絶対値を５０ｐｐｍ／℃以下、前記第２の誘電体
薄膜の容量温度係数が負でその絶対値を５００ｐｐｍ／
℃以上とするならば、温度係数の調整が可能となり、温
度補償が可能となる。
【００３５】本発明の構造において第２の誘電体薄膜が
多結晶体からなり、前記第２の誘電体薄膜を構成する複
数の結晶粒から構成される結晶粒界が、膜の厚さ方向に
複数存在しないような第２の誘電体薄膜であるならば、
高周波帯域での低誘電損失化が可能となり、高周波帯域
でのＱ値が向上する。本発明では、第１の誘電体薄膜の
比誘電率を１０以下、耐電界強度を５ＭＶ／ｃｍ以上、
より好ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上、周波数１ＧＨｚ以上
のＱを２００以上、より好ましくは１０００以上、誘電
緩和時間を１秒以上とすることができる。本発明では、
第２の誘電体薄膜の比誘電率を１５０以下、周波数１Ｇ
Ｈｚ以上のＱを５０以上、より好ましくは１００以上と
することができる。
多結晶体からなり、前記第２の誘電体薄膜を構成する複
数の結晶粒から構成される結晶粒界が、膜の厚さ方向に
複数存在しないような第２の誘電体薄膜であるならば、
高周波帯域での低誘電損失化が可能となり、高周波帯域
でのＱ値が向上する。本発明では、第１の誘電体薄膜の
比誘電率を１０以下、耐電界強度を５ＭＶ／ｃｍ以上、
より好ましくは８ＭＶ／ｃｍ以上、周波数１ＧＨｚ以上
のＱを２００以上、より好ましくは１０００以上、誘電
緩和時間を１秒以上とすることができる。本発明では、
第２の誘電体薄膜の比誘電率を１５０以下、周波数１Ｇ
Ｈｚ以上のＱを５０以上、より好ましくは１００以上と
することができる。
【００３６】本発明において、第１の誘電体薄膜がＳｉ
ＯｘＮｙからなるならば、組成比と厚さを調整すること
でＱ値、耐電圧、温度係数の調整が容易にでき、第２の
誘電体薄膜がＴｉＯｘからなるならば、厚さの調整によ
り容量温度係数の調整が容易にできる。
ＯｘＮｙからなるならば、組成比と厚さを調整すること
でＱ値、耐電圧、温度係数の調整が容易にでき、第２の
誘電体薄膜がＴｉＯｘからなるならば、厚さの調整によ
り容量温度係数の調整が容易にできる。
【図１】 図１は本発明に係る温度補償用薄膜コンデン
サの第１実施形態の断面構造を示す図である。
サの第１実施形態の断面構造を示す図である。
【図２】 図２は図１に示す薄膜コンデンサの平面図で
ある。
ある。
【図３】 図３は本発明に係る温度補償用薄膜コンデン
サの第２実施形態の断面構造を示す図である。
サの第２実施形態の断面構造を示す図である。
【図４】 図４は本発明に係る薄膜コンデンサを備えた
電気回路の一例を示す回路図である。
電気回路の一例を示す回路図である。
【図５】 図５は本発明に係る薄膜コンデンサの温度係
数とバラクタダイオードの温度係数とを比較して示す図
である。
数とバラクタダイオードの温度係数とを比較して示す図
である。
【図６】 図６は厚さ２０００ÅのＳｉＯｘ膜（Ｘ＝
１.９、Ｙ＝０）の耐電界強度特性の測定結果を示す図
である。
１.９、Ｙ＝０）の耐電界強度特性の測定結果を示す図
である。
【図７】 図７は厚さ２０００ÅのＳｉＯｘＮｙ膜（Ｘ
＝１.４、Ｙ＝０.３）の耐電界強度特性の測定結果を示
す図である。
＝１.４、Ｙ＝０.３）の耐電界強度特性の測定結果を示
す図である。
【図８】 図８は厚さ２０００ÅのＳｉＮｙ膜（Ｘ＝
０、Ｙ＝１.３）の耐電界強度特性の測定結果を示す図
である。
０、Ｙ＝１.３）の耐電界強度特性の測定結果を示す図
である。
【図９】 図９は厚さ３０００ÅのＴｉＯ２膜の絶縁耐
圧の測定結果を示す図である。
圧の測定結果を示す図である。
【図１０】 図１０は図１に示した薄膜コンデンサの耐
電界強度特性の測定結果を示す図である。
電界強度特性の測定結果を示す図である。
１、１０…薄膜コンデンサ、２…基板、３…下部電極、
４、６…第１の誘電体薄膜、５…第２の誘電体薄膜、７
…上部電極。
４、６…第１の誘電体薄膜、５…第２の誘電体薄膜、７
…上部電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｂ 3/12 ３０４ Ｈ０１Ｂ 3/12 ３３６ ３３６ Ｈ０１Ｇ 4/06 １０２ Ｆターム(参考） 2G060 AD01 AE40 AF11 AF20 AG11 GA02 HC07 HC15 HD03 KA09 5E001 AB06 AD04 AE00 AE03 5E082 AB03 BC15 EE05 EE37 FF15 FG03 FG22 FG26 FG42 KK01 PP01 PP05 PP08 5G303 AA01 AB02 AB06 AB08 AB20 BA03 CA01 CB06 CB19 CB30 CB35
Claims (8)
- 【請求項１】 比誘電率の異なる第１の誘電体薄膜と第
２の誘電体薄膜が一対の電極間に２つ以上介在されたこ
とを特徴とする温度補償用薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】 前記第１の誘電体薄膜の容量温度係数の
絶対値が５０ｐｐｍ／℃以下、前記第２の誘電体薄膜の
容量温度係数が負でその絶対値が５００ｐｐｍ／℃以上
であることを特徴とする請求項１記載の温度補償用薄膜
コンデンサ。 - 【請求項３】 前記第２の誘電体薄膜が多結晶体からな
り、前記第２の誘電体薄膜を構成する多数の結晶粒から
構成される結晶粒界が、前記第２の誘電体薄膜の膜面方
向には多数存在するが、膜の厚さ方向には１０以上存在
しないことを特徴とする請求項１記載の温度補償用薄膜
コンデンサ。 - 【請求項４】 前記第１の誘電体薄膜の比誘電率が１０
以下、耐電界強度が５ＭＶ／ｃｍ以上、周波数１ＧＨｚ
以上のＱが２００以上、誘電緩和時間が１秒以上である
ことを特徴とする請求項１記載の温度補償用薄膜コンデ
ンサ。 - 【請求項５】 前記第２の誘電体薄膜の比誘電率が１５
０以下、周波数１ＧＨｚ以上のＱが５０以上であること
を特徴とする請求項１記載の温度補償用薄膜コンデン
サ。 - 【請求項６】 前記第１の誘電体薄膜がＳｉＯｘＮｙか
らなることを特徴とする請求項１記載の温度補償用コン
デンサ。 - 【請求項７】 前記第２の誘電体薄膜がＴｉＯｘもしく
はＣａＴｉＯ３からなることを特徴とする請求項１記載
の温度補償用コンデンサ。 - 【請求項８】 前記一対の電極間に介在される誘電体薄
膜として、各電極に接する側に個々に第１の誘電体薄膜
が設けられ、これらの第１の誘電体薄膜間に第２の誘電
体薄膜が介在されてなることを特徴とする請求項１記載
の温度補償用コンデンサ。
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