JP2016060690A - 誘電体膜および誘電体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、かつ、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜。
【選択図】図1
Description
図1に示されるように、本実施態様にかかる薄膜コンデンサ10は、下地電極1上に、上部電極構造体3と、下地電極1および上部電極構造体3の間に設けられた誘電体膜2とを備えている。薄膜コンデンサ10の形状は特に限定されず、所望の大きさとすればよい。
下地電極1は、卑金属又は貴金属であればよいが、好ましくはCu、Niであり、特に好ましくはNiである。Niは貴金属より安価である点において好適である。下地電極1を構成するNiの純度は高いほど好ましく、99.99質量%以上であることが好ましい。
主成分は、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜である。ここで主成分とは、前記誘電体膜中に50mol%以上含有している化合物のことである。
本実施の形態において、薄膜コンデンサ10は、誘電体膜2の表面に、薄膜コンデンサの他方の電極として機能する上部電極構造体3を備えている。上部電極構造体3を形成するための材料は、導電性を有していれば、とくに限定されるものではなく、下地電極1と同様な材料によって、上部電極構造体3を形成することができる。さらに、前記上部電極構造体3である電極薄膜については、室温で形成することができるため、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)などの卑金属や、珪化タングステン(WSi)、珪化モリブデン(MoSi)などの合金を用いて、上部電極構造体の薄膜を形成することもできる。上部電極構造体3の厚さは、薄膜コンデンサの他方の電極として機能することができれば、とくに限定されるものではなく、たとえば、10nm〜10000nmに設定することができる。
下地電極として、50μmのNi板を準備した。Ni板の寸法は、縦10mm×横10mmとした。
比誘電率は、薄膜コンデンサ試料に対し、基準温度25℃において、デジタルLCRメータ(YHP社製4274A)にて、周波数1kHz、入力信号レベル(測定電圧100mVrmsの条件下で測定された静電容量Cから算出した(単位なし)。比誘電率は高いほうが好ましく、本実施例では、1000以上を良好とし、1400以上を特に良好とした。
薄膜コンデンサ試料に対し、−55〜125℃における静電容量を1kHz、入力信号レベル(測定電圧)1.0Vrmsにおいて測定し、基準温度を25℃としたとき、温度に対する温度特性係数が、−55℃〜125℃で±22%以内を良好とした。静電容量の温度係数TCC(%)は下記式(1)により算出した。ただし、式(1)中、Cは各々の温度における静電容量、C25は25℃における静電容量を表す。
薄膜コンデンサ試料に対し、直流電圧を0Vからスタートし、1V/秒の昇圧速度で印加した際に、電流が10mA以上流れた時の電圧を破壊電圧とした。本実施例では、上記の評価を10個の試料について行い、絶縁破壊電圧の平均値が40kV/mm以上の試料を良好であると判断した。
作製後の誘電体膜の組成は、蛍光X線分析(X−ray fluorencence Analysis:XRF)を使用してすべての試料について測定を行い、表1に記載の組成であることを確認した。
誘電体膜に対し、X線回折(平行法)による測定を行い、回折パターンを得た。得られた回折パターンからリガク製PXDL2にてBCTZ正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θt(22.00°付近)とBCTZ立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θc(22.20°付近)のプロファイルフィッティングを行い、X線回折ピーク位置を決定した。X線源としてCu−Kα線を用い、その測定条件は、電圧45kV、2θ=20.00°〜70.00°の範囲とした。
まず、実施例1と同様のターゲット作製方法で主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表される誘電体膜を形成するために必要な、PLD用ターゲットを作製した。なお、ターゲット中のBaCO3、CaCO3、TiO2およびZrO2の組成比は、表1に示す誘電体膜の組成が得られるように原料粉を調整した。
まず、実施例1と同様の方法で、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表される誘電体膜を形成するために必要な、スパッタリング用のターゲットを固相法にて作製した。なお、ターゲット中のBaCO3、CaCO3、TiO2、ZrO2、V2O5、MnOおよびCuOの組成比は、表1に示す誘電体膜の組成が得られるように原料粉を調整した。
まず、実施例1と同様の方法で、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表される誘電体膜を形成するために必要な、スパッタリング用のターゲットを固相法にて作製した。なお、ターゲット中のBaCO3、CaCO3、TiO2、およびZrO2の組成比は、表1に示す誘電体膜の組成が得られるように原料粉を調整した。
表1に示すように、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物の結晶相が前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜である場合には比誘電率が1000以上を示しつつ、良好な静電容量の温度特性(TCC=±22%以内)を実現できることが確認できた。
表1に示すように、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.100、0.001≦y≦0.100、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物の結晶相が前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜である場合には比誘電率が特に高く、1100以上を示しつつ、良好な静電容量の温度特性(TCC=±22%以内)を実現できることが確認できた。
表1に示すように、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995の範囲を外れる誘電体膜である場合には、比誘電率と静電容量の温度特性の両立ができなかった。
表1より、薄膜形成法に関係なく、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である場合には、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性を実現できることが確認できた。
表1に示すように、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜であり、さらに、副成分としてMnOとCuOのうち少なくとも1種以上と、V2O5を含有する場合には、前記副成分であるMnO、CuOおよびV2O5を各々一種のみ含有する実施例26〜実施例28よりも、比誘電率を高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性と破壊電圧が実現できる事が確認できた。
表1に示すように、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜であり、さらに、副成分であるMnOおよびCuOの合計含有量が、0.010mol〜1.000molであり、かつ、V2O5の含有量が0.050mol〜1.000molである誘電体膜の場合には、比誘電率をさらに高く維持しつつ、良好な静電容量の温度特性と破壊電圧が実現できる事が確認できた。
表1に示すように、主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995であっても、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°でない場合は、高い比誘電率と静電容量の温度特性の両立ができなかった。比較例7は平均結晶粒子が1500nm超だったために前記回折ピーク位置の関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°にならなかったと考えられる。
2・・・ 誘電体膜
3・・・ 上部電極構造体
10・・・ 薄膜コンデンサ
Claims (5)
- 主成分が、一般式(Ba1−xCax)z(Ti1−yZry)O3で表され、前記一般式で、0.001≦x≦0.400、0.001≦y≦0.400、かつ、0.900≦z<0.995で表わされる誘電体組成物であり、かつ、前記誘電体組成物のX線回折チャートにおいて、前記一般式の示す正方晶系の(001)面の回折ピーク位置2θtと、前記一般式の示す立方晶系の(100)面の回折ピーク位置2θcの関係が0.00°≦2θc−2θt<0.20°である誘電体膜。
- 前記一般式のxとyの範囲が、0.001≦x≦0.100かつ、0.001≦y≦0.100で表わされる請求項1に記載の誘電体膜。
- 前記誘電体膜が副成分としてMnOとCuOのうち少なくとも1種以上と、V2O5を含有している請求項1または2に記載の誘電体膜。
- 前記誘電体膜の主成分100molに対し、副成分であるMnOおよびCuOの合計含有量が、0.010mol〜1.000molであり、かつ、V2O5の含有量が0.050mol〜1.000molである請求項3に記載の誘電体膜。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の誘電体膜と、電極とを有する誘電体素子。
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