JPH10256080A - 薄膜コンデンサおよび積層型薄膜コンデンサ - Google Patents

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】基板上に、短辺と長辺とからなる長方形状
電極、誘電体薄膜、前記長方形状電極を順次形成してな
り、前記長方形状電極の同一方向の長辺にそれぞれ容量
取出部を形成してなるもので、長辺の長さをａ、短辺の
長さをｂとした時、ｂ／ａが２以上であることが望まし
い。また、誘電体薄膜として、金属元素としてＰｂ、Ｍ
ｇ、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１μｍ以下の誘電体薄膜であって、１００ＭＨｚ
（室温）での比誘電率が２０００以上で、かつ比誘電率
の温度特性が±１５％以内であり、直流電界５Ｖ／μm
印加時の比誘電率の減少率が４０％以内のものが用いら
れる。

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
び積層型薄膜コンデンサに関し、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積層型薄膜コンデンサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】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要になってきている。

【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で
あることが必要である。

【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】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、４ｎ
Ｆ／ｍｍ² 程度にとどまっている。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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１００ｎ
Ｆ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。

【００１６】さらに、パッケージや多層基板に内蔵され
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。

【００１７】一方、チタン酸バリウムに代表される、自
発分極をもち、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。

【００１８】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。

【００１９】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積層型薄膜コンデンサを提
供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜コンデンサ
は、基板上に、短辺と長辺とからなる長方形状電極、誘
電体薄膜、前記長方形状電極を順次形成してなり、前記
長方形状電極の同一方向の長辺にそれぞれ容量取出部を
形成してなるものである。ここで、長辺の長さをａ、短
辺の長さをｂとした時、ｂ／ａが２以上であることが望
ましい。

【００２１】さらに、誘電体薄膜は、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。

【００２２】また、誘電体薄膜は、金属元素としてＢ
ａ、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Ｂａ
Ｔｉ_{1- x-y} Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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。

【００２３】 本発明の積層型薄膜コンデンサは、基板上に、短辺と長
辺とからなる複数の長方形状電極と、複数の誘電体薄膜
とを交互に積層してなり、前記長方形状電極の同一方向
の長辺にそれぞれ容量取出部を形成してなるものであ
る。

【００２４】

【作用】本発明の薄膜コンデンサおよび積層型薄膜コン
デンサでは、長方形状電極の長辺に、同一方向に容量取
出部を形成したので、電極を流れる電流の向きが逆方向
となり、しかも、電流の流れる経路を短くでき、これに
より、低インダクタンス化を図ることができる。特に、
長方形状電極の短辺の長さをａ、長辺の長さをｂとした
時、ｂ／ａが２以上である場合にはインダクタンスを最
小とすることが可能となる。

【００２５】そして、上記薄膜コンデンサおよび積層型
薄膜コンデンサの誘電体薄膜として、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。

【００２６】従って、本発明の薄膜コンデンサおよび積
層型薄膜コンデンサでは、高周波においても高容量、低
インダクタンスを達成することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の薄膜コンデンサは、基板
上に、短辺と長辺とからなる長方形状電極、誘電体薄
膜、前記長方形状電極を順次形成してなり、長方形状電
極の同一方向の長辺にそれぞれ容量取出部を形成してな
るものである。

【００２８】図２に本発明の薄膜コンデンサの基本構成
の例を示す。この図２において、基板１の上面には短辺
ａと長辺ｂとからなる長方形状電極２が形成され、この
長方形状電極２の上面には誘電体薄膜３が形成され、こ
の誘電体薄膜３の上面には長方形状電極４が形成されて
いる。そして、容量取出部５が電極２、４の同一方向の
長辺ｂに形成されており、誘電体薄膜３の上下の電極
２、４に流れる電流が逆方向とされている。

【００２９】尚、図３に従来の薄膜コンデンサを示す。
従来の薄膜コンデンサでは、基板１１の上面には短辺ａ
と長辺ｂとからなる長方形状電極１２が形成され、この
長方形状電極１２の上面には誘電体薄膜１３が形成さ
れ、この誘電体薄膜１３の上面には長方形状電極１４が
形成されている。そして、容量取出部１５は電極１２、
１４の対向する短辺ａに形成されており、誘電体薄膜１
３の上下の電極１２、１４に流れる電流が同一方向とさ
れている。

【００３０】本発明で用いられる基板としては、アルミ
ナ、サファイア、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ₃ 単結晶、
チタン被覆シリコン、または銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、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。特に、薄
膜との反応性が小さく、安価で強度が大きく、かつ金属
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、高周波領域における低抵抗化の点で銅（Ｃｕ）薄
板または銅（Ｃｕ）薄膜が望ましい。

【００３１】また、本発明の長方形状電極は、例えば、
白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅
（Ｃｕ）薄膜等からなるもので、これらのうちでも白金
（Ｐｔ）と金（Ａｕ）薄膜が最適である。Ｐｔ、Ａｕ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。

【００３２】電極形成は、蒸着、メタライズ、ＣＶＤ、
スパッタ法により作製できるが、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。

【００３３】本発明の長方形状電極は短辺と長辺とから
なるものであるが、短辺と長辺が同一長さの正方形状電
極も含まれる概念である。そして、長辺に容量取出部が
形成され、かつ、短辺の長さをａ、長辺の長さをｂとし
た時、ｂ／ａが２以上である場合には、低インダクタン
ス化をさらに促進できる。容量取出部には、例えば、ハ
ンダ等によりパンプが形成され外部回路に接続される。

【００３４】また、誘電体薄膜は、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％以内であるものが望ましい。

【００３５】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薄膜であって、これらの
成分をＢａＴｉ_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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。

【００３６】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 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 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
ような誘電体薄膜層は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル
法等の公知の方法により作製される。

【００３７】上記したＰｂ−Ｍｇ−Ｎｂ系およびＢａＴ
ｉ_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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。

【００３８】Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ （ＰＭＮ）
薄膜の作製について説明する。

【００３９】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
₁ ＯＨ、Ｒ₂ ＯＣ₂ Ｈ₄ ＯＨ、Ｒ₃ ＣＯＯＨ（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。

【００４０】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Ｒ₁ Ｏ
Ｈ、Ｒ₂ ＯＣ₂ Ｈ₄ ＯＨ、Ｒ₃ ＣＯＯＨ（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。

【００４１】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
方法。（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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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０．３μｍ〜１μｍが望まし
い。

【００４７】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_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ 前駆体溶液を合成する点に特
徴がある。

【００４８】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（ＭｇＮｂ₂ Ｏ₆ ）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_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ 前駆体が形成される。

【００４９】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。

【００５０】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_1/3 Ｎｂ_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。

【００５１】ＢａＴｉ_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 系薄膜に
ついて説明する。

【００５２】本発明の誘電体薄膜は、ＢａＴｉ_1-x-y Ｚ
ｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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０．１０〜０．２５μ
ｍを満足するものである。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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、
０．３〜１μｍが望ましい。

【００５８】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_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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。

【００５９】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。

【００６０】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-y} Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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よ
り、所望の組成に調製しても良い。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】また、得られた誘電体薄膜は、ＢａＴｉ
_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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。

【００６４】このようなＢａＴｉ_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ
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。

【００６５】また、ＢａＴｉ_1-A Ｚｒ_A Ｏ₃ とＢａＴｉ
_1-B Ｓｎ_B Ｏ₃ 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-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ
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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】即ち、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５
Ｖ／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。

【００６９】本発明の積層型薄膜コンデンサは、基板上
に、短辺と長辺とからなる複数の長方形状電極と、複数
の誘電体薄膜とを交互に積層してなり、長方形状電極の
同一方向の長辺にそれぞれ容量取出部を形成してなるも
のであり、基板、電極、誘電体薄膜は上記した通りであ
る。

【００７０】本発明の積層型薄膜コンデンサの一実施例
を図４および図５に示す。この積層型薄膜コンデンサ
は、短辺と長辺とからなる長方形状電極２１と、誘電体
薄膜２２とが交互に複数積層されており、しかも長方形
状電極２１は奇数層の長方形状電極２１ａと、偶数層の
長方形状電極２１ｂとから構成されている。

【００７１】そして、図５に示すように、長方形状電極
２１ａ、２１ｂの同一方向の長辺にはそれぞれ容量取出
部２３ａ、２３ｂが一個づつ形成され、奇数層の長方形
状電極２１ａに形成された容量取出部２３ａは端子電極
２５ａと接続され、偶数層の長方形状電極２１ｂに形成
された容量取出部２３ｂは端子電極２５ｂと接続されて
いる。端子電極２５ａ、２５ｂはＬ字状に形成されてお
り、その上面には、例えば、ハンダによりバンプが形成
され外部回路に接続される。

【００７２】また、最上層に形成される奇数層の長方形
状電極２１ａの上面には、誘電体薄膜２２が形成され、
端子電極２５ａ、２５ｂの絶縁が図られている。端子電
極２５ａと長方形状電極２１ｂの側先端との間、端子電
極２５ｂと長方形状電極２１ａの側先端との間は絶縁
層、例えば、誘電体層と同一材料の絶縁材が充填され、
絶縁が図られている。また、積層体の端子電極以外の側
面にも誘電体層と同一材料の絶縁材が被覆され、絶縁が
図られている。

【００７３】このような積層型薄膜コンデンサの長方形
状電極２１ａ、２１ｂおよび誘電体薄膜２２は上記と同
様に形成される。図６〜図９に、本発明の積層型薄膜コ
ンデンサの概念図を示す。

【００７４】

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

【００７５】Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_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−メトキシエタノール中で還流操作（１２４℃で２４
時間）を行い、ＭｇＮｂ複合アルコキシド溶液（Ｍｇ＝
４．９５ｍｍｏｌ、Ｎｂ＝１０．０５ｍｍｏｌ、２−メ
トキシエタノール１５０ｍｍｏｌ）を合成した。次に酢
酸鉛（無水物）１５ｍｍｏｌと１５０ｍｍｏｌの２−メ
トキシエタノールを混合し、１２０℃での蒸留操作によ
り、Ｐｂ前駆体溶液を合成した。

【００７６】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_1/3 Ｎｂ_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
トキシエタノールで約３倍に希釈し、塗布溶液とした。

【００７７】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_1/3 Ｎｂ_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。

【００７８】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１０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。

【００７９】図１１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。

【００８０】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１２に比誘電率の周波数特性を示す。また、
温度特性および直流電界依存性は１ｋＨｚでの結果と同
様であった。

【００８１】ＢａＴｉ_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃
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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】

【表１】

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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
ることが判る。

【００９０】実施例１ 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Ａｒガスを導入し、真空排気により圧力
は６．７Ｐａに維持した。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】上記したようにして得られたＰｂ（Ｍｇ
_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ からなる塗布溶液を、第１の電極層
が形成されたアルミナ基板上に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、
Ｐｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）Ｏ₃ 薄膜を得た。

【００９５】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った。その
後、スパッタ法により第２の白金電極層を形成した。図
２、図３に示すコンデンサを作製した。

【００９６】作製した誘電体薄膜１層よりなる基本構造
の薄膜コンデンサの１ＭＨｚから１．８ＧＨｚ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ＨＰ４２９１Ａ）を用いて測定し
た。結果を表２に示す。

【００９７】

【表２】

【００９８】この表２から、例えば、試料番号４の場
合、図２の構造で、ａ＝０．７１ｍｍ、ｂ＝０．３５ｍ
ｍであり、容量成分は８．９ｎＦ、インダクタンス成分
２９０ｐＨの値を示し、共振周波数が９９ＭＨｚであ
り、共振周波数における抵抗成分（インピーダンス）が
０．６Ωであった。

【００９９】また試料Ｎo.１〜８について、薄膜コンデ
ンサを破断して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行っ
たところ、誘電体薄膜の厚さは約０．５μｍであった。
また、ａ＝０．３５ｍｍ、ｂ＝０．７０ｍｍの試料番号
２の場合、容量成分は８．７ｎＦ、インダクタンス成分
１３０ｐＨの値を示し、共振周波数が１４７ＭＨｚであ
り、抵抗成分は０．５Ωであった。また、電極面積をよ
り小さくすれば容量、インダクタンス、抵抗のいずれの
値も小さくすることが可能である。

【０１００】また、図３の構造で対の電極に流れる電流
が順方向の場合、ａ＝０．７１ｍｍ、ｂ＝０．３５ｍｍ
のとき（試料番号８）、容量成分は９．０ｎＦ、インダ
クタンス成分は８４０ｐＨ、抵抗成分は０．６Ωあり、
共振周波数は５８ＭＨｚであった。さらに、電流経路が
短いａ＝０．３５ｍｍ、ｂ＝０．７０ｍｍのとき（試料
番号７）の場合でも、容量成分は９．０ｎＦ、インダク
タンス成分は４４０ｐＨ、抵抗成分は０．６Ωであり、
共振周波数は８０ＭＨｚであった。

【０１０１】試料番号１から９の結果を表２に示した
が、試料番号９にはＢａＴｉＯ₃ のバルク焼結体より構
成される厚み１０μｍの単層コンデンサの結果を比較の
ために挿入した。単位面積当たりの容量が本発明の薄膜
コンデンサに比べ、一桁以上小さいことがわかる。

【０１０２】これら表２の結果から、一層当たりの容量
が１から１０ｎＦで、かつ単位面積当たり２０ｎＦ／ｍ
ｍ² 以上の大容量で、共振周波数が１００ＭＨｚ以上の
単板コンデンサを得ることができるのは、電極に流れる
電流が逆方向であるような電極構造をもち、図２のアス
ペクト比（ｂ／ａ）が１以上、すなわちインダクタンス
が２００ｐＨ以下であることが必要であり、ｂ／ａが２
以上の時に最も好ましいことが判る。

【０１０３】図２および図３の両構造とも一層あたり２
０ｎＦ／ｍｍ² 以上の大容量が得られた。特に図２の構
造をとり、前記ＰＭＮ薄膜を用いて電極形状がａ＝０．
３５ｍｍ、ｂ＝０．７０ｍｍのとき、容量が８．７ｎＦ
（３５ｎＦ／ｍｍ² ）、インダクタンス１３０ｐＨ、共
振周波数が１４７ＭＨｚの特性を示したが、図３の構造
では、容量はほぼ同等の値が得られるが、インダクタン
スは４４０ｐＨで、共振周波数が８０ＭＨｚと低かっ
た。この図３の電極構造は従来の積層チップコンデンサ
と同じであり、これではインダクタンスの値を従来レベ
ルから大幅に減少させることはできず、１００ＭＨｚ以
上の大容量デカップリングコンデンサは実現できないこ
とが判る。

【０１０４】実施例２ ＢａＴｉ_1-x-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ （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。その結果を表３に記載した。

【０１０５】

【表３】

【０１０６】この表３から、一層当たりの容量が１から
１０ｎＦで、かつ単位面積当たり２０ｎＦ／ｍｍ² の大
容量で、共振周波数が１００ＭＨｚ以上の単板コンデン
サを得ることができるのは、電極に流れる電流が逆方向
であるような電極構造をもち、図２のアスペクト比（ｂ
／ａ）が１以上、すなわちインダクタンスが２００ｐＨ
以下であることが判る。

【０１０７】実施例３ 実施例１と同様にして、図４に示すような積層型薄膜コ
ンデンサを作製した。

【０１０８】即ち、アルミナ基板上に白金電極をマグネ
トロンスパッタで作製し、その上にゾルゲル法で誘電体
薄膜を作製するプロセスを繰り返すことにより行った。

【０１０９】また、端子電極として、最上部に取出電極
部を２箇所設けた構造である。

【０１１０】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。有効電極面積がａ×ｂ＝
０．３５×０．７０ｍｍ² で、誘電体薄膜が５層の場
合、実効容量が４２．５ｎＦ（一層当たり、３４．２ｎ
Ｆ／ｍｍ² ）、実効インダクタンスが３５ｐＨ、実効抵
抗が１００ｍΩであり、共振周波数は１３０ＭＨｚであ
った。さらに、電極面積がａ×ｂ＝０．２×０．２ｍｍ
² で、誘電体薄膜が１０層の場合には実効容量が１４．
３ｎＦ（一層当たり、３５．８ｎＦ／ｍｍ² ）、実効イ
ンダクタンスが２０ｐＨ、実効抵抗が５５ｍΩであり、
共振周波数は２９８ＭＨｚ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、長
方形状電極の長辺に、同一方向に容量取出部を形成した
ので、電極を流れる電流の向きが逆方向となり、しか
も、電流の流れる経路を短くでき、これにより、低イン
ダクタンス化を図ることができる。また、高周波領域に
おいても高い比誘電率を有する誘電体薄膜を用いること
により、高周波領域において大容量の薄膜コンデンサを
得ることができる。

【０１１２】よって、一層の単位面積当たり２０ｎＦ／
ｍｍ² 以上の大容量、かつ低インダクタンス（１００ｐ
Ｈ以下）、１００ＭＨｚ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１０
０ＭＨｚから１ＧＨｚ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-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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】従来の薄膜コンデンサの基本構成を示す斜視図
である

【図４】本発明の積層型薄膜コンデンサの基本構成を示
す斜視図である

【図５】（ａ）は図３のａ−ａ線に沿った断面図、
（ｂ）は図３のｂ−ｂ線に沿った断面図である。

【図６】本発明の積層型薄膜コンデンサの概念図を示す
斜視図である。

【図７】図６のＡ方向から見た側面図である。

【図８】図６のＢ方向から見た側面図である。

【図９】図６のＣ方向から見た正面図である。

【図１０】実施例で作製したＰｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）
Ｏ₃ 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１１】実施例で作製したＰｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）
Ｏ₃ 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１２】実施例で作製したＰｂ（Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3 ）
Ｏ₃ 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、４、２１ａ、２１ｂ・・・長方形状電極 ３、２２・・・誘電体薄膜 ５、２３ａ、２３ｂ・・・容量取出部 ２５ａ、２５ｂ・・・端子電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神垣 耕世 鹿児島県国分市山下町１番４号 京セラ株 式会社総合研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に、短辺と長辺とからなる長方形状
   電極、誘電体薄膜、前記長方形状電極を順次形成してな
   り、前記長方形状電極の同一方向の長辺にそれぞれ容量
   取出部を形成してなることを特徴とする薄膜コンデン
   サ。
2. 【請求項２】短辺の長さをａ、長辺の長さをｂとした
   時、ｂ／ａが２以上であることを特徴とする請求項１記
   載の薄膜コンデンサ。
3. 【請求項３】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１ｋＨ
   ｚ（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（−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。
4. 【請求項４】誘電体薄膜は、金属元素としてＢａ、Ｔ
   ｉ、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-y Ｚｒ_x Ｓｎ_y Ｏ₃ 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。
5. 【請求項５】基板上に、短辺と長辺とからなる複数の長
   方形状電極と、複数の誘電体薄膜とを交互に積層してな
   り、前記長方形状電極の同一方向の長辺にそれぞれ容量
   取出部を形成してなることを特徴とする積層型薄膜コン
   デンサ。