KR102310884B1 - 유전체 조성물 및 전자 부품 - Google Patents

Abstract

[과제] 고주파 영역이어도 높은 비유전율 및 높은 Q값을 갖는 유전체 조성물과, 그 유전체 조성물로 구성되는 유전체막을 구비하는 전자 부품을 제공하는 것.
[해결 수단] 일반식 (aCaO+bSrO)-ZrO₂로 표시되는 복합 산화물을 주성분으로서 포함하고, a 및 b가, a≥0, b≥0, 1.50＜a+b≤4.00인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물이다.

Description

유전체 조성물 및 전자 부품

본 발명은, 유전체 조성물, 및, 당해 유전체 조성물을 포함하는 유전체막을 구비하는 전자 부품에 관한 것이다.

스마트폰으로 대표되는 이동체 통신 기기의 고성능화에 대한 요구는 높고, 예를 들어, 고속으로 대용량의 통신을 가능하게 하기 위해서, 사용하는 주파수 영역의 수도 증가하고 있다. 사용하는 주파수 영역은 GHz대와 같은 고주파 영역이다. 이러한 고주파 영역에 있어서 작동하는 필터, 혹은, 필터를 조합한 듀플렉서, 다이플렉서 등의 고주파 부품 중에는, 유전체 재료가 갖는 유전 특성을 이용하고 있는 것이 있다. 이러한 유전체 재료에는, 고주파 영역에 있어서, 유전 손실이 작고, 주파수의 선택성이 양호한 것이 요구된다.

또, 이동체 통신 기기의 고성능화에 따라, 1개의 이동체 통신 기기에 탑재되는 전자 부품의 수도 증가하는 경향이 있고, 이동체 통신 기기의 사이즈를 유지하려면, 전자 부품의 소형화도 동시에 요구된다. 유전체 재료를 이용하는 고주파 부품을 소형화하려면, 전극 면적을 작게 할 필요가 있으므로, 이것으로 인한 정전 용량의 저하를 보완하기 위해 유전체 재료의 비유전율이 높은 것이 요구된다.

따라서, 고주파 영역에 있어서 사용되는 고주파 부품에 적용되는 유전체 재료에는, 고주파 영역에 있어서, 유전 손실이 작고, 또한 비유전율이 높은 것이 요구된다. 유전 손실의 역수는 Q값으로서 나타내어지므로, 환언하면, 고주파 영역에 있어서 비유전율 및 Q값이 높은 유전체 재료가 요망되고 있다.

종래, GHz대에서 유전 손실이 낮은 유전체 재료로는, 예를 들어, 아몰퍼스 SiN_x막이 예시된다. 그러나, 아몰퍼스 SiN_x막의 비유전율(εr)은 6.5 정도로 낮고, 고주파 부품의 소형화의 요구에 응하기에는, 한계가 있었다.

그런데, 비특허문헌 1에는, CaZrO₃ 박막을 소정의 온도로 어닐링 처리하여, CaZrO₃의 아몰퍼스 박막을 얻는 것이 개시되어 있다. 비특허문헌 1에 의하면, 이 CaZrO₃의 아몰퍼스 박막은, 측정 주파수가 100kHz에 있어서의 비유전율이 12.8~16.0이며, 측정 주파수가 100kHz에 있어서의 유전 손실이 0.0018~0.0027인 것이 개시되어 있다.

또, 비특허문헌 2에는, SrZrO₃ 박막이 개시되고, 이 SrZrO₃ 박막은, 측정 주파수가 2.6~11.2MHz의 범위에 있어서 비유전율이 24~27이며, 측정 주파수가 2.6~11.2MHz의 범위에 있어서 유전 손실이 0.01~0.02의 범위 내인 것이 개시되어 있다.

T. Yu, et al, "Preparation and characterization of sol-gel derived CaZrO3 dielectric thin films for high-k applications", Physica B, 348 (2004) 440-445 X. B. Lu, et al, "Dielectric properties of SrZrO3 thin films prepared by pulsed laser deposition", Applied Physics A, 77, 481-484(2003)

그러나, 비특허문헌 1에 기재된 CaZrO₃의 아몰퍼스 박막이 나타내는 유전 손실을 Q값으로 환산하면, 측정 주파수가 100kHz에 있어서, 370~555이다. 또, 비특허문헌 1의 도 7에 의하면, 측정 주파수가 1MHz인 경우에는, 유전 손실이 0.005 이상, 즉, Q값이 200 이하가 되어 버린다. 따라서, 측정 주파수가 GHz대인 경우에는, Q값이 더욱 저하할 것이 예상된다.

또, 비특허문헌 2에 기재된 SrZrO₃ 박막이 나타내는 유전 손실을 Q값으로 환산하면, 측정 주파수가 2.6~11.2MHz의 범위에 있어서, 100 이하이다. 따라서, 측정 주파수가 GHz대인 경우에는, 비특허문헌 1과 마찬가지로, Q값이 더욱 저하할 것이 예상된다.

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어지고, 고주파 영역이어도 높은 비유전율 및 높은 Q값을 갖는 유전체 조성물과, 그 유전체 조성물로 구성되는 유전체막을 구비하는 전자 부품을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 유전체 조성물은,

[1] 일반식 (aCaO+bSrO)-ZrO₂로 표시되는 복합 산화물을 주성분으로서 포함하고,

a 및 b가, a≥0, b≥0, 1.50＜a+b≤4.00인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물이다.

[2] a 및 b가, 1.50＜a+b≤2.20인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 유전체 조성물이다.

[3] a 및 b가, 3.00≤a+b≤4.00인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 유전체 조성물이다.

[4] [1]~[3] 중 어느 하나에 기재된 유전체 조성물을 포함하는 유전체막을 구비하는 전자 부품이다.

본 발명에 의하면, 고주파 영역이어도 높은 비유전율 및 높은 Q값을 갖는 유전체 조성물과, 그 유전체 조성물로 구성되는 유전체막을 구비하는 전자 부품을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 따른 전자 부품으로서의 박막 콘덴서의 단면도이다.
도 2a는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 「a+b」와, 2GHz에 있어서의 Q값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2b는, 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 「a+b」와, 2GHz에 있어서의 비유전율의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을, 구체적인 실시형태에 의거해, 이하의 순서로 상세하게 설명한다.

1.박막 콘덴서

1.1 박막 콘덴서의 전체 구성

1.2 유전체막

1.2.1 유전체 조성물

1.3 기판

1.4 하부 전극

1.5 상부 전극

2. 박막 콘덴서의 제조 방법

3. 본 실시형태에 있어서의 효과

4. 변형예

(1. 박막 콘덴서)

우선, 본 실시형태에 따른 전자 부품으로서, 유전체층이 박막형상의 유전체막으로 구성되는 박막 콘덴서에 대해서 설명한다.

(1.1 박막 콘덴서의 전체 구성)

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 전자 부품의 일례로서의 박막 콘덴서(10)는, 기판(1)과, 하부 전극(3)과, 유전체막(5)과, 상부 전극(4)이 이 순서로 적층된 구성을 갖고 있다. 하부 전극(3)과 유전체막(5)과 상부 전극(4)은 콘덴서부를 형성하고 있으며, 하부 전극(3) 및 상부 전극(4)이 외부 회로에 접속되어 전압이 인가되면, 유전체막(5)이 소정의 정전 용량을 나타내고, 콘덴서로서의 기능을 발휘할 수 있다. 각 구성 요소에 대한 상세한 설명은 후술한다.

또, 본 실시형태에서는, 기판(1)과 하부 전극(3) 사이에, 기판(1)과 하부 전극(3)의 밀착성을 향상시키기 위해서 하지층(2)이 형성되어 있다. 하지층(2)을 구성하는 재료는, 기판(1)과 하부 전극(3)의 밀착성을 충분히 확보할 수 있는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 하부 전극(3)이 Cu로 구성되는 경우에는, 하지층(2)은 Cr로 구성되고, 하부 전극(3)이 Pt로 구성되는 경우에는, 하지층(2)은 Ti로 구성할 수 있다.

또, 도 1에 나타낸 박막 콘덴서(10)에 있어서, 유전체막(5)을 외부 분위기로부터 차단하기 위한 보호막이 형성되어 있어도 된다.

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

(1.2 유전체막)

유전체막(5)은, 후술하는 본 실시형태에 따른 유전체 조성물로 구성되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 유전체막(5)은, 유전체 조성물의 원료 분말을 성형한 성형체를 소성하여 얻어지는 소결체로 구성되는 것이 아니라, 박막형상이며 공지의 성막법에 의해 형성된 유전체 퇴적막인 것이 바람직하다. 또한, 유전체막(5)은, 결정질이어도 되고, 아몰퍼스여도 되는데, 본 실시형태에서는, 유전체막(5)은 결정질인 것이 바람직하다.

이러한 유전체막(5)을 갖는 박막 콘덴서는, 고주파 영역(예를 들어, 2GHz)이어도, 높은 Q값(예를 들어, 500 이상)을 나타내면서, 또한, 높은 비유전율(예를 들어, 13.0 이상)을 나타낼 수 있다.

유전체막(5)의 두께는, 바람직하게는 10nm~2000nm, 보다 바람직하게는 50nm~1000nm이다. 유전체막(5)의 두께가 너무 얇으면, 유전체막(5)의 절연 파괴가 발생하기 쉬운 경향이 있다. 절연 파괴가 발생하면, 콘덴서로서의 기능을 발휘할 수 없다. 한편, 유전체막(5)의 두께가 너무 두꺼우면, 콘덴서의 정전 용량을 크게 하기 위해서 전극 면적을 넓게 할 필요가 있어, 전자 부품의 설계에 따라서는 소형화가 곤란해지는 경우가 있다.

통상, Q값은, 유전체의 두께가 얇아지면 저하하는 경향이 있으므로, 높은 Q값을 얻으려면, 어느 정도의 두께를 갖는 유전체로 구성할 필요가 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 유전체 조성물로 구성되는 유전체막은, 상기와 같이, 두께가 매우 얇은 경우에도, 높은 Q값을 얻을 수 있다.

또한, 유전체막(5)의 두께는, 유전체막(5)을 포함하는 박막 콘덴서를, FIB(집속 이온 빔) 가공 장치로 굴착해, 얻어진 단면을 SIM(주사형 이온 현미경) 등으로 관찰하여 측정할 수 있다.

(1.2.1 유전체 조성물)

본 실시형태에 따른 유전체 조성물은, 일반식 (aCaO+bSrO)-ZrO₂로 표시되는 산화물을 주성분으로서 함유하고 있다. 즉, Ca 및/또는 Sr과, Zr을 포함하는 복합 산화물이다. 상기 일반식에 있어서, 「a」는 ZrO₂의 함유량에 대한 CaO의 함유량의 몰비를 나타내고, 「b」는, ZrO₂의 함유량에 대한 SrO의 함유량의 몰비를 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 「a」 및 「b」는, a≥0, b≥0, 1.50＜a+b≤4.00인 관계를 만족하고, 1.55≤a+b≤4.00인 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

또, 상기 복합 산화물은, 상기 일반식에 의한 표기로부터도 명백한 바와 같이, 2가 원소의 산화물과 ZrO₂의 복합 산화물이라고 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 2가 원소의 산화물로서, 알칼리토류 금속 산화물 중, CaO 및 SrO를 채용하고, 이들의 함유량의 합계를, ZrO₂량에 대해, 몰비로 1.50배 초과 4.00배 이하로 하고 있다. 「a」 및 「b」를 상기 범위 내로 함으로써, 뛰어난 유전 특성(고주파 영역에 있어서의 높은 Q값 및 높은 비유전율의 양립)을 발현시킬 수 있다.

「a+b」가 너무 작은 경우, 예를 들어, a+b=1.00인 경우, 고주파 영역에 있어서 높은 Q값이 얻어지지 않는 경향이 있다. 「a+b」가 너무 큰 경우, 고주파 영역에 있어서 높은 비유전율이 얻어지지 않는 경향이 있다.

또한, a+b=1.00인 경우에는, 복합 산화물은 (Ca, Sr)ZrO₃으로 나타내어진다. 특히, a=1.00인 경우에는, CaZrO₃으로 나타내어지고, b=1.00인 경우에는, SrZrO₃으로 나타내어진다. 따라서, 상기 복합 산화물은, (Ca, Sr)ZrO₃을 기준으로 하면, ZrO₂의 함유량에 대해 2가 원소의 산화물의 함유량이 과잉으로 포함되는 조성(2가 원소 산화물 리치 조성)을 갖고 있다.

종래, 상기와 같은 CaO 및/또는 SrO가 리치한 조성은, 과잉의 CaO 및/또는 SrO가 수분과 반응하기 쉽다는 이유로 거의 검토되어 있지 않았다.

또, 1.50＜a+b≤4.00인 관계를 만족하는 한에 있어서, 「a」 및 「b」는 0이어도 된다. 따라서, 상기 복합 산화물은, aCaO-ZrO₂여도 되고, bSrO-ZrO₂여도 된다. 유전 특성의 관점에서는, aCaO-ZrO₂보다, bSrO-ZrO₂가 바람직하나, 수분에 대한 안정성의 관점에서는, bSrO-ZrO₂보다, aCaO-ZrO₂가 바람직하다.

본 실시형태에서는, 「a+b」는, 1.50＜a+b≤2.20인 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 1.55≤a+b≤2.20인 관계를 만족하는 것이 보다 바람직하다. 「a+b」를 상기 범위 내로 함으로써, 고주파 영역(예를 들어, 2GHz)에 있어서, 높은 Q값(예를 들어, 500 이상)을 나타내면서, 보다 높은 비유전율(예를 들어, 18.0 이상)을 나타낼 수 있다.

또, 「a+b」는, 3.00≤a+b≤4.00인 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 「a+b」를 상기 범위 내로 함으로써, 고주파 영역(예를 들어, 2GHz)에 있어서, 높은 비유전율(예를 들어, 13.0 이상)을 나타내면서, 보다 높은 Q값(예를 들어, 570 이상)을 나타낼 수 있다.

또, 「a+b」는, 2.20＜a+b＜3.00인 관계를 만족하는 것이 바람직하다. 「a+b」를 상기 범위 내로 함으로써, 고주파 영역(예를 들어, 2GHz)에 있어서, 높은 비유전율(예를 들어, 15.0 이상)과, 높은 Q값(예를 들어, 550 이상)을 양립할 수 있다.

또, 본 실시형태에 따른 유전체 조성물은, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에 있어서, 미량의 불순물, 부성분 등을 포함하고 있어도 된다. 본 실시형태에서는, 유전체 조성물 전체에 대해, 주성분이 70mol% 이상 100mol% 이하이다.

(1.3 기판)

도 1에 나타낸 기판(1)은, 그 위에 형성되는 하지층(2), 하부 전극(3), 유전체막(5) 및 상부 전극(4)을 지지할 수 있을 정도의 기계적 강도를 갖는 재료로 구성되어 있으면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, Si 단결정, SiGe 단결정, GaAs 단결정, InP 단결정, SrTiO₃ 단결정, MgO 단결정, LaAlO₃ 단결정, ZrO₂ 단결정, MgAl₂O₄ 단결정, NdGaO₃ 단결정 등으로 구성되는 단결정 기판, Al₂O₃ 다결정, ZnO 다결정, SiO₂ 다결정 등으로 구성되는 세라믹 다결정 기판, Ni, Cu, Ti, W, Mo, Al, Pt 등의 금속, 그들의 합금 등으로 구성되는 금속 기판 등이 예시된다. 본 실시형태에서는, 저비용, 가공성 등의 관점에서, Si 단결정을 기판으로서 이용한다.

기판(1)의 두께는, 예를 들어, 10μm~5000μm로 설정된다. 두께가 너무 작으면, 기계적 강도를 확보할 수 없는 경우가 발생하는 일이 있고, 두께가 너무 크면, 전자 부품의 소형화에 기여할 수 없다는 문제가 발생하는 경우가 있다.

상기 기판(1)은, 기판의 재질에 따라 그 저항률이 상이하다. 저항률이 낮은 재료로 기판을 구성하는 경우, 박막 콘덴서의 작동 시에 기판측으로의 전류의 리크가 생겨, 박막 콘덴서의 전기 특성에 영향을 끼치는 일이 있다. 그 때문에, 기판(1)의 저항률이 낮은 경우에는, 그 표면에 절연 처리를 실시하고, 콘덴서 작동 시의 전류가 기판(1)에 흐르지 않도록 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, Si 단결정을 기판(1)으로서 사용하는 경우에 있어서는, 기판(1)의 표면에 절연층이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 기판(1)과 콘덴서부의 절연이 충분히 확보되어 있으면, 절연층을 구성하는 재료 및 그 두께는 특별히 한정되지 않는다. 본 실시형태에서는, 절연층을 구성하는 재료로서, SiO₂, Al₂O₃, Si₃N_x 등이 예시된다. 또, 절연층의 두께는, 0.01μm 이상인 것이 바람직하다.

(1.4 하부 전극)

도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(1) 위에는, 하지층(2)을 개재하여, 하부 전극(3)이 박막형상으로 형성되어 있다. 하부 전극(3)은, 후술하는 상부 전극(4)과 함께 유전체막(5)을 사이에 끼고, 콘덴서로서 기능시키기 위한 전극이다. 하부 전극(3)을 구성하는 재료는, 도전성을 갖는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Au, Ag, Cu, Ni 등의 금속, 그들의 합금, 또는, 도전성 산화물 등이 예시된다.

하부 전극(3)의 두께는, 전극으로서 기능할 정도의 두께이면 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 두께는 0.01μm 이상인 것이 바람직하다.

(1.5 상부 전극)

도 1에 나타낸 바와 같이, 유전체막(5)의 표면에는, 상부 전극(4)이 박막형상으로 형성되어 있다. 상부 전극(4)은, 상술한 하부 전극(3)과 함께, 유전체막(5)을 사이에 끼고, 콘덴서로서 기능시키기 위한 전극이다. 따라서, 상부 전극(4)은, 하부 전극(3)과는 상이한 극성을 갖고 있다.

상부 전극(4)을 구성하는 재료는, 하부 전극(3)과 마찬가지로, 도전성을 갖는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Au, Ag, Cu, Ni 등의 금속, 그들의 합금, 또는, 도전성 산화물 등이 예시된다.

(2. 박막 콘덴서의 제조 방법)

다음에, 도 1에 나타낸 박막 콘덴서(10)의 제조 방법의 일례에 대해서 이하에 설명한다.

우선, 기판(1)을 준비한다. 기판(1)으로서, 예를 들어, Si 단결정 기판을 이용하는 경우, 당해 기판의 한쪽의 주면에 절연층을 형성한다. 절연층을 형성하는 방법으로는, 열산화법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 공지의 성막법을 이용하면 된다.

계속해서, 형성된 절연층 상에, 공지의 성막법을 이용하여 하지층을 구성하는 재료의 박막을 형성하여 하지층(2)을 형성한다.

하지층(2)을 형성한 후, 당해 하지층(2) 상에, 공지의 성막법을 이용하여 하부 전극을 구성하는 재료의 박막을 형성하여 하부 전극(3)을 형성한다.

하부 전극(3)의 형성 후에, 하지층(2)과 하부 전극(3)의 밀착성 향상, 및, 하부 전극(3)의 안정성 향상을 도모하는 목적으로, 열처리를 행해도 된다. 열처리 조건으로는, 예를 들어, 승온 속도는 바람직하게는 10℃／분~2000℃／분, 보다 바람직하게는 100℃／분~1000℃／분이다. 열처리 시의 유지 온도는, 바람직하게는 400℃~800℃, 그 유지 시간은, 바람직하게는 0.1시간~4.0시간이다. 열처리 조건이 상기 범위 외인 경우에는, 하지층(2)과 하부 전극(3)의 밀착 불량, 하부 전극(3)의 표면에 요철이 발생하기 쉬워진다. 그 결과, 유전체막(5)의 유전 특성의 저하가 발생하기 쉬워진다.

계속해서, 하부 전극(3) 상에 유전체막(5)을 형성한다. 본 실시형태에서는, 공지의 성막법에 의해, 유전체막(5)을 구성하는 재료를 하부 전극(3) 상에 박막형상으로 퇴적시킨 퇴적막으로서의 유전체막(5)을 형성한다.

공지의 성막법으로는, 예를 들어, 진공 증착법, 스퍼터링법, PLD(펄스 레이저 증착법), MO-CVD(유기 금속 화학 기상 성장법), MOD(유기 금속 분해법), 졸·겔법, CSD(화학 용액 퇴적법) 등이 예시된다. 또한, 성막 시에 사용하는 원료(증착 재료, 각종 타겟 재료, 유기 금속 재료 등)에는 미량의 불순물, 부성분 등이 포함되어 있는 경우가 있으나, 원하는 유전 특성이 얻어지면, 특별히 문제는 없다.

다음에, 형성한 유전체막(5) 상에, 공지의 성막법을 이용해 상부 전극을 구성하는 재료의 박막을 형성하여 상부 전극(4)을 형성한다.

이상의 공정을 거쳐, 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(1) 상에, 콘덴서부(하부 전극(3), 유전체막(5) 및 상부 전극(4))가 형성된 박막 콘덴서(10)가 얻어진다. 또한, 유전체막(5)을 보호하는 보호막은, 적어도 유전체막(5)이 외부에 노출되어 있는 부분을 덮도록 공지의 성막법에 의해 형성하면 된다.

(3. 본 실시형태에 있어서의 효과)

본 실시형태에서는, 고주파 영역에 있어서 양호한 유전 특성을 갖는 유전체 조성물로서, ZrO₂와 2가의 원소의 산화물의 복합 산화물에 주목하고 있다. 그리고, 2가의 원소로서, Ca 및 Sr만을 선택하고, 또한 ZrO₂에 대한 이들 원소의 산화물의 몰량의 합계를 1보다 큰 특정의 범위로 제어하고 있다, 즉, ZrO₂에 대해, CaO 및/또는 SrO를 과잉으로 함유시키고 있다.

이와 같이 함으로써, 본 실시형태에 따른 유전체 조성물은, 박막형상의 퇴적막으로서 형성된 경우에, 고주파 영역(예를 들어, 2GHz)에 있어서도, 높은 비유전율(예를 들어, 13.0 이상) 및 높은 Q값(예를 들어, 500 이상)을 발현시킬 수 있다. 즉, Q값을 유전 손실로 환산하면, 0.002 이하가 되어, 주파수 영역이 GHz대여도, 매우 낮은 유전 손실이 얻어진다.

또, 「a+b」의 범위를 변화시키킴으로써, 높은 비유전율이 얻어지는 것을 중시한 유전체 조성물, 높은 Q값이 얻어지는 것을 중시한 유전체 조성물, 비유전율과 Q값의 밸런스를 중시한 유전체 조성물을, 용도에 따라서 얻을 수 있다.

본 실시형태에 따른 유전체 조성물은, 고주파 영역에 있어서 높은 비유전율과 높은 Q값을 양립할 수 있으므로, 본 실시형태에 따른 유전체 조성물이 적용되는 전자 부품은, 종래의 전자 부품보다 소형화가 가능하고, 게다가 고주파 영역에 있어서 종래의 전자 부품보다 주파수의 선택성을 양호하게 할 수 있다.

(4. 변형예)

상술한 실시형태에서는, 유전체막은 통상, 본 발명의 유전체 조성물만으로 구성되는 경우를 설명했는데, 다른 유전체 조성물의 막과 조합한 적층 구조여도 무방하다. 예를 들면, 기존의 Si₃N_x, SiO_x, Al₂O_x, ZrO_x, Ta₂O_x 등의 아몰퍼스 유전체막이나 결정막과의 적층 구조로 함으로써, 유전체막(5)의 임피던스나 비유전율의 온도 변화를 조정하는 것이 가능해진다.

상술한 실시형태에서는, 기판과 하부 전극의 밀착성을 향상시키기 위해서, 하지층을 형성하고 있는데, 기판과 하부 전극의 밀착성을 충분히 확보할 수 있는 경우에는, 하지층은 생략할 수 있다. 또, 기판을 구성하는 재료로서, 전극으로서 사용 가능한 Cu, Ni, Pt 등의 금속, 그들의 합금, 산화물 도전성 재료 등을 이용하는 경우에는, 하지층 및 하부 전극은 생략할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명해왔는데, 본 발명은 상기 실시형태로 전혀 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에 있어서 다양한 양태로 개변해도 된다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 이용하여, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 및 비교예 1)

우선, 유전체막의 형성에 필요한 타겟을 이하와 같이 하여 제작했다.

타겟 제작용 원료 분말로서, CaCO₃, SrCO₃, ZrO₂의 분말을 준비했다. 이들 분말을, 표 1에 나타낸 시료 No.1~시료 No.24의 조성이 되도록 칭량했다. 칭량한 원료 분말과 무수 에탄올과 φ2mm의 ZrO₂ 비즈를, 용적이 1L인 광구 폴리 포트에 넣고 습식 혼합을 20시간 행했다. 그 후, 혼합 분말 슬러리를 100℃에서 20시간 건조시키고, 얻어진 혼합 분말을 Al₂O₃ 도가니에 넣고, 대기중 1250℃에서 5시간 유지하는 소성 조건으로 가소(假燒)를 행하여, 가소 분말을 얻었다.

얻어진 가소 분말을, 1축 가압 프레스기를 사용하여 성형해 성형체를 얻었다. 성형 조건은, 압력을 2.0×10⁸Pa, 온도를 실온으로 했다.

그 후, 얻어진 성형체에 대해서, 승온 속도를 200℃／시간, 유지 온도를 1600℃~1700℃, 온도 유지 시간을 12시간으로 하고, 상압의 대기중에서 소성을 행하여, 소결체를 얻었다.

얻어진 소결체의 두께가 4mm가 되도록, 원통 연마기로 양면을 연마하고, 유전체막을 형성하기 위한 타겟을 얻었다.

계속해서, 350μm 두께의 Si 단결정 기판의 표면에 6μm 두께의 절연층으로서의 SiO₂를 구비한 가로 세로 10mm×10mm의 기판을 준비했다. 이 기판의 표면에, 하지층으로서의 Ti 박막을 20nm의 두께가 되도록 스퍼터링법으로 형성했다.

그 다음에, 상기에서 형성한 Ti 박막 상에 하부 전극으로서의 Pt 박막을 100nm의 두께가 되도록 스퍼터링법으로 형성했다.

형성한 Ti/Pt 박막(하지층 및 하부 전극)에 대해, 승온 온도를 400℃／분, 유지 온도를 700℃, 온도 유지 시간을 0.5시간, 분위기를 산소 분위기로 하여 상온하에서 열처리를 행했다.

열처리 후의 Ti/Pt 박막 상에 유전체막을 형성했다. 본 실시예에서는, 상기에서 제작한 타겟을 이용하여, 하부 전극 상에 400nm의 두께가 되도록 PLD법으로 유전체막을 형성했다. PLD법에 의한 성막 조건은, 산소압을 1.0×10^-1Pa로 하고, 기판을 200℃로 가열했다. 또, 하부 전극의 일부를 노출시키기 위해서, 메탈 마스크를 사용하여, 유전체막이 성막되지 않는 영역을 형성했다.

그 다음에, 얻어진 유전체막 상에, 증착 장치를 사용하여 상부 전극인 Ag 박막을 형성했다. 상부 전극의 형상을, 메탈 마스크를 사용하여 직경 100μm, 두께 100nm가 되도록 형성함으로써, 도 1에 나타낸 구성을 갖는 박막 콘덴서의 시료 No.1~시료 No.24를 얻었다.

또한, 유전체막의 조성은, 모든 시료에 대해서 XRF(형광 X선 원소 분석)를 사용하여 분석을 행하고, 표 1에 기재된 조성과 일치하고 있음을 확인했다. 또, 유전체막의 두께는, 박막 콘덴서를 FIB로 굴착하고, 얻어진 단면을 SIM으로 관찰하여 계측한 값으로 했다.

얻어진 모든 박막 콘덴서 시료에 대해서, 비유전율 및 Q값의 측정을, 하기에 나타내는 방법에 의해서 행했다.

＜비유전율 및 Q값＞

비유전율 및 Q값은, 박막 콘덴서 시료에 대해, 기준 온도 25℃에 있어서, RF임피던스/머티리얼·애널라이저(Agilent사 제조 4991A)로, 주파수 2GHz, 입력 신호 레벨(측정 전압) 0.5Vrms의 조건하에서 측정된 정전 용량과, 상기에서 얻어진 유전체막의 두께로부터 산출했다(단위 없음). 본 실시예에서는, 비유전율은, 아몰퍼스 SiN_x막의 비유전율의 약 2배에 상당하는 13.0 이상을 양호로 했다. 또, 아몰퍼스 SiN_x막의 Q값은 약 500이었기 때문에, Q값은 500 이상을 양호로 했다. 결과를 표 1 및 도 2a 및 2b에 나타낸다.

표 1 및 도 2a 및 2b로부터, 유전체막을 구성하는 복합 산화물에 있어서, 「a+b」가 상술한 범위 내인 경우에는, 2GHz에 있어서의 비유전율이 13.0 이상이고, 또한 Q값이 500 이상인 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

유전체막을 스퍼터링법에 의해 성막한 것 이외에는, 실시예 1의 시료 No.1과 동일한 방법에 의해 박막 콘덴서를 제작하고, 실시예 1과 동일한 평가를 행했다. 타겟으로는, 실시예 1의 PLD용 타겟과 동일한 타겟을 이용했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(실시예 3)

유전체막의 두께를 변경한 것 이외에는, 실시예 1의 시료 No.1과 동일한 방법에 의해 박막 콘덴서를 제작하고, 실시예 1과 동일한 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, 공지의 성막법으로서 스퍼터링법을 이용한 경우(시료 No.25)에도, 실시예 1과 동등한 특성이 얻어짐을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명의 유전체 조성물의 특성은 성막법에 의존하지 않음을 확인할 수 있었다.

또, 유전체막의 두께를 변화시킨 경우에도, 실시예 1과 동등한 특성이 얻어짐을 확인할 수 있었다. 즉, 상술한 두께의 범위 내이면, 본 발명의 유전체 조성물의 특성은 두께에 의존하지 않음을 확인할 수 있었다.

[산업상 이용가능성]

본 발명에 따른 유전체 조성물을 포함하는 유전체막을 구비하는 전자 부품은, 고주파 영역(예를 들어, 2GHz)에 있어서, 높은 비유전율(예를 들어, 13.0 이상)과, 높은 Q값(예를 들어, 500 이상)을 양립할 수 있다. 따라서, 이러한 전자 부품은 고주파 부품으로서 적합하게 이용할 수 있다.

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

Claims (4)

1. 일반식 (aCaO+bSrO)-ZrO₂로 표시되는 복합 산화물을 주성분으로서 포함하고,
   상기 a 및 상기 b가, a≥0, b≥0, 2.20≤a+b≤4.00인 관계를 만족하고, Q값이 500 이상이고, 주파수 2GHz에 있어서의 비유전율이 13.0 이상인 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 a 및 상기 b가, 3.00≤a+b≤4.00인 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 유전체 조성물.
4. 청구항 1에 기재된 유전체 조성물을 포함하는 유전체막을 구비하는 전자 부품.

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