(57)【要約】【課題】高い耐電圧を有する誘電体薄膜の提供。【解決手段】誘電体薄膜は、ペロブスカイト構造を有する酸化物を含み、酸化物が、Ｂｉ、元素Ｅ１、元素Ｅ２、及びＴｉを含み、元素Ｅ１が、Ｎａ及びＫからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、元素Ｅ２が、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、酸化物の一つの結晶面が、誘電体薄膜の表面の法線方向において配向しており、結晶面が、（１００）面、（１１０）面、及び（１１１）面からなる群より選ばれ、各結晶面の配向度がＨａｒｒｉｓ  ｔｅｘｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔによって表され、いずれかの結晶面の配向度が１．６以上２．５以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト構造を有する酸化物を含む誘電体薄膜であって、
前記酸化物が、Ｂｉ、元素Ｅ１、元素Ｅ２、及びＴｉを含み、
前記元素Ｅ１が、Ｎａ及びＫからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、
前記元素Ｅ２が、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、
前記酸化物の一つの結晶面が、前記誘電体薄膜の表面の法線方向において配向しており、
前記結晶面が、（１００）面、（１１０）面、及び（１１１）面からなる群より選ばれ、
Ｉ（１００）は、前記（１００）面の回折Ｘ線の強度であり、
Ｉ（１１０）は、前記（１１０）面の回折Ｘ線の強度であり、
Ｉ（１１１）は、前記（１１１）面の回折Ｘ線の強度であり、
Ｃ（１００）は、前記法線方向における前記（１００）面の配向度であり、
Ｃ（１１０）は、前記法線方向における前記（１１０）面の配向度であり、
Ｃ（１１１）は、前記法線方向における前記（１１１）面の配向度であり、
Ｃ（１００）は、３×Ｉ（１００）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義され、
Ｃ（１１０）は、３×Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義され、
Ｃ（１１１）は、３×Ｉ（１１１）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義され、
Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）又はＣ（１１１）が、１．６以上２．５以下である、
誘電体薄膜。
【請求項２】
前記誘電体薄膜におけるＢｉの含有量が、［Ｂｉ］ｍоｌ％と表され、
前記誘電体薄膜における前記元素Ｅ１の含有量の合計が、［Ｅ１］ｍоｌ％と表され、
前記誘電体薄膜における前記元素Ｅ２の含有量の合計が、［Ｅ２］ｍоｌ％と表され、
（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］が、３０／７０以上９０／１０以下である、
請求項１に記載の誘電体薄膜。
【請求項３】
前記酸化物の立方晶、及び前記酸化物の正方晶、及び前記酸化物の菱面体晶のうち少なくともいずれかを含む、
請求項１又は２に記載の誘電体薄膜。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体薄膜を備える、
電子部品。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体薄膜を備える、
薄膜キャパシタ。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の誘電体薄膜を備える、
電子回路基板。
【請求項７】
請求項４に記載の電子部品を備える、
電子回路基板。
【請求項８】
請求項５に記載の薄膜キャパシタを備える、
電子回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体薄膜、電子部品、薄膜キャパシタ及び電子回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化に伴い、電子機器内において電子部品が収容されるスペースは狭くなる。したがって、小さく薄い電子部品が求められる。薄膜キャパシタは、様々な電子機器に搭載される電子部品の一種である。（下記特許文献１〜３参照。）日本においては、薄膜キャパシタが薄膜コンデンサと呼ばれることが多い。薄膜キャパシタに備わる基板、絶縁膜、電極、及び誘電体薄膜は、従来の積層型セラミックキャパシタを構成する部材と比べて薄く、薄膜キャパシタ全体の厚みも従来の積層型セラミックキャパシタに比べて薄い。したがって、従来の積層型セラミックキャパシタに代わって、薄膜キャパシタが小型の電子機器へ実装されることが期待されている。近年では、電子回路基板に埋め込まれた薄膜キャパシタも開発されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４９０４５号公報
【特許文献２】国際公開２０１７／０１２８００号パンフレット
【特許文献３】特開２０００−１７３３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
薄膜キャパシタが搭載される電子機器を小型化するためには、誘電体薄膜をより薄くすることが望まれる。また薄膜キャパシタの静電容量の増加のためにも、誘電体薄膜をより薄くすることが望まれる。しかし、誘電体薄膜が薄いほど、誘電体薄膜が電圧の印加によって破壊され易い。つまり、誘電体薄膜が薄いほど、誘電体薄膜の絶縁破壊が起き易い。したがって、誘電体薄膜４０が破壊される電圧（耐電圧）が高いことが望まれる。
【０００５】
例えば上記特許文献３は、高い耐電圧を有する誘電体薄膜として、Ｂａ１−ｘＣａｘＺｒｙＴｉ１−ｙＯ３（０＜ｘ＜０．２、０＜ｙ＜１）で表わされる誘電体薄膜を開示している。この誘電体薄膜は、水熱合成法により、表面にＴｉを有する導電性基板の上に形成される。上記特許文献３に記載の誘電体薄膜の耐電圧は、最大で４０ｋＶ／ｍｍ（４０Ｖ／μｍ）であり、市場で要求される水準には達していない。
【０００６】
本発明は、高い耐電圧を有する誘電体薄膜、誘電体薄膜を備える電子部品、薄膜キャパシタ及び電子回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一側面に係る誘電体薄膜は、ペロブスカイト構造を有する酸化物を含む誘電体薄膜であって、酸化物が、Ｂｉ、元素Ｅ１、元素Ｅ２、及びＴｉを含み、元素Ｅ１が、Ｎａ及びＫからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、元素Ｅ２が、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一つの元素であり、酸化物の一つの結晶面が、誘電体薄膜の表面の法線方向において配向しており、結晶面が、（１００）面、（１１０）面、及び（１１１）面からなる群より選ばれ、Ｉ（１００）は、（１００）面の回折Ｘ線の強度であり、Ｉ（１１０）は、（１１０）面の回折Ｘ線の強度であり、Ｉ（１１１）は、（１１１）面の回折Ｘ線の強度であり、Ｃ（１００）は、法線方向における前記（１００）面の配向度であり、Ｃ（１１０）は、法線方向における（１１０）面の配向度であり、Ｃ（１１１）は、法線方向における（１１１）面の配向度であり、Ｃ（１００）は、３×Ｉ（１００）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義され、Ｃ（１１０）は、３×Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義され、Ｃ（１１１）は、３×Ｉ（１１１）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義され、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）又はＣ（１１１）が、１．６以上２．５以下である。
【０００８】
誘電体薄膜におけるＢｉの含有量が、［Ｂｉ］ｍоｌ％と表されてよく、誘電体薄膜における元素Ｅ１の含有量の合計が、［Ｅ１］ｍоｌ％と表されてよく、誘電体薄膜における元素Ｅ２の含有量の合計が、［Ｅ２］ｍоｌ％と表されてよく、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］が、３０／７０以上９０／１０以下であってよい。
【０００９】
誘電体薄膜は、酸化物の立方晶、酸化物の正方晶、及び酸化物の菱面体晶のうち少なくともいずれかを含んでよい。
【００１０】
本発明の一側面に係る電子部品は、上記誘電体薄膜を備える。
【００１１】
本発明の一側面に係る薄膜キャパシタは、上記誘電体薄膜を備える。
本発明の一側面に係る電子回路基板は、上記の誘電体薄膜を備えてよい。
本発明の一側面に係る電子回路基板は、上記の電子部品を備えてよい。
本発明の一側面に係る電子回路基板は、上記の薄膜キャパシタを備えてよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い耐電圧を有する誘電体薄膜、誘電体薄膜を備える電子部品、薄膜キャパシタ及び電子回路基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品（薄膜キャパシタ）の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示される電子部品の斜視分解図である。
【図３】図３は、ペロブスカイト構造の単位胞（ｕｎｉｔ  ｃｅｌｌ）の斜視図である。
【図４】図４中の（ａ）は、ペロブスカイト構造の単位胞の斜視図であり、ペロブスカイト構造の（１００）面を示しており、図４中の（ｂ）は、ペロブスカイト構造の単位胞の斜視図であり、ペロブスカイト構造の（１１０）面を示しており、図４中の（ｃ）は、ペロブスカイト構造の単位胞の斜視図であり、ペロブスカイト構造の（１１１）面を示している。
【図５】図５中の（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子回路基板の模式的な断面図であり、図５中の（ｂ）は、図５中の（ａ）に示される部分９０Ａの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態が説明される。図面において、同等の構成要素には同等の符号が付される。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。図１及び図２に示されるＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交する三つの座標軸である。Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸其々が示す方向は、図１及び図２に共通する。
【００１５】
本実施形態に係る電子部品の一例として、薄膜キャパシタが説明される。ただし、電子部品は薄膜キャパシタに限定されない。
【００１６】
（薄膜キャパシタの構造）
図１は、誘電体薄膜４０の表面に垂直な薄膜キャパシタ１００の断面である。換言すれば、図１は、誘電体薄膜４０の厚み方向に平行な薄膜キャパシタ１００の断面である。
図１に示されるように、本実施形態に係る薄膜キャパシタ１００は、基板１０と、基板１０に重なる密着膜２０と、密着膜２０に重なる下部電極３０と、下部電極３０に重なる誘電体薄膜４０と、誘電体薄膜４０に重なる上部電極５０と、下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０を覆う保護膜７０と、を備える。図２は、図１に示される薄膜キャパシタ１００の斜視分解図である。図２では、密着膜２０、下部電極３０、上部電極５０及び保護膜７０が省略されている。図２に示されるように、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎは、基板１０の表面の法線方向ＤＮと略平行であってよい。
【００１７】
コンデンサ部６０は、下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０から構成されている。下部電極３０及び上部電極５０は外部回路に接続される。下部電極３０及び上部電極５０の間に位置する誘電体薄膜４０に電圧を印加することにより、誘電体薄膜４０の誘電分極が起こり、電荷がコンデンサ部６０に蓄えられる。
【００１８】
薄膜キャパシタ１００の形状は、例えば、直方体であってよい。ただし、薄膜キャパシタ全体の形状及び寸法は限定されない。
【００１９】
（誘電体薄膜）
本実施形態に係る誘電体薄膜４０は、ペロブスカイト構造を有する酸化物を含む。酸化物は、Ｂｉ（ビスマス）、元素Ｅ１、元素Ｅ２、及びＴｉ（チタン）を含む。元素Ｅ１は、Ｎａ（ナトリウム）及びＫ（カリウム）からなる群より選ばれる少なくとも一つのアルカリ金属元素である。元素Ｅ２は、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、及びＢａ（バリウム）からなる群より選ばれる少なくとも一つのアルカリ土類金属元素である。以下に記載の酸化物とは、ペロブスカイト構造を有し、上記元素を含む酸化物を意味する。
【００２０】
誘電体薄膜４０は、酸化物の立方晶（ｃｕｂｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ）、酸化物の正方晶（ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ  ｃｒｙｓｔａｌ）、及び酸化物の菱面体晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ  ｃｒｙｓｔａｌ）のうち少なくともいずれかを含んでよい。誘電体薄膜４０は、酸化物の立方晶、酸化物の正方晶、及び酸化物の菱面体晶の全てを含んでよい。酸化物の全部が、立方晶であってよい。つまり、誘電体薄膜４０は酸化物の立方晶のみからなっていてよい。酸化物の全部が、正方晶であってもよい。つまり、誘電体薄膜４０は酸化物の正方晶のみからなっていてよい。酸化物の全部が、菱面体晶であってよい。つまり、誘電体薄膜４０は酸化物の菱面体晶のみからなっていてよい。
【００２１】
ペロブスカイト構造の単位胞は、図３に示される。ペロブスカイト構造の単位胞ｕｃは、Ａサイトに位置する元素、Ｂサイトに位置する元素、及び酸素（Ｏ）からなっていてよい。Ａサイトに位置する元素は、Ｂｉ、元素Ｅ１及び元素Ｅ２からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。Ｂサイトに位置する元素は、Ｔｉであってよい。図３中のａ１、ｂ１及びｃ１は、単位胞ｕｃを構成する基本ベクトルである。ａ１、ｂ１及びｃ１其々の長さは、各ベクトルの方向におけるペロブスカイト構造の格子定数である。単位胞ｕｃは、立方晶の単位胞であってよい。単位胞ｕｃが立方晶の単位胞である場合、ａ１、ｂ１及びｃ１其々の長さは互いに等しい。単位胞ｕｃは、正方晶の単位胞であってよい。単位胞ｕｃが正方晶の単位胞である場合、ａ１の長さはｂ１の長さに等しく、ｃ１の長さはａ１の長さよりも大きく、ｃ１の長さはｂ１の長さよりも大きい。
【００２２】
誘電体薄膜４０に含まれる酸化物の組成は、下記化学式１ａ又は化学式１ｂで表されてよい。化学式１ａ及び化学式１ｂに記載のｘ、α、β、ｓ、ｔ及びｕは実数である。ｘ、α、β、ｓ、ｔ及びｕ其々の単位は、ｍоｌである。化学式１ａ及び化学式１ｂのいずれも、下記不等式２〜１１の全てを満たす。
＜化学式１ａ＞
（１−ｘ）Ｂｉ１−α−βＮａαＫβＴｉＯ３‐ｘＣａｓＳｒｔＢａｕＴｉＯ３
＜化学式１ｂ＞
（Ｂｉ１−α−βＮａαＫβ）１−ｘ（ＣａｓＳｒｔＢａｕ）ｘＴｉＯ３
０＜ｘ＜１  （２）
０．４＜α＋β＜０．６  （３）
０≦α＜０．６  （４）
０≦β＜０．６  （５）
０．９＜ｓ＋ｔ＋ｕ≦１．１  （６）
０≦ｓ≦１．１  （７）
０≦ｔ≦１．１  （８）
０≦ｕ≦１．１  （９）
【００２３】
上記の酸化物は、誘電体薄膜４０の主成分であってよい。誘電体薄膜４０に含まれる酸化物の組成が、上記化学式１ａ又は化学式１ｂで表される場合、誘電体薄膜４０における酸化物の含有量は、７０ｍоｌ％以上１００ｍоｌ％以下であってよい。酸化物のペロブスカイト構造が損なわれない限りにおいて、誘電体薄膜４０は、Ｂｉ、元素Ｅ１、元素Ｅ２、Ｔｉ及びＯに加えて他の元素を含んでよい。つまり、誘電体薄膜４０は、上記の酸化物に加えて、副成分又は微量な不純物を含んでよい。例えば、誘電体薄膜４０は、Ｃｒ（クロム）及びＭｏ（モリブデン）のうち少なくとも一種の元素を更に含んでよい。誘電体薄膜４０は、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）及びＬｕ（ルテチウム）からなる群より選ばれる少なくとも一種の希土類元素を更に含んでよい。誘電体薄膜４０が希土類元素を更に含むことにより、誘電体薄膜４０のＤＣバイアス特性が向上し易い。
【００２４】
酸化物の一つの結晶面が、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎにおいて優先的に配向している。結晶面の優先的な配向とは、結晶面の配向度が１．６以上（好ましくは２．０以上）であることを意味する。配向度の定義は、後述される。結晶面は、（１００）面、（１１０）面、及び（１１１）面からなる群より選ばれる。酸化物の（１００）面は、図４中の（ａ）に示される。酸化物の（１１０）面は、図４中の（ｂ）に示される。酸化物の（１１１）面は、図４中の（ｃ）に示される。図４中の（ａ）、図４中の（ｂ）及び図４中の（ｃ）に示される酸化物の単位胞ｕｃは、図３に示される酸化物の単位胞ｕｃと同じである。ただし、図４中の（ａ）、図４中の（ｂ）及び図４中の（ｃ）では、各結晶面を示すために、単位胞ｕｃ中のＢサイトの元素及びＯが省略されている。
【００２５】
図４中の（ａ）に示されるように、酸化物の（１００）面が、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎを向いていてよい。つまり、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎは、（１００）面に略垂直であってよく、（１００）面は、誘電体薄膜４０の表面に略平行であってよい。
【００２６】
図４中の（ｂ）に示されるように、酸化物の（１１０）面が、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎを向いていてよい。つまり、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎは、（１１０）面に略垂直であってよく、（１１０）面は、誘電体薄膜４０の表面に略平行であってよい。
【００２７】
図４中の（ｃ）に示されるように、酸化物の（１１１）面が、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎを向いていてよい。つまり、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎは、（１１１）面に略垂直であってよく（１１１）面は、誘電体薄膜４０の表面に略平行であってよい。
【００２８】
以下に記載の各回折Ｘ線の強度の単位は、任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔ）であってよい。誘電体薄膜４０中の立方晶、正方晶、及び菱面体晶其々に由来する回折Ｘ線の回折角は互いに異なる。しかし、誘電体薄膜４０に含まれる立方晶、正方晶、及び菱面体晶の結晶構造上の差異は僅かであり、回折角の差異も非常に小さい。したがって、立方晶、正方晶及び菱面体晶其々に由来する回折Ｘ線のピークを、研究室規模のＸ線回折装置によって識別することは困難である。ただし、立方晶、正方晶、及び菱面体晶の結晶構造上の差異は僅かである。したがって、誘電体薄膜４０のＸ線回折パターンの測定において、誘電体薄膜４０中の酸化物の結晶構造は、ペロブスカイト構造の立方晶とみなされてよい。つまり、後述されるＩ’（１００）、Ｉ’（１１０）及びＩ’（１１１）は、酸化物の立方晶の結晶面に由来する回折Ｘ線の強度とみなされてよい。
【００２９】
酸化物の（１００）面の回折Ｘ線の強度の測定値は、Ｉ’（１００）と表される。Ｉ’（１００）は、誘電体薄膜４０の表面におけるＯｕｔ  оｆ  Ｐｌａｎｅ測定によって測定される。Ｉ（１００）は、Ｉ’（１００）／Ｉ０（１００）と定義される。Ｉ（１００）は、（１００）面の回折Ｘ線の規格化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅ）された強度である。Ｉ０（１００）は、標準試料の（１００）面の回折Ｘ線の強度である。
【００３０】
酸化物の（１１０）面の回折Ｘ線の強度の測定値は、Ｉ’（１１０）と表される。Ｉ’（１１０）は、誘電体薄膜４０の表面におけるＯｕｔ  оｆ  Ｐｌａｎｅ測定によって測定される。Ｉ（１１０）は、Ｉ’（１１０）／Ｉ０（１１０）と定義される。Ｉ（１１０）は、（１１０）面の回折Ｘ線の規格化された強度である。Ｉ０（１１０）は、標準試料の（１１０）面の回折Ｘ線の強度である。
【００３１】
酸化物の（１１１）面の回折Ｘ線の強度の測定値は、Ｉ’（１１１）と表される。Ｉ’（１１１）は、誘電体薄膜４０の表面におけるＯｕｔ  оｆ  Ｐｌａｎｅ測定によって測定される。Ｉ（１１１）は、Ｉ’（１１１）／Ｉ０（１１１）と定義される。Ｉ（１１１）は、（１１１）面の回折Ｘ線の規格化された強度である。Ｉ０（１１１）は、標準試料の（１１１）面の回折Ｘ線の強度である。
【００３２】
Ｃ（１００）は、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎにおける（１００）面の配向度である。Ｃ（１００）は、３×Ｉ（１００）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義される。Ｃ（１１０）は、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎにおける（１１０）面の配向度である。Ｃ（１１０）は、３×Ｉ（１１０）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義される。Ｃ（１１１）は、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎにおける（１１１）面の配向度である。Ｃ（１１１）は、３×Ｉ（１１１）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝と定義される。これらの定義から明らかなように、Ｃ（１００）＋Ｃ（１１０）＋Ｃ（１１１）は、３．０である。Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）のうち最大の配向度は、Ｃｍと表される。Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）其々は、下記の数式１で表されてよい。仮に酸化物の各結晶面の向きがランダムである場合、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）のいずれも１である。法線方向ｄｎにおける配向性を有する結晶面の配向度は、１より大きい。結晶面の回折Ｘ線が誘電体薄膜４０の表面において検出されたとしても、法線方向ｄｎにおいて配向していない結晶面の配向度は、１よりも小さい。一つの結晶面のみが法線方向ｄｎにおいて配向する場合、その結晶面の配向度は、３である。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
数式１中のＣ（ｈｋｌ）は、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎにおける酸化物の（ｈｋｌ）面の配向度である。Ｃ（ｈｋｌ）は、Ｈａｒｒｉｓ  ｔｅｘｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔと呼ばれる。数式１中の（ｈｋｌ）は、（１００）、（１１０）又は（１１１）である。数式１中のＩ’（ｈｋｌ）は、（ｈｋｌ）面の回折Ｘ線の強度の測定値ある。数式１中のＩ０（ｈｋｌ）は、上記標準試料の（ｈｋｌ）面の回折Ｘ線の強度である。数式１中のＩ’（ｈｋｌ）／Ｉ０（ｈｋｌ）は、上述の通り、Ｉ（１００）、Ｉ（１１０）又はＩ（１１１）である。数式１中のＮは、３である。
【００３５】
上記標準試料は、ペロブスカイト構造を有し、誘電体薄膜４０と共通する元素を含む酸化物であり、粉末又は粉末の焼結体（セラミック）である。例えば、標準試料の組成は、Ｂｉ１−α−βＮａαＫβＴｉＯ３と表されてよい。α及びβ其々は、上記の範囲内であってよい。標準試料は、誘電体薄膜４０と同じ組成を有する粉末、又は粉末の焼結体であってもよい。
【００３６】
Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）又はＣ（１１１）は、１．６以上２．５以下である。換言すれば、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）のうちの最大値Ｃｍが、１．６以上２．５以下である。配向度の最大値が上記の範囲内であることにより、誘電体薄膜４０の密度が高まる。つまり、（１００）面、（１１０）面又は（１１１）面のいずれかが、他の結晶に優先して配向することにより、誘電体薄膜４０が緻密になる。その結果、誘電体薄膜４０の耐電圧が高まる。Ｃｍが１．６未満である場合、誘電体薄膜４０の耐電圧は著しく低い。Ｃｍが２．５より大きい場合も、誘電体薄膜４０の耐電圧は著しく低い。同様の理由から、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）又はＣ（１１１）は、２．０以上２．５以下、又は２．０以上２．３以下であってよい。誘電体薄膜４０の耐電圧が高まるメカニズムは、上記のメカニズムに限定されない。
【００３７】
本実施形態に係る誘電体薄膜４０は、ＤＣバイアス特性において従来の誘電体薄膜よりも優れている。ＤＣバイアス特性とは、誘電体薄膜４０に印加される直流電界の強度の増加に伴って比誘電率が減少し難い性質である。誘電体薄膜４０のＤＣバイアス特性に関する以下の説明は、仮説又は理論的推測を含む。誘電体薄膜４０のＤＣバイアス特性が向上する理由は、以下のメカニズムに必ずしも限定されない。
【００３８】
ペロブスカイト構造を有する酸化物の誘電特性は、酸化物を構成する各元素のイオンが電圧下で変位することに起因する。電圧の増加に伴い、各イオンの変位量が飽和することに因り、酸化物の比誘電率は低下し易い。電圧の強度が同じであったとしても、直流電圧の印加により、酸化物を構成する各イオンの振動が小さくなる。しかし本実施形態の場合、酸化物を構成するＢｉ、元素Ｅ１及び元素Ｅ２は、原子半径又はイオン半径において互いに異なる。したがって、Ｂｉ、元素Ｅ１及び元素Ｅ２がＡサイトに配置されることに因り、ペロブスカイト構造内において空間の余裕が生じる。その結果、Ｔｉがペロブスカイト構造内において動き易くなり、誘電体薄膜４０が分極され易くなり、誘電体薄膜４０のＤＣバイアス特性が向上する。換言すれば、Ｂｉ、元素Ｅ１及び元素Ｅ２の組合せにより、Ｔｉ等のイオンの変位量が飽和する直流電界の強度が増加する。
【００３９】
ペロブスカイト構造を有する酸化物が、Ｂｉ，元素Ｅ１及びＴｉを含み、元素Ｅ２を含まない場合、酸化物のキュリー点は約３００℃である。しかし、酸化物が、Ｂｉ，元素Ｅ１及びＴｉに加えて更に元素Ｅ２を含むことに因り、酸化物のキュリー点が室温に近づく。その結果、酸化物の比誘電率の絶対値が増加し、直流電界下における酸化物の比誘電率も増加する。
【００４０】
誘電体薄膜４０におけるＢｉの含有量は、［Ｂｉ］ｍоｌ％と表されてよい。誘電体薄膜における元素Ｅ１の含有量の合計は、［Ｅ１］ｍоｌ％と表されてよい。誘電体薄膜における元素Ｅ２の含有量の合計は、［Ｅ２］ｍоｌ％と表されてよい。（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］が、３０／７０以上９０／１０以下であってよい。［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］が３０／７０以上９０／１０以下である場合、上記のメカニズムによりＤＣバイアス特性が向上し易く、直流電界が印加されていない状態における誘電体薄膜４０の比誘電率も増加し易い。
【００４１】
薄膜キャパシタ１００が搭載される電子機器を小型化するためには、誘電体薄膜４０をより薄くすることが望まれる。また薄膜キャパシタ１００の静電容量の増加のためにも、誘電体薄膜４０をより薄くすることが望まれる。しかし、誘電体薄膜４０に印加される直流電圧が一定であったとしても、誘電体薄膜４０の厚みの減少に伴い、誘電体薄膜４０に及ぶ直流電界の強度は増加する。直流電界の強度の増加に伴い、誘電体薄膜４０の比誘電率は減少し易い。しかし、本実施形態に係る誘電体薄膜４０は従来の誘電体薄膜よりもＤＣバイアス特性に優れている。その結果、誘電体薄膜４０の厚みが従来の誘電体薄膜よりも薄い場合であっても、誘電体薄膜４０の比誘電率の減少が抑制される。
【００４２】
誘電体薄膜４０の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上２μｍ以下（１０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下）であってよい。ただし、誘電体薄膜４０の厚みは限定されない。誘電体薄膜４０の厚みは、薄膜キャパシタ１００の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；  ＳＥＭ）で観察することにより、測定されてよい。薄膜キャパシタ１００の断面は、薄膜キャパシタ１００を集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ；  ＦＩＢ）で掘削することにより、形成されてよい。
【００４３】
（基板）
基板１０が、基板１０の上に形成される密着膜２０、下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０を支持できる程度の機械的強度を有する限り、基板１０の組成は限定されない。基板１０は、例えば、単結晶基板、セラミック多結晶基板、又は金属基板であってよい。単結晶基板は、例えば、Ｓｉ単結晶、ＳｉＧｅ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、ＳｒＴｉＯ３単結晶、ＭｇＯ単結晶、ＬａＡｌＯ３単結晶、ＺｒＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶又はＮｄＧａＯ３単結晶からなっていてよい。セラミック多結晶基板は、例えば、Ａｌ２Ｏ３多結晶、ＺｎＯ多結晶、又はＳｉＯ２多結晶からなっていてよい。金属基板は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｐｔ（白金）、又はこれらの金属を含む合金等からなっていてよい。価格が安く、加工し易い点において、Ｓｉ単結晶が好ましい。基板１０が十分な導電性を有する場合、誘電体薄膜４０が基板の表面に直接重なってよく、基板１０が電極として機能してよい。
【００４４】
基板１０が単結晶である場合、単結晶のいずれかの結晶面の方位は、基板１０の法線方向ＤＮと等しくてよい。つまり、単結晶のいずれかの結晶面が、基板１０の表面に略平行であってよい。基板１０は一軸配向基板であってよい。
【００４５】
基板１０の厚みは、例えば、１０μｍ以上５０００μｍ以下であってよい。ただし、基板１０の厚みは限定されない。基板１０が薄過ぎる場合、基板１０が十分な機械的強度を有することが困難である。基板１０が厚過ぎる場合、薄膜キャパシタ１００全体の厚みが増加し、薄膜キャパシタ１００を小型の電子部品に搭載し難い。
【００４６】
基板１０の材質によって、基板１０の電気抵抗率は異なる。基板１０の電気抵抗率が低い場合、薄膜キャパシタ１００の作動時に電流が基板１０へリークすることにより、薄膜キャパシタ１００の電気特性が損なわれる。例えば、基板１０がＳｉ単結晶からなる場合、電流が基板１０へリークする可能性がある。したがって、基板１０の電気抵抗率が低い場合、基板１０の表面が絶縁膜で覆われてよく、密着膜２０又は下部電極３０が絶縁膜の表面に重なってよい。絶縁膜がリーク電流を抑制する。基板１０及びコンデンサ部６０が互いに絶縁される限り、絶縁膜の組成及び厚みは限定されない。絶縁膜は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又はＳｉ３Ｎｘからなっていてよい。絶縁膜の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上で１０μｍ以下あってよい。絶縁膜は、薄膜キャパシタ１００にとって必須ではない。つまり、密着膜２０又は下部電極３０が基板１０の表面に直接重なってもよい。
【００４７】
（密着膜）
密着膜２０が基板１０と下部電極３０の間に配置されることにより、基板１０からの下部電極３０の剥離が抑制される。基板１０からの下部電極３０の剥離が抑制される限り、密着膜２０の組成は限定されない。密着膜２０は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３及びＺｒＯ２からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。密着膜は、薄膜キャパシタ１００にとって必須ではない。下部電極３０が基板１０又は絶縁膜に直接密着し易い場合、下部電極３０が基板１０又は絶縁膜に直接重なってもよい。
【００４８】
（下部電極）
下部電極３０が十分な導電性を有する限り、下部電極３０の組成は限定されない。下部電極３０は、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、これらの金属を含む合金、又は導電性酸化物であってよい。下部電極３０が電極として機能する限り、下部電極３０の厚みは制限されない。下部電極３０の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。
【００４９】
（上部電極）
上部電極５０が十分な導電性を有する限り、上部電極５０の組成は限定されない。上部電極５０は、例えば、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、これらの金属を含む合金、又は導電性酸化物であってよい。上部電極５０が電極として機能する限り、上部電極５０の厚みは制限されない。上部電極５０の厚みは、例えば、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であってよい。
【００５０】
（保護層）
保護膜７０が下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０を覆うことにより、下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０が外部の雰囲気から遮断される。その結果、下部電極３０及び上部電極５０の酸化、及び誘電体薄膜４０の腐食が抑制される。また保護膜７０は、薄膜キャパシタの破損を抑制する。保護膜７０が上記の機能を有する限りにおいて、保護膜７０の組成は限定されない。保護膜７０は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなっていてよい。
【００５１】
（誘電体薄膜及び薄膜キャパシタの製造方法）
誘電体薄膜及び４０及び薄膜キャパシタ１００は、以下の製造方法によって製造されてよい。
【００５２】
密着膜２０が基板１０の表面（主面）に形成され、下部電極３０が密着膜２０の表面に形成される。密着膜２０及び下部電極３０其々の形成方法は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、印刷法、スピンコート法、又はゾル‐ゲル法であってよい。
【００５３】
基板１０として、Ｓｉ単結晶基板が用いられる場合、密着膜２０及び下部電極３０が形成される前に、絶縁膜が基板１０の表面に形成されてよい。絶縁膜を形成方法は、例えば、熱酸化法、又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法であってよい。
【００５４】
下部電極３０の形成後、基板１０、密着膜２０及び下部電極３０の熱処理が行われてよい。熱処理により、密着膜２０及び下部電極３０の密着性が向上する。熱処理の昇温速度は、好ましくは１０℃／分以上２０００℃／分以下、より好ましくは１００℃／分以上１０００℃／分以下であってよい。熱処理の温度は、好ましくは４００℃以上８００℃以下であってよい。熱処理の時間は、好ましくは０．１時間以上４．０時間以下であってよい。熱処理の各条件が上記の範囲外である場合、密着膜２０及び下部電極３０の密着性が向上し難く、下部電極３０の表面が平坦になり難い。その結果、誘電体薄膜４０の誘電特性が損なわれ易い。
【００５５】
Ｂｉ、元素Ｅ１、元素Ｅ２、Ｔｉ及びＯを、下部電極３０の表面に堆積させることにより、誘電体薄膜４０が下部電極３０の表面に形成される。誘電体薄膜４０の形成方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；  ＰＬＤ）、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ‐Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；  ＭＯＣＶＤ）、有機金属分解法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；  ＭＯＤ）、ゾル‐ゲル法、又は化学溶液堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；  ＣＳＤ）であってよい。上記の形成方法に用いられる原料全体の組成が上記化学式１ａ又は化学式１ｂに略一致するように、原料全体の組成が調整されてよい。上述の（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］も、原料全体の組成の調整により制御されてよい。複数種の原料が用いられてよい。誘電体薄膜４０の誘電特性が損なわれない限り、原料が微量の不純物又は副成分を含んでよい。
【００５６】
誘電体薄膜４０がスパッタリング法によって形成される場合、上記化学式１ａ又は化学式１ｂに略一致する組成を有するターゲットが作製されてよい。ターゲットの原料の全体が、Ｂｉ、元素Ｅ１、元素Ｅ２及びＴｉを含む限り、ターゲットの原料は限定されない。複数種の原料からターゲットが作製されてよい。ターゲットの原料は、例えば、炭酸塩、酸化物、及び水酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物であってよい。誘電体薄膜４０の組成に応じて各化合物の粉末が秤量された後、各化合物の粉末は混合される。混合方法は、例えば、ボールミルであってよい。各化合物の粉末は水又は有機溶媒と共に混合されてよい。加圧による混合粉末の成形により、成形体が得られる。成形圧力は、例えば、１０Ｐａ以上２００Ｐａ以下であってよい。
【００５７】
酸化的雰囲気中での成形体の焼成（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）により、ターゲット（焼結体）が得られる。焼成温度は、例えば、９００℃以上１３００℃以下であってよい。焼成時間は、例えば、１時間以上１０時間以下であってよい。酸化的雰囲気は、例えば、大気であってよい。ターゲットの加工により、ターゲットの形状及び寸法が調整されてよい。ターゲットは、例えば、円盤であってよい。
【００５８】
誘電体薄膜４０は、高周波スパッタリング法（Ｒａｄｉｏ‐Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）によって形成されることが好ましい。高周波スパッタリング法では、密着膜２０及び下部電極３０が積層された基板１０が、真空チャンバー内に設置される。真空チャンバーの内部は、Ａｒ（アルゴン）及びＯ２（酸素）の混合ガスで満たされる。Ａｒの体積Ｖ１とＯ２の体積Ｖ２の比（Ｖ１／Ｖ２）は、好ましくは１／１以上５／１以下であってよい。高周波電力は、好ましくは１００Ｗ以上３００Ｗ以下であってよい。高周波電力とは、真空チャンバー（陽極）とターゲット（陰極）との間に交流電圧を印加するための電力である。高周波スパッタリング法における基板１０の温度Ｔｓｕｂは、好ましくは室温以上２００℃以下であってよい。
【００５９】
誘電体薄膜４０の形成後、誘電体薄膜４０の急速加熱アニール処理（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ；  ＲＴＡ）が行われてよい。ＲＴＡでは、誘電体薄膜４０の温度が昇温速度Ｖｔでアニール温度Ｔまで上昇した後、誘電体薄膜４０がアニール温度Ｔで加熱され続ける。ＲＴＡの昇温速度Ｖｔは、１００℃／分以上１０００℃／分以下であってよい。アニール温度Ｔが６１０℃以上６５０℃未満である場合、酸化物の（１００）面が配向し易く、Ｃ（１００）が１．６以上２．５以下に制御され易い。アニール温度Ｔが６２０℃以上６５０℃未満である場合、酸化物の（１００）面が配向し易く、Ｃ（１００）が２．０以上２．５以下に制御され易い。アニール温度Ｔが７０５℃以上７６０℃未満である場合、酸化物の（１１０）面が配向し易く、Ｃ（１１０）が１．６以上２．５以下に制御され易い。アニール温度Ｔが７１０℃以上７６０℃未満である場合、酸化物の（１１０）面が配向し易く、Ｃ（１１０）が２．０以上２．５以下に制御され易い。アニール温度Ｔが８１０℃以上８８０℃未満である場合、酸化物の（１１１）面が配向し易く、Ｃ（１１１）が１．６以上２．５以下に制御され易い。アニール温度Ｔが８２０℃以上８８０℃未満である場合、酸化物の（１１１）面が配向し易く、Ｃ（１１１）が２．０以上２．５以下に制御され易い。誘電体薄膜４０のアニール時間は、０．５分以上１２０以下であってよい。アニール時間とは、誘電体薄膜４０の温度がアニール温度Ｔに維持される時間である。
【００６０】
以上の方法により、誘電体薄膜４０が形成される。上述の通り、ＲＴＡのアニール温度Ｔを所定の範囲内に調整することに因りはじめて、酸化物の結晶面が、誘電体薄膜４０の表面の法線方向ｄｎにおいて配向し、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）又はＣ（１１１）が、１．６以上２．５以下（又は２．０以上２．５以下）に制御される。従来の厚膜法（焼結法）では、誘電体の粉末を焼結させることによってセラミックの厚膜が形成されるので、結晶面の配向性及び配向度を制御することは困難である。
【００６１】
ＲＴＡ後、上部電極５０が誘電体薄膜４０の表面に形成される。上部電極５０は、下部電極３０と同様の方法により形成されてよい。
【００６２】
上部電極５０の形成後、下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０を覆う保護膜７０が形成されてよい。保護膜７０の形成方法は限定されない。例えば、下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０を、未硬化の熱硬化性樹脂で覆った後、熱硬化性樹脂の加熱により保護膜７０が形成されてよい。下部電極３０、誘電体薄膜４０及び上部電極５０を、熱硬化性樹脂の半硬化物で覆った後、半硬化物の加熱により保護膜７０が形成されてもよい。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施形態が説明されたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、本発明の種々の変更が可能であり、これ等の変更例も本発明に含まれる。
【００６４】
例えば、薄膜キャパシタは、上記誘電体薄膜４０に積層された別の誘電体薄膜を更に備えてよい。別の誘電体薄膜は、例えば、Ｓｉ３Ｎｘ、ＳｉＯｘ、Ａｌ２Ｏｘ、ＺｒＯｘ、又はＴａ２Ｏｘ等のアモルファスな誘電体薄膜であってよい。別の誘電体薄膜が上記誘電体薄膜４０に積層されたることにより、誘電体薄膜４０のインピーダンス及び温度特性を調整し易い。薄膜キャパシタが、少なくとも一対の電極と、一対の電極の間に配置された誘電体薄膜４０を備える限り、薄膜キャパシタの構造は、図１に示される構造に限定されない。
【００６５】
誘電体薄膜４０を備える電子部品は、圧電素子であってもよい。圧電素子は、例えば、圧電マイクロフォン、ハーベスタ、発振子、共振子、又は音響多層膜であってよい。圧電素子は、例えば、圧電アクチュエータであってもよい。圧電アクチュエータは、例えば、ヘッドアセンブリ、ヘッドスタックアセンブリ、又はハードディスクドライブに用いられてよい。圧電アクチュエータは、例えば、プリンタヘッド、又はインクジェットプリンタ装置に用いられてもよい。圧電アクチュエータは、圧電スイッチに用いられてもよい。圧電素子は、例えば、圧電センサであってもよい。圧電センサは、例えば、ジャイロセンサ、圧力センサ、脈波センサ、超音波センサ、又はショックセンサであってよい。誘電体薄膜４０を備える電子部品は、赤外線検出器等の焦電素子であってもよい。上述された各電子部品は、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ；ＭＥＭＳ）の一部又は全部であってよい。
（電子回路基板）
本実施形態に係る電子回路基板は、上記の誘電体薄膜を備えてよい。電子回路基板は、誘電体薄膜を含む上記電子部品を備えてもよい。例えば、電子回路基板は、電子部品として、上記薄膜キャパシタを備えてよい。薄膜キャパシタ等の電子部品は、電子回路基板の表面に設置されていてよい。薄膜キャパシタ等の電子部品は、電子回路基板内に埋め込まれていてもよい。電子回路基板の一例は、図５中の（ａ）及び図５中の（ｂ）に示される。電子回路基板９０は、エポキシ系樹脂基板９２と、エポキシ系樹脂基板９２を覆う樹脂層９３と、樹脂層９３上に設置された薄膜キャパシタ９１と、樹脂層９３及び薄膜キャパシタ９１を覆う絶縁性被覆層９４と、絶縁性被覆層９４上に設置された電子部品９５と、複数の金属配線９６と、を備えてよい。少なくとも一部の金属配線９６は、エポキシ系樹脂基板９２又は絶縁性被覆層９４の表面に引き出されてよい。少なくとも一部の金属配線９６は、薄膜キャパシタ９１の取り出し電極、又は電子部品９５に接続されていてよい。少なくとも一部の金属配線９６は、電子回路基板９０の表面から裏面に向かう方向において、電子回路基板９０を貫通していてよい。
図５中の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る薄膜キャパシタ９１は、下部電極３０と、下部電極３０の表面に設けられた誘電体薄膜４０と、誘電体薄膜４０の一部の上面上に設けられた上部電極５０と、誘電体薄膜４０の他部を貫通して下部電極３０の表面に直接設けられた貫通電極５２と、上部電極５０、誘電体薄膜４０及び貫通電極５２を覆う絶縁性樹脂層５８と、絶縁性樹脂層５８を貫通して貫通電極５２の表面に直接設けられた取り出し電極５４と、絶縁性樹脂層５８を貫通して上部電極５０の表面に直接設けられた取り出し電極５６と、を備えてよい。
電子回路基板９０は、以下の手順で製造されてよい。まず、エポキシ系樹脂基板９２の表面が未硬化樹脂層で覆われる。未硬化樹脂層は、樹脂層９３の前駆体である。薄膜キャパシタ９１の下地電極が未硬化樹脂層に面するように、薄膜キャパシタ９１が未硬化樹脂層の表面に設置される。未硬化樹脂層及び薄膜キャパシタ９１を絶縁性被覆層９４で覆うことにより、薄膜キャパシタ９１が、エポキシ系樹脂基板９２と絶縁性被覆層９４との間に挟み込まれる。未硬化樹脂層の熱硬化により、樹脂層９３が形成される。熱プレスにより、絶縁性被覆層９４が、エポキシ系樹脂基板９２、薄膜キャパシタ９１及び樹脂層９３へ圧着される。この積層型基板を貫通する複数のスルーホールが形成される。金属配線９６が各スルーホール内に形成される。金属配線９６の形成後、電子部品９５が絶縁性被覆層９４の表面に設置される。以上の方法により、薄膜キャパシタ９１に埋め込まれた電子回路基板９０が得られる。各金属配線９６は、Ｃｕ等の導電体からなっていてよい。未硬化樹脂層は、Ｂステージの熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂等）であってよい。Ｂステージの熱硬化性樹脂は、室温では完全には硬化されておらず、加熱により完全に硬化される。絶縁性被覆層９４は、エポキシ系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂又はポリイミド系樹脂等から形成されてよい。
【実施例】
【００６６】
以下では実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
＜ターゲットの作製＞
誘電体薄膜の原料であるターゲットが、以下の固相法により作製された。
【００６８】
酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、炭酸ストロンチウム及び酸化チタン其々の粉末を混合することにより、混合粉末が調製された。混合粉末の組成が下記化学式１Ａに一致するように、酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、炭酸ストロンチウム及び酸化チタン其々の粉末が秤量された。化学式１Ａ中の１−ｘ及びｘは、下記表１に示す値に調整され、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、下記表１に示される値であった。（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］の定義は、上述の通りである。化学式１Ａ中のｘに基づけば、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、［｛１００×０．５×（１−ｘ）｝＋｛１００×０．５×（１−ｘ）｝］／（１００×ｘ）と表される。
（１−ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３‐ｘＳｒＴｉＯ３  （１Ａ）
【００６９】
以下に記載のＢＮＴは、Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３を意味する。以下に記載のＳＴは、ＳｒＴｉＯ３を意味する。
【００７０】
上記の混合粉末及び水を２０時間にわってボールミルで混合することにより、スラリーが調製された。このスラリーを１００℃で乾燥させることにより、混合粉末が回収された。混合粉末をプレス機で成形することにより、成形体が得られた。成形圧力は１００Ｐａであった。成形中の混合粉末の温度は２５℃であった。混合粉末が加圧される時間は３分であった。
【００７１】
成形体を空気中で焼成することにより、焼結体が得られた。焼成温度は１１００℃であった。焼成時間は５時間であった。
【００７２】
焼結体の加工により、円盤状のターゲットが作製された。焼結体の加工には、平面研削盤及び円筒研磨機が用いされた。ターゲットの直径は８０ｍｍであり、ターゲットの厚みは５ｍｍであった。
【００７３】
＜誘電体薄膜及び薄膜キャパシタの作製＞
基板として、Ｓｉの単結晶からなるウエハが用いられた。基板の厚みは、厚みが５００μｍであった。基板を酸化性ガス中で加熱することにより、ＳｉＯ２からなる絶縁膜が基板の表面に形成された。絶縁膜の厚みは、５００ｎｍに調整された。
【００７４】
スパッタリング法により、Ｃｒからなる密着膜が基板（絶縁膜）の表面に形成された。密着膜の厚みは、２０ｎｍに調整された。スパッタリング法により、Ｐｔからなる下部電極が密着膜の表面に形成された。下部電極の厚みは、１００ｎｍに調整された。
【００７５】
上記のターゲットを用いた高周波スパッタリング法により、誘電体薄膜が下部電極の表面に形成された。高周波スパッタリング法では、絶縁膜、密着膜及び下部電極が積層された基板が、真空チャンバー内に設置された。真空チャンバーの内部は、Ａｒ及びＯ２の混合ガスで満たされた。真空チャンバー内の気圧は、１．０Ｐａに維持された。Ａｒの体積Ｖ１とＯ２の体積Ｖ２の比（Ｖ１／Ｖ２）は、３／１であった。高周波電力は、２００Ｗであった。真空チャンバー内の基板１０の温度Ｔｓｕｂは、１００℃に維持された。誘電体薄膜の厚みは、５００ｎｍに調整された。
【００７６】
誘電体薄膜の形成後、誘電体薄膜の急速加熱アニール処理（ＲＴＡ）が行われた。ＲＴＡでは、誘電体薄膜が大気中で加熱された。ＲＴＡでは、誘電体薄膜の温度が所定の昇温速度Ｖｔでアニール温度Ｔまで上昇した後、誘電体薄膜４０がアニール温度Ｔで加熱され続けた。アニール温度Ｔでの誘電体薄膜４０の加熱に続いて、誘電体薄膜４０はアニール温度Ｔから室温まで冷却された。ＲＴＡの昇温速度Ｖｔは、９００℃／分であった。アニール温度Ｔは、下記表１に示される温度であった。誘電体薄膜のアニール時間は、１分であった。
【００７７】
ＲＴＡ後、スパッタリング法により、Ｐｔからなる上部電極が誘電体薄膜の表面に形成された。マスキングにより、円形の上部電極が形成された。上部電極の直径は、２００μｍに調整された。上部電極の厚みは、１００ｎｍに調整された。
【００７８】
以上の方法により、実施例１の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【００７９】
＜誘電体薄膜及び薄膜キャパシタの分析＞
［誘電体薄膜の組成及び結晶構造の分析］
実施例１の誘電体薄膜の組成が、蛍光Ｘ線（Ｘ‐ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ；  ＸＲＦ）分析法により分析された。分析の結果は、誘電体薄膜の組成が上記化学式１Ａで表される組成に一致し、化学式１Ａ中の１−ｘ及びｘは下記表１に示される値に一致することを示していた。つまり、実施例１の誘電体薄膜は、上記化学式１Ａで表される酸化物であった。
【００８０】
実施例１の誘電体薄膜のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンが測定された。ＸＲＤパターンは、誘電体薄膜の表面におけるＯｕｔ  оｆ  Ｐｌａｎｅ測定によって測定された。ＸＲＤパターンの測定には、入射Ｘ線としてＣｕＫα線が用いられた。ＸＲＤパターンの測定には、株式会社リガク製のＸ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ）が用いられた。ＸＲＤパターンは、誘電体薄膜が、ペロブスカイト構造を有する酸化物であることを示していた。ＸＲＤパターンは、酸化物が立方晶、正方晶及び菱面体晶の少なくともいずれかであることを示していた。しかし、各結晶に由来する回折Ｘ線のピークを互いに分離及び識別することは困難であった。つまり、酸化物が立方晶、正方晶及び菱面体晶の全てを含んでいたとしても、各結晶の構造間の違いは僅かであった。したがって、以下の分析では、酸化物の結晶構造は、ペロブスカイト構造の立方晶であるとみなされた。
【００８１】
測定されたＸＲＤパターンに基づき、Ｉ’（１００）、Ｉ’（１１０）及びＩ’（１１１）其々が特定された。Ｉ’（１００）、Ｉ’（１１０）及びＩ’（１１１）其々の定義は、上述の通りである。Ｉ’（１００）、Ｉ’（１１０）及びＩ’（１１１）其々を標準試料に基づいて規格化することにより、Ｉ（１００）、Ｉ（１１０）及びＩ（１１１）が算出された。規格化の方法は、上述の通りである。Ｉ（１００）、Ｉ（１１０）及びＩ（１１１）其々の定義は、上述の通りである。標準試料としては、Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３からなる粉末の焼結体が用いられた。８７３Ｋにおける標準試料の結晶構造は、ペロブスカイト構造の立方晶である。標準試料のＸＲＤパターンは、８７３Ｋの環境下で測定された。標準試料のＩ０（１００）は、１０．４であった。標準試料のＩ０（１１０）は、１００であった。標準試料のＩ０（１１１）は、１５．９であった。Ｉ０（１００）、Ｉ０（１１０）及びＩ０（１１１）其々の定義は、上述の通りである。
【００８２】
Ｉ（１００）、Ｉ（１１０）及びＩ（１１１）から、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）が算出された。Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）其々の定義は、上述の通りである。Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）のうち最大値は、Ｃ（１００）であった。Ｃ（１００）は２．０であった。つまり、（１００）面が、（１１０）面及び（１１１）面に優先して、誘電体薄膜の表面の法線方向において配向していた。
【００８３】
後述される表１〜５に記載の「配向面」とは、（１００）面、（１１０）面及び（１１１）面のうち配向度が最大である結晶面である。後述される表１〜５に記載の「Ｃｍ」とは、配向面の配向度である。
【００８４】
［ＤＣバイアス特性の評価］
直流電界が誘電体薄膜に印加されていない状態において、実施例１の薄膜キャパシタの静電容量Ｃ１が測定された。静電容量の測定装置としては、Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ社製のデジタルＬＣＲメータ（４２８４Ａ）が用いられた。静電容量Ｃ１の諸測定条件は以下に示される。
測定温度：２５℃
測定周波数：１ｋＨｚ
入力信号レベル（測定電圧）：１．０Ｖｒｍｓ
直流電界（ＤＣバイアス）の強度：０Ｖ／μｍ
【００８５】
静電容量Ｃ１、電極の有効面積（上部電極の面積）、電極間距離、及び真空の誘電率ε０から、実施例１の誘電体薄膜の比誘電率εｒ１が算出された。つまり、直流電界が誘電体薄膜に印加されていない状態における誘電体薄膜の比誘電率εｒ１が算出された。実施例１のεｒ１は、下記表１に示される。比誘電率の単位はない。
【００８６】
直流電界が誘電体薄膜に印加されている状態において、実施例１の薄膜キャパシタの静電容量Ｃ２が測定された。直流電界の強度は１０Ｖ／μｍであった。直流電界の強度を除いて、静電容量Ｃ２の諸測定条件は静電容量Ｃ１の諸測定条件と同じであった。静電容量Ｃ２から、実施例１の誘電体薄膜の比誘電率εｒ２が算出された。つまり、直流電界が誘電体薄膜に印加されている状態における誘電体薄膜の比誘電率εｒ２が算出された。εｒ２の算出方法は、静電容量を除いてεｒ１の算出方法と同じであった。実施例１のεｒ２は、下記表１に示される。εｒ２は６００以上であることが好ましい。εｒ２は６３０以上であることがより好ましい。
【００８７】
［耐電圧の測定］
１０個の実施例１の薄膜キャパシタが耐電圧の測定に用いられた。各薄膜キャパシタに備わる誘電体薄膜の耐電圧が、以下の方法により個別に測定された。
【００８８】
測定装置としては、株式会社アドバンテスト製のエレクトロメーター（Ｒ８３４０）が用いられた。誘電体薄膜に印加される電圧を、０Ｖから徐々に上昇させた。電圧の上昇速度は、１Ｖ／秒に調整された。電圧の増加に伴って、誘電体薄膜に流れる電流が連続的に測定された。誘電体薄膜に流れる電流が１０ｍＡに達した時点における電圧が、耐電圧である。
【００８９】
１０個の誘電体薄膜の耐電圧を平均することにより、実施例１の耐電圧Ｖｗ（単位：Ｖ／μｍ）が算出された。実施例１のＶｗは、下記表１に示される。Ｖｗは４０Ｖ／μｍ以上であることが好ましい。
【００９０】
（実施例２〜９及び比較例１〜８）
実施例２〜９及び比較例１〜８其々のアニール温度Ｔは、下記表１に示される温度であった。アニール温度Ｔを除いて実施例１と同様の方法で、実施例２〜９及び比較例１〜８其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【００９１】
実施例１と同様の方法で、実施例２〜９及び比較例１〜８其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが分析された。実施例２〜９及び比較例１〜８のいずれの場合においても、誘電体薄膜の組成は、上記化学式１Ａで表される組成に一致し、化学式１Ａ中の１−ｘ及びｘは下記表１に示される値に一致した。つまり実施例２〜９及び比較例１〜８のいずれの場合においても、誘電体薄膜が、上記化学式１Ａで表される酸化物であり、酸化物がペロブスカイト構造を有していた。実施例２〜９及び比較例１〜８のいずれの場合においても、誘電体薄膜が上記酸化物の立方晶、正方晶及び菱面体晶のうち少なくともいずれかを含んでいた。実施例２〜９及び比較例１〜８其々の配向面、Ｃｍ、εｒ１、εｒ２及びＶｗは、下記表１に示される。
【００９２】
比較例１の配向面は（１００）面であり、比較例１のＣｍは３．０であった。つまり、比較例１の場合、酸化物の（１００）面のみが、誘電体薄膜の表面の法線方向において配向していた。比較例２のＣｍは１．０であった。つまり、比較例２の場合、Ｃ（１００）、Ｃ（１１０）及びＣ（１１１）其々が１．０であった。
【００９３】
【表１】
2020161798.tif 000004
【００９４】
（実施例１１〜１３）
実施例１１〜１３其々のターゲットの作製では、上記化学式１Ａ中の１−ｘ及びｘは、下記表２に示す値に調整され、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、下記表２に示される値であった。ターゲットの組成を除いて実施例５と同様の方法で、実施例１１〜１３其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【００９５】
実施例１と同様の方法で、実施例１１〜１３其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが分析された。実施例１１〜１３のいずれの場合においても、誘電体薄膜の組成は、上記化学式１Ａで表される組成に一致し、化学式１Ａ中の１−ｘ及びｘは下記表２に示される値に一致した。つまり実施例１１〜１３のいずれの場合においても、誘電体薄膜は、上記化学式１Ａで表される酸化物であり、酸化物がペロブスカイト構造を有していた。実施例１１〜１３のいずれの場合においても、誘電体薄膜が上記酸化物の立方晶、正方晶及び菱面体晶のうち少なくともいずれかを含んでいた。実施例１１〜１３其々の配向面、Ｃｍ、εｒ１、εｒ２及びＶｗは、下記表２に示される。
【００９６】
【表２】
2020161798.tif 000005
【００９７】
（実施例２１〜２３）
実施例２１〜２３其々のターゲットは、以下の固相法により作製された。
【００９８】
酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、炭酸バリウム及び酸化チタン其々の粉末を混合することにより、混合粉末が調製された。混合粉末の組成が下記化学式１Ｂに一致するように、酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、炭酸バリウム及び酸化チタン其々の粉末が秤量された。化学式１Ｂ中の１−ｘ及びｘは、下記表３に示す値に調整され、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、下記表３に示される値であった。化学式１Ｂ中のｘに基づけば、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、［｛１００×０．５×（１−ｘ）｝＋｛１００×０．５×（１−ｘ）｝］／（１００×ｘ）と表される。以下に記載のＢＴは、ＢａＴｉＯ３を意味する。
（１−ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３‐ｘＢａＴｉＯ３  （１Ｂ）
【００９９】
ターゲットの組成を除いて実施例１と同様の方法で、実施例２１の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１００】
ターゲットの組成を除いて実施例３と同様の方法で、実施例２２の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１０１】
ターゲットの組成を除いて実施例５と同様の方法で、実施例２３の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１０２】
実施例１と同様の方法で、実施例２１〜２３其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが分析された。実施例２１〜２３のいずれの場合においても、誘電体薄膜の組成は、上記化学式１Ｂで表される組成に一致し、化学式１Ｂ中の１−ｘ及びｘは下記表３に示される値に一致した。つまり実施例２１〜２３のいずれの場合においても、誘電体薄膜は、上記化学式１Ｂで表される酸化物であり、酸化物がペロブスカイト構造を有していた。実施例２１〜２３のいずれの場合においても、誘電体薄膜が上記酸化物の立方晶、正方晶及び菱面体晶のうち少なくともいずれかを含んでいた。実施例２１〜２３其々の配向面、Ｃｍ、εｒ１、εｒ２及びＶｗは、下記表３に示される。
【０１０３】
【表３】
2020161798.tif 000006
【０１０４】
（実施例３１〜３３）
実施例３１〜３３それぞれのターゲットは、以下の固相法により作製された。
【０１０５】
酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム及び酸化チタン其々の粉末を混合することにより、混合粉末が調製された。混合粉末の組成が下記化学式１Ｃに一致するように、酸化ビスマス、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム及び酸化チタン其々の粉末が秤量された。化学式１Ｃ中の１−ｘ及びｘは、下記表４に示す値に調整され、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、下記表４に示される値であった。化学式１Ｃ中のｘに基づけば、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、［｛１００×０．５×（１−ｘ）｝＋｛１００×０．５×（１−ｘ）｝］／（１００×ｘ）と表される。以下に記載のＣＴは、ＣａＴｉＯ３を意味する。
（１−ｘ）Ｂｉ０．５Ｎａ０．５ＴｉＯ３‐ｘＣａＴｉＯ３  （１Ｃ）
【０１０６】
ターゲットの組成を除いて実施例１と同様の方法で、実施例３１の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１０７】
ターゲットの組成を除いて実施例３と同様の方法で、実施例３２の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１０８】
ターゲットの組成を除いて実施例５と同様の方法で、実施例３３の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１０９】
実施例１と同様の方法で、実施例３１〜３３其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが分析された。実施例３１〜２３のいずれの場合においても、誘電体薄膜の組成は、上記化学式１Ｃで表される組成に一致し、化学式１Ｃ中の１−ｘ及びｘは下記表４に示される値に一致した。つまり実施例３１〜３３のいずれの場合においても、誘電体薄膜は、上記化学式１Ｃで表される酸化物であり、酸化物がペロブスカイト構造を有していた。実施例３１〜３３のいずれの場合においても、誘電体薄膜が上記酸化物の立方晶、正方晶及び菱面体晶のうち少なくともいずれかを含んでいた。実施例３１〜３３其々の配向面、Ｃｍ、εｒ１、εｒ２及びＶｗは、下記表４に示される。
【０１１０】
【表４】
2020161798.tif 000007
【０１１１】
（実施例４１〜４３）
実施例４１〜４３其々のターゲットは、以下の固相法により作製された。
【０１１２】
酸化ビスマス、炭酸カリウム、炭酸ストロンチウム及び酸化チタン其々の粉末を混合することにより、混合粉末が調製された。混合粉末の組成が下記化学式１Ｄに一致するように、酸化ビスマス、炭酸カリウム、炭酸ストロンチウム及び酸化チタン其々の粉末が秤量された。化学式１Ｄ中の１−ｘ及びｘは、下記表５に示す値に調整され、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、下記表５に示される値であった。化学式１Ｄ中のｘに基づけば、（［Ｂｉ］＋［Ｅ１］）／［Ｅ２］は、［｛１００×０．５×（１−ｘ）｝＋｛１００×０．５×（１−ｘ）｝］／（１００×ｘ）と表される。以下に記載のＢＫＴは、Ｂｉ０．５Ｋ０．５ＴｉＯ３を意味する。
（１−ｘ）Ｂｉ０．５Ｋ０．５ＴｉＯ３‐ｘＳｒＴｉＯ３  （１Ｄ）
【０１１３】
ターゲットの組成を除いて実施例１と同様の方法で、実施例４１の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１１４】
ターゲットの組成を除いて実施例３と同様の方法で、実施例４２の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１１５】
ターゲットの組成を除いて実施例５と同様の方法で、実施例４３の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが作製された。
【０１１６】
実施例１と同様の方法で、実施例４１〜４３其々の誘電体薄膜及び薄膜キャパシタが分析された。実施例４１〜４３のいずれの場合においても、誘電体薄膜の組成は、上記化学式１Ｄで表される組成に一致し、化学式１Ｄ中の１−ｘ及びｘは下記表５に示される値に一致した。つまり実施例４１〜４３のいずれの場合においても、誘電体薄膜は、上記化学式１Ｄで表される酸化物であり、酸化物がペロブスカイト構造を有していた。実施例４１〜４３のいずれの場合においても、誘電体薄膜が上記酸化物の立方晶、正方晶及び菱面体晶のうち少なくともいずれかを含んでいた。実施例４１〜４３其々の配向面、Ｃｍ、εｒ１、εｒ２及びＶｗは、下記表５に示される。
【０１１７】
【表５】
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【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明に係る誘電体薄膜は、例えば、薄膜キャパシタに用いられる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０…基板、２０…密着膜、３０…下部電極、４０…誘電体薄膜、５０…上部電極、９０…電子回路基板、９１，１００…薄膜キャパシタ、ｕｃ…ペロブスカイト構造の単位胞。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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