(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜層及び上部電極を順次備え、前記誘電体薄膜層が多層の誘電体薄膜からなり、
上記基板が、ガラス基板、樹脂基板及びセラミック基板のうちの何れか１つからなり、
少なくとも前記下部電極及び上部電極の一方に電圧を印加することにより容量を変化させるものであることを特徴とする容量可変素子。
【請求項２】
誘電体薄膜が、ゾルゲル法により形成されてなる請求項１記載の容量可変素子。
【請求項３】
誘電体薄膜層が、多層のチタン酸ストロンチウム膜からなる請求項１記載の容量可変素子。
【請求項４】
誘電体薄膜層が、多層のチタン酸バリウムストロンチウム膜からなる請求項１記載の容量可変素子。
【請求項５】
誘電体薄膜層が、チタン酸ストロンチウム膜とチタン酸バリウムストロンチウム膜とが交互に積層した多層である請求項１記載の容量可変素子。
【請求項６】
上部電極の少なくとも一端部にエアーブリッジが形成された請求項１〜５のいずれか１つに記載の容量可変素子。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１つに記載の容量可変素子を製造する方法であって、
（ｉ）基板上に下部電極を形成し、
（ii）ゾルゲル法により、誘電体薄膜を構成する元素の前駆体溶液を調整して前記下部電極上に塗布、乾燥して薄膜化し、熱処理により薄膜中の有機物を分解除去する工程を複数回繰り返し、
（iii）得られた多層の誘電体薄膜上に上部電極を形成する前又は後に、熱処理を施して前記誘電体薄膜を結晶化させることからなる容量可変素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波素子用キャパシタ等に用いることができる容量可変素子及びその製造方法に関し、より詳細には、電圧印加によりその容量を大きく変化させることが可能な容量可変素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、容量可変素子として、（ａ）バリキャップダイオードやバラクタなどのＳｉやＧａＡｓ半導体のｐｎ接合を用いるもの、（ｂ）バルクの強誘電体に電圧を印加し、誘電率が減少することを利用した可変コンデンサなどがある。
これら容量可変素子のうち、（ａ）は、一般に、ＳｉやＧａＡｓの単結晶ウエハから作製しており、セラミック基板の上にＳｉやＧａＡｓの単結晶を薄膜成長させてモノリシックに形成することができないため、セラミック基板上に集積化デバイスとして形成できないという課題がある。
【０００３】
また、上記（ｂ）の可変コンデンサとしては、例えば、特開昭６２−２５９４１７号公報において提案されているものがある。
この可変コンデンサは、図７に示すように、バルクの強誘電体１４（厚さ４５μｍ程度）が上下の電極間に挟持された構造であり、下部電極として下部容量電極１３及び下部バイアス電極１３’を備え、上部電極として上部容量電極１６及び上部バイアス電極１６’を備えている。この下部バイアス電極１３’と下部容量電極１３との間、上部バイアス電極１６’と上部容量電極１６との間には、直流バイアスを印加し、これにより強誘電体１４の誘電率を変化させ、下部バイアス電極１３’と下部容量電極１３との間、上部バイアス電極１６’と上部容量電極１６との間の容量を可変とするものである。
【０００４】
なお、上記可変コンデンサでは、強誘電体セラミック粉末をポリビニルアルコールなどの合成樹脂をバインダーとして、厚さ４５μｍ程度のシート状にしたものを強誘電体１４として用いている。
このように、（ｂ）の可変コンデンサでは、バルクの強誘電体セラミック材を用いているため、薄膜デバイスとして小型化することが困難であり、強誘電体自体の膜厚が厚いため、印加する電圧も大きく、低電圧化も困難である。また、強誘電体を用いているため、１ＧＨｚ以上の周波数ではキャパシタとして動作しない等の欠点がある。
【０００５】
一方、強誘電体であるチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）薄膜の電圧印加による誘電率変化が報告されているが（Ａ．  Ｗａｌｋｅｎｈｏｒｓｔ  ｅｔ．  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ６０  （１９９２）  １７４４）、この場合の誘電率変化はバルクと比べて小さいという問題がある。また、バルクのチタン酸ストロンチウムの場合には、大きな誘電率変化を得ることができるが、このように大きな誘電率変化を得るためには３０Ｋという低温にする必要があり、容量可変素子としては応用できないのが現実である。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、セラミック基板上にも容易に低コストで形成でき、小型、低電圧で大きな容量変化が得られ、１０ＧＨｚ以上の周波数でもキャパシタ特性が劣化しない容量可変素子を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜層及び上部電極を順次備え、前記誘電体薄膜層が多層の誘電体薄膜からなり、上記基板が、ガラス基板、樹脂基板及びセラミック基板のうちの何れか１つからなり、少なくとも前記下部電極及び上部電極の一方に電圧を印加することにより容量を変化させるものである容量可変素子が提供される。
また、上記容量可変素子を製造する方法であって、
（ｉ）基板上に下部電極を形成し、
（ii）ゾルゲル法により、誘電体薄膜を構成する元素の前駆体溶液を調整して前記下部電極上に塗布、乾燥して薄膜化し、熱処理により薄膜中の有機物を分解除去する工程を複数回繰り返し、
（iii）得られた多層の誘電体薄膜上に上部電極を形成する前又は後に、熱処理を施して前記誘電体薄膜を結晶化させることからなる容量可変素子の製造方法が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における容量可変素子は、主として基板上に、下部電極、誘電体薄膜層及び上部電極が順次形成されて構成される。
本発明の容量可変素子に使用することができる基板としては、特に限定されるものではなく、例えば、ガラス基板、樹脂基板、セラミック基板等の絶縁性基板、半導体基板及び化合物半導体基板等を用いることができるが、なかでも、強度、耐熱性、コスト等の点でセラミック基板が好ましい。また、本発明に使用する基板は、その表面にＳｉＮ、ＳｉＯ２  等の絶縁膜、所望の回路を構成する素子やこれらを被覆する層間絶縁膜、基板上に形成する電極層との密着性を良好にするための接着層（例えば、タンタル、チタン、窒化チタン等）又はこれらが組み合わされて形成されていてもよい。
【０００９】
本発明の容量可変素子における下部電極としては、通常電極材料として使用することができ、後工程における熱処理に耐えることができるものであれば、その材料は特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、銅、銀、白金；チタン、タンタル、タングステン等の高融点金属；ＲｕＯ２、ＩｒＯ２等の導電性酸化物等種々の金属を使用することができる。この下部電極の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば５０ｎｍ〜１μｍ程度の膜厚とすることができる。下部電極の形状は、得ようとする容量、用途等に応じて適宜調整することができる。また、上述したように、下部電極の接着性等を改善するために、接着層等を下部電極直下に形成してもよい。
【００１０】
誘電体薄膜層としては、多層の誘電体薄膜が挙げられる。ここで、多層の誘電体薄膜とは、２層又は３層以上の薄膜からなる誘電体薄膜であり、例えば、２層〜６層程度、好ましくは３層又は４層程度のものが挙げられる。誘電体薄膜層の膜厚は、容量可変素子の大きさ、印加電圧、用途、形成方法等に応じて適宜調整することができるが、各誘電体薄膜の膜厚は、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度、総膜厚は、１００ｎｍ〜１μｍとすることが好ましい。なお、各誘電体薄膜の膜厚は略等しい膜厚で多層としてもよいし、それぞれ異なる膜厚で多層としてもよい。また、２層以上の薄膜からなる誘電体薄膜層としては、各層を構成する元素の種類と割合と共に同じもの、種類と割合のいずれかが異なるもの、種類と割合がいずれも異なるもの、あるいは２層以上の薄膜のすべてが異なるもの、一部の層のみ異なるもの等、種々の組み合わせの多層の誘電体薄膜がすべて包含される。具体的には、同じ薄膜を２〜６層程度積層する薄膜、２種の異なる薄膜を交互に繰り返して２層〜６層程度積層する薄膜等が挙げられる。
【００１１】
このような多層の誘電体薄膜は、公知の方法、例えばスパッタ法、蒸着法、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法等種々の方法で形成することができるが、なかでも、ゾルゲル法により形成することが好ましい。
誘電体薄膜の種類としては、高周波数特性が得られるものであれば特に限定されるものではなく、例えばゾルゲル法により形成することができる誘電体が好ましく、例えば、Ｂａｘ  Ｓｒ１−ｘ  ＴｉＯ３  （０＜ｘ≦０．８）、（Ｐｂ１−ｘ  Ｌａｘ  ）Ｚｒ０．４６Ｔｉ０．３６Ｏ３  （１≧ｘ≧０．０２）、（Ｐｂ１−ｘ  Ｅｒｘ  ）Ｚｒ０．４６Ｔｉ０．３６Ｏ３  （０．０２≦ｘ≦０．１）が挙げられる。具体的には、ＳｒＴｉＯ３  、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、ＳｒＢｉ２（Ｔａ，Ｎｂ）２Ｏ９、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、ＳｒＢｉ４（Ｔｉ，Ｚｒ）４Ｏ１５、ＣａＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＢａＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＢａＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９等が挙げられる。なかでも、ＳｒＴｉＯ３  、Ｂａ０．７Ｓｒ０．３ＴｉＯ３  がより好ましい。
【００１２】
本発明の容量可変素子における上部電極としては、下部電極と同様の材料のものを同様に用いることができる。ただし、上部電極材料が下部電極材料と同じである必要はない。また、上述したように、上部電極の接着性等を改善するために、接着層等を上部電極直下に形成してもよい。さらに、上部電極の形状としては、得ようとする容量、用途、印加電圧等により適宜調整することができ、上部電極の全面が誘電体薄膜と接触している形状、誘電体全面を被覆する形状、誘電体との間の一部にエアーブリッジを有する形状等種々の形状が挙げられる。
【００１３】
本発明における容量可変素子は、ＧＨｚ帯までの容量可変素子として動作させることができる形状及び構造であれば、それらは特に限定されるものではなく、例えば、下部電極、誘電体薄膜及び上部電極が順次積層されてなる一般的なキャパシタ構造、縦型キャパシタ構造、上部電極の少なくとも一端部にエアーブリッジが形成された構造等の種々の形状及び構造のものが含まれる。
【００１４】
また、本発明における容量可変素子は、上下部電極の少なくとも一方にバイアス電圧を印加することにより容量を変化させることができるものであり、さらにはこのバイアス電圧の印加により、誘電体薄膜の比誘電率を電圧の変化に応じて変化させることができるものである。上下部電極に印加する電圧は、誘電体材料、膜厚又は用途等により適宜調整することができるが、例えば、誘電体のリーク電流、実用性等の観点から、２０Ｖ程度以下、好ましくは１６Ｖ程度以下、さらに好ましくは−１６〜＋１６Ｖ程度が挙げられる。また、印加電圧に対応して変化する容量は、大きければ大きいほど好ましく、例えば−５０％程度以上、より好ましくは−１００％程度が挙げられる。さらに、上記印加電圧に応じて変化する誘電体の比誘電率は、誘電体材料等により異なるが、例えば、５０〜１０００程度が挙げられる。
【００１５】
また、本発明の上記容量可変素子の製造方法の工程（ｉ）  においては、基板上に下部電極を形成する。この際の形成方法は、上記の電極材料を公知の方法、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、電子ビーム蒸着法等種々の方法で所望の膜厚に形成することができ、例えばフォトリソグラフィ及びエッチング法、リフトオフ法等により所望の形状にパターニングすることができる。
【００１６】
工程（ｉｉ）においては、まず、ゾルゲル法により、誘電体薄膜を構成する元素の前駆体溶液を調製する。前駆体溶液は、例えば、Ｂａ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｅｒ等のカルボン酸塩又はアルコキシドを、適当な濃度、適当な温度、適当な配合割合で、適当な水性媒体又は有機溶媒に溶解させて調製することができる。この際、使用することができる有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等の低級アルコール、キシレン、酢酸エステル等が挙げられる。前駆体溶液の調製は、例えば、強誘電体を構成する金属元素の各溶液を、最終的に得ようとする強誘電体の組成により異なるが、０．１〜５ｍｏｌ／リットル程度、好ましくは０．１〜２ｍｏｌ／リットル程度で別々に調製し、例えば２００℃程度以下、好ましくは１５０℃程度以下で十分加熱するとともに、５時間程度、好ましくは１〜３時間程度攪拌しながら適宜混合し、さらに混合液を１時間〜１昼夜程度攪拌する方法等が挙げられる。なお、前駆体溶液は、任意に濾過、溶媒の蒸留、濃度の調整等を行うことが好ましい。
【００１７】
次に、得られた前駆体溶液は、下部電極上に、例えばスピンコート法、印刷法、ロールコート法等の種々の方法により一層あたり２０〜２００ｎｍ程度の膜厚で塗布することができる。ただし、一層あたりの膜厚が厚いと乾燥工程でクラックを発生しやすいため、一層あたりの塗布する膜厚は１００ｎｍ程度以下がより好ましい。なお、特に印刷法の場合には、前駆体溶液は、アクリル樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、エチルセルロース、ポリビニルアルコール等の有機バインダ樹脂及びアルコール系、エーテル系、エステル系等の有機溶剤を適宜混合することにより、その粘度を調整することができる。また、下部電極との接着性を高めるため、ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミナケイ酸ガラス等のガラス成分を混合してもよい。
【００１８】
さらに、塗布した前駆体溶液を乾燥する。乾燥の方法は、前駆体溶液として用いた有機溶媒の種類、前駆体溶液の組成等により適宜選択することができるが、例えば、８０℃〜３００℃、好ましくは１００℃〜２００℃程度の温度範囲、大気中で１０秒〜６０分間、好ましくは１５分間程度以下、熱処理することにより行うことができる。熱処理は、公知の方法、例えば赤外線加熱炉、抵抗加熱炉等を使用して、均一の温度で一定時間行ってもよいし、温度を異ならせて行ってもよい。
【００１９】
続いて、熱処理により薄膜中の有機物を分解除去する。この際の熱処理方法は、薄膜中に存在する有機物が充分に分解する温度で、かつ結晶化が始まらない温度範囲で行うことが好ましく、具体的には、４００℃〜５５０℃程度の温度範囲、大気中又は不活性ガス雰囲気中等で１０〜６０分間程度行うことができる。
上記工程（ｉｉ）は、得ようとする誘電体薄膜の積層数に応じて２回以上繰り返して行う。この際の上記（ｉｉ）の工程は、同じ種類及び組成比の誘電体薄膜を得るために、全く同じ条件で繰り返してもよいし、誘電体薄膜の種類及び組成比に応じてその条件等を適宜調整して繰り返してもよい。
【００２０】
工程（ｉｖ）において、得られた誘電体薄膜層上に上部電極を形成する。上部電極を形成する方法は、下部電極と同様に行うことができる。
この上部電極の形成は、上記工程（ｉｉｉ）  の後、かつ後述する誘電体薄膜の結晶化の前に行ってもよいし、誘電体薄膜層の結晶化の後に行ってもよい。
誘電体薄膜の結晶化は、酸素雰囲気、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気下、常圧又は減圧下、好ましくは常圧下、５５０℃〜８００℃以下の温度範囲で、３０秒間〜６０分間程度行うことができる。この際の熱処理方法は、上述の方法の他、ＲＴＡ法等を用いることができる。
【００２１】
なお、本発明の容量可変素子の製造方法においては、薄膜中の有機物の分解除去のための熱処理と結晶化のための熱処理とを、適当な条件を適宜選択することにより兼ねて行うこともできる。例えば、工程（ｉｉ）において前駆体溶液を塗布した後、大気中、１００℃程度の温度で５〜２０分間程度で乾燥し、続いて６００℃程度の温度範囲、常圧、大気中で２０〜６０分間程度熱処理を行い、誘電体薄膜層を結晶化する方法が挙げられ、これを２回以上繰り返す方法が挙げられる。但し、結晶化が進む前に薄膜中の有機物の分解除去が充分に行うことができる条件を選択することが必要となる。
【００２２】
本発明の容量可変素子の作用は以下のように考えられる。
一般に、ＳｒＴｉＯ３や（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３等の常誘電体（あるいは常誘電相）において電界Ｅと分極Ｐ及び比誘電率εｒの関係は、
ε０εｒＥ＝εＥ＋Ｐ          （１）
が成立する。ここでε０は真空の誘電率を表す。
【００２３】
また、一般的に、常誘電体（あるは常誘電相）では、
Ｅ＝ａＰ（ａは定数）          （２）
の関係が成立する（ただし、ＳｒＴｉＯ３では相転移温度（１０５Ｋ）以上）。
従って（１）及び（２）式より比誘電率は電界に依存せず一定となる。
ところが、本発明のように誘電体薄膜を多層積層した場合、バルクや薄膜単層と比べて、全体の自由エネルギーに対する界面エネルギーの寄与が大きくなるため、（２）式のようなＥとＰとの線形性が成立しなくなり、例えば（３）式のようにＰの非線形成分を含むようになる。
【００２４】
Ｅ＝ａＰ＋ｂＰ３＋ｃＰ５（ａ、ｂ、ｃは定数）          （３）
これにより（１）式より比誘電率が電界依存性を持つようになる。
また、本発明の可変容量素子の製造方法における誘電体薄膜は、ゾルゲル法を用い、ゾル状態の誘電体の前駆体溶液を塗布、乾燥した後、薄膜中の有機物を加熱処理により分解除去する工程を２回以上繰り返し行い、その後熱処理を施すことにより結晶化させて多層に形成しているため、特に、各誘電体薄膜間にはバルクや薄膜単層には存在しない界面が形成される。このため、界面エネルギーの寄与が一層大きくなる。
【００２５】
上述のように、本発明の容量可変素子は、上部電極に印加するバイアス電圧により素子全体の容量を大きく変化させることができ、容量が高周波回路の特性に影響するとき、例えば高周波フィルター、インピーダンスアンテナ等の容量を変化させることにより、フィルター透過特性、検出周波数等を変化させることが可能となり、種々の高周波デバイスに応用することができる。
以下、本発明の容量可変素子及びその製造方法を図面に基づいて説明する。
【００２６】
実施の形態１
図１は、本発明の容量可変素子の概略断面図である。この容量可変素子は、セラミック基板１上に、Ｔａ下部電極接着層２、Ｐｔ下部電極層３、誘電体多層薄膜４、エアーブリッジ５、Ｔａ下部電極接着層６、Ｐｔ上記電極層７が順次形成されてなる。
【００２７】
以下に、上記容量可変素子の製造方法について説明する。
まず、セラミック基板１上に、通常のフォトリソグラフィによるリフトオフ法を用い、下部電極レジストパターンを形成し、スパッタ法を用いてＴａ下部電極接着層２、Ｐｔ下部電極層３をそれぞれ膜厚２０ｎｍ及び１００ｎｍ形成した後、下部電極レジストパターンをリフトオフすることにより、Ｔａ下部電極接着層２及びＰｔ下部電極層３からなる下部電極パターンを形成した。
【００２８】
次に、このようにして形成したＰｔ下部電極層３上に、ＳｒＴｉＯ３の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液をスピンコートし（プロセス１）、これを１００℃で１０分間の熱処理により乾燥を行った乾燥ゲル薄膜を作製した（プロセス２）。
次にこのようにして作製した乾燥ゲルの薄膜中の有機物の熱分解を行うため、４００℃で１０分間、大気圧の大気中で熱処理を行った（プロセス３）。
【００２９】
上記プロセス１からプロセス３までを３回繰り返した後、有機物を除去した多層膜の結晶化を行うため、１気圧の酸素雰囲気中６００℃で３０分間熱処理を行った。これにより、膜厚２１０ｎｍのＳｒＴｉＯ３からなる誘電体多層薄膜４を得た。この誘電体多層薄膜４は、エッチングにより所定の形状になるように加工した。
【００３０】
次に、誘電体多層薄膜４上に、エアーブリッジ形成用レジストを用いてエアーブリッジレジストパターンを形成した後、下部電極パターン形成方法と同様のリフトオフ法を用いて上部電極レジストパターンを形成し、スパッタ法を用いてＴａ上部電極接着層６、Ｐｔ上部電極層７をそれぞれ膜厚２０ｎｍ及び５００ｎｍ形成した。その後、エアーブリッジレジストパターン及び上部電極レジストパターンをリフトオフすることにより、Ｔａ上部電極接着層６及びＰｔ上部電極層７からなる上部電極パターンを形成した。
【００３１】
上記のような方法で作製した容量可変素子のＰｔ上部電極層６とＰｔ下部電極層３との間にバイアス電圧を印加し、室温で１０ＧＨｚでの容量のバイアス電圧依存性を測定した。測定結果を図２に示す。
得られた誘電体多層薄膜４の比誘電率は１６０であり、印加電圧１６Ｖにおいて６７容量変化率Ｃｖ／Ｃｏ×１００〔％〕＝−６２％の容量変化特性が得られ、このときの比誘電率は６７であった（ただしＣｖは電圧を印加したときの容量、Ｃｏは電圧を印加しないときの容量を表す）。
【００３２】
比較例１
比較のために、誘電体薄膜として、スパッタ法により作製したＳｒＴｉＯ３薄膜を用いた以外は、上記実施の形態１と同様に容量可変素子を製造した。
【００３３】
ＳｒＴｉＯ３薄膜の作製方法はスパッタターゲットとしてＳｒＴｉＯ３のセラミック焼結体を用い、スパッタガスとしてＯ２ガスのみを用い、スパッタガス圧２Ｐａ、基板温度４００℃で膜厚２１０ｎｍ形成した。
このようにして製造した容量可変素子の容量変化特性を測定した。その結果を図３に示す。
【００３４】
得られたＳｒＴｉＯ３薄膜の比誘電体率は１５０であり、印加電圧１６Ｖでも容量変化率は−９％と実施の形態１に示す容量可変素子と比べて低い変化特性であった。
【００３５】
実施の形態２
実施の形態１におけるＳｒＴｉＯ３からなる誘電体多層薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成したチタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３）多層薄膜を用いて容量可変素子を作製した。
この実施の形態の容量可変素子の作製方法は、第１の実施の形態の容量可変素子の作製方法とはプロセス１における金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液がＳｒＴｉＯ３でなく、（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液を用いる点で異なるのみであり、これ以外は第１の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
【００３６】
上記のような方法で作製した容量可変素子の１０ＧＨｚでの容量のバイアス電圧依存性を測定した。測定結果を図４に示す。
得られた（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３多層薄膜の比誘電率は１８０であり、印加電圧１６Ｖで容量変化率＝−６０％の容量変化特性が得られ、このときの比誘電率は６７であった。
【００３７】
比較例２
比較のために、誘電体薄膜として、スパッタ法により作製した（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３薄膜を用いた以外は、上記実施の形態１と同様に容量可変素子を製造した。
【００３８】
（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３薄膜の作製方法はスパッタターゲットとして（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３のセラミック焼結体を用い、スパッタガスとしてＯ２ガスのみを用い、スパッタガス圧２Ｐａ、基板温度４００℃で膜厚２１０ｎｍ形成した。
このようにして製造した容量可変素子の容量変化特性を測定した。得られた（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３薄膜の比誘電率は１７０であり、印加電圧１６Ｖでも容量変化率は−１０％と実施の形態２に示す容量可変素子と比べて低い変化特性であった。
【００３９】
実施の形態３
実施の形態１におけるＳｒＴｉＯ３からなる誘電体多層薄膜に代えて、ゾルゲル法により形成したＳｒＴｉＯ３薄膜とチタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３）とを交互に積層した多層薄膜を用いて容量可変素子を作製した。
【００４０】
実施の形態３の容量可変素子の作製方法は、誘電体多層薄膜の作製方法以外は第１及び第２の実施形態の容量可変素子の作製方法と同様の方法を用いた。
第３の実施形態の容量可変素子の誘電体多層薄膜は以下のようにして作製した。
Ｐｔ下部電極層３上に、ＳｒＴｉＯ３の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液をスピンコートし（プロセス１）、これを１００℃で１０分間の熱処理による乾燥を行い乾燥ゲル薄膜を作製する（プロセス２）。次に４００℃で１０分間、大気圧の大気中で熱処理を行った（プロセス３）。
【００４１】
次に、（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液をスピンコートし（プロセス４）、これを１００℃で１０分間の熱処理による乾燥を行う乾燥ゲル薄膜を作製する（プロセス５）。次にこのようにして作製した乾燥ゲルを、４００℃で１０分間、大気圧の大気中で熱処理を行った（プロセス６）。
【００４２】
さらに、ＳｒＴｉＯ３の金属アルコキシドからなるゾル状態の前駆体溶液をスピンコートし（プロセス７）、これを１００℃で１０分間の熱処理による乾燥を行い乾燥ゲル薄膜を作製する（プロセス８）。次に４００℃で１０分間、大気圧の大気中で熱処理を行った（プロセス９）。
この後、１気圧の酸素雰囲気中６００℃で３０分間熱処理を行った。これにより、全体の膜厚が２１０ｎｍであるＳｒＴｉＯ３と（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３が交互に積層された構造を持つ誘電体多層薄膜４を得た。
【００４３】
上記のような方法で作製した容量可変素子の１０ＧＨｚの容量のバイアス電圧依存性を測定した。測定結果を図６に示す。得られたＳｒＴｉＯ３と（Ｂａ０．７Ｓｒ０．３）ＴｉＯ３が交互に積層された構造を持つ多層薄膜の比誘電率は１７０であり、印加電圧１６Ｖで容量変化率＝−６０％の容量変化特性が得られ、このときの比誘電率は６７であった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の容量可変素子によれば、基板上に少なくとも下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を順次備えてなり、誘電体薄膜が多層の誘電体薄膜からなるため、低電圧で容量の大きな変化を可能とするとともに、小型・軽量化が実現できる。また、ＳｉやＧａＡｓ単結晶材料を用いなくてもよいため、セラミック基板上にも容易かつ安価に形成できる。
【００４５】
また、多層の誘電体薄膜が特にゾルゲル法により形成される場合には、結晶化する際に各層の界面で特有の界面状態が形成されるため、より容量変化を顕著に得ることができる。
さらに、誘電体薄膜が、多層のチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム又はこれらの組み合わせによる場合には、これらは常誘電体又は常誘電相であるため、１０ＧＨｚ以上の周波数でもキャパシタ特性が劣化しない容量可変素子を得ることが可能となる。
【００４６】
また、容量可変素子が、少なくとも下部電極及び上部電極の一方に電圧を印加することにより容量を変化させるものであるため、電圧で容量の大きさを制御することができるチューナブルな高周波フィルター、遅延素子、アレイアンテナ、結合型ストリップ線路等の高周波デバイスに広く応用が可能となる。
また、本発明の容量可変素子の製造方法によれば、上述のような特別な機能及び作用を有する容量可変素子を容易に実現することができる製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の容量可変素子を示す要部の概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図３】本発明の比較例１の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態の容量可変素子の容量変化特性を示す図である。
【図７】従来の容量可変素子を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１  セラミック基板
２  Ｔａ下部電極接着層
３  Ｐｔ下部電極層
４  誘電体多層薄膜
５  エアーブリッジ
６  Ｔａ上部電極接着層
７  Ｐｔ上部電極層
【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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【図６】
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【図７】
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