(57)【要約】【課題】  誘電特性を確保することが可能な積層体ユニットを提供する。【解決手段】  金属または合金を含む電極層３と、ビスマス層状化合物を含む誘電体層５との間に、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層４を有するように積層体ユニット１０を構成する。ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御されるため、第１に、誘電体層５においてリーク電流が発生しにくくなる。第２に、バッファ層４がキャップ層として機能するため、電極層３中の金属が熱的に凝集しにくくなる。第３に、バッファ層４が拡散バリア層として機能するため、誘電体層５中のビスマス層状化合物のうちのビスマスが電極層３中の金属に熱的に拡散しにくくなる。第４に、電極層３が金属または合金を含んで構成されているため、全体が低抵抗化する。これにより、上記した４つの観点において誘電特性が向上する。【選択図】    図１
2006073685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属または合金を含む電極と、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層と、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向したビスマス層状化合物を含む誘電体層とがこの順に積層された積層構造を有している
ことを特徴とする積層体ユニット。
【請求項２】
前記バッファ層のうちの前記同一の結晶面が、立方晶、正方晶、斜方晶または単斜晶における（１００）面、（０１０）面または（００１）面のうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項１記載の積層体ユニット。
【請求項３】
前記導電性セラミックスが、導電性ペロブスカイト化合物を含んでいる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層体ユニット。
【請求項４】
前記導電性ペロブスカイト化合物が、下記の化学量論的組成式（１）で表される組成を有している
ことを特徴とする請求項３記載の積層体ユニット。
Ｌｎx Ａ1-x ＢＯ3 ・・・（１）
（ただし、「Ｌｎ」はランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）を含む群のうちの少なくとも１種のランタノイド系希土類元素。「Ａ」はカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｂ」はチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ａ」または「Ｂ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｘ」は０≦ｘ≦１。）
【請求項５】
前記導電性ペロブスカイト化合物が、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3 ）である
ことを特徴とする請求項４記載の積層体ユニット。
【請求項６】
前記金属または合金が、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素を含んでいる
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の積層体ユニット。
【請求項７】
前記電極と前記バッファ層との間の界面が、エピタキシャル成長されたものではないのに対して、
前記バッファ層と前記誘電体層との間の界面のうちの少なくとも一部が、エピタキシャル成長されたものである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の積層体ユニット。
【請求項８】
前記バッファ層の結晶構造が、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように前記ビスマス層状化合物を成長させることが可能な第１の結晶方位に配向しており、
前記電極の結晶構造が、前記第１の結晶方位とは異なる第２の結晶方位に配向している
ことを特徴とする請求項７記載の積層体ユニット。
【請求項９】
前記ビスマス層状化合物が、下記の化学量論的組成式（２）で表される組成を有している
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の積層体ユニット。
（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ｄm-1 Ｅm Ｏ3m+1）2-・・・（２）
（ただし、「Ｄ」はナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｅ」は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ｄ」または「Ｅ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｍ」は正の整数。）
【請求項１０】
前記化学量論的組成式（２）中のｍの値が、偶数である
ことを特徴とする請求項９記載の積層体ユニット。
【請求項１１】
前記ｍの値が、４である
ことを特徴とする請求項１０記載の積層体ユニット。
【請求項１２】
金属または合金を含む第１の電極と、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層と、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向したビスマス層状化合物を含む誘電体層と、第２の電極とがこの順に積層された積層構造を有している
ことを特徴とする薄膜容量素子。
【請求項１３】
前記バッファ層のうちの前記同一の結晶面が、立方晶、正方晶、斜方晶または単斜晶における（１００）面、（０１０）面または（００１）面のうちのいずれかである
ことを特徴とする請求項１２記載の薄膜容量素子。
【請求項１４】
前記導電性セラミックスが、導電性ペロブスカイト化合物を含んでいる
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の薄膜容量素子。
【請求項１５】
前記導電性ペロブスカイト化合物が、下記の化学量論的組成式（３）で表される組成を有している
ことを特徴とする請求項１４記載の薄膜容量素子。
Ｌｎx Ａ1-x ＢＯ3 ・・・（３）
（ただし、「Ｌｎ」はランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）を含む群のうちの少なくとも１種のランタノイド系希土類元素。「Ａ」はカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｂ」はチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ａ」または「Ｂ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｘ」は０≦ｘ≦１。）
【請求項１６】
前記導電性ペロブスカイト化合物が、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3 ）である
ことを特徴とする請求項１５記載の薄膜容量素子。
【請求項１７】
前記金属または合金が、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素を含んでいる
ことを特徴とする請求項１２ないし請求項１６のいずれか１項に記載の薄膜容量素子。
【請求項１８】
前記第１の電極と前記バッファ層との間の界面が、エピタキシャル成長されたものではないのに対して、
前記バッファ層と前記誘電体層との間の界面のうちの少なくとも一部が、エピタキシャル成長されたものである
ことを特徴とする請求項１２ないし請求項１７のいずれか１項に記載の薄膜容量素子。
【請求項１９】
前記バッファ層の結晶構造が、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように前記ビスマス層状化合物を成長させることが可能な第１の結晶方位に配向しており、
前記第１の電極の結晶構造が、前記第１の結晶方位とは異なる第２の結晶方位に配向している
ことを特徴とする請求項１８記載の薄膜容量素子。
【請求項２０】
前記ビスマス層状化合物が、下記の化学量論的組成式（４）で表される組成を有している
ことを特徴とする請求項１２ないし請求項１９のいずれか１項に記載の薄膜容量素子。
（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ｄm-1 Ｅm Ｏ3m+1）2-・・・（４）
（ただし、「Ｄ」はナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｅ」は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ｄ」または「Ｅ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｍ」は正の整数。）
【請求項２１】
前記化学量論的組成式（４）中のｍの値が、偶数である
ことを特徴とする請求項２０記載の薄膜容量素子。
【請求項２２】
前記ｍの値が、４である
ことを特徴とする請求項２１記載の薄膜容量素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薄膜容量素子（例えば薄膜コンデンサやメモリなど）および光デバイスなどの電子デバイスに適用される積層体ユニット、ならびに積層体ユニットを利用して構成される薄膜容量素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化に伴い、薄膜コンデンサ、メモリおよび光デバイスなどの電子デバイスに適用される積層体ユニットの高性能化が要望されている。この積層体ユニットは、電子デバイスを構成するための前準備体であり、基板上に電極および誘電体層がこの順に積層され、すなわち基板と共に電極および誘電体層がユニット化されたものである。
【０００３】
この積層体ユニットとしては、例えば、誘電特性を向上させるために、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態が制御された積層体ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この積層体ユニットの使用用途として、例えば、積層体ユニットを薄膜コンデンサに適用することにより、誘電率の温度特性に優れ、かつ高容量の薄膜コンデンサを構成することが可能である。
【特許文献１】国際公開第０３／０２１６０６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、薄膜コンデンサに限らず、その薄膜コンデンサ以外の他の薄膜容量素子まで積層体ユニットを有効に適用することを考慮した場合に、その薄膜容量素子の誘電特性を可能な限り向上させるためには、例えば、積層体ユニットのうちの電極を金属で構成する必要がある。なぜなら、低抵抗の金属で電極を構成すれば、その金属の低抵抗性に基づいて積層体ユニット全体が低抵抗化するため、電極を高抵抗の導電性酸化物などで構成した場合と比較して、薄膜容量素子の誘電特性等が向上するからである。
【０００５】
しかしながら、積層体ユニットのうちの電極を金属で構成した場合には、その金属の諸特性に起因していくつかの問題が生じてしまう。具体的には、第１に、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）およびニッケル（Ｎｉ）などの熱的に凝集しやすい金属を使用して電極を構成した場合には、積層体ユニットの製造過程において熱が発生した際に、その熱に起因して金属が熱的に凝集するおそれがある。第２に、例えば、白金などの金属を使用して電極を構成した場合には、積層体ユニットの製造過程において発生した熱に起因して、ビスマス層状化合物のうちのビスマス（Ｂｉ）が白金に拡散する場合がある。第３に、例えば、やはり白金を使用して電極を構成した場合には、その白金の結晶が成膜過程において［１１１］方位に配向しやすいため、電極上にビスマス層状化合物を成膜することにより誘電体層を形成する場合に、そのビスマス層状化合物が成長過程において下地の金属の結晶構造の影響を受けることに起因して、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態を制御することが困難になる。この場合には、たとえ白金の結晶が［１００］方位に配向するように配向状態を制御したとしても、白金の結晶性が不十分なことに起因してビスマス層状化合物の結晶性も不十分になってしまう。上記した３つの観点の問題は、積層体ユニットを利用して薄膜容量素子を構成した場合に、いずれも薄膜容量素子の誘電特性を劣化させる要因となる。
【０００６】
したがって、薄膜容量素子の誘電特性を可能な限り向上させるためには、上記した３つの観点の問題を改善することにより、誘電特性を確保することが可能な積層体ユニットの確立が急務である。すなわち、誘電特性を確保することが可能な積層体ユニットを利用して薄膜容量素子を構成することにより、その薄膜容量素子の誘電特性が確保されるのである。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、誘電特性を確保することが可能な積層体ユニットを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、誘電特性が確保された薄膜容量素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る積層体ユニットは、金属または合金を含む電極と、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層と、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向したビスマス層状化合物を含む誘電体層とがこの順に積層された積層構造を有しているものである。
【００１０】
本発明に係る積層体ユニットでは、金属または合金を含む電極と、ビスマス層状化合物を含む誘電体層との間に、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層を有しているため、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態が制御される。この場合には、第１に、ビスマス層状化合物においてｃ軸配向性が支配的となることに基づき、誘電体層においてリーク電流が発生しにくくなる。第２に、バッファ層がキャップ層として機能することに基づき、電極中の金属が熱的に凝集しにくくなる。第３に、バッファ層が拡散バリア層として機能することに基づき、誘電体層中のビスマス層状化合物のうちのビスマス（Ｂｉ）が電極層中の金属に熱的に拡散しにくくなる。第４に、電極が金属または合金を含んで構成されていることに基づき、積層体ユニット全体が低抵抗化する。これにより、上記した４つの観点において誘電特性が向上する。なお、上記したビスマス層状化合物の「ｃ軸」とは、そのビスマス層状化合物のうちの一対の（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+同士を結ぶ方向、すなわち［００１］方位を意味している。
【００１１】
本発明に係る薄膜容量素子は、金属または合金を含む第１の電極と、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層と、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向したビスマス層状化合物を含む誘電体層と、第２の電極とがこの順に積層された積層構造を有しているものである。
【００１２】
本発明に係る薄膜容量素子では、上記した積層体ユニットを含んでいるため、上記したように、第１の電極と誘電体層との間にバッファ層を有することに基づいて誘電特性が向上する。
【００１３】
特に、本発明に係る積層体ユニットまたは薄膜容量素子では、バッファ層のうちの同一の結晶面が立方晶、正方晶、斜方晶または単斜晶における（１００）面、（０１０）面または（００１）面のうちのいずれかであってもよい。この場合には、導電性セラミックスが導電性ペロブスカイト化合物を含んでいるのが好ましく、具体的には導電性ペロブスカイト化合物が下記の化学量論的組成式（５）で表される組成を有しているのが好ましい。この化学量論的組成式で表される組成を有する導電性ペロブスカイト化合物の一例としては、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3 ）が挙げられる。確認までに説明しておくと、下記の化学量論的組成式（５）で表される組成は、必ずしも化学量論的組成に限らず、異相を生じさせない範囲内において化学量論的組成から多少偏倚していてもよい。この化学量論的組成から多少偏倚していてもよい旨は、後述する化学量論的組成式（６）に関しても同様である。
Ｌｎx Ａ1-x ＢＯ3 ・・・（５）
（ただし、「Ｌｎ」はランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）を含む群のうちの少なくとも１種のランタノイド系希土類元素。「Ａ」はカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｂ」はチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ａ」または「Ｂ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｘ」は０≦ｘ≦１。）
【００１４】
また、本発明に係る積層体ユニットまたは薄膜容量素子では、金属または合金が白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素を含んでいるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る積層体ユニットまたは薄膜容量素子では、電極または第１の電極とバッファ層との間の界面がエピタキシャル成長されたものではないのに対して、バッファ層と誘電体層との間の界面のうちの少なくとも一部がエピタキシャル成長されたものであるのが好ましく、この場合にはバッファ層の結晶構造がｃ軸が膜面に対して垂直に配向するようにビスマス層状化合物を成長させることが可能な第１の結晶方位に配向しており、電極または第１の電極の結晶構造が第１の結晶方位とは異なる第２の結晶方位に配向しているのが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明に係る積層体ユニットまたは薄膜容量素子では、ビスマス層状化合物が下記の化学量論的組成式（６）で表される組成を有しているのが好ましい。この場合には化学量論的組成式（６）中のｍの値が偶数であるのが好ましく、そのｍの値が４であるのがより好ましい。
（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ｄm-1 Ｅm Ｏ3m+1）2-・・・（６）
（ただし、「Ｄ」はナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｅ」は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ｄ」または「Ｅ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｍ」は正の整数。）
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る積層体ユニットによれば、金属または合金を含む電極と、ビスマス層状化合物を含む誘電体層との間に、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層を有している構成的特徴に基づき、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態が制御される。この場合には、誘電体層においてリーク電流が発生しにくくなり、電極中の金属が熱的に凝集しにくくなり、誘電体層中のビスマス層状化合物のうちのビスマス（Ｂｉ）が電極層中の金属に熱的に拡散しにくくなり、積層体ユニット全体が低抵抗化するため、上記した４つの観点において誘電特性が向上する。したがって、誘電特性を確保することができる。
【００１８】
本発明に係る薄膜容量素子によれば、上記した積層体ユニットを含んでいる構成的特徴に基づいて誘電特性が向上するため、誘電特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る積層体ユニットの構成について説明する。図１は、積層体ユニット１０の断面構成を表している。
【００２１】
本実施の形態に係る積層体ユニット１０は、例えば、薄膜容量素子（例えば薄膜コンデンサやメモリなど）および光デバイスなどの電子デバイスに適用されるものであり、具体的にはデカップリングコンデンサ、バイパスコンデンサまたは高周波回路用コンデンサなどの薄膜コンデンサ、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などのメモリ、ならびに無機ＥＬ（Electro Luminescence）デバイスなどの光デバイスに適用されるものである。この積層体ユニット１０は、例えば、図１に示したように、電極層３と、バッファ層４と、誘電体層５とがこの順に積層された積層構造を有しており、より詳細には基板１上に、下地層２と、電極層３と、バッファ層４と、誘電体層５とがこの順に積層された構成を有している。
【００２２】
基板１は、積層体ユニット１０全体を支持し、その積層体ユニット１０の機械的強度を確保するためのものである。この基板１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）の単結晶を含んで構成されており、その厚さは約１０μｍ〜１ｍｍである。
【００２３】
下地層２は、基板１と電極層３との間を電気的に分離するためのものである。この下地層２は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などの絶縁性材料により構成されており、その厚さは約１ｎｍ〜１μｍである。
【００２４】
電極層３は、積層体ユニット１０を利用して電子デバイスが構成された場合に使用される電極である。この電極層３は、金属または合金を含んで構成されており、その厚さは約１０ｎｍ〜１μｍである。上記した「金属または合金」は、例えば、後述するバッファ層４の結晶構造の結晶方位Ｄ１（第１の結晶方位）とは異なる結晶方位Ｄ２（第２の結晶方位）に電極層３の結晶を配向させる特性を有しており、具体的には白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）および銅（Ｃｕ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素を含んでいる。特に、上記した「金属または合金」は、例えば、電極層３の酸化を抑制する観点から、ニッケルおよび銅よりも酸化されにくい白金を含んでいるのが好ましい。この電極層３と下地層２との間の密着性に関して、例えば、下地層２と電極層３との間の密着性が十分でない場合には、それらの下地層２と電極層３との間に、酸化チタン（ＴｉＯx ）などの密着性材料により構成された密着層が挿入される場合もある。なお、電極層３の結晶構造の結晶方位Ｄ２に関して一例を説明しておくと、電極層３が上記した白金、ニッケルまたは銅などの金属により構成されている場合には、その結晶方位Ｄ２が［１１１］方位となる。確認までに説明しておくと、「金属または合金」に関して上記した「電極層３の結晶を結晶方位Ｄ１とは異なる結晶方位Ｄ２に配向させる」とは、電極層３の構成材料として結晶が本来的に結晶方位Ｄ１に配向する材料を使用した場合に、その結晶を強制的に結晶方位Ｄ２に配向させるという意味ではなく、電極層３の構成材料として本来的に結晶方位Ｄ２に配向する材料を使用した場合に、その結晶が結果的に結晶方位Ｄ２に配向するという意味である。
【００２５】
バッファ層４は、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態を制御するものである。特に、バッファ層４は、例えば、上記したように誘電体層５の配向状態を制御する配向制御層としての機能と共に、電極層３と誘電体層５との間を分離するバリア層、ならびに電極層３を物理的に維持させるキャップ層としての機能も担っている。このバッファ層４は、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックス、より具体的には、例えば、上記した同一の結晶面が立方晶、正方晶、斜方晶または単斜晶における（１００）面、（０１０）面または（００１）面のうちのいずれかである導電性セラミックスを含んで構成されており、その厚さは約１ｎｍ〜１μｍである。特に、バッファ層４の厚さは、約１００ｎｍ以下であるのが好ましい。上記した「導電性セラミックス」は、例えば、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するようにビスマス層状化合物を成長させることが可能な結晶方位Ｄ１に、バッファ層４の結晶を配向させる特性を有する導電性ペロブスカイト化合物を含んでおり、具体的には導電性ペロブスカイト化合物は、下記の化学量論的組成式（７）で表される組成を有している。確認までに説明しておくと、下記の化学量論的組成式（７）で表される組成は、必ずしも化学量論的組成に限らず、異相を生じさせない範囲内において化学量論的組成から多少偏倚していてもよい。この化学量論的組成式（７）で表される具体的な導電性ペロブスカイト化合物としては、例えば、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3 ）などが挙げられる。特に、導電性セラミックスとしては、例えば、電極層３とバッファ層４との間において格子整合性が確保されるものが好ましく、具体的には電極層３が白金を含んで構成されている場合には、バッファ層４がニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3 ）を含んで構成されているのが好ましい。なお、バッファ層４の結晶構造の結晶方位Ｄ１に関して一例を説明しておくと、バッファ層４がニッケル酸ランタンにより構成されている場合には、その結晶方位Ｄ１が［００１］方位となる。
Ｌｎx Ａ1-x ＢＯ3 ・・・（７）
（ただし、「Ｌｎ」はランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）を含む群のうちの少なくとも１種のランタノイド系希土類元素。「Ａ」はカルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）およびバリウム（Ｂａ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｂ」はチタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ａ」または「Ｂ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｘ」は０≦ｘ≦１。）
【００２６】
なお、バッファ層４に含まれている導電性セラミックス（導電性ペロブスカイト化合物）のｃ軸配向度は１００％であることが好ましいが、そのｃ軸配向度は必ずしも１００％でなくてもよく、例えば、ｃ軸配向度は約８０％以上が好ましく、約９０％以上がより好ましく、約９５％以上がさらに好ましい。確認までに説明しておくと、上記した「ｃ軸配向度」とは、多結晶体のｃ軸配向度をＦとし、完全にランダムに配向している多結晶体のｃ軸のＸ線回折強度をＰ０とし、実際の多結晶体のｃ軸のＸ線回折強度をＰとした場合に、Ｆ（％）＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）×１００の関係式に基づいて求められる。これらのＸ線回折強度Ｐ０，Ｐは、多結晶体の（００１）面からの反射強度Ｉ（００１）の合計ΣＩ（００１）と、その多結晶体の各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）との間の比ΣＩ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）である。ただし、上記した関係式では、ｃ軸方向に完全に配向している場合のＸ線回折強度Ｐを１としている。この関係式に基づけば、完全にランダムに配向している場合（Ｐ＝Ｐ０）にはｃ軸配向度Ｆ＝０％であり、一方、完全にｃ軸配向している場合（Ｐ＝１）にはｃ軸配向度Ｆ＝１００％である。
【００２７】
誘電体層５は、積層体ユニット１０を利用して電子デバイスが構成された場合に容量を確保するためのものであり、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向したビスマス層状化合物を含んで構成されている。この「ビスマス層状化合物」は、上記したように、バッファ層４の結晶構造の結晶方位Ｄ１に応じて、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の結晶を配向させる特性を有しており、具体的には下記の化学量論的組成式（８）で表される組成を有している。確認までに説明しておくと、下記の化学量論的組成式（８）で表される組成は、必ずしも化学量論的組成に限らず、異相を生じさせない範囲内において化学量論的組成から多少偏倚していてもよい。この化学量論的組成式（８）で表される具体的なビスマス層状化合物としては、例えば、チタン酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）などが挙げられる。ビスマス層状化合物は、一般に、ａ軸方向に分極軸を有するために強誘電性を示すが、上記したようにｃ軸が膜面に対して垂直に配向され、かつ化学量論的組成式（８）中のｍの値が偶数である場合には、特異的に常誘電性を示す。なお、誘電体層５の厚さは、上記した化学量論的組成式（８）中のｍの値およびビスマス層状化合物の積層数に基づいて適宜設定可能であるが、例えば、実用上においては約５ｎｍ〜１０μｍが好ましい。特に、誘電体層５の厚さは、例えば、誘電特性を向上させる上では約１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、約２０ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。この化学量論的組成式（８）で表されるビスマス層状化合物としては、上記したように、その化学量論的組成式（８）中のｍの値が偶数であるのが好ましい。このように誘電体層５の厚さを薄くしても、積層体ユニットの高容量化を図ると共に、後述するように電極層３の凝集や拡散に関する問題を解決可能である。特に、例えば、ビスマス層状化合物の存在状態が安定化すると共に誘電率が高くなる観点から、化学量論的組成式（８）中のｍの値は４であるのがより好ましい。
（Ｂｉ2 Ｏ2 ）2+（Ｄm-1 Ｅm Ｏ3m+1）2-・・・（８）
（ただし、「Ｄ」はナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）およびビスマス（Ｂｉ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。「Ｅ」は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、ガリウム（Ｇａ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）を含む群のうちの少なくとも１種の金属元素。なお、「Ｄ」または「Ｅ」を２種類以上の金属元素で構成する場合、その２種類以上の金属元素の比率は任意に設定可能である。「ｍ」は正の整数。）
【００２８】
なお、誘電体層５に含まれているビスマス層状化合物のｃ軸配向度は１００％であることが好ましいが、そのｃ軸配向度は必ずしも１００％でなくてもよく、例えば、ｃ軸配向度は約８０％以上が好ましく、約９０％以上がより好ましく、約９５％以上がさらに好ましい。具体的には、例えば、ガラスなどのアモルファス材料を使用して基板１を構成したときにビスマス層状化合物をｃ軸配向させる場合には、例えば、そのビスマス層状化合物のｃ軸配向度が約８０％以上であるのが好ましい。また、後述する各種成膜手法を使用して誘電体層５を形成するときにビスマス層状化合物をｃ軸配向させる場合には、例えば、そのビスマス層状化合物のｃ軸配向度が約９０％以上であるのが好ましく、約９５％以上であるのがより好ましい。この誘電体層５に関する「ｃ軸配向度」の定義は、バッファ層４に関して説明した場合と同様である。
【００２９】
この積層体ユニット１０では、上記したように、例えば、電極層３が白金により構成されていると共に、バッファ層４がニッケル酸ランタンにより構成されている場合には、電極層３の結晶構造の結晶方位Ｄ２が［１００］方位以外の方位、具体的には［１１１］方位となり、バッファ層４の結晶構造の結晶方位Ｄ１が［００１］方位となることにより、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御されている。すなわち、積層体ユニット１０では、電極層３とバッファ層４との間の界面３４Ｍが、エピタキシャル成長されたものではないのに対して、バッファ層４と誘電体層５との間の界面４５Ｍのうちの少なくとも一部が、エピタキシャル成長されたものである。なお、確認までに説明しておくと、上記した「エピタキシャル成長されたものではない」とは、バッファ層４が電極層３の結晶構造の影響を受けないで膜成長したことにより形成されたものであることを意味し、一方、「エピタキシャル成長されたものである」とは、誘電体層５がバッファ層４の結晶構造の影響を受けて膜成長したことにより形成されたものであることを意味している。また、「バッファ層４と誘電体層５との間の界面４５Ｍのうちの少なくとも一部がエピタキシャル成長されたもの」であればよい理由は、界面４５Ｍの全部がエピタキシャル成長されたものである場合にはもちろん、バッファ層４上においてビスマス層状化合物が成長することにより誘電体層５が形成されるため、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御されるし、一方、界面４５Ｍのうちの一部しかエピタキシャル成長されたものでない場合においても、バッファ層４上に誘電体層５が成膜されれば、エピタキシャル成長される界面４５Ｍの一部を核としてビスマス層状化合物が成長することにより誘電体層５が形成されるため、やはりｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御されるからである。
【００３０】
次に、図１を参照して、積層体ユニット１０の製造方法について簡単に説明する。なお、積層体ユニット１０を構成する一連の構成要素の機能、材質および寸法については既に詳細に説明したので、それらの説明を以下では適宜省略する。
【００３１】
積層体ユニット１０を製造する際には、まず、基板１を準備したのち、その基板１の一面を覆うように下地層２を形成する。続いて、下地層２上に、必要に応じて密着層を形成したのち、後工程において形成されるバッファ層４の結晶構造の結晶方位Ｄ１とは異なる結晶方位Ｄ２に結晶が配向するように金属または合金を成膜することにより、電極層３を形成する。続いて、電極層３上に、結晶構造が結晶方位Ｄ１に配向し、すなわち界面３４Ｍがエピタキシャル成長されないように導電性セラミックスを成膜することにより、バッファ層４を形成する。最後に、バッファ層４上に、界面４５Ｍがエピタキシャル成長されるようにビスマス層状化合物を成膜することにより、誘電体層５を形成する。この誘電体層５が形成される際には、上記したようにビスマス層状化合物がバッファ層４上においてエピタキシャル成長することに基づき、そのビスマス層状化合物が熱力学的に最も安定化するように成長するため、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御される。これにより、積層体ユニット１０が完成する。なお、積層体ユニット１０を製造する際に、下地層２から誘電体層５に至る一連の構成要素を形成するための手法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ；Pulsed Laser Deposition ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法、有機金属分解（ＭＯＤ；Metal Organic Decomposition ）法、ゾルゲル法に代表される液相（ＣＳＤ；Chemical Solution Deposition）法などの成膜手法を含む薄膜プロセスを適宜使用可能である。
【００３２】
本実施の形態に係る積層体ユニットでは、金属または合金を含む電極層３と、ビスマス層状化合物を含む誘電体層５との間に、同一の結晶面が膜面に対して平行な導電性セラミックスを含むバッファ層４を有するようにしたので、以下の理由により、誘電特性を確保することができる。
【００３３】
すなわち、第１に、バッファ層４の結晶構造がｃ軸が膜面に対して垂直に配向するようにビスマス層状化合物を成長させることが可能な配向状態を有していることに基づき、積層体ユニット１０の製造過程においてバッファ層４上にビスマス層状化合物を成膜して誘電体層５を形成することにより、そのビスマス層状化合物がバッファ層４上の少なくとも一部においてエピタキシャル成長するため、電極層３の結晶構造がｃ軸が膜面に対して垂直に配向するようにビスマス層状化合物を成長させることが可能な配向状態を有していなくても、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御され、すなわち誘電体層５中のビスマス層状化合物においてｃ軸配向性が支配的となる。この場合には、誘電体層５に電圧が印加された場合に、電界の方向がビスマス層状化合物のｃ軸方向にほぼ一致するため、そのビスマス層状化合物において常誘電性が支配的となる。これにより、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御されていない場合と比較して、その誘電体層５においてリーク電流が発生しにくくなると共に、誘電特性が向上する。
【００３４】
第２に、電極層３と誘電体層５との間にキャップ層として機能するバッファ層４が介在していることに基づき、積層体ユニット１０の製造過程において誘電体層５等を形成した際に発生した熱に起因して電極層３が物理的に不安定になったとしても、その電極層３がバッファ層４により物理的に維持される。この場合には、電極層３が熱的に凝集しやすい白金などの金属により構成されている場合においても、その電極層３中の金属が熱的に凝集しにくくなる。これにより、電極層３と誘電体層５との間にバッファ層４が介在していない場合と比較して、やはり誘電特性が向上する。
【００３５】
第３に、電極層３と誘電体層５との間に拡散バリア層として機能するバッファ層４が介在していることに基づき、それらの電極層３と誘電体層５との間に不要な相互作用が発生しにくくなる。この場合には、電極層３が白金などの金属により構成されている場合においても、誘電体層５中のビスマス層状化合物のうちのビスマス（Ｂｉ）が電極層３中の金属に熱的に拡散しにくくなり、すなわちビスマスが金属と反応しにくくなる。これにより、電極層３と誘電体層５との間にバッファ層４が介在していない場合と比較して、やはり誘電特性が向上する。この場合には、特に、上記したバッファ層４が酸素の拡散バリア層としても機能することに基づき、電極層３がニッケルや銅などの酸化されやすい金属により構成されている場合においても、その電極層３中の金属が酸化されにくくなるため、電極層３の抵抗が意図せずに上昇しにくくなる。
【００３６】
第４に、電極層３が低抵抗を有する金属または合金を含んで構成されていることに基づき、積層体ユニット１０全体が低抵抗化するため、電極層３が金属または合金よりも高い抵抗を有する導電性酸化物などにより構成されている場合と比較して、やはり誘電特性が向上する。
【００３７】
したがって、本実施の形態では、上記した４つの観点において誘電特性が向上するため、誘電特性を確保することができるのである。
【００３８】
また、本実施の形態では、積層体ユニット１０を構成する一連の構成要素が薄膜プロセスを使用して形成されると共に、上記したように積層体ユニット１０において誘電特性が確保されることに基づき、その積層体ユニット１０の小型化および高容量化を実現することができる。
【００３９】
特に、積層体ユニット１０を利用して薄膜容量素子や光デバイスなどの電子デバイスを構成すれば、上記したように誘電特性が向上するため、その電子デバイスの誘電特性等を確保することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、図１に示したように、薄膜プロセスを使用して基板１上に下地層２から誘電体層５に至る一連の構成要素が形成されることに基づき、基板１、下地層２および電極層３がこの順に積層された積層構造を有するように積層体ユニット１０を構成したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、図２に示したように、基板１、下地層２および電極層３がこの順に積層された積層構造に代えて、電極基板６を有するように積層体ユニット１０を構成してもよい。この電極基板６は、上記した基板１および電極層３の双方の機能を兼ねるものであり、その電極層３の構成材料と同様の材料により構成されている。この場合においても、バッファ層４の配向制御機能を利用して、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層５の配向状態が制御されるため、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
以上をもって、本発明の一実施の形態に係る積層体ユニットについての説明を終了する。
【００４２】
次に、図３を参照して、本発明の積層体ユニットを利用して構成される電子デバイスとして薄膜容量素子について説明する。図３は、薄膜容量素子としての薄膜コンデンサ２０の断面構成を表している。
【００４３】
この薄膜コンデンサ２０は、例えば、高周波帯域において作動するコンピュータ、通信機器またはデジタル家電機器などの電子機器に搭載されるものであり、具体的には高周波帯域において電磁波ノイズが発生することを抑制する機能を有するデカップリングコンデンサである。具体的には、薄膜コンデンサ２０は、例えば、図３に示したように、電極層３に対応する下部電極層３１を備えると共に、誘電体層５上に新たに上部電極層３２が設けられている点を除き、図１に示した積層体ユニット１０と同様の構成を有している。すなわち、薄膜コンデンサ２０は、基板１上に、下地層２と、下部電極層３１と、バッファ層４と、誘電体層５と、上部電極層３２とがこの順に積層された積層構造を有している。この薄膜コンデンサ２０では、下部電極層３１から上部電極層３２に至る積層部分（上部電極層３２／誘電体層５／バッファ層４／下部電極層３１）が実質的にコンデンサを構成している。
【００４４】
下部電極層３１は、コンデンサのうちの一方の電極として機能する第１の電極である。この下部電極層３１は、例えば、上記した積層体ユニット１０のうちの電極層３の構成材料と同様の材料により構成されている。
【００４５】
上部電極層３２は、コンデンサのうちの他方の電極として機能する第２の電極である。この上部電極層３２は、例えば、金属または合金を含んで構成されており、その厚さは約１０ｎｍ〜１ｍｍ、好ましくは約１００ｎｍ〜１００μｍである。上記した「金属または合金」としては、例えば、一般的な金属または合金が挙げられ、具体的には金属として銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、鉄（Ｆｅ）またはニッケル（Ｎｉ）などが挙げられ、合金としてケイ化タングステン（ＷＳｉ）やケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ）などが挙げられる。特に、上部電極層３２の構成材料としては、例えば、下部電極層３１と上部電極層３２との間で電気的特性を対称に設定する観点から、下部電極層３２の構成材料と同様であるのが好ましい。
【００４６】
なお、薄膜コンデンサ２０を構成する基板１、下地層２、バッファ層４および誘電体層５の機能、構成、材質および寸法等に関しては上記実施の形態において詳細に説明したので、それらの説明を省略する。
【００４７】
この薄膜コンデンサ２０は、主に、以下のように作動する。すなわち薄膜コンデンサ２０は、電子機器のうちの主要部（例えばＩＣ（Integrated Circuit））の電源端子近傍に接続された状態において、下部電極層３１と上部電極層３２との間に電圧が印加されると、電源配線に作動用の高周波電流を供給する。これにより、電源配線のインピーダンスが低下するため、電子機器が高周波帯域において作動した場合に不要な電磁波ノイズが発生することが抑制される。
【００４８】
この薄膜コンデンサ２０では、上記した積層体ユニット１０を含んで構成されているため、上記したように、下部電極層３１と誘電体層５との間にバッファ層４を有することに基づいて誘電特性が向上する。したがって、誘電特性を確保することができる。
【００４９】
なお、上記では、電子デバイスとして薄膜容量素子（薄膜コンデンサ２０）を構成するために積層体ユニット１０を利用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、薄膜容量素子以外の他の電子デバイスを構成するために積層体ユニット１０を利用してもよい。この「他の電子デバイス」としては、例えば、上記したように、無機ＥＬ（Electro Lumicescence）デバイスなどの光デバイスが挙げられる。この積層体ユニット１０を利用して構成した無機ＥＬデバイス３０の一例は、図４に示した通りである。
【００５０】
図４は、光デバイスとしての無機ＥＬデバイス３０の断面構成を表しており、図３に対応する断面構成を示している。この無機ＥＬデバイス３０は、例えば、ディスプレイなどの電子機器に光源として搭載されるものであり、例えば、図４に示したように、誘電体層５に対応する下部誘電体層５１を備えると共に、その下部誘電体層５１と上部電極層３２との間に新たに発光層７および上部誘電体層５２が下部誘電体層５１に近い側から順に設けられている点を除き、図３に示した薄膜コンデンサ２０と同様の構成を有している。すなわち、無機ＥＬデバイス３０は、基板１上に、下地層２と、下部電極層３１と、バッファ層４と、下部誘電体層５１と、発光層７と、上部誘電体層５２と、上部電極層３２とがこの順に積層された積層構造を有している。
【００５１】
下部誘電体層５１は、例えば、上記した積層体ユニット１０のうちの誘電体層５の構成材料と同様の材料により構成されている。上部誘電体層５２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3 ）、チタン酸アルミニウム（ＡｌＴｉＯ2 ；ＡＴＯ）、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3 ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉＯ3 ；ＰＺＴ）、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ；アルミナ）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、ニオブ酸鉛（ＰｂＮｂＯ3 ）、ニオブ酸マグネシウム酸鉛−チタン酸鉛（ＰｂＭｇＮｂＯ2 −ＰｂＴｉＯ2 ；ＰＭＮ−ＰＴ）系材料などの誘電性材料を含んで構成されており、その厚さは約５０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは約１００ｎｍ〜５００ｎｍである。なお、上部誘電体層５２は、例えば、上記した一連の誘電性材料の積層構造を有していてもよいし、一連の誘電性材料の混合物を含んで構成されていてもよい。中でも、上部誘電体層５２の構成材料としては、例えば、製造プロセス、安定性、絶縁耐圧性および密着性の観点から、シリコンオキシナイトライド、アルミナ、チタン酸アルミニウムまたはサイアロンの単層構造または積層構造を有しているのが好ましい。この上部誘電体層５２は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法または印刷焼成法などの既存の成膜手法を使用して形成可能である。
【００５２】
発光層７は、無機ＥＬ現象を利用して発光するものである。この発光層７は、例えば、「月刊ディスプレイ（１９９８年４月号）」中の「最近のディスプレイの技術動向（田中省作，１頁〜１０頁）」に記載されている一連の発光材料を含んで構成されており、具体的にはＣａＳ：ＥｕまたはＺｎＳ：Ｍｎ／ＣｄＳＳｅなどの赤色発光材料、ＺｎＳ：ＴｂＯＦまたはＺｎＳ：Ｔｂなどの緑色発光材料、ＳｒＳ：Ｃｅ、（ＳｒＳ：Ｃｅ／ＺｎＳ）n 、ＣａＧａ2 Ｓ4 またはＳｒ2 Ｇａ2 Ｓ5 ：Ｃｅなどの青色発光材料を含んで構成されている。この発光層７の厚さは、例えば、特に限定されるわけではないが、厚すぎると駆動電圧が上昇し、一方、薄すぎると発光効率が低下するため、発光材料に依存するものの、おおむね約１００ｎｍ〜１μｍ、好ましくは約３００ｎｍ〜８００ｎｍである。この発光層７は、例えば、スパッタリング法またはエレクトロンビーム蒸着法などの既存の成膜手法を使用して形成可能である。
【００５３】
上部電極層３２は、例えば、スズがドープされた酸化インジウム（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）などの透明電極材料を含んで構成されている。
【００５４】
なお、下部誘電体層５１および上部誘電体層５２の構成は、例えば、無機ＥＬデバイス３０に要求される誘電特性等に応じて適宜変更可能であり、具体的には下部誘電体層５１および上部誘電体層５２のそれぞれの厚さを調整したり、あるいは下部誘電体層５１および上部誘電体層５２のそれぞれが積層構造となるようにしてもよい。この無機ＥＬデバイス３０を構成する基板１、下地層２、下部電極層３１およびバッファ層４の機能、構成、材質および寸法等に関しては、薄膜コンデンサ２０に関して既に上記したので、それらの説明を省略する。
【００５５】
この無機ＥＬデバイス３０では、下部電極層３１と上部電極層３２との間に電圧が印加されると、電界により加速された電子が発光中心に衝突することにより、その発光中心が励起されるため、発光層７が発光する。特に、無機ＥＬデバイス３０では、上記した積層体ユニット１０を含んで構成されていることに基づき、誘電率が向上するため、発光層７に印加される電界が増加する。したがって、発光特性を確保することができる。
【００５６】
なお、薄膜コンデンサ２０および無機ＥＬデバイス３０に関する上記以外の効果および変形例は、上記実施の形態において説明した積層体ユニット１０と同様である。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００５８】
上記実施の形態において説明した積層体ユニット（以下、単に「本発明の積層体ユニット」という。）を以下の手順で製造した。すなわち、まず、シリコン（Ｓｉ）製の基板を熱酸化することにより、下地層として酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）を形成した。続いて、下地層上に、スパッタリング法を使用して密着層として酸化チタン（ＴｉＯx ）を形成した。続いて、密着層上に、金属として白金（Ｐｔ）を成膜することにより電極層を形成した。この電極層では、結晶構造の結晶方位が［１１１］方位となった。続いて、電極層上に、導電性セラミックスとしてニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ3 ）を成膜することによりバッファ層を形成した。このバッファ層では、結晶が［１１１］方位に配向している電極層上においてニッケル酸ランタンがエピタキシャル成長しなかったため、バッファ層の結晶構造の結晶方位が［００１］方位となった。最後に、バッファ層上に、ビスマス層状化合物としてチタン酸ビスマス酸ストロンチウム（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）を成膜することにより３０ｎｍの厚さとなるように誘電体層を形成した。この誘電体層では、結晶が［００１］方位に配向しているバッファ層上においてチタン酸ビスマス酸ストロンチウムがエピタキシャル成長したため、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態が制御された。これにより、積層体ユニット（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15／ＬａＮｉＯ3 ／Ｐｔ／ＴｉＯx ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）が完成した。
【００５９】
また、上記した積層体ユニットを利用して、薄膜容量素子として薄膜コンデンサ（以下、単に「本発明の薄膜コンデンサ」という。）を製造した。すなわち、積層体ユニットのうちの誘電体層上に、金属として白金（Ｐｔ）を成膜して上部電極層を形成することにより、薄膜コンデンサ（Ｐｔ／ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15／ＬａＮｉＯ3 ／Ｐｔ／ＴｉＯx ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）が完成した。
【００６０】
さらに、上記した積層体ユニットを利用して、光デバイスとして無機ＥＬデバイス（以下、単に「本発明の無機ＥＬデバイス」という。）を以下の手順で製造した。すなわち、まず、積層体ユニットのうちの誘電体層（下部誘電体層）上に、スパッタリング法を使用して橙色発光材料としてＺｎＳ：Ｍｎを成膜することにより、６００ｎｍの厚さとなるように発光層を形成した。このＺｎＳ：Ｍｎを成膜する際には、マンガン（Ｍｎ）を０．５重量％含むターゲットを使用した。続いて、発光層上に、スパッタリング法を使用して誘電性材料としてアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を成膜することにより、５０ｎｍの厚さとなるように上部誘電体層を形成した。最後に、スパッタリング法を使用して透明電極材料としてＩＴＯを成膜して上部電極層を形成することにより、無機ＥＬデバイス（ＩＴＯ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ＺｎＳ：Ｍｎ／ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15／ＬａＮｉＯ3 ／Ｐｔ／ＴｉＯx ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）が完成した。
【００６１】
これらの本発明の積層体ユニット、薄膜コンデンサおよび無機ＥＬデバイスの諸特性を調べたところ、以下に示した一連の結果が得られた。なお、本発明の積層体ユニット、薄膜コンデンサおよび無機ＥＬデバイスの諸特性を調べる際には、その諸特性を評価するために、電極層と誘電体層（下部誘電体層）との間にバッファ層が設けられていない点を除いて本発明の積層体ユニット、薄膜コンデンサおよび無機ＥＬデバイスとそれぞれ同様の構成を有する比較例の積層体ユニット（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15／Ｐｔ／ＴｉＯx ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）、薄膜コンデンサ（Ｐｔ／ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15／Ｐｔ／ＴｉＯx ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）および無機ＥＬデバイス（ＩＴＯ／Ａｌ2 Ｏ3 ／ＺｎＳ：Ｍｎ／ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15／Ｐｔ／ＴｉＯx ／ＳｉＯ2 ／Ｓｉ）を製造し、それらの比較例の積層体ユニット、薄膜コンデンサおよび無機ＥＬデバイスの諸特性も併せて調べた。
【００６２】
まず、積層体ユニットのうちの誘電体層の配向状態を調べたところ、図５および図６に示した結果が得られた。図５および図６は誘電体層のＸ線回折測定結果を表しており、「横軸」はブラグの条件に基づく回折光線の角度２θ（°）を示し、「縦軸」は回折光線の強度を示している。なお、図５は本発明の積層体ユニットの測定結果を示し、図６は比較例の積層体ユニットの測定結果を示している。誘電体層の配向状態を調べる際には、Ｘ線としてＣｕＫα線を利用したＸ線回折（ＸＲＤ；X-Ray Diffraction ）法を使用して、誘電体層の結晶構造を定性的に調べた。
【００６３】
図５および図６に示した結果から判るように、本発明の積層体ユニットと比較例の積層体ユニットとの間では、Ｘ線回折測定結果に差異が見られた。すなわち、電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在している本発明の積層体ユニット（図５参照）では、角度２θ＝３２°近傍に基板（Ｓｉ）を示すピーク５Ａが見られ、角度２θ＝４０°近傍に電極層（Ｐｔ）を示すピーク５Ｂが見られ、角度２θ＝２３°および４８°近傍にバッファ層（ＬａＮｉＯ3 ）を示すピーク５Ｃが見られ、角度２θ＝１３°，１８°，２２°，３７°，４５°近傍にｃ軸配向した誘電体層（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）を示すピーク５Ｄが見られた。一方、電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していない比較例の積層体ユニット（図６参照）では、角度２θ＝３２°近傍に基板（Ｓｉ）を示すピーク６Ａが見られ、角度２θ＝４０°近傍に電極層（Ｐｔ）を示すピーク６Ｂが見られ、角度２θ＝１３°，１８°，２２°，３６°，４４°近傍にｃ軸配向した誘電体層（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）を示すピーク６Ｄが見られた他、角度２θ＝３０°近傍にｃ軸配向していない誘電体（ＳｒＢｉ4 Ｔｉ4 Ｏ15）を示すピーク６Ｅが見られた。このことから、本発明の積層体ユニットでは、電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していることにより、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態を制御することが可能であることが確認された。
【００６４】
続いて、本発明の薄膜コンデンサの周波数特性を調べたところ、図７に示した結果が得られた。図７は薄膜コンデンサの周波数特性として比誘電率および誘電損失の周波数依存性を表しており、「横軸」は周波数Ｆ（Ｈｚ）を示し、「縦軸（左）」は比誘電率εr ，「縦軸（右）」は誘電損失ｔａｎδを示している。なお、図７中の「７Ａ」は比誘電率εr を示し、「７Ｂ」は誘電損失ｔａｎδを示している。
【００６５】
図７に示した結果から判るように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在している本発明の薄膜コンデンサでは、比誘電率εr （７Ａ）が周波数Ｆの変化に応じて変化せずにほぼ一定であると共に、誘電損失ｔａｎδ（７Ｂ）も主要な周波数Ｆの範囲内（１０3 Ｈｚ〜１０5 Ｈｚ）では周波数Ｆの変化に応じて変化せずにほぼ一定であり、具体的には比誘電率εr ＝１４５，誘電損失ｔａｎδ＝０．０２であった。このときの薄膜コンデンサの単位面積当たりの容量Ｃ／Ａは、１００ｋＨｚの測定周波数において４．３μＦ／ｃｍ2 であった。なお、比較例の薄膜コンデンサでは、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在しておらず、すなわちｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態が制御されないことに起因してショートしたため、本発明の薄膜コンデンサとは異なり、正常に周波数特性を調べることができなかった。このことから、本発明の薄膜コンデンサでは、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していることにより、周波数の観点において安定な誘電特性が得られると共に、良好な抵抗特性が得られることが確認された。
【００６６】
続いて、本発明の薄膜コンデンサのＤＣバイアス特性を調べたところ、図８に示した結果が得られた。図８は薄膜コンデンサのＤＣバイアス特性として比誘電率および誘電損失のＤＣバイアス依存性を表しており、「横軸」は電界Ｅ（ｋＶ／ｃｍ）を示し、「縦軸」は図７と同様に比誘電率εr および誘電損失ｔａｎδを示している。なお、図８中の「８Ａ」は比誘電率εr を示し、「８Ｂ」は誘電損失ｔａｎδを示している。
【００６７】
図８に示した結果から判るように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在している本発明の薄膜コンデンサでは、比誘電率εr （８Ａ）が電界Ｅの変化に応じて変化せずにほぼ一定であると共に、誘電損失ｔａｎδ（８Ｂ）も電界Ｅの変化に応じて変化せずにほぼ一定であった。なお、比較例の薄膜コンデンサでは、上記したように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が存在していないことに起因してショートしたため、正常にＤＣバイアス特性を調べることができなかった。このことから、本発明の薄膜コンデンサでは、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していることにより、ＤＣバイアスの観点においても安定な誘電特性が得られることが確認された。
【００６８】
続いて、本発明の薄膜コンデンサに関する誘電体層の厚さ依存性を調べたところ、図９に示した結果が得られた。図９は薄膜コンデンサに関する誘電体層の厚さ依存性として比誘電率および誘電損失と誘電体層の厚さとの相関を表しており、「横軸」は誘電体層の厚さＴ（ｎｍ）を示し、「縦軸」は図７と同様に比誘電率εr および誘電損失ｔａｎδを示している。なお、図９中の「９Ａ」は比誘電率εr を示し、「９Ｂ」は誘電損失ｔａｎδを示している。
【００６９】
図９に示した結果から判るように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在している本発明の薄膜コンデンサでは、比誘電率εr （９Ａ）が厚さＴの変化に応じて変化せずにほぼ一定であると共に、誘電損失ｔａｎδ（９Ｂ）も厚さＴの変化に応じて変化せずにほぼ一定であった。なお、比較例の薄膜コンデンサでは、上記したように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が存在していないことに起因してショートしたため、誘電特性を調べることができなかった。このことから、本発明の薄膜コンデンサでは、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していることにより、誘電体層を薄くしても安定な誘電特性が得られることが確認された。
【００７０】
続いて、薄膜コンデンサのうちの誘電体層の表面状態を調べたところ、図１０および図１１に示した結果が得られた。図１０および図１１は誘電体層の表面状態の観察結果を表しており、図１０は本発明の薄膜コンデンサの観察結果を示し、図１１は比較例の薄膜コンデンサの観察結果を示している。誘電体層の表面状態を観察する際には、誘電体層を形成したのち、セイコーインスツルメンツ社製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Atomic Force Microscope ）ＳＰＩ３８００を使用して誘電体層の表面状態を観察した。この際、誘電体層の表面状態を評価するために、上記したＡＦＭを使用して誘電体層の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａ（ｎｍ）を算出した。なお、図１０および図１１に示した観察結果では、色調の差異が表面凹凸を表しており、すなわち色調の差異（色のばらつき）が大きいほど表面凹凸が大きいことを示し、色調の差異が小さいほど表面凹凸が小さいことを示している。
【００７１】
図１０および図１１に示した結果から判るように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在している本発明の薄膜コンデンサ（図１０参照）では、全体に渡って色調がほぼ均一であり、すなわち誘電体層の表面凹凸が小さい（誘電体層の表面平坦性が高い）様子が観察されたが、下部電極層との誘電体層との間にバッファ層が介在していない比較例の薄膜コンデンサ（図１１参照）では、全体に渡って色調がばらついており、すなわち誘電体層の表面凹凸が大きい（誘電体層の表面平坦性が低い）様子が観察された。具体的には、誘電体層の表面粗さＲａは、本発明の薄膜コンデンサにおいてＲａ＝２．７０ｎｍであるのに対して比較例の薄膜コンデンサにおいてＲａ＝２０．０ｎｍであり、比較例よりも本発明において著しく小さくなった。なお、確認までに、誘電体層の形成前段階における下部電極層およびバッファ層のそれぞれの表面状態も併せて観察したところ、図１２に示したように、下部電極層では表面凹凸が小さく（下部電極層の表面平坦性が高く）、図１３に示したように、バッファ層でもやはり表面凹凸が小さかった（バッファ層の表面平坦性が高かった）。具体的には、表面粗さＲａは、下部電極層においてＲａ＝０．８３１ｎｍであり、バッファ層においてＲａ＝１．１１ｎｍであった。すなわち、本発明の薄膜コンデンサでは、下部電極層上にバッファ層を介して誘電体層を形成することにより、下部電極層およびバッファ層の双方が平坦な場合に誘電体層も平坦化されるのに対して、比較例の薄膜コンデンサでは、下部電極層上に誘電体層を形成することにより、下部電極層が平坦であっても誘電体層が平坦化されない。このことから、本発明の薄膜コンデンサでは、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していることにより、誘電体層が平坦化され、すなわちｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態が制御されることが確認された。
【００７２】
最後に、無機ＥＬデバイスの発光特性を調べたところ、表１に示した結果が得られた。表１は無機ＥＬデバイスの発光試験結果を表しており、「本発明」は本発明の無機ＥＬデバイスの試験結果を示し、「比較例」は比較例の無機ＥＬデバイスの試験結果を示している。無機ＥＬデバイスの発光試験としては、下部電極層と上部電極層との間に駆動周波数＝１ｋＨｚ，印加電圧波形＝パルス（パルス幅＝５０μＳ），駆動電圧＝６０Ｖの交流電圧を印加することにより、発光層の「発光の有無」を調べた。なお、「発光の有無」中の「○」は発光有りを表し、「×」は発光無しを表している。
【００７３】
【表１】
2006073685.tif 000003
【００７４】
表１に示した結果から判るように、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在している本発明の無機ＥＬデバイスでは、発光層が橙色に発光したのに対して、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していない無機ＥＬデバイスでは、発光が認められなかった。このことから、本発明の無機ＥＬデバイスでは、下部電極層と誘電体層との間にバッファ層が介在していることにより、安定な誘電特性および発光特性が得られることが確認された。
【００７５】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、バッファ層の構成材料として、化学量論的組成式（７）で表される組成を有する導電性セラミックスを例示したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ｃ軸が膜面に対して垂直に配向するように誘電体層の配向状態を制御可能な限り、バッファ層の構成材料は自由に選択可能である。具体的には、例えば、バッファ層の構成材料は、酸化物の他、窒化物などであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る積層体ユニットは、例えば薄膜容量素子（例えば薄膜コンデンサやメモリなど）および光デバイスなどの電子デバイスに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る積層体ユニットの断面構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した積層体ユニットの構成に関する変形例を表す断面図である。
【図３】本発明の積層体ユニットを利用して構成される薄膜容量素子（薄膜コンデンサ）の断面構成を表す断面図である。
【図４】本発明の積層体ユニットを利用して構成される光デバイス（無機ＥＬデバイス）の断面構成を表す断面図である。
【図５】本発明の積層体ユニットのＸ線回折測定結果を表す図である。
【図６】比較例の積層体ユニットのＸ線回折測定結果を表す図である。
【図７】本発明の薄膜コンデンサの周波数特性を表す図である。
【図８】本発明の薄膜コンデンサのＤＣバイアス特性を表す図である。
【図９】本発明の薄膜コンデンサに関する誘電体層の膜厚依存性を表す図である。
【図１０】本発明の薄膜コンデンサのうちの誘電体層の表面状態の観察結果を表す図である。
【図１１】比較例の薄膜コンデンサのうちの誘電体層の表面状態の観察結果を表す図である。
【図１２】本発明の薄膜コンデンサのうちの下部電極層の表面状態の観察結果を表す図である。
【図１３】本発明の薄膜コンデンサのうちのバッファ層の表面状態の観察結果を表す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…基板、２…下地層、３…電極層、４…バッファ層、５…誘電体層、６…電極基板、７…発光層、１０…積層体ユニット、２０…薄膜コンデンサ、３０…無機ＥＬデバイス、３１…下部電極層、３２…上部電極層、３４Ｍ，４５Ｍ…界面、５１…下部誘電体層、５２…上部誘電体層。
【図１】
2006073685.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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