(57)【要約】本発明にかかる積層体ユニットは、溶融石英によって形成された支持基板と、支持基板上に形成され、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなるバッファ層と、バッファ層上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成され、ｃ軸方向に配向された電極層と、電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成され、ｃ軸方向に配向された誘電体層を備えている。このように構成された積層体ユニットは、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体層を有しているから、たとえば、誘電体層上に、上部電極を設けて、薄膜コンデンサを作製し、電極層と上部電極との間に電圧を印加したときに、電界の方向が誘電体層に含まれているビスマス層状化合物のｃ軸とほぼ一致し、したがって、誘電体層に含まれているビスマス層状化合物の強誘電体としての性質を抑制して、常誘電体としての性質を十分に発揮させることが可能になるから、小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを作製することが可能になる。
2004077463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上で、結晶がエピタキシャル成長しない材料によって、形成された支持基板上に、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層を形成することができる材料によって形成され、［００１］方位に配向されたバッファ層と、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成され、［００１］方位に配向された電極層と、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成され、［００１］方位に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層とが、この順に、形成されたことを特徴とする積層体ユニット。
【請求項２】
前記支持基板が、アモルファス性基板、多結晶基板および耐熱ガラス基板よりなる群から選ばれた材料によって形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
【請求項３】
前記バッファ層が、ビスマス層状化合物およびＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体を含む層状化合物からなる群から選ばれた化合物を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
【請求項４】
前記バッファ層が、ビスマス層状化合物およびＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体を含む層状化合物からなる群から選ばれた化合物を含んでいることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の積層体ユニット。
【請求項５】
前記バッファ層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の積層体ユニット。
【請求項６】
前記バッファ層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の積層体ユニット。
【請求項７】
前記電極層が、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
【請求項８】
前記電極層が、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属を含んでいることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の積層体ユニット。
【請求項９】
前記電極層が、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の積層体ユニット。
【請求項１０】
前記電極層が、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属を含んでいることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の積層体ユニット。
【請求項１１】
前記電極層が、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属を含んでいることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の積層体ユニット。
【請求項１２】
前記電極層が、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）からなる群より選ばれた少なくとも一つの金属を含んでいることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の積層体ユニット。
【請求項１３】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の積層体ユニット。
【請求項１４】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の積層体ユニット。
【請求項１５】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の積層体ユニット。
【請求項１６】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の積層体ユニット。
【請求項１７】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の積層体ユニット。
【請求項１８】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の積層体ユニット。
【請求項１９】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の積層体ユニット。
【請求項２０】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の積層体ユニット。
【請求項２１】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の積層体ユニット。
【請求項２２】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の積層体ユニット。
【請求項２３】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の積層体ユニット。
【請求項２４】
前記誘電体層が、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有するビスマス層状化合物（記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。）を含んでいることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の積層体ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、電極層および誘電体層を含む積層体ユニットに関するものであり、とくに、小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを作製するのに好適であるとともに、高輝度の無機ＥＬ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイスを作製するのに適した積層体ユニットに関するものである。
【背景技術】  近年、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）に代表されるＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）の動作周波数はますます向上している。動作周波数の高いＬＳＩは、非常に電源ノイズが発生しやすく、電源ノイズが発生すると、電源配線の寄生抵抗および寄生インダクタンスの影響によって、電圧降下が生じるため、ＬＳＩを誤動作させる原因となる。
電源ノイズに起因するこのような電圧降下を防止するため、一般に、ＬＳＩの電源端子間には、デカップリングコンデンサが接続される。ＬＳＩの電源端子間に、デカップリングコンデンサを接続すれば、電源配線のインピーダンスが低下するため、電源ノイズに起因する電圧降下を効果的に抑制することができる。
電源配線に要求されるインピーダンスは、ＬＳＩの動作電圧に比例するとともに、ＬＳＩの集積度、スイッチング電流および動作周波数に反比例する。したがって、集積度が高く、動作電圧が低く、動作周波数が高い近年のＬＳＩにおいては、電源配線に要求されるインピーダンスは非常に小さい。
このようなインピーダンスを達成するためには、デカップリングコンデンサを大容量化するとともに、ＬＳＩの電源端子とデカップリングコンデンサとを接続する配線のインダクタンスを十分に小さくする必要がある。
大容量のデカップリングコンデンサとしては、電解コンデンサや積層セラミックコンデンサが一般に用いられる。しかしながら、電解コンデンサや積層セラミックコンデンサは比較的サイズが大きいため、ＬＳＩとの一体化が困難である。したがって、ＬＳＩとは別個に、回路基板に実装する必要が生じ、ＬＳＩの電源端子とデカップリングコンデンサとを接続する配線が必然的に長くなってしまう。その結果、デカップリングコンデンサとして、電解コンデンサや積層セラミックコンデンサを用いた場合には、ＬＳＩの電源端子とデカップリングコンデンサとを接続する配線のインダクタンスを小さくすることが困難であるという問題があった。
ＬＳＩの電源端子とデカップリングコンデンサとを接続する配線をより短くするためには、電解コンデンサや積層セラミックコンデンサよりも小型な薄膜コンデンサを用いることが好適である。
日本国公開特許公報第２００１−１５３８２号は、誘電体の材料として、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）、Ｔａ２Ｏ５などを用いた小型で、容量の大きい薄膜コンデンサを開示している。
しかしながら、これらの材料によって、形成された薄膜コンデンサは、温度特性が劣るという欠点を有している。たとえば、ＢＳＴの誘電率は、−１０００〜−４０００ｐｐｍ／℃の温度依存性を有しているため、誘電体の材料として、ＢＳＴを用いた場合には、８０℃での静電容量が、２０℃での静電容量と比べて、−６〜−２４％も変化する。したがって、ＢＳＴを用いて、形成された薄膜コンデンサは、電力消費に伴う発熱によって、周囲の温度がしばしば８０℃以上に達することがある動作周波数の高いＬＳＩ用のデカップリングコンデンサとしては、適当ではない。
さらに、これらの材料によって、形成された誘電体薄膜は、その厚みが薄くなると、誘電率が低下するだけでなく、たとえば、１００ｋＶ／ｃｍの電界を加えた場合に、静電容量が大きく低下するという問題があり、これらの材料を、薄膜コンデンサの誘電体材料として、用いた場合には、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを得ることは困難である。
加えて、これらの材料によって、形成された誘電体薄膜は、表面平滑性が低いため、その厚みを薄くすると、絶縁不良などが生じやすくなるという問題もある。
このような問題を解決するためには、薄膜コンデンサの誘電体として、ビスマス層状化合物を用いることが考えられる。ビスマス層状化合物については、竹中正著「ビスマス層状構造強誘電体セラミックスの粒子配向とその圧電・焦電材料への応用」、京都大学工学博士論文（１９８４）の第３章の第２３〜３６頁に記載されている。
ビスマス層状化合物は結晶構造に異方性を有しており、基本的に、強誘電体としての性質を示すが、ある配向軸方向については、強誘電体としての性質が小さく、常誘電体としての性質を示すことが知られている。
ビスマス層状化合物が持つ強誘電体としての性質は、ビスマス層状化合物を、薄膜コンデンサの誘電体として利用する場合には、誘電率の変動をもたらすため、好ましくなく、ビスマス層状化合物の常誘電体としての性質が十分に発揮されることが好ましい。
よって、ビスマス層状化合物の強誘電体としての性質が小さく、常誘電体としての性質を示す配向軸方向に、ビスマス層状化合物が配向された誘電体層を備え、小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサの開発が望まれている。
他方、高輝度の無機ＥＬ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイスを作製するには、電極と、無機ＥＬ素子との間に、絶縁性の高い絶縁層を設けることが要求されており、ビスマス層状化合物の強誘電体としての性質が小さく、常誘電体としての性質を示す配向軸方向に、ビスマス層状化合物が配向された誘電体層を備えた高輝度の無機ＥＬデバイスの開発が望まれている。
【発明の開示】
したがって、本発明は、小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを作製するのに好適であるとともに、高輝度の無機ＥＬ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイスを作製するのに適した積層体ユニットを提供することを目的とするものである。
本発明のかかる目的およびその他の目的は、その上で、結晶がエピタキシャル成長しない材料によって、形成された支持基板上に、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層を形成することができる材料によって形成され、［００１］方位に配向されたバッファ層と、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成され、［００１］方位に配向された電極層と、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成され、［００１］方位に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層とが、この順に、形成された積層体ユニットによって達成される。
ここに、［００１］方位とは、立方晶、正方晶、単斜晶および斜方晶における［００１］方位のことをいう。
本発明によれば、電極層は、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層を形成することができる材料により形成され、［００１］方位に配向されたバッファ層上に、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成されるから、電極層を、確実に、［００１］方位に配向させることができる。
さらに、本発明によれば、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層は、［００１］方位に配向された電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料を、エピタキシャル成長させて、形成されるから、誘電体層を、容易に、［００１］方位に配向させ、ｃ軸配向性を向上させることが可能になる。
したがって、本発明によれば、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物のｃ軸を、電極層に対して、垂直に配向させることが可能になるから、たとえば、誘電体層上に、上部電極を設け、電極層と上部電極との間に電圧を印加した場合に、電界の方向が、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物のｃ軸とほぼ一致し、したがって、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物の強誘電体としての性質を抑制して、常誘電体としての性質を十分に発揮させることが可能になるから、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを作製することが可能になる。
さらに、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層は高い絶縁性を有しているから、誘電体層を薄膜化することができ、したがって、本発明によれば、薄膜コンデンサを、より一層小型化することが可能になる。
また、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層は高い絶縁性を有しているから、本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層上に、無機ＥＬ素子を配置するとともに、無機ＥＬ素子上に、別の電極を配置し、電極層と別の電極との間に電圧を加えることによって、無機ＥＬ素子を、所望のように、発光させることが可能になり、高輝度の無機ＥＬデバイスを作製することができる。
本発明において、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料は、不可避的な不純物を含んでいてもよい。
本発明において、支持基板は、その上で、結晶がエピタキシャル成長しない材料によって、形成されていれば足り、その材料はとくに限定されるものではなく、支持基板として、溶融石英などのアモルファス性基板、セラミックスなどの多結晶基板、耐熱ガラス基板、樹脂基板などを用いることができる。
本発明において、積層体ユニットは、支持基板上に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたバッファ層を備えている。バッファ層は、その上に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層を容易に形成できるように保証する機能を有している。
溶融石英などによって形成された支持基板に、白金などよりなる電極層を直接形成する場合には、電極層が、［１１１］方位に配向しやすいため、電極層上に、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層を形成し、ビスマス層状化合物を［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることがきわめて困難になる。しかしながら、本発明においては、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層を形成することができる材料により形成され、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたバッファ層上に、電極層が形成されるから、確実に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層を形成することが可能になる。
本発明において、バッファ層を形成するための材料は、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層を形成することができる材料であれば、とくに限定されるものではなく、ビスマス層状化合物や、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体を含む層状化合物が、バッファ層を形成するために、好ましく使用される。
ビスマス層状化合物は、化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋１）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａｍ−１ＢｍＯ３ｍ＋３で表わされる組成を有している。ここに、化学量論的組成式中の記号ｍは正の整数であり、記号Ａ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素であり、記号Ｂ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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素である。記号Ａおよび／またはＢを２つ以上の元素で構成する場合、それらの比率は任意である。
第１図に示されるように、ビスマス層状化合物は、それぞれがＡＢＯ３１ａで構成される（ｍ−１）個のペロブスカイト格子が連なった層状ペロブスカイト層１と、（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２とが、交互に積層された層状構造を有している。
層状ペロブスカイト層１と（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２の積層数は、とくに限定されるものではなく、少なくとも一対の（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２と、これらに挟まれた一つの層状ペロブスカイト層１を備えていれば十分である。
ビスマス層状化合物のｃ軸とは、一対の（Ｂｉ２Ｏ２）２＋層２同士を結ぶ方向、すなわち、［００１］方位を意味する。
ビスマス層状化合物の中では、ｍ＝３である化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａ２Ｂ３Ｏ１０）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａ２Ｂ３Ｏ１２で表わされるビスマス層状化合物が、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方位に配向させやすいため、最も好ましく用いられる。
また、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体を含む層状化合物としては、化学量論的組成式：ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ２ｎ＋４で表わされる化合物が、バッファ層を形成するために、好ましく使用される。
本発明において、バッファ層に含まれている異方性を有する材料の［００１］方位の配向度、すなわち、ｃ軸配向度Ｆが１００％であることは必ずしも必要でなく、ｃ軸配向度Ｆが８０％以上であればよい。ｃ軸配向度Ｆが９０％であることが好ましく、ｃ軸配向度Ｆが９５％以上であると、より好ましい。
ここに、異方性を有する材料のｃ軸配向度Ｆは、次式（１）によって定義される。
Ｆ（％）＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）×１００  …（１）
式（１）において、Ｐ０は、完全にランダムな配向をしている異方性を有する材料のｃ軸配向比、すなわち、完全にランダムな配向をしている異方性を有する材料の（００１）面からの反射強度Ｉ０（００１）の合計ΣＩ０（００１）と、その異方性を有する材料の各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ０（ｈｋｌ）の合計ΣＩ０（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ０（００１）／ΣＩ０（ｈｋｌ）｝）であり、Ｐは、Ｘ線回折強度を用いて算出された異方性を有する材料のｃ軸配向比、すなわち、異方性を有する材料の（００１）面からの反射強度Ｉ（００１）の合計ΣＩ（００１）と、異方性を有する材料の各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ（００１）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝）である。ここに、ｈ、ｋ、ｌは、それぞれ、０以上の任意の整数値を取ることができる。
ここに、Ｐ０は既知の定数であるから、（００１）面からの反射強度Ｉ（００１）の合計ΣＩ（００１）と、各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）が等しいとき、すなわち、Ｐ＝１のときに、異方性を有する材料のｃ軸配向度Ｆは１００％となる。
本発明において、バッファ層は、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（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）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの各種薄膜形成法を用いて、形成することができる。とくに低温で、バッファ層を形成する必要がある場合には、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ、光ＣＳＤ、レーザーＣＳＤ法を用いることが好ましい。
本発明において、積層体ユニットは、バッファ層上に、導電性材料よりなる［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層を備えている。
本発明においては、電極層は、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層を形成することができる材料により形成され、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたバッファ層上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成されるから、電極層を、確実に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることができる。
本発明において、電極層を形成するための材料は、とくに限定されるものではなく、白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属およびこれらを主成分とする合金や、ＮｄＯ、ＮｂＯ、ＲｈＯ２、ＯｓＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＭｏＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＶＯ３、ＳｒＣｒＯ３、ＳｒＣｏＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３などの導電性酸化物およびこれらの混合物を用いることができる。
好ましくは、これらの中から、バッファ層を形成している異方性を有する材料および誘電体層を形成するビスマス層状化合物との格子整合性に優れた材料が選択される。
本発明において、電極層は、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（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）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの各種薄膜形成法を用いて、形成することができる。
本発明において、積層体ユニットは、電極層上に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層を備えている。
本発明において、誘電体層は、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料を、電極層上で、エピタキシャル成長させることによって形成される。
誘電体層は、［００１］方位に配向されている電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成されるから、誘電体層に含まれているビスマス層状化合物を、確実に、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることができ、したがって、本発明にかかる積層体ユニットを用いて、薄膜コンデンサを構成したときに、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物は、強誘電体としてではなく、常誘電体として機能するから、本発明にかかる積層体ユニットを用いて、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを作製することが可能になる。
本発明において、誘電体層に含まれているビスマス層状化合物の［００１］方位の配向度、すなわち、ｃ軸配向度Ｆが１００％であることは必ずしも必要でなく、ｃ軸配向度Ｆが８０％以上であればよい。ｃ軸配向度Ｆが９０％であることが好ましく、ｃ軸配向度Ｆが９５％以上であると、より好ましい。
ビスマス層状化合物のｃ軸配向度Ｆは、式（１）によって定義される。
このように、ビスマス層状化合物を、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向させることによって、誘電体層の誘電特性を大幅に向上させることが可能になる。
すなわち、本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層上に、たとえば、上部電極を形成して、薄膜コンデンサを作製した場合、誘電体層の膜厚をたとえば１００ｎｍ以下にしても、比較的高い誘電率と低い損失（ｔａｎδ）を有する薄膜コンデンサを得ることができ、リーク特性に優れ、耐圧が向上し、誘電率の温度特性に優れ、表面平滑性にも優れた薄膜コンデンサを得ることが可能になる。
本発明において、誘電体層を形成するためのビスマス層状化合物としては、バッファ層を形成するために使用可能なビスマス層状化合物のうち、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物を用いることができ、コンデンサ材料としての特性に優れていれば、とくに限定されるものではないが、ｍ＝４の化学量論的組成式：（Ｂｉ２Ｏ２）２＋（Ａ３Ｂ４Ｏ１３）２−、あるいは、Ｂｉ２Ａ３Ｂ４Ｏ１５で表わされるビスマス層状化合物がコンデンサ材料としての特性に優れ、好ましく使用される。
本発明において、とくに好ましくは、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物が、化学量論的組成式：ＣａｘＳｒ（１−ｘ）Ｂｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有している。ここに、０≦ｘ≦１である。このような組成を有するビスマス層状化合物を用いると、比較的大きな誘電率を有する誘電体層が得られるとともに、その温度特性がさらに向上する。
本発明において、誘電体層に含まれるビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、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）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素Ｒｅ（イットリウム（Ｙ）または希土類元素）によって置換されていることが好ましい。
元素Ｒｅによって、置換する場合には、好ましい置換量は、ｍの値により異なるが、たとえば、ｍ＝３のときは、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ａ２−ｘＲｅｘＢ３Ｏ１２において、好ましくは、０．４≦ｘ≦１．８であり、より好ましくは、１．０≦ｘ≦１．４である。元素Ｒｅによる置換量をこの範囲に設定すれば、誘電体層のキュリー温度（強誘電体から常誘電体への相転移温度）を、好ましくは、−１００℃以上、１００℃以下、より好ましくは、−５０℃以上、５０℃以下に収めることが可能となる。キュリー点が−１００℃ないし＋１００℃であると、誘電体層の誘電率が向上する。キュリー温度は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）などによって測定することができる。なお、キュリー点が室温（２５℃）未満になると、ｔａｎδがさらに減少し、その結果、損失Ｑ値がさらに上昇する。
また、ｍ＝４の場合には、化学量論的組成式：Ｂｉ２Ａ３−ｘＲｅｘＢ４Ｏ１５において、好ましくは、０．０１≦ｘ≦２．０であり、より好ましくは、０．１≦ｘ≦１．０である。
本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層は、優れたリーク特性を有しているが、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、元素Ｒｅによって、置換されている場合には、誘電体層のリーク特性を一層向上させることができ、好ましい。
たとえば、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、元素Ｒｅによって、置換されていない場合においても、本発明にかかる積層体ユニットの誘電体層は、電界強度５０ｋＶ／ｃｍで測定したときのリーク電流を、好ましくは、１×１０−７Ａ／ｃｍ２以下、より好ましくは、５×１０−８Ａ／ｃｍ２以下に抑制することができ、しかも、ショート率を、好ましくは、１０％以下、より好ましくは、５％以下にすることができるが、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式中の記号ＡまたはＢで表わされる元素の一部が、元素Ｒｅによって、置換されている場合には、同条件で測定したときのリーク電流を、好ましくは、５×１０−８Ａ／ｃｍ２以下、より好ましくは、１×１０−８Ａ／ｃｍ２以下にすることができ、ショート率を、好ましくは、５％以下、より好ましくは、３％以下にすることができる。
本発明において、誘電体層は、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（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）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの各種薄膜形成法を用いて、形成することができる。とくに低温で、誘電体層を形成する必要がある場合には、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ、光ＣＳＤ、レーザーＣＳＤ法を用いることが好ましい。
本発明の前記およびその他の目的や特徴は、添付図面に基づいた以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】  第１図は、ビスマス層状化合物の構造を模式的に示す図である。
第２図は、本発明の好ましい実施態様にかかる積層体ユニットの略一部断面図である。
第３図は、本発明の好ましい実施態様にかかる積層体ユニットを用いて、作製された薄膜コンデンサの略一部断面図である。
発明の好ましい実施態様の説明
以下、添付図面に基づき、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
第２図は、本発明の好ましい実施態様にかかる積層体ユニットの略一部断面図である。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、支持基板２上に、バッファ層３、電極層４および誘電体層５が、この順に、積層されて、形成されている。
本実施態様において、積層体ユニット１の支持基板２は、溶融石英によって形成されている。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、支持基板２上に、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなるバッファ層３を備えている。
本実施態様においては、バッファ層３を形成するためのビスマス層状化合物として、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２によって表わされる組成を有する配向性の高いビスマス層状化合物が選択されており、バッファ層３に含まれているビスマス層状化合物は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されている。
本実施態様において、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなるバッファ層３は、たとえば、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）によって形成される。
有機金属化学気相成長法を用いて、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなるバッファ層３を形成する場合には、たとえば、原料として、Ｂｉ（ＣＨ３）３およびＴｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４を用い、支持基板２の温度を５５０℃に保持して、５０ｎｍの厚さを有し、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたバッファ層３が形成される。
本実施態様において、バッファ層３は、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層４を形成することができるように、保証する機能を有している。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、バッファ層３上に形成された白金よりなる電極層４を備えている。
白金よりなる電極層４は、たとえば、スパッタリングガスとして、１パスカル（Ｐａ）の圧力のアルゴンガスを用い、バッファ層３の温度を４００℃、電力を１００Ｗに設定して、スパッタリング法によって、バッファ層３上に、１００ｎｍの厚さに形成される。
白金は立方晶構造を有しているため、溶融石英よりなる支持基板２上に、白金よりなる電極層４を形成する場合には、白金は、最も安定な［１１１］方位に配向してしまい、電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させても、ビスマス層状化合物を、［００１］方位に配向させることはできない。したがって、誘電体層５に含まれたビスマス層状化合物を、強誘電体としてではなく、常誘電体として機能させることができず、積層体ユニット１を用いて、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを作製することは不可能である。
しかしながら、本実施態様においては、バッファ層３は、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層４を形成することができるＢｉ４Ｔｉ３Ｏ１２で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成され、かつ、バッファ層３に含まれているビスマス層状化合物は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されているから、白金を、確実に、エピタキシャル成長させて、［００１］方位に配向した電極層４を形成することが可能になる。
第２図に示されるように、本実施態様にかかる積層体ユニット１は、電極層４上に形成された誘電体層５を備えている。
本実施態様において、誘電体層５は、ビスマス層状化合物の化学量論的組成式において、ｍ＝４、Ａ３＝Ｂｉ２＋Ｓｒとした化学量論的組成式：ＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされ、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成されている。
本実施態様においては、誘電体層５は、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって、電極層４上に形成される。
具体的には、２−エチルヘキサン酸Ｓｒのトルエン溶液と、２−エチルヘキサン酸Ｂｉの２−エチルヘキサン酸溶液と、２−エチルヘキサン酸Ｔｉのトルエン溶液を、２−エチルヘキサン酸Ｓｒが１モル、２−エチルヘキサン酸Ｂｉが４モル、２−エチルヘキサン酸Ｔｉが４モルとなるように、化学量論比で混合し、トルエンで希釈して、得た原料溶液を、スピンコーティング法によって、電極層４上に塗布し、乾燥後、得られた誘電体層５を結晶化させない温度条件で、仮焼成する。
次いで、仮焼成した誘電体層５上に、スピンコーティング法によって、同じ原料溶液を塗布して、乾燥し、仮焼成し、この操作を繰り返す。
仮焼成が完了すると、誘電体層５が本焼成され、必要な厚さの誘電体層５、たとえば、１００ｎｍの厚さの誘電体層５が得られるまで、塗布、乾燥、仮焼成、塗布、乾燥、仮焼成および本焼成よりなる一連の操作が繰り返される。
この過程で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料はエピタキシャル成長し、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された誘電体層５が形成される。
本実施態様によれば、積層体ユニット１は、溶融石英によって形成された支持基板２上に、バッファ層３、電極層４および誘電体層５が積層された構造を有しており、電極層４は、異方性があり、かつ、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、電極層４を形成することができる材料によって形成され、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたバッファ層３上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成されるから、電極層４を、確実に、［００１］方位に配向させることが可能になる。
また、本実施態様によれば、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層５は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向された電極層４上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させて、形成されるから、誘電体層５を、確実に、［００１］方位に配向させ、ｃ軸配向性を向上させることが可能になる。
したがって、本実施態様によれば、積層体ユニット１は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５を有しているから、たとえば、本実施態様にかかる積層体ユニット１の誘電体層５上に、上部電極を設けて、薄膜コンデンサを作製し、電極層４と上部電極との間に電圧を印加したときに、電界の方向が誘電体層５に含まれているビスマス層状化合物のｃ軸とほぼ一致し、したがって、誘電体層５に含まれているビスマス層状化合物の強誘電体としての性質を抑制して、常誘電体としての性質を十分に発揮させることが可能になるから、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサを作製することが可能になる。
さらに、本実施態様によれば、積層体ユニット１は、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５を有し、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体層５は高い絶縁性を有しているから、誘電体層５を薄膜化することができ、したがって、薄膜コンデンサを、より一層小型化することが可能になる。
また、本実施態様によれば、５０ｎｍの厚さのバッファ層３は、その上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、［００１］方位に、すなわち、ｃ軸方向に配向した電極層４を確実に形成するために、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）によって形成されるように構成されている一方で、その上で、何の層もエピタキシャル成長させる必要がなく、バッファ層３よりも厚さが大きい誘電体層５は、安価なプロセスである有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって、形成されるように構成されているから、積層体ユニット１の製造コストを低減させることが可能になる。
第３図は、本発明の好ましい実施態様にかかる積層体ユニット１を用いて、作製された薄膜コンデンサの略一部断面図である。
第３図に示されるように、薄膜コンデンサ１０は、第２図に示された積層体ユニット１と、積層体ユニット１の誘電体層５上に形成された上部電極層１１を備えている。
本実施態様において、積層体ユニット１の支持基板２は、薄膜コンデンサ１０全体の機械的強度を確保する機能を有している。
また、積層体ユニット１の電極層４は、薄膜コンデンサ１０の下部電極層としての機能を有するとともに、誘電体層５に含まれたビスマス層状化合物のｃ軸を、電界に対して、実質的に平行に配向させるための下地としての機能を有している。
本実施態様において、積層体ユニット１の誘電体層５は、薄膜コンデンサ１０の誘電体層としての機能を有している。
本実施態様においては、積層体ユニット１の誘電体層５上に、薄膜コンデンサ１０の他方の電極として、機能する上部電極層１１が形成されている。
上部電極層１１の形成方法は、とくに限定されるものではなく、積層体ユニット１の電極層４を形成するのに用いた方法はすべて、利用可能であるが、成膜速度の面から、スパッタリング法によって、上部電極層１１を形成することが好ましい。
上部電極層１１を形成する材料は、導電性を有していれば、とくに限定されるものではなく、積層体ユニット１の電極層４を形成するために用いられる材料はすべて使用可能である。さらに、積層体ユニット１の電極層４とは異なり、上部電極層１１を形成するための材料としては、バッファ層３を形成する材料および誘電体層５を形成する材料との格子整合性を考慮する必要がなく、室温における成膜も可能であるから、積層体ユニット１の電極層４を形成するために用いられる材料に加えて、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）などの卑金属や、ＷＳｉ、ＭｏＳｉなどの合金も使用することができる。上部電極層１１の厚さとしては、薄膜コンデンサ１０の他方の電極としての機能を確保可能であれば、とくに限定されるものではなく、たとえば、１０ないし１００００ｎｍ程度に設定することができる。
以上のように構成された薄膜コンデンサ１０においては、誘電体層５に含まれたビスマス層状化合物は、そのｃ軸が、電極層４および上部電極層１１に対して、実質的に垂直方向に配向されている。したがって、電極層４と上部電極層１１との間に電界が印加されたとき、電界の方向が、誘電体層５に含まれたビスマス層状化合物のｃ軸とほぼ一致するから、誘電体層５に含まれたビスマス層状化合物の強誘電体としての性質を抑制して、常誘電体としての性質を十分に発揮させることが可能になり、小型で、かつ、大容量の薄膜コンデンサ１０を得ることが可能になる。
このような特性を有する薄膜コンデンサ１０は、デカップリングコンデンサ、とくに、動作周波数の高いＬＳＩ用のデカップリングコンデンサとして、好ましく利用することができる。
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
たとえば、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、支持基板２上に、バッファ層３、電極層４および誘電体層５が、この順に、積層されて、形成されているが、積層体ユニット１は、さらに、誘電体層５上に、それぞれが、少なくとも、電極層４および誘電体層５を含む複数の単位積層体が、積層されて形成されていてもよく、最上の単位積層体の誘電体層５上に、上部電極を形成することによって、薄膜コンデンサを形成するようにしてもよい。ただし、積層体ユニット１が、誘電体層５上に、さらに、複数の単位積層体が積層されて形成されている場合に、単位積層体に含まれる電極層が、誘電体層５上で、導電性材料の結晶をエピタキシャル成長させて、形成されていないときは、電極層上で、ビスマス層状化合物を含む誘電体材料をエピタキシャル成長させても、ビスマス層状化合物を［００１］方位に配向させることが困難で、［００１］方位に配向されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層５を形成することが困難であるから、単位積層体を、電極層、電極層上に形成されたバッファ層およびビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成され、バッファ層上に形成された誘電体層５によって構成することが要求される。さらに、電極層４および誘電体層５によって構成された１または２以上の単位積層体と、電極層、電極層上に形成されたバッファ層およびビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成され、バッファ層上に形成された誘電体層５によって構成された１または２以上の単位積層体を、誘電体層５上に、任意の順序で、積層し、最上の単位積層体の誘電体層５上に、上部電極を形成することによって、薄膜コンデンサを形成するようにしてもよい。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１の支持基板２は、溶融石英によって形成されているが、溶融石英によって形成された支持基板２を用いることは必ずしも必要でなく、その上で、結晶がエピタキシャル成長しない材料であれば、支持基板２を形成するための材料はとくに限定されるものではなく、たとえば、溶融石英によって形成された支持基板２に代えて、他のアモルファス性基板を用いることもできるし、さらには、セラミックスなどの多結晶基板や耐熱ガラス基板、樹脂基板など用いることもできる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１の支持基板２上に、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２によって表わされる組成を有する配向性に優れたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、バッファ層３が形成されているが、バッファ層３を、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２によって表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成することは必ずしも必要でなく、異方性があり、その上で、導電性材料をエピタキシャル成長させて、電極層４を形成することができる材料によって、バッファ層３が形成されていればよく、他のビスマス層状化合物によって、バッファ層３を形成することもできるし、また、ＣｕＯ２面を有する銅酸化物超伝導体を含む層状化合物によって、バッファ層３を形成するようにしてもよい。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１のバッファ層３は、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）によって、形成されているが、バッファ層３を、有機金属化学気相成長法によって形成することは必ずしも必要でなく、バッファ層３を、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの他の薄膜形成法を用いて、形成することもできる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、バッファ層３上に形成された白金よりなる電極層４を備えているが、白金によって、電極層４を形成することは必ずしも必要でなく、導電性を有し、バッファ層３を形成している材料および誘電体層５を形成する材料との格子整合性に優れた材料であれば、電極層４を形成する材料は、格別限定されるものではなく、白金（Ｐｔ）に代えて、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）などの金属およびこれらを主成分とする合金や、ＮｄＯ、ＮｂＯ、ＲｈＯ２、ＯｓＯ２、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＭｏＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＶＯ３、ＳｒＣｒＯ３、ＳｒＣｏＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＮｂドープＳｒＴｉＯ３などの導電性酸化物およびびこれらの混合物を用いて、電極層４を形成することもできる。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１の電極層４は、スパッタリング法によって形成されているが、電極層４をスパッタリング法によって形成することは必ずしも必要でなく、スパッタリング法に代えて、真空蒸着法、パルスレーザー蒸着法（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）やゾル・ゲル法などの液相法（ＣＳＤ法）などの他の薄膜形成法によって、電極層４を形成することもできる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、電極層４上に、ｍ＝４のＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有するコンデンサ特性に優れたビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって形成された誘電体層５を備えているが、電極層４上に、ｍ＝４のＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５で表わされる組成を有するビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、誘電体層５を形成することは必ずしも必要でなく、コンデンサ材料としての特性に優れたビスマス層状化合物であれば、ｍが４以外のビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、誘電体層５を形成することもでき、さらに、構成元素を異にする他のビスマス層状化合物を含む誘電体材料によって、誘電体層５を形成することもできる。
さらに、前記実施態様においては、積層体ユニット１の誘電体層５は、有機金属分解法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＤ）によって形成されているが、誘電体層５を、有機金属分解法によって形成することは必ずしも必要でなく、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ）、有機金属化学気相成長法（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）、ゾル・ゲル法などの他の液相法（ＣＳＤ法）などの他の薄膜形成法によって、誘電体層５を形成することもできる。
また、前記実施態様においては、積層体ユニット１は、薄膜コンデンサの構成部品として、用いられているが、積層体ユニット１は、薄膜コンデンサの構成部品としてだけでなく、無機ＥＬ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を高輝度に発光させるための積層体ユニットとして用いることもできる。すなわち、無機ＥＬ素子を高輝度に発光させるためには、電極層４と、無機ＥＬ素子との間に、絶縁性の高い絶縁層が必要であるが、ｃ軸配向性が向上されたビスマス層状化合物を含む誘電体材料よりなる誘電体層５は高い絶縁性を有しており、したがって、誘電体層５上に、無機ＥＬ素子を配置するとともに、無機ＥＬ素子上に、別の電極を配置し、電極層４と別の電極との間に、電圧を印加することによって、無機ＥＬ素子を、所望のように、発光させることが可能になる。
本発明によれば、本発明は、小型で、かつ、大容量の誘電特性に優れた薄膜コンデンサを作製するのに好適であるとともに、高輝度の無機ＥＬ（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）デバイスを作製するのに適した積層体ユニットを提供することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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