(57)【要約】【課題】導電体と誘電体との密着性に優れた誘電体素子を提供する。【解決手段】誘電体素子１０は、第１の導電体１２と、その上に設けられた誘電体１４を有している。第１の導電体と誘電体との間には中間領域１６が形成されている。中間領域では、第１の導電体および誘電体のいずれとも異なる添加物が誘電体と混在している。この添加物は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒのうち一つ以上の元素を含んでいる。【選択図】図１
2007194592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電体と、
前記第１の導電体上に設けられた誘電体と、
前記第１の導電体と前記誘電体との間に位置し、前記第１の導電体および前記誘電体のいずれとも異なる添加物と前記誘電体とが混在する中間領域と、
を備え、
前記添加物は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒのうち一つ以上の元素を含んでいる、誘電体素子。
【請求項２】
前記添加物は、スクラッチ法によって計測される前記誘電体の臨界剥離荷重値を高める濃度を前記中間領域において有している、誘電体素子。
【請求項３】
前記第１の導電体は、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡｌ、またはこれらのいずれかを主成分とする合金から構成されている、請求項１または２に記載の誘電体素子。
【請求項４】
前記添加物は、前記元素の酸化物を含んでいる、請求項１〜３のいずれかに記載の誘電体素子。
【請求項５】
前記誘電体上に設けられた第２の導電体を更に備え、
前記第１の導電体は前記添加物を含んでおり、前記元素の前記第１の導電体における濃度は、当該元素がＳｉのときは１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍであり、当該元素がＡｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅまたはＣｒのときは１０ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の誘電体素子。
【請求項６】
第１の導電体と、
前記第１の導電体上に設けられた誘電体と、
前記第１の導電体と前記誘電体との間に位置し、前記第１の導電体および前記誘電体のいずれとも異なる添加物が前記誘電体と混在する中間領域と
を備え、
前記第１の導電体はＮｉから構成されるとともに前記添加物を含んでおり、前記添加物はＳｉを含んでおり、前記第１の導電体におけるＳｉの濃度が１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍである、誘電体素子。
【請求項７】
前記誘電体は酸化物である、請求項１〜６のいずれかに記載の誘電体素子。
【請求項８】
前記誘電体は、ペロブスカイト構造を有しており、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのうち一つ以上の元素を含んでいる、請求項７に記載の誘電体素子。
【請求項９】
前記第１の導電体が金属箔である、請求項１〜８のいずれかに記載の誘電体素子。
【請求項１０】
前記第１の導電体および前記誘電体を支持する基材を更に備える請求項１〜９のいずれかに記載の誘電体素子。
【請求項１１】
Ｓｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒのうち一つ以上の元素を添加物として含む第１の導電体を用意する工程と、
前記第１の導電体上に、前記添加物と異なる材料から構成される誘電体を設ける工程と、
前記第１の導電体および前記誘電体を加熱して、前記第１の導電体と前記誘電体との間に、前記添加物と前記誘電体とが混在する中間領域を形成し、それにより、スクラッチ法によって計測される前記誘電体の臨界剥離荷重値を高める工程と
を備える誘電体素子の製造方法。
【請求項１２】
添加物を含む第１の導電体を用意する工程と、
前記第１の導電体上に、前記添加物と異なる材料から構成される誘電体を設ける工程と、
前記第１の導電体および前記誘電体を加熱して、前記第１の導電体と前記誘電体との間に、前記添加物と前記誘電体とが混在する中間領域を形成する工程と
を備え、
前記第１の導電体はＮｉから構成されており、前記添加物はＳｉを含んでおり、前記第１の導電体におけるＳｉの濃度が１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍである、誘電体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜コンデンサなどの誘電体素子と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属などの導電体上に誘電体が設けられた構造を有する誘電体素子が一般に知られている。誘電体素子の典型的な例は、薄膜コンデンサである。下記の特許文献１には、金属箔上に形成された薄膜コンデンサが開示されている。また、特許文献２には、金属箔上に誘電体膜を設け、更にその誘電体膜上に金属層を形成して薄膜コンデンサを製造する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２０３４５５号公報
【特許文献２】特開２０００−１６４４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
誘電体素子の信頼性を高めるため、誘電体素子中の導電体と、その上に設けられた誘電体との密着性を高めることが要望されている。そこで、本発明は、導電体と誘電体との密着性に優れた誘電体素子およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの側面において、本発明は誘電体素子に関する。この誘電体素子は、第１の導電体と、第１の導電体上に設けられた誘電体と、第１の導電体と誘電体との間に位置し、第１の導電体および誘電体のいずれとも異なる添加物と誘電体とが混在する中間領域とを備えている。この添加物は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒのうち一つ以上の元素を含んでいる。添加物は、スクラッチ法によって計測される誘電体の臨界剥離荷重値を高める濃度を中間領域において有していることが好ましい。中間領域は、第１の導電体と誘電体との境界上の全体に延在していてもよいし、境界上の一部にだけ存在していてもよい。中間領域において上記の元素は、単体として存在していてもよいし、酸化物として存在していてもよい。言い換えると、中間領域は、単体の上記元素または上記元素の酸化物、あるいはその双方を含んでいてもよい。さらには、添加物中の上記元素と誘電体を構成する誘電体材料とが部分的に反応していてもよい。
【０００５】
臨界剥離荷重値は、誘電体を剥離させるために必要な荷重を表しており、これが高いほど、第１の導電体と誘電体との密着性が高いことになる。本発明者らの研究によれば、十分な量の添加物を含む中間領域を第１の導電体と誘電体との間に少なくとも部分的に設けることで、中間領域を有さない誘電体素子に比べて高い臨界剥離荷重値を誘電体に与えることができる。
【０００６】
第１の導電体は、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡｌ、またはこれらのいずれかを主成分とする合金から構成されていてもよい。言い換えると、第１の導電体は、実質的に、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡｌ、およびこれらのいずれかを主成分とする合金から選ばれる少なくとも１種の導電性材料からなるものであってもよい。より具体的には、第１の導電体は、Ｎｉ、ＣｕもしくはＡｌ、およびこれらのいずれかを主成分とする合金から選ばれる少なくとも１種の導電性材料を全体の５０質量％以上含んでいてもよい。添加物は、上述した元素の酸化物を含んでいてもよい。
【０００７】
誘電体素子は、誘電体上に設けられた第２の導電体を更に備えていてもよい。この場合、この誘電体素子をコンデンサとして使用することが可能になる。第１の導電体は上記添加物を含んでいてもよく、この場合、上述した元素の第１の導電体における濃度は、当該元素がＳｉのときは１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍであり、当該元素がＡｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅまたはＣｒのときは１０ｐｐｍ〜３０００ｐｐｍであることが好ましい。これらの元素がこのような濃度で第１の導電体に含まれていると、第１の導電体と、第１の導電体上に設けられた誘電体を加熱することにより中間領域が形成され、誘電体の密着強度が十分に高まるとともに、良好な電気的特性が得られる。
【０００８】
別の側面において、本発明は誘電体素子に関する。この誘電体素子は、第１の導電体と、第１の導電体上に設けられた誘電体と、第１の導電体と誘電体との間に位置し、第１の導電体および誘電体のいずれとも異なる添加物が誘電体と混在する中間領域とを備えている。第１の導電体はＮｉから構成されるとともに添加物を含んでおり、添加物はＳｉを含んでおり、第１の導電体におけるＳｉの濃度は１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍである。第１の導電体および中間領域においてＳｉは、単体として存在していてもよいし、酸化物として存在していてもよい。言い換えると、第１の導電体および中間領域は、単体のＳｉまたはＳｉ酸化物、あるいはその双方を含んでいてもよい。
【０００９】
上記のような濃度のＳｉが第１の導電体に含まれていると、第１の導電体と、第１の導電体上に設けられた誘電体を加熱することにより中間領域が形成され、誘電体の密着性が十分に高まるとともに、誘電体上に第２の導電体を設けてコンデンサを製造したときに良好な電気的特性が得られる。
【００１０】
上記のいずれの誘電体素子においても、誘電体（誘電体材料）として酸化物を使用することができる。この酸化物誘電体の好ましい例は、一般式ＡＢＯ３で表される組成を有するペロブスカイト型の酸化物である。ペロブスカイト型の酸化物としては、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのうち一つ以上の元素を含んでいる酸化物が好ましい。このような酸化物としては、例えば、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ３、（ＢａＳｒ）（ＴｉＺｒ）Ｏ３、およびＢａＴｉＺｒＯ３を挙げることができる。誘電体は、これらの酸化物のうち一つ以上を含んでいてもよい。
【００１１】
第１の導電体は金属箔であってもよい。金属箔は自立可能なので、誘電体を支持する基材として使用することができる。したがって、第１の導電体とは別個に基材を用意する必要はない。ただし、本発明に係る誘電体素子は、第１の導電体および誘電体を支持する基材を更に備えていてもよい。
【００１２】
更に別の側面において、本発明は誘電体素子の製造方法に関する。この方法は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒのうち一つ以上の元素を添加物として含む第１の導電体を用意する工程と、第１の導電体上に、この添加物と異なる材料から構成される誘電体を設ける工程と、第１の導電体および誘電体を加熱して、第１の導電体と誘電体との間に、上記の添加物と誘電体とが混在する中間領域を形成し、それにより、スクラッチ法によって計測される誘電体の臨界剥離荷重値を高める工程とを備えている。中間領域は、第１の導電体と誘電体との境界上の全体に延在していてもよいし、境界上の一部にだけ存在していてもよい。中間領域において上記の元素は、単体として存在していてもよいし、酸化物として存在していてもよい。言い換えると、中間領域は、上記元素の単体もしくは上記元素の酸化物、またはその双方を含んでいてもよい。さらには、添加物中の上記元素と誘電体を構成する誘電体材料とが一部反応していてもよい。
【００１３】
十分な量の添加物を含む中間領域を第１の導電体と誘電体との間に少なくとも部分的に設けることで、中間領域を有さない誘電体素子に比べて高い臨界剥離荷重値を誘電体に与えることができる。
【００１４】
更に別の側面において、本発明は誘電体素子の製造方法に関する。この方法は、添加物を含む第１の導電体を用意する工程と、第１の導電体上に、この添加物と異なる材料から構成される誘電体を設ける工程と、第１の導電体および誘電体を加熱して、第１の導電体と誘電体との間に、上記の添加物と誘電体とが混在する中間領域を形成する工程とを備えている。第１の導電体はＮｉから構成されており、添加物はＳｉを含んでおり、第１の導電体におけるＳｉの濃度が１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍであってもよい。中間領域は、第１の導電体と誘電体との境界上の全体に延在していてもよいし、境界上の一部にだけ存在していてもよい。中間領域においてＳｉは、単体として存在していてもよいし、酸化物として存在していてもよい。言い換えると、中間領域は、Ｓｉの単体もしくはＳｉの酸化物、またはその双方を含んでいてもよい。
【００１５】
上記のような濃度のＳｉが第１の導電体に含まれていると、第１の導電体と、第１の導電体上に設けられた誘電体を加熱することにより中間領域が形成され、誘電体の密着性が十分に高まるとともに、誘電体上に第２の導電体を設けてコンデンサを製造したときに良好な電気的特性が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、導電体と誘電体との密着性に優れた誘電体素子、およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る誘電体素子１０の構造を示す概略断面図である。誘電体素子１０は、第１の導電体である基材１２と、基材１２上に設けられた誘電体膜１４を有している。基材１２は導電性材料から構成される導電体層である。誘電体膜１４は誘電体材料から構成される誘電体である。本実施形態では、基材１２はＮｉ箔であり、誘電体膜１４はＢＳＴ、すなわちチタン酸バリウムストロンチウム（ＢａＳｒ）ＴｉＯ３から構成されている。基材１２は、誘電体膜１４を支持して十分な強度を確保できる程度の厚さを有している。本実施形態では、基材１２の厚さは約１００μｍであり、誘電体膜１４の厚さは約５００ｎｍである。Ｎｉ箔などの金属箔は自立可能なので、誘電体膜１４を支持する基材１２として好適に使用することができる。
【００１９】
基材１２と誘電体膜１４との間には、中間領域１６が形成されている。中間領域１６では、基材１２を構成するＮｉや誘電体膜１４を構成するＢＳＴとは異なる添加物がＢＳＴと混在している。後述するように、この添加物は、基材１２に対する誘電体膜１４の密着性を上昇させる。この添加物は、誘電体膜１４の密着性を１．５倍以上に高めるのに十分な濃度で中間領域１６に含まれていることが好ましい。
【００２０】
以下では、図２及び図３を参照しながら、誘電体素子１０の製造方法を説明する。図２（ａ）に示されるように、まず、基材１２として、圧延法によって製造されたＮｉ箔を用意する。ただし、本発明において、基材１２用の金属箔の製法は圧延法に限られず、他の方法、例えば電解法であってもよい。
【００２１】
本実施形態で使用するＮｉ箔には、十分な量のＳｉが添加されている。このＮｉ箔には、Ｔｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐなど、他の元素も添加されているが、濃度はＳｉが最も高い。これらの添加物は、後述するスクラッチ法によって計測される誘電体膜１４の臨界剥離荷重値を１．５倍以上に高める濃度を有していることが好ましい。添加物の好適な濃度については、後で詳細に説明する。
【００２２】
続いて、図２（ｂ）に示されるように、基材１２上に誘電体膜１４としてＢＳＴ薄膜を形成し、多層構造体１５を製造する。本実施形態では、スパッタ法によってＢＳＴを基材１２上に堆積させて誘電体膜１４を形成する。ただし、本発明において、誘電体膜１４の形成方法はスパッタ法に限定されず、化学溶液法等の他の任意の方法で誘電体膜１４を形成することができる。ここでは、ＢＳＴの組成をＢａ０．７Ｓｒ０．３ＴｉＯ３とする。ただし、ＢａとＳｒの組成比は７：３に限定されるわけではなく、他の組成比を採用することも可能である。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示されるように、多層構造体１５をアニール炉２０に搬入し、高温のガス雰囲気２５中で所定の時間にわたって加熱する。このアニール処理により、誘電体膜１４の結晶性が改善されると共に、基材１２と誘電体膜１４との境界上に中間領域１６が形成される（図３（ｄ））。中間領域１６は、誘電体膜１４を構成するＢＳＴ中に、基材１２中の添加物がアニール処理によって凝集することにより形成される。したがって、中間領域１６では、これらの添加物がＢＳＴと混在している。
【００２４】
基材１２、すなわちＮｉ箔の酸化を防止するため、雰囲気２５としては、還元雰囲気、減圧雰囲気または減圧還元雰囲気を使用する。ここで、減圧雰囲気とは、１気圧（＝１０１３２５Ｐａ）より低い圧力を有する雰囲気を意味し、減圧還元雰囲気とは、１気圧より低い圧力を有する還元雰囲気を意味する。誘電体膜１４の結晶性を十分に改善するために、雰囲気２５の温度は４００℃以上であることが好ましい。本実施形態では、雰囲気２５の温度を８００℃に設定した。
【００２５】
中間領域１６を形成することにより、誘電体素子１０が完成する。なお、中間領域１６は、基材１２と誘電体膜１４との境界上の全体に延在していてもよいし、境界上の一部にだけ存在していてもよい。
【００２６】
誘電体膜１４を構成するＢＳＴには酸素が含まれているので、アニール処理によってＮｉ箔中の添加物が中間領域１６に凝集すると、その添加物は酸素と結合する可能性がある。したがって、中間領域１６中の添加物の少なくとも一部は、酸化物として存在している可能性が高い。
【００２７】
本発明者らは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）を実施し、誘電体素子１０中における元素の分布を測定した。図４は、ＴＥＭを用いて撮影した誘電体素子１０の断面の写真であり、図５および図６は、同じ断面で測定された元素の分布を示している。図５において（ａ）はＢａ、（ｂ）はＴｉ、（ｃ）はＳｒ、（ｄ）はＳｉの分布を示している。図６において（ｅ）はＮｉ、（ｆ）はＰ、（ｇ）はＡｌ、（ｈ）はＯの分布を示している。図５および図６では、各元素が存在する領域が白い斑点で表されている。
【００２８】
これらの図から分かるように、中間領域１６には、基材１２の主成分であるＮｉは殆ど存在せず、ＢＳＴ中の各元素と、Ｎｉ箔中の添加物であるＳｉ、ＰおよびＡｌとが混在している。図６（ｄ）に示されるように中間領域１６の全域にＯが分布しており、したがって、中間領域１６では、Ｓｉ、ＰおよびＡｌの大部分がＯと結合して酸化物になっているものと思われる。
【００２９】
図７は図５中の中間領域１６の一部を拡大した断面の写真であり、図８は同じ断面で測定された元素の分布を示している。図８において（ｉ）はＢａ、（ｊ）はＴｉ、（ｋ）はＳｒ、（ｌ）はＳｉの分布を示している。図８では、各元素が存在する領域が白い斑点で表されている。
【００３０】
図８（ｌ）に示されるようにＳｉは偏析することなく、ＢＳＴ中の各元素と同様にほぼ均一に分布している。したがって、中間領域１６の少なくとも一部では、ＳｉとＢＳＴとが反応しているものと思われる。
【００３１】
本実施形態では、更に、誘電体素子１０を用いて薄膜コンデンサを製造する。なお、薄膜コンデンサも誘電体素子の一つである。具体的には、図３（ｅ）に示されるように、誘電体膜１４上に上部電極１８を形成して、薄膜コンデンサ３０を得る。本実施形態では、上部電極１８はＣｕから構成されている。なお、薄膜コンデンサ３０の下部電極として機能するのは、Ｎｉ箔からなる基材１２である。
【００３２】
本発明者らは、様々な濃度のＳｉが添加された複数のＮｉ圧延箔を用意して、上述の方法により、複数の誘電体素子１０および薄膜コンデンサ３０を製造し、その各々について、誘電体膜１４の密着性と、薄膜コンデンサ３０の電気的な特性、すなわち容量密度（Ｃ／Ａ）およびリーク特性を計測した。なお、容量密度は、（薄膜コンデンサ３０の静電容量）／（電極１８の面積）で定義される。
【００３３】
誘電体膜１４の密着性は、薄膜コンデンサ３０ではなく誘電体素子１０を用いて計測した。この計測は、ＲＨＥＳＣＡ社の超薄膜スクラッチ試験機ＣＳＲ−０２を用いてスクラッチ法により行った。公知のように、スクラッチ法は、一定の曲率半径を有する硬い圧子を、計測すべき膜の表面に押し付け、圧子に加える荷重を増加させつつ膜の表面をひっかき、膜の破壊（例えば、下地材からの膜の剥離）が発生する荷重値を測定する。この荷重値は「臨界剥離荷重値」と呼ばれる。
【００３４】
なお、膜の密着強度は、この臨界荷重値を用いて算出することができる。すなわち、膜の密着強度Ｆは、圧子によって形成された圧痕の周縁部に作用する最大応力として、次の式
【数１】
2007194592.tif 000003
のように表される。ここで、Ｒは圧子の曲率半径であり、Ｈは下地材のブリネル硬度である。
【００３５】
下記の表１は、誘電体膜１４の臨界剥離荷重値および薄膜コンデンサ３０の電気的特性の計測結果を示している。
【００３６】
【表１】
2007194592.tif 000004
【００３７】
この表において「リーク特性」は、室温の下で薄膜コンデンサ３０の下部電極（すなわち、基材１２）および上部電極１８間に３Ｖの電圧を印加したときに発生するリーク電流の電流密度を示している。また、「Ｓｉ濃度」は、Ｎｉ箔に添加されたＳｉの単体の濃度、またはＳｉ酸化物の濃度のＳｉ元素換算値を表している。
【００３８】
表１に示されるように、Ｎｉ箔に添加されたＳｉの濃度が０のとき、すなわちＮｉ箔にＳｉを添加せず、中間領域１６内にＳｉが存在しないとき、誘電体膜１４の臨界剥離荷重値は１０ｍＮであった。これに対し、Ｓｉの濃度が１０ｐｐｍのときは、臨界剥離荷重値が１５ｍＮであり、Ｓｉの濃度が０のときの臨界剥離荷重値に比べて１．５倍に上昇した。Ｓｉの濃度が高まるにつれて臨界剥離荷重値も上昇し、Ｓｉ濃度５０００ｐｐｍおよび１００００ｐｐｍのもとで、２５ｍＮの臨界剥離荷重値が得られた。このように、Ｓｉが存在している中間領域を形成することで、これまで達成されなかった誘電体膜１４の臨界剥離荷重値の１．５倍以上の向上を容易に実現することができる。
【００３９】
その一方で、Ｓｉの濃度が５０００ｐｐｍを超えると、誘電体膜１４の臨界剥離荷重値は高いものの、薄膜コンデンサ３０の電気的特性（より具体的には、容量密度（Ｃ／Ａ）およびリーク特性）が劣化する。これは、ＳｉおよびＳｉ酸化物が誘電体膜１４中に拡散し、場合によりその一部がＢＳＴと反応してＢＳＴの誘電体としての性質を劣化させるためと考えられる。
【００４０】
中間領域１６によって誘電体膜１４の密着性が向上する原因は、現在のところ明らかではない。本発明者は、この原因を解明するため、基材１２と同じ製法により作製したＮｉ圧延箔をアニール処理した後、Ｎｉ圧延箔の表面における添加物の分布をＥＰＭＡ（エレクトロンプローブマイクロアナライザ）を用いて分析した。図９は、ＥＰＭＡによって測定された添加物の分布を示す概略図である。ここで、図９（ａ）はＳｉの分布を示しており、白い領域２２がＳｉ濃度の低い領域、斑点を付した領域２６がＳｉ濃度の高い領域を示している。図９（ｂ）はＡｌの分布を示しており、白い領域２３がＡｌ濃度の低い領域、斑点を付した領域２７がＡｌ濃度の高い領域を示している。図９（ｃ）はＰの分布を示しており、白い領域２４がＰ濃度の低い領域を表し、斑点を付した領域２８がＰ濃度の高い領域を表している。分析に使用したＮｉ箔の厚さは３００μｍである。このＮｉ箔を１２００℃の還元雰囲気（Ｈ２：５０００ｐｐｍ、Ｄｐ＝５０℃）下で１時間加熱した。
【００４１】
図９によれば、上記のアニール処理によってＮｉ箔の表面に添加物が析出すること、および各添加物がＮｉ箔の表面上で不均一な分布を有することが分かる。特に、Ｐは、Ｎｉの結晶粒界に沿って線状に分布している。図９には、Ｎｉ箔中の添加物のうちＳｉ、ＡｌおよびＰが示されているが、分析結果によれば他の添加物もＮｉ箔の表面に析出していた。添加物（不純物）の不均一な分布に起因して、Ｎｉ箔の表面には添加物（不純物）によって凹凸が形成されている可能性がある。同様に、上記の誘電体素子１０においても、基材１２と誘電体膜１４との境界上に添加物が不均一に凝集することで、その境界上に凹凸が形成されるものと思われる。本発明者らは、この凹凸が誘電体膜１４と噛み合うことが原因で、誘電体膜１４の密着性が向上している可能性があると考えている。
【００４２】
上述した様々な実験結果から、本発明者は次のように推察する。すなわち、誘電体素子１０および薄膜コンデンサ３０において、Ｎｉ箔中のＳｉの好ましい濃度は１０ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍである。Ｎｉ箔中のＳｉの濃度が１０ｐｐｍ未満だと、基材１２と誘電体膜１４との密着性を十分に高めることが難しく、また、Ｓｉの濃度が５０００ｐｐｍを超えると、薄膜コンデンサ３０の電気的特性の劣化が顕著になる。Ｓｉの濃度が１０〜５０００ｐｐｍの範囲内にあるときは、誘電体膜１４の密着性を十分に上昇させると共に、良好な電気的特性を得ることができる。
【００４３】
Ｓｉのより好ましい濃度は、１００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍである。上記の表１によれば、Ｎｉ箔中のＳｉの濃度が１００ｐｐｍ以上だと、誘電体膜１４の臨界剥離荷重値を２倍以上に高めることができる。また、Ｎｉ箔中のＳｉの濃度が１０００ｐｐｍ以下だと、容量密度（Ｃ／Ａ）の劣化を防止することができる。
【００４４】
このように、本実施形態の誘電体素子１０および薄膜コンデンサ３０は、添加物としてＳｉを含んだ中間領域１６を有するため、誘電体膜１４の密着性が向上している。Ｓｉの濃度を適切に調節することにより、誘電体膜１４の高い密着性を維持したまま、薄膜コンデンサ３０の良好な電気的特性を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４６】
本発明者らの知見によれば、ＳｉだけでなくＡｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒも、導電体に対する誘電体の密着性を高める作用を有している。すなわち、導電体と誘電体の境界に形成される中間領域１６には、Ａｌ、Ｐ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｙ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｂ、ＦｅおよびＣｒのうち一つ以上の元素が含まれていてもよい。これらの元素は、誘電体の下地材（上記実施形態では基材１２）に添加されていてもよい。下記の表２〜表１２は、中間領域１６に各元素が含まれている場合の、誘電体膜１４の臨界剥離荷重値および薄膜コンデンサ３０の電気的特性の計測結果を示している。計測方法は、表１に関連して上述した通りである。これらの表において各元素の「濃度」は、第１の導電体における当該元素の単体の濃度、または当該元素の酸化物の濃度の当該元素換算値を表している。いずれの元素についても、適切な濃度範囲において、良好な臨界剥離荷重値および薄膜コンデンサ３０の電気的特性が得られていることがわかる。
【００４７】
【表２】
2007194592.tif 000005
【００４８】
【表３】
2007194592.tif 000006
【００４９】
【表４】
2007194592.tif 000007
【００５０】
【表５】
2007194592.tif 000008
【００５１】
【表６】
2007194592.tif 000009
【００５２】
【表７】
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【００５３】
【表８】
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【００５４】
【表９】
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【００５５】
【表１０】
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【００５６】
【表１１】
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【００５７】
【表１２】
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【００５８】
誘電体の下地材（上記実施形態では基材１２）はＮｉに限られず、ＣｕやＡｌから構成されていてもよいし、Ｎｉ、ＣｕまたはＡｌのいずれかを主成分とする合金から構成されていてもよい。また、誘電体はＢＳＴに限られるわけではない。誘電体は酸化物であってもよく、その好ましい例は、一般式ＡＢＯ３で表される組成を有するペロブスカイト型の酸化物である。ペロブスカイト型酸化物の例としては、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｔｉ、ＺｒおよびＨｆのうち一つ以上の元素を含んでいる酸化物を挙げることができる。より具体的には、ＢＳＴの他に、ＢＴ、すなわちチタン酸バリウムＢａＴｉＯ３や、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ３、（ＢａＳｒ）（ＴｉＺｒ）Ｏ３、ＢａＴｉＺｒＯ３を挙げることができる。誘電体は、これらの酸化物のうち一つ以上を含んでいてもよい。また、上部電極１８は、Ｃｕ以外の金属（例えばＰｔ）や合金から構成されていてもよい。
【００５９】
上記実施形態では、誘電体膜１４を支持する基材１２が、薄膜コンデンサ３０の下部電極を兼ねている。この代わりに、図１０に示されるように、第１の導電体である導電体層３４および誘電体膜１４を支持する基板３２が基材として設けられていてもよい。図１０は、このような変形が施された誘電体素子１０ａを示す概略断面図である。基板３２は、十分な厚さを有しており、導電体層３４および誘電体膜１４を支持する。言い換えると、基板３２及び導電体層３４からなる層１２ａが誘電体膜１４を支持する基材として機能している。誘電体膜１４上に上部電極を設けて薄膜コンデンサを形成した場合、導電体層３４は下部電極として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態に係る誘電体素子の構造を示す概略断面図である。
【図２】誘電体素子の製造方法を示す概略図である。
【図３】薄膜コンデンサの製造方法を示す概略図である。
【図４】誘電体素子の断面の電子顕微鏡写真である。
【図５】誘電体素子の断面における元素の分布を示す図である。
【図６】誘電体素子の断面における元素の分布を示す図である。
【図７】誘電体素子の断面の電子顕微鏡写真である。
【図８】誘電体素子の断面における元素の分布を示す図である。
【図９】Ｎｉ箔の表面上における添加物の分布を示す概略図である。
【図１０】誘電体素子の変形例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…誘電体素子、１２…基材、１４…誘電体膜、１５…多層構造体、１６…中間領域、１８…上部電極、２０…アニール炉、２５…アニール雰囲気、３０…薄膜コンデンサ、３２…基板、３４…導電体層。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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