(57)【要約】【課題】本発明は、誘電体からの酸素原子の欠損に起因する誘電体部品の特性の劣化を抑制することのできる誘電体部品を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の誘電体部品は、基板１、下部電極４、誘電体６、第２の密着層８および上部電極９を備え、誘電体６と第２の密着層８の間に拡散防止層７を形成し、この拡散防止層７が誘電体６に対しても安定したものである構成を備えたものである。これにより誘電体の酸素原子欠損を防ぎ、誘電体部品の特性劣化を防止することができるという優れた効果を奏するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板の上面側に形成された下部電極と、この下部電極の上面側に形成された酸素原子を含有する誘電体と、この誘電体の上面側に形成された拡散防止層と、この拡散防止層の上面に直接形成された、または前記拡散防止層の上面に直接形成された中間層の上面側に形成された上部電極とを備え、前記拡散防止層は、前記誘電体に対して安定したものである誘電体部品。
【請求項２】
拡散防止層は、誘電体の上面から前記誘電体の側面および下部電極の側面を覆い基板まで延出している請求項１記載の誘電体部品。
【請求項３】
拡散防止層は、その上面に直接形成された上部電極または中間層に対して安定したものである請求項１または２のいずれかに記載の誘電体部品。
【請求項４】
拡散防止層は、酸化物で構成されているものである請求項１または２のいずれかに記載の誘電体部品。
【請求項５】
拡散防止層は、窒化物で構成されている請求項１または２のいずれかに記載の誘電体部品。
【請求項６】
拡散防止層は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＢＡＴｉＯ3およびＳｒＴｉＯ3から選択された一または二以上の物質からなる請求項１または２のいずれかに記載の誘電体部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタ、各種センサやアクチュエータ等に用いられる誘電体部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にこの種の誘電体部品においては、Ｓｉからなる基板上にＰｔからなる下部電極を形成し、この下部電極上にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる誘電体を形成し、この誘電体上にＡｕからなる上部電極を形成したものが知られている。この構成において、基板と誘電体との密着性を高めるために、この両者の間にＴｉからなる第１の密着層を形成する構成や、さらに、誘電体の結晶の配向方向を適切なものにするために、前述の第１の密着層と誘電体との間にＰＬＴ（チタン酸ランタン酸鉛）からなる配向制御層を形成する構成も知られている。そして、誘電体と上部電極との間の密着性を高めるために、この両者の間にＴｉからなる第２の密着層を形成する構成も知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−１８３１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献に記載された従来の誘電体部品は、誘電体を構成する酸化物の酸素が、第２の密着層を構成するＴｉと反応して酸化チタンを形成するため、誘電体から酸素原子が欠損し、これにより誘電体の特性が変化してしまい、誘電体部品としての特性の劣化を招いてしまうという課題を有していた。
【０００４】
以下、この課題について、より詳細に説明をする。一般に誘電体部品は、誘電体の下面側に下部電極を、誘電体の上面側に上部電極を形成する構成である。ここで、上部電極としては、電極での電流損失を低下させるために、導電率の高い物質を用いることが好ましい。このため、上部電極として通常は、金属を使用するが、酸化をすることにより電極としての特性が低下してしまうことを防止するために、酸化し難く安定した物質を選択することが好ましい。そのような観点から、上部電極として、Ａｕが用いられていた。Ａｕは極めて酸化しにくく安定した物質であるが、このＡｕを誘電体上に直接形成すると両者の密着性が弱いため上部電極が誘電体から剥離し易いという課題を有してしまう。これを解決するために、誘電体との密着性に優れ、かつ上部電極との密着性に優れたＴｉのような物質からなる第２の密着層を誘電体と密着層との間に形成している。これにより、上部電極の剥離を防止することができる。
【０００５】
しかし、第２の密着層に使用される物質のように、誘電体との密着性および上部電極との密着性ともに良好な性質を求められる物質は、反応し易く、また酸化し易い物質であることが多い。従来の技術において使用されているＴｉもそうである。そのような第２の密着層は、酸素原子を含有する誘電体から、その酸素原子を奪い、そして第２の密着層を形成する物質が酸化反応を起こし酸化してしまうことがあった。これにより、酸素原子の欠損が生じた誘電体は結晶構造に欠陥を生じる等の現象を生じてしまい、その結果、特性が劣化するという課題を有していた。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、誘電体からの酸素原子の欠損に起因する誘電体部品の特性の劣化を抑制することのできる誘電体部品を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板と、この基板の上面側に形成された下部電極と、この下部電極の上面側に形成された酸素原子を含有する誘電体と、この誘電体の上面側に形成された拡散防止層と、この拡散防止層の上面に直接形成された、または前記拡散防止層の上面に直接形成された中間層の上面側に形成された上部電極とを備え、前記拡散防止層は、前記誘電体に対して安定したものである。この構成によれば、拡散防止層は、誘電体に対して安定したものであるため、誘電体が含有している酸素原子を奪わない。これにより、請求項１に記載の発明は、誘電体に酸素原子の欠損が生じず、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏するものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、特に、拡散防止層が、誘電体の上面から前記誘電体の側面および下部電極の側面を覆い基板まで延出しているもので、この構成によれば、誘電体の側面も拡散防止層で覆うため誘電体部品が置かれた環境が還元性の雰囲気であっても誘電体中の酸素原子が欠損することを防止し、また、拡散防止層は第２の密着層の側面を覆っていないので、第２の密着層は雰囲気中の酸素を奪うことが可能となり、これにより酸化することで誘電体の酸素原子を奪わず、より安定して誘電体の酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏するものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、拡散防止層が、その上面に直接形成された上部電極または中間層に対して安定したもので、この構成によれば、前記拡散防止層が、その上面に直接形成された前記上部電極または前記中間層によって化学反応をすることがなく、これにより、拡散防止層が誘電体に対して安定しているという特性を維持し続けることができるため、誘電体が含有している酸素原子を奪わない。これにより、誘電体は酸素原子の欠損が生じず、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏するものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、特に、拡散防止層が、酸化物で構成されたもので、この構成によれば、拡散防止層自体は既に酸化しているため誘電体中の酸素原子を奪わず、これにより、誘電体を構成する酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏するものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、特に、拡散防止層が、窒化物で構成されたもので、この構成によれば、安定している物質である窒化物で拡散防止層を形成するため、拡散防止層が誘電体を構成する酸素原子を奪わず、これにより、誘電体を構成する酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏するものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、特に、拡散防止層が、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＢａＴｉＯ3およびＳｒＴｉＯ3から選択された一または二以上の物質からなるもので、この構成によれば、誘電体に対して安定した物質で拡散防止層を形成しているため、拡散防止層が誘電体を構成する酸素原子を奪わず、これにより、誘電体を構成する酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の誘電体部品は、誘電体の上面に拡散防止層を形成し、前記拡散防止層は、前記誘電体に対して安定したものとすることで、誘電体の酸素原子欠損を防ぎ、これにより誘電体部品の特性劣化を防止することができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の特に請求項１、３〜５記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態１における誘電体部品の正面断面図である。
【００１７】
図１において、基板１は、Ｓｉからなる基板である。この基板１の形状は、誘電体部品の用途に応じて適切な形状にすればよい。例えば、誘電体部品を、角速度を検出する角速度センサ素子として用いるときには、誘電体部品の形状を音叉形状に加工しておけばよい。絶縁層２は、基板１上に形成されたＳｉＯ2からなるものである。この絶縁層２は、後述する下部電極４に発生する電荷が基板１に流れてしまうことを防止する機能を有するものである。第１の密着層３は絶縁層２上に形成されている。この第１の密着層３は後述する下部電極４が剥離しないようにするための機能を備えており、第１の密着層３の組成は下部電極４との相性によって選択することができるものであり、本実施の形態においては、その組成としてＴｉを使用している。下部電極４は絶縁層２上に形成されたＰｔからなる電極である。配向制御層５は、下部電極４上に形成され、後述する誘電体６の結晶配向を適切なものとする機能を有するものである。配向制御層５としては、ＰＬＴや、ＰＬＺＴなどを用いることができる。誘電体６は配向制御層５上に形成された誘電体である。この誘電体６は、酸素原子を含有する酸化物からなり、例えばＰＺＴなどを用いることができる。拡散防止層７は誘電体６上に形成され、ＳｉＯ2からなり、この拡散防止層７は誘電体６の酸素原子が他へ拡散することを防止する機能を有している。第２の密着層８（中間層）は、拡散防止層７上に形成されたもので、後述する上部電極９の剥離を防止しようとするものである。この第２の密着層８としては、上部電極９との相性によって選択すればよく、本実施の形態においてはＴｉを用いている。上部電極９は第２の密着層８上に形成されたもので、Ａｕからなるものである。
【００１８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１における誘電体部品の製造方法について説明をする。
【００１９】
基板１としては、Ｓｉウエハを用いることができる。この基板１の上面にスピンコートにより絶縁層２を形成する。なお、絶縁層２の形成方法としては、基板１の表面を酸化させることにより形成することもできるし、スパッタやＣＶＤ等の薄膜技術を用いることもできる。第１の密着層３、下部電極４、配向制御層５、誘電体６、拡散防止層７、第２の密着層８および上部電極９はそれぞれスパッタ、ＣＶＤなどの薄膜形成方法で形成することができる。用途に応じた形状に加工するためには、スパッタ等により成膜した後にエッチングを行う方法を用いることができる。これらの製造方法は、公知の製造方法を使用することができる。また、上記の製造方法に限られずに製造することができる。
【００２０】
以上のように構成され、製造された本発明の実施の形態１の誘電体部品の、特に、拡散防止層７について詳細に説明をする。拡散防止層７は誘電体６が含有している酸素原子が外部に拡散することを防止する機能を有するもので、拡散防止層７は、誘電体６の酸素原子を奪わない特性が求められる。即ち、拡散防止層７が酸素と結合しようとする力が、誘電体６が酸素原子を引きとどめる力より弱いことが必要である。このような条件を考慮した場合、拡散防止層７として、酸化物を用いるという選択肢がある。既に酸化し、これ以上酸化しない物質であれば誘電体６の酸素原子を奪わないからである。また、拡散防止層７として、非常に安定した物質を使用する方法もある。
【００２１】
また、第２の密着層８との関係に着目すると、拡散防止層７は、第２の密着層８との関係において安定した物質であることが好ましい。なぜなら、例えば、拡散防止層７として酸化物を使用した場合、もし拡散防止層７の酸素原子が第２の密着層８に奪われてしまうと、酸素原子が欠損した拡散防止層７が誘電体６から酸素原子を奪ってしまう場合も考えられるからであり、この点から、拡散防止層７が酸素原子を引きとどめておく力が、第２の密着層８が酸素原子と結合しようとする力より強いことが好ましい。また、拡散防止層７が酸素原子を含有していない物質からなるものであっても、もし拡散防止層７が含有する原子が第２の密着層８と反応してしまうと、拡散防止層７の性質が変化し、これにより誘電体６の酸素原子を拡散防止層７が奪ってしまう場合も考えられるので、拡散防止層７は第２の密着層８との関係において安定した物質であることが好ましいこととなる。
【００２２】
以下に、より具体的に説明をする。拡散防止層７を構成するＳｉＯ2は、酸化物であり、特別な環境下を除いてこれ以上酸化することはない。従って、誘電体６中の酸素原子を拡散防止層７が奪わず、誘電体６の酸素欠損が生じることを防止することができる。勿論、ＳｉＯ2は安定した物質であり、誘電体６を構成するＰＺＴに対しても安定しており、誘電体６の酸素原子を奪わないだけでなく、誘電体６との間でその他の化学反応を起こすことがない。
【００２３】
また、ＳｉＯ2は第２の密着層８を構成するＴｉに対しても安定しており、拡散防止層７を構成するＳｉＯ2の酸素原子がＴｉに奪わず、これにより、拡散防止層７を構成するＳｉＯ2から酸素が奪われＳｉに変化して、そのＳｉが誘電体６中の酸素原子を奪ってしまう、という反応は生じない。
【００２４】
なお、上記説明で「安定」という用語を用いているが、通常の雰囲気、通常の環境下で化学反応が生じないという意味である。即ち、大気中で常温常湿の条件下で化学反応が生じないという意味であり、特殊な環境下での化学反応の有無を判断の基準とするものではない。
【００２５】
また、上記説明で「化学反応が生じない」と表現しているが、これには平衡状態における微視的な化学反応は含まれない。具体的に説明すると、ある瞬間において微視的にＳｉＯ2の酸素がＴｉと反応して、ＳｉＯ2がＳｉに変化し、ＴｉがＴｉＯ2に変化することもあるかもしれないが、逆にＴｉＯ2の酸素原子がＳｉと反応してＴｉＯ2がＴｉに変化し、ＳｉがＳｉＯ2に変化する反応も生じ、全体としては、ＳｉＯ2がＳｉに変化する反応が進まないような場合であり、このような場合は上記説明の化学反応には含まれない。
【００２６】
本実施の形態において、拡散防止層７にＳｉＯ2を用いたが、ＳｉＯＮを用いても同様の作用を得る。
【００２７】
また、拡散防止層７にＳｉＮを用いた場合には、ＳｉＮは安定しているので、拡散防止層７内の原子が第２の密着層８と反応することがなく、また、ＳｉＮは酸化物ではないが安定した物質であるので、誘電体６の酸素原子を奪わない。
【００２８】
そして、拡散防止層７に、ＢａＴｉＯ2やＳｒＴｉＯ2を用いることもできる。これらの物質は誘電体６を構成するＰＺＴから酸素原子を奪わず、誘電体６に酸素原子の欠損を引き起こすことを防止することができる。さらに、これらの物質は誘電体６でもあるので、誘電率の点から誘電体以外の物質を拡散防止層７に用いる場合に比べて有利に働く場合がある。
【００２９】
さらに、拡散防止層７としては、上記のＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＢａＴｉＯ2およびＳｒＴｉＯ2の中から選択される二以上の物質からなるものであってもよい。
【００３０】
以上のように、拡散防止層７が誘電体６内の酸素原子が拡散しないようにすることで、酸素原子の拡散に起因する誘電体６の特性の劣化を防止することができる。
【００３１】
なお、実施の形態１における誘電体部品は、上部電極９として酸化し難い物質を用い、このため、密着性の良好な第２の密着層８を形成した構成になっているが、上部電極９に誘電体６との密着性が良好であるが、酸化しやすい物質を用いた場合にも、本発明を適用することができる。例えば、上部電極９としてＴｉを用いた場合が該当する。この場合には、第２の密着層８を用いずに拡散防止層７の上面に直接上部電極９を形成する構成にすることができる。このときの拡散防止層７は、上部電極９との関係において安定した物質であることが好ましい。
【００３２】
本発明における誘電体部品は、キャパシタのような使用をされる場合に限られず、広く誘電体の性質を有する部品を意味している。従って、誘電体６として、ＰＺＴのような圧電特性も有するものを使用した場合には、キャパシタとしての使用方法の他に、角速度センサや加速度センサなどの慣性力センサとしての使用や、アクチュエータとしての使用も可能となるが、本発明の誘電体部品には、このような使用をするものも含まれる。
【００３３】
また、実施の形態１において、絶縁層２、第１の密着層３および配向制御層５を形成した構成にしているが、これらの一つ、或いは、これらの２以上の要素を有さない構成にすることもできる。しかし、既に述べた理由によりこれらを形成する構成にした方が好ましい。
【００３４】
以上説明したように、本発明の誘電体部品は、基板１と、この基板１の上面側に形成された下部電極４と、この下部電極４の上面側に形成された酸素原子を含有する誘電体６と、この誘電体６の上面側に形成された拡散防止層７と、この拡散防止層７の上面に直接形成された、または前記拡散防止層７の上面に直接形成された第２の密着層８の上面側に形成された上部電極９とを備え、前記拡散防止層７は、前記誘電体６に対して安定したものであって、この構成により、拡散防止層７は、誘電体６に対して安定したものであるため、誘電体６が含有している酸素原子を奪わず、これにより、誘電体６に酸素原子の欠損が生じず、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏する。
【００３５】
また、本発明の誘電体部品は、拡散防止層７が、その上面に直接形成された上部電極９または第２の密着層８に対して安定したもので、この構成によれば、前記拡散防止層７が、その上面に直接形成された前記上部電極９または前記第２の密着層８によって化学反応をすることがなく、これにより、拡散防止層７が誘電体６に対して安定しているという特性を維持し続けることができるため、誘電体６が含有している酸素原子を奪わない。これにより、誘電体６は酸素原子の欠損が生じず、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏する。
【００３６】
そしてまた、本発明の誘電体部品は、拡散防止層７が、酸化物で構成されたもので、この構成によれば、拡散防止層７自体は既に酸化しているため誘電体６中の酸素原子を奪わず、これにより、誘電体６を構成する酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏する。
【００３７】
さらに、本発明の誘電体部品は、拡散防止層７が、窒化物で構成されたもので、この構成によれば、安定している物質である窒化物で拡散防止層７を形成するため、拡散防止層７が誘電体６を構成する酸素原子を奪わず、これにより、誘電体６を構成する酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏する。
【００３８】
さらにまた、本発明の誘電体部品は、拡散防止層７が、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＢａＴｉＯ3およびＳｒＴｉＯ3から選択された一または二以上の物質からなるもので、この構成によれば、誘電体６よりも安定した物質で拡散防止層７を形成しているため、拡散防止層７が誘電体６を構成する酸素原子を奪わず、これにより、誘電体６を構成する酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができるという作用効果を奏する。
【００３９】
（実施の形態２）
以下、本発明の特に請求項２〜５記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図２は本発明の実施の形態２における誘電体部品の正面断面図である。実施の形態２における誘電体部品は、実施の形態１における誘電体部品の拡散防止層７を誘電体６の側面および下部電極４の側面を覆い基板１にまで延出させた構成になっている。また、基板１、絶縁層２、第１の密着層３、下部電極４、配向制御層５、誘電体６、拡散防止層７、第２の密着層８および上部電極９の組成は、それぞれ実施の形態１における誘電体部品と同様のものを用いることができる。
【００４１】
このような構成にすることで、実施の形態１における誘電体部品が有する作用効果に加え、誘電体６の側面も覆うことで誘電体部品の周りの雰囲気から誘電体６を保護することができる。例えば、還元雰囲気にある場合であっても、誘電体６から酸素原子が離れることを防止することができる。また、拡散防止層７は誘電体６を覆う構成ではあるが、第２の密着層８を覆う構成にはなっていない。このため、本実施の形態の誘電体部品を酸素が存在する雰囲気下にあるときには、第２の密着層８を構成するＴｉは、空気中の酸素を取り込みＴｉＯ2になり、空気中の酸素と反応して酸化物になるため、拡散防止層７や誘電体６から酸素原子を奪わず、圧電体部品としての特性劣化を効率的に防止することができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施の形態２における誘電体部品は、拡散防止層７が、誘電体６の上面から誘電体６の側面および下部電極４の側面を覆い基板１まで延出しているもので、誘電体６の側面も拡散防止層７で覆うため誘電体部品が置かれた環境が還元性の雰囲気であっても誘電体６中の酸素原子が欠損することを防止し、また、拡散防止層７は第２の密着層８の側面を覆っていないので、第２の密着層８は雰囲気中の酸素を奪うことが可能となり、これにより酸化することで誘電体６の酸素原子を奪うこともなくなり、より安定して誘電体６の酸素原子の欠損を防止することができ、特性の劣化を防止することができる。
【００４３】
なお、実施の形態２における誘電体部品も、実施の形態１における誘電体部品と同様な作用効果を有するものであり、さらに、実施の形態１の誘電体部品と同様な展開が可能であり、例えば、実施の形態２における誘電体部品の第２の密着層８をなくして拡散防止層７上に直接上部電極９を形成する構成にすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る誘電体部品は、特性の劣化を防止するという効果を有するもので、キャパシタや角速度センサおよび角速度センサなどの各種センサに適用して有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１における誘電体部品の正面断面図
【図２】本発明の実施の形態２における誘電体部品の正面断面図
【符号の説明】
【００４６】
１  基板
２  絶縁層
３  第１の密着層
４  下部電極
５  配向制御層
６  誘電体
７  拡散防止層
８  第２の密着層
９  上部電極
【図１】
2009194278.tif 000003
【図２】
2009194278.tif 000004