本發(fā)明涉及一種介電損耗小，并且耐熱沖擊性優(yōu)異的電介質(zhì)薄膜以及具備該電介質(zhì)薄膜的電子部件。

背景技術(shù)：

為了應(yīng)對以智能手機和平板電腦為代表的移動通信設(shè)備的進一步高速大容量通信化而開始進行同時使用多個頻帶的mimo技術(shù)(多輸入多輸出，multi-inputmulti-output)的實用化。如果通信中使用的頻帶增大，則每個頻帶需要各自的高頻部件，為了維持設(shè)備尺寸地增加部件數(shù)量，尋求各部件的進一步小型化、高功能化。

作為這樣的對應(yīng)高頻的電子部件，例如有雙工器或帶通濾波器等。這些均由擔負電容的電介質(zhì)和擔負電感的磁性體的組合構(gòu)成，但為了得到良好的高頻特性，尋求抑制分別在高頻區(qū)域的損耗。

如果著眼于電介質(zhì)，則為了使頻率的選擇性良好而期望介電損耗小、即q值高。對于介電損耗低的材料公開有許多技術(shù)，其中，已知含有mgo的材料即使在高頻帶(2ghz)介電損耗也低，即q值高，是作為在高頻帶使用的電介質(zhì)材料的期待較大的材料之一。

在專利文獻1中公開了涉及電介質(zhì)薄膜的平均膜厚為0.1μm～10μm，并且具有通式xtio2·ybao·zmgo的組成的電介質(zhì)薄膜的技術(shù)。通過控制所述x、y、z，可以實現(xiàn)良好的溫度特性和高的q值。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平5-47213號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

如所述專利文獻1所記載，含有mgo作為主成分的電介質(zhì)薄膜具有有良好的溫度特性以及高的q值的優(yōu)異的特征，但是在急劇的溫度變化，例如從-55℃急劇地使溫度上升至125℃的情況或相反急劇地降溫的情況下，有容易在電介質(zhì)薄膜上產(chǎn)生裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷的技術(shù)問題，確保高的耐熱沖擊性成為當務(wù)之急。在所述專利文獻1中公開的技術(shù)中，沒有公開抑制成為技術(shù)問題的裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷的技術(shù)。

本發(fā)明是鑒于以上這樣的情況而想出的，其目的在于提供一種維持低介電損耗、即高的q值而對應(yīng)于急劇的溫度變化具有高的耐熱沖擊性的以mgo為主成分的電介質(zhì)薄膜以及具備該電介質(zhì)薄膜的電子部件。

用于解決技術(shù)問題的手段

為了解決上述技術(shù)問題、達成目的，本發(fā)明的電介質(zhì)薄膜，其特征在于，

所述電介質(zhì)薄膜以mgo為主成分，

所述電介質(zhì)薄膜由含有分別至少1個以上的由單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a和由多晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)b的柱狀結(jié)構(gòu)群構(gòu)成，

在將所述電介質(zhì)薄膜的垂直方向的截面中所述柱狀結(jié)構(gòu)a所占的面積記為ca，并且將所述柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積記為cb的情況下，所述ca與cb的關(guān)系為0.4≤cb/ca≤1.1。

通過用以mgo為主成分的材料形成具備如上所述的特征的某些柱狀結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)薄膜，進一步控制所述柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比(cb/ca)，從而可以實現(xiàn)維持高的q值且具有優(yōu)異的耐熱沖擊性的電介質(zhì)薄膜，可以提供具備該電介質(zhì)薄膜的低介電損耗并且高耐熱沖擊性的某些電子部件。

另外，通過使用上述本發(fā)明所涉及的電介質(zhì)薄膜，與用于現(xiàn)有對應(yīng)高頻的電子部件中的電介質(zhì)薄膜相比較，由于q值更高，即顯示更高的s/n比，進一步，耐熱沖擊性更高，因此，可以提供溫度變化強的電介質(zhì)共振器或電介質(zhì)濾波器等的電子部件。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種維持低介電損耗、即高的q值而對應(yīng)于急劇的溫度變化具有高的耐熱沖擊性的以mgo為主成分的電介質(zhì)薄膜以及具備該電介質(zhì)薄膜的電子部件。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個實施方式所涉及的薄膜電容器的截面圖。

圖2(a)是制作本發(fā)明的實施例7的電介質(zhì)薄膜截面的tem暗視場圖像，圖2(b)是圖2(a)的示意圖。

圖3(a)是制作本發(fā)明的比較例6的電介質(zhì)薄膜截面的tem暗視場圖像，圖3(b)是圖3(a)的示意圖。

圖4是制作本發(fā)明的實施例4的電介質(zhì)薄膜截面的tem明視場圖像。

圖5是制作本發(fā)明的實施例4的電介質(zhì)薄膜截面的高分辨率tem圖像。

符號的說明：

1…基板、2…基底層、3…下部電極、4…上部電極、5…電介質(zhì)薄膜、10…薄膜電容器、a…柱狀結(jié)構(gòu)a、b…柱狀結(jié)構(gòu)b。

具體實施方式

以下，對于本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，根據(jù)情況參照附圖進行說明。

<薄膜電容器10>

圖1是作為本發(fā)明的一個實施方式所涉及的電介質(zhì)薄膜元件的一個例子的薄膜電容器10的截面圖。薄膜電容器10具備層疊于基板1的表面的下部電極3、上部電極4以及設(shè)置于下部電極3和上部電極4之間的電介質(zhì)薄膜5。在基板1和下部電極3之間為了提高基板1與下部電極3的附著性而具備基底層2。基板1具有確保薄膜電容器10整體的機械強度的功能。

對于薄膜電容器的形狀沒有特別地限制，通常制成長方體形狀。另外，對于其尺寸也沒有特別地限制，厚度和長度只要根據(jù)用途設(shè)定為適當?shù)某叽缂纯伞?/p>

<基板1>

用于形成圖1所示的基板1的材料沒有特別地限定，可以利用作為單晶的si單晶、sige單晶、gaas單晶、inp單晶、srtio3單晶、mgo單晶、laalo3單晶、zro2單晶、mgal2o4單晶、ndgao3單晶，或者作為陶瓷多晶基板的al2o3多晶、zno多晶、sio2多晶，或者ni、cu、ti、w、mo、al、pt等的金屬，或者這些的合金的基板等來形成基板1，但沒有特別地限定。這些中，從低成本、加工性出發(fā)，通常使用si單晶作為基板1?；?根據(jù)基板的材質(zhì)而其電阻率不同。在使用電阻率低的材料作為基板的情況下，如果直接使用，則電流向基板側(cè)泄漏有時會對薄膜電容器10的電特性產(chǎn)生影響。因此，也有對基板1的表面實施絕緣處理以不使使用時的電流向基板1流通的情況。例如，在使用si單晶作為基板1的情況下，可以使基板1表面氧化來進行sio2絕緣層的形成，或在基板1表面形成al2o3、sio2、si3nx等的絕緣層，只要能確保對基板1的絕緣，該絕緣層的材料或膜厚就沒有限定，但優(yōu)選為0.01μm以上。在小于0.01μm時，由于不能確保絕緣性，因此，作為絕緣層的膜厚不優(yōu)選?；?的厚度只要能夠確保薄膜電容器整體的機械強度就沒有特別地限定，例如可以設(shè)定為10μm～5000μm。在小于10μm的情況下，不能確保機械強度；如果超過5000μm，則存在產(chǎn)生不能有助于電子部件的小型化的問題的情況。

<基底層2>

在本實施方式中，圖1所示的薄膜電容器10優(yōu)選在實施過絕緣處理的基板1表面具備基底層2。以提高基板1與下部電極3的附著性為目的而插入基底層2。作為一個例子，在將cu用于下部電極3的情況下，通常將cr作為基底層2插入；在將pt用于下部電極3的情況下，通常將ti作為基底層2插入。

由于以提高附著性為目的，因此，不限定于所述材料。另外，只要能夠確保基板1與下部電極3的附著性，也可以省略基底層2。

<下部電極3>

用于形成下部電極3的材料只要具有導(dǎo)電性即可，例如可以利用pt、ru、rh、pd、ir、au、ag、cu、ni等的金屬或這些的合金、或者導(dǎo)電性氧化物等形成。因此，只要選擇對應(yīng)于成本或?qū)﹄娊橘|(zhì)薄膜5進行熱處理時的氣氛的材料即可。電介質(zhì)薄膜5可以在大氣中，另外，作為惰性氣體的n2或ar、或者惰性氣體與作為還原性氣體的h2的混合氣體中進行熱處理。下部電極3的膜厚只要能作為電極起作用即可，優(yōu)選為0.01μm以上。在小于0.01μm的情況下，由于導(dǎo)電性變差，因此，不優(yōu)選。另外，在基板1使用利用了能夠用作電極的cu或ni、pt等或氧化物導(dǎo)電性材料等的基板的情況下，可以省略上述的基底層2和下部電極3。

在下部電極3形成之后進行熱處理，可以謀求基底層2與下部電極3的附著性的提高和下部電極3的穩(wěn)定性的提高。在進行熱處理的情況下，升溫速度優(yōu)選為10℃/分鐘～2000℃/分鐘，進一步優(yōu)選為100℃/分鐘～1000℃/分鐘。熱處理時的保持溫度優(yōu)選為400℃～800℃，其保持時間優(yōu)選為0.1小時～4.0小時。如果超過上述范圍，則產(chǎn)生附著不良或在下部電極3表面產(chǎn)生凹凸，由此電介質(zhì)薄膜5的介電特性容易降低。

<電介質(zhì)薄膜5>

電介質(zhì)薄膜5其特征在于，所述電介質(zhì)薄膜以mgo為主成分，所述電介質(zhì)薄膜由含有分別至少1個以上的由單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a和由多晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)b的柱狀結(jié)構(gòu)群構(gòu)成，在將所述電介質(zhì)薄膜的垂直方向的截面中所述柱狀結(jié)構(gòu)a所占的面積記為ca，并且將所述柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積記為cb的情況下，所述ca與cb的關(guān)系為0.4≤cb/ca≤1.1。

在此，對本發(fā)明的特征之一的柱狀結(jié)構(gòu)進行說明。

如圖2(b)所示，本發(fā)明的柱狀結(jié)構(gòu)是指在使用tem明視場圖像對電介質(zhì)薄膜的垂直方向的截面進行觀察的情況下，由在連接下部電極3和上部電極4的厚度方向較長的單一的微晶、所謂的單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)、和由多晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明的柱狀結(jié)構(gòu)在電介質(zhì)薄膜整體上沿著基板表面的法線方向或±5°延伸，并且圖2(b)中記載的h與l的比，即縱橫比滿足17<(h/l)<40的結(jié)構(gòu)。

在以mgo為主成分的電介質(zhì)薄膜中，在僅具備由單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)的情況下、即僅本發(fā)明中所說的柱狀結(jié)構(gòu)a的情況下，在世界上廣泛使用的鈦酸鋇類或鈦酸鉛類時，即使具有同樣的結(jié)構(gòu)也存在對于幾乎不成為問題的急劇的溫度變化容易產(chǎn)生裂紋等的結(jié)構(gòu)缺陷。作為其原因之一，可以列舉由以mgo為主成分的單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)對于急劇的溫度變化的熱膨脹和熱收縮大。

因此，在本發(fā)明中，認為通過將電介質(zhì)薄膜制成不僅含有1個以上的由單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)(以下記載為柱狀結(jié)構(gòu)a)，還含有1個以上的由多晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)(以下記載為柱狀結(jié)構(gòu)b)，與所述柱狀結(jié)構(gòu)顯示不同的熱膨脹和熱收縮舉動的所述柱狀結(jié)構(gòu)b在所述柱狀結(jié)構(gòu)a發(fā)生熱膨脹或熱收縮時成為障礙，可以緩和所述柱狀結(jié)構(gòu)a伴隨急劇的溫度變化的熱膨脹和熱收縮。

進一步，電介質(zhì)薄膜5中，所述電介質(zhì)薄膜的垂直方向的截面中所述柱狀結(jié)構(gòu)a所占的面積ca與柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積cb的面積比cb/ca處于0.4≤cb/ca≤1.1的關(guān)系。通過將面積比cb/ca控制在該范圍，從而能夠更有效地緩和所述柱狀結(jié)構(gòu)a的熱膨脹和熱收縮，能夠提供維持高的q值并且具有高的耐熱沖擊性的電介質(zhì)薄膜以及具備該電介質(zhì)薄膜的電子部件。

另一方面，以mgo為主成分的電介質(zhì)薄膜即使是含有分別至少1個以上的柱狀結(jié)構(gòu)a和柱狀結(jié)構(gòu)b的柱狀結(jié)構(gòu)群，在所述電介質(zhì)薄膜的垂直方向的截面中所述柱狀結(jié)構(gòu)a的面積ca與所述柱狀結(jié)構(gòu)b的面積cb的面積比cb/ca不滿足0.4≤cb/ca≤1.1的關(guān)系的情況下，也難以兼顧高的q值和高的耐熱沖擊性。

在所述cb/ca大于1.1，即柱狀結(jié)構(gòu)群中的柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比高的情況下，由于所述柱狀結(jié)構(gòu)b由多晶構(gòu)成，因此，存在大量的結(jié)晶晶界。另外，所述結(jié)晶晶界是指構(gòu)成柱狀結(jié)構(gòu)b的微晶與微晶的界面。所述結(jié)晶晶界中具有起因于晶格的錯亂、晶格缺陷、錯位等的介電損耗容易增加的傾向。因此，如果所述柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比變高，則難以維持高的q值。

另外，在本發(fā)明中，即使在柱狀結(jié)構(gòu)群中的柱狀結(jié)構(gòu)b的面積為比柱狀結(jié)構(gòu)a多的范圍、即cb/ca超過1.0的范圍中，只要cb/ca為1.1以下，則可以確認沒有較大的介電損耗的降低。對于其主要原因不明確的方面還較多，但認為通過制成具有如本發(fā)明的柱狀結(jié)構(gòu)群的電介質(zhì)薄膜，從而可以預(yù)想以上地將介電損耗的降低抑制到寬的范圍。

另一方面，在所述cb/ca小于0.4，即柱狀結(jié)構(gòu)群中的柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比低的情況下，難以得到緩和所述柱狀結(jié)構(gòu)a伴隨著急劇的溫度變化的熱膨脹或熱收縮的作用。其結(jié)果，成為難以得到抑制裂紋等結(jié)構(gòu)缺陷的效果的傾向。因此，為了兼顧低的介電損耗和優(yōu)異的耐熱沖擊性，所述柱狀結(jié)構(gòu)a與所述柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比cb/ca需要滿足0.4≤cb/ca≤1.1的關(guān)系。

如上所述，通過具有本發(fā)明的特有的特征，可以維持低介電損耗并且實現(xiàn)優(yōu)異的耐熱沖擊性。即，即使是主成分為mgo的電介質(zhì)薄膜，不具備具有本發(fā)明的特征的柱狀結(jié)構(gòu)群的電介質(zhì)薄膜或電子部件也不能得到本發(fā)明的效果。

另外，作為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，所述柱狀結(jié)構(gòu)b優(yōu)選至少存在2個以上，并且是具備至少1個以上的具有1個以上的三叉晶界的柱狀結(jié)構(gòu)b⁺的柱狀結(jié)構(gòu)，所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺為柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積cb的50％以上。

具有1個以上的所述三叉晶界的所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺相比沒有三叉晶界的柱狀結(jié)構(gòu)b，傾向于更難以發(fā)生柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的伴隨急劇的溫度變化的熱膨脹或熱收縮。由此，具有所述三叉晶界的所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺相對于所述柱狀結(jié)構(gòu)a成為更強的障礙。通過具備柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積cb的50％以上的所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺，可以引出更有效地成為障礙的效果，因此，能夠進一步緩和熱沖擊等下的所述柱狀結(jié)構(gòu)a的熱膨脹和熱收縮。其結(jié)果，能夠得到更高的耐熱沖擊性。

電介質(zhì)薄膜5的厚度優(yōu)選為10nm～2000nm，進一步優(yōu)選為50nm～1000nm。在小于10nm時，容易發(fā)生絕緣擊穿；在超過2000nm的情況下，為了增大薄膜電容器10的靜電容量而需要擴大電極面積，存在難以通過電子部件的設(shè)計來小型化的情況。電介質(zhì)薄膜厚度的測量只要利用fib(聚焦離子束)加工裝置挖掘，用sim(掃描型離子顯微鏡)等觀察得到的截面并測長即可。

電介質(zhì)薄膜5優(yōu)選使用真空沉積法、濺射法、pld(脈沖激光沉積法)、mo-cvd(有機金屬化學(xué)氣相生長法)、mod(有機金屬分解法)、溶膠-凝膠法、csd(化學(xué)溶液堆積法)等各種薄膜形成法來形成。此時使用的原料(沉積材料、各種靶材或有機金屬材料等)中有時含有微量的雜質(zhì)或副成分，但是只要不會大幅度地降低絕緣性，即使含有也沒有特別的問題。

在制得的電介質(zhì)薄膜5中，只要不使本發(fā)明的效果之一的介電損耗(q值)大大劣化，也可以含有微量的雜質(zhì)或副成分。作為副成分，例如為bao或ta2o5等。作為剩余部分的主成分的含量沒有特別地限定，例如相對于含有所述主成分的電介質(zhì)組合物整體為50％以上且100％以下，優(yōu)選為75％以上且100％以下。

另外，電介質(zhì)薄膜5通常僅由本發(fā)明的以mgo為主成分的電介質(zhì)組合物構(gòu)成，但是也可以是與其它電介質(zhì)組合物的薄膜組合而成的層疊結(jié)構(gòu)。例如，通過制成與現(xiàn)有的si3nx、siox、al2ox、zrox、ta2ox等非晶電介質(zhì)薄膜或結(jié)晶薄膜的層疊結(jié)構(gòu)，可以進一步提高電介質(zhì)薄膜5的耐熱沖擊性。

<上部電極4>

在本實施方式的一個例子中，薄膜電容器10在電介質(zhì)薄膜5的表面具備作為薄膜電容器10的另一個電極起作用的上部電極4。用于形成上部電極4的材料只要具有導(dǎo)電性，就沒有特別地限定，可以利用與下部電極3同樣的材料形成上部電極4。上部電極4的膜厚只要作為電極起作用即可，優(yōu)選為10nm以上。在膜厚小于10nm的情況下，由于導(dǎo)電性惡化，因此，作為上部電極4不優(yōu)選。

在上述的實施方式中，作為使用了本發(fā)明的一個實施方式所涉及的電介質(zhì)薄膜的電子部件的一個例子例示了薄膜電容器，但是作為使用了本發(fā)明所涉及的電介質(zhì)薄膜的電子部件，不限定于薄膜電容器，只要是例如雙工器、帶通濾波器、平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器或耦合器等具有電介質(zhì)薄膜的電子部件都可以。

接著，說明本實施方式的薄膜電容器10的制造方法。

首先，在對表面進行過熱氧化的si基板1上通過例如濺射法將ti的基底層2成膜。

接著，作為下部電極3，在所述ti的基底層2上通過例如濺射法將pt成膜。

接著，在所述pt的下部電極3上形成電介質(zhì)薄膜5的前體。電介質(zhì)薄膜5的前體可以使用真空沉積法、濺射法、pld(脈沖激光沉積法)、mo-cvd(有機金屬化學(xué)氣相生長法)、mod(有機金屬分解法)或溶膠-凝膠法、csd(化學(xué)溶液堆積法)等各種薄膜形成法來形成。

在濺射法的情況下，使用所希望的組成的靶材，在所述下部電極3上形成電介質(zhì)薄膜5的前體。關(guān)于條件，氣氛中使用ar，壓力優(yōu)選為0.1pa～50pa，高頻電力優(yōu)選為500w～3000w，基板溫度優(yōu)選為室溫～600℃。

該形成條件成為控制電介質(zhì)薄膜5的微細結(jié)構(gòu)的重要的要點。本發(fā)明的特征即柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比通過基板溫度、高頻電力和ar壓力來控制。另外，本發(fā)明的優(yōu)選的特征即柱狀結(jié)構(gòu)b的柱內(nèi)的三叉晶界通過高頻電力、ar壓力和下述所示的熱處理來控制。

所述電介質(zhì)薄膜5在n2氣氛下進行熱處理。關(guān)于條件，保持溫度優(yōu)選為300℃～450℃，保持時間優(yōu)選為0.5小時～1.0小時，直至保持溫度的升溫速度優(yōu)選為10℃/分鐘～50℃/分鐘。所述熱處理也是控制柱狀結(jié)構(gòu)b的柱內(nèi)的三叉晶界的重要的參數(shù)之一。

進一步，在得到的所述電介質(zhì)薄膜5上利用例如濺射法形成作為上部電極4的pt薄膜，得到薄膜電容器10。

以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，但是本發(fā)明并沒有被限定于上述的實施方式，可以在不脫離本發(fā)明的要點的范圍內(nèi)進行各種改變。

實施例

以下，基于更詳細的實施例來說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不限定于這些實施例。

首先，在氧化性氣體的干燥后的氣氛下對厚度為600μm的si晶圓進行熱處理，由此形成了厚度為600nm的sio2膜，作為基板。以成為20nm的厚度的方式在所述基板上通過濺射法形成作為基底層的ti薄膜。

接著，在上述形成的ti薄膜上以成為100nm的厚度的方式通過濺射法形成作為下部電極的pt薄膜。

對于形成的ti/pt薄膜，將升溫速度設(shè)定為400℃/分鐘、將保持溫度設(shè)定為700℃、將溫度保持時間設(shè)定為30分鐘、將氣氛設(shè)定為氧氣氛，在常壓下進行熱處理。

在電介質(zhì)薄膜的形成中使用了濺射法。形成電介質(zhì)薄膜所需的靶材如下進行制作。

首先，進行表1所示的樣品no.1～樣品no.17的主成分即mgo的稱量，在廣口塑料罐中加入稱量后的原料粉末、水以及φ2mm的zro2珠，進行20小時的濕式混合。其后，在100℃下使混合粉末漿料干燥20小時，將得到的混合粉末放入al2o3坩堝中，在大氣中1250℃下保持5小時的條件下進行煅燒，得到mgo煅燒粉末。

在得到的煅燒粉末中以相對于煅燒粉末成為4wt％的方式添加作為粘合劑的濃度為6wt％的pva(聚乙烯醇)水溶液，制作造粒粉之后，在φ7英寸的模具中以厚度成為15mm左右的方式加入造粒粉。接著，使用單軸加壓擠出機得到成型體。成型條件設(shè)定為，壓力：2.0×10⁸pa、溫度：室溫。

其后，對于得到的成型體，將升溫速度設(shè)定為100℃/小時、將保持溫度設(shè)定為400℃、將溫度保持時間設(shè)定為4小時，氣氛為常壓的大氣中進行脫粘合劑處理，然后，將升溫速度設(shè)定為200℃/小時、將保持溫度設(shè)定為1600℃～1700℃、將溫度保持時間設(shè)定為12小時，氣氛為常壓的大氣中進行燒成。

接著，以得到的燒結(jié)體的厚度成為10mm的方式用滾筒研磨機對兩面進行研磨，得到形成電介質(zhì)薄膜所需要的濺射用靶材。

使用由所述mgo構(gòu)成的靶材，在作為下部電極的pt上在ar氣氛中在對表1所示的每個樣品控制了壓力、高頻電力、成膜溫度(基板溫度)的條件下通過濺射法成膜，形成400nm的電介質(zhì)薄膜。其后，通過表1的樣品no.1～樣品no.17中記載的熱處理條件，形成具有各種結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)薄膜。

接著，在得到的上述電介質(zhì)薄膜上使用沉積裝置形成作為上部電極的pt薄膜。通過使用金屬掩膜以直徑成為100μm、厚度成為60nm的方式形成上部電極的形狀，得到了表1所示的樣品no.1～樣品no.17的薄膜電容器樣品。

對于得到的薄膜電容器樣品，分別通過下述所示的方法測定介電損耗、耐熱沖擊性、電介質(zhì)薄膜的截面評價及其定量法。

<介電損耗>

介電損耗是通過對于薄膜電容器樣品，在基準溫度25℃下利用rf阻抗/材料分析儀(agilent公司制造的4991a)，在頻率2ghz、輸入信號電平(測定電壓)0.5vrms的條件下進行測定。在此，用以介電損耗(tanδ)的倒數(shù)表示的q值進行評價。所述q值優(yōu)選越高越好，將700以上作為良好。(q值越高，則意味著介電損耗越低)。

<耐熱沖擊性>

對于薄膜電容器樣品，實施熱沖擊試驗。熱沖擊試驗是對薄膜電容器樣品重復(fù)賦予高溫和低溫的溫度差，從而評價相對于溫度變化的耐性的試驗。具體來說，1次循環(huán)花費30分鐘，將薄膜電容器樣品暴露于-55℃+125℃的環(huán)境變化，由此評價相對于溫度的急變的耐久性。判定標準是評價相對于初期靜電容量的變化率為±3％以內(nèi)、相對于初期絕緣電阻值沒有降低2位數(shù)、和外觀沒有異常。耐熱沖擊性以熱循環(huán)次數(shù)進行判斷。本發(fā)明將1000次循環(huán)以上作為良好。

<電介質(zhì)薄膜的截面評價和定量法>

對于電介質(zhì)薄膜，膜厚的測量是利用fib(聚焦離子束)加工裝置在膜厚方向進行挖掘，利用tem(透射型電子顯微鏡)對得到的截面進行觀察并測長。微細結(jié)構(gòu)的分析利用tem進行，用柱狀結(jié)構(gòu)a和柱狀結(jié)構(gòu)b的柱的邊界有10個以上的視場進行。

在上述視場內(nèi)，使用下述x射線衍射圖案中的擇優(yōu)取向面的衍射波進行tem暗視場圖像觀察。在本實施例中選擇mgo(111)。

所述擇優(yōu)取向面的判斷是對于電介質(zhì)薄膜，進行利用x射線衍射(平行法)的測定，得到衍射圖案。作為x射線源使用cu-kα射線，其測定條件設(shè)定為，電壓45kv、電流40ma、2θ＝20°～80°的范圍。對于電介質(zhì)薄膜的取向，比較得到的衍射圖案中強度最高的峰與mgo(200)峰的強度比，將該比(最高的峰強度/mgo(200))為1.5以上定義為擇優(yōu)取向面。

柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的辨別，準備將上述視場內(nèi)的膜截面的tem暗視場圖像二值化處理后的圖像、和相同視場的tem明視場圖像。在進行過所述二值化處理的圖像中，如圖2(a)或圖3(a)所示的擇優(yōu)取向面的地方成為白色的亮部，擇優(yōu)取向面以外的地方成為黑色的暗部。另外，二值化的閾值設(shè)定為1個視場內(nèi)的膜截面tem明視場圖像的平均亮度對比度的1/3的值。

首先，對于柱狀結(jié)構(gòu)b，在一個柱狀結(jié)構(gòu)中白色的亮部為1％以上且小于80％的情況下，判斷為由多晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)b。

接著，對于柱狀結(jié)構(gòu)a，存在由擇優(yōu)取向面形成的單晶所構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a1和由除此以外的取向面形成的單晶所構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a2這2種。在進行過二值化處理的圖像中，將一個柱狀結(jié)構(gòu)的80％以上為白色的亮部的柱狀結(jié)構(gòu)設(shè)定為由擇優(yōu)取向面形成的單晶所構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a1。另外，在進行過二值化處理的圖像中確認了一個柱狀結(jié)構(gòu)的白色的亮部為0％、即為完全黑色的暗部的柱狀結(jié)構(gòu)之后，在如圖4的相同視場中觀察得到的明視場圖像中，在相同部位的柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部確認晶界的有無，將判斷為沒有晶界的柱狀結(jié)構(gòu)設(shè)定為由擇優(yōu)取向面以外的取向面形成的單晶所構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a2。在本發(fā)明中，將所述柱狀結(jié)構(gòu)a1和柱狀結(jié)構(gòu)a2統(tǒng)一記為由單晶構(gòu)成的柱狀結(jié)構(gòu)a。

柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比是通過測定上述柱狀結(jié)構(gòu)a和柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積，算出面積比(cb/ca)。

進一步，具有三叉晶界的所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺的有無使用上述視場內(nèi)的膜截面的高分辨率tem圖像(以下記載為晶格圖像)來進行判斷。如圖5所示，晶格圖像表示對應(yīng)于結(jié)晶的周期結(jié)構(gòu)的周期性對比度，從而可以確認微細結(jié)構(gòu)的取向的方向。

在表1中顯示關(guān)于樣品no.1～樣品no.17的成膜條件、熱處理條件、截面分析結(jié)構(gòu)以及電特性測定結(jié)果、熱沖擊試驗測定結(jié)果。

如表1所示，觀察到2種柱狀結(jié)構(gòu)，可以確認柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比在0.4≤cb/ca≤1.1的范圍的實施例1～實施例9的薄膜電容器樣品都具有q值為700以上的高的q值，并且可以得到1000次循環(huán)以上的高的耐熱沖擊性。

實施例2～實施例4、實施例7～實施例9

如表1所示，可以確認通過成膜條件、熱處理條件，可以控制柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比cb/ca，面積比cb/ca越低、即具有單晶的柱狀結(jié)構(gòu)a越多，則顯示出越高的q值。另外，面積比cb/ca越低，則熱循環(huán)次數(shù)成為越低的循環(huán)數(shù)。由此，可以確認柱狀結(jié)構(gòu)b所占的面積越高，則顯示出越高的耐熱沖擊性。

實施例1

如表1所示，可以確認在柱狀結(jié)構(gòu)a與柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比cb/ca中，如果cb/ca為1.1，則在柱狀結(jié)構(gòu)b相比柱狀結(jié)構(gòu)a較多地存在的范圍中也維持高的q值。

另一方面，如表1所示，在本發(fā)明的范圍外的比較例1～比較例8中不能實現(xiàn)高的q值與高的耐熱沖擊性的兼顧。

接著，在表2中示出在柱狀結(jié)構(gòu)a所示的面積ca與柱狀結(jié)構(gòu)b所示的面積cb的面積比cb/ca相同的情況下，對于具有三叉晶界的柱狀結(jié)構(gòu)b⁺的效果的調(diào)查結(jié)果。薄膜電容器樣品在表2所示的成膜條件或熱處理條件下制作。

[表2]

實施例4、12、13

如表2所示，由于具有柱狀結(jié)構(gòu)b⁺，該所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺為截面tem圖像中的柱狀結(jié)構(gòu)b整體的50％以上，因此得到了熱循環(huán)次數(shù)為1500次循環(huán)以上的更優(yōu)異的耐熱沖擊性。認為這是由于通過具有截面tem圖像中的柱狀結(jié)構(gòu)b整體的50％以上的所述柱狀結(jié)構(gòu)b⁺，從而抑制熱沖擊等下柱狀結(jié)構(gòu)a的擴展的障礙增大，因此，可以進一步抑制裂紋的產(chǎn)生，提高了耐熱沖擊性。另外，可以確認，柱狀結(jié)構(gòu)b⁺的比例越多，則柱狀結(jié)構(gòu)b的柱內(nèi)的三叉晶界的數(shù)量也越多，可以得到更優(yōu)異的耐熱沖擊性。

接著，對副成分的影響進行確認。在具有mgo為主成分的組成中，制作具備含有bao、ta2o5作為副成分的電介質(zhì)薄膜的薄膜電容器樣品，實施與實施例1同樣的評價。

[表3]

實施例14、實施例15

根據(jù)表3可以確認，在作為主成分的mgo中含有bao和ta2o5作為副成分的電介質(zhì)薄膜中也觀察到作為本發(fā)明的特征的包含柱狀結(jié)構(gòu)a和柱狀結(jié)構(gòu)b的柱狀結(jié)構(gòu)群，在所述柱狀結(jié)構(gòu)a與所述柱狀結(jié)構(gòu)b的面積比在0.4≤cb/ca≤1.1的范圍的情況下，都顯示出700以上的高的q值，可以得到1000次循環(huán)以上的高的耐熱沖擊性。這樣可以確認，以mgo作為主成分即使含有其它的副成分，也可以得到同樣的效果。

如以上所說明，本發(fā)明涉及一種具備電介質(zhì)薄膜的薄膜電容器等的電介質(zhì)薄膜元件，提供一種維持高的q值并且顯示出良好的耐熱沖擊性的電介質(zhì)薄膜。由此，在具備電介質(zhì)薄膜的薄膜電容器等的電介質(zhì)薄膜元件中，可以實現(xiàn)小型化、高功能化。本發(fā)明對于例如使用電介質(zhì)薄膜的雙工器或帶通濾波器等薄膜高頻部件等提供一種廣泛的新技術(shù)。