电介质薄膜、电容元件及电子部件制造技术

本发明专利技术提供一种即使将金属氧氮化物中含有的氮量控制为很低，也可以兼备高相对介电常数和高绝缘性的电介质薄膜。该电介质薄膜由具有钙钛矿结构的电介质组合物构成，电介质组合物具有由化学式MazMbOxNy(Ma为选自Sr、Ba、Ca、La、Ce、Pr、Nd、Na中的一种以上的元素，Mb为选自Ta、Nb、Ti、W中的一种以上的元素，O为氧，N为氮)表示的组成，在将Ma占据钙钛矿结构中的A位点时显示的离子价数设为a，将Mb占据钙钛矿结构中的B位点时显示的离子价数设为b时，a和b为6.7≤a+b≤7.3；x、y、z为0.8≤z≤1.2；2.450≤x≤3.493；0.005≤y≤0.700，该电介质组合物为包含Ma及Mb的金属氧氮化物固溶体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电介质薄膜、电容元件及电子部件
本专利技术涉及一种电介质薄膜、具备电介质薄膜的电容元件以及电子部件。
技术介绍
随着近年来电子设备的多功能化，封装在电子电路基板上的电子部件的个数呈现出增大的趋势。在电子设备中，其小型化也在推进，为了兼顾设备的多功能化和小型化，强烈期待提高电子部件的封装密度。为了提高封装密度，需要各种电子部件的高性能化、小型化，作为电子部件之一的薄膜电容器中，对于小型化及高性能化的要求也日益增强。目前，作为薄膜电容器用途的电介质材料，多使用金属氧化物材料，为了获得具有更高功能的薄膜电子部件，多年以来一直致力于材料特性的改善。但是，通过金属氧化物所实现的电子部件特性的提高正在逐渐达到极限，强烈要求具有更高特性的新材料。为了进一步提高薄膜电容器的特性，近年来，关于金属氧化物以外的具有高介电特性的材料的开发在不断发展。作为金属氧化物以外的具有高介电特性的材料，可以列举将钙钛矿型晶体结构的氧八面体中的一部分氧原子置换为氮原子的金属氧氮化物材料。另外，钙钛矿结构一般为由ABX3(X：O、N、C、F)所表示的结构体。专利文献1公开了关于相对介电常数达到11000并超过现有钛酸钡中所获得的相对介电常数的金属氧氮化物的技术。但是，其相对介电常数是由将金属氧氮化物的粉末CIP成形而成的颗粒算出的，不是如普通电介质那样，由金属氧氮化物的颗粒烧结而成的块状烧结体算出的。这样的粉末成形体中难以获得充分的绝缘性。因此，在专利文献2中，对具有钙钛矿结构的金属氧氮化物的烧结体的相对介电常数进行评价，并说明其频率依赖性较小，但并未就相对介电常数的值进行明确记载。另外，也未对制得的氮氧化物的烧结体是否确保充分的绝缘性进行探讨。但是，非专利文献1中记载了具有与上述钙钛矿结构不同的钙钛矿型层板结构的酸化物铁电体(ferroelectrics)。在非专利文献1中，具有钙钛矿型层板结构的物质主要分为三组。第一组为被称为Ruddlesden-Popper型且由通式Am+1BmO3m+1表示的物质。作为具体物质，可以例示作为高温超导氧化物的La2-xSrxCuO4等。第二组为被称为Aurevilleus型且由通式Am-1Bi2BmO3m+3表示的物质。作为具体物质，可以列举期待用于铁电体薄膜存储器中的作为Bi系铁电体的SrBi2Ta2O9。第三组为被称为钙钛矿型层板结构且由通式AnBnO3n+2表示的物质。在通式AnBnO3n+2中n＝4时，成为由A2B2O7的组成式表示的物质。作为这样的物质，作为代表例可以举出Sr2Ta2O7或La2Ti2O7。另一方面，存在作为以相同A2B2O7的组成式表示的结构体而具备烧绿石结构的物质。具体而言，可以举出作为磁性体的Dy2Ti2O7。另外，通常已知烧绿石结构虽然与钙钛矿结构的组成式相同，但晶体结构和介电性都相当不同。另外，非专利文献2中记载了在高温下烧结金属氧氮化物的原料粉末和碳粉末，并得到作为烧结体的金属氧氮化物。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2013-1625号公报专利文献2：日本特开昭61-122108号公报非专利文献非专利文献1：岛根大学教育学部纪要(自然科学)，第36卷，第65～69页，平成14年12月，《具有钙钛矿型相关层状结构的A2B2O7型氧化物铁电体的结晶化学》，秋重幸邦、釜田美纱子；非专利文献2：WenbinDaietal.，JournaloftheCeramicSocietyofJapan，115，1，42-46(2007)
技术实现思路
专利技术想要解决的技术问题专利文献2中记载了，获得氧和氮为化学计量比的以组成式ABO2N或ABON2表示且具有钙钛矿结构的金属氧氮化物彼此的固溶体的烧结体，从而实现高的相对介电常数。认为这是通过向金属氧氮化物的钙钛矿结构的氧离子的位点导入共价结合性强的氮离子，结晶更容易畸变，其结果，显示出高相对介电常数。但是，通过导入氮离子，从而如果向专利文献2中公开的材料(ABO2N或ABON2)那样，金属氧氮化物中所含的氮的含量增多，则会产生作为电介质组合物起作用所需的绝缘性降低的问题。因此，在如专利文献2中公开的氮含量较多的材料中，绝缘性容易降低，不能测得准确的相对介电常数的可能性很高。另一方面，为了提高绝缘性，考虑了降低所导入的氮离子量的对策，但如果导入的氮离子量减少，则难以维持金属氧氮化物的钙钛矿结构，从而生成烧绿石结构或钙钛矿型层状结构等相对介电常数低的金属氧化物相。因此，在导入的氮离子量较少时，会成为金属氧化物和金属氧氮化物的混合体，从而存在难以获得作为具有钙钛矿结构的金属氧氮化物的特征的高相对介电常数，并且难以兼顾高相对介电常数和高绝缘性的问题。进一步，专利文献2中没有记载可以在少于化学计量比的氮的含量较少的区域中，通过形成具有金属氧化物和金属氧氮化物的中间组成的固溶体，从而兼具高绝缘性和高相对介电常数。另外，通过气相沉积法等得到的薄膜因其形成方法的差异而具有与如专利文献2中记载的烧结体不同的结构。但是，虽然已知氮含量较多的金属氧氮化物(例如，组成式ABO2N表示的具有钙钛矿结构的物质)的薄膜也显示出高相对介电常数，但是与烧结体相同的理由，在氮含量较少的区域，难以兼顾高相对介电常数和高绝缘性。因此，本专利技术是鉴于上述现有的技术问题而完成的，其目的在于提供一种即使将金属氧氮化物中含有的氮量控制为较低，也可以兼顾高相对介电常数和高绝缘性的电介质薄膜、以及具备该电介质薄膜的电容元件。用于解决技术问题的手段本专利技术人等发现，通过制作具有规定组成的电介质薄膜，可以作为固溶体稳定地形成具有钙钛矿结构的金属氧氮化物，从而完成了本专利技术。为了解决上述技术问题而完成的本专利技术的电介质薄膜包含以下方式。[1]一种电介质薄膜，其特征在于，该电介质薄膜由包含具有钙钛矿结构的电介质的电介质组合物构成，上述电介质组合物具有由化学式MazMbOxNy(其中，Ma表示选自Sr、Ba、Ca、La、Ce、Pr、Nd、Na中的一种以上的元素，Mb表示选自Ta、Nb、Ti、W中的一种以上的元素，O表示氧，N表示氮)表示的组成，在将上述Ma占据上述钙钛矿结构中的A位点时显示的离子价数设为a，将上述Mb占据上述钙钛矿结构中的B位点时显示的离子价数设为b时，上述a和b满足6.7≤a+b≤7.3的关系，上述化学式的x、y、z为：0.8≤z≤1.2；2.450≤x≤3.493；0.005≤y≤0.700，该电介质组合物其为包含Ma和Mb的金属氧氮化物固溶体。[2]一种电介质薄膜，其特征在于，该电介质薄膜由包含具有钙钛矿结构的电介质的电介质组合物构成，上述电介质组合物具有由化学式MazMbOxNy(其中，Ma表示选自Sr、Ba、Ca、La、Ce、Pr、Nd、Na中的一种以上的元素，Mb表示选自Ta、Nb、Ti、W中的一种以上的元素，O表示氧，N表示氮)表示的组成，在将上述Ma占据上述钙钛矿结构中的A位点时显示的离子价数设为a，上述Mb占据上述钙钛矿结构中的B位点时显示的离子价数设为b时，上述a和b满足6.7≤a+b≤7.3的关系，上述化学式的x、y、z为：0.8≤z≤1.2；2.450≤x≤3.493；0.005≤y≤0.700，在上述电介质薄膜的X射线衍射图谱中，将表示归属于上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电介质薄膜，其特征在于，该电介质薄膜由具有钙钛矿结构的电介质组合物构成，所述电介质组合物具有由化学式MazMbOxNy表示的组成，其中，Ma表示选自Sr、Ba、Ca、La、Ce、Pr、Nd、Na中的一种以上的元素，Mb表示选自Ta、Nb、Ti、W中的一种以上的元素，O表示氧，N表示氮，在将所述Ma占据所述钙钛矿结构中的A位点时所显示的离子价数设为a，将所述Mb占据所述钙钛矿结构中的B位点时所显示的离子价数设为b时，所述a和b满足6.7≤a+b≤7.3的关系，所述化学式的x、y、z为：0.8≤z≤1.22.450≤x≤3.4930.005≤y≤0.700所述电介质组合物为包含Ma及Mb的金属氧氮化物固溶体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.02 JP 2015-1970351.一种电介质薄膜，其特征在于，该电介质薄膜由具有钙钛矿结构的电介质组合物构成，所述电介质组合物具有由化学式MazMbOxNy表示的组成，其中，Ma表示选自Sr、Ba、Ca、La、Ce、Pr、Nd、Na中的一种以上的元素，Mb表示选自Ta、Nb、Ti、W中的一种以上的元素，O表示氧，N表示氮，在将所述Ma占据所述钙钛矿结构中的A位点时所显示的离子价数设为a，将所述Mb占据所述钙钛矿结构中的B位点时所显示的离子价数设为b时，所述a和b满足6.7≤a+b≤7.3的关系，所述化学式的x、y、z为：0.8≤z≤1.22.450≤x≤3.4930.005≤y≤0.700所述电介质组合物为包含Ma及Mb的金属氧氮化物固溶体。2.一种电介质薄膜，其特征在于，该电介质薄膜由包含具有钙钛矿结构的电介质的电介质组合物构成，所述电介质组合物具有由化学式MazMbOxNy表示的组成，其中，Ma表示选自Sr、Ba、Ca、La、Ce、Pr、Nd、Na中的一种以上的元素，Mb表示选自Ta、Nb、Ti、W中的一种以上的元素，O表示氧，N表示氮，在将所述Ma占据所述钙钛矿结构中的A位点时显示的离子价数设为a，将所述Mb占据所述钙钛矿结构中的B位点时显示的离子价数设为b时，所述a及b满足6.7≤a+b≤7.3的关系，所述化学式的x、y、z为：0.8≤z≤1.2；2.450≤x≤3.493；0.005≤y≤0.700，在所述电介质薄膜的X射线衍射图谱中，将归属于所述钙钛矿结构的衍射X射线的峰强度中显示最大强度的峰强度设为100时，不归属于所述钙钛矿结构的衍射X射线的峰强度中显示最大强度的峰强度为0以上且10以下。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎久美子，中畑功，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP