JP2000124056A - 薄膜積層コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents
薄膜積層コンデンサおよびその製造方法Info
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- JP2000124056A JP2000124056A JP10299538A JP29953898A JP2000124056A JP 2000124056 A JP2000124056 A JP 2000124056A JP 10299538 A JP10299538 A JP 10299538A JP 29953898 A JP29953898 A JP 29953898A JP 2000124056 A JP2000124056 A JP 2000124056A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 比較的安価で比抵抗の小さい卑金属材料を電
極に使用した場合にも良好な特性を発揮する薄膜積層コ
ンデンサおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本願発明の薄膜積層コンデンサの誘電体
薄膜は、（Ｂａ1-x Ｓｒ x ）ＴｉＯ3 （ただし、０≦ｘ
≦１）で表される主成分に還元防止剤とアクセプタとを
含有している。また、本願発明の薄膜積層コンデンサの
製造方法は、基板上にＣｕ、ＡｌあるいはＮｉのいずれ
かを主成分とする金属薄膜からなる電極薄膜を形成する
第１工程と、電極薄膜上にＣＶＤ法で、（Ｂａ1-x Ｓｒ
x ）ＴｉＯ 3 （ただし、０≦ｘ≦１）で表される主成分
に還元防止剤とアクセプタとを含有してなる誘電体薄膜
を形成する第２工程と、第１および第２工程を少なくと
も２回以上繰り返す第３工程と、電極薄膜に電気的に接
続した外部電極を形成する第４工程とを含む。
極に使用した場合にも良好な特性を発揮する薄膜積層コ
ンデンサおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本願発明の薄膜積層コンデンサの誘電体
薄膜は、（Ｂａ1-x Ｓｒ x ）ＴｉＯ3 （ただし、０≦ｘ
≦１）で表される主成分に還元防止剤とアクセプタとを
含有している。また、本願発明の薄膜積層コンデンサの
製造方法は、基板上にＣｕ、ＡｌあるいはＮｉのいずれ
かを主成分とする金属薄膜からなる電極薄膜を形成する
第１工程と、電極薄膜上にＣＶＤ法で、（Ｂａ1-x Ｓｒ
x ）ＴｉＯ 3 （ただし、０≦ｘ≦１）で表される主成分
に還元防止剤とアクセプタとを含有してなる誘電体薄膜
を形成する第２工程と、第１および第２工程を少なくと
も２回以上繰り返す第３工程と、電極薄膜に電気的に接
続した外部電極を形成する第４工程とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は薄膜積層コンデン
サおよびその製造方法に関し、特にたとえば、小型で比
較的大容量の薄膜積層コンデンサおよびその製造方法に
関するものである。
サおよびその製造方法に関し、特にたとえば、小型で比
較的大容量の薄膜積層コンデンサおよびその製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子部品の分野においては回路の
高密度化に伴い、コンデンサ等の一層の小型化および高
性能化が望まれている。従来、積層セラミックコンデン
サは、以下のような製造方法により製造されていた。す
なわち、まず、所定の大きさにカットされたセラミック
生シート上に電極ペーストを印刷し、乾燥後この生シー
トを重ねて圧着等を行った後、さらに所定の大きさにカ
ットして焼成し、焼成後、外部電極ペーストを塗布し、
焼き付けて製品としていた。しかしながら、上記方法で
積層セラミックコンデンサを作製する場合、セラミック
原料粉末よりも誘電体層を薄くすることは不可能であ
り、その他誘電体層の欠陥によるショートや電極切れの
問題から、厚み３μｍ以下の誘電体層を作製することは
現状では困難で、積層セラミックコンデンサの小型化お
よび大容量化には限界があった。
高密度化に伴い、コンデンサ等の一層の小型化および高
性能化が望まれている。従来、積層セラミックコンデン
サは、以下のような製造方法により製造されていた。す
なわち、まず、所定の大きさにカットされたセラミック
生シート上に電極ペーストを印刷し、乾燥後この生シー
トを重ねて圧着等を行った後、さらに所定の大きさにカ
ットして焼成し、焼成後、外部電極ペーストを塗布し、
焼き付けて製品としていた。しかしながら、上記方法で
積層セラミックコンデンサを作製する場合、セラミック
原料粉末よりも誘電体層を薄くすることは不可能であ
り、その他誘電体層の欠陥によるショートや電極切れの
問題から、厚み３μｍ以下の誘電体層を作製することは
現状では困難で、積層セラミックコンデンサの小型化お
よび大容量化には限界があった。
【０００３】この問題を解決するためにスパッタリング
法で誘電体部分を作製する積層セラミックコンデンサの
製造方法が提案されている（特開昭５６−１４４５２３
号）。ここでは、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｂ
ａＴｉＯ3 の薄膜および電極をスパッタリング法で作製
する方法が開示されている。しかしながら、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 等は、材料そのものの誘電
率が低いので、コンデンサとしての容量を上げようとす
ると膜厚を非常に薄くする必要があり、リーク電流、絶
縁耐圧等、電子デバイスとしての信頼性に問題がある。
法で誘電体部分を作製する積層セラミックコンデンサの
製造方法が提案されている（特開昭５６−１４４５２３
号）。ここでは、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｂ
ａＴｉＯ3 の薄膜および電極をスパッタリング法で作製
する方法が開示されている。しかしながら、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 等は、材料そのものの誘電
率が低いので、コンデンサとしての容量を上げようとす
ると膜厚を非常に薄くする必要があり、リーク電流、絶
縁耐圧等、電子デバイスとしての信頼性に問題がある。
【０００４】一方、ＢａＴｉＯ3 の他、ＳｒＴｉＯ3 、
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 等の誘電体は、材
料としての誘電率は高いものの、薄膜状態で高誘電率を
得るためには高酸素分圧下で成膜して薄膜の結晶性を向
上させる必要がある。このため、一般的に、化学蒸着
（以下、ＣＶＤと略す）法、スパッタリング法などで酸
化物薄膜を作製する場合には、Ｐｔ，Ｉｒ等の耐酸化性
の高い貴金属電極を使用する必要がある。しかしなが
ら、これらの電極材料は高価なので、薄膜積層コンデン
サに占める電極材料費の割合が高くなってしまい、製造
コストが上昇することとなる。また、これら貴金属は、
その比抵抗がＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等と比べて２〜６
倍高いので、電極膜厚が小さくなると抵抗が高くなり、
１ＭＨｚ以上の高周波で使用しようとするとその抵抗成
分の影響で損失が大きくなるという問題もある。
（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3 等の誘電体は、材
料としての誘電率は高いものの、薄膜状態で高誘電率を
得るためには高酸素分圧下で成膜して薄膜の結晶性を向
上させる必要がある。このため、一般的に、化学蒸着
（以下、ＣＶＤと略す）法、スパッタリング法などで酸
化物薄膜を作製する場合には、Ｐｔ，Ｉｒ等の耐酸化性
の高い貴金属電極を使用する必要がある。しかしなが
ら、これらの電極材料は高価なので、薄膜積層コンデン
サに占める電極材料費の割合が高くなってしまい、製造
コストが上昇することとなる。また、これら貴金属は、
その比抵抗がＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ等と比べて２〜６
倍高いので、電極膜厚が小さくなると抵抗が高くなり、
１ＭＨｚ以上の高周波で使用しようとするとその抵抗成
分の影響で損失が大きくなるという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記問題を解決するた
めに、電極としてＣｕ，Ａｌ等の比較的安価で比抵抗の
小さい卑金属の電極材料を使用することが考えられる。
しかし、その金属薄膜上に高温、高酸素分圧下で酸化物
誘電体薄膜を形成すると電極の酸化が起こり、結果とし
て電極抵抗が大きくなる。さらに、この酸化が進むと電
極部の剥離が生じ積層コンデンサとして機能しなくな
る。一方、電極の酸化を防止するために成膜時の酸素分
圧をこれらの金属が酸化されないように低くすると、誘
電特性が劣化する。これは、膜中の酸素空孔濃度が増大
することが原因である。さらに、有機物を含む化合物を
原料としてＣＶＤ法を用いて低酸素分圧下で成膜する
と、条件によっては誘電体薄膜中に炭素が残留し、膜の
誘電特性を著しく劣化させる。
めに、電極としてＣｕ，Ａｌ等の比較的安価で比抵抗の
小さい卑金属の電極材料を使用することが考えられる。
しかし、その金属薄膜上に高温、高酸素分圧下で酸化物
誘電体薄膜を形成すると電極の酸化が起こり、結果とし
て電極抵抗が大きくなる。さらに、この酸化が進むと電
極部の剥離が生じ積層コンデンサとして機能しなくな
る。一方、電極の酸化を防止するために成膜時の酸素分
圧をこれらの金属が酸化されないように低くすると、誘
電特性が劣化する。これは、膜中の酸素空孔濃度が増大
することが原因である。さらに、有機物を含む化合物を
原料としてＣＶＤ法を用いて低酸素分圧下で成膜する
と、条件によっては誘電体薄膜中に炭素が残留し、膜の
誘電特性を著しく劣化させる。
【０００６】それゆえに、本願発明の主たる目的は、比
較的安価で比抵抗の小さい卑金属材料を電極に使用した
場合にも良好な特性を発揮する薄膜積層コンデンサおよ
びその製造方法を提供することである。
較的安価で比抵抗の小さい卑金属材料を電極に使用した
場合にも良好な特性を発揮する薄膜積層コンデンサおよ
びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願発明は、基板と、基
板上に積層された複数の誘電体薄膜と、誘電体薄膜を挟
んで形成された複数の電極薄膜と、電極薄膜に電気的に
接続された外部電極とを含む薄膜積層コンデンサにおい
て、誘電体薄膜は、（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ 3 （ただ
し、０≦ｘ≦１）で表されるペロブスカイト構造を有す
る主成分に還元防止剤とアクセプタとを含有しているこ
とを特徴とする、薄膜積層コンデンサである。本願発明
にかかる薄膜積層コンデンサにおいて、還元防止剤はＣ
ａイオンであり、アクセプタはＭｎイオンであることが
好ましい。また、本願発明にかかる薄膜積層コンデンサ
において、金属原子全量を１００％としたときの、Ｃａ
原子の含有量が０．２５〜５モル％であり、Ｍｎ原子の
含有量が０．２５〜５モル％であることが好ましい。さ
らに、本願発明にかかる薄膜積層コンデンサにおいて、
電極薄膜層は、Ｃｕ、ＡｌあるいはＮｉのいずれかで形
成されることが好ましい。
板上に積層された複数の誘電体薄膜と、誘電体薄膜を挟
んで形成された複数の電極薄膜と、電極薄膜に電気的に
接続された外部電極とを含む薄膜積層コンデンサにおい
て、誘電体薄膜は、（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ 3 （ただ
し、０≦ｘ≦１）で表されるペロブスカイト構造を有す
る主成分に還元防止剤とアクセプタとを含有しているこ
とを特徴とする、薄膜積層コンデンサである。本願発明
にかかる薄膜積層コンデンサにおいて、還元防止剤はＣ
ａイオンであり、アクセプタはＭｎイオンであることが
好ましい。また、本願発明にかかる薄膜積層コンデンサ
において、金属原子全量を１００％としたときの、Ｃａ
原子の含有量が０．２５〜５モル％であり、Ｍｎ原子の
含有量が０．２５〜５モル％であることが好ましい。さ
らに、本願発明にかかる薄膜積層コンデンサにおいて、
電極薄膜層は、Ｃｕ、ＡｌあるいはＮｉのいずれかで形
成されることが好ましい。
【０００８】また、本願発明は、基板上に電極薄膜を形
成する第１工程と、電極薄膜上にＣＶＤ法で、（Ｂａ
1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 （ただし、０≦ｘ≦１）で表され
る主成分に還元防止剤とアクセプタとを含有してなる誘
電体薄膜を形成する第２工程と、第１および第２工程を
少なくとも２回以上繰り返す第３工程と、電極薄膜に電
気的に接続した外部電極を形成する第４工程とを含む、
薄膜積層コンデンサの製造方法である。本願発明にかか
る薄膜積層コンデンサの製造方法において、誘電体薄膜
は、ＣＶＤ原料を有機溶媒に溶解し、気化器に導入して
気化した後、酸化剤で分解酸化させることにより形成さ
れることが好ましい。また、本願発明にかかる薄膜積層
コンデンサの製造方法において、誘電体薄膜形成中に、
有機溶剤に溶解したＣＶＤ原料量と酸化剤量との比率を
変化させることが好ましい。さらに、本願発明にかかる
薄膜積層コンデンサの製造方法において、誘電体薄膜形
成初期の酸化剤量／原料量の比率を、それ以降に比べて
小さくすることが好ましい。
成する第１工程と、電極薄膜上にＣＶＤ法で、（Ｂａ
1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 （ただし、０≦ｘ≦１）で表され
る主成分に還元防止剤とアクセプタとを含有してなる誘
電体薄膜を形成する第２工程と、第１および第２工程を
少なくとも２回以上繰り返す第３工程と、電極薄膜に電
気的に接続した外部電極を形成する第４工程とを含む、
薄膜積層コンデンサの製造方法である。本願発明にかか
る薄膜積層コンデンサの製造方法において、誘電体薄膜
は、ＣＶＤ原料を有機溶媒に溶解し、気化器に導入して
気化した後、酸化剤で分解酸化させることにより形成さ
れることが好ましい。また、本願発明にかかる薄膜積層
コンデンサの製造方法において、誘電体薄膜形成中に、
有機溶剤に溶解したＣＶＤ原料量と酸化剤量との比率を
変化させることが好ましい。さらに、本願発明にかかる
薄膜積層コンデンサの製造方法において、誘電体薄膜形
成初期の酸化剤量／原料量の比率を、それ以降に比べて
小さくすることが好ましい。
【０００９】本願発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の薄膜積層コンデ
ンサの一例を示す断面図解図である。薄膜積層コンデン
サ１０は基板１２を含む。基板１２上には複数の酸化物
誘電体薄膜層１４と電極層１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，お
よび１６ｄとが、交互に積層されて積層体が形成されて
いる。各酸化物誘電体薄膜層の厚み方向両側の電極層１
６ａ〜１６ｄは、交互に基板１２の幅方向の両端に引き
出され、２つの外部電極１８に接続される。電極層１６
ａ〜１６ｄ用材料として卑金属を用いる場合、通常、酸
化物誘電体成膜時にＣＶＤ原料である有機化合物を分解
酸化させるための酸化剤によって電極層が酸化される不
都合がある。この酸化を防ぐためには、成膜初期に酸化
剤量／原料溶液導入量で表される比率を小さくすること
により、電極層表面を酸化雰囲気にすることなく誘電体
薄膜を得ることができる。しかしながら、この状態で作
製した誘電体薄膜は酸素欠陥が多く、そのままでは良好
な誘電特性が得られない。そこで、誘電体薄膜が連続膜
になった後、酸化剤量／原料溶液導入量で表される比率
を大きくすることによって、酸素欠陥の少ない誘電体膜
を成膜すると同時に初期成膜層への酸素拡散により誘電
特性の良好な酸化物誘電体薄膜層１４を得ることができ
る。ただし、低酸素分圧下でのＣＶＤによる酸化物誘電
体／電極で表される薄膜積層体作製においては、すでに
成膜されている誘電体層には上部誘電体層成膜の際に酸
素が供給されにくく、結果として酸素欠陥ができやす
い。そこで、誘電体層に還元防止剤としてのＣａを添加
することにより、この酸素欠陥の増加を防ぐことができ
る。また、誘電体層にアクセプタとしてのＭｎを添加す
ることにより、残留した酸素欠陥付近の電荷が補償さ
れ、良好な誘電特性およびリーク特性を得ることができ
る。
ンサの一例を示す断面図解図である。薄膜積層コンデン
サ１０は基板１２を含む。基板１２上には複数の酸化物
誘電体薄膜層１４と電極層１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，お
よび１６ｄとが、交互に積層されて積層体が形成されて
いる。各酸化物誘電体薄膜層の厚み方向両側の電極層１
６ａ〜１６ｄは、交互に基板１２の幅方向の両端に引き
出され、２つの外部電極１８に接続される。電極層１６
ａ〜１６ｄ用材料として卑金属を用いる場合、通常、酸
化物誘電体成膜時にＣＶＤ原料である有機化合物を分解
酸化させるための酸化剤によって電極層が酸化される不
都合がある。この酸化を防ぐためには、成膜初期に酸化
剤量／原料溶液導入量で表される比率を小さくすること
により、電極層表面を酸化雰囲気にすることなく誘電体
薄膜を得ることができる。しかしながら、この状態で作
製した誘電体薄膜は酸素欠陥が多く、そのままでは良好
な誘電特性が得られない。そこで、誘電体薄膜が連続膜
になった後、酸化剤量／原料溶液導入量で表される比率
を大きくすることによって、酸素欠陥の少ない誘電体膜
を成膜すると同時に初期成膜層への酸素拡散により誘電
特性の良好な酸化物誘電体薄膜層１４を得ることができ
る。ただし、低酸素分圧下でのＣＶＤによる酸化物誘電
体／電極で表される薄膜積層体作製においては、すでに
成膜されている誘電体層には上部誘電体層成膜の際に酸
素が供給されにくく、結果として酸素欠陥ができやす
い。そこで、誘電体層に還元防止剤としてのＣａを添加
することにより、この酸素欠陥の増加を防ぐことができ
る。また、誘電体層にアクセプタとしてのＭｎを添加す
ることにより、残留した酸素欠陥付近の電荷が補償さ
れ、良好な誘電特性およびリーク特性を得ることができ
る。
【００１１】（実施例１）電極材料としてＣｕを選択
し、酸化物誘電体材料として（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ
3 （以下、ＢＳＴと略す）を選択した。電極薄膜の作製
方法としてスパッタリング法を用い、酸化物誘電体薄膜
の作製方法としてＭＯＣＶＤ( Metal Organic Chemical
Vapor Deposition ) 法を用いた。図２はこの実施例で
用いたＭＯＣＶＤ装置２０を示す図解図である。このＭ
ＯＣＶＤ装置２０は、あらかじめ単一溶液に調整された
原料溶液を貯蔵する原料容器２２を含む。原料溶液は、
液体マスフローコントローラー（ＭＦＣ）２４を介して
気化器２６としての流量調整バルブに送られる。また、
気化器２６の上流側からＭＦＣ３６を介してＡｒガスが
送入される。気化器２６の上流側の圧力は、９００〜１
０００Torrに調節される。気化器２６で気化した原料
は、反応室２８内に搬送される。気化しなかった原料
は、非加熱のドレインタンク３０に回収される。反応室
２８は真空ポンプ３２によって吸引されている。真空ポ
ンプ３２にはトラップ３４が接続される。成膜は以下の
ような手順で行った。まず、厚さ２００μｍのＭｇＯ基
板を準備し、図３の破線で示す部分を成膜面の反対側か
ら深さ１００μｍまでダイシングソーを用いてハーフカ
ットした。次に、ＭｇＯ基板１２上にメタルマスクを施
し、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を使用して図３に示
すパターンの厚さ２０ｎｍのＣｕ薄膜１６ａを形成した
（パターン）。次に、ＭＯＣＶＤ装置２０を用いて基
板１２全面に誘電体層としてのＢＳＴ薄膜１４を作製し
た。このときの成膜条件を表１に示し、その内の具体的
な原料濃度を表２に示す。ＢＳＴの膜厚が約５０ｎｍに
達するまでは５００ＣＣＭ（cc/ 分）のＯ2 流量で成膜
し、その後、ＢＳＴのトータルの膜厚が約２５０ｎｍに
至るまで２０００ＣＣＭのＯ2 流量で成膜した。表１、
試料番号１の条件では、膜厚約５０ｎｍに達するまで２
５分、その後膜厚約２５０ｎｍに達するまで７０分を要
した。その他のサンプルでは成膜時間をＴｉ原料濃度の
逆数に比例して変化させた。なお、表中において、ＤＰ
Ｍはジピバロイルメタンの略であり、ｐｈｅｎはフェナ
ントロリンの略である。
し、酸化物誘電体材料として（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ
3 （以下、ＢＳＴと略す）を選択した。電極薄膜の作製
方法としてスパッタリング法を用い、酸化物誘電体薄膜
の作製方法としてＭＯＣＶＤ( Metal Organic Chemical
Vapor Deposition ) 法を用いた。図２はこの実施例で
用いたＭＯＣＶＤ装置２０を示す図解図である。このＭ
ＯＣＶＤ装置２０は、あらかじめ単一溶液に調整された
原料溶液を貯蔵する原料容器２２を含む。原料溶液は、
液体マスフローコントローラー（ＭＦＣ）２４を介して
気化器２６としての流量調整バルブに送られる。また、
気化器２６の上流側からＭＦＣ３６を介してＡｒガスが
送入される。気化器２６の上流側の圧力は、９００〜１
０００Torrに調節される。気化器２６で気化した原料
は、反応室２８内に搬送される。気化しなかった原料
は、非加熱のドレインタンク３０に回収される。反応室
２８は真空ポンプ３２によって吸引されている。真空ポ
ンプ３２にはトラップ３４が接続される。成膜は以下の
ような手順で行った。まず、厚さ２００μｍのＭｇＯ基
板を準備し、図３の破線で示す部分を成膜面の反対側か
ら深さ１００μｍまでダイシングソーを用いてハーフカ
ットした。次に、ＭｇＯ基板１２上にメタルマスクを施
し、ＲＦマグネトロンスパッタ装置を使用して図３に示
すパターンの厚さ２０ｎｍのＣｕ薄膜１６ａを形成した
（パターン）。次に、ＭＯＣＶＤ装置２０を用いて基
板１２全面に誘電体層としてのＢＳＴ薄膜１４を作製し
た。このときの成膜条件を表１に示し、その内の具体的
な原料濃度を表２に示す。ＢＳＴの膜厚が約５０ｎｍに
達するまでは５００ＣＣＭ（cc/ 分）のＯ2 流量で成膜
し、その後、ＢＳＴのトータルの膜厚が約２５０ｎｍに
至るまで２０００ＣＣＭのＯ2 流量で成膜した。表１、
試料番号１の条件では、膜厚約５０ｎｍに達するまで２
５分、その後膜厚約２５０ｎｍに達するまで７０分を要
した。その他のサンプルでは成膜時間をＴｉ原料濃度の
逆数に比例して変化させた。なお、表中において、ＤＰ
Ｍはジピバロイルメタンの略であり、ｐｈｅｎはフェナ
ントロリンの略である。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】次にＢＳＴ成膜面上にメタルマスクを用い
て図４に示すパターンのＣｕ薄膜１６ｂをＢＳＴの膜厚
と同じ２５０ｎｍ成膜した（パターン）。さらに、そ
の上に図５に示すパターンのＣｕ薄膜１６ｃを２００ｎ
ｍ成膜した（パターン）。そして再び、ＢＳＴを基板
全面に成膜し、次に図６に示すパターンのＣｕ薄膜１６
ｄを２５０ｎｍ成膜した（パターン）。これらの手順
を以下のように繰り返してＢＳＴが１１層積層されたＢ
ＳＴ／Ｃｕ積層体を得た。 ＭｇＯ基板→パターン→ＢＳＴ→パターン→パター
ン→ＢＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ→パタ
ーン→パターン→ＢＳＴ→パターン→パターン
→ＢＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ→パターン
→パターン→ＢＳＴ→パターン→パターン→Ｂ
ＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ→パターン→
パターン→ＢＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ
て図４に示すパターンのＣｕ薄膜１６ｂをＢＳＴの膜厚
と同じ２５０ｎｍ成膜した（パターン）。さらに、そ
の上に図５に示すパターンのＣｕ薄膜１６ｃを２００ｎ
ｍ成膜した（パターン）。そして再び、ＢＳＴを基板
全面に成膜し、次に図６に示すパターンのＣｕ薄膜１６
ｄを２５０ｎｍ成膜した（パターン）。これらの手順
を以下のように繰り返してＢＳＴが１１層積層されたＢ
ＳＴ／Ｃｕ積層体を得た。 ＭｇＯ基板→パターン→ＢＳＴ→パターン→パター
ン→ＢＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ→パタ
ーン→パターン→ＢＳＴ→パターン→パターン
→ＢＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ→パターン
→パターン→ＢＳＴ→パターン→パターン→Ｂ
ＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ→パターン→
パターン→ＢＳＴ→パターン→パターン→ＢＳＴ
【００１５】また、これとは別に、表２に示す試料番号
４の原料溶液を用いてＢＳＴ成膜時のＯ2 流量を５００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号１２）と、８００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号１３）もそれぞれ
作製した。
４の原料溶液を用いてＢＳＴ成膜時のＯ2 流量を５００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号１２）と、８００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号１３）もそれぞれ
作製した。
【００１６】次に、図３〜図６に示した破線部で積層体
をカットし、金属電極薄膜が露出した端面にＡｇの外部
電極１８を図１に示すように塗布し焼き付けて、薄膜積
層コンデンサ１０を得た。このとき、カットした積層体
の一部については外部電極を焼き付けず、ＩＣＰによる
組成分析に供した。その結果、得られた積層体の誘電体
部は表３に示す組成（金属元素のみ）であることがわか
った。
をカットし、金属電極薄膜が露出した端面にＡｇの外部
電極１８を図１に示すように塗布し焼き付けて、薄膜積
層コンデンサ１０を得た。このとき、カットした積層体
の一部については外部電極を焼き付けず、ＩＣＰによる
組成分析に供した。その結果、得られた積層体の誘電体
部は表３に示す組成（金属元素のみ）であることがわか
った。
【００１７】
【表３】
【００１８】表４に薄膜積層コンデンサ１０の電気特性
を測定した結果を示す。なお、静電容量およびｔａｎδ
は１ｋＨｚ，１００ｍＶで測定した。また、リーク電流
はＤＣ３Ｖ印加時のものである。測定はｎ＝２０の平均
値である。
を測定した結果を示す。なお、静電容量およびｔａｎδ
は１ｋＨｚ，１００ｍＶで測定した。また、リーク電流
はＤＣ３Ｖ印加時のものである。測定はｎ＝２０の平均
値である。
【００１９】
【表４】
【００２０】本願発明の組成範囲内であるサンプルにつ
いては静電容量：１００ｎＦ以上、ｔａｎδ：３％未
満、リーク電流：１２ｎＡ以下、ブレークダウン電圧
（ＢＤＶ）：１７Ｖ以上、ショート率１０％以下の良好
な特性を示した。しかし、Ｃａを添加しない場合、ｔａ
ｎδが著しく上昇した。また、Ｍｎを添加しない場合、
リーク電流が３桁上昇した。さらに、ＣａあるいはＭｎ
を５％より多く添加した場合、静電容量が１００ｎＦ未
満となった。また、ＢＳＴ成膜時にＯ2 流量を変更しな
い場合、５００ＣＣＭに固定したサンプルでは静電容量
は上昇するものの、ｔａｎδおよびリーク電流が著しく
上昇した。２０００ＣＣＭに固定したサンプルでは半数
以上のサンプルで剥離が生じ測定できなかった（表４で
はこれもショート率に含めた）。測定できたものは静電
容量が極めて低かった。このように、この実施例によれ
ば、膜厚０．５μｍ以下の酸化物誘電体薄膜層と、安価
で比抵抗の低い金属電極を用いた膜厚０．５μｍ以下の
電極層とからなる薄膜積層コンデンサについて良好な特
性を得ることができる。
いては静電容量：１００ｎＦ以上、ｔａｎδ：３％未
満、リーク電流：１２ｎＡ以下、ブレークダウン電圧
（ＢＤＶ）：１７Ｖ以上、ショート率１０％以下の良好
な特性を示した。しかし、Ｃａを添加しない場合、ｔａ
ｎδが著しく上昇した。また、Ｍｎを添加しない場合、
リーク電流が３桁上昇した。さらに、ＣａあるいはＭｎ
を５％より多く添加した場合、静電容量が１００ｎＦ未
満となった。また、ＢＳＴ成膜時にＯ2 流量を変更しな
い場合、５００ＣＣＭに固定したサンプルでは静電容量
は上昇するものの、ｔａｎδおよびリーク電流が著しく
上昇した。２０００ＣＣＭに固定したサンプルでは半数
以上のサンプルで剥離が生じ測定できなかった（表４で
はこれもショート率に含めた）。測定できたものは静電
容量が極めて低かった。このように、この実施例によれ
ば、膜厚０．５μｍ以下の酸化物誘電体薄膜層と、安価
で比抵抗の低い金属電極を用いた膜厚０．５μｍ以下の
電極層とからなる薄膜積層コンデンサについて良好な特
性を得ることができる。
【００２１】（実施例２）電極材料としてＡｌを選択
し、酸化物誘電体材料としてＢＳＴを選択した。成膜手
順は実施例１と同様である。ＢＳＴ成膜条件は表５、そ
の内の具体的な原料濃度は表６の通りである。
し、酸化物誘電体材料としてＢＳＴを選択した。成膜手
順は実施例１と同様である。ＢＳＴ成膜条件は表５、そ
の内の具体的な原料濃度は表６の通りである。
【００２２】
【表５】
【００２３】
【表６】
【００２４】また、実施例１の場合と同様、試料番号１
７の原料溶液を用いてＢＳＴ成膜時のＯ2 流量を５００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号２５）と、８００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号２６）もそれぞれ
作製した。得られた積層体についてＩＣＰによる組成分
析を行ったところ、誘電体部は表７に示す組成（金属元
素のみ）であることがわかった。
７の原料溶液を用いてＢＳＴ成膜時のＯ2 流量を５００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号２５）と、８００
ＣＣＭに固定したサンプル（試料番号２６）もそれぞれ
作製した。得られた積層体についてＩＣＰによる組成分
析を行ったところ、誘電体部は表７に示す組成（金属元
素のみ）であることがわかった。
【００２５】
【表７】
【００２６】表８に薄膜積層コンデンサの電気特性を測
定した結果を示す。測定条件は実施例１の場合と同様で
ある。
定した結果を示す。測定条件は実施例１の場合と同様で
ある。
【００２７】
【表８】
【００２８】本願発明の組成範囲内であるサンプルにつ
いては静電容量：９０ｎＦ以上、ｔａｎδ：３％未満、
リーク電流：１１ｎＡ以下、ＢＤＶ：２０Ｖ以上、ショ
ート率５％以下の良好な特性を示した。しかし、Ｃａを
添加しない場合、ｔａｎδが著しく上昇した。また、Ｍ
ｎを添加しない場合、リーク電流が３桁上昇した。さら
に、ＣａあるいはＭｎを５％より多く添加した場合、静
電容量が５０ｎＦ未満となった。また、ＢＳＴ成膜時に
Ｏ2 流量を変更しない場合、５００ＣＣＭに固定したサ
ンプルでは静電容量は上昇するものの、ｔａｎδおよび
リーク電流が著しく上昇した。８００ＣＣＭに固定した
サンプルは、ショート率が高く、測定できたものは静電
容量が極めて低かった。このように、この実施例でも、
実施例１と同様の効果を得ることができる。また、電極
材料としてＮｉを使用した場合も同様である。
いては静電容量：９０ｎＦ以上、ｔａｎδ：３％未満、
リーク電流：１１ｎＡ以下、ＢＤＶ：２０Ｖ以上、ショ
ート率５％以下の良好な特性を示した。しかし、Ｃａを
添加しない場合、ｔａｎδが著しく上昇した。また、Ｍ
ｎを添加しない場合、リーク電流が３桁上昇した。さら
に、ＣａあるいはＭｎを５％より多く添加した場合、静
電容量が５０ｎＦ未満となった。また、ＢＳＴ成膜時に
Ｏ2 流量を変更しない場合、５００ＣＣＭに固定したサ
ンプルでは静電容量は上昇するものの、ｔａｎδおよび
リーク電流が著しく上昇した。８００ＣＣＭに固定した
サンプルは、ショート率が高く、測定できたものは静電
容量が極めて低かった。このように、この実施例でも、
実施例１と同様の効果を得ることができる。また、電極
材料としてＮｉを使用した場合も同様である。
【００２９】原料溶液の燃焼式 Ｂａ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 （Ｃ12Ｈ8 Ｎ2 ）2 ＋５８Ｏ2
→ＢａＯ＋４６ＣＯ2＋２７Ｈ2 Ｏ＋２Ｎ2 Ｓｒ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 （Ｃ12Ｈ8 Ｎ2 ）2 ＋５８Ｏ2
→ＳｒＯ＋４６ＣＯ2＋２７Ｈ2 Ｏ＋２Ｎ2 Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2 （Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 ＋４２Ｏ
2 →ＴｉＯ2 ＋２８ＣＯ2 ＋２６Ｈ2 Ｏ Ｃａ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 ＋３０Ｏ2 →ＣａＯ＋２２ＣＯ
2 ＋１９Ｈ2 Ｏ ２Ｍｎ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）3 ＋１７９／２Ｏ2 →ＭｎＯ2
＋６６ＣＯ2 ＋５７Ｈ 2 Ｏ Ｃ6 Ｈ14Ｏ2 ＋１７／２Ｏ2 →６ＣＯ2 ＋７Ｈ2 Ｏ から考えると、近似的に原料の溶解によって溶液の堆積
が増加しないとすれば原料溶液を完全燃焼させるために
は ｛(1.014×10-2×58＋2.53×10-3×58＋8.16×10-3×42
＋1.60×10-4×30＋8.16×10-5×179/4)×0.4/1000＋
(0.4×0.90075 (C6H14O2の比重))/118.17(C6H14O2の分
子量) ×17/2｝× 22400＝590cm3/ 分 のＯ2 が必要になる。したがって、上述の実施例では、
ＢＳＴ成膜初期はＯ2 流量は約１５％不足しており、そ
の結果、生成するＢＳＴは酸素欠陥は多いものの電極で
あるＣｕ、Ａｌの酸化は生じない。ＢＳＴが連続膜にな
った後、Ｏ2 過剰とすると酸素欠陥が少ない膜が生成す
ると同時に酸素欠陥の多いＢＳＴ膜に酸素が拡散し、結
果として、電極を酸化することなく酸素欠陥の少ない膜
が得られる。
→ＢａＯ＋４６ＣＯ2＋２７Ｈ2 Ｏ＋２Ｎ2 Ｓｒ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 （Ｃ12Ｈ8 Ｎ2 ）2 ＋５８Ｏ2
→ＳｒＯ＋４６ＣＯ2＋２７Ｈ2 Ｏ＋２Ｎ2 Ｔｉ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）2 （Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 ＋４２Ｏ
2 →ＴｉＯ2 ＋２８ＣＯ2 ＋２６Ｈ2 Ｏ Ｃａ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）2 ＋３０Ｏ2 →ＣａＯ＋２２ＣＯ
2 ＋１９Ｈ2 Ｏ ２Ｍｎ（Ｃ11Ｈ19Ｏ2 ）3 ＋１７９／２Ｏ2 →ＭｎＯ2
＋６６ＣＯ2 ＋５７Ｈ 2 Ｏ Ｃ6 Ｈ14Ｏ2 ＋１７／２Ｏ2 →６ＣＯ2 ＋７Ｈ2 Ｏ から考えると、近似的に原料の溶解によって溶液の堆積
が増加しないとすれば原料溶液を完全燃焼させるために
は ｛(1.014×10-2×58＋2.53×10-3×58＋8.16×10-3×42
＋1.60×10-4×30＋8.16×10-5×179/4)×0.4/1000＋
(0.4×0.90075 (C6H14O2の比重))/118.17(C6H14O2の分
子量) ×17/2｝× 22400＝590cm3/ 分 のＯ2 が必要になる。したがって、上述の実施例では、
ＢＳＴ成膜初期はＯ2 流量は約１５％不足しており、そ
の結果、生成するＢＳＴは酸素欠陥は多いものの電極で
あるＣｕ、Ａｌの酸化は生じない。ＢＳＴが連続膜にな
った後、Ｏ2 過剰とすると酸素欠陥が少ない膜が生成す
ると同時に酸素欠陥の多いＢＳＴ膜に酸素が拡散し、結
果として、電極を酸化することなく酸素欠陥の少ない膜
が得られる。
【００３０】なお、ここでは２つの実施例について示し
たが、本願発明はこれに限定されるものではない。たと
えば、ＢＳＴ成膜時にＯ2 流量を変更するのでなく原料
溶液供給量を変化させれば酸化剤量／原料溶液導入量で
表される比率を変えることができ、同様の効果が得られ
る。また、ＢＳＴ成膜後期の酸化剤量／原料溶液導入量
で表される比率をさらに増やすことも可能である。この
場合、電極が酸化しないようにするためには初期膜の膜
厚を変化させればよい。また、有機溶媒を使用しない場
合でも酸化ガスとともに還元ガスを反応室に導入すれば
同様の効果が得られる。基板についても、実施例では分
析精度を上げるためにＭｇＯを使用したが、結晶化ガラ
ス基板、アルミナ基板、ＹＳＺ基板など、任意の基板を
選択することができる。さらに、本願発明にかかる製造
方法は、他の薄膜積層体構造を有する電子デバイスの製
造にも応用可能なものである。
たが、本願発明はこれに限定されるものではない。たと
えば、ＢＳＴ成膜時にＯ2 流量を変更するのでなく原料
溶液供給量を変化させれば酸化剤量／原料溶液導入量で
表される比率を変えることができ、同様の効果が得られ
る。また、ＢＳＴ成膜後期の酸化剤量／原料溶液導入量
で表される比率をさらに増やすことも可能である。この
場合、電極が酸化しないようにするためには初期膜の膜
厚を変化させればよい。また、有機溶媒を使用しない場
合でも酸化ガスとともに還元ガスを反応室に導入すれば
同様の効果が得られる。基板についても、実施例では分
析精度を上げるためにＭｇＯを使用したが、結晶化ガラ
ス基板、アルミナ基板、ＹＳＺ基板など、任意の基板を
選択することができる。さらに、本願発明にかかる製造
方法は、他の薄膜積層体構造を有する電子デバイスの製
造にも応用可能なものである。
【００３１】
【発明の効果】本願発明によれば、比較的安価で比抵抗
の小さい卑金属材料を電極に使用した場合にも良好な特
性を発揮する薄膜積層コンデンサおよびその製造方法を
得ることができる。
の小さい卑金属材料を電極に使用した場合にも良好な特
性を発揮する薄膜積層コンデンサおよびその製造方法を
得ることができる。
【図１】本願発明にかかる薄膜積層コンデンサの一例を
示す断面図解図である。
示す断面図解図である。
【図２】本願発明にかかる薄膜積層コンデンサの製造に
用いたＭＯＣＶＤ装置を示す図解図である。
用いたＭＯＣＶＤ装置を示す図解図である。
【図３】電極膜のパターンを示す平面図である。
【図４】電極膜のパターンを示す平面図である。
【図５】電極膜のパターンを示す平面図である。
【図６】電極膜のパターンを示す平面図である。
１０ 薄膜積層コンデンサ １２ 基板 １４ 酸化物誘電体薄膜層 １６ 電極層 １８ 外部電極 ２０ ＭＯＣＶＤ装置 ２２ 原料容器 ２４ 液体マスフローコントローラー ２６ 可変流量バルブ（気化器） ２８ 反応室 ３０ ドレインタンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 BA01 BA02 BA14 BA18 BA42 BB12 CA02 JA06 LA02 LA11 5E001 AB03 AC09 AE00 AE01 AE02 AE03 AE04 AF00 AF06 AH01 AH03 AH06 AH08 AJ01 AJ02 AJ03 5E082 AA01 AB03 BC40 EE05 EE23 EE24 EE26 EE37 FG03 FG22 FG27 FG42 GG10 GG11 GG28 JJ03 JJ12 JJ23 KK01 LL03 MM23 MM24 PP03 PP08
Claims (8)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に積層された複数の誘電体薄膜と、 前記誘電体薄膜を挟んで形成された複数の電極薄膜と、 前記電極薄膜に電気的に接続された外部電極とを含む薄
膜積層コンデンサにおいて、 前記誘電体薄膜は、（Ｂａ1-x Ｓｒx ）ＴｉＯ3 （ただ
し、０≦ｘ≦１）で表される主成分に還元防止剤とアク
セプタとを含有していることを特徴とする、薄膜積層コ
ンデンサ。 - 【請求項２】 前記還元防止剤はＣａイオンであり、前
記アクセプタはＭｎイオンであることを特徴とする、請
求項１に記載の薄膜積層コンデンサ。 - 【請求項３】 金属原子全量を１００％としたときの、
Ｃａ原子の含有量が０．２５〜５モル％であり、Ｍｎ原
子の含有量が０．２５〜５モル％であることを特徴とす
る、請求項２に記載の薄膜積層コンデンサ。 - 【請求項４】 前記電極薄膜層は、Ｃｕ、Ａｌあるいは
Ｎｉのいずれかで形成されることを特徴とする、請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の薄膜積層コンデン
サ。 - 【請求項５】 基板上に電極薄膜を形成する第１工程
と、 前記電極薄膜上にＣＶＤ法で、（Ｂａ1-x Ｓｒx ）Ｔｉ
Ｏ3 （ただし、０≦ｘ≦１）で表される主成分に還元防
止剤とアクセプタとを含有してなる誘電体薄膜を形成す
る第２工程と、 前記第１および第２工程を少なくとも２回以上繰り返す
第３工程と、 前記電極薄膜に電気的に接続した外部電極を形成する第
４工程とを含む、薄膜積層コンデンサの製造方法。 - 【請求項６】 前記誘電体薄膜は、ＣＶＤ原料を有機溶
媒に溶解し、気化器に導入して気化した後、酸化剤で分
解酸化させることにより形成される、請求項５に記載の
薄膜積層コンデンサの製造方法。 - 【請求項７】 前記誘電体薄膜形成中に、有機溶剤に溶
解したＣＶＤ原料量と酸化剤量との比率を変化させるこ
とを特徴とする、請求項６に記載の薄膜積層コンデンサ
の製造方法。 - 【請求項８】 前記誘電体薄膜形成初期の酸化剤量／原
料量で表される比率を、それ以降に比べて小さくするこ
とを特徴とする、請求項７に記載の薄膜積層コンデンサ
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29953898A JP4228437B2 (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | 薄膜積層コンデンサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29953898A JP4228437B2 (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | 薄膜積層コンデンサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000124056A true JP2000124056A (ja) | 2000-04-28 |
| JP4228437B2 JP4228437B2 (ja) | 2009-02-25 |
Family
ID=17873916
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29953898A Expired - Lifetime JP4228437B2 (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | 薄膜積層コンデンサおよびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4228437B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2003089875A (ja) * | 2001-09-14 | 2003-03-28 | Okura Ind Co Ltd | 酸化亜鉛薄膜の形成方法 |
| US6876536B2 (en) | 2002-12-27 | 2005-04-05 | Tdk Corporation | Thin film capacitor and method for fabricating the same |
| US6930875B2 (en) | 2003-06-12 | 2005-08-16 | Tdk Corporation | Multi-layered unit |
| JPWO2004065668A1 (ja) * | 2003-01-21 | 2006-05-18 | Tdk株式会社 | 薄膜容量素子用組成物、高誘電率絶縁膜、薄膜容量素子、薄膜積層コンデンサおよび薄膜容量素子の製造方法 |
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-
1998
- 1998-10-21 JP JP29953898A patent/JP4228437B2/ja not_active Expired - Lifetime
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