JP2010232329A - Thin-film capacitor and manufacturing method of thin-film capacitor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film capacitor that has a dielectric thin film containing a composite oxide of Ca and Zr, which can suppress leakage current better than ever. <P>SOLUTION: A thin film capacitor 2 contains a dielectric composition expressed by the following chemical formula (1), and has a dielectric thin film 4 with a thickness of 200 to 1,000 nm and a pair of electrodes 6 and 8 that sandwich the dielectric thin film 4 between them. The chemical formula (1) is Ca<SB>m</SB>Zr<SB>1-x</SB>Ti<SB>x</SB>O<SB>3</SB>(where 0.9≤m≤1.1 and 0≤x<1). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜コンデンサ、及び薄膜コンデンサの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film capacitor and a method for manufacturing the thin film capacitor.

従来、温度補償用コンデンサとして、CaZrO又はCaTiOを主成分とする誘電体セラミック材料(以下、「Ca(Zr,Ti)O」と記す。)からなる焼結体を用いた積層コンデンサが知られている(下記特許文献1参照)。近年の電子機器の小型化に伴い、温度補償用コンデンサの薄型化が求められている。 Conventionally, a multilayer capacitor using a sintered body made of a dielectric ceramic material (hereinafter, referred to as “Ca (Zr, Ti) O 3 ”) mainly composed of CaZrO 3 or CaTiO 3 is used as a temperature compensation capacitor. It is known (see Patent Document 1 below). With the recent miniaturization of electronic devices, there is a demand for thinner temperature compensating capacitors.

特開2001−167970号公報JP 2001-167970 A 特開2002−075054号公報JP 2002-075054 A 特開昭62−131415号公報Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-131415 特公平07−070432号公報Japanese Patent Publication No. 07-070432

上記のCa(Zr,Ti)Oを焼結させるには1300〜1600℃程度の高温での焼成が必要とされる。しかし、内部電極としてNi等の融点の低い卑金属を使用する場合、Ca(Zr,Ti)Oと内部電極を同時に高温で焼成すると、内部電極が溶融し、場合によってはリーク電流が増加したり、短絡が発生したりすることが問題であった。また、コンデンサの薄型化に伴ってリーク電流が発生し易くなることも問題であった。 In order to sinter the above Ca (Zr, Ti) O 3 , firing at a high temperature of about 1300 to 1600 ° C. is required. However, when a base metal having a low melting point such as Ni is used as the internal electrode, if the Ca (Zr, Ti) O 3 and the internal electrode are simultaneously fired at a high temperature, the internal electrode melts, and in some cases, the leakage current increases. It was a problem that a short circuit occurred. Another problem is that leakage current tends to occur as the capacitor becomes thinner.

内部電極の溶融を防止する方法として、上記特許文献2には、ガラス成分等の焼結助剤をCa(Zr,Ti)Oに添加することにより、Ca(Zr,Ti)Oをより低温で焼結させる積層コンデンサの製造方法が提案されている。また、上記特許文献3には、積層コンデンサの製造に用いるCa(Zr,Ti)O100重量部に対して0.2〜10重量部の焼結助剤を添加することが提案されている。さらに、上記特許文献3には、焼結助剤の添加量が少ない場合、焼成温度が1300℃であっても、緻密で、所望の電気特性を有するCa(Zr,Ti)Oの焼結体を得ることができないことが記載されている。 As a method of preventing the melting of the internal electrodes, the Patent Document 2, by adding a sintering aid such as glass components in Ca (Zr, Ti) O 3, Ca and (Zr, Ti) O 3 more A method of manufacturing a multilayer capacitor that is sintered at a low temperature has been proposed. Patent Document 3 proposes that 0.2 to 10 parts by weight of a sintering aid is added to 100 parts by weight of Ca (Zr, Ti) O 3 used for manufacturing a multilayer capacitor. . Further, in Patent Document 3 described above, when the amount of the sintering aid is small, even if the firing temperature is 1300 ° C., the sintering of Ca (Zr, Ti) O 3 having the desired electric characteristics is dense. It is stated that the body cannot be obtained.

しかし、上記特許文献2、3に記載の製造方法を採用した場合であっても、Ca(Zr,Ti)O及びバインダーを含むグリーンシートの焼成時の収縮量が内部電極の収縮量に比べて大きいため、誘電体層と内部電極との間に大きな歪みが生じる。そして、積層コンデンサの薄型化のために誘電体層及び内部電極を共に薄くするほど、誘電体層と内部電極との間の歪みが顕著に現れる。そのため、場合によっては誘電体層の電極からの剥離(デラミネーション)、及び剥離に伴うリーク電流が生じ易くなり、歩留を大きく低下させるという問題点があった。 However, even when the manufacturing methods described in Patent Documents 2 and 3 are adopted, the amount of shrinkage of the green sheet containing Ca (Zr, Ti) O 3 and the binder is smaller than the amount of shrinkage of the internal electrode. Therefore, a large strain is generated between the dielectric layer and the internal electrode. And, as the dielectric layer and the internal electrode are both made thinner to make the multilayer capacitor thinner, the distortion between the dielectric layer and the internal electrode becomes more prominent. Therefore, in some cases, peeling (delamination) of the dielectric layer from the electrode and leakage current associated with the peeling easily occur, and there is a problem that the yield is greatly reduced.

以上のように、上記特許文献2、3に記載の積層コンデンサの製造方法では、積層コンデンサの薄型化に伴うリーク電流の発生を抑制することは困難であった。   As described above, in the multilayer capacitor manufacturing methods described in Patent Documents 2 and 3, it is difficult to suppress the occurrence of leakage current accompanying the reduction in thickness of the multilayer capacitor.

上記特許文献2、3に記載の製造方法とは異なる製造方法として、上記特許文献4には、コンデンサの薄型化のために、誘電体薄膜を化学蒸着法により電極上に形成することを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法が提案されている。この製造方法では、温度補償用コンデンサの誘電体材料として有用な(Mg,Ca)TiOの薄膜を600℃以下の低温で形成する。しかし、(Mg,Ca)TiOの薄膜を低温で形成するためには、プラズマCVD法、電子サイクロトロン(ECR)プラズマCVD法又はプラズマスパッタ法を用いる必要がある。これらの成膜方法を実施するための装置は非常に高価であるため、コスト高になるという問題点があった。 As a manufacturing method different from the manufacturing methods described in Patent Documents 2 and 3, the Patent Document 4 is characterized in that a dielectric thin film is formed on an electrode by chemical vapor deposition in order to reduce the thickness of the capacitor. A method of manufacturing a thin film capacitor has been proposed. In this manufacturing method, a thin film of (Mg, Ca) TiO 3 useful as a dielectric material for a temperature compensating capacitor is formed at a low temperature of 600 ° C. or lower. However, in order to form a thin film of (Mg, Ca) TiO 3 at a low temperature, it is necessary to use a plasma CVD method, an electron cyclotron (ECR) plasma CVD method, or a plasma sputtering method. An apparatus for carrying out these film forming methods is very expensive, and there is a problem that the cost is increased.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、Ca及びZrの複合酸化物を含む誘電体薄膜を備え、従来に比べてリーク電流を抑制できる薄膜コンデンサ、及び当該薄膜コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and includes a thin film capacitor including a dielectric thin film containing a composite oxide of Ca and Zr, and capable of suppressing a leakage current as compared with the prior art, and manufacture of the thin film capacitor It aims to provide a method.

上記目的を達成するため、本発明の薄膜コンデンサは、下記化学式(1)で表される誘電体組成物を含み、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜と、誘電体薄膜を間に挟む一対の電極と、を備える。
CaZr1−xTi (1)
[化学式(1)中、0.9≦m≦1.1であり、0≦x<1である。]
In order to achieve the above object, a thin film capacitor of the present invention includes a dielectric thin film having a thickness of 200 to 1000 nm and a dielectric thin film sandwiched between a dielectric thin film including a dielectric composition represented by the following chemical formula (1). A pair of electrodes.
Ca m Zr 1-x Ti x O 3 (1)
[In the chemical formula (1), 0.9 ≦ m ≦ 1.1 and 0 ≦ x <1. ]

上記本発明によれば、Ca(Zr,Ti)Oを含む誘電体薄膜を備える従来の薄膜コンデンサに比べてリーク電流を抑制できる。 According to the present invention, a leakage current can be suppressed as compared with a conventional thin film capacitor including a dielectric thin film containing Ca (Zr, Ti) O 3 .

上記本発明では、誘電体薄膜が、電極と略平行である少なくとも2つの誘電体層を備え、2つの誘電体層の間に平面状の界面が形成されていることが好ましい。これにより、リーク電流を抑制し易くなる。   In the present invention, the dielectric thin film preferably includes at least two dielectric layers substantially parallel to the electrode, and a planar interface is formed between the two dielectric layers. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current.

本発明の薄膜コンデンサの第一の製造方法は、Ca及びZrの溶液から形成した塗膜の仮焼成を電極上で1回以上行うことにより、1つ以上の前駆体層を電極上に積層する積層工程と、電極上に積層された1つ以上の前駆体層を850〜1000℃で本焼成して、誘電体層を電極上に形成する本焼成工程と、積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ2回以上行うことにより、積層された2つ以上の誘電体層を有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜を電極上に形成する薄膜形成工程と、を備え、溶液におけるTiの含有量を0モル以上とし、Zrのモル数MZr及びTiのモル数MTiの合計に対するCaのモル数MCaの比MCa/(MZr+MTi)を0.9〜1.1とする。 In the first method for producing a thin film capacitor of the present invention, one or more precursor layers are laminated on an electrode by pre-baking a coating formed from a solution of Ca and Zr once or more on the electrode. Laminating step, main firing step of firing one or more precursor layers laminated on the electrode at 850 to 1000 ° C. to form a dielectric layer on the electrode, and laminating step and main firing step alternately A thin film forming step of forming a dielectric thin film having a thickness of 200 to 1000 nm on the electrode by having two or more laminated dielectric layers, The Ti content is 0 mol or more, and the ratio M Ca / (M Zr + M Ti ) of the number of moles of Ca M Ca to the sum of the number of moles of Zr M Zr and the number of moles of Ti M Ti is 0.9-1. Set to 1.

上記第一の製造方法によれば、上記本発明の薄膜コンデンサを製造することができる。   According to the first manufacturing method, the thin film capacitor of the present invention can be manufactured.

上記第一の製造方法では、溶液における焼結助剤の含有量を溶液中の金属元素含有量に対して1000ppm以下とすることが好ましい。これにより、薄膜コンデンサのリーク電流を抑制し易くなる。 In said 1st manufacturing method, it is preferable that content of the sintering auxiliary agent in a solution shall be 1000 ppm or less with respect to metal element content in a solution. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current of the thin film capacitor.

本発明の薄膜コンデンサの第二の製造方法は、Ca及びZrの溶液から形成した塗膜の仮焼成を電極上で1回以上行うことにより、1つ以上の前駆体層を電極上に積層する積層工程と、電極上に積層された1つ以上の前駆体層を本焼成して、誘電体層を電極上に形成する本焼成工程と、を備え、溶液におけるTiの含有量を0モル以上とし、Zrのモル数MZr及びTiのモル数MTiの合計に対するCaのモル数MCaの比MCa/(MZr+MTi)を0.9〜1.1とし、溶液における焼結助剤の含有量を溶液中の金属元素含有量に対して1000ppm以下とする。 In the second method for producing a thin film capacitor of the present invention, one or more precursor layers are laminated on an electrode by pre-baking a coating film formed from a solution of Ca and Zr once or more on the electrode. And a main firing step of firing one or more precursor layers laminated on the electrode to form a dielectric layer on the electrode, the content of Ti in the solution being 0 mol or more and then, Zr ratio M Ca / number of moles M Zr and Ti moles M moles of Ca to the sum of Ti M Ca of the (M Zr + M Ti) is 0.9 to 1.1, sintering in a solution aid The content of the agent is set to 1000 ppm or less with respect to the metal element content in the solution.

上記第二の製造方法によれば、上記本発明の薄膜コンデンサを製造することができる。なお、上記第二の製造方法の特徴の1つは、用いる焼結助剤の量を敢えて従来の製造方法に比べて少なくすることによって薄膜コンデンサのリーク電流を抑制することにある。換言すれば、上記第二の製造方法では、焼結助剤の量が従来に比べて少なかったり、又は焼結助剤を用いなかったりしたとしても、誘電体薄膜を低温下で充分に焼結させることが可能となる。   According to the second manufacturing method, the thin film capacitor of the present invention can be manufactured. One of the characteristics of the second manufacturing method is that the leakage current of the thin film capacitor is suppressed by deliberately reducing the amount of the sintering aid used as compared with the conventional manufacturing method. In other words, in the second manufacturing method, the dielectric thin film is sufficiently sintered at a low temperature even if the amount of the sintering aid is smaller than before or no sintering aid is used. It becomes possible to make it.

上記第二の製造方法では、前駆体層を850〜1000℃で本焼成することが好ましい。これにより、薄膜コンデンサのリーク電流を抑制し易くなる。   In the second production method, the precursor layer is preferably subjected to main baking at 850 to 1000 ° C. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current of the thin film capacitor.

上記第二の製造方法では、積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ2回以上行うことにより、積層された2つ以上の誘電体層を有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜を電極上に形成する薄膜形成工程を備えることが好ましい。これにより、薄膜コンデンサのリーク電流を抑制し易くなる。   In the second manufacturing method, the dielectric thin film having two or more dielectric layers laminated and having a thickness of 200 to 1000 nm by alternately performing the lamination step and the main firing step twice or more. It is preferable to provide a thin film forming step of forming a film on the electrode. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current of the thin film capacitor.

本発明によれば、Ca及びZrの複合酸化物を含む誘電体薄膜を備え、従来に比べてリーク電流を抑制できる薄膜コンデンサ、及び当該薄膜コンデンサの製造方法を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a thin film capacitor including a dielectric thin film containing a complex oxide of Ca and Zr and capable of suppressing a leakage current as compared with the conventional one, and a method for manufacturing the thin film capacitor.

本発明の第一実施形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the thin film capacitor which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法の一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of manufacturing method of the thin film capacitor which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法の一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of manufacturing method of the thin film capacitor which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法の一部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a part of manufacturing method of the thin film capacitor which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る薄膜コンデンサが備える誘電体薄膜の断面のSEM画像である。It is a SEM image of the section of the dielectric thin film with which the thin film capacitor concerning the example of the present invention is provided. 図6(A)は、本発明の実施例に係る薄膜コンデンサが備える誘電体薄膜の断面の一部を示す概略図であり、図6(B)は、本発明の比較例に係る薄膜コンデンサが備える誘電体薄膜の断面の一部を示す概略図である。FIG. 6A is a schematic diagram showing a part of a cross section of a dielectric thin film included in a thin film capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B shows a thin film capacitor according to a comparative example of the present invention. It is the schematic which shows a part of cross section of the dielectric material thin film provided.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付す。また、上下左右の位置関係は図面に示す通りであるが、寸法の比率は図面に示すものに限定されない。また、説明が重複する場合にはその説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element. In addition, although the positional relationship between the top, bottom, left and right is as shown in the drawing, the ratio of dimensions is not limited to that shown in the drawing. Further, when the description overlaps, the description is omitted.

[第一実施形態]
(薄膜コンデンサ)
第一実施形態の薄膜コンデンサ2は、図1に示すように、誘電体薄膜4と、誘電体薄膜4を間に挟み、平行に対向する一対の電極(下地電極6及び上部電極8)と、を備える。なお、図1は、下地電極6、誘電体薄膜4及び上部電極8の積層方向における薄膜コンデンサ2の断面図である。
[First embodiment]
(Thin film capacitor)
As shown in FIG. 1, the thin film capacitor 2 of the first embodiment includes a dielectric thin film 4 and a pair of electrodes (base electrode 6 and upper electrode 8) opposed in parallel with the dielectric thin film 4 interposed therebetween, Is provided. FIG. 1 is a cross-sectional view of the thin film capacitor 2 in the stacking direction of the base electrode 6, the dielectric thin film 4 and the upper electrode 8.

誘電体薄膜4は下記化学式(1)で表される誘電体組成物を含む。
CaZr1−xTi (1)
化学式(1)中、0.9≦m≦1.1であり、0≦x<1である。
The dielectric thin film 4 includes a dielectric composition represented by the following chemical formula (1).
Ca m Zr 1-x Ti x O 3 (1)
In chemical formula (1), 0.9 ≦ m ≦ 1.1 and 0 ≦ x <1.

mが上記の数値範囲外である場合、mが上記の数値範囲内である場合に比べて、リーク電流が増加してしまう。   When m is out of the above numerical range, the leakage current increases as compared with the case where m is within the above numerical range.

上記化学式(1)において、0≦x≦0.2であることが好ましい。これにより、静電容量の温度特性を向上させることができる。具体的には、0≦x≦0.2である誘電体薄膜4の静電容量の温度係数τは−250〜23ppm/℃であり、EIA規格のCKを満たす。 In the above chemical formula (1), 0 ≦ x ≦ 0.2 is preferable. Thereby, the temperature characteristic of a capacitance can be improved. Specifically, the temperature coefficient τ c of the electrostatic capacity of the dielectric thin film 4 satisfying 0 ≦ x ≦ 0.2 is −250 to 23 ppm / ° C., which satisfies EIA standard CK.

誘電体薄膜4の厚さは、200〜1000nmである。誘電体薄膜4の厚さが200nm未満である場合、厚さが200〜1000nmである場合に比べて、リーク電流が増加し、場合によっては薄膜コンデンサでショートが起きる。誘電体薄膜4の厚さが1000nmより大きい場合も、厚さが200〜1000nmである場合に比べて、リーク電流が増加する。なお、誘電体薄膜4の面積は、例えば、0.9×0.5mm程度である。 The thickness of the dielectric thin film 4 is 200 to 1000 nm. When the thickness of the dielectric thin film 4 is less than 200 nm, the leakage current increases as compared with the case where the thickness is 200 to 1000 nm, and in some cases, a short circuit occurs in the thin film capacitor. When the thickness of the dielectric thin film 4 is larger than 1000 nm, the leakage current increases as compared with the case where the thickness is 200 to 1000 nm. The area of the dielectric thin film 4 is, for example, about 0.9 × 0.5 mm 2 .

誘電体薄膜4は、下部電極6及び上部電極8と平行である第一誘電体層10及び第二誘電体層12を備える。第一誘電体層10及び第二誘電体層12の間には、平面状の界面14が形成されている。   The dielectric thin film 4 includes a first dielectric layer 10 and a second dielectric layer 12 that are parallel to the lower electrode 6 and the upper electrode 8. A planar interface 14 is formed between the first dielectric layer 10 and the second dielectric layer 12.

界面14の微細な構造は、必ずしも明らかではないが、本発明者らは、界面14では、誘電体薄膜4中の微量の不純物等が析出しており、また多数の微細なポア(空隙)が形成されている、と考える。そして、この界面がリーク電流に対して障壁として機能することが、リーク電流の抑制に寄与している、と本発明者らは考える。   Although the fine structure of the interface 14 is not necessarily clear, the present inventors have found that a small amount of impurities or the like in the dielectric thin film 4 is deposited at the interface 14 and that many fine pores (voids) are formed. I think it is formed. The present inventors consider that the fact that this interface functions as a barrier against leakage current contributes to suppression of leakage current.

下地電極6は、卑金属又は貴金属であればよいが、主成分としてNiを含有することが好ましい。NiはCMP(Chemical Mechanical Polishing)等によって加工し易く、また貴金属より安価である点において好適である。下地電極6を構成するNiの純度は高いほど好ましく、99.99重量%以上であることが好ましい。なお、本発明の効果を損なわない程度であれば、下地電極6に微量の不純物が含まれていても良い。   The base electrode 6 may be a base metal or a noble metal, but preferably contains Ni as a main component. Ni is preferable in that it is easy to process by CMP (Chemical Mechanical Polishing) and is cheaper than noble metals. The purity of Ni constituting the base electrode 6 is preferably as high as possible, and is preferably 99.99% by weight or more. Note that the base electrode 6 may contain a small amount of impurities as long as the effects of the present invention are not impaired.

下地電極6は、金属箔であってもよく、Si、ガラス又はセラミック等の基板上に形成された金属薄膜であってもよい。下地電極6が金属箔である場合、下地電極6の厚さは、5〜100μmであることが好ましく、20〜70μmであることがより好ましい。下地電極6の厚さが薄過ぎる場合、薄膜コンデンサ2の製造時に下地電極6をハンドリンクし難くなる傾向がある。下地電極6が基板上に形成された金属薄膜である場合、下地電極6の厚さは、50nm以上であることが好ましい。なお、金属薄膜を基板上に形成する前に、基板と金属薄膜との密着性を向上させるために、基板上に密着層を形成してもよい。また、下地電極6の面積は、例えば、1×0.5mm程度である。 The base electrode 6 may be a metal foil or a metal thin film formed on a substrate such as Si, glass, or ceramic. When the base electrode 6 is a metal foil, the thickness of the base electrode 6 is preferably 5 to 100 μm, and more preferably 20 to 70 μm. When the thickness of the base electrode 6 is too thin, it tends to be difficult to hand link the base electrode 6 when the thin film capacitor 2 is manufactured. When the base electrode 6 is a metal thin film formed on a substrate, the thickness of the base electrode 6 is preferably 50 nm or more. In addition, before forming a metal thin film on a board | substrate, in order to improve the adhesiveness of a board | substrate and a metal thin film, you may form an adhesion layer on a board | substrate. The area of the base electrode 6 is, for example, about 1 × 0.5 mm 2 .

上部電極8は、卑金属又は貴金属であればよいが、特にCuまたはCu合金からなることが好ましい。Cu合金としては、たとえばNiやSiを添加したコルソン系Cu合金、CrやSnを添加したCu合金、Ni−Fe系を添加したCu合金などが挙げられる。なお、本発明の効果を損なわない程度であれば、上部電極8に微量の不純物が含まれていても良い。   The upper electrode 8 may be a base metal or a noble metal, but is preferably made of Cu or a Cu alloy. Examples of the Cu alloy include a Corson-based Cu alloy to which Ni or Si is added, a Cu alloy to which Cr or Sn is added, a Cu alloy to which a Ni-Fe system is added, or the like. The upper electrode 8 may contain a small amount of impurities as long as the effects of the present invention are not impaired.

第一実施形態の薄膜コンデンサ2では、誘電体薄膜4がCaZr1−xTiを含み、誘電体薄膜4の厚さが200〜1000nmであるため、Ca(Zr,Ti)Oを含む誘電体薄膜を備える従来の薄膜コンデンサに比べてリーク電流を抑制することができる。第一実施形態の薄膜コンデンサ2は、LC共振回路又は水晶発振器の温度補償用コンデンサとして好適に用いられる。 In the thin film capacitor 2 of the first embodiment, since the dielectric thin film 4 contains Ca m Zr 1-x Ti x O 3 and the thickness of the dielectric thin film 4 is 200 to 1000 nm, Ca (Zr, Ti) O As compared with a conventional thin film capacitor having a dielectric thin film including 3 , leakage current can be suppressed. The thin film capacitor 2 of the first embodiment is suitably used as a temperature compensation capacitor for an LC resonance circuit or a crystal oscillator.

(薄膜コンデンサ2の製造方法)
第一実施形態では、上述した第一の製造方法を用いて薄膜コンデンサ2を製造する場合について説明する。
(Method for manufacturing thin film capacitor 2)
1st embodiment demonstrates the case where the thin film capacitor 2 is manufactured using the 1st manufacturing method mentioned above.

第一実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法は、Ca及びZrの溶液から形成した塗膜の仮焼成を下地電極上で2回行うことにより、2つの前駆体層を下地電極上で積層する積層工程と、下地電極上に積層された2つの前駆体層を850〜1000℃で本焼成して、1つの誘電体層を下地電極上で形成する本焼成工程と、を備える。すなわち、第一実施形態では、溶液法を用いて誘電体層を下地電極上で形成する。そして、第一実施形態では、積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ2回行う薄膜形成工程において、積層された第一誘電体層10と第二誘電体層12とを有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜4を下地電極6上に形成する。次に、誘電体薄膜4上に上部電極8を形成することにより、薄膜コンデンサ2を得る。以下では、図2、図3を用いて各工程を説明する。なお、図2、3は、塗膜、前駆体層、誘電体層又は誘電体薄膜の積層方向における概略断面図である。   The manufacturing method of the thin film capacitor according to the first embodiment is a lamination in which two precursor layers are laminated on a base electrode by pre-baking a coating film formed from a solution of Ca and Zr twice on the base electrode. And a main firing step of subjecting two precursor layers laminated on the base electrode to main firing at 850 to 1000 ° C. to form one dielectric layer on the base electrode. That is, in the first embodiment, the dielectric layer is formed on the base electrode using the solution method. And in 1st embodiment, it has the 1st dielectric material layer 10 and the 2nd dielectric material layer 12 which were laminated in the thin film formation process which performs a lamination process and a main calcination process twice each, and thickness is A dielectric thin film 4 having a thickness of 200 to 1000 nm is formed on the base electrode 6. Next, the upper electrode 8 is formed on the dielectric thin film 4 to obtain the thin film capacitor 2. Below, each process is demonstrated using FIG. 2, FIG. 2 and 3 are schematic cross-sectional views in the laminating direction of the coating film, the precursor layer, the dielectric layer, or the dielectric thin film.

第一実施形態の薄膜形成工程では、以下の第一積層工程、第一本焼成工程、第二積層工程及び第二本焼成工程を行う。   In the thin film formation step of the first embodiment, the following first lamination step, first main baking step, second lamination step, and second main baking step are performed.

<第一積層工程>
第一積層工程では、まず、下地電極6を準備する。必要に応じて下地電極6の表面をCMP、電解研磨、バフ研磨等の方法により研磨してもよい。
<First lamination process>
In the first lamination step, first, the base electrode 6 is prepared. If necessary, the surface of the base electrode 6 may be polished by a method such as CMP, electropolishing or buffing.

図2(A)に示すように、下地電極6の表面全体に、Ca及びZrの溶液を塗布し、第一塗膜20aを形成する。Ca及びZrの溶液の塗布は、スピンコートにより行えばよい。スピンコートの回転数や塗布時間等により第一塗膜20aの厚さを調整することができる。   As shown in FIG. 2A, a solution of Ca and Zr is applied to the entire surface of the base electrode 6 to form a first coating film 20a. Application of the Ca and Zr solution may be performed by spin coating. The thickness of the first coating film 20a can be adjusted by the spin coat rotation speed, coating time, and the like.

第一実施形態では、Ca及びZrの溶液におけるTiの含有量を0モル以上に調整し、溶液におけるZrのモル数MZr及びTiのモル数MTiの合計に対するCaのモル数MCaの比MCa/(MZr+MTi)を0.9〜1.1に調整する。これにより、誘電体薄膜4が含む誘電体組成物の組成を、下記化学式(1)で表される組成とすることが可能となる。以下では、これらの条件を満たす溶液を「金属溶液」と記す。なお、MCa/(MZr+MTi)は、CaZr1−xTiにおけるmに一致する。
CaZr1−xTi (1)
化学式(1)中、0.9≦m≦1.1であり、0≦x<1である。
In the first embodiment, the content of Ti in the solution of Ca and Zr is adjusted to 0 mol or more, and the ratio of the number of moles of Ca M Ca to the total number of moles of Zr M Zr and number of moles of Ti M Ti in the solution. M Ca / (M Zr + M Ti ) is adjusted to 0.9 to 1.1. Thereby, the composition of the dielectric composition included in the dielectric thin film 4 can be set to the composition represented by the following chemical formula (1). Hereinafter, a solution satisfying these conditions is referred to as a “metal solution”. Incidentally, M Ca / (M Zr + M Ti) is consistent with m in Ca m Zr 1-x Ti x O 3.
Ca m Zr 1-x Ti x O 3 (1)
In chemical formula (1), 0.9 ≦ m ≦ 1.1 and 0 ≦ x <1.

Ca/(MZr+MTi)が上記の数値範囲外である場合、MCa/(MZr+MTi)が上記の数値範囲内である場合に比べて、薄膜コンデンサ2のリーク電流が増加する。このリーク電流の増加は、MCa/(MZr+MTi)が上記の数値範囲外である場合、化学量論比を満たす組成(MCa/(MZr+MTi)=m=1の場合の組成)からのMCa/(MZr+MTi)の偏差が大きくなり、後述する本焼成工程において、Caの酸化物、Zrの酸化物又はTiの酸化物が誘電体薄膜4中に生成することに起因する、と本発明者らは考える。 When M Ca / (M Zr + M Ti ) is outside the above numerical range, the leakage current of the thin film capacitor 2 is increased as compared to the case where M Ca / (M Zr + M Ti ) is within the above numerical range. . This increase in leakage current is due to the composition satisfying the stoichiometric ratio (M Ca / (M Zr + M Ti ) = m = 1 when M Ca / (M Zr + M Ti ) is outside the above numerical range. The deviation of M Ca / (M Zr + M Ti ) from the composition increases, and in the main firing step described later, an oxide of Ca, an oxide of Zr or an oxide of Ti is generated in the dielectric thin film 4. The present inventors think that it originates in this.

第一実施形態では、金属溶液における比MTi/(MZr+MTi)を0.0〜0.2に調整することが好ましい。これにより、誘電体薄膜4の静電容量の温度特性が向上する。なお、MTi/(MZr+MTi)は、CaZr1−xTiにおけるxに一致する。 In the first embodiment, the ratio M Ti / (M Zr + M Ti ) in the metal solution is preferably adjusted to 0.0 to 0.2. Thereby, the temperature characteristic of the capacitance of the dielectric thin film 4 is improved. Incidentally, M Ti / (M Zr + M Ti) is consistent with x in Ca m Zr 1-x Ti x O 3.

金属溶液としては、例えば、Ca、Zrそれぞれの有機酸塩を有機溶媒等に溶解させて得た液体を用いればよい。有機酸塩としては、オクチル酸塩、ネオデカン酸塩、ステアリン酸塩、又はナフテン酸塩等が挙げられる。なお、必要に応じてTiの有機酸塩を金属溶液に添加してもよい。また、金属溶液におけるCa、Zr及びTiの各含有率を調整することにより、第一塗膜20aの厚さを調整することができる。   As the metal solution, for example, a liquid obtained by dissolving organic salts of Ca and Zr in an organic solvent or the like may be used. Examples of the organic acid salt include octylate, neodecanoate, stearate, or naphthenate. If necessary, an organic acid salt of Ti may be added to the metal solution. Moreover, the thickness of the 1st coating film 20a can be adjusted by adjusting each content rate of Ca, Zr, and Ti in a metal solution.

第一実施形態では、金属溶液における焼結助剤の含有量を金属溶液中の金属元素含有量に対して1000ppm以下とすることが好ましい。これにより、薄膜コンデンサ2のリーク電流を抑制し易くなる。なお、第一実施形態では、金属溶液における焼結助剤の含有量が1000ppm以下であっても、1000℃以下の低温での本焼成によって、充分に焼結した誘電体薄膜4を得ることが可能である。なお、本発明の効果を損なわない程度の量であれば、金属溶液に焼結助剤を添加してもよい。   In the first embodiment, the content of the sintering aid in the metal solution is preferably 1000 ppm or less with respect to the metal element content in the metal solution. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current of the thin film capacitor 2. In the first embodiment, even if the content of the sintering aid in the metal solution is 1000 ppm or less, the sufficiently sintered dielectric thin film 4 can be obtained by the main firing at a low temperature of 1000 ° C. or less. Is possible. Note that a sintering aid may be added to the metal solution as long as the effect of the present invention is not impaired.

なお、焼結助剤とは、例えば、Ca、Zr、Ti及び有機酸塩以外の不純物として金属溶液に含まれる元素の総量を意味する。焼結助剤の具体例としては、Na,K等のアルカリ金属、Sr,Ba等のアルカリ土類金属、Fe,Cr等の遷移金属、La,Ce等の希土類元素、Al,Ga等の13族元素又はSi,Ge等の14族元素等が挙げられる。不純物として金属溶液に含まれる各元素の含有量は、ICP発光分光分析や蛍光X線分析で分析できる。なお、金属溶液には誘電体薄膜4の原料としてZrが含まれるため、Zrの同族元素であるHfが金属溶液に不可避的に含まれる場合がある。したがって、第一実施形態では、Hfは焼結助剤に含まれないものとする。   The sintering aid means, for example, the total amount of elements contained in the metal solution as impurities other than Ca, Zr, Ti and organic acid salts. Specific examples of sintering aids include alkali metals such as Na and K, alkaline earth metals such as Sr and Ba, transition metals such as Fe and Cr, rare earth elements such as La and Ce, and 13 such as Al and Ga. Group elements or Group 14 elements such as Si and Ge are listed. The content of each element contained in the metal solution as an impurity can be analyzed by ICP emission spectroscopic analysis or fluorescent X-ray analysis. Since the metal solution contains Zr as a raw material for the dielectric thin film 4, Hf, which is a similar element of Zr, is inevitably contained in the metal solution. Accordingly, in the first embodiment, Hf is not included in the sintering aid.

下地電極6上に形成した第一塗膜20aを仮焼成することにより、第一塗膜20a中の有機成分が熱分解すると共に、第一塗膜20a中のCa、Zr及びTiが酸化される。その結果、図2(B)に示すように、第一前駆体層20bが下地電極6上に形成される。   By temporarily firing the first coating film 20a formed on the base electrode 6, the organic components in the first coating film 20a are thermally decomposed, and Ca, Zr, and Ti in the first coating film 20a are oxidized. . As a result, the first precursor layer 20 b is formed on the base electrode 6 as shown in FIG.

第一実施形態では、第一塗膜20aを大気等の酸化雰囲気中で仮焼成することが好ましい。これにより、本焼成工程において、CaZr1−xTiの結晶を確実に生成させることができる。また、第一塗膜20aを400〜600℃で仮焼成することが好ましく、400〜450℃で仮焼成することがより好ましい。仮焼成の温度が低過ぎる場合、第一塗膜20a中の有機成分の一部が熱分解せずに第一前駆体層20a中に残存する傾向がある。有機成分が残存した第一前駆体層20aに対して本焼成工程を実施した場合、得られる誘電体層がポーラスとなり、誘電体層の密度が低くなる。その結果、薄膜コンデンサ2のリーク電流を低下させるという本発明の効果が小さくなる。仮焼成の温度が高過ぎる場合、下地電極6が酸化し易い傾向がある。仮焼成の時間は、第一塗膜20aの厚さ、面積等に応じて、適宜調整すればよいが、5〜30分間程度とすればよい。 In the first embodiment, it is preferable that the first coating film 20a is temporarily fired in an oxidizing atmosphere such as air. Thus, in the sintering step, the crystals of Ca m Zr 1-x Ti x O 3 can be reliably generated. The first coating film 20a is preferably calcined at 400 to 600 ° C, more preferably calcined at 400 to 450 ° C. When the pre-baking temperature is too low, a part of the organic component in the first coating film 20a tends to remain in the first precursor layer 20a without being thermally decomposed. When the main firing step is performed on the first precursor layer 20a in which the organic component remains, the obtained dielectric layer becomes porous, and the density of the dielectric layer becomes low. As a result, the effect of the present invention of reducing the leakage current of the thin film capacitor 2 is reduced. If the pre-baking temperature is too high, the base electrode 6 tends to be oxidized. Although the time of temporary baking should just be adjusted suitably according to the thickness of the 1st coating film 20a, an area, etc., what is necessary is just to be about 5 to 30 minutes.

図2(C)に示すように、第一前駆体層20bの表面全体に、金属溶液を塗布し、第二塗膜22aを形成する。次に、第一塗膜20aと同様の方法で、第一前駆体層20b上に形成した第二塗膜22aを仮焼成することにより、図2(D)に示すように、第二前駆体層22bを第一前駆体層20b上に形成する。   As shown in FIG. 2C, a metal solution is applied to the entire surface of the first precursor layer 20b to form a second coating film 22a. Next, as shown in FIG. 2 (D), the second precursor 22a formed on the first precursor layer 20b is pre-fired by the same method as the first coat 20a, so that the second precursor is obtained. Layer 22b is formed on first precursor layer 20b.

以上のように、第一積層工程では、金属溶液から形成した塗膜の仮焼成を下地電極上で2回行うことにより、第一前駆体層20b及び第二前駆体層22bを下地電極6上に積層する。   As described above, in the first laminating step, the first precursor layer 20b and the second precursor layer 22b are placed on the base electrode 6 by performing preliminary firing of the coating film formed from the metal solution twice on the base electrode. Laminate to.

<第一本焼成工程>
第一本焼成工程では、下地電極6上に積層された第一前駆体層20b及び第二前駆体層22bを850〜1000℃で本焼成する。本焼成により、第一前駆体層20b及び第二前駆体層22b中でCaZr1−xTiの結晶を成長させ、図2(E)に示す第一誘電体層10を下地電極6上に形成する。
<First main firing step>
In the first main firing step, the first precursor layer 20b and the second precursor layer 22b laminated on the base electrode 6 are subjected to main firing at 850 to 1000 ° C. By this firing, crystals of Ca m Zr 1-x Ti x O 3 are grown in the first precursor layer 20b and the second precursor layer 22b, and the first dielectric layer 10 shown in FIG. It is formed on the electrode 6.

本焼成の温度が850℃未満である場合、CaZr1−xTiの結晶成長、焼結が不十分となり、リーク電流を抑制するという本発明の効果が小さくなる傾向がある。一方、本焼成の温度が1000℃より高い場合、Ni等の下地電極6の一部が蒸発して、リーク電流を抑制するという本発明の効果が小さくなる傾向がある。 If the temperature of the main calcination is less than 850 ° C., the crystal growth of Ca m Zr 1-x Ti x O 3, sintering becomes insufficient, and there is a tendency that the effect of the present invention to suppress the leakage current decreases. On the other hand, when the temperature of the main baking is higher than 1000 ° C., a part of the base electrode 6 such as Ni evaporates and the effect of the present invention of suppressing the leakage current tends to be small.

第一実施形態では、第一前駆体層20a及び第二前駆体層22bを真空雰囲気中で本焼成することが好ましい。これにより、下地電極6の酸化を抑制しつつ、CaZr1−xTiの結晶を成長させ易くなる。なお、第一実施形態において、真空雰囲気とは、例えば全圧が1.0×10−3〜1.0×10Pa程度であり、酸素分圧が2.0×10−4〜2.0Pa程度である雰囲気である。本焼成の時間は5分〜2時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気が、酸化性雰囲気、還元性雰囲気又は中性雰囲気であっても、薄膜コンデンサ2を得ることは可能である。 In the first embodiment, the first precursor layer 20a and the second precursor layer 22b are preferably subjected to main firing in a vacuum atmosphere. Thereby, it becomes easy to grow a crystal of Ca m Zr 1-x Ti x O 3 while suppressing oxidation of the base electrode 6. In the first embodiment, the vacuum atmosphere is, for example, a total pressure of about 1.0 × 10 −3 to 1.0 × 10 1 Pa and an oxygen partial pressure of 2.0 × 10 −4 to 2. The atmosphere is about 0 Pa. The firing time may be about 5 minutes to 2 hours. Even if the firing atmosphere is an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, or a neutral atmosphere, the thin film capacitor 2 can be obtained.

<第二積層工程>
第二積層工程では、図3(A)に示すように、第一積層工程と同様の方法で、第一誘電体層10の表面全体に金属溶液を塗布し、第三塗膜30aを形成する。次に、第一積層工程と同様の方法で、第一誘電体層10上に形成した第三塗膜30aを仮焼成する。これにより、図3(B)に示すように、第三前駆体層30bを第一誘電体層10上に形成する。そして、図3(C)に示すように、第一積層工程と同様の方法で、第三前駆体層30bの表面全体に、金属溶液を塗布し、第四塗膜32aを形成する。次に、第一積層工程と同様の方法で、第三前駆体層30b上に形成した第四塗膜32aを仮焼成する。これにより、図3(D)に示すように、第四前駆体層32bを第三前駆体層30b上に形成する。
<Second lamination step>
In the second lamination step, as shown in FIG. 3A, a metal solution is applied to the entire surface of the first dielectric layer 10 to form a third coating film 30a by the same method as in the first lamination step. . Next, the third coating film 30a formed on the first dielectric layer 10 is temporarily fired by the same method as in the first lamination step. As a result, the third precursor layer 30b is formed on the first dielectric layer 10 as shown in FIG. And as shown in FIG.3 (C), a metal solution is apply | coated to the whole surface of the 3rd precursor layer 30b by the method similar to a 1st lamination process, and the 4th coating film 32a is formed. Next, the fourth coating film 32a formed on the third precursor layer 30b is temporarily fired by the same method as in the first lamination step. Thereby, as shown in FIG. 3D, the fourth precursor layer 32b is formed on the third precursor layer 30b.

<第二本焼成工程>
第二本焼成工程では、第一本焼成工程と同様の方法で、第一誘電体層10上に積層された第三前駆体層30a及び第二前駆体層32bを本焼成する。これにより、第三前駆体層30b及び第二前駆体層22b中でCaZr1−xTiの結晶を成長させる。これにより、図3(E)に示すように、積層された第一誘電体層10と第二誘電体層12とを有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜4を下地電極6上に形成する。そして、誘電体薄膜4上に上部電極8を形成することにより、図1に薄膜コンデンサ2が完成する。また、第二本焼成工程では、第一誘電体層10と第二誘電体層12との間に平面状の界面14が形成される。
<Second main firing step>
In the second main baking step, the third precursor layer 30a and the second precursor layer 32b laminated on the first dielectric layer 10 are main-fired by the same method as in the first main baking step. Accordingly, growing a crystal of Ca m Zr 1-x Ti x O 3 in a third precursor layer 30b and the second precursor layer 22b in. As a result, as shown in FIG. 3E, the dielectric thin film 4 having the laminated first dielectric layer 10 and second dielectric layer 12 and having a thickness of 200 to 1000 nm is applied to the base electrode 6. Form on top. Then, by forming the upper electrode 8 on the dielectric thin film 4, the thin film capacitor 2 is completed in FIG. In the second main firing step, a planar interface 14 is formed between the first dielectric layer 10 and the second dielectric layer 12.

なお、誘電体薄膜4の厚さは、各誘電体層の厚さを調整することによって、200〜1000nmとすればよい。各誘電体層の厚さは各前駆体層の厚さによって調整すればよい。各前駆体層の厚さは各塗膜の厚さによって調整すればよい。   The thickness of the dielectric thin film 4 may be 200 to 1000 nm by adjusting the thickness of each dielectric layer. The thickness of each dielectric layer may be adjusted according to the thickness of each precursor layer. What is necessary is just to adjust the thickness of each precursor layer with the thickness of each coating film.

第一実施形態では、溶液法を用いて塗膜を形成し、且つ積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ2回行うことにより、誘電体薄膜を形成する。そのため、第一の製造方法では、従来の製造方法のように、プラズマCVD法、電子サイクロトロン(ECR)プラズマCVD法又はプラズマスパッタ法等の成膜方法を実施するために要する高価な装置が不要であるため、低コストで薄膜コンデンサ2を製造することができる。   In the first embodiment, a dielectric thin film is formed by forming a coating film using a solution method and alternately performing a lamination process and a main baking process twice. Therefore, the first manufacturing method does not require an expensive apparatus required for performing a film forming method such as a plasma CVD method, an electron cyclotron (ECR) plasma CVD method, or a plasma sputtering method as in the conventional manufacturing method. Therefore, the thin film capacitor 2 can be manufactured at low cost.

従来、Ca(Zr,Ti)Oは他の誘電体組成物に比べて本焼成時に急激に結晶成長するため、Ca(Zr,Ti)Oを含み、リーク電流の小さい誘電体薄膜を低温での本焼成によって形成することは困難であった。しかし、第一実施形態では、溶液法を用いて塗膜を形成し、且つ積層工程と850〜1000℃での本焼成工程とを交互にそれぞれ2回行うため、従来の製造方法に比べて、CaZr1−xTiの急激な結晶成長を抑制できる。そのため、第一実施形態では、CaZr1−xTiを含み、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜4を形成することが可能となる。 Conventionally, Ca (Zr, Ti) O 3 crystallizes more rapidly during main firing than other dielectric compositions, and therefore, a dielectric thin film containing Ca (Zr, Ti) O 3 and having a small leakage current is used at a low temperature. It was difficult to form by the main firing at. However, in the first embodiment, a coating film is formed using a solution method, and the lamination process and the main baking process at 850 to 1000 ° C. are alternately performed twice, respectively. Ca m Zr 1-x Ti x O 3 of possible suppress an abrupt crystal growth. Therefore, in the first embodiment, it comprises a Ca m Zr 1-x Ti x O 3, the thickness it is possible to form a dielectric thin film 4 is 200 to 1000 nm.

[第二実施形態]
第二実施形態として、上述した第二の製造方法を用いて薄膜コンデンサ2を製造する場合について説明する。なお、以下では、第一実施形態と第二実施形態との共通事項については説明を省略し、それらの相違点についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
As a second embodiment, a case where the thin film capacitor 2 is manufactured using the above-described second manufacturing method will be described. In addition, below, description is abbreviate | omitted about the common matter of 1st embodiment and 2nd embodiment, and only those differences are demonstrated.

第二実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法では、金属溶液から形成した塗膜の仮焼成を電極上で1回以上行うことにより、1つ以上の前駆体層を電極上に積層する積層工程と、電極上に積層された1つ以上の前駆体層を本焼成して、誘電体層を電極上で形成する本焼成工程と、を備え、金属溶液におけるTiの含有量を0モル以上に調整し、Zrのモル数MZr及びTiのモル数MTiの合計に対するCaのモル数MCaの比MCa/(MZr+MTi)を0.9〜1.1に調整し、溶液における焼結助剤の含有量を溶液中の金属元素含有量に対して1000ppm以下に調整する。 In the method of manufacturing a thin film capacitor according to the second embodiment, a lamination step of laminating one or more precursor layers on the electrode by performing temporary firing of the coating film formed from the metal solution once or more on the electrode; And a main firing step of firing one or more precursor layers laminated on the electrode to form a dielectric layer on the electrode, and adjusting the Ti content in the metal solution to 0 mol or more and, adjusting Zr ratio M Ca / number of moles M Zr and Ti moles M moles of Ca to the sum of Ti M Ca of the (M Zr + M Ti) to 0.9 to 1.1, baked in a solution The content of the binder is adjusted to 1000 ppm or less with respect to the metal element content in the solution.

第二実施形態では、用いる焼結助剤の量を敢えて従来の製造方法に比べて少なくすることによって薄膜コンデンサ2のリーク電流を抑制することが可能となる。また、第二実施形態では、金属溶液中の焼結助剤の含有量が従来に比べて少ない場合、又は金属溶液が焼結助剤を含まない場合であっても、1000℃以下での焼成によって誘電体薄膜4を充分に焼結させることが可能となる。   In the second embodiment, it is possible to suppress the leakage current of the thin film capacitor 2 by deliberately reducing the amount of the sintering aid to be used as compared with the conventional manufacturing method. Further, in the second embodiment, even when the content of the sintering aid in the metal solution is less than the conventional case, or even when the metal solution does not contain the sintering aid, firing at 1000 ° C. or less. Thus, the dielectric thin film 4 can be sufficiently sintered.

第二実施形態では、前駆体層を850〜1000℃で本焼成することが好ましい。これにより、薄膜コンデンサ2のリーク電流を抑制し易くなる。   In the second embodiment, the precursor layer is preferably subjected to main baking at 850 to 1000 ° C. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current of the thin film capacitor 2.

第二実施形態では、積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ2回以上行うことにより、積層された2つ以上の誘電体層を有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜を電極上に形成する薄膜形成工程を備えることが好ましい。これにより、薄膜コンデンサ2のリーク電流を抑制し易くなる。   In the second embodiment, the lamination process and the main baking process are alternately performed twice or more, whereby a dielectric thin film having two or more laminated dielectric layers and having a thickness of 200 to 1000 nm is formed as an electrode. It is preferable to provide the thin film formation process formed on top. Thereby, it becomes easy to suppress the leakage current of the thin film capacitor 2.

[第三実施形態]
以下では、第一実施形態と第三実施形態との共通事項については説明を省略し、それらの相違点についてのみ説明する。
[Third embodiment]
Below, description is abbreviate | omitted about the common matter of 1st embodiment and 3rd embodiment, and only those differences are demonstrated.

上記第一実施形態では、積層した2つの前駆体層を一度に本焼成して1つの誘電体層を形成したが、第三実施形態では、1つの前駆体層を本焼成して1つの誘電体層を形成する。   In the first embodiment, two laminated precursor layers are fired at a time to form one dielectric layer. In the third embodiment, one precursor layer is fired to produce one dielectric layer. A body layer is formed.

すなわち、第三実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法は、金属溶液から形成した塗膜の仮焼成を下地電極上で1回行うことにより、1つの前駆体層を下地電極上に積層する積層工程と、下地電極上に積層された1つの前駆体層を850〜1000℃で本焼成して、1つの誘電体層を下地電極上で形成する本焼成工程と、積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ2回行うことにより、積層された第一誘電体層と第二誘電体層とを有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜を下地電極上に形成する薄膜形成工程と、を備える。そして、誘電体薄膜上に上部電極を形成することにより、薄膜コンデンサを得る。以下、図4を用いて各工程について説明する。   That is, the thin film capacitor manufacturing method according to the third embodiment is a lamination process in which one precursor layer is laminated on the base electrode by performing temporary firing of the coating film formed from the metal solution once on the base electrode. And a main firing step of firing one precursor layer laminated on the base electrode at 850 to 1000 ° C. to form one dielectric layer on the base electrode, and a stacking step and a main firing step alternately. A thin film forming step of forming a dielectric thin film having a thickness of 200 to 1000 nm on the base electrode, the first dielectric layer and the second dielectric layer being laminated, Is provided. A thin film capacitor is obtained by forming an upper electrode on the dielectric thin film. Hereinafter, each process is demonstrated using FIG.

第三実施形態の薄膜形成工程では、以下の第一積層工程、第一本焼成工程、第二積層工程及び第二本焼成工程を行う。   In the thin film formation step of the third embodiment, the following first lamination step, first main baking step, second lamination step, and second main baking step are performed.

<第一積層工程>
第一積層工程では、図4(A)に示すように、下地電極6の表面全体に金属溶液を塗布し、第一塗膜10aを形成する。そして、下地電極6上に形成した第一塗膜10aを仮焼成することにより、図4(B)に示すように、第一前駆体層10bを下地電極6上に形成する。
<First lamination process>
In the first lamination step, as shown in FIG. 4A, a metal solution is applied to the entire surface of the base electrode 6 to form a first coating film 10a. And the 1st precursor layer 10b is formed on the base electrode 6 as shown in FIG.4 (B) by temporarily baking the 1st coating film 10a formed on the base electrode 6. FIG.

<第一本焼成工程>
第一本焼成工程では、下地電極6上に積層した第一前駆体層10bを本焼成する。これにより、図4(C)に示す第一誘電体層10cを下地電極6上に形成する。
<First main firing step>
In the first main baking step, the first precursor layer 10b laminated on the base electrode 6 is main-baked. Thereby, the first dielectric layer 10 c shown in FIG. 4C is formed on the base electrode 6.

<第二積層工程>
図4(D)に示すように、第一誘電体層10cの表面全体に金属溶液を塗布し、第二塗膜12aを形成する。次に、第一塗膜10aと同様の方法で、第一誘電体層10c上に形成した第二塗膜12aを仮焼成することにより、図4(E)に示すように、第二前駆体層12bを第一誘電体層10c上に形成する。
<Second lamination step>
As shown in FIG. 4D, a metal solution is applied to the entire surface of the first dielectric layer 10c to form a second coating film 12a. Next, the second precursor 12a formed on the first dielectric layer 10c is temporarily fired by the same method as that for the first coating 10a, so that the second precursor as shown in FIG. A layer 12b is formed on the first dielectric layer 10c.

<第二本焼成工程>
第二本焼成工程では、第一本焼成工程と同様の方法で、第一誘電体層10c上に積層した第二前駆体層12bを本焼成することにより、積層された第一誘電体層10cと第二誘電体層12cとを有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜4cを下地電極6上に形成する。そして、誘電体薄膜4c上に上部電極8を形成することにより、図4(G)に薄膜コンデンサ2cが完成する。また、第二本焼成工程では、第一誘電体層10cと第二誘電体層12cとの間に平面状の界面14cが形成される。
<Second main firing step>
In the second main firing step, the first dielectric layer 10c laminated by subjecting the second precursor layer 12b laminated on the first dielectric layer 10c to main firing in the same manner as in the first main firing step. And a second dielectric layer 12c, and a dielectric thin film 4c having a thickness of 200 to 1000 nm is formed on the base electrode 6. Then, by forming the upper electrode 8 on the dielectric thin film 4c, the thin film capacitor 2c is completed as shown in FIG. In the second main firing step, a planar interface 14c is formed between the first dielectric layer 10c and the second dielectric layer 12c.

第三実施形態に係る薄膜コンデンサ2cにおいても、第一実施形態及び第二実施形態の場合と同様に、従来の薄膜コンデンサに比べてリーク電流を抑制できる。   Also in the thin film capacitor 2c according to the third embodiment, the leakage current can be suppressed as compared with the conventional thin film capacitor, as in the first embodiment and the second embodiment.

以上、本発明に係る薄膜コンデンサ及び薄膜コンデンサの製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiments of the thin film capacitor and the thin film capacitor manufacturing method according to the present invention have been described above, but the present invention is not necessarily limited to the above-described embodiment.

例えば、積層工程において3つ以上の前駆体層を下地電極上に積層してもよく、積層工程及び本焼成工程を交互にそれぞれ3回以上行い、積層された3つ以上の誘電体層を有する誘電体薄膜を形成してよい。いずれの場合においても、各誘電体層の厚さ又は誘電体層の積層数を適宜設定することによって、誘電体薄膜4の厚さを200〜1000nmの範囲内に制御できる。各誘電体層の厚さは各前駆体層の厚さ又は前駆体層の積層数によって制御できる。各前駆体層の厚さは、各塗膜の厚さ又は金属溶液中のCa、Zr、Tiの各有機酸塩の濃度によって制御できる。   For example, three or more precursor layers may be stacked on the base electrode in the stacking step, and the stacking step and the main firing step are alternately performed three times or more, and three or more dielectric layers are stacked. A dielectric thin film may be formed. In any case, the thickness of the dielectric thin film 4 can be controlled within the range of 200 to 1000 nm by appropriately setting the thickness of each dielectric layer or the number of laminated dielectric layers. The thickness of each dielectric layer can be controlled by the thickness of each precursor layer or the number of stacked precursor layers. The thickness of each precursor layer can be controlled by the thickness of each coating film or the concentration of each organic acid salt of Ca, Zr, and Ti in the metal solution.

薄膜コンデンサは、複数の誘電体薄膜を介して積層された複数の内部電極を備えていても良い。このような薄膜コンデンサを製造する場合は、下地電極上に誘電体薄膜を形成した後、誘電体薄膜上へ内部電極を形成する工程と内部電極上での薄膜形成工程とを交互に複数回繰り返せばよい。この繰り返しにより、内部電極と誘電体薄膜とを交互に積層した後、積層方向において下地電極と反対側に位置する誘電体薄膜上に上部電極を形成すれば、複数の誘電体薄膜と複数の内部電極を備える薄膜コンデンサが得られる。   The thin film capacitor may include a plurality of internal electrodes stacked via a plurality of dielectric thin films. When manufacturing such a thin film capacitor, after forming the dielectric thin film on the base electrode, the process of forming the internal electrode on the dielectric thin film and the process of forming the thin film on the internal electrode can be repeated alternately several times. That's fine. By repeating this process, the internal electrodes and the dielectric thin films are alternately stacked, and then the upper electrode is formed on the dielectric thin film located on the opposite side of the base electrode in the stacking direction. A thin film capacitor with electrodes is obtained.

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
<積層工程>
実施例1では、下地電極として、厚さが30μmであるNi箔を用いた。CMPで処理したNi箔の表面全体に、金属溶液をスピンコートにより塗布し、第一塗膜を形成した。なお、スピンコートは、3000rpmの条件下で20秒間行った。金属溶液としては、Ca、Zrそれぞれのオクチル酸塩をブタノールに溶解させたものを用いた。MCa/(MZr+MTi)を0.9となるように、金属溶液中のCa、Zrそれぞれのオクチル酸塩の含有量を調整した。また、金属溶液におけるTiの含有量を0モルとした。すなわち、MTi/(MZr+MTi)を0とした。なお、実施例1では、焼結助剤として機能する不純物を金属溶液に添加しなかった。したがって、ICP発光分光分析の金属溶液に含まれる不純物の含有量は金属溶液中の金属元素含有量に対して900ppm程度であった。
Example 1
<Lamination process>
In Example 1, Ni foil having a thickness of 30 μm was used as the base electrode. A metal solution was applied to the entire surface of the Ni foil treated by CMP by spin coating to form a first coating film. The spin coating was performed for 20 seconds under the condition of 3000 rpm. As the metal solution, a solution obtained by dissolving octylates of Ca and Zr in butanol was used. The contents of octylates of Ca and Zr in the metal solution were adjusted so that MCa / ( MZr + MTi ) was 0.9. Further, the content of Ti in the metal solution was 0 mol. That is, M Ti / (M Zr + M Ti ) was set to 0. In Example 1, no impurity functioning as a sintering aid was added to the metal solution. Therefore, the content of impurities contained in the metal solution of ICP emission spectroscopic analysis was about 900 ppm with respect to the content of metal element in the metal solution.

第一塗膜を管状炉で10分間仮焼成して、厚さが50nm程度である第一前駆体層をNi箔上に形成した。なお、塗膜の仮焼成は400℃の大気中で行った。   The first coating film was pre-baked in a tubular furnace for 10 minutes to form a first precursor layer having a thickness of about 50 nm on the Ni foil. In addition, temporary baking of the coating film was performed in the 400 degreeC air | atmosphere.

第一塗膜の場合と同様に、第一前駆体層上に金属溶液をスピンコートにより塗布し、第二塗膜を形成した後、第二塗膜を仮焼成することにより、厚さが50nm程度である第二前駆体層を形成した。これにより、Ni箔上に積層した第一前駆体層及び第二前駆体層の厚さを100nmとした。なお、以下では。一回の積層工程で積層した前駆体層の厚さの合計を「T」と記す。 As in the case of the first coating film, a metal solution is applied onto the first precursor layer by spin coating to form a second coating film, and then the second coating film is pre-baked to obtain a thickness of 50 nm. A second precursor layer of the same degree was formed. Thereby, the thickness of the 1st precursor layer laminated | stacked on Ni foil and the 2nd precursor layer was 100 nm. In the following. The total thickness of the precursor layers laminated in one laminating process is denoted as “T L ”.

以上のように、実施例1の積層工程では、Ni箔上で2つの前駆体層を積層した。   As described above, in the lamination process of Example 1, two precursor layers were laminated on the Ni foil.

<本焼成工程>
Ni箔上で積層した第一前駆体層及び第二前駆体層を赤外線加熱炉内に入れ、真空ポンプを用いて炉内を減圧し、室温において電離真空計で測定される炉内の圧力を0.01Paに調整した。そして、真空ポンプによる減圧を継続しながら炉内の温度を900℃まで昇温した。炉内の温度を900℃に維持した状態で、Ni箔上に積層した第一前駆体層及び第二前駆体層を30分間本焼成した。これにより、厚さが100nm程度である誘電体層をNi箔上に形成した。なお、以下では、本焼成時における炉内の温度を「本焼成温度」と記す。
<Main firing process>
The first precursor layer and the second precursor layer laminated on the Ni foil are placed in an infrared heating furnace, the inside of the furnace is depressurized using a vacuum pump, and the pressure in the furnace measured by an ionization vacuum gauge at room temperature is set. The pressure was adjusted to 0.01 Pa. And the temperature in a furnace was heated up to 900 degreeC, continuing the pressure_reduction | reduced_pressure by a vacuum pump. The first precursor layer and the second precursor layer laminated on the Ni foil were subjected to main firing for 30 minutes while maintaining the temperature in the furnace at 900 ° C. Thereby, a dielectric layer having a thickness of about 100 nm was formed on the Ni foil. Hereinafter, the temperature in the furnace at the time of the main baking is referred to as “main baking temperature”.

以上のように、実施例1の本焼成工程では、積層された2つの前駆体層を本焼成することにより、1つの誘電体層をNi上で形成した。   As described above, in the main firing step of Example 1, one dielectric layer was formed on Ni by subjecting two stacked precursor layers to main firing.

<薄膜形成工程>
実施例1の薄膜形成工程では、上述した積層工程と本焼成工程とを交互にそれぞれ3回行うことにより、Ni箔上に3つの誘電体層を積層した。これにより、積層された3つの誘電体層を有し、厚さが300nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。そして、上部電極としてCuの電極を誘電体薄膜上に形成し、実施例1の薄膜コンデンサを得た。上部電極の形成は、スパッタリング法により行った。なお、以下では、誘電体薄膜の厚さを「T」と記す。
<Thin film formation process>
In the thin film formation process of Example 1, the above-described lamination process and the main baking process were alternately performed three times, so that three dielectric layers were laminated on the Ni foil. Thus, a dielectric thin film having three laminated dielectric layers and a thickness of 300 nm was formed on the Ni foil. Then, a Cu electrode was formed on the dielectric thin film as the upper electrode, and the thin film capacitor of Example 1 was obtained. The upper electrode was formed by sputtering. Hereinafter, the thickness of the dielectric thin film is referred to as “T F ”.

<誘電体薄膜の組成>
XRFによる分析の結果、実施例1の誘電体薄膜は、下記化学式(1a)で表されることが確認された。
Ca0.9ZrO (1a)
<Composition of dielectric thin film>
As a result of analysis by XRF, it was confirmed that the dielectric thin film of Example 1 was represented by the following chemical formula (1a).
Ca 0.9 ZrO 3 (1a)

<静電容量及びリーク電流の測定>
実施例1の薄膜コンデンサの静電容量及びリーク電流をそれぞれ測定した。また、実施例1の静電容量から比誘電率εを算出した。実施例1のε及びリーク電流を表1に示す。
<Measurement of capacitance and leakage current>
The capacitance and leakage current of the thin film capacitor of Example 1 were measured. In addition, the relative dielectric constant ε r was calculated from the capacitance of Example 1. Table 1 shows εr and leakage current of Example 1.

静電容量の測定には、LCRメータ(アジレントテクノロジー製、商品名:YHP−4284A)を用いた。また、静電容量の測定では、誘電体薄膜の温度を25℃に維持した状態で、周波数が1MHzであり、実効値が1Vである交流電圧を、下地電極と上部電極との間に印加した。以下では、このようにして求めた静電容量をC25と記す。 An LCR meter (manufactured by Agilent Technologies, trade name: YHP-4284A) was used for the measurement of capacitance. In the measurement of capacitance, an AC voltage having a frequency of 1 MHz and an effective value of 1 V was applied between the base electrode and the upper electrode while maintaining the temperature of the dielectric thin film at 25 ° C. . Hereinafter, it referred the capacitance obtained in this manner with C 25.

リーク電流の測定には、半導体パラメータアナライザー(アジレントテクノロジー製、商品名:4156C)を用いた。また、リーク電流の測定では、誘電体薄膜の温度を25℃に維持した状態で、4Vの電圧を下地電極と上部電極との間に印加した。   A semiconductor parameter analyzer (manufactured by Agilent Technologies, trade name: 4156C) was used for measuring the leakage current. In the measurement of leakage current, a voltage of 4 V was applied between the base electrode and the upper electrode while maintaining the temperature of the dielectric thin film at 25 ° C.

<温度係数の測定>
誘電体薄膜の温度を125℃に維持した状態での静電容量C125を、上記のC25と同様の方法で測定した。そして、下記式(A)で定義される静電容量の温度係数τを算出した。実施例1のτを表1に示す。
τ=10×(C125−C25)/{C25×(125℃−25℃)} (A)
<Measurement of temperature coefficient>
The capacitance C 125 in a state where the temperature of the dielectric thin film was maintained at 125 ° C. was measured by the same method as C 25 described above. And the temperature coefficient (tau) c of the electrostatic capacitance defined by a following formula (A) was computed. Table 1 shows τ c of Example 1.
τ c = 10 6 × (C 125 −C 25 ) / {C 25 × (125 ° C.-25 ° C.)} (A)

(実施例2〜5、比較例1、2)
表1に示す組成を有する誘電体薄膜を形成したこと以外は実施例1と同様の方法で、実施例2〜5、比較例1、2の各薄膜コンデンサを作製した。そして、実施例2〜5、比較例1、2の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表1に示す。なお、表1に示すmは、金属溶液におけるMCa/(MZr+MTi)と等しく、表1にxは、金属溶液におけるMTi/(MZr+MTi)に等しい。
(Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2)
The thin film capacitors of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were produced in the same manner as in Example 1 except that the dielectric thin film having the composition shown in Table 1 was formed. Then, ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. In Table 1, m is equal to M Ca / (M Zr + M Ti ) in the metal solution, and x in Table 1 is equal to M Ti / (M Zr + M Ti ) in the metal solution.

表1に示すように、mが0.9〜1.1である実施例1〜5では、比較例1、2に比べてリーク電流が小さいことが確認された。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 5 where m is 0.9 to 1.1, it was confirmed that the leakage current was smaller than those of Comparative Examples 1 and 2.

比較例1、2では実施例に比べてリーク電流が大きくなったことの原因は、比較例1、2では、化学量論比を満たす組成(m=1の場合の組成)からのmの偏差が大きく、Caの酸化物、Zrの酸化物又はTiの酸化物が誘電体薄膜中に生成したことに起因する、と本発明者らは考える。   In Comparative Examples 1 and 2, the cause of the increase in the leakage current compared to the Example is that in Comparative Examples 1 and 2, the deviation of m from the composition satisfying the stoichiometric ratio (composition when m = 1). The present inventors consider that this is due to the fact that Ca oxide, Zr oxide, or Ti oxide is generated in the dielectric thin film.

実施例3の誘電体薄膜の積層方向における断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した。得られたSEM画像を図5に示す。図5に示すように、誘電体薄膜4dは、Ni箔6d上に積層された第一誘電体層10d、第二誘電体層12d及び第三誘電体層16dを備えることが確認された。なお、第一誘電体層10dは、1回目の本焼成工程で形成した層である。第二誘電体層12dは2回目の本焼成工程で形成した層である。第三誘電体層16dは3回目の本焼成工程で形成した層である。また、断面において、第二誘電体層12dと第三誘電体層16dの間には、筋状の境界線(界面の一部)14dが観察された。すなわち、第二誘電体層12dと第三誘電体層16dの間には、平面状の界面14dが形成されていることが確認された。また、実施例1、2、4、5においても、誘電体層間に平面状の界面が形成されていることが確認された。   A cross section in the stacking direction of the dielectric thin film of Example 3 was photographed with a scanning electron microscope (SEM). The obtained SEM image is shown in FIG. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the dielectric thin film 4d includes a first dielectric layer 10d, a second dielectric layer 12d, and a third dielectric layer 16d laminated on the Ni foil 6d. The first dielectric layer 10d is a layer formed in the first main firing step. The second dielectric layer 12d is a layer formed in the second main firing step. The third dielectric layer 16d is a layer formed in the third main firing step. In the cross section, a streak boundary line (a part of the interface) 14d was observed between the second dielectric layer 12d and the third dielectric layer 16d. That is, it was confirmed that a planar interface 14d was formed between the second dielectric layer 12d and the third dielectric layer 16d. In Examples 1, 2, 4, and 5, it was confirmed that a planar interface was formed between the dielectric layers.

(比較例3)
本焼成温度を1200℃に維持したこと以外は、実施例3と同様の方法で、比較例3の薄膜コンデンサを作製した。実施例3の同様の方法で、比較例3の誘電体薄膜の積層方向における断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した。
(Comparative Example 3)
A thin film capacitor of Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 3 except that the main firing temperature was maintained at 1200 ° C. In the same manner as in Example 3, a cross section in the stacking direction of the dielectric thin film of Comparative Example 3 was photographed with a scanning electron microscope (SEM).

実施例3の誘電体薄膜が備える第二誘電体層12d及び第三誘電体層16dの断面の概略図を上述のSEM画像に基づいて作製した。実施例3の概略図を図6(A)に示す。また、比較例3の誘電体薄膜が備える第二誘電体層及び第三誘電体層の断面の概略図を上述のSEM画像に基づいて作製した。比較例3の概略図を図6(B)に示す。   A schematic diagram of a cross section of the second dielectric layer 12d and the third dielectric layer 16d included in the dielectric thin film of Example 3 was produced based on the SEM image described above. A schematic diagram of Example 3 is shown in FIG. Moreover, the schematic of the cross section of the 2nd dielectric material layer with which the dielectric material thin film of the comparative example 3 is equipped, and the 3rd dielectric material layer was produced based on the above-mentioned SEM image. A schematic diagram of Comparative Example 3 is shown in FIG.

図6(A)に示すように、実施例3では、2回目の本焼成工程において第二誘電体層12d中で粒成長した誘電体粒子と、3回目の本焼成工程において第三誘電体層16d中で粒成長した膜の誘電体粒子が、界面14dにおいて密着していることが確認された。また、実施例3の誘電体粒子は、図6(B)に示す比較例3の誘電体粒子に比べて、膜厚方向に粒成長していないことが確認された。また、実施例3の各誘電体層は、比較例3の各誘電体層に比べて緻密であることが確認された。   As shown in FIG. 6A, in Example 3, the dielectric particles grown in the second dielectric layer 12d in the second main firing step and the third dielectric layer in the third main firing step. It was confirmed that the dielectric particles of the film grown in 16d were in close contact at the interface 14d. In addition, it was confirmed that the dielectric particles of Example 3 did not grow in the film thickness direction as compared with the dielectric particles of Comparative Example 3 shown in FIG. Further, it was confirmed that each dielectric layer of Example 3 was denser than each dielectric layer of Comparative Example 3.

図6(B)に示すように、本焼成温度が1200℃である比較例3では、第二誘電体層12eと第三誘電体層16eとの境界14eに実施例3のような界面が形成されていないこと、実施例3に比べて膜厚方向における誘電体粒子の粒成長が進行していること、及び境界14eを横断するように誘電体粒子が膜厚方向に粒成長していることが確認された。そのため、比較例3では、粒界において間隙が膜厚方向に沿って形成され易い傾向があることが確認された。本焼成工程においてこの間隙にNi箔の一部が蒸着することが電極間の短絡やリーク特性の悪化の原因となった。   As shown in FIG. 6B, in Comparative Example 3 where the main firing temperature is 1200 ° C., an interface as in Example 3 is formed at the boundary 14e between the second dielectric layer 12e and the third dielectric layer 16e. That the dielectric particles are growing in the film thickness direction as compared with Example 3, and that the dielectric particles are growing in the film thickness direction so as to cross the boundary 14e. Was confirmed. Therefore, in Comparative Example 3, it was confirmed that the gap tends to be easily formed along the film thickness direction at the grain boundary. In the main baking process, a part of the Ni foil is deposited in the gap, which causes a short circuit between the electrodes and a deterioration of leak characteristics.

(実施例6〜15)
表2に示す組成を有する誘電体薄膜を形成したこと以外は実施例3と同様の方法で、実施例6〜15の各薄膜コンデンサを作製した。そして、実施例6〜15の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表2に示す。なお、表2に示すmは、金属溶液におけるMCa/(MZr+MTi)と等しく、表2に示すxは、金属溶液におけるMTi/(MZr+MTi)に等しい。
(Examples 6 to 15)
The thin film capacitors of Examples 6 to 15 were produced in the same manner as in Example 3 except that a dielectric thin film having the composition shown in Table 2 was formed. Then, ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 6 to 15 were obtained by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2. Note that m shown in Table 2 is equal to M Ca / (M Zr + M Ti ) in the metal solution, and x shown in Table 2 is equal to M Ti / (M Zr + M Ti ) in the metal solution.

表2に示すように、0≦x≦0.2である実施例6〜15のτは−250〜23ppm/℃であり、EIA規格のCKを満たすことが確認された。 As shown in Table 2, τ c of Examples 6 to 15 where 0 ≦ x ≦ 0.2 is −250 to 23 ppm / ° C., and it was confirmed that CK of EIA standard was satisfied.

(実施例16〜19、比較例4、5)
本焼成温度を表3に示す温度としたこと以外は、実施例3と同様の方法で、実施例16〜19、比較例4、5の各薄膜コンデンサを作製した。そして、実施例16〜19、比較例4、5の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表3に示す。
(Examples 16 to 19, Comparative Examples 4 and 5)
The thin film capacitors of Examples 16 to 19 and Comparative Examples 4 and 5 were produced in the same manner as in Example 3 except that the main firing temperature was changed to the temperature shown in Table 3. Then, ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 16 to 19 and Comparative Examples 4 and 5 were obtained in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

(実施例20〜23、比較例6、7)
実施例20〜23、比較例6,7では、本焼成温度を表3に示す温度とした。また、実施例20〜23、比較例6,7では、1回の積層工程で厚さが50nmである1つの前駆体層を形成し、積層工程と本焼成工程とを交互に6回行うことにより、積層された6つの誘電体層を備え、厚さが300nmである誘電体薄膜を形成した。
(Examples 20 to 23, Comparative Examples 6 and 7)
In Examples 20 to 23 and Comparative Examples 6 and 7, the main firing temperature was set to the temperature shown in Table 3. In Examples 20 to 23 and Comparative Examples 6 and 7, one precursor layer having a thickness of 50 nm is formed in one lamination process, and the lamination process and the main baking process are alternately performed six times. Thus, a dielectric thin film having six laminated dielectric layers and having a thickness of 300 nm was formed.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例20〜23、比較例6,7の各薄膜コンデンサを作製した。そして、実施例20〜23、比較例6,7の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表3に示す。 Except for the above items, the thin film capacitors of Examples 20 to 23 and Comparative Examples 6 and 7 were produced in the same manner as in Example 3. Then, ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 20 to 23 and Comparative Examples 6 and 7 were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3.

表3に示すように、本焼成温度が850〜1000℃である実施例16〜23のリーク電流は、比較例4〜7に比べて小さいことが確認された。   As shown in Table 3, it was confirmed that the leakage currents of Examples 16 to 23 having a main baking temperature of 850 to 1000 ° C. were smaller than those of Comparative Examples 4 to 7.

本焼成温度が850℃未満である比較例4、6では、誘電体薄膜の結晶化が不十分であったため、実施例に比べてリーク電流が大きくなった。本焼成温度が1000℃より高い比較例5、7では、本焼成時にNi箔が蒸発したことが原因で、実施例に比べてリーク電流が大きくなった。   In Comparative Examples 4 and 6 where the main firing temperature is less than 850 ° C., the dielectric thin film was insufficiently crystallized, so that the leakage current was larger than that of the example. In Comparative Examples 5 and 7 where the main baking temperature was higher than 1000 ° C., the leakage current was larger than that of the Example because the Ni foil evaporated during the main baking.

(実施例24)
実施例24では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とを2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に2回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を2層積層して、厚さが200nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。
(Example 24)
In Example 24, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice in one lamination step, and then the lamination step and main firing. By alternately performing the process twice, two dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked, and a dielectric thin film having a thickness of 200 nm was formed on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例24の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 24 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例25)
実施例25では、1回の積層工程で厚さが50nmである1層の前駆体層を形成し、積層工程と本焼成工程とを交互に4回行うことにより、厚さが50nmである誘電体層を4層積層して、厚さが200nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 25)
In Example 25, a single precursor layer having a thickness of 50 nm is formed in one laminating process, and the laminating process and the main firing process are alternately performed four times, whereby a dielectric having a thickness of 50 nm is formed. Four body layers were laminated to form a dielectric thin film having a thickness of 200 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例25の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 25 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例26)
実施例26では、1回の積層工程で厚さが20nmである1つの前駆体層を形成し、積層工程と本焼成工程とを交互に10回行うことにより、厚さが20nmである誘電体層を10層積層して、厚さが200nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 26)
In Example 26, one precursor layer having a thickness of 20 nm is formed in one lamination step, and the dielectric layer having a thickness of 20 nm is formed by alternately performing the lamination step and the main firing step 10 times. Ten layers were laminated to form a dielectric thin film having a thickness of 200 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例26の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 26 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(比較例8)
比較例8では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ4回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で4層積層し、厚さが200nmである1つの前駆体層を形成した。また、比較例8では、積層工程と本焼成工程とをそれぞれ1回行うことにより、厚さが200nmである誘電体薄膜を形成した。すなわち、比較例8の誘電体薄膜は、Ni箔上に積層された1層の誘電体層に相当する。
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, four layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm were laminated on a Ni foil by performing coating film formation and temporary firing four times in one lamination step, and the thickness was 200 nm. One precursor layer was formed. In Comparative Example 8, a dielectric thin film having a thickness of 200 nm was formed by performing the laminating step and the main firing step once. That is, the dielectric thin film of Comparative Example 8 corresponds to one dielectric layer laminated on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、比較例8の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Comparative Example 8 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例27)
実施例27では、1回の積層工程で、塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ3回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で3層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に2回行うことにより、厚さが150nmである誘電体層を2層積層して、厚さが300nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。
(Example 27)
In Example 27, the formation of the coating film and the pre-baking were each performed three times in a single lamination step, whereby three precursor layers having a thickness of 50 nm were laminated on the Ni foil. By alternately performing the main firing step twice, two dielectric layers having a thickness of 150 nm were stacked, and a dielectric thin film having a thickness of 300 nm was formed on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例27の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 27 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例28)
実施例28では、1回の積層工程で、塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に3回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を3層積層して、厚さが300nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。
(Example 28)
In Example 28, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination step. By alternately performing the main firing step three times, three dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked, and a dielectric thin film having a thickness of 300 nm was formed on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例28の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 28 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例29)
実施例29では、1回の積層工程で厚さが50nmである1つの前駆体層を形成し、積層工程と本焼成工程とを交互に6回行うことにより、厚さが50nmである誘電体層を6層積層して、厚さが300nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 29)
In Example 29, one precursor layer having a thickness of 50 nm is formed in one laminating process, and the laminating process and the main firing process are alternately performed 6 times, whereby a dielectric having a thickness of 50 nm is formed. Six layers were laminated to form a dielectric thin film having a thickness of 300 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例29の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 29 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(比較例9)
比較例9では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ6回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で6層積層し、厚さが300nmである1つの前駆体層を形成した。また、比較例9では、積層工程と本焼成工程とをそれぞれ1回行うことにより、厚さが300nmである誘電体薄膜を形成した。すなわち、比較例9の誘電体薄膜は、Ni箔上に積層された1層の誘電体層に相当する。
(Comparative Example 9)
In Comparative Example 9, six layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm were stacked on a Ni foil by performing coating film formation and provisional baking six times in one lamination step, and the thickness was 300 nm. One precursor layer was formed. In Comparative Example 9, a dielectric thin film having a thickness of 300 nm was formed by performing the laminating step and the main firing step once. That is, the dielectric thin film of Comparative Example 9 corresponds to one dielectric layer laminated on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、比較例9の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Comparative Example 9 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例30)
実施例30では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ6回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で6層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に2回行うことにより、厚さが300nmである誘電体層を2層積層して、厚さが600nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。
(Example 30)
In Example 30, six layers of the precursor layer having a thickness of 50 nm were laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing six times in one lamination step, respectively. By alternately performing the firing step twice, two dielectric layers having a thickness of 300 nm were stacked, and a dielectric thin film having a thickness of 600 nm was formed on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例30の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 30 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例31)
実施例31では、1回の積層工程で、塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ4回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で4層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に3回行うことにより、厚さが200nmである誘電体層を3層積層して、厚さが600nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。
(Example 31)
In Example 31, a precursor layer having a thickness of 50 nm is laminated on a Ni foil by performing coating film formation and temporary firing four times in one lamination step, and the lamination step is performed. By alternately performing the main firing step three times, three dielectric layers having a thickness of 200 nm were stacked, and a dielectric thin film having a thickness of 600 nm was formed on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例31の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 31 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例32)
実施例32では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に6回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を6層積層して、厚さが600nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 32)
In Example 32, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm were laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination step. By alternately performing the firing process six times, six dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 600 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例32の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 32 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(比較例10)
比較例10では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ12回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で12層積層し、厚さが600nmである1つの前駆体層を形成した。また、比較例10では、積層工程と本焼成工程とをそれぞれ1回行うことにより、厚さが600nmである誘電体薄膜を形成した。すなわち、比較例10の誘電体薄膜は、Ni箔上に積層された1層の誘電体層に相当する。
(Comparative Example 10)
In Comparative Example 10, a precursor layer having a thickness of 50 nm is laminated on a Ni foil by performing coating film formation and provisional baking 12 times each in a single lamination step, and the thickness is 600 nm. One precursor layer was formed. In Comparative Example 10, a dielectric thin film having a thickness of 600 nm was formed by performing the lamination process and the main baking process once. That is, the dielectric thin film of Comparative Example 10 corresponds to one dielectric layer laminated on the Ni foil.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、比較例10の薄膜コンデンサを作製した。   Except for the above, a thin film capacitor of Comparative Example 10 was produced in the same manner as in Example 3.

実施例24〜32、比較例8〜10の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表4に示す。 Ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 24-32 and Comparative Examples 8-10 were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.

表4に示すように、本焼成工程を2回以上行うことにより、2つ以上の誘電体層を備える誘電体薄膜を形成した実施例24〜32のリーク電流は、1回のみの本焼成工程で、1つの誘電体層からなる誘電体薄膜を形成した比較例8〜10に比べて小さいことが確認された。   As shown in Table 4, the leakage current of Examples 24-32 in which the dielectric thin film provided with two or more dielectric layers was formed by performing the main baking step twice or more is only one main baking step. Thus, it was confirmed to be smaller than Comparative Examples 8 to 10 in which a dielectric thin film composed of one dielectric layer was formed.

実施例24〜32の薄膜コンデンサの積層方向における断面をSEMで観察したところ、断面に筋状の境界線が存在した。すなわち、実施例24〜32では、誘電体層の間に平面状の界面が形成されていることが確認された。   When the cross section in the lamination direction of the thin film capacitor of Examples 24-32 was observed with SEM, the streak-like boundary line existed in the cross section. That is, in Examples 24-32, it was confirmed that a planar interface was formed between the dielectric layers.

一方、比較例8〜10の薄膜コンデンサの積層方向における断面をSEMで観察したところ、断面に筋状の境界線が存在しかなった。すなわち、比較例8〜10の誘電体薄膜には界面が存在しないことが確認された。比較例8〜10の誘電体薄膜では、誘電体粒子が膜厚方向に成長し、誘電体粒子間の界面が膜厚方向に長くなるため、リーク電流が実施例より大きくなると、本発明者らは考えられる。   On the other hand, when the cross section in the lamination direction of the thin film capacitors of Comparative Examples 8 to 10 was observed with an SEM, only a streak boundary line was present in the cross section. That is, it was confirmed that no interface exists in the dielectric thin films of Comparative Examples 8 to 10. In the dielectric thin films of Comparative Examples 8 to 10, the dielectric particles grow in the film thickness direction, and the interface between the dielectric particles becomes longer in the film thickness direction. Is considered.

(実施例33)
実施例33では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に2回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を2層積層して、厚さが200nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 33)
In Example 33, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are stacked on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single stacking process. By alternately performing the firing process twice, two dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 200 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例33の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 33 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例34)
実施例34では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に3回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を3層積層して、厚さが300nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 34)
In Example 34, a coating layer was formed and pre-baked twice in a single laminating step, whereby two precursor layers having a thickness of 50 nm were laminated on the Ni foil. By alternately performing the firing process three times, three dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 300 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例34の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 34 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例35)
実施例35では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に4回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を4層積層して、厚さが400nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 35)
In Example 35, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are stacked on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single stacking process. By alternately performing the firing process four times, four dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 400 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例35の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 35 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例36)
実施例36では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に5回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を5層積層して、厚さが500nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 36)
In Example 36, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination step. By alternately performing the firing process five times, five dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 500 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例36の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 36 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例37)
実施例37では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に6回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を6層積層して、厚さが600nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 37)
In Example 37, a coating layer is formed and pre-baked twice each in a single laminating step, whereby two precursor layers having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil. By alternately performing the firing process six times, six dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 600 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例37の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 37 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例38)
実施例38では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に7回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を7層積層して、厚さが700nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 38)
In Example 38, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination step. By alternately performing the firing process seven times, seven dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 700 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例38の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 38 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例39)
実施例39では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に8回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を8層積層して、厚さが800nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 39)
In Example 39, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary baking twice each in a single lamination step. By alternately performing the firing process eight times, eight dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 800 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例39の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 39 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例40)
実施例40では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に9回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を9層積層して、厚さが900nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 40)
In Example 40, a coating layer was formed and pre-baked twice each in a single laminating step, whereby two precursor layers having a thickness of 50 nm were laminated on the Ni foil. Nine dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked by alternately performing the firing process nine times to form a dielectric thin film having a thickness of 900 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例40の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 40 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例41)
実施例41では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に10回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を10層積層して、厚さが1000nmである誘電体薄膜を形成した。
(Example 41)
In Example 41, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination process. By alternately performing the firing process 10 times, 10 dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 1000 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例41の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 41 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(比較例11)
比較例11では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に1回行うことにより、1層の誘電体層から構成され、厚さが100nmである誘電体薄膜を形成した。
(Comparative Example 11)
In Comparative Example 11, two precursor layers each having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination process. By alternately performing the firing process once, a dielectric thin film having a thickness of 100 nm and having a single dielectric layer was formed.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、比較例11の薄膜コンデンサを作製した。   Except for the above, a thin film capacitor of Comparative Example 11 was produced in the same manner as in Example 3.

(比較例12)
比較例12では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に11回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を11層積層して、厚さが1100nmである誘電体薄膜を形成した。
(Comparative Example 12)
In Comparative Example 12, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are laminated on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single lamination step. By alternately performing the firing process 11 times, 11 dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 1100 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、比較例12の薄膜コンデンサを作製した。   Except for the above, a thin film capacitor of Comparative Example 12 was produced in the same manner as in Example 3.

(比較例13)
比較例13では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ2回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で2層積層し、積層工程と本焼成工程とを交互に20回行うことにより、厚さが100nmである誘電体層を20層積層して、厚さが2000nmである誘電体薄膜を形成した。
(Comparative Example 13)
In Comparative Example 13, two layers of a precursor layer having a thickness of 50 nm are stacked on the Ni foil by performing coating film formation and temporary firing twice each in a single stacking process. By alternately performing the firing process 20 times, 20 dielectric layers having a thickness of 100 nm were stacked to form a dielectric thin film having a thickness of 2000 nm.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、比較例13の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Comparative Example 13 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

実施例33〜41、比較例12、13の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表5に示す。 Ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 33 to 41 and Comparative Examples 12 and 13 were obtained in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5.

表5に示すように、誘電体薄膜の厚さが200〜1000nmである実施例33〜41のリーク電流は、比較例12、13に比べて小さいことが確認された。   As shown in Table 5, it was confirmed that the leakage currents of Examples 33 to 41 in which the thickness of the dielectric thin film was 200 to 1000 nm were smaller than those of Comparative Examples 12 and 13.

誘電体薄膜の厚さが200nm未満である比較例11ではショート不良が発生した。比較例11の薄膜コンデンサの積層方向における断面をSEMで観察したところ、直径が100nmである誘電体粒子が誘電体薄膜中に形成されていることが確認された。このように、比較例11では、誘電体粒子の直径と誘電体薄膜の厚さが同じであるため、誘電体薄膜の膜厚方向において、複数の誘電体粒子が重ならず、各粒子が単独で配置されていることが確認された。また、比較例11では、誘電体粒子の直径が大きいため、誘電体粒子間に隙間が存在していた。この隙間によってショート不良が発生したと、本発明者らは考える。   In Comparative Example 11 where the thickness of the dielectric thin film was less than 200 nm, a short circuit defect occurred. When a cross section in the stacking direction of the thin film capacitor of Comparative Example 11 was observed with an SEM, it was confirmed that dielectric particles having a diameter of 100 nm were formed in the dielectric thin film. Thus, in Comparative Example 11, since the diameter of the dielectric particles and the thickness of the dielectric thin film are the same, the plurality of dielectric particles do not overlap in the film thickness direction of the dielectric thin film, and each particle is independent. It was confirmed that it was arranged in. In Comparative Example 11, there was a gap between the dielectric particles because the diameter of the dielectric particles was large. The present inventors consider that a short defect has occurred due to this gap.

比較例12、13の各薄膜コンデンサの積層方向における断面をSEMで観察したところ、誘電体薄膜に多数のクラックが形成されており、このクラックに起因して、比較例12、13のリーク電流が実施例に比べて大きくなったと、本発明者らは考える。   When a cross section in the stacking direction of each thin film capacitor of Comparative Examples 12 and 13 was observed with an SEM, a large number of cracks were formed in the dielectric thin film, and the leakage currents of Comparative Examples 12 and 13 were caused by the cracks. The present inventors think that it became large compared with the Example.

(実施例42)
金属溶液に含まれる焼結助剤(不純物)の含有量を金属溶液中の金属元素含有量に対して1100ppmに調整したこと以外は、実施例3と同様の方法で、実施例42の薄膜コンデンサを作製した。
(Example 42)
The thin film capacitor of Example 42 in the same manner as in Example 3 except that the content of the sintering aid (impurities) contained in the metal solution was adjusted to 1100 ppm with respect to the metal element content in the metal solution. Was made.

(実施例43)
実施例43では、1回の積層工程で塗膜の形成と仮焼成とをそれぞれ6回行うことにより、厚さが50nmである前駆体層をNi箔上で6層積層し、積層工程と本焼成工程とをそれぞれ1回行った。これにより、実施例43では、厚さが300nmである誘電体薄膜をNi箔上に形成した。すなわち、実施例43の誘電体薄膜は1層の誘電体層に相当する。
(Example 43)
In Example 43, the formation of the coating film and the pre-baking were each performed 6 times in one laminating process, thereby stacking 6 precursor layers having a thickness of 50 nm on the Ni foil. Each of the firing steps was performed once. Thus, in Example 43, a dielectric thin film having a thickness of 300 nm was formed on the Ni foil. That is, the dielectric thin film of Example 43 corresponds to one dielectric layer.

以上の事項以外は、実施例3と同様の方法で、実施例43の薄膜コンデンサを作製した。   A thin film capacitor of Example 43 was produced in the same manner as in Example 3 except for the above items.

(実施例44)
実施例3と同様の方法で、実施例44の薄膜コンデンサを作製した。
(Example 44)
A thin film capacitor of Example 44 was produced in the same manner as in Example 3.

(比較例14)
金属溶液に含まれる焼結助剤(不純物)の含有量を金属溶液中の金属元素含有量に対して1100ppmに調整したこと以外は、実施例43と同様の方法で、比較例14の薄膜コンデンサを作製した。
(Comparative Example 14)
The thin film capacitor of Comparative Example 14 in the same manner as in Example 43, except that the content of the sintering aid (impurities) contained in the metal solution was adjusted to 1100 ppm with respect to the metal element content in the metal solution. Was made.

実施例42〜44、比較例14の各薄膜コンデンサのε、リーク電流及びτを実施例1と同様の方法で求めた。結果を表6に示す。 Ε r , leakage current, and τ c of each thin film capacitor of Examples 42 to 44 and Comparative Example 14 were determined in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 6.

表6に示すように、金属溶液に1100ppmの焼結助剤を含有させ、且つ積層工程と本焼成工程とをそれぞれ1回行うことにより誘電体薄膜を形成した比較例14のリーク電流は、実施例42〜44に比べて大きいことが確認された。   As shown in Table 6, the leakage current of Comparative Example 14 in which a dielectric thin film was formed by including 1100 ppm of a sintering aid in the metal solution and performing the lamination step and the main firing step once was It was confirmed that it was larger than Examples 42-44.

2、2c・・・薄膜コンデンサ、4、4c、4d・・・誘電体薄膜、6、6d・・・下地電極、8・・・上部電極、10、10c、10d、12、12c、12d、16d・・・誘電体層、14、14c・・・界面、10a、12a、20a、22a、30a、32a・・・塗膜、10b、12b、20b、22b、30b、32b・・・前駆体層。   2, 2c: Thin film capacitor, 4, 4c, 4d: Dielectric thin film, 6, 6d: Base electrode, 8: Upper electrode, 10, 10c, 10d, 12, 12c, 12d, 16d ... Dielectric layer, 14, 14c ... Interface, 10a, 12a, 20a, 22a, 30a, 32a ... Coating film, 10b, 12b, 20b, 22b, 30b, 32b ... Precursor layer.

Claims (7)

下記化学式(1)で表される誘電体組成物を含み、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜と、
前記誘電体薄膜を間に挟む一対の電極と、
を備える、薄膜コンデンサ。
CaZr1−xTi (1)
[化学式(1)中、0.9≦m≦1.1であり、0≦x<1である。]
A dielectric thin film comprising a dielectric composition represented by the following chemical formula (1) and having a thickness of 200 to 1000 nm;
A pair of electrodes sandwiching the dielectric thin film therebetween;
A thin film capacitor comprising:
Ca m Zr 1-x Ti x O 3 (1)
[In the chemical formula (1), 0.9 ≦ m ≦ 1.1 and 0 ≦ x <1. ]
前記誘電体薄膜が、前記電極と略平行である少なくとも2つの誘電体層を備え、
前記2つの誘電体層の間に平面状の界面が形成されている、
請求項1に記載の薄膜コンデンサ。
The dielectric thin film comprises at least two dielectric layers substantially parallel to the electrode;
A planar interface is formed between the two dielectric layers;
The thin film capacitor according to claim 1.
Ca及びZrの溶液から形成した塗膜の仮焼成を電極上で1回以上行うことにより、1つ以上の前駆体層を前記電極上に積層する積層工程と、
前記電極上に積層された1つ以上の前記前駆体層を850〜1000℃で本焼成して、誘電体層を前記電極上に形成する本焼成工程と、
前記積層工程及び前記本焼成工程を交互にそれぞれ2回以上行うことにより、積層された2つ以上の前記誘電体層を有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜を前記電極上に形成する薄膜形成工程と、を備え、
前記溶液におけるTiの含有量を0モル以上とし、
前記Zrのモル数MZr及び前記Tiのモル数MTiの合計に対する前記Caのモル数MCaの比MCa/(MZr+MTi)を0.9〜1.1とする、
薄膜コンデンサの製造方法。
A laminating step of laminating one or more precursor layers on the electrode by performing calcining of the coating film formed from a solution of Ca and Zr once or more on the electrode;
A main firing step in which one or more of the precursor layers laminated on the electrode are fired at 850 to 1000 ° C. to form a dielectric layer on the electrode;
By alternately performing the laminating step and the main firing step twice or more, a dielectric thin film having two or more laminated dielectric layers and having a thickness of 200 to 1000 nm is formed on the electrode. A thin film forming step to be formed,
The Ti content in the solution is 0 mol or more,
The ratio M Ca / (M Zr + M Ti ) of the mole number M Ca of the Ca to the sum of the mole number M Zr of the Zr and the mole number M Ti of the Ti is set to 0.9 to 1.1.
Manufacturing method of thin film capacitor.
前記溶液における焼結助剤の含有量を前記溶液中の金属元素含有量に対して1000ppm以下とする、
請求項3に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
The content of the sintering aid in the solution is 1000 ppm or less with respect to the metal element content in the solution.
A method for manufacturing the thin film capacitor according to claim 3.
Ca及びZrの溶液から形成した塗膜の仮焼成を電極上で1回以上行うことにより、1つ以上の前駆体層を前記電極上に積層する積層工程と、
前記電極上に積層された1つ以上の前記前駆体層を本焼成して、誘電体層を前記電極上に形成する本焼成工程と、を備え、
前記溶液におけるTiの含有量を0モル以上とし、
前記Zrのモル数MZr及び前記Tiのモル数MTiの合計に対する前記Caのモル数MCaの比MCa/(MZr+MTi)を0.9〜1.1とし、
前記溶液における焼結助剤の含有量を前記溶液中の金属元素含有量に対して1000ppm以下とする、
薄膜コンデンサの製造方法。
A laminating step of laminating one or more precursor layers on the electrode by performing calcining of the coating film formed from a solution of Ca and Zr once or more on the electrode;
A main firing step of firing one or more of the precursor layers stacked on the electrode to form a dielectric layer on the electrode, and
The Ti content in the solution is 0 mol or more,
The ratio M Ca / (M Zr + M Ti ) of the number of moles of Ca M Ca to the sum of the number of moles of Zr M Zr and the number of moles of Ti M Ti is 0.9 to 1.1,
The content of the sintering aid in the solution is 1000 ppm or less with respect to the metal element content in the solution.
Manufacturing method of thin film capacitor.
前記本焼成工程において、前記前駆体層を850〜1000℃で本焼成する、請求項5に記載の薄膜コンデンサの製造方法。   The method for manufacturing a thin film capacitor according to claim 5, wherein in the main firing step, the precursor layer is subjected to main firing at 850 to 1000 ° C. 6. 前記積層工程及び前記本焼成工程を交互にそれぞれ2回以上行うことにより、積層された2つ以上の前記誘電体層を有し、厚さが200〜1000nmである誘電体薄膜を前記電極上に形成する薄膜形成工程を備える、請求項5又は6に記載の薄膜コンデンサの製造方法。

By alternately performing the laminating step and the main firing step twice or more, a dielectric thin film having two or more laminated dielectric layers and having a thickness of 200 to 1000 nm is formed on the electrode. The manufacturing method of the thin film capacitor of Claim 5 or 6 provided with the thin film formation process to form.

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