JP2017199706A - Thin-film capacitor material and method of manufacturing thin-film capacitor material - Google Patents

Thin-film capacitor material and method of manufacturing thin-film capacitor material Download PDF

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裕二 高塚
敏夫 森本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems such as oxidization of a lower part electrode of a thin-film capacitor material and deterioration of dielectric characteristics due to heat treatment.SOLUTION: A method of manufacturing a thin-film capacitor material includes: a step (1) of manufacturing a nickel foil with an NiAl film by forming a predetermined NiAl film in a predetermined nickel foil as a second conductive material; a step (2) of forming a dielectric film on the surface of the NiAl film by performing heat treatment at least under a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 900°C or more and 1400°C or less; and a step (3) of forming a first conductive material on the surface of the dielectric film.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、薄膜キャパシタ材、及び薄膜キャパシタ材の製造方法に関し、さらに詳しくは、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材において、下部電極を構成する第2導電材として、従来のコスト高であった白金族材料の代わりに安価なニッケル箔を使用し、その際、誘電体膜の結晶化のために高温熱処理による下部電極の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題を解消することができる薄膜キャパシタ材、及び薄膜キャパシタ材の製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film capacitor material and a method of manufacturing the thin film capacitor material, and more specifically, a dielectric film is provided between a first conductive material constituting an upper electrode and a second conductive material constituting a lower electrode. In the thin film capacitor material, as the second conductive material constituting the lower electrode, an inexpensive nickel foil is used in place of the conventionally expensive platinum group material, and at that time, for the crystallization of the dielectric film The present invention relates to a thin film capacitor material capable of solving problems such as oxidation of a lower electrode due to high temperature heat treatment and deterioration of dielectric characteristics due to heat treatment, and a method for manufacturing the thin film capacitor material.

近年、マイクロセンサ、マイクロアクチュエータ等のデバイス及び薄膜キャパシタの部材として、シリコン、ガラス又はセラミックスからなる基板上に下部電極を構成する導電材、誘電体膜、及び上部電極を構成する導電材を順次形成し、その後エッチング法等でパターニング加工して得た多層基板を使用する試みが活発に行われている。   In recent years, as materials for devices such as microsensors and microactuators and thin film capacitors, a conductive material constituting the lower electrode, a dielectric film, and a conductive material constituting the upper electrode are sequentially formed on a substrate made of silicon, glass or ceramics. Then, attempts to use a multilayer substrate obtained by patterning by an etching method or the like have been actively made.

上記部材に使われる誘電体膜としては、Pb(Zr、Ti)、BaTiO等のペロブスカイト構造を有する膜が用いられている。その成膜方法としては、スパッタリング法、ゾルゲル法、MOCVD法などが実用化されている。これらの方法で、Pb(Zr、Ti)(PZT)膜又はBaTiO(BT)膜を形成する場合、高誘電率を得るためには、成膜した基板を600〜1000℃程度に加熱し、誘電体膜を結晶化させることが不可欠である。しかしながら、酸素を含む雰囲気下でこのような高温度に晒すと、下部電極を構成する導電材(以下、下部導電材と呼称する場合がある。)が、酸化或いは誘電体中の成分と反応して、誘電特性が大きく劣化するという問題が生じる。 As the dielectric film used for the member, a film having a perovskite structure such as Pb (Zr, Ti), BaTiO 3 or the like is used. As the film forming method, a sputtering method, a sol-gel method, an MOCVD method, and the like have been put into practical use. When forming a Pb (Zr, Ti) (PZT) film or a BaTiO 3 (BT) film by these methods, in order to obtain a high dielectric constant, the formed substrate is heated to about 600 to 1000 ° C., It is essential to crystallize the dielectric film. However, when exposed to such a high temperature in an atmosphere containing oxygen, the conductive material constituting the lower electrode (hereinafter sometimes referred to as the lower conductive material) reacts with components in the oxide or dielectric. Thus, there arises a problem that the dielectric characteristics are greatly deteriorated.

このような現象を抑制するため、下部電極としては、シリコン基板上にSiO膜とTiO膜を積層した構造からなるSi/SiO/TiOで表される積層基板上に、Pt膜を下部導電体として成膜した、高温度でも安定な多層基板を使用するのが一般的であった。例えば、基板の上に形成された層間絶縁膜の上に容量素子が形成された基板構成において、その容量素子として、Pt下部導電材の上にSBT(SrTaBiO)よりなる容量絶縁膜、さらにその上に上部電極を構成する導電材(以下、上部導電材と呼称する場合がある。)であるPt膜の積層体からなる誘電体キャパシタが開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 In order to suppress such a phenomenon, as a lower electrode, a Pt film is formed on a laminated substrate represented by Si / SiO 2 / TiO 2 having a structure in which a SiO 2 film and a TiO 2 film are laminated on a silicon substrate. In general, a multilayer substrate which is formed as a lower conductor and which is stable even at a high temperature is used. For example, in a substrate configuration in which a capacitive element is formed on an interlayer insulating film formed on a substrate, as the capacitive element, a capacitive insulating film made of SBT (SrTaBiO) is formed on a Pt lower conductive material. Discloses a dielectric capacitor made of a laminate of Pt films, which is a conductive material constituting the upper electrode (hereinafter sometimes referred to as an upper conductive material) (see, for example, Patent Document 1).

ところで、上記のような多層基板を製造する際には、Si/SiO/TiO積層基板の作製においては、工程が多く、かつシリコン基板及びPt膜を使用するため高価である等、コスト面で大きな問題となっていた。 By the way, when manufacturing the multilayer substrate as described above, the production of the Si / SiO 2 / TiO 2 laminated substrate has many steps and is expensive because it uses a silicon substrate and a Pt film. It was a big problem.

この解決策として、シリコン基板に代えて、コスト的に有利な基板が検討されているが、解決すべき問題点がある。例えば、合成SiO基板では、耐熱性や熱衝撃による割れが問題となっている。また、Al等のセラミックス基板では、一般に基板表面の完全無孔質化は難しく、膜中の欠陥原因となりやすいため簡単には適用できない。また、ステンレスなどの金属材料を基板又は下部導電材とする場合では、酸素を含む雰囲気下で誘電体膜を熱処理するときに、基板が酸化して基板/誘電体界面で反応が起こり、誘電特性が悪化するという問題がある。 As a solution to this problem, a cost-effective substrate has been studied in place of the silicon substrate, but there is a problem to be solved. For example, in a synthetic SiO 2 substrate, heat resistance and cracking due to thermal shock are problematic. In addition, with ceramic substrates such as Al 2 O 3 , it is generally difficult to make the substrate surface completely non-porous and easily cause defects in the film. In addition, when a metal material such as stainless steel is used as the substrate or the lower conductive material, when the dielectric film is heat-treated in an atmosphere containing oxygen, the substrate is oxidized and a reaction occurs at the substrate / dielectric interface, resulting in dielectric characteristics. There is a problem that gets worse.

一方、基板とともに誘電体膜を選択して、誘電特性の劣化を防止することが検討されている。例えば、下部電極材にニッケル箔又はニッケル合金箔を、誘電体膜にPb、La(Zr、Ti)膜を採用した場合(例えば、特許文献2参照。)には、誘電体膜の結晶化のための熱処理温度が500〜600℃で行われるので、下部電極材の酸化と誘電特性の劣化を防止することが可能である。しかしながら、この方法では、誘電体膜が限定されるという問題点がある。すなわち、誘電体膜としてBT膜を使用する場合、その結晶化に必要な熱処理温度としては、通常700〜1000℃であり、600℃以下では誘電特性は向上しない。ここで、700〜1000℃の温度で熱処理すると、ニッケル箔の表面は瞬く間に酸化し導電材としては効果を発揮できない。   On the other hand, it has been studied to select a dielectric film together with the substrate to prevent deterioration of dielectric characteristics. For example, when a nickel foil or nickel alloy foil is used for the lower electrode material and a Pb, La (Zr, Ti) film is used for the dielectric film (see, for example, Patent Document 2), the dielectric film is crystallized. Therefore, it is possible to prevent oxidation of the lower electrode material and deterioration of the dielectric characteristics. However, this method has a problem that the dielectric film is limited. That is, when a BT film is used as the dielectric film, the heat treatment temperature necessary for the crystallization is usually 700 to 1000 ° C., and the dielectric properties are not improved at 600 ° C. or lower. Here, if heat treatment is performed at a temperature of 700 to 1000 ° C., the surface of the nickel foil is oxidized in an instant, and the effect as a conductive material cannot be exhibited.

さらに、上記ニッケル箔においても、問題がある。例えば、圧延法で得た通常のニッケル箔の表面は、最大表面粗さ(Rmax)が1μm以上のものが多く、そのため誘電体膜をニッケル箔上に400nm程の厚さで積層した場合、ニッケル箔の凹凸が大きいため、誘電体膜の付着していない部分が発生しやすく誘電特性が悪化する原因になる。   Further, the nickel foil has a problem. For example, the surface of a normal nickel foil obtained by a rolling method often has a maximum surface roughness (Rmax) of 1 μm or more. Therefore, when a dielectric film is laminated on a nickel foil with a thickness of about 400 nm, Since the unevenness of the foil is large, a portion where the dielectric film is not attached is likely to occur, which causes deterioration of the dielectric characteristics.

そこで10〜500μmの厚さからなり、表面抵抗値が0.1〜1Ω、及び最大表面粗さ(Rmax)が100〜700nmであるニッケル箔を用い、その表面上に特定の熱処理条件で誘電体膜を形成し、さらにその表面上に第1導電材を成膜して、誘電体膜の結晶化のための熱処理による下部電極の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題解決する方法が提案された(特許文献3参照)。しかし、Ni箔の酸化防止のため焼成温度を上げることが出来ないため、誘電特性が低くなる場合があり、改良の余地があった。   Accordingly, a nickel foil having a thickness of 10 to 500 μm, a surface resistance value of 0.1 to 1Ω, and a maximum surface roughness (Rmax) of 100 to 700 nm is used, and a dielectric is formed on the surface under specific heat treatment conditions. There is a method for forming a film and further forming a first conductive material on the surface thereof to solve problems such as oxidation of the lower electrode by heat treatment for crystallization of the dielectric film and deterioration of dielectric characteristics by heat treatment. It has been proposed (see Patent Document 3). However, since the firing temperature cannot be raised to prevent oxidation of the Ni foil, the dielectric characteristics may be lowered, and there is room for improvement.

また、他の手段として、酸素雰囲気下において高温度で熱処理しても、導電材の酸化の問題が解消するように下部電極の導電材料に導電性酸化物を使用する試みも行われている(例えば、特許文献4参照。)。この導電性酸化物は、雰囲気中の酸素の影響を受けないので高温度での熱処理でも誘電体膜との反応が生じないため、その効果は高いといえる。しかしながら、使用される導電性酸化物としては、白金族元素を使用したものとなるので、コスト高の問題は残る。しかも、導電性酸化物は難焼結性であるので、基板形状に成形して用いることは難しい。したがって、スパッタ等による成膜により形成することになるため、シリコン基板、セラミックス基板等との併用は避けられない。   As another means, an attempt has been made to use a conductive oxide for the conductive material of the lower electrode so that the problem of oxidation of the conductive material is solved even if heat treatment is performed at a high temperature in an oxygen atmosphere ( For example, see Patent Document 4.) Since this conductive oxide is not affected by oxygen in the atmosphere, the reaction with the dielectric film does not occur even when heat treatment is performed at a high temperature. However, since the conductive oxide to be used uses a platinum group element, the problem of high cost remains. In addition, since the conductive oxide is difficult to sinter, it is difficult to use the conductive oxide after forming it into a substrate shape. Therefore, since it is formed by film formation by sputtering or the like, combined use with a silicon substrate, a ceramic substrate or the like is inevitable.

MLCCでは耐酸化特性の向上のため内部電極としてNiAl金属間化合物のペースト材料を焼結して電極を形成することが検討されている(例えば特許文献5)。しかしながらNiAl金属間化合物は延性に欠けるため圧延等で箔を作製することは難しく、ペースト材料の焼成では平滑で自立した膜を作製することが難しい。   In MLCC, it is studied to form an electrode by sintering a paste material of NiAl intermetallic compound as an internal electrode in order to improve oxidation resistance (for example, Patent Document 5). However, since NiAl intermetallic compounds lack ductility, it is difficult to produce a foil by rolling or the like, and it is difficult to produce a smooth and self-supporting film by firing a paste material.

以上の状況から、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材において、誘電体膜の結晶化のための熱処理による下部電極の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題を解消することが求められている。   From the above situation, a heat treatment for crystallization of a dielectric film in a thin film capacitor material having a dielectric film between the first conductive material constituting the upper electrode and the second conductive material constituting the lower electrode There is a need to solve problems such as oxidation of the lower electrode due to, and deterioration of dielectric properties due to heat treatment.

特開2004−040005号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-040005 特開2006−135036号公報JP 2006-135036 A 特開2009−295907号公報JP 2009-295907 A 特開2003−174150号公報JP 2003-174150 A 特開2012−195557号公報JP 2012-195557 A

R.A. Mahesh et al., Materials Chemistry and Physics, 114, (2009), 629R.A. Mahesh et al., Materials Chemistry and Physics, 114, (2009), 629

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材において、下部電極を構成する第2導電材として、従来のコスト高であった白金族材料の代わりに所定のニッケル箔上にNiAl膜を形成した電極を使用し、その際、誘電体膜の結晶化のための熱処理による下部電極の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題を解消することができる薄膜キャパシタ材の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a thin film capacitor material having a dielectric film between a first conductive material constituting an upper electrode and a second conductive material constituting a lower electrode in view of the above-mentioned problems of the prior art. As the second conductive material constituting the lower electrode, an electrode in which a NiAl film is formed on a predetermined nickel foil is used instead of the conventional platinum group material, which is expensive, and the dielectric film is crystallized. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film capacitor material that can eliminate problems such as oxidation of the lower electrode by heat treatment and deterioration of dielectric characteristics by heat treatment.

本発明者らは、上記目的を達成するために、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材の製造方法について、鋭意研究を重ねた結果、前記第2導電材として、特定の特性を有するNiAl膜付ニッケル箔を準備し、その表面上に特定の熱処理条件で誘電体膜を形成し、さらにその表面上に第1導電材を成膜したところ、誘電体膜の結晶化のための熱処理による下部電極の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題を解消することができることを見出し、本発明を完成した。   In order to achieve the above object, the present inventors have provided a method for manufacturing a thin film capacitor material having a dielectric film between a first conductive material constituting an upper electrode and a second conductive material constituting a lower electrode. As a result of extensive research, a nickel foil with NiAl film having specific characteristics was prepared as the second conductive material, and a dielectric film was formed on the surface under specific heat treatment conditions. When the first conductive material was formed on the substrate, it was found that problems such as oxidation of the lower electrode due to heat treatment for crystallization of the dielectric film and deterioration of dielectric properties due to heat treatment could be solved, and the present invention was completed. did.

すなわち、本発明の第1の態様によれば、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材の製造方法であって、
下記の工程(1)〜(3)を含むことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。
工程(1):第2導電材として、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面を有するニッケル箔の面に、Ni組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成を有するNiAl膜を成膜したNiAl膜付きニッケル箔を製造する。
工程(2):少なくとも、非酸化性雰囲気下で、且つ温度が900℃以上1400℃以下の温度で熱処理を行うことにより、NiAl膜の表面上に誘電体膜を形成する。
工程(3):誘電体膜の表面上に、第1導電材を形成する。
That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film capacitor material having a dielectric film between a first conductive material constituting an upper electrode and a second conductive material constituting a lower electrode. There,
A method for producing a thin film capacitor material comprising the following steps (1) to (3) is provided.
Step (1): On the surface of the nickel foil having a surface having a maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm or more and 20 nm or less as the second conductive material, the Ni composition is 65 mass% or more and 73 mass% or less, and the balance is Al. A nickel foil with a NiAl film on which a NiAl film having a composition is formed is manufactured.
Step (2): A dielectric film is formed on the surface of the NiAl film by performing heat treatment at least at a temperature of 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere.
Step (3): A first conductive material is formed on the surface of the dielectric film.

また、本発明の第2の態様によれば、第1の態様において、工程(1)は、下記工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。
工程:NiAl膜を製膜した後のNiAl膜側の表面抵抗値が0.01Ω以上1Ω以下のものを選択する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the method for producing a thin film capacitor material according to claim 1, wherein in the first aspect, the step (1) includes the following steps. .
Step: Select a NiAl film having a surface resistance value of 0.01Ω or more and 1Ω or less after forming the NiAl film.

また、本発明の第3の態様によれば、第1の態様又は第2の態様において、工程(2)は、下記工程を含むことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。
工程:NiAl膜の表面上に、次の(イ)〜(ハ)の手順を複数回繰り返し膜形成した後、非酸化性雰囲気下において900℃以上1400℃以下の温度で加熱する第3熱処理に付し、誘電体膜を形成する。
(イ)誘電体膜の前駆体溶液を塗布する。
(ロ)次いで、酸化性雰囲気下において300℃以上350℃以下の温度で加熱する第1熱処理に付す。
(ハ)続いて、酸化性雰囲気下において450℃以上950℃以下の温度で加熱する第2熱処理に付す。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film capacitor material, wherein in the first aspect or the second aspect, the step (2) includes the following steps.
Process: After the film formation of the following steps (a) to (c) is repeated a plurality of times on the surface of the NiAl film, a third heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. to 1400 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. To form a dielectric film.
(A) A dielectric film precursor solution is applied.
(B) Next, it is subjected to a first heat treatment in which heating is performed at a temperature of 300 ° C. or higher and 350 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
(C) Subsequently, a second heat treatment is performed by heating at a temperature of 450 ° C. or higher and 950 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.

また、本発明の第4の態様によれば、第1の態様から第3の態様のいずれかの態様において、さらに、工程(3)に続いて、下記工程(4)を含むことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。
工程(4):酸素を含む雰囲気下で第4熱処理に付す。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the method further comprises the following step (4) following step (3): A method of manufacturing a thin film capacitor material is provided.
Step (4): A fourth heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen.

また、本発明の第5の態様によれば、第1の態様から第4の態様のいずれかの態様において、ニッケル箔は、電鋳法で作製したものであることを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to a fifth aspect of the present invention, the thin film capacitor material according to any one of the first to fourth aspects, wherein the nickel foil is produced by electroforming. A manufacturing method is provided.

また、本発明の第6の態様によれば、第1の態様から第5の態様のいずれかの態様において、誘電体の前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類と、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル、及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類と、2−エチルヘキサン酸であるカルボン酸からなる混合溶剤中に、Ba、Sr、Mg及びCaからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素と、Ti、Sn及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を添加してなるものである、ことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to the sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the dielectric precursor solution is 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 At least one alcohol selected from the group consisting of butanol, 2-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol, butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate, and butyl butyrate At least one ester selected from the group consisting of Ba, Sr, Mg, and Ca in a mixed solvent consisting of at least one ester selected from the group consisting of carboxylic acid that is 2-ethylhexanoic acid A thin film obtained by adding a metal element and at least one metal element selected from the group consisting of Ti, Sn, and Zr Method for producing Yapashita material is provided.

また、本発明の第7の態様によれば、第6の態様において、混合溶剤の配合割合は、アルコール類:エステル類:カルボン酸が、容量比で2:2:1から2:1:1の範囲であることを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to the seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the mixing ratio of the mixed solvent is such that the alcohols: esters: carboxylic acid has a volume ratio of 2: 2: 1 to 2: 1: 1. A method for producing a thin film capacitor material is provided.

また、本発明の第8の態様によれば、第1の態様から第7の態様のいずれかの態様において、誘電体膜は、単位静電容量が1.9μF/cm以上であることを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。 According to the eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the dielectric film has a unit capacitance of 1.9 μF / cm 2 or more. A method for manufacturing a thin film capacitor material is provided.

また、本発明の第9の態様によれば、第1の態様から第8の態様のいずれかの態様において、DC電圧を−3Vから3Vまで変えて印加したときにおける電流を測定し、最大電流を電極面積で除した値で表されるリーク電流が5nA/cm以下であることを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。 According to the ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the current is measured when the DC voltage is changed from -3V to 3V, and the maximum current is measured. A thin film capacitor material manufacturing method is provided, in which a leakage current represented by a value obtained by dividing the above by an electrode area is 5 nA / cm 2 or less.

また、本発明の第10の態様によれば、第1の態様から第9の態様のいずれかの態様において、ニッケル箔の厚さは、10μm以上500μm以下であることを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the thickness of the nickel foil is 10 μm or more and 500 μm or less. A manufacturing method is provided.

また、本発明の第11の態様によれば、第1の態様から第10の態様のいずれかの態様において、前記第3熱処理前記工程(2)における、非酸化性雰囲気下で、且つ温度が900℃以上1400℃以下で行う熱処理は、カーボン製容器内で行うことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, the temperature of the third heat treatment in the step (2) is a non-oxidizing atmosphere and the temperature is There is provided a method for producing a thin film capacitor material, wherein the heat treatment performed at 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower is performed in a carbon container.

また、本発明の第12の態様によれば、第1の態様から第11の態様のいずれかの態様において、誘電体膜の厚さは、100nm以上500nm以下であることを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to eleventh aspects, the thickness of the dielectric film is not less than 100 nm and not more than 500 nm. A method of manufacturing the material is provided.

また、本発明の第13の態様によれば、第1の態様から第12の態様のいずれかの態様において、NiAl膜の成膜は、スパッタリングにより行うことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法が提供される。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the first to twelfth aspects, the method for producing a thin film capacitor material is characterized in that the NiAl film is formed by sputtering. Is provided.

また、本発明の第14の態様によれば、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備える薄膜キャパシタ材であって、第2導電材は、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面を有するニッケル箔と、面に積層され、且つNi組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成を有するNiAl膜とを備え、NiAl膜側の表面抵抗値が0.1Ω以上1Ω以下であるNiAl膜付きニッケル箔であり、単位静電容量が1.9μF/cm以上で、且つDC電圧を−3Vから3Vまで変えて印加したときにおける電流を測定し、最大電流を電極面積で除した値で表されるリーク電流が5nA/cm以下であることを特徴とする薄膜キャパシタ材が提供される。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a thin film capacitor material comprising a dielectric film between the first conductive material constituting the upper electrode and the second conductive material constituting the lower electrode, The two conductive materials have a nickel foil having a surface with a maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm or more and 20 nm or less, laminated on the surface, a Ni composition of 65 mass% or more and 73 mass% or less, and the balance is Al. A nickel foil with a NiAl film having a surface resistance on the NiAl film side of 0.1Ω or more and 1Ω or less, a unit capacitance of 1.9 μF / cm 2 or more, and a DC voltage of − Provided is a thin film capacitor material characterized by measuring a current when applied by changing from 3 V to 3 V and having a leakage current represented by a value obtained by dividing a maximum current by an electrode area of 5 nA / cm 2 or less. .

本発明の薄膜キャパシタ材の製造方法は、上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材において、下部電極を構成する第2導電材として、従来のコスト高であった白金族材料の代わりにNiAl合金膜付ニッケル箔を使用し、その際、誘電体膜の結晶化のための熱処理による下部電極の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題を解消することができ、誘電体膜の単位静電容量に優れ、リーク電流が小さい薄膜キャパシタ材が得られるので、その工業的価値は極めて大きい。   The method of manufacturing a thin film capacitor material according to the present invention comprises forming a lower electrode in a thin film capacitor material having a dielectric film between a first conductive material constituting an upper electrode and a second conductive material constituting a lower electrode. As the second conductive material, a nickel foil with a NiAl alloy film is used instead of the conventionally expensive platinum group material, and at this time, oxidation of the lower electrode by heat treatment for crystallization of the dielectric film, and Problems such as deterioration of dielectric properties due to heat treatment can be solved, and a thin film capacitor material having excellent unit capacitance of the dielectric film and a small leakage current can be obtained. Therefore, its industrial value is extremely large.

実施形態に係る薄膜キャパシタ材の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the thin film capacitor material which concerns on embodiment. 実施形態に係る製造方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method which concerns on embodiment. 図2に続いて、製造方法のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of the manufacturing method following FIG. 2. 実施形態に係る製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method which concerns on embodiment. 図4に続いて、実施形態に係る製造方法の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of the manufacturing method according to the embodiment, following FIG. 4.

以下、本発明について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。   The present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this. Further, in the drawings, in order to describe the embodiment, the scale is appropriately changed and expressed by partially enlarging or emphasizing the description.

本発明の薄膜キャパシタ材の製造方法、及び薄膜キャパシタ材を詳細に説明する。なお、本薄膜キャパシタ材の製造方法(以下、単に「製造方法」と称す。)及び薄膜キャパシタ材を説明する際、図1から図5を適宜参照する。図1は、実施形態に係る薄膜キャパシタ材の一例を示す断面図である。図2及び図3は、本製造方法のフローチャートである。図4及び図5は、それぞれ、本製造方法の説明図である。   The manufacturing method of the thin film capacitor material and the thin film capacitor material of the present invention will be described in detail. In describing the thin film capacitor material manufacturing method (hereinafter simply referred to as “manufacturing method”) and the thin film capacitor material, FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the thin film capacitor material according to the embodiment. 2 and 3 are flowcharts of the manufacturing method. 4 and 5 are explanatory diagrams of the manufacturing method, respectively.

以下、本製造方法に基づいて、薄膜キャパシタ材MCを説明する。本製造方法は、図1に一例を示す薄膜キャパシタ材MCの製造する方法である。薄膜キャパシタ材MCは、上部電極を構成する第1導電材1と下部電極を構成する第2導電材2との間に、誘電体膜3を備える。   Hereinafter, the thin film capacitor material MC will be described based on the present manufacturing method. This manufacturing method is a method for manufacturing the thin film capacitor material MC shown as an example in FIG. The thin film capacitor material MC includes a dielectric film 3 between the first conductive material 1 constituting the upper electrode and the second conductive material 2 constituting the lower electrode.

本製造方法は、図1及び図2に示すように、下記の工程(1)〜(3)を含むことを特徴とする。
工程(1)(ステップS1):第2導電材2として、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面4aを有するニッケル箔4の面4aに、Ni組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成を有するNiAl膜5を成膜したNiAl膜付きニッケル箔2を製造する。
工程(2)(ステップS2):NiAl膜5の表面上に、少なくとも、非酸化性雰囲気下で、且つ900℃以上1400℃以下の温度で熱処理を行うことにより、誘電体膜3を形成する。
工程(3)(ステップS3):誘電体膜3の表面上に、第1導電材1を形成する。
As shown in FIG.1 and FIG.2, this manufacturing method is characterized by including the following process (1)-(3).
Step (1) (Step S1): As the second conductive material 2, the Ni composition is 65% by mass or more and 73% on the surface 4a of the nickel foil 4 having the surface 4a whose maximum surface roughness (Rmax) is 1 nm or more and 20 nm or less. The NiAl film-attached nickel foil 2 is manufactured by forming the NiAl film 5 having a composition of Al or less and the balance being Al.
Step (2) (Step S2): The dielectric film 3 is formed on the surface of the NiAl film 5 by performing heat treatment at least at a temperature of 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere.
Step (3) (Step S3): The first conductive material 1 is formed on the surface of the dielectric film 3.

本発明において、工程(1)で第2導電材として、上記特定の厚さからなり、上記特定の最大表面粗さ(Rmax)を有するニッケル箔4を用いること、及び工程(2)で誘電体膜を形成する際の熱処理条件を適正化することが重要である。これによって、下部電極を構成する第2導電材2として、従来のコスト高であった白金族材料の代わりに安価なニッケル箔4を使用しても、誘電体膜3の結晶化のための熱処理による下部電極2の酸化、及び熱処理による誘電特性の劣化等の問題を解消することができ、誘電体膜3の単位静電容量に優れる薄膜キャパシタ材MCが得られる。また、実用的なキャパシタではリーク電流が小さいことが求められる。本製造方法によれば、リーク電流が小さい薄膜キャパシタ材MCを製造することができる。   In the present invention, the nickel foil 4 having the specific thickness and having the specific maximum surface roughness (Rmax) is used as the second conductive material in the step (1), and the dielectric in the step (2). It is important to optimize the heat treatment conditions when forming the film. Thus, even when an inexpensive nickel foil 4 is used as the second conductive material 2 constituting the lower electrode instead of the conventional platinum group material, which is expensive, a heat treatment for crystallization of the dielectric film 3 is performed. Thus, problems such as oxidation of the lower electrode 2 due to heat treatment and deterioration of dielectric characteristics due to heat treatment can be solved, and a thin film capacitor material MC excellent in unit capacitance of the dielectric film 3 can be obtained. Moreover, a practical capacitor is required to have a small leakage current. According to this manufacturing method, the thin film capacitor material MC having a small leakage current can be manufactured.

以下に、各工程について説明する。
[工程(1)]
工程(1)は、第2導電材2を製造する(図2に示すステップS1)。工程(1)では、例えば、ステップS11において、図4(A)に示すように、まず、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面4aを有するニッケル箔4を準備する。本実施形態のニッケル箔4は、例えば、上面が面4aに相当する。なお、本明細書において、「最大表面粗さ(Rmax)」は、JIS B 0601−1994に準拠した値を意味する。本明細書において、「最大表面粗さ(Rmax)」は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、材料表面において、5か所の20μm角の領域の3次元形状を測定し、AFMに付属するソフトウェアを用いて、測定により得られた高さ方向(厚さ方向)の測定値を統計処理して求めた値である。なお、ニッケル箔4は、すべての面が面4aでなくてもよい。例えば、ニッケル箔4は、後に説明する誘電体膜3を形成する部分に面4aを有していればよいが、ニッケル箔4の一方の面全体が面4aであるのが好ましい。
Below, each process is demonstrated.
[Step (1)]
Step (1) manufactures the second conductive material 2 (step S1 shown in FIG. 2). In step (1), for example, in step S11, as shown in FIG. 4A, first, a nickel foil 4 having a surface 4a having a maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm to 20 nm is prepared. In the nickel foil 4 of the present embodiment, for example, the upper surface corresponds to the surface 4a. In this specification, “maximum surface roughness (Rmax)” means a value based on JIS B 0601-1994. In this specification, “Maximum surface roughness (Rmax)” is measured by measuring the three-dimensional shape of five 20 μm square regions on the material surface using an atomic force microscope (AFM), and is attached to the AFM. It is the value calculated | required by statistically processing the measured value of the height direction (thickness direction) obtained by measurement using the software to do. Note that the nickel foil 4 does not have to be all surfaces 4a. For example, the nickel foil 4 only needs to have the surface 4a in a portion where the dielectric film 3 to be described later is formed, but it is preferable that one whole surface of the nickel foil 4 is the surface 4a.

ニッケル箔4は、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面4aを有するニッケル箔を用いることが不可欠である。これにより、ニッケル箔4上に形成するNiAl膜5の均一性、及びNiAl膜5上に形成する誘電体膜3の均一性が保持され、膜生成の阻害による誘電特性の悪化を防止することができる。すなわち、市販の圧延法によるニッケル箔の表面を原子間力顕微鏡(AFM)で観察すると、例えば、最大表面粗さが1μm以上のものがしばしば見られるが、例えば、このようなニッケル箔4上に、NiAl膜5あるいは誘電体膜3を、100nmの厚さで積層した場合、ニッケル箔4表面の凹凸により、膜形成がなされない部分が発生するため、誘電特性が悪化する。なお、ニッケル箔4の最大表面粗さが1nm未満の場合、ニッケル箔4の製造に用いるガラス基板の研磨状態や電鋳浴の管理が難しくなるため、ニッケル箔4の作製が困難になる。また、ニッケル箔4の最大表面粗さが20nmを超える場合、例えば、誘電体膜3の厚みが100nm以下の場合、NiAl膜5、及び誘電体膜3の膜割れの原因となるため好ましくない。   As the nickel foil 4, it is essential to use a nickel foil having a surface 4a having a maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm or more and 20 nm or less. Thereby, the uniformity of the NiAl film 5 formed on the nickel foil 4 and the uniformity of the dielectric film 3 formed on the NiAl film 5 are maintained, and the deterioration of the dielectric characteristics due to the inhibition of film formation can be prevented. it can. That is, when the surface of a nickel foil obtained by a commercially available rolling method is observed with an atomic force microscope (AFM), for example, the maximum surface roughness is often 1 μm or more. When the NiAl film 5 or the dielectric film 3 is laminated with a thickness of 100 nm, the portion on which the film is not formed is generated due to the unevenness on the surface of the nickel foil 4, and the dielectric characteristics are deteriorated. In addition, when the maximum surface roughness of the nickel foil 4 is less than 1 nm, it becomes difficult to manufacture the nickel foil 4 because it is difficult to manage the polishing state of the glass substrate used for the manufacture of the nickel foil 4 and the electroforming bath. In addition, when the maximum surface roughness of the nickel foil 4 exceeds 20 nm, for example, when the thickness of the dielectric film 3 is 100 nm or less, the NiAl film 5 and the dielectric film 3 may be broken, which is not preferable.

また、ニッケル箔4の厚さT1は、例えば、10μm以上500μm以下である。第2導電材2に基材(膜の支持体)の役目を持たせるためには、通常の純ニッケル箔では、強度が低いため、例えば、誘電体膜3の前駆体溶液を塗布する時等のハンドリングが難しくなる。そのため、ニッケル箔4の厚さT1は10μm以上の厚さが好ましい。一方、ニッケル箔4の厚さT1が500μmを超える場合、薄膜キャパシタとしての実用性(例、誘電特性)が損なわれるため好ましくない。   Moreover, the thickness T1 of the nickel foil 4 is, for example, not less than 10 μm and not more than 500 μm. In order to give the second conductive material 2 the role of a base material (film support), since the strength is low in ordinary pure nickel foil, for example, when the precursor solution of the dielectric film 3 is applied, etc. Is difficult to handle. Therefore, the thickness T1 of the nickel foil 4 is preferably 10 μm or more. On the other hand, when the thickness T1 of the nickel foil 4 exceeds 500 μm, practicality (eg, dielectric characteristics) as a thin film capacitor is impaired, which is not preferable.

また、上記ニッケル箔4としては、例えば、電鋳法、圧延法、電解法等により所定の厚さで調製された市販のニッケル箔が用いられる。これらの中でも、電鋳法で得られたニッケル箔を用いるのが好ましい。これは、電鋳法は、現状において、電解法や圧延法と比べて、ニッケル箔の表面粗さの制御に特に優れているからである。なお、電鋳法によるニッケル箔の表面粗さは、電鋳時に使用する基板の表面粗さで決定される。例えば、電鋳時に使用する基板に研磨ガラスを使用することで、最大表面粗さ20nm以下のニッケル箔4を作製できる。また、ニッケル箔4の純度は、特に限定されるものではないが、例えば、電気伝導特性等の観点から、99%以上が好ましく、3N(99.9%)以上がより好ましい。   Moreover, as the said nickel foil 4, the commercially available nickel foil prepared by predetermined thickness by the electroforming method, the rolling method, the electrolysis method etc. is used, for example. Among these, it is preferable to use a nickel foil obtained by electroforming. This is because the electroforming method is particularly excellent in controlling the surface roughness of the nickel foil as compared with the electrolytic method and the rolling method. Note that the surface roughness of the nickel foil by electroforming is determined by the surface roughness of the substrate used during electroforming. For example, the nickel foil 4 having a maximum surface roughness of 20 nm or less can be produced by using polished glass for the substrate used during electroforming. Moreover, although the purity of the nickel foil 4 is not specifically limited, For example, 99% or more is preferable and 3N (99.9%) or more is more preferable from a viewpoint of electrical conduction characteristics.

ここで、ニッケル箔4の表面抵抗値と酸化状態及びそれらの温度との関係について説明する。ニッケル箔4は、通常、酸素を含む雰囲気中で500℃以上に加熱すると表面抵抗値が悪化し、誘電特性に多大な影響を与える。例えば、表面抵抗値が0.2Ωのニッケル箔4を、大気下に600℃の温度で30分保持した後の表面抵抗値は、元の100倍の20Ωにまで悪化する。このときのニッケル箔4の表面をX線回折すると、NiOの生成が確認される。なお、ニッケル酸化被膜を有するニッケル箔を、さらに高温度で熱処理すると、誘電体膜3との反応が起こり、誘電特性は大きく悪化する。   Here, the relationship between the surface resistance value of nickel foil 4 and the oxidation state and their temperature will be described. When the nickel foil 4 is heated to 500 ° C. or higher in an atmosphere containing oxygen, the surface resistance value is deteriorated and the dielectric characteristics are greatly affected. For example, the surface resistance value after holding the nickel foil 4 having a surface resistance value of 0.2Ω in the atmosphere at a temperature of 600 ° C. for 30 minutes deteriorates to 20Ω, which is 100 times the original value. When the surface of the nickel foil 4 at this time is X-ray diffracted, the formation of NiO is confirmed. If a nickel foil having a nickel oxide film is heat-treated at a higher temperature, a reaction with the dielectric film 3 occurs, and the dielectric characteristics are greatly deteriorated.

しかしながら、後続の熱処理において、所望の誘電特性を得るためには、低温から全ての熱処理を非酸化性雰囲気下で酸化を抑制する条件で行なうことはできない。すなわち、第2導電材2の上に前駆体溶液を塗布して誘電体膜3を形成する場合、仮焼及び本焼成に付すことが必要である。ここで、仮焼及び本焼成により、前駆体溶液から誘電体膜3中に残留されていた有機成分が分解し、前駆体溶液は完全な酸化物形態となる。この有機成分を活発に分解するためには、酸素を含む雰囲気が必要であり、また、例えば、最低でも500℃の温度で処理することが望ましい。   However, in order to obtain desired dielectric characteristics in the subsequent heat treatment, it is not possible to perform all heat treatments from a low temperature in a non-oxidizing atmosphere under conditions that suppress oxidation. That is, when the dielectric film 3 is formed by applying the precursor solution on the second conductive material 2, it is necessary to perform calcination and main firing. Here, the calcination and the main baking decompose the organic components remaining in the dielectric film 3 from the precursor solution, and the precursor solution becomes a complete oxide form. In order to actively decompose this organic component, an atmosphere containing oxygen is required, and for example, it is desirable to perform the treatment at a temperature of at least 500 ° C.

そこで、本願発明者らは、ニッケル箔4表面の酸化防止を検討し、ニッケル箔4の表面にNiAl膜5を形成することで、ニッケル箔4表面の耐酸化性が飛躍的に改善することを見出した。なお、NiAl金属間化合物は優れた耐酸化性を示すことが知られており、例えば、スパッタ法で作製された薄膜でも900〜1000℃の熱処理に耐えることが知られている(例えば、R.A. Mahesh et al. Materials Chemistry and Physics, 114, (2009), 629)。本製造方法では、表面にNiAl金属間化合物を形成したニッケル箔(NiAl膜付きニッケル箔2)を用いることで、ニッケル箔4表面の耐酸化性が飛躍的に改善し、これにより、大気中で950℃程度まで加熱処理を行うことを可能にしている。   Therefore, the inventors of the present application have studied the oxidation prevention on the surface of the nickel foil 4 and formed a NiAl film 5 on the surface of the nickel foil 4 to dramatically improve the oxidation resistance on the surface of the nickel foil 4. I found it. NiAl intermetallic compounds are known to exhibit excellent oxidation resistance. For example, even a thin film produced by sputtering is known to withstand heat treatment at 900 to 1000 ° C. (for example, RA Mahesh et al. Materials Chemistry and Physics, 114, (2009), 629). In this manufacturing method, by using a nickel foil having a NiAl intermetallic compound formed on the surface (nickel foil 2 with a NiAl film), the oxidation resistance of the surface of the nickel foil 4 is drastically improved. Heat treatment can be performed up to about 950 ° C.

そして、本製造方法では、図2に示すステップS12において、図4(B)に示すように、ニッケル箔4の表面4aに、NiAl膜5を製膜する。これにより、NiAl膜付きニッケル箔2(第2導電材2)が製造される。これにより、後に行われる熱処理によるニッケル箔4の酸化によって生じる第2導電材2(ニッケル箔4)と誘電体膜3との間の誘電特性の低下を抑制できる。NiAl膜5は、図4(B)に示すように、ニッケル箔4の面4aの上面のすべてに成膜するのが好ましいが、これに限定されず、例えば、ニッケル箔4の面4aの上面の少なくとも一部にNiAl膜5を製膜してもよい。   In this manufacturing method, in step S12 shown in FIG. 2, a NiAl film 5 is formed on the surface 4a of the nickel foil 4 as shown in FIG. 4B. Thereby, nickel foil 2 with NiAl film (second conductive material 2) is manufactured. As a result, it is possible to suppress a decrease in dielectric characteristics between the second conductive material 2 (nickel foil 4) and the dielectric film 3 caused by oxidation of the nickel foil 4 by heat treatment performed later. As shown in FIG. 4B, the NiAl film 5 is preferably formed on the entire upper surface of the surface 4a of the nickel foil 4, but is not limited to this. For example, the upper surface of the surface 4a of the nickel foil 4 is used. A NiAl film 5 may be formed on at least a part of the film.

NiAl膜5は、NiAl膜5全質量に対して、Ni組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成とする。NiAl膜5は、高温で処理した場合、Ni組成が65質量%未満ではAl相が析出するため好ましくなく、また、Ni組成が73質量%を超える場合、Ni相が析出するため好ましくない。NiAl膜5の製膜方法は、特に限定されないが、例えば、NiAl合金ターゲットを用いてDCスパッタリング法で成膜するのが好ましい。この場合、例えば、均一性に優れる膜を製膜することができる。なお、NiAl合金ターゲットは、特に限定されないが、例えば、NiAl、あるいはNiとAlNiとの粉末を所定の組成で混合し、ホットプレス法で作製したもの等を使用することができる。NiAl膜5の膜厚T2は、例えば、0.05μm以上1μm以下であるのが、誘電特性、ニッケル箔4の酸化防止等の点で、好ましい。 The NiAl film 5 has a composition in which the Ni composition is 65 mass% or more and 73 mass% or less and the balance is Al with respect to the total mass of the NiAl film 5. When the NiAl film 5 is processed at a high temperature, if the Ni composition is less than 65% by mass, the Al phase is not preferable. If the Ni composition exceeds 73% by mass, the Ni phase is not preferable. The method for forming the NiAl film 5 is not particularly limited. For example, it is preferable to form the NiAl film 5 by DC sputtering using a NiAl alloy target. In this case, for example, a film having excellent uniformity can be formed. The NiAl alloy target is not particularly limited. For example, NiAl or a mixture of Ni and Al 3 Ni 2 powders having a predetermined composition and produced by a hot press method can be used. The thickness T2 of the NiAl film 5 is preferably 0.05 μm or more and 1 μm or less, for example, from the viewpoints of dielectric properties, oxidation prevention of the nickel foil 4, and the like.

ところで、良好な電極膜としては電気抵抗が低いことが必要であり、酸化膜(酸化被膜)ができると抵抗が大きくなる。このため、酸化被膜の生成を常に監視しておくことが必要である。そのための手段のひとつとして、NiAl膜付きニッケル箔2のNiAl膜5側の表面抵抗値をモニタリングし、表面抵抗値が0.1Ω以上1Ω以下のものを使用する。   By the way, a good electrode film needs to have a low electric resistance. If an oxide film (oxide film) is formed, the resistance increases. For this reason, it is necessary to always monitor the formation of the oxide film. As one means for that purpose, the surface resistance value on the NiAl film 5 side of the nickel foil 2 with the NiAl film is monitored, and the surface resistance value is 0.1Ω or more and 1Ω or less.

本製造方法では、例えば、図2に示すステップS12でNiAl膜付きニッケル箔2を製造した後、ステップS13において、NiAl膜付きニッケル箔2のNiAl膜5側の表面抵抗値が0.01Ω以上1Ω以下であるNiAl膜付きニッケル箔2を選択する。これにより、酸化膜の形成が多いNiAl膜付きニッケル箔2を排除することができ、その結果、誘電体膜の単位静電容量に優れ、且つリーク電流が低い薄膜キャパシタ材を、より確実に得ることができる。例えば、ステップS13は、抵抗値を測定可能な公知の装置を用いて、NiAl膜5の表面抵抗値を測定することにより実施できる。なお、本明細書において、「表面抵抗値」は、1cm幅に決定した2端子を接触させて、テスターで測定した値である。上記のような特性を有するNiAl膜付きニッケル箔2は、薄膜キャパシタ材MC用の第2導電材2(電極)として好適に用いることができる。なお、ステップS13を行うか否かは任意であり、ステップS13は行わなくてもよい。   In this manufacturing method, for example, after the nickel foil 2 with NiAl film 2 is manufactured in step S12 shown in FIG. 2, the surface resistance value on the NiAl film 5 side of the nickel foil 2 with NiAl film is 0.01Ω or more and 1Ω in step S13. The NiAl film-coated nickel foil 2 is selected as follows. As a result, it is possible to eliminate the nickel foil 2 with the NiAl film in which the oxide film is frequently formed, and as a result, it is possible to more reliably obtain a thin film capacitor material having a superior unit capacitance of the dielectric film and a low leakage current. be able to. For example, step S13 can be performed by measuring the surface resistance value of the NiAl film 5 using a known device capable of measuring the resistance value. In the present specification, the “surface resistance value” is a value measured with a tester by contacting two terminals determined to have a width of 1 cm. The nickel foil 2 with the NiAl film having the above characteristics can be suitably used as the second conductive material 2 (electrode) for the thin film capacitor material MC. Whether or not step S13 is performed is arbitrary, and step S13 may not be performed.

[工程(2)]
図2に示す工程(1)に続いて、ステップS2(工程(2))において、第2導電材2の表面に誘電体膜3を形成する。工程(2)では、まず、例えば、ステップS21において、図4(C)あるいは図5に示すように、NiAl膜5の表面上に誘電体前駆体膜6を形成する。誘電体前駆体膜6の形成は、例えば、塗布・焼成法、スパッタ法、ゾルゲル法、MOCVD法、レーザーアブレーション法などの公知の膜形成方法により行うことができる。誘電体前駆体膜6の膜厚は、図2に示すステップS22の熱処理の後の厚みで、例えば、100nm以上500nm以下程度になるように設定される。この場合、誘電特性をより安定にすることができる。
[Step (2)]
Following step (1) shown in FIG. 2, dielectric film 3 is formed on the surface of second conductive material 2 in step S2 (step (2)). In step (2), first, for example, in step S21, the dielectric precursor film 6 is formed on the surface of the NiAl film 5 as shown in FIG. 4C or FIG. The dielectric precursor film 6 can be formed by a known film forming method such as a coating / firing method, a sputtering method, a sol-gel method, an MOCVD method, or a laser ablation method. The film thickness of the dielectric precursor film 6 is set so as to be, for example, about 100 nm or more and 500 nm or less, after the heat treatment in step S22 shown in FIG. In this case, the dielectric characteristics can be made more stable.

続いて、図2のステップS22において、非酸化性雰囲気下で、且つ温度が900℃以上1400℃以下の温度で熱処理を行う。これにより、図5に示すように、NiAl膜5の表面上に誘電体膜3が形成される。なお、ステップS22の熱処理の時間は、例えば、30分間以上120分間以下程度の時間で行うことができる。また、非酸化性雰囲気は、例えば、不活性ガスを用いることで形成することができる。なお、不活性ガスの量(流量)は、特に限定されるものではないが、例えば、0.5L/分以上5L/分以下ほどの流量で炉内に不活性ガスを流入させるのが好ましい。なお、不活性ガスは、不活性なガスであればガス種は特に限定されず、例えば、不活性ガスが窒素ガスを用いる場合、安価で扱いやすいため好ましい。また、ステップS22の熱処理における非酸化性雰囲気は、真空状態により形成してもよい。例えば、ステップS22の熱処理を真空下で行なう際には、例えば、0.1Pa以上、好ましくは0.01Pa以下まで真空引きを行うことが、非酸化性の特性を有する雰囲気として好ましい。   Subsequently, in step S22 of FIG. 2, heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. Thereby, as shown in FIG. 5, the dielectric film 3 is formed on the surface of the NiAl film 5. In addition, the time of the heat treatment in step S22 can be performed, for example, for about 30 minutes to 120 minutes. The non-oxidizing atmosphere can be formed by using, for example, an inert gas. The amount (flow rate) of the inert gas is not particularly limited. For example, it is preferable to flow the inert gas into the furnace at a flow rate of 0.5 L / min or more and 5 L / min or less. The inert gas is not particularly limited as long as it is an inert gas. For example, when the inert gas uses nitrogen gas, it is preferable because it is inexpensive and easy to handle. Further, the non-oxidizing atmosphere in the heat treatment in step S22 may be formed in a vacuum state. For example, when the heat treatment in step S22 is performed under vacuum, for example, it is preferable to perform evacuation to 0.1 Pa or more, preferably 0.01 Pa or less as an atmosphere having non-oxidizing characteristics.

以下、誘電体前駆体膜6の形成方法の一例として、誘電体前駆体膜6を塗布・焼成法により形成する方法を説明する。誘電体前駆体膜6を塗布・焼成法により形成する場合、例えば、図3に示すステップS23からステップS25において、図4(C)に示すように、NiAl膜5の表面上に、次の(イ)〜(ハ)の手順(ステップS23からステップS25の手順)を複数回繰り返し膜6(誘電体前駆体膜6)を形成した後、非酸化性雰囲気下において、900℃以上1400℃以下の温度で加熱する第3熱処理(ステップS26)に付し、誘電体膜3を形成する。
(イ)誘電体膜の前駆体溶液を塗布する(ステップS23)。
(ロ)次いで、酸化性雰囲気下において300℃以上350℃以下の温度で加熱する第1熱処理に付す(ステップS24)。
(ハ)続いて、酸化性雰囲気下において450℃以上950℃以下の温度で加熱する第2熱処理に付す(ステップS25)。
Hereinafter, as an example of a method for forming the dielectric precursor film 6, a method for forming the dielectric precursor film 6 by a coating / firing method will be described. When the dielectric precursor film 6 is formed by a coating / firing method, for example, in steps S23 to S25 shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4C, on the surface of the NiAl film 5, the following ( After forming the film 6 (dielectric precursor film 6) a plurality of times by repeating the procedures (i) to (c) (the procedure from step S23 to step S25), the temperature is 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. The dielectric film 3 is formed by performing a third heat treatment (step S26) that is heated at a temperature.
(A) A dielectric film precursor solution is applied (step S23).
(B) Next, it is subjected to a first heat treatment in which heating is performed at a temperature of 300 ° C. or higher and 350 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere (step S24).
(C) Subsequently, a second heat treatment is performed by heating at a temperature of 450 ° C. or higher and 950 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere (step S25).

上記工程(2)をより具体的に説明する。まず、ステップS23の手順(イ)において、例えば、第2導電材であるNiAl膜付ニッケル箔2の表面上に、事前に調製した誘電体膜3を形成するための前駆体溶液を、スピンコート等で塗布し、乾燥させる。この乾燥は、例えば、大気下に略150℃の温度で10分間ほど加熱して行うことができる。前駆体溶液は、例えば、NiAl膜付ニッケル箔2における面(図4(B)における上面)のすべてに塗布するのが好ましいが、少なくとも一部に塗布してもよい。また、前駆体溶液の塗布の方法は、スピンコート法に限定されず、他の塗布方法を採用してもよい。例えば、前駆体溶液の塗布は、スプレーによる塗布、スリットコーターによる塗布により行ってもよい。また、前駆体溶液の乾燥条件は、特に限定されるものではなく、例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の条件を採用することができる。なお、前駆体溶液の成分については、後に説明する。   The step (2) will be described more specifically. First, in the procedure (b) of step S23, for example, a precursor solution for forming a dielectric film 3 prepared in advance on the surface of the NiAl film-attached nickel foil 2 as the second conductive material is spin-coated. Etc. and dry. This drying can be performed, for example, by heating in the atmosphere at a temperature of about 150 ° C. for about 10 minutes. For example, the precursor solution is preferably applied to all of the surface (the upper surface in FIG. 4B) of the NiAl film-coated nickel foil 2, but may be applied to at least a part. The method of applying the precursor solution is not limited to the spin coating method, and other coating methods may be employed. For example, the precursor solution may be applied by spray application or slit coater application. The drying conditions for the precursor solution are not particularly limited, and for example, conditions other than those described above can be employed without departing from the spirit of the present invention. The components of the precursor solution will be described later.

次いで、ステップS24の手順(ロ)とステップS25の(ハ)を連続して行い、仮焼する。手順(ロ)で、酸化性雰囲気下において、300℃以上350℃以下の温度で、例えば30分間ほど加熱する第1熱処理に付す。手順(ハ)で、酸化性雰囲気下において、450℃以上950℃以下の温度で30分間ほど加熱する第2熱処理に付す。これにより、図4(C)に示す誘電体前駆体膜6が形成される。これらの手順により形成される膜厚T3(図4(C)参照)としては、1回当たり本焼成(第3熱処理)後の膜厚で40nm以上80nm以下ほどにしかならない。なお、第1熱処理及び第2熱処理における酸化性雰囲気は、それぞれ、酸素を含有する雰囲気であれば特に限定されず、例えば、コスト及び便さの観点から、大気であるのが好ましい。また、第1熱処理の時間および第2熱処理の時間は、それぞれ、特に限定されるものではなく、例えば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記以外の条件を採用することができる。   Next, the procedure (b) of step S24 and the step (c) of step S25 are performed successively and calcined. In the procedure (b), the first heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere at a temperature of 300 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, for example, for about 30 minutes. In the procedure (c), a second heat treatment is performed by heating at a temperature of 450 ° C. or higher and 950 ° C. or lower for about 30 minutes in an oxidizing atmosphere. Thereby, the dielectric precursor film 6 shown in FIG. 4C is formed. The film thickness T3 (see FIG. 4C) formed by these procedures is only 40 nm or more and 80 nm or less after the main baking (third heat treatment) per time. The oxidizing atmosphere in the first heat treatment and the second heat treatment is not particularly limited as long as it is an oxygen-containing atmosphere. For example, air is preferable from the viewpoints of cost and convenience. Further, the time of the first heat treatment and the time of the second heat treatment are not particularly limited, and for example, conditions other than those described above can be adopted without departing from the gist of the present invention.

ところで、誘電特性を安定して得るためには、例えば、誘電体膜3の厚さが最低でも100nm以上が好ましく、200nm以上がより好ましいので、上記の塗布と仮焼((イ)〜(ハ))の手順を複数回繰り返し、図4(D)に示すように、誘電体前駆体膜6の厚さを増していく。例えば、誘電体膜3の第3熱処理(本焼成)後の膜厚T4(図5参照)が100nm以上500nm以下である場合、誘電特性をより安定にすることができる。誘電体膜3の第3熱処理(本焼成)後の膜厚を100nm以上500nm以下にする場合、例えば、上記した前駆体溶液のスラリー濃度にもよるが、上記の塗布と仮焼((イ)〜(ハ))の手順を3〜6回繰り返すのが好ましい。   By the way, in order to obtain the dielectric characteristics stably, for example, the thickness of the dielectric film 3 is preferably at least 100 nm and more preferably 200 nm or more, so that the above-described application and calcining ((i) to (c) )) Is repeated a plurality of times, and the thickness of the dielectric precursor film 6 is increased as shown in FIG. For example, when the film thickness T4 (see FIG. 5) after the third heat treatment (main firing) of the dielectric film 3 is not less than 100 nm and not more than 500 nm, the dielectric characteristics can be made more stable. When the film thickness of the dielectric film 3 after the third heat treatment (main firing) is set to 100 nm or more and 500 nm or less, for example, depending on the slurry concentration of the precursor solution described above, the application and calcination ((a) It is preferable to repeat the procedure of (c) 3-6 times.

図2に示すステップS21の誘電体前駆体膜6の形成に続いて、ステップS26において、本焼成として、第3熱処理を行う。これにより、図5に示すように、誘電体膜3が形成される。第3熱処理は、非酸化性雰囲気下において、900℃以上1400℃以下の温度で加熱する。なお、第3熱処理は、上記した図2に示すステップS22と同様である。この本焼成(第3熱処理)の後、図5に示すように、膜厚T4が100nm以上500nm以下の誘電体膜3が形成される。   Following the formation of the dielectric precursor film 6 in step S21 shown in FIG. 2, in step S26, a third heat treatment is performed as the main firing. Thereby, as shown in FIG. 5, the dielectric film 3 is formed. The third heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower in a non-oxidizing atmosphere. The third heat treatment is the same as step S22 shown in FIG. After this main baking (third heat treatment), as shown in FIG. 5, a dielectric film 3 having a film thickness T4 of 100 nm to 500 nm is formed.

また、本焼成及び上記したステップS22の熱処理は、カーボン製容器内で行うのが好ましい。カーボン製容器の形状は誘電体前駆体膜6を形成したNiAl膜付きニッケル箔2全体を包み込める形状が好ましく、なるべく誘電体前駆体膜6を形成したNiAl膜付きニッケル箔2と容器との間に空間が空かない方がより好ましい。また、カーボン製容器に挿入する代わりに、カーボン製の板で挟み込んでもよい。すなわち、カーボン製容器に入れて本焼成を行うことで、熱処理時の酸化をより確実に抑制することができる。なお、カーボン製容器に入れない状態で、1100℃以上1400℃以下の温度で本焼成する場合、不活性ガスを導入しても酸化を確実に防止することは難しい。なお、本焼成を1100℃未満の条件で行う場合、本薄膜キャパシタ材MCはNiAl膜5を有し耐酸化性が高いため、カーボン製容器を用いなくても不活性雰囲気の下で十分に酸化を抑制することができる。この場合、カーボン製容器に代えて、例えば、アルミナ製の容器を用いることができる。   Moreover, it is preferable to perform the main baking and the heat treatment in step S22 described above in a carbon container. The shape of the carbon container is preferably such that the entire NiAl film-coated nickel foil 2 on which the dielectric precursor film 6 is formed is wrapped, and the NiAl film-coated nickel foil 2 on which the dielectric precursor film 6 is formed as much as possible between the container and the container. It is more preferable that there is no space. Further, instead of being inserted into the carbon container, it may be sandwiched between carbon plates. That is, by performing main firing in a carbon container, oxidation during heat treatment can be more reliably suppressed. In the case where the main calcination is performed at a temperature of 1100 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower without being put in a carbon container, it is difficult to reliably prevent oxidation even if an inert gas is introduced. When the main firing is performed at a temperature lower than 1100 ° C., the thin film capacitor material MC has the NiAl film 5 and has high oxidation resistance. Therefore, the thin film capacitor material MC is sufficiently oxidized under an inert atmosphere without using a carbon container. Can be suppressed. In this case, for example, an alumina container can be used instead of the carbon container.

上記本焼成は、誘電体膜3の結晶化とその膜中の有機成分の完全除去とのため行われるものであるが、これらは、900℃以上1400℃以下の温度で、所定時間保持する条件下で達成される。すなわち、BT膜系はPZT膜系に比べて結晶化温度が高いため、700℃未満の温度の処理では、誘電体膜の単位静電容量が悪化する。一方、本焼成の温度が1400℃を超える場合、上記の条件下においてもNiAl膜3の酸化を抑制することが難しく、その結果、誘電特性が悪化する。また、本焼成の時間は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、特に制限されるものではないが、例えば、通常、30分以上120分以内で行うことができる。   The main firing is performed for crystallization of the dielectric film 3 and complete removal of organic components in the dielectric film 3, and these conditions are maintained at a temperature of 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower for a predetermined time. Achieved below. That is, since the BT film system has a higher crystallization temperature than the PZT film system, the unit capacitance of the dielectric film is deteriorated when the temperature is lower than 700 ° C. On the other hand, when the temperature of the main baking exceeds 1400 ° C., it is difficult to suppress the oxidation of the NiAl film 3 even under the above conditions, and as a result, the dielectric characteristics deteriorate. Moreover, the time of this baking is not specifically limited in the range which does not deviate from the meaning of this invention, For example, it can carry out normally within 30 minutes or more and 120 minutes.

[工程(3)]
図2に示す工程(2)に続いて、ステップS3(工程(3))において、誘電体膜3の表面上に、上部導電体(上部電極)を構成する第1導電材1(図1参照)を形成する。これにより、図1に示す薄膜キャパシタ材MCを得ることができる。
[Step (3)]
Following step (2) shown in FIG. 2, in step S3 (step (3)), the first conductive material 1 (see FIG. 1) constituting the upper conductor (upper electrode) on the surface of the dielectric film 3 is formed. ). Thereby, the thin film capacitor material MC shown in FIG. 1 can be obtained.

第1導電材1としては、特に限定されものではなく、例えば、銅、ニッケル、銀、金、白金など導電性を有する金属が用いられる。中でも、経時変化等の耐久性とコスト面において、第2導電材2(下部導電材)と同様のニッケルが好ましい。第1導電材1の厚さT5(図1参照)は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、特に限定されず、例えば、100nmほどが、誘電特性の点から、好ましい。   The first conductive material 1 is not particularly limited, and for example, a conductive metal such as copper, nickel, silver, gold, or platinum is used. Among them, nickel similar to the second conductive material 2 (lower conductive material) is preferable in terms of durability such as aging and cost. The thickness T5 (see FIG. 1) of the first conductive material 1 is not particularly limited as long as it does not depart from the spirit of the present invention. For example, about 100 nm is preferable from the viewpoint of dielectric characteristics.

第1導電材1(上部電極)の成膜方法としては、ペーストによる印刷法、塗布法、スパッタ法(スパッタリング法)等が挙げられるが、中でも、簡便にパット形状を作りやすいスパッタ法が好ましい。スパッタ法では、例えば、任意形状及びサイズのメタルマスクを誘電体膜3にあて、その状態で、導電材(導電性を有する材料)をスパッタリングすれば形成できる。   Examples of the film formation method for the first conductive material 1 (upper electrode) include a printing method using a paste, a coating method, a sputtering method (sputtering method), and the like, and among these, a sputtering method that can easily form a pad shape is preferable. In the sputtering method, for example, a metal mask having an arbitrary shape and size can be applied to the dielectric film 3, and a conductive material (a material having conductivity) can be sputtered in that state.

[工程(4)]
本製造方法において、図2に示す工程(3)に続いて、必要に応じて、工程(4)(ステップS4)を行ってもよい。工程(4)では、工程(3)で得られた薄膜キャパシタ材を、酸素を含む雰囲気下で第4熱処理に付す。これにより、誘電特性をさらに向上させ、又は安定させることができる。これは、例えば、上部導電材の形成時に誘電体界面に生成する異相の影響を少なくすること、全体の密着性を高めること、歪みを緩和すること等の作用効果によるものである。
[Step (4)]
In the present manufacturing method, step (4) (step S4) may be performed as necessary following step (3) shown in FIG. In step (4), the thin film capacitor material obtained in step (3) is subjected to a fourth heat treatment in an atmosphere containing oxygen. Thereby, dielectric characteristics can be further improved or stabilized. This is due to, for example, operational effects such as reducing the influence of different phases generated at the dielectric interface when the upper conductive material is formed, improving the overall adhesion, and reducing strain.

なお、工程(4)を行うか否かは任意である。例えば、第1導電材1(上部電極)をスパッタ法で作製した場合、工程(4)を行うことが好ましい。この場合、誘電体膜3のスパッタダメージの回復を行うことができる。また、第1導電材1(上部電極)を導電性ペーストの塗布、あるいは真空蒸着法で形成した場合、工程(4)は必ずしも必要としない。   Note that whether or not to perform step (4) is arbitrary. For example, when the first conductive material 1 (upper electrode) is produced by a sputtering method, it is preferable to perform the step (4). In this case, the sputter damage of the dielectric film 3 can be recovered. Further, when the first conductive material 1 (upper electrode) is formed by applying a conductive paste or by vacuum deposition, the step (4) is not necessarily required.

第4熱処理の温度条件は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で特に制限されないが、例えば、600℃以上950℃以下の条件が好ましく、600℃程度であるのがより好ましい。なお、第4熱処理は、酸素を含む雰囲気である方が有効であるため、950℃を超える温度では、下部導電材(下部電極)が酸化する恐れがある。また、第4熱処理の時間は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で特に制限されないが、例えば、通常、30分以上120分以内で行うことができる。   The temperature condition of the fourth heat treatment is not particularly limited as long as it does not depart from the gist of the present invention, but for example, a condition of 600 ° C. or more and 950 ° C. or less is preferable, and about 600 ° C. is more preferable. Since the fourth heat treatment is more effective in an atmosphere containing oxygen, the lower conductive material (lower electrode) may be oxidized at a temperature exceeding 950 ° C. Further, the time of the fourth heat treatment is not particularly limited as long as it does not depart from the gist of the present invention, but for example, it can usually be performed within 30 minutes to 120 minutes.

[誘電体膜とその前駆体溶液]
本製造方法で用いる誘電体膜3としては、特に限定されるものではないが、例えば、本製造方法は、BT(BaTiO)、若しくはこれに添加元素としてSr、Ca、Mg、Sn及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む誘電体膜3を形成する際に好ましく適用される。これは、BT(BaTiO)系の材料は、結晶化温度が比較的高いため、本製造方法に用いられるNiAl膜付きニッケル箔2の熱処理による耐酸化性が有効に働くためである。
[Dielectric film and its precursor solution]
The dielectric film 3 used in the present manufacturing method is not particularly limited. For example, the present manufacturing method may be made of BT (BaTiO 3 ), or Sr, Ca, Mg, Sn, and Zr as additive elements. It is preferably applied when forming the dielectric film 3 containing at least one selected from the group consisting of This is because the BT (BaTiO 3 ) -based material has a relatively high crystallization temperature, so that the oxidation resistance by the heat treatment of the NiAl film-coated nickel foil 2 used in the present manufacturing method works effectively.

誘電体膜3の前駆体溶液としては、特に限定されるものではないが、例えば、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類と、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル、及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類と、2−エチルヘキサン酸であるカルボン酸からなる混合溶剤中に、Ba、Sr、Mg及びCaからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素と、Ti、Sn及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を添加して形成されるものを用いることができる。   The precursor solution of the dielectric film 3 is not particularly limited. For example, 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1butanol, 2methyl-1butanol, 2-methyl-2-butanol And at least one alcohol selected from the group consisting of 2-methyl-1-propanol, at least one ester selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate, and butyl butyrate, and 2 -Selected from the group consisting of at least one alkaline earth metal element selected from the group consisting of Ba, Sr, Mg and Ca and Ti, Sn and Zr in the mixed solvent consisting of carboxylic acid which is ethylhexanoic acid Those formed by adding at least one metal element can be used.

前駆体溶液を調製する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、次に説明するように、アルカリ土類金属元素を含む有機酸塩液(A)と、Ti、Sn及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含むアルコキシド液(B)とを、それぞれ、別途調製したのち、所定の割合で両者を配合して前駆体溶液を調製する方法が、簡便で安定性が高い点で、好ましい。   The method for preparing the precursor solution is not particularly limited. For example, as described below, an organic acid salt solution (A) containing an alkaline earth metal element and Ti, Sn, and Zr are used. A method of preparing a precursor solution by separately preparing an alkoxide solution (B) containing at least one metal element selected from the group consisting of both at a predetermined ratio is simple and stable. Is preferable in view of high.

[有機酸塩液(A)の調製方法]
有機酸塩液(A)の調製方法としては、例えば、まず、上記した所定の混合溶剤を不活性ガス雰囲気下において、100℃以上110℃以下の温度で環流させながら加熱しておく。次に、配合対象であるBa、Sr、Mg及びCaからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素の金属あるいはこれらのアルコキシド又はカルボン酸塩を原料として、加熱した所定の混合溶剤に添加して溶解する。なお、原料によっては、溶解が進むと溶解熱により温度上昇が著しいため注意を要する。ここで、原料の溶解は、例えば、1時間以上3時間以内の時間で攪拌して、加熱溶解する。ここで、混合溶剤を使用する際の特徴としては、混合しない溶剤(単物質からなる溶剤)と比較して、原料を容易に溶解することができ、さらに、混合溶剤が単独の状態においても、水混和性が低いため、保存性が従来よりも優れたものができることである。
[Method for preparing organic acid salt solution (A)]
As a method for preparing the organic acid salt solution (A), for example, first, the above-mentioned predetermined mixed solvent is heated while refluxing at a temperature of 100 ° C. or higher and 110 ° C. or lower in an inert gas atmosphere. Next, using at least one metal of an alkaline earth metal element selected from the group consisting of Ba, Sr, Mg and Ca to be blended, or an alkoxide or carboxylate thereof as a raw material, a heated predetermined mixed solvent Add and dissolve. Note that depending on the raw material, the temperature rises remarkably due to the heat of dissolution as the dissolution proceeds, so care must be taken. Here, the raw materials are dissolved by, for example, stirring and heating for 1 hour to 3 hours. Here, as a feature when using a mixed solvent, compared to a solvent that does not mix (solvent consisting of a single substance), the raw material can be easily dissolved, and even when the mixed solvent is in a single state, Since water miscibility is low, the preservability is better than before.

また、上記した混合溶剤は、配合比率も重要である。混合溶剤は、例えば、アルコール類、エステル類及びカルボン酸の各々から少なくとも1種類以上の溶剤を、所定の配合比率で配合するのが好ましい。例えば、混合溶剤は、アルカリ土類金属元素の金属の溶解にアルコール類、エステル類、及びカルボン酸からなる混合溶剤を用いる場合、混合溶剤の配合割合は、アルコール類:エステル類:カルボン酸が、容量比で2:2:1以上2:1:1以下(アルコール類100容量部に対して、エステル類が50容量部以上100容量部以下及びカルボン酸が50容量部)であることが好ましい。これにより、液溶解性や安定性が高まる。なお、例えば、カルボン酸を加えず、アルコール類とエステル類との混合溶剤の場合、金属アルコキシドの溶解度や液保存性がやや劣る。有機酸塩液(A)の金属濃度(金属元素の濃度)としては、例えば、0.4mol/L以上1.2mol/L以下であるが好ましい。   Further, the blending ratio of the above mixed solvent is also important. As for the mixed solvent, for example, at least one kind of solvent from each of alcohols, esters and carboxylic acids is preferably blended at a predetermined blending ratio. For example, when the mixed solvent uses a mixed solvent composed of alcohols, esters, and carboxylic acids to dissolve the alkaline earth metal element metal, the mixing ratio of the mixed solvent is alcohols: esters: carboxylic acids, The volume ratio is preferably 2: 2: 1 or more and 2: 1: 1 or less (for 100 parts by volume of alcohol, esters are 50 to 100 parts by volume and carboxylic acid is 50 parts by volume). Thereby, liquid solubility and stability increase. For example, in the case of a mixed solvent of alcohols and esters without adding carboxylic acid, the solubility and liquid storage stability of the metal alkoxide are slightly inferior. The metal concentration (metal element concentration) of the organic acid salt solution (A) is preferably, for example, 0.4 mol / L or more and 1.2 mol / L or less.

[アルコキシド液(B)の調製方法]
アルコキシド液(B)の調製方法としては、例えば、Ti、Sn及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を含む金属アルコキシド、或いはカルボン酸塩を原料として用いる。なお、原料のうち、金属アルコキシドとしては、例えば、メトキシド、エトキシド、イソプロポキシド、又はブトキシドが挙げられるが、特に、適当な反応速度であることから、イソプロポキシド又はブトキシドが好ましい。また、カルボン酸塩としては、酢酸塩、又はエチルヘキサン酸塩の化合物を用いることができる。続いて、これらの原料を、1−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも1種のアルコール類と、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル、酢酸ブチル、及び酪酸ブチルからなる群より選ばれる少なくとも1種のエステル類と、カルボン酸として2−エチルヘキサン酸からなる混合溶剤に添加し、大気下に20℃以上60℃以下の温度で0.2時間以上2時間以内の時間攪拌して溶解する。なお、この撹拌の条件は、特に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しなければ任意である。アルコキシド液(B)の金属濃度(金属元素の濃度)としては、例えば、0.4mol/L以上1.2mol/L以下であるが好ましい。
[Method for Preparing Alkoxide Liquid (B)]
As a method for preparing the alkoxide liquid (B), for example, a metal alkoxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Ti, Sn and Zr, or a carboxylate is used as a raw material. Among the raw materials, examples of the metal alkoxide include methoxide, ethoxide, isopropoxide, or butoxide, and isopropoxide or butoxide is particularly preferable because of an appropriate reaction rate. Further, as the carboxylate, acetate or ethylhexanoate compounds can be used. Subsequently, these raw materials are obtained from 1-butanol, 1-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. A mixture comprising at least one alcohol selected from the group consisting of, at least one ester selected from the group consisting of propyl acetate, isopentyl acetate, butyl acetate, and butyl butyrate, and 2-ethylhexanoic acid as the carboxylic acid. It is added to a solvent and dissolved by stirring in the atmosphere at a temperature of 20 ° C. or more and 60 ° C. or less for a period of 0.2 hours to 2 hours. In addition, the conditions of this stirring are not specifically limited, If it does not deviate from the meaning of this invention, it is arbitrary. The metal concentration (metal element concentration) of the alkoxide liquid (B) is preferably 0.4 mol / L or more and 1.2 mol / L or less, for example.

[前駆体溶液の合成方法]
前駆体溶液の合成方法としては、例えば、上記有機酸塩液(A)及びアルコキシド液(B)を冷却後、液中に含まれる金属量がモル比で1:1になるように両液を配合した後、これらを混合する。次いで、不活性ガス雰囲気下において、100℃以上110℃以下の温度で反応が十分行われる時間、例えば、2時間以上攪拌し、構成元素を含む化合物を合成する。
[Method of synthesizing precursor solution]
As a method for synthesizing the precursor solution, for example, after cooling the organic acid salt solution (A) and the alkoxide solution (B), both solutions are mixed so that the amount of metal contained in the solution is 1: 1 by molar ratio. After blending, they are mixed. Next, in an inert gas atmosphere, the reaction is sufficiently performed at a temperature of 100 ° C. or higher and 110 ° C. or lower, for example, for 2 hours or longer to synthesize a compound containing a constituent element.

ここで、この合成温度の制御が重要である。例えば、合成温度が100℃未満の場合、構成元素が単独で存在して加水分解速度に差が生じて、膜組成の均一性が劣る恐れがある。一方、合成温度が110℃を超える場合、溶剤の揮発が活発化するだけでなく、内容物も同時に揮発して組成ずれが起こる恐れがある。   Here, control of this synthesis temperature is important. For example, when the synthesis temperature is less than 100 ° C., the constituent elements are present alone, resulting in a difference in hydrolysis rate, and the uniformity of the film composition may be inferior. On the other hand, when the synthesis temperature exceeds 110 ° C., not only the volatilization of the solvent is activated, but the contents may also be volatilized at the same time to cause a composition shift.

上記前駆体溶液を調製方法おいては、溶解時、合成の加熱において環流させながら行うため、溶剤からの揮発成分がなく、液組成の変動がない。   In the preparation method of the precursor solution, since it is performed while refluxing in the synthesis heating at the time of dissolution, there is no volatile component from the solvent, and there is no fluctuation of the liquid composition.

以上のように、本製造方法によれば、図1に示す薄膜キャパシタ材MCを製造することができる。この薄膜キャパシタ材MCは、第2導電材2は、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面4aを有するニッケル箔4と、面4aに積層され、且つNi組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成を有するNiAl膜5と、を備えるNiAl膜付きニッケル箔であり、単位静電容量が1.9μF/cm以上で、且つリーク電流が5nA/cm以下である。また、NiAl膜付きニッケル箔は、表面抵抗値が0.1Ω以上1Ω以下である。また、この薄膜キャパシタ材MCは、例えば、誘電損失が0.3%以下である。このように、本製造方法によれば、優れた誘電特性及びリーク電流が小さい薄膜キャパシタ材MCを製造することができる。なお、本明細書において、「単位静電容量」は、AC電圧を1.0V、周波数1MHzの条件で印加したときにおける静電容量を求めた値である。また、本明細書において、「リーク電流」は、DC電圧を−3Vから3Vまで変えて印加したときにおける電流を測定し、最大電流を電極面積で除した値で表される値である。また、本明細書において、「誘電損失」(D)は、周波数1MHzの条件における誘電率測定において、誘電率の虚数成分を測定し損失エネルギーを蓄積エネルギーで割った値(tanδ)である。 As described above, according to this manufacturing method, the thin film capacitor material MC shown in FIG. 1 can be manufactured. In this thin film capacitor material MC, the second conductive material 2 is laminated on the surface 4a, the nickel foil 4 having the surface 4a having the maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm or more and 20 nm or less, and the Ni composition is 65% by mass. And a NiAl film 5 with a balance of Al and a NiAl film 5 with the balance being Al, a unit capacitance of 1.9 μF / cm 2 or more, and a leakage current of 5 nA / cm 2. It is as follows. The nickel foil with the NiAl film has a surface resistance value of 0.1Ω or more and 1Ω or less. The thin film capacitor material MC has a dielectric loss of 0.3% or less, for example. Thus, according to this manufacturing method, the thin film capacitor material MC with excellent dielectric properties and small leakage current can be manufactured. In this specification, the “unit capacitance” is a value obtained by obtaining the capacitance when an AC voltage is applied under the conditions of 1.0 V and a frequency of 1 MHz. Further, in this specification, “leakage current” is a value represented by a value obtained by measuring a current when a DC voltage is changed from −3 V to 3 V and dividing the maximum current by an electrode area. In this specification, “dielectric loss” (D) is a value (tan δ) obtained by measuring the imaginary component of the dielectric constant and dividing the loss energy by the accumulated energy in the dielectric constant measurement under the condition of a frequency of 1 MHz.

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

なお、実施例及び比較例で用いたニッケル箔4の厚さ・最大表面粗さ(Rmax)、NIAl膜の組成分析・膜厚・表面抵抗値、並びに得られた薄膜キャパシタ材MCの誘電特性とリーク電流の評価方法は、以下の通りである。
(1)ニッケル箔4の厚さの測定:マイクロメータで測定した。
(2)ニッケル箔4の最大表面粗さ(Rmax)の測定:原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、表面の20μm角の領域で5か所の3次元形状を測定し、AFMに付属するソフトウェアを用いて高さ方向のデータを統計処理し求めた。
(3)NIAl膜の組成分析:ICP発光分析法で行った。
(4)NiAlの膜厚:Zygo社製オプティカルプロファイラー(NewView6200)で測定した。
(5)NiAl膜付きニッケル箔2の表面抵抗値の測定:1cm幅に決定した2端子を接触させてテスターで測定した。
(6)誘電特性の測定:AC電圧1.0V、周波数1MHz時の静電容量(単位静電容量)を求め、求めた静電容量から比誘電率と誘電損失を算出した。
(7)リーク電流の測定:DC電圧を−3Vから3Vまで変えて電流を測定し、最大電流を電極面積で除してリーク電流(A/cm)を算出した。
In addition, the thickness / maximum surface roughness (Rmax) of the nickel foil 4 used in the examples and comparative examples, the composition analysis / film thickness / surface resistance value of the NIAl film, and the dielectric characteristics of the obtained thin film capacitor material MC The evaluation method of leakage current is as follows.
(1) Measurement of the thickness of the nickel foil 4: It was measured with a micrometer.
(2) Measurement of the maximum surface roughness (Rmax) of the nickel foil 4: Using an atomic force microscope (AFM), five three-dimensional shapes are measured in a 20 μm square area of the surface and attached to the AFM. The height data was statistically processed using software.
(3) Composition analysis of NIAl film: An ICP emission analysis method was used.
(4) NiAl film thickness: measured with an optical profiler (NewView 6200) manufactured by Zygo.
(5) Measurement of surface resistance value of nickel foil 2 with NiAl film: Two terminals determined to have a width of 1 cm were contacted and measured with a tester.
(6) Measurement of dielectric characteristics: An electrostatic capacity (unit electrostatic capacity) at an AC voltage of 1.0 V and a frequency of 1 MHz was obtained, and a relative dielectric constant and a dielectric loss were calculated from the obtained electrostatic capacity.
(7) Measurement of leakage current: The current was measured by changing the DC voltage from −3 V to 3 V, and the leakage current (A / cm 2 ) was calculated by dividing the maximum current by the electrode area.

また、実施例及び比較例で用いた誘電体膜3の前駆体溶液の調製方法は以下の通りである。
[BT前駆体溶液(誘電体膜3の前駆体溶液)の調製方法]
金属バリウムを、容量比で2−メチル−1−ブタノール:2−エチルヘキサン酸=2:1の割合で配合した混合溶剤75mL中に添加し、窒素気流中110℃で2時間攪拌混合して、Ba濃度0.8mol/Lのバリウム有機酸塩液(A)を調製した。
一方、金属バリウムと同じモル数のチタンテトライソプロポキシドを酪酸ブチル25mLに添加し、大気中で25℃、0.4時間攪拌混合して、Ti濃度0.8mol/Lのチタンアルコキシド液(B)を調製した。
次に、モル比でバリウム:チタン=1:1となるようにバリウム有機酸塩液(A)中にチタンアルコキシド液(B)を滴下し、窒素気流中110℃で2時間攪拌混合して、総金属元素濃度が0.8mol/L(チタンの最終濃度0.4mol/L、バリウムの最終濃度0.4Mmol/L)のBT用の前駆体溶液を得た。この前駆体溶液のアルコール類、エステル類、カルボン酸の容量比は2:1:1である。
Moreover, the preparation method of the precursor solution of the dielectric film 3 used by the Example and the comparative example is as follows.
[Method for Preparing BT Precursor Solution (Precursor Solution of Dielectric Film 3)]
Metal barium was added to 75 mL of a mixed solvent blended at a volume ratio of 2-methyl-1-butanol: 2-ethylhexanoic acid = 2: 1, and stirred and mixed at 110 ° C. for 2 hours in a nitrogen stream. A barium organic acid salt solution (A) having a Ba concentration of 0.8 mol / L was prepared.
On the other hand, titanium tetraisopropoxide having the same number of moles as metal barium is added to 25 mL of butyl butyrate and stirred and mixed in the atmosphere at 25 ° C. for 0.4 hours to obtain a titanium alkoxide liquid (B ) Was prepared.
Next, the titanium alkoxide liquid (B) is dropped into the barium organic acid salt liquid (A) so that the molar ratio is barium: titanium = 1: 1, and the mixture is stirred and mixed at 110 ° C. for 2 hours in a nitrogen stream. A precursor solution for BT having a total metal element concentration of 0.8 mol / L (final concentration of titanium 0.4 mol / L, final concentration of barium 0.4 Mmol / L) was obtained. The volume ratio of alcohols, esters and carboxylic acids in this precursor solution is 2: 1: 1.

(実施例1〜4)
上記BT前駆体溶液を塗布液とした。
第2導電材として、厚さ100μm、最大表面粗さ(Rmax)18nm、のニッケル箔4(純度99.5%)に、DCスパッタ法により膜厚0.3μmでNiが69質量%のNiAl膜5を形成した。このNiAl膜付Ni箔2を3cm角に切り出した。表面抵抗値は0.2Ωであった。
(Examples 1-4)
The BT precursor solution was used as a coating solution.
As a second conductive material, a NiAl film having a thickness of 0.3 μm and Ni of 69% by mass is formed by a DC sputtering method on a nickel foil 4 (purity 99.5%) having a thickness of 100 μm and a maximum surface roughness (Rmax) of 18 nm. 5 was formed. The Ni foil 2 with NiAl film 2 was cut into 3 cm square. The surface resistance value was 0.2Ω.

前記塗布液を、スピンコート法(回転数1500rpm)により20秒間塗布した。塗膜後、150℃の温度で10分間乾燥後、大気下に350℃の温度で30分間の第1熱処理に付し、続いて大気下に500℃の温度で30分間の第2熱処理に付した。この塗布から第2熱処理までの工程を4回(実施例1)、5回(実施例2)、6回(実施例3)、7回(実施例4)繰り返して、誘電体膜3の膜厚が異なる4種類の試料を作製した。   The coating solution was applied for 20 seconds by spin coating (rotation speed: 1500 rpm). After coating, after drying for 10 minutes at a temperature of 150 ° C., it is subjected to a first heat treatment at a temperature of 350 ° C. for 30 minutes in the atmosphere, followed by a second heat treatment at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes in the atmosphere. did. The steps from the coating to the second heat treatment are repeated 4 times (Example 1), 5 times (Example 2), 6 times (Example 3), and 7 times (Example 4) to form the film of the dielectric film 3. Four types of samples with different thicknesses were produced.

次いで、得られた4種類の試料をカーボン製容器に挿入し、それを電気炉の炉心管に挿入した。ここで、電気炉としては、炉心管の直径75mmの管状炉を使用した。まず、炉心管内に窒素ガスを1L/分でフローさせながら1時間置換した。   Next, the obtained four types of samples were inserted into a carbon container, which was inserted into a core tube of an electric furnace. Here, a tubular furnace having a core tube diameter of 75 mm was used as the electric furnace. First, replacement was performed for 1 hour while flowing nitrogen gas at 1 L / min into the furnace tube.

次に、窒素ガスフローしながら900℃の温度で60分間の第3熱処理に付し、本焼成してBT膜(誘電体膜3)を形成しBT膜の膜厚を確認したところ、実施例1は220nm、実施例2は260nm、実施例3は310nm、実施例4は360nmであった。   Next, it was subjected to a third heat treatment at a temperature of 900 ° C. for 60 minutes while flowing nitrogen gas, followed by firing to form a BT film (dielectric film 3), and the thickness of the BT film was confirmed. 1 was 220 nm, Example 2 was 260 nm, Example 3 was 310 nm, and Example 4 was 360 nm.

その後、BT膜上に上部電極として、直径0.32mmの白金からなる第1導電材1をスパッタした。第1導電材1(上部電極)を形成後、大気下に500℃の温度で30分間熱処理(第4熱処理)して、図1に示す薄膜キャパシタ材MCを得た。これを用いて、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表1に示す。なお、単位静電容量が1.9μF/cm以上であれば誘電特性の判定を合格「○」、リーク電流が5nA/cm以下であればリーク電流の判定を合格「○」とした。 Thereafter, a first conductive material 1 made of platinum having a diameter of 0.32 mm was sputtered on the BT film as an upper electrode. After forming the first conductive material 1 (upper electrode), heat treatment was performed in the atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 30 minutes (fourth heat treatment) to obtain the thin film capacitor material MC shown in FIG. Using this, dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 1. When the unit capacitance is 1.9 μF / cm 2 or more, the dielectric property is judged as “good”, and when the leakage current is 5 nA / cm 2 or less, the leakage current is judged as “good”.

(実施例5〜8)
第3熱処理の温度を1000℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表1に示す。
(Examples 5 to 8)
A thin film capacitor material MC was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the temperature of the third heat treatment was set to 1000 ° C., and the dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例9〜12)
第3熱処理の温度を1100℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表1に示す。
(Examples 9 to 12)
Except that the temperature of the third heat treatment was set to 1100 ° C., it was carried out in the same manner as in Examples 1 to 4, and the thin film capacitor material MC was obtained, and the dielectric characteristics and the leakage current were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例13〜16)
第3熱処理の温度を1200℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表1に示す。
(Examples 13 to 16)
A thin film capacitor material MC was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the temperature of the third heat treatment was 1200 ° C., and the dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例17〜20)
第3熱処理の温度を1400℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表1に示す。
(Examples 17 to 20)
Except that the temperature of the third heat treatment was set to 1400 ° C., it was carried out in the same manner as in Examples 1 to 4 to obtain the thin film capacitor material MC, and the dielectric characteristics and the leakage current were measured. The results are shown in Table 1.

(実施例21〜24)
NiAl膜5のNi含有率を65質量%としたこと以外は、実施例13〜16と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表2に示す。
(Examples 21 to 24)
A thin film capacitor material MC was obtained in the same manner as in Examples 13 to 16 except that the Ni content of the NiAl film 5 was set to 65% by mass, and dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例25〜28)
NiAl膜5のNi含有率を73質量%としたこと以外は、実施例13〜16と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表2に示す。
(Examples 25 to 28)
A thin film capacitor material MC was obtained in the same manner as in Examples 13 to 16 except that the Ni content of the NiAl film 5 was set to 73% by mass, and dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例28〜32)
NiAl膜5の膜厚を1.0μmとしたこと以外は、実施例13〜16と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表2に示す。
(Examples 28 to 32)
A thin film capacitor material MC was obtained in the same manner as in Examples 13 to 16 except that the thickness of the NiAl film 5 was 1.0 μm, and dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 2.

(実施例33〜36)
NiAl膜5の膜厚を0.05μmとしたこと以外は、実施例13〜16と同様に行い、薄膜キャパシタ材MCを得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表2に示す。
(Examples 33 to 36)
A thin film capacitor material MC was obtained in the same manner as in Examples 13 to 16 except that the thickness of the NiAl film 5 was set to 0.05 μm, and the dielectric characteristics and the leakage current were measured. The results are shown in Table 2.

(比較例1〜4)
第3熱処理の温度を800℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 1-4)
A thin film capacitor material was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the temperature of the third heat treatment was 800 ° C., and the dielectric characteristics and the leakage current were measured. The results are shown in Table 3.

(比較例5〜8)
第3熱処理の温度を700℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 5 to 8)
A thin film capacitor material was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the temperature of the third heat treatment was set to 700 ° C., and dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 3.

(比較例9〜12)
第2導電材として、厚さ100μmの圧延ニッケル箔(純度99.5%)の表面を鏡面研磨して得た最大表面粗さ(Rmax)840nm、及び表面抵抗値0.1Ωのニッケル箔を用いたこと、第2導電材の上にNiAl膜5を形成しなかったこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 9-12)
As the second conductive material, a nickel foil having a maximum surface roughness (Rmax) of 840 nm obtained by mirror polishing the surface of a rolled nickel foil (purity 99.5%) having a thickness of 100 μm and a surface resistance value of 0.1Ω is used. A thin film capacitor material was obtained and dielectric characteristics and leakage current were measured except that the NiAl film 5 was not formed on the second conductive material. The results are shown in Table 3.

(比較例13〜16)
第2導電材の上にNiAl膜5を形成しなかったこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 13 to 16)
A thin film capacitor material was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the NiAl film 5 was not formed on the second conductive material, and dielectric characteristics and leakage current were measured. The results are shown in Table 3.

(比較例17〜20)
第2導電材として、厚さ100μmの圧延ニッケル箔(純度99.5%)の表面を鏡面研磨して得た最大表面粗さ(Rmax)840nm、及び表面抵抗値0.1Ωのニッケル箔を用いたこと、第2導電材の上にNiAl膜5を形成しなかったこと、第3熱処理の温度を800℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 17-20)
As the second conductive material, a nickel foil having a maximum surface roughness (Rmax) of 840 nm obtained by mirror polishing the surface of a rolled nickel foil (purity 99.5%) having a thickness of 100 μm and a surface resistance value of 0.1Ω is used. In the same manner as in Examples 1 to 4, except that the NiAl film 5 was not formed on the second conductive material and the temperature of the third heat treatment was set to 800 ° C., a thin film capacitor material was obtained. The dielectric properties and leakage current were measured. The results are shown in Table 3.

(比較例21〜24)
NiAl膜のNi含有率を62質量%としたこと、第3熱処理の温度を1200℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 21-24)
A thin film capacitor material was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the Ni content of the NiAl film was set to 62% by mass and the temperature of the third heat treatment was set to 1200 ° C. Dielectric characteristics and leakage current were obtained. Was measured. The results are shown in Table 3.

(比較例25〜28)
NiAl膜のNi含有率を80質量%としたこと、第3熱処理の温度を1200℃としたこと以外は、実施例1〜4と同様に行い、薄膜キャパシタ材を得て、誘電特性とリーク電流を測定した。結果を表3に示す。
(Comparative Examples 25-28)
A thin film capacitor material was obtained in the same manner as in Examples 1 to 4 except that the Ni content of the NiAl film was 80% by mass and the temperature of the third heat treatment was 1200 ° C. Was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2017199706
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表1から表3より、実施例では、1.9μF/cm以上の単位静電容量でかつリーク電流が5nA/cm以下が得られ、優れた誘電特性とリーク電流特性が得られることが分かる。
一方、比較例では、誘電特性とリーク電流特性の両方において満足すべき結果が得られなかった。
From Table 1 to Table 3, in the example, a unit capacitance of 1.9 μF / cm 2 or more and a leakage current of 5 nA / cm 2 or less can be obtained, and excellent dielectric characteristics and leakage current characteristics can be obtained. I understand.
On the other hand, in the comparative example, satisfactory results were not obtained in both dielectric characteristics and leakage current characteristics.

以上より明らかなように、本発明の薄膜キャパシタ材の製造方法は、特に薄膜キャパシタ形成用材料、及びその薄膜キャパシタ形成用材料を用いて得られる部品内蔵キャパシタに、好適に用いられるものである。   As is apparent from the above, the method for producing a thin film capacitor material of the present invention is particularly suitable for a thin film capacitor forming material and a component built-in capacitor obtained by using the thin film capacitor forming material.

なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。   The technical scope of the present invention is not limited to the aspects described in the above-described embodiments. One or more of the requirements described in the above embodiments and the like may be omitted. In addition, the requirements described in the above-described embodiments and the like can be combined as appropriate. In addition, as long as it is permitted by law, the disclosure of all documents cited in the above-described embodiments and the like is incorporated as a part of the description of the text.

MC・・・薄膜キャパシタ材
1 ・・・上部電極(第1導電材)
2 ・・・下部電極(第2導電材)
3 ・・・誘電体膜
4 ・・・ニッケル箔
5 ・・・NiAl膜
MC: Thin film capacitor material 1: Upper electrode (first conductive material)
2 ... Lower electrode (second conductive material)
3 ... Dielectric film 4 ... Nickel foil 5 ... NiAl film

Claims (14)

上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備えた薄膜キャパシタ材の製造方法であって、
下記の工程(1)〜(3)を含むことを特徴とする薄膜キャパシタ材の製造方法。
工程(1):前記第2導電材として、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面を有するニッケル箔の前記面に、Ni組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成を有するNiAl膜を成膜したNiAl膜付きニッケル箔を製造する。
工程(2):少なくとも、非酸化性雰囲気下で、且つ温度が900℃以上1400℃以下の温度で熱処理を行うことにより、前記NiAl膜の表面上に誘電体膜を形成する。
工程(3):前記誘電体膜の表面上に、第1導電材を形成する。
A method of manufacturing a thin film capacitor material having a dielectric film between a first conductive material constituting an upper electrode and a second conductive material constituting a lower electrode,
The manufacturing method of the thin film capacitor material characterized by including the following process (1)-(3).
Step (1): On the surface of the nickel foil having a surface having a maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm or more and 20 nm or less as the second conductive material, the Ni composition is 65% by mass or more and 73% by mass or less and the balance is left. A nickel foil with a NiAl film on which a NiAl film having an Al composition is formed is manufactured.
Step (2): A dielectric film is formed on the surface of the NiAl film by performing a heat treatment at least in a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 900 ° C. to 1400 ° C.
Step (3): A first conductive material is formed on the surface of the dielectric film.
前記工程(1)は、下記工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。
工程:前記NiAl膜を製膜した後の前記NiAl膜側の表面抵抗値が0.01Ω以上1Ω以下のものを選択する。
The said process (1) includes the following process, The manufacturing method of the thin film capacitor material of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
Step: After the NiAl film is formed, the surface resistance value on the NiAl film side is selected from 0.01Ω to 1Ω.
前記工程(2)は、下記工程を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。
工程:前記NiAl膜の表面上に、次の(イ)〜(ハ)の手順を複数回繰り返し膜形成した後、非酸化性雰囲気下において900℃以上1400℃以下の温度で加熱する第3熱処理に付し、誘電体膜を形成する。
(イ)誘電体膜の前駆体溶液を塗布する。
(ロ)次いで、酸化性雰囲気下において300℃以上350℃以下の温度で加熱する第1熱処理に付す。
(ハ)続いて、酸化性雰囲気下において450℃以上950℃以下の温度で加熱する第2熱処理に付す。
The said process (2) includes the following process, The manufacturing method of the thin film capacitor material of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned.
Process: A third heat treatment in which the following steps (a) to (c) are repeatedly formed on the surface of the NiAl film a plurality of times and then heated at a temperature of 900 ° C. to 1400 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. To form a dielectric film.
(A) A dielectric film precursor solution is applied.
(B) Next, it is subjected to a first heat treatment in which heating is performed at a temperature of 300 ° C. or higher and 350 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
(C) Subsequently, a second heat treatment is performed by heating at a temperature of 450 ° C. or higher and 950 ° C. or lower in an oxidizing atmosphere.
さらに、前記工程(3)に続いて、下記工程(4)を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。
工程(4):酸素を含む雰囲気下で第4熱処理に付す。
Furthermore, following the said process (3), the following process (4) is included, The manufacturing method of the thin film capacitor material as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
Step (4): A fourth heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen.
前記ニッケル箔は、電鋳法で作製したものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   The said nickel foil is produced by the electroforming method, The manufacturing method of the thin film capacitor material as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記誘電体の前駆体溶液は、1−ブタノール、1−ペンタノール、3メチル−1ブタノール、2メチル−1ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、及び2−メチル−1−プロパノールからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルコール類と、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸イソペンチル、及び酪酸ブチルからなる群から選ばれる少なくとも1種のエステル類と、2−エチルヘキサン酸であるカルボン酸からなる混合溶剤中に、Ba、Sr、Mg及びCaからなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ土類金属元素と、Ti、Sn及びZrからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素を添加してなるものである、ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   The dielectric precursor solution is selected from the group consisting of 1-butanol, 1-pentanol, 3methyl-1 butanol, 2methyl-1 butanol, 2-methyl-2-butanol, and 2-methyl-1-propanol. In a mixed solvent comprising at least one alcohol selected, at least one ester selected from the group consisting of butyl acetate, propyl acetate, isopentyl acetate, and butyl butyrate, and a carboxylic acid that is 2-ethylhexanoic acid And at least one alkaline earth metal element selected from the group consisting of Ba, Sr, Mg and Ca and at least one metal element selected from the group consisting of Ti, Sn and Zr. The method for producing a thin film capacitor material according to any one of claims 1 to 5, wherein: 前記混合溶剤の配合割合は、アルコール類:エステル類:カルボン酸が、容量比で2:2:1から2:1:1の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   7. The thin film capacitor material according to claim 6, wherein the mixing ratio of the mixed solvent is such that alcohols: esters: carboxylic acid has a capacity ratio in the range of 2: 2: 1 to 2: 1: 1. Manufacturing method. 前記誘電体膜は、単位静電容量が1.9μF/cm以上であることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。 The method of manufacturing a thin film capacitor material according to any one of claims 1 to 7, wherein the dielectric film has a unit capacitance of 1.9 µF / cm 2 or more. DC電圧を−3Vから3Vまで変えて印加したときにおける電流を測定し、最大電流を電極面積で除した値で表されるリーク電流が5nA/cm以下であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。 2. A current measured when a DC voltage is changed from -3V to 3V is measured, and a leakage current represented by a value obtained by dividing a maximum current by an electrode area is 5 nA / cm 2 or less. The method for producing a thin film capacitor material according to claim 8. 前記ニッケル箔の厚さは、10μm以上500μm以下であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   The thickness of the said nickel foil is 10 micrometers or more and 500 micrometers or less, The manufacturing method of the thin film capacitor material as described in any one of Claims 1-9 characterized by the above-mentioned. 前記工程(2)における、非酸化性雰囲気下で、且つ温度が900℃以上1400℃以下で行う熱処理は、カーボン製容器内で行うことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   The heat treatment performed in the step (2) in a non-oxidizing atmosphere and at a temperature of 900 ° C. to 1400 ° C. is performed in a carbon container. The manufacturing method of the thin film capacitor material of item. 前記誘電体膜の厚さは、100nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   12. The method of manufacturing a thin film capacitor material according to claim 1, wherein a thickness of the dielectric film is not less than 100 nm and not more than 500 nm. 前記NiAl膜の成膜は、スパッタリングにより行うことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ材の製造方法。   The method of manufacturing a thin film capacitor material according to claim 1, wherein the NiAl film is formed by sputtering. 上部電極を構成する第1導電材と下部電極を構成する第2導電材との間に、誘電体膜を備える薄膜キャパシタ材であって、
前記第2導電材は、最大表面粗さ(Rmax)が1nm以上20nm以下である面を有するニッケル箔と、前記面に積層され、且つNi組成が65質量%以上73質量%以下で残部がAlの組成を有するNiAl膜とを備えるNiAl膜付きニッケル箔であり、
単位静電容量が1.9μF/cm以上で、且つDC電圧を−3Vから3Vまで変えて印加したときにおける電流を測定し、最大電流を電極面積で除した値で表されるリーク電流が5nA/cm以下であることを特徴とする薄膜キャパシタ材。
A thin film capacitor material comprising a dielectric film between a first conductive material constituting the upper electrode and a second conductive material constituting the lower electrode,
The second conductive material includes a nickel foil having a surface with a maximum surface roughness (Rmax) of 1 nm or more and 20 nm or less, laminated on the surface, and a Ni composition of 65% by mass to 73% by mass with the balance being Al. A NiAl film-attached nickel foil comprising a NiAl film having the composition:
When the unit capacitance is 1.9 μF / cm 2 or more and the DC voltage is changed from −3 V to 3 V, the current is measured, and the leakage current represented by the value obtained by dividing the maximum current by the electrode area is A thin film capacitor material, wherein the material is 5 nA / cm 2 or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4050628A4 (en) * 2019-10-24 2023-01-11 Iljin Materials Co., Ltd. Nickel foil for production of thin-film capacitor, and manufacturing method for same

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