JP4441921B2 - 薄膜キャパシタの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電子回路に用いる薄膜キャパシタの製造方法に関する。
この種の薄膜キャパシタは、従来より、Ｓｉ基板上に下部導体、誘電体薄膜、上部導体を順次成膜することによって形成されている。この方法で薄膜キャパシタを作製した場合、薄膜キャパシタの厚さは容量に貢献しないＳｉ基板の厚さ以下にすることができず、したがって、小型化および薄型化を進めるためには基板を必要としない構造や製造方法を実現する必要がある。
例えば、特許文献１には、金属箔体と、金属箔体上に成膜された無機誘電体薄膜と、前記無機誘電体薄膜上に形成された金属体とを具備した薄膜キャパシタが提案されている。
特許文献１では、金属箔体上にＲＦマグネトロンスパッタ法や真空蒸着法などの真空プロセスを使用して誘電体薄膜、及び金属体を順次成膜することができ、したがってＳｉ基板などの成膜用の基板を設ける必要がなく、薄膜キャパシタの小型化および薄型化が可能となる。
また、薄膜キャパシタに関する技術ではないが、特許文献２には、導体パターンが形成された複数枚のグリーンシートからなる圧着体の両面に、該グリーンシートより焼結温度が高いダミーグリーンシートを圧着して焼成し、焼結体の両面に付着しているダミーグリーンシートを除去するセラミック多層基板の製造方法が提案されている。
この特許文献２では、グリーンシートより焼結温度が高いダミーグリーンシートとしてアルミナグリーンシートが例示されている。
ところで、特許文献１には、製造プロセスの簡便化を図る観点からは、誘電体薄膜や金属体の成膜方法としては、真空プロセスで行うのが望ましいと記載されている。
しかしながら、この真空プロセスはプロセスコストが高く、しかも、金属箔体の材料コストも高いことから、製造コストの高騰化を招くおそれがある。
製造コスト低減のためには、誘電体層となる誘電体グリーンシートの両主面に、導体層となる導体グリーンシートを圧着して焼成することにより、薄膜キャパシタを製造する方法が考えられる。
ところが、誘電体グリーンシートと導体グリーンシートとで形成されるキャパシタ部の厚みは、通常、１００μｍ以下の薄膜であるため、焼成中に発生する熱収縮によって反りやうねりが生じるおそれがある。
この反りやうねりを防止する方法として、上記特許文献２に記載されているようなアルミナグリーンシートをダミーグリーンシートとして積層体の両面に圧着させる方法が考えられる。この場合、ダミーグリーンシートに含まれるアルミナが焼成中に導体グリーンシートに固着してしまうため、焼成後に研磨処理等を行ってアルミナを除去する必要がある。
しかしながら、薄膜キャパシタの厚みは１００μｍ以下であるため、研磨処理等によって誘電体層が損傷し、導体層同士が電気的に短絡してしまうおそれがある。しかも、研磨処理に起因した誘電体層の損傷は、誘電体層の厚みが薄くなればなるほど顕著となり、このため薄膜キャパシタの薄型化や大容量化に大きな障害が生じることとなる。
一方、アルミナの導体グリーンシートへの固着を防ぐためには、アルミナの粒径を大きくすることも考えられるが、その場合は導体グリーンシートの主面の表面粗さが大きくなるおそれがあるという問題が新たに生じる。
このため特許文献２に記載されたセラミック多層基板の製造方法を単純に薄膜キャパシタに適用しても、低コストで誘電体層に悪影響を与えることのない薄膜キャパシタを得るのは困難である。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、低コストで誘電体層に悪影響を与えることのない薄膜キャパシタを高効率で製造することができる薄膜キャパシタの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る薄膜キャパシタの製造方法は、誘電体層と、該誘電体層の両主面にそれぞれ形成された導体層とを有する薄膜キャパシタの製造方法であって、誘電体セラミック粉末を含有した誘電体グリーンシートと、金属粉末を含有した導体グリーンシートと、酸化物無機材料粉末を含有した焼成補助用グリーンシートとをそれぞれ作製するグリーンシート作製工程と、前記誘電体グリーンシートの両主面に前記導体グリーンシートをそれぞれ配してキャパシタ部を形成すると共に、前記キャパシタ部が前記焼成補助用グリーンシートで保持されるように前記焼成補助用グリーンシートを配して積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を焼成する焼成工程とを有し、前記焼成工程における焼成処理中に、前記導体グリーンシートと前記焼成補助用グリーンシートとの界面の接着強度を低下させ、かつ焼成雰囲気の酸素分圧を少なくとも１回以上変化させて、前記キャパシタ部の焼結体である薄膜キャパシタと前記焼成補助用グリーンシートの焼結体である焼成補助部材とを分離させることを特徴としている。
なお、「前記薄膜キャパシタと前記焼成補助用部材とを分離する」とは、薄膜キャパシタの導体層と焼成補助用部材とが完全に分離している場合を含むほか、治具などで軽く触れただけで極めて容易に分離するような、非常に弱い結合力で接触している場合、すなわち実質的に分離していると評価できる場合を含む。
また、「酸素分圧を少なくとも１回以上変化させる」とは、内部電極の主成分である金属の酸化還元反応における平衡酸素分圧を基準として、還元雰囲気内や中性雰囲気内で酸素分圧の軽微な変化が生じる場合を含むが、還元雰囲気から中性雰囲気に変化させたり中性雰囲気から還元雰囲気に変化させるように顕著に酸素分圧を変化させることが好ましい。
また、本発明の薄膜キャパシタの製造方法は、前記金属粉末が、ＮｉおよびＮｉを主成分とする合金のうちのいずれかであることを特徴としている。
また、本発明の薄膜キャパシタの製造方法は、前記焼成補助用グリーンシートを枠状に形成し、該焼成補助用グリーンシートを前記導体グリーンシートの外周と接するように、または前記外周と近接するように配することを特徴としている。
さらに、本発明の薄膜キャパシタの製造方法は、前記酸化物無機材料粉末は、Ａｌ２Ｏ３粉末であることを特徴としている。
また、本発明の薄膜キャパシタの製造方法は、前記誘電体層の厚みと前記導体層の厚みの総計が１００μｍ以下であることを特徴としている。
上記薄膜キャパシタの製造方法によれば、誘電体グリーンシート、導体グリーンシート、及び焼成補助用グリーンシートを作製するグリーンシート作製工程と、前記誘電体グリーンシートの両主面に前記導体グリーンシートをそれぞれ配してキャパシタ部を形成すると共に、前記キャパシタ部が前記焼成補助用グリーンシートで保持されるように前記焼成補助用グリーンシートを配して積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体を焼成する焼成工程とを有し、前記焼成工程における焼成処理中に、前記導体グリーンシートと前記焼成補助用グリーンシートとの界面の接着強度を低下させ、かつ焼成雰囲気の酸素分圧を少なくとも１回以上変化させて、前記キャパシタ部の焼結体である薄膜キャパシタと前記焼成補助用グリーンシートの焼結体である焼成補助部材とを分離させるので、焼成補助用グリーンシートによってキャパシタ部の焼結体である薄膜キャパシタに反りやうねりが生じるのを抑制することができる。しかも、導体グリーンシートと焼成補助用グリーンシートとの界面の接着強度を低下させ、かつ焼成雰囲気の酸素分圧を少なくとも１回以上変化させて、薄膜キャパシタと焼成補助部材とを分離させているので、研磨処理のような機械的加工が不要となり、したがって薄膜キャパシタが損傷することもなく、導体層間が電気的に短絡することもない。
また、前記金属粉末は、ＮｉあるいはＮｉを主成分とする合金のうちのいずれかであり、比較的安価で融点の高いＮｉ（融点：１４５５℃）を主要な導電成分として使用している。したがって、１０００℃以上の焼成温度に耐えうることが可能となり、高誘電率の誘電体層を有する薄膜キャパシタを得ることが可能となる。
また、前記焼成補助用グリーンシートを枠状に形成し、該焼成補助用グリーンシートを前記導体グリーンシートの外周と接するように、または前記外周と近接するように配することにより、導体グリーンシートの一部が露出して炉内雰囲気に直接晒されることになり、キャパシタ部に対する焼成雰囲気の制御性が向上する。
また、酸化物無機材料が、Ａｌ２Ｏ３粉末であるので、Ａｌ２Ｏ３粉末は比較的安価で入手が容易なうえ、焼成中に一部が導体グリーンシートや誘電体グリーンシートに拡散したとしても、キャパシタの特性にほとんど影響を与えることもなく、したがって、低コストで特性の良好な薄膜キャパシタを容易に製造することができる。
また、前記誘電体層の厚みと前記導体層の厚みの総計が１００μｍ以下であるので、低コストで誘電体層に悪影響を与えることのない所望の薄膜キャパシタを高効率で製造することができる。
１ 誘電体グリーンシート
２ａ、２ｂ 導体グリーンシート
１０ キャパシタ部
２０ａ、２０ｂ 焼成補助用グリーンシート
２１ａ、２１ｂ 焼成補助用部材
３０ 薄膜キャパシタ
３１ 誘電体層
３２ａ、３２ｂ 導体層
５０ 積層体
５１ 積層体
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次に、本発明の実施の形態を詳説する。
図１は本発明の製造方法によって製造された薄膜キャパシタの一実施の形態を模式的に示した断面図であって、該薄膜キャパシタ３０は、誘電体セラミック材料を主成分とする誘電体層３１の両主面に導体層３２ａ、３２ｂが形成されている。すなわち、該誘電体層３１が上下一対の導体層３２ａ、３２ｂによって挟着され、これら各層の膜厚の総計、すなわち薄膜キャパシタ３０の総厚みは１００μｍ以下となるように形成されている。
以下、上記薄膜キャパシタの製造方法を詳述する。
図２は、本発明に係る薄膜キャパシタの製造方法の一実施の形態（第１の実施の形態）を示す製造工程図である。
グリーンシート作製工程１１では、誘電体グリーンシート、導体グリーンシート、及び焼成補助用グリーンシートを作製する。
具体的には、誘電体セラミック粉末及びポリビニルブチラール樹脂等の有機バインダをトルエンやエタノール等の有機溶剤中で混合・分散させて誘電体セラミックスラリーを作製し、その後ドクターブレード法等を使用して誘電体セラミックスラリーに成形加工を施し、膜厚０．５〜１０μｍの誘電体グリーンシートを作製する。尚、誘電体セラミック粉末としては、誘電体層として高い誘電率が得られる強誘電体を用いることが好ましいが、常誘電体であってもよい。具体的には、（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３などのペロブスカイト型構造を有する金属酸化物等が好んで使用される。
次に、平均粒径０．２〜１．５μｍの金属粉末及びポリビニルブチラール樹脂等の有機バインダをトルエンやエタノール等の有機溶剤中で混合・分散させて導体スラリーを作製し、その後ドクターブレード法等を使用して導体セラミックスラリーに成形加工を施し、膜厚１．０〜１０μｍの導体グリーンシートを作製する。
なお、本実施の形態では、後述するように導体層を構成する金属の酸化還元反応を利用することによって、導体グリーンシート（導電層）と焼成補助用グリーンシート（焼成補助用部材）とを分離させることができると考えられる。したがって、金属粉末材料としては熱処理によって酸化還元可能な金属、例えば、ＮｉやＣｕ、及びこれらを主成分とした合金を使用することができる。特に、ＮｉまたはＮｉを主成分とする合金は、Ｎｉの融点が１４５５℃と高く、高誘電率の誘電体層を得るために望ましい焼成温度である１０００℃以上での焼成処理に耐えることができ、しかも価格も比較的安価であることから、好んで使用することができる。なお、焼成処理を行っても酸化しにくい金属、例えばＡｕなどは好ましくないと考えられる。
次に、酸化物無機材料及びポリビニルブチラール樹脂等の有機バインダをトルエンやエタノール等の有機溶剤中で混合・分散させて導体スラリーを作製し、その後ドクターブレード法等の成形加工法を使用して導体セラミックスラリーに成形加工を施し、焼成補助用グリーンシートを作製する。
尚、焼成補助用グリーンシートの膜厚としては、焼成処理によって薄膜キャパシタに反りやうねりが生じない範囲であれば特に限定されるものではないが、生産コスト等を考慮すると２５〜５００μｍが好ましい。
また、酸化物無機材料としては、誘電体層の焼結温度で焼結しない酸化物を好んで使用することができ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＺｎＯなどを使用することができる。そしてこれらの中では、焼成処理中にその一部が導体グリーンシートや誘電体グリーンシートに拡散しても、薄膜キャパシタの特性にほとんど影響を与えず、しかも比較的安価に入手できるＡｌ２Ｏ３を使用するのが特に好ましい。
また、酸化物無機材料は 導体層の表面粗さが酸化物無機材料の粒径に影響を受けるため、平均粒径は小さいほど好ましく、具体的には２．０μｍ以下が好ましい。
なお、各グリーンシートの作製工程で、消泡剤や可塑剤等の添加剤を必要に応じて適宜添加するのも好ましい。
このようにグリーンシート作製工程１１で誘電体グリーンシート、導体グリーンシート及び焼成補助用グリーンシートを作製した後、積層体形成工程１２に進む。
積層体形成工程１２では、図３に示すように、焼成補助用グリーンシート２０ａ、導体グリーンシート２ａ、誘電体グリーンシート１、導体グリーンシート２ｂ、及び焼成補助用グリーンシート２０ｂを順次積層し、所定温度で所定時間加圧処理を行って圧着させ、これにより積層体５０を作製する。これにより、誘電体グリーンシート１の両主面が導体グリーンシート２ａ、２ｂで挟持されたキャパシタ部１０が形成され、積層体５０はキャパシタ部１０の上面及び下面が焼成補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂによって保持された形態とされる。
次に、このように積層体５０を作製した後、焼成工程１３に進む。
この焼成工程１３では、まず、積層体５０を窒素雰囲気中、温度２５０〜４００℃で所定時間熱処理を施して脱バインダ処理を行う。
次いで、酸素分圧を、金属の酸化還元反応が生じる基準となる平衡酸素分圧よりも低く設定した還元雰囲気とする。そして、該還元雰囲気中、最高温度１０５０〜１３００℃で２時間程度保持して積層体５０に焼成処理を施し、次いで、酸素分圧を、平衡酸素分圧又はその近傍まで上昇させて中性雰囲気とする。そして、該中性雰囲気で焼成炉を常温まで降温させ、焼成処理を終了する。
すると、図４に示すように、誘電体グリーンシート１は焼結されて誘電体層３１となり、導体グリーンシート２ａ、２ｂは焼結されて導体層３２ａ、３２ｂとなり、これら誘電体層３１及び導体層３２ａ、３２ｂで薄膜キャパシタ３０が形成されると共に、焼結補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂは、薄膜キャパシタ３０から分離して焼結補助用部材２１ａ、２１ｂとなる。
このように研磨処理等の機械的加工を要することなく、焼結補助用部材２１ａ、２１ｂを導体層３２ａ、３２ｂから分離できるのは、以下のような理由によるものと考えられる。
金属粉末と酸化物無機材料とでは、線膨張係数に比較的大きな差があることから焼成工程１３中における焼成炉の降温時に熱収縮量に差が生じ、焼成補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂ（焼成補助用部材２１ａ、２１ｂ）と導体グリーンシート２ａ、２ｂ（導体層３２ａ、３２ｂ）との界面に応力が発生する。さらに、焼成工程１３中に還元雰囲気から中性雰囲気に酸素分圧を変化させることにより、導体グリーンシート２ａ、２ｂに含まれるＮｉ粉末の表面の酸化状態が変化して体積変化を生じる。そして、この体積変化によって、焼成補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂ（焼成補助用部材２１ａ、２１ｂ）と導体グリーンシート２ａ、２ｂ（導体層３２ａ、３２ｂ）との界面の応力が更に増加する。すなわち、線膨張係数の差に起因する界面の応力と、金属粉末の表面の酸化状態の変化に起因する応力とが相俟って、焼成補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂ（焼成補助用部材２１ａ、２１ｂ）と導体グリーンシート２ａ、２ｂ（導体層３２ａ、３２ｂ）との界面のおける接着強度を大きく低下させることができ、これにより機械的加工を要することなく容易に焼成補助用部材２１ａ、２１ｂと導体層３２ａ、３２ｂとを分離させることができるものと考えられる。
このように本実施の形態では、Ａｌ２Ｏ３を含有した焼結補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂでキャパシタ部１０を保持させた状態で焼成処理を施し、かつ焼成処理中に還元雰囲気から中性雰囲気となるように酸素分圧を変化させているので、焼成補助用グリーンシート２０ａ、２０ｂの焼結体である焼成補助用部材２１ａ、２１ｂと導体グリーンシート２ａ、２ｂの焼結体である導体層３２ａ、３２ｂとを容易に分離させることができ、したがって焼成補助用部材２１ａ、２１ｂを薄膜キャパシタ１０から除去するための研磨処理等の機械的加工が不要になり、誘電体層３１が損傷することもなく、導体層３２ａ、３２ｂ同士の電気的短絡が生じることのない薄膜キャパシタを得ることが可能となる。しかも、焼成補助グリーンシート２０ａ、２０ｂでキャパシタ部１０を保持させているので、焼成後の薄膜キャパシタ３０に反りやうねりが発生するのを抑制することができる。
そして、前記誘電体層と前記導体層との厚みの総計が１００μｍ以下であることから、機械的な損傷のない良好な特性を有する信頼性の優れた所望の薄膜キャパシタを得ることができる。
なお、焼成工程１３後に研磨処理等の機械加工を行なう場合は、誘電体層３１の厚みを薄くするほど、誘電体層３１に与える機械的、電気的な特性の低下が著しくなるが、上記実施の形態では機械加工を行う必要がないので、誘電体層３１を薄く形成することができる。すなわち、薄膜キャパシタ３０の容量は誘電体層３１の厚みに反比例することから、大容量を得るためには誘電体層３１の厚みを１０μｍ以下とするのが好ましいが、本実施の形態では、研磨処理などの機械加工が不要であることから、誘電体層３１の厚みを１μｍ以下にすることも可能である。
図５は本発明に係る薄膜キャパシタの製造方法の第２の実施の形態の主要部を示す平面図であり、図６はＡ−Ａ断面図である。
本第２の実施の形態では、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂは中央部が空洞５２を有する枠状に形成されている。そして焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂは、導体グリーンシート２ａ、２ｂの外周と接するように導体グリーンシート２ａの上面及び導体グリーンシート２ｂの下面に配され、これら焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂ及びキャパシタ部１０とで積層体５１を形成している。
そして、このような積層体５１に焼成処理を施すと、導体グリーンシート２ａ、２ｂの一部が焼成炉内の雰囲気に直接晒されることとなるため、キャパシタ部１０に対する雰囲気制御性を向上させることができる。また、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂが導体グリーンシート２ａ、２ｂの外周を拘束しているので、上記第１の実施の形態と同様、キャパシタ部１０における焼成中の面内収縮を抑制することができ、反りやうねりの発生を防止することができる。
なお、上記第２の実施の形態では、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂの外周と導体グリーンシート２ａ、２ｂの外周とが完全に一致するように焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂを配しているが、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂの外周が導体グリーンシート２ａ、２ｂの外周と必ずしも完全に一致していなくてもよく、キャパシタ部１０の反りやうねりを十分に抑制できるのであれば、導体グリーンシート２の外周に近接する形態で焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂを配してもよい。
また、上記第２の実施の形態では、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂは、外周、内周ともに矩形形状に形成されているが、円形形状や楕円形形状であってもよく、例えば、外周が矩形形状で内周が円形形状のように外周と内周の形状が異なっていてもよい。また、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂの空洞を格子状に形成してもよい。
また、上記第２の実施の形態においては、導体グリーンシート２ａ、２ｂが焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂに接しない部分と導体グリーンシート２ａ、２ｂが焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂに接する部分とでは、焼成雰囲気に直接晒される部分と直接晒されなかった部分とが生じるため、薄膜キャパシタの特性に差が生じる場合があり得る。そのような場合には、前記焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂに接していなかった部分と前記焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂに接していた部分とを焼成後にダイシングソー等によって切断し、いずれか一方を製品として使用するようにしてもよい。
さらに、上記第１の実施の形態では、材料の選択によっては、焼成処理中に焼成補助用グリーンシート２１ａ、２１ｂ中の酸化物無機材料が導体グリーンシート２ａ、２ｂや誘電体グリーンシート１の内部に拡散し、薄膜キャパシタの特性に影響を及ぼすおそれがあるが、上記２の実施の形態では、焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂを枠状に形成しているので、導体グリーンシート２ａ、２ａが焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂに接していない部分では酸化物無機材料が導体グリーンシート２ａ、２ｂや誘電体グリーンシート１の内部に拡散することもなく、したがって導体グリーンシート２ａ、２ａが焼成補助用グリーンシート２２ａ、２２ｂと接していない部分のみを製品化できるように、ダイシングソー等によって切断することにより、所望の特性を有する薄膜キャパシタを得ることができる。
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。上記実施の形態では、金属粉末の酸化還元反応における平衡酸素分圧を基準とし、焼成雰囲気を還元雰囲気から中性雰囲気へと変化させているが、これに限定されるものではなく、還元雰囲気、中性雰囲気、酸化雰囲気の順に変化させたり、還元雰囲気、中性雰囲気、還元雰囲気の順に変化させるなど、金属粉末の表面における酸化状態が変化するように焼成雰囲気を適宜変化させることのも好ましい。
また、上記実施の形態では、薄膜キャパシタは、導体層が誘電体層の両主面の全面に形成されているが、導体層は誘電体層の主面の一部のみに形成されていてもよい。その場合、例えば焼成後にエッチング等によって導体層の一部を除去すればよい。
また、焼成後に機械的補強や耐湿性改善等の目的で導体層の少なくとも一部を覆うような樹脂層を設けてもよい。
次に、本発明の実施例及び比較例を具体的に説明する。
（１）グリーンシート作製工程
（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ３を主成分とする平均粒径０．２μｍの誘電体セラミック粉末と、ポリビニルブチラール樹脂を主成分とする有機バインダと、トルエンとエタノールとを体積比で１：１に調合した有機溶剤とを混合、分散し、誘電体セラミックスラリーを作製した。誘電体セラミック粉末、有機バインダ、及び有機溶剤の混合比率は体積比で１０：１０：８０とした。なお、誘電体セラミック粉末の体積は、誘電体セラミック粉末の重量を測定し、その理論密度で除することによって算出した。次に、ドクターブレード法によって誘電体セラミックスラリーをシート状に成形し、厚さ２μｍの誘電体グリーンシートを得た。
（Ｂａ，Ｃａ）ＴｉＯ３を主成分とする平均粒径０．２μｍの誘電体セラミック粉末と、ポリビニルブチラール樹脂を主成分とする有機バインダと、トルエンとエタノールとを体積比で１：１に調合した有機溶剤とを混合、分散し、誘電体セラミックスラリーを作製した。誘電体セラミック粉末、有機バインダ、及び有機溶剤の混合比率は体積比で１０：１０：８０とした。なお、誘電体セラミック粉末の体積は、誘電体セラミック粉末の重量を測定し、その理論密度で除することによって算出した。次に、ドクターブレード法によって誘電体セラミックスラリーをシート状に成形し、厚さ２μｍの誘電体グリーンシートを得た。
次に、平均粒径０．５μｍの金属粉末としてのＮｉ粉末と、ポリビニルブチラール樹脂を主成分とする有機バインダと、トルエンとエタノールとを体積比で１：１に調合した有機溶剤とを混合、分散し、導体スラリーを作製した。Ｎｉ粉末、有機バインダ、及び有機溶剤の混合比率は体積比で１０：１０：８０とした。なお、Ｎｉ粉末の体積は、Ｎｉ粉末の重量を測定し、その理論密度で除することによって算出した。次に、ドクターブレード法によって導体スラリーをシート状に成形し、厚さ９μｍの導体グリーンシートを得た。
次いで、酸化物無機材料として平均粒径１．０μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を用意し、このＡｌ２Ｏ３粉末と、ポリビニルブチラール樹脂を主成分とする有機バインダと、トルエンとエタノールとを体積比で１：１に調合した有機溶剤とを混合、分散し、焼成補助用セラミックスラリーを作製した。Ａｌ２Ｏ３粉末、有機バインダ、及び有機溶剤の混合比率は体積比で１０：１０：８０とした。なお、Ａｌ２Ｏ３粉末の体積は、Ａｌ２Ｏ３粉末の重量を測定し、その理論密度で除することによって算出した。次に、ドクターブレード法によって焼成補助用セラミックスラリーをシート状に成形し、厚さ１００μｍの焼成補助用グリーンシートを得た。
（２）積層体形成工程
焼成補助用グリーンシート、導体グリーンシート、誘電体グリーンシート、導体グリーンシート、及び焼成補助用グリーンシートを順次積層し、温度５０℃、加圧力１００ＭＰａの条件で３０秒間圧着を行って積層体を形成した。
焼成補助用グリーンシート、導体グリーンシート、誘電体グリーンシート、導体グリーンシート、及び焼成補助用グリーンシートを順次積層し、温度５０℃、加圧力１００ＭＰａの条件で３０秒間圧着を行って積層体を形成した。
（３）焼成工程
得られた積層体を窒素雰囲気中２８０℃で５時間の熱処理をして脱バインダ理を行った。次いで、Ｎｉ粉末の平衡酸素分圧よりも低い酸素分圧に設定して還元雰囲気とし、この還元雰囲気下、１１５０℃の温度で２時間保持して積層体に焼成処理を施した。その後、酸素分圧を平衡酸素分圧またはその近傍に上昇させて中性雰囲気とし、この中性雰囲気で焼成炉を常温まで降温させ、焼成処理を終了した。
得られた積層体を窒素雰囲気中２８０℃で５時間の熱処理をして脱バインダ理を行った。次いで、Ｎｉ粉末の平衡酸素分圧よりも低い酸素分圧に設定して還元雰囲気とし、この還元雰囲気下、１１５０℃の温度で２時間保持して積層体に焼成処理を施した。その後、酸素分圧を平衡酸素分圧またはその近傍に上昇させて中性雰囲気とし、この中性雰囲気で焼成炉を常温まで降温させ、焼成処理を終了した。
焼成処理中、焼成補助用グリーンシートは有機バインダ、有機溶剤等の有機物の揮発および消失によって板状の焼成補助用部材となり、該焼成補助用部材は機械的加工を要することなく薄膜キャパシタから分離し、これにより誘電体層の両主面に導体層が形成された薄膜キャパシタが得られた。
得られた薄膜キャパシタは総厚みが１３μｍで、面内方向の収縮量を光学式測長器で測定したところ、１％以下であり、また反りやうねりが生じていないことが確認された。また、導体層の表面粗さＲａを原子間力顕微鏡で測定したところ、約２００ｎｍであり、十分な平滑性が得られることも確認された。さらに、誘電率の面内分布をＬＣＲメータで測定したところ３％以下に抑制されることが確認された。
上記実施例と同一の方法・手順で作製した積層体を、窒素雰囲気中２８０℃で５時間の熱処理をして脱バインダ処理を行い、さらに、上記実施例と同様の還元雰囲気となるように酸素分圧を調整し、該還元雰囲気下、１１５０℃で２時間保持して積層体に焼成処理を施し、その後も同一の焼成雰囲気、すなわち前記還元雰囲気下で焼成炉を常温まで降温させ、焼成処理を終了した。
得られた焼結体は、焼成補助用グリーンシートに含有されているＡｌ２Ｏ３が薄膜キャパシタの導体層に密着し、容易にはＡｌ２Ｏ３を除去できない状態であった。このため研磨処理を行ってＡｌ２Ｏ３を除去したが、誘電体層が損傷し、薄膜キャパシタの導体層同士が電気的に短絡してしまった。
本比較例では、焼成工程中に酸素分圧を変化させず、酸素分圧が略一定の還元雰囲気で焼成処理を行ったため、導体グリーンシートと焼成補助用グリーンシートとの界面に十分な応力が発生せず、このためキャパシタ部と焼成補助部とを分離させることができなかったものと考えられる。
Claims (5)
- 誘電体層の両主面に導体層が形成された薄膜キャパシタの製造方法であって、
誘電体セラミック粉末を含有した誘電体グリーンシートと、金属粉末を含有した導体グリーンシートと、酸化物無機材料粉末を含有した焼成補助用グリーンシートとをそれぞれ作製するグリーンシート作製工程と、
前記誘電体グリーンシートの両主面に前記導体グリーンシートをそれぞれ配してキャパシタ部を形成すると共に、前記キャパシタ部が前記焼成補助用グリーンシートで保持されるように前記焼成補助用グリーンシートを配して積層体を形成する積層体形成工程と、
前記積層体を焼成する焼成工程とを有し、
前記焼成工程における焼成処理中に、前記導体グリーンシートと前記焼成補助用グリーンシートとの界面の接着強度を低下させ、かつ焼成雰囲気の酸素分圧を少なくとも１回以上変化させて、前記キャパシタ部の焼結体である薄膜キャパシタと前記焼成補助用グリーンシートの焼結体である焼成補助部材とを分離させることを特徴とする薄膜キャパシタの製造方法。 - 前記金属粉末は、ＮｉおよびＮｉを主成分とする合金のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の薄膜キャパシタの製造方法。
- 前記焼成補助用グリーンシートを枠状に形成し、該焼成補助用グリーンシートを前記導体グリーンシートの外周と接するように、または前記外周と近接するように配することを特徴とする請求項１または請求項２記載の薄膜キャパシタの製造方法。
- 前記酸化物無機材料粉末は、Ａｌ２Ｏ３粉末であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の薄膜キャパシタの製造方法。
- 前記誘電体層の厚みと前記導体層の厚みの総計が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の薄膜キャパシタの製造方法。
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