JPH01200509A - 高誘電材料および同材料を用いたコンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合多層セラミック基板を用いた電子回路の
薄膜コンデンサ等として利用される高誘電材料と、それ
を用いた高容量コンデンサおよびその製造方法に関する
ものである。

従来の技術 従来複合多層セラミック基板を用いた電子回路では、グ
リーンシート法や厚膜多層印刷法などが実用されている
。基板材料としては、高純度アルミナを原料としたもの
が多く使用されているが、焼結温度が１５００℃以上と
高温であるため、導電体は高融点金属を使用する必要が
あった。

そこで近年、低温焼結が可能な結晶化ガラス等を用いた
セラミック基板が開発されつりあシ、誘電体材料、抵抗
体材料、基板材料であるセラミック材料と導体材料であ
る金属材料を低温の同−温度で焼結できる材料を用いる
ことで、セラミック基板内にＣＲ素子を形成し、回路の
小型化、高密度化を図ることが検討されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、これまでの複合多層セラミック基板を用
いた電子回路では、第４図に示すように、誘電体材料で
あるセラミックシート１ｏを基板用セラミックシート３
とは別にグリーンシート化し、さらにそれぞれに電極用
導体８を形成して積層する必要があるため、プロセスが
複雑になり工程が増大する傾向があった。また、グリー
ンシートの誘電率が約９〜１ｏと小さいために、層数を
増大させなくては高容量が得られないという欠点があっ
た。電子回路の品質的には、高誘電体シートを用いるこ
とによって不必要な部分に浮遊容量が発生（クロストー
ク）したシ、厚膜誘電体の欠陥のため、Ａｑマイグレー
ションが発生してショートするという問題点があり、製
品化への展開が遅れているのが現状である。

本発明は上記の問題点に鑑み、低温焼結可能で良質な薄
膜形成可能コンデンサ用高誘電材料、それを用いたコン
デンサ及び高誘電材料をグリーンシートの必要部分に直
接パターンニングしてコンデンサを製造する方法を提供
することを目的とする。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明は、Ｐｂ（Ｍｇ、
Ｎ、ｂ２Ｉａ）０３およびＰ　ｂ　Ｔ　１０　ｓを１０
ｗｔ％から９５ｗｔ％、ベース材料としてのＰ　ｂ　（
Ｆ　ｅｆｂｙ）、（ＦｅＨＷＨ）１　．０３　（ｘ＝ｏ
　〜１）に混合した低温焼結および高誘電率材料を提供
する。

また本発明は、ＢａＴｉ０　　と５ｒＴｉ○３の混合系
をペースとして、Ｐｂ（Ｍｑ見Ｎｂ％）０３およびＰｂ
Ｔ　Ｉ　Ｏ３を１０　ｗ　ｔ％から９６ｗｔ％、　Ｐ　
ｂ　（Ｆ　ｌａ　ＨＮｂ３／６）　ｘ（Ｆｅ２ＡＷ、）
、−ｘ０３（ｘ＝ｏ　〜１）に混合したものを、１０ｗ
ｔ％から５０ｗｔ％混合してなる低温焼結および高誘電
率材料を提供するものである。

又、本発明は、上記高誘電材料からなる誘電体膜を、導
体を形成したセラミック基板上に１０〜２０　ｌｔｍ形
成し、さらにその上に電極用導体を形成した高容量ダイ
レクトパターンニングコンテンサを提供するものである
。

更に本発明は、上記２種類の材料系をターゲットとして
、高周波電圧を用いたスパッタリングにより、マヌクを
した多層基板用未焼成セラミツクシート上に直接、高誘
電体薄膜をパターンニングする多層基板用コンデンサの
製造方法を提供するものである。

作　　用 本発明において、Ｂ　ａ　Ｔ　１０３は高誘電率を発生
する作用をし、またＳ　ｒ　Ｔ　１０　ｓは高電圧に耐
える作用をする。また低温焼結可能な材料として、鉛を
含む複合ペロプスカイト化合物であ７；Ｐ　ｂ　（Ｍｑ
ｆｂ％）工Ｔｉ１−！０３やＰ　ｂ　（Ｆｅ３．Ｎｂ３
，５）！（Ｆｅ、ＷＨ）　、　−，０３（Ｘ＝Ｏ〜１）
を使用する。また、良質薄膜形成可能ナスバッタ法を用
いるが、ターゲットが絶縁体のセラミック系焼結体であ
るので、基板とターゲットの間に高周波をかけることに
より、陽イオンと電子を交互に絶縁物の表面に衝突させ
スパッタさせている。その結果、基板上に直接コンデン
サを形成させるので、製造プロセスにおいて、工程ヲ簡
素化させている。

実施例 次に本発明について、実施例に基づきさらに詳しく説明
する。

〔実施例１〕 原材料として、Ｐｂ０（９９，９ｑ６″）、Ｍｇ０（９
９，６％）。

Ｎｂ２０５（９９，８％）粉末（共立窯業原料（株）製
）を秤量（ＭｇＯ−０，０６ｍｏｌ過剰）、混合し、仮
焼き、粉砕混合したものを１２７０℃、２時間焼成した
後、Ｐ　ｂ　Ｔ　Ｘ　Ｏ３（共立窯業原料（株）製）粉
末を５０ｗｔ％加え、混合、プレスして、１１００℃で
焼成し、Ｐｂ（ＭｇｖＮｂ％）０３−ＰｂＴｉｏ３を得
た。これを同様な手順で作成したＰｂ（Ｆｅ％Ｎｂ％）
。、６□（Ｆｅ％ＷＶ３）。、３３０３に１０　、２０
　、５０　、９０　。

９５ｗｔ％混合し、焼成（９ｏＯ℃、２時間）してター
ゲット用焼結体を得た。この材料の誘電率の測定（ＪＩ
Ｓ規格）結果を第１表に示す。

第　　　１　　　表 第１表より、従来より約Ｈの焼結温度（９ｏＯ℃）で、
誘電率が２倍以上の材料が得られた。ただし、１０ｗｔ
％以下、９６ｗｔｑ６以上では誘電率が８ｏｏＱ以下と
なった。また９５ｗｔ％以上では焼結が不完全で、材料
も割れやすくなった。

〔実施例２〕 実施例１において得た鉛を含む複合ペロプスカイト系合
物をＢ　ａ　Ｔ　１０　ｓ　（共立窯業原料（株）製）
とＳ　ｒ　Ｔ　ｉＯ３（共立窯業原料（株）製）の混合
系であるＢ　ａ　ｏ　、　ｓ　Ｓ　ｒ　ｏ　、　２　Ｔ
　１０３に１０．２０．３０．５０ｗｔ％混合し、１０
００℃で２時間焼成して試験片を得た。この材料の誘電
率を第２表に示す。

第　　　２　　　表 第２表よシ、誘電率は約５０００程度であるが、耐電圧
特性（ＪＩＳ規格）は従来よシ約２倍大きくなり、有用
な材料であることがわかった。ただし、１０ｗｔ％以下
では、誘電率は１０ｏｏ以下であυ、５０　ｗ　ｔ％組
以上は耐電圧が低下する傾向にあった。

〔実施例３〕 実施例１，２で作成した焼結体を第１図に示すスパッタ
装置にターゲット材料１としてセットする。そして基板
３としてヌライドガラスを使用して、真空チャンバー６
内を真空ポンプ６にて１Ｑ−６Ｔｏｒｒ程度に真空引き
後、ガス送入ロアから低圧Ａｒガス（−１０’Ｔｏｒｒ
）中で、ガイド２により高周波電圧を印加することによ
り、基板３表面上にスパッタリングによツマスフ４のパ
ターンに応じた高誘電体膜１ａを形成させた。そして得
られた高誘電体膜を９００℃、２時間の熱処理した。

この様にして得られた高誘電体膜１ａの誘電率は約５０
０程度で従来の誘電体薄膜に比べて、約６倍も大きくか
つ、温度依存性も安定し、耐電圧特性も約２倍も大きい
という結果が得られた。また９００℃という低温で焼結
熱処理させることにより、安定な薄膜が得られた。

〔実施例４〕 第２図及び第３図において、銀ペーストからなる電極用
導体８を印刷したアルミナからなる基板（旭硝子（株）
製）３上に、実施例３と同様な方法を用いて高誘電体膜
９を形成し、さらにこの高誘電体膜９の上に電極用導体
８を印刷にて形成することにより、基板３上に直接コン
デンサを形成させた。

このコンデンサは、直流バイアス電圧印加による容量、
ｔａｎδの温度依存および、交流電圧特性（ＪＩＳ規格
）が、従来のＢ　ａ　Ｔ　１０　ｓ糸材料を用いた素子
に比べて、約２０％、安定化した。

発明の効果 以上、本発明によれば、Ｐｂ（Ｍｑ狛Ｎｂ％）０３おＪ
−びＰｂＴｉＯ３を１０ｗｔ％から９５ｗｔ％、ベース
材　　　４料としてのＰ　ｂ　（Ｆ　ｅ３４Ｎ　ｂ３，
６　）　ｘ（Ｆ　ｅ　Ｎｙ、　）　１−　ｘ　ｏ３（ｘ
＝ｏ〜１）混合した高誘電材料、または、ＢａＴ　ｉＯ
３とＳ　ｒ　Ｔ　ｉＯ３の混合系をベースとして、ｐｂ
　（ｈ匂ｑ化％）ｏ３およびＰ　ｂ　Ｔ　１０３を１０
ｗｔ％から９５ｗｔ％。

Ｐ　ｂ　（Ｆ　ｅ３ＡＮｂ３Ａ）　、　（Ｆ　（ｓ２４
Ｗ１４　）　１−．０３（ｘ＝ｏ〜１　）に混合したも
のを、１０ｗｔ％から５０　ｗ　ｔ％混合してなる高誘
電材料からなる薄膜は、従来の誘電体薄膜に比べて、誘
電率が約ＳＯＯ程度と５倍も増大する上、９ｏｏ℃とい
う従来の約％の低温で焼結可能な良質薄膜形成を可能に
するという効果を発揮する。またマスクを使用してスパ
ッタさせることにより、多層基板として用いる未焼成セ
ラミ。

クシート（グリーンシート）上に直接パターンニングし
て、必要部分にコンデンサを形成することが可能となる
。その結果、プロセスを従来の狛に簡素化し、良質かつ
高容量コンデンサの形成が可能になるので、従来問題と
なっていたＡｑマイグレーションやクロストークの発生
が１０チ以下の複合多層セラミック基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミック基板上に直接高誘電体薄膜をパター
ンニングする装置の概要図、第２図は絶縁性セラミック
基板上に直接形成したコンデンサの斜視図、第３図は本
発明によるダイレクトバタ−ンニング法による多層基板
用コンデンサの製造プロセスの概略図、第４図は従来の
多層基板用コンデンサの製造プロセスの概略図である。 １・・・・・・ターゲット材料、１ａ・・・・・・高誘
電体膜、３・・・・・・セラミック基板、８・・・・・
・電極用導体、９・・・・・・高誘電体膜。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｉａ
、−−−＾話電体項 ３−Ｊ３及 ′／ 第　２　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｐｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）Ｏ＿
   ３およびＰｂＴｉＯ＿３を１０ｗｔ％から９５ｗｔ％，
   ベース材料としてのＰｂ（Ｆｅ＿１＿／＿２Ｎｂ＿１＿
   ／＿２）＿ｘ（Ｆｅ＿２＿／＿３Ｗ＿１＿／＿３）＿１
   ＿−＿ｘＯ＿３（ｘ＝０〜１）に混合してなる高誘電材
   料。
2. （２）ＢａＴｉＯ＿３とＳｒＴｉＯ＿３の混合系をベー
   スとして、Ｐｂ（Ｍｇ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／＿３）
   Ｏ＿３およびＰｂＴｉＯ＿３を１０ｗｔ％から９６ｗｔ
   ％，Ｐｂ（Ｆｅ＿１＿／＿２Ｎｂ＿１＿／＿２）＿ｘ（
   Ｆｅ＿２＿／＿３Ｗ＿１＿／＿３）＿１＿−＿ｘＯ＿３
   （ｘ＝０〜１）に混合したものを、１０ｗｔ％から５０
   ｗｔ％混合してなる高誘電材料。
3. （３）請求項１又は２記載の材料からなる誘電体膜を、
   導体を形成した基板上に形成し、その上に電極用導体を
   形成したコンデンサ。
4. （４）誘電体膜の膜厚は１０〜２０μｍである請求項３
   記載のコンデンサ。
5. （５）請求項１又は２記載の材料をターゲットとして、
   高周波電圧を用いたスパッタリングにより、マスクをし
   た未焼成セラミックシート上に直接高誘電体薄膜をパタ
   ーンニングするコンデンサの製造方法。