JPH01321618A - Ceramic capacitor - Google Patents

Ceramic capacitor

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Publication number
JPH01321618A
JPH01321618A JP15540588A JP15540588A JPH01321618A JP H01321618 A JPH01321618 A JP H01321618A JP 15540588 A JP15540588 A JP 15540588A JP 15540588 A JP15540588 A JP 15540588A JP H01321618 A JPH01321618 A JP H01321618A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
lower electrode
substrate
ceramic capacitor
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP15540588A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Karaiwa
唐岩 正人
Masahiro Miyazaki
宮崎 正裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Petrochemical Industries Ltd filed Critical Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority to JP15540588A priority Critical patent/JPH01321618A/en
Publication of JPH01321618A publication Critical patent/JPH01321618A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve frequency characteristics of capacitor capacity and its temperature dependency so as to improve increase of surface resistance and occurrence of cracks, etc., by constituting a dielectric film of Ba2Ti9O20 or BaTi5O11 or their mixed phase, and laminating a lower electrode in the order of an SiOX layer, a Cr layer, an Ni layer, and a Pt layer from the substrate side. CONSTITUTION:A dielectric film 6 contains at least Ba2Ti9O20 or BaTi5O11 or these mixed phase, and a lower electrode 12 is constituted by laminating a chromic layer 16, a nickel layer 18, a platinum layer 20 in this order on a silicon oxide layer 14 formed on the surface of a silicon substrate 2. Hereby, the frequency characteristics of capacitor capacity becomes favorable and its temperature dependency becomes small. A ceramic capacitor can be obtained which has the lower electrode 12 that surface resistance does not increase even by heat treatment at high temperature when manufacturing the ceramic capacitor, and cracks, etc., do not occur, either, and the planeness is maintained, and further the fear of separation from the substrate 2, etc., is small.

Description

【発明の詳細な説明】 九肌凶韮亘±1 本発明は、コンデンサ容量の周波数特性が良好で、かつ
コンデンサ容量の温度依存性が小さく、しかも電極の剥
離やクラック等のない耐久性に優れたセラミックコンデ
ンサに関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention has excellent frequency characteristics of capacitor capacitance, small temperature dependence of capacitor capacitance, and excellent durability with no peeling or cracking of electrodes. related to ceramic capacitors.

Hの ′自4−景tらびに の、 − 一般に、セラミックコンデンサは、電極間に誘電体層が
形成され、この電極間に電荷が貯えられるようになって
いる。従来このセラミックコンデンサとして膜厚20μ
m以上の誘電体層を積層した積層コンデンサが知られて
いる。このコンデンサの誘電体層としては、従来では、
Ba Ti O3の構造を有するチタン酸バリウムを用
いたものを代表としてあげることができる。チタン酸バ
リウムを誘電体層として用いたセラミックコンデンサに
あっては、チタン酸バリウムの誘電率が他の材料に比敦
して高いことからコンデンサ容量を大きくすることがで
きるという利点を有する。
In general, in a ceramic capacitor, a dielectric layer is formed between electrodes, and electric charge is stored between the electrodes. Conventionally, this ceramic capacitor had a film thickness of 20μ.
Multilayer capacitors in which m or more dielectric layers are stacked are known. Conventionally, the dielectric layer of this capacitor is
A typical example is one using barium titanate having a structure of BaTiO3. Ceramic capacitors using barium titanate as a dielectric layer have the advantage that the capacitor capacity can be increased because barium titanate has a higher dielectric constant than other materials.

しかしながら、上述した通常のチタン酸バリウムを誘電
体層として用いたセラミックコンデンサにあっては、コ
ンデンサ容量の周波数特性が不十分であると共にコンデ
ンサ容量の温度依存性が大きいという問題点があった。
However, the above-mentioned ceramic capacitor using ordinary barium titanate as a dielectric layer has problems in that the frequency characteristics of the capacitor capacitance are insufficient and the temperature dependence of the capacitor capacitance is large.

また、セラミックコンデンサの誘電体層を薄膜化して容
量を大きくする試みが提案されているか、そのようなセ
ラミックコンデンサにあっては、これを製造する場合に
、次のようにして行なう必要があるため、後述するよう
な不都合を有している。
Also, has it been proposed to increase the capacitance by thinning the dielectric layer of a ceramic capacitor? , it has the following disadvantages.

第2図に示すような薄膜型のセラミックコンデンサ10
を製造するには、基板2上に、まず膜状の下部電極4を
蒸着等の手段で形成する。その後、この下部電極4の表
面に誘電体層pA6を形成し、これを下部電離4および
基板2と共に約1200°C程度の温度で熱処理し、誘
電体薄膜6を焼成する。その後、この誘電体薄膜6表面
に上部電極8を蒸着等の手段で形成すれば、セラミック
コンデンサ10が完成する。なお、セラミックコンデン
サ10において基板2を必要とするのは、セラミックコ
ンデンサ10の全体としての謂性を高めるためである。
Thin film ceramic capacitor 10 as shown in Figure 2
To manufacture this, first, a film-like lower electrode 4 is formed on a substrate 2 by means such as vapor deposition. Thereafter, a dielectric layer pA6 is formed on the surface of the lower electrode 4, and this is heat-treated together with the lower ionization layer 4 and the substrate 2 at a temperature of about 1200° C. to bake the dielectric thin film 6. Thereafter, an upper electrode 8 is formed on the surface of this dielectric thin film 6 by means such as vapor deposition, thereby completing the ceramic capacitor 10. Note that the reason why the substrate 2 is required in the ceramic capacitor 10 is to improve the validity of the ceramic capacitor 10 as a whole.

このような従来のセラミックコンデンサ10にあっては
、その製造工程において約1200°Cにも及ぶ高温で
熱処理する必要があり、この際に下部電極4が熱処理に
よって変質しないことか要求される。そこで、下部型f
li4を構成する材料として、Pt、Pd、W、Ni、
Ti、Cr等の高融点材料が用いられる。
Such a conventional ceramic capacitor 10 requires heat treatment at a high temperature of about 1200° C. during its manufacturing process, and it is required that the lower electrode 4 does not change in quality due to the heat treatment. Therefore, the lower type f
Materials constituting li4 include Pt, Pd, W, Ni,
High melting point materials such as Ti and Cr are used.

しかしながら、Pd 、W、Ni 、Ti 、Cr等の
高融点材料から成る従来の下部電極4にあっては、誘電
体層M6を焼成するための熱処理時に、表面が酸化され
て面抵抗が増大する虞があった。
However, in the conventional lower electrode 4 made of a high melting point material such as Pd, W, Ni, Ti, Cr, etc., the surface is oxidized during the heat treatment for firing the dielectric layer M6, resulting in an increase in sheet resistance. There was a risk.

なおptを下部電極4として用いた場合には、面抵抗の
変化はほとんどないが、基板2、下部電極4および誘電
体層115!6の熱膨張率の相違から、これらの剥離や
クラック等が生じる虞があるという問題点があった。こ
のような剥離やクラック等は、pt以外の高融点材料を
下部型iF!f:14として用いた場合にも同様に生じ
る広があった。
Note that when PT is used as the lower electrode 4, there is almost no change in sheet resistance, but due to the difference in thermal expansion coefficients of the substrate 2, the lower electrode 4, and the dielectric layers 115 and 6, peeling and cracking may occur. There was a problem that this could occur. If such peeling or cracking occurs, do not use a high melting point material other than PT for lower mold iF! A similar spread occurred when f:14 was used.

したがって、高温の熱処理によっても変質せず、剥離や
クラック等が発生せず、電極としての平坦性も保持でき
るような下部電極を有するセラミックコンデンサの出現
が望まれていた。
Therefore, there has been a desire for a ceramic capacitor having a lower electrode that does not change in quality even when subjected to high-temperature heat treatment, does not cause peeling or cracking, and can maintain flatness as an electrode.

九肌ム1贋 本発明は、このような従来技術が有する問題点を解消す
るためになされ、コンデンサ容量の周波数特性が良好で
あると共に、その温度依存性が小さく、しかも、セラミ
ックコンデンサを製造する際における高温の熱処理によ
っても、面抵抗が増大せず、しかもクラック等が発生せ
ず、平坦性が保持され、さらに基板等から剥離する虞の
少ない下部電極を肴するセラミックコンデンサを提供す
ることを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and to manufacture a ceramic capacitor that has good frequency characteristics of capacitor capacitance and small temperature dependence. To provide a ceramic capacitor having a lower electrode which does not increase sheet resistance, does not generate cracks, maintains flatness, and has less risk of peeling off from a substrate etc. even when subjected to high-temperature heat treatment. The purpose is

几肌立且ヱ このような目的を達成するために、本発明は、ケイ素基
板上に形成された下部電極と上部電極との間に誘電体薄
膜が形成されているセラミックコンデンサにおいて、 前記誘電体薄膜が、Ba2Ti90□。またはBa T
i 5011あるいはこれらの混在相を少なくとも含み
、 前記下部電極が、前記ケイ素基板表面に形成されたケイ
素酸化物層上に、クロム層と、ニッケル層と、白金層と
が、この順序で積層されることにより構成されることを
特徴としている。
In order to achieve these objects, the present invention provides a ceramic capacitor in which a dielectric thin film is formed between a lower electrode and an upper electrode formed on a silicon substrate, comprising: The thin film is Ba2Ti90□. Or Ba T
i 5011 or a mixed phase thereof, and the lower electrode includes a chromium layer, a nickel layer, and a platinum layer stacked in this order on a silicon oxide layer formed on the surface of the silicon substrate. It is characterized by being composed of

このような本発明に係るセラミックコンデンサによれば
、誘電体膜がBa Ti902oまたはBaTi5O1
1あるいはこれらの混合相から構成されているので、コ
ンデンサ容量の周波数特性が良好になると共に、その温
度依存性も小さくなる。
According to such a ceramic capacitor according to the present invention, the dielectric film is made of BaTi902o or BaTi5O1.
1 or a mixed phase thereof, the frequency characteristics of the capacitor capacitance are improved and its temperature dependence is also reduced.

また、このような本発明に係るセラミックコンデンサに
用いられる下部電極によれば、電極を多層構造とし、基
板側からケイ素酸化物層とクロム層とニッケル層と白金
層とが、この順で積層されるようになっているので、ケ
イ素酸化物層がきわめて良好な密着性を示すと共に、p
t層が良好な耐酸化作用を果たす等の理由から、比較的
高熱の熱処理が施されたとしても、表面が酸化して面抵
抗が増大することがないと共に、クラック等が発生せず
、かつ電極としての平坦性も保持され、しかもこの電極
が基板から剥離することもない。
Further, according to the lower electrode used in the ceramic capacitor according to the present invention, the electrode has a multilayer structure, and a silicon oxide layer, a chromium layer, a nickel layer, and a platinum layer are laminated in this order from the substrate side. As the silicon oxide layer exhibits extremely good adhesion, the p-
Because the T-layer has good oxidation resistance, even if heat treatment is performed at a relatively high temperature, the surface will not oxidize and the sheet resistance will not increase, and cracks will not occur. The flatness of the electrode is maintained, and the electrode does not peel off from the substrate.

I五曵且体菫1j 以下、本発明を図面に示す実施例を参照しつつ、詳細に
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to embodiments shown in the drawings.

第1図は本発明の一実施例に係るセラミックコンデンサ
の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a ceramic capacitor according to an embodiment of the present invention.

第1図に示すセラミックコンデンサ3oは、誘電体薄膜
6aの厚さを薄くして容量を高めた薄膜コンデンサであ
り、基板2表面に下部電極12、誘電体薄膜6aおよび
上部電極8が、この順で積層されている。
The ceramic capacitor 3o shown in FIG. 1 is a thin film capacitor in which the capacitance is increased by reducing the thickness of the dielectric thin film 6a, and a lower electrode 12, a dielectric thin film 6a and an upper electrode 8 are formed on the surface of the substrate 2 in this order. It is laminated with.

基板2は、誘電体薄膜6aを焼成する際の温度に耐え得
る耐熱性材料で構成されることが好ましく、少なくとも
表面がケイ素で構成された部材が用いられ、具体的には
、シリコンウェーハが用いられる。シリコンウェーハと
しては、ノンドープ型、P型もしくはN型等あらゆるタ
イプの市販品をそのまま使うことが可能であり、表面エ
ツチング等の表面処理を行なう必要はない0表面処理を
行なうことなく、平坦性が保持されているからである。
The substrate 2 is preferably made of a heat-resistant material that can withstand the temperature at which the dielectric thin film 6a is fired, and a member whose at least the surface is made of silicon is used. Specifically, a silicon wafer is used. It will be done. As silicon wafers, it is possible to use commercially available silicon wafers of any type, such as non-doped, P-type, or N-type, and there is no need for surface treatment such as surface etching.0 Flatness can be maintained without surface treatment. This is because it is retained.

なお、基板2の表面の平坦性が要求されるのは、その上
に形成されるセラミックコンデンサ30の平坦性を保持
するためである。基板2の厚さは、セラミツクコンデン
サ30全体に適度な剛性を付与するに十分な厚さを有す
る必要があり、50〜5000μmであることが好まし
い。
Note that the reason why the surface of the substrate 2 is required to be flat is to maintain the flatness of the ceramic capacitor 30 formed thereon. The thickness of the substrate 2 must be sufficient to impart appropriate rigidity to the entire ceramic capacitor 30, and is preferably 50 to 5000 μm.

なお、基板は、必ずしも平板形状に限定されず、円筒形
状もしくは円柱形状であっても良い。基板が円筒形状も
しくは円柱形状等である場合には、その上に形成される
電極および誘電体薄膜も、基板形状に沿った形状となる
Note that the substrate is not necessarily limited to a flat plate shape, but may be cylindrical or cylindrical. When the substrate is cylindrical or columnar, the electrodes and dielectric thin film formed thereon also follow the shape of the substrate.

本発明に係るセラミックコンデンサ30に用いられる下
部電極12は、基板2表面を酸化することにより形成さ
れるケイ素酸化物(ただし、ケイ素酸化物中のケイ素の
価数は問わない)から成るケイ素酸化物層(以下、rs
io層」と称す)14上に、クロムから成るクロム層(
以下、rcr層」と称す)16と、ニッケルから成るニ
ッケル層(以下、rNi層」と称す)18と、白金から
成る白金層(以下、rpt層」と称す)20とが、この
順序で積層されることにより構成されている。
The lower electrode 12 used in the ceramic capacitor 30 according to the present invention is a silicon oxide formed by oxidizing the surface of the substrate 2 (the valence of silicon in the silicon oxide does not matter). layer (hereinafter referred to as rs
A chromium layer (referred to as "io layer") 14 made of chromium is on top of the chromium layer (referred to as
A nickel layer (hereinafter referred to as "rNi layer") 18 made of nickel (hereinafter referred to as "rcr layer") 16 and a platinum layer (hereinafter referred to as "rpt layer") 20 made of platinum are laminated in this order. It is made up of the following:

基板2表面のSi0層14の厚さは、100〜5000
人、好ましくは500〜1000人である。また、cr
層16の厚さは、50〜2oo人、好ましくは80〜1
50人である。Ni層18の厚さは、200〜2000
人、好ましくは300〜1000人である。pt層20
の厚さは、1000〜1oooo人、好ましくは200
0〜6000人である。各層14,16,18.20の
厚さをこのような範囲にすることによって、下部電極1
2の平坦性が保持され、クラ・yoりや#J#等を防止
することができる。
The thickness of the Si0 layer 14 on the surface of the substrate 2 is 100 to 5000
number of people, preferably 500 to 1000 people. Also, cr
The thickness of layer 16 is between 50 and 20 mm, preferably between 80 and 1 mm.
There are 50 people. The thickness of the Ni layer 18 is 200 to 2000
number of people, preferably 300 to 1000 people. pt layer 20
The thickness is 1000 to 1000, preferably 200
0 to 6000 people. By setting the thickness of each layer 14, 16, 18, 20 within such a range, the lower electrode 1
The flatness of 2 is maintained, and cracks, yaws, #J#, etc. can be prevented.

下部電極12を基板2上に形成するには、たとえば次の
ようにして行なう。
The lower electrode 12 is formed on the substrate 2, for example, as follows.

まず、基板2を必要に応じて洗浄し、表面に付着してい
るゴミ等を取り除く、その後、酸素または空気雰囲気で
基板2を1000〜1200°Cの温度で30〜12’
O分間熱処理し、基板2の表面にSi0層14を形成す
る。このSi0層14は、スパッタ法、蒸着法等の手段
で形成することも可能である。次に、このSi0層14
の表面に、スパッタ法、蒸着法、メツキ法などの成膜手
段でCr層を形成する。このCr層は、具体的にはター
ゲットとしてCrを用い、系内をアルゴンなどの不活性
雰囲気として、スパッタ法により成膜することが好まし
い、以下、同様にして、Ni層18およびpt層20を
形成する。なお、成膜手段として、スパッタ法や蒸着法
を採用してもよいが、スパッタ法、蒸着法ともに、Cr
層16とNi層18とpt層20とは連続して形成され
ることが望ましい。これらの層16.18の酸化を防止
するためである。
First, the substrate 2 is cleaned as necessary to remove dust etc. adhering to the surface, and then the substrate 2 is heated in an oxygen or air atmosphere at a temperature of 1000 to 1200°C for 30 to 12'
A heat treatment is performed for 0 minutes to form a Si0 layer 14 on the surface of the substrate 2. This Si0 layer 14 can also be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. Next, this Si0 layer 14
A Cr layer is formed on the surface by a film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a plating method. Specifically, this Cr layer is preferably formed by sputtering using Cr as a target and an inert atmosphere such as argon in the system. Form. Note that sputtering or vapor deposition may be used as a film forming method, but both sputtering and vapor deposition do not require Cr.
It is desirable that the layer 16, the Ni layer 18, and the PT layer 20 are formed continuously. This is to prevent these layers 16 and 18 from being oxidized.

本発明に係るセラミックコンデンサにあっては、このよ
うな方法で形成された下部電極12の表面に誘導体薄膜
6aを形成し、この誘電体薄膜6a表面に上部電極8を
形成することにより、セラミックコンデンサ30が構成
される。
In the ceramic capacitor according to the present invention, the dielectric thin film 6a is formed on the surface of the lower electrode 12 formed by such a method, and the upper electrode 8 is formed on the surface of this dielectric thin film 6a. 30 are configured.

上部電極8としては、Ag 、Cu 、Au 、AJ、
pt等の公知のものが用いられ得る。この上部電極8を
誘電体薄膜6aの表面に形成するための手段としては、
スパッタ法、メツキ法等が用いられる。上部電極の厚さ
は、100OA〜1,0μmであることが好ましい。
The upper electrode 8 includes Ag, Cu, Au, AJ,
Known materials such as pt can be used. As a means for forming this upper electrode 8 on the surface of the dielectric thin film 6a,
A sputtering method, a plating method, etc. are used. The thickness of the upper electrode is preferably 100 OA to 1.0 μm.

本発明では、誘電体薄膜6aは、Ba 2 ’ri 9
02oまたはBaTi5o11あるいはこれらの混在相
を少なくとも含む結晶相がら成る膜である。誘電体重g
 6 aの厚さは、2000人〜20.1.m、特に2
000人〜3.0μmであることが好ましい。このよう
な誘電体薄膜6aを下部電極12表面に形成するための
手段としては、ゾル−ゲル法、スパッタ法、蒸着法等が
用いられる。
In the present invention, the dielectric thin film 6a is made of Ba 2 'ri 9
The film is composed of a crystalline phase containing at least O2O, BaTi5O11, or a mixed phase thereof. dielectric weight g
The thickness of 6 a is 2000 to 20.1. m, especially 2
000 to 3.0 μm. As a means for forming such a dielectric thin film 6a on the surface of the lower electrode 12, a sol-gel method, a sputtering method, a vapor deposition method, etc. are used.

下部電極12表面にB a 2 T ! 9020の結
晶相を有する誘電体重M6aをゾル−ゲル法により形成
するための具体的手段を下記に示す。
B a 2 T on the surface of the lower electrode 12! A specific means for forming the dielectric weight M6a having a crystalline phase of 9020 by the sol-gel method is shown below.

【夏星上 バリウム源としては、酢酸バリウム、水酸化バリウムま
たはバリウムアルコキシドが、単独であるいは組合せて
用いられる。
[Barium acetate, barium hydroxide, or barium alkoxide may be used alone or in combination as the barium source on the Natsuboshi.

バリウムアルコキシドとしては、具体的には、バリウム
メトキシド、バリウムエトキシド、バリウムn−グロボ
キシド、バリウムイソプロポキシドなどが用いられる。
Specifically, barium alkoxide includes barium methoxide, barium ethoxide, barium n-globoxide, barium isopropoxide, and the like.

このうちバリウムイソプロポキシドが好ましい。Among these, barium isopropoxide is preferred.

またチタン源としては、チタンアルコキシドが用いられ
る。このようなチタンアルコキシドとしては、具体的に
は、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタンn−
プロポキシド、チタンイソプロポキシド、チタンブトキ
シドなどが用いられ、このうちチタンイソプロポキシド
が好ましい。
Furthermore, titanium alkoxide is used as a titanium source. Specifically, such titanium alkoxides include titanium methoxide, titanium ethoxide, titanium n-
Propoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide, etc. are used, and among these, titanium isopropoxide is preferred.

反応原料には、上述したバリウム源とチタン源とに加え
てスズ源もしくはジルコニウム源を加えることが好まし
い。
In addition to the barium source and titanium source described above, it is preferable to add a tin source or a zirconium source to the reaction raw materials.

スズ源としては、スズアルコキシドが用いられる。この
ようなスズアルコキシドとしては、具体的には、スズメ
トキシド、スズエトキシド、スズn−プロポキシド、ス
ズイソプロポキシド、スズブトキシドなどが用いられる
が、このうちスズn−プロポキシドもしくはスズイソプ
ロポキシドが好ましい。
As the tin source, tin alkoxide is used. As such tin alkoxide, specifically, tin methoxide, tin ethoxide, tin n-propoxide, tin isopropoxide, tin butoxide, etc. are used, and among these, tin n-propoxide or tin isopropoxide is preferable. .

ジルコニウム源としては、ジルコニウムアルコキシドが
用いられる。
Zirconium alkoxide is used as the zirconium source.

このようなジルコニウムアルコキシドとしては、具体的
には、ジルコニウムメトキシド、ジルコニウムエトキシ
ド、ジルコニウムn−10ボキシド、ジルコニウムイソ
プロポキシド、ジルコニウムブトキシドなどが用いられ
るが、このうちジルコニウムn−プロポキシドもしくは
ジルコニウムイソプロポキシドが好ましい。
Specific examples of such zirconium alkoxides include zirconium methoxide, zirconium ethoxide, zirconium n-10 boxoxide, zirconium isopropoxide, and zirconium butoxide, among which zirconium n-propoxide or zirconium isopropoxide Propoxide is preferred.

上記のようなアルコキシド類を加水分解するために、水
を反応系に共存させることが必要である。
In order to hydrolyze the above alkoxides, it is necessary to coexist water in the reaction system.

この水としては、後述するように、反応系に添加した水
であってもよく、また場合によっては、空気中の湿気で
あってもよい。
As described below, this water may be water added to the reaction system, or may be moisture in the air, depending on the case.

上記のようなバリウム化合物、チタンアルコキシド、ス
ズアルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドは、
それぞれ下記のような量で用いられる。すなわち、バリ
ウム化合物は、目的とするチタン酸バリウムの組成に対
応するような量で用いられる。またチタンアルコキシド
およびスズアルコキシドもしくはジルコニウムアルコキ
シドは、チタンとスズもしくはジルコニウムとの合計量
がチタン酸バリウムの組成に対応し、しかもチタンアル
コキシドの1〜10モル%がスズアルコキシドもしくは
ジルコニウムアルコキシドで置換されるような量で用い
られる。
The above barium compounds, titanium alkoxides, tin alkoxides or zirconium alkoxides are
Each is used in the following amounts. That is, the barium compound is used in an amount that corresponds to the composition of the target barium titanate. Furthermore, the titanium alkoxide, tin alkoxide, or zirconium alkoxide is such that the total amount of titanium and tin or zirconium corresponds to the composition of barium titanate, and 1 to 10 mol% of the titanium alkoxide is substituted with the tin alkoxide or zirconium alkoxide. used in large quantities.

スズアルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドの
量が、このような範囲で用いられた場合に、本来のチタ
ンバリウムの諸性質を失わせることなく、B a 2 
T j 9020で示される結晶相を有するチタン酸バ
リウムの焼成温度を低くすることができる。
When the amount of tin alkoxide or zirconium alkoxide is used within this range, B a 2 can be obtained without losing the original properties of barium titanium.
The firing temperature of barium titanate having a crystal phase shown by T j 9020 can be lowered.

注−一葺 本発明では、上記のような各成分の反応を、エチレング
リコールモノメチルエーテル溶媒、またはエチレングリ
コールモノメチルエーテルを10容積%以上含むエチレ
ングリコールモノメチルエーテルとアルコールとの混合
溶媒を用いて行なう。この際用いられるアルコールとし
ては、メタノール、エタノール、n−プロパツール、イ
ソプロパツール、n−ブタノール、5ec−ブタノール
、t−ブタノールなどが用いられる。このうちエタノー
ルあるいはイソプロパツールが好ましい。
Note - 1 In the present invention, the reactions of each component as described above are carried out using an ethylene glycol monomethyl ether solvent or a mixed solvent of ethylene glycol monomethyl ether and alcohol containing 10% by volume or more of ethylene glycol monomethyl ether. Examples of the alcohol used at this time include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 5ec-butanol, and t-butanol. Among these, ethanol or isopropanol is preferred.

【夏方韮 酢酸バリウム、水酸化バリウムあるいはバリウムアルコ
キシドのうち少なくとも1種以上のバリウム化合物と、
チタンアルコキシドと、スズアルコキシドもしくはジル
コニアアルコキシドとを、エチレングリコールモノメチ
ルエーテルまたはエチレングリコールモノメチルエーテ
ルを10容積%以上の1で含むエチレングリコールモノ
メチルエーテルとアルコールとの混合溶媒に均一に混合
し、次いで得られた混合物の加水分解を行なってゲル化
させる。
[At least one barium compound selected from barium acetate, barium hydroxide, or barium alkoxide;
Titanium alkoxide and tin alkoxide or zirconia alkoxide are uniformly mixed in ethylene glycol monomethyl ether or a mixed solvent of ethylene glycol monomethyl ether and alcohol containing 10% by volume or more of ethylene glycol monomethyl ether, and then the obtained The mixture is hydrolyzed to form a gel.

上記のような混合物の加水分解は、たとえば、この混合
物を加熱しながら還流させるなどして均一に混合し、次
いでこの系に水を添加することによって行なうことがで
きる。
Hydrolysis of the mixture as described above can be carried out, for example, by uniformly mixing the mixture by heating and refluxing the mixture, and then adding water to the system.

加水分解に必要な水は、前述のように反応系に添加した
水であってもよく、あるいは空気中の湿気を吸収させた
水であってもよい。
The water required for hydrolysis may be water added to the reaction system as described above, or water that has absorbed moisture in the air.

このような水は、チタンとスズもしくはジルコニウムと
の合計モル数の0.001〜4倍量好ましくは0.01
〜4倍重量、特に好ましくは1〜21Δ量であることが
望ましい。
Such water is preferably 0.001 to 4 times the total number of moles of titanium and tin or zirconium.
It is desirable that the amount is ~4 times the weight, particularly preferably 1~21Δ.

水の添加量がチタンとスズもしくはジルコニウムとの合
計量に対して4倍モル量以下であれば、デインピングに
適したゾルが得られるが、4倍モル量を越えると、容易
にゲルへと変化するため好ましくない。
If the amount of water added is less than 4 times the molar amount of the total amount of titanium and tin or zirconium, a sol suitable for deimping can be obtained, but if it exceeds 4 times the molar amount, it easily changes to a gel. It is not desirable because

このようにして得られたゾルは、第1図に示す下部電極
12表面にディッピング等の手段で塗布され、次いで乾
燥および焼成される。乾燥は、通常、得られたゲルを2
5〜70℃に保つことにより行なわれる。
The sol thus obtained is applied to the surface of the lower electrode 12 shown in FIG. 1 by means such as dipping, and then dried and fired. Drying is usually done by drying the obtained gel for 2
This is done by keeping the temperature between 5 and 70°C.

このようにして乾燥されたゲルを、基板2および下部電
極12と共に空気中で800℃以上好ましくは900°
C以上たとえば800〜1300°Cで、30分〜5時
間焼成すると、たとえばBa2T j 9020で示さ
れる結晶相を有するチタン酸バリウムの結晶から成る誘
電体薄膜6aが得られる。
The thus dried gel is heated in air together with the substrate 2 and the lower electrode 12 at a temperature of 800°C or higher, preferably 900°C.
When the dielectric film 6a is fired at a temperature of 800 to 1300°C for 30 minutes to 5 hours, a dielectric thin film 6a made of barium titanate crystals having a crystal phase represented by Ba2T j 9020, for example, is obtained.

この焼成は、酸素条件下で行なってもよいが、空気中で
充分性なうことができる。上記のように反応原料に少量
のスズ源もしくはジルコニウム源を加えた場合には、上
記のようなゲルを空気中で焼成しても、その際の焼成温
度を1100°C以下好ましくは1000℃以下で行な
うことができる。
This calcination may be carried out under oxygen conditions, but it can also be carried out in air. When a small amount of tin source or zirconium source is added to the reaction raw materials as described above, even if the gel as described above is fired in air, the firing temperature at that time must be 1100°C or less, preferably 1000°C or less. It can be done with

なお従来のチタン酸バリウムの製造方法では、酸素中で
焼成しても1150℃以上の焼成温度が必要である。し
たがって、上述したような手段で誘電体薄膜6aを形成
する場合には、焼成温度を従来に比較して低めることが
できるので、焼成時における下部電極12のクラックや
剥離等を有効に防止することができる。
In addition, in the conventional manufacturing method of barium titanate, a firing temperature of 1150° C. or higher is required even when firing in oxygen. Therefore, when forming the dielectric thin film 6a by the above-described method, the firing temperature can be lowered compared to the conventional method, so cracks and peeling of the lower electrode 12 during firing can be effectively prevented. I can do it.

また、たとえ上述した反応原料に少量のスズ源らしくは
ジルコニウム源を加えない場合にあっても、本発明に係
る下部電極12は前述したような構成の積層構造である
ため、従来のチタン酸バリウムの製造方法のように約1
150℃以上の焼成温度で熱処理したとしても、下部電
極12は、熱処理前に比べて面抵抗の変化が少なく、平
坦性も保持され、剥離やクラック等がほとんど発生しな
いことが確認された。
Further, even if a zirconium source is not added to the reaction raw materials as described above, unlike a small amount of a tin source, the lower electrode 12 according to the present invention has a laminated structure as described above, so that the conventional barium titanate Like the manufacturing method of about 1
Even when heat-treated at a firing temperature of 150° C. or higher, the lower electrode 12 showed less change in sheet resistance than before heat treatment, maintained flatness, and was confirmed to have almost no peeling or cracking.

また、BaTi5O11の結晶相を有する誘電体重ff
!A6aも、B a  T I ta O2of)誘T
a体NM ト同様にして、ゾル−ゲル法により、原料組
成を調整し、かつ焼成温度を調整する(たとえば700
〜1000°C)ことによって形成することができる。
In addition, the dielectric weight ff having a crystal phase of BaTi5O11
! A6a is also B a T I ta O2of)
a-body NM In the same manner as above, the raw material composition is adjusted by the sol-gel method, and the firing temperature is adjusted (for example, 700
~1000°C).

なお、本発明では、上述したようなゾル−ゲル法による
誘電体薄膜6aの形成手段に限定されず、Ba  Ti
  OまたはBaTi5O11あるいはこれらの混在相
を少なくとも含む結晶相から成る膜を形成するための公
知の手段が採用され得る。
Note that the present invention is not limited to the method of forming the dielectric thin film 6a by the sol-gel method as described above, and
Known means can be employed to form a film made of a crystalline phase containing at least O, BaTi5O11, or a mixed phase thereof.

また、本発明によれば、Si0層14とcr層16との
間にクロム酸化物(ただし、クロム酸化物中のクロムの
価数は問わない)から成るクロム酸化物層もしくはその
他の酸化膜層を所定厚さで形成するようにしても良い。
Further, according to the present invention, a chromium oxide layer or other oxide film layer consisting of chromium oxide (however, the valence of chromium in the chromium oxide does not matter) is provided between the Si0 layer 14 and the CR layer 16. may be formed to have a predetermined thickness.

九肌△ガ逮 以上説明してきたように、本発明によれば、誘電体薄膜
がBa 2 Tl 9020またはB a T i 5
O11あるいはこれらの混合相から構成されているので
、コンデンサ容量の周波数特性が良好になると共に、そ
の温度依存性も小さくなるという優れた効果を有する。
As explained above, according to the present invention, the dielectric thin film is made of Ba 2 Tl 9020 or Ba Ti 5
Since it is composed of O11 or a mixed phase thereof, it has the excellent effect of improving the frequency characteristics of the capacitor capacitance and reducing its temperature dependence.

また本発明によれば、下部電極を多層補遺とし、基板側
からSiO層とCr層とNi層とpt層とを、この順で
積層させるようにしたので、5inx層がきわめて良好
な密着性を示すと共に、Pt層が良好な耐酸化作用を果
たす等の理由から、比較的高熱の熱処理が施されたとし
ても、表面が酸化して面抵抗が増大することがないと共
に、クラック等が発生せず、かつ電極としての平坦性も
保持され、しかもこの電極が基板から剥離することもな
いという優れた効果を奏する。
Furthermore, according to the present invention, the lower electrode is a multilayer supplement, and the SiO layer, Cr layer, Ni layer, and PT layer are laminated in this order from the substrate side, so that the 5 inch layer has extremely good adhesion. In addition, because the Pt layer has good oxidation resistance, even if heat treatment is performed at a relatively high temperature, the surface will not oxidize and the sheet resistance will not increase, and cracks will not occur. Moreover, the flatness of the electrode is maintained, and the electrode does not peel off from the substrate, which is an excellent effect.

以下、本発明をさらに具体的な実施例に基づき説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be explained based on more specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例 [基板および下部電極〕 市販のシリコンウェーハ(P型、比抵抗10Ω■)を基
板として用い、この表面を酸化させて、Si0層を形成
した。酸化は、赤外線イメージ炉にて酸素を0.2j/
分導入しつつ、1000℃で3時間基板を熱処理するこ
とにより行なった。
Example [Substrate and Lower Electrode] A commercially available silicon wafer (P type, specific resistance 10Ω) was used as a substrate, and its surface was oxidized to form a Si0 layer. Oxidation was carried out using an infrared image furnace with oxygen at 0.2j/
This was carried out by heat treating the substrate at 1000° C. for 3 hours while introducing a heat treatment for 3 hours.

次に、これをトリクレン中にて超音波洗浄した。Next, this was subjected to ultrasonic cleaning in trichlene.

この基板上に、通常の高周波マクネトロンスパッタ法に
て、Cr 、N! 、Pjの順に膜を形成した。条件を
以下に示す。
On this substrate, Cr, N! , Pj were formed in this order. The conditions are shown below.

■クロム11!(Cr層) チャンバー内を1 、0 x 10’torr以下の圧
力に真空排気した後、アルゴンを1.0XIO−3to
rr導入し、次に、メインバルブをしぼって、系内を5
 、 OX 10−3torrとした。ターゲットとし
て99.9%のクロム(Cr)を用い、高周波出力10
0Wでプレスパツタを10分間行なった後、シャッター
を20秒間開けてSiO膜上にクロム膜を形成した。膜
厚は約80人であった。
■Chrome 11! (Cr layer) After evacuating the chamber to a pressure of 1.0 x 10'torr or less, argon was evacuated to 1.0XIO-3 torr.
rr, then squeeze the main valve and let the system cool down to 5
, OX 10-3 torr. Using 99.9% chromium (Cr) as a target, high frequency output 10
After press sputtering was performed for 10 minutes at 0 W, the shutter was opened for 20 seconds to form a chromium film on the SiO film. The film thickness was approximately 80 people.

■二ノゲル膜(Ni層) 次に、ターゲットには99.9%N1を使用し、圧力1
 、 Ox 10−2torr、出力300WでブL/
スパッタを10分間行なった後、シャッターを2分20
秒開けて、N1膜を約300人形成した。
■Ni gel film (Ni layer) Next, use 99.9% N1 as the target and apply pressure 1
, Ox 10-2torr, output 300W
After sputtering for 10 minutes, close the shutter for 2 minutes.
Approximately 300 N1 films were formed after opening for a few seconds.

■白金膜(Pt層) 次に、ターゲットには99,9%の白金を使用し、圧力
5 X 10 ’torr、出力200Wでプレスパツ
タを10分間行なった後、シャッターを6分間開けて、
白金膜を約6000人形成した。
■Platinum film (Pt layer) Next, using 99.9% platinum as the target, press sputtering was performed for 10 minutes at a pressure of 5 x 10'torr and an output of 200W, and then the shutter was opened for 6 minutes.
Approximately 6,000 people formed platinum films.

特に、形成したCr層およびNi層の酸化を防ぐために
、■、■、■工程は連続工程とした。この工程を経て、
シリコンウェーハ基板上にSi0層、Cr層(80人)
、Ni層(300人)、pt層(6000A)がこの順
序で形成された。
In particular, in order to prevent oxidation of the formed Cr layer and Ni layer, steps 1, 2, and 2 were continuous steps. After this process,
Si0 layer and Cr layer on silicon wafer substrate (80 people)
, Ni layer (300 A), and PT layer (6000 A) were formed in this order.

[誘電体薄膜コ チタンイソプロポキシドとバリウムイソプロポキシドと
をTi/Ba(原子比)か4.5になるようにそれぞれ
28.42g、5.68gを秤量し、これらを溶媒とし
てのメトキシエタノール30m1、エタノール80m1
の混合液に加えた。次に得られた混合物を、オイルバス
を用いてバス温150°Cに保って還流させることによ
り均一な溶液をつくった。
[Weighed 28.42 g and 5.68 g of dielectric thin film cotitanium isopropoxide and barium isopropoxide so that the Ti/Ba (atomic ratio) was 4.5, respectively, and added them to methoxyethanol as a solvent. 30ml, ethanol 80ml
was added to the mixture. Next, the obtained mixture was refluxed using an oil bath while maintaining the bath temperature at 150°C to prepare a homogeneous solution.

室温に戻しても、この溶液は容易にはゲル化しない。こ
の均一溶液をディッピング法により上記の電極上に塗布
し、誘電体薄膜を形成した。この薄膜中には有機物が含
まれる。
Even after returning to room temperature, this solution does not readily gel. This homogeneous solution was applied onto the above electrode by a dipping method to form a dielectric thin film. This thin film contains organic matter.

次にこの下部電極および誘電体薄膜をつけたシリコンウ
ェーハを1200°Cで下記の条件で熱処理することに
より誘電体膜中の有機物を飛散させ、かつB a 2 
T j 9020の結晶相を生じさせた。
Next, the silicon wafer with the lower electrode and the dielectric thin film attached thereto was heat treated at 1200°C under the following conditions to scatter the organic matter in the dielectric film and to reduce B a 2
A crystalline phase of T j 9020 was produced.

この1回のディッピング、熱処理の操作で厚さ500人
の誘電体薄膜が形成される。
A dielectric thin film with a thickness of 500 mm is formed by this one-time dipping and heat treatment operation.

この操作を8回繰り返すことで0.4μmの厚さのBa
  Ti90□。の結晶相を有す誘電体薄膜を得た。
By repeating this operation 8 times, a 0.4 μm thick Ba
Ti90□. A dielectric thin film having a crystalline phase of

熱処理条件を次に記す。The heat treatment conditions are described below.

[熱処理条件] 熱処理は赤外線イメージ炉またはボックス類にて行ない
、赤外線イメージ炉では5℃/ secで1200°C
まで昇温した後、30分間その温度を保持し、その後5
°C/ SeCで降温しな、この間、酸素のみ0.2J
/分供給した。この操作を8回繰り返した。ボックス類
では、70℃/時間で1200°Cまで昇温した後、5
時間この温度を保持し、70’C/時間で常温に戻した
。この間酸素のみ0.2j/分供給した。この操作を8
回繰り返しな。
[Heat treatment conditions] Heat treatment is performed in an infrared image furnace or boxes, and in the infrared image furnace, the temperature is 1200°C at 5°C/sec.
After raising the temperature to
Temperature should not be lowered at °C/SeC. During this period, only oxygen should be used at 0.2J
/minute was supplied. This operation was repeated 8 times. For boxes, after raising the temperature to 1200°C at 70°C/hour,
This temperature was maintained for an hour and returned to room temperature at 70'C/hour. During this time, only oxygen was supplied at 0.2J/min. This operation is 8
Repeat several times.

なお、熱処理前後の下部電極の表面抵抗の変化をみるた
めに誘電体薄膜で覆れていない下部電極の部分を一部設
け、この部分の表面抵抗を測定した。その結果、熱処理
前の下部電極の表面抵抗は0.3Ω/口であったものが
、熱処理(イメード炉、ボックス炉)後、ともに0.2
3Ω/口となり、抵抗値の増加がなかった。また、膜中
にクラックが生じたり、変色が生じることもなかった。
In order to observe changes in the surface resistance of the lower electrode before and after heat treatment, a portion of the lower electrode that was not covered with the dielectric thin film was provided, and the surface resistance of this portion was measured. As a result, the surface resistance of the lower electrode before heat treatment was 0.3 Ω/mouth, but after heat treatment (image furnace, box furnace), it was 0.2 for both.
The resistance value was 3Ω/mouth, and there was no increase in resistance value. Furthermore, no cracks or discoloration occurred in the film.

表面平滑性にも優れていた。It also had excellent surface smoothness.

[上部電極] 上記の誘電体膜上にスパッタ法により厚さ2000人の
金薄膜を形成した。
[Upper Electrode] A thin gold film having a thickness of 2000 nm was formed on the above dielectric film by sputtering.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例に係るセラミックコンデンサ
の概略断面図、第2図は従来例に係るセラミックコンデ
ンサの概略図である。 2・・・基板     4,12・・・下部電極6.6
a・・・誘電体薄膜    8・・・上部電極14・5
in2層    16・Cr層18・・・Ni層   
  20・・・pt層代理人  弁理士  鈴 木 蜆
一部
FIG. 1 is a schematic sectional view of a ceramic capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a conventional ceramic capacitor. 2... Substrate 4, 12... Lower electrode 6.6
a... Dielectric thin film 8... Upper electrode 14/5
in2 layer 16・Cr layer 18...Ni layer
20...PT layer agent Patent attorney Kazuo Suzuki

Claims (1)

【特許請求の範囲】  ケイ素基板上に形成された下部電極と上部電極との間
に誘電体薄膜が形成されているセラミックコンデンサに
おいて、 前記誘電体薄膜が、Ba_2Ti_9O_2_0または
BaTi_5O_1_1あるいはこれらの混在相を少な
くとも含み、 前記下部電極が、前記ケイ素基板表面に形成されたケイ
素酸化物層上に、クロム層と、ニッケル層と、白金層と
が、この順序で積層されることにより構成されることを
特徴とするセラミックコンデンサ。
[Claims] A ceramic capacitor in which a dielectric thin film is formed between a lower electrode and an upper electrode formed on a silicon substrate, wherein the dielectric thin film contains at least Ba_2Ti_9O_2_0, BaTi_5O_1_1, or a mixed phase thereof. The lower electrode is configured by laminating a chromium layer, a nickel layer, and a platinum layer in this order on a silicon oxide layer formed on the surface of the silicon substrate. ceramic capacitor.
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