JPH02222513A - セラミックコンデンサ - 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】 発明の技術分野 本発明は、コンデンサ容量の温度依存性が小さく、しか
も剥離やクラック等のない誘電体薄膜を有する耐久性に
優れたセラミックコンデンサに関する。

発明の技術的背景ならびにその問題点 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。

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が、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。

たとえば、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の表面に誘電体薄膜６をゾル−ゲル法で形成す
る場合、誘電体薄膜形成用ゾルを下部電極４の表面に塗
布して乾燥および焼成することになるが、−回で塗布で
きる厚さが薄いため、所定の膜厚の誘電体薄膜６を得る
ために、ゾル塗布工程と乾燥および焼成工程とを複数回
繰返して行なっている。

しかしながら、従来構造のセラミックコンデンサでは、
このように焼成工程を複数回繰返すと、積層を重ねるに
つれて誘電体薄膜にクラックが生じる虞があった。誘電
体薄膜にクラックが生じると、得られるセラミックコン
デンサの耐電圧性が低下したり、電極間のショートの原
因になる虞があった。

発明の目的 本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり
、高温の熱処理によっても剥離やクラック等が発生せず
、電極との密着性に優れた誘電体薄膜を有し、コンデン
サ容量の温度依存性が小さな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。

発明の概要 このような目的を達成するために、本発明は、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、 前記下部電極と誘電体薄膜との間に、膜厚が５０〜１０
００人のニッケル層を介在してあることを特徴としてい
る。

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
、下部電極と誘電体薄膜との間に、所定膜厚のニッケル
層を介在させであるため、誘電体薄膜を成膜するに際し
て繰返し高温で熱処理したとしても、誘電体薄膜に剥離
やクラック等がほとんど発生しなくなると共に、下部電
極との密着性も良くなる。このため、得られるセラミッ
クコンデンサの特性が安定化し、コンデンサ容量の温度
依存性も小さくなる。

発明の詳細な説明 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。

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。

第１図に示すセラミックコンデンサ３ｏは、誘電体薄膜
６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表面にケイ素酸化物層１４を介して下部電極１
２、ニッケル層２０．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。

基板２は、誘電体薄膜６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、たとえば表面
がケイ素で構成された部材が用いられ、具体的には、シ
リコンウェーハ等が用いられる。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。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。

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。

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
。

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、たとえば基板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、ｒｓｉ　ｏ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、白金から
成る白金層（以下、ｒＰｔ層」と称す）１８とが、この
順序で積層されることにより構成されている。

Ｓ１０層１４は、下部電極１２と基板２との緩衝層であ
り、基板との下部電極との接触を防ぎ、反応を防止する
役割を有しているが、このｓｌ。

層１４の厚さは、基板と下部電極との反応を防止すると
いう点から１００Å以上が良く、好ましくは１００〜５
０００人、さら１こ好ましくは５００〜１０００人であ
る。また、０１層１６の厚さは、５０〜１０００人、好
ましくは５０〜５ｏｏ人である。０１層１６は、８１０
層とｐｔとの密着層であり、Ｃｒ層の厚さが上記範囲内
にあると誘電体膜を熱処理する際にも、コンデンサーの
特性が低下しないという利点がある。

さらに、ｐｔ層１８の厚さは、１０００Å以上が好まし
く、さらに好ましくは５０００〜２００００人である。

ｐｔ層１８の厚さが上記範囲にあると誘電損失が増大せ
ず、コンデンサーの特性が低下しないという利点を有す
る。各層１４゜１６．１８の厚さを上述のような範囲に
することによって、電極１２の平坦性が保持され、電極
１２におけるクラックや剥離等を防止することができる
。

本発明では、このような下部電極１２におけるｐｔ層１
８上に、ニッケルから成るニッケル層（以下、Ｎｉ層と
称す）２０を形成しである。

本発明においては８１層２０の膜厚は、５０〜１０００
人、好ましくは５０〜５００人であることが必要である
。。８１層２０の膜厚があまりに薄いと、その上に積層
される誘電体薄膜６のクラック防止の効果が薄れるので
好ましくない。また、８１層２０の膜厚があまりに厚い
と、たとえば誘電率の温度係数が増大し、コンデンサ特
性を変えてしまうため好ましくない。

電極１２および８１層２０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。

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、酸素又は酸素含有ガス（
例えば空気）雰囲気下で基板２を１０００〜１２００℃
の温度で３０〜１２０分間熱処理し、基板２の表面にケ
イ素酸化物（価数は問わないが、例えば主としてＳ　ｉ
　Ｏ２がら成っているものが挙げられる。））から成る
８１０層１４を形成する。この８１０層１４は、スパッ
タ法、蒸着法等の手段でも形成することは可能である。

次に、このＳ１０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により、所定厚さのＣｒ層１
６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、系内の酸素を追出した後、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。また原料としてＣｒを用い、不活
性雰囲気下で蒸着法によって成膜してもよい。以下、同
様にして、ｐｔ層１８およびＮ１層１２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する場
合には、Ｃｒ層１６とｐｔ層１８と８１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
．２０の酸化を防止するためである。

第１図に示す実施例では、このような方法で形成された
８１層２０の表面に誘導体薄Ｈ６を形成し、この誘電体
薄膜６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。

誘電体薄膜６としては、チタン酸バリウム、酸化アルミ
ニウム、酸化タンタル、チタン酸鉛、酸化ジルコニウム
寺チタン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム等の
誘電体薄膜が用いられ得る。

とが好ましい。このような誘電体薄膜６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。

誘電体薄膜の厚さは、その材質によっても異なるが、１
０００人〜５０μｍであることが好ましい。

上部電極８としては、Ａｇ、、Ｃｕ５Ａｕｓ　Ａｇ。

ｐｔ等の従来公知の電極が用いられ得る。この上部電極
８を誘電体薄膜６表面に形成するための手段としては、
スパッタ法、蒸着法、メツキ法あるいはペーストのコー
ティング等が用いられる。上部電極８の厚さは、１００
０λ〜１．０μｍであることが好ましい。

なお、本発明によれば、下部電極１２と基板２との積層
構造は、上述したような８１０層、Ｃｒ層およびｐｔ層
の三層構造に限らず、他の酸化物層および金属層から成
る層状構造であっても良いし、金属層単体であっても良
い。

発明の詳細 な説明してきたように、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、下部電極と誘電体薄膜との間
に、所定膜厚のニッケル層を介在させであるため、誘電
体薄膜を成膜するに際して繰返し高温で熱処理したとし
ても、誘電体薄膜に剥離やクラック等がほとんど発生し
なくなると共に、下部電極との密着性も良くなる。この
ため、得られるセラミックコンデンサの特性が安定化し
、コンデンサ容量の温度依存性も小さくなる。

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。

実施例 ［基板、下部電極およびＮｉ層］ 市販のシリコンウェーハ（Ｐ型、比抵抗１０ΩｃＩ１１
）を基板として用い、この表面を酸化させて、８１０層
を形成した。酸化は、赤外線イメージ炉にて酸素を０．
２１７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。

次に、これをトリクレン中にて超音波洗浄した。

この基板上に、通常の高周波マグネトロンスパッタ法に
て、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｎｉの順に膜を形成した。条件を以下
に示す。

■クロム膜（Ｃｒ層） チャンバー内を１゜ＯＸ　１０−５ｔｏｒｒ以下の圧力
に真空排気した後、アルゴンを１．０Ｘ１０−８ｔｏｒ
ｒ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（Ｃ「）を用い、高周波出力１００
Ｗ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１５０人であった。

■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　１０−３ｔｏｒｒ、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。

■ニッケル膜（Ｎ１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でプレスパ
ツタを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２００人形成した。

特に、形成したＣｒ層およびＮ１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３１０層、Ｃｒ層（１５０人
）、ｐｔ層（６０００人）、Ｎｉ層（２００人）がこの
順序で形成された。

［誘電体薄膜］ 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）が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℃に保って還流させることにより
均一な溶液をつくった。

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。

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１０００℃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Ｂａ　Ｔ１９０
２ｏの結晶相を生じさせた。

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。

この操作を８回繰り返すことで０．４μｍの厚さのＢａ
２Ｔ１９０２ｏの結晶相を有す誘電体薄膜を得た。

熱処理条件を次に記す。

［熱処理条件］ 熱処理は赤外線イメージ炉またはボックス炉にて行ない
、赤外線イメージ炉では５℃／ｓｅａで１０００℃まで
昇温した後、３０分間その温度を保持し、その後５℃／
ｓｅｅで降温した。この間、酸素のみ０．Ｓ！／分供給
した。この操作を８回繰り返した。ボックス炉では、７
０℃／時間で９５０℃まで昇温した後、５時間この温度
を保持し、７０℃／時間で常温に戻した。この間酸素の
み０．２ｆｌ１分供給した。この操作を８回繰り返した
。

なお、熱処理を繰返して誘電体薄膜を観察したところ、
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。

［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、セラミックコンデンサーを得た。

比較例１ 実施例１においてＮｉ層がない以外は実施例と同様のセ
ラミックコンデンサーと作製したがこのコンデンサーは
大きなりラックが発生した。

【図面の簡単な説明】

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 ６．６ａ・・・誘電体薄膜 １４・・・ｓｔｏ□層 １８・・・ｐｔ層 ４゜ １２・・・下部電極 ８・・・上部電極 １６・・・Ｃｒ層 ２０・・・Ｎｉ層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　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、 前記下部電極と誘電体薄膜との間に、膜厚が５０〜１０
   ００Åのニッケル層を介在してあることを特徴とするセ
   ラミックコンデンサ。