JPH02260622A - 薄膜コンデンサの製造方法 - 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 本発明の耐電圧不良の歩留りおよび誘電体損失特性に優
れた薄膜コンデンサの製造方法に関するものである。

従来の技術 従来の薄膜コンデンサの代表的構造を第３図に示す、１
はアルミナセラミック基板、２は真空蒸着により形成し
た薄いクロムからなる金属層、３は同じく真空蒸着によ
り形成した金からなる金属層、６は化学気相成長法によ
り形成した酸化珪素膜、７は真空蒸着により形成した薄
いクロムからなる金属層、８は同じく真空蒸着により形
成した金からなる金属層である。

この構造の代表的製造方法は、セラミック基板の上に、
電極を真空蒸着などによって形成し、その上に化学気相
成長（ＣＶＤ）法などの方法によって酸化珪素などの誘
電体薄膜を堆積し、その上にやはり真空蒸着などの方法
によって、電極を形成するというものである。

しかし、従来例のこのような単純な製法に基づくもので
は、第３図にみられるように、基板に用いるセラミック
表面の凹凸が、そのままその上に形成される電極、誘電
体膜に反映される。セラミック基板の表面は、単結晶と
異なり空孔が避は難（、数千オングストロームから数μ
ｍの凹凸があるのがご（普通であり、鏡面研摩したもの
でも数百から数千オングストロームの凹凸が存在する。

ところが薄膜コンデンサの場合には、誘電体膜の厚みが
数千オングストロームから数μｍであり、この厚みに対
して、セラミック基板表面の凹凸は均一性に大きな影響
を与える。なかでも耐電圧特性に大きな影響を与える。

このような欠点を解消する方法として、特許公開公報昭
６３−２６３７１０に記載するように、塗布熱処理型酸
化珪素膜を積層する方法が報告されている。第４図はそ
の代表的構造図を示したもので、第４図において、■は
アルミナセラミック基板、２は真空蒸着により形成した
薄いクロムからなる金属層、３は同じく真空蒸着により
形成した金からなる金属層、５は塗布熱処理方式により
形成した酸化珪素膜、６は化学気相成長法により形成し
た酸化珪素膜、７は真空蒸着により形成した薄いクロム
からなる金属層、８は同じく真空蒸着により形成した金
からなる金属層である。第５図はその断面の拡大図で、
番号の付は方とそれに対応する物の名前は、第４図と全
く同じである。

ンサとしての耐電圧は向上する。しかし塗布熱処理方式
で作成した誘電体膜の誘電体損失特性はそれほど良（な
い。また化学気相成長で作成した酸化珪素膜の誘電体損
失特性もそれほど良くない。

そのため全体としての誘電体損失特性もそれほど良くな
い。また耐電圧不良についても歩留りの観点からみると
、もっと良いものが望まれている。

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、耐電圧不良の
歩留りに優れ、かづ誘電体損失特性にも優れた薄膜コン
デンサの製造方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するため、基板上に下電極を形
成した後、その上に化学気相成長法によりＳｉＨ４と酸
素を反応させて、第１酸化硅素膜を堆積し、その上に熱
処理によって酸化珪素になる溶液状物質を塗布し、熱処
理によって前記塗布膜を第２酸化珪素膜に変化させると
ともに前記第１酸化珪素膜にも熱処理を加えた後、その
上に化学気相成長法によりＳ　ｉＨ４と酸素を反応させ
て、第３酸化珪素膜を堆積し、その上に上電極を形成す
るか、または第１酸化珪素膜を堆積後、ホトリソグラフ
ィーとエツチングにより前記下電極と最後に形成する上
電極との重なり部のみを他の部分よりも厚くした後、そ
の上に熱処理によって酸化珪素になる溶液状物質を塗布
し、熱処理によって前記塗布膜を第２酸化珪素膜に変化
させるととも前記第１酸化珪素膜にも熱処理を加えた後
、その上に化学気相成長法によりＳｉＨ，と酸素を反応
させて、第３酸化珪素膜を堆積し、その上に上電極を形
成することによって、耐電圧不良の歩留りと誘電体損失
特性の両方に優れた薄膜コンデンサを提供するものであ
る。

作用 本発明は上記した製造方法により、薄膜コンデンサの耐
電圧不良の歩留りおよび誘電体損失特性が改善される。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を用いて、、詳細
に説明する。

実施例１ 第１図は本発明の薄膜コンデンサをアルミナ基板に集積
化して形成する場合の構造の一実施例を示したものであ
る。第１図において、１はアルミナセラミック基板、２
は真空蒸着により形成した薄いクロムからなる金属層、
３は同じく真空蒸着により形成した金からなる金属層、
４は化学気相成長法により５Ｓ）Ｉ、と酸素を反応させ
て堆積した第１酸化珪素膜、５は塗布熱処理方式により
形成した第２酸化珪素膜、６は化学気相成長法により形
成した酸化珪素膜、７は真空蒸着により形成した薄いク
ロムからなる金属層、８は同じく真空蒸着により形成し
た金からなる金属層である。

各層の厚みは、本実施例ではアルミナセラミック基板１
が６３５μｍ、クロム層２が１００人、金３が３０００
人、第１酸化珪素膜４が５０００人。

第２酸化珪素膜５が２０００人、第３酸化珪素膜６が５
０００人、クロム層６が１００人、金層７が３０００人
である。

次に本実施例の素子の製造方法について述べる。

まずアルミナセラミック基板１の上に真空蒸着により、
クロムＮ２−金層３を所定の厚みに形成する。これらの
金属層は薄いため基板に凹凸があると、それをそのまま
なぞった形で形成される。クロム層２．金ＦＪ３は薄膜
コンデンサの下側電極として働く。次に通常のホトリソ
グラフィー法によリホトレジストマスクを形成し、この
ホトレジストマスクによって、必要部分以外のクロムお
よび金層を湿式エツチングにより除去する。次に化学気
相成長法によりＳｉＨ，と酸素を基板上で反応させて、
第１酸化珪素膜を堆積させる。つぎにアルキルシラノー
ル（Ｒ３ｉ　　（ＯＨ）９　；Ｒはアルキル基）をアル
コールに熔かした溶液を塗布する。

これは溶液状であるため、下地をなぞる形で形成された
下側電極および第１酸化珪素膜に、大きいくぼみがあっ
てもそこを埋めて全体を平坦化する。

膜５を塗布により形成後、これと第１酸化珪素膜を３５
０〜６５０°Ｃの空気中で熱処理することによって、溶
媒が除去され、アルキルシラノールが珪素酸化物に変化
し、第２酸化珪素［５が形成される。この酸化珪素膜は
、化学結合の乱れたＳｉＯが何重にも多重に接続された
もので、一般に（−３ｉＯ−）ｎと表すことができ広い
意味では酸化珪素ということができる。この時第１酸化
珪素膜も同時に熱処理される。次に化学気相成長により
シラン（Ｓ　ｔ　Ｈ４）と酸素を基板上で反応させるこ
とにより、第３酸化珪素膜６を形成する。

次に通常のホトリソグラフィー法によりホトレジストマ
スクを形成し、このホトレジストマスクによって、必要
部分以外の酸化珪素膜を湿式エツチングにより除去、次
に真空蒸着によりクロム層７および金Ｎ８を形成、通常
のホトリソグラフィー法によりホトレジストマスクを形
成し、このホトレジストマスクによって、必要部分以外
のクロムおよび金層を湿式エツチングにより除去、上部
電極を形成する。

実施例２ 第２図は本発明の第２の実施例の構造を示したものであ
る。第２図において、１はアルミナセラミック基板、２
は真空蒸着により形成した薄いクロムからなる金属層、
３は同じく真空蒸着により形成した金からなる金属層、
４は化学気相成長法によりＳ　ｉＨ４と酸素を反応させ
て堆積した第１酸化珪素膜で下電極と上電極のかさなり
部分は他の部分よりも厚くなっている。５は塗布熱処理
方式により形成した酸化珪素膜、６は化学気相成長法に
より形成した酸化珪素膜、７は真空蒸着により形成した
薄いクロムからなる金属層、８は同じく真空蒸着により
形成した金からなる金属層である。

製造方法は第１酸化珪素膜形成後にホトリソグラフィー
とエツチング工程を導入する点を除いて実施例１と同様
であＡゆ本実施例では第１酸化珪素膜形成後通常のホト
リソグラフィー技術を用いて下電極と上電極の重なる部
分にあたる第１酸化珪素膜の厚みを厚くしておく。例え
ば本実施例では第１酸化珪素膜の厚みを１．５μｍとし
、ホトリソグラフィーとエツチングにより、下電極と上
電極の重なる部分にあたる第１酸化珪素膜の厚みは１．
５μｍそのままとし、それ以外の部分の厚みを５０００
人となるようにする。以後の工程は実施例１と同様であ
る。

本実施例の構造とすることにより、基板表面に多少の凹
凸があっても、耐電圧不良の歩留りに優れ、かつ第１酸
化珪素膜を熱処理していることから誘電体を賢夫特性に
優れた薄膜コンデンサが得られる。

本実施例の構造の薄膜コンデンサの容量は、塗布熱処理
方式により形成した酸化珪素膜５と化学気相成長法によ
り形成した酸化珪素膜４および６の直列接続したものと
なる。誘電率はいずれもほぼ同じで、４である。したが
って容量は、これら誘電体層全体の厚みで決定される。

また誘電体１員失特性にはこれら薄膜の抵抗値が関与す
るが、本実施例では、熱処理を行った化学気相成長法に
よる酸化珪素膜が直列に入る構造となっており、この膜
の抵抗値が非常に高いため全体としての誘電体損失が極
めて少ないものとなっている。

また実施例２では上電極と下電極のかさなり部分の酸化
珪素膜の厚みを他の部分よりも大幅に厚くしているため
、耐圧不良が大幅に減る。

耐電圧不良＠歩留りおよび誘電体損失特性を比較するた
め、実施例１および２で得られた薄膜コンデンサと、塗
布熱処理だけで形成したもの（比較例１）、化学気相成
長法のみで形成したもの（比較例２）、塗布熱処理およ
び化学気相成長法で形成した膜を積層したもの（比較例
３）の特性比較を行った。膜厚はいずれも全体で１．２
μｍと同じになるように設定した。比較例３では、塗布
熱処理および化学気相成長法で形成した膜をそれぞれの
あつみがほぼ同じになるように設定した。

面積が６００Ｘ６００μポの正方形となるＭＩＭ構造の
薄膜コンデンサで特性比較を行った。この時実施例１お
よび２の熱処理温度は５００°Ｃ１１時間とした。その
結果を第１表に示す。

（以　下　余　白） 第１表 誘電体損失はＩＭＨｚの値を示す、耐電圧不良の歩留り
は、１００個の薄膜コンデンサを形成しＤＣ２０Ｖを印
加して良品であったコンデンサの数を％表示したもので
ある。実施例１の方法は他の３つの比較例よりも耐電圧
不良の歩留りおよび誘電体損失特性が大幅に向上してい
る。さらに実施例２の構造とすることにより、耐電圧不
良の歩留りがさらに大幅に向上しているのがわかる。

誘電体層全体を塗布、熱処理方式で形成すると、耐電圧
特性は良好なものが得られるが、この方式では溶液状に
して塗布するため、本質的に緻密で密度の高％ｚ膜は得
られず、また有機シリコン（アルキルシラノール）から
無機の酸化珪素に変化させる方法では、格子欠陥の少な
い２酸化珪素を主体とする酸化珪素膜は得られず、その
ため誘電体損失（ｔａｎδ）の大きいものしか得られな
い。

誘電体損失（ｔａｎδ）の増加はコンデンサとして好ま
しくないことは明らかである。これに対して、化学気相
成長法により形成した酸化珪素膜は２酸化珪素を主体と
する格子欠陥の少ない多結晶体からなるため、誘電体損
失は塗布熱処理膜よりも良いが、基板表面の形に忠実に
堆積されるため、基板の凹凸の平坦化には寄与せず、前
述した如く耐電圧不良の歩留りの優れたものが得られな
い。

また化学気相成長法により形成した酸化珪素膜は空気中
３５０〜６５０　℃で熱処理することにより誘電体損失
特性が著しく向上する。熱処理時間としては３０分から
３時間程度が適当である。

以上述べた如（、本発明は方法によれば、他の特性を損
なうことなく、耐電圧不良の歩留りを大幅に向上させか
つ誘電体損失特性を改善することができる。

本実施例では、電極としてクロムおよび金を用いたが、
これは単なるコンデンサの対向電極を形成するものであ
り、この材料に限る必要のないことは明らかである。

また本実施例では、電極の厚みとして特定の値を用いた
が、電極は電極として有効に動作するだけの厚みがあれ
ばよいことは明らかである。

また本実施例では、酸化珪素膜の厚みとして特定の値を
用いたが、所定の静電容量を得られる厚みにすれば良い
のであり、特定の値に限られるものではない。

また本実施例では塗布熱処理用物質として、アルキルシ
ラノールを用いたが、本発明の意図するところは、溶液
状にして塗布することにより表面の凹凸を平坦化するこ
とにあり、したがってこの材料に限られるものではなく
、塗布後珪素酸化物に変化させられるものであれば何を
用いても良いことは明らかである。

表１の実施例では熱処理温度として、５００　℃とした
が、３５０〜６５０℃の温度範囲でほぼ同様の効果が得
られた。３５０°Ｃより温度が低いと化学気相成長法で
形成した第１酸化珪素膜の誘電体損失特性がそれ体と向
上せず、また６５０℃より高いと、下地電極が損傷を受
けるなどの問題があった。

また本実施例では基板としてアルミナセラミックを用い
たが、他のセラミック、単結晶、金属などの基板を用い
ても、表面の凹凸の低減効果は同様に得られ、それによ
り耐電圧特性の向上の図れることは明らかである。

発明の効果 以上述べた如く、本発明は、熱処理をした化学気相成長
法による第１酸化珪素膜と、塗布型熱処理による第２酸
化珪素膜と、化学気相成長法による第３酸化珪素膜を３
層積層構造とすることによって、薄膜コンデンサの耐電
圧不良の歩留りを向上させるとともに、誘電体損失特性
をも向上させるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構造の一実施例を示す構造図、第２図
は本発明の他の一実施例の構造図、第３図〜第５図は従
来例の構造図である。 １・・・・・・アルミナセラミック基板、２・・・・・
・クロム層、３・・・・・・金層、４・・・・・・化学
気相成長法により形成し熱処理した酸化珪素膜、５・・
・・・・塗布熱処理方式により形成した酸化珪素膜、６
・・・・・・化学気相成長法により形成した酸化珪素膜
、７・・・・・・クロム層、８・・・・・・金層。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名１・−アル
ミナセラミック基板 ２、７−°−グロＡ屑 ３．８−・・金属 ４−・−化字気謂Ａる９矢也；よす形成し考へ処理しな
酸化夏り莱膜 ６・−プ喪乍−μｉ里方式１；より彰り戊しに醗化逢量
膜 蘂 ２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上に下電極を形成した後、その上に化学気相
   成長法によりＳｉＨ＿４と酸素を反応させて、第１酸化
   珪素膜を堆積し、その上に熱処理によって酸化珪素にな
   る溶液状物質を塗布し、熱処理によって前記塗布膜を第
   ２酸化珪素膜に変化させるとともに前記第１酸化珪素膜
   にも熱処理を加えた後、その上に化学気相成長法により
   ＳｉＨ＿４と酸素を反応させて、第３酸化珪素膜を堆積
   し、その上に上電極を形成したことを特徴とする薄膜コ
   ンデンサの製造方法。
2. （２）熱処理温度として、３５０℃〜６５０℃としたこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の薄膜コンデンサの製
   造方法。
3. （３）基板上に下電極を形成した後、その上に化学気相
   成長法によりＳｉＨ＿４は酸素を反応させて、第１酸化
   珪素膜を堆積し、ホトリソグラフィーとエッチングによ
   り前記下電極と最後に形成する上電極との重なり部のみ
   を他の部分よりも厚くした後、その上に熱処理によって
   酸化珪素になる溶液状物質を塗布し、熱処理によって前
   記塗布膜を第２酸化珪素膜に変化させるとともに前記第
   １酸化珪素膜にも熱処理を加えた後、その上に化学気相
   成長法によりＳｉＨ＿４と酸素を反応させて、第３酸化
   珪素膜を堆積し、その上に上電極を形成したことを特徴
   とする薄膜コンデンサの製造方法。
4. （４）熱処理温度として、３５０℃〜６５０℃としたこ
   とを特徴とする請求項（３）記載の薄膜コンデンサの製
   造方法。