JPH031515A

JPH031515A - 薄膜コンデンサの製造方法

Info

Publication number: JPH031515A
Application number: JP1134902A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Eda; 江田　和生; Tetsuji Miwa; 哲司三輪; Yutaka Taguchi; 豊田口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1991-01-08
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0831399B2

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（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く、数千オングストロームから数μ
ｍの凹凸があるのがごく普通であり、鏡面研磨したもの
でも数百から数千オングストロームの凹凸が存在する。

ところで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、特開昭６３−２
６３７１０号公報に記載のように、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、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、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。このような構成とすることにより、薄膜コン
デ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はと良く
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。

発明が解決しようとする課題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、かつ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Ｓ　Ｉ　Ｈａ
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チタン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酸化チタン膜に変化させ
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Ｓ　ｉ　Ｈａと酸素を反応
させて、第２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チタンになる溶液状物質
を塗布し、熱処理によって前記塗布膜を酸化チタン膜に
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ＳｉＨ４と酸素を
反応させて、第２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、本発明の一実施例の製造方法について、図面を参
照しながら説明する。

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製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ＳｉＨ４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
成した酸化チタン膜、６は化学気相成長法により形成し
た第２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（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６３５８ｍ１クロム層２が１００人、金３が３０００
人、第１酸化珪素膜４が５０００人、酸化チタン膜５が
２０００人、第２酸化珪素膜６が５０００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、
クロム層２．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．金層３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する。次に化学気相
成長法によりＳｉＨ，と酸素と基板上で反応させて、第
１酸化珪素膜を堆積させる。つぎにテトラブチルチタネ
ートを有機溶剤に溶融させた溶液を塗布する。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、テトラブチルチタネートが酸化チタンに
変化し、酸化チタン膜５が形成される。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　Ｉ　Ｈ４）と酸素を基板上で反応させるこ
とにより、第２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
化珪素膜および酸化チタン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および金層８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。

テトラブチルチタネートの有機溶剤としては、酢酸ブチ
ルやメタノールなどのアルコール類が適していた。

また基板には９９％以上の高純度アルミナを鏡面研磨し
たものを用いた。

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ＳｉＨ４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チタン膜、６は化学気相成製法に
より形成した第２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
である。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損失特性に優
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チタン膜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。誘電率は酸化珪素膜が約４、酸化チタン膜が約
３０である。したがってコンデンサとしての容量は、酸
化珪素膜に酸化チタン膜が直列に接続された値となる。

酸化チタン膜の誘電率は酸化珪素膜の誘電率よりも大き
いので、全体を酸化珪素膜で形成した場合よりも大きい
値が得られ、同じ容量であれば面積を小さくすることが
でき実用上より好ましい。また誘電体損失特性にはこれ
ら薄膜の抵抗値が関与し、塗布型酸化チタン膜の抵抗値
は比較的低いが、本実施例の構成とすることにより、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
入る構造となり、この膜の抵抗値が非常に高いため全体
としての抵抗値は非常に高いものとなるので、その結果
コンデンサとして見た場合、誘電体損失が極めて少ない
ものとなり、やはりコンデンサとして実用上杆ましい。

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。

耐電圧不良の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
布熱処理だけで酸化チタン膜を形成したもの（比較例１
）、化学気相成長法のみで酸化珪素膜を形成したもの（
比較例２）、塗布熱処理により酸化チタン膜を０．６μ
ｍ形成しさらに化学気相成長法により酸化珪素膜を０．
６μｍ形成して積層したもの（比較例３）の特性比較を
行った。膜厚はいずれも全体で１．２μｍ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厚みがほぼ同じに
なるように設定した。面積が６００×６００μＭ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℃１
１時間とした。その結果を表に示す。

誘電体損失は１ＭＨｚ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ＤＣ２０■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い膜は得られ
ず、またテトラブチルチタネートから無機の酸化チタン
に変化させる方法では、格子欠陥の少ない２酸化チタン
を主体とする酸化チタン膜は得られず、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
布熱処理膜よりもっと良いが、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。

以上述べた如く、本発明の方法によれば、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性の値を用いた
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、酸化珪素膜および酸化チタン膜の厚
みとして特性の値を用いたが、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、テトラブチ
ルチタネートを用いたが、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、塗布後チタン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’Ｃとした
が、３５０〜６５０’Ｃの温度範囲でほぼ同様の効果が
得られた。　　３５０℃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ほ
ど向上せず、６５０’Ｃ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ば明らかである。しか
し、本発明例は、とくに単結晶やガラスなどのように表
面欠陥のほとんどない基板だけではなく、多結晶焼結体
のように表面欠陥の多い基板の上にも歩留り良（、薄膜
コンデンサを形成できることに特に実用上の価値がある
ものである。

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酸化チ
タン膜と、化学気相成長法による第２酸化珪素膜からな
る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図は本発明の一実施例の構造図、第２図は本発明の
他の実施例の構造図、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・旧・・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チタン膜、６・
・・・・・化学気相成長法により形成した処理した酸化
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／−− ２，７−ｍ− ３，８−・− ４−・− ５−・アルミナＣフミックＸ仮クロム層金　　　層ｇ：ｍｐ式徊成也送に；り形成しａ９！Ｌｍ＋、、２ｒ＋（ｍｕ！ＩＡｕ塗千熱処璃万式
ｌごよソわ成した＃ｌｉにチタン庸

Claims

【特許請求の範囲】

（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チタンに
なる溶液状物質を塗布し、熱処理によって前記塗布膜を
酸化チタン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Ｓ
ｉＨ＿４と酸素を反応させて、第２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）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）熱処理によって酸化チタンになる溶液状物質とし
て、テトラブチルチタネートを溶剤に溶かした物を用い
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。
（４）基板に多結晶焼結体を用い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。
（５）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、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
酸化チタンになる溶液状物質を塗布し、熱処理によって
前記塗布膜を酸化チタン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＿４と酸素を反応させて、第２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。
（６）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。
（７）熱処理によって酸化チタンになる溶液状物質とし
て、テトラブチルチタネートを溶剤に溶かした物を用い
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。
（８）基板に多結晶焼結体を用い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。