JPS5950085B2 - 積層薄膜固体電解コンデンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積効率の優れたモノリシック回路に組込み可
能な積層薄膜固体電解コンデンサに関するものである。

一般に薄膜固体電解コンデンサは、第１図に示すように
スパッタリング、蒸着などによりガラスあるいはセラミ
ック基板１上に形成したタンタルアルミニウム、チタン
、ジルコニウム、ハフニウムのような弁作用を有する金
属またはそれらの合金あるいはシリコン、ゲルマニウム
のような金属の薄膜２の表面に誘電体酸化物薄膜３を生
成し、その上に熱分解、電解、化学析出、スパッタリン
グなどの方法で半導体的性質を有する金属の酸化物より
なる固体電解質層４を生成させ、さらに金、アルミニウ
ムなどを蒸着して対向電極５を生成させて構成されてい
る。

このようなコンデンサの容量Ｃは次式により算出される
。

ここでεは誘電率、Ｓは表面積、ｌは厚さである。

この式から明らかなように、コンデンサの容量は誘電体
の面積が大きいほど大きくなる。

このため、ＩＣ用超小形コンデンサとしては、焼結型タ
ンタルチップコンデンサ、積層セラミックチップコンデ
ンサが用いられてきた。

このようなコンデンサに比較して、タンタル、アルミニ
ウム、チタンなどの薄膜固体電解コンデンサはその容量
が表面積Ｓに支配され、容積効率から考えて遠く及ばな
いものであった。

このようなことが、薄膜固体電解コンデンサが焼結およ
び積層セラミックチップコンデンサに太刀打ちできない
致命的な原因となっていた。

しかしながら、これら焼結型、セラミック積層チップコ
ンデンサにしても、その容積はＩＣ回路に比較すると非
常に大きなものとなり、従来ではＩＣ外付けとして用い
られている。

このような現状を考えると、モノリシックＩＣ回路内に
組込め、かつ容量容積効率の高い薄膜固体電解コンデン
サの開発が強く要求されることになる。

しかじなが゛ら、第１図に示した従来の薄膜固体電解コ
ンデンサの容量Ｃは誘電体酸化物薄膜３の誘電率ε、膜
厚ｌ、面積Ｓに支配され、膜厚ｌを薄くすれば容量は大
きくなるが、素子の耐圧を考えた場合、第１化成電圧／
使用定格電圧＝３が最高であり、膜厚は使用定格電圧に
支配されてしまう。

このようなことから、容量を大きくするためには、面積
Ｓを大きくするより対策がなかった。

しかし、従来の構成では、大きくするにも限度があり、
上述の要求に応じられないといった欠点をもつものであ
った。

本発明は以上のような従来の欠点を除去するものである
。

以下、本発明を一実施例の図面、第２図〜第６図により
説明する。

まず、第２図、第３図において、６はガラス、セラミッ
クなどの基板であり、この基板６上には弁作用金属薄膜
７を形成し、その上に誘電体酸化物層８を形成し、その
上に固体電解質層９を形成し、さらにその上に誘電体酸
化物層１０を形成し、さらにその上に弁作用金属薄膜１
１を形成して積層型としたものである。

この構成の積層薄膜固体電解コンデンサの製造工程につ
いて第４図により説明する。

なお、ここでは弁作用金属としてタンタルを用いた場合
について説明する。

まず、第４図Ａに示すように、ガラス、あるいはセラミ
ック基板６上にスパッタリング、蒸着によりタンタル薄
膜７を形成する。

このタンタル薄膜７をリン酸、シュウ酸などの溶液を用
いて陽極化成し、第４図Ｂに示すように誘電体酸化物層
であるＴａ２０５８を生成する。

さらに、熱分解、電解、化学析出、スパッタリングなど
によって第４図Ｃに示すようにＭｎＯ２などの固体電解
質９を生成させる。

そして、第４図りに示すように固体電解質層９上にスパ
ッタリングあるいは蒸着によりタンタル薄膜１１を生成
させる。

このようにしてタンタル薄膜１１を＋、固体電解質層９
を−にして適当な電圧を印加し、固体電解質層９とタン
タル薄膜１１の界面でタンタルの固体陽極化成を行って
、第４図Ｅに示すように誘電体酸化物層であるＴａ２０
５１０を生成させる。

たたし、この時、高湿度下で行うと、陽極化成の電流効
率が高い。

第５図にスパッタリングによるタンタル薄膜１１の二酸
化マンガン（ＭｎＯ２）９による固体陽極化成の挙動を
示す。

この図面から明らかなように２〜３時間で生成されたＴ
ａ２０５１０の漏れ電流は一定値に近づいている。

なお、生成されたＴａ２０５の容量とＴａ２０５の生成
が１７Ａ／Ｖで行なわれることから計算すると、固体陽
極化成の電流効率は〜０．０１％である。

ただし、第６図で示すように高温雰囲気中で化成を行う
と電流効率は若干上昇する。

そして、このようにして生成したＴａ２０５１１は湿式
のものより多少ｔａｎδが高くなるがコンデンサとして
は充分に成立する。

以上のように構成された積層薄膜固体電解コンデンサは
、第２図に示すように弁作用金属薄膜７と１１を正極、
固体電離質層９を負極にすれば、固体電解コンデンサの
誘電体酸化物層８，１０の面積Ｓが２倍になったことに
なり、このコンデンサの容量Ｃは となり、従来のコンデンサの２倍の容量とすることがで
きる。

次に本発明の一実施例を示す。

コーニング７０５９ガラス基板６の上にスパッタリング
により１μ厚のタンタル薄膜７を生成させ、この上に０
．０５％クエン酸溶液を用いて室温で３０分、５０Ｖの
陽極化成皮膜８を形成し、その後、反応性スパッタリン
グにより厚さ３０００〜１００００人のＭｎ０２９を生
成し、さらにその上に１μ厚のタンタル薄膜１１をスパ
ッタリングによって生成させ、その後、タンタル薄膜１
１を正に、ＭｎＯ２９を負に保ち、５０Ｖの電圧を印加
して定電圧化成を２時間行った。

ただし、この化成は湿度８０％で行った。

この化成により、タンタル薄膜１１とＭｎＯ２９の界面
にＴａ２０５１０が生成する。

そして最後にリード付けを行って特性測定した結果を従
来例（第１図のもの）と比較して下表に示す。

以上のように本発明の積層薄膜固体電解コンデンサは従
来の２倍の容量を得ることができ、しかも下地に必要な
基板の面積は従来と同じであり、二次元的構造をもつ薄
膜コンデンサであるにもかかわらず容量の容積効率の非
常に大きなものとなり、モノリシック回路に組込みも可
能となり、工業的価値の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜固体電解コンデンサを示す断面図、
第２図は本発明の積層固体電解コンデンサの一実施例を
示す断面図、第３図は同斜視図、第４図Ａ−Ｅは同コン
デンサの製造工程を示す断面図、第５図は同コンデンサ
の固体陽極化成の挙動を示す電流一時間特性図、第６図
は同固体陽極化成時の湿度に対する特性図である。 ６・・・・・・基板、７・・・・・・弁作用金属薄膜、
８・・・・・・誘電体酸化物層、９・・・・・・固体電
解質層、１０・・・・・・誘電体酸化物層、１１・・・
・・・弁作用金属薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板上に形成されかつ上面に誘電体酸化物層を形成
   した第１の弁作用金属薄膜と、この弁作用金属薄膜の誘
   電体酸化物層上に形成した固体電解質層と、この固体電
   解質層上に形成されかつ固体電解質層と接するように誘
   電体酸化物層を形成した第２の弁作用金属薄膜とにより
   積層体を構成し、前記第１、第２の弁作用金属薄膜を接
   続して正極とし、前記固体電解質層を負極としたことを
   特徴とした積層薄膜固体電解コンデンサ。