JPS62147718A - 薄膜誘電体材料の製造方法 - Google Patents

薄膜誘電体材料の製造方法

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JPS62147718A
JPS62147718A JP28971985A JP28971985A JPS62147718A JP S62147718 A JPS62147718 A JP S62147718A JP 28971985 A JP28971985 A JP 28971985A JP 28971985 A JP28971985 A JP 28971985A JP S62147718 A JPS62147718 A JP S62147718A
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thin film
dielectric
film
film dielectric
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JP28971985A
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渡辺 康光
岡 和貴
山下 満弘
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Unitika Ltd
Original Assignee
Unitika Ltd
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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、フィルムコンデンサの誘電体として使用する
薄膜誘電体に関するものであり、フィルムコンデンサの
小型・軽量化を目的とする。
(従来の技術) 機器の小型・軽量化志向、高集積回路の採用による電子
回路の高密度化および自動挿入の普及などに伴い、電子
部品に対する小型化の要請がますます強くなってきてい
る。その中にあって、フィルムコンデンサも同様に小型
化へと種々の開発が試みられている。ところで、コンデ
ンサの静電容量は、誘電体の誘電率と電極面積に比例し
、厚さに反比例する。したがって、フィルムコンデンサ
の小型化をはかる場合には、誘電体材料として使用する
フィルムの誘電率を大きく、厚さを薄くすることにより
単位電極面積当たりの静電容量を大きくすることが要求
される。
−iにフィルムコンデンサの誘電体材料としては、ポリ
エチレンテレフタレートポリプロピレン、ポリスチレン
、ポリカーボネートなどからなる高分子フィルムが使用
される。これらの高分子フィルムの厚さは4〜6μmが
6通であるが、近年市場要請により2〜3μmの1〃さ
のポリエチレンテレフタレートのフィルムも製品化され
てはいる。しかしながら、2〜3μmの厚さの薄物フィ
ルムを工業的規模で生産する場合、そのフィルムの薄さ
からくる多(の技術的問題点がででくる。
しわの発生を防止しつつ、厚み精度の高い薄物フィルム
を歩留りよく製造加工生産するには、原料ポリマーの精
製、未延伸フィルムの溶融成型。
加熱延伸などの各工程における最適の製造方法。
製造条件の選択、製造ラインの建屋内雰囲気の防塵管理
、高度の品質管理が必要となる。したがって、薄物フィ
ルムを安価に量産するのは非常に難しく、フィルム厚み
は2μm程度が限界と考えられている。さらに、2〜3
μm厚みの薄物フィルムをMV’s N体としてフィル
ムコンデンサに加工する際1通常はフィルムの両面に電
極を構成するために真空装置内でアルミニウム金属の蒸
着を行い。
いわゆる金属化フィルムとし、帯状に切り出して素子巻
きする加工工程を経るが、フィルムの薄さからくる技術
上の困難度は大きく、生産性の低下をもたらしている。
一方、フィルムコンデンサの誘電体材料として求められ
ている電気特性は、誘電率が高く温度依存性が小さいも
の、誘電正接が小さく電気絶縁耐圧特性に優れたものが
よい。種々の高分子フィルムが開発されてはいるが、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリプロピレンフィルム以
上に電気特性、物理特性、経済性に優れた誘電体材料と
しての有機高分子フィルムはない。高誘電率を有する高
分子フィルム、たとえば最近開発されたポリフッ化ビニ
リデンフィルムは、誘電率が8〜9とポリエチレンテレ
フタレートフィルムの誘電率3.0と比べて3倍近く大
きく、フィルムコンデンサの誘電体材料として有望視さ
れたが。
誘電正接が5%と大きく、致命的な欠点となっている。
(発明が解決しようとする問題点) 以上の現状に鑑みて技術的検討を行った結果。
本発明者らによって特許出願された。その要旨は。
高分子フィルムの片側表面に電極としてアルミニウムな
どの導電性金属を藤着したフィルムを支持体基板とし、
金属蒸着面側に誘電体薄膜を必要に応じて真空装置内に
反応ガスを導入して、0.3〜1.0μm膜厚でRFイ
オンブレーティング法により形成する、二とにより2フ
イルムコンデンサの誘電体材料として非常に優れた電気
特性を有し、経済性のある薄膜誘電体を製造する発明に
関するものである。
ところが、前記発明の7R膜誘電体材料の場合。
薄膜誘電体の膜厚が0.3〜1.0μmという薄膜であ
り、ピンホールや網目状亀裂など電気的弱点部が発生し
易く、電気絶縁抵抗が小さいという問題がある。上部電
極は膜厚が0.05μm程度のアルミニウムの蒸着膜で
あるので1局部的絶縁破壊に際し上部電極が瞬時に周辺
部のみ飛散し、コンデンサとしての機能を保持する自己
回復作用を有しており、この効果を使って薄膜誘電体を
形成した初期の絶縁抵抗の悪さをある程度改良すること
ば可能である。しかしながら、実際のコンデンサ性能と
しては、電圧印加時において直流漏洩電流が大きく、誘
電損失が大きいという欠点を有している。
(問題点を解決するだめの手段) 本発明者らは、前記の薄II!誘電体の欠点を解決する
ために鋭意研究−を進めた結果、真空装置を用いた気相
成長法により形成した薄膜誘電体に熱処理を施すことよ
り、電気絶縁抵抗の大きい、改良された薄膜誘電体を形
成する製造方法を見出した。
すなわち、薄膜誘電体の支持体として使用する高分子フ
ィルムの耐熱温度(試験法ASTM  D759)以下
、たとえばポリエステル150℃、ポリカーボネート1
32℃、ポリスルホン1.77°C,ポリイミド399
℃以下で数十分ないし数時間、薄膜誘電体を熱処理する
ことより、薄膜の微細構造の物理的安定化ならびに化学
量論的に安定な元素組成に至らしめる方法である。熱処
理温度が常温に近い場合は、熱処理効果の発現が非常に
緩慢で実際的ではなく、工業的には耐熱温度より若干低
い温度で熱処理することが望ましい。さらに、薄膜誘電
体の熱処理によるエージング効果、すなわち膜質の物理
的、化学的安定化をより短時間に発現させるためには、
必要に応じて薄膜誘電体の熱処理を行う前にプラズマ酸
化処理または酸処理を行うとよい。真空装置の系内に1
3.56MHzの高周波電界を印加することにより、ア
ルゴンと酸素ガスからなる低温プラズマを発生させたプ
ラズマ空間では、低温でありながら被処理物に対してイ
オン反応、ラジカル反応など種々の物理化学的効果がも
たらされ、薄膜誘電体は活性化され酸化が促進される。
しかしながら9通常数秒から数分の短時間の真空系内に
おける滞留時間のため、薄膜誘電体の内部組織まで完全
に安定化させることは困難であり、このあとに前記の熱
処理によるエージングを施す。また、無機酸あるいは有
機酸の0.01〜3.0重量%からなる水溶液で薄膜誘
電体にコーティング処理、または浸漬処理を施し、薄膜
の酸化を促進させる。酸処理後通常100〜150℃の
温度で乾燥するが、この際未反応の無機酸、有機酸を完
全に蒸発除去する必要があり、このため無機としてはH
NO3,有機酸としてはできるだけ低沸点の化合物が望
ましい。
(作 用) 本発明における薄膜誘電体は、有機高分子フィルムの表
面に電極としてアルミニウムなどの導電性金属を真空蒸
着した金属化フィルムを薄膜誘電体を形成する支持体と
し、真空装置を用いた気相成長法により、金属蒸着面側
に5LTLPb、Zn。
Ta、A1などから選択された金属の酸化物、窒化物、
炭化物、硫化物の少なくとも一種を含む薄膜を真空装置
内に必要に応じて反応性ガスを導入して150℃以下の
雰囲気温度条件下で形成したものである。この薄膜の形
成過徨は、1o−S〜1O−4Torrという真空条件
下に、原子状の金属や金属酸化物などが瞬時に常温に近
い基板である金属化フィルム表面上に沈着したものであ
り、超急冷下に薄膜形成されているので微細構造上は多
数の歪を有しており、化学量論的に安定な組成ではない
こうした物理化学的に不安定な状態にある薄膜に熱処理
によるエージングを施すことにより、微細構造上の歪は
解消できるが、化学量論的に安定な組成比になるには、
空気中での酸素との反応が律速となり、長時間の熱処理
が必要となる。ところが、前述したとおり、低温プラズ
マによる。より大きな酸化反応性、酸水溶液処理による
酸化反応性を応用することにより、容易に短時間での化
学的安定化処理を可能ならしめることが明らかとなった
のである。
(実施例) 以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、こ
れらの実施例によって何ら制限されるものではない。
実施例1 本発明により形成できる薄膜コンデンサのうちで、薄膜
誘電体に熱処理を施した場合について示した。誘電体層
を形成するために用いた蒸発母材は、純度99.99%
の5iOz微粉末(250メソシユ)をプレス成型し、
800’Cで約6時間真空焼結を行いターゲットとした
。ポリエステルフィルムは、アセトン中で超音波洗浄を
行った後、ボンバード処理(流量比; Ar: Ot=
 10 : 3.真空度4 X I O−”Torr)
を行った。
まず、下部電極としてAlをポリエステルフィルム基板
上に真空蒸着を行った。さらにその上に非蒸着部分を形
成するための適当なマスクを行い。
アルゴン対酸素をほぼ同量流し、ペルジャー内の真空度
7 X 10 ”’Torrに保った。電圧2KV、周
波数13.56M1fzの高周波電界100Wで印加し
ながら、電子銃により5iOzターゲツトを加熱蒸発さ
せ、誘電体層であるSiO□薄膜を形成した。この5t
ozFi膜を140℃、3時間大気中で熱処理を行った
その上に上部電極としてAlを真空蒸着した。
得られた薄膜コンデンサは、熱処理をしなかった場合と
比較すると、誘電正接においては10%から1%以下に
1歩留り率においては約50%から約90%以上、絶縁
抵抗においては1桁以上大きく改善された(表1)。よ
って、実施例1の結果は。
薄膜コンデンサにおいて、誘電体層を熱処理することに
より強固な絶縁膜を形成することが、薄膜誘電体の電気
特性の向上にとって非常に大きな効果を有することを証
明するものである。
表1 実施例2 本発明により形成できる薄膜コンデンサのうちで、アル
ゴンと酸素ガスからなる低温プラズマで誘電体層である
SiO□薄膜に酸化処理を施した後熱処理を行った場合
について示した。ただし、プラズマ酸化処理(流量比;
0.:Ar=10:3゜真空度4 X 10−’Tor
r)を2分行った。その結果。
140℃、10分で実施例1と同等のレベルまで誘電正
接2歩留り率が改善されたく表2)。よって。
実施例2の結果は、薄膜コンデンサにおいて、誘電体薄
膜の表面をプラズマ酸化処理することにより熱処理時間
を大きく短縮できることを証明するものである。
実施例3 本発明により形成できる薄膜コンデンサのうちで、誘電
体層であるSiO□薄膜を1%硝酸で酸化処理を施した
後、熱処理を行った場合について示した。その結果、実
施例2の場合と同様に140℃で10分と大きく熱処理
時間が短縮された。また、誘電正接は実施例1と同程度
であるが9歩留り率においては、はぼ100%近いもの
が得られた(表2)。よって、実施例3の結果は、薄膜
コンデンサにおいて、誘電体薄膜の表面を1%硝酸で酸
化処理することにより、実施例2と同様に熱処理時間を
大きく短縮でき、かつ、より強固な安定な膜を形成する
ことが可能であることを証明するものである。
表  2 (発明の効果) 本発明によれば、コンデンサとしての性能を以下のよう
に一挙に向上することが可能となった。
■ 従来の薄膜コンデンサと比較して、絶縁抵抗の大き
い、誘電正接の小さなコンデンサを製造することができ
る。
■ 機械的強度の桁違いの増加が可能となり。
素子巻き時の不良率を大幅に低減できる。
■ プラズマ酸化処理および酸による湿式酸化処理によ
って、熱処理時間を大きく短縮することが可能となる。
つまり、化学量論的かつ物理的に不安定である薄膜誘電
体を熱処理することによって安定なものにし、誘電正接
の減少、絶縁抵抗および歩留りの向上を果たした」さら
に、乾式または湿式によって誘電体層を酸化処理するこ
とによって熱処理時間を大きく短縮することが可能とな
り、製造時のコストの大幅な低減が可能となった。
本発明により製造された薄膜誘電体材料は、従来のフィ
ルムコンデンサの誘電体材料である金属化フィルムに比
べて製造加工工程上の取扱いはほとんど変わらず、コン
デンサ用のまったく新規な優れた薄膜誘電体材料が提供
できる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属化フィルムの導体面上にRFイオンブレーテ
    ィング法により薄膜誘電体を形成し、しかる後金属フィ
    ルムの耐熱温度以下で薄膜誘電体に熱処理を施したこと
    を特徴とする薄膜誘電体材料の製造方法。
  2. (2)前記1項記載の薄膜誘電体に熱処理を施すに際し
    て、前もって酸素ガス、必要に応じてアルゴンガスを導
    入してなる低温プラズマで酸化処理を施すことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の薄膜誘電体材料の製造
    方法。
  3. (3)前記1項記載の薄膜誘電体に熱処理を施すに際し
    て、必要に応じて前もって無機酸または有機酸の水溶液
    でコーティング処理を施すことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の薄膜誘電体材料の製造方法。
JP28971985A 1985-12-23 1985-12-23 薄膜誘電体材料の製造方法 Pending JPS62147718A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012222299A (ja) * 2011-04-13 2012-11-12 Kojima Press Industry Co Ltd フィルムコンデンサ素子及びフィルムコンデンサ並びにフィルムコンデンサ素子の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012222299A (ja) * 2011-04-13 2012-11-12 Kojima Press Industry Co Ltd フィルムコンデンサ素子及びフィルムコンデンサ並びにフィルムコンデンサ素子の製造方法

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