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JP3328055B2 - 積層薄膜コンデンサの製造方法 - Google Patents

積層薄膜コンデンサの製造方法

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JP3328055B2
JP3328055B2 JP05424794A JP5424794A JP3328055B2 JP 3328055 B2 JP3328055 B2 JP 3328055B2 JP 05424794 A JP05424794 A JP 05424794A JP 5424794 A JP5424794 A JP 5424794A JP 3328055 B2 JP3328055 B2 JP 3328055B2
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thin film
film layer
metal electrode
metal
dielectric
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淳 友澤
覚 藤井
映志 藤井
良一 高山
秀雄 鳥井
益三 服部
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、積層薄膜コンデンサの
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にペロブスカイト型結晶構造のチタ
ン酸バリウム(BaTiO3 )は誘電特性に優れ、比抵
抗も高いことからコンデンサ材料として広く利用されて
いる。このBaTiO3 は、分極軸であるc軸方向の比
誘電率よりもa軸方向の比誘電率の方が大きいという特
徴を持っているため、電極表面に対して垂直方向にa軸
方向、すなわち(100)面に優先配向すれば、誘電特
性の良好なコンデンサを作ることができる。また、ペロ
ブスカイト型結晶構造のチタン酸ストロンチウム(Sr
TiO3 )は、約110K以上の温度のにおいては立方
晶であり、かつ常誘電体である。SrTiO3 を主成分
としたセラミックスは、同じ結晶構造のBaTiO3
に比べて比誘電率は低いが、温度特性がよく誘電損失も
少ないといった特徴を有する。また、このSrTiO3
にバリウムなどのシフタを加えてキュリー点をシフトさ
せることにより、常温において常誘電性で高比誘電率の
セラミックスが得られる。このセラミックスは、高周
波、高電圧用コンデンサとして幅広く利用されている。
また、代表的な緩和型強誘電体の一つであるPb(Mg
1/3 ,Nb2/3 )O3 と、BaTiO3 やSrTiO3
と同様のペロブスカイト型結晶構造のチタン酸鉛(Pb
TiO3 )の複合材料であるPb{(Mg1/3 ,Nb
2/31-X TiX }O3 の複合ペロブスカイト構造化合
物は、BaTiO3系強誘電体に比べて、大きな比誘電
率と良好な直流バイアス特性を有する。そのため、この
複合ペロブスカイト構造化合物は、小型大容量積層コン
デンサ等に応用されている。
【0003】一方、電子機器の小型化、高密度実装化に
対応するため、チップコンデンサの小型化、大容量化が
進んでいる。大容量化を達成するには、比誘電率の大き
い誘電体材料を用いることや、誘電体層を薄くして積層
数を増加する方法がある。たとえば、エレクトロニク・
セラミック誌103号(1990年)第57頁から第6
1頁に積層セラミックコンデンサの製造方法が発表され
ている。この文献での積層セラミックコンデンサの製造
における誘電体層と金属電極層の積層方法は以下の通り
である。BaTiO3 等の誘電体材料の粉末を配合、混
合し、乾燥させる。これをスラリ調合して、薄膜状のシ
ートに成形する。このシートにパラジウム等の内部電極
ペーストを印刷し、シートを積み重ねる。この操作を所
定の回数繰り返して、内部電極とシートを順次積み重
ね、積層する。その後、これを目的の大きさに切断し、
セラミックと金属の同時焼成を行うといったものであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記積
層方法では、誘電体層の薄膜化に限界があった。すなわ
ち、誘電体層の出発原料である誘電体材料の粉末は、粒
径が1μm程度であるため、これをスラリ調合し、シー
ト状に成形して焼成し、誘電体層を3μm以下に薄くし
ようとすると、膜厚の均一性や電極間の絶縁性に問題が
発生した。したがって、大容量のチップコンデンサを作
ろうとすると、積層数を増加する必要があった。しかし
ながら、積層数を増加しようとすると、チップのサイズ
が大きくなり、また工程数が増加するため、信頼性等に
問題があった。さらに、積層後に焼成過程が必要で、そ
の焼成温度が誘電体材料によっては約1200℃と高い
ため、電極が白金などの材料に限定される。そのため、
特性の良い積層コンデンサを低温で得る製造方法を見出
すことが求められていた。
【0005】本発明は上記の問題点を解決するもので、
特性の良い積層薄膜コンデンサの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、まず基板上に金属電極薄膜層を真空蒸着法
またはスパッタリング法によってパターン形成する。そ
の上に誘電体薄膜層として、(100)面に優先配向し
たBaTiO3 やSrTiO3 または(Ba1- X ,Sr
X )TiO3 のペロブスカイト型酸化物薄膜や、Pb
{(Mg1/3 ,Nb2/31-X TiX }O3 の複合ペロ
ブスカイト型化合物薄膜を、プラズマの活性さとCVD
反応を利用したプラズマCVD法によって0.05〜3
μmの膜厚で成膜する。この操作を繰り返して、基板上
に金属電極薄膜層と誘電体薄膜層を積層する。これを所
定の大きさに切断し、その切断面に外部電極を真空蒸着
法またはスパッタリング法またはめっき法または塗布焼
付け法によって形成する。このようにして、積層薄膜コ
ンデンサを製造するものである。
【0007】
【作用】上記のように、誘電体薄膜層の成膜にプラズマ
CVD法を用いることにより、金属電極薄膜層上に、膜
厚0.05〜3μmの、緻密で、誘電特性の良好な、a
軸に優先配向した(Ba1-X ,SrX )TiO3 や、P
b{(Mg1/3 ,Nb2/ 31-X TiX }O3 の薄膜
が、バルクの焼成温度や、他の薄膜形成方法(真空蒸着
法、スパッタリング法、熱CVD法)よりも低い温度で
得られる。また、金属電極薄膜層の成膜に真空蒸着法ま
たはスパッタリング法などの薄膜製造法を用いることに
より、膜厚0.01〜0.2μmの緻密な金属電極薄膜
層が得られる。したがって、従来の積層セラミックコン
デンサでのスラリ状のものを積み重ねて焼成する方法よ
りも薄くできるため、誘電体薄膜層1層あたりの容量を
大きくすることができる。また、同じチップ厚みでも積
層数を増やすことができる。よって、単位体積あたりの
静電容量が大きくなり、小型化、大容量化に対応した積
層薄膜コンデンサが製造できる。
【0008】
【実施例】
(実施例1)図1は、本発明の一実施例における積層薄
膜コンデンサの誘電体薄膜層を成膜するために使用する
プラズマCVD装置と、金属電極薄膜層を成膜するため
に使用するスパッタリング装置からなる製造装置を示す
概略図である。
【0009】図1において構成要素として、1は下地基
板、2は基板固定板、3は予備真空室、4は予備加熱
室、5は搬送アーム、6は基板ホルダー、7はランプヒ
ーター、8はゲート、9はスパッタ室、10は基板ホル
ダー、11、12はメタルマスク、13はランプヒータ
ー、14はマスフローコントローラー、15はターゲッ
ト、16は高周波電源(13.56MHz)、17は基
板ホルダー6を回転させるモーター、18はゲート、1
9はプラズマCVD室、20は基板ホルダー、21は搬
送アーム、22はランプヒーター、23は基板ホルダー
20を回転させるモーター、24、26、28、30は
気化容器、25、27、29、31は原料、32、3
3、34、35、36はマスフローコントローラー、3
7は原料ガスおよび反応ガスを供給するノズル、38は
高周波電源(13.56MHz)、39は電極、40は
基板ホルダー10を回転させるモーター、41は予備真
空室である。
【0010】図2は、本発明の一実施例の積層薄膜コン
デンサを示す断面概略図である。図2において42は下
地基板、43、45、47は金属電極薄膜層、44、4
6、48は誘電体薄膜層、49、50は外部電極であ
る。
【0011】図3は、本発明の一実施例の薄膜コンデン
サを示す断面概略図である。図3において、51は下地
基板、52、54は金属電極薄膜層、53は誘電体薄膜
層である。
【0012】この積層薄膜コンデンサの製造方法を以下
に説明する。図1に示すようにアルミナからなる下地基
板1(サイズ50mm×50mm×0.3mm)を取り
付けた基板固定板2を、予備真空室3より、真空に排気
された予備加熱室4内に搬入する。つぎに基板固定板2
を、搬送アーム5によって、基板ホルダー6上に搬送
し、基板ホルダー6を、ランプヒーター7により650
℃まで加熱する。前記加熱後、ゲート8を開き、スパッ
タ室9内の基板ホルダー10上に、基板固定板2を搬送
アーム5によって搬送する。この基板ホルダー10に
は、2種類のメタルマスク11および12が取り付けら
れており、交互に用いることによって、図2のように金
属電極薄膜43,45,47が交互に成膜できる。な
お、このメタルマスク11,12の金属電極パターンの
大きさは6.0mm×1.2mmである。まず始めに、
メタルマスク11上に基板固定板2をおき、下地基板1
とメタルマスク11を完全に密着させる。なお、基板ホ
ルダー10は、あらかじめランプヒーター13により6
50℃まで加熱されている。
【0013】ゲート8を閉じ、スパッタ室9内を1×1
-4Paまで排気した後、マスフローコントローラー1
4によって流量を制御したArをスパッタ室9内に供給
する。スパッタ室9内の真空度を1Paに保ち、Niの
ターゲット15上に、高周波電源(13.56MHz)
16によりプラズマ(電力0.8W/cm2 )を発生さ
せ、下地基板1上にパターニングされたNiの金属電極
薄膜層43を成膜する。このスパッタリングによるNi
の成膜速度は約0.01μm/min.であるので、5
分間成膜を行うことによって、約0.05μmの金属電
極薄膜層43を得る。
【0014】成膜終了後、Arの供給を止め、ゲート8
を開き、基板固定板2を搬送アーム5により再度基板ホ
ルダー6上に搬送する。基板ホルダー6を、モーター1
7によって半回転させ、基板固定板2をゲート18側に
移動する。
【0015】移動後、ゲート18を開き、プラズマCV
D室19内の基板ホルダー20上に、基板固定板2を搬
送アーム21によって搬送する。なお、基板ホルダー2
0は、あらかじめランプヒーター22により650℃ま
で加熱されている。搬送後、ゲート18を閉じ、プラズ
マCVD室19内を1Paまで排気し、基板ホルダー2
0をモーター23によって毎分120回転の速度で回転
させる。あらかじめ、気化容器24に原料25であるバ
リウムジピバロイルメタン〔Ba(C1119 22
を、気化容器26に原料27であるイソプロポキシチタ
ン〔Ti(C37 O)4 〕を、気化容器28に原料3
0であるストロンチウムジピバロイルメタン〔Sr(C
111922 〕を入れ、それぞれ230℃、50℃、
240℃に加熱し保持しておく。気化したBa(C11
1922 の蒸気を、マスフローコントローラー32で
流量を毎分50cm3 に制御したキャリアガスArを気化
容器24内に流し、さらに気化したTi(C37 O)
4 の蒸気を、マスフローコントローラー33で流量を毎
分30cm3 に制御したキャリアガスArを気化容器26
内に流し、さらに気化したSr(C111922 の蒸
気を、マスフローコントローラー34で流量を毎分40
cm3 に制御したキャリアガスArを気化容器28内に流
すことによって、ともにプラズマCVD室19内に供給
する。さらに、マスフローコントローラー36で流量を
毎分50cm3 に制御した反応ガスO2をプラズマCVD
室19内に供給する。なお、これらの原料ガスおよび反
応ガスは、ノズル37によって下地基板2上に供給され
る。プラズマCVD室19内の真空度が一定になった
後、高周波電源(13.56MHz)38により電極3
9と基板ホルダー20の間にプラズマ(電力1.4W/
cm2 )を発生させ、金属電極薄膜層43のついた下地
基板1上の全面に、誘電体薄膜層44を成膜する。この
プラズマCVDによる(Ba1-X ,SrX )TiO3
膜の成膜速度は約0.18μm/min.であるので、
5分間成膜を行うことによって、約0.9μmの誘電体
薄膜層44を得る。
【0016】成膜終了後、原料ガスおよび反応ガスの供
給を止め、ゲート18を開き、基板固定板2を搬送アー
ム21により基板ホルダー6上に搬送する。基板ホルダ
ー6は、モーター17によって半回転し、基板固定板2
をゲート8側に移動させる。移動後、ゲート8を開き、
スパッタ室9内の基板ホルダー10上に、基板固定板2
を搬送アーム5によって搬送する。この際、あらかじめ
モーター40により基板ホルダー10を半回転させてお
き、今度はメタルマスク12上に、基板固定板2をお
き、下地基板1とメタルマスク12を完全に密着させ
る。
【0017】ゲート8を閉じ、スパッタ室9内を1×1
-4Paまで排気した後、マスフローコントローラー1
4によって流量を制御したArをスパッタ室9内に供給
する。スパッタ室9内の真空度を1Paに保ち、Niの
ターゲット15上に、高周波電源(13.56MHz)
16によりプラズマ(電力0.8W/cm2 )を発生さ
せ、誘電体薄膜層44上に始めにパターニングした金属
電極薄膜層43とはずらしてパターニングされたNiの
金属電極薄膜層45を成膜する。これらの操作を14回
繰り返して、金属電極薄膜層と誘電体薄膜層を交互に成
膜し、誘電体薄膜層を13層積層する。
【0018】積層終了後、下地基板1のついた基板固定
板2を、基板ホルダー6上から搬送アーム21により、
予備真空室41に搬送する。予備真空室41内で室温ま
で冷却し、装置外に搬出する。この基板を図2に示すよ
うに、金属電極薄膜層が一層おきに互い違いの側壁に面
するように、3.2mm×1.6mmに切断する。な
お、このときの金属電極薄膜の面積は3.0mm×1.
4mmである。この金属電極薄膜が露出した切断面に、
銀の外部電極49、50を塗布し、焼き付けて内部の金
属電極薄膜層と外部電極の導通をとる。以上のようにし
て作製した積層薄膜コンデンサの容量を測定すると、2
μFであった。
【0019】また図3に示すように、アルミナ基板上に
Niを成膜し、その上に(Ba1-X,SrX )TiO3
の薄膜を一層だけ成膜し、さらにその上に上部電極とし
てNiを成膜した試料を作製した。この薄膜コンデンサ
の電極52、54間で電気特性を測定した。誘電特性
は、LCRメーターにより1kHz、室温で測定する
と、比誘電率が4500、誘電損失が0.7%、絶縁抵
抗は109 Ω・cm以上であった。また、この試料でX
線回折および反射高速電子線回折(RHEED)による
分析を行ったところ、(100)面に優先配向したペロ
ブスカイト型結晶構造であることがわかった。BaTi
3 では、a軸の比誘電率の方がc軸のそれよりも大き
いので、このために(Ba1-X ,SrX )TiO3 の比
誘電率が大きくなったものと考えられる。また、X線マ
イクロアナライザーにより膜組成を分析した結果、膜組
成は(Ba0.5 Sr0.5 )TiO3 であった。
【0020】以上のような工程で、各原料の気化温度、
基板温度を変えて、様々な組成の積層薄膜コンデンサを
作製した。これら積層薄膜コンデンサの組成および電気
特性を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】この結果より、各原料の気化温度を変える
ことによって、BaとSrの組成比を変えることができ
ることがわかる。したがって、求める誘電特性の積層薄
膜コンデンサが、薄膜の組成制御を行うことによって製
造することができる。また、基板温度を変えた場合、5
50℃〜750℃の範囲では、良好な誘電特性を持つ積
層薄膜コンデンサが得られたが、550℃以下または7
50℃以上になると、誘電特性が劣化した。したがっ
て、この(Ba1-X ,SrX )TiO3 を誘電体薄膜層
に用いた積層薄膜コンデンサの好ましい成膜温度範囲は
550℃〜750℃である。また、積層薄膜コンデンサ
と、従来の方法で作製した積層焼結コンデンサとを比較
すると、より少ない積層数で、同じ容量のコンデンサを
得ることができる。また、同じ積層数では、より大容量
のコンデンサを得ることができる。これは、プラズマC
VD法で誘電体薄膜層の作製を行うことによって、従来
の焼結法で誘電体薄膜層の作製を行うよりも、薄くて緻
密な膜が得られるためである。
【0023】次に、上記実施例の原料を用いて、誘電体
薄膜層や金属電極薄膜層の成膜時間を変えて、それぞれ
の薄膜層の厚みを変えたり、また積層数を変えた積層薄
膜コンデンサを作製し、その電気特性を測定した。これ
ら積層薄膜コンデンサの薄膜層厚さ、積層数および電気
特性を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】この結果より、誘電体薄膜層が0.05μ
mより薄くなると、十分な容量が得られないことがわか
る。また、3μmよりも厚い場合は、特性は得られるも
のの、薄膜コンデンサとしての優位性が失われる。した
がって、誘電体薄膜層の膜厚の好ましい範囲は0.05
μm〜3μmである。また、金属電極薄膜層が0.01
μmよりも薄くなると、導電性に問題があり、所定の容
量が得られなかった。また、0.2μmよりも厚くなる
と、積層数が増加するにつれて中央部と端部の段差が激
しくなり、クラックが発生し、やはり導電性が損なわれ
た。したがって、金属電極薄膜層の膜厚の好ましい範囲
は0.01μm〜0.2μmである。
【0026】なお、上記実施例では、Ba、Ti、Sr
の原料としてBa(C11192 2 、Ti(C37
O)4 、Sr(C111922 を用いたが、本発明の
製造方法ではこの原料に限定されることなく、原料とし
てβ−ジケトン金属錯体または金属アルコキシドを用い
れば、(100)面に優先配向した、ペロブスカイト型
結晶構造の(Ba1-X ,SrX )TiO3 の薄膜を得る
ことができる。さらに、上記実施例では、反応ガスとし
てO2 を用いたが、本発明の製造方法ではこの反応ガス
に限定されることなく、反応ガスとしてN2 OやH2
を用いた場合でも、同様に(100)面に優先配向した
ペロブスカイト型結晶構造の(Ba1-X,SrX )Ti
3 の薄膜を得ることができる。そこで、原料にBa
(C111922 、Sr(C111922 、Ti
(C37 O)4 、Ti(C1119 22 (C37
O)2 、Ti(C5724 を、反応ガスにO2
2 O、H2 Oを用いて、同じプラズマCVD装置で同
様の工程で製造した積層薄膜コンデンサの成膜条件およ
び電気特性を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】この結果より、原料にβ−ジケトン金属錯
体または金属アルコキシドを用いて、反応ガスにO2
2 O、H2 Oを用いれば、(100)面に優先配向し
た、同等の誘電特性をもつ誘電体薄膜層が得られること
を確認した。
【0029】また、上記実施例では、金属電極薄膜層に
スパッタリング法で成膜したNiを用いたが、本発明の
製造方法ではこの成膜方法や金属電極薄膜層に限定され
ることなく、成膜方法に真空蒸着法を用いた場合や、金
属電極薄膜層にNi以外の金属、たとえばパラジウム、
パラジウム/銀合金、白金、銅等を用いた場合でも、同
等の特性を持つ積層薄膜コンデンサの製造が可能である
ことを確認した。
【0030】また、上記実施例では、外部電極に銀を用
いてその形成方法に塗布焼き付け法を用いたが、本発明
の製造方法ではこの外部電極やその形成方法に限定され
ることなく、外部電極の形成に銀以外の金属を用いた場
合や、塗布焼付け法以外に真空蒸着法またはスパッタリ
ング法またはめっき法を用いた場合でも、同等の特性を
持つ積層薄膜コンデンサの製造が可能であることを確認
した。 (実施例2)本実施例の製造装置の構成、積層薄膜コン
デンサの構成は実施例1と全く同じであるので、その図
面は共用し、構成の説明は省略する。この積層薄膜コン
デンサの製造方法を以下に示す。
【0031】基板の種類、搬送方法、金属電極薄膜層の
成膜方法および積層方法、積層後の外部電極製造方法な
どは、実施例1と全く同じ方法であるので省略する。金
属電極薄膜層43を成膜後の誘電体薄膜層44の成膜方
法を以下に説明する。
【0032】プラズマCVD室19内の基板ホルダー2
0上に、基板固定板2を搬送アーム21によって搬送す
る。なお、基板ホルダー20は、あらかじめランプヒー
ター22により680℃まで加熱されている。搬送後、
ゲート18を閉じ、プラズマCVD室19内を1Paま
で排気し、基板ホルダー20をモーター23によって毎
分120回転の速度で回転させる。あらかじめ、気化容
器24に原料25である鉛ジピバロイルメタン〔Pb
(C111922 〕を、気化容器26に原料27であ
るイソプロポキシチタン〔Ti(C37 O)4 〕を、
気化容器28に原料29であるマグネシウムアセチルア
セトナート〔Mg(C5722 ・H 2 O〕を、気
化容器30に原料31であるペンタエトキシニオブ〔N
b(OC255 〕を入れ、それぞれ145℃、50
℃、220℃、60℃に加熱し保持しておく。気化した
Pb(C111922 の蒸気を、マスフローコントロ
ーラー32で流量を毎分35cm3 に制御したキャリアガ
スArを気化容器24内に流すことによって、さらに気
化したTi(C37 O)4 の蒸気を、マスフローコン
トローラー33で流量を毎分20cm3 に制御したキャリ
アガスArを気化容器26内に流すことによって、さら
に気化したMg(C5722 ・H2 Oの蒸気を、
マスフローコントローラー34で流量を毎分30cm3
制御したキャリアガスArを気化容器28内に流すこと
によって、さらに気化したNb(OC255 の蒸気
を、マスフローコントローラー35で流量を毎分15cm
3 に制御したキャリアガスArを気化容器30内に流す
ことによって、ともにプラズマCVD室19内に供給す
る。さらに、マスフローコントローラー36で流量を毎
分100cm3 に制御した反応ガスO2 をプラズマCVD
室19内に供給する。なお、これらの原料ガスおよび反
応ガスは、ノズル37によって下地基板2上に供給され
る。プラズマCVD室19内の真空度が一定になった
後、高周波電源(13.56MHz)38により電極3
9と基板ホルダー20の間にプラズマ(電力1.4W/
cm2 )を発生させ、金属電極薄膜層43のついた下地
基板1上の全面に、誘電体薄膜層44を成膜する。この
プラズマCVDによるPb{(Mg1/3,Nb2/31-X
TiX }O3 の成膜速度は約0.15μm/min.
であるので、4分間成膜を行うことによって、約0.6
μmの誘電体薄膜層44を得ることができた。以下、実
施例1と同様にして、誘電体薄膜層を14層積層し、積
層薄膜コンデンサの製造を行った。以上のようにして作
製した積層薄膜コンデンサの容量を測定すると、7μF
であった。
【0033】また誘電体薄膜層の分析用に、図3に示す
ように、アルミナ基板上にNiを成膜し、その上にPb
{(Mg1/3 ,Nb2/31-X TiX }O3 の薄膜を一
層だけ成膜し、さらにその上に上部電極としてNiを成
膜した試料を作製した。この薄膜コンデンサの電極5
2、54間で電気特性を測定した。誘電特性は、LCR
メーターにより1kHz、室温で測定すると、比誘電率
が9800、誘電損失が0.8%であった。絶縁抵抗は
109 Ω・cm以上であった。また、この試料でX線回
折による分析を行ったところ、ペロブスカイト型結晶構
造であることがわかった。また、X線マイクロアナライ
ザーにより膜組成を分析した結果、膜組成はPb{(M
1/3 Nb2/30.7 Ti0.3 }O3 であった。
【0034】以上のような工程で、各原料の気化温度、
基板温度を変えて、様々な組成の積層薄膜コンデンサを
作製した。これら積層薄膜コンデンサの組成および電気
特性を表4に示す。
【0035】
【表4】
【0036】この結果より、各原料の気化温度を変える
ことによって、Pb、Mg、Nb、Tiの組成比を変え
ることができることがわかる。したがって、求める誘電
特性の積層薄膜コンデンサが、薄膜の組成制御を行うこ
とによって製造することができる。また、基板温度を変
えた場合、450℃〜750℃の範囲では、良好な誘電
特性を持つ積層薄膜コンデンサが得られたが、450℃
以下または750℃以上になると、誘電特性が劣化し
た。したがって、このPb{(Mg1/3 ,Nb2/ 3
1-X TiX }O3 を誘電体薄膜層に用いた積層薄膜コン
デンサの好ましい成膜温度範囲は450℃〜750℃で
ある。また、積層薄膜コンデンサと、従来の方法で作製
した積層焼結コンデンサとを比較すると、より少ない積
層数で、同じ容量のコンデンサを得ることができる。ま
た、同じ積層数では、より大容量のコンデンサを得るこ
とができる。これは、プラズマCVD法で誘電体薄膜層
の作製を行うことによって、従来の焼結法で誘電体薄膜
層の作製を行うよりも、薄くて緻密な膜が得られるため
である。
【0037】次に、上記実施例の原料を用いて、誘電体
薄膜層や金属電極薄膜層の成膜時間を変えて、それぞれ
の薄膜層の厚みを変えたり、また積層数を変えた積層薄
膜コンデンサを作製し、その電気特性を測定した。これ
ら積層薄膜コンデンサの薄膜層厚さ、積層数および電気
特性を表5に示す。
【0038】
【表5】
【0039】この結果より、誘電体薄膜層が0.05μ
mより薄くなると、十分な容量が得られないことがわか
る。また、3μmよりも厚い場合は、特性は得られるも
のの、薄膜コンデンサとしての優位性が失われる。した
がって、誘電体薄膜層の膜厚の好ましい範囲は0.05
μm〜3μmである。また、金属電極薄膜層が0.01
μmよりも薄くなると導電性に問題があり、所定の容量
が得られなかった。また、0.2μmよりも厚くなる
と、積層数が増加するにつれて中央部と端部の段差が激
しくなり、クラックが発生し、やはり導電性が損なわれ
た。したがって、金属電極薄膜層の膜厚の好ましい範囲
は0.01μm〜0.2μmである。
【0040】なお、上記実施例では、Pb、Ti、M
g、Nbの原料としてPb(C111922 、Ti
(C37 O)4 、Mg(C5722 ・H2 O、
Nb(OC255 を用いたが、本発明の製造方法で
はこの原料に限定されることなく、原料としてβ−ジケ
トン金属錯体または金属アルコキシドを用いれば、ペロ
ブスカイト型結晶構造のPb{(Mg1/3 ,Nb2/3
1-X TiX }O3 の薄膜を得ることができる。さらに、
上記実施例では、反応ガスとしてO2 を用いたが、本発
明の製造方法ではこの反応ガスに限定されることなく、
反応ガスとしてN2OやH2 Oを用いた場合でも、ペロ
ブスカイト型結晶構造のPb{(Mg1/3 ,Nb2/3
1-X TiX }O3 の薄膜を得ることができる。そこで、
原料にPb(C111922 、Pb(C254
Ti(C37 O)4 、Ti(C11 1922 (C3
7 O)2 、Mg(C5722 ・H2 O、Mg
(C7 15COO)2 、Nb(OC255 、Nb
(C111922 ・Cl3 を、反応ガスにO2 、N2
O、H2 Oを用いて、同じプラズマCVD装置で同様の
工程で製造した積層薄膜コンデンサの、成膜条件および
電気特性を表6に示す。
【0041】
【表6】
【0042】この結果より、原料にβ−ジケトン金属錯
体または金属アルコキシドを用いて、反応ガスにO2
2 O、H2 Oを用いれば、同等の誘電特性が得られる
ことを確認した。
【0043】また、上記実施例では、金属電極薄膜層に
スパッタリング法で成膜したNiを用いたが、本発明の
製造方法ではこの成膜方法や金属電極薄膜層に限定され
ることなく、成膜方法に真空蒸着法を用いた場合や、金
属電極薄膜層にNi以外の金属、例えばパラジウム、パ
ラジウム/銀合金、白金、銅等を用いた場合でも、同等
の特性を持つ積層薄膜コンデンサの製造が可能であるこ
とを確認した。
【0044】また、上記実施例では、外部電極に銀を用
いて、その形成方法に塗布焼き付け法を用いたが、本発
明の製造方法ではこの外部電極やその形成方法に限定さ
れることなく、外部電極の形成に銀以外の金属を用いた
場合や、塗布焼付け法以外に真空蒸着法またはスパッタ
リング法またはめっき法を用いた場合でも、同等の特性
を持つ積層薄膜コンデンサの製造が可能ることを確認し
た。
【0045】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
誘電体薄膜層の成膜にプラズマCVD法を用いることに
より、金属電極薄膜層上に、膜厚0.05〜3μmの緻
密で誘電特性の良好な、a軸に優先配向した(Ba
1-X ,SrX )TiO3 や、Pb{(Mg1/3 ,Nb
2/31-X TiX }O3 の薄膜が、バルクの焼成温度
や、他の薄膜形成方法(真空蒸着法、スパッタリング
法、熱CVD法)よりも低い温度で得られる。また、金
属電極薄膜層の成膜に真空蒸着法またはスパッタリング
法などの薄膜製造法を用いることにより、膜厚0.01
〜0.2μmの緻密な金属電極薄膜層が得られる。した
がって、従来の積層セラミックコンデンサでのスラリ状
のものを積み重ねて焼成する方法よりも薄くできるた
め、誘電体薄膜層1層あたりの容量を大きくすることが
できる。また、同じチップ厚みでも積層数を増やすこと
ができる。よって、単位体積あたりの静電容量が大きく
なり、小型化、大容量化に対応した積層薄膜コンデンサ
が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の積層薄膜コンデンサの誘電
体薄膜層を成膜するために使用するプラズマCVD装置
と、金属電極薄膜層を成膜するために使用するスパッタ
リング装置からなる製造装置の概略図
【図2】本発明の一実施例の積層薄膜コンデンサの断面
概略図
【図3】本発明の一実施例の薄膜コンデンサを示す断面
概略図
【符号の説明】
42 下地基板 43 金属電極薄膜層 44 誘電体薄膜層 45 金属電極薄膜層 46 誘電体薄膜層 47 金属電極薄膜層 48 誘電体薄膜層 49 外部電極 50 外部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 映志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 高山 良一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 鳥井 秀雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 服部 益三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−121313(JP,A) 特開 平4−51407(JP,A) 特開 平3−80562(JP,A) 特開 平2−197108(JP,A) 特開 平2−157123(JP,A) 特開 昭61−136995(JP,A) 特開 平4−282810(JP,A) 特開 平5−258988(JP,A)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に真空蒸着法またはスパッタリン
    グ法によりパターン形成した金属電極薄膜層を作製し、
    前記金属電極薄膜層表面に対して垂直方向に(100)
    面に優先配向した正方晶ペロブスカイト構造の(Ba
    1-X,SrX)TiO3(X=0〜1.0)の誘電体薄膜
    層を、β−ジケトン金属錯体または金属アルコキシドの
    金属化合物原料の蒸気と反応ガスとの混合ガスを用いた
    プラズマCVD法により作製し、前記金属電極薄膜層の
    作製と誘電体薄膜層の作製を交互に繰り返すことにより
    金属電極薄膜層と誘電体薄膜層を積層し、前記パターン
    形成した金属電極薄膜層が1層おきに互い違いの側壁に
    面するように切断した後、その切断面に外部電極を真空
    蒸着法またはスパッタリング法またはめっき法または塗
    布焼付け法により形成することを特徴とする積層薄膜コ
    ンデンサの製造方法。
  2. 【請求項2】 (Ba1-X,SrX)TiO3(X=0〜
    1.0)をプラズマCVD法によって製造するのに用い
    る基板の温度範囲が550℃〜750℃であることを特
    徴とする請求項1記載の積層薄膜コンデンサの製造方
    法。
  3. 【請求項3】 (Ba1-X,SrX)TiO3(X=0〜
    1.0)の膜厚が、0.05μm〜3μmであることを
    特徴とする請求項1記載の積層薄膜コンデンサの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 基板上に真空蒸着法またはスパッタリン
    グ法によりパターン形成した金属電極薄膜層を作製し、
    前記金属電極薄膜層上に複合ペロブスカイト型化合物の
    Pb{(Mg1/3,Nb2/31-XTiX}O3(X=0〜
    1.0)の誘電体薄膜層を、β−ジケトン金属錯体また
    は金属アルコキシドの金属化合物原料の蒸気と反応ガス
    との混合ガスを用いたプラズマCVD法により作製し、
    前記金属電極薄膜層の作製と誘電体薄膜層の作製を交互
    に繰り返すことにより金属電極薄膜層と誘電体薄膜層を
    積層し、前記パターン形成した金属電極薄膜層が1層お
    きに互い違いの側壁に面するように切断した後、その切
    断面に外部電極を真空蒸着法またはスパッタリング法ま
    たはめっき法または塗布焼付け法により形成することを
    特徴とする積層薄膜コンデンサの製造方法。
  5. 【請求項5】 Pb{(Mg1/3,Nb2/31-XTiX
    3(X=0〜1.0)の複合ペロブスカイト型化合物
    をプラズマCVD法によって製造するのに用いる基板の
    温度範囲が450℃〜750℃であることを特徴とする
    請求項4記載の積層薄膜コンデンサの製造方法。
  6. 【請求項6】 Pb{(Mg1/3,Nb2/31-XTiX
    3(X=0〜1.0)の複合ペロブスカイト型化合物
    の膜厚が、0.05μm〜3μmであることを特徴とす
    る請求項4記載の積層薄膜コンデンサの製造方法。
  7. 【請求項7】 誘電体薄膜層の成膜に用いる反応ガスと
    して、酸素またはN2OまたはH2Oを用いることを特徴
    とする請求項1または請求項4記載の積層薄膜コンデン
    サの製造方法。
  8. 【請求項8】 金属電極薄膜層のパターン形成にメタル
    マスクを用い、一層毎にメタルマスクをずらすことによ
    って金属電極薄膜層が一層おきに互い違いの位置になる
    ように成膜することを特徴とする請求項1または請求項
    4記載の積層薄膜コンデンサの製造方法。
  9. 【請求項9】 金属電極薄膜層の膜厚が0.01μm〜
    0.2μmであることを特徴とする請求項1または請求
    項4記載の積層薄膜コンデンサの製造方法。
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