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JPH05326315A - 薄膜コンデンサおよびその製造装置 - Google Patents

薄膜コンデンサおよびその製造装置

Info

Publication number
JPH05326315A
JPH05326315A JP4132733A JP13273392A JPH05326315A JP H05326315 A JPH05326315 A JP H05326315A JP 4132733 A JP4132733 A JP 4132733A JP 13273392 A JP13273392 A JP 13273392A JP H05326315 A JPH05326315 A JP H05326315A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
substance
source
dielectric
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4132733A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoichi Murayama
洋一 村山
Kunihiro Kashiwagi
邦宏 柏木
泰彦 ▲吉▼田
Yasuhiko Yoshida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ITOCHU FINE CHEM KK
Original Assignee
ITOCHU FINE CHEM KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ITOCHU FINE CHEM KK filed Critical ITOCHU FINE CHEM KK
Priority to JP4132733A priority Critical patent/JPH05326315A/ja
Priority to US07/900,372 priority patent/US5258886A/en
Publication of JPH05326315A publication Critical patent/JPH05326315A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/002—Details
    • H01G4/018—Dielectrics
    • H01G4/20—Dielectrics using combinations of dielectrics from more than one of groups H01G4/02 - H01G4/06
    • H01G4/206—Dielectrics using combinations of dielectrics from more than one of groups H01G4/02 - H01G4/06 inorganic and synthetic material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/43—Electric condenser making
    • Y10T29/435—Solid dielectric type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対の電極と、これらに挟まれた誘電体薄膜
からなる薄膜コンデンサに関し、その誘電体薄膜にピン
ホールを生じさせることなく所望の誘電率が容易に得ら
れ、かつ、電極との密着性をも向上させることを目的と
する。 【構成】 誘電体薄膜を、無機誘電体物質を物質源とす
るイオンプレーティングの結果生成した領域（３１）
と、領域（３１）に合体せしめられる補助物質よりなる
領域（３２）とを複合してなる複合誘電体薄膜（３３）
により形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
【０００２】
【従来の技術】本発明は薄膜コンデンサおよびその製造
装置に関する。コンデンサの形式としては現在、紙コン
デンサ、電解コンデンサ、マイカコンデンサ、磁器コン
デンサ、プラスチックフィルムコンデンサ等、きわめて
多種の形式のものがそれぞれの用途に応じて使い分けさ
れている。この中で、プラスチックフィルムコンデンサ
は、コンデンサの小形軽量化という目的には最も適して
いる。
【０００３】この薄膜コンデンサを構成する誘電体とし
ては上記のプラスチックフィルム（例えばポリエチレ
ン、ポリカーボネートや、ポリイミド、ポリテレフタレ
ート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰ
Ｓ）を含む高機能プラスチックフィルム等の有機誘電材
料）が一般的であり、シリコンの酸化物に代表される、
高い耐電圧を示す無機誘電材料を誘電体とする薄膜コン
デンサは余り実用化されていない。
【０００４】
【従来の技術】シリコンの酸化物に代表される無機誘電
材料を薄膜状に形成する技術としてはイオンプレーティ
ング例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n)法が最も優れている。なぜなら、同様の薄膜を焼結プ
ロセスで形成したとすれば、基板温度として１０００°
Ｃ以上の高熱を必要とするのに対し、例えばプラズマＣ
ＶＤ法等のイオンプレーティングによればこれを３００
°Ｃ以下に抑えることができ、製造がきわめて容易にな
るからである。また、プラズマＣＶＤ法によれば、誘電
体薄膜の膜厚をきわめて容易に、しかも高精度でコント
ロールできるから、所望の誘電率（ε）を任意に得るこ
とができる。
【０００５】図９はプラズマＣＶＤ法による従来の薄膜
コンデンサを図解的に示す図であり、断面図にて示す。
本図において、１１がプラズマＣＶＤ法により形成され
た誘電体薄膜であり、その上面および下面にて一対の電
極（Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｒ等の金属または合金あるいは不純
物をドープした半導体等）１２によって挟まれる。本図
では、プラズマＣＶＤ法により積層された無機誘電体粒
子を図解的に小さい白丸の群で表現している。
【０００６】図１０はプラズマＣＶＤ法による従来の製
造装置を示す図であり、図９に示す薄膜コンデンサにお
ける中核をなす誘電体薄膜１１を形成するプロセスを表
している。この製造装置は例えばプラズマＣＶＤ法によ
り作動せしめられるイオンプレーティング装置であっ
て、まず、誘電体薄膜１１を堆積させる基板をなす電極
１２が設けられる。この電極１２は、前記一対の電極の
うちの一方である。なお、残りの他方の電極１２は誘電
体薄膜１１が完成した後に、公知のスパッタリング法や
イオンプレーティング等により形成できる。
【０００７】上記電極１２の近傍にはプラズマ（高周波
プラズマ放電）ＰＳが形成される。このプラズマＰＳを
発生させるために、高周波電源Ｒf と高周波放電励起コ
イルＣＬとからなる高周波励起手段２２が設けられる。
なお、必要に応じて、直流電源ＤＣにより電極（基板）
１２に負の直流電界を印加できるようにする。電極（基
板）と誘電体薄膜との密着性を高めるためである。
【０００８】一方、電極１２に対向して、無機誘電体物
質供給源１１Ｓおよびこれを蒸発させる蒸発手段２３が
設けられ、該電極１２上にイオンプレーティング領域を
形成する。この蒸発手段２３としては電子ビームやイオ
ンビームを用いることができる。上述の構成要素は高真
空下に置かれるので、全体として図示の如く真空室２４
に包囲される。このために排気系２６がある。
【０００９】なお、真空室２４内にガス導入系２５よ
り、例えば酸素等の反応ガスを導入することにより、酸
素プラズマＰＳが励起される。なお図中、基板上方に設
けられるのはヒーター２７であり、電極１２を例えば３
００°Ｃ程度に加熱する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにプラズマ
ＣＶＤ法により薄膜コンデンサの中核をなす無機誘電体
薄膜１１を効率よく形成することができる。ところが、
上記のようにして完成された薄膜コンデンサには致命的
な欠陥があることが分かった。この欠陥とは、予想した
高い耐電圧を示す薄膜コンデンサを量産した場合、その
歩留りが極めて悪く、殆ど実用化できないことである。
【００１１】そこでこの原因を究明したところ、上記プ
ロセスで得られた誘電体薄膜１１には不可避的にピンホ
ールが伴うことに起因することが判明した。これが問題
であり、図９において図解的に参照記号ＰＨ（Ｐｉｎｈ
ｏｌｅ）を付した細管をもって示す。したがって本発明
は上記問題点に鑑み、上述したピンホールのない薄膜コ
ンデンサを提供すること、およびその製造装置を提供す
ることを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】図１は本発明に係る薄膜
コンデンサを図解的に表す図である。本発明に係る誘電
体薄膜は、本図に示す如く、無機誘電体物質を物質源と
したイオンプレーティングの結果生成された組成物より
なる第１領域３１と、第１領域３１に合体せしめられる
補助物質よりなる第２領域３２と、を複合または積層し
て形成される複合誘電体薄膜３３からなるものである。
【００１３】また、その複合誘電体膜３３を生成するた
めに、高い周波数の交番電界の下で作動せしめられるイ
オンプレーティング装置を主として用い、この製造装置
には、上記第２領域３２を生成するための物質供給源
（後述）が新たに導入される。
【００１４】
【作用】本発明によれば、上述のように、複合誘電体薄
膜３３が、第１領域３１と、この第１領域３１に合体せ
しめられる補助物質よりなる第２領域３２とにより形成
される。この結果、前述したピンホールＰＨの発生は極
端に抑圧される。このような効果が生ずる詳細なメカニ
ズムは正確には不明であるが、多分、図９に示す多数の
無機誘電体物質の微粒子群の間にバインダー的な存在と
して、補助物質よりなる第２領域３２が入り込んだ組成
になり、ピンホールができ難い構造になっていると考え
られる。補助物質としては、イオンプレーティングによ
り究極的に誘電体特性を示すものであればよく、有機物
質であるか無機物質であるかは問わない。これらを複合
した材料でもよい。
【００１５】
【実施例】図２は、本発明に係る薄膜コンデンサの第１
実施例を図解的に表す図であり、断面図にて示す。なお
全図を通じて同様の構成要素には同一の参照番号または
記号を付して示す。図２において、第１実施例に係る複
合誘電体薄膜３３は、この第１実施例での第２領域３２
は、無機物を上記補助物質の物質源としたイオンプレー
ティングの結果生成された物質３２ａから構成される。
【００１６】この物質３２ａとしては、ガラス等を用い
ることができる。ガラス等を用いる場合には後処理とし
て熱処理を行うのが一層好ましい。ガラスが熔融してピ
ンホールＰＨを一層完全かつ確実に埋めることができる
からである。なお、本第１実施例において、また後述す
る第２実施例においても、無機誘電体物質供給源として
は、例えば、シリコン酸化物、酸化チタン、酸化
クロム、酸化アルミニウム、半導体酸化物のいずれ
か１つあるいはこれらの任意の組み合せを用いることが
できる。
【００１７】図３は、本発明に係る薄膜コンデンサの第
２実施例を図解的に表す図であり、断面図にて示す。こ
の第２実施例での第２領域３２は、有機物を含む物質を
上記補助物質の物質源としたプラズマ重合の結果生成さ
れた物質３２ｂから構成される。プラズマ重合は、プラ
ズマＣＶＤの中でも高分子薄膜成長法として既に知られ
ているが、これを主として無機物質を対象とするイオン
プレーティングと融合させて単体としての複合誘電体薄
膜となし、この複合誘電体薄膜を誘電体として一対の電
極１２で挟んで構成されたものである。
【００１８】この物質３２ｂを生成する物質供給源とし
ては、例えば、シラン化合物、シリケート類、ア
ルミノキサン、金属アルコラート等を含む有機金属化
合物を用いることができる。あるいは、この物質３２ｂ
を生成する物質供給源としては、例えば、オレフィン
ガス等の重合性有機ガス、有機誘電体化合物を用いる
ことができる。
【００１９】図４は、本発明に係る製造装置の第１実施
例を示す図である。この製造装置は、高い周波数の交番
電界の下で作動せしめられるイオンプレーティング装置
を主体としており、誘電体薄膜を堆積させる基板をなす
電極１２と、電極１２上に、無機誘電体物質を物質源と
したイオンプレーティングによる組成物からなる第１領
域３１を生成するための無機誘電体物質供給源３１Ｓ
と、第１領域３１に合体せしめられる上記補助物質より
なる第２領域３２を電極１２上に生成するための無機物
供給源３２Ｓ、例えばガラス（ＳｉＯ，ＳｉＯ2 を主と
したもの）と、少なくとも電極１２、無機誘電体物質供
給源３１Ｓおよび無機物供給源３２Ｓを高真空下に置く
真空室２４と、真空室２４内に反応ガス例えばＯ 2 （酸
素）および不活性ガス例えばＡｒ（アルゴン）の少なく
とも一方を導入するガス導入系２５と、から構成され
る。なお、イオンプレーティングを加速するために、蒸
発手段２３および２３’を設けるのが好ましい。
【００２０】また、直流電源ＤＣは図１０で説明したと
おりである。図５は、本発明に係る製造装置の第２実施
例を示す図である。この製造装置は、第１実施例と同様
に高い周波数の交番電界の下で作動せしめられるイオン
プレーティング装置を主体としており、誘電体薄膜を堆
積させる基板をなす電極１２と、電極１２上に、無機誘
電体物質を物質源としたイオンプレーティングによる組
成物からなる第１領域３１を生成するための無機誘電体
物質供給源３１Ｓと、第１領域３１に合体せしめられる
補助物質よりなる第２領域３２を電極１２上に生成する
ための有機物含有物質供給源３２Ｓ’と、少なくとも電
極１２、無機誘電体物質供給源３１Ｓおよび前記有機物
含有供給源３２Ｓ’を高真空下に置く真空室２４と、真
空室２４内に反応ガス例えばＯ2 （酸素）および不活性
ガス例えばＡｒ（アルゴン）の少なくとも一方を導入す
るガス導入系２５と、から構成される。
【００２１】なお、図５に示す有機物含有物質供給源３
２Ｓ’は、オレフィンガス等の重合性を有するモノマー
ガスである。図６は図５に示す第２実施例の第１変形例
を示す図であり、この例における有機物含有物質供給源
３２Ｓ’は、シラン化合物等、気化する液体状の有機物
含有物質（有機金属化合物も含めて）である。好ましく
は、蒸発手段２３’により、気化を加速する。
【００２２】図７は図５に示す第２実施例の第２変形例
を示す図であり、ここにおける有機物含有物質供給源３
２Ｓ’は、プラズマＣＶＤにより有機ポリマー化する、
例えばプロピレンモノマー、ブタジエンモノマー、ポリ
スチレン、エチレン、ポリエチレン、ヘキサメチルジシ
ロキサン等である。なお、上記第１および第２実施例で
は、高い周波数の交番電界を発生する手段として、真空
室２４内に設けたコイルＣＬを示したが、このコイルＣ
Ｌは、真空室２４の外側に巻回されるコイルであっても
構わない。ただし、この場合はガラス等の非金属製真空
室を用いる必要がある。
【００２３】また反応ガスとして、一般的な酸素
（Ｏ2 ）を用いても良い。以下に実験例を示す。 ｉ）有機物含有物質（図６の３２Ｓ’）としては、ヘキ
サメチルジシロキサン(Hexamethyldisiloxane)を用い
た。その化学式は
【００２４】
【化１】
【００２５】である。 ii）無機誘電体物質供給源３１Ｓとしては一酸化シリコ
ン（ＳｉＯ）を用いた。 iii ）有機ガスのガス圧は４×１０-4Ｔｏｒｒとした。 iv）高周波電源Ｒf の供給電力は１００Ｗとした。 ｖ）高融点の物質供給源３１Ｓ（ＳｉＯ）を溶融せしめ
るための蒸発手段２３と しては、電子ビーム装置を用い、その電子ビームをＳｉ
Ｏの表面に照射した。 vi）ガス導入系２５からの反応ガスとしては酸素
（Ｏ2 ）を用いた。 vii ）ヒーター２７の温度は３００°Ｃに設定した。 viii）基板２１としてはアルミニウム（Ａ１）薄片を用
いた。
【００２６】なおプラズマ支持用の不活性ガスとしては
アルゴンＡｒを用いた。上述した実施例により得られた
２００Å厚の複合誘電体薄膜３３に対し、さらに残りの
電極１２をスパッタリングにより付加して耐電圧実験を
行ったところ、絶縁破壊電界強度として５．４〔ＭＶ／
ｃｍ〕の値を得、しかもピンホールフリーであるから極
めて高い歩留りを示し、不良品（耐電圧Ｏ）は殆んど発
生しなかった。なお、この実験例による薄膜コンデンサ
の容量は４８００（ｎＦ〕、比誘電率は１０８４３、性
能指数（Ｑ）は１２８〔μＣ／ｃｍ2 〕を示した。
【００２７】図８は本発明に係る薄膜コンデンサの一変
形例を示す図である。本図に示す薄膜コンデンサでは、
中央に絶縁層４１を設け、この絶縁層４１を一対の複合
誘電体薄膜３３Ａおよび３３Ｂで挟む構造としている。
複合誘電体薄膜３３だけでもピンホールフリーの薄膜が
実現されるが、ＳｉＯ 2 やガラス片のような単体の絶縁
層４１を中間に介在させることによって、ピンホールに
対する安全マージンは一層増大する。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
にない無機・無機あるいは無機・有機複合誘電体薄膜を
内蔵した薄膜コンデンサが実現される。これによれば種
々の利点が得られる。 ピンホールフリーであり、歩留りおよび耐電圧特性が
一段と向上する。
【００２９】複合誘電体薄膜は基板をなす電極との密
着性がよく、何層に積層しても、構造的に強固である。 プラズマＣＶＤ法等のイオンプレーティングにより形
成されるから複合誘電体薄膜の膜圧コントロールはきわ
めて容易であり、正確に所望の誘電率を有する薄膜コン
デンサが量産できる。
【００３０】プラズマＣＶＤ法等のイオンプレーティ
ングにより形成されるから基板２１の加熱は低温で十分
であり、したがって薄膜への不純物の混入は殆どない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜コンデンサを図解的に示す図
である。
【図２】本発明に係る薄膜コンデンサの第１実施例を示
す図である。
【図３】本発明に係る薄膜コンデンサの第２実施例を示
す図である。
【図４】本発明に係る製造装置の第１実施例を示す図で
ある。
【図５】本発明に係る製造装置の第２実施例を示す図で
ある。
【図６】図５の製造装置の第１変形例を示す図である。
【図７】図５の製造装置の第２変形例を示す図である。
【図８】本発明に係る薄膜コンデンサの変形例を示す図
である。
【図９】プラズマＣＶＤ法による従来の薄膜コンデンサ
を図解的に示す図である。
【図１０】プラズマＣＶＤ法による従来の製造装置を示
す図である。
【符号の説明】
１２…一対の電極 ２２…高周波励起手段 ２３，２３’…蒸発手段 ２４…真空室 ２５…ガス導入系 ３１…第１領域 ３１Ｓ…無機誘電体物質供給源 ３２…第２領域 ３２Ｓ…無機物供給源 ３２Ｓ’…有機物含有物質供給源 ３３…複合誘電体薄膜
フロントページの続き (72)発明者 柏木 邦宏 埼玉県志木市本町２丁目11番47号 (72)発明者 ▲吉▼田 泰彦 埼玉県入間郡大井町大字苗間484−16

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の電極（１２）と、これらに挟まれ
    た誘電体薄膜とからなる薄膜コンデンサにおいて、 前記誘電体薄膜が、無機誘電体物質を物質源としたイオ
    ンプレーティングの結果生成された組成物よりなる第１
    領域（３１）と、 前記第１領域に合体せしめられる補助物質よりなる第２
    領域（３２）と、を複合または積層して形成される複合
    誘電体薄膜（３３）からなることを特徴とする薄膜コン
    デンサ。
  2. 【請求項２】 前記第２領域（３２）が、無機物を前記
    補助物質の物質源としたイオンプレーティングの結果生
    成された物質である請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
  3. 【請求項３】 前記第２領域（３２）が、有機物を含む
    物質を前記補助物質の物質源としたプラズマ重合の結果
    生成された物質である請求項１に記載の薄膜コンデン
    サ。
  4. 【請求項４】 薄膜コンデンサを構成する誘電体薄膜の
    製造装置において、 前記製造装置は、高い周波数の交番電界の下で作動せし
    められるイオンプレーティング装置を主体として構成さ
    れる装置であって、 前記誘電体薄膜を堆積させる基板をなす電極（１２）
    と、 前記電極上に無機誘電体物質を物質源としたイオンプレ
    ーティングによる組成物からなる第１領域（３１）を生
    成するための無機誘電体物質供給源（３１Ｓ）と、 前記第１領域（３１）に合体せしめられる補助物質より
    なる第２領域（３２）を前記電極上に生成するための無
    機物供給源（３２Ｓ）と、 少なくとも前記電極、前記無機誘電体物質供給源および
    前記無機物供給源を高真空下に置く真空室（２４）と、 前記真空室内に不活性ガスおよび反応ガスの少なくとも
    一方を導入するガス導入系（２５）と、から構成される
    ことを特徴とする薄膜コンデンサの製造装置。
  5. 【請求項５】 薄膜コンデンサを構成する誘電体薄膜の
    製造装置において、 前記製造装置は、高い周波数の交番電界の下で作動せし
    められるイオンプレーティング装置を主体として構成さ
    れる装置であって、 前記誘電体薄膜を堆積させる基板をなす電極（１２）
    と、 前記電極上に、無機誘電体物質を物質源としたイオンプ
    レーティングによる組成物からなる第１領域（３１）を
    生成するための無機誘電体物質供給源（３１Ｓ）と、 前記第１領域（３１）に合体せしめられる補助物質より
    なる第２領域（３２）を前記電極上に生成するための有
    機物含有物質供給源（３２Ｓ’）と、 少なくとも前記電極、前記無機誘電体物質供給源および
    前記有機物含有物質供給源を高真空下に置く真空室（２
    ４）と、 前記真空室内に不活性ガスおよび反応ガスの少なくとも
    一方を導入するガス導入系（２５）と、から構成される
    ことを特徴とする薄膜コンデンサの製造装置。
JP4132733A 1992-05-25 1992-05-25 薄膜コンデンサおよびその製造装置 Pending JPH05326315A (ja)

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JP4132733A JPH05326315A (ja) 1992-05-25 1992-05-25 薄膜コンデンサおよびその製造装置
US07/900,372 US5258886A (en) 1992-05-25 1992-06-18 Thin film capacitor and apparatus for manufacturing same

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