JPH02222512A - 電極構造体 - Google Patents

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】 発明の技術分野 本発明は、セラミックコンデンサ等における下部電極等
として特に好ましく用いられる耐熱性に優れた電極構造
体に関する。

発明の技術的背景ならびにその問題点 小型で高性能のコンデンサとして、セラミックコンデン
サが脚光を浴びている。このセラミックコンデンサ１０
は、第２図に示すように、基板２と、この基板２上に積
層された下部電極４と、この下部電極４上に積層された
誘電体薄膜６と、この誘電体薄膜６上に積層された。上
部電極８とから成っている。

このようなセラミックコンデンサ１０を製造するには、
基板２上に、まず膜状の下部電極４を蒸着等の手段で形
成する。その後、この下部電極４の表面に誘電体薄膜６
を形成し、これを下部電極４および基板２と共に約１２
００℃程度の温度で熱処理し、誘電体薄膜６を焼成する
。その後、この誘電体薄膜６表面に上部電極８を蒸着等
の手段で形成すれば、セラミックコンデンサ１０が完成
する。なお、セラミックコンデンサ１０において基板２
を必要とするのは、セラミックコンデンサ１０の全体と
しての剛性を高めるためである。

このようなセラミックコンデンサ１０にあっては、その
製造工程において約１２００℃にも及ぶ高温で熱処理す
る必要があり、この際に下部電極４が熱処理によって変
質しないことが要求される。

そこで、下部電極４を構成する材料として、ｐｔ、Ｐｄ
５Ｗ、Ｎｌ　、ＴＩ　、Ｃｒ等の高融点材料が用いられ
る。

しかしながら、Ｐｄ５ＷＳＮＩＳＴｌ、Ｃｒ等の高融点
材料から成る従来の下部電極４にあっては、誘電体薄膜
６を焼成するための熱処理時に、表面が酸化されて面抵
抗が増大する虞があった。

なおｐｔを下部電極４として用いた場合には、面抵抗の
変化はほとんどないが、基板２、下部電極４および誘電
体薄膜６の熱膨張率の相違から、これらの剥離やクラッ
ク等が生じる虞があるという問題点があった。このよう
な剥離やクラック等は、ｐｔ以外の高融点材料を下部電
極４として用いた場合にも同様に生じる虞があった。

したがって、高温の熱処理によっても変質せず、剥離や
クラック等が発生せず、電極としての平坦性も保持でき
るような電極が出現すれば、その工業上の利用価値は極
めて大きい。

発明の目的 本発明は、このような従来技術が有する問題点を解消す
るためになされ、高温の熱処理によっても、面抵抗が増
大せず、しかもクラック等が発生せず、平坦性が保持さ
れ、さらに基板等から剥離する虞の少ない電極構造体を
提供することを目的としている。

発明の概要 このような目的を達成するために、本発明に係る電極構
造体は、ケイ素基板に、ケイ素酸化物層と、クロム層と
、白金層とが、この順序で積層されていることを特徴と
している。

このような本発明に係る電極構造体によれば、基板側か
らケイ素酸化物層とクロム層と白金層とが、この順で積
層されるようになっているので、ケイ素酸化物層がきわ
めて良好な密着性を示すと共に、白金層が良好な耐酸化
作用を果たす等の理由から、比較的高熱の熱処理が施さ
れたとしても、表面が酸化して面抵抗が増大することが
ないと共に、クラック等が発生せず、かつ電極面の平坦
性も保持され、しかもこの電極構造体が基板から剥離す
ることもない。

発明の詳細な説明 以下、本発明を図面に示す実施例を参照しつつ、詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る電極構造体を用いたセ
ラミックコンデンサの概略断面図である。

第１図に示すように、本発明に係る電極構造体１２は、
たとえばセラミックコンデンサ３０における下部電極と
して用いられ、基板２表面に形成されるケイ素酸化物（
ケイ素酸化物のケイ素の価数は問わないが、例えば主と
して５ＩＯ２からなっているものが挙げられる）から成
るケイ素酸化物層（以下、ｒｓｔｏ層」と総称する）１
４上に、クロムから成るクロム層（以下、「ｃ「層」と
略す）１６と、白金から成る白金層（以下、ｒＰｔ層」
と略す）１８とが、この順序で積層されることにより構
成されている。なお、電極構造体１２における８１０層
１４は、導電性を有さず、厳密な意味での電極ではない
が、ｐｔ層１８とＣｒ層１６とから成る厳密な意味での
電極を基板２上に良好に成膜するための緩衝層としての
役割を有する。

基板２としては、少なくとも表面がケイ素で構成された
部材が用いられ、具体的には、シリコンウェーハ等が用
いられる。シリコンウェーハとしては、ノンドープ型、
Ｐ型もしくはＮ型等あらゆるタイプの市販品をそのまま
使うことが可能であり、表面エツチング等の表面処理を
行なう必要は必ずしもない。表面処理を行なうことなく
、平坦性が保持されているからである。なお、基板２の
表面の平坦性が要求されるのは、その上に形成されるセ
ラミックコンデンサ３０の平坦性を保持するためである
。基板２の厚さは、セラミツクコンデンサ３０全体に適
度な剛性を付与するに十分な厚さを有する必要があり、
５０〜１ｏｏｏｏμｍであることが好ましい。

なお、基板は、必ずしも平板形状に限定されず、円筒形
状もしくは円柱形状であっても良い。基板が円筒形状も
しくは円柱形状等である場合には、その上に形成される
電極構造体および誘電体薄膜も、基板形状に沿った形状
となる。

本発明における電極構造体１２における８１０層１４は
ｐｔ層とＳｔ基板の接触を防ぎ、反応を防ぐ割合を有し
ているが、この８１０層１４の厚さは、ｐｔと８１の反
応を防止するという点から１００Å以上が好ましく、特
に１００〜５０００人が好ましく、５００〜１０００人
が最も好ましい。基板２上に８１０層１４を設けないで
０１層１６とｐｔ層１８とを設けると、１０００℃以上
の高温で熱処理した場合に、電極面の激しい面荒れと変
色が生じ、表面抵抗値も数百上Ω以上になり好ましくな
い。また、０１層１６の厚さは、好ましくは５０〜１０
００人、特に好ましくは５０〜５００人である。０１層
１６は、ＳｔＯ層とｐｔ層との密着層であり、Ｃｒ層の
厚さが上記範囲内にあると、誘導体膜をを熱処理する際
にもコンデンサーの特性が低下しないという利点がある
。

さらに、ｐｔ層１８の厚さは、１０００Å以上が好まし
く、さらに好ましくは１０００〜２００００人である。

ｐｔ層の厚さが上記範囲にあると誘電損失が増大せず、
コンデンサーの特性が低下しないという利点を有する。

各層１４゜１６．１８の厚さを上述のような範囲にする
ことによって、電極構造体１２表面の平坦性が保持され
、クラックや剥離等を防止することができる。

本発明に係る電極構造体１２を基板２上に形成するには
、たとえば次のようにして行なう。

まず、基板２を必要に応じて洗浄し、表面に付着してい
るゴミ等を取り除く。その後、酸素又は酸素含有ガス（
例えば空気）雰囲気下で基板２を１０００〜１２００℃
の温度で３０〜１２０分間熱処理し、基板２の表面にケ
イ素酸化物（価数は問わないが、主としてＳ　Ｉ　Ｏ２
から成っている）から成る８１０層１４を形成する。こ
の８１０層１４は、スパッタ法、蒸着法等の手段でも形
成することは可能である。次に、この８１０層１４の表
面に、スパッタ法、蒸着法などの成膜手段により、所定
厚さの０１層１６を形成する。このＣｒ層は、具体的に
はターゲットとしてＣｒを用い、系内の酸素を追出した
後、系内をアルゴンなどの不活性雰囲気として、スパッ
タ法により成膜することが好ましい。また原料としてＣ
ｒを用い、不活性雰囲気下で蒸着法によって成膜しても
よい。

以下、同様の方法あるいはメツキ法によって、ｐｔ層１
８を形成する。なお、成膜手段として、スパッタ法や蒸
着法を採用する場合には、０１層１６とｐｔ層１８とは
連続して形成されることが望ましい。これらの層１６．
１８の酸化を防止するためである。

第１図に示す実施例では、このような方法で形成された
電極構造体１２の表面に誘導体薄膜６を形成し、この誘
電体薄膜６表面に上部電極８を形成することにより、セ
ラミックコンデンサ３０が構成される。

誘電体薄膜６としては、チタン酸バリウム、酸化アルミ
ニウム、酸化タンタル、チタン酸鉛、酸化ジルコニウム
・チタン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム等の
誘電体薄膜が用いられ得る。

本発明ではこの中でＢａ２ＴＩ９０２ｏおよび／または
ｓ　ａ　Ｔ　Ｉ　５０１１を含む誘導体薄膜を用いると
きに特に有効である。このような誘電体薄膜６を下部電
極１２表面に形成するための手段としては、ゾル−ゲル
法、スパッタ法、蒸着法等が用いられる。誘電体薄膜の
厚さは、その材質によっても異なるが、１０００人〜５
０μｍであることが好ましい。

上部電極８としては、Ａｇ、ＣｕＳＡｕ、ＡＤｓＰｔ　
ＳＰｄ　、Ａｇ−Ｐｄ等の従来公知の電極が用いられ得
る。この上部電極８を誘電体薄膜６表面に形成するため
の手段としては、スパッタ法、蒸着法、メツキ法、ペー
ストのコーティング等が用いられる。上部電極８の厚さ
は、１０００人〜１．０μｍであることが好ましい。

このようなセラミックコンデンサ３０を製造するために
は、電極構造体１２表面に誘電体薄膜６が形成された段
階で、この誘電体薄膜６が電極構造体１２および基板２
と共に熱処理される。熱処理は、０．５〜ｂ ８００〜１３００℃まで昇温した後、この温度に３０〜
３００分間保持し、その後５０〜ｂ／分の冷却速度で冷
却することにより行なう。この熱処理は酸素または酸素
含有ガス（たとえば空気中）雰囲気下で行なうことが好
ましい。

このような熱処理によっても、本発明に係る電極構造体
１２は、熱処理前に比べて面抵抗の変化が少なく、平坦
性も保持され、剥離やクラック等がほとんど発生しない
ことが確認された。

なお、本発明に係る電極構造体１２は、セラミックコン
デンサ３０における下部電極としてだけでなく、抵抗体
チップやその他の電子部品等における電極として用いる
ことも可能である。

また、本発明によれば、５１０層１４とＣｒ層１６との
間にクロム酸化物（価数は問わない）から成るクロム酸
化物層もしくはその他の酸化膜層を所定厚さで形成する
ようにしても良い。

発明の詳細 な説明してきたように、本発明によれば、基板側から８
１０層とＣｒ層とｐｔ層とを、この順で積層させて電極
構造体を構成しであるので、３１０層がきわめて良好な
密着性を基板に対して示すと共に、ｐｔ層と８１との反
応を防ぎ、かつｐｔ層が良好な耐酸化作用を果たす等の
理由から、比較的高熱の熱処理が施されたとしても、表
面が酸化して面抵抗が増大することがないと共に、クラ
ック等が発生せず、かつ電極面の平坦性も保持され、し
かもこの電極構造体が基板から剥離することもないとい
う優れた効果を奏する。

以下、本発明をさらに具体的な実施例に基づき説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例 市販のシリコンウェーハ（Ｐ型、比抵抗１０Ωｃｍ）を
基板として用い、この表面を酸化させて、８１０層を形
成した。酸化は、赤外線イメージ炉にて酸素を０．２Ｒ
／分導入しつつ、１０００℃で３時間基板を熱処理する
ことにより行なった。

次に、これをトリクレン中にて超音波洗浄した。

この基板上に、通常の高周波マグネトロンスパッタ法に
て、Ｃｒ、Ｐｔの順に膜を形成した。

条件を以下に示す。

■クロム膜（Ｃｒ層） チャンバー内を１．　　ＯＸ　１０−５ｔｏｒｒ以下の
圧力に真空排気した後、アルゴンを１．０Ｘ１０−３ｔ
ｏｒｒ導入し、次に、メインバルブをしぼって、系内を
５．　　ＯＸ　１０−３ｔｏｒ龜した。ターゲットとし
て９９．９％のクロム（Ｃｒ）を用い、高周波出力１０
０Ｗでプレスパツタを１０分間行なった後、シャッター
を２０秒間開けてＳＩＯ膜上にクロム膜を形成した。膜
厚は約１５０人であった。

■白金膜（Ｐｔ層） 次に、ターゲットには９９．９％の白金を使用し、圧力
５　Ｘ　１０−８ｔｏｒｒ、出力２００Ｗでプレスパツ
タを１０分間行なった後、シャッターを６分間開けて、
白金膜を約６０００人形成した。

特に、形成したＣｒ層の酸化を防ぐために、■、■工程
は連続工程とした。この工程を経て、シリコンウェーハ
基板上に８１０層、Ｃｒ層（１５０人）、ｐｔ層（６０
００人）がこの順序で形成された。

［熱処理］ 上記の電極構造体をつけたシリコンウェーハを酸素雰囲
気で熱処理した。熱処理は赤外線イメージ炉またはボッ
クス炉にて行ない、赤外線イメージ炉では５℃／ｓｅｅ
で１０００℃まで昇温した後、３０分間その温度を保持
し、その後５℃／ｓｅｅで降温した。この間、酸素のみ
０．２Ｒ／分供給した。この操作を５回繰り返した。ボ
ックス炉では、７０℃／時間で１０００℃まで昇温した
後、５時間この温度を保持し、７０℃／時間で常温に戻
した。この間酸素のみ０．２ｆＪ１分供給した。

ｐｔ層における熱処理前の表面抵抗は０．３Ω／口であ
ったものが、熱処理（イメード炉、ボックス炉）後、と
ミ０．２Ｇ／口となり、抵抗値の増加がなかった。また
、膜中にクラックが生じたり、変色が生じることもなか
った。表面平滑性にも優れていた。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る電極構造体を用いたセ
ラミックコンデンサの概略断面図・、第２図は従来例に
係る電極を用いたセラミックコンデンサの概略図である
。 ２・・・基板 ４゜ ８・・・電極 ２・・・電極構造体 ４・・・　Ｓｔ ０層 ６・・・Ｃｒ 層 ８・・・ｐｔ 層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケイ素基板上に、ケイ素酸化物層と、クロム層と、
   白金層とが、この順序で積層されていることを特徴とす
   る電極構造体。 ２）前記ケイ素酸化物層の膜厚が１００Å以上であり、
   クロム層の膜厚が５０〜１０００Åであり、白金層が１
   ０００Å以上であることを特徴とする請求項第１項に記
   載の電極構造体。