JPH025507A - セラミックコンデンサ - 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】 九五旦玖歪±ヱ 本発明は、コンデンサ容量の周波数特性が良好で、コン
デンサ容量の温度依存性が小さく、しかも誘電体層が薄
膜のセラミックコンデンサに関する。

の　　　　　ｔらびに　の　題 一般に、セラミックコンデンサは、電極間に誘電体層が
形成され、この電極間に電気量が貯えられるようになっ
ている。誘電体層としては、従来では、Ｂａ　Ｔｉ　０
３等の通常のチタン酸バリウムを用いたものが知られて
いる。このようなチタン酸バリウムを誘電体層として用
いたセラミ・ツクコンデンサにあっては、チタン酸バリ
ウムの誘電率が他の材質に比較して高いことから、コン
デンサ容量を大きくすることができるという利点を有す
る。

しかしながら、上述した通常のチタン酸バリウムを誘電
体層として用いたセラミックコンデンサにあっては、コ
ンデンサ容量の周波数特性が不十分であると共に、コン
デンサ容量の温度依存性が大きいという問題点があった
。

１肌血旦追 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、コンデンサ容量の周波数特性が良好で
あると共に、その温度依存性が小さいセラミックコンデ
ンサを、誘電体層を薄膜化しつつ、実現することを目的
としている。

１五Ａ皇１ このような目的を達成するために、本発明は、電極間に
誘電体薄膜が形成され、ているセラミックコンデンサに
おいて、 前記誘電体薄膜が、Ｂ　ａ　２　Ｔ　ｌ　９０２０また
はＢａ　Ｔｉ　５０１１あるいはこれらの混在相を少な
くとも含むことを特徴としている。

このような本発明に係るセラミックコンデンサによれば
、誘電体薄膜がＢａ　２Ｔｉ　９０□。またはＢａ　Ｔ
ｉ　５０１１あるいはこれらの混合相から構成されてい
るので、コンデンサ容置の周波数特性が良好になると共
に、その温度依存性も小さくなる。

本発明に係るセラミ・１クコンデンサによればＢａ　　
Ｔｉ　　Ｏ、Ｂａｌ’１５０１１あるいはこの混合相か
ら構成されたセラミックは、Ｂａ　ＴｉＯ３で構成され
たセラミックコンデンサと比較した場合には、誘電率が
小さいという欠点を有する。

そこで本発明では」−記のセラミックを薄膜化すること
で誘電率の小ささを補い、容量を大きくすることができ
る特徴を有する。

凹コ幻ゲに朋 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図に示すセラミックコンデンサー０は、誘電体薄膜
６の厚さを可能な限り薄くして容量を高めた薄膜コンデ
ンサであり、基板２表面に下部電極４、誘電体薄膜６お
よび上部電極８が、この順で積層されている。

基板２は、誘電体薄膜６を焼成する際の温度に耐え得る
耐熱性材料で構成されることが好ましく、たとえばＳｉ
、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ２もしくはＰｔ　、Ｗ、Ｔｉ等の金
属で構成される。このうち特にＳｉ　、　Ｓｉ　Ｏもし
くはＡ　Ｊ　２０　ｓで構成されることか好ましい、具
体的には、基板２として、シリコンウェーへや表面研摩
されたアルミナ等が用いられる。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
るなめである。基板２の厚さは、セラミツクコンデンサ
３０全体に適度な則性を付与するに十分な厚さを有する
必要があり、５０〜５０００μｍ″′Ｃ：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て゛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」二に形成さ
れる電極および誘電体薄膜も、基板形状に沿った形状と
なる、 下部電極４および上部電極８としては、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ａａ−Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ等の公知のものが用
いられ得るにの下部電極４および−Ｌ部電極８を基板２
および誘電体薄膜６のそれぞれの表面に形成するための
手段としては、スパッタ法、メツキ法等が用いられる。

下部電極８の厚さは、１０００人−５，０μｍである、
二とが好ましい。また、」二部電極の厚さは、１０００
人〜１．０μｍであることが好ましい。

本発明では、誘電体薄膜６は、Ｂａ　２Ｔｉ　９０２ｏ
またはＢａ　Ｔｉ　５０１１あるいはこれらの混在相を
少なくとも含む結晶相から成る膜である。誘電体薄膜６
の厚さは、２０００人〜２０　ＪＪ、　ｍ、好ましくは
２０００人〜５μｍであることが好ま１〜い、このよう
な薄さにすることにより、コンデンサ容量を可能な限り
高めることができる。特に本発明では、Ｂａ］’ｉ０３
に比較して誘電率の低いＢ　ａ　２　Ｔ　ｊ　９０２０
もしくはＢ　ａ　Ｔ　ｔ　ｓ　Ｏ１１を誘電体膜として
用いているので、このように誘電体膜６の厚さを薄くす
ることにより、コンデンサ容量を高めることが好ましい
。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ｌ。

では、ゾル−ゲル法、スパッタ法、蒸着法等が用いら力
。る。

下部＄４１２表面にＢａ２Ｔ１９０２ｏの結晶相を有す
る誘電体薄膜６をゾル−ゲル法により形成するための具
体的手段を下記に示す。

【麦亙月 バリウム源としては、酢酸バリウム、水酸化バリウムま
たはバリウムアルコキシドが、単独であるいは組合せて
用いられる。

バリウムアルコキシドとしては、具体的には、バリウム
メトキシド、バリウムエトキシド、バリウムｎ−１０ボ
キシド、バリウムイソグロボキシドなどが用いられる。

このうちバリウムイソプロポＡシトが好ましい。

またりタン源として（ま、チタンアｌし：ＩＡシトが用
いられる。このようなチタンアルコキシドとしては、具
体的には、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタ
ンｎ−プロポキシド、チタンイソプロポキシド、チタン
ブトキシドなどが用いられ、このうちチタンイソプロポ
キシドが好ましい。

反応原料には、上述したバリウム源とチタン源とに加え
てスズ源もしくはジルコニウム源を加えることが好まし
い。

スズ源としては、スズアルコキシドが用いられる。この
ようなスズアルコキシドとしては、具体的には、スズメ
トキシド、スズエトキシド、スズｎ−プロポキシド、ス
ズイソプロポキシド、スズブトキシドなどが用いられる
が、このうちスズｎ−プロポキシドもしくはスズイソプ
ロポキシドが好ましい。

ジルコニウム源としては、ジルコニウムアルコキシドが
用いられる。

このようなジルコニウムアルコキシドとしては、具体的
には、ジルコニウムメトキシド、ジルコニウムエトキシ
ド、ジルコニウムｎ−１０ポキシド、ジルコニウムイソ
プロポキシド、ジルコニウムブトキシドなどが用いられ
るが、このうちジルコニウムロープロポキシドもしくは
ジルコニウムイソプロポキシドが好ましい。

上記のようなアルコキシド類を加水分解するために、水
を反応系に共存させることが必要である。

この水としては、後述するように、反応系に添加した水
であってもよく、また場合によっては、空気中の湿気で
あってもよい。

上記のようなバリウム化合物、チタンアルコキシド、ス
ズアルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドは、
それぞれ下記のような量で用いられる。すなわち、バリ
ウム化合物は、目的とするチタン酸バリウムの組成に対
応するような量で用いられる。またチタンアルコキシド
およびスズアルコキシドもしくはジルコニウムアルコキ
シドは、チタンとスズもしくはジルコニウムとの合計量
がチタン酸バリウムの組成に対応し、しかもチタンアル
コキシドの１〜１０モル％がスズアルコキシドもしくは
ジルコニウムアルコキシドで置換されるような量で用い
られる。

スズアルコキシドもしくはジルコニウムアルコキシドの
量が、チタンアルコキシドの量の１０モル％を越えると
、本来のチタンバリウムの諸性質が失われるため好まし
くなく、一方１モル％未満であるとＢａ　　Ｔｉ９０□
０で示される結晶相を有するチタン酸バリウムを得るの
に高温度で焼成しなければならなくなる。

一−１ 本発明では、上記のような各成分の反応を、エチレング
リコールモノメチルエーテル溶媒、またはエチレングリ
コールモノメチルエーテルを１０容積％以上含むエチレ
ングリコールモノメチルエーテルとアルコールとの混合
溶媒を用いて行なう、この際用いられるアルコールとし
ては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパツール、イ
ソ１０パノール、ｎ−ブタノール、５ｅｃ−ブタノール
、ｔ−ブタノールなどが用いられる。このうちエタノー
ルあるいはインプロパツールが好ましい。

叉区立羞 酢酸バリウム、水酸化バリウムあるいはバリウムアルコ
キシドのうち少なくとも１種以上のバリウム化合物と、
チタンアルコキシドと、スズアルコキシドもしくはジル
コニアアルコキシドとを、エチレングリコールモノメチ
ルエーテルまたはエチレングリコールモノメチルエーテ
ルを１０容積％以上の量で含むエチレングリコールモノ
メチルエーテルとアルコールとの混合溶媒に均一に混合
し、次いで得られた混合物の加水分解を行なってゲル化
させる。

上記のような混合物の加水分解は、たとえば。

この混合物を加熱しながら還流させるなどして均一に混
合し、次いでこの系に水を添加することによって行なう
ことができる。

加水分解に必要な水は、前述のように反応系に添加した
水であってもよく、あるいは空気中の湿気を吸収させた
水であってもよい。

このような水は、チタンとスズもしくはジルコニウムと
の合計モル数の０．００１〜４倍量好ましくは０，０１
〜４倍重量、特に好ましくは１〜２倍量であることが望
ましい。

水の添加量がチタンとスズもしくはジルコニウムとの合
計量に対して４倍モル量以下であれば、薄膜形成に適し
たゾルが得られるが、４倍モル量を越えると、容易にゲ
ルへと変化するため好ましくない。

このようにして得られたゾルは、第１図に示す下部電極
４表面にディッピング等の手段で塗布され、次いで乾燥
および焼成される。乾燥は、通常、得られたゲルを２５
〜７０℃に保つことにより行なわれる。

このようにして乾燥されたゲルを、基板２および下部電
極４と共に空気中でｓ　ｏ　ｏ　’ｃ以上好ましくは９
００℃以上たとえば８００〜１３００℃で３０分〜６時
間焼成すると、たとえばＢａ２Ｔ　ｉ　９０□０で示さ
れる結晶相を有するチタン酸バリウムの結晶から成る誘
電体重１１６が得られる。

この焼成は、酸素条件下で行なってもよいが、空気中で
充分性なうことができる。上記のように反応原料に少量
のスズ源もしくはジルコニウム源を加えた場合には、上
記のようなゲルを空気中で焼成しても、その際の焼成温
度を１１００℃以下好ましくは１０００℃以下で行なう
ことができる。

なお従来のチタン酸バリウムの製造方法では、酸素中で
焼成しても１１５０℃以上の焼成温度が必要である。し
たがって、上述したような手段で誘電体薄膜６を形成す
る場合には、焼成温度を従来に比較して低めることがで
きるので、焼成時における下部電極４のクラックや剥離
等を有効に防止することができる。

また、Ｂ　ａ　Ｔ　！　ｓ　Ｏ１１の結晶相を有する誘
電体薄膜６ａも、Ｂａ　Ｔｉ９０２ｏの誘電体薄膜と同
様にして、ゾル−ゲル法により、原料組成を調整し、か
つ焼成温度を調整する（たとえば７００〜１０００℃）
ことによって形成することができる。

なお、本発明では、上述し７たようなゾル−ゲル法によ
る誘電体薄膜６の形成手段に限定されず、Ｂａ　　Ｔｉ
　　ＯまたはＢａＴｉ５Ｏ１１あるいはこれらの混在相
を少なくとも含む結晶相から成る膜を形成するための公
知の手段が採用され得る。

本発明では、上述のようにして下部電極４上に誘電体重
１１１６が形成された後に、この誘電体薄膜６上に上部
電極８が、スパッタ法や蒸着法等で形成され、セラミッ
クコンデンサー０が製造される。

１匪立夏１ 以上説明してきたように、本発明によれば、誘電体薄膜
がＢａ　Ｔｉ９０゜。またはＢａ　Ｔ＋　５０１１ある
いはこれらの混合相から構成されているので、コンデン
サ容量の周波数特性が良好になると共に、その温度依存
性も小さくなるという優れた効果を有する。

夫旌週 ［基　　板］ 市販のシリコンウェーハを、トリクレン中にて超音波洗
浄したものを基板として使用した。

［下部電極］ この基板上に、通常のマグネトロンスパッタ法にて、Ｃ
ｒ　、Ｎｉ　、Ｐｔの順に膜を形成した。

■クロム膜 チャンバー内を１　、　ＯＸ　１０’ｔｏｒｒ以下の圧
力に真空排気した後、アルゴンを１．０Ｘ１０−３ｔｏ
ｒｒ導入し、メインバルブを絞って系内を５．０×１０
°３ｔｏｒｒとした。ターゲットとして９９，９％のク
ロムを用い、高周波出力１００Ｗでプレスパツタを１０
分間行なった後、シャッターを２０秒間開けてシリコン
ウェーハ上に、クロム膜を形成した。膜厚は約１００人
であった。

■ニッケル膜 次に、ターゲットに９９．９％Ｎ１を使用し、圧力１　
、　ＯＸ　１０’ｔＯｒｒ、出力３００Ｗでプレスパツ
タを１０分間行なった後、シャッターを２分２０秒開け
て、Ｎ１膜を約３００人形成しな。

■白金膜 次に、ターゲットに９９．９％白金を使用し、圧力５　
Ｘ　１０　’ｔｏｒｒ、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、Ｃｒ層およびＮｉ層の酸化を防ぐために上記■、
■、■工程は連続工程とした。この工程を経て、シリコ
ンウェーハ上にＣｒ層（１００人）、Ｎｉ層（３００人
）、ｐｔ層＜６０００人）がこの順序で形成された。

［誘電体薄膜］ チタンイソプロポキシドとバリウムイソプロポキシドと
をＴｉ／Ｂａ（原子比）が４．５になるようにそれぞれ
２８．４２ｇ、５．６８ｇを秤量し、これらを溶媒とし
てのメトキシエタノール３０ｍ１、エタノール８０ｍ１
の混合液に加えた０次に得られた混合物を、オイルバス
を用いてバス温１５０℃に保って還流させることにより
均一な溶液をつくった。

室温に戻しても、この溶液は容易にはゲル化しない、こ
の均一溶液をディッピング法により上記の電極上に塗布
し、誘電体薄膜を形成した。この薄膜中には有機物が含
まれる。

次にこの下部電極および誘電体薄膜をつけたシリコンウ
ェーハを１２００℃で下記の条件で熱処理することによ
り誘ｔ＃、膜中の有機物を飛散させ、かつＢａ　２　Ｔ
　ｌ　９０２０の結晶相を生じさせた。

この１回のディッピング、熱処理の操作で厚さ５００人
の誘電体薄膜が形成される。

この操作を８回繰り返すことで、０．４μｍの厚さのＢ
ａ　２　Ｔ！　ｔａ　０２０の結晶相を有す誘電体薄膜
を得た。

熱処理条件を次に記す。

［熱処理条件］ 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℃／　ｓｅｃで１２００℃ま
で昇温した後、３０分間その温度を保持し、その後５℃
／ＳａＣで降温しな、この間、酸素のみ０．２７／分供
給しな、ディッピングによる膜づけする毎に、この操作
を８回繰り返した。

ボックス炉では、７０℃／時間で１２００℃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０．２Ｎ／分供給した。ディッ
ピングによる膜づけする毎に、この操作を８回繰り返し
た。

得られたＢ　ａ　２　Ｔ　ｊ　ｔａ　Ｏ２０の膜は０．
４μｍの厚さを有し、クラックも生じなかった。

［上部電極］ 上記の誘電体膜上に、スパッタ法により厚さ２０００人
の金薄膜を形成した。上部、下部電極からリード線を引
き出した。

［誘電特性］ 以上の方法で形成したコンデンサは、測定周波数４ＧＨ
ｚで誘電率４０、誘電損失０．１％以下、誘電率の温度
変化１５ｐｐｎ　／’Ｃ（測定温度範囲５５℃〜１８５
°Ｃ）という電気特性を有することが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るセラミックコンデンサ
の概略断面図である。 ２・・・基板　　　４，８・・・電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電極間に誘電体薄膜が形成されているセラミックコンデ
   ンサにおいて、 前記誘電体薄膜が、Ｂａ＿２Ｔｉ＿９Ｏ＿２＿０または
   ＢａＴｉ＿５Ｏ＿１＿１あるいはこれらの混在相を少な
   くとも含むことを特徴とするセラミックコンデンサ。