JPH07111933B2 - Manufacturing method of semiconductor multilayer capacitor - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor multilayer capacitor

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JPH07111933B2
JPH07111933B2 JP9190593A JP9190593A JPH07111933B2 JP H07111933 B2 JPH07111933 B2 JP H07111933B2 JP 9190593 A JP9190593 A JP 9190593A JP 9190593 A JP9190593 A JP 9190593A JP H07111933 B2 JPH07111933 B2 JP H07111933B2
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powder
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靖典 高橋
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は小型で大容量の半導体積
層コンデンサの簡便で低コストの製造法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simple and low-cost manufacturing method of a small-sized and large-capacity semiconductor multilayer capacitor.

【0002】[0002]

【従来の技術】粒界絶縁型コンデンサ(BL型コンデン
サ)は半導体セラミックスの粒界部に高絶縁性物質が一
様に偏析したもので、一般的な製法としては、例えばチ
タン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸ストロンチウム
(SrTiO3)、チタン酸カルシウム(CaTiO3)のような誘
電体原料に、半導体化するに必要な微量の添加物、例え
ばLa、 Dy、Nd、 Y、 Nb、 Taなどの3価又は5価の金属の
酸化物の所定量を添加し、ボールミルで混合・粉砕して
から、PVAのような有機バインダを添加、造粒して目
的の形状に成形した後所定の雰囲気中で1350〜14
00℃で熱処理して半導体セラミックスを得る。粒界の
みを選択的に絶縁化する為に、前記半導体セラミックス
の表面にスクリーン等で金属酸化物(MnO、 CuO、 Bi2O3
PbO、 Tl2O3、Sb2O3、 Fe2O3など、或はこれらの組み合わ
せ)よりなるドーピング剤を塗布し熱拡散する。上記金
属酸化物をセラミックス組成物の中に入れておき、熱処
理後熱処理を行う方法もある。最後に、その表面に電極
を焼き付ける。
2. Description of the Related Art A grain boundary insulation type capacitor (BL type capacitor) is a semiconductor ceramic in which a highly insulating substance is uniformly segregated in a grain boundary part. As a general manufacturing method, for example, barium titanate (BaTiO 3) is used. ), Strontium titanate (SrTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), and trace amounts of additives necessary for semiconductor conversion, such as La, Dy, Nd, Y, Nb, and Ta. Add a predetermined amount of trivalent or pentavalent metal oxide, mix and pulverize with a ball mill, add an organic binder such as PVA, granulate and shape into the desired shape, then in a predetermined atmosphere At 1350-14
Heat treatment is performed at 00 ° C. to obtain semiconductor ceramics. In order to selectively insulate only grain boundaries, a metal oxide (MnO, CuO, Bi 2 O 3 ,
A doping agent composed of PbO, Tl 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Fe 2 O 3, etc., or a combination thereof) is applied and thermally diffused. There is also a method in which the above metal oxide is put in a ceramic composition, and a heat treatment is performed after the heat treatment. Finally, the electrode is baked on the surface.

【0003】一方別のタイプの大容量のセラミックコン
デンサとして積層型(ML型)コンデンサがある。これ
は原料セラミック粉末をミル粉砕し、バインダを混合し
て泥漿とし、キャスティング成膜してセラミック生シー
ト(グリーンシート)とし、所定形状にするためののパ
ンチング、内部電極印刷、積層圧着、切断という工程を
経て積層生チップとし、焼結、外部電極焼付又はメッ
キ、リード線付け、外装を行って製品とする。
On the other hand, there is a multi-layer (ML-type) capacitor as another type of large-capacity ceramic capacitor. This is called milling of raw ceramic powder, mixing with binder to make slurry, casting film formation to make a ceramic green sheet (green sheet), punching to form a predetermined shape, internal electrode printing, lamination pressure bonding, cutting. Through the steps, a laminated green chip is obtained, which is then sintered, external electrode baked or plated, lead wire attached, and packaged to obtain a product.

【0004】この場合焼結と内部電極の焼付は同時に行
われることになるが、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チ
タン酸ストロンチウム(SrTiO3)あるいはチタン酸カル
シウム(CaTiO3)などを主成分とする原料はいずれも1
300℃以上の高温で、しかも空気中で焼結する必要が
ある。このように高い温度で焼結する際に、内部電極材
料が酸化したり、溶融したり、セラミック材料と反応し
たりするのを避けるためには、内部電極材料として白
金、パラジウムのような高価な貴金属を使用する以外に
有効な手段が見出されていない。高価な内部電極材料を
使用しなければならないことが積層型コンデンサのコス
ト上昇を招いている。より低い温度で熱処理可能なセラ
ミック組成物についての研究も行われているが、それで
も1000℃前後での熱処理を必要としているのが現状
である。また外部電極焼付は焼結後に行われるので、積
層型(ML型)コンデンサの製造においても多段階の加
熱工程が必要になる。
In this case, the sintering and the baking of the internal electrodes are carried out at the same time, but the main components are barium titanate (BaTiO 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ) or calcium titanate (CaTiO 3 ). All raw materials are 1
It is necessary to sinter in air at a high temperature of 300 ° C or higher. In order to avoid that the internal electrode material is oxidized, melted, or reacts with the ceramic material during sintering at such a high temperature, it is necessary to use an expensive internal electrode material such as platinum or palladium. No effective method has been found other than using precious metals. The necessity of using expensive internal electrode materials causes an increase in cost of the multilayer capacitor. Although studies have been conducted on ceramic compositions that can be heat-treated at lower temperatures, the current situation is that heat treatment at around 1000 ° C. is still required. Also, since the external electrode baking is performed after sintering, a multi-step heating process is required also in the production of a multilayer (ML type) capacitor.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、内部電極材
料として安価な銅合金又はニッケル合金を使用できる大
容量の半導体積層コンデンサの製造法を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a large-capacity semiconductor multilayer capacitor which can use an inexpensive copper alloy or nickel alloy as an internal electrode material.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明にかかわる半導体
積層コンデンサの製造法は、微粉状の半導体原料組成物
を、少なくとも5体積%の水素ガスが存在する雰囲気中
で1300〜1450℃の温度範囲で熱処理して半導体
化した微粉末の表面に誘電体皮膜を設けて誘電粉体と
し、その誘電粉体に有機バインダを添加し混練したペー
ストより薄膜状シートを形成し、その薄膜状シートの表
面に電極となる金属の微粉末を含むペーストを塗布・乾
燥したものを積層し、その積層シートをガラス微粉末に
有機バインダを添加し混練したペーストより形成される
薄膜状ガラスシートの間に挟んだ状態で圧着し、次いで
加熱処理することを特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor multilayer capacitor according to the present invention is a method of producing a finely divided semiconductor raw material composition in a temperature range of 1300 to 1450 ° C. in an atmosphere in which at least 5% by volume of hydrogen gas is present. Dielectric powder is formed on the surface of the fine powder that has been heat-treated into semiconductor to form a dielectric powder, and a thin film sheet is formed from paste that is kneaded by adding an organic binder to the dielectric powder. A paste containing a fine metal powder to be an electrode was applied and dried, and the laminate was laminated, and the laminated sheet was sandwiched between thin glass sheets formed from a paste obtained by adding an organic binder to glass fine powder and kneading. It is characterized in that it is pressure-bonded in the state and then heat-treated.

【0007】半導体原料組成物は、誘電体原料とそれを
半導体化するに必要な微量の添加物よりなる。誘電体原
料としては前記のチタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン
酸カルシウム(CaTiO3)、チタン酸ストロンチウム(Sr
TiO3)或はチタン酸マグネシウム(MgTiO3)のような一
般的に使用されているものはいずれも使用できる。誘電
体原料は出来るだけ細かいもの、例えば粒径1μm以下
に粉砕されたもので、しかも粒径の揃ったものを使用す
る。このような原料を半導体化するに必要な微量添加物
も従来から使用されているもの、例えばLa、 Dy、 Nd、
Y、 Nb、 Taなどの金属の酸化物を使用することができ
る。これらの微量添加物も、誘電体原料と同等の大きさ
に粉砕されたものを用いるのが良い。
The semiconductor raw material composition comprises a dielectric raw material and a trace amount of an additive necessary for converting it into a semiconductor. Examples of the dielectric material include barium titanate (BaTiO 3 ), calcium titanate (CaTiO 3 ), strontium titanate (Sr).
Any commonly used one such as TiO 3 ) or magnesium titanate (MgTiO 3 ) can be used. The dielectric material used is as fine as possible, for example, one crushed to a particle size of 1 μm or less and having a uniform particle size. Trace additives that are necessary to turn such raw materials into semiconductors are also conventionally used, for example, La, Dy, Nd,
Oxides of metals such as Y, Nb and Ta can be used. As these trace additives, it is preferable to use those pulverized to the same size as the dielectric material.

【0008】誘電体原料と微量添加物との混合比率は、
誘電体原料を半導体化するために従来用いられている比
率と同様で良い。これら誘電体原料と微量添加物を所定
の比率で混合・粉砕した半導体原料組成物を少なくとも
5体積%の水素ガスが存在する雰囲気中で1300〜1
450℃の温度範囲で3時間以上熱処理して半導体化す
る。この場合、原料が燒結して粒度が大きくなり過ぎな
いよう、例えば熱処理後の半導体の粒径が5μmを越え
ないように熱処理温度及び時間を制御することが望まし
い。熱処理炉として回転熱処理炉(ロータリーキルン)
を用いることにより原料の燒結を抑制することができ
る。
The mixing ratio of the dielectric material and the trace additive is
The ratio may be the same as the ratio conventionally used for converting a dielectric material into a semiconductor. A semiconductor raw material composition obtained by mixing and pulverizing these dielectric raw materials and a trace amount of additives at a predetermined ratio is used in an atmosphere in which at least 5% by volume of hydrogen gas is present.
Heat treatment is performed in the temperature range of 450 ° C. for 3 hours or more to form a semiconductor. In this case, it is desirable to control the heat treatment temperature and time so that the raw material is not sintered and the grain size becomes too large, for example, the grain size of the semiconductor after the heat treatment does not exceed 5 μm. Rotary heat treatment furnace (rotary kiln) as heat treatment furnace
By using, it is possible to suppress sintering of the raw material.

【0009】半導体原料組成物を半導体化するに必要な
1300〜1450℃の温度範囲での熱処理時間は半導
体原料組成物の粒径によって異なる。粒径が非常に小さ
い場合は1時間以下で済む場合もあるが、一般に1〜4
時間程度で良い。1300〜1450℃の温度範囲での
熱処理工程の標準的な温度/時間サイクルについて述べ
ると、先ず室温から4〜5時間程度かけて1000℃前
後の予備熱処理温度にし、予備熱処理を2〜3時間程度
行い、その後3〜4時間程度かけて1300〜1450
℃の本熱処理温度にし、本熱処理を1〜4時間程度行
い、最後に7〜8時間程度かけて室温に戻す。
The heat treatment time in the temperature range of 1300 to 1450 ° C. necessary for converting the semiconductor raw material composition into a semiconductor depends on the particle size of the semiconductor raw material composition. If the particle size is very small, it may take 1 hour or less, but generally 1 to 4
Time is enough. The standard temperature / time cycle of the heat treatment process in the temperature range of 1300 to 1450 ° C will be described. First, the preheat treatment temperature is set to about 1000 ° C for about 4 to 5 hours from room temperature, and the preheat treatment is performed for about 2 to 3 hours. And then 1300 to 1450 over 3 to 4 hours
The main heat treatment temperature is set to ℃, the main heat treatment is performed for about 1 to 4 hours, and finally the temperature is returned to room temperature for about 7 to 8 hours.

【0010】このようにして得られた半導体微粉末の表
面に誘電体皮膜を設けて誘電粉体とする。誘電体皮膜を
設ける方法としては、具体的には、1)半導体化した微
粉末の表面にガラス化剤を焼き付ける、2)半導体化し
た微粉末の表面に皮膜形成性シリコーンオイルを焼き付
ける、3)半導体化した微粉末の表面に皮膜形成性有機
金属化合物を焼き付ける、或は、4)半導体化した微粉
末の表面を酸化処理して再酸化誘電体皮膜を形成する、
という方法が挙げられれる。以下これらについて順次詳
細に説明する。
A dielectric film is provided on the surface of the semiconductor fine powder thus obtained to obtain a dielectric powder. As a method for providing a dielectric film, specifically, 1) baking a vitrifying agent on the surface of the semiconductorized fine powder, 2) baking a film-forming silicone oil on the surface of the semiconductorized fine powder, 3) Baking a film-forming organometallic compound on the surface of the semiconductorized fine powder, or 4) forming a re-oxidized dielectric film by oxidizing the surface of the semiconductorized fine powder.
There is a method called. These will be sequentially described in detail below.

【0011】ガラス化剤としては、従来一般に半導体積
層コンデンサの製造においてドーピング剤として用いら
れている金属酸化物、例えばMnO、CuO、 Bi2O3、 PbO、 Tl2
O3、Sb2O3、 Fe2O3など、或はこれらの組み合わせが挙げ
られる。上記のような半導体微粉末にガラス化剤を添加
し熱処理して焼き付けることにより、ガラス化剤は半導
体微粉末の表面に誘電体皮膜を形成するので誘電粉体が
得られる。熱処理温度はガラス化剤の種類によって異な
るが、通常は空気又は不活性ガス雰囲気中で100〜7
00℃の温度範囲とするのが適当である。ガラス化剤を
用いた場合の誘電体皮膜の厚さは0.1〜1μm程度
で、それよりも薄い皮膜は得られない。
As the vitrifying agent, metal oxides conventionally used as a doping agent in the manufacture of semiconductor multilayer capacitors, such as MnO, CuO, Bi 2 O 3 , PbO and Tl 2 are conventionally used.
O 3 , Sb 2 O 3 , Fe 2 O 3, etc., or a combination thereof may be mentioned. By adding the vitrifying agent to the semiconductor fine powder as described above, heat-treating it, and baking it, the vitrifying agent forms a dielectric film on the surface of the semiconductor fine powder, so that a dielectric powder is obtained. The heat treatment temperature varies depending on the type of vitrifying agent, but is usually 100 to 7 in air or an inert gas atmosphere.
A temperature range of 00 ° C is suitable. When the vitrifying agent is used, the thickness of the dielectric film is about 0.1 to 1 μm, and a film thinner than that cannot be obtained.

【0012】シリコーンオイルとしては、半導体微粉末
に焼き付けたときに皮膜を形成する性質を有するもの、
例えばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリ
コーンオイルなどが挙げられる。必要に応じ有機溶剤を
添加して粘度を適当に調整したシリコーンオイルを半導
体微粉末に添加し熱処理して焼き付けることによりシリ
コーンオイルは半導体微粉末の表面に誘電体皮膜を形成
するので誘電粉体が得られる。熱処理は通常空気又は不
活性ガス雰囲気中で100〜700℃の温度範囲で行
う。シリコーンオイルを用いた場合は5〜10Å程度の
厚さの薄い誘電体皮膜を形成させることができる。
The silicone oil has a property of forming a film when baked on semiconductor fine powder,
Examples thereof include dimethyl silicone oil and methylphenyl silicone oil. If necessary, add an organic solvent to the semiconductor fine powder to adjust the viscosity appropriately, and heat-treat it to bake it to form a dielectric film on the surface of the semiconductor fine powder. can get. The heat treatment is usually performed in the temperature range of 100 to 700 ° C. in air or an inert gas atmosphere. When silicone oil is used, a thin dielectric film having a thickness of about 5 to 10Å can be formed.

【0013】有機金属化合物としては、半導体微粉末に
焼き付けたときに酸化物皮膜を形成する性質を有するも
の、例えば有機チタン化合物、有機タンタル化合物、有
機ニッケル化合物、有機珪素化合物、有機錫化合物など
が挙げられる。必要に応じ有機溶剤を添加して粘度を適
当に調整した有機金属化合物を半導体微粉末に添加し熱
処理して焼き付けることにより有機金属化合物は半導体
微粉末の表面に誘電体皮膜を形成するので誘電粉体が得
られる。熱処理は通常空気又は不活性ガス雰囲気中で1
00〜700℃の温度範囲で行う。有機金属化合物は一
般に高価であるが、金属面に焼き付けたときに0.1〜
1Åオーダーの非常に薄い酸化物皮膜を形成させること
ができるので、大容量のコンデンサを製造するのに最も
適している。
Examples of the organometallic compound include those having a property of forming an oxide film when baked on semiconductor fine powder, for example, organotitanium compounds, organotantalum compounds, organonickel compounds, organosilicon compounds, organotin compounds and the like. Can be mentioned. If necessary, an organic solvent is added to adjust the viscosity of the organic metal compound to the semiconductor fine powder, and the organic metal compound forms a dielectric film on the surface of the semiconductor fine powder by heat treatment and baking. The body is obtained. Heat treatment is usually 1 in air or inert gas atmosphere
It is performed in the temperature range of 00 to 700 ° C. Organometallic compounds are generally expensive, but when baked on a metal surface,
Since it is possible to form a very thin oxide film of the order of 1Å, it is most suitable for manufacturing large capacity capacitors.

【0014】半導体化した微粉末の表面を酸化処理して
再酸化誘電体皮膜を形成する方法としては、半導体化し
た微粉末を、硫酸、硝酸、過酸化水素などの酸化剤を水
に希釈した処理液、或は塩酸、酢酸などを水に希釈した
処理液に浸漬して表面の状態を変化させた後空気中で加
熱乾燥する方法が簡単で便利である。このような浸漬処
理により、未処理の半導体金属が空気中で酸化する温度
より低い温度で表面にのみ再酸化誘電体皮膜を形成させ
ることができる。試薬グレードの硫酸(純度98%)、
硝酸(純度63%)、塩酸(純度36%)を用いる場
合、500倍乃至1000倍程度に水で希釈した処理液
を用いることが好ましい。酢酸を用いる場合は純分で4
〜5%程度含有する処理液を用いることが好ましい。処
理液が濃すぎると再酸化誘電体皮膜が厚くなり、処理液
が薄すぎると浸漬時間が長くなるのでいずれも好ましく
ない。浸漬時間が1時間程度になるように処理液の濃度
を調整するのが操作上便利である。
As a method for forming a re-oxidized dielectric film by oxidizing the surface of the semiconducting fine powder, the semiconducting fine powder is diluted with water with an oxidizing agent such as sulfuric acid, nitric acid or hydrogen peroxide. A simple and convenient method is to immerse the treatment solution or a treatment solution prepared by diluting hydrochloric acid, acetic acid, etc. in water to change the surface condition and then heat-dry in air. By such an immersion treatment, the reoxidized dielectric film can be formed only on the surface at a temperature lower than the temperature at which the untreated semiconductor metal is oxidized in the air. Reagent grade sulfuric acid (purity 98%),
When nitric acid (purity 63%) and hydrochloric acid (purity 36%) are used, it is preferable to use a treatment liquid diluted with water about 500 to 1000 times. If acetic acid is used, it is pure 4
It is preferable to use a treatment liquid containing about 5%. If the treatment liquid is too thick, the reoxidized dielectric film becomes thick, and if the treatment liquid is too thin, the dipping time becomes long, which is not preferable. It is convenient in operation to adjust the concentration of the treatment liquid so that the immersion time is about 1 hour.

【0015】次いで、このようにして得られた誘電粉体
に有機バインダを添加し混練してペースト状にする。必
要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤などを添加しても良
い。有機バインダとしては、エチルセルローズ、PVA
(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラ
ール)、アクリル系ポリマ等、可塑剤としてはポリエチ
レングリコール、フタール酸エステル等、分散剤として
はグリセリン、オレイン酸エチル、モノオレイン酸グリ
セリン等、溶剤としてはアセトン、トルエン、MEK
(メチルエチルケトン)、メタノール、エタノール、シ
クロヘキサノン、水等、従来から使用されているものを
使用できるが、PVBが特に好ましい。
Then, an organic binder is added to the dielectric powder thus obtained and kneaded to form a paste. You may add a plasticizer, a dispersant, a solvent, etc. as needed. Ethyl cellulose, PVA as organic binder
(Polyvinyl alcohol), PVB (polyvinyl butyral), acrylic polymer, etc., plasticizer such as polyethylene glycol, phthalate ester, etc., dispersant glycerin, ethyl oleate, glycerin monooleate etc., solvent acetone, toluene , MEK
(Methyl ethyl ketone), methanol, ethanol, cyclohexanone, water and the like which have been conventionally used can be used, but PVB is particularly preferable.

【0016】上記のペーストから薄膜状のシートをつく
る工程では、装置はドクターブレード法によるものが一
般的である。シートの厚さは50μm以下、好ましくは
30μm以下とするのが適当であるが、これらに限定さ
れるものではない。
In the step of forming a thin film sheet from the above paste, the apparatus is generally a doctor blade method. The thickness of the sheet is appropriately 50 μm or less, preferably 30 μm or less, but is not limited thereto.

【0017】次いで、薄膜状シートの表面に電極となる
金属の微粉末を含むペーストをシート表面の所定位置に
塗布し乾燥する。電極材料としては、従来粒界絶縁型
(BL型)又は積層型(ML型)半導体コンデンサに使
用されている白金、パラジウムなどはもちろん使用でき
るが、本発明では加熱処理温度が低いので、安価な銅合
金又はニッケル合金の微粉末を適当な有機バインダに分
散させたペーストを使用できる。
Next, a paste containing fine metal powder serving as an electrode is applied to the surface of the thin film sheet at a predetermined position on the surface of the sheet and dried. As the electrode material, of course, platinum, palladium, etc. which have been used in the conventional grain boundary insulation type (BL type) or laminated type (ML type) semiconductor capacitor can be used, but in the present invention, since the heat treatment temperature is low, it is inexpensive. A paste in which fine powder of copper alloy or nickel alloy is dispersed in a suitable organic binder can be used.

【0018】銅合金又はニッケル合金を含むペーストに
おいて使用する有機バインダとしては、各種の樹脂を有
機溶剤に溶解した状態で用いる。樹脂の物性値として
は、溶剤に対する溶解性と粘度、加熱時の分解、燃焼状
態、銅合金又はニッケル合金微粉末との反応性、長期の
安定性等が重要となる。有機バインダに要求される特性
として、(1) 銅合金又はニッケル合金微粉末を均質に分
散させ、均質で平滑な乾燥膜、燃焼膜が得られること、
(2) ペーストの粘度、粘度適性がコントロール出来、最
適な印刷性が得られること、(3) 適当な乾燥膜強度が得
られること、(4)燃焼過程において銅合金又はニッケル
合金微粉末の焼結速度をコントロールし、緻密な燃焼膜
が得られること、(5) 銅合金又はニッケル合金含有率を
コントロールし、所定の燃焼膜が得られること、などが
挙げられる。代表的な有機バインダとしては、アクリル
樹脂フェノール樹脂、アルキッド樹脂、ロジンエステ
ル、各種セルロース等がある。
As an organic binder used in a paste containing a copper alloy or a nickel alloy, various resins are used in a state of being dissolved in an organic solvent. As the physical properties of the resin, solubility and viscosity in a solvent, decomposition upon heating, combustion state, reactivity with copper alloy or nickel alloy fine powder, long-term stability, etc. are important. As the properties required for the organic binder, (1) a copper alloy or nickel alloy fine powder is homogeneously dispersed to obtain a homogeneous and smooth dry film and a combustion film,
(2) Viscosity and viscosity suitability of the paste can be controlled to obtain optimum printability, (3) Appropriate dry film strength can be obtained, (4) Burning of copper alloy or nickel alloy fine powder in the combustion process Controlling the binding rate to obtain a dense combustion film, and (5) controlling the copper alloy or nickel alloy content to obtain a predetermined combustion film. Typical organic binders include acrylic resin, phenol resin, alkyd resin, rosin ester, and various celluloses.

【0019】これらの樹脂を溶解する有機溶剤に要求さ
れる特性としては、(1) 印刷安定性が高く、乾燥段階で
は低温で蒸発し乾燥膜を形成できること、(2) シート・
アタック性が少ないこと、(3) ペーストの金属含有率と
粘度を容易にコントロールできること、などが挙げられ
る。代表的な有機溶剤としては、アルコール系、炭化水
素系、エーテル系、エステル系等がある。
The properties required of organic solvents that dissolve these resins are (1) high printing stability and the ability to evaporate at a low temperature in the drying stage to form a dry film, (2) sheet
It has a low attack property, and (3) the metal content and viscosity of the paste can be easily controlled. Typical organic solvents include alcohols, hydrocarbons, ethers and esters.

【0020】シート表面に塗布する電極の形状として
は、矩形で、その一方の端が耳のように僅かに張り出し
たT字形とし、積層された電極をこの耳の部分で電気的
に接続するのが好適である。
The shape of the electrode applied to the surface of the sheet is a rectangle, one end of which is T-shaped with a slight protrusion like an ear, and the stacked electrodes are electrically connected at this ear. Is preferred.

【0021】次いで、シート表面の所定位置に電極とな
る金属、例えば銅合金又はニッケル合金の微粉末を含む
ペーストを塗布・乾燥したものを積層する。積層する場
合、通常の積層型コンデンサの場合と同じように、内部
電極がシートの一方の側に偏るように印刷されたものを
交互に反対向きに積み重ね、最終的に相対する一対の櫛
型電極になるようにする。積層数は、所望のコンデンサ
容量に応じて定めれば良い。このようにして形成された
積層シートを、ガラス微粉末に有機バインダを添加し混
練したペーストより形成される薄膜状ガラスシートの間
に挟んだ状態で圧着(プレス)する。薄膜状ガラスシー
トの厚さは100〜500μm程度が適当である。この
薄膜状ガラスシート中のガラス微粉末は次工程の加熱処
理の際に溶融して積層シートの表面を覆うので、最終製
品が吸湿して劣化するのを防止する。必要に応じて積層
シートの側面にもガラス微粉末に有機バインダを添加し
混練したペーストを塗布してもよい。
Then, a paste, which contains fine powder of a metal serving as an electrode, for example, a copper alloy or a nickel alloy, is applied and dried at a predetermined position on the surface of the sheet, and is laminated. In the case of stacking, as in the case of a normal multilayer capacitor, internal electrodes printed so that they are biased to one side of the sheet are alternately stacked in opposite directions, and finally a pair of opposing comb-shaped electrodes. Try to be. The number of stacked layers may be determined according to the desired capacitor capacity. The laminated sheet thus formed is pressed (pressed) in a state of being sandwiched between thin film glass sheets formed from a paste obtained by adding an organic binder to glass fine powder and kneading. A suitable thickness of the thin film glass sheet is about 100 to 500 μm. The fine glass powder in the thin glass sheet melts and covers the surface of the laminated sheet during the heat treatment in the next step, so that the final product is prevented from absorbing moisture and deteriorating. If necessary, a paste obtained by adding an organic binder to fine glass powder and kneading may be applied to the side surface of the laminated sheet.

【0022】この圧着された積層シートを加熱処理する
ことにより誘電粉体積層コンデンサが製造されるが、あ
らかじめ比較的低温で予備熱処理して有機バインダを飛
ばしてから180〜900℃の温度範囲で最終熱処理を
行うことが好ましい。バインダシステムにもよるが、予
備熱処理して脱バインダすることにより、デラミネーシ
ョン、クラック、ひび割れなどの熱処理後に生じる欠陥
を少なくすることができる。
A dielectric powder laminated capacitor is manufactured by heat-treating the pressure-bonded laminated sheet, which is preliminarily heat-treated at a relatively low temperature in advance to remove the organic binder, and then final in a temperature range of 180 to 900 ° C. It is preferable to perform heat treatment. Depending on the binder system, pre-heat treatment and binder removal can reduce defects such as delamination, cracks, and cracks that occur after heat treatment.

【0023】最終熱処理は、通常空気又は不活性ガス雰
囲気中で、1時間以上行う。この間に電極金属の焼き付
けが行われる。外部電極は内部電極と同時に焼き付けて
も良いし、後からメッキにより形成しても良い。このあ
とリード線取り付け、外装を行って製品とする。
The final heat treatment is usually carried out for 1 hour or more in air or an inert gas atmosphere. During this period, the electrode metal is baked. The external electrode may be baked at the same time as the internal electrode, or may be formed later by plating. After this, the lead wire is attached and the outer packaging is applied to complete the product.

【0024】本発明の半導体積層コンデンサは、従来使
用されているパラジウムに比べて抵抗率の低い銅合金又
はニッケル合金を内部電極として使用できるので、誘電
正接(tan δ)が小さくなり高周波特性が向上する。
In the semiconductor multilayer capacitor of the present invention, a copper alloy or nickel alloy having a resistivity lower than that of the conventionally used palladium can be used as the internal electrodes, so that the dielectric loss tangent (tan δ) becomes small and the high frequency characteristics are improved. To do.

【0025】本発明の半導体積層コンデンサは、半導体
積層コンデンサの特性である小型大容量であることに加
えて、更に積層化されているために画期的な小型・大容
量化が行われる。すなわち静電容量100μFの製品を
得るために従来の積層型(ML型)コンデンサでは60
層を必要としたのに対し、本発明の半導体積層コンデン
サでは20層、或はそれ以下で良い。
The semiconductor multilayer capacitor of the present invention, in addition to the small size and large capacity that is a characteristic of the semiconductor multilayer capacitor, is further laminated, so that the semiconductor multilayer capacitor can be remarkably reduced in size and capacity. That is, in order to obtain a product with an electrostatic capacity of 100 μF, the conventional multilayer (ML type) capacitor has 60
In contrast to the number of layers required, the semiconductor multilayer capacitor of the present invention may have 20 layers or less.

【0026】以下実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。
The present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

【0027】[0027]

【実施例1】97.0重量%の試薬特級SrTiO3
半導体化剤として試薬特級のNb23 :2.25重量
%、ZnO:0.25重量%及びGeO:0.5重量%
を添加し水を加えて固形分40重量%のスラリーとした
ものをサウンドミルで良く混合した後乾燥した。この微
粉状セラミック半導体原料組成物をロータリーキルンを
用いて水素5体積%、窒素95体積%を含有する雰囲気
中で毎時200℃の昇温速度で1000℃に昇温し、こ
の温度で2時間維持し、更に毎時125℃の昇温速度で
1380℃に昇温し3時間維持して還元熱処理した後毎
時200℃の降温速度で常温まで冷却して微粉状半導体
(SrTi)を得た。この微粉状半導体の粒径は5μm
以下であった。この微粉状半導体100重量部に対し、
PbO:64重量%、Bi23 :32重量%、B2
3 :2重量%及びTi23 :2重量%よりなるガラス
化剤1重量部を添加し、水を加えて固形分40重量%の
スラリーとしたものをサウンドミルで良く混合した後乾
燥した。この微粉末を空気雰囲気中で毎時200℃の昇
温速度で500℃に昇温し、この温度で2時間維持した
後、毎時200℃の降温速度で常温まで冷却して表面ガ
ラス化半導体微粉末(誘電粉体)を得た。この誘電粉体
100重量部に、バインダとしてポリビニルブチラール
(PVB)10重量部並びに溶剤(MEK:トルエン:
メタノール=1:1:1)50重量部を添加し混練して
ペースト状とし、それから厚さ30μmの薄膜状シート
を形成した。薄膜状シートの表面に内部及び外部電極と
なる銅合金を含むペーストを厚さ2μmになるように塗
布した。内部電極の形状は、前記のように、幅11.5
mm、長さ22.5mmの矩形で、その一方の端が耳の
ように長さ方向で2.5mm分、左右にそれぞれ0.7
5mm張り出したT字形(T字の横棒が13mm×2.
5mm、T字の縦棒が幅11.5mm、長さ20.0m
m)とした。乾燥した後、この内部電極の耳の部分がシ
ートの一方の側に偏るように印刷されたものを交互に反
対向きに20層重ね合せ、ガラス粉末(日本電気硝子株
式会社製GA−8/500)100重量部にバインダと
してポリビニルブチラール(PVB)10重量部並びに
溶剤(MEK:トルエン:メタノール=1:1:1)5
0重量部を添加し混練したペーストより形成した厚さ3
00μmのガラス粉末シート2枚の間に挟んだ状態で圧
着し、その耳の部分に内部及び外部電極を接続するため
の電極剤ペースト(銀粉末:85重量部、PVB:10
重量部及びガラス粉末GA−8/500:5重量部を混
練したもの)を塗布した。この積層シートを空気雰囲気
中で毎時50℃の昇温速度で280℃に昇温しこの温度
で2時間維持して脱バインダーし、冷却した後切断して
幅13mm、長さ22.5mmのチップとし電極を接続
した。次いで空気中で毎時200℃の昇温速度で500
℃に昇温しこの温度で2時間維持して最終熱処理を行っ
た後毎時200℃の降温速度で常温まで冷却した。幅1
3mm、長さ22.5mmに切断したチップ(厚さ約
0.35mm:上下のガラス層を含めた厚さ約1.0m
m)状の半導体積層コンデンサの特性は静電容量100
μF±10%、εs :8.3×104 、tanδ
(%):0.6、絶縁抵抗:1.5×105 MΩ/cm
3 、絶縁耐圧:1080V/mmで、温度特性はB特
性、電圧特性は0であった。電極材料として、ニッケル
合金を含むペーストを用いた場合も同様な結果が得られ
た。
EXAMPLE 1 97.0% by weight of reagent grade SrTiO 3 and Nb 2 O 3 of reagent grade as a semiconducting agent: 2.25% by weight, ZnO: 0.25% by weight and GeO: 0.5% by weight
Was added and water was added to form a slurry having a solid content of 40% by weight, which was thoroughly mixed with a sound mill and then dried. This fine powdery ceramic semiconductor raw material composition was heated to 1000 ° C. at a temperature rising rate of 200 ° C./hour in an atmosphere containing 5% by volume of hydrogen and 95% by volume of nitrogen using a rotary kiln, and maintained at this temperature for 2 hours. Further, the temperature was raised to 1380 ° C. at a heating rate of 125 ° C./hour, maintained for 3 hours for reduction heat treatment, and then cooled to room temperature at a temperature dropping rate of 200 ° C./hour to obtain a fine powder semiconductor (SrTi). The particle size of this fine powder semiconductor is 5 μm.
It was below. To 100 parts by weight of this fine powder semiconductor,
PbO: 64% by weight, Bi 2 O 3 : 32% by weight, B 2 O
3: 2 wt% and Ti 2 O 3: 2 was added vitrifying agent 1 part by weight consisting wt%, by adding water to those with a solid content of 40 wt% of the slurry and dried was mixed well with the sound mill . This fine powder is heated to 500 ° C. at a heating rate of 200 ° C./hour in an air atmosphere, maintained at this temperature for 2 hours, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 200 ° C./hour to obtain a surface vitrified semiconductor fine powder. (Dielectric powder) was obtained. To 100 parts by weight of this dielectric powder, 10 parts by weight of polyvinyl butyral (PVB) as a binder and a solvent (MEK: toluene:
50 parts by weight of methanol = 1: 1: 1) was added and kneaded to form a paste, and then a thin film sheet having a thickness of 30 μm was formed. A paste containing a copper alloy to be the internal and external electrodes was applied to the surface of the thin film sheet to a thickness of 2 μm. The shape of the internal electrode is 11.5 width as described above.
mm, length 22.5 mm, one end of which is 2.5 mm in the lengthwise direction like ears, 0.7 on each side
T-shaped overhanging 5 mm (T-shaped horizontal bar is 13 mm x 2.
5mm, T-shaped vertical bar width 11.5mm, length 20.0m
m). After drying, 20 layers in which the ears of this internal electrode were printed so that they were biased to one side of the sheet were alternately laminated in opposite directions, and glass powder (GA-8 / 500 manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) was laminated. ) 100 parts by weight of polyvinyl butyral (PVB) as a binder 10 parts by weight and solvent (MEK: toluene: methanol = 1: 1: 1) 5
Thickness 3 formed from paste mixed with 0 parts by weight
An electrode material paste (silver powder: 85 parts by weight, PVB: 10) for press-bonding the two glass powder sheets of 00 μm in a state of being sandwiched and connecting the internal and external electrodes to the ears.
Parts by weight and glass powder GA-8 / 500: 5 parts by weight) were applied. This laminated sheet was heated to 280 ° C. at a temperature rising rate of 50 ° C./hr in an air atmosphere, kept at this temperature for 2 hours to remove the binder, cooled, and then cut into chips having a width of 13 mm and a length of 22.5 mm. And the electrodes were connected. Then, in air at a heating rate of 200 ° C per hour at 500
The temperature was raised to 0 ° C., the temperature was maintained for 2 hours, and the final heat treatment was performed. Then, the temperature was decreased to 200 ° C./hr. Width 1
Chip cut into 3 mm and 22.5 mm length (thickness about 0.35 mm: thickness about 1.0 m including upper and lower glass layers)
The characteristics of the m) type semiconductor multilayer capacitor have an electrostatic capacity of 100.
μF ± 10%, ε s : 8.3 × 10 4 , tan δ
(%): 0.6, insulation resistance: 1.5 × 10 5 MΩ / cm
3. Dielectric strength: 1080 V / mm, temperature characteristic was B characteristic, and voltage characteristic was 0. Similar results were obtained when a paste containing a nickel alloy was used as the electrode material.

【0028】[0028]

【実施例2】実施例1で製造した微粉状半導体100重
量部に対し、シリコーンオイル(信越シリコン株式会社
製ジメチルシリコーンオイルKF−96:粘度100c
St/25℃)5ml及びMEK(メチルエチルケト
ン)25mlを添加してスラリーとしたものをサウンド
ミルで良く混合した後乾燥した。この微粉末を空気雰囲
気中で毎時200℃の昇温速度で500℃に昇温し、こ
の温度で2時間維持した後毎時200℃の降温速度で常
温まで冷却して微粉状半導体の表面にシリコーンオイル
の誘電体皮膜(厚さ約10Å)を焼き付けた誘電粉体を
得た。この誘電粉体を用いた以外は実施例1と同様な操
作で半導体積層コンデンサを製造した。幅13mm、長
さ22.5mmに切断したチップ(厚さ約0.35m
m:上下のガラス層を含めた厚さ約1.0mm)の特性
は静電容量120μF±10%、εs:9.8×10
4 、tanδ(%):0.4、絶縁抵抗:1.8×10
5 MΩ/cm3 、絶縁耐圧:1180V/mmで、温度
特性はB特性、電圧特性は0であった。
[Example 2] Silicone oil (dimethyl silicone oil KF-96 manufactured by Shin-Etsu Silicon Co., Ltd .: viscosity 100c) was added to 100 parts by weight of the fine powder semiconductor produced in Example 1.
St / 25 ° C.) (5 ml) and MEK (methyl ethyl ketone) (25 ml) were added to form a slurry, which was thoroughly mixed with a sound mill and then dried. This fine powder is heated to 500 ° C. at a heating rate of 200 ° C./hr in an air atmosphere, maintained at this temperature for 2 hours, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 200 ° C./hr to form a silicone on the surface of the finely divided semiconductor. A dielectric powder was obtained by baking a dielectric film of oil (thickness: about 10Å). A semiconductor multilayer capacitor was manufactured by the same operation as in Example 1 except that this dielectric powder was used. Chip cut to a width of 13 mm and a length of 22.5 mm (thickness of about 0.35 m
(m: thickness of about 1.0 mm including upper and lower glass layers) has a capacitance of 120 μF ± 10%, ε s : 9.8 × 10
4 , tan δ (%): 0.4, insulation resistance: 1.8 × 10
The dielectric constant was 5 MΩ / cm 3 , the withstand voltage was 1180 V / mm, the temperature characteristics were B characteristics, and the voltage characteristics were 0.

【0029】[0029]

【実施例3】実施例1で製造した微粉状半導体100重
量部に対し、有機チタン化合物(日本曹達株式会社製:
アトロンNTi−500)25ml及びMEK(メチル
エチルケトン)100mlを添加してスラリーとしたも
のをサウンドミルで良く混合した後乾燥した。この微粉
末を空気雰囲気中で毎時200℃の昇温速度で500℃
に昇温し、この温度で2時間維持した後毎時200℃の
降温速度で常温まで冷却して微粉状半導体の表面にチタ
ン酸化物の皮膜(厚さ約1Å)を設けた誘電粉体を得
た。この誘電粉体を用いた以外は実施例1と同様な操作
で半導体積層コンデンサを製造した。幅13mm、長さ
22.5mmに切断したチップ(厚さ約0.35mm:
上下のガラス層を含めた厚さ約1.0mm)の特性は静
電容量145μF±10%、εs :10.7×104
tanδ(%):0.3、絶縁抵抗:10.0×105
MΩ/cm3 、絶縁耐圧:1150V/mmで、温度特
性はB特性、電圧特性は0であった。
Example 3 An organic titanium compound (manufactured by Nippon Soda Co., Ltd .:
25 ml of Atron NTi-500) and 100 ml of MEK (methyl ethyl ketone) were added to form a slurry, which was thoroughly mixed with a sound mill and then dried. This fine powder is heated to 200 ° C./hour at a temperature of 500 ° C.
Then, the temperature was raised to 2, maintained at this temperature for 2 hours, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 200 ° C./hour to obtain a dielectric powder having a titanium oxide film (thickness of about 1Å) provided on the surface of the finely divided semiconductor. It was A semiconductor multilayer capacitor was manufactured by the same operation as in Example 1 except that this dielectric powder was used. A chip cut into a width of 13 mm and a length of 22.5 mm (thickness: about 0.35 mm:
The thickness of the upper and lower glass layers is about 1.0 mm.) The capacitance is 145 μF ± 10%, ε s : 10.7 × 10 4 ,
tan δ (%): 0.3, insulation resistance: 10.0 × 10 5
MΩ / cm 3 , dielectric strength: 1150 V / mm, temperature characteristics were B characteristics, and voltage characteristics were 0.

【0030】[0030]

【実施例4】実施例1で製造した微粉状半導体を、水で
1000倍に希釈した塩酸(試薬グレード:純度36
%)に1時間浸漬し、乾燥後空気雰囲気中で毎時200
℃の昇温速度で500℃に昇温し、この温度で2時間維
持した後毎時200℃の降温速度で常温まで冷却して微
粉状半導体(SrTi)の表面にチタン酸ストロンチウ
ム(SrTiO3 )の皮膜(厚さ約10Å)を設けた誘
電粉体を得た。この誘電粉体を用いた以外は実施例1と
同様な操作で半導体積層コンデンサを製造した。幅13
mm、長さ22.5mmに切断したチップ(厚さ約0.
35mm:上下のガラス層を含めた厚さ約1.0mm)
の特性は、静電容量110μF±10%、εs :8.9
8×104 、tanδ(%):0.3、絶縁抵抗:1.
9×105MΩ/cm3 、絶縁耐圧:1200V/mm
で、温度特性はB特性、電圧特性は0であった。なお、
水で1000倍に希釈した塩酸の代りに、水で1000
倍に希釈した硫酸(試薬グレード:純度98%)又は水
で1000倍に希釈した硝酸(試薬グレード:純度63
%)を用いた場合も同様な操作で誘電粉体積層コンデン
サが得られた。
Example 4 The finely powdered semiconductor produced in Example 1 was diluted 1000 times with water to prepare hydrochloric acid (reagent grade: purity 36
%) For 1 hour, and after drying, 200 hours per hour in an air atmosphere.
The temperature of the strontium titanate (SrTiO 3 ) was increased to 500 ° C. at a temperature rising rate of ℃, maintained at this temperature for 2 hours, and then cooled to room temperature at a temperature decreasing rate of 200 ° C./hr to cool the strontium titanate (SrTiO 3 ) surface. A dielectric powder provided with a film (thickness of about 10Å) was obtained. A semiconductor multilayer capacitor was manufactured by the same operation as in Example 1 except that this dielectric powder was used. Width 13
mm and length 22.5 mm.
35 mm: thickness of 1.0 mm including upper and lower glass layers)
Has a capacitance of 110 μF ± 10%, ε s : 8.9.
8 × 10 4 , tan δ (%): 0.3, insulation resistance: 1.
9 × 10 5 MΩ / cm 3 , withstand voltage: 1200 V / mm
The temperature characteristic was B characteristic and the voltage characteristic was 0. In addition,
Instead of hydrochloric acid diluted 1000 times with water, 1000 times with water
Double diluted sulfuric acid (reagent grade: 98% purity) or nitric acid diluted 1000 times with water (reagent grade: purity 63%)
%), A dielectric powder multilayer capacitor was obtained by the same operation.

【0031】[0031]

【発明の効果】【The invention's effect】

1)小型で大容量の半導体コンデンサが得られる。2)
安価な電極材料を使用できるのでコストが軽減される。
3)耐電圧性の優れた半導体コンデンサが得られる。
1) A compact and large-capacity semiconductor capacitor can be obtained. 2)
Cost can be reduced because inexpensive electrode materials can be used.
3) A semiconductor capacitor having excellent voltage resistance can be obtained.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 微粉状の半導体原料組成物を、少なくと
も5体積%の水素ガスが存在する雰囲気中で1300〜
1450℃の温度範囲で熱処理して半導体化した微粉末
の表面に誘電体皮膜を設けて誘電粉体とし、その誘電粉
体に有機バインダを添加し混練したペーストより薄膜状
シートを形成し、その薄膜状シートの表面に電極となる
金属の微粉末を含むペーストを塗布・乾燥したものを積
層し、その積層シートをガラス微粉末に有機バインダを
添加し混練したペーストより形成される薄膜状ガラスシ
ートの間に挟んだ状態で圧着し、次いで加熱処理するこ
とを特徴とする半導体積層コンデンサの製造法。
1. A semiconductor raw material composition in the form of fine powder is used in an atmosphere of at least 5% by volume of hydrogen gas in an amount of 1300 to 1300.
A dielectric film is provided on the surface of fine powder that has been heat-treated into a semiconductor by heat treatment in the temperature range of 1450 ° C. to obtain a dielectric powder, and an organic binder is added to the dielectric powder to form a thin film sheet from a kneaded paste. Thin film glass sheet formed from a paste obtained by applying and drying a paste containing fine metal powder to be an electrode on the surface of a thin film sheet, and kneading the laminated sheet by adding an organic binder to glass fine powder A method for manufacturing a semiconductor multilayer capacitor, which comprises press-bonding the film in a state of being sandwiched between and then performing heat treatment.
【請求項2】 半導体化した微粉末の表面にガラス化剤
を焼き付けることにより誘電体皮膜を形成する請求項1
に記載の半導体積層コンデンサの製造法。
2. The dielectric film is formed by baking a vitrifying agent on the surface of the fine powder which has been made into a semiconductor.
A method for manufacturing the semiconductor multilayer capacitor described in.
【請求項3】 半導体化した微粉末の表面に皮膜形成性
シリコーンオイルを焼き付けることにより誘電体皮膜を
形成する請求項1に記載の半導体積層コンデンサの製造
法。
3. The method for producing a semiconductor multilayer capacitor according to claim 1, wherein the dielectric film is formed by baking a film-forming silicone oil on the surface of the fine powder which has been made into a semiconductor.
【請求項4】 半導体化した微粉末の表面に皮膜形成性
有機金属化合物を焼き付けることにより誘電体皮膜を形
成する請求項1に記載の半導体積層コンデンサの製造
法。
4. The method for producing a semiconductor multilayer capacitor according to claim 1, wherein the dielectric film is formed by baking a film-forming organometallic compound on the surface of the fine powder that has been semiconducting.
【請求項5】 半導体化した微粉末の表面を酸化処理し
て再酸化誘電体皮膜を形成する請求項1に記載の半導体
積層コンデンサの製造法。
5. The method for producing a semiconductor multilayer capacitor according to claim 1, wherein the surface of the fine powder made into a semiconductor is subjected to an oxidation treatment to form a reoxidized dielectric film.
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