JPS62158311A - 薄いフイルム コンデンサおよびその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は薄いフィルム　コンデンサおよびその製造方法
に関する。

（従来の技術） キャパシタンスの大きい容量密度および低い温度係数を
有する薄いフィルム　コンデンサはミクロ電子光学の種
々の分野において著しく要求されている。

一般に、ミクロ電子工学において利用されている薄いフ
ィルム　コンデンサは二酸化珪素、酸化アルミニウムお
よび五酸化タンタルの如き誘電体が使用されている。む
しろ、これらの誘電体は低い誘電率（約４〜２０）を有
しており、このために製造されたコンデンサを極めてや
わらげられた容量密度（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｄｅ
ｎｓｉｔｉｅｓ）だけが得られる。

この結果、かかるコンデンサを用いるミクロ電子工学回
路の複合密度（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｄｅｎｓｉｔｙ）
に望ましくない制限が生ずる。

式：　Ｓｒ　ｔ−ｘＢａｘＮｌ］２０ｇ　（ここにＸは
０．２５〜０．７５の数を示す）のニオブ酸バリウム　
ストロンチウムは知られている材料である。これらの材
料を以後ＳＯＮで示すことにする。ＳＯＮの結晶構造は
従来の多くの文献、例えば、０．　Ｆ、　Ｄｕｄｎｉｋ
氏らのｒＳｏｖｉｅｔ　Ｐｈｙ−ｓｉｃｓ−Ｃｒｙｓｌ
ａｌｌｏｇｒａｐｂｙＪ　ｖｏＬ、１５．　　Ｎｏ、２
　、ページ３３０〜３３２．１９７０年９〜１０月）に
記載されている。

ＳＢＮ結晶は赤外線のピロ電気検出器として良く使用さ
れている（例えば、Ａ、　Ｍ、Ｇｌａｓｓ氏、ｒ−ＪＨ
ｒｎａｌｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｊ　
ｖｏｌ、４Ｑ、　　ページ４６９９〜４７１３．１９６
９年１１月）。これらの検出器には分極ベクトル（ｐｏ
ｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｖｅｃｔｏｒ）　（Ｃ−軸）に
対して直角の電極面（ｅｌｅｃｔｒｏｄｒｄ　５ｕｒｆ
ａｃｅｓ）をもって配向したＳＢＮ結晶の薄いウェハー
が用いられている。この形態において、３８Ｎ素子は熱
変換器およびコンデンサとして作用している。吸収輻射
力による結晶温度における変化はその温度を変え、ピロ
電気効果を介して平行なプレート　コンデンサを横切っ
て展開する電圧を生ずる。この用途の場合には、ＳＢＮ
ウェハーを分極ベクトルに対し直角にカットしてピロ電
気効果を最大にする。しかしながら、この配向において
、ＳＯＮのキャパシタンスは温度によって著しく変化す
る。ウェハーはキャパシタンスの弱い温度依存性を示す
Ｃ−軸に平行にカットするが、しかしながらこれらのウ
ェハーはピロ電気効果を示さないために赤外検出器とし
て利用できない。

酸素雰囲気においてＲＦスバッタイングによって生ずる
ＳＢＮフィルムの誘電特性のある特徴についてはＶ、　
Ｊ、　Ｚｈｄａｎｏｖ氏ら丁Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉ
ｃｓ　Ｊ　ｖｏｌ。

２９、ページ２１９〜２２０　（１９８０）に記載され
ている。

この文献の２１９ページにはＳＢＮフィルムを形成する
６〜９　Ｘｌ０−’　）ルの酸素圧でＲＦスパッタイン
グにより、製造直後ε値が広い範囲にわたって温度変化
に感じなくなることが報告されている。また、この文献
にはスパッタイング中に用いる温度（７００〜９００℃
）から冷却する際に、ＳＯＮフィルムの誘電体εは温度
の増加につれて減少することが報告されている。

米国特許第３．８２３．９９８号明細書には光学活性材
料としてＳＯＮの単結晶プレートからなり、その主表面
を導電性ス）　ＩＪツブの列に平行に支持する光弁（ｌ
ｉｇｈｔ　ｖａｌｃｅ）が記載されており、この場合１
つの面上のストリップは他の面上のス）　ＩＪツブを横
切っている。結晶および透明電極ス）　ＩＪツブの組合
せにより形成された構造は高いキャパシタンス密度およ
び低いキャパシタンス温度係数を有す′るコンデンサを
形成する。

英国特許第９０５．２５３号明細書には高い誘電率を有
する半結晶質セラミック誘電体からなる積層コンデンサ
が記載されている。この誘電体め１例としては二酸化珪
素のほかにニオブ酸バリウムおよびニオブ酸ストロンチ
ウムを含む半結晶質ガラスが挙げられている。例えばこ
の英国特許明細書の６ページの表６にガラス組成物８８
が示されている。

この英国特許明細書の第６図には、この材料８８につい
ての誘電率の温度係数が全く高いことを示している。

発明の開示 本発明の主な目的は低い温度係数と共に高い容量からな
る薄いフィルム　コンデンサを提供することである。

本発明によれば、低いキャパシタンス温度係数と共に高
いキャパシタンス密度を有する新規なフィルム　コンデ
ンサを形成することである。

更に、この新規なコンデンサにおける本発明の１つの観
点によれば、薄い結晶性電気的絶縁基体を伝導性金属の
薄い結晶フィルムで１つの面に設けている。更に、式Ｓ
ｒ　＋−ＸＢａＸＮｂ２Ｏｇ　（ここに０．２５≦ｘ＜
Ｑ。７５の要件を満たす）を有し、および薄い結晶性基
体の表面に非垂直手段で配向した２、７７人離間原子平
面を有する結晶ＳＢＮの薄いフィルムは導電性金属の薄
いフィルムの他の面上に設け、導電性金属の追加フィル
ムを結晶ＳＢＮの薄いフィルムの他の表面上に設ける。

新規なコンデンサにおける本発明の他の観点によれば、
薄い結晶半導体基体を上述する結晶ＳＯＮの薄いフィル
ムで１つの表面上に設け、導電性金属のフィルムを結晶
ＳＢＮの薄いフィルムの他の表面上に設ける。

新規なコンデンサにおける本発明の他の観点によれば、
薄い結晶半導体基体を上述する結晶ＳＯＮの薄いフィル
ムで１つの表面上に設け、導電性金属のフィルムを結晶
ＳＢＮの薄いフィルムの他の表面に設ける。

本発明の新規なコンデンサは、キャパシタンスの低い温
度係数、および特にｌ０ＫＩ（Ｚおよびこれ以上の周波
数で誘電正接の低い温度係数と共にキャパシタンスの高
い密度を示すことを見出した。

本発明の更に他の観点によれば、本発明の新規な薄いフ
ィルム　コンデンサは工程の新規な組合せにより作るこ
とができる。使用する基体を電気的絶縁基体とする場合
には、方法は、先づ不活性雰囲気においてＲＦスパッタ
イングにより導電性金属の薄い結晶フィルムを薄い結晶
性電気的絶縁基体の表面上に形成し、約５０％の酸素お
よび約５０％の不活性ガスの混合物の雰囲気においてＲ
Ｆスパックイングにより導電性金属のフィルム上に上記
基体の表面に非垂直手段で配向した２、７７人離間金属
平面を有するＳＢＮの薄い結晶フィルムを堆積し、阿い
て不活性雰囲気においてＲＰスパックイングによりＳＢ
Ｎの生成結晶フィルムの自由表面上に導電性金属の薄い
フィルムを堆積することを包含する。

半導体基体を用いる場合には、方法は５０％の酸素およ
び約５０％の不活性ガスの混合物の雰囲気中・でＲＦス
パッタイングによって薄い結晶性半導体基体の表面上に
ＳＯＮの薄い結晶フィルムで上記表面に対して非垂直手
段で配向した２、７７人離間原子平面を有するＳＯＮフ
ィルムを形成し、次いで不活性ガス雰囲気においてＲＦ
スバッタイングによってＳＯＮの生成フィルムの自由表
面上に導電性金属の薄いフィルムを堆積することを包含
する。

実施例１ １１０２配向サファイア円盤（直径２５ｍｍおよび厚さ
ｌ　ｍｍ）を常温で王水に浸して清浄にし、蒸留水でゆ
すぎ、次いでイソプロパツール中でゆすぎ、ＵＨＰ窒素
流中で乾燥した。次いで、薄い白金結晶フィルムの第１
電極を、約４　Ｘ１０−’　）ルの圧力で真空システム
においてＵＨＰアルゴン中でＲＦスパッタイングによっ
て堆積した。次いで堆積した白金フィルムを真空中で冷
却させた。

３ｒｏ、ｔｓＢａｏ、　ｚｓＮｂ２０６　（ＳＢＮ）の
薄い結晶フィルムを次の４工程でＲＦスパッタイングし
て堆積した。

各工程において、背圧を約４　Ｘｌ０−３）ルにした。

金属化円盤を真空巾約７００℃に加熱し、次いで０１１
Ｐアルゴンおよび酸素の５０１５０混合物を１．４×１
０−’）ルの圧力にした。次いで、ＳＢＮターゲットを
初めの２工程のそれぞれにおいて１時間のスパッタイン
グ時間でＲＦスパッタイングし、ついでそれぞれ１．５
時間の後の２工程前に円盤を９０°回転した。各スパン
タイング工程後、円盤を純粋アルゴン中で常温近くに徐
々に冷却し、次いで・真空中に放置した。スパッタイン
グの後の各３工程前に、前に堆積したＳＢＮを純粋アル
ゴン中常温でスパッター腐食し、界面をきれいにし、し
かる後に円盤を７００℃に加熱し、アルゴン／酸素ガス
混合物を導入した。ＳＯＮ堆積の全時間は５時間にした
。

また、白金の薄いフィルムからなる対極を１．５８８ｍ
ｍ　（１／１６ｔｈインチ）ホールを有するサファイア
マスクを介してＲＦスパッターした。このフィルムを、
白金を堆積する前にＳＢＮ表面を純粋アルゴン中でスパ
ッター腐食する以外は、第１電極と同様に堆積した。

第１Ａ図に示すように、この例により製造された薄いフ
ィルム　コンデンサは、−表面に厚さ４５００人の薄い
結晶性白金フィルム電極２を有する厚さ約２ｍｍの薄い
サファイア円盤ｌからなる。この薄いフィルム白金電極
２の表面上に、厚さ５５００への薄いＳＢＮフィルム３
を存在させ、この薄いＳＯＮフィルム３の表面上に薄い
結晶性白金フィルム電極２から離して厚さ６２００人の
薄い対向フィルム白金電極４を存在させた。

ＳＢＮフィルムのＸ−線回折分析の結果、このフィルム
は約２．７７八で互いに離間した原子平面を有している
こと、およびこの平面がサファイア円盤の表面の平面に
対して非・垂直に配向することを確かめた。

コンデンサのキャパシタンスおよび散逸（損失）は周波
数および温度の関数として測定した。

この例により製造したコンデンサについての２５℃にお
けるキャパシタンスおよび散逸（損失）の値を表１に示
す； 表　　１ １　　２２．３　　　１３．６ １０　　１９．１　　　１８．６ １００　　１６．１　　　１１．４ １０００　　１３．５　　　１２．４ 表１から明らかなように、このコンデンサは周波数とは
逆に増加する大きいキャパシタンスおよび２５℃で約１
１．４〜約１８．６の比較的に低い散逸ファクターを有
することがわかる。

種々の周波数にふけるこの例により得られたコンデンサ
の温度に対するキャパシタンスの関係を第２図に示す。

この第２図から明らかなように、１０および１００ｋＨ
ｚの周波数におてい、このコンデンサは極めて低いキャ
パシタンスの温度係数を有すると共に１　ｋＨｚの周波
数において約２０〜７０℃においてキャパシタンスは僅
かに漸増し、約１０５℃においてキャパシタンスは急速
に増加し、幾分高いキャパシタンス温度係数を示してい
る。

また、散逸ファクターを同じコンデンサについて、同じ
周波数および同じ温度範囲（２０〜１２０℃）において
測定し、この関係を第３図に示している。

第３図に示すように、散逸ファクターは１００ｋＨｚの
周波数で約１１〜約２０％にわたって変化し、２０℃の
温度において約１８％から１２０℃の温度で約２３％に
変化し、１０ｋＨｚの周波数で約８０℃の範囲において
約１５％のチップを有している。しかしながら、１　ｋ
ｊｌｚの周波数において、散逸ファクターは２０℃で約
１３％から約１１０℃で約５０％にわたって変化してい
る。

この例において、薄いフィルム電極は白金から形成した
が、しかし金またはニッケル−クロムの如き他の導電性
金属を用いることができる。

これらの電極は約５００八−１マイクロメーターの厚さ
が好ましい。

実施例２ この例ではサファイア円盤の代わりにホウ素でドープし
た半導体１１１配向シリコン基体を用いた。

このシリコン基体の表面に、ＳＯＮの薄い結晶フィルム
を堆積した。この堆積を実施例１に記載すると同様に行
った。次いで、実施例１に記載すると同様にして生成し
たＳＢＮの結晶フィルムの自由表面上に白金の薄いフィ
ルムを堆積した。

第１Ｂ図に示すように、この例で得た薄いフィルム　コ
ンデンサは一表面上に厚さ５５００人の薄いＳＢＮ層６
を有する厚さ約２ｍｍの半導体ホウ素ドープしたシリコ
ン基体５およびＳＢＮ層の表面上に基体から離れて厚さ
６２００人の薄い白金対極７を堆積して構成した。

得られたコンデンサは実施例１のコンデンサと比較して
幾分高い温度依存性および同様のキャパシタンス値を示
した。

ＳＢＮの薄いフィルムの厚さは約０．５〜１０ミクロン
が好ましく、基体の厚さは０．３〜３ｍｍが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の薄いフィルム　コンデンサの断面図
、 第１Ｂ図は第１Ａ図のコンデンサの他の変形構造の薄い
フィルム　コンデンサの断面図、第２図は本発明のコン
デンサについての種々の周波数での温度に対するキャパ
シタンスの変化を示す曲線図、および 第３図は本発明のコンデンサについての温度に対する透
電正接の変化を示す曲線図である。 １・・・サファイア円盤 ２・・・薄いフィルム白金電極 ３．６・・・薄いＳＢＮ　フィルム ４．７・・・フィルム白金対極 ５・・・半導体ホウ素ドープドシリコン基体Ｃつ μ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、低いキャパシタンス温度係数および高いキ ャパシタンス密度を有する薄いフィルム　コンデンサに
   おいて、前記コンデンサは主として薄い結晶性電気的絶
   縁性基体、前記薄い基体の表面上に位置する導電性金属
   の第１の薄い結晶フィルム、式：Ｓｒ＿１＿−＿ＸＢａ
   ＿ＸＮｂ＿２Ｏ＿６（ここに０．２５＜Ｘ＜０．７５の
   要件を満す）を有し、および導電性金属の前記第１の結
   晶フィルム上に位置する前記薄い基体の前記表面に対し
   て非垂直に配向した２．７７Å離間原子平面を有する組
   成を有する結晶ニオブ酸バリウム　ストロンチウムの薄
   いフィルム、およびニオブ酸バリウム　ストロンチウム
   の前記結晶フィルムの表面上に位置する導電性金属の第
   ２の薄いフィルムからなることを特徴とする薄いフィル
   ムコンデンサ。 ２、低いキャパシタンス温度係数および高いキャパシタ
   ンス密度を有する薄いフィルム　コンデンサにおいて、
   前記コンデンサは主として薄い結晶性半導体基体、式：
   Ｓｒ＿１＿−＿ＸＢａ＿ＸＮｂ＿２Ｏ＿６（ここに０．
   ２５＜Ｘ＜０．７５の要件を満す）を有し、および前記
   薄い基体の前記表面に対して非垂直に配向した２．７７
   Å離間原子平面を有する結晶ニオブ酸バリウムストロン
   チウムの 薄いフィルム、および結晶ニオブ酸バリウムストロンチ
   ウムの前記薄いフィルムの表面上に位置する導電性金属
   の薄いフィルムからなることを特徴とする薄いフィルム
   コンデンサ。 ３、薄い結晶基体を薄い結晶酸化アルミニウム基体とし
   た特許請求の範囲第１項記載のコンデンサ。 ４、導電性金属の前記第１および第２のフィルムを白金
   、金またはニッケル−クロムのフィルムとした特許請求
   の範囲第１項記載のコンデンサ。 ５、導電性金属の前記第１および第２のフィルムを白金
   、金またはニッケル−クロムとした特許請求の範囲第３
   項記載のコンデンサ。 ６、基体を薄いサファイアプレートとした特許請求の範
   囲第５項記載のコンデンサ。 ７、酸化アルミニウム基体の厚さを約０．３〜３ｍｍと
   した特許請求の範囲第３項記載のコンデンサ。 ８、ニオブ酸バリウムストロンチウムフィ ルムの厚さを約０．０５〜１０ミクロンとした特許請求
   の範囲第７項記載のコンデンサ。 ９、前記半導体基体を半導体結晶シリコンとした特許請
   求の範囲第２項記載のコンデンサ。 １０、低いキャパシタンス温度係数および高いキャパシ
   タンス密度を有する薄いフィルムコ ンデンサの製造方法において、第１の薄い導電性の結晶
   性金属フィルムを薄い無機質結晶性の電気的絶縁基体の
   表面の上に不活性ガス雰囲気中でＲＦスパッタイングに
   よって堆積し、この第１の金属フィルムの表面の上に式
   ： Ｓｒ＿１＿−＿ＸＢａ＿ＸＮｂ＿２Ｏ＿６（ここに０．
   ２５≦Ｘ≦０．７５の要件を満す）を有しおよび前記基
   体の表面に対して非垂直状態に配向した２．７７Å離間
   原子平面を有するニオブ酸バリウムストロンチウ ムの薄い結晶フィルムを酸素および不活性ガスの約５０
   ／５０混合物の雰囲気中でＲＦスパッタイングによって
   堆積し、および前記ニオブ酸バリウムストロンチウムフ
   ィルムの表面 の上に第２の薄い導電性の結晶性金属フィルムを不活性
   ガス雰囲気中でＲＦスパッタイングによって堆積するこ
   とを特徴とする薄いフィルムコンデンサの製造方法。 １１、低いキャパシタンス温度係数および高いキャパシ
   タンス密度を有する薄いフィルムコンデンサの製造方法
   において、式：Ｓｒ＿１＿−＿ＸＢａ＿ＸＮｂ＿２Ｏ＿
   ６（ここに０．２５＜Ｘ＜０．７５の要件を満たす）を
   有しおよび前記基体の表面に対して非垂直状態に配向し
   た２．７７Å離間原子平面を有するニオブ酸バリウムス
   トロンチウムの薄い結晶 フィルムを酸素および不活性ガスの約５０／５０混合物
   の雰囲気中でＲＦスパッタイングによって堆積し、この
   ニオブ酸バリウムストロン チウムフィルムの表面上に第２の薄い導電 性の結晶性金属フィルムを不活性ガス雰囲気中でＲＦス
   パッタイングによって堆積することを特徴とする薄いフ
   ィルム　コンデンサの製造方法。