JPS5935168B2 - Manufacturing method of tantalum oxide film capacitor - Google Patents
Manufacturing method of tantalum oxide film capacitorInfo
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- JPS5935168B2 JPS5935168B2 JP49112625A JP11262574A JPS5935168B2 JP S5935168 B2 JPS5935168 B2 JP S5935168B2 JP 49112625 A JP49112625 A JP 49112625A JP 11262574 A JP11262574 A JP 11262574A JP S5935168 B2 JPS5935168 B2 JP S5935168B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は酸化タンタル皮膜コンデンサの製造方法に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing tantalum oxide film capacitors.
酸化タンタル皮膜を誘電体として使用したコンデンサは
従来よく知られている。Capacitors using tantalum oxide films as dielectrics are well known.
また、リンを適当にドープした酸化タンタル皮膜を誘電
体として使用した場合には単に酸化タンタル皮膜を使用
した場合より理論上特性が勝れていることも知られてい
る。ところで、酸化タンタル皮膜中にリンをドープする
手段としては、従来、リンを含まないタンタル層にリン
の酸素酸およびその塩を電解質に用いた電解質溶液また
はこれらの電解質を含む溶融塩中で陽極酸化を施すこと
によつて行うようにしている。It is also known that when a tantalum oxide film suitably doped with phosphorus is used as a dielectric, the characteristics are theoretically better than when a tantalum oxide film is simply used. By the way, as a means of doping phosphorus into a tantalum oxide film, conventionally, a tantalum layer that does not contain phosphorus is anodized in an electrolyte solution using phosphorus oxygen acid and its salt as an electrolyte, or in a molten salt containing these electrolytes. This is done by applying the following.
しかしながら、上記のようなドープ手段を伴なう製造方
法であると次のような問題点があつた。However, the manufacturing method involving the above-mentioned doping means has the following problems.
すなわち、従来方法によつて得られた酸化タンタル皮膜
は、皮膜の内側がリンを含まない酸化タンタル層となり
、列側がリンを含む酸化タンタル層となるいわゆる複合
皮膜となつている。このため、リンが適量含まれている
酸化タンタル層が有している性質、つまり誘電率が大き
い、損失係数が小さい、低電圧のみならず高電圧におい
ても漏れ電流が小さい、破壊電圧が高いなどの勝れた利
点を十分発揮できない不具合がある。すなわち、リンを
含まない酸化タンタル層は、誘電率が比較的小さい、損
失係数が比較的大きい、高電圧における漏れ電流が大き
い、破壊電圧が低いなどの電気的性質を有している。一
方、高濃度のリンを含んだ酸化タンタル層は誘電率が非
常に低い、損失係数が非常に大きい、低電圧および高電
圧における漏れ電流が非常に大きいなどの電気的性質を
有している。したがつて上記2つの層の性質がリンを含
ませたことによる特徴を打消すように作用し、リン含有
による効果が期待に反して発揮されず、勝れた特性のコ
ンデンサを得ることができなかつた。本発明はこのよう
な事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、誘電体に供される酸化タンタル層全体にリンを均一
に含ませることが容易に行なえ含リン効果を最大限に発
揮し得るコンデンサを多量に生産可能な酸化タンタル皮
膜コンデンサの製造方法を提供することにある。発明者
らは上記目的を達成すべく種々実験研究した結果次のよ
うな事実を見出した。すなわち、リン、ホスフィン、ジ
ホスフィンの少なくとも1種を含んだ気体雰囲気中で基
板表面にタンタルをリアクテブスパツタすれば上記表面
にリンを均一な分布状態で含んだ含リンタンタル皮膜(
一部分リン化したタンタルからなる。)が形成され、こ
の含リンタンタル皮膜に電解質溶液あるいは固体電解質
溶融塩中で陽極酸化を施せばリンが均一に分布した含リ
ン酸化タンタル皮膜が得られることが判明した。このよ
うな製造方法における基本条件を列挙すれば下記の通り
である。That is, the tantalum oxide film obtained by the conventional method is a so-called composite film in which the inner side of the film is a tantalum oxide layer that does not contain phosphorus, and the row side is a tantalum oxide layer that contains phosphorus. For this reason, the properties of the tantalum oxide layer containing an appropriate amount of phosphorus, such as high dielectric constant, low loss coefficient, low leakage current not only at low voltage but also at high voltage, high breakdown voltage, etc. There are some problems that prevent it from fully utilizing its superior advantages. That is, a tantalum oxide layer that does not contain phosphorus has electrical properties such as a relatively low dielectric constant, a relatively large loss coefficient, a large leakage current at high voltage, and a low breakdown voltage. On the other hand, a tantalum oxide layer containing a high concentration of phosphorus has electrical properties such as a very low dielectric constant, a very large loss coefficient, and a very large leakage current at low and high voltages. Therefore, the properties of the above two layers act to cancel out the characteristics caused by the inclusion of phosphorus, and the effect of the inclusion of phosphorus is not exhibited as expected, making it impossible to obtain a capacitor with superior characteristics. Nakatsuta. The present invention was made in view of these circumstances, and its purpose is to easily and uniformly contain phosphorus throughout the entire tantalum oxide layer provided as a dielectric, thereby maximizing the phosphorus-containing effect. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tantalum oxide film capacitor that can produce a large amount of capacitors that can exhibit high performance. The inventors conducted various experimental studies to achieve the above object and found the following fact. That is, if tantalum is reactively sputtered onto the surface of a substrate in a gas atmosphere containing at least one of phosphorus, phosphine, and diphosphine, a phosphorus-containing tantalum film (
Consists of partially phosphoroused tantalum. ) was formed, and it was found that if this phosphorous-containing tantalum film was anodized in an electrolyte solution or solid electrolyte molten salt, a phosphorous-containing tantalum film in which phosphorus was uniformly distributed could be obtained. The basic conditions for such a manufacturing method are listed below.
〔A〕 スパツタリング条件
(1)基板
金、銅、シリコン、タンタル、鉄ニツケルクロム合金、
黄銅などの合金を含むいわゆる金属あるいは石英ガラス
、ホウケイ酸ガラスなどのいわゆるガラスあるいはサフ
アイア、ルビー、リン化アルミニウム、ヒ化ガリウム、
硫化カドミウムなどの化合物単結晶あるいは炭化ケイ素
、窒化アルミニウム、酸化マグネシウムなどのセラミツ
クスなどを用いることができる。[A] Sputtering conditions (1) Substrate gold, copper, silicon, tantalum, iron-nickel-chromium alloy,
So-called metals including alloys such as brass, so-called glasses such as quartz glass and borosilicate glass, or so-called sapphire, ruby, aluminum phosphide, gallium arsenide,
Compound single crystals such as cadmium sulfide or ceramics such as silicon carbide, aluminum nitride, and magnesium oxide can be used.
(2)雰囲気
リン、ホスフイン、ジホスフインから選ばれる少なくと
も1種以上の気体からなる含リン気体が分圧で10−0
〜10−3t0rr1好ましくは10−6〜10−4t
0rr含まれる雰囲気を用いる。(2) Atmosphere A phosphorus-containing gas consisting of at least one gas selected from phosphorus, phosphine, and diphosphine has a partial pressure of 10-0
~10-3t0rr1 preferably 10-6 to 10-4t
An atmosphere containing 0rr is used.
この雰囲気に10−8〜10−1t0rr1好ましくは
10−5〜10−2t0rrのアルゴン、ヘリウム、ネ
オン、キセノンなどの貴ガスを含ませると好ましい含リ
ンタンタル皮膜を得るために非常に有効である。また、
上記雰囲気中には酸素、窒素、水蒸気、アンモニア、一
酸化窒素、亜酸化窒素、二酸化硫黄などの気体が1種以
上10−0〜10−6t0rrの分圧で含まれていても
差支えない。含リン気体を貴ガスで希釈する場合、含リ
ン気体の分圧を貴ガスの分圧の1/400〜1/70程
度に調節することが良好な含リンタンタル皮膜を得るた
めに必要である。(3)陰極電圧
ー7000〜−2000Vの範囲、特に
−6000〜−3000Vの範囲の電圧を印加すること
が好ましい。It is very effective to include a noble gas such as argon, helium, neon, xenon, etc. in an amount of 10-8 to 10-1 t0rr, preferably 10-5 to 10-2 t0rr, in this atmosphere to obtain a preferable phosphorus-containing tantalum film. Also,
The atmosphere may contain one or more gases such as oxygen, nitrogen, water vapor, ammonia, nitrogen monoxide, nitrous oxide, and sulfur dioxide at a partial pressure of 10-0 to 10-6 t0rr. When diluting a phosphorus-containing gas with a noble gas, it is necessary to adjust the partial pressure of the phosphorus-containing gas to about 1/400 to 1/70 of the partial pressure of the noble gas in order to obtain a good phosphorus-containing tantalum film. . (3) Cathode voltage It is preferable to apply a voltage in the range of -7000 to -2000V, particularly in the range of -6000 to -3000V.
(4)陽極電圧
−500〜300Vの範囲、特に−200〜200Vの
範囲の電圧を印加することが好ましい。(4) Anode voltage It is preferable to apply a voltage in the range of -500 to 300V, particularly in the range of -200 to 200V.
(5)陰極電流密度基板の種類、基板の表面状態等の影
響を受けるが0.01〜50nV?の範囲、特に0.1
〜1.0m人4dの範囲に選定することが好ましい。(5) Cathode current density is affected by the type of substrate, surface condition of the substrate, etc., but is it 0.01 to 50 nV? range, especially 0.1
It is preferable to select the distance between 1.0 m and 4 d.
(6)基板温度基板の種類と基板の表面状態の影響を受
けるが、一般に200〜1000℃とくに300〜60
0℃の範囲内の温度に保たれるのが好ましい。(6) Substrate temperature Although it is affected by the type of substrate and the surface condition of the substrate, it is generally 200 to 1000℃, especially 300 to 60℃.
Preferably, the temperature is maintained within the range of 0°C.
(7)焼鈍スパツタリングのあと400〜600℃で2
0〜200分間スパツタ膜を焼鈍すると最終的に得られ
る誘電体膜の電子的、電気化学的特性を良くすることが
できる。(7) Annealing at 400-600℃ after sputtering
Annealing the sputtered film for 0 to 200 minutes can improve the electronic and electrochemical properties of the final dielectric film.
〔B〕陽極酸化処理条件
(1)化成液
水、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、アジ
ポニトリル、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクト
ン、N−メチル−2−ピ咀ノドン、氷醋酸などの極性液
体が1種以上含まれる溶媒に、硫酸、硝酸、リン酸など
の無機酸、酢酸、クエン酸、ピクリン酸、ベンゼンスル
ホン酸などの有機酸、水酸化リチウム、水酸化アンモニ
ウムなどの無機塩基、エチレンジアミン、グアニジン、
ピリジンなどの有機塩基、硫酸ナトリウム、フツ化カリ
ウム、5ホウ酸アンモニウム、炭酸水素カルシウム、ク
ロム酸バリウム、硝酸アルミニウム、硫酸水素第2コバ
ルトなどの無機塩、酢酸アンモニウム、酒石酸2ナトリ
ウム、φ一トルエンスルホン酸カリウム、安息香酸テト
ラエチレンアンモニウム、シアヌル酸3トリメチルアン
モニウム、スルホサリチル酸アルミニウム、ヘキサエチ
ルリン酸バリウム、ビスカテコール亜鉛酸2ピペリジン
などの有機塩から選ばれた1種類以上の爵質を洛解させ
て得られる電解質浩液中において、またはギ酸アンモニ
ウム、硫酸水素リチウム、硝酸ナトリウム、安息香酸テ
トラエチルアンモニウムなどの洛融塩液中において、白
金、タンタル、鉄、グラフアィトなどで作られた対極と
ともに含リンタンタル皮膜を浸漬し、含リンタンタル皮
膜を陽極とし、対極を陰極として化成を行なう。[B] Anodizing treatment conditions (1) Contains one or more polar liquids such as chemical liquid water, ethylene glycol, dimethylformamide, adiponitrile, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, N-methyl-2-pinodone, and glacial acetic acid. Solvents include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid; organic acids such as acetic acid, citric acid, picric acid, and benzenesulfonic acid; inorganic bases such as lithium hydroxide and ammonium hydroxide; ethylenediamine, guanidine,
Organic bases such as pyridine, inorganic salts such as sodium sulfate, potassium fluoride, ammonium pentaborate, calcium hydrogen carbonate, barium chromate, aluminum nitrate, cobalt hydrogen sulfate, ammonium acetate, disodium tartrate, φ-toluenesulfone one or more minerals selected from organic salts such as potassium acid, tetraethylene ammonium benzoate, trimethylammonium cyanurate, aluminum sulfosalicylate, barium hexaethyl phosphate, dipiperidine biscatecholate zincate, etc. In the resulting electrolyte solution or in a molten salt solution such as ammonium formate, lithium hydrogen sulfate, sodium nitrate, or tetraethylammonium benzoate, a phosphorus-containing tantalum film is formed along with a counter electrode made of platinum, tantalum, iron, graphite, etc. The phosphorus-containing tantalum film is used as an anode and the counter electrode is used as a cathode to perform chemical conversion.
(2)化成電流密度
100μA〜500mA/Cdl好ましくは500μA
〜10m人4Tiの範囲の定電流で化成することが望ま
しい。(2) Chemical current density 100 μA to 500 mA/Cdl preferably 500 μA
It is desirable to perform chemical formation with a constant current in the range of ~10m4Ti.
なお、初期電流密度を上記の範囲内に設定して定電流化
成を行ない。時間の経過にしたがつて電流密度を減衰さ
せて行く方法を採用してもよい。(3)電解質浩液およ
び陪融塩の温度−100〜300℃、特に50〜120
℃の範囲が好ましい。Note that constant current chemical formation is performed with the initial current density set within the above range. A method may be adopted in which the current density is attenuated over time. (3) Temperature of electrolyte liquid and co-fused salt -100~300℃, especially 50~120℃
A range of 0.degree. C. is preferred.
(4)エージング処理時間電解液の温度が50〜120
℃の場合、基板、リンの含有量、化成電圧の如何にかか
わらず、エージング電圧Vを、V一化成電圧×(0.7
〜1.0)に定め、30〜400分、好ましくは100
〜200分エージング処理することを必要とする。(4) Aging treatment time The temperature of the electrolyte is 50 to 120
℃, the aging voltage V is calculated as V - formation voltage x (0.7
~1.0) for 30 to 400 minutes, preferably 100 minutes
Requires aging treatment for ~200 minutes.
このようにして得られた含リン酸化タンタル皮膜には0
.4〜1.5重量%のリンが一様な分布状態で含まれて
いる。この酸化タンタル皮膜に200〜350℃、10
0〜800t0rrの酸素雰囲気中または350〜55
0℃、100〜800t0rrの空気雰囲気において1
0〜100分アニール処理を施すとさらに電子的性質を
向上させることができる。しかして、上述の如くして得
られた含リン酸化タンタル皮膜上にアルミニウム、銅、
クロム、ニツケル、錫、亜鉛、ニクロム、黄銅、洋銀な
どの金属性対極、または酸化マンガン、三二酸化ニツケ
ル、一酸化スズ、硫化カドミウム、リン化アルミニウム
、一窒化タンタル、砒化ガリウム、グラフアイト、ケイ
素などの半導体性対極を蒸着、スパツタリング、電解メ
ツキ、化学メツキ、その他の化学反応によつて付着接合
してコンデンサを形成する。The phosphorous tantalum film obtained in this way has zero
.. It contains 4-1.5% by weight of phosphorus in a uniform distribution. This tantalum oxide film was heated at 200 to 350℃ for 10
In an oxygen atmosphere of 0 to 800 t0rr or 350 to 55
1 in an air atmosphere of 0°C and 100 to 800 t0rr
The electronic properties can be further improved by annealing for 0 to 100 minutes. Therefore, aluminum, copper,
Metal counter electrodes such as chromium, nickel, tin, zinc, nichrome, brass, and nickel silver, or manganese oxide, nickel sesquioxide, tin monoxide, cadmium sulfide, aluminum phosphide, tantalum mononitride, gallium arsenide, graphite, silicon, etc. A semiconducting counter electrode is adhesively bonded by vapor deposition, sputtering, electrolytic plating, chemical plating, or other chemical reaction to form a capacitor.
なお、対極を付着させるとき酸化タンタル皮膜と半導体
性対極の界面においてPn接合が形成されるように半導
体を選択して付着させればコンデンサの作動電圧を高め
るうえで効果がある。また、酸化タンタル皮膜の上にタ
ンタルなどの金属を付着し、これを対極にすれば無極性
のコンデンサを形成することができる。また、対極とし
て金属粉末または半導体の粉末が樹脂とともに分散させ
てある導電性塗料をコーテングしたものを用いることも
できる。次により具体的な実施例と比較例について説明
する。Note that when attaching the counter electrode, it is effective to increase the operating voltage of the capacitor if the semiconductor is selected and attached so that a Pn junction is formed at the interface between the tantalum oxide film and the semiconductor counter electrode. Furthermore, a nonpolar capacitor can be formed by depositing a metal such as tantalum on the tantalum oxide film and using this as a counter electrode. Alternatively, a counter electrode coated with a conductive paint in which metal powder or semiconductor powder is dispersed together with a resin can also be used. Next, more specific examples and comparative examples will be described.
実施例 1
アルミノボロシリケートガラスを基板として用い、この
基板のスライドの表面を0.5d残して他の部分をレジ
ストで被覆した後、スパツタ装置内に仕込み、上記装置
内をアルゴン雰囲気に置換した後、微量の白リンを注入
し、リンガス分圧1X10−6t0rr1アルゴンガス
分圧1×10−3t0rrに保つた。Example 1 Aluminoborosilicate glass was used as a substrate. After leaving 0.5 d of the surface of the slide of this substrate and covering the other parts with resist, it was placed in a sputtering device, and the inside of the device was replaced with an argon atmosphere. A trace amount of white phosphorus was injected to maintain the partial pressure of phosphorus gas at 1×10 −6 t0rr and the partial pressure of argon gas at 1×10 −3 t0rr.
次に陰極電圧−6000V1陽極電圧−200V1陰極
電流密度0.1m人4d1基板温度300℃のスパツタ
条件下においてタンタルをリアクテイブスパツタし、基
板表面に厚さ3000人の含リンタンタル皮膜を形成さ
せた。続いて、雰囲気を1X104t0rrのアルゴン
雰囲気に換えて基板温度を400℃に昇温させ200分
間保持して含リンタンタル皮膜をアニール処理した。次
に基板を徐冷したのち装置から取り出し、室温下で水酸
化ナトリウム水溶液に浸漬してレジストを醇解除去した
。続いて、基板を50℃の1X10−2Mクエン酸水溶
液に浸漬して、タンタル膜を陽極に対極(白金)を陰極
に定めて直流を500μVcdの定電流密度で印加し、
両極間の電位差が100Vに達するまで陽極化成を施し
た。電位差が100に達してから電位差を100Vに1
00分間保つて酸化タンタル膜をエージング処理した。
酸化タンタル層の厚さは1950人であつた。次に基板
を蒸着装置内に移して5X10−4t0rrのアルゴン
雰囲気中で200℃に予熱し1350℃で蒸発させたニ
クロム合金を酸化タンタル膜上に蒸着して2000人厚
のニクロム合金層を形成させ、このニクロム合金層を陰
極とし、酸化タンタル膜の下のタンタル金属層の陽極と
しそれぞれリード線を取り付けてコンデンサを形成した
。比較例 1
前述した実施例1において使用したものと同じ基板を用
い、リンガスを含まない1×10−3t0rrのアルゴ
ン雰囲気中で実施例1と同一スパツタ条件でタンタルを
スパツタしてリンを含まないタンタル膜を形成させた後
、50℃の3X10−3Mリン酸に浸漬して実施例1と
同一化成条件および同一エージング条件でタンタル膜表
面に酸化タンタル膜を形成させた後、同様にしてニクロ
ム電極をつけてコンデンサに仕上げた。Next, tantalum was reactively sputtered under the sputtering conditions of cathode voltage - 6000 V, anode voltage - 200 V, cathode current density 0.1 m, 4 d, 1 substrate temperature of 300°C to form a phosphorus-containing tantalum film with a thickness of 3000 V on the substrate surface. Ta. Subsequently, the atmosphere was changed to an argon atmosphere of 1×10 4 t0rr, and the substrate temperature was raised to 400° C. and held for 200 minutes to anneal the phosphorus-containing tantalum film. Next, the substrate was slowly cooled, taken out from the apparatus, and immersed in an aqueous sodium hydroxide solution at room temperature to melt and remove the resist. Subsequently, the substrate was immersed in a 1×10 −2 M citric acid aqueous solution at 50° C., and direct current was applied at a constant current density of 500 μVcd with the tantalum film as the anode and the counter electrode (platinum) as the cathode.
Anodization was performed until the potential difference between the two electrodes reached 100V. After the potential difference reaches 100V, increase the potential difference by 1 to 100V.
The tantalum oxide film was aged for 0.00 minutes.
The thickness of the tantalum oxide layer was 1950 mm. Next, the substrate was transferred to a vapor deposition apparatus, and the nichrome alloy, which was preheated to 200°C in an argon atmosphere of 5×10-4 tons and evaporated at 1350°C, was vapor-deposited on the tantalum oxide film to form a 2000-layer thick nichrome alloy layer. This nichrome alloy layer was used as a cathode, and the tantalum metal layer under the tantalum oxide film was used as an anode, and lead wires were attached to each to form a capacitor. Comparative Example 1 Using the same substrate as that used in Example 1 described above, tantalum was sputtered under the same sputtering conditions as Example 1 in an argon atmosphere of 1 x 10-3 t0rr without phosphorus gas to produce phosphorus-free tantalum. After forming the film, a tantalum oxide film was formed on the surface of the tantalum film by immersing it in 3X10-3M phosphoric acid at 50°C under the same chemical formation conditions and the same aging conditions as in Example 1, and then a nichrome electrode was formed in the same manner. I attached it and made it into a capacitor.
このようにして、実施例1および比較例1で得られ2種
類のコンデンサを分析した結果、その誘電体層にはそれ
ぞれ0.4重量%のリンが含まれていた。As a result of analyzing the two types of capacitors obtained in Example 1 and Comparative Example 1 in this way, it was found that each of the dielectric layers contained 0.4% by weight of phosphorus.
また、それぞれの電気的特性は別表の如くであつた。実
施例 2
縦0.7cm1横0.7cm1厚さ0.5瓢のシリコン
単結晶ウエハを基板としてスパツタ装置内に仕込み、脱
気したのち、1X10−4t0rrのホスフイン雰囲気
にし、続いて陰極電圧−3000、陽極電圧200V1
陰極電流密度0.5mA/Crlil基板温度600℃
のスパツタ条件下でタンタルをリアクテイブスパツタし
てシリコン表面に2000人厚の含リンタンタル膜を形
成させ、続いて基板温度を600℃に保持したまま20
分間タンタル膜をアニール処理した。Further, the electrical characteristics of each were as shown in the attached table. Example 2 A silicon single crystal wafer measuring 0.7 cm long, 0.7 cm wide, and 0.5 gourd thick was placed as a substrate in a sputtering device, and after degassing, it was made into a phosphine atmosphere of 1 x 10-4 t0rr, and then a cathode voltage of -3000 was applied. , anode voltage 200V1
Cathode current density 0.5mA/Cril substrate temperature 600℃
A phosphorus-containing tantalum film was formed on the silicon surface by reactive sputtering under the following sputtering conditions, and then the substrate temperature was maintained at 600°C for 20
The tantalum film was annealed for minutes.
次に、基板のタンタル膜で被覆されていない部分をレジ
ストで絶縁したのち、1X10−1M5ホウ酸アンモニ
ウムのエチレングリコール爵液に浸漬し、90℃に加熱
したのち、タンタル膜を陽極に対極(グラフアィト)を
陰極にして直流を10mん4dの定電流密度で印加し、
両極間の電位差が60Vに達するまで陽極化成を施した
。電位差が60Vに達してから電位差を50Vに減じ、
このまま200分間保持して酸化タンタル膜をエージン
グ処理した。形成された酸化タンタル膜の厚さは100
0人であつた。次に基板を30℃の0.02M過塩素酸
第1鉛を溶かし込んだ0.2M過塩素酸に浸漬し、タン
タル金属を陽極にし対極(金)を陰極にして直流を50
μ人4Jの初期電流密度で印加し、100分間通電して
酸化タンタル層の上にα形二酸化鉛層を2000人の厚
さに形成させた。次にレジストを洛解除去し、二酸化鉛
層上にグラフアイトのコロイド液を吹き付けし、120
℃で20分間焼付け、5000λ厚のグラフアイト層を
形成させ、これを陰極とし、基板を陽極とし、それぞれ
にリード線を取り付けたのち絶縁性樹脂をコーテングし
てコンデンサに仕上げた。比較例 2
上記実施例2において使用したものと同じ基板を用い、
1X10−3t0rrのネオン雰囲気中で同一スパツタ
条件でスパツタしてリンを含まない2000λ厚のタン
タル膜を形成させ、続いて90℃の2Mシクロトリポリ
リン酸2水素アンモニウムのエチレングリコール溶液に
浸漬したのち、実施例2と同じ条件で陽極化成およびエ
ージングを行ない1000人の酸化タンタル層を形成さ
せた。Next, the parts of the substrate not covered with the tantalum film were insulated with a resist, and then immersed in a 1X10-1M5 ammonium borate solution in ethylene glycol and heated to 90°C. ) as a cathode and apply direct current at a constant current density of 10 m/4 d.
Anodization was performed until the potential difference between the two electrodes reached 60V. After the potential difference reaches 60V, reduce the potential difference to 50V,
The tantalum oxide film was aged by holding this state for 200 minutes. The thickness of the formed tantalum oxide film is 100
There were 0 people. Next, the substrate was immersed in 0.2M perchloric acid containing 0.02M leadous perchlorate dissolved at 30°C, and a DC current of 50°C was applied using the tantalum metal as the anode and the counter electrode (gold) as the cathode.
An initial current density of 4 J was applied, and the current was passed for 100 minutes to form an α-type lead dioxide layer with a thickness of 2,000 J on the tantalum oxide layer. Next, the resist was removed and a colloidal solution of graphite was sprayed onto the lead dioxide layer.
C. for 20 minutes to form a 5000 λ thick graphite layer, which was used as a cathode, the substrate was used as an anode, lead wires were attached to each, and then an insulating resin was coated to complete the capacitor. Comparative Example 2 Using the same substrate as that used in Example 2 above,
A 2000λ thick tantalum film containing no phosphorus was formed by sputtering under the same sputtering conditions in a neon atmosphere of 1×10−3 t0rr, and then immersed in an ethylene glycol solution of 2M ammonium dihydrogen cyclotripolyphosphate at 90°C. Anodization and aging were performed under the same conditions as in Example 2 to form a 1000 layer tantalum oxide layer.
次に二酸化鉛の電着、グラフアイトの焼付けを同様に行
なつて酸化タンタル層の上に二酸化鉛層、グラフアイト
層を順次形成させたのちコンデンサに仕土げた。このよ
うにして、実施例2および比較例2で得られた2種類の
コンデンサを分析した結果、その誘電体層にはそれぞれ
1.5重量%のリンが含まれていた。Next, lead dioxide was electrodeposited and graphite was baked in the same manner to sequentially form a lead dioxide layer and a graphite layer on the tantalum oxide layer, and then a capacitor was completed. As a result of analyzing the two types of capacitors obtained in Example 2 and Comparative Example 2 in this way, it was found that each of the dielectric layers contained 1.5% by weight of phosphorus.
また、それぞれの電気的特性は別表の如くであつた。実
施例 8
炭化ケイ素セラミツクを基板として用い、その表面を0
.5cr!i残して他の部分をレジストで被覆した後、
スパツタ装置内に仕込み、上記装置内をリンガス分圧5
×10−6t0rr5ホスフインガス分圧1.5×10
−6t0rr1窒素分圧2刈0−4t0rr1一酸化窒
素ガス分圧4×10−7TOrrからなる混合ガス雰囲
気で満した。Further, the electrical characteristics of each were as shown in the attached table. Example 8 Using silicon carbide ceramic as a substrate, its surface was
.. 5 cr! After leaving i and covering the other parts with resist,
The phosphorus gas is charged into a sputtering device, and the partial pressure of phosphorus gas in the device is set to 5.
×10-6t0rr5 phosphine gas partial pressure 1.5×10
It was filled with a mixed gas atmosphere consisting of -6 t0rr1 nitrogen partial pressure 2 0-4 t0rr1 nitrogen monoxide gas partial pressure 4 x 10-7 TOrr.
次に陰極電圧一5000V1陽極電圧0、陰極電流密度
1.0m〜?、基板温度450℃のスパツタ条件下でタ
ンタルをリアクテイブスパツタして基板表面に3500
人厚のリン、窒素、酸素、水素を含むタンタル膜を形成
させたのち基板を徐冷して装置から取り出し、室温下で
レジストを洛解除去した。続いて、基板をギ酸アンモニ
ウム溶融塩に浸漬し、タンタル膜を陽極に、対極(白金
)を陰極にして直流を2mA/Cdの定電流密度で印加
し、両電極間の電位差が120Vに上昇するまで陽極化
成を施した。電位差が120Vに達したのち、電位差を
80Vに減じ、引き続き120℃の后融塩中で120分
定電圧に保持してエージングを施した。次に水洗、乾燥
させたのち、基板を550℃、800t0rrの空気雰
囲気中に移し30分間アニール処理を施した。このよう
にして形成された酸化タンタル層の厚さは2500λで
あつた。次に室温まで徐冷したのち、基板を蒸気装置内
に移して5×10−6t0rrのリン雰囲気中で基板を
100℃lこ熱したのち、アルミニウムを700℃に加
熱して蒸発させ、蒸気を酸化タンタル層の上に凝縮付着
させた。このアリミニウム層を陰極とし、酸化タンタル
層の下に存在するタンタル層を陽極としてリード線を取
り付けコンデンサに仕上げた。比較例 3
上記実施例3において使用したものと同じ基板を用い、
窒素分圧2×10−4t0rr1一酸化窒素分圧4×1
0−7 TOrrlの混合ガス雰囲気中において実施例
3と同じスパツタ条件でタンタルをリアクテイブスパツ
タし、基板の表面に3500人厚の窒素、酸素を含むタ
ンタル膜を形成させたのち、この基板を120℃の4.
5X10−1Mの濃度のリン酸2水素アンモニウムが?
存するギ酸アンモニウム爵融塩に浸漬して実施例3と同
じ化成条件で陽極化成し、続いて同じアニール条件でア
ニールして2500人厚の酸化タンタル層を形成させた
。Next, cathode voltage - 5000V1 anode voltage 0, cathode current density 1.0m~? , Tantalum was reactively sputtered under sputtering conditions with a substrate temperature of 450°C to form a 3500°C coating on the substrate surface.
After forming a tantalum film containing phosphorus, nitrogen, oxygen, and hydrogen to a human thickness, the substrate was slowly cooled, taken out of the apparatus, and the resist was removed at room temperature. Next, the substrate is immersed in molten ammonium formate salt, the tantalum film is used as an anode, and the counter electrode (platinum) is used as a cathode. Direct current is applied at a constant current density of 2 mA/Cd, and the potential difference between the two electrodes increases to 120 V. Anodization was applied up to the point. After the potential difference reached 120 V, the potential difference was reduced to 80 V, and then aging was performed by holding at a constant voltage for 120 minutes in molten salt at 120°C. Next, after washing with water and drying, the substrate was transferred to an air atmosphere of 550° C. and 800 t0rr and annealed for 30 minutes. The thickness of the tantalum oxide layer thus formed was 2500λ. Next, after slowly cooling to room temperature, the substrate was transferred to a steam apparatus and heated to 100°C in a phosphorus atmosphere of 5 x 10-6 tons, and then the aluminum was heated to 700°C to evaporate, and the vapor was removed. It was deposited by condensation on top of the tantalum oxide layer. This aluminum layer was used as a cathode, and the tantalum layer below the tantalum oxide layer was used as an anode, and lead wires were attached to complete the capacitor. Comparative Example 3 Using the same substrate as that used in Example 3 above,
Nitrogen partial pressure 2×10-4t0rr1 Nitrogen monoxide partial pressure 4×1
After reactively sputtering tantalum under the same sputtering conditions as in Example 3 in a mixed gas atmosphere of 0-7 TOrrl to form a tantalum film containing nitrogen and oxygen with a thickness of 3,500 mm on the surface of the substrate, this substrate was 4. at 120°C.
Ammonium dihydrogen phosphate at a concentration of 5X10-1M?
The sample was immersed in molten ammonium formate, which was present, and anodized under the same formation conditions as in Example 3, and then annealed under the same annealing conditions to form a tantalum oxide layer with a thickness of 2500 mm.
しかるのち、前記同様に酸化タンタル層の上にアルミニ
ウムを蒸着してコンデンサに仕上げた。このようにして
、実施例3および比較例3で得られた2種類のコンデン
サを分析した結果、その誘電体層つまり酸化タンタル層
にはそれぞれ0.8重量%のリンが含まれていた。Thereafter, a capacitor was completed by vapor depositing aluminum on the tantalum oxide layer in the same manner as above. As a result of analyzing the two types of capacitors obtained in Example 3 and Comparative Example 3 in this way, it was found that the dielectric layer, that is, the tantalum oxide layer, each contained 0.8% by weight of phosphorus.
また各電気的特性は別表に示す通りであつた。実施例
4
サフアイア単結晶ウエハを基板とし、この基板の表面の
0.5cd残し他の部分をレジストで被覆した。Further, each electrical characteristic was as shown in the attached table. Example
4 A sapphire single crystal wafer was used as a substrate, and the surface of this substrate except for 0.5 cd was covered with a resist.
基板をスパツタ装置内に仕込み、雰囲気をジホスフィン
分圧4×10−5t0rr1ネオン分圧1×10−2t
0rrに換気したのち陰極電圧−4000V1陽極電圧
100V1陰極電流密度0.7mA/Cdl基板の温度
500℃のスパツタ条件下においてタンタルをスパツタ
して基板表面に厚さ2500人の含リンタンタル層を形
成させた。続いて基板温度を500℃に保つたまま1X
10−2二TOrrのネオン雰囲気中でタンタル層をア
ニールしたのち60℃の2×10−3M硫酸ナトリウム
水溶液に浸漬し、タンタル層を陽極とし、対極(SUS
27ステンレス鋼)を陰極として両極間に30の直流を
印加して150分間定電圧化成二を行ない厚さ550人
の酸化タンタル層を形成させた。次に基板をスパツタ装
置内に移し、予め500℃、1×10−2t0rrのネ
オン雰囲気中で30分熱したのち、陰極電圧−5000
V1陽極電圧−50、陰極電流密度3mVcrAのスパ
ツタ条件でタンタルをスパツタして酸化タンタル層上に
2000人厚のタンタル層を形成させた。次に500℃
、1×10−2t0rrのネオン雰囲気中において20
0分アニール処理したのち、レジストを除き、内部のタ
ンタル層と表面のタンタル層にリード線を取り付けて無
極性のコンデンサに仕上げた。比較例 4
実施例4で使用したものと同じ基板を用い、同様にレジ
ストで被覆したのち1×10−2t0rrのネオン雰囲
気中で実施例4と同じスパツタ条件でタンタルをスパツ
タして基板の表面に厚さ2500人のタンタル層を形成
させたのち、60℃の2×10−3Mの濃度の硫酸ナト
リウムと同濃度のリン酸ナトリウム(リン酸3ナトリウ
ム)を含む水溶液に浸漬して実施例4と同じスパツタ条
件でタンタルを酸化タンタル層上にスパツタして同様に
無極性のコンデンサを作つた。The substrate is placed in a sputtering device, and the atmosphere is set to a diphosphine partial pressure of 4×10-5t0rr1, and a neon partial pressure of 1×10-2t.
After ventilating to 0rr, tantalum was sputtered under sputtering conditions with a cathode voltage of -4000 V, an anode voltage of 100 V, and a cathode current density of 0.7 mA/Cdl and a substrate temperature of 500°C to form a phosphorus-containing tantalum layer on the substrate surface with a thickness of 2500 mm. Ta. Next, while keeping the substrate temperature at 500℃, 1X
After annealing the tantalum layer in a neon atmosphere of 10-2 Torr, it was immersed in a 2 x 10-3 M sodium sulfate aqueous solution at 60°C, and the tantalum layer was used as an anode and a counter electrode (SUS
27 stainless steel) was used as a cathode, a DC current of 30°C was applied between the two electrodes, and constant voltage chemical conversion was performed for 150 minutes to form a tantalum oxide layer with a thickness of 550mm. Next, the substrate was transferred to a sputtering device and heated in a neon atmosphere of 500°C and 1 x 10-2 t0rr for 30 minutes.
Tantalum was sputtered under the sputtering conditions of a V1 anode voltage of -50 and a cathode current density of 3 mVcrA to form a tantalum layer with a thickness of 2000 mm on the tantalum oxide layer. Then 500℃
, 20 in a neon atmosphere of 1 x 10-2 t0rr
After annealing for 0 minutes, the resist was removed, and lead wires were attached to the internal tantalum layer and the surface tantalum layer to create a non-polar capacitor. Comparative Example 4 The same substrate as used in Example 4 was used, and after being coated with resist in the same manner, tantalum was sputtered onto the surface of the substrate in a neon atmosphere of 1 x 10-2 t0rr under the same sputtering conditions as Example 4. After forming a tantalum layer with a thickness of 2,500 people, it was immersed in an aqueous solution containing sodium sulfate at a concentration of 2 x 10-3M and sodium phosphate (trisodium phosphate) at the same concentration at 60°C. A non-polar capacitor was similarly made by sputtering tantalum onto a tantalum oxide layer under the same sputtering conditions.
このようにして、実施例4および比較例4で得られた2
種類のコンデンサの電気的特性を調べたところ次表に示
す結果を得た。In this way, the 2 obtained in Example 4 and Comparative Example 4
When we investigated the electrical characteristics of various types of capacitors, we obtained the results shown in the following table.
上記表から明らかなように本発明方法によつて製作され
たコンデンサ(実施例1,2,3,4)は従来方法によ
つて製作されたコンデンサ(比較例、1,2,3,4)
に較べて容量が1.24〜1.45倍、Tanδが1/
6〜1/3倍、CR損失が1/10〜1/5倍、等価抵
抗が1/12〜1/3倍と大幅に改善されている。As is clear from the table above, the capacitors manufactured by the method of the present invention (Examples 1, 2, 3, 4) are different from the capacitors manufactured by the conventional method (Comparative Examples 1, 2, 3, 4).
The capacity is 1.24 to 1.45 times that of
It has been significantly improved by 6 to 1/3 times, CR loss by 1/10 to 1/5 times, and equivalent resistance by 1/12 to 1/3 times.
この理由は、本発明方法においてはリンを含んだ気体雰
囲気中において基板表面にタンタルをスパツタリングす
るようにしているので、基板表面に形成されるタンタル
膜中にリンを均一に分布させることができ、この均一分
布による含リン効果が有効に発揮されるからである。な
お、誘電体中に含まれるリンの量は0.4〜1.5重量
%の範囲がよく、この範囲外であると含リン効果が有効
に発揮されないものとなる。第1図および第2図は、本
発明方法によつて作られたコンデンサの断面の二例を示
すもので、1はニクロム合金またはアルミニウム層(陰
極)、2は含リン酸化タンタル層(誘電体層)、3は含
リンタンタル金属層(陽極)、4はシリコン金属層、5
はグラフアイト層(陰極)、6は二酸化鉛層(半導体層
)をそれぞれ示している。The reason for this is that in the method of the present invention, tantalum is sputtered onto the substrate surface in a gas atmosphere containing phosphorus, so phosphorus can be uniformly distributed in the tantalum film formed on the substrate surface. This is because the phosphorus-containing effect due to this uniform distribution is effectively exhibited. Note that the amount of phosphorus contained in the dielectric is preferably in the range of 0.4 to 1.5% by weight, and if it is outside this range, the phosphorus-containing effect will not be effectively exhibited. 1 and 2 show two examples of cross sections of capacitors made by the method of the present invention, 1 is a nichrome alloy or aluminum layer (cathode), 2 is a phosphorus-containing tantalum layer (dielectric layer), 3 is a phosphorus-containing tantalum metal layer (anode), 4 is a silicon metal layer, 5 is
6 indicates a graphite layer (cathode), and 6 indicates a lead dioxide layer (semiconductor layer).
以上詳述したように本発明によれば含リン効果を最大限
に発揮させ得るようにリンをタンタル層にドーブするこ
とができ、しかも製作の容易な酸化タンタル皮膜コンデ
ンサの製造方法を提供できる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a tantalum oxide film capacitor that can dope the tantalum layer with phosphorus so as to maximize the phosphorus-containing effect and is easy to manufacture.
第1図および第2図は本発明方法によつて作られた異な
るコンデンサの断面をそれぞれ示す図である。
2・・・・・・含リン酸化タンタル層。1 and 2 are cross-sectional views of different capacitors made by the method of the invention, respectively. 2...Phosphate-containing tantalum layer.
Claims (1)
くとも1種の気体を含む気体雰囲気中で基板表面にタン
タルをリアクティブスパッタして含リンタンタル層を形
成し、上記含リンタンタル層に酸化処理を施して得られ
たタンタル酸化物層で誘電体層を形成するようにしたこ
とを特徴とする酸化タンタル皮膜コンデンサの製造方法
。1. A phosphorus-containing tantalum layer is formed by reactively sputtering tantalum on the substrate surface in a gas atmosphere containing at least one gas selected from phosphorus, phosphine, and diphosphine, and the phosphorus-containing tantalum layer is subjected to an oxidation treatment. A method for manufacturing a tantalum oxide film capacitor, characterized in that a dielectric layer is formed from the obtained tantalum oxide layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49112625A JPS5935168B2 (en) | 1974-09-30 | 1974-09-30 | Manufacturing method of tantalum oxide film capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49112625A JPS5935168B2 (en) | 1974-09-30 | 1974-09-30 | Manufacturing method of tantalum oxide film capacitor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5138652A JPS5138652A (en) | 1976-03-31 |
| JPS5935168B2 true JPS5935168B2 (en) | 1984-08-27 |
Family
ID=14591404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49112625A Expired JPS5935168B2 (en) | 1974-09-30 | 1974-09-30 | Manufacturing method of tantalum oxide film capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5935168B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61122053A (en) * | 1984-11-19 | 1986-06-10 | Takashimaya Nitsupatsu Kogyo Kk | Automotive trim material and method of manufacture in same |
-
1974
- 1974-09-30 JP JP49112625A patent/JPS5935168B2/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61122053A (en) * | 1984-11-19 | 1986-06-10 | Takashimaya Nitsupatsu Kogyo Kk | Automotive trim material and method of manufacture in same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5138652A (en) | 1976-03-31 |
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