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JPS5935169B2 - capacitor - Google Patents

capacitor

Info

Publication number
JPS5935169B2
JPS5935169B2 JP49113644A JP11364474A JPS5935169B2 JP S5935169 B2 JPS5935169 B2 JP S5935169B2 JP 49113644 A JP49113644 A JP 49113644A JP 11364474 A JP11364474 A JP 11364474A JP S5935169 B2 JPS5935169 B2 JP S5935169B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
arsenic
tantalum
film
substrate
tantalum oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP49113644A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5140549A (en
Inventor
泰周 木原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP49113644A priority Critical patent/JPS5935169B2/en
Publication of JPS5140549A publication Critical patent/JPS5140549A/ja
Publication of JPS5935169B2 publication Critical patent/JPS5935169B2/en
Expired legal-status Critical Current

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  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、誘電体として酸化タンタル膜を使用するコン
デンサの改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to improvements in capacitors that use tantalum oxide films as dielectrics.

従来、酸化タンタル膜を誘電体として用いたコンデンサ
が広く使用されている。
Conventionally, capacitors using tantalum oxide films as dielectrics have been widely used.

酸化タンタル膜は酸化アルミニウムや他の誘電体に較べ
て物理的にも化学的にも安定している。したがつて、得
られたコンデンサも他のコンデンサに較べて小形でかつ
勝れた特性を発揮する。しかし、このように勝れた特性
を発揮する酸化タンタル膜コンデンサにあつても、近年
の急速な技術進歩に追従するために現在以上の特性を発
揮し得るものゝ出現が強く望まれている。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、酸化タンタル膜の特徴を最大限に発揮し得ると
ともに全ての点において現存する酸化タンタル膜コンデ
ンサ以上の特性を発揮し得るコンデンサを提供すること
にある。
Tantalum oxide films are physically and chemically more stable than aluminum oxide or other dielectrics. Therefore, the obtained capacitor is also smaller and exhibits superior characteristics compared to other capacitors. However, even though tantalum oxide film capacitors exhibit such excellent characteristics, in order to keep up with the rapid technological progress of recent years, there is a strong desire for the emergence of a capacitor that can exhibit characteristics superior to those currently available. The present invention was made in view of these circumstances, and its purpose is to maximize the characteristics of tantalum oxide film and exhibit characteristics superior to existing tantalum oxide film capacitors in all respects. The objective is to provide a capacitor that can

以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説明する。
第1図において、図中1はガラス、シリコン、サファイ
ア、アルミナなどで形成された基板であり、この基板1
の上面には所定の厚みに含砒素タンタル膜2が陽極とし
て設けてある。
Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.
In FIG. 1, 1 is a substrate made of glass, silicon, sapphire, alumina, etc.
An arsenic tantalum film 2 having a predetermined thickness is provided on the upper surface of the anode.

なお上記含砒素タンタル膜2の砒素含有量は0.8〜3
.0重量%である。しカルて、上記含砒素タンタル膜2
の上面には誘電体に供される含砒素酸化タンタル膜3が
形成されている。上記含砒素酸化タンタル膜3の砒素含
有量も0.8〜3.0重量%でかつ均一に含まれている
。そして、上記含砒素酸化タンタル膜3の上面にはニク
ロム合金、アルミニウム、タンタルなどの金属膜4が陰
極として設けられており、この金属膜4と前記含砒素タ
ンタル膜2とを電極にして使用に供されるようになつて
いる。なお図中5は絶縁体を示している。このように砒
素を0.8〜3.0重量%含有した含砒素酸化タンタル
膜3を誘電体として使用しているので、後述する実験結
果の如く単なる酸化タンタル膜やリンをドープした酸化
タンタル膜を誘電体として使用したものに較べて容量が
615〜915倍に、帥δが1/4〜1/2倍に、等価
直列抵抗が1/25〜2/15倍に、耐電圧が2〜3倍
に向上したコンデンサが得られる。
The arsenic content of the arsenic tantalum film 2 is 0.8 to 3.
.. It is 0% by weight. Therefore, the arsenic tantalum film 2
An arsenic-containing tantalum oxide film 3 serving as a dielectric is formed on the upper surface. The arsenic content of the arsenic-containing tantalum oxide film 3 is also uniformly contained in the range of 0.8 to 3.0% by weight. A metal film 4 made of nichrome alloy, aluminum, tantalum, etc. is provided on the upper surface of the arsenic tantalum oxide film 3 as a cathode, and this metal film 4 and the arsenic tantalum film 2 can be used as electrodes. It is becoming available. Note that 5 in the figure indicates an insulator. Since the arsenic tantalum oxide film 3 containing 0.8 to 3.0% by weight of arsenic is used as a dielectric material, as shown in the experimental results described later, a simple tantalum oxide film or a phosphorous-doped tantalum oxide film Compared to the dielectric, the capacitance is 615 to 915 times, the width δ is 1/4 to 1/2, the equivalent series resistance is 1/25 to 2/15, and the withstand voltage is 2 to 2. A three-fold improved capacitor is obtained.

第2図は本発明の他の実施例を示すもので、第1図と同
一部分を同一符号で示してある。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which the same parts as in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

したがつて、重複する部分の説明は省略する。この実施
例は陰極側の電極となる第1図に示した金属層膜1の代
りにグラファイト膜6と含砒素酸化タンタル膜3との間
に二酸化鉛膜Tを介在させるようにしたものである。こ
のように構成しても前記実施例と同様な効果が期待でき
る。なお、このようなコンデンサを製作するに当つては
、次のような手段を採用すれば効果的である。
Therefore, the explanation of the overlapping parts will be omitted. In this embodiment, a lead dioxide film T is interposed between a graphite film 6 and an arsenic-containing tantalum oxide film 3 instead of the metal layer film 1 shown in FIG. 1, which serves as the cathode side electrode. . Even with this configuration, the same effects as in the above embodiment can be expected. Incidentally, in manufacturing such a capacitor, it is effective to adopt the following means.

すなわち砒素あるいはアルシン雰囲気中において、タン
タルをリアクティブスパッタして基板表面に含砒素タン
タル膜を形成する。このスパッタによつて形成された含
砒素タンタル膜には砒素が均一分布状態に含まれている
。次に上記含砒素タンタル膜の表面を陽極酸化などの酸
化手段によつて酸化させ所定の厚みの含砒素酸化タンタ
ル膜を形成し、この含砒素酸化タンタル膜を誘電体とし
て用いるようにすればよい。そして、上記のような一連
の製作過程における注意事項および条件を列挙すれば下
記の如くである。〔A〕 スパツタリング過程 (1)基板材 ホウケイ酸ガラス、サフアイア、シリコン、金、石英、
炭化ケイ素、アルミナ、窒化アルミニウムのセラミツタ
、ガラス、金属ポリイミド高分子フイルムなどが使用で
きる。
That is, an arsenic-containing tantalum film is formed on the substrate surface by reactive sputtering of tantalum in an arsenic or arsine atmosphere. The arsenic-containing tantalum film formed by this sputtering contains arsenic in a uniform distribution state. Next, the surface of the arsenic-containing tantalum oxide film may be oxidized by an oxidizing means such as anodic oxidation to form an arsenic-containing tantalum oxide film of a predetermined thickness, and this arsenic-containing tantalum oxide film may be used as a dielectric. . The precautions and conditions for the above-mentioned series of manufacturing processes are listed below. [A] Sputtering process (1) Substrate material: borosilicate glass, sapphire, silicon, gold, quartz,
Silicon carbide, alumina, aluminum nitride ceramic ivy, glass, metal polyimide polymer film, etc. can be used.

(2)雰囲気 (a)砒素、アルシンまたはこれらの混合気体雰囲気、
(b)砒素またはアルシンを含むアルゴン、ネオンなど
の貴ガスの混合気体雰囲気、(c)砒素またはアルシン
を含む窒素、酸素、酸比窒素、硫酸ガス、アンモニア、
水蒸気および水素からなる混合気体雰囲気の何れかにお
いてタンタル金属を基板の表面にリアクテイブスパツタ
する。
(2) Atmosphere (a) Arsenic, arsine or a mixed gas atmosphere thereof,
(b) A mixed gas atmosphere of noble gases such as argon and neon containing arsenic or arsine, (c) Nitrogen, oxygen, acid ratio nitrogen, sulfuric acid gas, ammonia, etc. containing arsenic or arsine,
Tantalum metal is reactively sputtered onto the surface of the substrate in either a mixed gas atmosphere consisting of water vapor and hydrogen.

このとき砒素またはアルシンの分圧を10−9〜10−
3t0rr好ましくは10−6〜10−4t0rrとす
る。その他のガスが含まれる場合はこれらのガス分圧を
お Cよそ10−7〜10−1t0rr好ましくは10
−5〜10−1t0rrとする。(3)陰極電圧 ー7000V〜−2000V1好ましくは一6000V
〜−3000Vとする。
At this time, the partial pressure of arsenic or arsine is 10-9 to 10-
3t0rr, preferably 10-6 to 10-4t0rr. If other gases are included, the partial pressure of these gases should be approximately 10-7 to 10-1t0rr, preferably 10
-5 to 10-1t0rr. (3) Cathode voltage -7000V to -2000V1 preferably -6000V
~-3000V.

J(4)陽極電圧−500V〜300V,好
ましくは−200〜200Vとする。
J(4) Anode voltage -500V to 300V, preferably -200 to 200V.

(5)陰極電流密度 基板の種類および表面状態により異なるが JO.Ol
〜50mA/Cft.好ましくは0.1〜1.0mA/
CTlとする。
(5) Cathode current density varies depending on the type of substrate and surface condition, but JO. Ol
~50mA/Cft. Preferably 0.1-1.0mA/
Let it be CTl.

(6)基板温度 基板の種類と表面状態の影響を受けるが 200〜1000℃、好しくは300〜600り℃とす
る。
(6) Substrate temperature The temperature is 200 to 1000°C, preferably 300 to 600°C, although it is affected by the type and surface condition of the substrate.

(7)焼鈍 スパツタリングのあと400〜600℃に20〜200
分間保持して行なう。
(7) Annealing at 400-600℃ after sputtering for 20-200℃
Hold for a minute.

〔B〕 酸化膜形成過程(陽極酸化) (1)化成液 水、亜硫酸アンモニア、エチレングリコール、アセトニ
トリル、エチレンカーボネート、ジメチルホルイアシド
、ジメチルスルホン、エチンアナシド、ヘキサメチルホ
スホルアシド、ジエチル硫酸、メチルピロリドン、氷醋
酸などの溶媒に、硫酸、リン酸などの鉱酸およびその塩
(ナトリウム、マグネシウム、ニツケル、スズ亜鉛、ク
ロム、アルミニウム、セリウム、トリウム、アンモニウ
ム、エチレンジアンモニウム、グアジニウム、テトラフ
エニルアルソニウム、ピリジニウムなどの塩)あるいは
醋酸クエン酸、アクリル酸、ベンゼンスルホン酸、フエ
ノールシアヌル酸、フエニルホスホン酸、サリチル酸、
エチルリン酸、テトラフルホウ素酸などの有機酸および
その塩、あるいはテトラフルオロホウ素酸、過塩素酸、
ヨウ酸、クロム酸、セレン酸、アルミン酸、過マンガン
酸、4ホウ酸、4チオン酸などの無機酸およびその塩な
どの電解質を溶解して得られる電解質溶液中または硝酸
カリウム、硝酸ソーダ、重硫酸リチウム、安息香酸テト
ラエチルアンモニウム、亜リン酸2水アンモニウム、ギ
酸アンモニウムなどの溶融塩液中に白金、タンタル、金
、ステンレススチールで作られた対極とともに浸漬し、
上記対極を陰極とし含砒素タンタル膜を陽極として化成
を行なう。
[B] Oxide film formation process (anodic oxidation) (1) Chemical liquid water, ammonia sulfite, ethylene glycol, acetonitrile, ethylene carbonate, dimethylforiaside, dimethylsulfone, ethyneanaside, hexamethylphosphoroacide, diethyl sulfate, methylpyrrolidone , mineral acids such as sulfuric acid, phosphoric acid, and their salts (sodium, magnesium, nickel, tin zinc, chromium, aluminum, cerium, thorium, ammonium, ethylene diammonium, guadinium, tetraphenyl arsonium) in solvents such as glacial acetic acid, etc. , pyridinium, etc.) or acetic acid, citric acid, acrylic acid, benzenesulfonic acid, phenolicyanuric acid, phenylphosphonic acid, salicylic acid,
Organic acids and their salts such as ethyl phosphoric acid, tetrafluoroboric acid, or tetrafluoroboric acid, perchloric acid,
In an electrolyte solution obtained by dissolving an electrolyte such as inorganic acids and their salts such as iolic acid, chromic acid, selenic acid, aluminic acid, permanganic acid, tetraboric acid, tetrathionic acid, or potassium nitrate, sodium nitrate, bisulfuric acid. It is immersed in a molten salt solution of lithium, tetraethylammonium benzoate, ammonium phosphite dihydrate, ammonium formate, etc. together with a counter electrode made of platinum, tantalum, gold, or stainless steel.
Chemical formation is performed using the counter electrode as a cathode and the arsenic tantalum film as an anode.

(2)温度 一11〜300℃好ましくは50〜120℃とする。(2) Temperature -11 to 300°C, preferably 50 to 120°C.

(3)化成電流密度 100μ〜500mAA城好ましくは 500μ〜10mA//Cllとする。(3) Chemical current density 100μ~500mAA preferably 500 μ to 10 mA//Cll.

(4)エージング時間 化成電圧×(0.7〜1.0)の電圧で30〜400分
間、好ましくは100〜200分間行なう。
(4) Aging time Aging is carried out at a voltage of x (0.7 to 1.0) for 30 to 400 minutes, preferably 100 to 200 minutes.

(5)アニール処理 エージング後水洗いして酸素または空気雰囲気中で20
0〜350℃,100〜800t0rrの条件下に20
〜100分間加熱処理するとコンデンサに仕上げたとき
の電気的特性が向上する。
(5) Annealing treatment After aging, wash with water and store in oxygen or air atmosphere for 20 minutes.
20 under the conditions of 0~350℃, 100~800t0rr
Heat treatment for ~100 minutes improves the electrical characteristics of the finished capacitor.

このような過程を得た後、含砒素酸化タンタル膜上にア
ルミニウム、タンタル、ニクロム合金、金、ニツケル、
スズ、銀、インジウム、グラフアイト、スズ鉛合金を蒸
着ないしはスパツタして電極用の金属膜を形成する。
After obtaining this process, aluminum, tantalum, nichrome alloy, gold, nickel,
A metal film for an electrode is formed by vapor depositing or sputtering tin, silver, indium, graphite, and a tin-lead alloy.

なお、含砒素酸化タンタル膜と電極用の金属膜との間に
二酸化マンガン、二酸化鉛、酸化銀、三二酸化ニツケル
、三二酸化タリウム、リン化アルミニウム、硫化カドミ
ウムなどの半導体層を介在させてもよい。電極用の金属
膜としては金属粉末を分散させたペーストを塗布し、こ
れを乾燥させたものを使用してもよい。次に本発明の主
旨に則つとつて形成されたコンデンサの実験例を説明す
る。
Note that a semiconductor layer of manganese dioxide, lead dioxide, silver oxide, nickel sesquioxide, thallium sesquioxide, aluminum phosphide, cadmium sulfide, or the like may be interposed between the arsenic-containing tantalum oxide film and the metal film for the electrode. . As the metal film for the electrode, a paste in which metal powder is dispersed may be applied and dried. Next, an experimental example of a capacitor formed in accordance with the gist of the present invention will be described.

実験例 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
基板のスライド表面を0.5d残し他の部分をレジスト
でマスクしたのち、スパツタ装置内に仕込み、装置内を
アルゴン雰囲気に置換し、その後微量のアルシンガスを
注入した。
Experimental example 1 Aluminoborosilicate glass was used as a substrate. After leaving 0.5 d of the slide surface of this substrate and masking the other parts with resist, it was placed in a sputtering device, the inside of the device was replaced with an argon atmosphere, and then a trace amount of Arsine gas was injected.

アルシンガス分圧1×10−3t0rrに保ち、陰極電
圧−6000V1陽極電圧−200V1陰極電流密度0
.1mA/Cllt.基板温度300℃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3
000λ厚の含砒素タンタル膜を形成させたのち、雰囲
気を1×10−4t0rrのアルゴン雰囲気に換え、続
いて基板温度を400℃に昇温させ200分間保持して
含砒素タンタル膜をアニール処理した。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
溶液中に浸漬してレジストを溶液除去した。次に基板を
50℃の1X10−2Mクエン酸水溶液に浸漬して含砒
素タンタル膜を陽極に対極の白金を陰極にして直流を5
00μAA?の定電流密度で印加し、両極間の電位差が
100Vに達するまで化成を施した。電位差が100V
に達してからこの電位差を100分間保持してエージン
グ処理した。工ージング処理後の含砒素酸化タンタル膜
の厚さは1900人であつた。エージングののち基板を
蒸留水で充分に洗浄し、続いて蒸着装置内に移して5×
10−4t0rrのアルゴン雰囲気中で200℃に予熱
し、1350℃で蒸発したニクロム合金を酸化タンタル
膜上に蒸着して2000λ厚のニクロム合金層を形成さ
せ、これを陰極となした。そして、上記陰極とタンタル
金属部とにリード線を取り付けて第1図に示したような
コンデンサを形成した。参考実験例 1 実験例1において使用したものと同じ基板を用い1X1
0−3t0rrのアルゴン雰囲気中で実験例1と同一条
件下に基板表面にタンタルをスパツタし、砒素を含まな
いタンタル膜を形成させたのち、50℃の8X10−3
Mリン酸に浸漬して実験例1と同一化成条件およびエー
ジング条件でタンタル膜表面部酸化タンタル膜を形成さ
せたのち同様にしてニクロム合金電極をつけてコンデン
サに仕上げた。
Maintain arsine gas partial pressure at 1 x 10-3t0rr, cathode voltage -6000V1 anode voltage -200V1 cathode current density 0
.. 1mA/Cllt. Under sputtering conditions with a substrate temperature of 300°C, tantalum was reactively sputtered onto the substrate surface.
After forming an arsenic-containing tantalum film with a thickness of 000λ, the atmosphere was changed to an argon atmosphere of 1 × 10 -4 t0rr, and then the substrate temperature was raised to 400°C and held for 200 minutes to anneal the arsenic-containing tantalum film. . After cooling the substrate slowly, it was taken out from the apparatus and immersed in an aqueous sodium hydroxide solution at room temperature to remove the resist. Next, the substrate was immersed in a 1X10-2M citric acid aqueous solution at 50°C, and a direct current was applied to it for 50 minutes using the arsenic tantalum film as an anode and the platinum counter electrode as a cathode.
00μAA? was applied at a constant current density of , and chemical conversion was performed until the potential difference between the two electrodes reached 100V. Potential difference is 100V
After this potential difference was reached, this potential difference was maintained for 100 minutes for aging treatment. The thickness of the arsenic-containing tantalum oxide film after the machining treatment was 1,900 mm. After aging, the substrate was thoroughly washed with distilled water, then transferred to a deposition apparatus and subjected to 5x
The nichrome alloy was preheated to 200° C. in an argon atmosphere of 10 −4 t0rr and evaporated at 1350° C., and then deposited on the tantalum oxide film to form a 2000λ thick nichrome alloy layer, which was used as a cathode. Then, lead wires were attached to the cathode and the tantalum metal part to form a capacitor as shown in FIG. Reference experiment example 1 Using the same substrate as that used in experiment example 1, 1X1
After sputtering tantalum on the substrate surface under the same conditions as in Experimental Example 1 in an argon atmosphere of 0-3t0rr to form an arsenic-free tantalum film, 8X10-3 at 50°C
A tantalum oxide film was formed on the surface of the tantalum film by immersing it in M phosphoric acid under the same chemical formation and aging conditions as in Experimental Example 1, and then a nichrome alloy electrode was attached in the same manner to form a capacitor.

このようにして、実験例1および参考実験例1で得られ
た2種類のコンデンサを分析した結果、前者の誘電体層
には0.8重量%の砒素が均一な分布状態に含有されて
いた。
As a result of analyzing the two types of capacitors obtained in Experimental Example 1 and Reference Experimental Example 1 in this way, it was found that the dielectric layer of the former contained 0.8% by weight of arsenic in a uniformly distributed state. .

また後者の誘電体層には0.8重量%のリンが含まれて
いた。そして、両者の電気的特性は別表の通りであつた
。実験例 2 縦0.7cm1横0.7cm1厚さ0.5論のシリコン
単結晶ウエハを基板として用い、この基板をスパツタ装
置内に仕込み脱気し、続いて1×10−4t0rrの砒
素雰囲気にしたのち、陰極電圧一3000、陽極電圧2
00、陰極電流密度0.5mA/Crlts基板温度6
00℃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2000λ厚の含砒素タンタル膜を
形成させたのち、基板温度を600℃に20分間保持し
て含砒素タンタル膜をアニール処理した。
The latter dielectric layer also contained 0.8% by weight of phosphorus. The electrical characteristics of both were as shown in the attached table. Experimental Example 2 A silicon single crystal wafer with a length of 0.7 cm, a width of 0.7 cm, and a thickness of 0.5 mm was used as a substrate. This substrate was placed in a sputtering device and degassed, and then placed in an arsenic atmosphere of 1 x 10-4 t0rr. After that, cathode voltage - 3000, anode voltage 2
00, cathode current density 0.5mA/Crlts substrate temperature 6
After forming a 2000λ thick arsenic-containing tantalum film on the substrate surface by reactive sputtering of tantalum under sputtering conditions of 00°C, the arsenic-containing tantalum film was annealed by holding the substrate temperature at 600°C for 20 minutes. .

次に基板の含砒素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1×10−4M5ホウ酸アンモ
ニウムのエチレングリコール溶液に浸漬して90℃に加
熱したのち、含砒素タンタル膜を陽極、対極のグラフア
イトを陰極に定めて直流を10mA/CTlの定電流密
度で印加し、両極間の電位差が60Vに上昇するまで陽
極化成を施した、電位差が60Vに達してから電位差を
50に減じ、このま\200分間保つて含砒素酸化タン
タル膜をエージング処理した。形成された含砒素酸化タ
ンタル膜の厚さは1000Aであつた。続いて基板を1
30℃の0.02M過塩素酸第1鉛と0.2M過塩素酸
を含有するエチレングリコール溶液に浸ァ漬し、含砒素
タンタル金属を陽極に対極の白金を陰極に定めて直流を
50!IA/C7iの電流密度で印加し、100分間通
電して含砒素酸化タンタル膜の上にβ形二酸化鉛層を2
000への厚さに形成させた。続いて、レジストを溶解
除去し、二酸化鉛層上にグラフアイトのコロイド水溶液
を吹きつけて120℃で20分間焼付け、5000λ厚
のグラフアイト層を形成させた。次に上記グラフアイト
層を陰極とし含砒素タンタル金属層を陽極としてそれぞ
れリード線を取り付けたのち絶縁性樹脂をコーテイング
して第2図に示したようなコンデンサを形成した。参考
実験例 2 実験例2において使用したものと同じ基板を用い1×1
0−3t0rrのネオン雰囲気中で実験例2と同一スパ
ツタ条件下にタンタルをスパツタして基板表面に砒素を
含まない2000λ厚のタンタル膜を形成させたのち、
90℃の2Mヒ酸2水素アンモニウムのエチレングリコ
ール溶液に浸漬して実験例2と同じ条件で陽極化成およ
びエージングを行ない1000λ厚の酸化タンタル膜を
形成させ、続いて前記同様に二酸化鉛の電着、グラフア
イトの焼付けを行なつたのちコンデンサに仕上げた。
Next, the parts of the substrate not covered with the arsenic tantalum film were insulated with a resist, and then immersed in an ethylene glycol solution of 1×10-4M5 ammonium borate and heated to 90°C. Graphite, the counter electrode, was set as the cathode, and direct current was applied at a constant current density of 10 mA/CTl, and anodization was performed until the potential difference between the two electrodes rose to 60 V. After the potential difference reached 60 V, the potential difference was reduced to 50 V. The arsenic tantalum oxide film was then aged for 200 minutes. The thickness of the formed arsenic-containing tantalum oxide film was 1000A. Next, insert the board 1
It was immersed in an ethylene glycol solution containing 0.02M lead perchlorate and 0.2M perchloric acid at 30°C, and a direct current of 50°C was applied using the arsenic tantalum metal as the anode and the counter electrode, platinum, as the cathode. A current density of IA/C7i was applied and the current was applied for 100 minutes to form two β-type lead dioxide layers on the arsenic tantalum oxide film.
It was formed to a thickness of 0.000. Subsequently, the resist was dissolved and removed, and a colloidal aqueous solution of graphite was sprayed onto the lead dioxide layer and baked at 120° C. for 20 minutes to form a graphite layer with a thickness of 5000λ. Next, the graphite layer was used as a cathode, the arsenic tantalum metal layer was used as an anode, lead wires were attached, and then an insulating resin was coated to form a capacitor as shown in FIG. Reference experiment example 2 Using the same substrate as that used in experiment example 2, 1×1
After sputtering tantalum under the same sputtering conditions as in Experimental Example 2 in a neon atmosphere of 0-3t0rr to form a 2000λ thick tantalum film that does not contain arsenic on the substrate surface,
A tantalum oxide film with a thickness of 1000λ was formed by immersion in an ethylene glycol solution of 2M ammonium dihydrogen arsenate at 90°C and anodized and aged under the same conditions as in Experimental Example 2, followed by electrodeposition of lead dioxide in the same manner as above. After baking graphite, it was made into a capacitor.

このようにして、実験例2および参考実験例2によつて
得られたコンデンサを分析した結果、各コンデンサの誘
電体層すなわち酸化タンタル層には3.0重量%の砒素
が含まれていた。
As a result of analyzing the capacitors obtained in Experimental Example 2 and Reference Experimental Example 2 in this way, it was found that the dielectric layer, that is, the tantalum oxide layer of each capacitor contained 3.0% by weight of arsenic.

また、それぞれの電気的特性は別表の通りであつた。実
験例 3 アルミナセラミツクを基板として用い、この基板の表面
を0.5C11P!.して他の部分をレジストで被覆し
たのちスパツタ装置内に仕込み、装置内をアルシンガス
分圧5×10−4t0rr1アンモニアガス分圧2×1
0−5t0rr1ホスフインガス分圧3×10−5t0
rrの混合ガス雰囲気で満した。
In addition, the electrical characteristics of each were as shown in the attached table. Experimental example 3 Alumina ceramic was used as a substrate, and the surface of this substrate was coated with 0.5C11P! .. After covering the other parts with resist, it is placed in a sputtering device, and the inside of the device is heated to arsine gas partial pressure of 5×10-4t0rr1 ammonia gas partial pressure of 2×1.
0-5t0rr1 Phosphine gas partial pressure 3×10-5t0
It was filled with a mixed gas atmosphere of rr.

次に陰極電圧−5000V1陰極電圧0V1陰極電流密
度1.0mA/CTL.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
3500八厚の砒素、リン、窒素を含む含砒素タンタル
膜を形成させたのち、基板を徐冷して装置から取り出u
室温下でレジストを溶解除去した。続いて基板を120
℃のギ酸アンモニウム溶塩に浸漬し、含砒素タンタル膜
を陽極とし、対極の白金を陰極として直流を2mA/C
7lの定電流密度で印加して陽極化成を施し、両極間の
電位差が120に上昇した時点で両極間の電位差を80
Vに減じ、120℃の溶融塩中に120分間保持してエ
ージングを施した。続いて、水洗、乾燥させた基板を5
50℃,800t0rrの空気雰囲気に移して30分間
アニール処理した。形成された含砒素酸化タンタル層の
厚さは2500λであつた。続いて室温まで徐冷したの
ぢ基板を蒸着装置内に移し、5×10′TOrrの砒素
雰囲気中で100℃に熱したのちアルミニウムを700
℃に加熱して蒸発させ、この蒸気を含砒素酸化タンタル
膜上に凝縮付着させた。そして、上記アルミニウム層を
陰極とし、タンタル金属層を陽極としてそれぞれにリー
ド線を取り付け第1図に示したようなコンデンサを仕上
げた。参考実験例 3 実験例3において使用したものと同じ基板を用い、この
基板の表面0.5dにホスフインガス分圧2×10−4
t0rr1アンモニウムガス分圧4×10−7TOrr
の混合ガス雰囲気中で実験例3と同一スパツタ条件下に
厚さ3500λのリン、窒素を含むタンタル膜を形成さ
せたのち、基板を120℃の4.5×101Mのヒ酸2
水素アンモニウムを溶存するギ酸アンモニウム溶融塩に
浸漬して実験例3と同じ化成条件で陽極化成を行ない、
さらに同じアニール処理を行ない、2500λ厚の含砒
素酸化タンタル層を形成させた。
Next, cathode voltage -5000V1 cathode voltage 0V1 cathode current density 1.0mA/CTL. After forming an arsenic-containing tantalum film containing arsenic, phosphorus, and nitrogen on the substrate surface by reactive sputtering with a substrate temperature of 450°C, the substrate was slowly cooled and removed from the apparatus. Out u
The resist was dissolved and removed at room temperature. Next, the board is 120
Immersed in ammonium formate solution at ℃, and applied a direct current of 2 mA/C with the arsenic tantalum membrane as the anode and the counter electrode of platinum as the cathode.
Anodic formation was performed by applying a constant current density of 7 liters, and when the potential difference between the two electrodes rose to 120, the potential difference between the two electrodes was increased to 80
V and maintained in a molten salt at 120° C. for 120 minutes for aging. Next, the washed and dried substrate was
It was transferred to an air atmosphere at 50° C. and 800 t0rr and annealed for 30 minutes. The thickness of the formed arsenic tantalum oxide layer was 2500λ. Subsequently, the substrate was slowly cooled to room temperature, transferred to a vapor deposition apparatus, heated to 100°C in an arsenic atmosphere of 5 x 10' TOrr, and then aluminum was heated to 700°C.
It was heated to 0.degree. C. to evaporate, and the vapor was condensed and deposited on the arsenic-containing tantalum oxide film. Then, the aluminum layer was used as a cathode, and the tantalum metal layer was used as an anode, and lead wires were attached to each to complete a capacitor as shown in FIG. Reference Experimental Example 3 Using the same substrate as that used in Experimental Example 3, a phosphine gas partial pressure of 2 x 10-4 was applied to 0.5d of the surface of this substrate.
t0rr1 Ammonium gas partial pressure 4×10-7 TOrr
After forming a tantalum film containing phosphorus and nitrogen with a thickness of 3500λ under the same sputtering conditions as in Experimental Example 3 in a mixed gas atmosphere of
Anodization was performed under the same formation conditions as in Experimental Example 3 by immersing it in molten ammonium formate salt containing dissolved ammonium hydrogen.
Further, the same annealing process was performed to form an arsenic-containing tantalum oxide layer having a thickness of 2500λ.

続いて、アルミニウムを含砒素酸化タンタル層上に蒸着
してコンデンサに仕上げた。このようにして、実験例3
および参考実験例3で得られた2種類のコンデンサを分
析した結果、それぞれの誘電体層には2.1重量%の砒
素が含まれていた。
Next, aluminum was deposited on the arsenic tantalum oxide layer to complete the capacitor. In this way, Experimental Example 3
As a result of analyzing the two types of capacitors obtained in Reference Experimental Example 3, it was found that each dielectric layer contained 2.1% by weight of arsenic.

また、それぞれの電気的特性は別表の通りであつた。実
験例 4 サフアイアを基板として用い、この基板の表面を0.5
Cr1t8.し他の部分をレジストで被覆し、ニツケル
箔と一緒にスパツタ装置内に仕込んだ。
In addition, the electrical characteristics of each were as shown in the attached table. Experimental example 4 Using sapphire as a substrate, the surface of this substrate was
Cr1t8. The other parts were covered with resist and placed in a sputtering machine together with nickel foil.

装置内を砒素ガス分圧4X10−5t0rr1アルシン
ガス分圧4×10−5t0rr1ヘリウムガス分圧1X
10−3t0rrに換気し、陰極電圧−4000V1陽
極電圧100、陰極電流密度0.7mA/d箔温度50
0℃のスパツタ条件下にタンタルをスパツタして基板表
面に厚さ2500λの含砒素タンタル膜を形成させた。
基板温度を500℃に保つたま\、1×10−3t0r
rのヘリウム雰囲気中でタンタル膜をアニール処理した
のち6『Cの2X10−3t0rrのヘリウム雰囲気中
でタンタル膜をアニール処理したのち60℃の2X10
−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、対極であるSUS27ステンレス鋼を陰極とし
て両極間に30mA/CTIの直流を印加して150分
間定電圧化成を行ない550λ厚の含砒素酸化タンタル
層を形成させた。次に基板をスパツタ装置内に移して予
め500℃,1×10−2t0rrのネオン雰囲気中で
30分間熱したのち、陰極電圧−500V1陽極電圧−
50V1陰極電流密度3mA/Cltのスパツタ条件で
タンタルをスパツタして含砒素酸化タンタル層上に20
00人厚のタンタル層を形成させ、500℃,1×10
−2t0rrのネオン雰囲気中に200分間保持させて
アニール処理を施したのち、レジストを取除いて内部の
タンタル金属層と表面のタンタル金属層とにリード線を
取り付けて第1図に示すような形の無極性コンデンサを
形成した。参考実験例 4 実験例4で使用したものと同じ基板を用いて同様にレジ
ストで被覆したのち、スパツタ装置内に仕込み、1×1
0−2t0rrのネオン雰囲気中で実験例4と同じスパ
ツタ条件でタンタルをスパツタして基板表面に厚さ25
00λのタンタル層を形成させたのち、60℃の2×1
0−3Mの硫酸ナトリウムと同濃度の亜ヒ酸ナトリウム
を溶かす水溶液に浸漬し、実験例4と同じ化成条件で化
成して酸化タンタル層を形成させたのち、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、これ
を電極として無極性のコンデンサを形成した。
Arsenic gas partial pressure 4×10-5t0rr1 Arsine gas partial pressure 4×10-5t0rr1 Helium gas partial pressure 1X
Ventilate to 10-3t0rr, cathode voltage -4000V1 anode voltage 100, cathode current density 0.7mA/d foil temperature 50
An arsenic-containing tantalum film having a thickness of 2500λ was formed on the substrate surface by sputtering tantalum under sputtering conditions at 0°C.
Keep the substrate temperature at 500℃\, 1×10-3t0r
After annealing the tantalum film in a helium atmosphere of 60°C, annealing the tantalum film in a helium atmosphere of 60°C, and then annealing the tantalum film in a helium atmosphere of 60°C.
- Arsenic tantalum oxide with a thickness of 550λ was immersed in a 3M sodium sulfate aqueous solution, applying a direct current of 30 mA/CTI between the two electrodes with the tantalum layer as an anode and the counter electrode as a cathode to perform constant voltage formation for 150 minutes. A layer was formed. Next, the substrate was transferred into a sputtering device and heated in advance at 500°C in a neon atmosphere of 1 x 10-2 t0rr for 30 minutes, and then the cathode voltage -500V1 anode voltage -
Tantalum was sputtered on the arsenic tantalum oxide layer under sputtering conditions of 50V1 cathode current density 3mA/Clt.
A tantalum layer with a thickness of 0.00 mm was formed and heated at 500°C, 1×10
-After annealing by holding in a neon atmosphere of 2t0rr for 200 minutes, the resist was removed and lead wires were attached to the inner tantalum metal layer and the surface tantalum metal layer to form the shape shown in Figure 1. A non-polar capacitor was formed. Reference Experimental Example 4 The same substrate as used in Experimental Example 4 was coated with resist in the same manner, and then placed in a sputtering device to form a 1×1
Tantalum was sputtered on the substrate surface to a thickness of 25 mm under the same sputtering conditions as in Experimental Example 4 in a neon atmosphere of 0-2 t0rr.
After forming a tantalum layer of 00λ, 2×1 at 60℃
It was immersed in an aqueous solution that dissolved 0-3M sodium sulfate and the same concentration of sodium arsenite, and was chemically formed under the same chemical formation conditions as in Experimental Example 4 to form a tantalum oxide layer. A non-polar capacitor was formed using this as an electrode.

このようにして、実験例4および参考実験例4によつて
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
の下表の通りの結果を得た。
In this way, the electrical characteristics of the two types of capacitors obtained in Experimental Example 4 and Reference Experimental Example 4 were investigated, and the results shown in the table below were obtained.

なお、測定値は全て、20℃,30%RE,印加直流1
0V1印加交流1V(Vベル)の条件下で求めた。上記
表からも明らかなように本発明コンデンサ(たとえば実
験例1,2,3,4)は、従来のコンデンサ(参考実験
例1但し2,3,4は含まれない。
All measured values were taken at 20°C, 30% RE, and an applied DC of 1
It was determined under the conditions of 0V1 applied and AC 1V (Vbell). As is clear from the above table, the capacitors of the present invention (for example, Experimental Examples 1, 2, 3, and 4) are different from the conventional capacitors (Reference Experimental Examples 1, but 2, 3, and 4 are not included).

)に較べてほゾ全ての点において勝れている。これは酸
化タンタル膜に含まれている砒素が有効に作用している
ものと思われる。なお、参考実験例2,3,4は本発明
に包含されるものであるが、製作過程の説明から明らか
なようにタンタル膜に陽極酸化を施すときに砒素をドー
ブするようにしているので酸化タンタル膜中の砒素の分
布が均一にならず、特性が若干悪くなつているのはこれ
が原因しているものと思われる。したがつて、実験例1
,2,3,4のようにタンタル膜形成時に砒素をドーブ
することが好ましい。さらに酸化タンタル膜中に含まれ
る砒素の量は0.8〜3,0重量%の範囲が効果的であ
り、この範囲外であるとそれ程効果は望めない。なお、
本発明はタンタルの焼結体箔線膜をそれぞれ基体とする
電解コンデンサにも応用できる。以上詳述したように本
発明によれば、勝れた特性を発揮し得る酸化タンタル膜
使用のコンデンサを提供できる。
) is superior in all respects. This seems to be due to the effective effect of arsenic contained in the tantalum oxide film. Note that Reference Experimental Examples 2, 3, and 4 are included in the present invention, but as is clear from the explanation of the manufacturing process, arsenic is doped when anodizing the tantalum film, so oxidation is not possible. This is thought to be the reason why the distribution of arsenic in the tantalum film is not uniform and the characteristics are slightly deteriorated. Therefore, Experimental Example 1
, 2, 3, and 4, it is preferable to dope arsenic when forming the tantalum film. Furthermore, the amount of arsenic contained in the tantalum oxide film is effective within the range of 0.8 to 3.0% by weight, and if it is outside this range, no significant effect can be expected. In addition,
The present invention can also be applied to electrolytic capacitors each having a tantalum sintered foil wire film as a base. As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a capacitor using a tantalum oxide film that can exhibit excellent characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の縦断面図、は本発明の他の
実施例の縦断面図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・含砒素タンタル膜
、3・・・・・・含砒素酸化タンタル膜、4・・・・・
・金属膜。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of one embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of another embodiment of the present invention. 1...Substrate, 2...Arsenic-containing tantalum film, 3...Arsenic-containing tantalum oxide film, 4...
・Metal film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 砒素を0.8〜3.0重量%含有した酸化タンタル
膜で誘電体が形成されてなることを特徴とするコンデン
サ。
1. A capacitor characterized in that a dielectric is formed of a tantalum oxide film containing 0.8 to 3.0% by weight of arsenic.
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