多层结构体、电容器元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多层结构体、电容器元件及其制造方法，特别涉及高温稳定性优异的多层结构体、电容器元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为现有的电容器元件，已知层叠陶瓷电容器、电解电容器、膜电容器等。
[0003]另外，公开了在硅(Si)衬底上具有由Al/S1x/BN/S1x/Al构成的层叠结构的电容器元件(例如，参照专利文献I及专利文献2。)。
[0004]另外，还公开了将AlN用作为电介质层的电容器元件(例如，参照专利文献3。)。
[0005]现有技术文献专利文献
专利文献1:美国专利第6，570，753号说明书专利文献2:美国专利第6，939，775号说明书专利文献3:日本特开平6 - 267783号公报。
【发明内容】
[0006]发明要解决的课题
层叠陶瓷电容器使用钛酸钡(BaT13)等的强电介质，在高温动作时强电介质材料会相变。因此，电容的值在高温动作时下降。另一方面，适用常电介质材料的层叠陶瓷电容器，虽然能承受高温，但是电容值小。而且，由于在部件中使用氧化物，出现氧缺陷，可靠性容易下降。
[0007]电解电容器使用不耐高温的部件，具有电解液干燥化(干涸)的问题点。
[0008]膜电容器由于将有机物用作为部件，所以不耐热。
[0009]本发明的目的在于提供高温稳定性优异的多层结构体、电容器元件及其制造方法。
[0010]用于解决课题的方案
依据用于达成上述目的的本发明的一种方式，提供一种多层结构体，其中具备:衬底；配置在所述衬底上的缓冲层；配置在所述缓冲层上的下部电极；以及配置所述下部电极上并由氮化物构成的电介质层。
[0011 ] 依据本发明的其他方式，提供一种电容器元件，在所述多层结构体中，还具备配置在所述电介质层上的上部电极，具备与所述下部电极连接的第I端子电极，以及与所述上部电极连接的第2端子电极。
[0012]依据本发明的其他方式，提供一种电容器元件的制造方法，其中具有:对衬底进行预处理的工序；将缓冲层形成在所述衬底上的工序；将下部电极形成在所述缓冲层上的工序；在所述下部电极上形成由氮化物构成的电介质层的工序；以及在所述电介质层上形成上部电极的工序。
[0013]依据本发明的其他方式，提供一种具备上述多层结构体的切削工具。
[0014]依据本发明的其他方式，提供一种搭载上述电容器元件的逆变器装置。
[0015]依据本发明的其他方式，提供一种电容器制造装置，其中具备:部件供给用辊；部件卷绕用辊；多个张紧辊；在所述部件供给用辊和所述部件卷绕用辊之间经由所述张紧辊进行转送的部件；以及在所述部件上的成膜区中，通过从成膜材料供给靶溅射靶材料而供给的真空腔，在所述真空腔内能够以卷对卷(roll to roll)实施所述成膜区中的多层成膜的溅射工序。
[0016]发明效果依据本发明，能够提供高温稳定性优异的多层结构体、电容器元件及其制造方法。
【附图说明】
[0017]图1是实施方式所涉及的多层结构体及电容器元件的示意性截面结构图。
[0018]图2是实施方式的变形例所涉及的多层结构体及电容器元件的示意性截面结构图。
[0019]图3是实施方式及其变形例所涉及的电容器元件的示意性鸟瞰结构图。
[0020]图4是实施方式的变形例所涉及的多层结构体及电容器元件中，电介质层的透射电子显微镜(TEM-Transmiss1n Electron Microscope)照片例。
[0021]图5是实施方式的变形例所涉及的多层结构体及电容器元件中，缓冲层的TEM照片例。
[0022]图6是实施方式的变形例所涉及的多层结构体及电容器元件的结构中，不形成缓冲层而作成的样品中的电介质层表面的原子间力显微镜(AFM:Atomic Force Microscope)照片例。
[0023]图7是实施方式的变形例所涉及的多层结构体及电容器元件的结构中，形成缓冲层而作成的样品中的电介质层表面的AFM照片例。
[0024]图8是示出实施方式的变形例所涉及的多层结构体及电容器元件的结构中，以上部电极为正电极(+)、下部电极为负电极(一)的电流密度(A/mm2)和电场(V/μm)的关系的图(A:无缓冲层；B1:缓冲层为IrTa的例;B2:缓冲层为TiAlN的例)。
[0025]图9是实施方式所涉及的多层结构体及电容器元件的结构中，适用Al箔作为金属衬底的情况下的Al箔的扫描型电子显微镜(SEM:Scanning Electron Microscope)表面照片例。
[0026]图10是实施方式所涉及的电容器元件的电路结构例，(a)单体元件的例，(b)并联连接结构例，(C)串并联连接结构例。
[0027]图11是实施方式所涉及的电容器元件中，形成在金属箔上的单元电容器的试制照片例(电极尺寸:65_X20mm)。
[0028]图12是实施方式所涉及的电容器元件中，形成在金属箔上的电容器元件的电容C的频率特性例。
[0029]图13是实施方式所涉及的电容器元件中，形成在金属箔上的电容器元件的电容C和介电损耗Df的温度特性例。
[0030]图14是实施方式所涉及的电容器元件中，形成在金属箔上的单元电容器的示意性表面图案结构图。
[0031]图15是通过层叠方式来将实施方式所涉及的电容器元件器件化的外观照片例。
[0032]图16是图15所示的电容器元件的封装件内部中的示意性鸟瞰结构图。
[0033]图17中(a)是说明实施方式所涉及的电容器元件中，隔着隔离物而层叠2块单元电容器的情况的示意图，(b)是实施方式所涉及的电容器元件中，隔着隔离物将多个单元电容器η层层叠的示意截面结构图。
[0034]图18是实施方式所涉及的电容器元件的制造方法，Ca)是衬底的预处理工序图，(b)是在衬底上形成缓冲层的工序图，(c)是在缓冲层上形成下部电极的工序图，Cd)是在下部电极上形成电介质层的工序图。
[0035]图19是实施方式所涉及的电容器元件的制造方法，(a)是在电介质层上形成上部电极的工序图，(b)是依次在上部电极上形成Ni层及在Ni层上形成Ag层的工序图，(C)是依次在衬底的背面上形成Ni层及在Ni层上形成Ag层的工序图。
[0036]图20中(a)是实施方式所涉及的电容器元件的外观表面照片例，(b)是电容器元件的示意性表面图案结构图。
[0037]图21是实施方式所涉及的电容器元件中，电容变化率Δ C ( % )的温度特性例。
[0038]图22是实施方式所涉及的电容器元件(以卷方式进行的器件化例)中，Ca)是第I单元电容器的表面图案结构图，(b)是第2单元电容器的背面图案结构图，(c)是重叠第I单元电容器及第2单元电容器并卷绕到轴前的表面图案结构图。
[0039]图23是实施方式所涉及的电容器元件(以卷方式进行的器件化例)中，(a)是重叠第I单元电容器及第2单元电容器并卷绕到轴后的表面图案结构图，(b)是卷绕状态的外观照片例，(c)是与外部电极端子连接而收纳到外壳的状态的外观照片例。
[0040]图24是可能适合实施方式所涉及的电容器元件的制造方法的制造装置，在溅射工序适用同一腔而能够以卷对卷方式大量生产的装置结构的示意性结构图。
[0041]图25是搭载实施方式所涉及的电容器元件Cu、Cv、Cw，配置6个功率模块半导体装置而构成的3相交流逆变器装置的示意性电路结构图。
[0042]图26是能够适用于图25所示的3相交流逆变器装置的功率模块半导体装置，一合一(one in one)模块的示意性电路表达图。
[0043]图27是一合一模块的详细电路表达图。
[0044]图28是能够适用于图25所示的3相交流逆变器装置的功率模块半导体装置，直布线结构的功率模块半导体装置的鸟瞰图。
[0045]图29是直布线结构的功率模块半导体装置的示意性平面结构图。
[0046]图30是搭载实施方式所涉及的电容器元件Cu、Cv、Cw,还包含配置6个功率模块半导体装置而构成3相交流逆变器的各功率端子间的连接布线(汇流条)电极(GNDL/P0WL)的示意性平面结构图中，示出在上部配置控制衬底及电源衬底的例的图。
[0047]图31是沿着图30的I 一 I线的示意性截面结构图。
[0048]图32是在配置6个功率模块半导体装置而构成的3相交流逆变器上，搭载实施方式所涉及的电容器元件Cu、Cv、Cw，且配置控制衬底及电源衬底的示意性鸟瞰图。
[0049]图33是在搭载实施方式所涉及的电容器元件Cu、Cv、Cw，配置6个功率模块半导体装置而构成的3相交流逆变器的示意性电路结构中，在电源端子PL、接地端子NL间连接缓冲电容器的电路结构例。
[0050]图34是说明搭载实施方式所涉及的电容器元件Cu、Cv、Cw，配置6个功率模块半导体装置而构成的3相交流逆变器装置的3相马达驱动的示意性电路块结构图。
[0051]图35是搭载实施方式所涉及的电容器元件Cu、Cv、Cw，配置6个功率模块半导体装置而构成的3相交流逆变器装置的U相部的电路结构图。
[0052]图36中(a)是图35的电路中，除去实施方式所涉及的电容器元件Cu的状态中的开关电压波形例，(b)是适用实施方式所涉及的电容器元件Cu的状态下的开关电压波形例。
[0053]图37是适用实施方式所涉及的多层结构体的切削工具，Ca)是螺丝攻(夕、y 7°氺P)的示意性鸟瞰图，(b)是能够适用于图37 Ca)的多层结构体的示意性截面结构图。
【具体实施方式】
[0054]接着，参照附图，说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，对于与同一或类似的部分标注同一或类似的标号。但是，附图是示意性的，应当留意厚度和平面尺寸的关系、各层的厚度的比例等有不同于现实的情况。因此，具体厚度、尺寸应该参考以下的说明进行判断。另外，应当理解到附图相互之间也包含彼此尺寸的关系或比例不同的部分。