CN105390286A - 薄膜电子零件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐冲击性及耐湿性优异的薄膜电子零件。本发明的薄膜电子零件是薄膜电容器(100)，具备：第一电极层(200)及第二电极层(220)；阻障层(300)，形成在电极层(200、220)上且包含无机绝缘体；以及绝缘体层(400)，形成在阻障层(300)上且包含有机绝缘体；所述薄膜电容器(100)的特征在于：绝缘体层(400)中的与引出电极(510、520)形成用贯通孔(411、12)的交界线为包含一个以上的直线部的连续线。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过薄膜制造过程在支撑基板上形成导体层或绝缘体层而构成规定的功能零件的薄膜电子零件。
背景技术
作为这种薄膜电子零件，已知有以下薄膜电容器，即具备：硅基板等支撑基板；电容部，由通过溅镀等薄膜制造过程所形成且包含金属氧化物的介电层、以及Pt等金属薄膜电极所构成；保护绝缘层，被覆包含电容部的硅基板整体且由有机树脂膜所构成；阻障层，形成在电容部与保护绝缘层之间且包含非导电性无机质材料；以及引出电极，贯通保护绝缘层及阻障层而形成，且电连接在电容部的金属薄膜电极(例如参照专利文献1)。
这种薄膜电子零件在构造方面的目标在于，利用由有机树脂膜所构成的保护绝缘层吸收来自引出电极的机械应力，并且利用包含无机质材料的阻障层阻止从有机树脂膜释放的水分到达介电层，由此确保薄膜电子零件的耐冲击性及耐湿性。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2004-214589号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
然而，在以往的薄膜电子零件的构造中，存在以下情况：因其具体的各部分的形状、材料、安装环境等而无法充分确保所述耐冲击性或耐湿性，在规定的电特性、薄膜电容器的情况下，尤其是电容特性劣化。以下，以薄膜电容器为例对这种问题进行详细叙述。
在以往的薄膜电容器的构造中，最外层被有机树脂膜所覆盖，且这些有机树脂膜暴露在周边环境中。因此，如果有机树脂膜吸收周边环境的水分而膨胀，便有产生应力的担忧。而且，在将热膨胀系数原本就不同的材料积层所得的薄膜电子零件中，有产生构造上较大的应力而产生裂痕或剥离等构造缺陷的情况。进而，有如下担忧：因该应力而在阻障层或保护绝缘层产生裂痕，由此导致引出电极的剥离，结果水分从阻障层或保护绝缘层与引出电极的界面渗入，从而使薄膜电容器的特性劣化。
作为有机树脂膜，一般来说，使用聚酰亚胺树脂的情况居多。聚酰亚胺树脂的前驱物是以300℃到400℃的温度进行硬化而成为聚酰亚胺树脂，但在作为保护绝缘层的聚酰亚胺前驱物硬化时，酸酐与二胺进行脱水缩聚反应，释放H2O分子而硬化。该H2O因构成电容器的薄膜电极的Pt的催化剂作用而分解为氢离子，该氢离子到达介电材料而将介电材料还原。结果，氢离子因扩散现象等而到达薄膜电极与介电体的界面，其本身成为活动离子或者产生介电部的氧空位，由此使电容器部的电容特性劣化。
另一方面，在形成所述引出电极的步骤中，利用蚀刻处理在有机树脂膜形成贯通孔，但该贯通孔的开口区域在显影步骤中显影及水洗不充分的情况下，有时有机物会残留在开口区域。而且，还存在因固化时从残留有机物所释放的H2O而导致电容部的电容相对于设计值降低的问题。
本发明是鉴于所述情况而完成，其目的在于提供一种耐冲击性及耐湿性优异的薄膜电子零件。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，申请人着眼于形成在有机绝缘体层的引出电极形成用贯通孔的平面构造。
本申请的发明是一种薄膜电子零件，具备：薄膜电极层；无机绝缘体层，形成在薄膜电极层上；以及有机绝缘体层，形成在无机绝缘体层上；在无机绝缘体层，以露出薄膜电极层的一部分的方式形成有第一贯通孔，在有机绝缘体层，以露出无机绝缘体层的第一贯通孔的方式形成有第二贯通孔，且在第一贯通孔及第二贯通孔形成有与薄膜导体层电连接的引出电极，所述薄膜电子零件的特征在于：有机绝缘体层中的与第二贯通孔的交界线为包含一个以上的直线部的连续线。
根据本发明，有机绝缘体层中的与第二贯通孔的交界线中不存在不连续点，所以能够防止物理应力的集中。由此，耐冲击性及耐湿性提高。
作为本申请的发明的优选形态的一个示例，可列举具有如下特征的形态：与第二贯通孔的交界线为大致矩形，且在该矩形的角部以各边连续地连接的方式形成有曲线部。在本发明中，有机绝缘体层中的第二贯通孔的平面形状、换言之有机绝缘体层中的引出电极的平面形状成为对矩形的各角部进行圆弧倒角而成的形状。进而，作为本申请的发明的优选形态的一个示例，可列举特征在于曲线部的曲率半径大于有机绝缘体层的厚度的形态。
而且，本申请的发明是一种薄膜电子零件，具备：薄膜电极层；无机绝缘体层，形成在薄膜电极层上；以及有机绝缘体层，形成在无机绝缘体层上；在无机绝缘体层，以露出薄膜电极层的一部分的方式形成有第一贯通孔，在有机绝缘体层，以露出无机绝缘体层的第一贯通孔的方式形成有第二贯通孔，且在第一贯通孔及第二贯通孔形成有与薄膜导体层电连接的引出电极，所述薄膜电子零件的特征在于：有机绝缘体层中的与第二贯通孔的交界线包含两条线以规定角度连接的不连续部，且该连接角度大于90°。
根据本发明，虽然有机绝缘体层中的与第二贯通孔的交界线中存在不连续点，但在该不连续点处，两条线的连接角度大于90°，所以能够防止物理应力的集中。由此，耐冲击性及耐湿性提高。
作为本申请的发明的优选形态的一个示例，可列举具有如下特征的形态：与第二贯通孔的交界线为大致矩形，且在该矩形的角部包含两个以上的不连续点。在本发明中，有机绝缘体层中的第二贯通孔的平面形状、换言之有机绝缘体层中的引出电极形状成为对矩形的各角部进行倒角而成的形状。
作为本申请的发明的优选形态的一个示例，可列举具有如下特征的形态：薄膜导体层包含第一薄膜导体层及第二薄膜导体层，在第一薄膜导体层与第二薄膜导体层之间形成有薄膜介电层，第一薄膜导体层形成在支撑基板上，且引出电极电连接在第一薄膜导体层或第二薄膜导体层。本发明的薄膜电子零件具有包含第一薄膜导体层、第二薄膜导体层及薄膜介电层的电容器。
[发明的效果]
根据本发明，能够防止有机绝缘体层中的引出电极的形成位置上的物理应力的集中，所以耐冲击性及耐湿性提高。
附图说明
图1是薄膜电容器的剖视图。
图2是从薄膜电容器中卸除引出电极后的剖视图。
图3是从薄膜电容器中卸除引出电极后的俯视图。
图4(a)～(c)是对薄膜电容器的制造步骤进行说明的图。
图5(d)～(g)是对薄膜电容器的制造步骤进行说明的图。
图6是对形成在绝缘体层的贯通孔的角部中的应力与曲率半径的关系进行说明的图。
图7是从另一个示例的薄膜电容器中卸除引出电极后的俯视图。
图8是从另一个示例的薄膜电容器中卸除引出电极后的俯视图。
图9是从另一个示例的薄膜电容器中卸除引出电极后的俯视图。
具体实施方式
参照附图对本发明的一实施方式的薄膜电子零件进行说明。在本实施方式中，对薄膜电容器进行说明。图1是薄膜电容器的剖视图，图2是从薄膜电容器中卸除引出电极后的剖视图，图3是从薄膜电容器中卸除引出电极后的俯视图。另外，请留意各图是为了便于说明而示意性地表示的图，并非以准确的缩小比例进行记载。
如图1所示，薄膜电容器100具备：支撑基板110；第一电极层200，形成在支撑基板110上；介电层210，形成在第一电极层上；第二电极层220，形成在介电层210上；阻障层300，以覆盖第一电极层200、介电层210、第二电极层220、支撑基板110的方式形成；绝缘体层400，以覆盖阻障层300的方式形成；第一引出电极510，将第一电极层200引出到绝缘体层400的上表面；以及第二引出电极520，将第二电极层220引出到绝缘体层400的上表面。在本实施方式的薄膜电容器100中，第一电极层200、介电层210、第二电极层220利用薄膜电容器100构成电容产生部。而且，本实施方式的薄膜电容器100是使绝缘体层400的上表面与安装目标的电路基板对向，并将第一引出电极510及第二引出电极520分别电连接在电路基板上的焊垫而使用。
支撑基板110例如为包含Si的支撑基板。支撑基板110可由任意材料形成，例如由石英、氧化铝、蓝宝石、玻璃等绝缘性支撑基板、或Si等导电性支撑基板所形成。在使用导电性支撑基板作为支撑基板110的情况下，优选在该支撑基板110上形成有绝缘层。而且，优选在支撑基板110上形成有粘接层以提高与第一电极层200的粘接性。在本实施方式中，使用Si基板作为支撑基板110，并且在该Si基板上形成有包含氧化钛TiO2的绝缘性粘接层(省略图示)。
由第一电极层200、介电层210、第二电极层220形成的电容产生部为被称为所谓的MIM(Metal-Insulator-Metal，金属-绝缘体-金属)的构造体。第一电极层200的面积小于支撑基板110，介电层210的面积小于第一电极层200，第二电极层220的面积小于介电层210。由此，从第二电极层220朝向介电层210、第电极层200、支撑基板110，成为各个端部依次成为阶差的阶梯状。这种构造是由将第一电极层200及第二电极层220两者引出到绝缘体层400的上表面的目的、及制造步骤的便利所决定。
第一电极层200及第二电极层220优选高温环境下的耐氧化性优异且可实现形成介电层时的良好的结晶取向控制的材料。具体来说，第一电极层200及第二电极层220包含Pt、Ir、Ru等贵金属或SrRuO3、RuO2、IrO2等导电性氧化物等电极材料。本实施方式中是使用Pt。第一电极层200及第二电极层220例如通过溅镀法等薄膜制造过程而形成。
在本实施方式中，介电层210包含由钡Ba、锶Sr、钛Ti所构成的氧化物BaxSr1-xTiO3(以下，称为“BST”)。BST材是即使为薄膜仍在室温下具有超过500的相对大的相对介电常数、在实现小型且大电容的薄膜电容器方面有效的材料。介电层210例如通过溅镀法或溶胶-凝胶法等薄膜制造过程而形成。
阻障层300是以覆盖支撑基板110的整个上表面的方式形成，该支撑基板110包含由第一电极层200、介电层210、第二电极层220所形成的电容产生部。如上所述，第一电极层200、介电层210、第二电极层220的面积各不相同，所以阻障层300的上表面形成为阶梯状。阻障层300包含例如氧化铝Al2O3、或氧化硅SiO2等非导电性无机质材料，理想的是非晶质材料。本实施方式中是使用氧化铝Al2O3。阻障层300例如通过溅镀法等薄膜制造过程而形成。
如图2及图3所示，在阻障层300，以露出第一电极层200的规定的引出位置的方式形成有贯通孔311。而且，在阻障层300，以露出第二电极层220的规定的引出位置的方式形成有贯通孔312。
绝缘体层400包含例如聚酰亚胺等有机树脂材料。绝缘体层400是遍及阻障层300的整个面地形成。如图2及图3所示，在绝缘体层400，以露出形成在阻障层300的贯通孔311、312的方式形成有贯通孔411、412。即，贯通孔411、412的阻障层300侧的开口区域包含阻障层300的贯通孔311、312的开口区域，且露出第一电极层200及第二电极层220的一部分。贯通孔411、412的开口区域从上表面朝向阻障层300逐渐缩小。
在绝缘体层400的贯通孔411及阻障层300的贯通孔311中，填充着将第一电极层200引出到绝缘体层400的上表面的第一引出电极510。同样地，在绝缘体层400的贯通孔412及阻障层300的贯通孔312，填充着将第二电极层220引出到绝缘体层400的上表面的第二引出电极520。第一引出电极510及第二引出电极520包含Cu、Ni、Co、Cr、Ag、Au、Pd、Fe、Sn、Pt等任意的导电性材料或这些材料的合金。另外，在使用可能具有与第一电极层200及第二电极层220的反应性的材料作为第一引出电极510及第二引出电极520的材料的情况下，优选在与第一电极层200及第二电极层220的接触区域以反应性小的另外一种或多种电极材料作为基底材料而进行积层。在本实施方式中，使用Pt作为第一电极层200及第二电极层220，使用Sn作为第一引出电极510及第二引出电极520的主材料。在这种情况下，可能会产生如下等问题：第一引出电极510及第二引出电极520的Sn扩散到第一电极层200及第二电极层220的Pt并与Pt进行反应，而改变第一电极层200及第二电极层220的电阻值。因此，在本实施方式中，考虑到避免所述腐蚀及提高焊料润湿性等，而积层Cr、Ti、Cu、Ni等作为第一引出电极510及第二引出电极520的基底材料。
本申请的发明的特征点在于形成在阻障层300的贯通孔411、412的平面构造。如图3所示，贯通孔411、412在绝缘体层400上表面的形状、换言之绝缘体层400上表面中的与贯通孔411、412的交界线的形状成为角部经圆弧倒角的大致矩形。即，贯通孔411、412的形状由以下部分构成：相互面对的两条长边；相互面对的两条短边，相对于长边沿垂直方向延伸；以及圆弧状的曲线部，与各边平滑地连接。换言之，绝缘体层400上表面中的与贯通孔411、412的交界线成为包含一个以上的直线部的连续线。曲线部的曲率半径优选大于绝缘体层400的厚度。
以下，参照图4及图5对本实施方式中的薄膜电容器100的制造方法进行说明。图4及图5是对薄膜电容器的制造步骤进行说明的图。
首先，准备硅晶片作为支撑基板110(图4(a))，并使用溅镀法在该硅晶片上使氧化钛TiO2成膜。氧化钛TiO2(20nm)发挥作为Si与Pt的粘接层(省略图示)的作用。
接下来，在支撑基板110形成MIM构造的电容部。首先，使用溅镀法在支撑基板110使对应于第一电极层200的Pt成膜。其次，利用溅镀法或溶胶-凝胶法在第一电极层200上形成对应于介电层210的BST。接着，使用溅镀法在介电层210上使对应于第二电极层220的Pt成膜(图4(b))。另外，BST的溅镀条件的一个示例为基板温度600℃、RF(RadioFrequency，射频)功率100W、气体种类氩气+氧气、气体压力0.1Pa。
接下来，利用光刻法形成抗蚀剂掩模，然后使用反应性离子蚀刻等干式蚀刻法将第二电极层220、介电层210、第一电极层200依次以成为规定形状的方式进行去除加工(图4(c))。本实施方式中是使用氩离子研磨法。由此，形成有第二电极层220、介电层210、第一电极层200的端部依次成为阶差的阶梯状的电容产生部。
接下来，以覆盖电容产生部及支撑基板110整体的方式形成阻障层300。具体来说，利用溅镀法使作为阻障层300的材料使用的氧化铝Al2O3成膜(图5(d))。
接下来，利用光刻法形成抗蚀剂掩模，然后使用反应性离子蚀刻等干式蚀刻法以在阻障层300形成贯通孔311、312的方式进行去除加工(图5(e))。
接下来，在阻障层300上形成包含聚酰亚胺树脂等的绝缘体层400(图5(f))。在本实施方式中，首先，以3000rpm的转速将感光性聚酰亚胺前驱物液旋转涂布30秒钟，由此形成4μm的膜。然后，以60℃的温度加热10分钟(预烘烤)，然后进行曝光、显影步骤，并以400℃的温度进行两小时的加热(正式烘烤)，形成2μm厚的聚酰亚胺膜。
接下来，利用光刻法形成抗蚀剂掩模，然后使用湿式蚀刻法在绝缘体层400形成贯通孔411、412(图5(g))。在该步骤中，填充在阻障层300的贯通孔311、312的聚酰亚胺也被去除，露出第一电极层200及第二电极层220的规定的引出位置。
最后，以填充绝缘体层400的贯通孔411、412及阻障层300的贯通孔311、312的方式形成第一引出电极510及第二引出电极520。在该步骤中，首先，在绝缘体层400的贯通孔411、412及阻障层300的贯通孔311、312的内面，利用溅镀法等使基底材料(省略图示)成膜，其次，利用镀敷法填充引出电极材料。
在这种薄膜电容器100中，包含具有吸湿性且在规定条件下释放水分的聚酰亚胺树脂的绝缘体层400与电容产生部被物理性地分离。即，在从聚酰亚胺树脂释放的水分以未离子化的状态到达具有催化剂作用的电极部之前进行阻隔，所以可阻止从聚酰亚胺树脂释放的水分到达包含具有催化剂作用的Pt等的第一电极层200或第二电极层220的表面。
而且，在本实施方式的薄膜电容器100中，界定第一引出电极510及第二引出电极520的形状的绝缘体层400的贯通孔411、412的形状、即绝缘体层400的上表面中的与贯通孔411、412的交界线成为角部经圆弧倒角的大致矩形。因此，能够防止物理应力集中在贯通孔411、412的角部。图6表示通过模拟而对贯通孔411、412的角部的应力与贯通孔411、412的角部的弧度的曲率半径的关系进行分析所得的曲线图。如图6显见，可确认如下情况：通过对贯通孔411、412的角部进行圆弧倒角，应力减小，进而，越增大弧度的曲率半径，越能谋求减小应力。如此，在本实施方式的薄膜电容器100中，能够减小贯通孔411、412的角部的应力，所以能够防止绝缘体层400或阻障层300中的裂痕的产生，防止水分从该裂痕的渗入、因水分渗入导致的特性劣化。
而且，由于绝缘体层400的贯通孔411、412成为所述形状，所以在形成贯通孔411、412的步骤中，能够防止形成绝缘体层400的树脂残留在贯通孔411、412内。由此，能够确实地将第一引出电极510及第二引出电极520与第一电极层200及第二电极层220连接，并且防止水分等的渗入。
如上所述，根据本实施方式的薄膜电容器100，能够防止绝缘体层400的引出电极510、520的形成位置上的物理应力的集中，所以耐冲击性及耐湿性提高。
以上，对本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于此。例如，在所述实施方式中，将绝缘体层400的贯通孔411、412设为对矩形的四个角部修圆角所成的形状，但也可以设为像图7所示那样将两条面对的边以曲线连接而成的形状。此处，各边与曲线部是连续地连接。通过这种形状也可以获得与所述实施方式相同的作用、效果。
而且，在所述实施方式中，将绝缘体层400中与贯通孔411、412的交界线设为包含一个以上的直线部的连续线，但即使该交界线包含两条线以规定的角度连接的不连续部，只要该连接角度大于90°，也可以获得与所述实施方式相同的作用、效果。作为这种示例，可列举像图8所示那样对绝缘体层400的贯通孔411、412将矩形的四个角部倒角所成的形状。在图8的示例中，各角部中，各边的端部成为不连续点。换言之，在各角部中不连续点为两个。作为另一示例，可列举像图9所示那样将各角部以连续直线倒角所成的形状。换言之，在各角部中，将不连续点设为三个以上(图9中为三个)。
进而，在所述实施方式中，对作为薄膜电子零件的一个示例的薄膜电容器进行了说明，但即使为其他种类的电子零件，也可以应用本发明。例如，可列举具有MIM构造的可变电容器部的可变电容薄膜电容器等。
[符号的说明]
100薄膜电容器
110支撑基板
200第一电极层
210介电层
220第二电极层
300阻障层
311、312贯通孔
400有机绝缘体层
411、412贯通孔
510第一引出电极
520第二引出电极
Claims (6)
1.一种薄膜电子零件，具备：薄膜电极层；无机绝缘体层，形成在薄膜电极层上；以及有机绝缘体层，形成在无机绝缘体层上；在无机绝缘体层，以露出薄膜电极层的一部分的方式形成有第一贯通孔，在有机绝缘体层，以露出无机绝缘体层的第一贯通孔的方式形成有第二贯通孔，且在第一贯通孔及第二贯通孔形成有与薄膜导体层电连接的引出电极；所述薄膜电子零件的特征在于：
有机绝缘体层中的与第二贯通孔的交界线为包含一个以上的直线部的连续线。
2.根据权利要求1所述的薄膜电子零件，其特征在于：
与第二贯通孔的交界线为大致矩形，且在该矩形的角部，以各边连续地连接的方式形成有曲线部。
3.根据权利要求2所述的薄膜电子零件，其特征在于：
曲线部的曲率半径大于有机绝缘体层的厚度。
4.一种薄膜电子零件，具备：薄膜电极层；无机绝缘体层，形成在薄膜电极层上；以及有机绝缘体层，形成在无机绝缘体层上；在无机绝缘体层，以露出薄膜电极层的一部分的方式形成有第一贯通孔，在有机绝缘体层，以露出无机绝缘体层的第一贯通孔的方式形成有第二贯通孔，且在第一贯通孔及第二贯通孔形成有与薄膜导体层电连接的引出电极；所述薄膜电子零件的特征在于：
有机绝缘体层中的与第二贯通孔的交界线包含两条线以规定角度连接的非连续部，且该连接角度大于90°。
5.根据权利要求4所述的薄膜电子零件，其特征在于：
与第二贯通孔的交界线为大致矩形，且在该矩形的角部包含两个以上的非连续点。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的薄膜电子零件，其特征在于：
薄膜导体层包含第一薄膜导体层及第二薄膜导体层，
在第一薄膜导体层与第二薄膜导体层之间形成有薄膜介电层，
第一薄膜导体层形成在支撑基板上，且
引出电极电连接在第一薄膜导体层或第二薄膜导体层。
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