CN106688066A - 具有钙钛矿电介质的卷起电容器及生产其的工艺 - Google Patents

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铃木祥一郎
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伴野晃
伴野晃一
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丹尼尔·格林
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Abstract

本发明提供一种卷起型电容器，其包括圆柱形部分、第一外部电极和第二外部电极，其中，圆柱形部分通过卷起其中下电极层、电介质层和上电极层依次层叠的叠层来获得；第一外部电极与上电极层电连接，并且第二外部电极与下电极层电连接；以及第一外部电极和第二外部电极分别位于圆柱形部分的两侧中的每一侧上，使得它们彼此面对。卷起型电容器具有低ESR并且可以适用于高频范围。

Description

具有钙钛矿电介质的卷起电容器及生产其的工艺
技术领域
本发明涉及电容器及生产其的工艺。
背景技术
近来，与电子装置的高密度封装相关联，需要具有更高电容和更小尺寸的电容器。作为这样的电容器，例如专利文献1公开了一种卷起(roll-up)型电容器，其中，叠层是卷起的，在所述叠层中层叠了第一电绝缘层、第一导电层、第二电绝缘层和第二导电层，并且电极端子连接到卷起的第一导电层和第二导电层的端部。
这种卷起型电容器如下生产。首先在衬底上形成牺牲层，并在其上层叠第一电绝缘层、第一导电层、第二电绝缘层和第二导电层以获得叠层。从叠层开始卷起的一侧供给蚀刻溶液，从而逐渐去除牺牲层。通过去除牺牲层，叠层与衬底剥离并卷起。最后，将电极端子连接到卷起的第一导电层和第二导电层的端部，以生产专利文献1中公开的卷起型电容器。
现有技术文档
专利文献
专利文献1：EP 2 023 357 A1
发明内容
本发明要解决的技术问题
在如参考文献1所述的卷起型电容器中，用于连接到外部电气元件的电极端子形成在卷起的第一导电层和第二导电层(下文中统称为“导电层”)的端部上。已发现，因为导电层和电极端子之间的连接面积不能增加(换句话说，因为电阻由于导电层和电极端子之间的小的连接面积而是高的)，所以出现了ESR(等效串联电阻)变得更高的问题。此外，已发现如参考1中描述的卷起型电容器不适合在高频范围中使用，因为电流在圆柱形部分中螺旋流动。
本发明的目的是提供一种具有低ESR并且可以适合用于高频范围的卷起型电容器和用于生产该卷起型电容器的工艺。
解决问题的手段
本发明人已经进行了广泛的研究以解决该问题，并发现：通过向圆柱形部分的两端提供一对外电极，所述圆柱形部分通过卷起包括下电极层、电介质层和上电极层的叠层而获得，即通过向圆柱形部分的一端提供一个外电极，使得该外电极电连接到下电极层，并且向圆柱形部分的另一端提供另一个电极，使得该外电极电连接到上电极层，可以生产具有低ESR并且可以适合用于高频范围的卷起型电容器。
在第一方面中，本发明提供一种卷起型电容器，其包括圆柱形部分、第一外部电极和第二外部电极，其中
圆柱形部分通过卷起其中下电极层、电介质层和上电极层依次层叠的叠层来获得，
所述第一外部电极与所述上电极层电连接，并且所述第二外部电极与所述下电极层电连接，以及
第一外部电极和第二外部电极分别位于圆柱形部分的两侧中的每一侧上，使得它们彼此面对。
在第二方面，本发明提供了一种用于生产上述卷起型电容器的工艺，包括以下步骤：
在衬底上形成牺牲层；
在所述牺牲层上依次形成下电极层、电介质层和上电极层以获得叠层；
通过去除牺牲层来卷起叠层以获得圆柱形部分；以及
在所获得的圆柱形部分的一侧上形成第一外部电极，使得所述第一外部电极电连接到上电极层，并在另一侧上形成第二外部电极，使得所述第二外部电极电连接到下电极层。
本发明的效果
根据本发明，通过在圆柱形部分的两端上形成一对外电极(所述圆柱形部分通过卷起叠层而获得)，提供具有低ESR并且可以适合用于高频范围的卷起型电容器。
附图说明
图1示意性地示出了本发明的一个实施例中的卷起型电容器的沿圆柱形部分的中轴线的横截面视图。
图2示意性地示出了构成图1所示的卷起型电容器的圆柱形部分的叠层的垂直于卷起方向的横截面视图。
图3以示意性地示出了另一实施例中的叠层的垂直于卷起方向的横截面视图。
图4A至4C示意性地示出了用于生产示例1的卷起型电容器的工艺。
图5示意性地示出了示例1和对比示例1的卷起型电容器的阻抗频率特性的测量结果。
具体实施方式
下面将参考附图解释本发明的实施例的卷起型电容器及生产其的工艺。注意，本实施例中的卷起型电容器的形状和结构不限于所示的示例。
如图1中示意性所示，本实施例的电容器1包括圆柱形部分2、第一外部电极4、第二外部电极6和树脂部分8，其中，第一外部电极4和第二外部电极6位于圆柱形部分2的两端以便彼此相对，并且圆柱形部分2的其他部分被树脂部分8覆盖。圆柱形部分2通过卷起图2所示的叠层10而获得。注意，圆柱形部分的“端部”意指与圆柱形部分的中轴线相交的端部(或表面)。在叠层10中，依次层叠下电极层12、电介质层14、上电极层16和绝缘层18。如图所示，在叠层10中，下电极层12和上电极层16被布置为使得一个电极层的一端不与另一个电极层重叠。叠层10被卷起以形成圆柱形部分2，并且第一外部电极4和第二外部电极6被分别布置在对应于图2的左侧和右侧的位置处。因此，上电极层16电连接到第一外部电极4，并且与第二外部电极6电隔离。类似地，下电极层12电连接到第二外部电极6，并且与第一外部电极4电隔离。
本发明的卷起型电容器可以小型化。例如，内径可以为50μm以下，优选为20μm以下。
形成下电极层的材料没有特别地受限制，只要其是导电的即可。材料的示例包括Ni、Cu、Al、W、Ti、Ag、Au、Pt、Zn、Sn、Pb、Fe、Cr、Mo、Ru、Pd、Ta及其合金，例如CuNi、AuNi、AuSn，以及金属氧化物和金属氧氮化物，例如TiN、TiAlN、TiON、TiAlON、TaN等。优选使用Pt。
下电极层的厚度没有特别地受限制，但例如优选为10-50nm。通过更多地增加下电极层的厚度，例如通过将厚度调节到50nm，可以更多地减小ESR。通过更多地减小下电极层的厚度，例如通过将厚度调节到10nm，可以更多地减小卷起的直径，因此可以更多地减小电容器的尺寸。
用于形成下电极层的工艺没有特别地受限制，并且下电极层可以直接形成在衬底或底层(如果存在)上，或者其可以通过涂覆分开形成到衬底或底层的膜来形成。用于在衬底或底层上直接形成下电极层的方法的示例包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD(原子层沉积)法、PLD(脉冲激光沉积)法等。
形成电介质层的材料没有特别地受限制，只要其是电绝缘的即可。例如，其可以是：金属氧化物，例如钙钛矿型复合氧化物、氧化铝(AlOx：例如Al2O3)、氧化硅(SiOx：例如SiO2)、Al-Ti复合氧化物(AlTiOx)、Si-Ti复合氧化物(SiTiOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钽(TaOx)、氧化锆(ZrOx)、Hf-Si复合氧化物(HfSiOx)、Zr-Si复合氧化物(ZrSiOx)、Ti-Zr复合氧化物(TiZrOx)、Ti-Zr-W复合氧化物(TiZrWOx)、氧化钛(TiOx)、Sr-Ti复合氧化物(SrTiOx)、Pb-Ti复合氧化物(PbTiOx)、Ba-Ti复合氧化物(BaTiOx)、Ba-Sr-Ti复合氧化物(BaSrTiOx)、Ba-Ca-Ti复合氧化物(BaCaTiOx)、Si-Al复合氧化物(SiAlOx)；金属氮化物，例如氮化铝(AlNy)、氮化硅(SiNy)、Al-Sc复合氮化物(AlScNy)等；或者金属氧氮化物，例如铝氧氮化物(AlOxNy)、硅氧氮化物(SiOxNy)、Hf-Si复合氧氮化物(HfSiOxNy)、Si-C复合氧氮化物(SiCzOxNy)等。注意，上述化学式仅意在示出原子的构成，并且不限制组成成分。换句话说，分别在O、N和C一旁的x、y和z可以是任意值，并且包含金属原子的原子的存在比是任意的。为了获得更高的电容，优选为具有更高介电常数的材料。具有高介电常数的材料的示例包括化学式ABO3(其中A和B为任意金属原子)的钙钛矿型复合氧化物，并且优选为包含钛(Ti)的钙钛矿型复合氧化物(下文中称为“钛(Ti)-钙钛矿型复合氧化物”)。优选的Ti-钙钛矿型复合氧化物的示例包括BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、(BaSr)TiO3、(BaCa)TiO3、(SrCa)TiO3、Ba(TiZr)O3、Sr(TiZr)O3、Ca(TiZr)O3、(BaSr)(TiZr)O3、(BaCa)(TiZr)O3、(SrCa)(TiZr)O3。由于Ti-钙钛矿型复合氧化物具有高特定介电常数，因此其优点在于可以提高电容器的电容。
电介质层的厚度没有特别地受限制，但是例如优选为10-100nm，更优选为10-50nm。通过将电介质层的厚度调节到10nm以上，可以提高绝缘性质，因此可以降低泄漏电流。通过将电介质层的厚度调节到100nm以下，可以更多地减小卷起的直径，因此可以更多地减小尺寸。
用于形成电介质层的工艺没有特别地受限制，并且电介质层可以直接形成在下电极层上，或者其可以通过涂覆分开形成到下电极层的膜来形成。用于在下电极层上直接形成电介质层的方法的示例包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD法、PLD法等。当形成电介质层的材料是钙钛矿型复合氧化物时，电介质层优选通过溅射法来形成。
当通过溅射法形成电介质层时，优选在500-600℃的衬底温度下进行该层的形成。通过在这种高温下的处理，所获得的电介质层的结晶性得到提高，因此可以获得更高的特定介电常数。当在高温下进行处理时，优选的是，叠层具有如下所述的防扩散层。
形成上电极层的材料没有特别地受限制，只要其是导电的即可。形成上电极层的材料的示例包括Ni、Cu、Al、W、Ti、Ag、Au、Pt、Zn、Sn、Pb、Fe、Cr、Mo、Ru、Pd、Ta及其合金，例如CuNi、AuNi、AuSn，以及金属氧化物和金属氧氮化物，例如TiN、TiAlN、TiON、TiAlON、TaN等。优选使用Cr。
上电极层的厚度没有特别地受限制，但是例如优选为10-50nm，更优选为10-30nm。通过更多地增加上电极层的厚度，例如通过将厚度调节到50nm，可以更多地减小ESR。通过更多地减小上电极层的厚度，例如通过将厚度调节到30nm以下，可以更多地减小卷起的直径，因此可以更多地减小电容器的尺寸。
用于形成上电极层的工艺没有特别地受限制，并且上电极层可以直接形成在电介质层上，或者其可以通过涂覆分开形成到电介质层的膜来形成。用于在电介质层上直接形成上电极层的方法的示例包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD法、PLD法等。
提供绝缘层以便防止当叠层被卷起时下电极层和上电极层彼此电连接和在其间发生短路。因此，形成绝缘层的材料没有特别地受限制，只要其是电绝缘的即可。其优选地包括与上述形成电介质层的材料相同的材料。使用被描述为形成电介质层的材料的材料增加了绝缘层作为电介质层的功能。因此，可以获得具有更高电容的电容器。注意，当下电极层和上电极层之间不存在电接触的可能性时，不一定提供绝缘层。
绝缘层的厚度没有特别地受限制，只要确保下电极层和上电极层之间的绝缘即可，但例如优选为10-100nm，更优选为10-50nm。通过将绝缘层的厚度调节到10nm以上，可以提高绝缘性质，因此可以降低泄漏电流。通过将绝缘层的厚度调节到100nm以下，可以更多地减小卷起的直径，因此可以更多地减小尺寸。
用于形成绝缘层的工艺没有特别地受限制，并且绝缘层可以直接形成在下电极层上，或者其可以通过涂覆分开形成到上电极层的膜来形成。用于在上电极层上直接形成绝缘层的方法的示例包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD法、PLD法等。当形成绝缘层的材料是钙钛矿型复合氧化物时，绝缘层优选通过溅射法来形成。
形成第一外部电极和第二外部电极的材料没有特别地受限制，只要其是导电的即可，但包括Ag、Cu、Pt、Ni、Al、Pd和Au及其合金(例如，蒙乃尔合金(Ni-Cu合金))。
用于形成第一外部电极和第二外部电极的工艺没有特别地受限制，但包括例如电镀法、气相沉积法、溅射法等。
提供树脂部分以便保护圆柱形部分并增加处理的容易性。形成树脂部分的树脂可以渗透到圆柱形部分的内部。通过树脂渗透到圆柱形部分的内部中，圆柱形部分利用树脂来硬化，并且电容器的性质变得更稳定。注意，树脂部分不是必需的，即使没有，本发明的电容器也可以起作用。
形成树脂部分的材料没有特别地受限制，只要其是电绝缘的即可，但包括丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯、硅酮、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二酯树脂等。另外，为了提高强度，材料可以包含绝缘材料作为填料。
本发明的卷起型电容器在外电极与上电极层或下电极层之间的连接部分处具有大的电极层横截面积。因此，卷起型电容器即使在高频范围内也具有较低的ESR和较高的电容。此外，在本发明的卷起型电容器中，电流沿着圆柱形部分的中轴线线性流动。因此，与电流沿卷起方向螺旋流动的常规卷起型电容器相比，本发明的卷起型电容器更适合于高频范围。
在一个实施例中，本发明的卷起型电容器包括在下电极层下方的防扩散层。通过提供防扩散层，可以防止在生产卷起型电容器期间牺牲层扩散到下电极层中。
形成防扩散层的材料没有特别地受限制，但优选为：金属氧化物，例如氧化铝(AlOx：例如Al2O3)、氧化硅(SiOx：例如SiO2)、Al-Ti复合氧化物(AlTiOx)、Si-Ti复合氧化物(SiTiOx)、氧化铪(HfOx)、氧化钽(TaOx)、氧化锆(ZrOx)、Hf-Si复合氧化物(HfSiOx)、Zr-Si复合氧化物(ZrSiOx)、Ti-Zr复合氧化物(TiZrOx)、Ti-Zr-W复合氧化物(TiZrWOx)、氧化钛(TiOx)、Sr-Ti复合氧化物(SrTiOx)、Pb-Ti复合氧化物(PbTiOx)、Ba-Ti复合氧化物(BaTiOx)、Ba-Sr-Ti复合氧化物(BaSrTiOx)、Ba-Ca-Ti复合氧化物(BaCaTiOx)、Si-Al复合氧化物(SiAlOx)、Sr-Ru复合氧化物(SrRuOx)、Sr-V复合氧化物(SrVOx)；金属氮化物，例如氮化铝(AlNy)、氮化硅(SiNy)、Al-Sc复合氮化物(AlScNy)、氮化钛(TiNy)等；或者金属氧氮化物，例如铝氧氮化物(AlOxNy)、硅氧氮化物(SiOxNy)、Hf-Si复合氧氮化物(HfSiOxNy)、Si-C复合氧氮化物(SiCzOxNy)等，尤其优选为AlOz和SiOz。注意，上述化学式仅意在示出原子的构成，并且不限制组成成分。换句话说，分别在O、N和C一旁的x、y和z可以是任意值，并且包含金属原子的原子的存在比是任意的。
防扩散层的厚度没有特别地受限制，但是例如优选为5-30nm，更优选为5-10nm。通过将防扩散层的厚度调节到5nm以上，可以更有效地抑制构成牺牲层的成分的扩散。另外，当防扩散层由绝缘材料形成时，可以提高绝缘性质，因此可以减小泄漏电流。通过将防扩散层的厚度调节到30nm以下，特别是10nm以下，可以更多地减小卷起的直径，因此可以更多地减小尺寸。此外，可以获得更大的电容。
用于形成防扩散层的工艺包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD法、PLD法等，优选为ALD法。ALD法提供了具有非常高的均匀性和高密度的膜，因为ALD法通过由包含构成该层的原料的反应气体逐个沉积原子层而形成膜。通过经由ALD法在牺牲层上形成防扩散层，可以高效地抑制构成牺牲层的成分扩散到另一层(例如下电极层)中。另外，由于通过ALD法形成的防扩散层非常薄，并且具有高均匀性和高密度，因此当防扩散层由绝缘材料形成时，防扩散层可以是具有低泄漏电流和高绝缘的膜。注意，由于通过ALD法形成的膜主要是无定形的，所以膜的组成成分不受限于化学计量比，并且膜可以以各种组成成分比来构建。
当防扩散层由绝缘材料形成时，由于防扩散层可以防止卷起后上电极层和下电极层之间的电接触，所以可以不提供上述的绝缘层。
在一个实施例中，可以在防扩散层和下电极层之间形成粘附层。
粘附层具有对防扩散层和下电极层的粘附，因此具有防止下电极层从叠层中剥离的作用。
形成粘附层的材料的示例包括氧化钛(TiOx)和氧化铬(CrOx)。
用于形成粘附层的工艺没有特别地受限制，并且粘附层可以直接形成在位于粘附层下方的层上，或者其可以通过涂覆分开形成到位于粘附层下方的层的膜来形成。用于在粘附层下方的层上直接形成粘附层的方法的示例包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD法、PLD法等。
在其他实施例中，本发明的卷起型电容器包括在上电极层16上的第二电介质层20，以及进一步在第二电介质层20上的第三电极层22，如图3所示。按照下电极层12的样子，第三电极层22被提供为使得其不与上电极层16完全重叠，电连接到第二外部电极6，并且与第一外部电极4隔离。通过应用这种结构，即使在卷起之后，上电极层和下电极层之间的所有电介质层也可以在基本上整个表面上接触上电极层和下电极层。上电极层和下电极层之间的所有电介质层与上电极层和下电极层在基本上整个表面上的接触可以稳定地提供更高的电容。
形成第二电介质层的材料可以与上述形成电介质层的材料相同。用于形成第二电介质层的工艺可以与上述用于形成电介质层的工艺相同。
形成第三电极层的材料可以与上述形成下电极层的材料相同。用于形成第三电极层的工艺可以与上述用于形成下电极层的工艺相同。
在优选的实施例中，部分24被填充有诸如树脂之类的绝缘材料。通过部分24中存在绝缘材料，非常确保在第三电极层22和第一外部电极4之间的电绝缘。用于向部分24提供树脂的方法的示例包括例如在卷起之后用树脂浸渍圆柱形部分的方法。
在其他实施例中，界面层可以形成在电介质层和上电极层之间和/或在电介质层和下电极层之间。
界面层具有抑制由肖特基结引起的泄漏电流的作用。
根据电介质层的材料适当地使用合适的金属作为形成界面层的材料。
用于形成界面层的工艺没有特别地受限制，并且界面层可以直接形成在界面层下方的层上，或者其可以通过涂覆分开形成到在界面层下方的层的膜来形成。用于在粘附层下方的层上直接形成界面层的方法的示例包括真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、ALD法、PLD法等。
本发明的卷起型电容器不限于上述的实施例，并且可以进行各种修改，只要其能够发挥作为电容器的作用即可。例如，本发明的卷起型电容器可以包括多个相同的层或另外的层。
本发明的电容器一般可以通过包括以下步骤的工艺来生产：
在衬底上形成牺牲层；
在所述牺牲层上依次形成下电极层、电介质层和上电极层以获得叠层；
通过去除牺牲层来卷起叠层以获得圆柱形部分；以及
在所获得的圆柱形部分的一侧上形成第一外部电极，使得所述第一外部电极电连接到上电极层，并在另一侧上形成第二外部电极，使得所述第二外部电极电连接到下电极层。更详细地，其被生产如下。
首先，提供衬底。
形成衬底的材料没有特别地受限制，但优选为对牺牲层的形成没有不利影响并且对用于去除牺牲层的蚀刻溶液稳定的材料。这种材料的示例包括硅、二氧化硅、氧化镁等。
接下来，在衬底上形成牺牲层。
形成牺牲层的材料没有特别地受限制，只要其是能够例如通过在叠层形成之后的蚀刻处理去除的材料，但是优选为氧化锗，因为其在高温下相对稳定。
牺牲层的厚度没有特别地受限制，但是例如为5-100nm，优选为10-30nm。
用于形成牺牲层的工艺没有特别地受限制，并且牺牲层可以直接形成在衬底上，或者其可以通过涂覆分开形成到衬底的膜来形成。用于在衬底上直接形成牺牲层的方法的示例包括例如真空沉积法、化学气相沉积法、溅射法、PLD法等。
备选地，前体层可以形成在衬底上并被处理以获得牺牲层。例如，金属层可以形成在衬底上并被氧化以获得牺牲层。
接下来，通过上述方法在牺牲层上形成下电极层、电介质层和上电极层以获得叠层。注意，形成在衬底上的叠层的数量不一定是一个，并且可以在一个衬底上形成多个叠层。当卷起型电容器包括其他层(例如防扩散层、第二电介质层、第三电极层等)时，可以在规定位置形成这些层以获得叠层。
在上述的叠层中，下电极层和上电极层形成为使得层的一端不与另一个电极层重叠，如图2所示。可以例如通过使用光刻技术来生产具有这种结构的叠层。
叠层具有从下电极层到上电极层的方向上的内部应力。这种内部应力可以通过向叠层的下层(例如下电极层)提供拉伸应力和/或通过向叠层的上层(例如上电极层)提供压缩应力来引起。优选地，叠层被形成为使得下电极层具有拉伸应力，而上电极层具有压缩应力。本领域技术人员可以适当地选择层的材料和形成方法以提供拉伸应力或压缩应力。
通过具有从下电极层到上电极层的方向上的内部应力，当叠层从衬底释放时，由于应力，叠层可以弯曲并自卷起。
接下来，通过去除牺牲层来卷起如上所述的获得的叠层。
用于去除牺牲层的工艺没有特别地受限制，但是优选为用蚀刻溶液来蚀刻牺牲层的蚀刻方法。例如，通过蚀刻，牺牲层或衬底在叠层开始卷起的位置处暴露，并且供给蚀刻溶液以蚀刻并去除牺牲层。
可以根据形成牺牲层的材料以及叠层的构成层适当地选择蚀刻溶液。例如，当牺牲层由GeO2形成时，优选使用过氧化氢水溶液。
牺牲层从叠层的一侧起被逐渐去除。叠层从去除了牺牲层的部分起逐渐地与衬底分离，并且由于内部应力而弯曲和卷起，以形成圆柱形部分。圆柱形部分中的匝数没有特别地受限制，可以是一个或若干个。匝数可以根据要压缩成卷起型电容器的尺寸(直径)和平面面积来选择。
接下来，通过上述方法(例如电镀)，在所得到的圆柱形部分的两端上形成第一外部电极和第二外部电极。
以这种方式，可以生产本发明的卷起型电容器。
在优选的实施例中，在卷起叠层之后，可以将树脂供给到衬底中，并且可以将衬底上的圆柱形部分浸入树脂中。优选地，在足够的时间内执行浸入以使树脂渗透到圆柱形部分内部中。
接下来，将树脂固化并切成期望的形状，例如矩形平行六面体形状，然后通过研磨使上电极层和下电极层从对应于圆柱形部分的两端的表面处暴露。然后，分别在上电极层和下电极层的暴露的表面上形成第一外部电极和第二外部电极，以生产本发明的卷起型电容器，其中圆柱形部分用树脂硬化。
示例
示例1
·形成牺牲层图案
提供直径为4英寸的硅衬底32(图4A(a))，并通过真空沉积法在衬底的整个表面上形成厚度为20nm的Ge层。将所获得的Ge层在N2/O2气氛下在150℃的温度下氧化，以形成GeO2的牺牲层34(图4A(b))。在其整个表面上涂覆正性光致抗蚀剂36(图4A(c))。然后，进行经由具有规定图案的掩模的曝光和显影，以去除未固化的光致抗蚀剂，由此在牺牲层上形成多个具有条形形状的固化的光致抗蚀剂38(4A(d))。将所得到的衬底浸入含有过氧化氢的蚀刻溶液中以去除不存在固化的光致抗蚀剂的区域中的牺牲层(图4A(e))。用有机溶剂去除固化的光致抗蚀剂，以形成具有条形形状(宽度：500μm，长度：1mm)的牺牲层图案40(图4A(f))。
·形成下电极层图案
将负性光致抗蚀剂42涂覆到上述获得的衬底的整个表面(图4B(g))，然后进行经由具有规定图案的掩模的曝光和显影，以去除固化的光致抗蚀剂，以便暴露牺牲层(图4B(h-1))。此时，在离牺牲层图案的一端50μm的区域上方留下光致抗蚀剂(图4B(h-2))。通过气相沉积法形成厚度为15nm的Au层和Pt层(总计30nm)作为下电极层。然后，将图4B(h-1)和(h-2)所示的光致抗蚀剂和其上存在的Pt层一起去除，以在牺牲层上形成下电极层图案44(图4B(i-1)和(i-2))。
·形成电介质层
通过ALD法(衬底温度：250℃)在衬底的整个表面上形成厚度为15nm的Al2O3层作为电介质层46。
·形成上电极层图案
按照下电极层的样子，在衬底的整个表面上形成光致抗蚀剂的图案；通过气相沉积形成厚度为20nm的Cr层作为上电极层；将光致抗蚀剂与其上的Cr层一起去除，以在电介质层上形成上电极层图案48。此时，上电极层不被提供到下电极层所在的离一条长边的50μm的区域(图4C(j-1)和(j-2))。
·形成第二电介质层
通过ALD法在衬底的整个表面上形成厚度为15nm的Al2O3层作为第二电介质层50。
·形成第三电极层
按照其他电极层的样子，在衬底的整个表面上形成光致抗蚀剂的图案；通过气相沉积形成厚度为10nm的Cr层作为第三电极层；将光致抗蚀剂与其上的Cr层一起去除，以在电介质层上形成第三电极层图案52。此时，按照下电极层的样子，第三电极层不被提供到离一条长边50μm的区域(图4C(k-1)和(k-2))。
如上所述，在衬底上形成矩形叠层(宽度：500μm，长度：1mm)。
·形成圆柱形部分(卷起步骤)
将光致抗蚀剂54涂覆到具有叠层的上述获得的衬底的整个表面，进行图案化，并去除叠层的一条短边上的光致抗蚀剂。然后，通过使用氢氟酸水溶液来蚀刻去除了光致抗蚀剂的部分(第二电介质层的暴露的部分)，以暴露牺牲层40(图4C(1))。然后，去除光致抗蚀剂(图4C(m))，将过氧化氢水溶液供给到暴露的牺牲层中，以从叠层的一个短边起逐渐蚀刻牺牲层。随着牺牲层被蚀刻，叠层被卷起，以在衬底上产生外径为50μm、内径为15μm和长度为500μm的圆柱形部分(电容器元件)。
·形成树脂部分(用树脂进行硬化的步骤)
在上述获得的衬底的外边缘上提供挡板，并且向其中供给环氧树脂以浸入电容器元件。然后，通过在真空下加热来去除树脂中的空气，并且用树脂浸渍电容器元件15分钟。通过在150℃的烘箱中储存一昼夜来使树脂热固化。固化的树脂与衬底一起快速冷却至接近室温。由于通过冷却生成衬底和树脂之间的应力差，所以含有电容器元件的树脂与衬底分离。将树脂涂覆到剥落区域并且热固化以完全覆盖电容器元件。
·形成外电极
用切片机将含有上述获得的电容器元件的树脂切成包含一个电容器元件的每个单元。然后，在电容器元件的两侧的树脂部分被研磨以暴露电极层。用Ni对这些暴露的表面进行电解电镀，以形成厚度为50μm的外电极，从而获得示例1的卷起型电容器。
·测量电容和阻抗
对示例1的卷起型电容器施加交流电压(1kHz至10MHz，0.1Vrms)，并且测量电容。结果，所有频率范围内的电容为9nF。另外，在100kHz至100MHz的范围内测量阻抗频率特性。结果在图5中用实线示出。谐振频率为63MHz。
对比示例1
·生产电容器
以与示例1中的方式相同的方式生产对比示例1的电容器元件，除了来自下电极层和第三电极层的引出电极以及来自上电极层的引出电极形成在与在叠层通过图案化开始卷起的一侧相对的一侧上。
·测量电容和阻抗
以与示例1相同的方式测量电容。结果，电容在100kHz或更大的频率范围内降低。以与示例1中的方式相同的方式测量阻抗频率特性。结果在图5中用虚线示出。与示例1的样品相比，对于对比示例1的样品，由于电极端子和导电层之间的电阻的影响，阻抗没有变低。
从这些结果证实，外电极被提供在电容器元件两侧上的卷起型电容器具有优异的电容。此外，证实了这种卷起型电容器可以在高频范围内使用。
[工业实用性]
本发明的电容器可以用于各种电气装置，因为其是小尺寸的并具有大电容。
附图标记的说明
1，电容器；2，圆柱形部分；
4，第一外部电极；
6，第二外部电极；8，树脂部分；
10，叠层；12，下电极层；
14，电介质层；16，上电极层；
18，绝缘层；20，第二电介质层；
22，第三电极层；24，部分；
32，硅衬底；34，牺牲层；
36，光致抗蚀剂；38，光致抗蚀剂；
40，牺牲层图案；42，光致抗蚀剂；
44，下电极层图案；46，电介质层；
48，上电极层图案；
50，第二电介质层；
52，第三电极层图案；54，光致抗蚀剂

Claims (13)

1.一种卷起型电容器，其包括圆柱形部分、第一外部电极和第二外部电极，其中
圆柱形部分通过卷起其中下电极层、电介质层和上电极层依次层叠的叠层来获得，
所述第一外部电极与所述上电极层电连接，并且所述第二外部电极与所述下电极层电连接，以及
第一外部电极和第二外部电极分别位于圆柱形部分的两侧中的每一侧上，使得它们彼此面对。
2.根据权利要求1所述的卷起型电容器，其中，在所述下电极层的下方进一步层叠防扩散层。
3.根据权利要求2所述的卷起型电容器，其中，所述防扩散层通过原子层沉积法形成。
4.根据权利要求2或3所述的卷起型电容器，其中，在所述防扩散层和所述下电极层之间进一步层叠粘附层。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的卷起型电容器，其中，在所述上电极层上进一步层叠另一电介质层和另一电极层。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的卷起型电容器，其中，在所述电介质层和所述上电极层之间和/或在所述电介质层和所述下电极层之间进一步层叠界面层。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的卷起型电容器，其中，所述圆柱形部分用树脂硬化。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的卷起型电容器，其中，所述圆柱形部分的内径为50μm以下。
9.一种用于生产根据权利要求1所述的卷起型电容器的工艺，包括以下步骤：
在衬底上形成牺牲层；
在所述牺牲层上依次形成下电极层、电介质层和上电极层以获得叠层；
通过去除牺牲层来卷起叠层以获得圆柱形部分；以及
在所获得的圆柱形部分的一侧上形成第一外部电极，使得所述第一外部电极电连接到上电极层，并在另一侧上形成第二外部电极，使得所述第二外部电极电连接到下电极层。
10.根据权利要求9所述的工艺，还包括在形成所述下电极层之前通过使用原子层沉积法来形成防扩散层的步骤。
11.根据权利要求10所述的工艺，还包括在所述防扩散层和所述下电极层之间形成粘附层的步骤。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的工艺，还包括在所述电介质层和所述上电极层之间和/或在所述电介质层和所述下电极层之间形成界面层的步骤。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的工艺，还包括在所述上电极层上形成另一电介质层和另一电极层的步骤。
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