JP2002505812A - 薄膜キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 誘電体層によって互いに分離された少なくとも２つの内側電極が設けられた電気絶縁基板を有する薄膜キャパシタを提供する。このキャパシタは２つの端部接点をも有し、これら端部接点の各々は内側電極の１つと導電性接触している。本発明によれば、この導電性接触を、内側電極の主表面とのみ連通する貫通接続部を介して達成させる。この手段によれば、端部接点と内側電極との間の接触抵抗が比較的低くなるとともにその再現性が良くなる。従って、薄膜キャパシタのＥＳＲの値も低くなり、キャパシタは高周波分野に用いるのに極めて適したものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】 薄膜キャパシタ 本発明は、誘電体層により互いに分離された少なくとも２つの内側電極と、２ つの端部接点であって、これらの各々が前記内側電極の１つと導電性接触してい るこれら端部接点とが設けられた電気絶縁基板を具える薄膜キャパシタに関する ものである。 この種類の薄膜キャパシタ自体は例えば、米国特許第4,453,199号明細書から 既知である。この米国特許明細書には特に、ガラスを以て構成するのが好ましい 電気絶縁基板が設けられた薄膜キャパシタが記載されている。このガラス基板に は、燐がドーピングされた二酸化シリコンの副層と、アルミニウムより成る第１ 内側電極と、二酸化シリコンより成る誘電体層と、アルミニウムより成る第２内 側電極と、二酸化シリコンより成る上側層とが順次薄膜技術により設けられてい る。この既知のキャパシタには更に、スパッタリングにより２つの端部接点が設 けられている。内側電極の各々はその側面の１つを介してキャパシタの端部接点 の１つと電気的に接触している。 この既知の薄膜キャパシタには重大な欠点があることを確かめた。すなわち、 既知の薄膜キャパシタを多量生産する場合、端部接点と内側電極との間の接触抵 抗値が比較的高くなることを確かめた。更に、この値は一回のバッチ処理で製造 される全のキャパシタに対し同じとならないことを確かめた。接触抵抗値がこの ように比較的高く且つ変化することにより、この種類の薄膜キャパシタを高周波 分野に適用する場合に問題を生ぜしめるおそれがある。この状態の下では、接触 抵抗がＥＳＲ（電気直列抵抗）に占める割合が許容し得ない程度に高くなる。Ｅ ＳＲの値は内側電極の抵抗値と、端部接点の抵抗値と、内側電極及び端部接点間 の接触抵抗とによって決定され。 本発明の目的は、上述した欠点を低減させることにある。特に、本発明の目的 は、内側電極と端部接点との間の接触抵抗を比較的低くし、ＥＳＲの値も比較的 低くした薄膜キャパシタを提供せんとするにある。更に、一回のバッチ処理で製 造したキャパシタの各々の接触抵抗値を互いにほぼ等しくする必要がある。 本発明の上述した目的及びその他の目的は、前記導電性接触が、前記内側電極 の主表面のみと連通する貫通接続部を介して行なわれていることを特徴とする、 頭書に記載した種類の薄膜キャパシタにより達成される。 本発明は又、既知のキャパシタでは、端部接点と接触する内側電極の端部は製 造処理中極めて酸化しやすいという認識に基づくものである。この酸化は特に、 端部接点を設ける際に生じる。その結果、内側電極と端部接点との間の接触抵抗 が不所望に高くなり、その値は、たとえ薄膜キャパシタを一回のバッチ処理で製 造する場合でも、制御不可能に変化する。 端部電極の電気接触を内側電極の側面を介して行なわずに内側電極の、好まし くはその端部における、主表面のみを介して行なうことにより、比較的高く制御 できない接触抵抗の問題がかなり低減される。かかる構成では、貫通接続部は、 基板に対しほぼ平行に延在する端部接点の部分と連通する。本発明の手段によれ ば、本発明によるキャパシタのＥＳＲ値が既知のキャパシタに比べて低くなるこ とを確かめた。 本発明のキャパシタの好適例では、前記貫通接続部の材料が前記端部接点の少 なくとも一部の材料と同じであることを特徴とする。かかる手段は、端部接点と 貫通接続部との間の接触抵抗を所望通りに低くするのにかなり寄与する。この手 段の追加の利点は、貫通接続部と端部接点の一部分とを同時に設けることができ るということである。 本発明による薄膜キャパシタの他の好適例では、前記貫通接続部が横長柱状体 の形状をしており、この横長柱状体の長手方向は、内側電極が接続されている端 部接点に最も近いこの内側電極の側面に対しほぼ平行に延在していることを特徴 とする。横長柱状体の形状とした貫通接続部を設けることにより、貫通接続部と 内側電極との間の接触面を比較的大きくすることができる。これにより、キャパ シタの両部分間の接触抵抗を所望通りに低くすることに関する好適な効果が得ら れる。横長柱状体の形状とした貫通接続部は、ほぼ薄膜キャパシタの内側電極の 側面まで延在させるのが好ましい。横長柱状体を内側電極の側面まで又は側面を 越えて延在させると、これらのキャパシタを製造する際に貫通接続部に対する孔 のエッチング処理中に問題が生じるおそれがある。 本発明によるキャパシタの更に他の好適例では、薄膜キャパシタが、前記端部 接点に導電的に接触していない１つ以上の浮動電極をも具えていることを特徴と する。この種類の薄膜キャパシタでは、端部接点と内側電極との間の接触抵抗を 低く且つ制御可能にしうるという利点も得られる。 本発明による薄膜キャパシタの更に他の有利な例では、端部接点をＵ字状とす る。この例による薄膜キャパシタは、いわゆるＳＭＤ素子として用いることがで きる。このような例では、貫通接続部がＵ字状端部接点の２つの脚部の一方と連 通する。 本発明による薄膜キャパシタの更に他の例では、各Ｕ字状端部接点の一方の脚 部と基板の主表面との間に重合体材料の層が位置していることを特徴とする。ポ リイミドを以て構成するのが好ましいこの層によれば、端部接点の機械的強度を 改善しうる。本例では、キャパシタが振動のような機械的負荷を受けた場合の端 部接点と基板との間の破損のおそれが低減される。 本発明の上述した観点及びその他の観点は、以下の実施例に関する説明から明 らかとなるであろう。図中、 図１は、本発明の薄膜キャパシタの第１実施例を示す線図的断面図であり、 図２は、本発明の薄膜キャパシタの第２実施例を示す線図的断面図である。 図面を明瞭とするために、これらの図は実際のものに正比例して描いていない ことに注意すべきである。 図１は、本発明による薄膜キャパシタの第１実施例を示す。このキャパシタは 電気絶縁基板（１）を有し、この基板は硬質無機材料を以て構成するのが好まし い。本例の場合には、ガラス基板を用いる。このガラス基板の寸法は１．６ｍｍ ×０．８ｍｍで、その厚さは０．４２ｍｍとする。ガラス基板の面は比較的平滑 である。このことは、考慮している種類の薄膜キャパシタでは重要な利点とみな される。これに代えて、セラミック基板を用いることができることに注意すべき であり、このセラミック基板には薄肉の平坦化層を設けるのが好ましく、この目 的のためにも特に、ガラスが極めて適している。 基板上には、導電材料より成る第１内側電極（２）及び第２内側電極（３）が 位置している。本例の場合には、これら電極をスパッタリングしたアルミニウム の層を以て構成し、その厚さは約２〜４マイクロメートルの範囲内とする。この アルミニウムは数重量％の銅を含有し、いわゆる「ヒロック」(小さな突起)の発 生を排除するようにしてある。これらの電極は、この場合窒化シリコンから形成 した誘電体材料の層（４）により互いに分離されている。この層（４）はプラズ マ増速化学蒸着（ＰＥ‐ＣＶＤ）により設け、その厚さは０．３マイクロメート ルと２．５マイクロメートルとの間の範囲内とする。第１及び第２内側電極は電 気絶縁上側層（５）で被覆されている。この上側層は、本例の場合、厚さが０． ５マイクロメートル及び２．５マイクロメートル間の範囲内にある窒化シリコン の層を以て構成されている。この上側層には、必要に応じ、引っかき抵抗性ポリ イミド層（図示せず）を設けることができる。 基板の、対向する両端には、２つのＬ字状端部接点（６）及び（７）が設けら れている。これらの端部接点は、図示の例では、蒸着したＣｒの第１層（層厚は １〜１００ｎｍ）と、その上に蒸着により設けたＣｕの第２層（層厚は２００〜 ５００ｎｍ）とより成る。これら端部接点は、図示の例では、それぞれ２部分か ら成る。第１部分（８）は、基板及びキャパシタ部の側部に位置しており、第２ 部分（９）は、基板に対しほぼ平行に延在している。後に説明するように、これ らの部分（８）及び（９）は、例えばＣｒ及びＣｕを順次にスパッタリング又は 蒸着することにより、別々の製造工程で設けることができる。 内側電極（２）及び（３）と端部接点（６）及び（７）との間の導電性接触は 貫通接続部（１０）及び（１１）を介して達成する。これらの貫通接続部の各々 は、内側電極が互いに重なり合っていない個所で一方の内側電極の主表面とのみ 連通している。これらの貫通接続部は、（基板の平面に対し平行な）断面で円形 にすることができる。各内側電極当り、２個以上の貫通接続部を設けることもで きる。 貫通接続部は、図面の平面に対し垂直に延在する横長柱状体とするのが好まし く、その最適な幅（図１で左から右）は１００〜１５０マイクロメートルの範囲 内である。本例の場合、これらの横長柱状体は、内側電極が接続されている端部 接点に最も近い内側電極の側面に対し平行に延在する。これら横長柱状体の長さ はキャパシタの幅（図面の平面に対し垂直な方向）の少なくとも半分とする。こ れら横長柱状体の貫通接触部は、薄膜キャパシタの内側電極の表面の幅（図面の 平面に対し垂直な方向）のほぼ全体に亙って延在させるのが好ましい。これら貫 通接触部は導電性材料を有しており、その組成は端部接点の第２部分の組成と同 じにするのが好ましい。本例の場合、この組成はＣｒ及びＣｕを含有する。 本発明のキャパシタの内側電極は横方向で端部接点に接触しないことが重要で ある。本発明による上述した薄膜キャパシタは、端部接点（６）及び（７）の第 ２部分（９）を介して、プリント回路板（ＰＣＢ）上の導電性細条に、例えばは んだ付により固着される。 図２は、本発明による薄膜キャパシタの第２実施例を示す。このキャパシタは 電気絶縁基板（２１）を有し、この基板は硬質無機材料を以て構成するのが好ま しい。本例の場合も、ガラスより成る基板を用いる。基板の寸法は０．８ｍｍ× １．６ｍｍで、その厚さは０．４２ｍｍとする。 基板（２１）の主表面上には導電性材料の、いわゆる浮動電極（２２）が配置 されている。図示の実施例では、この電極を、（４重量％の銅を有する）スパッ タリングされたアルミニウムの層を以て構成し、その厚さは２マイクロメートル 及び４マイクロメートル間の範囲内とする。浮動電極（２２）には、誘電体材料 の層（２３）が設けられ、この場合、この材料は主として、ドーピングされた又 はドーピングされていない窒化シリコンを以て構成する。この層はＰＥ‐ＣＶＤ により０．３マイクロメートル及び２．５マイクロメートル間の範囲内の厚さで 設ける。 誘電体層（２３）上には、２つの他の内側電極（２４）及び（２５）が設けら れている。これらの内側電極も４重量％の銅を含有するアルミニウムより成って いる。これらの内側電極の層厚は２マイクロメートル及び４マイクロメートル間 の範囲内とする。これらの電極（２４）及び（２５）はその殆どが層（２６）で 被覆されており、この層（２６）は、本例の場合、厚さを０．５マイクロメート ル及び２．５マイクロメートル間の範囲内とした窒化シリコンの層から成ってい る。この層（２６）には、厚さを５マイクロメートル及び３０マイクロメートル 間の範囲内としたポリイミドより成る引っかき抵抗性層（２７）が設けられてい る。 基板の、互いに対向している両端部には、２つのＵ字状端部接点（２８）及び （２９）が設けられている。図示の例では、これらの端部接点を、蒸着したＣｒ の第１層（層厚は１〜１００ｎｍ）と、この上に蒸着したＣｕの第２層（層厚は ２００〜５００ｎｍ）とを以て構成されている。図示の例では、端部接点を３部 分を以て構成してある。第１部分（３０）は基板及びキャパシタ部分の側部に位 置している。他の２つの部分（３１）及び（３２）は基板に対しほぼ平行に延在 している。本例の場合、後に説明するように、これらの３部分は別々の製造工程 で設ける。 端部接点の部分（３２）と、キャパシタ構造体側とは反対側に面する基板の主 表面との間には、重合体材料より成る薄肉層（３３）(層厚は５〜３０マイクロ メートル)が位置している。この薄肉層は、図示の例では、基板の主表面全体に 亙って延在している。しかし、この層の機械的強化効果を得るには、この層をＵ 字状端部接点の脚部の位置にのみ存在させれば足りる。この場合、この層は主と してポリイミドから成る。 内側電極（２４）及び（２５）と、端部接点（３４）及び（３５）との間の導 電性接触は貫通接続部（３４）及び（３５）を介して達成される。これらの貫通 接続部の各々は、一方の内側電極の主表面とのみ連通する。これらの貫通接続部 は、(基板の表面に対し平行な)断面で円形にすることができる。各内側電極当り ２個以上の貫通接続部を設けることもできる。 貫通接続部は横長柱状体の形状とするのが好ましく、その最適な幅は１００〜 １５０マイクロメートルの範囲内である。これらの横長柱状体の長さはキャパシ タの幅の少なくとも半分とする。これらの横長柱状体の貫通接続部は薄膜キャパ シタの表面の幅のほぼ全体に亙って延在させるのが好ましい。これらの貫通接続 部は導電性材料を有し、その組成は端部接点の第２部分の組成と同じにするのが 好ましい。本例の場合、この組成はＣｒ及びＣｕを含有する。 本発明の薄膜キャパシタの内側電極（２４）及び（２５）は横方向で端部接点 （２８）及び（２９）に接触しないことが重要である。上述した薄膜キャパシタ は、これら端部接点の第２部分（３１）又は第３部分（３２）を介して、プリン ト回路板（ＰＣＢ）上の導電性細条に、例えばはんだ付により固着しうる。 本発明のキャパシタの上述した例は双方とも、以下のようにして多量生産しう る。厚さを０．４２ｍｍとした４インチ（１０．１６ｃｍ）(正方形)又は６イン チ（１５．２４ｃｍ）(円形)のガラスウェーハを出発材料として用いる。洗浄処 理（石鹸液及び酸性液中で順次に行なう超音波処理）後、このウェーハの第１主 表面上に、スパッタリング堆積及びリソグラフィ処理によりアルミニウムの（内 側又は浮動）電極のパターンを設ける。次に、電極のこのパターンに、プラズマ 増速ＣＶＤにより窒化シリコンの薄肉層を設ける。 次に、スパッタリング堆積及びリソグラフィ処理によりこの薄肉層に内側電極 のパターンを被着する。次に、この内側電極のパターンに窒化シリコンの層を設 ける。必要に応じ、この窒化シリコンの層に、例えばスピンコーティングにより ポリイミドの薄肉層を被着する。必要に応じ、第２主表面にもポリイミドのよう な重合体材料の薄肉層を設けることができる。 その結果の層構造体に反応性イオンエッチングにより貫通接続部に対する孔を あけ、これらの孔は内側電極の主表面まで下側に向けて延在させる。これらの孔 は溝型又は円形にしうる。次に、パターンに応じてＣｒ及びＣｕを順次にスパッ タリング又は蒸着することにより端部接点の一部を設ける。このスパッタリング 又は蒸着処理において、同時に前記の孔をこれらの金属で充填し、貫通接続部を 形成する。Ｕ字状接点が望ましい場合には、基板の第２主表面にも同様に、パタ ーンに応じて端部接点の一部を設ける。これらの端部接点はガラス上に直接又は ポリイミド材料の層を介して設ける。 次に、ウェーハを（例えば、カッティングにより）細条に分割する。これら細 条の破断面に導電性材料（例えば、蒸着又はスパッタリングしたＣｕ及びＣｒ） を設け、これにより完全な端部接点を形成する。必要に応じ、端部接点を電気メ ッキ処理により強化する。この場合、端部接点上に、Ｃｕの層(厚さ約２マイク ロメートル)、Ｎｉの層（厚さ約１マイクロメートル）及びＳｎの層（厚さ約５ マイクロメートル）を順次に成長させる。最後に、これらの細条を（例えば、カ ッティングにより）分断し、個々の薄膜キャパシタを形成する。電気メッキによ る端部接点の強化は、必要に応じ、個々の薄膜キャパシタにおいても行なうこと が できることに注意すべきである。 本発明は、内側電極と端部接点との間の接触抵抗が比較的低い、新規で発明性 のある薄膜キャパシタを提供する。これは、内側電極の側面を介さずに内側電極 の端部における主表面のみを介して端部接点との電気接触を行なうことにより達 成される。その結果、接触抵抗が比較的高く、これを制御できないという問題が かなり低減され、ＥＳＲの値が比較的低くなる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．誘電体層により互いに分離された少なくとも２つの内側電極と、２つの端部 接点であって、これらの各々が前記内側電極の１つと導電性接触しているこれ ら端部接点とが設けられた電気絶縁基板を具える薄膜キャパシタにおいて、 前記導電性接触が、前記内側電極の主表面のみと連通する貫通接続部を介し て行なわれていることを特徴とする薄膜キャパシタ。 ２．請求の範囲１に記載の薄膜キャパシタにおいて、前記貫通接続部の材料が前 記端部接点の少なくとも一部の材料と同じであることを特徴とする薄膜キャパ シタ。 ３．請求の範囲１に記載の薄膜キャパシタにおいて、前記貫通接続部が横長柱状 体の形状をしており、この横長柱状体の長手方向は、内側電極が接続されてい る端部接点に最も近いこの内側電極の側面に対しほぼ平行に延在していること を特徴とする薄膜キャパシタ。 ４．請求の範囲１に記載の薄膜キャパシタにおいて、このキャパシタが、前記端 部接点に導電的に接触していない１つ以上の浮動電極をも具えていることを特 徴とする薄膜キャパシタ。 ５．請求の範囲１に記載の薄膜キャパシタにおいて、前記端部接点がＵ字状をし ていることを特徴とする薄膜キャパシタ。 ６．請求の範囲５に記載の薄膜キャパシタにおいて、各Ｕ字状端部接点の一方の 脚部と基板の主表面との間に重合体材料の層が位置していることを特徴とする 薄膜キャパシタ。