JP2003045744A

JP2003045744A - 薄膜コンデンサ

Info

Publication number: JP2003045744A
Application number: JP2001226646A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kishino; 哲也岸野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】特に高周波においても電極による損失が小さ
く、従ってＱ値が大きく、さらに製造工程時に下部電極
層が剥がれにくく信頼性が高い薄膜コンデンサを提供す
る。【解決手段】支持基板１上に下部電極層２、薄膜誘電
体層３、上部電極層４を順次被着してなる薄膜コンデン
サである。前記下部電極層２が、白金、パラジウム、ロ
ジウムのうち少なくとも１つからなる密着層２ａ、高導
電率の金からなる導電層２ｂ、および白金、パラジウ
ム、ロジウムのうち少なくとも１つからなるバッファ層
２ｃを順次積層して構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜コンデンサに
関するもので、特に高周波においても電極による損失が
小さく、従ってＱ値が大きく、さらに製造工程時に下部
電極層が剥がれにくく、信頼性が高い薄膜コンデンサに
関する。

【０００２】

【従来技術】コンデンサの一つにコンデンサの構成要素
である電極層および誘電体層が薄膜で形成された薄膜コ
ンデンサがある。これは通常、電気絶縁性の基板上に薄
膜状の下部電極層、誘電体層、上部電極層がこの順に積
層している。この様な薄膜コンデンサでは電極がスパッ
タ、真空蒸着などで形成されており、誘電体がスパッ
タ、ゾルゲル法等で形成されている。

【０００３】このような薄膜コンデンサの製造では、通
常以下の様にフォトリソグラフィの手法が用いられる。
先ず、絶縁性基板上の全面に下部電極層を形成した後、
必要部のみをレジストで覆い、その後、ウエットエッチ
ング又は、ドライエッチングで不要部を除去する。次
に、誘電体層を全面に形成し、前記と同様に不要部を除
去する。最後に上部電極層を全面に形成し、前記と同様
に不要部を除去する。また、保護層やハンダバンプを形
成することにより、表面実装が可能になる。

【０００４】高周波回路において薄膜コンデンサをフィ
ルター、共振器などの構成部品として使用するためには
コンデンサのＱ値が高いことが求められる。Ｑ値はコン
デンサの各構成要素における損失に依存しており、誘電
体の誘電損失、電極におけるオーミック損失などがＱ値
を低下させる主原因となっている。

【０００５】下部電極層、上部電極層による損失を低減
するためには、抵抗率の小さな金属を用いる必要があ
り、金、銀、銅、アルミニウムなどが有効であるが、こ
れらの金属は製造工程時の高温で酸化されてしまった
り、膜質が劣化したり、誘電体層と化学反応してしまう
といった問題が生じる可能性がある。例えば金を用いた
電極は、高温で平滑度が悪くなり、コンデンサがショー
トしてしまう原因となる。このため、従来は高融点金属
材料であるタングステンやモリブデンなどの層に反応防
止層として白金などを積層したものが電極材料として使
用されてきた（例えば特開平９−２６０６０３）。

【０００６】また、支持基板と前記電極材料の間には、
密着性を向上させるという目的で、ＴｉやＣｒを用いた
密着層が積層されるのが一般的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た高融点金属材料は金などに比べ導電率が低く、特に１
ＧＨｚ以上の高周波域では電極損失を小さくできないと
いう問題が発生していた。また、白金を用いた反応防止
層は熱応力が大きく、製造工程時の温度変化によって下
部電極層と支持基板の界面から剥がれやすくなるという
問題も発生していた。さらに、下部電極層の導電層とし
て金を使用した場合、製造工程時の高温で膜質の劣化が
大きく、コンデンサがショートしたり、リーク電流が大
きくなるなどの問題が発生していた。また、Ｔｉ、Ｃｒ
などは一般的な誘電体材料であるＢＳＴやＰＺＴと反応
しやすく、これらの金属を密着層としてを使用すると、
高温のプロセス時に誘電体の特性を劣化させる原因とな
る可能性がある。

【０００８】本発明は、上述の問題点に鑑みて案出され
たものであり、その目的は、高周波においても電極によ
る損失が小さく、従ってＱ値が大きく、さらに製造工程
時に下部電極層が剥がれにくく、信頼性が高い薄膜コン
デンサを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、支持基板上に
下部電極層、誘電体層、上部電極層を順次被着してなる
薄膜コンデンサにおいて、前記下部電極層が、支持基板
側から白金、パラジウム、ロジウムのうち少なくとも１
つからなる密着層、金からなる導電層、及び白金、パラ
ジウム、ロジウムのうち少なくとも１つからなるバッフ
ァ層を順次積層して構成される薄膜コンデンサである。

【００１０】また、前記バッファ層の厚みが、３０ｎｍ
以上０．５μｍ未満で、且つ前記導電層の厚みに対して
６％以上である。

【００１１】さらに、前記密着層の厚みが、５ｎｍ以上
０．５μｍ未満で、且つバッファ層の厚みの１２％以上
である。

【作用】本発明の薄膜コンデンサは、支持基板上に下部
電極層、薄膜誘電体層、上部電極層を順次被着してな
り、前記下部電極層が、支持基板上に白金、パラジウ
ム、ロジウムのうち少なくとも１つからなる密着層、高
導電率金属である金からなる導電層、および白金、パラ
ジウム、ロジウムのうち少なくとも１つからなるバッフ
ァ層を順次積層して構成される。

【００１２】バッファ層は、製造工程時の高温による導
電層の変質、酸化を抑え、しかも、導電層と薄膜誘電体
層との反応を防止する効果を有する。

【００１３】導電層は、下部電極層全体の導電率を向上
させ、コンデンサのＱ値を大きくする。

【００１４】また、密着層は支持基板と導電層の密着性
を向上させると同時にバッファ層によって生じる熱応力
を相殺し、製造工程中の支持基板と下部電極層との間の
はがれを始め、下地導体層と薄膜誘電体層とのはがれ等
の問題の発生を防止する。

【００１５】そして上記導電層の材料として、上記バッ
ファ層、密着層を構成する材料との密着性がよく、さら
に誘電体材料との反応性が低いという点で金が用いられ
る。

【００１６】また、上記バッファ層の厚みは３０ｎｍ以
上、０．５μｍ未満である。そして、前記導電層の厚み
に対して６％以上の厚みを有している。バッファ層の厚
みが３０ｎｍ未満で、しかも、導電層の厚みに対して６
％未満では、導電層の変質、酸化及び薄膜誘電体層との
反応を有効に防止することができない。また、バッファ
層の厚みが０．５μｍ以上では、相対的にバッファ層の
厚みが厚くなり、バッファ層の被着形成時の内部応力が
大きくなる傾向があり、その結果、電極のはがれが顕著
となる。また、導電層の金に比較して導電率の低い材料
であるため、下部電極層全体の電極損失の傾向が大きく
なる。特に、バッファ層の厚みが導電層の厚みの６％以
上でないと、製造工程中の高温による導電層の変質によ
り電極表面があれてしまい、リーク電流やショート、薄
膜誘電体層と反応を一層発生してしまう。

【００１７】また、前記密着層の厚みは、５ｎｍ以上、
０．５μｍ未満である。そして、バッファ層の厚みに対
して１２％以上の厚みを有している。密着層の厚みが５
ｎｍ未満の場合、支持基板との密着性が悪くなり、下部
電極層の剥がれ等の問題が発生する。また、密着層の厚
みが０．５μｍ以上では、相対的に密着層の厚みが厚く
なり、密着層の被着形成時の内部応力が大きくなる傾向
があり、その結果、電極のはがれが顕著となる。また、
導電層の金に比較して導電率の低い材料であるため、下
部電極層全体の電極損失の傾向が大きくなる。密着層の
厚みがバッファ層の厚みの１２％以下の場合、バッファ
層によって生じる応力を相殺することができなくなり、
下部電極層の電極剥がれ等の問題が発生する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の薄膜コンデンサを
図面に基づいて詳説する。

【００１９】図１は、本発明の薄膜コンデンサの断面を
示し、図２は、図１の丸印部分である容量発生部分の拡
大した断面を示す。

【００２０】図において、１は支持基板であり、２は下
部電極層、３は薄膜誘電体層、４は上部電極層、５は保
護膜、７、８は、外部端子である。尚、下部電極層２
は、外部のマザーボードなどと接続する外部端子８と安
定して導通できるように延出端子配置部２１を有してい
る。また、この下部電極層の延出端子配置部２1上に
は、上部電極層４と同一工程で形成される端子配置部４
２を有している。また、上部電極層４は、外部のマザー
ボードなどと接続する外部端子７と安定して導通できる
ように延出端子配置部４１を有している。

【００２１】このような薄膜コンデンサにおいて容量発
生領域は、薄膜誘電体層３を下部電極層２と上部電極層
４とで挟持している対向部分である。

【００２２】支持基板１は、ガラス基板、アルミナなど
のセラミック基板、サファイアなどの単結晶基板、Ｓｉ
などの半導体基板である。支持基板１の材料としては、
特に限定しないが、強度、加工の容易さ、価格などの点
から、ガラス基板、アルミナセラミック基板、サファイ
ア単結晶基板、シリコン基板などが望ましい。

【００２３】この支持基板１上には下部電極層２及び延
出端子部２１となる材料が薄膜技法により形成され、フ
ォトリソグラフィー技法により所定形状にパターニング
されている。この下部電極層２は、密着層２ａ、導電層
２ｂ及びバッファ層２ｃとが順次積層されて構成されて
いる。

【００２４】バッファ層２ｃの材料としては白金、パラ
ジウム、ロジウムのうち少なくとも１つが用いられる
が、熱的、化学的安定性の点から白金が望ましい。バッ
ファ層の厚みは３０ｎｍ以上、０．５μｍ未満でかつ前
記導電層の厚みの６％以上である。バッファ層２ｃの厚
みが３０ｎｍ以下では導電層の変質、酸化、薄膜誘電体
層３との反応を防止する効果が小さくなる。また、バッ
ファ層２ｃの厚みが導電層２ｂの厚みの６％以上でない
と、製造工程中の高温による導電層２ｂの変質により電
極表面が荒れ、リーク電流やショート、誘電体との反応
が起こってしまう。また、バッファ層２ｃの厚みが０．
５μｍ以上となると、その厚みが厚く成り過ぎ、その結
果、バッファ層２ｃの被着形成時、成膜された膜に内部
応力を蓄積し、エッチングや熱工程で電極はがれ等が発
生してしまう。また、バッファ層２ｃの材料が導電層２
ｂに比較して導電率が低い材料であるため導電率が低下
して、下部電極層２の電極損失が大きくなる傾向もあ
る。

【００２５】より安定してコンデンサを製造するために
は、バッファ層２ｃの厚みは４０ｍｎ以上、０．５μｍ
未満で、かつ導電層の厚みの１０％以上が望ましい。

【００２６】導電層２ｂの材料としては金のように高導
電率材料が用いられる。これは、バッファ層２ｃ、密着
層２ａを構成する材料との密着性がよく、さらに薄膜誘
電体層３の誘電体材料との反応性が低いという点からで
ある。導電層２ｂの厚みは、コンデンサが所望のＱ値を
達成するために必要な厚みなら特に限定は無いが、例え
ば、０．１〜５μｍの厚みである。尚、厚みについて
は、下部電極層２とを構成する他の層、密着層２ａ、バ
ッファ層２ｃの膜厚を考慮して決定する。即ち、下部電
極層２が極端に厚つ過ぎると、薄膜誘電体層３を下部電
極層２上に被覆形成する際に、下部電極層２の端部で薄
膜誘電体層３の段切れが発生してしまうためである。

【００２７】密着層２ａの材料としては、白金、パラジ
ウム、ロジウムのうち少なくとも１つが用いられるが、
バッファ層２ｃとの応力の整合性の点からバッファ層２
ｃの材料と同一のものを使用するのが望ましい。密着層
２ａの厚みは、５ｎｍ以上、０．５μｍ未満の厚みを有
し、且つバッファ層２ｃの厚みに対して１２％以上とな
っている。密着層２ａの厚みが５ｎｍ未満では、支持基
板１との密着性が悪くなり、下部電極層２の剥がれ等の
問題が発生する。また、密着層２ａの厚みが０．５μｍ
以上となると、その厚みが厚く成り過ぎ、その結果、密
着層２ａの被着形成時、成膜された膜に内部応力を蓄積
し、エッチングや熱工程で電極はがれ等が発生してしま
う。また、密着層２ａの材料が導電層２ｂに比較して導
電率が低い材料であるため導電率が低下して、下部電極
層２の電極損失が大きくなる傾向もある。

【００２８】また、密着層２ａの厚みがバッファ層２ｃ
の厚みに対して１２％未満となると、バッファ層２ｃに
よって生じる応力を相殺することができなくなり、結果
として、下部電極層２の電極剥がれ等の問題が発生す
る。

【００２９】より安定してコンデンサを製造するために
は、密着層の厚みは１０ｍｎ以上、０．５μｍ未満で、
かつバッファ層２ｃの厚みの５０％以上が望ましい。

【００３０】薄膜誘電体層３は、スパッタリング等の薄
膜技術により作製される。薄膜技術とは、スパッタリン
グ以外にも真空蒸着、ゾルゲル液を用いたスピンコート
法を含むものである。薄膜誘電体層３の材料としては、
高い誘電率を持つものものが好ましい。また、下部電極
層２と上部電極層４との間に外部の印加電圧により、そ
の誘電率が変化し得る誘電体材料、例えばＢａＴｉ
Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、（ＢａＳｒ）ＴｉＯ₃などが挙げら
れる。

【００３１】薄膜誘電体層３は、下部電極層２の表面を
覆うように形成され、その後、容量発生領域を除いて不
要部分はエッチングにより除去される。

【００３２】上部電極層４及び端子配置部４１、４２
は、導体材料としては、ＡｕあるいはＡｇを用いて形成
される。尚、その他に、Ａｌ、Ｃｕなども使用できる。
その厚みは０．１〜５μmとなっている。厚みの下限に
ついては下部電極層２と同様に、電極自身の抵抗を考慮
して設定される。また、上限については上部電極層３を
形成する際の下部に存在する部材との密着応力の集中に
よる剥離の発生を防止するように設定される。

【００３３】また、保護膜５は、端子配置部４１、４２
の一部を露出するように形成されている。保護膜５とし
ては、ＳｉＯ₂，ＳｉＮ，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテ
ン）、ポリイミドなどが好適である。また、これらの材
料の多層構造にしても良い。この保護膜５は、外部から
の機械的な衝撃からの保護の他、湿度による劣化、薬品
の汚染、酸化等を防止する役割を持っている。

【００３４】また、外部端子７、８は、半田ボールや金
属バンプなどが例示できる。具体的には、保護膜６から
露出する端子配置部４１、４２に、例えば半田ボールを
形成したり、また、金属ワイヤーのファーストボンディ
ングを行い、所定長さで切断することにより、金などの
バンプを形成しても構わない。

【００３５】また、本発明の薄膜コンデンサに用いた下
部電極層の構成を、例えば上部電極層に応用することに
より、薄膜誘電体層３やハンダからなる外部端子７、８
と反応性が低く、強固な上部電極層４を得ることができ
る。さらに本発明の薄膜コンデンサは、誘電体部分を例
えば抵抗体に変更することにより薄膜抵抗器として応用
することもできる。

【００３６】

【実施例】支持基板１としてサファイアＲ基板を、下部
電極層の密着層２ａ、バッファ層２ｃの材料として白金
を、導電層２ｂの材料として金を用いた。具体的には、
支持基板の基板温度を６００℃にして、スパッタ法によ
り下部電極層２を形成した。その上に薄膜誘電体層３と
して、（ＢａＳｒ）Ｔｉ_xO₃（省略してＢＳＴという）
からなるターゲットを用いてＢＳＴ薄膜を形成した。最
後にスパッタ法により、上部電極層４を金で形成し、コ
ンデンサとした。

【００３７】このようにして作製した薄膜コンデンサの
特性をインピーダンスアナライザーを用いて１ＭＨｚに
て測定した結果を表１に示した。

【００３８】

【表１】

【００３９】表から分かるように、本発明の範囲外のサ
ンプルでは、下部電極層２の剥がれ、薄膜誘電体層３で
発生するショート（短絡）などの問題が発生した。ま
た、本発明の範囲内のサンプルにおいては、ショート、
電極の剥がれなどのトラブルが無く、良好なＱ値が得ら
れた。

【００４０】尚、上記実施例では、支持基板としてサフ
ァイアＲ、下部電極層２材料として白金（密着層２ａ、
バッファ層２ｃ）および金（導電層２ｂ）、誘電体材料
としてＢＳＴ、上部電極材料として金を用いた場合を示
したが、下部電極層２の密着層２ａ、バッファ層２ｃの
材料としてパラジウム、ロジウムを用いた場合でも同様
の結果であることを確認した。

【００４１】また、誘電体材料としてＴｉＯ２、ＰＺ
Ｔ、ＰＭＮを用いてもよい。支持基板においても、サフ
ァイア基板に限定されるものではなく、アルミナ基板、
ガラス基板、シリコン基板にも適用される。

【００４２】さらに、上記実施例では支持基板１、下部
電極層２、薄膜誘電体層３、上部電極層４のみからなる
単純なコンデンサを例として説明したが、この構造に限
定されるものではない。

【００４３】

【発明の効果】以上、へ本発明の薄膜コンデンサは、支
持基板上に下部電極層、誘電体層、上部電極層を順次被
着してなり、前記下部電極層が、支持基板上に白金、パ
ラジウム、ロジウムのうち少なくとも１つからなる密着
層、高導電率金属である金からなる導電層、および白
金、パラジウム、ロジウムのうち少なくとも１つからな
るバッファ層を順次積層したもので構成される。従っ
て、特に高周波においても下部電極層における損失が小
さく、従ってＱ値が大きく、さらに製造工程時に下部電
極層が剥がれにくく、信頼性が高い薄膜コンデンサを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜コンデンサの断面図である。

【図２】本発明の薄膜コンデンサの要部の断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・支持基板２・・・下部電極層２ａ・・・密着層２ｂ・・・導電層２ｃ・・・バッファ層３・・・薄膜誘電体層４・・・上部電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板上に下部電極層、誘電体層、上部
電極層を順次被着してなる薄膜コンデンサにおいて、前記下部電極層が、支持基板側から白金、パラジウム、
ロジウムのうち少なくとも１つからなる密着層、金から
なる導電層、及び白金、パラジウム、ロジウムのうち少
なくとも１つからなるバッファ層を順次積層して構成さ
れることを特徴とする薄膜コンデンサ。
【請求項２】前記バッファ層の厚みが、３０ｎｍ以上
０．５μｍ未満で、且つ前記導電層の厚みに対して６％
以上であることを特徴とする請求項１記載の薄膜コンデ
ンサ。
【請求項３】前記密着層の厚みが、５ｎｍ以上０．５μ
ｍ未満で、且つバッファ層の厚みの１２％以上であるこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。