JP2004172154A

JP2004172154A - High frequency capacitor

Info

Publication number: JP2004172154A
Application number: JP2002332552A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ono; 正明小野; Hitoshi Tsukidate; 均月館
Original assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Media Devices Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-size high frequency capacitor which ensures high frequency characteristics through low ESL (equivalent series inductance) and can also be manufactured at a low cost. <P>SOLUTION: The high frequency capacitor comprises a first electrode 10 which is also used as a base substrate; a second electrode 13 provided on an oxide film layer 12 of dielectric substance formed on the surface of the first electrode 10; and terminal electrodes 14, 15 respectively connected to a terminal electrode conductive part 11 of the first electrode 10 and a terminal electrode conductive part 17 of the second electrode 13, and extracted from the surface of second electrode 13. The surface of the substrate is converted to the anode and the oxide film layer of the dielectric substance (Al<SB>2</SB>O<SB>3</SB>) 12 can be obtained easily, and the capacitor can also be attained, in which the substrate, first electrode 10 and oxide film layer 12 of the dielectric substance are integrated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メインフレームやＰＣ（パーソナルコンピュータ）など高速で動作するＬＳＩの電源デカップリング用などに使用される高周波キャパシタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの高速化に伴い、高周波帯における電源インピーダンスの低減を目的としたキャパシタの低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が不可欠となっている。
【０００３】
そこで、この低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を目的として、検討され開発されてきている。
【０００４】
従来の薄膜キャパシタの構造について図１１を参照して説明する。シリコン、サファイアなどの絶縁性基板１上に第一の電極である下部電極２が形成され、次いで、下部電極２上に順次に誘電体薄膜層３、第二の電極である上部電極４が形成され、上下部電極４、２にはバリアメタル５、６を介してはんだバンプ端子７、８が接続され、更に上部電極４の表面及び側面には絶縁保護膜層９が形成されて構成されている。
【０００５】
そして、誘電体薄膜層３としては、比較的誘電率の大きなセラミック材料（例えば、ＢＳＴ；ＢａＳｒＴｉＯ_３など）が使用され、バンプ端子７、８は低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化するために、上下部の電極４、２面には複数個設けられている。又、バリアメタル（Ｎｉ、Ｃｒなど）５、６はバンプ端子７、８と電極材料間で熱拡散を防止するために挿入され、ポリイミドなどの絶縁保護膜層９は上部電極４の機械的保護や、下部電極２から取り出されたバンプ端子８との電気的短絡を避けるために使用されている。
【０００６】
しかしながら、誘電体薄膜層３にセラミック材料が使用されている前述の従来の薄膜キャパシタでは、誘電率を増大させるために成膜やアニールなど３００〜８００℃の高温化で処理することが必要であった。このために、電極材料は酸化の影響を受け難い貴金属類（Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕなど）を使用するのが一般的であり、コストアップの大きな原因となっていた。
【０００７】
又、誘電体薄膜３の膜厚を高精度に得るためのスパッタ装置やパーチクルによる誘電体耐圧劣化を排除するためのクリーンルームの建設など設備投資も大掛かりとなり易く、コストダウンの障害となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、従来の薄膜キャパシタに存在する課題を解決し、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化による高周波特性に優れ、小形で低コストで製造し得る高周波キャパシタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、請求項１に係る発明は、ベース基板を兼ねた第一の電極１０と、該第一の電極１０の表面に形成された誘電体酸化皮膜層１２上に設けられた第二の電極１３と、前記第一の電極１０における端子電極導通部１１と、前記第二の電極１３にそれぞれ接続され、かつ第二の電極１３面側より取り出されたそれぞれの端子電極１４、１５とを含む構成を特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記第一の電極１０表面の誘電体酸化皮膜層１２は、エッチング等による粗面化処理を経て形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記第二の電極１３は、前記誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数よりも小さな導電性材料が用いられて、前記第一の電極１０が陽極端子とされ、前記第二の電極１３が陰極端子とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記第二の電極１３は、前記誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数よりも大きな導電性材料が用いられて無極化されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、前記第一及び第二の電極１０、１３と接続の前記端子電極１４ａ〜１４ｈ、１５ａ〜１５ｈは、それぞれ複数個所から取り出され、かつそれぞれの端子電極の極性が交互に入れ変わるように配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に係る発明は、前記第二の電極１３は、前記第一の電極１０における端子電極導通部１１から前記誘電体酸化皮膜層１２を残したまま距離Ｌだけ空けた該誘電体酸化皮膜層１２上に設けられ、かつ距離Ｌは前記誘電体酸化皮膜層１２の厚さｔの５倍以上で１ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に係る発明は、前記第二の電極１３の一部分、又は前記第一の電極１０の側面及び／又は第一の電極１０の裏面に、酸化絶縁保護膜層２０が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に係る発明は、前記第二の電極１３が複数分割して設けられ、これら複数の第二の電極１３ａ〜１３ｄの電極面積が変化せられて各種容量値が実現されることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９に係る発明は、ベース基板を兼ねた第一の電極１０と、該第一の電極１０の表面に形成の誘電体酸化皮膜層１２上に設けられた第二の電極１３と、該第二の電極１３の上に交互に複数層積層配線された誘電体酸化皮膜層２１及び前記第一の電極１０と内部接続された第三の電極２２と、前記第一及び第二の電極１０、１３における端子電極導通部１１、１７にそれぞれ接続され、かつ第二の電極１３面側より取り出されたそれぞれの端子電極１４、１５とを含む構成を特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高周波キャパシタは、従来の薄膜キャパシタにおけるシリコン、サファイアなどの絶縁性基板１に相当するアルミニウムなどのベース基板自身が第一の電極となり、該第一の電極と誘電体酸化皮膜層とが一体化することによって、従来の薄膜キャパシタに比べて安価な電極材料が使用できるなどして大幅なコストダウンなどが可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図２は本発明に係る高周波キャパシタの一例での断面図である。同図において、本高周波キャパシタはベース基板を兼ねた第一の電極と、該第一の電極上に誘電体酸化皮膜層を介して設けられた第二の電極及び各電極と接続の端子電極を含んでいる。
【００２１】
第一の電極１０となるベース基板は、基板自身が第一の電極１０となるようなＡｌなどの金属基板が使用され、該ベース基板における端子電極導通部１１を除いた表面に誘電体酸化皮膜層１２が形成され、端子電極導通部１１が第一の電極として利用される。
したがって、ベース基板材料としては、誘電体酸化皮膜層１２が形成されたときの誘電率が比較的大きなＡｌやＴａなどの弁金属が有利となる。
【００２２】
誘電体酸化皮膜層１２は陽極酸化、熱酸化、酸素イオンの打ち込みなどの方法で容易に形成され、中でも陽極酸化法は１００℃以下の低温プロセスが可能であり、量産性にも優れている。
【００２３】
例えば、ベース基板にＡｌを使用した場合において、パラトルエンスルフォン酸などの溶液中で陽極化成した場合には、比誘電率が〜７程度のＡｌ_２０_３の誘電体酸化皮膜層１２が得られる。
【００２４】
この誘電体酸化皮膜層１２の上部に第二の電極１３が形成され、キャパシタが発現される。
【００２５】
第二の電極１３の材料としては、Ａｌ、Ａｕなどの金属材料やＰＥＤＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）、プロピポリピロールなどの導電性高分子が可能である。
【００２６】
ここで、第二の電極１３に誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数（φｉ）より小さな材料（例えば導電性高分子）が使用された場合には、誘電体酸化皮膜層１２と第二の電極１３との接合する部分がオーミック接触となるので、第一の電極１０が陽極端子とされ、第二の電極１３が陰極端子とされた有極性のキャパシタが得られる。
【００２７】
一方、誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数（φｉ）より大きな第二の電極材料が使用された場合（例えばベース基板と同一のＡｌが使用された場合）には、全波整流形となるので、無極性化が可能となる。
【００２８】
このように構成されたキャパシタによって得られる容量値Ｃは、一般に以下のパラメータによって決定される。
Ｃ＝ε０・εｓ・Ｓ／ｔ
ここに
ε０真空中の誘電率
εｓ誘電体酸化皮膜層１２の比誘電率
Ｓ第一の電極１０（ベース基板）及び第二の電極１３との交叉面積
ｔ誘電体酸化皮膜層１２の厚み
【００２９】
陽極酸化の方法により誘電体酸化皮膜層１２が形成される場合には、化成電圧を変えることで誘電体酸化皮膜層１２の厚みを数ｎｍ〜数千ｎｍ程度に調整可能であり、Ａｌ_２０_３の場合、数百ｎＦ以下／ｃｍ^２の容量値を得ることができる。
【００３０】
更に容量値を大きくしたい場合には、図３に示されているように、ベース基板（１０）の表面をエッチングなどにより粗面化して実効表面積を増大させた粗面１０ａ上に誘電体酸化皮膜層１２を形成すれば、数μＦ以下／ｃｍ^２の容量値を得ることも可能である。
【００３１】
但し、エッチピット内に第二の電極１３が充分回り込むようにすることが要求される。エッチピット内への充填が比較的容易な導電性高分子を利用するのも一つの方法である。
【００３２】
上述のキャパシタを実際の回路基板に実装するためには、端子電極が必要であり、第一及び第二の電極１０、１３と接続のバンプ端子１４、１５が第二の電極１３面側より取り出されている。
【００３３】
第一の電極１０と接続のバンプ端子１４は、誘電体酸化皮膜層１２に形成の端子電極導通部１１（図３に示されているように、誘電体酸化皮膜層１２が形成された後に誘電体酸化皮膜層１２の一部がエッチングにより除去されて形成された端子電極導通部１１を含む）に、バリアメタル１６を介して接続され、バンプ端子１５は、第二の電極１３の導通部１７にバリアメタル１６を介して接続されている。
【００３４】
バンプ端子１４、１５のバンプ材料としては、ＳｎＰｂやＳｎＡｇはんだが使用され、又、バリアメタル１６は例えばＴｉ／Ｎｉなどが使用され、熱による金属拡散を防止するために介装される。
【００３５】
図２において、第二の電極１３の表面及び側面には、酸化絶縁保護膜層１８が形成されている。酸化絶縁保護膜層１８は湿度、汚染、機械的接触からのキャパシタの保護、バンプ端子１４、１５の機械的補強、絶縁、電気的特性の安定化などを目的として絶縁性のある有機膜（ポリイミドなど）や無機膜（Ｓｉ_３Ｎ_４など）が使用される。
【００３６】
図４及び図５にバンプ端子１４、１５の配置例が示されている。図４は平面図であり、図５は図４の５−５線に沿った断面図である。これら図において、端子電極のインピーダンス、特にＥＳＬ（等価直列インダクダンス）を低下させるために、バンプ端子１４ａ〜１４ｈは第一の電極１０に設けられ、バンプ端子１５ａ〜１５ｈは第二の電極１３に設けられている。
【００３７】
通常の２端子表面実装品として使用したい場合には、図１及び図２に示された構成となるが、特に低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が必要な場合には、図４及び図５に示されているように、多端子化されて第一の電極１０から取り出されたバンプ端子１４ａ〜１４ｈと、第二の電極１３から取り出されたバンプ端子１５ａ〜１５ｈが交互に配置されることにより、端子間で相互インダクタンスがキャンセルされる構造が有効である。
【００３８】
図示の本配置例は、１６端子の場合であるが、これに限定されず、その端子数は適宜である。
【００３９】
なお、図５において、バンプ端子１４ａ〜１４ｈ、１５ａ〜１５ｈの配置位置の変更を除く他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００４０】
次に、誘電体薄膜層３にＢＳＴ薄膜を使用した従来の薄膜キャパシタと、誘電体酸化皮膜層１２にＡＩ_２０_３皮膜を利用した本発明に係る高周波キャパシタの基本特性について相対比較した例を表１に示す。
【００４１】
【表１】

【００４２】
表１から明らかなように、ＡＩ_２０_３は誘電率が低いが、膜厚を薄く、かつエッチングにより表面積を大きくすることが可能なためによる容量低下分をある程度カバーすることができる。
【００４３】
次に、本キャパシタの絶縁破壊電圧や絶縁抵抗の劣化など信頼性を維持する方法として信頼性を維持するのに有利な第二の電極１３の構造について図２を参照して説明する。
【００４４】
図２において、第二の電極１３が第一の電極（ベース基板）１０の端部１９やバンプ端子１４の端部である端子電極導通部１１に近い程、図７に示されているように、絶縁破壊電圧が低下する傾向が見られる。特に、端部１９や表面が汚染されている場合や湿気がある場合には顕著である。
【００４５】
そこで、第二の電極１３の周囲から誘電体酸化皮膜層１２がはみ出すようにしたものである。
【００４６】
即ち、第二の電極１３は、第一の電極１０の端部１９及び第一の電極１０における端子電極導通部１１から誘電体酸化皮膜層１２を残したまま距離Ｌだけを空けた誘電体酸化皮膜層１２上に設けられ、かつ距離Ｌは誘電体酸化皮膜層１２の厚さｔの５倍以上１ｍｍ以下に設定されることによって絶縁破壊電圧や絶縁抵抗の劣化が防止される。誘電体酸化皮膜層１２の厚みｔは、通常１μｍ以下で使用されるので、上限は１ｍｍ（Ｌ／ｔ＞５）程度もあれば充分である。
【００４７】
又、絶縁特性を確保するため、図６に示されているように、第二の電極１３の一部分、又は第一の電極１０の側面及び／又は第一の電極１０の裏面が酸化処理されることによって絶縁保護膜層２０が形成され、破壊電圧や絶縁抵抗の劣化防止が可能となり、外部部品との接触による短絡事故などの対策となる。
【００４８】
なお、図６において、酸化絶縁保護膜層２０が形成されている構成を除く他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００４９】
図８及び図９は、第二の電極が分割されて各種容量が同一のベース基板兼用の第一の電極上に複数個のキャパシタが構成された実施例の平面図と９−９線に沿った断面図である。これら図において、第二の電極１３は、所望の容量値が得られるように設定された面積を有する複数の電極１３ａ〜１３ｄに分割形成されて、それぞれの電極と接続のバンプ端子１５ａ〜１５ｄが取り出され、一方、第一の電極１０からはバンプ端子１４ａ〜１４ｄが取り出されて構成されている。
【００５０】
なお、図８及び図９において、第二の電極１３が複数分割して形成されている構成を除く他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００５１】
本実施例によれば、回路の実装密度向上や搭載工数の低減が可能などの利点が生じる。又、これらの同一の第一の電極１０（ベース基板）上に形成された個々のキャパシタを外部で並列又は直列に配線させることによって各種容量を実現させ、容量調整に利用することも可能となる。
【００５２】
図１０は、容量の拡大や実装密度の向上を狙って厚み方向に多層化された実施例の断面図である。同図において、第二の電極１３の上に第二層目の誘電体酸化皮膜層２１が形成され、該誘電体酸化皮膜層２１上に内部で第一の電極１０と接続された第三の電極２２が形成されたものである。第二の誘電体酸化皮膜層２１はＡＩ_２０_３などをスパッタや蒸着により直接成膜しても良く、ＡＩなどを成膜してから陽極酸化などで酸化させても良い。
【００５３】
なお、図１０において、誘電体酸化皮膜層と電極が２層形成されている構成を除き他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００５４】
【発明の効果】
しかして請求項１に係る発明によれば、ベース基板にアルミニウムなどの金属の使用により、基板表面が陽極化成されて誘電体酸化皮膜層（ＡＩ_２０_３）が容易に得られ、基板と第一の電極及び誘電体酸化皮膜層とが一体化したキャパシタが可能となる。このため、従来の薄膜キャパシタと比べて、安価な電極材料が使用できる。第一の電極形成の工程を合理化することができる。誘電体酸化皮膜層形成のプロセス温度を１００℃以下に低温化できる。成膜の総数を低減できる。誘電体酸化皮膜層形成の際にパーチクル付着による絶縁破壊不良を低減できる。高温、高精度な成膜装置が不要であり設備投資の負担を軽減できるなどの効果を有し、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が小さく、小形で表面実装可能な高周波キャパシタを安価に提供することが可能となる。
【００５５】
請求項２に係る発明によれば、基板表面の誘電体酸化皮膜層の表面積が拡大し、単位面積あたりの容量密度を増大させることができる。
【００５６】
請求項３に係る発明によれば、第一の電極と誘電体酸化皮膜層間は逆方向バイアス、第二の電極と誘電体酸化皮膜層間はオーミック接続となり、誘電損失（ｔａｎδ）が改善される。
【００５７】
請求項４に係る発明によれば、第一の電極を陽極とした場合、第一の電極と誘電体酸化皮膜層間は逆方向バイアス、第二の電極と誘電体酸化皮膜層間は順方向バイアスとなる。逆に第一の電極を陰極とした場合、第一の電極と誘電体酸化皮膜層間が順方向バイアス、第二の電極と誘電体酸化皮膜層間は逆方向バイアスとなる。したがって、第一及び第二の電極の極性を陰陽どちらに選択してもキャパシタ（無極タイプのキャパシタ）として使用することができる。
【００５８】
請求項５に係る発明によれば、寄生インダクタンスの低減が可能となる。
【００５９】
請求項６に係る発明によれば、湿気、汚れなどによる陽極、陰極間のマイグレーション防止、耐圧向上が期待できる。
【００６０】
請求項７に係る発明によれば、湿気、汚れなどによる陽極、陰極間のマイグレーション防止、耐圧向上、部品や配線などとの接触による短絡事故の防止が期待できる。
【００６１】
請求項８に係る発明によれば、実装密度が向上するとともに、各キャパシタを並列又は直列に複数個組み合わせて外部配線することによって、所望の容量を提供することも可能となる。
【００６２】
請求項９に係る発明によれば、実装密度、容量密度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波キャパシタの一例での平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】基板表面の粗面化を経て誘電体酸化皮膜層が形成された部分断面の説明図である。
【図４】本発明の第２実施例での平面図である。
【図５】図４の５−５線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第３実施例での断面図である。。
【図７】誘電体酸化皮膜層の端部と第二の電極の端部までの距離と絶縁破壊電圧との関係図である。
【図８】本発明の第４実施例での平面図である。
【図９】図８の９−９線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第５実施例での断面図である。。
【図１１】従来の薄膜キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
１０第一の電極（ベース基板）
１０ａ基板粗面
１１、１７端子電極導通部
１２誘電体酸化皮膜層
１３、１３ａ〜１３ｄ第二の電極
１４、１４ａ〜１４ｈバンプ端子
１５、１５ａ〜１５ｈバンプ端子
２０酸化絶縁保護膜層
２１第二層目の誘電体酸化皮膜層
２２第三の電極
Ｌ第二の電極に対する誘電体酸化皮膜層のはみ出し距離
ｔ誘電体酸化皮膜層の厚み[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency capacitor used for power supply decoupling of a high-speed LSI such as a mainframe or a PC (personal computer).
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the speeding up of computers, it has become indispensable to reduce the ESL (equivalent series inductance) of capacitors for the purpose of reducing power supply impedance in a high frequency band.
[0003]
Therefore, studies and developments have been made for the purpose of reducing the ESL (equivalent series inductance).
[0004]
The structure of a conventional thin film capacitor will be described with reference to FIG. A lower electrode 2 as a first electrode is formed on an insulating substrate 1 such as silicon or sapphire, and then a dielectric thin film layer 3 and an upper electrode 4 as a second electrode are sequentially formed on the lower electrode 2. Solder bump terminals 7 and 8 are connected to the upper and

lower electrodes

4 and 2 via barrier metals 5 and 6, and an insulating protective film layer 9 is formed on the surface and side surfaces of the upper electrode 4. I have.
[0005]
As the dielectric thin film layer 3, a ceramic material having a relatively large dielectric constant (for example, BST; BaSrTiO ₃ or the like) is used, and the bump terminals 7 and 8 are vertically arranged to reduce ESL (equivalent series inductance). A plurality of electrodes are provided on the surfaces of the

electrodes

4 and 2. Barrier metals (Ni, Cr, etc.) 5 and 6 are inserted to prevent thermal diffusion between the bump terminals 7 and 8 and the electrode material, and an insulating protective film layer 9 of polyimide or the like is used for mechanical protection of the upper electrode 4. Also, it is used to avoid an electrical short circuit with the bump terminal 8 taken out from the lower electrode 2.
[0006]
However, in the above-mentioned conventional thin film capacitor in which a ceramic material is used for the dielectric thin film layer 3, it is necessary to perform processing at a high temperature of 300 to 800 ° C. such as film formation and annealing in order to increase the dielectric constant. Was. For this reason, it is common to use noble metals (Pt, Ir, Au, etc.) that are not easily affected by oxidation as the electrode material, which has been a major cause of cost increase.
[0007]
In addition, capital investment such as construction of a sputtering apparatus for obtaining the thickness of the dielectric thin film 3 with high precision and construction of a clean room for eliminating degradation of dielectric withstand voltage due to particles tends to be large, which is an obstacle to cost reduction.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object to solve the problems existing in the conventional thin film capacitor and to reduce the ESL (equivalent series inductance). An object of the present invention is to provide a high-frequency capacitor which has excellent characteristics, is small and can be manufactured at low cost.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the invention according to claim 1 is based on a first electrode 10 also serving as a base substrate and a second electrode 10 provided on a dielectric oxide film layer 12 formed on the surface of the first electrode 10. And the terminal electrodes 14 and 15 connected to the second electrode 13 and taken out from the second electrode 13 side, respectively. Are characterized.
[0010]
The invention according to claim 2 is characterized in that the dielectric oxide film layer 12 on the surface of the first electrode 10 is formed through a surface roughening treatment such as etching.
[0011]
The invention according to claim 3 is characterized in that the second electrode 13 is made of a conductive material having a work function smaller than the work function of the dielectric oxide film layer 12, the first electrode 10 is used as an anode terminal, The second electrode 13 is a cathode terminal.
[0012]
The invention according to claim 4 is characterized in that the second electrode 13 is made nonpolar by using a conductive material having a work function larger than the work function of the dielectric oxide film layer 12.
[0013]
The invention according to claim 5 is characterized in that the terminal electrodes 14a to 14h and 15a to 15h connected to the first and

second electrodes

10 and 13 are respectively taken out from a plurality of locations, and the polarities of the terminal electrodes alternate. It is characterized by being arranged so that it may be replaced.
[0014]
The invention according to claim 6, wherein the second electrode 13 is separated from the terminal electrode conducting portion 11 of the first electrode 10 by a distance L while the dielectric oxide film layer 12 is left. It is provided on the layer 12, and the distance L is set to be not less than 5 times the thickness t of the dielectric oxide film layer 12 and not more than 1 mm.
[0015]
The invention according to claim 7 is that the oxide insulating protective film layer 20 is formed on a part of the second electrode 13 or on the side surface of the first electrode 10 and / or the back surface of the first electrode 10. It is characterized by the following.
[0016]
The invention according to claim 8 is characterized in that the second electrode 13 is provided in a plurality of divisions, and various capacitance values are realized by changing the electrode areas of the plurality of second electrodes 13a to 13d. It is assumed that.
[0017]
The invention according to claim 9 includes a first electrode 10 also serving as a base substrate, a second electrode 13 provided on a dielectric oxide film layer 12 formed on the surface of the first electrode 10, A dielectric oxide film layer 21 and a third electrode 22 internally connected to the first electrode 10, and a plurality of dielectric oxide film layers 21 alternately laminated and wired on the second electrode 13; , 13 are connected to the terminal electrode conducting portions 11, 17, respectively, and include the respective terminal electrodes 14, 15 taken out from the second electrode 13 surface side.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the high-frequency capacitor according to the present invention, the base substrate itself of aluminum or the like corresponding to the insulating substrate 1 of silicon, sapphire or the like in a conventional thin film capacitor serves as a first electrode, and the first electrode and the dielectric oxide film layer Integrating them makes it possible to use a less expensive electrode material as compared with a conventional thin film capacitor, thereby making it possible to significantly reduce costs.
[0019]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 2 is a sectional view of an example of the high-frequency capacitor according to the present invention. In this figure, the high-frequency capacitor includes a first electrode also serving as a base substrate, a second electrode provided on the first electrode via a dielectric oxide film layer, and a terminal electrode connected to each electrode. Contains.
[0021]
As the base substrate serving as the first electrode 10, a metal substrate such as Al is used so that the substrate itself serves as the first electrode 10, and a dielectric oxide film is formed on the surface of the base substrate excluding the terminal electrode conducting portions 11. The layer 12 is formed, and the terminal electrode conduction part 11 is used as a first electrode.
Therefore, as a base substrate material, a valve metal such as Al or Ta having a relatively large dielectric constant when the dielectric oxide film layer 12 is formed is advantageous.
[0022]
The dielectric oxide film layer 12 is easily formed by a method such as anodic oxidation, thermal oxidation, or implantation of oxygen ions. Among them, the anodic oxidation method can be performed at a low temperature of 100 ° C. or less, and is excellent in mass productivity.
[0023]
For example, in the case of using the Al-based substrate, when anodization in a solution, such as paratoluenesulfonic acid, a relative dielectric constant of about 7-a Al ₂ 0 ₃ dielectric oxide layer 12 is obtained .
[0024]
The second electrode 13 is formed on the dielectric oxide film layer 12 to realize a capacitor.
[0025]
As a material of the second electrode 13, a metal material such as Al or Au, or a conductive polymer such as PEDT (polyethylenedioxythiophene) or propylpolypyrrole can be used.
[0026]
Here, when a material (for example, a conductive polymer) smaller than the work function (φi) of the dielectric oxide film layer 12 is used for the second electrode 13, the dielectric oxide film layer 12 and the second electrode Since a portion to be joined to the electrode 13 is in ohmic contact, a polar capacitor having the first electrode 10 as an anode terminal and the second electrode 13 as a cathode terminal is obtained.
[0027]
On the other hand, when the second electrode material larger than the work function (φi) of the dielectric oxide film layer 12 is used (for example, when the same Al as the base substrate is used), it becomes a full-wave rectification type. , Non-polarization becomes possible.
[0028]
The capacitance value C obtained by the capacitor configured as described above is generally determined by the following parameters.
C = ε0 · εs · S / t
Here, ε0 dielectric constant εs in vacuum, relative dielectric constant S of dielectric oxide film layer 12 intersection area t with first electrode 10 (base substrate) and second electrode 13 thickness of dielectric oxide film layer 12 ]
If the dielectric oxide layer 12 by the method of anodic oxidation is formed can adjust the thickness of the dielectric oxide film layer 12 in several nm~ several thousand nm by changing the formation voltage, Al ₂ 0 _In the case of ₃ , a capacitance value of several hundred nF or less / cm ² can be obtained.
[0030]
When it is desired to further increase the capacitance value, as shown in FIG. 3, a dielectric oxide film is formed on the roughened surface 10a in which the effective surface area is increased by roughening the surface of the base substrate (10) by etching or the like. If the layer 12 is formed, it is possible to obtain a capacitance value of several μF or less / cm ² .
[0031]
However, it is required that the second electrode 13 sufficiently goes into the etch pit. One method is to use a conductive polymer that is relatively easy to fill the etch pit.
[0032]
In order to mount the above-described capacitor on an actual circuit board, terminal electrodes are necessary, and bump terminals 14 and 15 connected to the first and

second electrodes

10 and 13 are taken out from the second electrode 13 surface side. Have been.
[0033]
The bump terminal 14 connected to the first electrode 10 is connected to the terminal electrode conduction portion 11 formed on the dielectric oxide film layer 12 (as shown in FIG. 3, after the dielectric oxide film layer 12 is formed, (Including a terminal electrode conductive portion 11 formed by removing a part of the body oxide film layer 12 by etching) via a barrier metal 16, and the bump terminal 15 is connected to the conductive portion 17 of the second electrode 13. Are connected via a barrier metal 16.
[0034]
As the bump material of the bump terminals 14 and 15, SnPb or SnAg solder is used, and the barrier metal 16 is made of, for example, Ti / Ni, and is interposed to prevent metal diffusion due to heat.
[0035]
In FIG. 2, an oxide insulating protective film layer 18 is formed on the surface and side surface of the second electrode 13. The oxide insulating protective film layer 18 is an organic film (polyimide) having insulating properties for the purpose of protecting the capacitor from humidity, contamination, and mechanical contact, mechanically reinforcing the bump terminals 14 and 15, insulating, and stabilizing electrical characteristics. ) Or an inorganic film (such as Si ₃ N ₄ ).
[0036]
4 and 5 show examples of the arrangement of the bump terminals 14 and 15. FIG. 4 is a plan view, and FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. In these figures, the bump terminals 14 a to 14 h are provided on the first electrode 10, and the bump terminals 15 a to 15 h are provided on the second electrode 13 in order to reduce the impedance of the terminal electrodes, particularly ESL (equivalent series inductance). Is provided.
[0037]
When it is desired to use as a normal two-terminal surface mount product, the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is used. In particular, when low ESL (equivalent series inductance) is required, FIGS. As shown, the bump terminals 14a to 14h which are multi-terminals and are taken out from the first electrode 10 and the bump terminals 15a to 15h which are taken out from the second electrode 13 are alternately arranged. In addition, a structure in which mutual inductance is canceled between terminals is effective.
[0038]
The illustrated arrangement example is for 16 terminals, but is not limited to this, and the number of terminals is appropriate.
[0039]
5 is the same as FIG. 2 except for the change in the arrangement of the bump terminals 14a to 14h and 15a to 15h.
Therefore, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 2 and the description of the configuration is omitted.
[0040]
Next, a conventional thin film capacitor using BST thin film dielectric thin film layer 3, an example in which a relative comparison for the basic characteristics of a high-frequency capacitor according to the present invention using the AI ₂ 0 ₃ film on the dielectric oxide film layer 12 It is shown in Table 1.
[0041]
[Table 1]

[0042]
As is evident from Table 1, AI ₂ 0 ₃ is a lower dielectric constant, thin film thickness, and a capacity decrease amount due to that can increase the surface area by etching can be somewhat cover.
[0043]
Next, a structure of the second electrode 13 which is advantageous for maintaining reliability as a method for maintaining reliability such as a dielectric breakdown voltage and deterioration of insulation resistance of the present capacitor will be described with reference to FIG.
[0044]
2, the closer the second electrode 13 is to the end portion 19 of the first electrode (base substrate) 10 and the terminal electrode conducting portion 11 which is the end portion of the bump terminal 14, as shown in FIG. In addition, the breakdown voltage tends to decrease. In particular, when the end portion 19 and the surface are contaminated or when there is moisture, it is remarkable.
[0045]
Therefore, the dielectric oxide layer 12 protrudes from the periphery of the second electrode 13.
[0046]
That is, the second electrode 13 is separated from the end 19 of the first electrode 10 and the terminal electrode conductive portion 11 of the first electrode 10 by a distance L while leaving the dielectric oxide film layer 12 therebetween. The dielectric layer is provided on the coating layer 12 and the distance L is set to be not less than 5 times and not more than 1 mm of the thickness t of the dielectric oxide coating layer 12, thereby preventing the dielectric breakdown voltage and the insulation resistance from being deteriorated. Since the thickness t of the dielectric oxide film layer 12 is usually 1 μm or less, an upper limit of about 1 mm (L / t> 5) is sufficient.
[0047]
In addition, as shown in FIG. 6, a part of the second electrode 13, or a side surface of the first electrode 10 and / or a back surface of the first electrode 10 is oxidized in order to secure insulation characteristics. As a result, the insulating protective film layer 20 is formed, and it is possible to prevent the breakdown voltage and the insulation resistance from deteriorating.
[0048]
In FIG. 6, the structure other than the structure in which the oxide insulating protective film layer 20 is formed is the same as that in FIG.
Therefore, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 2 and the description of the configuration is omitted.
[0049]
FIGS. 8 and 9 are a plan view of an embodiment in which the second electrode is divided and a plurality of capacitors are formed on the first electrode also serving as the base substrate having the same various capacitances and taken along line 9-9. FIG. In these figures, the second electrode 13 is divided into a plurality of electrodes 13a to 13d each having an area set so as to obtain a desired capacitance value, and bump terminals 15a to 15d connected to the respective electrodes are formed. On the other hand, the bump terminals 14 a to 14 d are taken out from the first electrode 10.
[0050]
8 and 9 are the same as those in FIG. 2 except for the configuration in which the second electrode 13 is divided into a plurality.
Therefore, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 2 and the description of the configuration is omitted.
[0051]
According to the present embodiment, there are provided any advantages capable of improving the circuit mounting density and reducing the number of mounting steps. Also, by arranging the individual capacitors formed on the same first electrode 10 (base substrate) externally in parallel or in series, various capacitances can be realized and used for capacitance adjustment. .
[0052]
FIG. 10 is a cross-sectional view of an embodiment in which the number of layers is increased in the thickness direction in order to increase the capacity and improve the mounting density. In the figure, a second dielectric oxide film layer 21 is formed on a second electrode 13, and a third dielectric oxide film layer 21 is connected to the first electrode 10 on the dielectric oxide film layer 21. The electrode 22 is formed. The second dielectric oxide layer 21 may be directly deposited by sputtering or vapor deposition and AI ₂ 0 _3, it may be oxidized with such anodic oxidation after forming the AI.
[0053]
10 is the same as FIG. 2 except for the configuration in which two layers of dielectric oxide film layers and electrodes are formed.
Therefore, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIG. 2 and the description of the configuration is omitted.
[0054]
【The invention's effect】
According Thus the invention according to claim 1, the use of metal such as aluminum base substrate, the substrate surface is anodized dielectric oxide layer (AI 2 ₀ ₃₎ can be easily obtained, the substrate and the A capacitor in which one electrode and the dielectric oxide layer are integrated can be obtained. Therefore, an inexpensive electrode material can be used as compared with a conventional thin film capacitor. The step of forming the first electrode can be streamlined. The process temperature for forming the dielectric oxide film layer can be reduced to 100 ° C. or less. The total number of film formation can be reduced. Insulation breakdown failure due to adhesion of particles during formation of the dielectric oxide film layer can be reduced. It is possible to provide an inexpensive high-frequency capacitor that has a small ESL (equivalent series inductance), is small in size, and can be surface-mounted. It becomes possible.
[0055]
According to the second aspect of the present invention, the surface area of the dielectric oxide film layer on the substrate surface is increased, and the capacitance density per unit area can be increased.
[0056]
According to the third aspect of the present invention, a reverse bias is applied between the first electrode and the dielectric oxide film layer, and an ohmic connection is established between the second electrode and the dielectric oxide film layer, thereby improving the dielectric loss (tan δ).
[0057]
According to the invention according to claim 4, when the first electrode is an anode, a reverse bias is applied between the first electrode and the dielectric oxide film layer, and a forward bias is applied between the second electrode and the dielectric oxide film layer. Become. Conversely, when the first electrode is a cathode, a forward bias is applied between the first electrode and the dielectric oxide film layer, and a reverse bias is applied between the second electrode and the dielectric oxide film layer. Therefore, it can be used as a capacitor (a non-polar type capacitor) irrespective of whether the polarity of the first and second electrodes is selected to be either positive or negative.
[0058]
According to the invention according to claim 5, the parasitic inductance can be reduced.
[0059]
According to the invention of claim 6, prevention of migration between the anode and the cathode due to moisture, dirt and the like, and improvement in withstand voltage can be expected.
[0060]
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to prevent the migration between the anode and the cathode due to moisture, dirt, etc., to improve the withstand voltage, and to prevent a short circuit accident due to contact with components or wiring.
[0061]
According to the invention of claim 8, the mounting density is improved, and a desired capacitance can be provided by combining and externally wiring a plurality of capacitors in parallel or in series.
[0062]
According to the ninth aspect, the mounting density and the capacitance density increase.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an example of a high-frequency capacitor according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
FIG. 3 is an explanatory view of a partial cross section in which a dielectric oxide film layer has been formed through surface roughening of a substrate surface.
FIG. 4 is a plan view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view of a third embodiment of the present invention. .
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a distance between an end of a dielectric oxide film layer and an end of a second electrode and a breakdown voltage.
FIG. 8 is a plan view of a fourth embodiment of the present invention.
9 is a sectional view taken along line 9-9 in FIG.
FIG. 10 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention. .
FIG. 11 is a sectional view of a conventional thin film capacitor.
[Explanation of symbols]
10 First electrode (base substrate)
10a Substrate rough surface 11, 17 Terminal electrode conduction portion 12 Dielectric oxide film layer 13, 13a-13d Second electrode 14, 14a-14h Bump terminal 15, 15a-15h Bump terminal 20 Oxide insulating protective film layer 21 Second layer Dielectric oxide film layer 22 of eye Third electrode L Distance of protrusion of dielectric oxide film layer to second electrode t Thickness of dielectric oxide film layer

Claims

A first electrode (10) also serving as a base substrate;
A second electrode (13) provided on a dielectric oxide film layer (12) formed on the surface of the first electrode (10);
The terminal electrodes (11) of the first electrode (10) and the terminal electrodes (11) connected to the second electrode (13) and taken out from the second electrode (13) surface side, respectively. (14) A high-frequency capacitor characterized by comprising (15).

The high-frequency capacitor according to claim 1, wherein the dielectric oxide layer (12) on the surface of the first electrode (10) is formed through a surface roughening process such as etching.

The second electrode (13) is made of a conductive material smaller than the work function of the dielectric oxide film layer (12), the first electrode (10) is used as an anode terminal, and the second electrode (13) is used as an anode terminal. 2. The high-frequency capacitor according to claim 1, wherein said electrode is a cathode terminal.

The high-frequency capacitor according to claim 1, wherein the second electrode (13) is made nonpolar by using a conductive material having a work function larger than a work function of the dielectric oxide film layer (12).

The terminal electrodes (14a to 14h) and (15a to 15h) connected to the first and second electrodes (10) and (13) are respectively taken out from a plurality of places, and the polarities of the terminal electrodes are alternated. 2. The high-frequency capacitor according to claim 1, wherein the high-frequency capacitor is arranged so as to be replaced by the following.

The second electrode (13) is separated from the terminal electrode conducting portion (11) of the first electrode (10) by a distance (L) while leaving the dielectric oxide film layer (12). 2. The method according to claim 1, wherein the distance (L) is provided on the oxide film layer (12), and the distance (L) is set to 5 times or more and 1 mm or less of the thickness (t) of the dielectric oxide film layer (12). 1 high frequency capacitor.

An oxide insulating protective film layer (20) is formed on a part of the second electrode (13) or on a side surface of the first electrode (10) and / or on a back surface of the first electrode (10). The high-frequency capacitor according to claim 1, wherein:

The said 2nd electrode (13) is provided in multiple divisions, The electrode area of these several 2nd electrodes (13a-13d) is changed, and various capacitance values are realized. 1 high frequency capacitor.

A first electrode (10) also serving as a base substrate;
A second electrode (13) provided on a dielectric oxide film layer (12) formed on the surface of the first electrode (10);
A dielectric oxide film layer (21) alternately laminated and laminated on the second electrode (13) and a third electrode (22) internally connected to the first electrode (10);
The respective terminal electrodes connected to the terminal electrode conducting portions (11) and (17) of the first and second electrodes (10) and (13), respectively, and taken out from the second electrode (13) surface side (14) A high-frequency capacitor having a configuration including (15).