JP2005093482A - 薄膜コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 下部電極と上部電極間の耐圧が高く、且つ、両者間の短絡の生じない薄膜コンデンサを提供する。
【解決手段】 本発明の薄膜コンデンサにおいて、下部電極２の上面２ａには、第１の誘電体薄膜３の上方薄膜部３ａが形成され、この上方薄膜部３ａ上に形成された第２の誘電体膜４の上方膜部４ａには、傾斜面を設けることによって、上部電極６は、上方薄膜４ａの端部と第１の誘電体薄膜３の上方薄膜部３ａとに接する部分が低くなるので、この部分と下部電極２の上面２ａとの間に発生する電界の集中が緩和され、従って、第１の誘電体薄膜３の上方薄膜部３ａには、上部電極６からの銅イオンの移行（マイグレーション）が少なくなって、下部電極２と上部電極６間の耐圧が高くなると共に、下部電極２と上部電極６間の短絡を無くすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は電圧制御発振器等からなる電子ユニット等に使用して好適な薄膜コンデンサに関する。

図３は従来の薄膜コンデンサの要部の拡大断面図であって、従来の薄膜コンデンサの構成を図３に基づいて説明すると、アルミナ基板などからなる基板５１の上面５１ａには、銅や銅合金等の金属材からなる下部電極５２が薄膜によって形成されている。

また、酸化シリコン等から成る第１の誘電体薄膜５３は、下部電極５２の上面５２ａを覆う上方薄膜部５３ａと、下部電極５２の両端面５２ｂ、５２ｃのそれぞれを覆う側方薄膜部５３ｂ、５３ｃを有し、この第１の誘電体薄膜５３によって、下部電極５２の外表面を覆った状態となっている。

第２の誘電体膜５４は、アクリル系樹脂やフッ素系樹脂等の絶縁材からなり、この第２の誘電体膜５４は、第１の誘電体薄膜５３の第１の段差部である側方薄膜部５３ｂ、及びこの側方薄膜部５３ｂの近傍に位置する上方薄膜部５３ａを覆うように形成されている。

そして、第２の誘電体膜５４は、第１の誘電体薄膜部５３の上方薄膜部５３ａに対して垂直な端面部５４ａを有し、上方薄膜部５３ａ上に形成された同じ膜厚からなる上方膜部５４ｂと、第１の誘電体薄膜５３の側方薄膜部５３ｂを覆う側方膜部５４ｃを有する。

また、第３の誘電体膜５５は、アクリル系樹脂やフッ素系樹脂等の絶縁材からなり、この第３の誘電体膜５５は、第１の誘電体薄膜５３の第２の段差部である側方薄膜部５３ｃ、及びこの側方薄膜部５３ｃの近傍に位置する上方薄膜部５３ａを覆うように形成されている。

そして、第３の誘電体膜５５は、第１の誘電体薄膜部５３の上方薄膜部５３ａに対して垂直な端面部５５ａを有し、上方薄膜部５３ａ上に形成された同じ膜厚からなる上方膜部５５ｂと、第１の誘電体薄膜５３の側方薄膜部５３ｃを覆う側方膜部５５ｃを有する。

銅や銅合金等の金属材からなる薄膜の上部電極５６は、下部電極５２と対向した状態で、第１の誘電体薄膜５３上と，第２，第３の誘電体膜５４上，５５上、及び基板５１の上面５１ａ上に跨って形成されている。（例えば、特許文献１参照）

このような構成を有する従来の薄膜コンデンサは、下部電極５２のエッジ部５２ｄにおける第１の誘電体薄膜５３の膜厚が薄くなって、この薄い部分の耐圧が低下するが、この段差部に第２，第３の誘電体膜５４，５５を設けることによって、耐圧の低下を防止している。

しかし、第２，第３の誘電体膜５４，５５の上方膜部５４ｂ、５５ｂは、同じ膜厚で形成されると共に、その端面部５４ａ、５５ａは、第１の誘電体薄膜部５３の上方薄膜部５３ａに対して垂直な状態で配置されている。

その結果、上部電極５６にプラス電圧を印加すると共に、下部電極５２にマイナス電圧を印加して、長時間負荷テストを行うと、端面部５４ａ、５５ａを含むその近傍において、電界強度が集中して、端面部５４ａ、５５ａを含むその近傍に位置する第１の誘電体薄膜５３の上方薄膜部５３ａには、上部電極５６からの銅イオンの移行（マイグレーション）が著しくなって、下部電極５２と上部電極５６間の耐圧が低下したり、或いは、下部電極５２と上部電極５６間が短絡を生じたりする。

特開２００２−１７６１０５号公報

従来の薄膜コンデンサは、第２，第３の誘電体膜５４，５５の上方膜部５４ｂ、５５ｂの端面部５４ａ、５５ａが第１の誘電体薄膜５３の上方薄膜部５３ａに対して垂直な状態で配置されているため、上部電極５６は、端面部５４ａ、５５ａと上方薄膜部５３ａとに接する部分が高い状態で直角な角部となるので、この角部とその近傍の下部電極５２との間に電界が集中して、端面部５４ａ、５５ａの近傍に位置する第１の誘電体薄膜５３の上方薄膜部５３ａには、上部電極５６からの銅イオンの移行（マイグレーション）が著しくなって、下部電極５２と上部電極５６間の耐圧が低下したり、或いは、上方薄膜部５３ａの絶縁を破壊して、下部電極５２と上部電極５６間が短絡を生じたりするという問題がある。

そこで、本発明は下部電極と上部電極間の耐圧が高く、且つ、両者間の短絡の生じない薄膜コンデンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の解決手段として、基板上に設けられた下部電極と、この下部電極の上面、及び前記下部電極の少なくとも一つの端面に跨って形成された第１の誘電体薄膜と、この第１の誘電体薄膜の段差部を覆うように、前記第１の誘電体薄膜上に形成された第２の誘電体膜と、前記下部電極に対向した状態で、前記第１の誘電体薄膜上と前記第２の誘電体膜上に形成された上部電極とを備え、前記第１の誘電体薄膜は、前記下部電極の前記上面に形成された上方薄膜部と、前記下部電極の前記端面に形成された側方薄膜部を有し、前記第２の誘電体膜は、前記第１の誘電体薄膜の前記上方薄膜部に位置する上方膜部と、前記第１の誘電体薄膜の前記側方薄膜部に位置する側方膜部を有し、前記上部電極の下部に位置する前記上方膜部は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成された構成とした。

また、第２の解決手段として、前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって傾斜した構成とした。
また、第３の解決手段として、前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって膜厚を漸次厚くして傾斜させた構成とした。
また、第４の解決手段として、前記上部電極は、前記第２の誘電体膜の前記側方膜部の外面と、前記基板上に跨って形成された構成とした。

また、第５の解決手段として、前記第１の誘電体薄膜は、前記段差部と反対側に位置した端面部を有すると共に、前記端面部、及びこの端面部の近傍に位置する前記第１の誘電体薄膜の前記上方薄膜部に跨って形成された第３の誘電体膜を有し、この第３の誘電体膜は、前記第１の誘電体薄膜の前記上方薄膜部に位置する上方膜部と、前記第１の誘電体薄膜の前記端面部側に位置する側方膜部を有し、前記上部電極の下部に位置する前記第３の誘電体膜の前記上方膜部は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成された構成とした。

また、第６の解決手段として、前記第３の誘電体膜の前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって傾斜した構成とした。
また、第７の解決手段として、前記第３の誘電体膜の前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって膜厚を漸次厚くして傾斜させた構成とした。

また、第８の解決手段として、前記下部電極の前記端面は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成され、前記下部電極の前記傾斜面上には、前記第１の誘電体薄膜の前記側方薄膜部が設けられた構成とした。
また、第９の解決手段として、前記下部電極の前記傾斜面は、前記下部電極の基部から離れるに従って、膜厚を漸次薄くして傾斜させた構成とした。

本発明の薄膜コンデンサは、基板上に設けられた下部電極と、この下部電極の上面、及び下部電極の少なくとも一つの端面に跨って形成された第１の誘電体薄膜と、この第１の誘電体薄膜の段差部を覆うように、第１の誘電体薄膜上に形成された第２の誘電体膜と、下部電極に対向した状態で、第１の誘電体薄膜上と第２の誘電体膜上に形成された上部電極とを備え、第１の誘電体薄膜は、下部電極の上面に形成された上方薄膜部と、下部電極の端面に形成された側方薄膜部を有し、第２の誘電体膜は、第１の誘電体薄膜の上方薄膜部に位置する上方膜部と、第１の誘電体薄膜の側方薄膜部に位置する側方膜部を有し、上部電極の下部に位置する上方膜部は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成された構成とした。
このように、第２の誘電体膜の上方膜部に傾斜面を設けることによって、上方電極は、上方薄膜の端部と第１の誘電体薄膜の上方薄膜部とに接する部分が低くなるので、この部分と下部電極の上面との間に発生する電界強度が緩和され、従って、第１の誘電体薄膜の上方薄膜部には、上部電極からの銅イオンの移行（マイグレーション）が少なくなって、下部電極と上部電極間の耐圧が高くなると共に、下部電極と上部電極間の短絡を無くすることができる。

また、上方膜部の傾斜面は、上方膜部の端部から側方膜部に向かって傾斜したため、上方電極は、上方薄膜の端部と第１の誘電体薄膜の上方薄膜部とに接する部分が鈍角となるので、上方膜部の先端側での上方電極と下部電極との間の電界の集中が一層緩和され、従って、上部電極からの銅イオンの移行（マイグレーション）が一層少なくなって、下部電極と上部電極間の耐圧が一層高くなると共に、下部電極と上部電極間の短絡を無くすることができる。

また、上方膜部の傾斜面は、上方膜部の端部から側方膜部に向かって膜厚を漸次厚くして傾斜させたため、上方膜部の先端側での上部電極と下部電極との間の電界の集中が一層緩和され、従って、上部電極からの銅イオンの移行（マイグレーション）が一層少なくなって、下部電極と上部電極間の耐圧が一層高くなると共に、下部電極と上部電極間の短絡を無くすることができる。

また、上部電極は、第２の誘電体膜の側方膜部の外面と、基板上に跨って形成されたため、上面電極の形成が容易であると共に、第２の誘電体膜の側方膜部の存在によって、下部電極と上部電極間の耐圧の高いものが提供できる。

また、第１の誘電体薄膜は、段差部と反対側に位置した端面部を有すると共に、端面部、及びこの端面部の近傍に位置する第１の誘電体薄膜の上方薄膜部に跨って形成された第３の誘電体膜を有し、この第３の誘電体膜は、第１の誘電体薄膜の上方薄膜部に位置する上方膜部と、第１の誘電体薄膜の端面部側に位置する側方膜部を有し、上部電極の下部に位置する第３の誘電体膜の上方膜部は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成された構成とした。
このように、第３の誘電体膜の上方膜部に傾斜面を設けることによって、第１の誘電体薄膜の端面部側においても、上部電極からの銅イオンの移行（マイグレーション）が少なくなって、下部電極と上部電極間の耐圧が高くなると共に、下部電極と上部電極間の短絡を無くすることができる。

また、第３の誘電体膜の上方膜部の傾斜面は、上方膜部の端部から側方膜部に向かって傾斜したため、上方膜部の先端側での電界強度の集中が一層緩和され、従って、上部電極からの銅イオンの移行（マイグレーション）が一層少なくなって、下部電極と上部電極間の耐圧が一層高くなると共に、下部電極と上部電極間の短絡を無くすることができる。

また、第３の誘電体膜の上方膜部の傾斜面は、上方膜部の端部から側方膜部に向かって膜厚を漸次厚くして傾斜させたため、上方膜部の先端側での電界強度の集中が一層緩和され、従って、上部電極からの銅イオンの移行（マイグレーション）が一層少なくなって、下部電極と上部電極間の耐圧が一層高くなると共に、下部電極と上部電極間の短絡を無くすることができる。

また、下部電極の端面は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成され、下部電極の傾斜面上には、第１の誘電体薄膜の側方薄膜部が設けられたため、下部電極のエッジ部における第１の誘電体薄膜の膜厚を厚く維持できると共に、側方薄膜部の膜厚を厚くできて、容量値が安定し、精度の良い薄膜コンデンサを提供できる。

また、下部電極の傾斜面は、下部電極の基部から離れるに従って、膜厚を漸次薄くして傾斜させたため、 下部電極のエッジ部における第１の誘電体薄膜の膜厚をより厚く維持できると共に、側方薄膜部の膜厚をより厚くできて、容量値が安定し、精度の良い薄膜コンデンサを提供できる。

本発明の薄膜コンデンサの図面を説明すると、図１は本発明の薄膜コンデンサの第１実施例に係る要部の拡大断面図、図２は本発明の薄膜コンデンサの第２実施例に係る要部の拡大断面図である。

次に、本発明の薄膜コンデンサの第１実施例に係る構成を図１に基づいて説明すると、アルミナ基板などからなる基板１の上面１ａには、銅や銅合金等の金属材からなる下部電極２が薄膜によって形成されている。

そして、この下部電極２は、平坦な上面２ａと、この上面２ａの両端に位置する端面２ｂ、２ｃと、上面２ａと端面２ｂ、２ｃの交叉部に位置するエッジ部２ｄを有する。

酸化シリコン等から成る第１の誘電体薄膜３は、下部電極２の上面２ａを覆う上方薄膜部３ａと、下部電極２の一方の端面２ｂを覆う側方薄膜部３ｂを有して、段差状（段差部）となっている。
また、第１の誘電体薄膜３は、段差部と反対側において、下部電極２の上面２ａ上に位置する端面部３ｃを有しており、下部電極２の端面２ｃ側は、露出した状態となっている。

第２の誘電体膜４は、アクリル系樹脂やフッ素系樹脂等の絶縁材からなり、この第２の誘電体膜４は、第１の誘電体薄膜３の段差部である側方薄膜部３ｂ、及びこの側方薄膜部３ｂの近傍に位置する上方薄膜部３ａを覆うように形成されている。

そして、第２の誘電体膜４は、第１の誘電体薄膜部３の上方薄膜部３ａ上に形成された上方膜部４ａと、第１の誘電体薄膜３の側方薄膜部３ｂを覆う側方膜部４ｂと、上方膜部４ａの端部（先端部）から側方膜部４ｂに向かって、膜厚を漸次厚くして傾斜するように上方膜部４ａに設けられた傾斜面４ｃを有する。
これによって、上面２ａと傾斜面４ｃとによって形成される上部電極６の角部は鈍角となる。

また、第３の誘電体膜５は、アクリル系樹脂やフッ素系樹脂等の絶縁材からなり、この第３の誘電体膜５は、第１の誘電体薄膜３の端面部３ｃ及びこの端面部３ｃの近傍に位置する上方薄膜部３ａを覆うように形成されている。

そして、第３の誘電体膜５は、第１の誘電体薄膜部３の上方薄膜部３ａ上に形成された上方膜部５ａと、第１の誘電体薄膜３の端面部３ｃを覆う側方膜部５ｂと、上方膜部５ａの端部（先端部）から側方膜部５ｂに向かって、膜厚を漸次厚くして傾斜するように上方膜部５ａに設けられた傾斜面５ｃを有する。
即ち、第３の誘電体膜５は、下部電極２の上面２ａと第１の誘電体薄膜３上に形成された状態となっている。
よって、上面２ａと傾斜面５ｃとによって形成される上部電極６の角部は鈍角となる。

なお、第１の誘電体薄膜３は、下部電極２の端面２ｂ側と同様に、端面２ｃ側を覆うようにすると共に、第３の誘電体膜５は、第２の誘電体膜４と同様に、端面２ｃ側に位置する第１の誘電体薄膜３を覆うようにしても良い。

銅や銅合金等の金属材からなる薄膜の上部電極６は、下部電極２と対向した状態で、第１の誘電体薄膜３上と，第２の誘電体膜４の上方膜部４ａ上、側方膜部４ｂ上と、第３の誘電体膜５の上方膜部５ａ上、及び基板１の上面１ａ上に跨って形成されている。

この時、上部電極６の下部には、第２，第３の誘電体膜４，５の傾斜面４ｃ、５ｃが位置して、下部電極２の一部は、上方薄膜部３ａと上方膜部４ａ、５ａを介して上部電極６と対向した状態となっている。

また、上部電極６は、下部電電極２の端面２ｃ側を露出した状態で、下部電極２の端面２ｂ側を覆うように形成されたものとなっている。

なお、上記実施例において、第１の誘電体薄膜３は、下部電極２の端面２ｂ側と同様に、端面２ｃ側を覆うようにすると共に、第３の誘電体膜５は、第２の誘電体膜４と同様に、端面２ｃ側に位置する第１の誘電体薄膜３を覆うようにしても良い。
この場合、上部電極６は、下部電極２の端面２ｃ側を覆うように形成されること勿論でる。

このような構成を有する本発明の薄膜コンデンサは、下部電極２のエッジ部２ｄにおける第１の誘電体薄膜３の膜厚が薄くなって、この薄い部分の耐圧が低下するが、この段差部に第２の誘電体膜４を設けることによって、耐圧の低下を防止している。

また、上部電極６の下部に位置する第２，第３の誘電体膜４，５の上方膜部４ａ、５ａには、傾斜面４ｃ、５ｃが設けられて、上方膜部４ａ、５ａの端部の膜厚が薄くなっている。

その結果、上部電極６にプラス電圧を印加すると共に、下部電極２にマイナス電圧を印加して、長時間負荷テストを行うと、上方膜部４ａ、５ａの端部を含むその近傍において、電界の集中が緩和され、上方膜部４ａ、５ａの端部を含むその近傍に位置する第１の誘電体薄膜３の上方薄膜部３ａには、上部電極６からの銅イオンの移行（マイグレーション）が少なくなって、下部電極２と上部電極６間の耐圧が高くなると共に、下部電極２と上部電極６間の短絡が無くなる。

また、図２は本発明の薄膜コンデンサの第２実施例を示し、この第２実施例は、下部電極２の端面２ｂにおいて、下部電極２の基部（平坦状部）から離れるに従って、膜厚を漸次薄くして傾斜させてなる傾斜面２ｅが設けられたものである。

そして、この傾斜面２ｅ上には、第１の誘電体薄膜３の側方薄膜部３ｂ、第２の誘電体膜４の側方膜部４ｂが順次形成され、その結果、下部電極２のエッジ部２ｄが緩くなって、エッジ部２ｄにおける第１の誘電体薄膜３の膜厚を厚くできると共に、傾斜面２ｅ上の膜厚も厚く、且つ、下部電極２の上面２ａ上に形成された膜厚と同等の厚さで均一状態に形成できる。

また、その他の構成は、前記第１実施例と同様であるので、同一部品に同一番号を付し、ここではその説明を省略する。

なお、この第２実施例において、下部電極２の端面２ｃ側においても、端面２ｂ側と同様な構成にしても良いこと勿論である。

本発明の薄膜コンデンサの第１実施例に係る要部の拡大断面図。 本発明の薄膜コンデンサの第２実施例に係る要部の拡大断面図。 従来の薄膜コンデンサの要部の拡大断面図。

符号の説明

１：基板
１ａ：上面
２：下部電極
２ａ：上面
２ｂ：端面
２ｃ：端面
２ｄ：エッジ部
２ｅ：傾斜面
３：第１の誘電体薄膜
３ａ：上方薄膜部
３ｂ：側方薄膜部
３ｃ：端面部
４：第２の誘電体膜
４ａ：上方膜部
４ｂ：側方膜部
４ｃ：傾斜面
５：第３の誘電体膜
５ａ：上方膜部
５ｂ：側方膜部
５ｃ：傾斜面
６：上部電極

Claims (9)

1. 基板上に設けられた下部電極と、この下部電極の上面、及び前記下部電極の少なくとも一つの端面に跨って形成された第１の誘電体薄膜と、この第１の誘電体薄膜の段差部を覆うように、前記第１の誘電体薄膜上に形成された第２の誘電体膜と、前記下部電極に対向した状態で、前記第１の誘電体薄膜上と前記第２の誘電体膜上に形成された上部電極とを備え、前記第１の誘電体薄膜は、前記下部電極の前記上面に形成された上方薄膜部と、前記下部電極の前記端面に形成された側方薄膜部を有し、前記第２の誘電体膜は、前記第１の誘電体薄膜の前記上方薄膜部に位置する上方膜部と、前記第１の誘電体薄膜の前記側方薄膜部に位置する側方膜部を有し、前記上部電極の下部に位置する前記上方膜部は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成されたことを特徴とする薄膜コンデンサ。
2. 前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって傾斜したことを特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。
3. 前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって膜厚を漸次厚くして傾斜させたことを特徴とする請求項２記載の薄膜コンデンサ。
4. 前記上部電極は、前記第２の誘電体膜の前記側方膜部の外面と、前記基板上に跨って形成されたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の薄膜コンデンサ。
5. 前記第１の誘電体薄膜は、前記段差部と反対側に位置した端面部を有すると共に、前記端面部、及びこの端面部の近傍に位置する前記第１の誘電体薄膜の前記上方薄膜部に跨って形成された第３の誘電体膜を有し、この第３の誘電体膜は、前記第１の誘電体薄膜の前記上方薄膜部に位置する上方膜部と、前記第１の誘電体薄膜の前記端面部側に位置する側方膜部を有し、前記上部電極の下部に位置する前記第３の誘電体膜の前記上方膜部は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成されたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の薄膜コンデンサ。
6. 前記第３の誘電体膜の前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって傾斜したことを特徴とする請求項５記載の薄膜コンデンサ。
7. 前記第３の誘電体膜の前記上方膜部の前記傾斜面は、前記上方膜部の端部から前記側方膜部に向かって膜厚を漸次厚くして傾斜させたことを特徴とする請求項６記載の薄膜コンデンサ。
8. 前記下部電極の前記端面は、傾斜面を形成するように、膜厚を異ならしめて形成され、前記下部電極の前記傾斜面上には、前記第１の誘電体薄膜の前記側方薄膜部が設けられたことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の薄膜コンデンサ。
9. 前記下部電極の前記傾斜面は、前記下部電極の基部から離れるに従って、膜厚を漸次薄くして傾斜させたことを特徴とする請求項８記載の薄膜コンデンサ。
   

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