JP2007201158A - コンデンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 所望する容量値を精度よく得ることができ、かつ高周波帯域での特性が良好なコンデンサを提供する。
【解決手段】 下部電極層２、誘電体層３、上部電極層４の各層を支持基板１にかけて覆うとともに上部電極層４の上面を露出させる開口部６が形成されている絶縁層５と、開口部６内の上部電極層４の上面から絶縁層５上にかけて容量形成部の外側に形成された引出し電極層７とを含むコンデンサであって、絶縁層５は、引出し電極層７が形成されている領域の上面の凹凸が、開口部６内の上部電極層４の上面の凹凸よりも大きいコンデンサである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波帯域においても誘電損失が小さく、良好にかつ安定に動作することができるコンデンサに関するものであり、特に所望する容量値を精度良く実現できる構造を有するコンデンサに関するものである。

従来より、基板上に下部電極層，誘電体層および上部電極層を順次被着してなるコンデンサにおいては、コンデンサを外部回路と接続するために、下部電極層および上部電極層と外部回路への接続部との間に配線を設ける必要がある。この配線を設ける方法の一つとして、下部電極層，誘電体層および上部電極層が順次被着形成されたコンデンサに対して、それらを覆うように絶縁膜を形成し、この絶縁膜に上部電極が露出するような開口部を設け、この開口部と外部接続回路との間に配線を設ける方法がある。

図６に、このような方法で外部回路と接続するための配線を設けた、一般的な構成のコンデンサの例を断面図で示す（例えば、特許文献１を参照）。支持基板上６１に、下部電極層６３、誘電体層６４および上部電極層６５がこの順に積層されており、下部電極層６３および上部電極層６５がそれぞれスパッタリング法や真空蒸着法等で形成されており、誘電体層６４はスパッタリング法やゾルゲル法等で形成されている。また通常、各層を所望の形状となるように、以下に述べるようなフォトリソグラフィの手法が用いられる。

まず、支持基板６１の上面全体に下部電極層となる導体層を形成した後、必要部のみをフォトリソグラフィによってパターニングしたフォトレジストで覆い、その後、ウェットエッチングまたはドライエッチングで不要部を除去して、所定形状の下部電極層６３を形成する。なお、支持基板６１と下部電極層６３との間の密着性を確保するために、下部電極層となる導体層を形成する前に、密着層６２を形成することもある。この密着層６２は通常、下部電極層６３と同一の形状に加工される。次に、この支持基板６１上に誘電体層となる層を全面に形成し、下部電極層６３と同様に、不要部を除去して所定形状の誘電体層６４を形成する。そして、更にこの上に、上部電極層となる導体層を全面に形成し、不要部を除去して所定形状の上部電極層６５を形成する。

以上のように形成された下部電極層６３と誘電体層６４と上部電極層６５とが上面視で重なる領域が容量形成部となる。

次に、絶縁膜をこの支持基板６１上全面に形成し、下部電極層６３，誘電体層６４，および上部電極層６５を覆うように絶縁層６６を形成する。この時、容量形成部以外の下部電極層６３の一部および上部電極層６５の一部を露出する開口部６７を形成し、外部回路との接続部への引出し電極層６８を絶縁層６６上に形成する。
特開２００４−５６０９７号公報

前記従来の一般的な構造において、外部回路との接続部への引出し電極層６８を絶縁層６６上に形成する際に、絶縁層６６には、既に形成されている密着層６２，下部電極層６３，誘電体層６４および上部電極層６５の形状を反映した段差があるため、絶縁層６６あるいは引出し電極層６８にかかる応力が不均一となり、引出し電極層６８と絶縁層６６との界面で剥離が起きやすくなる。従って、引出し電極層６８の材料や形成条件によっては、剥離が頻発し、特性不良が発生するという問題点がある。

さらに、近年の電子部品の高機能化・小型化の要求を満たすために、下部電極層６３，誘電体層６４および上部電極層６５とから構成される容量形成部の構造が複雑かつ微細になると、この剥離による歩留り低下という問題は、ますます大きなものとなる。

また、容量形成部への外部からの水分の進入を防いで耐湿性を向上させるために、絶縁層６６の材料としては、水分の透過係数が小さい無機材料や、作製プロセスが簡便な有機材料などの樹脂等が例として挙げられる。

無機材料の代表例としては、二酸化ケイ素や窒化ケイ素などのケイ素化合物が多く用いられ、これらは、化学気相堆積法（ＣＶＤ）により形成されるのが一般的である。

また、有機材料などの樹脂の代表例としては、ポリイミドやベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）樹脂などの耐熱性の高い熱硬化性樹脂が挙げられる。

一方、外部回路との接続部への引出し電極層６８の材料としては、引出し電極層６８による抵抗を低減させ、特に高周波帯域での特性を向上させる目的で、金，白金，銅などの金属が一般的に用いられる。ただし、引出し電極層６８を形成した後にさらに別の工程を加える場合には、銅は酸化されやすいので、引出し電極層６８の材料としては不適であるため、金，白金が好適に用いられる。

しかしながら通常、引出し電極層６８として用いられる金，白金は、絶縁層６６として用いられる二酸化ケイ素や窒化ケイ素などの無機材料，あるいはポリイミドやＢＣＢ樹脂などの有機材料との密着性が低いために、絶縁層６６と引出し電極層６８との界面で剥離が起きやすくなっていた。

このような剥離を低減するための手法として、引出し電極層６８と絶縁層６６との間に密着層を形成する場合がある。しかしながら、このような密着層の形成により引出し電極層６８の抵抗が大きくなる場合があり、特に高周波帯域で使用されるコンデンサにおいては、Ｑ値が低下し、特性が劣化するという問題点がある。

本発明は以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、絶縁層と、外部回路との接続部への引出し電極層との密着性を向上させることにより、コンデンサの特性不良を低減し、かつ、高周波帯域において良好な特性を有するコンデンサを得ることにある。

本発明のコンデンサは、１）支持基板上に形成された、下部電極層と、この下部電極層上の誘電体層と、この誘電体層上の上部電極層とを含む容量形成部と、これら各層を前記支持基板にかけて覆うとともに前記上部電極層の上面を露出させる開口部が形成されている絶縁層と、前記開口部内の前記上部電極層の上面から前記絶縁層上にかけて前記容量形成部の外側に形成された引出し電極層とを含むコンデンサであって、前記絶縁層は、前記引出し電極層が形成されている領域の上面の凹凸が、前記開口部内の前記上部電極層の上面の凹凸よりも大きいことを特徴とするものである。

また、本発明のコンデンサは、２）上記１）の構成において、前記上部電極層は、前記誘電体層の上面内に形成されており、前記開口部の下側の開口端は前記上部電極層の上面内に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明のコンデンサは、３）上記１）または２）の構成において、前記容量形成部が、複数個直列に接続されていることを特徴とするものである。

本発明のコンデンサによれば、上記１）のように構成したことから、上部電極層と引出し電極層とは金属同士なので凹凸が小さくても密着性が良く、かつ上部電極層と引出し電極層とが接続される界面が滑らかであるため、界面における接触抵抗を低下させることができるとともに、絶縁層と引出し電極層とは密着性が劣るので、絶縁層と引出し電極層とが接する面において、引出し電極層が絶縁層表面の微小な凹凸に入り込むことにより、通常のファンデアワールス力に加えてアンカー作用が生じるので、引出し電極層と絶縁層との密着性が大幅に向上し、引出し電極層と絶縁層との界面における剥離が低減されるため、コンデンサの特性不良の発生を低減させることができる。また、引出し電極層として、絶縁層と化学的な結合をほとんど形成しない材料を用いても、アンカー作用により、引出し電極層と絶縁層との界面における剥離を低減することができるため、引出し電極層に用いる材料の幅を広げることができ、例えば、金などの低抵抗で化学的に不活性な材料を用いることができ、その結果、引出し電極層の抵抗を小さくすることができる。このため、本発明のコンデンサの高周波帯域における特性、特にＱ値を向上させることができる。

さらに、上部電極層と引出し電極層とが接続される界面が滑らかであるので、界面準位や表面準位の密度が低減され、良好な接合界面が形成され、その結果、両電極層間の接触抵抗が低減し、本発明のコンデンサの高周波帯における特性、特にＱ値を向上させることができる。

また、本発明のコンデンサによれば、上記２）のように構成したことから、上部電極層と下部電極層との絶縁性を確保するために、下部電極層の外縁部を超えて誘電体層を形成する必要がなくなる。このため、容量形成部において、誘電体層に段差が無くなるので、電界の集中する箇所がほとんどなく、リーク特性を向上させることができる。

さらに、開口部の下側の開口端を上部電極層の上面内に形成していることにより、引出し電極層は、引出し電極層との密着性が悪い誘電体層とは接触せずに、上部電極層および絶縁層のみと接合する。ここで、引出し電極層と絶縁層とは、絶縁層の上面の凹凸が大きいことから密着性が高くなり、引出し電極層と上部電極層とは、金属同士の結合となるので密着性が高くなるため、引出し電極層の剥離をより一層抑制することができ、特性不良の発生をより一層低減させることができる。

また、本発明のコンデンサによれば、上記３）のように構成したことから、各容量形成部の容量値が等しい場合には、直列に接続した容量形成部の容量値は、各容量形成部の容量形成部の容量値に容量形成部の個数を乗じた値となるので、同容量のコンデンサを得るために、１つの容量形成部により１ヶ所で容量を形成する場合に比べ電極面積を大きくすることができる。このため、例えコンデンサに対する要求特性が低容量であっても製造が簡易となり、上部電極層の加工精度が向上するとともに、再現性も向上する。また、各容量形成部を直列に接続しているので、高周波電圧が各容量形成部に分圧されるため、各々の容量形成部に印加される高周波電圧は小さくなる。このため、例えば本発明のコンデンサの損失抵抗による単位面積当たりの発熱量を小さくでき、耐電力性を向上させることができる。

以下、本発明のコンデンサについて、実施の形態の例を模式的に示す図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明のコンデンサの実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は支持基板であり、２は下部電極層であり、３は誘電体層であり、４は上部電極層であり、５は絶縁層であり、６は絶縁層５に形成された開口部であり、７は引出し電極層であり、８１，８２は外部回路との接続部である。

図１において、支持基板１上に下部電極層２が形成され、この下部電極層２の上面の一部に誘電体層３が形成され、この誘電体層３の上面の一部に上部電極層４が形成されている。また、支持基板１上に下部電極層２と離間した位置に電極層を形成している。ここで、下部電極層２，誘電体層３，上部電極層４が上面視で重なっている領域を容量形成部という。また、これらの各層２，３，４および電極層を覆うように支持基板１にかけて絶縁層５が形成されている。絶縁層５は、上部電極層４の上面を露出させる開口部６を有するとともに、下部電極層２の容量形成部の外側に位置する部位および電極層において、それぞれの上面を一部露出させる非形成部を有する。この非形成部が外部回路との接続部８１，８２となる。

支持基板１は、耐熱性が高く、また上面が平坦なものであれば特に限定はなく、アルミナセラミックス等のセラミック基板やサファイア等の単結晶基板を用いればよい。

そして、支持基板１上に下部電極層２，誘電体層３および上部電極層４を、順次支持基板１の上面のほぼ全面に成膜する。これら各層の成膜終了後、上部電極層４，誘電体層３および下部電極層２を、上に位置する層から順次、所定の形状にエッチングする。

なお、下部電極層２，誘電体層３および上部電極層４の成膜に際しては、下部電極層２と誘電体層３との間、ならびに誘電体層３と上部電極層４との間に、パーティクル等のコンデンサの特性を劣化させる要因になりうる不純物の混入を最低限に抑制することが望ましい。従って、これら下部電極層２，誘電体層３および上部電極層４の成膜は、同じ成膜装置で、成膜室を大気開放せず、連続して行なうことが望ましい。以上のことより、具体的に成膜方法としては、スパッタリング法が好適である。

下部電極層２は、誘電体層３の形成時に高温下での処理が必要となる場合があるため、高融点の材料を用いることが望ましい。さらに、誘電体層３が金属酸化物より成る場合には、酸化されにくい金属であることが望ましい。以上のことから、下部電極層２に好適な材料として、白金，パラジウムを例示することができる。

さらに、下部電極層２は、スパッタリングによる成膜終了後、誘電体層３の形成温度まで加熱され、誘電体層３のスパッタ開始まで一定時間保持されることにより、平坦な膜となる。

下部電極層２の厚みは、外部回路との接続部８１と容量形成部との間の抵抗成分、および下部電極層２の連続性を考慮した場合は、厚い方が望ましいが、支持基板１との密着性を考慮した場合は、相対的に薄いほうが望ましく、両方を考慮して決定される。具体的には、０．１μｍ〜１０μｍである。これは、０．１μｍよりも薄くすると、下部電極層２自身の抵抗が大きくなるほか、電極の連続性が確保できなくなる可能性があるからであり、一方、１０μｍより厚くすると、支持基板１との密着性が低下したり、支持基板１の反りを生じたりするおそれがあるからである。

誘電体層３は、Ｂａ，Ｓｒ，Ｔｉを含有するペロブスカイト型酸化物結晶粒子からなる高誘電率の誘電体層であることが好ましい。中でも、チタン酸バリウムストロンチウムを用いることにより、低損失で高誘電率の誘電体層３とすることができるので好ましい。

誘電体層３は、ペロブスカイト型酸化物結晶粒子が得られる誘電体材料をターゲットとして、下部電極層２のスパッタリング後、成膜室を大気開放することなく下部電極層２に引き続いて所望の厚みになる時間までスパッタリングを行なうことにより成膜される。その際、基板温度を高く、例えば８００℃としてスパッタリングを行なうことにより、スパッタリング後の熱処理を行なうことなく、低損失で高誘電率の誘電体層３が得られる。

また、上部電極層４としては、酸化されにくい材料が好ましく、白金を好適に用いることができる。チタン酸バリウムストロンチウムより成る誘電体層３に対して、白金より成る上部電極層４を用いることにより、誘電体層３と上部電極層４との密着性を向上させることができる。また、上部電極層４として反応性に乏しい白金を用いることにより、後述の開口部６の形成の際に、上部電極層４がエッチングされることを有効に防止することができる。

また、開口部６内における上部電極層４の上面の凹凸は、後述する絶縁層５の、引出し電極層７が形成されている領域の上面に比べ小さくする。上部電極層４の上面側の凹凸を小さくするためには、例えば、上部電極層４より下側に位置する誘電体層３，下部電極層２を平坦な層とし、その上に形成することで上部電極層４の上面の凹凸を小さくしたり、上部電極層４を形成した後に高温で一定時間保持することで上部電極層４の上面の凹凸を小さくしたりすればよい。ここで、凹凸の大きさは、本発明のような薄膜型のコンデンサにおいては、断面から観察したときに、カットオフ値を２μｍとし、その範囲における凸部と凹部とで形成される振幅の値の最大値で判断するものとする。

このように、上部電極層４の開口部６内における凹凸を小さくすることにより、この上に接触して形成される引出し電極層７との間に界面準位が発生することを抑えることができるため電気抵抗が小さくなり、損失の少ないコンデンサとすることができる。

すなわち、上部電極層４の上面の凹凸が小さく、引出し電極層７と接続される界面が滑らかであれば、界面準位や表面準位の密度が低減され、良好な接合界面が形成され、その結果、両電極層４，７間の接触抵抗が低減し、本発明のコンデンサの高周波帯における特性、特にＱ値を向上させることができる。

一方、上部電極層４の凹凸が大きい場合には、界面準位や表面準位の密度が増加し接合界面が良好でなくなると予想される。その結果、両電極層４，７間の接触抵抗が増加し、コンデンサの高周波帯における特性、特にＱ値が低下する恐れがある。

なお、絶縁層５の開口部６内に露出する上部電極層４の凹凸が小さくても、上部電極層４と引出し電極層７とは金属同士であるため、結合強度は実用上問題ない程度に大きい。

上部電極層４は、上述の誘電体層３のスパッタリング後、成膜室を大気開放することなく引き続いてスパッタリングにより成膜される。その際、上部電極層４の厚みを誘電体層３の厚み以下とすることにより、上部電極層４をエッチングにより加工するときのエッチャントにより、誘電体層３もエッチングされる場合でも、上部電極層４のエッチング完了前に誘電体層３は少なくとも消失することはなく、後の上部電極層４のエッチングの際の誘電体層３への影響を少なくすることができる。また、エッチングによるパターニング精度が向上するため、所望する容量値を精度良く得ることができる。

上述のように成膜した後、上部電極層４，誘電体層３および下部電極層２を、順次、所定の形状にエッチングする。エッチングは、レジストをスピンコーティング法等により全面に均一に塗布し、フォトリソグラフィ法によりレジストを所定の形状にパターニングした後、ウェットエッチングもしくはドライエッチングにより行なう。コンデンサの容量値は上部電極層４の面積により決定されるため、上部電極層４のエッチングでは、より精度の高いドライエッチングを用いることが望ましい。さらに、白金より成る上部電極層４をウェットエッチングによりエッチングする際に、一般的には王水が用いられるが、王水を用いると誘電体層３もエッチングされる。このことからも、上部電極層４のエッチングはドライエッチングにより行なうことが望ましい。

ドライエッチングは、例えば電子サイクロトロン共鳴装置（ＥＣＲ装置）を用い、アルゴンプラズマをエッチャントとして行なうことができる。

なお、誘電体層３のエッチングはウェットエッチングおよびドライエッチングのどちらにより行なってもよい。また、下部電極層２のエッチングは、ウェットエッチングおよびドライエッチングのどちらを用いてもよいが、下部電極層２の厚みが厚い場合には、パターニング精度の観点から、上部電極層４と同様にドライエッチングにより行なうことが望ましい。

以上のような上部電極層４，誘電体層３および下部電極層２のエッチングにおいては、図１に示すように、誘電体層３の下面は下部電極層２の上面より小さく、上部電極層４の下面は誘電体層３の上面よりも小さくなるようにエッチングされることが望ましい。これにより、誘電体層３に段差がなくなり、段差がある場合に見られる、段差部分での誘電体の結晶や配向の乱れが生じず、かつ電界が集中しやすい下部電極層２の外延部に誘電体層３がないので、誘電体層３において電界の集中する箇所がほとんどなくなり、リーク特性が向上する。

次に、下部電極層２，誘電体層３，上部電極層４を支持基板１にかけて覆うように絶縁層５を形成する。絶縁層５は、引出し電極層７と下部電極層２との絶縁を確保するほか、誘電体層３を覆うことにより、コンデンサの耐湿性を向上させる目的で形成する。

さらに、絶縁層５は、その熱膨張係数が引出し電極層７よりも小さな材料から成ることが好ましい。これにより、絶縁層５の温度による体積変化は、引出し電極層７の温度による体積変化よりも小さくなるので、絶縁層５と引出し電極層７との熱膨張差によって発生する上部電極層４と誘電体層３との剥離、および引出し電極層７の断線を効果的に抑制することができる。

絶縁層５としては、一般的には、樹脂等から成る絶縁物よりも、無機物から成る絶縁物を用いることが好ましい。厚みは耐湿性を考慮すると厚い方が好ましいが、応力による割れを考慮した場合には薄い方が好ましく、両方を考慮して決定される。具体的には、０．３μｍ〜５μｍである。絶縁物材料の具体例としては、二酸化ケイ素や窒化ケイ素を挙げることができる。絶縁層５を比較的厚く形成する必要がある場合には、応力による割れが相対的に起こりにくい二酸化ケイ素が用いられる。また、絶縁層５は、段差部の被覆性を考慮して、化学気相堆積（ＣＶＤ）法等により成膜することが望ましい。また、ＣＶＤ法により成膜された二酸化ケイ素はアモルファス状態であることが多いため、熱膨張係数が低くなり、絶縁層５に好適である。

絶縁層５は、下部電極層２，誘電体層３，上部電極層４の各層を支持基板１にかけて覆うような形状に形成される。これにより、絶縁層５の一部は、支持基板１上に直接形成されることになるので、絶縁層５として特に二酸化ケイ素や窒化ケイ素を用いた場合には、これら材料とアルミナセラミックス等のセラミック基板やサファイア等の単結晶基板からなる支持基板１との密着性が高いので、絶縁層５の支持基板１からの剥離が抑制されるため好ましい。

また、絶縁層５には、引出し電極層７と上部電極層４との接続を確保するため、上部電極層４の上面を露出させる開口部６が形成される。この開口部６は、引出し電極層７と下部電極層２との電気的な絶縁を保つことができるように、少なくとも下部電極層２を露出させなければ、その形状，大きさ等は適宜自由に設計することができるが、開口部６の下側の開口端を上部電極層４の上面に位置するように形成し、上部電極層４の上面の一部のみ露出させるように形成することが好ましい。このような構成とすることにより、外部からの誘電体層３への水分の浸入を防ぐことができるので、耐湿性に優れたものとなり、信頼性の高いコンデンサとすることができる。また、引出し電極層７が、引出し電極層７との密着性が悪い誘電体層３とは接触せずに、上部電極層４および絶縁層５のみと接合する。ここで、引出し電極層７と絶縁層５とは後述の通り絶縁層５の上面の凹凸が大きいことから密着性が高くなり、引出し電極層７と上部電極層４とは金属同士の結合となるので密着性が高くなるため、引出し電極層７の剥離をより一層抑制することができ、特性不良の発生をより一層低減することができるので好ましい。

開口部６は、例えばエッチングにより形成すれば良く、寸法精度の観点からドライエッチングにより行なうことが望ましい。絶縁層５に二酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素を用いた場合には、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により簡便に形成することができる。

ここで、開口部６を形成するために絶縁層５をＲＩＥにより加工する際に、前述のフォトリソグラフィの手法によりパターニングされた絶縁層５上のフォトレジストも絶縁層５と同時にエッチングされるため、絶縁層５のエッチングの進行とともに、フォトレジストの膜厚が薄くなり、やがてほぼ消失する。絶縁層５のエッチング速度が、フォトレジストのエッチング速度より遅く、絶縁層５のエッチングが完了する前にフォトレジストが消失するような場合、通常は、フォトレジストが消失する前にエッチングを一旦中断し、改めてフォトレジストを形成して再度エッチングを行う。

また、外部回路との接続部８１，８２となる位置においても開口部６を形成するのと同様の手法で、絶縁層５の非形成部を形成する。

このような絶縁層５の上面には引出し電極層７が形成される。ここで、絶縁層５は、引出し電極層７が形成されている領域の上面の凹凸を、開口部６内の上部電極層４の上面の凹凸さより大きくする。絶縁層５の上面の内、引出し電極層７が形成される部分のみ凹凸を大きくしてもよいし、絶縁層５の上面全体の凹凸を大きくしてもよい。

具体的に絶縁層５の上面の凹凸を大きくするには、絶縁層５を形成した後にその上面に凹凸を形成すればよく、凹凸形状に特に制限はない。また、凹凸を大きくするためには、アルゴンなどの不活性ガスによるスパッタリング法やＲＩＥ法などによるドライエッチング法，サンドブラスト法，ウエットエッチング法等を用いればよい。凹凸は、引出し電極層７の絶縁層５と接していない側の面（引出し電極層７の上面）の表面が荒れない程度で、かつ引出し電極層７と絶縁層５との間にアンカー作用が働く程度に設定する。

ここで、ＣＶＤ法、特にテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）のような有機ケイ素化合物を原料とするＣＶＤ法により形成された絶縁層５においては、ＲＩＥによりエッチングされる表面に凹凸が形成され、凹凸が大きくなる。これは、絶縁層５中には原料に起因する炭素成分が含まれており、ＲＩＥによるエッチングの際、この炭素成分と二酸化ケイ素とではエッチングされる速度が異なるためである。

そこで、本発明においては上記の現象を利用し、絶縁層５を所望の厚みより厚く形成しておき、所定の厚みとなるまでＲＩＥによるエッチングを行なえば簡易に絶縁層５の上面の凹凸を大きくすることができる。例えば、上述の開口部６を形成するためのエッチング工程において、絶縁層５上のフォトレジストが消失した後もエッチングを続け、絶縁層５を所定の膜厚とすることにより、絶縁層５の上面の凹凸を大きくすることができるので、新たに工程を加えることなく、凹凸を大きくすることができる。また、フォトレジスト消失後のエッチング時間を調整することにより、凹凸の程度を制御することができる。これにより、次に絶縁層５上に形成される引出し電極層７と絶縁層５との密着性がアンカー作用により向上する。

さらに、開口部６の下側の開口端は上部電極層４の上面よりも小さくなるように形成することにより、絶縁層５のドライエッチングの際に誘電体層３がエッチャント（例えば、ＣＦ_４，Ｃ_２Ｈ_６，Ｏ_２）に暴露されなくなるので、エッチングによる誘電体層３の特性変化がほとんど起こることがなく、コンデンサの特性が安定する。

次に、開口部６内の上部電極層４の上面から絶縁層５上にかけて容量形成部の外側に引出し電極層７を成膜する。具体的には、図１に示す例では、開口部６内の上部電極層４の上面から電極層上の絶縁層５非形成部である外部回路との接続部８２まで形成する。また、これと同時に、下部電極層２の上面に形成された絶縁層５非形成部である外部回路との接続部８１上にも、引出し電極層７と同様の材料からなる層を形成する。成膜方法としては、スパッタリング法や蒸着法が用いられ、成膜温度は特に限定されないが、コンデンサへの熱的なダメージを低減するためには、室温程度の温度がよい。一方、引出し電極層７と絶縁層５との密着性を考慮すると高温がよく、両方を考慮して決定される。例えばスパッタリング法による成膜では、１５０℃〜２５０℃にて成膜が行なわれる。

引出し電極層７には、抵抗が低く、かつ引出し電極層７の形成後に更に別の工程を設ける場合に酸化などの影響を受けにくい、化学的に安定な材料が用いられる。具体例としては、金が好適に用いられる。従来までは、Ａｕが不活性なため、Ａｕと絶縁層５との密着性を十分に確保できなかったので、引出し電極層７としてＡｕを用いることはできなかったが、本発明によれば導電性が高く、かつ化学的に安定なＡｕを用いることができるため、損失が少なく信頼性の高いコンデンサとすることができる。

引出し電極層７の厚みは、外部回路との接続部８２から上部電極層４までの抵抗を考慮すると厚い方が好ましく、一方、応力によるコンデンサへのダメージを考慮すると薄い方が好ましく、両者を考慮して決定する。具体的には０．５μｍ〜５μｍである。

以上のようにして得られるコンデンサは、引出し電極層７と絶縁層８との密着性が大きく向上し、引出し電極層７の絶縁層８からの剥離が抑制され、特性不良の発生が低減される。

また、引出し電極層７と絶縁層８との密着性の向上により、引出し電極層７の材料として、低抵抗かつその他の工程による化学変化をほとんど受けない金を用いることができる。その結果、引出し電極層７の抵抗を低く抑えることができ、特性の安定した、高周波帯域であってもＱ値が高い、良好な特性を有するコンデンサとなる。

さらに、電界の集中しやすい下部電極層２の外縁部分に誘電体層３が存在しないので、誘電体層３において電界の集中する箇所がほとんどないので、リーク特性が良好で、所望する容量値を精度良く有するコンデンサとなる。また、コンデンサの容量値は、精度良く加工することが可能な上部電極層４の面積により決定されるので、所望する容量値を精度良く有するコンデンサとなる。

また、以上のようにして得られたコンデンサにおいて、外部回路との接続部８１，８２に半田端子等を形成することにより、容易に外部回路と接続させることができる。

なお、図１では、誘電体層３の下面は下部電極層２の上面より小さく、かつ下部電極層２の内側に位置しており、上部電極層４の下面は誘電体層３の上面より小さく、かつ誘電体層３の内側に位置している例について示したが、誘電体層３を下部電極層２の外延部を一部覆って支持基板１上まで延ばして形成し、上部電極層４を下部電極層２上に形成された誘電体層３の上から誘電体層３上を介して支持基板１上まで延ばして形成してもよい。このような構成とすることで、下部電極層２と上部電極層４との電気的な絶縁を保ちつつ、支持基板１上に下部電極層２と上部電極層４とを形成させることができるので外部回路と接続が容易となる。

次に、本発明のコンデンサの実施の形態の他の例を示す断面図を図２に示す。図２において、図１同様の箇所には同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明は省略する。

図２に示すコンデンサにおいては、誘電体層３上に、下部電極層２と対向する２つの上部電極層４ａ，４ｂが離間して形成されており、それぞれに対して、絶縁層５の開口部６と、引出し電極層７とが、独立に形成され、それぞれ外部回路との接続部８１，８２に接続されている。２つの上部電極層４ａ，４ｂは、その間の絶縁層５上で電気的に分断されている。また、図１に示すコンデンサにおいては、容量形成部から外に延びた下部電極層２の上面に外部回路との接続部８１を、下部電極層２と離間して形成された電極層に外部回路との接続部８２をそれぞれ設けたが、図２に示すコンデンサにおいては、支持基板１上に下部電極層２と離間して、下部電極層２を挟んで両側に配置された２つの電極層を設け、これらを外部回路との接続部８１，８２とした。

ここで、外部回路との接続部８１から引出し電極層７を介して上部電極層４ａに接続され、上部電極層４ａと下部電極層２とが誘電体層３を挟んで対向する第１の容量形成部と、下部電極層２と上部電極層４ｂとが誘電体層３を挟んで対向する第２の容量形成部とが下部電極層２を共通とすることにより直列に接続され、上部電極層４ｂから引出し電極層７を介し外部回路との接続部８２に接続されている。第１の容量形成部と第２の容量形成部とを直列に接続することにより、各容量形成部の容量値が等しい場合には、直列に接続したコンデンサの容量値は、各容量形成部の容量値に容量形成部の個数を乗じた値となるので、同容量のコンデンサを得るために、１つの容量形成部により１ヶ所で容量を形成する場合に比べ電極面積を大きくすることができる。このため、例えコンデンサに対する要求特性が低容量であっても製造が簡易となり、上部電極層４の加工精度が向上するとともに、再現性も向上する。また、各容量形成部を直列に接続しているので、高周波電圧が各容量形成部に分圧されるため、各々の容量形成部に印加される高周波電圧は小さくなる。このため、本発明のコンデンサの損失抵抗による単位面積当たりの発熱量を小さくでき、耐電性を向上させることができる。

図２に示す例のコンデンサは、図１に示した例のコンデンサの各層のエッチングに用いるパターンを変更することにより、まったく同様の方法で作製することができる。

図２に示すようなコンデンサとすることにより、外部回路とは引出し電極層７のみによって接続されることとなる。一方、引出し電極層７は、図１の場合と同様、低抵抗で、かつ化学的に安定な材料から成っているので、引出し電極層７の抵抗を低く抑えることができる。従って、より高周波帯域での応答が良好なコンデンサを得ることができる。

次に、図３は本発明のコンデンサの実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。図３においても、図１，図２と同様の箇所には同じ符号を付してあり、それらについての重複する説明は省略する。

図３に示すコンデンサは、図２に示した第１の容量形成部と第２の容量形成部が下部電極層２を共通とすること直列に接続された部分（以下、直列容量形成部という。）が３個，引出し電極層７を介して接続された構成となっており、下部電極層２および上部電極層４と、これらに挟持された誘電体層３とより成る６個の容量形成部が直列に接続されている。具体的には、３個の直列容量形成部の内、中央に配置された直列容量形成部の上部電極４ａと一方側に配置された直列容量形成部の上部電極層４ｂとの間および中央に配置された直列容量形成部の上部電極層４ｂと他方側に配置された直列容量形成部の上部電極層４ａとの間をそれぞれ引出し電極層７で接続している。外部回路との接続部８１，８２となる電極層は、これら３つの直列容量形成部を挟んだ両側にそれぞれ配置され、一方側に配置された直列容量形成部の上部電極層４ａおよび他方側に配置された直列容量形成部の上部電極層４ｂにそれぞれ引出し電極層７を介して接続されている。

図３に示す例のコンデンサも、図１もしくは図２に示したコンデンサの各層のエッチングに用いるパターンを変更することにより、まったく同様の方法で作製することができる。

図３に示す例のコンデンサでは、容量形成部が６つあり、それらが直列に接続されているので、同じ容量値を得るために、１箇所で容量を形成する場合と比較して上部電極層４の面積を大きくすることができる。例えば、誘電体層３が、比誘電率６００の高誘電率材料から成り、その膜厚を０．３μｍとするとき、容量形成部が１箇所の場合では、２ｐＦの容量値を得るための上部電極層４の面積は約１１３μｍ^２となるが、図３に示すように直列に接続された６つの容量形成部から成る場合には、約６７８μｍ^２と６倍の面積となり、微細なパターニングが不要となり、所望の容量を得ることができる。また、上部電極層４の面積を大きくできることから、絶縁層５に形成される開口部６の面積も大きくできるので、絶縁層５の加工がより容易となる。さらには、高周波電圧を印加した場合に、高周波電圧が各容量形成部に分圧されるので、耐電力性が向上する。

以上のような本発明の直列に接続されたコンデンサによれば、所望する容量値を精度良く得ることができるとともに、耐電力性が向上したコンデンサとなる。

なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、図３に例示したコンデンサでは、図２に示したコンデンサの直列容量形成部を複数個接続した例について示したが、図１に示すような、１つの下部電極層２で１箇所のみ容量形成部を形成する容量形成部を複数個配置し、引出し電極層７で上部電極層３と隣接する容量形成部の下部電極層７とを接続するようにして、各容量形成部を直列に接続してもよい。これにより、外部回路との接続部８１，８２の間において、容量形成部を直列に接続するための電極の長さのうち、より低抵抗な引出し電極層７の占める割合が増加し、結果的にコンデンサの電極抵抗が低下するため、高周波帯域における特性がより向上したコンデンサとなる。

また、下部電極層２と支持基板１との間に、密着層を形成してもよく、これにより、支持基板１と下部電極層２との間の密着性が向上し、より特性不良の発生が低減されたコンデンサとなる。

次に、本発明をより具体化した実施例について説明する。実施例として、図３に示すコンデンサを例に取り説明する。

サファイアのＲ基板からなる支持基板１上に、下部電極層２としてＰｔを、基板温度５００℃でスパッタリング法にて成膜した。次に、誘電体層３として（Ｂａ_０．２Ｓｒ_０．８）ＴｉＯ_３からなるターゲットを用い、基板温度は８００℃，成膜時間は１５分で、下部電極層２と同一バッチでスパッタリング法にて成膜した。このとき、誘電体層３の成膜開始前に、Ｐｔからなる下部電極層２の平坦化のためのアニールとして８００℃で１５分間保持した。次に、誘電体層３の上に上部電極層４としてＰｔを誘電体層３と同一バッチでスパッタリング法にて成膜した。

次に、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィの手法によりこのフォトレジストを所定の形状に加工した後、ＥＣＲ装置により上部電極層４をエッチングして所望の形状に加工した。その後、同様に誘電体層３，下部電極層２をエッチングして所望の形状に加工した。

次に、絶縁層５として、ＳｉＯ_２膜をＴＥＯＳガスを原料とするＣＶＤ装置により成膜し、その上にレジストを所定の形状に形成した後、ＲＩＥ装置によりエッチングを行なった。この際、絶縁層５を、レジストがほぼ消失した後もそのままエッチングを続け、絶縁層５の表面の凹凸が大きくなるようにするとともに、開口部６を有する所望の形状に加工した。

次に、引出し電極層７として、Ａｕをスパッタリング法にて成膜し、その上にレジストを所定の形状に形成した後、ＲＩＥ装置によりエッチングを行ない、所望の形状に加工した。

このようにして得られた本発明のコンデンサの断面をＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）装置で作製し、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて観察を行い、絶縁層５の上面部と、開口部６内の上部電極層４の上面部との凹凸の大きさを比較した。具体的には、コンデンサの断面において、絶縁層５の上面部と、開口部６内の上部電極層４の上面部とを、平均的な凹凸を有する部位について、５万倍の倍率でそれぞれ５箇所ずつ観察し、カットオフ値は２μｍとして凹凸の振幅の最大値を測定し、その平均を算出した。その結果、引出し電極層７の形成されている領域での絶縁層５の上面の凹凸は平均０．１μｍと見積もられた。一方、開口部６内の上部電極層４の上面の凹凸はＴＥＭ像からは推測不可能であるほど小さかった。

また、本発明のコンデンサの電気特性をインピーダンスアナライザ（アジレント社製、型番Ｅ４９９１Ａ）により測定した結果を図４に線図で示す。図４において、横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、単位：Ｈｚ）を、縦軸は左側がインピーダンス（Ｚ、単位：Ω）を、右側が位相（ｐｈａｓｅ、単位：ｄｅｇ）を表わしている。なお、図４中の１．０Ｅ＋０６とは、１０^６すなわち１Ｍを表わす。

図４により、測定周波数領域において正常なインピーダンス特性を有するコンデンサとなっていることが確認できた。

上記の測定結果より、容量値およびＱ値の周波数依存性を求めた結果を図５に示す。図５において、横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、単位：Ｈｚ）を、縦軸は左側が容量値（Ｃａｐ、単位：ｐＦ）を、右側がＱ値（Ｑ、単位：−）を表わしている。なお、図５中の１．０Ｅ＋０６とは、１０^６すなわち１Ｍを表わす。

図５より、容量値は高周波帯域において一定であり、またＱ値は１．８ＧＨｚにおいても約１３０と高い値となり高周波帯域においても良好な特性を示した。

また、参考例のコンデンサを形成した。具体的には、上述の本発明のコンデンサの実施例と同一材料・同一工程で、支持基板１上に下部電極層２，誘電体層３，上部電極層４，絶縁層５を形成し、絶縁層５に開口部６を形成する際に、上部電極層４の上面が露出する前に、レジストの除去と再形成を繰り返すことによってレジストが消失しないようにしてエッチングを進めた。このため、絶縁層５の上面の凹凸は実施例のコンデンサに比べて小さく、実施例の開口部６内の上部電極層４の上面と同程度となった。この後、実施例と同一材料・同一工程で、引出し電極７を形成して、参考例のコンデンサを作製した。

このようにして作製した参考例と実施例との外観検査を行なったところ、実施例においては外観不良となるものはなかったが、参考例においては、引出し電極層７が部分的に絶縁層５より剥離しているコンデンサがあった。その結果、参考例においては引出し電極層７の剥離がなく外観状態の良好なコンデンサの歩留りが低下し、またその歩留りはばらついていた。さらに、外観上問題のなかったコンデンサについて特性を測定した結果、参考例のコンデンサは実施例のコンデンサに比べてＱ値等の値のばらつきが大きかった。

さらに、実施例および参考例のコンデンサについて−３０℃〜８５℃の温度サイクル試験を行なったところ、実施例では１００サイクル行なっても故障が発生しなかったが、参考例にておいては、外観上問題の無いコンデンサにおいても１００サイクルまでに故障するコンデンサがあった。

以上のように、本発明のコンデンサによれば、絶縁層５の上面の内、引出し電極７が形成される領域の凹凸が、開口部６内の上部電極層４の上面の凹凸に比べ大きくしたことから、引出し電極層７と絶縁層５との密着性が良好となり、信頼性の高いものとなった。また、引出し電極層７と絶縁層５との密着性を良好なものとしたことから、引出し電極層７の材料を電気抵抗の観点から最適なものから選択することができることから、高周波帯域においてもインピーダンス特性が良好で、Ｑ値の高いものとなった。

本発明のコンデンサの実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のコンデンサの実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明のコンデンサの実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。 本発明のコンデンサにおけるインピーダンスならびに位相の周波数特性の例を示す線図である。 本発明のコンデンサにおける容量ならびにＱ値の周波数特性の例を示す線図である。 従来のコンデンサの例を示す断面図である。

符号の説明

１・・・支持基板
２・・・下部電極層
３・・・誘電体層
４、４ａ、４ｂ・・・上部電極層
５・・・絶縁層
６・・・開口部
７・・・引出し電極層
８１、８２・・・外部回路との接続部

Claims (3)

1. 支持基板上に形成された、下部電極層と、該下部電極層上の誘電体層と、該誘電体層上の上部電極層とを含む容量形成部と、
   これら各層を前記支持基板にかけて覆うとともに前記上部電極層の上面を露出させる開口部が形成されている絶縁層と、
   前記開口部内の前記上部電極層の上面から前記絶縁層上にかけて前記容量形成部の外側に形成された引出し電極層とを含むコンデンサであって、
   前記絶縁層は、前記引出し電極層が形成されている領域の上面の凹凸が、前記開口部内の前記上部電極層の上面の凹凸よりも大きいことを特徴とするコンデンサ。
2. 前記上部電極層は、前記誘電体層の上面内に形成されており、前記開口部の下側の開口端は前記上部電極層の上面内に形成されていることを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。
3. 前記容量形成部が、複数個直列に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサ。

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