JP2008078278A - Capacitor part, its manufacturing method, and capacitor built-in board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はキャパシタ部品及びその製造方法とキャパシタ内蔵基板に係り、さらに詳しくは、基板の上に下部電極、誘電体層及び上部電極が形成されて構成され、絶縁層に埋設させた状態で配線基板に容易に内蔵できるキャパシタ部品及びその製造方法とキャパシタ内蔵基板に関する。 The present invention relates to a capacitor component, a method of manufacturing the same, and a substrate with a built-in capacitor. More specifically, the present invention relates to a wiring board in which a lower electrode, a dielectric layer and an upper electrode are formed on a substrate and embedded in an insulating layer. The present invention relates to a capacitor component that can be easily built in, a manufacturing method thereof, and a capacitor built-in substrate.
従来、基板の上に薄膜からなる下部電極、誘電体層及び上部電極が順に形成されて構成されるキャパシタ部品がある。近年では、そのようなキャパシタ部品を絶縁層に埋設させた状態で配線基板に内蔵させる技術について報告されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a capacitor component formed by sequentially forming a lower electrode made of a thin film, a dielectric layer, and an upper electrode on a substrate. In recent years, a technique for incorporating such capacitor components in a wiring board in a state of being embedded in an insulating layer has been reported.
特許文献1には、キャパシタなどの電子部品の接続端子を被覆するパシベージョン膜を全面に形成しておき、電子部品を配線基板の絶縁層に埋設させて実装するときに、絶縁層及びパシベーション膜にビアホールを形成して接続端子を露出させる方法が記載されている。
In
また、特許文献2には、静電容量が異なる複数のキャパシタが基板の上に1チップ化されて構成されるキャパシタ装置を絶縁膜で埋設した状態で配線基板に内蔵させることが記載されている。
また、特許文献3には、貫通する開口部が設けられたキャパシタを配線基板の上に形成し、開口部を絶縁層で埋設し、開口部内の絶縁層を貫通するビアホールを形成した後に、ビア配線を形成する方法が記載されている。
ところで、従来のキャパシタ部品には、下部電極上に形成された誘電体層のパターン領域内に上部電極の全体が接触して配置されて構成されるものがある。キャパシタ部品では、誘電体層と上部電極との接触面積がキャパシタ部品の静電容量を決めるファクターの一つとなる。しかしながら、上部電極を形成する際にはエッチングシフトが発生するので、誘電体層と上部電極との接触面積が設計値よりも小さくなり、これに伴ってキャパシタ部品の静電容量が設計値よりも小さくなってしまう問題がある。 Incidentally, some conventional capacitor parts are configured such that the entire upper electrode is disposed in contact with the pattern region of the dielectric layer formed on the lower electrode. In the capacitor component, the contact area between the dielectric layer and the upper electrode is one of the factors that determine the capacitance of the capacitor component. However, since an etching shift occurs when the upper electrode is formed, the contact area between the dielectric layer and the upper electrode becomes smaller than the design value, and accordingly, the capacitance of the capacitor component is smaller than the design value. There is a problem that becomes smaller.
また、特許文献2に記載されているように、キャパシタ部品を配線基板に内蔵させる際には、キャパシタ部品を絶縁層で被覆した後に、絶縁層をレーザで加工することによりキャパシタ部品の上部電極及び下部電極に接続されるビアホールを形成する必要がある。しかしながら、比較的小さな静電容量のキャパシタ部品を設計すると、上部電極の面積がレーザのビーム径より小さくなる場合があり、配線基板にキャパシタ部品を内蔵させる際にレーザビアプロセスを使用することが困難になる。
Further, as described in
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、誘電体層と上部電極との接触面積の設計値からのずれが抑制されて所望の静電容量が得られると共に、静電容量を小さく設定する場合であってもレーザビアプロセスを使用して容易に配線基板に内蔵させることができるキャパシタ部品及びその製造方法とキャパシタ内蔵基板を提供することを目的とする。 The present invention was created in view of the above problems, and a deviation from the design value of the contact area between the dielectric layer and the upper electrode is suppressed to obtain a desired capacitance. It is an object of the present invention to provide a capacitor component that can be easily incorporated into a wiring board using a laser via process, a manufacturing method thereof, and a capacitor-embedded board even when set to be small.
上記課題を解決するため、本発明はキャパシタ部品に係り、基板と、前記基板の上に形成された下部電極と、前記下部電極に電気的に結合されて、パターン化されて形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に形成され、前記誘電体層のパターン領域内に第1開口部が設けられた保護絶縁層と、前記誘電体層に電気的に結合されて、前記第1開口部内から前記保護絶縁層の上面にかけて形成された上部電極とを有し、前記保護絶縁層の前記第1開口部によって前記誘電体層と前記上部電極との接触面積が画定されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention relates to a capacitor component, and relates to a substrate, a lower electrode formed on the substrate, and a dielectric formed by being electrically coupled to the lower electrode and patterned. A first insulating layer formed on the dielectric layer and having a first opening in a pattern region of the dielectric layer; and electrically coupled to the dielectric layer, An upper electrode formed from the inside of the opening to the upper surface of the protective insulating layer, and a contact area between the dielectric layer and the upper electrode is defined by the first opening of the protective insulating layer. Features.
本発明では、基板(シリコンや樹脂など)の上に下部電極が形成され、下部電極に電気的に結合された誘電体層がパターン化されて形成されている。誘電体層はバルブ金属層を陽極酸化して形成してもよいし、あるいは各種の誘電体層を下部電極上に形成した後にパターニングしてもよい。さらに、誘電体層のパターン領域内に第1開口部が設けられた保護絶縁層(ポリイミド樹脂など)が形成され、その第1開口部内から保護絶縁層の上面にかけて上部電極が形成されている。つまり、保護絶縁層の第1開口部によって誘電体層と上部電極との接触面積が画定されている。 In the present invention, a lower electrode is formed on a substrate (silicon, resin, etc.), and a dielectric layer electrically coupled to the lower electrode is formed by patterning. The dielectric layer may be formed by anodizing the valve metal layer, or may be patterned after various dielectric layers are formed on the lower electrode. Further, a protective insulating layer (polyimide resin or the like) having a first opening is formed in the pattern region of the dielectric layer, and an upper electrode is formed from the first opening to the upper surface of the protective insulating layer. That is, the contact area between the dielectric layer and the upper electrode is defined by the first opening of the protective insulating layer.
このため、例えばセミアディティブ法で上部電極が形成される際に、ウェットエッチングによって上部電極の外形が設計寸法から小さくなって形成されるとしても、上部電極のパターンエッジは保護絶縁層の上に配置されるので、誘電体層と上部電極との接触面積に何ら影響を及ぼすことはなく、所望の静電容量をもつキャパシタ素子が得られる。 For this reason, for example, when the upper electrode is formed by the semi-additive method, the pattern edge of the upper electrode is disposed on the protective insulating layer even if the outer electrode is formed to have a smaller outer shape than the design dimension by wet etching. Therefore, the contact area between the dielectric layer and the upper electrode is not affected at all, and a capacitor element having a desired capacitance can be obtained.
上記した発明において、保護絶縁層の第1開口部の面積はキャパシタ素子の静電容量に合わせて調整され、上部電極の全体の面積は、前記キャパシタ部品を配線基板に内蔵する際のレーザビアプロセスで使用されるレーザのビーム径に合わせて調整される。本発明のキャパシタ部品では、小さな静電容量のキャパシタ素子を得るために誘電体層と上部電極との接触面積を小さくする場合であっても、上部電極の全体面積は静電容量とは関係なく大きく設定することが可能となる。 In the above-described invention, the area of the first opening of the protective insulating layer is adjusted according to the capacitance of the capacitor element, and the entire area of the upper electrode is the laser via process when the capacitor component is built in the wiring board. It is adjusted according to the beam diameter of the laser used in the above. In the capacitor component of the present invention, even if the contact area between the dielectric layer and the upper electrode is reduced in order to obtain a capacitor element having a small capacitance, the entire area of the upper electrode is independent of the capacitance. It becomes possible to set large.
従って、上部電極の全体面積をレーザのビーム径に合わせて大きく確保できるので、レーザが上部電極からはみ出すことはなく、接続不良が発生するおそれがない。これにより、小さな静電容量のキャパシタ部品であっても、レーザビアプロセスを使用して配線基板に容易に内蔵させることができる。 Therefore, since the entire area of the upper electrode can be ensured according to the beam diameter of the laser, the laser does not protrude from the upper electrode, and there is no possibility that a connection failure will occur. Thereby, even a capacitor component having a small capacitance can be easily built in the wiring board using a laser via process.
上記した発明において、基板は、下部電極側に絶縁層が設けられたシリコン基板、又は樹脂層からなることを特徴とする。基板を樹脂層から形成する場合は、樹脂層がガラス基板で支持された状態で、樹脂層の上にキャパシタ素子が形成され、その後にガラス基板が樹脂層から剥離されて除去される。そのような製造方法を採用することにより、薄膜の樹脂層を基板として使用できるので、キャパシタ部品の薄型化が可能になる。 In the above-described invention, the substrate is formed of a silicon substrate provided with an insulating layer on the lower electrode side, or a resin layer. When the substrate is formed from a resin layer, the capacitor element is formed on the resin layer in a state where the resin layer is supported by the glass substrate, and then the glass substrate is peeled off from the resin layer and removed. By adopting such a manufacturing method, a thin resin layer can be used as a substrate, so that the capacitor component can be thinned.
以上説明したように、本発明のキャパシタ部品は、所望の静電容量が得られると共に、小さな静電容量のキャパシタ部品であってもレーザビアプロセスを使用して容易に配線基板に内蔵させることができる As described above, the capacitor component of the present invention can provide a desired capacitance, and even a capacitor component having a small capacitance can be easily built into a wiring board using a laser via process. it can
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態のキャパシタ部品を説明する前に、関連技術のキャパシタ部品の問題点について説明する。図1に示すように、関連技術のキャパシタ部品では、基板100の上にタンタル層からなる下部電極200が形成され、下部電極200の一部にはタンタル酸化層からなる誘電体層300が形成されている。タンタル酸化層はタンタル層が膜厚方向の途中まで陽極酸化されて形成される。
Before describing the capacitor component of the present embodiment, problems of the capacitor component of the related art will be described. As shown in FIG. 1, in the related-art capacitor component, a
また、誘電体層300の上にはシード層420及び金属パターン層440から構成される上部電極500が形成されている。上部電極500はその全体が誘電体層300に接触して形成されている。
An
さらに、下部電極200の上にはシード層420及び金属パターン層440から構成される下部電極引き出し部600が形成され、下部電極200の接続部が上部電極500の高さと同一になるように調整されている。
Further, a lower
本願発明者は、上記した関連技術のキャパシタ部品において、静電容量が1.1〜10pFになるように上部電極の寸法を設計した複数のキャパシタをそれぞれ作成し、各キャパシタの静電容量を測定した。各キャパシタの誘電体層300(タンタル酸化層)の膜厚を300nmに設定した。この場合の静電容量密度は70nF/cm2となる。 The inventor of the present application creates a plurality of capacitors whose upper electrode dimensions are designed so that the capacitance is 1.1 to 10 pF in the capacitor parts of the related technology described above, and measures the capacitance of each capacitor. did. The film thickness of the dielectric layer 300 (tantalum oxide layer) of each capacitor was set to 300 nm. In this case, the capacitance density is 70 nF / cm 2 .
例えば、キャパシタ部品の静電容量を10pFに設定するときは上部電極500の面積が120×120μm2(設計値)となる。また、キャパシタ部品の静電容量を1.1pFに下げて設定する場合は、上部電極500の面積は40×40μm2(設計値)となる。
For example, when the capacitance of the capacitor component is set to 10 pF, the area of the
その結果によれば、図2に示すように、各キャパシタ部品の設計容量値をx、測定容量値をyとすると、それらの関係を示す近似式はy=0.89xとなり、平均して−11%の誤差が生じることが分った。そして、図3に示すように、キャパシタ部品の設計容量値が小さくなるにつれて設計容量値からの誤差率が大きくなる傾向があり、最小の静電容量(1.1pF)の場合、設計容量値に対して−35%となり、最も大きな誤差率が発生した。 According to the result, as shown in FIG. 2, when the design capacitance value of each capacitor component is x and the measurement capacitance value is y, an approximate expression indicating the relationship is y = 0.89x, and on average − It was found that an error of 11% occurred. As shown in FIG. 3, the error rate from the design capacitance value tends to increase as the design capacitance value of the capacitor component decreases. In the case of the minimum capacitance (1.1 pF), the design capacitance value is reduced. On the other hand, it was -35%, and the largest error rate was generated.
測定容量値が設計容量値に対して小さくなった理由は、上部電極500を形成する際にその実際の出来上がりの面積が設計面積よりも小さくなったためである。上部電極500と誘電体層300との接触面積は、キャパシタ部品の静電容量を決めるファクターの一つとなる。
The reason why the measured capacitance value is smaller than the designed capacitance value is that when the
上記した図1のキャパシタ部品の上部電極500の形成方法(セミアディティブ法)を説明すると、まず、誘電体層300の上にシード層420が形成され、その上に所要の開口部が設けられたレジスト(不図示)が形成される。続いて、レジストの開口部に電解めっきによって金属パターン層440が形成される。さらに、レジストが除去された後に、金属パターン層440をマスクにしてシード層420がエッチングされて上部電極500が得られる。
The method for forming the
関連技術のキャパシタ部品では、誘電体層300の上に上部電極500の全体が接触する構造であり、セミアディティブ法において特にシード層420をエッチングする工程でかなりのエッチングシフトが生じるので、実際に得られる上部電極500の寸法が設計値より小さくなる。
The related-art capacitor component has a structure in which the entire
本願発明者の実験では、設計容量値が1.1pFの場合、上部電極500の設計寸法は40μm□であるが、実際には34〜37μm□と小さくなった。このように、関連技術のキャパシタ部品では、上部電極の寸法が設計値より小さくなってキャパシタの静電容量が設計値からずれてしまう問題がある。
In the experiment of the present inventor, when the design capacitance value is 1.1 pF, the design dimension of the
また、キャパシタ部品を配線基板に内蔵する際には、キャパシタ部品が絶縁層で被覆された後に、絶縁層がレーザで加工されて、キャパシタ部品の上部電極及び下部電極に接続されるビアホールが形成される。このとき、レーザのビーム径が50μm以上であるので、上部電極の寸法をそれ以上に設定する必要がある。 When the capacitor component is built in the wiring board, the capacitor component is covered with an insulating layer, and then the insulating layer is processed with a laser to form via holes connected to the upper electrode and the lower electrode of the capacitor component. The At this time, since the laser beam diameter is 50 μm or more, it is necessary to set the dimension of the upper electrode to be larger than that.
しかしながら、関連技術のキャパシタ部品では、静電容量が例えば1.1pFになるように設計する場合、上部電極の寸法は40μm□になり、レーザが上部電極500からはみ出すので、配線基板に内蔵させる際にレーザビアプロセスを使用することが困難になる。
However, in the related-art capacitor parts, when the capacitance is designed to be 1.1 pF, for example, the size of the upper electrode is 40 μm □, and the laser protrudes from the
以下に説明する本実施形態のキャパシタ部品は上述した問題を解消することができる。 The capacitor component of the present embodiment described below can solve the above-described problems.
(第1の実施の形態)
図4〜図6は本発明の第1実施形態のキャパシタ部品の製造方法を示す断面図、図7は同じくキャパシタ部品を示す断面図である。
(First embodiment)
4 to 6 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a capacitor component according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the capacitor component.
第1実施形態のキャパシタ部品の製造方法は、図4(a)に示すように、まず、厚みが725μm程度のシリコンウェハ10を用意し、シリコンウェハ10を熱酸化することにより、その両面側に膜厚が300nm程度のシリコン酸化層12(絶縁層)をそれぞれ形成する。なお、シリコンウェハ10には、複数のキャパシタ形成領域が画定されている。
As shown in FIG. 4A, the capacitor component manufacturing method according to the first embodiment is as follows. First, a
その後に、図4(b)に示すように、シリコンウェハ10上のシリコン酸化層12の上に膜厚が600nm程度のタンタル(Ta)層14aをスパッタ法によって形成する。さらに、図4(c)に示すように、タンタル層14aの所要部上に開口部19xが設けられたレジスト19を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 4B, a tantalum (Ta)
次いで、図4(d)に示すように、化成電圧が200V程度の陽極酸化法によってレジスト19の開口部19x内に露出するタンタル層14aの表層部を酸化して膜厚が300nm程度のタンタル酸化層16aを形成する。その後に、レジスト19が除去される。これにより、タンタル層14aがキャパシタ用の下部電極14となり、タンタル層14aの膜厚方向の途中まで形成されたタンタル酸化層16aがキャパシタ用の誘電体層16となる。誘電体層16は、シリコンウェハ10の各キャパシタ形成領域にパターン化されてそれぞれ形成される。
Next, as shown in FIG. 4 (d), the surface layer portion of the
タンタルはバルブ金属の一例であり、バルブ金属とは、それを陽極酸化して得られる金属酸化物が一方向にのみ電流を通し、逆方向には電流をほとんど通さない、いわゆる弁作用をもつものである。バルブ金属としては、タンタルの他に、ニオブ、アルミニウム又はチタンなどがあり、そのようなバルブ金属層の一部を陽極酸化することによって得られる酸化ニオブ層、酸化アルミニウム層、又は酸化チタン層などを誘電体層16として使用してもよい。
Tantalum is an example of valve metal, which has a so-called valve action, in which the metal oxide obtained by anodizing it passes current only in one direction and hardly passes current in the opposite direction. It is. In addition to tantalum, the valve metal includes niobium, aluminum, or titanium. A niobium oxide layer, an aluminum oxide layer, or a titanium oxide layer obtained by anodizing a part of such a valve metal layer is used. It may be used as the
あるいは、下部電極14の上に酸化シリコン層や強誘電体層(BTO(BaTiO3),BST((Ba,Sr)TiO3),PZT(Pb(Zr,Ti)O3))などをスパッタ法などによって形成し、それらをフォトリソグラフィに基づいてパターニングして誘電体層16としてもよい。
Alternatively, a silicon oxide layer or a ferroelectric layer (BTO (BaTiO 3 ), BST ((Ba, Sr) TiO 3 ), PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 )) or the like is sputtered on the
次いで、図5(a)に示すように、誘電体層16の上に第1開口部20xが設けられ、下部電極14の上に第2開口部20yが設けられた保護絶縁層20を形成する。保護絶縁層は誘電体層16の周縁側から外側にかけて形成され、その第1開口部20xは所要の面積の誘電体層16が露出するように誘電体層16のパターン領域内に配置される。
Next, as shown in FIG. 5A, the protective insulating
保護絶縁層20は、好適には、感光性のポリイミド樹脂がフォトリソグラフィによってパターニングされて形成される。ポリイミド樹脂の膜厚は10μm程度であり、比誘電率が3.7程度のものが使用される。あるいは、ポリイミド樹脂の他に、フェノール樹脂などの同等な絶縁特性を有するものであれば各種の絶縁材料を使用することができる。
The protective insulating
後に説明するように、上部電極が保護絶縁層20の第1開口部20xから保護絶縁層20の上面にかけて形成され、保護絶縁層20の開口部20xによって誘電体層16と上部電極18との接触面積が画定される。このように、本実施形態では、保護絶縁層20をパターニングする際のフォトリソグラフィの精度によって誘電体層16と上部電極18との接触面積の精度が決まるようにしている。
As will be described later, the upper electrode is formed from the
次いで、図5(b)に示すように、図5(a)の構造体の上面に、膜厚が50nmのクロム(Cr)層と膜厚が500nmの銅(Cu)層とをスパッタ法によって順次形成してシード層18aを得る。続いて、図5(c)に示すように、誘電体層16の上方に第1開口部29xが設けられ、下部電極14の上方に第2開口部29yがそれぞれ設けられたレジスト29をシード層18aの上に形成する。さらに、図5(d)に示すように、シード層18aをめっき給電経路として利用する電解めっきにより、レジスト29の第1、第2開口部29x,29y内に膜厚が10μm程度の銅層パターン18bを形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a chromium (Cr) layer having a thickness of 50 nm and a copper (Cu) layer having a thickness of 500 nm are formed on the upper surface of the structure in FIG. The
次いで、図6(a)に示すように、レジスト29を除去してシード層18aを露出させる。その後に、図6(b)に示すように、銅層パターン18bをマスクにしてシード層18aをウェットエッチングする。これにより、シード層18aと銅層パターン18bとによって構成されて、誘電体層16に電気的に結合される上部電極18が得られる。上部電極18は保護絶縁層20の第1開口部20xを埋め込んで形成されると共に、保護絶縁層20の上面に延在して形成される。
Next, as shown in FIG. 6A, the resist 29 is removed to expose the
このとき同時に、シード層18aと銅層パターン18bとによって構成されて下部電極14に接続される下部電極引き出し部15が得られる。下部電極引き出し部15の上面が下部電極14の接続部となり、上部電極18及び下部電極引き出し部15の上面が略同一の高さになって形成される。
At the same time, the lower
このようにして、下部電極14、誘電体層16及び上部電極18から構成されるキャパシタ素子Cがシリコンウェハ10の各キャパシタ形成領域にそれぞれ形成される。
In this way, the capacitor element C composed of the
本実施形態では、誘電体層16のパターン領域内に第1開口部20xが設けられた保護絶縁層20が形成され、その第1開口部20x内から保護絶縁層20の上面にかけて上部電極18が形成される。
In the present embodiment, the protective insulating
このため、銅層パターン18bをマスクとしてシード層18aをウェットエッチングして上部電極18を得る際に、上部電極18の外形が設計寸法より小さくなるとしても、上部電極18のパターンエッジは保護絶縁層20の上に配置されるので、誘電体層16と上部電極18との接触面積には何ら影響しない。誘電体層16と上部電極18との接触面積は保護絶縁層20の第1開口部20xによって決定されるからである。従って、関連技術と違って、誘電体層16と上部電極18との接触面積が設計値から大きくずれることはなく、所望の静電容量をもつキャパシタ素子Cを得ることができる。
For this reason, when the
なお、上部電極18は、金属層をスパッタ法などで形成した後に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより金属層をパターニングして形成してもよい。
The
続いて、図6(c)に示すように、シリコンウェハ10が50μm程度の厚みになるまでその下面側から研磨されて薄型化される。さらに、シリコンウェハ10の各キャパシタ形成領域が得られるようにシリコンウェハ10を切断して分離することにより個片化する。これにより、図7に示すように、第1実施形態のキャパシタ部品1が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, the
図7に示すように、第1実施形態のキャパシタ部品1では、シリコン基板10aの上面側にシリコン酸化層12を介してタンタル層からなる下部電極14が形成されている。下部電極14の一部にはその膜厚方向の途中まで形成されたタンタル酸化層からなる誘電体層16がパターン化されて形成されている。タンタル酸化層はタンタル層が陽極酸化されて得られる。下部電極14は誘電体層16の下側から横方向に延びる延在部14xを備えている。
As shown in FIG. 7, in the
また、誘電体層16及び下部電極14の延在部14xの上に第1、第2開口部20x,20yがそれぞれ設けられた保護絶縁層20が誘電体層16の周縁部から外側にかけて形成されている。保護絶縁層20は、好適にはポリイミドなどの樹脂から形成される。さらに、保護絶縁層20の第1開口部20x内から保護絶縁層20の上面にかけて誘電体層16に電気的に結合する上部電極18が形成されており、上部電極18のパターンエッジは保護絶縁層20の上に配置されている。上部電極18はシード層18aと銅層パターン18bにより構成されている。
A protective insulating
また、保護絶縁層20の第2開口部20yから保護絶縁層20の上面かけて下部電極14に接続された下部電極引き出し部15が形成されており、その上面が下部電極14の接続部となっている。下部電極引き出し部15は上部電極18と同一材料から構成される。下部電極14の上に下部電極引き出し部15を設けることにより、下部電極14の接続部が上部電極18と略同一の高さになるように設定されている。
A lower
以上のように、本実施形態のキャパシタ部品1では、誘電体層16と上部電極18との接触面積が保護絶縁層20の第1開口部20xによって画定されるようにし、上部電極18のパターンエッジを保護絶縁層20の上面にもち上げて配置している。このため、前述した製造方法で説明したように、セミアディティブ法で上部電極18を形成する際に、エッチングシフトによって上部電極18の外形が設計値より小さくなるとしても、誘電体層16と上部電極18との接触面積には何ら影響を与えない。
As described above, in the
しかも、上部電極18を保護絶縁層20の上面にもち上げて配置するので、静電容量の小さなキャパシタを得るために誘電体層16と上部電極18との接触面積を小さくする場合であっても、静電容量に関係なく上部電極18の全体面積を大きく設定することが可能となる。これにより、後述するように、上部電極18の全体面積をレーザビアプロセスに合わせて調整できるので、静電容量が小さなキャパシタ部品であってもレーザビアプロセスを使用して配線基板に容易に内蔵させることができる。
In addition, since the
本願発明者は、本実施形態のキャパシタ部品において、静電容量が1.1〜10pFになるように上部電極の寸法を設計した複数のキャパシタをそれぞれ作成し、各キャパシタの静電容量を測定し、前述した関連技術のキャパシタ部品と比較した。なお、各キャパシタの誘電体層16(タンタル酸化層)の膜厚は関連技術と同様に300nmに設定した。 The inventor of the present application creates a plurality of capacitors whose upper electrode dimensions are designed so that the capacitance is 1.1 to 10 pF in the capacitor component of this embodiment, and measures the capacitance of each capacitor. Compared with the capacitor parts of the related technology mentioned above. The film thickness of the dielectric layer 16 (tantalum oxide layer) of each capacitor was set to 300 nm as in the related art.
図8は本実施形態のキャパシタ部品における設計容量値と測定容量値の関係を示しており、比較のため前述した図2の関連技術のキャパシタ部品のデータを再掲している。図8に示すように、各キャパシタ部品の設計容量値をx、測定容量値をyとすると、それらの関係を示す近似式はy=0.96xとなり、本実施形態のキャパシタ部品の測定容量値の設計容量値からの誤差は平均して−4%であり、前述した関連技術のキャパシタ部品の誤差(−11%)の半分以下となった。 FIG. 8 shows the relationship between the design capacitance value and the measured capacitance value of the capacitor component of the present embodiment, and the data of the capacitor component of the related technology of FIG. 2 described above is shown again for comparison. As shown in FIG. 8, when the design capacitance value of each capacitor component is x and the measured capacitance value is y, an approximate expression indicating the relationship is y = 0.96x, and the measured capacitance value of the capacitor component of this embodiment is as follows. The average error from the design capacitance value was -4%, which is less than half of the error (-11%) of the capacitor part of the related art described above.
図9は各設計容量値からの測定容量平均値の誤差率((設計容量値−測定容量平均値)/設計容量値)×100(%))を示す図であり、比較のため図3の関連技術のキャパシタ部品のデータを再掲している。図9に示すように、本実施形態のキャパシタ部品の誤差率は、各設計容量値において関連技術よりも低くなっている。最も小さな設計容量(1.1pF)での誤差は10%であり、関連技術のキャパシタ部品の誤差(30%)の1/3に低減された。 FIG. 9 is a diagram showing an error rate ((designed capacity value−measured capacity average value) / designed capacity value) × 100 (%) of the measured capacity average value from each designed capacity value. The data of capacitor parts of related technology is reprinted. As shown in FIG. 9, the error rate of the capacitor component of this embodiment is lower than that of the related art at each design capacitance value. The error at the smallest design capacitance (1.1 pF) was 10%, reduced to 1/3 of the error (30%) of the related art capacitor component.
また、誘電体層16と上部電極18との接触面積を画定する保護絶縁層20の第1開口部20xの寸法(径)は、設計値に対して−1〜−2μmで安定して形成することができた。関連技術のキャパシタ部品の上部電極の寸法(径)は、設計値に対して−3〜−6μmであることを考慮すると、本実施形態のキャパシタ部品は、誘電体層16と上部電極18との接触面積を設計値により近づけることができることが分る。
Further, the dimension (diameter) of the
なお、図10に示すように、本実施形態のキャパシタ部品では、誘電体層16と上部電極18との接触面積を画定するために保護絶縁層20を形成するので、上部電極18と下部電極14との間に保護絶縁層20が配置され、これによって寄生容量PCが発生する。保護絶縁層20の第1開口部20xの面積が40μ×40μm2(設計容量値:1.1pF)で、かつ上部電極18の全体面積が300×200μm2とする場合、寄生容量は0.15pFとなる。
As shown in FIG. 10, in the capacitor component of this embodiment, the protective insulating
従って、比誘電率が低い保護絶縁層20を使用すると共に、その厚みを厚くし、かつ上部電極18の全体面積を小さく(例えば150×150μm2)して保護絶縁層20上のかぶり部を少なくすることによって寄生容量PCを低減させることが好ましい。これにより、キャパシタ部品の容量精度をさらに向上させることができる。例えば、誘電体層16としてタンタル酸化層を使用する場合は、保護絶縁層20の比誘電率が4以下で、その膜厚が10〜50μmに設定される。
Therefore, the protective insulating
次に、本実施形態のキャパシタ部品を配線基板に内蔵させる方法について説明する。 Next, a method for incorporating the capacitor component of this embodiment in a wiring board will be described.
まず、図11(a)に示すようなコア基板30を用意する。コア基板30では、ガラスエポキシ樹脂などからなる絶縁基板32にスルーホール32xが設けられており、スルーホール32xに中にスルーホールめっき層34が設けられている。絶縁基板32の両面側にはスルーホールめっき層34を介して相互接続された第1配線層36aがそれぞれ形成されている。本実施形態では、キャパシタ部品が実装される被実装体の一例として第1配線層36aを備えたコア基板30が使用される。
First, a
次いで、図11(b)に示すように、コア基板30の上面側に接着層38を形成する。接着層38としては、半硬化状態(Bステージ)の樹脂が使用される。続いて、図11(c)に示すように、前述した本実施形態のキャパシタ部品1を用意し、そのシリコン基板10a側を下にしてキャパシタ部品1を接着層38の上に配置する。さらに、接着層38を熱処理して硬化させることによりキャパシタ部品1を接着層38に固着する。
Next, as illustrated in FIG. 11B, an
続いて、図12(a)に示すように、コア基板30の上面側に、樹脂フィルムを貼着するなどしてキャパシタ部品1を被覆する第1層間絶縁層40aを形成する。さらに、コア基板30の下面側にも第1配線層36aを被覆する第1層間絶縁層40aが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 12A, a first
次いで、図12(b)に示すように、コア基板30の上面側の第1層間絶縁層40aをレーザで加工することにより、キャパシタ部品1の上部電極18及び下部電極引き出し部15に到達する深さの第1ビアホールVH1を形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, the first
また、コア基板30の上面側の第1層間絶縁層40a及び接着層38がレーザで加工されて、第1配線層36aに到達する深さの第1ビアホールVH1が形成される。さらに、コア基板30の下面側においても、第1配線層36a上の第1層間絶縁層40aの部分に第1ビアホールVH1が形成される。
In addition, the first
ここで、前述した関連技術のキャパシタ部品を採用する場合は、キャパシタの静電容量を1.1pFと比較的小さく設定する場合、タンタル酸化層の膜厚を300nmとするとき、上部電極の面積は40μ×40μm2に設定される。しかしながら、第1ビアホールVH1を形成する際に使用されるレーザのビーム径は50〜100μmであるので、関連技術のキャパシタ部品ではレーザが上部電極からはみ出してしまい、接続不良が発生してしまう。 Here, when the capacitor part of the related art described above is employed, when the capacitance of the capacitor is set to be relatively small as 1.1 pF, when the film thickness of the tantalum oxide layer is 300 nm, the area of the upper electrode is 40 μ × 40 μm 2 is set. However, since the laser beam diameter used when forming the first via hole VH1 is 50 to 100 μm, in the related-art capacitor component, the laser protrudes from the upper electrode, resulting in poor connection.
これに対して、本実施形態のキャパシタ部品1では、上部電極18が保護絶縁層20の第1開口部20x内から保護絶縁層20の上面にもち上げて配置される。このため、小さな静電容量のキャパシタ素子を得るために誘電体層16と上部電極18との接触面積を小さくする場合であっても、上部電極18の全体面積は静電容量とは関係なく大きく設定することが可能となる。
On the other hand, in the
従って、静電容量が小さく設定されたキャパシタ部品であっても、上部電極の全体面積をレーザのビーム径に合わせて大きく確保できるので(例えば300×200μm2)、レーザが上部電極からはみ出すことはなく、接続不良が発生するおそれがない。 Therefore, even if the capacitor part has a small electrostatic capacity, the entire area of the upper electrode can be secured large in accordance with the laser beam diameter (for example, 300 × 200 μm 2 ), so that the laser does not protrude from the upper electrode. There is no risk of connection failure.
次いで、図12(c)に示すように、セミアディティブ法などにより、第1ビアホールVH1を介してキャパシタ部品1の上部電極18及び下部電極引き出し部15と第1配線層36aにそれぞれ接続される第2配線層36bを第1層間絶縁層40aの上に形成する。また、コア基板30の下面側においても、第1ビアホールVH1を介して第1配線層36aに接続される第2配線層36bが形成される。
Next, as shown in FIG. 12C, the first and second
次いで、図13に示すように、コア基板30の両面側に、第2配線層36bの上に第2ビアホールVH2が設けられた第2層間絶縁層40bがそれぞれ形成される。その後に、コア基板30の両面側に、第2ビアホールVH2を介して第2配線層36bに接続される第3配線層36cが第2層間絶縁層40bの上にそれぞれ形成される。さらに、コア基板30の両面側に、第3配線層36cの上に開口部42xが設けられたソルダレジスト42がそれぞれ形成され、開口部42x内の第3配線層36cの部分にNi/Auめっきが施されて接続部37が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 13, the second
これにより、本実施形態のキャパシタ部品1が配線基板に内蔵されて構成されるキャパシタ内蔵基板5が得られる。以上のように、本実施形態のキャパシタ内蔵基板5では、静電容量が小さなキャパシタ部品であっても、静電容量に関係なく上部電極18の全体面積を大きく設定できるので、レーザビアプロセスによって容易にキャパシタ部品を配線基板に内蔵させることができる。
Thereby, the capacitor built-in
(第2の実施の形態)
図14及び図15は本発明の第2実施形態のキャパシタ部品の製造方法を示す断面図、図16は同じくキャパシタ部品を示す断面図である。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、シリコン基板の代わりに樹脂層を基板として使用することにある。第2実施形態では、第1実施形態と同一要素については同一符号を付してその詳しい製造方法などの説明は省略する。
(Second Embodiment)
14 and 15 are sectional views showing a method for manufacturing a capacitor component according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a sectional view showing the capacitor component. The second embodiment is different from the first embodiment in that a resin layer is used as a substrate instead of a silicon substrate. In the second embodiment, the same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description of the manufacturing method and the like will be omitted.
第2実施形態のキャパシタ部品の製造方法は、図14(a)に示すように、まず、ガラス基板50を用意し、ガラス基板50の上に膜厚が50〜100nmのクロム(Cr)又はニッケル(Ni)をスパッタ法によって形成して剥離用金属層52を得る。
As shown in FIG. 14A, the capacitor component manufacturing method according to the second embodiment first prepares a
次いで、図14(b)に示すように、剥離用金属層52の上に膜厚が5〜50μmの樹脂層54を形成する。樹脂層54は、例えば、液状のポリイミド樹脂を塗布した後に熱処理して硬化させることによって得られる。ガラス基板50は樹脂層54の支持体として機能するものであり、ガラス基板50の他に支持体として機能する各種の基板を使用することができる。
Next, as shown in FIG. 14B, a
続いて、図14(c)に示すように、第1実施形態と同様な方法により、樹脂層54の上にタンタル層からなる下部電極14と、タンタル層の一部を陽極酸化して得られるタンタル酸化層からなる誘電体層16を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 14C, the
次いで、図14(d)に示すように、第1実施形態の図5(a)から図6(b)までの工程を遂行することにより、樹脂層52の上に第1実施形態と同一構造のキャパシタ素子Cを形成する。
Next, as shown in FIG. 14D, the same structure as that of the first embodiment is formed on the
続いて、図15(a)に示すように、図14(d)の構造体の上面に保護フィルム56を貼着する。さらに、硝酸系のエッチャントを使用するウェットエッチングにより、ウェハ状のガラス基板50上に形成された剥離用金属層52をガラス基板50の側面から内側にかけて部分的にエッチングして除去する。これにより、ガラス基板50は剥離用金属層52から容易に剥離できる状態となる。
Subsequently, as shown in FIG. 15A, a
続いて、剥離用金属層52からガラス基板50を剥離して除去した後に、樹脂層54の下面中央部に残る剥離用金属層52をウェットエッチングによって除去する。これにより、図15(b)に示すように、樹脂層54の下面が露出した状態となる。その後に、図15(c)に示すように、保護フィルム56が除去される。
Subsequently, after the
さらに、図15(c)の構造体を各キャパシタ形成領域が得られるように切断して分離することによって個片化する。これにより、図16に示すように、第2実施形態のキャパシタ部品2が得られる。
Further, the structure shown in FIG. 15C is cut into pieces so as to obtain each capacitor formation region, and is separated into pieces. Thereby, as shown in FIG. 16, the
図16に示すように、第2実施形態のキャパシタ部品2では、基板として機能する樹脂層54の上にタンタル層からなる下部電極14が形成され、下部電極14の表層部にタンタル層が陽極酸化して得られるタンタル酸化層からなる誘電体層16が設けられている。そして、第1実施形態と同様に、誘電体層16のパターン領域内に第1開口部20xが設けられ、下部電極14の上に第2開口部20yが設けられた保護絶縁層20が誘電体層16の周縁部から外側にかけて形成されている。
As shown in FIG. 16, in the
さらに、第1実施形態と同様に、シード層18a及び銅層パターン18bから構成されて誘電体層16に電気的に結合された上部電極18が保護絶縁層20の第1開口部20xから保護絶縁層20の上面にかけて形成されている。また、上部電極18と同一材料からなる下部電極引き出し部15が保護絶縁層20の第2開口部20yから保護絶縁層20の上面にかけて形成されている。
Further, as in the first embodiment, the
第2実施形態のキャパシタ部品2は、第1実施形態キャパシタ部品1のシリコン基板10aを樹脂層54に代えたものであり、第1実施形態と同様な効果を奏する。これに加えて、第2実施形態では、薄膜の樹脂層54がガラス基板50で支持された状態で、樹脂層54の上にキャパシタ素子Cが形成された後にガラス基板50が除去されるので、薄膜の樹脂層54を基板として使用する薄型のキャパシタ部品が容易に製造される。
The
そして、第2実施形態のキャパシタ部品2においても第1実施形態と同様な方法によって配線基板に内蔵される。第2実施形態では、キャパシタ部品のさらなる薄型化が可能になるので、キャシタ部品を配線基板に内蔵させる際に容易になると共に、キャパシタ内蔵基板の薄型化も可能になる。
The
1,2…キャパシタ部品、5…キャパシタ内蔵基板、10…シリコンウェハ、12…シリコン酸化層、14a…タンタル層、14…下部電極、15…下部電極引き出し部、16…誘電体層、16a…タンタル酸化層、18…上部電極、18a…シード層、18b…銅層パターン、19,29…レジスト膜、19x,29x,42x…開口部、20…保護絶縁層、20x…第1開口部、20y…第2開口部、30…コア基板、32…絶縁基板、32x…スルーホール、34…スーホールめっき層、36a…第1配線層、36b…第2配線層、36c…第3配線層、38…接着層、37…接続部、40a…第1層間絶縁層、40b…第2層間絶縁層、42…ソルダレジスト、VH1,VH2…ビアホール、C…キャパシタ素子、PC…寄生容量。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基板の上に形成された下部電極と、
前記下部電極に電気的に結合されて、パターン化されて形成された誘電体層と、
前記誘電体層の上に形成され、前記誘電体層のパターン領域内に第1開口部が設けられた保護絶縁層と、
前記誘電体層に電気的に結合されて、前記第1開口部内から前記保護絶縁層の上面にかけて形成された上部電極とを有し、
前記保護絶縁層の前記第1開口部によって前記誘電体層と前記上部電極との接触面積が画定されていることを特徴とするキャパシタ部品。 A substrate,
A lower electrode formed on the substrate;
A dielectric layer that is electrically coupled and patterned to the lower electrode;
A protective insulating layer formed on the dielectric layer and having a first opening in a pattern region of the dielectric layer;
An upper electrode electrically coupled to the dielectric layer and formed from the first opening to the upper surface of the protective insulating layer;
The capacitor part, wherein a contact area between the dielectric layer and the upper electrode is defined by the first opening of the protective insulating layer.
前記被実装体に実装された請求項1乃至6のいずれかのキャパシタ部品と、
前記キャパシタ部品を被覆する層間絶縁層と、
前記層間絶縁層に形成され、前記キャパシタ部品の前記上部電極及び下部電極に接続されるビアホールと、
前記層間絶縁層の上に形成され、前記ビアホールを介して前記前記上部電極及び下部電極に電気的に接続された配線層とを有することを特徴とするキャパシタ内蔵基板。 A mounted body,
The capacitor component according to any one of claims 1 to 6 mounted on the mounted body;
An interlayer insulating layer covering the capacitor component;
A via hole formed in the interlayer insulating layer and connected to the upper electrode and the lower electrode of the capacitor component;
A capacitor-embedded substrate, comprising: a wiring layer formed on the interlayer insulating layer and electrically connected to the upper electrode and the lower electrode through the via hole.
前記下部電極に電気的に結合される誘電体層をパターン化して形成する工程と、
前記誘電体層のパターン領域内に開口部が設けられた保護絶縁層を形成する工程と、
前記保護絶縁層の前記開口部内から前記保護絶縁層の上面に、前記誘電体層に電気的に結合される上部電極を形成する工程とを有することを特徴とするキャパシタ部品の製造方法。 Forming a lower electrode on the substrate;
Patterning and forming a dielectric layer electrically coupled to the lower electrode;
Forming a protective insulating layer having an opening in a pattern region of the dielectric layer;
Forming an upper electrode electrically coupled to the dielectric layer on the upper surface of the protective insulating layer from within the opening of the protective insulating layer.
誘電体層を形成する工程において、前記バルブ金属層の表層部を陽極酸化することにより前記誘電体層を得ることを特徴とする請求項9に記載のキャパシタ部品の製造方法。 In the step of forming the lower electrode, the lower electrode is formed from a valve metal layer,
10. The method of manufacturing a capacitor component according to claim 9, wherein in the step of forming the dielectric layer, the dielectric layer is obtained by anodizing a surface layer portion of the valve metal layer.
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