JP2013229582A

JP2013229582A - 薄膜コンデンサ

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Publication number: JP2013229582A
Application number: JP2013053555A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yano; 義彦矢野; Tatsuo Namikawa; 達男浪川; Yasunobu Oikawa; 泰伸及川
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: US20130258545A1; JP6102376B2; US9076600B2

Abstract

【課題】内部電極層と接続電極との電気的接続の安定性を向上させることが可能な薄膜コンデンサを提供する。
【解決手段】薄膜コンデンサ１０は、下地電極１１上に積層された二つ以上の誘電体層１２と、誘電体層１２の間に積層され、前記誘電体層１２から露出した内部電極層１３と、前記露出した内部電極層１３を介して内部電極層１３と電気的に接続する接続電極１４と、を備え、内部電極層１３の結晶粒の平均粒径Ｄと、接続電極１４の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜コンデンサに関するものである。

例えば特許文献１、非特許文献１に記載される薄膜コンデンサのように、誘電体層と内部電極層とが交互に積層され多層をなす積層体を形成し、この積層体の一部を露出させて複数の内部電極層を束ねて電極とする構成が知られている。

特開平１１−２６２９０号公報

ＣＡＲＴＳＥｕｒｏｐｅ２００６Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｐｐ２７３−２８０

しかしながら、薄膜コンデンサの大容量化を実現すべく、積層構造を採用した特許文献１、非特許文献１に記載される薄膜コンデンサの構成には次のような問題が考えられる。薄膜コンデンサの場合、ダイシングなどでスリットを入れる、またはイオンミリングによりスリット、Ｖｉａ、スルーホールなどをフォトリソグラフィーで形成するなどの手法によりパターニングして、誘電体層の側面に内部電極層を露出させ、この露出部分を介して内部電極層と接続電極（外部電極）とが接続される。しかし、この方法では、工程が複雑になるばかりか、膜厚の非常に薄い内部電極の端面部分のみが露出することになり、この端面部分のみで接続電極と接続することになるため、内部電極層と接続電極との接続状態（電気的接続）が不安定になりやすい。そのため、接続されない内部電極層により素子の容量がばらついたり、電極の抵抗すなわちＥＳＲ（ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＳｅｒｉｅｓＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ：等価直列抵抗）が増加したりしてしまう問題がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、内部電極層と接続電極との電気的接続の安定性を向上させることが可能な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に、本発明に係る薄膜コンデンサは、下地電極上に積層された二つ以上の誘電体層と、前記誘電体層の間に積層され、前記誘電体層から露出した内部電極層と、前記露出した内部電極層を介して前記内部電極層と電気的に接続する接続電極とを備え、前記内部電極層の結晶粒の平均粒径Ｄと、前記接続電極の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄであることを特徴とする。

このような薄膜コンデンサによれば、内部電極層の結晶粒が接続電極と好適に接続できる適度な範囲に収まり、内部電極層と接続電極との接続状態を安定させることができる。内部電極層と接続電極双方の結晶粒が共に大きい状態であると接続状態は不安定になってしまう。この結果をもとに、内部電極層と接続電極との電気的接続の安定性を向上させることが可能となった。そして、接続状態の安定性が向上すると、製品の歩留まりが良くなる、素子容量のばらつきが向上する、ＥＳＲの増加を抑えることができる、信頼性が向上する、などの効果が得られる。

本発明の薄膜コンデンサは、露出した内部電極層が積層方向から見て前記誘電体層から突出する突出部を有する内部電極層であって、前記接続電極が、前記突出部に含まれる前記内部電極層の表面の少なくとも一部および端面を介して前記内部電極層と電気的に接続する接続電極であることが好ましい。突出部は、さらに両者の接触面積を大きくすることができ、接続状態をより安定させることができる。

本発明の薄膜コンデンサは、接続電極が少なくともＮｉ領域またはＮｉ合金領域を有し、この領域における接続電極の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄであることが好ましい。

さらに本発明の薄膜コンデンサは、下地電極がＮｉ箔であることが好ましい。下地電極にＮｉ箔を用いると、内部電極層と誘電体層を積層してから熱処理を行い、粒径を制御する場合に積層体にクラックや剥離が起こりにくく、内部電極層と接続電極の結晶粒を最適値にすることができるため、いっそう接続性を上げることができる。

本発明に係る薄膜コンデンサによれば、内部電極層と接続電極との電気的接続の安定性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る薄膜コンデンサの構造を示す概略断面図である。本発明の一実施形態に係る薄膜コンデンサの製造方法を示す概略断面図である。本発明の他の一実施形態（第２の実施形態）に係る薄膜コンデンサの構造を示す概略断面図である。

以下、好適な実施形態について説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る薄膜コンデンサ１０の構造を示す概略断面図である。この図では２素子分を示している。実際は多数の素子の集合体として作製して、ダイシングなど個片化して素子となる。図１（ａ）に示すように、薄膜コンデンサ１０は、下地電極１１と、この下地電極１１の上に積層された二つ以上の誘電体層１２と、誘電体層の間に積層された内部電極層１３と、内部電極層１３と電気的に接続する接続電極１４と、表面保護膜としてのパッシベーション膜１５と、端子電極１６と、を備えて構成されている。

誘電体層１２と内部電極層１３とは交互に積層されて積層体を形成している。なお、図１では、誘電体層１２を６層、内部電極層１３を５層として、誘電体層１２と内部電極層１３との積層の状態を単純化して示しているが、本実施形態の薄膜コンデンサ１０では、誘電体層１２と内部電極層１３とが数百層にも及ぶ積層体を形成することできる。

本実施形態は、露出した内部電極層１３が誘電体層１２から突出する場合の一例を示している。なお、本発明における「露出」とは少なくとも誘電体層１２に覆われていない状態を指し、「突出」とは少なくとも誘電体層１２表面から突き出している状態を指す。図１（ｂ）に示すように、内部電極層１３は、積層方向から見て誘電体層１２から接続電極１４に向かって突出する突出部１３ａを有している。接続電極１４は、この内部電極層１３の突出部１３ａに含まれる内部電極層の表面及び端面を介して内部電極層１３と電気的に接続されている。そして、特に本実施形態では、内部電極層１３は次の条件を満たすように構成されている。すなわち、内部電極層１３の結晶粒の大きさ、すなわち平均粒径Ｄと接続電極１４の結晶粒の大きさ、すなわち平均粒径ｄが次の条件式（１）を満たす。
Ｄ＞ｄ（１）

内部電極層１３は、内部電極層１３と誘電体層１２を積層してから焼成するため、高温処理を受け、結晶粒は大きく成長している。このとき、上記のｄがＤと等しいと良好な接続が難しくなる。これは以下の理由によるものと考えられる。結晶粒が大きくなると結晶表面の表面自由エネルギーと結晶粒同士の結晶粒界の自由エネルギーの差により内部電極１３および接続電極１４それぞれに凸凹ができる。この内部電極層１３と接続電極１４双方の凹凸発生により、電気的な接続を安定させるのに十分な接続面積を確保できず、接続状態が不安定になるものと考えられる。一方、結晶粒径ｄがＤより少しでも小さくなると、凹凸も減少傾向にあり、十分な接続面積を確保でき、接続性の確実性が増す。

なお、この原理からすると、結晶粒の大きな電極と結晶粒の小さな電極の組み合わせであれば、両者の界面で回りこみが期待できるが、薄膜コンデンサの場合は、Ｄ＜ｄではなくＤ＞ｄである必要がある。一般に、コンデンサの特性にはＥＳＲが低いことが要求される。特に、多層に積層された薄膜コンデンサの場合、薄い内部電極の抵抗値を下げることが、最もＥＳＲを低下させることに効果がある。そのためには、内部電極の結晶粒を大きくする必要がある。結晶粒が小さいとそこを流れる電流は多くに結晶粒界を横切らねばならず、抵抗値が上昇する。多層に積層された薄膜コンデンサ用の内部電極としては、膜厚が１００ｎｍ〜１０００ｎｍと薄いため、結晶粒の大きな電極は抵抗値を顕著に低下させることが可能で、内部電極として好ましい。

さらに、もうひとつのコンデンサ特性としてＩＲ（ＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ：絶縁抵抗）がある。理想的なコンデンサでは電極間の抵抗値は無限大であるが、内部電極間の誘電体層は完全な絶縁体ではないため、直流電圧を印加すると微小な電流が流れる。薄膜の積層コンデンサのような、薄い内部電極の場合、結晶粒が大きいほど、ＩＲが大きくなるので好ましい。特にＮｉ材料を用いた内部電極の場合にこの効果は顕著である。これは、内部電極が大きな結晶粒で構成されていると、内部電極と誘電体層界面の界面準位が安定に形成され、この界面準位により誘電体層に空乏層が作られる。これにより、ショットキー障壁が安定に形成し、ＩＲが高くなる。このように、薄膜積層コンデンサとして内部電極の結晶粒径は大きいことが好ましく、１００〜１０００ｎｍ程度がよい。

このような理由で、内部電極層１３の結晶粒径Ｄを大きくした場合、接続電極１４の結晶粒径ｄがそれ以上に大きい、すなわちＤ＜ｄの関係であると、内部電極層１３が先に形成されている構造上、接続電極１４の結晶粒は内部電極層１３の結晶粒の凹凸に対して十分回り込めず、接続の安定性が十分に取れない。一方、接続電極１４の結晶粒径ｄが小さい、すなわちＤ＞ｄの関係であれば、接続電極１４の結晶粒は内部電極１３の結晶粒の凹凸に沿って十分に回り込むことができ、内部電極層１３の結晶粒の凹部の一部に入り込むことも可能となる。なお、上記Ｄ＞ｄの関係は、複数ある内部電極層のうち少なくとも１層について成り立っていれば、その層に関しては本発明の効果が得られるが、全ての内部電極層、実質的には８０％以上の層が上記関係になっていることが好ましい。

内部電極層の厚さは３００ｎｍから５００ｎｍが好ましく、したがって、内部電極の粒径Ｄは電極厚さとほぼ同じく３００ｎｍから５００ｎｍとなる。このＤに適したｄは３０ｎｍから５０ｎｍが好ましい。上述したメカニズムにより、Ｄ／ｄの範囲は２から１００が好ましい。Ｄ／ｄが２より小さい範囲では、内部電極の結晶粒の間に接続電極が十分に入り込めなくなるなり、内部電極と接続電極の接続抵抗が増加する。一方、Ｄ／ｄが１００より大きくなると、接続電極には、粒界が多く存在することになり、やはり、抵抗が増加する。したがって、２≦Ｄ／ｄ≦１００、好ましくは、５≦Ｄ／ｄ≦２０が本発明の薄膜コンデンサの構造において、最も電極の抵抗を低下させることが可能で好ましい。

内部電極層１３は、低コスト化のため、安価な卑金属材料を主成分として構成されるものが好ましく、特にＮｉを主成分として構成されるものが好ましい。なお、内部電極層１３は、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、およびＬａＮｉＯ_３の少なくともいずれか１つを含むように構成してもよい。内部電極層１３の厚みは、１００〜１０００ｎｍ程度が好ましい。その平均結晶粒は、１００〜１０００ｎｍ程度でコンデンサとして好適な内部電極となる。ここで、Ｎｉを主成分として構成される内部電極は、結晶粒を制御し易く好ましい。特にＮｉによると結晶粒は熱処理温度により制御できるため好ましい。Ｐｔなど貴金属を用いた内部電極は、結晶粒を成長させることが難しい。また、逆にＣｕなどは大きく成長しすぎて制御が難しい。

内部電極層１３の突出部１３ａは、積層方向から見て誘電体層１２から突出する方向が２方向のいずれかであり、一方は、下地電極側から１番目、３番目・・・の奇数番目の内部電極層１３の突出方向であり、他方は、下地電極側から２番目、４番目・・・の偶数番目の内部電極層１３の突出方向である。そして、これらの２方向によって、それぞれ一対の接続電極１４のいずれかと接続する。すなわち、接続電極１４の一方（図１（ａ）の１４ａ）は下地電極１１と、下方から２番目、４番目・・・の内部電極層１３と接続する。接続電極１４の他方（図１（ａ）の１４ｂ）は下方から１番目、３番目、５番目・・・の内部電極層１３と接続する。

内部電極層１３の突出部１３ａの誘電体層１２に対する突出量をＬとし、内部電極層１３の厚さをｔとすると、これらの比Ｌ／ｔが次の条件式（２）を満たす。
０．５≦Ｌ／ｔ≦１２０（２）
なお、突出部１３ａの突出量Ｌとは、突出部１３ａと接続電極１４とが接触している（接続されている）部分の最大長さをいう。このように構成することで、突出部の突出量が接続電極と好適に接続できる適度な範囲に収まり、内部電極層１３と接続電極１４との接続状態をより一層安定させることができる。この結果、内部電極層１３と接続電極１４との電気的接続の安定性を向上させることが可能となる。そして、接続状態の安定性が向上すると、製品の歩留まりが良くなり、また、信頼性も向上する。この条件式の下限値（０．５≦Ｌ／ｔ）に関しては、突出部１３ａを設けることによる接続状態の一層の安定化という効果が十分には得られなくなってしまう。また、この条件式の上限値（Ｌ／ｔ≦１２０）に関しては、突出部１３ａの突出量Ｌが大きすぎると、接続電極１４を形成する際に、隣り合う内部電極層１３の突出部１３ａの間に接続電極材料が進入し難くなって、製造時の薬液が残留しやすくなる。そして、薬液の残渣に起因する湿度の侵入によって、製造された薄膜コンデンサの絶縁抵抗の劣化が生じる可能性が高くなり、信頼性が低下する可能性がある。

接続電極１４はＣｕなど安価な卑金属材料でも良いが、好ましくは、少なくとも一部にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｒを主成分として構成されるもの、特にＮｉを主成分として構成されるものが好ましい。Ｃｕなど安価な卑金属は接続領域において、内部電極層１３と誘電体層１２に酸素の出入りによるダメージを与え易く、接続性も悪くなる場合がある。要求される信頼性によっては、使用できない場合がある。なお、接続電極１４は、たとえばＮｉ／Ｃｕなどのように多層構造にしても良い。この場合Ｎｉ層で接続安定性を取り、Ｃｕ側で導電性を補う方法が特に好ましい。いずれにしても、少なくとも一部にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｒを主成分として構成されるのが良く、特に少なくとも一部にＮｉを主成分として構成されるのが好ましい。すなわち、接続電極１４が少なくともＮｉ領域またはＮｉ合金領域を有し、この領域における接続電極１４の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄであることが好ましい。上述した理由で、少なくとも一部にＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｉｒを主成分として構成される層の平均結晶粒径と内部電極層１３の粒径Ｄとの関係は２≦Ｄ／ｄ≦１００、好ましくは、５≦Ｄ／ｄ≦２０が好ましい。

さらに、内部電極層１３に突出部１３ａがある構造の場合は、突出部１３ａの下に回りこむ粒子が最低一点接触になってしまうことを防ぐ観点から、突出量Ｌ／２ｄ≧１が特に好ましい。この範囲に設定することにより、接続が安定し、特にＥＳＲを下げることが可能になる。

下地電極１１は、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、およびＬａＮｉＯ_３の少なくともいずれか１つを含むように構成してもよい。下地電極１１の膜厚は５０〜２０００ｎｍであることが好ましい。また、下地電極１１と基板を同一の材料とすることも出来る。このような場合、低コスト化のため、安価なＮｉ、Ｃｕ、Ａｌ、などの卑金属またはこれらの合金を主成分としたもの、ステンレス鋼、インコネル（登録商標）が好ましく、特にＮｉ箔が好ましい。下地電極１１と基板を同一材料とした場合の厚さは５〜５００μｍであることが好ましい。本実施形態では、下地電極１１には、Ｎｉ箔を用いており、これは誘電体層１２を保持する保持部材としての機能と、下部電極としての機能と、誘電体層１２を形成する基体として機能と、を兼ね備えている。さらに、Ｎｉ箔を用いると、内部電極層１３と誘電体層１２を積層してから焼成する場合、積層体にクラックや剥離が起こりにくい。このように、本実施形態に係る下地電極１１は、金属箔などの基板と電極とを兼用する構成であることが好ましい。しかしながら、Ｓｉやアルミナなどからなる基板と、金属膜からなる電極とを備える基板／電極膜構造を下地電極１１として用いてもよい。

誘電体層１２は、ＢＴすなわちチタン酸バリウムＢａＴｉＯ_３、ＢＳＴすなわちチタン酸バリウムストロンチウム（ＢａＳｒ）ＴｉＯ_３、ＳＴすなわちチタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ_３、ＣＺすなわちジルコン酸カルシウムＣａＺｒＯ_３、（ＢａＳｒ）（ＴｉＺｒ）Ｏ_３、ＢａＴｉＺｒＯ_３などのペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。誘電体薄膜１２は、これらの酸化物のうち一つ以上を含んでいてもよい。誘電体層１２の膜厚は、１００〜１０００ｎｍ程度が好ましい。

パシベーション膜１５は、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素系樹脂などの絶縁樹脂などにより構成してもよい。

端子電極１６は、Ｃｕを主成分として構成されるのが好ましい。なお、端子電極１６の外層にＡｕ、Ｓｎ、Ｐｄなどの層を設けてもよい。

次に、図２を参照して、薄膜コンデンサ１０の製造方法を説明する。ただし、本発明は以下の製造方法に限定されるものではない。なお、図１同様、この図では２素子分を示しており、実際は多数の素子の集合体として作製して、切断など個片化して素子となる。

まず、図２（ａ）に示すように、下地電極１１上に誘電体層１２の成膜及び内部電極層１３のマスク成膜を交互に繰り返し、積層体を形成する。このとき、内部電極層１３は、１層ごとに、所定の振幅で成膜位置が交互に移動するようにマスク成膜を行う。

次に熱処理を行った後、図２（ｂ）に示すように、内部電極層１３の突出部１３ａが露出するように、積層体における下地電極１１の反対側に位置する表面から下地電極１１方向にウェットエッチングを施し、開口部２１を形成する。このとき、誘電体はエッチングするが電極層をエッチングしないエッチング液（エッチャント）を用いる。具体的には、例えば誘電体膜がＢＴ、ＢＳＴ、ＳＴの場合、好ましいエッチャントは塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液である。また、誘電体膜がＣＺの場合、好ましいエッチャントは硫酸＋フッ化アンモニウム水溶液である。ここで、ウェットエッチングにより開口部２１に露出された突出部１３ａの突出量Ｌとは、突出部１３ａの開口部２１における最大長さのことをいうものとする。

なお、ウェットエッチングの前に、例えばダイシングなどでスリットを入れる、またはイオンミリングによりスリット、Ｖｉａ、スルーホールなどを形成して、内部電極層１３の端面を露出させてもよい。これにより、ウェットエッチング処理による誘電体層の侵食が一定となるため、内部電極層１３の突出部１３ａの突出量を一定にすることが可能となり、薄膜コンデンサの性能のばらつきを抑え、信頼性がより一層向上する。また、開口部は穴状ではなく外周スリットでもよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、開口部２１に接続層を成膜する。例えば、スパッタリングにより、開口部の内壁に沿って内部電極層１３の突出部１３ａの表面及び端面の全体に亘り、空隙が生じないように成膜する。特に、Ｎｉのスパッタ膜は、容易に細かい粒径の膜とすることができるため、熱処理等により粒径を制御し易く、好ましい。また、スパッタリング以外にもペースト印刷、塗布、その他のコーティング法を用いることができる。ここで、内部電極層１３の結晶粒の平均粒径Ｄと、前記接続電極１４の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄとなるように構成する。

そして、接続電極１４をパターニングにより成形し（図２（ｄ））、必要に応じてパシベーション膜１５を形成し（図２（ｅ））、さらにシード成膜及びめっき処理を行って接続電極１４と接続するように端子電極１６を形成する（図２（ｆ））。

このように、本実施形態に係る薄膜コンデンサ１０によれば、内部電極層１３の突出部１３ａに含まれる内部電極層１３の表面の少なくとも一部及び端面を介して、内部電極層１３と接続電極１４とが接続するため、両者の接触面積を大きくすることができ、接続状態を安定させることができる。さらに、内部電極層１３の結晶粒の平均粒径Ｄと、前記接続電極１４の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄとなるよう構成することで、内部電極層１３の結晶粒が接続電極１４と好適に接続できる適度な範囲に収まり、内部電極層１３と接続電極１４との接続状態をより一層安定させることができる。この結果、内部電極層１３と接続電極１４との電気的接続を向上させることが可能となる。そして、接続状態が安定すると、製品の歩留まりが良くなり、また、信頼性も向上する。

図３は、本発明の他の一実施形態、すなわち第２の実施形態に係る薄膜コンデンサ１０の構造を示す概略断面図である。本実施形態の薄膜コンデンサ１０は、下地電極１１と、この下地電極１１の上に積層された二つ以上の誘電体層１２と、誘電体層の間に積層された内部電極層１３と、誘電体層１２と内部電極層１３を覆うように形成された別の誘電体１２’と、内部電極層１３と電気的に接続する接続電極１４（１４ａ、１４ｂ）と、を備えて構成されている。また、この他に第１の実施形態と同様、表面保護膜としてのパッシベーション膜１５や端子電極１６（図示せず）が設けられても良い。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の薄膜コンデンサ１０は、誘電体層１２と内部電極層１３とが交互に積層されて積層体を形成しており、内部電極層１３は誘電体層１２から露出した部分を介して接続電極１４と電気的に接続している。具体的には、内部電極層１３はその表面が積層方向から見て誘電体層１２から露出しており、この露出した表面に対して接続電極１４が接続されている。そして、内部電極層１３が次の条件を満たすように構成されている。すなわち、図３（ｂ）に示すように、内部電極層１３の結晶粒の大きさ、すなわち平均粒径Ｄと接続電極１４の結晶粒の大きさ、すなわち平均粒径ｄが次の条件式（１）を満たす。
Ｄ＞ｄ（１）

本実施形態の内部電極層１３は第１の実施形態のような突出部１３ａを有さないものであるが、前述した第１の実施形態と同様の作用により、接続電極１４との接続部を突出部１３ａにかえて表面の露出部とした場合においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。たとえば、第１の実施形態において突出部１３ａを設けず、内部電極層１３の端面（側面）のみが誘電体層１２から露出している構造としてもよい。この場合も、内部電極層１３の端面と接続電極１４との間で前述の作用効果が得られる。

以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜７）図１と同様の構造の薄膜コンデンサを作製した。Ｎｉ箔の下地電極１１上に誘電体層１２、及びパターニングされた内部電極層１３を交互にスパッタリングにより積層した。誘電体膜１２はＢＴを用いた。内部電極層の厚みは、実施例１〜３は３００ｎｍ、実施例４は４００ｎｍ、実施例５は２００ｎｍ、実施例７は１００ｎｍ、実施例８および９は５００ｎｍに設定した。誘電体層１２を１１層積層した。これによりＮｉ基板１１及び、内部電極層１３に挟まれる誘電体層１２は、１０層となる。１層の誘電体層１２で約５５００ｐＦ（５．５ｎＦ）となるよう電極形状、誘電体厚みを設定した。

誘電体層１２及び内部電極層１３を積層した後、熱処理を行った集合体上に内部電極との接続を行える位置に開口部２１を有するレジスト層を形成した。その後、開口部２１の誘電体１２をエッチング液にてエッチングした。このときエッチング液は、塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液を用いた。このエッチングにより、開口部２１の誘電体１２は除去し、かつ内部電極層１３の端部は、開口部２１の誘電体１２の側壁から突出する状態にして、突出部１３ａを形成した。突出量Ｌは２μｍとした。その後、レジスト層を剥離し、再度熱処理を行った後、集合体前記開口部に接続用導体層（接続電極１４）としてＮｉ膜をスパッタリングにより形成し、種々の温度、４水準すなわち実施例１、９および１０は、熱処理なし、実施例２は２００℃、実施例３、４および５は４００℃、実施例６、７および８は７００℃で熱処理を行い、結晶粒径を制御した。さらにパシベーション膜１５を形成し、さらに端子電極１６を形成した。

このような手法で各々２０個の薄膜コンデンサを作製し、これらの薄膜コンデンサについて、ＥＳＲと静電容量を測定し、その平均値を算出した。静電容量に関しては標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３をＦＩＢ（ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ）等により切断して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、内部電極層１３、接続用導体層（接続電極１４）、それぞれに対しランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これを、内部電極層１３に関しては接続用導体層（接続電極１４）に近いものから１０個、および、接続用導体層（接続電極１４）に関しては内部電極層１３と接しているまたは近傍にあるものから１０個、それぞれ１０個ずつの結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。

（実施例１１）実施例３と同様にして作製し、集合体前記開口部に接続用導体層（接続電極１４）として、Ｎｉナノペーストにより形成した。実施例３と同様にコンデンサの容量とＥＳＲを測定し、容量に関しては、その平均値及び標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３をＦＩＢ等により切断して、上述の実施例と同様、ランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これをランダムに１０個の結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。

（実施例１２）実施例２と同様にして作製し、集合体前記開口部に接続用導体層（接続電極１４）として、Ｎｉ（膜厚１００ｎｍ）に続きＣｕ（５μｍ）をスパッタリングにより多層に形成した後、２００℃で熱処理を行った。Ｎｉは大きな粒を成長させないように、１００ｎｍと薄く設定した。実施例１と同様にコンデンサの容量とＥＳＲを測定し、容量に関しては、その平均値及び標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３の突出部１３ａのＮｉ部分をＦＩＢ等により切断して、上述の実施例と同様、ランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これをランダムに１０個の結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。
（実施例１３〜２２）実施例１と同様に薄膜コンデンサを作製した。ただし、内部電極層の厚みは、実施例１７で１００ｎｍ、実施例１４と２２で５００ｎｍ，その他は３００ｎｍに設定した。誘電体層１２及び内部電極層１３を積層した後、熱処理を行った集合体上に内部電極との接続を行える位置に開口部２１を有するレジスト層を形成した。その後、開口部２１の誘電体１２をエッチング液にてエッチングした。このときエッチング液は、塩酸＋フッ化アンモニウム水溶液を用いた。このエッチングにより、開口部２１の誘電体１２は除去し、かつ内部電極層１３の端部は、開口部２１の誘電体１２の側壁から突出する状態にして、突出部１３ａを形成した。突出量Ｌは、４水準変化させた。すなわち、実施例１３と１４で５ｎｍ、実施例１５、１６および１７で５０ｎｍ、実施例１８から２１で３００ｎｍ、実施例２２で２μｍとした。その後、レジスト層を剥離し、再度熱処理を行った後、集合体前記開口部に接続用導体層（接続電極１４）としてＮｉ膜をスパッタリングにより形成し、種々の温度すなわち実施例１３と１８は、熱処理なし、実施例１４、１５および１９は２００℃、実施例１６、２０は４００℃、実施例１７、２１および２２は６００℃で熱処理を行い、結晶粒径を制御した。さらにパシベーション膜１５を形成し、さらに端子電極１６を形成した。実施例１と同様にコンデンサの容量とＥＳＲを測定し、容量に関しては、その平均値及び標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３の突出部１３ａのＮｉ部分をＦＩＢ等により切断して、上述の実施例と同様、ランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これをランダムに１０個の結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。

（比較例１〜３）実施例１と同様にして作製し、集合体前記開口部に接続用導体層（接続電極１４）として、Ｎｉ膜をスパッタリングにより、比較例１では、３００ｎｍ、比較例２では１００ｎｍ、比較例３では５００ｎｍ形成した。その後、一般に積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）で接続が確実となるペースト熱処理温度に合わせて、８００℃で熱処理を行った。実施例１と同様にコンデンサの容量とＥＳＲを測定し、容量に関しては、その平均値及び標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３をＦＩＢ等により切断して、上述の実施例と同様、ランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これをランダムに１０個の結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。

（比較例４）実施例１と同様にして作製し、集合体前記開口部に接続用導体層（接続電極１４）として、ＭＬＣＣで常用されているＮｉペーストにより形成熱処理を行った。実施例１と同様にコンデンサの容量とＥＳＲを測定し、容量に関しては、その平均値及び標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３をＦＩＢ等により切断して、上述の実施例と同様、ランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これをランダムに１０個の結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。

（比較例５）実施例１０と同様にして、図３と同様の構造を作製した。その後、一般に積層セラミックコンデンサ（ＭＬＣＣ）で接続が確実となるペースト熱処理温度に合わせて、８００℃で熱処理を行った。実施例１と同様にコンデンサの容量とＥＳＲを測定し、容量に関しては、その平均値及び標準偏差を算出した。さらに、接続用導体層（接続電極１４）と内部電極層１３をＦＩＢ等により切断して、上述の実施例と同様、ランダムに１０個ずつの結晶粒径を測定した。測定は、ひとつの結晶粒の断面の面積を円相当の直径に換算し、これをランダムに１０個の結晶粒断面に実施して平均を求め各々の平均粒径とした。

上述の実施例１〜１２及び比較例１〜５について、内部電極の平均粒径Ｄ、接続電極の平均粒径ｄ、Ｄ／ｄ値、静電容量の平均値、標準偏差およびＥＳＲを表１に示す。

表１に示すように、接続電極１３の平均粒径と平均容量、容量の標準偏差には、明確な依存性が見られる。実施例１〜１２では設計値（５５ｎＦ）とほぼ同様の静電容量をもつことが確認された。容量の標準偏差もほぼ１ｎＦでばらつきが少ない。これは、各積層電極が確実に接続されていることを示すものである。一方、比較例では、容量も設計値（５５ｎＦ）よりかなり低く、ばらつきも大きい。比較例は、上記設定値より小さい静電容量となることが確認された。また、標準偏差も実施例１〜１２と比較して４倍程度以上大きくなることが確認された。すなわち、積層電極の各々が確実に接続されていない。

すなわち、実施例の薄膜コンデンサは、比較例に比べて十分な静電容量をもち、静電容量のばらつきも少なくすることができ、内部電極層と接続電極との安定した電気的接続が可能となることが確認された。

電気的接続性と内部電極層１３の平均粒径Ｄと接続電極１４の平均粒径ｄの関係については、Ｄ＞ｄで静電容量が設定値とほぼ同様の所望の値となり、ばらつきも小さく、確実な接続が実現できていることが確認された。
次に、ＥＳＲを評価してみると、接続性が反映され、２≦Ｄ／ｄ≦１００の範囲で、ＥＳＲが５００ｍΩと低下させることができることがわかる。さらに、５≦Ｄ／ｄ≦２０の範囲であるとさらに抵抗は低く、４００ｍΩ以下が得られ、接続性の安定性が確認された。

さらに、本発明の薄膜コンデンサにおいて、内部電極層の突出量Ｌとの効果を表２に示す。表２には、上述した実施例１３〜２２について、突出量Ｌ、内部電極の平均粒径Ｄ、Ｌ／２ｄ値、静電容量の平均値及、標準偏差およびＲＳＲ示す。

表２に示すように、Ｌ／２ｄ値とＥＳＲには、明確な依存性が見られる。突出量Ｌ／２ｄ≧１の範囲で、接続が安定し、特にＥＳＲを下げることが可能なことがわかる。

１０・・・薄膜コンデンサ、１１・・・下地電極、１２・・・誘電体層、１３・・・内部電極層、１３ａ・・・突出部、１４・・・接続電極、１５・・・パシベーション膜、１６・・・端子電極、２１・・・開口部。

Claims

下地電極上に誘電体層と内部電極層とが交互に複数積層され、
前記内部電極層の一部が前記誘電体層から露出しており、
前記内部電極層の露出部の少なくとも一部が接する接続電極を有し、
前記内部電極層の結晶粒の平均粒径Ｄと、前記接続電極の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄであることを特徴とする薄膜コンデンサ。
前記Ｄおよびｄの関係が、２≦Ｄ／ｄ≦１００であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
前記露出した内部電極層が積層方向から見て前記誘電体層から突出する突出部を有し、前記接続電極が、前記突出部に含まれる前記内部電極層の表面の少なくとも一部および端面を介して前記内部電極層と電気的に接続する接続電極である請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
前記接続電極が少なくともＮｉ領域またはＮｉ合金領域を有し、この領域における接続電極の結晶粒の平均粒径ｄの関係がＤ＞ｄである請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜コンデンサ。