JP2018063980A

JP2018063980A - 薄膜コンデンサ

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Publication number: JP2018063980A
Application number: JP2016199916A
Authority: JP
Inventors: 吉川　和弘; Kazuhiro Yoshikawa; 吉川　　和弘; 寛史 ▲高▼▲崎▼; Hiroshi Takasaki; 聖啓平岡; Masahiro Hiraoka; 吉田　健一; Kenichi Yoshida; 健一吉田; 上島　聡史; Satoshi Uejima; 聡史上島
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-19
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Also published as: JP6805703B2

Abstract

【課題】薄膜コンデンサにおける絶縁破壊の発生を抑制する。【解決手段】薄膜コンデンサ１００は、一対の電極層としての内部電極層３，５と、当該一対の電極層に挟まれた誘電体層４と、前記誘電体層の端面に対して接しながら当該端面を覆う強誘電体材料からなるカバー層１８と、を有し、誘電体層４の厚さをＴ１（ｎｍ）とし、誘電体層４との界面におけるカバー層１８の厚さをＴ２（ｎｍ）としたときに、２５００＜Ｔ１×Ｔ２＜４００００の関係を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜コンデンサに関する。

下部電極層上に誘電体層と電極層とが交互に積層され、その上に上部電極層が形成された多層の薄膜コンデンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２５８４０６号公報

薄膜コンデンサでは、高電圧が印加されることによる、絶縁破壊が発生する場合がある。特に、薄膜コンデンサでは、電極の端部から連続する誘電体層端部において電界が集中する場合が多い。したがって、特に誘電体層の端部において絶縁破壊が発生する可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、絶縁破壊の発生が抑制された薄膜コンデンサの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜コンデンサは、一対の電極層と、

当該一対の電極層に挟まれた誘電体層と、前記誘電体層の端面に対して接しながら当該端面を覆う強誘電体材料からなるカバー層と、を有し、誘電体層の厚さをＴ１（ｎｍ）とし、誘電体層との界面におけるカバー層１８の厚さをＴ２（ｎｍ）としたときに、
２５００＜Ｔ１×Ｔ２＜４００００
の関係を満たす。

上記の薄膜コンデンサによれば、強誘電体材料からなるカバー層が誘電体層の端面に対して接していることで、誘電体層の端部に対して電界が集中することを抑制することができる。さらに、誘電体層の厚さＴ１（ｎｍ）とカバー層の厚さＴ２（ｎｍ）とが上記の関係を満たす構成とすることで、電界の集中による絶縁破壊のリスクを効果的に低減させることができる。

ここで、前記カバー層は、比誘電率（ε_ｒ）が２００以上である態様とすることができる。

上記のようにカバー層の比誘電率を２００以上とした場合、誘電体層における電界の集中による絶縁破壊のリスクをより低減させることができる。

また、前記誘電体層の厚さＴ１（ｎｍ）と、前記カバー層の厚さＴ２（ｎｍ）と、は、
Ｔ１≦Ｔ２
の関係を満たす態様とすることができる。

誘電体層の厚さＴ１に対してカバー層の厚さＴ２が同じもしくはそれ以上であることで、薄膜コンデンサの厚さの増大を防ぎつつ、絶縁破壊を抑制することが可能となる。

本発明によれば、絶縁破壊の発生が抑制された薄膜コンデンサが提供される。

本発明の一形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。薄膜コンデンサの傾斜面について説明する図である。薄膜コンデンサの製造方法について説明する図である。従来の薄膜コンデンサの端部形状について説明する図である。変形例に係る薄膜コンデンサの傾斜面について説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る薄膜コンデンサを示す概略断面図である。本実施形態に係る薄膜コンデンサ１００は、図１に示すように、下部電極層１と、下部電極層１上に積層された３層の誘電体層２，４，６と、誘電体層２と誘電体層４との間に積層された内部電極層３と、誘電体層４と誘電体層６との間に積層された内部電極層５と、誘電体層２，４，６及び内部電極層３，５を挟んで下部電極層１の反対側に積層された上部電極層７と、を備える。下部電極層１と、下部電極層１上に順次積層された誘電体層２、内部電極層３、誘電体層４、内部電極層５、誘電体層６及び上部電極層７と、をまとめて積層体１０という。なお、以下では、下部電極層１、誘電体層２、内部電極層３、というように下部電極層１から上部電極層７に向けて誘電体層と内部電極層とが順次重なる方向を「積層方向」という。また、積層方向に沿って上側（上方）とは上部電極層７側をいい、積層方向に沿って下側（下方）とは下部電極層１側という。

薄膜コンデンサ１００は、誘電体層２，４，６及び内部電極層３，５、及び上部電極層７を挟んで下部電極層１の反対側に、一対の端子電極１１、１２を備える。端子電極１１は、ビア１３を介して下部電極層１と電気的に接続されると共に、ビア１４を介して内部電極層５と電気的に接続される。また、端子電極１２は、ビア１５を介して内部電極層３と電気的に接続されると共に、ビア１６を介して上部電極層７と電気的に接続される。また、一対の端子電極１１，１２は互いに電気的に絶縁されている。

薄膜コンデンサ１００において、下部電極層１、誘電体層２，４，６、内部電極層３，５、及び上部電極層７から構成される積層体の側面及び上面を覆うカバー層１８を有する。すなわち、カバー層１８は、誘電体層２，４，６の端面に対して接すると共に誘電体層２，４，６を覆っている。さらに、薄膜コンデンサ１００は、端子電極１１，１２とカバー層１８との間を覆う保護層２０を備える。以下、薄膜コンデンサ１００を構成する各部について説明する。

下部電極層１は導電性材料から形成される。具体的には、下部電極層１を形成する導電性材料としては、主成分としてニッケル（Ｎｉ）や白金（Ｐｔ）を含有する合金が好ましく、特に、主成分としてＮｉを含有する合金が好適に用いられる。下部電極層１を構成するＮｉの純度は高いほど好ましく、９９．９９重量％以上であることが好ましい。なお、下部電極層１に微量の不純物が含まれていても良い。主成分としてＮｉを含有する合金からなる下部電極層１に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）またはクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セシウム（Ｃｅ）等の遷移金属元素あるいは希土類元素等、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）等が挙げられる。

下部電極層１の厚さは、１０ｎｍ〜１００μｍであることが好ましく、１μｍ〜７０μｍであることがより好ましく、１０μｍ〜３０μｍ程度であることが更に好ましい。下部電極層１の厚さが薄過ぎる場合、薄膜コンデンサ１００の製造時に下部電極層１をハンドリンクし難くなる傾向があり、下部電極層１の厚さが厚過ぎる場合、リーク電流を抑制する効果が小さくなる傾向がある。なお、下部電極層１の面積は、例えば、１×０．５ｍｍ^２程度である。また、上述の下部電極層１は金属箔からなることが好ましく、基板と電極とを兼用している。このように、本実施形態に係る下部電極層１は基板としても兼用する構成であることが好ましいが、Ｓｉやアルミナなどからなる基板上に下部電極層１を設けた基板／電極膜構造を採用しても良い。

誘電体層２，４，６には、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、（Ｂａ_１−ＸＳｒ_Ｘ）ＴｉＯ_３（チタン酸バリウムストロンチウム）、（Ｂａ_１−ＸＣａ_Ｘ）ＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ_ＸＴｉ_１−Ｘ）Ｏ_３等のペロブスカイト構造を持った（強）誘電体材料や、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３等に代表される複合ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料や、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９等に代表されるビスマス層状化合物、（Ｓｒ_１−ＸＢａ_Ｘ）Ｎｂ_２Ｏ_６、ＰｂＮｂ_２Ｏ_６等に代表されるタングステンブロンズ型強誘電体材料等から構成される。ここで、ペロブスカイト構造、ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ型強誘電体材料において、ＡサイトとＢサイト比は、通常整数比であるが、特性向上のため、意図的に整数比からずらしても良い。なお、誘電体層２，４，６の特性制御のため、誘電体層２，４，６に適宜、副成分として添加物質が含有されていてもよい。

誘電体層２，４，６の各厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。また、誘電体層２，４，６の各面積は、例えば、０．９×０．５ｍｍ^２程度である。

上述の誘電体層２，４，６に挟まれて設けられる内部電極層３，５は導電性材料から形成される。具体的には、主成分としてニッケル（Ｎｉ）や白金（Ｐｔ）を含有する材料が内部電極層３，５として好適に用いられ、Ｎｉが特に好適に用いられる。内部電極層３，５に主成分としてＮｉを含有する材料を用いる場合、その含有量は、内部電極層３，５全体に対して、５０ｍｏｌ％以上であることが好ましい。また、内部電極層３，５の主成分がＮｉである場合、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）及び銀（Ａｇ）からなる群より選ばれる少なくとも一種（以下、「添加元素」と記す。）を更に含有する。内部電極層３，５が添加元素を含有することによって、内部電極層３，５の途切れが防止される。なお、内部電極層３，５は複数種の添加元素を含有してもよい。

内部電極層３，５の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。また、内部電極層３，５の面積は、例えば、０．９×０．４ｍｍ^２程度である。

上部電極層７はＮｉを主成分として含有する合金からなることが好ましい。なお、上部電極層７には微量の不純物が含まれていても良い。上部電極層７に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）またはクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セシウム（Ｃｅ）等の遷移金属元素あるいは希土類元素等、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）等が挙げられる。なお、上部電極層７として、Ｎｉを主成分として含有する合金のほかに、Ｓｉ半導体やディスプレイパネル等の配線で用いられるアルミニウム（Ａｌ）、動（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）等のほか、白金（Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）及び銀（Ａｇ）等も用いることもできる。

なお、誘電体層２，４，６は、図１に示す薄膜コンデンサ１００の断面において途切れているが、それぞれ積層方向に垂直な面内において連続している。同様に、内部電極層３，５及び上部電極層７も、それぞれ積層方向に垂直な面内において連続している。

端子電極１１，１２は、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性材料から構成される。また、端子電極１１，１２に対して接続するビア１３，１４，１５，１６についても、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性材料から構成される。

また、カバー層１８は、強誘電体材料からなる構成とすることができる。すなわち、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）、（Ｂａ_１−ＸＳｒ_Ｘ）ＴｉＯ_３（チタン酸バリウムストロンチウム）、（Ｂａ_１−ＸＣａ_Ｘ）ＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ_ＸＴｉ_１−Ｘ）Ｏ_３等のペロブスカイト構造を持った強誘電体材料や、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３等に代表される複合ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料や、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９等に代表されるビスマス層状化合物、（Ｓｒ_１−ＸＢａ_Ｘ）Ｎｂ_２Ｏ_６、ＰｂＮｂ_２Ｏ_６等に代表されるタングステンブロンズ型強誘電体材料等が誘電体層２，４，６として好適に用いられる。なお、誘電体層２，４，６と同様に、カバー層１８についても適宜、副成分として添加物質が含有されていてもよい。カバー層１８が誘電体材料からなるとは、カバー層１８の構成成分における誘電体材料の割合が７０％以上であることをいう。なお、カバー層１８の材料として強誘電体材料を選択することで、薄膜コンデンサ１００の破損を効果的に抑制することができるが、この点については後述する。強誘電体とは、電界を加えることで誘電分極を生じる物質のうち、自発分極を呈するものである。また、強誘電体は、電場によって分極が反転するという特徴を有する。さらに、本実施形態における強誘電体材料は、比誘電率（ε_ｒ）が２００以上の材料であることが好ましい。ただし、比誘電率が１００以上であれば、本実施形態に係るカバー層１８の強誘電体材料として用いることができる。強誘電体材料は、他の材料（例えば、ＳｉＯ_２等の無機絶縁材料やポリイミドなどの有機絶縁材料）との混合物として用いてもよい。強誘電体を上記の他の材料と混合する場合についても、誘電体材料の割合を７０％以上であることが好ましい。

また、カバー層１８として誘電体層２，４，６と同じ材料を選択することもできる。この場合、カバー層１８に接する他の層（特に誘電体層２，４，６等）との間で応力が発生することを抑制することができることから、静電容量の増加やリーク電流の抑制という効果が奏される。

カバー層１８の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすることができる。ただし、カバー層１８の厚さは、誘電体層の厚さにも基づいて設定される。この点については後述する。

また、端子電極１１，１２とカバー層１８との間に設けられる絶縁性の保護層２０は、例えばポリイミド等の有機材料、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の無機材料、あるいはこれらを混合、または積層させた絶縁材料により構成される。保護層２０でカバー層１８を覆うことにより、カバー層１８と端子電極１１，１２との間のリーク電流が抑制される。なお、リーク電流の点から端子電極１１，１２とカバー層１８との間に保護層２０を設けることが好ましいが、保護層２０を設けなくてもよい。

上記の薄膜コンデンサ１００では、端子電極１１と下部電極層１とを接続するビア１３の周囲には、積層体１０に開口部１０Ａが設けられている。開口部１０Ａの底面は、ビア１３と電気的に接続する下部電極層１が露出している。開口部１０Ａは、底面を下部電極層１として、積層方向に沿って上方（上部電極層７側）に開口している。また、開口部１０Ａの側面では、積層体１０においてビア１３と電気的に接続する下部電極層１よりも積層方向に沿った上方の誘電体層２、内部電極層３、誘電体層４、内部電極層５、誘電体層６、及び、上部電極層７の端面が傾斜面を形成している。

また、端子電極１１と内部電極層５とを接続するビア１４の周囲には、積層体１０に開口部１０Ｂが設けられている。開口部１０Ｂの底面は、ビア１４と電気的に接続する内部電極層５が露出している。開口部１０Ｂは、底面を内部電極層５として、積層方向に沿って上方（上部電極層７側）に開口している。また、開口部１０Ｂの側面では、積層体１０においてビア１４と電気的に接続する内部電極層５よりも積層方向に沿った上方の誘電体層６及び上部電極層７の端面が傾斜面を形成している。

同様に、端子電極１２と内部電極層３とを接続するビア１５の周囲には、積層体１０に開口部１０Ｃが設けられている。開口部１０Ｃの底面は、ビア１５と電気的に接続する内部電極層３が露出している。開口部１０Ｃは、底面を内部電極層３として、積層方向に沿って上方（上部電極層７側）に開口している。また、開口部１０Ｃの側面では、積層体１０においてビア１５と電気的に接続する内部電極層３よりも積層方向に沿った上方の誘電体層４、内部電極層５、誘電体層６、及び、上部電極層７の端面が傾斜面を形成している。

本実施形態に係る薄膜コンデンサ１００では、カバー層１８の材料及び厚さについて特徴を有する。この点について、図２を参照しながらさらに説明する。図２は、開口部１０Ｃ周辺の積層体１０について模式的に示した拡大図である。図２では、簡単のため、内部電極層３よりも下方については記載を省略している。また、保護層２０についても記載を省略している。また、図２では、開口部１０Ａ〜１０Ｃのうち、開口部１０Ｃの周辺について説明するが、開口部１０Ａ，１０Ｂにおいても開口部１０Ｃと同様の構造が設けられている。

図２に示すように、開口部１０Ｃの側面は、誘電体層４、内部電極層５、誘電体層６、及び、上部電極層７の端面により傾斜面が形成されている。そして、傾斜面において、誘電体層４、内部電極層５、誘電体層６、及び、上部電極層７の端面は、それぞれカバー層１８と接している。

ここで、薄膜コンデンサ１００では、誘電体層の厚さをＴ１（ｎｍ）とし、誘電体層との界面におけるカバー層１８の厚さをＴ２（ｎｍ）としたときに、
２５００＜Ｔ１×Ｔ２＜４００００
の関係を満たす。この点について、図２を参照しながら説明する。

図２の例では、誘電体層４，６の厚さＴ１は、積層方向での長さとして定義することができる。一般的に、薄膜コンデンサ１００における誘電体層４，６は、それぞれ厚さが均一となるように製造されるが、厚さが均一ではない場合には、各層の厚さの平均値をＴ１とする。図２の例では、誘電体層４，６の厚さはどちらもＴ１であるとする。

また、カバー層１８の厚さＴ２は、誘電体層との界面の位置に基づいて定義される。例えば、誘電体層４に対しては、誘電体層４との界面Ａ４を基準としたときのカバー層の厚さＴ２_４をカバー層１８の厚さＴ２とする。また、誘電体層６に対しては、誘電体層６との界面Ａ６を基準としたときのカバー層の厚さＴ２_６をカバー層１８の厚さＴ２とする。このように、対象となる誘電体層との界面に基づいて、カバー層１８の厚さＴ２が求められる。カバー層１８についてもその厚さが基本的に均一となるように製造されるが、厚さが均一ではない場合には、誘電体層との界面領域におけるカバー層の厚さの最小値をＴ２とする。

なお、誘電体層の厚さをＴ１と、誘電体層との界面におけるカバー層１８の厚さＴ２とは、Ｔ１≦Ｔ２の関係を満たすことが好ましい。この点については後述する。

上記の薄膜コンデンサ１００の製造方法について、図３を参照しながら説明する。薄膜コンデンサ１００の製造方法は、開口部を有する積層体を形成する工程と、カバー層を形成する工程と、焼成工程と、端子電極の形成・接続工程と、を含む。

まず、積層体を形成する工程では、下部電極層１となる金属箔を準備する。この金属箔は必要に応じてその表面が所定の算術平均粗さＲａとなるように研磨される。この研磨はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）、電解研磨、バフ研磨等の方法により行うことができる。次に、下部電極層１ａ上に誘電体層となる誘電体膜２ａ，４ａ，６ａと内部電極層となる内部電極層３ａ，５ａとを交互に形成する。

誘電体膜２ａ，４ａ，６ａの組成は、完成後の薄膜コンデンサ１００の誘電体層２，４，６に応じて選択される。また、誘電体膜２ａ，４ａ，６ａの形成方法としては、溶液法、スパッタリング法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の成膜技術を用いることができるが、スパッタリング法がより好ましい方法である。

内部電極層３ａ，５ａの組成は、完成後の薄膜コンデンサ１００が備える内部電極層３，５に応じて選択される。また、内部電極層３ａ，５ａの形成方法としては、ＤＣスパッタリング等が挙げられる。

図３（Ａ）に示すように誘電体膜２ａ，４ａ，６ａと内部電極層３ａ，５ａとを交互に積層した後に、誘電体膜６ａの表面に、Ｎｉ合金からなる上部電極層７ａを形成する。
これにより、下部電極層１、誘電体膜２ａ、内部電極層３ａ、誘電体膜４ａ、内部電極層５ａ、誘電体膜６ａ及び上部電極層７ａを順次積層してなる積層体１０１を得る。なお、上部電極層７ａの形成方法としては、ＤＣスパッタリング等が挙げられる。

次に、図３（Ｂ）に示すように、積層体１０１に対して開口部１０２〜１０４を形成する。開口部の形成については、上部の電極層（上部電極層もしくは内部電極層）及び電極層の下に積層された誘電体膜をペアとしたペア層単位でのドライエッチングにより行われる。このペア層は、薄膜コンデンサ１００におけるペア層に対応するものである。所定部分に貫通孔が形成されたレジストパターンを積層体１０１上に形成する。その後、レジストパターンを介して、最上位の１ペア層分のエッチング加工をＲＩＥ加工（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）やイオンミリング等の方法で実施する。１層分のエッチング加工が終わった後、残ったエッチングパターンを除去する。

その後、下部電極層１ａ、誘電体膜２ａ，４ａ，６ａ、内部電極層３ａ，５ａ、及び上部電極層７ａの表面を覆うようにカバー膜１８ａを形成する。カバー膜１８ａの材料は、カバー層１８の材料に応じて選択される。図３（Ｃ）に示すように、カバー膜１８ａによって、積層体１０１の開口部１０２〜１０４及び上部電極層７ａの表面が覆われる。

その後、このカバー膜１８ａによって覆われた積層体１０１を焼成する。焼成時の温度は、誘電体膜２ａ，４ａ，６ａが焼結（結晶化）する温度とすることが好ましく、具体的には５００〜１０００℃であることが好ましい。また、焼成時間は５分〜２時間程度とすればよい。また、焼成時の雰囲気は、特に限定されず、酸化性雰囲気、還元性雰囲気、中性雰囲気の何れでも良いが、少なくとも、電極層（下部電極層１ａ、内部電極層３ａ，５ａ、上部電極層７ａ）が酸化しない程度の酸素分圧下で焼成することが好ましい。これにより、誘電体層２，４，６、及びカバー層１８が形成される。カバー膜１８ａを形成した後に誘電体膜の焼成を行うことにより、電極層と誘電体層との界面及び電極層とカバー層との界面における酸化膜の形成が抑制される。

次に、焼成後の積層体に対して、保護層及び端子電極の形成・接続を行う。具体的には、焼成後の積層体のカバー層１８の上方に保護層２０を積層する。その後、保護層及びカバー層を貫通するビア１３，１４，１５，１６（図１参照）を形成する。そして、保護層２０上のビアと電気的に接続するように端子電極１１，１２（図１参照）を形成する。なお、端子電極が配置された積層体に対してアニール処理を施してもよい。アニール処理は、減圧雰囲気下、温度が２００〜４００℃である雰囲気下で行えばよい。ここで、減圧雰囲気とは、１気圧（＝１０１３２５Ｐａ）より低い圧力を有する雰囲気を意味する。アニール処理を行うことにより、電気特性を安定化することができる。これにより、図１に示す本実施形態に係る薄膜コンデンサ１００が得られる。

上記の薄膜コンデンサ１００では、誘電体層の厚さＴ１とカバー層の厚さＴ２とが上記の関係を満たすことで、以下の効果が奏される。すなわち、誘電体材料からなるカバー層１８が誘電体層４，６に対して接した状態で設けられることで、電極層の端部近傍の誘電体層に電界が集中することに由来する絶縁破壊を抑制することができる。この点について、図４を参照しながら説明する。

図４は、従来の薄膜コンデンサにおける誘電体層及び電極層端部を模式的に説明した図である。図４に示す薄膜コンデンサ３００は、図２に対応して、内部電極層３，５及び内部電極層３，５に挟まれた誘電体層４を示している。図４に示すように、従来の薄膜コンデンサでは、内部電極層３上に積層される誘電体層４と、誘電体層４上に積層される内部電極層５とは、同一形状で製造されることが多い。したがって、内部電極層５の端部は誘電体層４の端部上に積層される。

この状態で、図４の薄膜コンデンサ３００に対して電圧を印加すると、その形状に由来して内部電極層５の端部から連続する誘電体層４の端部領域（図４の領域Ｒ４付近）に電界が集中する。理想的には誘電体層４内の電界分布は一様であることが好ましいが、実際には誘電体層４の端部に集中してしまう。この結果、誘電体層４端部において絶縁破壊が生じる可能性がある。絶縁破壊は、誘電体層における電界が所定の値（絶縁破壊電界）を超えると生じる。したがって、誘電体層における電界の集中は、絶縁破壊の発生する可能性を増大させることにつながる。

これに対して、本実施形態に係る薄膜コンデンサ１００では、電極層端部の近傍の誘電体層２，４，６の端部に対して、誘電体材料からなるカバー層１８が接する状態とすることで、誘電体層における電界集中を抑制することができる。すなわち、電極層に挟まれた誘電体層だけでなく、カバー層に対しても電界が作用することにより、誘電体層２，４，６の端部において電界が集中することを防ぐことができる。すなわち、電界の集中によって誘電体層２，４，６において絶縁破壊が起きることを防止することができる。

特に、誘電体層２，４，６の厚さが小さくなると、電界の集中による絶縁破壊のリスクが高まるため、カバー層１８をより大きく確保することが求められる。一方、誘電体層２，４，６の厚さが大きくなるにつれて電界の集中のリスクは低くなる。したがって、誘電体層の厚さＴ１（ｎｍ）とカバー層の厚さＴ２（ｎｍ）とが、２５００＜Ｔ１×Ｔ２＜４００００の関係を満たすように、誘電体層の厚さＴ１に応じてカバー層の厚さＴ２を選択する構成とすることで、電界の集中による絶縁破壊のリスクを効果的に低減させることができる。なお、上記のＴ１×Ｔ２が２５００以下の場合には、絶縁破壊のリスクの低減効果を十分に奏することができない。また、Ｔ１×Ｔ２が４００００以上の場合には、絶縁破壊のリスクの低減効果は十分に確保されるが、誘電体層及びカバー層の一方又は両方が大型化するため、薄膜コンデンサが大型化してしまう。

また、誘電体層の端面に対して接すると共に且つ端面を覆うように設けられる誘電体材料からなるカバー層は、誘電体層の端面の傾斜角（水平方向に対する傾斜角度）が大きいときに特に有効となる。傾斜角は、積層体１０の製造時に制御することができるが、傾斜角が大きくなる、すなわち、端面が垂直に近くなると、誘電体層の端面において電界が集中する割合が高くなることが考えられる。したがって、傾斜角が大きくなる場合（好ましくは、３０°よりも大きくなる場合）には、上記の関係を満たすカバー層を設けることで、絶縁破壊をより効果的に抑制することができると考えられる。

また、誘電体層の厚さＴ１（ｎｍ）とカバー層の厚さＴ２（ｎｍ）とは、Ｔ１≦Ｔ２の関係を満たすことが好ましい。誘電体層の厚さＴ１がカバー層の厚さＴ２よりも大きくなると、薄膜コンデンサ全体の厚さが大きくなってしまう。すなわち、Ｔ１≦Ｔ２の関係を満たすことで、薄膜コンデンサの厚さの増大を防ぎつつ、絶縁破壊を抑制することが可能となる。

さらに、カバー層１８の材料として、強誘電体材料を選択することで、誘電体層２，４，６における電界の集中を効果的に防ぐことができる。具体的には、積層体１０を構成する誘電体層でなく、カバー層１８において分極が生じやすくなるため、積層体１０において壊れやすい端部に電界が集中しても、その電界はカバー層１８の分極を誘起するために消費される。そのため、積層体１０の端部で電界の集中が生じにくくなる。さらに、カバー層１８の材料をε_ｒが２００以上である強誘電体材料とした場合、カバー層１８における分極の誘起がさらに促進されるため、積層体１０の端部での電界の集中が効果的に抑制される。なお、強誘電体材料とは異なる誘電体材料を用いる場合には、上記の作用を得ることはできない。したがって、カバー層１８の材料として強誘電体材料を選択し、且つ、その厚さを上述の関係を満たすように制御することで、絶縁破壊を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、薄膜コンデンサ１００の開口部１０Ａ〜１０Ｃにおいて、誘電体層２，４，６、内部電極層３，５、及び上部電極層７により傾斜面が形成されている場合について説明したが、開口部１０Ａ〜１０Ｃの側壁の形状は傾斜面に限定されない。

図５は、変形例として開口部の傾斜面の曲面が積層方向に沿った垂直型である薄膜コンデンサを示している。図５は、変形例の薄膜コンデンサ２００における開口部１０Ｃの数位を示している。すなわち、薄膜コンデンサ１００について説明した図２に対応する。

薄膜コンデンサ２００では、図４に示した従来の薄膜コンデンサ３００と同様に、誘電体層４，６と、これらの誘電体層４，６上に積層された内部電極層５及び上部電極層７と、が同一形状で製造されている。したがって、誘電体層４及び内部電極層５の端面は積層方向（垂直方向）に連続し、誘電体層６及び上部電極層７の端面は積層方向（垂直方向）に連続している。このような薄膜コンデンサ２００においても、薄膜コンデンサ１００と同様に、強誘電体材料からなるカバー層を誘電体層の端面に対して接するように設け、且つ、誘電体層の厚さＴ１（ｎｍ）とカバー層の厚さＴ２（ｎｍ）とが２５００＜Ｔ１×Ｔ２＜４００００を満たすことにより、誘電体層における絶縁破壊を抑制することができ、薄膜コンデンサの破損を防ぐことができる。

なお、図５に示す薄膜コンデンサ２００では、誘電体層６との界面Ａ６を基準としたときのカバー層の厚さＴ２としてその厚さの最小値が選択されるため、図５に示すように、界面Ａ６に対して上方側のカバー層１８の厚さＴ２_６がカバー層１８の厚さＴ２となる。また、誘電体層４に対しては、誘電体層４との界面Ａ４を基準としたときのカバー層の厚さＴ２_４がカバー層１８の厚さＴ２となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係る薄膜コンデンサは上記実施形態に限られず、種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態では、下部電極層１の上部に複数の誘電体層２，４，６が積層され、この誘電体層２，４，６の間に内部電極層３，５が設けられた構成について説明しているが、本発明は、少なくとも１つの誘電体層を有する所謂単層の薄膜コンデンサにも適用することができる。単層の薄膜コンデンサの場合、誘電体層を挟んで下部電極と上部電極等が設けられる。このときに、誘電体層の端面に対して接し且つ端面を覆うように強誘電体材料からなるカバー層１８が設けられることで、電界集中による絶縁破壊を抑制することができる。また、誘電体層の数は２層以上であってもよい。誘電体層の数に応じて内部電極層の有無及びその数は変更される。また、下部電極層、内部電極層の数に応じて、開口部が設けられる数も変更される。

また、端子電極１１，１２の配置及びビアの配置についても適宜変更することができる。また、ビアの配置に応じて開口部の配置は適宜変更される。また、開口部の配置や形状に応じて、傾斜面の傾斜角等も適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、カバー層１８は上部電極層７の上面も覆う場合について説明したが、強誘電体材料からなるカバー層１８は、少なくとも誘電体層の端面に対して接し且つ誘電体層を覆うように設けられていればよい。すなわち、カバー層１８は、上部電極層７の上面を覆わない構成であってもよい。

また、薄膜コンデンサの製造方法についても、上記実施形態で説明したものに限定されない。上記実施形態では、下部電極層１の上部に積層された複数の誘電体層２，４，６及びカバー層１８は一度にまとめて焼成される態様について説明しているが、焼成を何度も行う（誘電体層毎に行う）態様であってもよい。

１…下部電極層、２，４，６…誘電体層、３，５…内部電極層、７…上部電極層、１０…積層体、１１，１２…端子電極、１８…カバー層、２０…保護層、１００，２００，３００…薄膜コンデンサ。

Claims

一対の電極層と、
当該一対の電極層に挟まれた誘電体層と、
前記誘電体層の端面に対して接しながら当該端面を覆う強誘電体材料からなるカバー層と、を有し、
誘電体層の厚さをＴ１（ｎｍ）とし、誘電体層との界面におけるカバー層１８の厚さをＴ２（ｎｍ）としたときに、
２５００＜Ｔ１×Ｔ２＜４００００
の関係を満たす、薄膜コンデンサ。
前記カバー層は、比誘電率（ε_ｒ）が２００以上である請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
前記誘電体層の厚さＴ１（ｎｍ）と、前記カバー層の厚さＴ２（ｎｍ）と、は、
Ｔ１≦Ｔ２
の関係を満たす、請求項１又は２に記載の薄膜コンデンサ。