JP3124624B2 - 積層コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は基板上に内部電極膜と
誘電体膜とを交互に積層してなる積層コンデンサおよび
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化が進む中で、電
子部品に対しても小型化のみならず、表面実装技術に対
応できるチップ化の要求が日増しに強くなっている。電
子回路に多数用いられているコンデンサに関しても、こ
れらの要求に答えるべく種々のものが開発されており、
小型で、かつ大きな静電容量を得るために電極層と誘電
体層とを交互に積層したチップ型の積層コンデンサも多
用されている。

【０００３】これらの積層コンデンサには、誘電体膜と
してセラミックが、また電極層には厚膜あるいは薄膜が
用いられている。周知のように、コンデンサの静電容量
は誘電体膜の誘電率に比例することから、大きな誘電率
を有し、かつ電気的特性に優れたセラミック材料の検討
が現在、活発に行われている。

【０００４】一方、コンデンサの静電容量は誘電体の厚
みにも依存し、厚みが半分になると静電容量は２倍にな
ることから、誘電体膜を薄くすることにより小型でかつ
静電容量の大きなコンデンサを実現することができる。
しかし、従来のセラミックシートを誘電体膜とする積層
型コンデンサでは、セラミックシートの厚みを５μm以
下にするには困難があり、その小型化にもおのずと限界
が生じる。そのため、誘電体膜自体をスパッタリングな
どの薄膜形成法を用いて製膜した薄膜積層コンデンサの
研究が進められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】たとえば、特願平１−
３３９７８１号は、各内部電極膜のパターンを湿式エッ
チングにて、また誘電体膜をドライエッチングにて形成
することを提案している。

【０００６】しかしながら、周知の如く、湿式、乾式を
問わず、エッチングによりパターンを形成するには、対
象とする薄膜上にフォトレジストのパターン形成が必要
であり、そのために多くの工程作業が付加される。さら
に、エッチングの後にはフォトレジストのパターンを除
去し、洗浄並びに乾燥という作業も必要となる。したが
って、内部電極膜、誘電体膜ともに薄膜化し、これらを
交互に積層した薄膜積層コンデンサでは、各層のパター
ン形成に多大な労力と費用とを必要とする。

【０００７】従来の薄膜技術による積層コンデンサで
は、各層が積層されるたびにこれらの付帯作業が必要で
あり、そのコストは膨大なものとなる。これが未だ薄膜
積層コンデンサが実現しない最大の原因となっている。

【０００８】また、特願平２−８６２６号および特願平
２−２１１５１号は、薄膜積層コンデンサの端面電極形
成法を提案するものであるが、上記した内部電極膜のパ
ターン形成法には触れておらず、上記問題は解消されて
いない。

【０００９】一方、セラミック材料による誘電体膜の薄
膜化は、その機械的な脆弱性によりクラックが発生、あ
るいは製膜時の異物付着によるピンホールが発生する場
合もあり、その場合には、誘電体膜の上下に配置された
電極間が短絡して事故を起こす。この問題を解決するた
めに、たとえば特願平１−１７３７９２号は、誘電体膜
の組成や結晶構造についての検討を行っている。

【００１０】本願の請求項１にかかる発明の目的は、小
型で大きい静電容量を得ることができる積層コンデンサ
を提供することである。

【００１１】本願の請求項２にかかる発明の目的は、内
部電極膜間の短絡事故による周辺回路への被害を防止す
るようにした積層コンデンサを提供することである。

【００１２】本願の請求項３にかかる発明の目的は、材
料コストが低く製造が容易な積層コンデンサの製造方法
を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項１にかかる発明は、基板の主表面上に
内部電極膜と誘電体膜とを交互に積層してなる積層コン
デンサにおいて、上記内部電極膜が第１の金属材料から
なる第１のグループとこの第１のグループとは異なるエ
ッチング耐性を有する第２の金属材料からなる第２のグ
ループとからなり、第１のグループの内部電極膜と第２
のグループの内部電極膜が上記誘電体膜を間にして交互
に積層され、第１のグループに属する内部電極膜が、エ
ッチングにより、上記基板の第１の端面から後退してお
り、第２のグループに属する内部電極膜が、エッチング
により、上記基板の第１の端面に対向する第２の端面か
ら後退しており、第１のグループに属する内部電極膜が
上記基板の第２の端面に形成されてなる一方の外部端子
電極に取り出され、かつ第２のグループに属する内部電
極膜が上記基板の第１の端面に形成されてなる他方の外
部端子電極に取り出されたことを特徴としている。

【００１４】また、本願の請求項２にかかる発明は、請
求項１にかかる発明において、上記内部電極膜と上記誘
電体膜とがともに薄膜であり、かつ第１のグループに属
する内部電極膜と第２のグループに属する内部電極膜の
いずれか一方が低融点金属材料からなることを特徴とし
ている。

【００１５】さらに、本願の請求項３にかかる発明は、
基板の主表面上に内部電極膜と誘電体膜とを交互に積層
してなる積層コンデンサの製造方法において、上記基板
の主表面上に、第１の金属材料からなる内部電極膜と、
上記第１の金属材料と異なるエッチング耐性を有する第
２の金属材料からなる内部電極膜とを上記誘電体膜を間
にして交互に形成した後、上記基板の第１の端面を、第
１のエッチング液に浸漬して、上記第１の金属材料から
なる内部電極膜を上記第１の端面より後退させ、上記基
板の第１の端面に対向する第２の端面を、上記第１のエ
ッチング液と異なる第２のエッチング液に浸漬して、上
記第２の金属材料からなる内部電極膜を上記第２の端面
より後退させ、上記第１の金属材料からなる内部電極膜
について、上記基板の第２の端面より端子を取りだす一
方、上記第２の金属材料からなる内部電極膜について、
上記基板の第１の端面より端子を取出すことを特徴とし
ている。

【００１６】本願の請求項１にかかる発明によれば、エ
ッチング耐性の異なる２種の金属を交互に積層し、対向
する端面から２種の金属のうちの一方のみをエッチング
によって後退させ、その端面から外部電極を取出してい
るため、各層毎のパターン形成が不要であり、著しく簡
略な工程により製造可能な積層コンデンサを提供するこ
とができる。

【００１７】また、本願の請求項２にかかる発明によれ
ば、内部電極膜間で短絡が生じると内部電極膜の片側が
溶融飛散するので、内部電極膜間で短絡が生じても周辺
回路への被害が未然に防止され、周辺回路の設計が容易
になる。

【００１８】さらに、本願の請求項３にかかる発明によ
れば、多層の薄膜を積層してなる積層コンデンサの製造
において本質的問題となる各層毎のパターン形成が不要
になるので、製造工程が著しく短縮されるとともに消費
材料が不要になり、材料コストが低減され、洗浄などの
後処理工程も不要となり、薄膜による多層の積層コンデ
ンサを効率よく容易に製造することができる。

【００１９】

【実施例】以下に、添付の図面を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。本発明にかかる積層コンデンサを
図１に示す。

【００２０】上記積層コンデンサは、基板１の一つの主
表面に、後述する内部電極膜２，４と誘電体膜３とを交
互に積層するとともに最表面に保護膜５を設け、基板１
の対向する両端面に薄膜で構成された半田付け可能な外
部端子電極２１を設けたものである。

【００２１】上記内部電極膜２，４は、同じ金属材料か
らなる第１のグループとこの第１のグループとは異なる
同じ金属材料からなる第２のグループとからなる。第１
のグループに属する内部電極膜２と第２のグループに属
する内部電極膜４は、上記誘電体膜３を間にして交互に
積層される。

【００２２】第１のグループに属する上記内部電極膜２
は、基板１の一つの端面に形成されてなる一方の外部端
子電極２１に取り出される。また、第２のグループに属
する内部電極膜４は、基板１の上記一つの端面に対向す
るいま一つの端面に形成されてなる他方の外部端子電極
２１に取り出される。

【００２３】図１の積層コンデンサでは、内部電極膜
２，４と誘電体膜３とが基板１の主表面全域にわたって
積層されており、第１のグループに属する内部電極膜２
と第２のグループに属する内部電極膜４とは、基板１の
対向する端面に設けられた外部端子電極２１，２１に引
き出されている。したがって、図１の積層コンデンサで
は、基板１の主表面全域に静電容量発生部分が構成され
ることになり、基板の主表面の単位面積当たりの静電容
量が大きくなる。

【００２４】上記内部電極膜２，４と上記誘電体膜３と
がともに薄膜であり、かつ第１のグループに属する内部
電極膜２と第２のグループに属する内部電極膜４のいず
れか一方、たとえば第２のグループに属する内部電極膜
４が低融点金属材料からなるものである場合、内部電極
膜２，４間で短絡が生じると、内部電極膜４が溶融飛散
する。これにより、内部電極膜２，４間で短絡が生じて
も、図１の積層コンデンサが接続されている周辺回路へ
の被害を未然に防止することができる。

【００２５】次に、図２から図９を参照して上記構成を
有する積層コンデンサの製造方法を説明する。上記多層
膜を形成する上記基板１の母材として、たとえば外形寸
法が７０ｍｍ×８０ｍｍ、厚みが０．３８ｍｍ、純度が
９９．５％のアルミナセラミックを用意した。

【００２６】このアルミナセラミックの一方の主表面の
全域に、銅、二酸化チタンおよびアルミニウムのスパッ
タリングターゲットを有する連続スパッタリング装置を
用い、銅−二酸化チタン−アルミニウム−二酸化チタン
−銅−二酸化チタン−アルミニウム−二酸化チタンの順
で、銅とアルミニウムは各々５０層、また二酸化チタン
は９９層を連続的に製膜した。この銅は第１のグループ
に属する内部電極膜２として、アルミニウムは第２のグ
ループに属する内部電極膜４として、また二酸化チタン
は誘電体膜３として機能するものであり、各層の厚み
は、およそ１００ｎｍとした。

【００２７】本実施例では基板１の片面にしか積層膜を
設けなかったが、その両主表面に積層膜を設けて静電容
量を２倍にした場合でも、以降の工程は同じであり、こ
の場合、本発明の効果をより顕著に引き出すことができ
る。

【００２８】以上の製膜が終了した後、スパッタリング
装置からアルミナセラミックを取り出し、最表面のアル
ミニウム膜の上にプラズマＣＶＤ装置を用いて保護膜５
としての窒化珪素薄膜を製膜した。これは、内部の薄膜
積層部を保護するためのものであり、厚みは３μｍとし
た。

【００２９】このように多層の薄膜が形成されたアルミ
ナセラミックを、ワイヤーソーを用いて図２に示すよう
に、幅が２ｍｍのステイック状に切断した。

【００３０】以下、図２における矢印Ｃの方向から見た
断面を基に、図１のＡ、Ｂ部の内部電極膜２および４、
誘電体膜３並びに保護膜５のパターン形成法を詳細に説
明する。図３は、ワイヤーソーで切断したままの状態を
示すものであり、スパッタリングで製膜された内部電極
膜２および４、誘電体膜３並びに保護膜５が両端面に露
出している。ここに、そのままで外部端子電極２１，２
１を形成した場合には、内部電極膜２と４とが外部端子
電極２１，２１により短絡されてコンデンサを形成し得
ない。そのため、従来の技術では各層の製膜毎にパター
ン形成を必要とする。

【００３１】しかし、本実施例では一挙に図３の状態ま
で多層薄膜を形成した後、以下に説明するように、極め
て単純な操作により内部電極２と４とを加工して目的を
達するものである。

【００３２】まず、図１におけるＡ部分（図２の矢印Ｄ
の端面）を硝酸系の腐食液に浸漬した。このとき、内部
電極膜４に用いたアルミニウムは硝酸系の腐食液に耐性
を有することから何等の変化もしないが、内部電極膜２
の銅は腐食液に浸されて、およそ１０μｍ後退した。図
４は、その様子を示したものであり。基板１、内部電極
膜４、誘電体膜３並びに保護膜５はワイヤーソーで切断
した端面に留まり、内部電極膜２のみの後退した状態が
得られた。

【００３３】次に、図１におけるＢ部分（図２の矢印Ｅ
の端面）を水酸化ナトリウムの水溶液に浸漬した。この
とき、内部電極膜２に用いた銅は水酸化ナトリウムの水
溶液に耐性を有することから何等の変化もしないが、内
部電極膜４のアルミニウムは水酸化ナトリウムの水溶液
に浸され、およそ１０μｍ後退した。図５は、そのよう
すを示したものであり、基板１、内部電極膜２、誘電体
膜３並びに保護膜５はワイヤーソーで切断した端面に留
まり、内部電極膜４のみの後退した状態が得られた。

【００３４】以上の操作により内部電極膜２および４の
後退した部分にポリイミド樹脂６を真空含浸させた後、
ラッピングマシンを用いた機械研磨により、その端面全
域を約５μｍ後退させて仕上げた。図６は、その状態を
示したもであり、片側の端面は内部電極膜４の露出した
状態が得られ、また、対向する端面には内部電極膜２の
露出した状態が得られた。

【００３５】その後に、研磨仕上げを施した両端面並び
に図２に矢印ＦおよびＧで示した両面に、図７に示すよ
うに、外部端子電極２１，２１（図１参照）を構成する
ニッケル・クロム合金薄膜７および銅薄膜８をスパッタ
リングにより製膜し、その上に図８のフォトレジストパ
ターン１１を形成した。次に硫酸銅・塩酸系の腐食液を
用いた湿式エッチングにより、フォトレジストで覆われ
ていない部分の銅薄膜８並びにニッケル・クロム合金薄
膜７を除去した後、フォトレジストパターン１１を溶剤
で剥離し、図９のような外部端子電極２１，２１を形成
した。さらに、銅薄膜８の上にニッケルのめっき膜およ
び錫のめっき膜を設けて、図１に示した断面形状を得
た。

【００３６】なお、上記外部電極の最下層に用いたニッ
ケル・クロム合金薄膜７は、その上に設けられる外部端
子電極２１，２１を構成する薄膜と下地との接着層とし
ての役割を果たすものである。ここでニッケル・クロム
合金を使用したのは、硫酸銅・塩酸系の腐食液を用いる
ことにより銅と同時に除去ができるためである。これ
は、クロムやニッケルでも同様の効果が得られ、また腐
食液を適切に選択することによりアルミニウムも適用で
きる。一方、ここで製膜方法にスパッタリング法を用い
たのは、真空蒸着法よりも下地と付着力が大きいためで
あり、実用的には真空蒸着法でもよい。

【００３７】以上の操作により、図１に示す断面構造を
有するステイック状の基板が得られた。この基板を、ワ
イヤーソーを用いて、図２に破線で示すように、１．２
５ｍｍ幅のチップ状に切断した。そして、その切断端面
の保護のために、ポリイミド樹脂を塗布して仕上げ、２
×１．２５ｍｍの平面寸法を有するチップ型積層コンデ
ンサを得た。

【００３８】以上のようにして、本実施例では一挙に図
３の状態まで多層薄膜を形成した後、従来のように、各
層の製膜毎にパターン形成することなく、極めて単純な
操作により内部電極２と４とを加工して目的を達するこ
とができる。

【００３９】なお、上記実施例において、内部電極膜２
として用いた銅に代えてニッケルを使用することもで
き、同様に内部電極膜４として用いたアルミニウムに変
えて錫を使用することも可能である。また、誘電体膜３
は薄膜化が可能な材料であればどのような誘電体材料で
も適用でき、製膜方法もスパッタリングに限らず真空蒸
着やプラズマＣＶＤでも同様の層構造が得られる。

【００４０】また、上記実施例では、製膜後の基板をス
パッタリング装置から取り出し、別の製膜装置で保護膜
を作成したが、４枚のターゲットが装着できるスパッタ
リング装置を用いた場合には、上記３種類のターゲット
にシリコンのターゲットを加えることにより、全ての薄
膜を同じ真空装置内で製膜することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるチップ型の積層コンデンサの
断面構造を示す概念図である。

【図２】 コンデンサを構成する多層薄膜を形成した
後、スティック状に切断した基板の形態図である。

【図３】 図１の積層コンデンサの内部電極パターンの
形成手順の説明図である。

【図４】 図１の積層コンデンサの内部電極パターンの
形成手順の説明図である。

【図５】 図１の積層コンデンサの内部電極パターンの
形成手順の説明図である。

【図６】 図１の積層コンデンサの内部電極パターンの
形成手順の説明図である。

【図７】 本発明による外部電極の形成手順を概念的に
示したものである。

【図８】 本発明による外部電極の形成手順を概念的に
示したものである。

【図９】 本発明による外部電極の形成手順を概念的に
示したものである。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 第１のグループの内部電極膜（銅） ３ 誘電体膜（二酸化チタン） ４ 第２のグループの内部電極膜（アルミニウム） ５ 保護膜（窒化珪素） ６ ポリイミド樹脂 ７ ニッケル・クロム合金膜 ８ 銅薄膜 １１ フォトレジストパターン ２１ 外部端子電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01G 4/00 - 4/40 H01G 13/00 - 13/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の主表面上に内部電極膜と誘電体膜
   とを交互に積層してなる積層コンデンサにおいて、 上記内部電極膜が第１の金属材料からなる第１のグルー
   プとこの第１のグループとは異なるエッチング耐性を有
   する第２の金属材料からなる第２のグループとからな
   り、第１のグループの内部電極膜と第２のグループの内
   部電極膜が上記誘電体膜を間にして交互に積層され、第１のグループに属する内部電極膜が、エッチングによ
   り、上記基板の第１の端面から後退しており、第２のグ
   ループに属する内部電極膜が、エッチングにより、上記
   基板の第１の端面に対向する第２の端面から後退してお
   り、 第１のグループに属する内部電極膜が上記基板の第２の
   端面に形成されてなる一方の外部端子電極に取り出さ
   れ、かつ第２のグループに属する内部電極膜が上記基板
   の第１の端面に形成されてなる他方の外部端子電極に取
   り出されたことを特徴とする積層コンデンサ。
2. 【請求項２】 上記内部電極膜と上記誘電体膜とがとも
   に薄膜であり、かつ第１のグループに属する内部電極膜
   と第２のグループに属する内部電極膜のいずれか一方が
   低融点金属材料からなることを特徴とする請求項１記載
   の積層コンデンサ。
3. 【請求項３】 基板の主表面上に内部電極膜と誘電体膜
   とを交互に積層してなる積層コンデンサの製造方法にお
   いて、 上記基板の主表面上に、第１の金属材料からなる内部電
   極膜と、上記第１の金属材料と異なるエッチング耐性を
   有する第２の金属材料からなる内部電極膜とを上記誘電
   体膜を間にして交互に形成した後、上記基板の第１の端面を、第１のエッチング液に浸漬し
   て、上記第１の金属材料からなる内部電極膜を上記第１
   の端面より後退させ、 上記基板の第１の端面に対向する第２の端面を、上記第
   １のエッチング液と異なる第２のエッチング液に浸漬し
   て、上記第２の金属材料からなる内部電極膜を上記第２
   の端面より後退させ、 上記第１の金属材料からなる内部電極膜について、上記
   基板の第２の端面より 端子を取りだす一方、上記第２の
   金属材料からなる内部電極膜について、上記基板の第１
   の端面より端子を取出す ことを特徴とする積層コンデン
   サの製造方法。