JP3882779B2 - Thin film capacitor, composite passive component including thin film capacitor, method for manufacturing the same, and wiring board incorporating them - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性基材上に形成した薄膜キャパシタおよび薄膜キャパシタを含む複合受動部品、特に有機材料からなる電子回路基板の内部に実装されるのに適した構造の薄膜キャパシタおよび薄膜キャパシタを含む複合受動部品とそれらの製造方法ならびに当該薄膜キャパシタおよび薄膜キャパシタを含む複合受動部品を内蔵した配線基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の高性能化のために受動部品の高密度実装に対する市場の要求が高まっている。このような要求に応えるために受動部品は1005サイズ(L:1.0mm×W:0.5mm)、0603サイズ(L:0.6mm×W:0.3mm)と小型化の一途をたどっている。さらに0402サイズ(L:0.4mm×W:0.2mm)の受動部品も開発される傾向にある。しかし一方では、これ以上のチップサイズの小型化は技術上および実装機側の事情から困難であるとの認識がある。そういった背景から以前より受動部品を電気回路基板に内蔵することによって基板面積を削減しようとする技術が注目されている。特にキャパシタは電子回路を構成する要素の中で最も多く用いられている部品の一つであるので、キャパシタを電子回路基板に内蔵できると基板の面積削減に特に大きな効果が期待できる。
【0003】
電子回路基板にキャパシタを内蔵する技術として、特開2000−243873号公報、特開平11−45955号公報に開示されたような多層基板のある一層に設けた空洞に電子部品を埋め込んだもの、特開平2000−277922号公報、特開2001−77539号公報に開示されたような多層基板を構成する絶縁層をキャパシタの誘電体層として利用するものが挙げられる。特に絶縁層をキャパシタとして用いる場合、絶縁層に無機フィラーを混合した樹脂を適用することによって比誘電率を高くする技術も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし多層基板のある一層に空洞を設けて電子部品を埋め込む場合、電子部品の厚さが通常のチップ部品で0.3mmが下限であるとすると、上下にプリント基板のプリプレグを一層ずつ積層したとしても、プリプレグの最小限の厚さを0.1mmと仮定すると基板の厚さを0.5mm以下にすることは不可能になる。また、絶縁層をキャパシタとして用いる場合、比誘電率が2〜4、無機フィラーを混合しても比誘電率を30以上にすることは極めて困難であり、かつ1層の厚さが最低でも数十μmもあるために、1mm2あたりの容量はせいぜい9pF(絶縁層厚さ20μm、比誘電率20と仮定)しか得ることができない。
【0005】
以上のような課題を解決するためにチップ部品よりも薄くかつ単位あたりの容量が高い薄膜コンデンサを基板に内蔵することが有効である。薄膜コンデンサに関する技術は多数報告されているが、そのうち多くはリジッドなSi基板、セラミック基板上に形成された薄膜キャパシタに関する技術である。リジッドな基板上に形成した薄膜キャパシタは誘電体薄膜の形成温度を500〜600℃以上にすることが可能であるためにより比誘電率の高い誘電体材料を使うことができるというメリットがある反面、基板の厚さが通常0.1mm以上あるためそれを内蔵した多層基板の厚さを0.5mmより薄くすることが困難である。また、多層配線基板のような樹脂基板の内部にリジッドな基材上に形成された薄膜キャパシタを内蔵する場合、樹脂基板、例えば多層配線基板の製造工程にある熱圧着によりリジッドな基材が破損する恐れがある。
【0006】
それに対して樹脂や金属箔のようなフレキシブルな基材上に形成された薄膜キャパシタは、基材の厚さを薄くできる、および多層配線基板製造工程の熱圧着でもフレキシブル基材が破損されない点でメリットがある。フレキシブル基材上に形成された薄膜キャパシタに関しては特開昭59−135714号公報に有機高分子からなる可撓性フィルム上に金属薄膜を設けさらに高誘電体薄膜を形成する技術が開示されている。また、特開2000−357631号公報にフレキシブル薄膜コンデンサ(=キャパシタ)において有機高分子または金属箔からなるフレキシブル基板と無機高誘電体膜および金属電極膜を強固に接着させるために接着膜、好ましくは金属酸化物接着膜を設ける技術が開示されている。
【0007】
しかし有機高分子膜または金属箔といったフレキシブル基材上に高誘電率薄膜を形成した薄膜キャパシタの信頼性を向上させるためには、特開2000−357631号公報に記載されているように基材と金属膜、高誘電体薄膜の密着性を上げることは効果的な対策であるが、さらに高誘電率薄膜を形成するにあたって樹脂のキュア温度よりも高い温度でアニールしたときに生じる応力によって誘電体薄膜そのものが変形しないような、換言すれば誘電体薄膜そのものが破損しないような手段が必要であった。
さらに薄膜キャパシタだけでなく、抵抗、インダクタも配線基板に内蔵する場合には、キャパシタ、抵抗、インダクタの各受動部品を1個ずつ内蔵すると、内蔵受動部品の間隔を一定以上確保する必要があることから、受動部品内蔵基板の省面積化には改善の余地が残る。
【0008】
薄膜キャパシタを配線基板のような絶縁基板に内蔵する方法の一つとして、特開2001−168534号公報に、薄膜キャパシタの両端に端子電極を形成し、端子電極を貫通するスルーホールによって絶縁基板の内層電極ないし外層電極に接続させる技術が開示されている。この場合、スルーホールの内面に形成されたCu層と薄膜キャパシタの端子電極が電気的に接続される必要がある。しかし薄膜装置で形成した下部電極や上部電極は厚さがせいぜい1μm程度しか得られないためにスルーホール内壁のCu層と薄膜キャパシタ電極の接続信頼性を十分に確保することができないという問題があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、第1に、フレキシブル配線基板にも実装可能な薄い(例えば、0.1mm以下)薄膜キャパシタを特性のばらつきがなく信頼性高く提供できるようにすることであり、第2に、そのような薄い薄膜キャパシタを配線基板内に接続信頼性高く実装できるようにすることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、厚さ2μm以上100μm以下の基材上に、下部電極、誘電体薄膜および上部電極が積層されている薄膜キャパシタにおいて、前記下部電極が、前記基材と接する第1の密着電極と、前記誘電体薄膜と接する耐酸化電極と、前記第1の密着電極と前記耐酸化電極の間に設けられた、前記耐酸化電極よりも高いヤング率を有する材料からなる高弾性電極と、を有し、前記第1の密着電極がTi、Cr、Zrのいずれかにより形成され、かつ高弾性電極がIr、Ru、Rh、W、Mo、Fe、Ni、Coのいずれかにより形成されていることを特徴する薄膜キャパシタ、が提供される。
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、厚さ2μm以上100μm以下の基材上に、下部電極、誘電体薄膜および上部電極が積層されている薄膜キャパシタにおいて、前記下部電極が、前記基材と接する第1の密着電極と、前記誘電体薄膜と接する耐酸化電極と、前記第1の密着電極と前記耐酸化電極の間に設けられた、前記耐酸化電極よりも高いヤング率を有する材料からなる高弾性電極と、を有し、前記第1の密着電極がTi、Cr、Zrのいずれかにより形成され、かつ高弾性電極がIr、Ru、Rh、W、Mo、Fe、Ni、Coのいずれかにより形成されていることを特徴する薄膜キャパシタとともに、薄膜抵抗またはインダクタないし薄膜抵抗とインダクタの双方が同一の基材の上に形成されていることを特徴とする複合受動部品、が提供される。
【0010】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、
厚さ2μm以上100μm以下の基材上に、下部電極、誘電体薄膜および上部電極が積層されている薄膜キャパシタにおいて、前記下部電極が、前記基材と接する第1の密着電極と、前記誘電体薄膜と接する耐酸化電極と、前記第1の密着電極と前記耐酸化電極の間に設けられた、前記耐酸化電極よりも高いヤング率を有する材料からなる高弾性電極と前記耐酸化電極と、前記耐酸化電極と前記高弾性電極との間に第2の密着電極が形成されており、前記第1および第2の密着電極がTi、Cr、Zrのいずれかにより形成され、かつ高弾性電極がIr、Ru、Rh、W、Mo、Fe、Ni、Coのいずれかにより形成されていることを特徴する薄膜キャパシタ、および薄膜キャパシタを含む複合受動部品、が提供される。
そして、好ましくは、高弾性電極の膜厚は好ましくは300nm以上、より好ましくは400nm以上に、もしくは、誘電体薄膜の膜厚の二倍以上になされる。また、好ましくは、高弾性電極は、Ir、Ru、Rh、W、Mo、Fe、Ni、Co、Taのいずれかにより形成される。また、一層好ましくは、絶縁基材には、樹脂フレキシブル基材が用いられる。
【0012】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、厚さが2μm以上100μm以下の基材上に、前記基材と接するTi、Cr、Zrのいずれかにより形成された第1の密着電極と、前記第1の密着電極上に形成されたIr、Ru、Rh、W、Mo、Fe、Ni、Coのいずれかにより形成されている、膜厚が300nm以上の高弾性電極と、前記高弾性電極上に形成された、前記高弾性電極よりも低いヤング率を有する材料からなる耐酸化電極と、を有する下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に誘電体薄膜を形成する工程と、前記誘電体薄膜上に上部電極を形成する工程と、前記上部電極をパターニングする工程と、前記誘電体薄膜をパターニングする工程と、前記下部電極を、前記誘電体薄膜より広い面積を占めるようにパターニングする工程と、を有することを特徴とする薄膜キャパシタの製造方法、が提供される。
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、厚さが2μm以上100μm以下の基材上に、前記基材と接するTi、Cr、Zrのいずれかにより形成された第1の密着電極と、前記第1の密着電極上に形成されたIr、Ru、Rh、W、Mo、Fe、Ni、Coのいずれかにより形成されている、膜厚が300nm以上の高弾性電極と、前記高弾性電極上に形成された、前記高弾性電極よりも低いヤング率を有する材料からなる耐酸化電極と、を有する下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に誘電体薄膜を形成する工程と、前記誘電体薄膜上に上部電極を形成する工程と、前記上部電極をパターニングする工程と、前記誘電体薄膜をパターニングする工程と、前記下部電極を、前記誘電体薄膜より広い面積を占めるようにパターニングする工程と、感光性樹脂ないし感光性ガラスを用いて絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層が下部電極の全面を覆うようにパターニングする工程と、引き出し電極の密着層と薄膜抵抗を同一の材料にて成膜する工程と、引き出し電極とインダクタを同一の材料にて同時に形成する工程と、を有することを特徴とする薄膜キャパシタを含む複合受動部品の製造方法、が提供される。
【0013】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、上記の薄膜キャパシタまたは薄膜キャパシタを含む複合受動部品が樹脂基板内に埋め込まれ、前記薄膜キャパシタの下部電極は前記薄膜キャパシタに到達するビアホールまたは前記薄膜キャパシタを貫通するスルーホールまたは前記薄膜キャパシタが固着された導電性パターンのいずれかを介して引き出され、前記薄膜キャパシタの上部電極は前記薄膜キャパシタに到達するビアホールまたは前記薄膜キャパシタを貫通するスルーホールのいずれかを介して引き出され、薄膜抵抗およびスパイラルインダクタのそれぞれの電極は前記薄膜抵抗およびスパイラルインダクタに到達するビアホールまたは前記薄膜抵抗およびスパイラルインダクタを貫通するスルーホールのいずれかを介して引き出されていることを特徴とする薄膜キャパシタおよび薄膜キャパシタを含む複合受動部品を内蔵する配線基板、が提供される。
【0014】
[作用]
本発明の薄膜キャパシタでは、誘電体薄膜の下層に下部電極の一部として、高ヤング率材料からなる厚い高弾性電極が設けられる。これにより、樹脂のキュア温度よりも高い温度で誘電体薄膜を形成した際に生じる応力を緩和することができる。このような効果が期待できるのはその膜厚が300nm以上からであり、その効果がより確実になるのは400nm以上である。しかし、その膜厚を1.5μm以上に厚く形成するのは得策ではない。一定以上に厚くしても応力緩和効果の向上を期待できない上に成膜時間が長期化するからである。かくして、高い応力を生じさせることなく誘電体薄膜の高温度でのアニールが可能になったことにより、高い容量密度(概ね30pF/mm2以上)を実現することができる。また、ベースとなる基材に、2μm以上100μm以下、例えば10〜70μmのフレキシブル基材を用いることにより、厚さ0.1mm以下で、キャパシタを樹脂基板内に内蔵する樹脂基板製造プロセスにおいて破損することのないの薄膜キャパシタを提供することが可能になる。なお、本発明においては、2〜100μm厚の基材が用いられるが、厚み100μm以下の基材を用いるのは0.1mm以下の厚さのキャパシタを製造するために必要なことであり、また基材が十分の厚みを有し強固である場合には本発明において要請される高弾性電極を用いる必要性が低くなるからである。また、薄膜キャパシタを配線基板に内蔵する場合、プリプレグを用いて薄膜キャパシタを埋め込むことが多いが、その場合硬化されたプリプレグの厚さが0.1mm程度となることを想定すると、70μm以下の基材を用いることがより好ましい。また、2μm以下の基材では機械的強度が不足し、また製造工程中の取り扱いが困難になることから、これ以上厚さが必要となる。製造工程中の安定性をより確実にするには10μm以上の厚みの基材を用いることがより好ましい。
【0015】
また、本発明の薄膜キャパシタには、下部電極および上部電極上に電解めっきにより1μm以上、より好ましくは2.5μm以上の膜厚の引き出し電極が形成される。そのため、薄膜キャパシタを樹脂基板に内蔵した場合に、薄膜キャパシタの電極とスルーホールの内面に形成されたCu層との電気的接続を確実にすることができる。また、引き出し電極の厚さが1μmを下回ると、熱サイクル試験において引き出し電極と貫通スルーホールの内面Cuめっきとの電気的接続が失われる恐れが高くなるが、その意味においても引き出し電極の厚さを1μm以上とすることは有効である。この場合に、薄膜キャパシタに電解めっき等で厚膜電極を形成すると誘電体薄膜にさらに応力がかかるようになるが、この応力も本発明により下部電極に高弾性電極を用いたことにより緩和され、誘電体薄膜が破損されることを抑制することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)、(b)は、本発明の薄膜キャパシタの第1の実施の形態を示す平面図と断面図である。樹脂または金属からなる好ましくは厚さ2〜100μm、より好ましくは10〜70μmのフレキシブル基材1上に、下部電極5と、無機材料によって構成された高誘電率薄膜8と、上部電極9とが積層されてキャパシタが構成されている。そして、下部電極5は、フレキシブル基材1の密着性を高めるために設けられる密着電極2と、高誘電率薄膜8と接触する、難酸化性材料からなる耐酸化電極4と、耐酸化電極4と密着電極2の間に挟まれた、耐酸化電極4よりも高い弾性率(ヤング率)を有する高弾性電極3とにより構成される。高弾性電極3はフレキシブル基材1が変形するような外部応力がかけられても高誘電率薄膜8が損傷を受けないようにするために設けられた電極であり、300nm以上であることが望ましく、より好ましくは400nm以上の厚さである。また、高弾性電極3と、耐酸化電極4との密着性を向上させるために両者の間に密着層を介在させることができる。この密着層と上記の密着電極は、Cr、Ti、Zrのいずれかを用いて形成することができる。
【0017】
本発明の薄膜キャパシタには、外部配線との接続のために1μm以上、より好ましくは2.5μm以上の厚さを有する引き出し電極7および引き出し電極10が備えられている。図1(a)の7aは、引き出し電極7の上部電極9に対するコンタクト部である。この引き出し電極7を、引き出し電極10およびそれと電気的に接続している下部電極5と十分に絶縁させるために、引き出し電極7、10の接触領域以外は絶縁層6により被覆されている。本発明の構成の必須要件ではないが、薄膜キャパシタの最上層には感光性樹脂を用いた厚さ1〜5μmの保護層11が形成されている。この保護層11には、引き出し電極7および10の一部が露出するように開口11a、11bが設けられている。この開口は、薄膜キャパシタの静電容量を測定する際に、測定器のプローブを直接薄膜キャパシタの引き出し電極に当てるために、また薄膜キャパシタを配線基板に内蔵した際に配線基板の導電膜を薄膜キャパシタの引き出し電極に接触させることができるようにするため用いられる。
【0018】
図1の高弾性電極3には、耐酸化電極4に通常用いられるPt(ヤング率E=165GPa)よりも高い弾性率(ヤング率)を有する金属が用いられる。具体的にはMo、W、Ru、Ir等が挙げられるが、耐酸化電極よりも高い弾性率(ヤング率)を有しかつ高い導電性があれば上記金属に限定されない。すなわち、Fe、Ni、Co、Ta等も使用可能である。耐酸化電極4は、Pt以外にRu、RuO2、IrO2、Pd、Au等を用いて形成してもよい。高誘電率薄膜8には、チタン酸バリウムストロンチウム((Ba,Sr)TiO3)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)のようなペロブスカイト構造を有する無機複合酸化物、酸化チタン(TiO2)、酸化タンタル(Ta2O5)等が用いられる。また、高誘電率薄膜8と上部電極9との間に両者の密着性を向上させるためにCrやTiやZr等からなる密着層を形成してもよい。また、引き出し電極7、10には、めっき法などの厚膜形成が可能なプロセスで形成されるのに適したCu、Ni等を用いることが、絶縁層6には、パターン形成が容易な感光性樹脂を用いることがそれぞれ適している。高弾性電極3自体が耐酸化性材料により形成されている場合には、、耐酸化電極4を省略して、高弾性電極3上に直接または密着層を介して誘電体薄膜を形成するようにしてもよい。
【0019】
図2(a)、(b)は、本発明の薄膜キャパシタの第2の実施の形態を示す平面図と断面図である。図2において、図1に示した第1の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。本実施の形態の図1に示した第1の実施の形態の薄膜キャパシタと相違する点は、フレキシブル基材1上に、高誘電率薄膜8に接する下部電極5以外に、下部電極5と電気的に絶縁されかつ下部電極5と同じ層構造を有する引き出し電極受け5aが形成されており、上部電極から延びる引き出し電極7が、この引き出し電極受け5aにまで引き延ばされている点である。このように、引き出し電極7が横方向に引き延ばされたことにより、図1に示した薄膜キャパシタと比較して、薄膜キャパシタの形状が大きくなる、上部電極9に接続される引き出し電極7の引き回しが長くなるために高周波特性が劣るというデメリットはあるが、上部電極9に接続される引き出し電極7が高誘電率薄膜8の真上外に引き出されているために、配線基板に内蔵したときに表面配線層との電気的接続にプロセス上安価な貫通スルーホールを使うことができるメリットがある。また、引き出し電極7を単にフレキシブル基材1上や絶縁層6上に延在させるのに比較して、引き出し電極7を引き出し電極受け5aに接続するようにすることにより、スルーホール形成時の引き出し電極の剥がれをより有効に防止することができる。なお、図2(a)の7、7bは、引き出し電極7の上部電極9と引き出し電極受け5aに対するコンタクト部である。
【0020】
図3は、本発明の薄膜キャパシタの第3の実施の形態を示す断面図である。図3において、図1に示した第1の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。本実施の形態の図1に示した第1の実施の形態の薄膜キャパシタと相違する点は、フレキシブル基材1に開口が設けられ、該開口内が下部電極5の引き出し電極12となる導電性材料により埋め込まれている点である。
引き出し電極12が埋設されたフレキシブル基材1は、以下のように形成することができる。ガラス、シリコン、サファイア、セラミック、金属などからなるリジットな仮基板上に電解めっき法もしくは厚膜印刷法により、引き出し電極12となる導電性ポストを形成し、あるいは仮基板上に金属フィルムを貼り付けエッチングによって導電性ポストを形成し、ポリイミドのワニスのような基材形成材料を塗布し、硬化させてフレキシブル基材1を形成する。CMPなどにより表面平坦化した後、その上にキャパシタを形成する。キャパシタ形成後に薄膜キャパシタを仮基板から剥離する。あるいは、仮基板をエッチング除去する。
引き出し電極12の埋設されたフレキシブル基材1の他の形成方法は、フレキシブル基材1上にキャパシタを形成した後、基材裏面より基材を選択的にエッチングし、もしくはレーザ光照射により基材を選択的に除去して開口を形成し、該開口内に導電性塗料やはんだを埋め込む。あるいは、電解めっき法により開口内に導電層プラグを形成する。
【0021】
図4は、本発明の薄膜キャパシタの第2の実施の形態を示す断面図である。図4において、図1、図2に示した第1、第2の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。本実施の形態の図1に示した第1の実施の形態の薄膜キャパシタと相違する点は、上部電極9上にさらに高誘電率薄膜8′、下部電極5′、高誘電率薄膜8″、上部電極9′が積層され、下部電極5、5′同士が並列に接続され、上部電極9、9′同士が引き出し電極7により並列に接続されていることである。本実施の形態によれば、面積当たりの容量を大きくすることができる。本発明のキャパシタの厚みは、フレキシブル基材1と引き出し電極との膜厚によってほぼ決定されるため、キャパシタを多層構造としたことによって、キャパシタの厚さが大きく厚くなることはない。多層に重ねる高誘電率薄膜の層数は、2でもよくまた4以上であってもよい。
図3、図4に示した第3、第4の実施の形態のキャパシタにおいても、表面に絶縁性の保護層を形成するようにしてもよい。
【0022】
図5(a)、(b)は、本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品の第1の実施の形態を示す平面図と断面図である。図5において、図1、図2に示した第1、第2の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。同一のフレキシブル基材1の上に薄膜キャパシタと薄膜抵抗が形成されている。図の左側部には、図1に示した第1の実施の形態の薄膜キャパシタに密着電極を付加したものが形成されている。すなわち、上部電極9ないし下部電極の耐酸化電極6と厚膜で形成された引き出し電極7および10との間に密着電極14aが形成されている。図の右側部は薄膜抵抗形成部であって、薄膜抵抗体14bは密着電極14aと同一材料からなり、密着電極14aと同時に形成されたものである。薄膜抵抗体14bの上に引き出し電極15が形成される。なお第1から第4の実施の形態で示したように、表面に絶縁性の保護層11を形成するようにしてもよい。その場合、保護層11には引き出し電極15上に開口11c、11dが開けられる。また、図5においては薄膜抵抗体14bの両端が引き出し電極15の両端と一致するように記載されているが、薄膜抵抗体14bと引き出し電極15が電気的に接触していれば、一致していなくてもよい。ここで、薄膜キャパシタの下部電極5の右端と薄膜抵抗体14bの左端の距離は20μmまで近づけることができる。
また、図5には薄膜キャパシタと薄膜抵抗の2つが同一基材上に形成されている形態を示したが、薄膜キャパシタと薄膜インダクタとが、または薄膜キャパシタと薄膜抵抗と薄膜インダクタとが同一基材上に形成されていてもよい。
【0023】
図6は、本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品の第2の実施の形態を示す断面図である。図6において、図5示した複合受動部品の第1の実施の形態の部分と同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略する。本実施の形態においては、同一のフレキシブル基材1の上に薄膜キャパシタとスパイラルインダクタとが形成されている。すなわち、図6の左側部には図5に示した第1の実施の形態の薄膜キャパシタが形成されており、右側部にはスパイラルインダクタ16が形成されている。スパイラルインダクタ16は、薄膜キャパシタの下部電極5と同一材料からなり、下部電極5のパターニング時に同時に形成されたものである。スパイラルインダクタ16の上に引き出し電極17が形成される。なお、表面に絶縁性の保護層11を形成するようにしてもよい。その場合、保護層11には引き出し電極17上に開口が開けられる。
【0024】
図7は、本発明の薄膜キャパシタを内蔵した配線基板の第1の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、本発明に係る薄膜キャパシタを多層配線基板に内蔵した例に関する。図7に示す薄膜キャパシタ内蔵多層配線基板は以下のように作製される。両面に内層パターン22となる配線が形成されたコア層21上に、本発明に係る薄膜キャパシタ20aを接着層23を介して固着した後、コア層21の上下面にプリプレグを配置し、加圧・加熱してプリプレグ硬化層24を形成する。そして、薄膜キャパシタの引き出し電極7および10を貫通するように、基板を貫通するスルーホール25を開設し、プリプレグ硬化層24の表面に配線パターン26を形成すると共に、スルーホール内壁面に、配線パターン26と、薄膜キャパシタ20aの引き出し電極7、10や内層パターン22とを接続するCuめっき層26を形成する。
プリプレグ硬化層24を形成しめっきのみによって配線パターンを形成する方式に代え、プリプレグ硬化層24をコア層に接着する際にその上に銅箔を設けるかあるいは樹脂コート銅(RCC、resin coated copper)を貼り付けその銅箔層を用いて配線パターンを形成するようにしてもよい。図7から明らかなように、本実施の形態に用いられる薄膜キャパシタ20aはプリプレグ硬化層24よりも薄いことが必須である。望ましくは薄膜キャパシタの厚さはプリプレグの概ね70%以下である。したがってプリプレグ層一層の厚さを0.1mmとしたとき、許容される薄膜キャパシタの厚さは70μm以下ということになる。
【0025】
図8は、本発明の薄膜キャパシタを内蔵した配線基板の第2の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、本発明に係る薄膜キャパシタをビルドアップ基板のコア基板に内蔵した例に関する。コア基板30は、次のように作成される。内層パターン22となる配線パターンを有するコア層21上に本発明に係る薄膜キャパシタ20bを接着層23を介して接着し、そのコア層21の上下面にプリプレグを配置し、押圧し硬化させてプリプレグ硬化層24を形成する。コア基板を貫通するスルーホール25を形成すると共に薄膜キャパシタ20bの引き出し電極7、10の表面を露出させるビアホール28を開設する。ビアホール28内壁面に形成されたCuめっき層29を介して薄膜キャパシタ20bの引き出し電極7、10に接続された配線パターン26を形成すると共に、スルーホール25の内壁面にCuめっき層27を形成しこれにより基板表裏面の配線パターン26を電気的に接続する。プリプレグ硬化層24を形成する際にその上に銅箔を設けるようにしてもよい。このようにして作製されたコア基板30の表裏面にビルドアップ層31を形成する。ビルドアップ層31は、プリプレグ硬化層32を形成しビアホール33を形成した後、配線パターン35とビアホール33の内壁面を覆うCuめっき層34を形成する工程を、1ないし複数回行うことによって形成される。
ビルドアップ層31は、プリプレグ硬化層32を用いて形成する方式に代え、薄い絶縁樹脂フィルムを貼り付ける方法、ワニスを塗布し硬化させる方法、感光性樹脂を塗布し露光・現像を行って膜形成と同時にビアホール形成行う方法等を用いてもよい。また、プリプレグ硬化層32を形成する際に、その上に銅箔を設けるようにしてもよい。
【0026】
図9は、本発明の薄膜キャパシタを内蔵した配線基板の第3の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、本発明に係る薄膜キャパシタをフレキシブル配線基板内に実装した例に関する。内層パターン42となる配線パターンを有する、ポリイミドフィルムのような樹脂フィルムで形成された樹脂層41上に接着層23を介して薄膜キャパシタ20aを固着し、その上に樹脂シートを積層し熱圧着して樹脂層43を形成する。その後、基板を貫通するスルーホール44を開設し基板表裏面に配線パターン46を形成すると共に、スルーホール44の内壁面に配線パターン46と薄膜キャパシタ20aの引き出し電極7、10や内層パターン42とを接続するCuめっき層45を形成する。樹脂層43は、ワニスを塗布しこれを硬化させることによって形成してもよい。また、樹脂層41として、その内層パターン42が形成されていない側に予め銅箔を有するフィルムを使うことができる。さらに、樹脂層43を形成する際にも銅箔付きの樹脂層を形成するようにしてもよい。
【0027】
本実施の形態は、樹脂層41、43からなる厚さ100μm以下のフレキシブル基板中に薄膜キャパシタを内蔵させたものであり、樹脂層各層の厚さはそれぞれ約50μmよりも薄いものである。そのため薄膜キャパシタの厚さは総厚で35μm程度以下であることが望ましい。また薄膜キャパシタを埋め込むための樹脂層43を構成する樹脂は熱可塑性を有することが望ましい。しかし樹脂層と薄膜キャパシタを一体化するプロセスにおいて薄膜キャパシタが破壊されなければ樹脂層35は熱硬化性樹脂でも差し支えない。また樹脂層43の表面の配線パターンと薄膜キャパシタの引き出し電極7ないし10を基板貫通しないビアホールによって電気的に接続するようにしてもよい。
【0028】
図10は、本発明の薄膜キャパシタを内蔵した配線基板の第4の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、本発明に係る、裏面電極引き出し型薄膜キャパシタをフレキシブル配線基板内に実装した例に関する。ポリイミドフィルムのような樹脂フィルムで形成された樹脂層41上に形成された内層パターン42上に、はんだまたは導電性塗料などからなる導電性接着層23を介して薄膜キャパシタ20cを固着し、その上に樹脂シートを積層し熱圧着して樹脂層43を形成し薄膜キャパシタ20cを埋め込む。そして、薄膜キャパシタ20cの引き出し電極7の表面を露出されるビアホール48を開け、さらに基板を貫通するスルーホール44を開設する。その後、電解めっきにより、ビアホール48内壁面にCuめっき層49を、基板表裏面に配線パターン46を形成すると共に、スルーホール44の内壁面に配線パターン46間や配線パターン46と内層パターン42を接続するCuめっき層45を形成する。樹脂層43は、ワニスを塗布しこれを硬化させることによって形成してもよい。また、樹脂層41として、その内層パターン42が形成されていない側に予め銅箔を有するフィルムを使うことができる。さらに、樹脂層43を形成する際にも銅箔付きの樹脂層を形成するようにしてもよい。
【0029】
図11は、本発明の薄膜キャパシタを含む複合部品を内蔵した配線基板の第1の実施の形態を示す断面図である。本実施の形態は、本発明に係る薄膜キャパシタを含む複合部品を多層配線基板に内蔵した例に関する。図11に示す複合部品内蔵多層配線基板は以下のように作製される。両面に内層パターン54となる配線が形成されたコア層51上に、本発明に係る薄膜キャパシタと薄膜抵抗が同一の基材上に形成された複合部品50aを、接着層55を介して固着した後、コア層51の上下面にプリプレグを配置し、加圧・加熱してプリプレグ硬化層52を形成する。基板を貫通するスルーホール56を形成すると共に薄膜キャパシタの引き出し電極7、10および薄膜抵抗の引き出し電極15の表面を露出させるビアホール58を開設する。ビアホール58内壁面に形成されたCuめっき層59を介して薄膜キャパシタの引き出し電極7、10に接続された配線パターン53を形成すると共に、スルーホール56の内壁面にCuめっき層57を形成しこれにより配線基板の表面配線と内層ないし裏面配線とを電気的に接続するとともに、これらと薄膜抵抗の引き出し電極15とを電気的に接続する。プリプレグ硬化層52を形成する際にその上に銅箔を設けるようにしてもよい。本発明の薄膜キャパシタを内蔵した配線基板の第1の実施の形態と同様に、本実施の形態に用いられる薄膜キャパシタを含む複合受動部品はプリプレグ硬化層52よりも薄いことが必須である。
【0030】
【実施例】
次に、本発明の実施例について詳細に説明する。
[実施例1]
図12に示すステンレス鋼製の固定枠61、62に、ベースフィルム63として市販のポリイミドフィルム(厚さ50μm)を固定した後、DCスパッタ装置に導入し、フィルム上にCr、W、Ti、PtをそれぞれCr:20nm、W:500nm、Ti:20nm、Pt:250nmの膜厚に成膜した。ここで、Crは密着電極(図1の2)、Wは高弾性電極(図1の3)、Tiは密着電極(図1の3、4の間)、Ptは耐酸化電極(図1の4)に対応する。Pt電極の上にRFスパッタ法でペロブスカイト構造を有するチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)薄膜(図1の8)を200nm厚に成膜し、さらにその上にDCスパッタ法で上部電極(図1の9)としてPtを200nmの膜厚に成膜した。成膜後、400℃にてアニールを行った。次に、フォトリソグラフィ法により形成すべき上部電極のパターンのレジスト膜を形成し、イオンビームエッチング(IBE)法でPt膜をパターニングした。同様に、フォリソグラフィ法で形成すべき高誘電率誘電体膜のパターンのレジスト膜を形成し、化学エッチング法によってSrTiO3膜をパターニングした。さらにフォトリソグラフィ法により下部電極(図1の5)のパターン状にレジスト膜を形成し、IBE法により下部電極膜(Pt、Ti、W、Cr膜)をパターニングした。
【0031】
次に、上部電極(図1の9)と電気的に接続される引き出し電極(図1の7)と下部電極(図1の5)を電気的に確実に絶縁させるため、エポキシ樹脂からなる感光性樹脂を塗布し露光・現像によりパターニングして厚さ約2μmの絶縁層(図1の6)を形成した。次に、DCスパッタ法でTiを約20nm、Cuを約100nmの順で全面に成膜しめっき下地層を形成した。Ti層はCu膜の密着性を高めるために設けたものであり、この用途のために外にCrやZrを用いることもできる。次に、フォトリソグラフィ法により形成すべき引き出し電極形状の開口を有するレジスト膜を形成し、その開口に電解めっき法によってCuを18μm成膜し、これを引き出し電極(図1の7、10)とした。レジスト膜を除去し、露出しためっき下地層をエッチング除去した後に、最上層全面に感光性エポキシ樹脂を塗布し、露光・現像を行って厚さ約2μmの保護層(図1の11)を形成した。
【0032】
その後、固定枠61、62から取り外し、外形に沿って切断して、個々の薄膜キャパシタとした。このようにして作製した薄膜キャパシタを上から見た図を図13に示す。上からは保護層11とその開口11a、11bに露出した引き出し電極7、10を見ることができだけである。開口11a、11bのサイズは0.5mm□とした。図13中の点線は上部電極9の外形を示し、この面積および高誘電率誘電体薄膜8の厚さによって薄膜キャパシタの静電容量が決まる。薄膜キャパシタの上部電極9のサイズを0.1mm×0.1mm〜1mm×1mmの範囲で変えたときの薄膜キャパシタの静電容量と誘電損失をLCRメータで測定した。
測定された静電容量から式(1)によって高誘電率薄膜8の比誘電率εrを求めたところεr=80〜85という数値が得られた。有効面積Sが小さい方がやや高めのεrが得られた。誘電損失はf=1kHzで0.008、f=1MHzで0.010であった。
この結果からSiウエハ等のリジッドな基板上に形成した場合とほとんど同等の比誘電率εrが得られ、かつ誘電損失も実用的な数値であるといえる。
εr=Cd/ε0S・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
ここで、Cは静電容量(F)、dは高誘電率薄膜の厚さ(m)、ε0は真空中での誘電
率、Sは上部電極9の面積(m2)である。
【0033】
[実施例2]
実施例1と同様に、図12に示すように、市販のポリイミドフィルム(厚さ50μm)を固定枠61、62に固定した後、DCスパッタ装置に導入し、フィルム上にCr、W、Ti、PtをそれぞれCr:20nm、W:1000nm、Ti:20nm、Pt:250nmの膜厚に成膜した。ここでCrは密着電極(図2の2)、Wは高弾性電極(図2の3)、Tiは密着電極(図2の3、4の間)、Ptは耐酸化電極(図2の4)に対応する。Pt電極の上にゾルゲル法でペロブスカイト構造を有するジルコン酸チタン酸ランタン鉛((Pb0.94La0.06)(Zr0.5Ti0.5)O3)薄膜(図2の8)を膜厚200nmに成膜し、さらにその上にDCスパッタ法で上部電極(図2の9)となるPtを200nm厚に成膜した。成膜後、ジルコン酸チタン酸ランタン鉛を450℃でアニールした。次に、フォトリソグラフィ法により形成すべき上部電極形状のパターンのレジスト膜を形成し、イオンビームエッチング(IBE)法でPt膜をパターニングした。同様にフォトリソグラフィ法によりレジスト膜を形成し、化学エッチング法によってジルコン酸チタン酸ランタン鉛膜をパターニングした。さらにフォトリソグラフィ法によりレジスト膜を形成し、IBE法により下部電極膜(Pt、Ti、W、Cr膜)をパターニングして、下部電極(図2の5)、引き出し電極受け(図2の5a)を作成した。
【0034】
絶縁層(図2の6)、引き出し電極(図2の7、図2の10)および保護層(図2の11)は実施例1で述べた方法と同様にして形成した。薄膜キャパシタの上部電極のサイズを実施例1と同様に0.1mm×0.1mm〜1mm×1mmとしたときの静電容量と誘電損失をLCRメータで測定し、(1)式にしたがって比誘電率εrを計算したところ、εr=270〜320であった。実施例1のチタン酸ストロンチウム薄膜の比誘電率よりは高いものの、Siウエハなどのリジッドな基板上で作製したジルコン酸チタン酸ランタン鉛薄膜の比誘電率(εr=800〜1000)よりははるかに低い。これはアニール温度が低いことによるものと推定される。なお、誘電損失はf=1kHzで0.02、f=1MHzで0.035であった。
【0035】
[実施例3]
本実施例は、図3に示した裏面電極引き出し型キャパシタに係る。シリコン基板上に電子ビーム蒸着法によりTi/Cuを蒸着してめっき下地層を形成し、フォトリソグラフィ法により引き出し電極12の形成領域に開口を有するレジスト膜を形成し電解めっき法によって引き出し電極12となる、厚さ25μmの導電性ポストを形成した。レジスト膜を除去し、露出しためっき下地層を除去した後、基板上にポリイミドのワニスをスピンコート法によって塗布し、所定の乾燥・キュアを行うことによってフレキシブル基材1を形成した。引き出し電極12の厚さはこのフレキシブル基材1よりも若干厚く形成しておくことが好ましい。その後、引き出し電極12を研磨することによって、引き出し電極12とフレキシブル基材1の表面との段差をなくした。引き出し電極12が埋設されたフレキシブル基材1上に、スパッタ法により密着電極2(Ti)、高弾性電極3(Ru)および耐酸化電極4(Pd)をそれぞれ50nm、400nm、200nmの膜厚に堆積して下部電極5を形成した。耐酸化電極4上にCVD法により酸化タンタル(Ta2O5)を50nmの膜厚に堆積して高誘電率薄膜8を形成した。その上にスパッタ法で上部電極9となるPtを150nm厚に成膜した。成膜後、フォトリソグラフィ法により上部電極9となるPt膜と高誘電率薄膜8のパターニングを行ない、絶縁層6を形成した後、実施例1と同様の方法を用いて上部電極9上に引き出し電極7を形成した。最後に、仮基板であるシリコン基板を剥離除去しフレキシブル基材を切断分離して個々のキャパシタを得た。
【0036】
[実施例4]
本実施例は、図4に示した積層型キャパシタに係る。フレキシブル基材1となる厚さ30μmのポリイミドフィルムをシリコンウェハ上に耐熱性の高い接着剤を用いて固定した。シリコン以外にもガラス、サファイア、セラミック、金属などのリジットな基板であれば用いることができる。ポリイミドフィルム上に、スパッタ法により、密着電極2(Ti)、高弾性電極3(W)、耐酸化電極4(Pt)をそれぞれ20nm、500nm、250nmの膜厚に堆積して下部電極5を形成した。Pt電極の上に、高誘電率薄膜8としてゾルゲル法でペロブスカイト構造を有するジルコン酸チタン酸鉛(Pb(Zr0.5Ti0.5)O3)薄膜を膜厚200nmに形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングし、さらにスパッタ法で上部電極9となるPtを200nm厚に成膜しパターニングした。上部電極9のパターニングには、フォトエッチング法やリフトオフ法を用いることができる。その後、さらに高誘電率薄膜8′となるジルコン酸チタン酸鉛薄膜をゾルゲル法で膜厚200nmに形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、スパッタ法により、密着電極2(Ti:20nm)、耐酸化電極4(Pt:250nm)を堆積しパターニングして下部電極5′を形成した。下部電極5′のパターニングには、フォトエッチング法やリフトオフ法を用いることができる。その後、さらに高誘電率薄膜8″となるジルコン酸チタン酸鉛薄膜をゾルゲル法で膜厚200nmに形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングした後、スパッタ法により、Ptを200nm厚に成膜し同様にパターニングして上部電極9′を形成した。そして、最下層の電極層をパターニングして下部電極5と引き出し電極受け5aを形成した。最下層の電極層のパターニングは、高誘電率薄膜8の形成前に行うことができる。その場合、リフトオフ法によりパターニングするようにしてもよい。ジルコン酸チタン酸鉛薄膜を450℃で一括アニールした後、エポキシ系の感光性樹脂を用いて、絶縁層6を形成し、その後に、実施例1と同様の方法を用いてCuを主体とする引き出し電極7、10を形成した。最後に、フレキシブル基材をシリコンウェハより剥離し、個々の薄膜キャパシタに切断分離した。
【0037】
[比較例]
実施例1と同一プロセスによってチタン酸ストロンチウム薄膜を高誘電率薄膜8に用いた薄膜キャパシタを作製した。実施例1と異なる点は下部電極5の層構成である。比較例では、Ti:20nm、Pt:500nmを下部電極とした。ここで、Tiは密着電極(図1の2)、Ptは耐酸化電極(図1の4)に対応し、高弾性電極3に対応する電極を設けていない。高誘電率薄膜8としてチタン酸ストロンチウムを下部電極5上に成膜しアニールを行った時点で図14に示したような誘電体薄膜の「しわ」が観察された。その後、実施例1と同一プロセスによって薄膜キャパシタの静電容量と誘電損失を測定できるようにしたところ、20個測定して全数がショートモードの不良であった。これは高誘電率薄膜形成の際に発生した応力によってフレキシブル基板1にしわが発生し、結果として高誘電率薄膜8にクラック等が発生しショートしたものと推察される。
【0038】
[実施例5]
本実施例は図5に示した本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品の製造方法に関わる。図15〜17は、その製造方法を示す工程順の断面図である。最初に、図15(a)に示されるシリコンウエハ1a上にポリイミドワニスをスピンコート法で塗布し、400℃窒素雰囲気中でキュアすることでフレキシブル基材1を形成した〔図15(b)〕。続いて、密着層、高弾性金属、耐酸化性金属を順次堆積して下部電極膜5bを形成し〔図15(c)〕、高誘電率薄膜8を堆積し〔図15(d)〕、上部電極膜9aを成膜した〔図15(e)〕。上部電極膜9aをパターニングして上部電極9を形成し〔図16(f)〕、高誘電率薄膜8をパターニングした〔図16(g)〕後、引き続き下部電極膜5bをパターニングして下部電極5を形成した〔図16(h)〕。その後、エポキシ系感光性樹脂により絶縁層6を形成した〔図16(i)〕。なお、下部電極膜5bを堆積する工程から絶縁層6を形成するまでの工程〔図15(c)〜図16(i)〕は、実施例1と同じである。次に、密着電極14aと薄膜抵抗体14bとなるTiN膜(厚さ50nm)を反応性スパッタ法により堆積し、引き続き通常のDCスパッタ法によりCu(厚さ200nm)を連続して成膜した。次に、フォトリソグラフィ法により形成すべき引き出し電極形状の開口を有するレジスト膜を形成し、その開口に電解めっき法によってCuを12−18μm厚に成膜し、引き出し電極7、10、15を形成した。レジスト膜を除去し、露出しためっき下地であるCu層を、TiNを溶かさないエッチング液(例えば硫酸+過酸化水素水)を用いて除去した後に、フォトリソグラフィ法により抵抗パターンを形成するためのレジスト膜を形成し、開口部のTiN膜をエッチング除去した後にレジストを剥離した〔図16(j)〕。次に、最上層全面に感光性エポキシ樹脂を塗布し、露光・現像を行って厚さ約2μmの保護層を形成した〔図17(k)〕。最後に、薄膜キャパシタと薄膜抵抗が形成されたフレキシブル基材をシリコンウエハ1aから剥離した〔図17(l)、図17(m)〕。そして個々の複合受動部品に切断した〔図17(n)〕。一例として1000pFの薄膜キャパシタ10個と50kΩの薄膜抵抗1個を同時に形成した複合受動部品を上から見た図を図18に示す。図18において、71は薄膜キャパシタ部、72は薄膜抵抗部である。この複合受動部品のサイズは縦5.76mm、横3.86mm、厚さ40μm(フレキシブル基材〜保護層)であった。
薄膜抵抗に代えてあるいは薄膜抵抗とともにインダクタを形成することができる。インダクタは、スパッタリングされたTiN層とCu層との積層膜を用いて形成することができる。あるいは、引き出し電極を形成するCuめっき層を含めた導電膜によって形成するようにしてもよい。
【0039】
[実施例6]
図19、20は、図6に示した本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品の製造方法を示す工程順の断面図である。実施例5と同様の方法を用いて、シリコンウエハ1a上にフレキシブル基材1を形成し、密着層、高弾性金属、耐酸化性金属からなる下部電極膜5bを形成した後、高誘電率薄膜8を堆積し、上部電極膜9aを成膜した〔図19(a)〕。上部電極膜9aをパターニングして上部電極9を形成し、高誘電率薄膜8をパターニングした後、引き続き下部電極膜5bをパターニングして下部電極5とスパイラルインダクタ16を形成した〔図19(b)〕。その後、エポキシ系感光性樹脂により、薄膜キャパシタとスパイラルインダクタ16の引き出し電極形成領域に開口を有する絶縁層6を形成した〔図19(c)〕。次に、膜厚50nmのTiN膜と膜厚200nmのCu層をスパッタ法により堆積して、下地膜13を形成した〔図19(d)〕。
次に、フォトリソグラフィ法により形成すべき引き出し電極形状の開口を有するレジスト膜18を形成し、その開口に電解めっき法によってCuを12−18μm厚に成膜し、薄膜キャパシタの引き出し電極7、10と、スパイラルインダクタ16の引き出し電極17を形成した〔図20(e)〕。レジスト膜18を除去し、露出した下地膜13をエッチング除去した〔図20(f)〕。次に、最上層全面に感光性エポキシ樹脂を塗布し、露光・現像を行って厚さ約2μmの保護層11を形成した〔図20(g)〕。最後に、薄膜キャパシタとスパイラルインダクタ16が形成されたフレキシブル基材1をシリコンウエハ1aから剥離した〔図20(h)〕。
スパイラルインダクタに代えてあるいはスパイラルインダクタとともに薄膜抵抗を形成することができる。薄膜抵抗は、3層の導電膜からなる下部電極膜5bを用いて、あるいは密着層のみを用いて若しくは密着層と高弾性金属膜とを用いて形成することができる。
【0040】
[実施例7]
実施例2で作製した薄膜キャパシタを内蔵した配線基板を次のようにして作製した。図7に示すように、多層配線基板のコア基板として両面に配線パターンを形成した厚さ0.4〜0.6mmのコア基板21の一方の面に薄膜キャパシタ20aを絶縁性の接着剤23を用いて接着した。次に、コア基板の上下面に厚さ0.1〜0.3mmの銅張りのプリプレグまたはガラスクロスを含まない樹脂コート銅(RCC:resin coated copper)を配し、熱圧着により一体化した。次に、0.3〜0.35mmφのドリルによって基板を貫通するスルーホール25を開け、その後通常のプレイテッドスルーホール形成方法に従い、活性化処理、無電解めっき、電解めっき、選択的エッチングを行って、配線パターン26を形成すると共に、スルーホール25内壁面に厚さ18〜30μmのCuめっき層27を形成した。表面の配線パターン26、26にプローブを当ててLCRメータで基板に内蔵した薄膜キャパシタの静電容量および誘電損失を測定したところ、内蔵前の薄膜キャパシタの静電容量が2250pF、誘電損失が0.01(f=1kHz、20個平均)であったものが、静電容量2080pF、誘電損失0.012(いずれもf=1kHz、20箇所平均)であった。基板内蔵前後で静電容量および誘電損失の差はほとんどないといえる。
【0041】
[実施例8]
実施例1で作製した薄膜キャパシタを内蔵した多層ビルドアップ基板を次のようにし作製した。図8に示すコア基板30を、実施例5にて説明した多層配線基板の製造方法と同様の方法により作製した。但し、実施例5とは異なり、薄膜キャパシタ20aの引き出し電極7および10の表面を露出させるビアホール28をレーザ光により開設し、その内壁面に形成したCuめっき層29によって、引き出し電極7、10と配線パターン26との電気的接続を実現している。而して、薄膜キャパシタ20aの引き出し電極10については、高誘電率薄膜8および下部電極5の直上にないためにビアホールに代え貫通スルーホールを用いて配線パターン26ないし内層パターン22と電気的に接続させても差し支えない。薄膜キャパシタ20aを内蔵したコア基板30の上下面に感光性絶縁樹脂を塗布し露光・現像を行ってビアホール33が開けられた絶縁層(プリプレグ硬化層32に相当)を形成し、Cuめっき層34、配線パターン35を形成して1層分のビルドアップ層を作成した。以下、このプロセスを必要回数繰り返すことによってビルドアップ層31を形成して、薄膜キャパシタ内蔵ビルドアップ基板を作製した。
【0042】
ビルドアップ基板表面の配線パターン35、35にプローブを当ててLCRメータで基板に内蔵した薄膜キャパシタの静電容量および誘電損失を測定したところ、内蔵前の薄膜キャパシタの静電容量が880pF、誘電損失が0.008(f=1kHz、20個平均)であったものが、静電容量850pF、誘電損失0.01(いずれもf=1kHz、20箇所平均)であった。ビルドアップ基板に薄膜キャパシタを内蔵しても、内蔵前後で静電容量および誘電損失の差はほとんどないといえる。
【0043】
[実施例9]
実施例2で作製した薄膜キャパシタを次のような方法でフレキシブル配線基板に内蔵した。図9に示すように、片側に銅箔を有し他の片側に予め内層パターン42となる配線パターンが形成されている厚さ約50μmのポリイミドフィルム(樹脂層41)上に薄膜キャパシタ20aを接着剤23で固定し、その上に片面がCuでコーティングされた厚さ50〜70μmの熱可塑性樹脂フィルムを、Cuコーティングされていない面を薄膜キャパシタに覆い被せるようにして積層し熱圧着することによって一体化して樹脂層43を形成した。ドリルでスルーホール44を開設し、その後通常のプレイテッドスルーホール形成方法により、基板表裏面に配線パターン46を形成すると共に、スルーホール44の内壁面に銅めっき層45を形成した。ここで内蔵した薄膜キャパシタのベースとなるフレキシブル基材1の厚さは、実施例2では50μmとしたがここでは20μmとして、薄膜キャパシタ全体の厚さが35μm以下となるようにした。
【0044】
内蔵した薄膜キャパシタの静電容量および誘電損失を、基板表面の配線パターン46、46にプローブをに当てることによって測定した。測定した20箇所のうち、2箇所に絶縁不良が発生していた。これは薄膜キャパシタのフレキシブル基材1が実施例1および2で用いたものよりも薄くかつ樹脂層43の厚さが実施例5ないし4におけるプリプレグ硬化層24よりも薄いために、熱圧着工程において薄膜キャパシタの高誘電率薄膜8に高い応力が負荷されて絶縁破壊に至ったためと推定される。しかし90%の歩留まりで絶縁不良のないキャパシタ内蔵基板が得られた。内蔵前の薄膜キャパシタの静電容量が2250pF、誘電損失が0.01(f=1kHz、20個平均)であったものが、内蔵後は静電容量が1960pF、誘電損失が0.012(いずれもf=1kHz、18箇所平均)となった。実施例5よりも基板内蔵による静電容量の減少がわずかに大きい結果となった。
【0045】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施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内において適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では、絶縁層や保護層を感光性樹脂を用いて形成していたが、これに代え感光性ガラスを用いて絶縁層や保護層を形成するようにしてもよい。あるいは、非感光性材料により形成するようにしてもよい。
【0046】
【発明の効果】
本発明の薄膜キャパシタは、誘電体薄膜の下層に高弾性材料からなる電極層を配したものであるので、薄いフレキシブルな基材上に薄い高誘電率誘電体薄膜を信頼性高く形成することが可能になり、薄くかつ大容量の薄膜キャパシタを信頼性高く提供することが可能になる。したがって、本発明によれば、大容量キャパシタを内蔵した配線基板の薄型化が実現できると共に、大容量キャパシタを内蔵したフレキシブル基板を提供することが可能になる。また、フレキシブル基材上に薄膜キャパシタを構成することができることにより薄膜キャパシタを配線基板内に実装する際に薄膜キャパシタを損傷しないようにすることができる。また、本発明の薄膜キャパシタには、1μm以上の膜厚の引き出し電極が形成されるので、熱サイクルによって破壊されない、低抵抗で接続信頼性の高いスルーホール接続を実現することができる。また、本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品およびその製造方法によって、大容量キャパシタと薄膜抵抗ないし薄膜インダクタを高密度に同一のフレキシブル基材上に形成することが可能になり、かつ当該複合受動部品を内蔵した配線基板を小さくすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の薄膜キャパシタの第1の実施の形態を示す平面図と断面図。
【図2】 本発明の薄膜キャパシタの第2の実施の形態を示す平面図と断面図。
【図3】 本発明の薄膜キャパシタの第3の実施の形態を示す断面図。
【図4】 本発明の薄膜キャパシタの第4の実施の形態を示す断面図。
【図5】 本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品の第1の実施の形態を示す断面図。
【図6】 本発明の薄膜キャパシタを含む複合受動部品の第2の実施の形態を示す断面図。
【図7】 本発明の薄膜キャパシタ内蔵配線基板の第1の実施の形態を示す断面図。
【図8】 本発明の薄膜キャパシタ内蔵配線基板の第2の実施の形態を示す断面図。
【図9】 本発明の薄膜キャパシタ内蔵配線基板の第3の実施の形態を示す断面図。
【図10】 本発明の薄膜キャパシタ内蔵配線基板の第4の実施の形態を示す断面図。
【図11】 本発明の薄膜キャパシタを含む受動部品内蔵配線基板の第1の実施の形態を示す断面図。
【図12】 本発明の薄膜キャパシタの作製工程を説明するための上面図と断面図。
【図13】 本発明の実施例1、2により形成された薄膜キャパシタの上面図。
【図14】 比較例の薄膜キャパシタの製造工程における高誘電率薄膜形成後の表面状態を示す金属顕微鏡写真。
【図15】 本発明の実施例5の複合受動部品の製造方法を示す工程順の断面図(その1)。
【図16】 本発明の実施例5の複合受動部品の製造方法を示す工程順の断面図(その2)。
【図17】 本発明の実施例5の複合受動部品の製造方法を示す工程順の断面図(その3)。
【図18】 本発明の実施例5で作製した複合受動部品の上面図。
【図19】 本発明の実施例6の複合受動部品の製造方法を示す工程順の断面図(その1)。
【図20】 本発明の実施例6の複合受動部品の製造方法を示す工程順の断面図(その2)。
【符号の説明】
1 フレキシブル基材
1a シリコンウエハ
2 密着電極
3 高弾性電極
4 耐酸化電極
5 下部電極
5a 引き出し電極受け
5b 下部電極膜
6 絶縁層
7、10、12、15、17 引き出し電極
7a、7b コンタクト部
8 高誘電率薄膜
9 上部電極
9a 上部電極膜
11 保護層
11a、11b、11c、11d 開口
13 下地膜
14a 密着電極
14b 薄膜抵抗体
16 スパイラルインダクタ
18 レジスト膜
20a、20b、20c 薄膜キャパシタ
21、51 コア層
22、42、54 内層パターン
23、55 接着層
24、32、52 プリプレグ硬化層
25、44、56 スルーホール
26、35、46、53 配線パターン
27、29、34、45、49、57、59 Cuめっき層
28、33、48、58 ビアホール
30 コア基板
31 ビルドアップ層
41、43 樹脂層
47 導電性接着層
50a 複合部品
61、62 固定枠
63 ベースフィルム
71 薄膜キャパシタ部
72 薄膜抵抗部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a thin film capacitor formed on an insulating substrate and a composite passive component including the thin film capacitor, in particular, a thin film capacitor and a thin film capacitor having a structure suitable for being mounted inside an electronic circuit board made of an organic material. The present invention relates to a composite passive component, a method of manufacturing the same, a thin film capacitor, and a wiring board incorporating the composite passive component including the thin film capacitor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the market demand for high-density mounting of passive components has been increasing in order to improve the performance of electronic devices. In order to meet such demands, passive components are 1005 size (L: 1.0 mm x W: 0.5 mm), 0603 size (L: 0.6 mm x W: 0.3 mm) Yes. Furthermore, a passive component of 0402 size (L: 0.4 mm × W: 0.2 mm) tends to be developed. However, on the other hand, there is a recognition that further chip size reduction is difficult from the technical and mounting machine side. From such a background, a technique for reducing the board area by incorporating passive components in an electric circuit board has attracted attention. In particular, since the capacitor is one of the most frequently used components constituting the electronic circuit, if the capacitor can be built in the electronic circuit board, a particularly great effect can be expected in reducing the area of the board.
[0003]
As a technique for embedding a capacitor in an electronic circuit board, a technique in which an electronic component is embedded in a single layer of a multilayer board as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-243873 and 11-45955, Examples include those using an insulating layer constituting a multilayer substrate as disclosed in Kaihei 2000-277922 and JP-A-2001-77539 as a dielectric layer of a capacitor. In particular, when an insulating layer is used as a capacitor, a technique for increasing the relative dielectric constant by applying a resin in which an inorganic filler is mixed in the insulating layer has been proposed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when embedding an electronic component by providing a cavity in one layer of a multilayer substrate, assuming that the thickness of the electronic component is a normal chip component and 0.3 mm is the lower limit, it is assumed that the printed circuit board prepregs are stacked one layer at a time However, assuming that the minimum thickness of the prepreg is 0.1 mm, it becomes impossible to make the thickness of the substrate 0.5 mm or less. Further, when an insulating layer is used as a capacitor, it is extremely difficult to make the relative
[0005]
In order to solve the above-described problems, it is effective to incorporate a thin film capacitor that is thinner than a chip component and has a higher capacity per unit in the substrate. Many techniques relating to thin film capacitors have been reported, but most of them are techniques relating to thin film capacitors formed on rigid Si substrates and ceramic substrates. A thin film capacitor formed on a rigid substrate has a merit that a dielectric material having a higher relative dielectric constant can be used because a dielectric thin film can be formed at a temperature of 500 to 600 ° C. or higher. Since the thickness of the substrate is usually 0.1 mm or more, it is difficult to make the thickness of the multilayer substrate incorporating the substrate thinner than 0.5 mm. In addition, when a thin film capacitor formed on a rigid substrate is built inside a resin substrate such as a multilayer wiring substrate, the rigid substrate is damaged by thermocompression bonding in the manufacturing process of the resin substrate, for example, the multilayer wiring substrate. There is a fear.
[0006]
On the other hand, thin-film capacitors formed on flexible substrates such as resin and metal foil can reduce the thickness of the substrate, and the flexible substrate is not damaged even by thermocompression bonding in the multilayer wiring board manufacturing process. There are benefits. Regarding a thin film capacitor formed on a flexible substrate, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-135714 discloses a technique for forming a high dielectric thin film by providing a metal thin film on a flexible film made of an organic polymer. . JP-A-2000-357631 discloses a flexible thin film capacitor (= capacitor) in which an adhesive film, preferably a flexible substrate made of an organic polymer or metal foil, an inorganic high dielectric film, and a metal electrode film are firmly bonded. A technique for providing a metal oxide adhesive film is disclosed.
[0007]
However, in order to improve the reliability of a thin film capacitor in which a high dielectric constant thin film is formed on a flexible base material such as an organic polymer film or a metal foil, as described in JP-A-2000-357631, Increasing the adhesion of metal films and high-dielectric thin films is an effective measure, but in forming high-dielectric thin films, dielectric thin films are formed by the stress generated when annealing is performed at a temperature higher than the cure temperature of the resin. There was a need for a means that would not deform itself, in other words, that the dielectric thin film itself would not be damaged.
Furthermore, when not only thin-film capacitors but also resistors and inductors are built in the wiring board, it is necessary to secure a certain interval between the built-in passive components if each capacitor, resistor and inductor passive component is built in one by one. Therefore, there is still room for improvement in area saving of the passive component built-in substrate.
[0008]
As one method for incorporating a thin film capacitor in an insulating substrate such as a wiring substrate, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-168534 discloses that a terminal electrode is formed at both ends of a thin film capacitor and a through hole penetrating the terminal electrode is used to form the insulating substrate. A technique for connecting to an inner layer electrode or an outer layer electrode is disclosed. In this case, the Cu layer formed on the inner surface of the through hole and the terminal electrode of the thin film capacitor need to be electrically connected. However, since the thickness of the lower electrode and the upper electrode formed by the thin film device can only be about 1 μm at most, the connection reliability between the Cu layer on the inner wall of the through hole and the thin film capacitor electrode cannot be sufficiently secured. It was.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. The purpose of the present invention is to firstly characterize a thin (for example, 0.1 mm or less) thin film capacitor that can be mounted on a flexible wiring board. Secondly, it is possible to provide such a thin thin film capacitor in a wiring board with high connection reliability.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a thin film capacitor in which a lower electrode, a dielectric thin film, and an upper electrode are laminated on a substrate having a thickness of 2 μm or more and 100 μm or less, the lower electrode includes the A first contact electrode in contact with the substrate, an oxidation resistant electrode in contact with the dielectric thin film, and a Young's modulus higher than the oxidation resistance electrode provided between the first contact electrode and the oxidation resistance electrode. A highly elastic electrode made of a material having The first contact electrode is formed of any one of Ti, Cr, and Zr, and the highly elastic electrode is formed of any of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Fe, Ni, and Co. A thin film capacitor is provided.
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a thin film capacitor in which a lower electrode, a dielectric thin film, and an upper electrode are laminated on a substrate having a thickness of 2 μm or more and 100 μm or less, the lower electrode includes: A first contact electrode in contact with the substrate, an oxidation resistant electrode in contact with the dielectric thin film, and a Young higher than the oxidation resistance electrode provided between the first contact electrode and the oxidation resistant electrode. A highly elastic electrode made of a material having The first contact electrode is formed of any one of Ti, Cr, and Zr, and the highly elastic electrode is formed of any of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Fe, Ni, and Co. A thin film resistor or an inductor or a composite passive component characterized in that both the thin film resistor and the inductor are formed on the same substrate is provided.
[0010]
In order to achieve the above object, according to the present invention,
In a thin film capacitor in which a lower electrode, a dielectric thin film, and an upper electrode are stacked on a substrate having a thickness of 2 μm or more and 100 μm or less, the lower electrode includes a first contact electrode that contacts the substrate, and the dielectric An oxidation-resistant electrode in contact with the thin film, a highly elastic electrode made of a material having a higher Young's modulus than the oxidation-resistant electrode, provided between the first contact electrode and the oxidation-resistant electrode, and the oxidation-resistant electrode; A second contact electrode is formed between the oxidation-resistant electrode and the highly elastic electrode, and the first and second contact electrodes are formed of any one of Ti, Cr, and Zr, and the highly elastic electrode Is formed of any one of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Fe, Ni, and Co , And composite passive components including thin film capacitors.
And preferably, the film thickness of the highly elastic electrode is preferably 300 nm or more, more preferably 400 nm or more, or more than twice the film thickness of the dielectric thin film. Preferably, the highly elastic electrode is formed of any one of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Fe, Ni, Co, and Ta. More preferably, a resin flexible substrate is used as the insulating substrate.
[0012]
In order to achieve the above object, according to the present invention, the substrate is in contact with the substrate having a thickness of 2 μm or more and 100 μm or less. Formed of Ti, Cr, or Zr Formed on the first contact electrode and the first contact electrode; Formed of any one of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Fe, Ni, Co, Forming a lower electrode having a highly elastic electrode having a film thickness of 300 nm or more and an oxidation-resistant electrode made of a material having a Young's modulus lower than that of the highly elastic electrode formed on the highly elastic electrode; Forming a dielectric thin film on the lower electrode, forming an upper electrode on the dielectric thin film, patterning the upper electrode, patterning the dielectric thin film, and the lower electrode There is provided a method of manufacturing a thin film capacitor, characterized by comprising: patterning so as to occupy an area larger than that of the dielectric thin film.
In order to achieve the above object, according to the present invention, the substrate is in contact with the substrate having a thickness of 2 μm or more and 100 μm or less. Formed of Ti, Cr, or Zr Formed on the first contact electrode and the first contact electrode; Formed of any one of Ir, Ru, Rh, W, Mo, Fe, Ni, Co, Forming a lower electrode having a highly elastic electrode having a film thickness of 300 nm or more and an oxidation-resistant electrode made of a material having a Young's modulus lower than that of the highly elastic electrode formed on the highly elastic electrode; Forming a dielectric thin film on the lower electrode, forming an upper electrode on the dielectric thin film, patterning the upper electrode, patterning the dielectric thin film, and the lower electrode Patterning so as to occupy a larger area than the dielectric thin film, forming an insulating layer using a photosensitive resin or photosensitive glass, and patterning the insulating layer so as to cover the entire surface of the lower electrode. And a step of forming the adhesion layer of the extraction electrode and the thin film resistor with the same material, and a step of simultaneously forming the extraction electrode and the inductor with the same material. The method of manufacturing a composite passive components including a thin film capacitor characterized the door, is provided.
[0013]
In order to achieve the above object, according to the present invention, the thin film capacitor or a composite passive component including the thin film capacitor is embedded in a resin substrate, and the lower electrode of the thin film capacitor has a via hole reaching the thin film capacitor. Alternatively, the thin film capacitor is drawn out either through a through hole penetrating the thin film capacitor or a conductive pattern to which the thin film capacitor is fixed, and the upper electrode of the thin film capacitor penetrates the via hole reaching the thin film capacitor or the thin film capacitor. Each electrode of the thin film resistor and spiral inductor is drawn through either the through hole or the via hole reaching the thin film resistor and spiral inductor or the through hole penetrating the thin film resistor and spiral inductor. Wiring board with a built-in composite passive components including thin film capacitor and a thin film capacitor, characterized in that has been issued, is provided.
[0014]
[Action]
In the thin film capacitor of the present invention, a thick highly elastic electrode made of a high Young's modulus material is provided as a part of the lower electrode below the dielectric thin film. As a result, the stress generated when the dielectric thin film is formed at a temperature higher than the curing temperature of the resin can be relaxed. Such an effect can be expected from a film thickness of 300 nm or more, and the effect is more sure from 400 nm or more. However, it is not a good idea to make the film thickness thicker than 1.5 μm. This is because even if the thickness is more than a certain value, an improvement in the stress relaxation effect cannot be expected, and the film formation time becomes longer. Thus, it becomes possible to anneal the dielectric thin film at a high temperature without generating a high stress, so that a high capacitance density (approximately 30 pF / mm) is achieved. 2 The above can be realized. In addition, by using a flexible base material of 2 μm or more and 100 μm or less, for example, 10 to 70 μm as a base material, it is damaged in the resin substrate manufacturing process in which the capacitor is embedded in the resin substrate with a thickness of 0.1 mm or less It is possible to provide a thin film capacitor without any problems. In the present invention, a substrate having a thickness of 2 to 100 μm is used, but the use of a substrate having a thickness of 100 μm or less is necessary for producing a capacitor having a thickness of 0.1 mm or less. This is because, when the substrate has a sufficient thickness and is strong, the necessity of using a highly elastic electrode required in the present invention is reduced. When a thin film capacitor is built in a wiring board, the thin film capacitor is often embedded using a prepreg. In that case, assuming that the thickness of the cured prepreg is about 0.1 mm, a base of 70 μm or less is used. It is more preferable to use a material. Further, a substrate having a thickness of 2 μm or less is insufficient in mechanical strength and difficult to handle during the manufacturing process, so that a greater thickness is required. In order to ensure the stability during the manufacturing process, it is more preferable to use a substrate having a thickness of 10 μm or more.
[0015]
In the thin film capacitor of the present invention, a lead electrode having a thickness of 1 μm or more, more preferably 2.5 μm or more is formed on the lower electrode and the upper electrode by electrolytic plating. Therefore, when the thin film capacitor is built in the resin substrate, the electrical connection between the electrode of the thin film capacitor and the Cu layer formed on the inner surface of the through hole can be ensured. In addition, if the thickness of the extraction electrode is less than 1 μm, there is a high risk that the electrical connection between the extraction electrode and the inner surface Cu plating of the through-through hole is lost in the thermal cycle test. It is effective to set the thickness to 1 μm or more. In this case, when a thick film electrode is formed on the thin film capacitor by electrolytic plating or the like, stress is further applied to the dielectric thin film, but this stress is also mitigated by using a highly elastic electrode for the lower electrode according to the present invention, The dielectric thin film can be prevented from being damaged.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B are a plan view and a sectional view showing a first embodiment of a thin film capacitor of the present invention. On a
[0017]
The thin film capacitor of the present invention is provided with an
[0018]
A metal having an elastic modulus (Young's modulus) higher than Pt (Young's modulus E = 165 GPa) normally used for the oxidation-resistant electrode 4 is used for the highly
[0019]
FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view showing a second embodiment of the thin film capacitor of the present invention. 2, parts that are the same as the parts of the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. 1 is different from the thin film capacitor of the first embodiment shown in FIG. 1 in that the
[0020]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the thin film capacitor of the present invention. 3, parts that are the same as the parts of the first embodiment shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. The difference from the thin film capacitor of the first embodiment shown in FIG. 1 of the present embodiment is that the
The
Another method for forming the
[0021]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the thin film capacitor of the present invention. 4, parts that are the same as the parts of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. This embodiment differs from the thin film capacitor of the first embodiment shown in FIG. 1 in that a high dielectric constant
Also in the capacitors of the third and fourth embodiments shown in FIGS. 3 and 4, an insulating protective layer may be formed on the surface.
[0022]
FIGS. 5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view showing a first embodiment of a composite passive component including a thin film capacitor of the present invention. In FIG. 5, parts that are the same as the parts of the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. A thin film capacitor and a thin film resistor are formed on the same
FIG. 5 shows a form in which a thin film capacitor and a thin film resistor are formed on the same substrate. However, the thin film capacitor and the thin film inductor, or the thin film capacitor, the thin film resistor, and the thin film inductor are the same. It may be formed on a material.
[0023]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a composite passive component including a thin film capacitor of the present invention. In FIG. 6, parts equivalent to those of the first embodiment of the composite passive component shown in FIG. In the present embodiment, a thin film capacitor and a spiral inductor are formed on the same
[0024]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a wiring board incorporating the thin film capacitor of the present invention. The present embodiment relates to an example in which the thin film capacitor according to the present invention is incorporated in a multilayer wiring board. The multilayer wiring board with a built-in thin film capacitor shown in FIG. 7 is manufactured as follows. After the
Instead of forming the wiring pattern by plating only by forming the prepreg cured
[0025]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a wiring board incorporating the thin film capacitor of the present invention. The present embodiment relates to an example in which the thin film capacitor according to the present invention is built in a core substrate of a build-up substrate. The
The build-
[0026]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a wiring board incorporating the thin film capacitor of the present invention. The present embodiment relates to an example in which the thin film capacitor according to the present invention is mounted in a flexible wiring board. The
[0027]
In the present embodiment, a thin film capacitor is built in a flexible substrate made of resin layers 41 and 43 and having a thickness of 100 μm or less, and the thickness of each layer of the resin layer is less than about 50 μm. Therefore, it is desirable that the thickness of the thin film capacitor is about 35 μm or less in total thickness. Further, it is desirable that the resin constituting the
[0028]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of a wiring board incorporating the thin film capacitor of the present invention. The present embodiment relates to an example in which a back electrode lead-out type thin film capacitor according to the present invention is mounted in a flexible wiring board. A
[0029]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a wiring board incorporating a composite component including a thin film capacitor of the present invention. The present embodiment relates to an example in which a composite part including a thin film capacitor according to the present invention is built in a multilayer wiring board. The multilayer wiring board with composite components shown in FIG. 11 is manufactured as follows. The composite component 50a formed on the same substrate as the thin film capacitor according to the present invention is fixed to the core layer 51, on which wiring to be the
[0030]
【Example】
Next, examples of the present invention will be described in detail.
[Example 1]
After fixing a commercially available polyimide film (thickness: 50 μm) as a
[0031]
Next, in order to insulate the lead electrode (7 in FIG. 1) and the lower electrode (5 in FIG. 1), which are electrically connected to the upper electrode (9 in FIG. 1), from the photosensitive resin made of epoxy resin. A conductive resin was applied and patterned by exposure and development to form an insulating layer (6 in FIG. 1) having a thickness of about 2 μm. Next, a plating underlayer was formed by DC sputtering on the entire surface in the order of about 20 nm of Ti and about 100 nm of Cu. The Ti layer is provided in order to improve the adhesion of the Cu film, and Cr or Zr can also be used outside for this purpose. Next, a resist film having an opening in the shape of an extraction electrode to be formed by photolithography is formed, and Cu is formed in the opening by 18 μm by electrolytic plating, and this is formed as an extraction electrode (7 and 10 in FIG. 1). did. After removing the resist film and removing the exposed plating base layer by etching, a photosensitive epoxy resin is applied to the entire top layer, and exposure and development are performed to form a protective layer (11 in FIG. 1) having a thickness of about 2 μm. did.
[0032]
Then, it removed from the fixed
When the relative dielectric constant εr of the high dielectric constant
From this result, it can be said that a relative dielectric constant εr almost equal to that formed on a rigid substrate such as a Si wafer is obtained, and the dielectric loss is also a practical value.
εr = Cd / ε 0 S ... (1)
Where C is the capacitance (F), d is the thickness of the high dielectric constant thin film (m), ε 0 Is dielectric in vacuum
Rate, S is the area of the upper electrode 9 (m 2 ).
[0033]
[Example 2]
Similarly to Example 1, as shown in FIG. 12, after fixing a commercially available polyimide film (
[0034]
The insulating layer (6 in FIG. 2), the extraction electrode (7 in FIG. 2, 10 in FIG. 2) and the protective layer (11 in FIG. 2) were formed in the same manner as described in Example 1. The capacitance and dielectric loss when the size of the upper electrode of the thin film capacitor is set to 0.1 mm × 0.1 mm to 1 mm × 1 mm in the same manner as in Example 1 are measured with an LCR meter, and the dielectric constant is determined according to the equation (1). When the rate εr was calculated, εr = 270 to 320. Although it is higher than the relative permittivity of the strontium titanate thin film of Example 1, it is far more than the relative permittivity (εr = 800 to 1000) of the lead lanthanum zirconate titanate thin film produced on a rigid substrate such as a Si wafer. Low. This is presumably due to the low annealing temperature. The dielectric loss was 0.02 at f = 1 kHz and 0.035 at f = 1 MHz.
[0035]
[Example 3]
This embodiment relates to the back electrode lead-out type capacitor shown in FIG. Ti / Cu is deposited on a silicon substrate by electron beam evaporation to form a plating underlayer, a resist film having an opening in the formation region of the
[0036]
[Example 4]
The present embodiment relates to the multilayer capacitor shown in FIG. A polyimide film having a thickness of 30 μm to be the
[0037]
[Comparative example]
A thin film capacitor using a strontium titanate thin film as the high dielectric constant
[0038]
[Example 5]
This embodiment relates to a method of manufacturing a composite passive component including the thin film capacitor of the present invention shown in FIG. 15-17 is sectional drawing of the order of the process which shows the manufacturing method. First, a polyimide varnish was applied onto the
An inductor can be formed instead of or together with the thin film resistor. The inductor can be formed using a laminated film of a sputtered TiN layer and a Cu layer. Or you may make it form with the electrically conductive film containing the Cu plating layer which forms an extraction electrode.
[0039]
[Example 6]
19 and 20 are cross-sectional views in order of steps showing a method of manufacturing a composite passive component including the thin film capacitor of the present invention shown in FIG. Using the same method as in Example 5, the
Next, a resist
A thin film resistor can be formed in place of or together with the spiral inductor. The thin film resistor can be formed by using the lower electrode film 5b made of a three-layer conductive film, using only the adhesion layer, or using the adhesion layer and the highly elastic metal film.
[0040]
[Example 7]
A wiring board incorporating the thin film capacitor produced in Example 2 was produced as follows. As shown in FIG. 7, a
[0041]
[Example 8]
A multilayer build-up substrate incorporating the thin film capacitor produced in Example 1 was produced as follows. A
[0042]
A probe was applied to the wiring patterns 35 and 35 on the surface of the build-up board, and the capacitance and dielectric loss of the thin film capacitor built in the board were measured with an LCR meter. The capacitance of the thin film capacitor before built-in was 880 pF, and the dielectric loss. Of 0.008 (f = 1 kHz, average of 20) was a capacitance of 850 pF and a dielectric loss of 0.01 (both f = 1 kHz, average of 20 locations). Even if a built-in thin film capacitor is built in the build-up board, it can be said that there is almost no difference in capacitance and dielectric loss before and after the built-in.
[0043]
[Example 9]
The thin film capacitor produced in Example 2 was built in the flexible wiring board by the following method. As shown in FIG. 9, the
[0044]
The capacitance and dielectric loss of the built-in thin film capacitor were measured by applying a probe to the
[0045]
Although preferred embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and appropriate modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the embodiment, the insulating layer and the protective layer are formed using the photosensitive resin, but instead of this, the insulating layer and the protective layer may be formed using photosensitive glass. Alternatively, it may be formed of a non-photosensitive material.
[0046]
【The invention's effect】
Since the thin film capacitor of the present invention has an electrode layer made of a highly elastic material under the dielectric thin film, it is possible to reliably form a thin high dielectric constant dielectric thin film on a thin flexible substrate. Therefore, a thin and large-capacity thin film capacitor can be provided with high reliability. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the thickness of the wiring board incorporating a large-capacity capacitor, and to provide a flexible substrate incorporating a large-capacitance capacitor. Further, since the thin film capacitor can be formed on the flexible substrate, the thin film capacitor can be prevented from being damaged when the thin film capacitor is mounted in the wiring board. In addition, since the lead electrode having a thickness of 1 μm or more is formed in the thin film capacitor of the present invention, it is possible to realize a through-hole connection with a low resistance and a high connection reliability that is not broken by a thermal cycle. In addition, the composite passive component including the thin film capacitor of the present invention and the manufacturing method thereof make it possible to form a large-capacity capacitor and a thin film resistor or thin film inductor on the same flexible substrate at a high density, and the composite passive component. It becomes possible to reduce the size of the wiring board containing the components.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing a first embodiment of a thin film capacitor of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view showing a second embodiment of the thin film capacitor of the invention. FIGS.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of a thin film capacitor of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of a thin film capacitor of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a composite passive component including a thin film capacitor of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a second embodiment of a composite passive component including a thin film capacitor of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a wiring board with a built-in thin film capacitor according to the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a wiring substrate with a built-in thin film capacitor according to the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing a third embodiment of a wiring board with a built-in thin film capacitor according to the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing a fourth embodiment of a wiring board with a built-in thin film capacitor according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a wiring board with a built-in passive component including the thin film capacitor of the present invention.
12A and 12B are a top view and a cross-sectional view for illustrating a manufacturing process of a thin film capacitor of the invention.
FIG. 13 is a top view of a thin film capacitor formed according to Examples 1 and 2 of the present invention.
FIG. 14 is a metallographic micrograph showing a surface state after formation of a high dielectric constant thin film in a manufacturing process of a thin film capacitor of a comparative example.
FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views in the order of steps showing a method for manufacturing a composite passive component according to
FIG. 16 is a cross-sectional view in the order of steps showing the method for manufacturing the composite passive component according to the fifth embodiment of the present invention (No. 2).
FIGS. 17A to 17C are cross-sectional views in the order of steps showing the method for manufacturing the composite passive component according to the fifth embodiment (No. 3). FIGS.
FIG. 18 is a top view of a composite passive component manufactured in Example 5 of the present invention.
FIG. 19 is a cross-sectional view in the order of steps showing a method for manufacturing a composite passive component according to
FIG. 20 is a cross-sectional view in order of steps showing the method for manufacturing a composite passive component according to the sixth embodiment of the present invention (part 2);
[Explanation of symbols]
1 Flexible substrate
1a Silicon wafer
2 Close contact electrode
3 High elasticity electrode
4 Oxidation resistant electrode
5 Lower electrode
5a Lead electrode holder
5b Lower electrode film
6 Insulation layer
7, 10, 12, 15, 17 Lead electrodes
7a, 7b Contact part
8 High dielectric constant thin film
9 Upper electrode
9a Upper electrode film
11 Protective layer
11a, 11b, 11c, 11d opening
13 Underlayer
14a Contact electrode
14b Thin film resistor
16 Spiral inductor
18 resist film
20a, 20b, 20c thin film capacitors
21, 51 Core layer
22, 42, 54 Inner layer pattern
23, 55 Adhesive layer
24, 32, 52 Prepreg cured layer
25, 44, 56 Through hole
26, 35, 46, 53 Wiring pattern
27, 29, 34, 45, 49, 57, 59 Cu plating layer
28, 33, 48, 58 Via hole
30 core substrate
31 Build-up layer
41, 43 Resin layer
47 Conductive adhesive layer
50a composite parts
61, 62 Fixed frame
63 Base film
71 Thin film capacitor part
72 Thin film resistor
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