JP4454174B2

JP4454174B2 - 薄膜コンデンサ

Info

Publication number: JP4454174B2
Application number: JP2001102679A
Authority: JP
Inventors: 祐介堤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002299157A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は薄膜コンデンサに関し、例えば、高速動作する電気回路に配設され、高周波ノイズのバイパス用、もしくは電源電圧の変動防止用に供される低インダクタンスの薄膜コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子機器の小型化、高機能化に伴い、電子機器内に設置される電子部品にも小型化、薄型化、高周波対応などの要求が強くなってきている。
【０００３】
特に、大量の情報を高速に処理する必要のあるコンピュータの高速デジタル回路では、パーソナルコンピュータレベルにおいても、ＣＰＵチップ内のクロック周波数は２００ＭＨｚから１ＧＨｚ、チップ間バスのクロック周波数も７５ＭＨｚから１３３ＭＨｚという具合に高速化が顕著である。
【０００４】
また、ＬＳＩの集積度が高まりチップ内の素子数の増大につれ、消費電力を抑えるために電源電圧は低下の傾向にある。これらＩＣ回路の高速化、高密度化、低電圧化に伴い、コンデンサ等の受動部品も小型大容量化と併せて、高周波もしくは高速パルスに対して優れた特性を示すことが必須になってきている。
コンデンサの小型・大容量化を実現するためには、誘電体層の薄膜化、電極パターンの小型化が有効であり、種々の薄膜コンデンサが提案されている。
【０００５】
薄膜コンデンサとしては、例えば、図６に示すように、支持基板１０上に、誘電体層１１の下面に第１電極層（下部電極層）１２を、上面に第２電極層（上部電極層）１３を形成してなる容量発生領域を所定間隔をおいて複数並設していた。そして、各容量発生領域のそれぞれの間に、前記下部電極層１１どうしを接続する下部端子電極層１２ａと、前記上部電極層１３どうしを接続する上部端子電極層１３ａとを設けるとともに、前記下部端子電極層１２a及び上部端子電極層１３ａの一部を露出させて、支持基板１０の略全面に樹脂等からなる絶縁保護層１４を被覆形成し、且つ前記露出部にバンプ端子１５a、15ｂを配置していた。
【０００６】
尚、各容量領域において、各誘電体層１１の端部には、誘電体層１１の密着性を向上させるための絶縁保護層１６が形成されている。
【０００７】
このような薄膜コンデンサは、支持基板１０上にスパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相合成法を用いて下部電極層１２を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて、パターン加工を行う工程と、パターン加工された下部電極層１２の上に、気相合成法やゾルゲル法などで誘電体層１１を形成し、フォトリソグラフィを用いてパターン加工する工程と、パターン加工された誘電体層１１上に上部電極層１３を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて、パターン加工を行う工程と、上部電極層１２上に絶縁性保護膜１４を形成する工程と、この絶縁性保護膜１４に貫通孔を形成し、この貫通孔内より露出する下部端子電極層１２a、上部端子電極層１３aにそれぞれ電気的に接続するバンプ端子15ａ、１５bを形成する工程を経て作製される。
【０００８】
尚、下部端子電極層１２a、上部端子電極層１３aは、上部電極層１３の導体層をフォトリソグラフィ加工でパターン化する際に、夫々隣接する容量発生領域の下部電極層１２どうし、上部端子電極層１３どうしが接続するよう形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄膜コンデンサでは、例えば、容量発生領域Ａの最外周部が絶縁保護層１４で覆われているだけであり、薄膜コンデンサをプリント配線基板などに実装する際のリフロー温度の熱による支持基板１０と絶縁保護層１４との膨張係数の違いから、容量発生領域の絶縁保護層１４の外周部が剥がれやすく、湿気による素子への影響を完全には防止できないという問題があった。
【００１０】
また、絶縁保護層１４の支持基板１０への接着力が低下することにより、誘電体層１１が支持基板１０から剥がれやすくなり、誘電体層１１のクラックによる絶縁性の劣化が発生するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、絶縁保護層の剥離及び誘電体層の接着力の低下を防止し、容量発生領域内部への水分の浸入を防止し、信頼性の高い薄膜コンデンサを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜コンデンサは、
支持基板と、
前記支持基板上に設けられ、誘電体層と前記誘電体層の下面に形成された第１電極層と前記誘電体層の上面に形成された第２電極層とからなる容量発生領域と、
前記第１電極層に接続された第１端子電極層と、
前記第２電極層に接続された第２端子電極層と、
前記第１端子電極層及び第２端子電極層の一部を露出させた露出部を有し、前記支持基板の略全面に被覆形成された絶縁保護層と、
前記露出部に配置されたバンプ端子と、
前記絶縁保護層上に被着され、前記バンプ端子の周囲領域が酸化処理により酸化物となった金属薄膜と、を具備する。
また、本発明の薄膜コンデンサは、上記構成において、
前記容量発生領域が、前記支持基板上において所定間隔をおいて複数並設され、
前記第１端子電極層が、前記容量発生領域のそれぞれの間に設けられて、前記第１電極層どうしを接続し、
前記第２端子電極層が、前記容量発生領域のそれぞれの間に設けられて、前記第２電極層どうしを接続する。
【作用】
上述のように、絶縁保護層を金属薄膜で被覆して形成されているため、従来のように樹脂などを単体として絶縁保護層としたものに比較して、耐湿性が飛躍的に向上する。特に、絶縁保護層を完全に被覆して形成され、金属薄膜が絶縁保護層の外周囲にまで延出させると、絶縁保護層の端部付近から発生する絶縁保護層の剥離、さらには、その部分から発生しやすい誘電体層の剥離、クラックを未然に防止できる。
【００１３】
さらに、バンプ端子の周囲の金属薄膜が酸化処理されて絶縁化されているため、下部端子電極層側のバンプ端子と上部端子電極層側のバンプ端子とは一切短絡しない。尚、この金属薄膜の部分的な酸化処理は、パターンマスクを被覆した状態で、大気雰囲気または酸素雰囲気でプラズマ処理を施すことにより容易に形成できる。
【００１４】
このような薄膜コンデンサでは、誘電体層が薄く、しかも良好な高周波特性（低インダクタンス化）が可能となり、高周波動作する回路でデカップリングコンデンサなどに広く利用される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜コンデンサを図面に基づいて詳説する。
【００１６】
図１は本発明の薄膜コンデンサの外観斜視図であり、図２は断面図であり、図３は薄膜コンデンサの分解斜視図であり、図４は絶縁保護層の端部付近の拡大図であり、図５はバンプ端子部分の拡大図である。
【００１７】
本発明の薄膜コンデンサは、支持基板１上に、誘電体層２の下面に第１電極層である下部電極層３を、上面に第２電極層である上部電極層４を形成してなる複数の容量発生領域を所定間隔をおいて並設されている。そして、これら容量発生領域のそれぞれの間には、第１電極層である下部電極層３どうしを接続する複数の第１端子電極層（下部端子電極層）８aと、第２電極層である上部電極層４どうしを接続する複数の第２端子電極層（上部端子電極層）８ｂとが設けられている。下部端子電極層８ａ及び上部端子電極層８ｂの一部には貫通孔９ａ、９ｂが形成せされるように支持基板１の略全面に絶縁保護層５、金属薄膜６が被覆形成されている。そして、この貫通孔９a、９ｂにはバンプ端子7ａ、７ｂが配置されている。
【００１８】
支持基板１は、アルミナ、サファイア、窒化アルミ、ＭｇＯ単結晶、ＳｒＴｉＯ₃単結晶、表面酸化シリコン、ガラス、石英等などの絶縁材料で、表面が平坦な基板が用いられる。特に、薄膜との反応性が小さく、強度が大きく、かつ誘電体膜または電極膜の結晶性という点を考慮すると、アルミナ、サファイアなどが望ましい。
【００１９】
下部電極層３、上部電極層４、下部端子電極層８a、上部端子電極層8bは、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）及びニッケル（Ｎｉ）薄膜等があり、これらのうちでも誘電体との反応性が小さく、酸化されにくい金（Ａｕ）や抵抗の低い銅（Ｃｕ）薄膜が最適である。またこれらは単独で用いても良いし、支持基板1や誘電体層2との密着性を考慮して、複数を組み合わせて用いても良い。その膜厚は、高周波領域でのインピーダンスと膜の被覆性を考慮して０．３〜０．５μｍとなっている。
【００２０】
尚、下部電極層３、上部電極層４、下部端子電極層８a、上部端子電極層８ｂは、これらの導体層を支持基板１上または誘電体層２上の全面に被着形成し、その後、フォトリソグラフィ技術によりパターン化して形成する。
【００２１】
誘電体層２は、高周波領域において高誘電率を有するものであれば良いが、その膜厚は１μｍ以下が望ましい。誘電体層２は、ペロブスカイト型酸化物結晶からなる誘電体材料で、例えばＰｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃系、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃系、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃系、Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃−Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃系、（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＴｉＯ₃系、ＢａＴｉＯ₃系、（Ｓｒ，Ｂａ）ＴｉＯ₃系、あるいはこれに他の添加物を添加したり、置換した化合物であってもよく、特に限定されるものではない。
【００２２】
また、誘電体層２の膜厚は、高容量と絶縁性を確保するため０．３〜１．０μｍが望ましい。これは０．３μｍよりも薄い場合には被覆性が良好でなく、絶縁性が低下する場合があり、１．０μｍよりも厚い場合には、容量が小さくなる傾向がある。また、測定周波数３００ＭＨｚ（室温）での比誘電率が１０００以上の誘電体薄膜が望ましい。このような誘電体層２は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等の公知の方法に支持基板１の下部電極層３上の全面に誘電体層を形成し、フォトリソグラフィ技術によりパターン化して形成する。
【００２３】
また、誘電体層２の端部には、誘電体層２の剥離を抑えるために、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等から成る密着層１６が形成されている。
【００２４】
また、上述の上部電極層４は、誘電体層２および密着層１６の外周部より広く形成されている。
【００２５】
また、絶縁保護層５は、容量発生領域の表面を保護するためのものであり、例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ポリイミド樹脂およびＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等から構成されている。絶縁保護層５は、上部電極層４を完全に覆うように形成されている。
【００２６】
この絶縁保護層５には、下部端子電極層８a、上部端子電極層８bを露出するための貫通孔９ａ、９ｂが形成されている。この貫通孔９a、9ｂには、半田などのバンプ端子７ａ、７bが形成されている。尚、上述の下部端子電極層８a、上部端子電極層８bには、バンプ材料の半田が拡散しないように、貫通孔９a、９ｂから露出する下部端子電極層８a、上部端子電極層８bには、半田拡散防止金属層８1を被着するとよい。この半田拡散防止金属層８１は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、およびこれらの金属から選ばれる２種以上からなる合金のうちいずれかからなり、スパッタ、蒸着、メッキ等で形成可能であれば良い。半田拡散防止金属層８１の厚みは、０．３μｍ以上の厚みであればよい。
【００２７】
半田からなるバンプ端子7ａ、7ｂは、Ｐｂ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｂｉ、ＳｂおよびＺｎのうち少なくとも２種以上の金属からなることが望ましく、薄膜電子部品の用途に応じて、融点及び共晶温度の異なる材料を選択すればよい。
【００２８】
また、パンプ端子７a、７ｂはスクリーン印刷、ボールマウンター等の公知の技術を用いて形成される。
【００２９】
上記のようにして構成された薄膜コンデンサは、バンプ端子７ａ、７ｂを、マザーボードの表面電極に接続して用いられる。
【００３０】
尚、本発明での下部電極層３、上部電極層４の材料は低抵抗であり、かつ高温での耐酸化性及び誘電体材料との反応の小さいＡｕからなる材料である。そして、支持基板１との密着性を上げるために、下部電極層３と支持基板１との間にＴｉやＣｒに代表される密着層を介在したり、下部電極層４と誘電体層２との間にＴｉやＣｒに代表される密着層を介在しても良い。
【００３１】
本発明の特徴的なことは、絶縁保護層５上に、金属薄膜６を被着形成したことである。この金属薄膜６は、ＴｉまたはＮｉ等の金属材料である。そして、金属膜としては十分な機密性を保つ為に、１μｍ〜２μｍの厚みがあればよい。この金属薄膜６は、容量発生領域において、表面側から湿気を防止し、全体して耐湿性を向上させている。
【００３２】
また、金属薄膜６は、図４に示すように、容量発生領域の外周端部において、絶縁保護層５の被着領域を越えて、支持基板１の表面まで到達している。これにより、容量発生領域の端部付近から浸入する湿気を完全に遮断できる。
【００３３】
さらに、金属薄膜６は、バンプ端子７a、7ｂの周囲、即ち、金属薄膜６とパンプ端子７a、７ｂとが接触する領域は、酸化処理されている。即ち、パンプ端子７a、7ｂの周囲では、金属薄膜６が酸化物となり、絶縁性が達成される。図ではこの酸化処理領域を６ａを付す。これにより、パンプ端子７a、7ｂと金属薄膜６とが短絡することはない。
【００３４】
この酸化処理は、バンプ端子７ａ、７ｂが形成される前に、金属薄膜６の酸化させたい領域を露出するようなマスクを取着し、大気雰囲気または酸素雰囲気でプラズマ処理もしくは、部分的に熱処理を行って酸化処理を行なう。
【００３５】
このようにバンプ端子７a、7ｂどうしが短絡することなく、安定した特性が得られ、しかも、耐湿性に優れた薄膜コンデンサとなる。
【００３６】
尚、上述の実施例では、誘電体層２を下部電極層３と上部電極層４とで挟持した構造、即ち、容量発生領域が１層の構造であるが、複数の誘電体層を第１の電極層と第２の電極層とで交互に積層した容量発生領域であっても良い。
【００３７】
本発明は上記例に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変更できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、容量発生領域の保護層として、無機物または樹脂からなる絶縁保護層と金属薄膜との積層構造としている。しかも、緻密に形成できる金属薄膜が外側に配置され、外部からの水分の浸入をより完全に遮断することができる。従って、絶縁保護層の剥離及び誘電体層の接着力低下を防止し、容量発生領域内部への水分の浸入を防止し、信頼性の高い薄膜コンデンサとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜コンデンサを示す斜視図である。
【図２】本発明の薄膜コンデンサを示す断面図である。
【図３】本発明の薄膜コンデンサの分解斜視図である。
【図４】本発明にかかる薄膜コンデンサの端部部分の断面図である。
【図５】本発明にかかる薄膜コンデンサのバンプ端子部分の断面図である。
【図６】従来の薄膜コンデンサの断面図である。
【符号の説明】
１，１０・・・支持基板
２，１１・・・誘電体層
３，１２・・・第１電極層（下部電極層）
４，１３・・・第２電極層（上部電極層）
５，１４・・・絶縁保護層
６・・金属薄膜
６a・・酸化処理領域
７ａ，１５ａ，７ａ，１５ｂ・・・外部端子（バンプ端子）
９ａ、９ｂ・・・貫通孔

Claims

支持基板と、
前記支持基板上に設けられた第１電極層と、前記第１電極層上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層の上面に設けられた第２電極層とからなる容量発生領域と、
前記第１電極層に接続された第１端子電極層と、
前記第２電極層に接続された第２端子電極層と、
前記第１端子電極層及び第２端子電極層の一部を露出させた露出部を有し、前記支持基板の略全面に被覆形成された絶縁保護層と、
前記露出部に配置されたバンプ端子と、
前記絶縁保護層上に被着され、前記バンプ端子の周囲領域が酸化処理により酸化物となった金属薄膜と、を具備する、薄膜コンデンサ。
前記容量発生領域が、前記支持基板上において所定間隔をおいて複数並設され、
前記第１端子電極層が、前記容量発生領域のそれぞれの間に設けられて、前記第１電極層どうしを接続し、
前記第２端子電極層が、前記容量発生領域のそれぞれの間に設けられて、前記第２電極層どうしを接続する、請求項１に記載の薄膜コンデンサ。