JP5287644B2 - 薄膜コンデンサ - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜コンデンサに関する。
基板上に下部電極層、誘電体薄膜、上部電極層が積層され、さらにポリイミド等の保護膜で被覆される薄膜コンデンサにおいて、保護膜上に設けられた開口部を介して下部電極層及び上部電極層と端子電極とが電気的に接続される（例えば特許文献１を参照）。開口部は下部電極層及び上部電極層の表面が露出するように形成される。そして、この開口部の内面にシード層が形成され、さらに、このシード層を給電層として導電材料が充填され、端子電極が形成される。
特許文献１に記載される構成をとる薄膜コンデンサにおいて、一般に、端子電極には、保護膜との密着性を確保するための密着層がシード層の下に形成されている。つまり、密着層（例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒなど）が上部電極層に接している。ここで、上部電極層が薄すぎる場合、または上部電極層に欠陥がある場合には、密着層が直接誘電体層に接することになる。一般に誘電体層には酸化物が好適に用いられ、また、密着層は還元力が大きい材料が用いられるため、このように密着層が誘電体層に接触すると、誘電体層の還元反応が促進され、誘電体層の組成が変質し、この結果、誘電体層の電気特性が損なわれ、例えば耐電圧や絶縁抵抗値の低下などが生じる虞がある。近年の電子部品の薄型化に伴い、薄膜コンデンサの上部電極も薄くなる傾向にあり、このような問題が発生する可能性が高くなるものと考えられる。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、端子電極の密着層と誘電体層とが直接接触することによる電気特性の劣化を防ぎ、信頼性を高めることができる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誘電体層と、誘電体層上に積層された上部電極層と、密着層、該密着層上に積層されたシード層、及び該シード層上に設けられためっき層を有する端子電極と、を備える薄膜コンデンサであって、上部電極層と端子電極との間に設けられ、上部電極層と端子電極とを絶縁する絶縁層と、絶縁層を貫通するよう設けられ、密着層に接しており、上部電極層と端子電極とを電気的に接続する導電層と、を備え、導電層の組成が端子電極の密着層と異なるものであり、導電層の誘電体層に対する還元力が、密着層のものより小さいことを特徴とする。
このような薄膜コンデンサによれば、絶縁層により上部電極層及び端子電極が絶縁され、この絶縁層を貫通するよう設けられた導電層により上部電極層と端子電極とが電気的に接続される。この構成により、上部電極層と端子電極とが直接接触しないため、上部電極層が薄すぎる場合や欠陥があった場合にも、端子電極の密着層と誘電体層とが直接接触することを防ぐことができ、端子電極の密着層と誘電体層とが直接接触することによる電気特性の劣化を防ぐことが可能となる。さらに、上部電極層と端子電極とを電気的に接続する導電層の組成が、端子電極の密着層と異なるものであり、また、導電層の誘電体層に対する還元力が、密着層のものより小さいため、上部電極層の欠陥などにより導電層が誘電体層に直接接触した場合でも、誘電体の還元反応を抑制することができ、この結果、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサの信頼性を向上させることができる。加えて、シード層上にめっき等により端子電極を形成する際に、シード層や上部電極層の欠陥によりめっき液成分が直接誘電体層に影響することがなく、信頼性の高い薄膜コンデンサを得ることができる。
また、導電層における還元性金属の含有率が、密着層のものより小さいことが好適である。これにより、導電層が誘電体層に直接接触した場合でも、誘電体の還元反応を好適に抑制することが可能となり、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサの信頼性を向上させることができる。
また、導電層の組成が上部電極層と同一であることが好適である。これにより、導電層が、従来より誘電体層と直接接触している上部電極層と同一の組成となるため、導電層の誘電体層に対する還元力を小さくできる信頼性が向上する。また、上部電極層と導電層の組成を共通にすることで、薄膜コンデンサの製造に用いる材料の種類を少なくすることができ、製造コストを抑制することができる。
また、導電層が、Ｃｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３の少なくともいずれか１つを含有することが好適である。
また、導電層の酸化物生成自由エネルギーが、室温において−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上であることが好適である。
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誘電体層と、誘電体層上に積層された上部電極層と、密着層、該密着層上に積層されたシード層、及び該シード層上に設けられためっき層を有する端子電極と、を備える薄膜コンデンサであって、上部電極層と端子電極との間に設けられ、上部電極層と端子電極とを絶縁する絶縁層と、絶縁層を貫通するよう設けられ、密着層に接しており、上部電極層と端子電極とを電気的に接続する導電層と、を備え、端子電極の密着層が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａの少なくともいずれか１つを含有し、導電層が、Ｃｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３の少なくともいずれか１つを含有す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、絶縁層により上部電極層及び端子電極が絶縁され、この絶縁層を貫通するよう設けられた導電層により上部電極層と端子電極とが電気的に接続される。この構成により、上部電極層と端子電極とが直接接触しないため、上部電極層が薄すぎる場合や欠陥があった場合にも、端子電極の密着層と誘電体層とが直接接触することを防ぐことができ、端子電極の密着層と誘電体層とが直接接触することによる電気特性の劣化を防ぐことが可能となる。さらに、上部電極層と端子電極とを電気的に接続する導電層がＣｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３の少なくともいずれか１つを含有し、端子電極の密着層が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａの少なくともいずれか１つを含有する。つまり、導電層には、密着層と比べて誘電体に対する還元力が小さい、すなわち還元作用が弱い材料が用いられている。この構成により、上部電極層の欠陥などにより導電層が誘電体層に直接接触した場合でも、誘電体の還元反応を抑制することができ、この結果、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサの信頼性を向上させることができる。
本発明に係る薄膜コンデンサによれば、端子電極の密着層と誘電体層とが直接接触することによる電気特性の劣化を防ぎ、信頼性を高めることができる。
以下、本発明の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、本発明の一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。図１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の上に積層された誘電体層１２と、誘電体層１２の上に積層された上部電極層１３と、誘電体層１２及び上部電極層１３を被覆する配線用樹脂層（絶縁層）１４と、下地電極１１及び上部電極層１３と、後述の端子電極１７とを電気的に接続する一対の配線層（導電層）１５と、表面保護膜としてのパシベーション層１６と、下地電極１１及び上部電極層１３と電気的に接続する一対の端子電極１７と、を備えて構成されている。端子電極１７は、パシベーション層１６との密着性を確保するため最下層に密着層１７ａが形成され、この密着層１７ａの上にシード層１７ｂが形成され、シード層１７ｂの上にめっき層１７ｃが形成される。
特に本実施形態においては、上部電極層１３と端子電極１７との間に配線用樹脂層１４が設けられ、上部電極層１３と端子電極１７とが直接接触しないように構成されており、両者は配線用樹脂層１４を貫通するように設けられた配線層１５により電気的に接続されている。配線層１５は、上部電極層１３と、端子電極１７の密着層１７ａと接している。
なお、図１では、端子電極１７と下地電極１１との間にも配線用樹脂層１４が設けられ、端子電極１７と下地電極１１とが配線層１５を介して電気的に接続されている。この代わりに、端子電極１７と下地電極１１とが直接接触する構成としてもよい。
下地電極１１は、例えば、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３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。支持基板がある場合の下地電極１１の膜厚は５０〜２０００ｎｍであることが好ましい。また、下地電極１１と支持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、インコネルが好ましく、特にＮｉ箔が好ましい。下地電極１１と支持基板を同一材料とした場合の合計の厚さは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。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が、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ＢａＴｉＯ３、ＢＳＴすなわちチタン酸バリウムストロンチウム（ＢａＳｒ）ＴｉＯ３、ＳＴすなわちチタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ３、ＣＺすなわちジルコン酸カルシウムＣａＺｒＯ３、（ＢａＳｒ）（ＴｉＺｒ）Ｏ３、ＢａＴｉＺｒＯ３などのペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。誘電体層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、１００〜８００ｎｍ程度が好ましい。
上部電極層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のが好ましく、特にＣｕを主成分として構成されるのが好ましい。なお、上部電極層１３は、例えば、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３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。上部電極層１３の厚みは、１００〜８００ｎｍ程度が好ましい。
配線層１５は、後述する端子電極１７の密着層１７ａと異なる組成であり、誘電体層１２に対する還元力が、密着層１７ａのものより小さいことが好ましく、より詳細には、還元性金属の含有率が、密着層１７ａのものより小さいことが好ましい。具体的には、上部電極層１３に用いられる材料を用いることが好ましく、Ｃｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３の少なくともいずれか１つを含有することが好ましい。また、上部電極層１３の組成と同一であることがさらに好ましい。
端子電極１７の密着層１７ａは、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａなどが好適に用いられる。シード層１７ｂは、Ｃｕなどの電気めっきなどを施し形成される。さらに必要によりＮｉ層、Ｓｎ層、またはＡｕ層などが形成される。めっき層１７ｃは、導電材料、例えばＳｎ−Ａｇはんだが好適に用いられる。
端子電極１７の密着層１７ａに用いられる材料は、上述のようにＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａなどの還元性金属である。ここで、本発明でいう「還元性金属」とは、誘電体層１２に対して還元作用を発揮する金属をいう。これらの金属の還元作用により、誘電体の特性が劣化してしまう。即ち本発明でいう「還元力が大きい／小さい」とは、誘電体に対する還元作用の強い／弱いを意味するものである。そして、この還元作用の強弱は、室温（例えば１５〜３０℃程度）における、その金属の酸化物生成に対する標準生成自由エネルギーΔＧが−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２未満（還元力大）か否（還元力小）かで判断し得る。
このような還元性金属で構成される密着層１７ａが、ペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる誘電体層１２と直接接触すると、誘電体層１２の還元反応が促進され、誘電体層１２が変質し、電気特性が劣化する虞がある。そこで、本実施形態では、上部電極層１３と端子電極１７との間に配線用樹脂層１４を設けて両者を絶縁状態とし、さらに配線層１５を設けて両者を電気的に接続する構成をとる。つまり、本実施形態では、上部電極層１３には、端子電極１７の密着層１７ａが直接接触せず、その代わりに配線層１５が接触する構成となる。配線層１５は、密着層１７ａのように還元性金属とは異なる材料（Ｃｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３など）により構成される。これらの材料は、密着層１７ａに比べて還元性金属の含有率が小さい組成であり、また、密着層と比べて誘電体に対する還元力が小さい、すなわち還元作用が弱い。このため、上部電極層１３の欠陥などにより配線層１５が誘電体層１２と直接接触した場合でも、密着層１７ａが接触した場合と比べて誘電体層１２の還元反応が抑制される。この結果、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサの信頼性を向上させることができる。
配線用樹脂層１４及びパシベーション層１６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または無機絶縁材料などが用いられ、具体的には、例えば感光性ポリイミド樹脂を用いるのが好適である。
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。
まず、図２（ａ）に示すように、下地電極１１上に誘電体層１２の成膜及び上部電極層１３のマスク成膜を施し、例えばフォトエッチングにより誘電体層１２及び上部電極層１３のパターニングを行う。
次に、図２（ｂ）に示すように、配線用樹脂層１４を、例えば感光性ポリイミド樹脂を用いてパターン形成する。このとき、下地電極１１及び上部電極層１３の表面が露出するように一対の開口部２１ａ，２１ｂを配線用樹脂層１４の上に設ける。
さらに、図２（ｃ）に示すように、配線用樹脂層１４の上に配線層１５を成膜し、配線層１５が開口部２１ａ，２１ｂをそれぞれ覆う２つの領域１５ａ，１５ｂをもつように、例えばフォトエッチングによりパターニングを行う。
次に、図２（ｄ）に示すように、パシベーション層１６を、例えば感光性ポリイミド樹脂を用いてパターン形成する。このとき、配線層１５の２つの領域１５ａ，１５ｂが露出するように一対の開口部２２ａ，２２ｂをパシベーション層１６の上に設ける。
そして、図２（ｅ）に示すように、パシベーション層１６の上に設けられた開口部２２ａ，２２ｂを覆うように端子電極１７の密着層１７ａを成膜し、この密着層１７ａの上にシード層１７ｂを成膜し、さらにめっき層１７ｃを例えば電気めっき法により形成して、端子電極１７を形成する。
なお、本実施形態に係る薄膜コンデンサ１０は、図３に示す製造方法でも作成可能である。図３に示す製造方法では、一度の製造工程により２つの薄膜コンデンサを形成することができる。なお、図３には２つの薄膜コンデンサを形成する過程を例示したが、同様の製造方法により２以上の薄膜コンデンサを同時に形成することが可能である。
まず、図３（ａ）に示すように、下地電極１１上に誘電体層１２を成膜する。誘電体層１２の上に上部電極層１３を成膜して、上部電極層１３が２つの領域１３ａ，１３ｂをもつようにパターニングを行う。
次に、図３（ｂ）に示すように、配線用樹脂層１４を、例えば感光性ポリイミド樹脂を用いてパターン形成する。このとき、２つの上部電極層１３ａ，１３ｂが露出するように一対の開口部２３ａ，２３ｂを配線用樹脂層１４の上に設ける。
さらに、図３（ｃ）に示すように、配線用樹脂層１４の上に配線層１５を成膜し、配線層１５が開口部２３ａ，２３ｂをそれぞれ覆う２つの領域１５ａ，１５ｂをもつように、例えばフォトエッチングによりパターニングを行う。
次に、図３（ｄ）に示すように、パシベーション層１６を、例えば感光性ポリイミド樹脂を用いてパターン形成する。このとき、配線層１５の２つの領域１５ａ，１５ｂが露出するように一対の開口部２２ａ，２２ｂをパシベーション層１６の上に設ける。
そして、図３（ｅ）に示すように、パシベーション層１６の上に設けられた開口部２２ａ，２２ｂを覆うように端子電極１７の密着層１７ａを成膜し、この密着層１７ａの上にシード層１７ｂを成膜し、さらにめっき層１７ｃを例えば電気めっき法により形成して、端子電極１７を形成する。
図３に示す製造方法により製造された薄膜コンデンサ３０の構成を図４に示す。図４に示すように、薄膜コンデンサ３０は、２つのコンデンサを形成する構造となっている。なお、図４に示す薄膜コンデンサ３０の各構成要素の組成や性質は、図１に示して説明したものと同一である。
このように、本実施形態に係る薄膜コンデンサ１０，３０によれば、配線用樹脂層１４により上部電極層１３及び端子電極１７が絶縁され、この配線用樹脂層１４を貫通するよう設けられた配線層１５により上部電極層１３と端子電極１７とが電気的に接続される。この構成により、上部電極層１３と端子電極１７とが直接接触しないため、上部電極層１３が薄すぎる場合や欠陥があった場合にも、端子電極１７の密着層１７ａと誘電体層１２とが直接接触することを防ぐことができ、端子電極１７の密着層１７ａと誘電体層１２とが直接接触することによる電気特性の劣化を防ぐことが可能となる。さらに、上部電極層１３と端子電極１７とを電気的に接続する配線層１５の組成が、端子電極１７の密着層１７ａと異なるものであり、また、配線層１５の誘電体に対する還元力が、密着層１７ａのものより小さいため、上部電極層１３の欠陥などにより配線層１５が誘電体層１２に直接接触した場合でも、誘電体の還元反応を抑制することができ、この結果、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサ１０，３０の信頼性を向上させることができる。加えて、シード層１７ｂ上にめっき等により端子電極を形成する際に、シード層１７ｂや上部電極層１３の欠陥によりめっき液成分が直接誘電体層１２に影響することがなく、信頼性の高い薄膜コンデンサを得ることができる。
また、配線層１５における還元性金属の含有率が、密着層１７ａのものより小さいため、配線層１５が誘電体層１２に直接接触した場合でも、誘電体の還元反応を好適に抑制することが可能となり、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサの信頼性を向上させることができる。
また、配線層１５の組成が上部電極層１３と同一であることが特に好適である。この場合、配線層１５が、従来より誘電体層１２と直接接触している上部電極層１３と同一の組成となるため、配線層１５の誘電体層１２に対する還元力を小さくできる信頼性が向上する。また、上部電極層１３と配線層１５の組成を共通にすることで、薄膜コンデンサ１０，３０の製造に用いる材料の種類を少なくすることができ、製造コストを抑制することができる。
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）
Ｎｉ箔の下地電極１１上に誘電体層（ＢａＴｉＯ３系）１２、上部電極層（Ｃｕ）１３を順に成膜した後、上部電極層１３をフォトエッチングにて加工し、さらに、誘電体層１２を下部電極となるＮｉ箔１１と電気的に接続できるようにフォトエッチングにて加工した。このとき、静電容量が約１２ｎＦとなるように誘電体層１２の厚さ、電極形状を設定した。
Ｎｉ箔の下地電極１１上に誘電体層（ＢａＴｉＯ３系）１２、上部電極層（Ｃｕ）１３を順に成膜した後、上部電極層１３をフォトエッチングにて加工し、さらに、誘電体層１２を下部電極となるＮｉ箔１１と電気的に接続できるようにフォトエッチングにて加工した。このとき、静電容量が約１２ｎＦとなるように誘電体層１２の厚さ、電極形状を設定した。
つぎに、配線用樹脂層１４を、感光性ポリイミド樹脂を用いてパターン形成した。つぎに配線層１５となる金属箔（Ｃｕ）を成膜し、フォトエッチングによりパターニングした。さらに、感光性ポリイミド樹脂を用いてパシベーション層１６のパターンを形成した。Ｔｉを密着層１７ａとするＣｕシード層１７ｂを成膜した。さらに端子部分にＣｕめっきを施し不要の密着層１７ａ及びシード層１７ｂを除去し、端子電極１７を形成した。
このような手法で１０００個の薄膜コンデンサを作製した。そして、これらの薄膜コンデンサについて、容量測定（１２ｎＦ±１５％を良品とした）、耐圧試験（３０Ｖｄｃ印加、０．１ＭΩ以下を不良とした）、及び絶縁抵抗試験（１６Ｖｄｃ印加 １ＭΩ以下を不良とした）を実施し、それぞれの不良数を集計した。
さらに、上記試験に用いた１０００個の薄膜コンデンサのうちから１００個を抽出し、１２５℃／１６Ｖｄｃ印加の高温負荷試験を２４０Ｈｒ実施し、試験後の絶縁抵抗の劣化による不良を計数した（１６Ｖｄｃ印加 １ＭΩ以下を不良とした）。
（比較例）
実施例と同様にＮｉ箔の下地電極１１上に誘電体層１２、上部電極層１３を成膜し、順にフォトエッチングにて加工した。その上に、配線用樹脂層１４及び配線層１５を形成せずに、パシベーション層１６のパターンを形成した。そして、実施例と同様に、密着層１７ａ、シード層１７ｂを形成し、端子電極１７の加工を行い、１０００個の薄膜コンデンサを作製した。そして、実施例と同様に、容量測定、耐圧試験、絶縁抵抗試験、及び高温負荷試験を実施し、それぞれの不良数を集計した。
実施例と同様にＮｉ箔の下地電極１１上に誘電体層１２、上部電極層１３を成膜し、順にフォトエッチングにて加工した。その上に、配線用樹脂層１４及び配線層１５を形成せずに、パシベーション層１６のパターンを形成した。そして、実施例と同様に、密着層１７ａ、シード層１７ｂを形成し、端子電極１７の加工を行い、１０００個の薄膜コンデンサを作製した。そして、実施例と同様に、容量測定、耐圧試験、絶縁抵抗試験、及び高温負荷試験を実施し、それぞれの不良数を集計した。
上述の実施例及び比較例について、を表１に示す。
表１に示すように、上部電極層１３と端子電極１７との間に配線用樹脂層１４が設けられ、上部電極層１３と端子電極１７とを電気的に接続する配線層１５が形成された実施例は、各試験の不良率を最大でも０．４％までに低く抑えることができることが確認された。一方、配線用樹脂層１４及び配線層１５を備えない比較例は、耐圧試験、絶縁抵抗試験及び高温負荷試験において、実施例と比較して不良率が格段に増加することが確認された。なお、容量測定試験においては、実施例及び比較例の不良率は同様であった。
すなわち、実施例の薄膜コンデンサは、比較例に比べて、容量測定、耐圧試験、絶縁抵抗試験、及び高温負荷試験による不良品の発生を低く抑えることができ、電気特性の劣化を抑制して薄膜コンデンサ１０の信頼性を向上させることができることが確認された。
次に、上部電極層１３及び配線層１５の材料による、誘電体層１２の特性劣化の影響について説明する。
ＢＴ、ＢＳＴ等の酸化物誘電体は、還元雰囲気化の熱処理で容易に導電化することが知られている。そこで、このような誘電体に対して特性を劣化させるような還元力を示さない電極材料を選定するために、ＳｉウエハにＰｔ下部電極を形成した基板上にＢＴ、ＢＳＴの薄膜を２００〜３００ｎｍ成膜し、さらに各種の電極材料（Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａ、Ｐｔ）を上部電極として形成した後、４００〜７００℃の熱処理を行った。その後、電気特性を測定しリーク電流、耐電圧などの特性から電極材料の使用の可否を決定した。すなわち、上記の熱処理を施した後のリーク電流、耐電圧などの電気特性が、熱処理前のものより所定値以上劣化しなかった場合に、電極材料（すなわち上部電極層１３及び配線層１５の材料）として使用可能と判定した。
上述の判定結果について、各電極材料ごとに、誘電体材料としてＢＴを使用したとき、及びＢＳＴを使用したときの判定結果を示す。なお、表中において、電極材料（すなわち上部電極層１３及び配線層１５の材料）として使用可能と判定した場合には「○」と表記し、使用不可と判定した場合には「×」と表記している。
表２に示すように、電極材料としてＡｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔを使用した場合には、熱処理後に誘電体の電気特性の劣化が生じなかったため、これらの材料は電極材料（上部電極層１３及び配線層１５の材料）として使用可能と判定された。一方、電極材料としてＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａを使用した場合には、熱処理後に誘電体の電気特性の劣化が生じたため、これらの材料は電極材料として使用不可と判定された。そして、電極材料として使用可能と判定された材料Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔについては、酸化物の生成自由エネルギーが室温で−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上であり、一方、電極材料として使用不可と判定された材料Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａについては、酸化物の生成自由エネルギーが室温で−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２未満であった。
この結果から金属の酸化物の生成自由エネルギーが室温で−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上の金属材料であれば、おおむね誘電体の特性を劣化させないことが確認された。すなわち、本発明において、上部電極層１３及び配線層１５として用いられるＡｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｔなどは、酸化物の生成自由エネルギーが−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上の金属であるので、誘電体の特性を劣化させないものと考えられる。同様に、上部電極層１３及び配線層１５として用いられる上記以外の材料、すなわち、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３に関しても、これらの酸化物の生成自由エネルギーが−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上であるから、誘電体の特性を劣化させないものと考えられる。
一方、酸化物の生成自由エネルギーが室温で−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２未満の金属材料であれば、誘電体の特性を劣化させる還元力を有することが確認された。すなわち、本発明において、密着層１７ａとして用いられるＴｉ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｉ−Ｃｒなどは酸化物の生成自由エネルギーが−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２未満の金属であるので、誘電体の特性を劣化させる還元力を有するものと考えられる。
１０，３０…薄膜コンデンサ、１１…下地電極、１２…誘電体層、１３…上部電極層、１４…配線用樹脂層（絶縁層）、１５…配線層（導電層）、１６…パシベーション層、１７…端子電極、１７ａ…密着層、１７ｂ…シード層、１７ｃ…めっき層。
Claims (6)
- 下地電極上に積層された誘電体層と、
前記誘電体層上に積層された上部電極層と、
密着層、該密着層上に積層されたシード層、及び該シード層上に設けられためっき層を有する端子電極と、
を備える薄膜コンデンサであって、
前記上部電極層と前記端子電極との間に設けられ、前記上部電極層と前記端子電極とを絶縁する絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するよう設けられ、前記密着層に接しており、前記上部電極層と前記端子電極とを電気的に接続する導電層と、を備え、
前記導電層の組成が前記端子電極の密着層と異なるものであり、
前記導電層の前記誘電体層に対する還元力が、前記密着層のものより小さいことを特徴とする薄膜コンデンサ。 - 前記導電層における還元性金属の含有率が、前記密着層のものより小さいことを特徴とする、請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
- 前記導電層の組成が前記上部電極層と同一であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の薄膜コンデンサ。
- 前記導電層が、Ｃｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３の少なくともいずれか１つを含有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜コンデンサ。
- 前記導電層の酸化物生成自由エネルギーが、室温において−６００ｋＪ／ｍｏｌＯ２以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜コンデンサ。
- 下地電極上に積層された誘電体層と、
前記誘電体層上に積層された上部電極層と、
密着層、該密着層上に積層されたシード層、及び該シード層上に設けられためっき層を有する端子電極と、
を備える薄膜コンデンサであって、
前記上部電極層と前記端子電極との間に設けられ、前記上部電極層と前記端子電極とを絶縁する絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するよう設けられ、前記密着層に接しており、前記上部電極層と前記端子電極とを電気的に接続する導電層と、を備え、
前記端子電極の密着層が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｔａの少なくともいずれか１つを含有し、
前記導電層が、Ｃｕ、Nｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２、ＳｒＲｕＯ３、およびＬａＮｉＯ３の少なくともいずれか１つを含有することを特徴とする薄膜コンデンサ。
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