JP7192399B2 - 薄膜キャパシタ - Google Patents

Description

本発明は、薄膜キャパシタに関し、薄化された電極を用いて構成された薄膜キャパシタに関するものである。

電子部品の薄型化が急速に進んでおり、例えばキャパシタにおいては、金属箔からなる下部電極上に誘電体薄膜及び上部電極を順に形成した薄膜キャパシタに対するニーズが高まっている。

薄膜キャパシタに関し、例えば特許文献１には、第１電極層と、第２電極層と、第１及び第２電極層間に設けられた誘電体層とを備え、第１電極層の誘電体層と反対側の面の表面積の第１電極層の厚さ方向の投影面積に対する比（Ｓ／Ｓ０）が１．０１～５．００である薄膜キャパシタが記載されている。この薄膜キャパシタによれば、半導体素子からの発熱を効率的に放熱することが可能である。

また特許文献２には、金属箔を８００℃以上の温度で焼鈍する工程と、焼鈍された金属箔の結晶粒径の誘電体薄膜の膜厚に対する比が１０４～５６０となるように金属箔上に誘電体薄膜を形成する工程と、金属箔及び誘電体薄膜を加熱して誘電体薄膜を焼結させる工程と、焼結された誘電体薄膜上に上部電極を形成する工程とを備えた薄膜コンデンサの製造方法が記載されている。

特開２０１７－０２８０９６号公報 特開２０１０－１７１３９７号公報

近年、薄膜コンデンサはＬＳＩ実装基板等に埋め込まれて使用されることが多い。しかし、薄膜コンデンサをＬＳＩ実装基板等の樹脂基板内に埋め込む場合、埋め込み時に発生するガスの影響により、薄膜キャパシタの絶縁抵抗等の電気的特性が劣化するという問題がある。また薄膜コンデンサを樹脂基板内に埋め込む場合には、樹脂との密着性の向上が求められている。さらに、薄膜コンデンサをＬＳＩ実装基板内に埋め込む場合には、ＬＳＩからの熱が薄膜キャパシタを介して効率よく放熱されることが望ましく、薄膜コンデンサの放熱性の向上も求められている。

したがって、本発明の目的は、ＬＳＩ実装基板等の樹脂基板内に埋め込んだ場合でも絶縁抵抗等の電気的特性が劣化しにくい薄膜コンデンサを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による薄膜キャパシタは、下部電極と、前記下部電極の上面に形成された誘電体薄膜と、前記誘電体薄膜の上面に形成された上部電極と、前記下部電極の下面の全面を覆う下部樹脂層と、前記誘電体薄膜及び前記上部電極が積層された前記下部電極の前記上面を覆う上部樹脂層とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＬＳＩ実装基板等の樹脂基板内への埋め込み時に発生するガスの影響による絶縁抵抗等の電気的特性の劣化を抑制することができる。

本発明において、前記上部電極の側面は、前記下部樹脂層又は前記上部樹脂層に覆われていることが好ましい。これによれば、樹脂基板内への埋め込み時に発生するガスの影響による絶縁抵抗等の電気的特性の劣化をさらに抑制することができる。

本発明による薄膜キャパシタは、前記誘電体薄膜を貫通して前記下部電極の上面と接続されたコンタクトプラグと、前記上部樹脂層を貫通して前記コンタクトプラグの上面を露出させる第１のコンタクトホールと、前記上部樹脂層を貫通して前記上部電極の上面を露出させる第２のコンタクトホールとをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、電極パッド部分以外の全体が樹脂で覆われているので、樹脂基板内への埋め込み時に発生するガスの影響による絶縁抵抗等の電気的特性の劣化を抑制することができる。

本発明において、前記下部電極は多数の金属粒子を含む金属箔からなり、前記下部電極の前記下面は前記金属粒子の断面が表れたエッチング面であり、前記エッチング面において隣り合う前記金属粒子の高低差は１μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。これによれば、エッチングにより薄化された下部電極を用いて薄膜キャパシタを構成することができ、薄膜キャパシタの薄型化を図ることができる。また下部電極の下面に適度な凹凸が形成されており、金属粒子の劈開断面が露出しているので、薄膜コンデンサの放熱性を高めることができる。また下部電極の下面に適度な凹凸が形成されているので、下部電極の下面を樹脂層で覆う場合に下部電極と樹脂層との密着性を高めることができる。

本発明において、前記下部電極の側面は前記下面と共に前記金属粒子の断面が表れた前記エッチング面であることが好ましい。これによれば、薄膜コンデンサの放熱性及び樹脂との密着性をさらに高めることができる。

本発明において、前記エッチング面に表れている断面の結晶方位が（１１１）面±２０°である金属粒子の数をＮ_１１１、前記エッチング面に表れている断面の結晶方位が（１００）面±２０°である金属粒子の数をＮ_１００、前記エッチング面に表れている断面の結晶方位が（１１０）面±２０°である金属粒子の数をＮ_１１０とするとき、Ｎ_１１１＞Ｎ_１００＞Ｎ_１１０の関係を有することが好ましい。金属結晶の（１１１）面は原子密度が高いので、酸素との結びつきが強い。そのため、エッチング面から金属粒の（１１１）面が優先的に表れることで、金属粒の（１１１）面が樹脂中の酸素と結合し、樹脂との密着性を向上させることができる。

本発明において、前記金属粒子の平均粒径は１０μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。下部電極を構成する金属箔を予め焼鈍処理した場合には、金属箔を構成する金属粒子の粒成長が進み、結晶粒径が大きくなる。その後、金属粒子は誘電体薄膜の前駆体層の焼結するための熱処理によっても粒成長し、金属粒子の平均粒径は上記のように１０～２５μｍとなる。このように金属箔が比較的大きな結晶粒で構成されている場合、エッチング面から金属粒子の断面を露出させると共に金属粒子の断面の高低差を８μｍ以下とすることにより、薄膜キャパシタの放熱性を高めることができる。また薄膜キャパシタを基板中に埋め込む場合に下部電極と樹脂との密着性を高めることができる。

本発明において、前記金属箔はＮｉ箔であり、前記金属粒子はＮｉ粒子であることが好ましい。Ｎｉ箔は安価で加工も容易であり、薄膜キャパシタの下部電極材料として好適である。またＮｉ箔では焼鈍工程や誘電体薄膜の前駆体層の焼結工程を経た後の結晶粒の粗大化が顕著であるため、本発明の効果も顕著である。

本発明によれば、ＬＳＩ実装基板等の樹脂基板内に埋め込んだ場合でも絶縁抵抗等の電気的特性が劣化しにくい薄膜コンデンサを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態による薄膜キャパシタの構造を示す略断面図である。 図２は、薄膜キャパシタの製造方法を説明するためのフローチャートである。 図３（ａ）及び（ｂ）は、金属箔中の結晶粒子の粒成長について説明するための模式図である。 図４（ａ）～（ｃ）は、下部電極の構造を説明するための略断面図であって、（ａ）はエッチング前の状態、（ｂ）は従来のエッチング方法でエッチングした後の状態、（ｃ）は本発明のエッチング方法でエッチングした後の状態をそれぞれ示している。 図５は、本発明の第２の実施の形態による薄膜キャパシタの構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は略上面図である。 図６は、図５の薄膜キャパシタの平面断面図であって、特に（ａ）は上部電極１３、（ｂ）は誘電体薄膜１２、（ｃ）は下部電極１１をそれぞれ示している。 図７（ａ）～（ｄ）は、第２の実施の形態による薄膜キャパシタの製造方法を説明するための工程図である。 図８（ａ）～（ｄ）は、図７（ａ）～（ｄ）と共に第２の実施の形態による薄膜キャパシタの製造方法を説明するための工程図である。 図９は、比較例の薄膜キャパシタにおける下部電極（Ｎｉ箔）のエッチング面の評価結果を示す図であって、（ａ）はＳＥＭ画像、（ｂ）はエッチング面の高さの変化を示すグラフである。 図１０は、実施例１における下部電極（Ｎｉ箔）のエッチング面の評価結果を示す図であって、（ａ）はＳＥＭ画像、（ｂ）はエッチング面の高さの変化を示すグラフである。 図１１は、実施例２における下部電極（Ｎｉ箔）のエッチング面の評価結果を示す図であって、（ａ）はＳＥＭ画像、（ｂ）はエッチング面の高さの変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態による薄膜キャパシタの構造を示す略断面図である。

図１に示すように、薄膜キャパシタ１は、下部電極１１と、下部電極１１の上面１１ａに形成された誘電体薄膜１２と、誘電体薄膜１２の上面１２ａに形成された上部電極１３とを備えており、誘電体薄膜１２は下部電極１１と上部電極１３との間に設けられている。

下部電極１１は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、およびＰｔ等の貴金属又はこれらの合金を主成分とする金属箔が好ましく、Ｎｉ箔が特に好ましい。金属箔は下部電極としての機能と、誘電体薄膜が形成される下地面としての機能と、誘電体薄膜を支持する機能とを兼ね備えている。金属箔の厚さは５～５０μｍであり、１０～３０μｍが好ましく、１０～１５μｍが特に好ましい。このように下部電極１１を薄くすることで薄膜キャパシタ１を薄型化することができる。

誘電体薄膜１２は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸バリウムストロンチウム（（ＢａＳｒ）ＴｉＯ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸バリウムジルコニウムストロンチウム（（ＢａＳｒ）（ＴｉＺｒ）Ｏ_３）、チタン酸バリウムジルコニウム（ＢａＴｉＺｒＯ_３）などのペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。誘電体薄膜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。誘電体薄膜１２の膜厚は、３０ｎｍ～５μｍ程度が好ましく、下部電極１１を構成する金属箔の結晶粒径に基づいて好適な範囲を適宜調整することが好ましい。

誘電体薄膜１２の平面サイズは下部電極１１よりも小さいことが好ましい。下部電極１１を構成する金属箔と一緒に誘電体薄膜１２を切断加工すると誘電体薄膜１２にクラックが発生するおそれがあるからである。

上部電極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１３は、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、およびＬａＮｉＯ_３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。

本実施形態において、下部電極１１はその下面１１ｂがエッチングされることにより薄化され、これにより金属粒子の断面がより多く表れており、金属粒子ごとに断面の高さが僅かに異なっている。隣り合う金属粒子の断面の高低差の平均は１μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。このような金属粒子の断面の高低差は、結晶方位に対するエッチングレートの差によって発生するものと考えられる。

下部電極１１の表面に粒界が多く表れている場合、放熱性は低下する。粒界成分は金属箔中の不純物が析出した純度の低い成分であり、熱伝導率が低いからである。しかし、下部電極１１の表面に金属粒子の断面が表れている場合には、放熱性を高めることができる。下部電極１１のエッチング面全体に対する金属粒子の断面の露出比率は６０％以上であることが好ましく、８０％以上であることが特に好ましい。

下部電極１１は、その下面１１ｂのみならず側面１１ｃがエッチングされていてもよい。この場合、下部電極１１の下面１１ｂと側面１１ｃの両方から金属粒子の断面が表れた状態となるので、放熱性をさらに高めることができる。

下部電極１１を構成する金属粒子の平均粒径は１０μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。詳細は後述するが、下部電極１１上に誘電体薄膜１２を形成するためには、下部電極１１の上面１１ａに形成した誘電体材料を焼結させる必要があり、さらに誘電体薄膜１２にクラックが発生しないように誘電体薄膜１２を形成する前に金属箔を焼鈍することが望ましい。金属箔に対してこのような熱処理を行った場合、金属箔を構成する金属粒子が大きく成長し、その平均粒径の範囲は上記のようになる。

下部電極１１の下面１１ｂにおいて、（１１１）面±２０°の断面が表れている金属粒子の数Ｎ_１１１は、（１００）面±２０°の断面が表れている金属粒子の数Ｎ_１００よりも多く、（１００）面±２０°の断面が表れている金属粒子の数Ｎ_１００は、（１１０）面±２０°の断面が表れている金属粒子の数Ｎ_１１０よりも多いことが好ましい。すなわち、Ｎ_１１１＞Ｎ_１００＞Ｎ_１１０の関係を有することが好ましい。

樹脂にはある程度の酸素が含まれており、金属は樹脂中の酸素と結合することで樹脂に密着する。したがって、下部電極１１の表面に原子数密度が高い（１１１）面が優先的に表れている場合には、薄膜キャパシタ１の放熱性を高めることができるだけでなく、薄膜キャパシタ１を樹脂内に埋め込んだときに下部電極１１と樹脂との密着性を高めることができる。

下部電極１１の表面に露出する結晶粒の面方位は、ＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction：後方散乱電子回折）により評価することができる。ＥＢＳＤは、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）によるサブミクロン領域の結晶解析手法の一つである。約６０～７０°傾斜した試料に電子線を照射すると、試料の表面から約５０ｎｍまでの浅い領域の各結晶面で電子線が散乱するが、結晶性試料の場合、電子線は回折し、結晶方位に応じたパターン（ＥＢＳＤパターン）が現れる。このＥＢＳＤパターンをＥＢＳＤ検出器（ＣＣＤカメラ）で撮影して解析することで試料の結晶方位に関する情報を得ることができ、結晶粒の方位マッピング、集合組織や結晶相分布を解析することができる。ＥＢＳＤでは電子線を分析したい結晶粒上に止めるだけでよいので、電子光学系に特別の装置を付加する必要がなく、ＳＥＭにＥＢＳＤ検出器を付加するだけの簡単な構成で実現することができる。

図２は、薄膜キャパシタの製造方法を説明するためのフローチャートである。

図２に示すように、薄膜キャパシタ１の製造では、まず下部電極１１を構成する金属箔を用意する（Ｓ１：金属箔準備工程）。上記のように金属箔としてはＮｉ箔が好ましく、その厚さは５～５０μｍであることが好ましい。金属箔の製造方法としては、電解法（めっき法、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法など）及び圧延法などがあるが、製造工程において加工歪みが含まれない電解法によって作成した金属箔がより好適であり、特にめっき法によって作成した金属箔は、不純物の混入が少なく高純度であるため特に好適である。

次に、金属箔の箔内歪を緩和するための、還元雰囲気又は真空雰囲気で金属箔の焼鈍処理を実施する（Ｓ２：焼鈍工程）。焼鈍温度は、金属箔内の結晶の粒成長が生じる程度に高温であり、３００℃以上であればよく、３００℃～１３００℃がより好ましく、３００℃～１０００℃がさらに好ましい。また、焼鈍時間は１分～４時間が好ましい。昇温速度は５℃／ｍｉｎ以上であればよく、５００℃／ｍｉｎ以上であることが好ましい。金属箔の箔内歪は、焼鈍温度と焼鈍時間によって制御することができ、高温焼鈍ほど短時間で結晶内の歪を緩和することができる。金属箔の箔内歪を緩和した状態とは、具体的には金属箔のビッカース硬度が１００ＨＶ程度より小さいことが好ましい。焼鈍温度と焼鈍時間との関係は、焼鈍温度が高温になるほど、焼鈍時間は短時間とすることができる。

本実施形態における「真空雰囲気」とは、圧力が１×１０^３Ｐａ以下となる減圧雰囲気のことであり、一般的には、１×１０^－５～１×１０^２Ｐａであることが好ましく、１×１０^－３～１０Ｐａであることがより好ましい。特に金属箔が主としてＮｉからなる場合には、上記圧力が２×１０^－３～８×１０^－１Ｐａであることが好ましい。また、「還元雰囲気」とは、窒素と水素および水蒸気の混合ガスからなる雰囲気であったり、アンモニアから形成された水素含有雰囲気であったり、ＣＯおよびＣＯ_２含有のガスで雰囲気中の酸素分圧濃度が１ｖｏｌ％以下に制御された雰囲気のことある。このような条件化で熱処理することにより、Ｎｉ箔などの金属箔の酸化が抑制される。

ここで、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しながら「粒成長」について説明する。本実施形態では、「粒成長」とは、当初は微細な多結晶構造をしている金属箔を熱処理することにより、各微細結晶の粒界が移動し、隣接する結晶粒を侵食しながら大きくなる過程をいう。

例えば、図３（ａ）に示すように、金属箔１１Ｆは、当初、概ね２０ｎｍ～６０ｎｍ程度の粒径をもつ、様々な大きさの微細な結晶粒子１１Ｇを含む構造となっている。そして粒成長が進むと、図３（ｂ）に示すように個々の結晶粒子１１Ｇが大きくなる。粒成長がさらに進み、結晶粒径がある程度まで大きくなると、粒成長が飽和して粒径がそれ以上大きくならなくなる場合もある。このときの粒径を「飽和粒径」という。なお、「結晶粒径」とは、結晶粒の大きさを示すものであり、具体的には後述する「コード法」により算出される平均粒子径である。結晶粒径の大きさは、金属箔内部の不純物、焼鈍温度、焼鈍時間によって制御することができる。

次に、焼鈍処理が施された金属箔上にチタン酸バリウムなどの誘電体薄膜の前駆体層を形成する（Ｓ３：誘電体薄膜の前駆体層形成工程）。前駆体層の形成には、例えばスパッタ法、ＣＳＤ法（化学溶液法）、ＣＶＤ法、などが用いられる。この前駆体層は、十分に結晶化に至っていない場合が多い。結晶化を進める場合には、後述する焼結工程が必要になる。

次に、金属箔上に形成された前駆体層を真空雰囲気又は還元雰囲気の下で加熱して焼結させる（Ｓ４：焼結工程）。この焼結工程により十分に結晶化に至っていない誘電体が結晶化し、高い誘電率を有する誘電体薄膜１２が得られる。焼結処理のための加熱温度は３００～１０００℃程度が好ましい。また加熱時間は１０～９０分が好ましい。この焼結処理により高誘電率の誘電体が得られる。前駆体層の焼結工程Ｓ４でも金属箔中の金属粒が再成長するため、結晶粒径はさらに大きくなる。

次に、誘電体薄膜１２上に上部電極１３を形成する（Ｓ５：上部電極形成工程）。上部電極１３の材料は、例えばＣｕであり、スパッタ法により形成することができる。あるいは、電解めっきや、無電解めっき、蒸着等で形成することができる。

次に、金属箔の下面をエッチングして下部電極１１を薄化する（Ｓ６：下部電極薄化工程）。下部電極１１の薄化工程Ｓ６では、Ｎａ_２ＳＯ_８・Ｈ_２ＳＯ_４を主成分とするエッチング液を用いて下部電極１１の下面をハーフエッチングする。この場合、エッチング液は、電解めっき工程でレベリング剤として使用される添加剤を含むことが好ましい。こうした添加材を含むエッチング液を用いた場合には、エッチング面の平坦性を高めることができる。こうして、下部電極１１は例えば１０μｍ程度の厚さまで薄化される。以上により、本実施形態による薄膜キャパシタの基本構造が完成する。

上記のようにハーフエッチングされた下部電極１１の下面１１ｂには、結晶粒の劈開された断面が表れており、金属粒子ごとに断面の高さが僅かに異なっている。エッチング面内の隣り合う金属粒子の断面の高低差の平均は１μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。このような高低差は、下部電極１１の下面１１ｂのみならず側面１１ｃもハーフエッチングした場合には、下部電極１１の下面１１ｂと同様に側面１１ｃにも結晶粒の断面が表れている。

図４（ａ）～（ｃ）は、下部電極の構造を説明するための略断面図であって、（ａ）はエッチング前の状態、（ｂ）は従来のエッチング方法でエッチングした後の状態、（ｃ）は本発明のエッチング方法でエッチングした後の状態をそれぞれ示している。

図４（ａ）に示すように、下部電極１１を構成する金属箔は多数の金属粒子を含み、個々の金属粒子は金属箔の焼鈍工程及び誘電体薄膜１２の前駆体層の焼結工程での熱処理によって粒成長し、熱処理前と比べて非常に大きな結晶粒径を有している。また金属粒子が再成長することにより粒界がはっきりと表れた構造となっている。

このような金属箔をハーフエッチングするため、例えばＮｉ箔に対して塩化鉄（ＦｅＣｌ_３）や過酸化水素系の硝酸（ＨＮＯ_３・Ｈ_２Ｏ_２）等の周知のエッチング液を用いた場合には、図４（ｂ）に示すように結晶粒内のエッチングが進まない一方で、粒界のエッチングが過度に進行することにより、金属粒子が残留して凹凸の大きなエッチング面となる。

一方、図４（ｃ）に示すように、硫酸ナトリウム系（Ｎａ_２ＳＯ_８・Ｈ_２ＳＯ_４）のエッチング液を用いた場合には、粒界のみならず結晶粒内のエッチングも進むため、エッチング面の平坦性を高めることができる。また、結晶粒内の純度は不純物が析出している粒界の純度よりも高く、熱伝導率が高いので、金属箔の表面に結晶粒の劈開面を露出させることで放熱性を高めることができる。したがって、例えば薄膜キャパシタ１がＬＳＩ実装基板内に埋め込まれてデカップリングコンデンサとして使用される場合には、ＬＳＩから発生する熱を放熱させることができる。さらに、エッチング面は適度な表面粗さを有するので、実装基板に埋め込む場合に樹脂との密着性を高めることができる。

次に、薄膜キャパシタの実用的な構造について詳細に説明する。

図５は、本発明の第２の実施の形態による薄膜キャパシタの構造を示す図であって、（ａ）は略側面断面図、（ｂ）は略上面図である。また図６は、図５の薄膜キャパシタの平面断面図であって、特に（ａ）は上部電極１３、（ｂ）は誘電体薄膜１２、（ｃ）は下部電極１１をそれぞれ示している。

図５及び図６に示すように、本実施形態による薄膜キャパシタ２は、下部電極１１、誘電体薄膜１２及び上部電極１３の積層体からなるキャパシタ素子が樹脂層１４内に埋め込まれた構造を有している。樹脂層１４は、誘電体薄膜１２及び上部電極１３が積層された下部電極１１の上面側を覆う上部樹脂層１４ａと、下部電極１１の下面側を覆う下部樹脂層１４ｂとで構成されている。下部樹脂層１４ｂは下部電極１１の下面のみならず側面も覆っている。また樹脂層１４の下面にはＤＡＦ（Die Attach Film）１５が貼り付けられている。

上部樹脂層１４ａの上面には、下部電極１１に接続されたコンタクトプラグ１６の上面を露出させるコンタクトホール１４ｈ_１と、上部電極１３の上面を露出させるコンタクトホール１４ｈ_２が形成されている。下部電極１１との電気的な接続は、コンタクトホール１４ｈ_１から露出するコンタクトプラグ１６を介して行うことができる。また、上部電極１３との電気的な接続は、コンタクトホール１４ｈ_２から行うことができる。なおコンタクトホール１４ｈ_１と１４ｈ_２は、キャパシタの検査時にも使用される穴である。

図６（ａ）～（ｃ）は、図５に示した下部電極、誘電体薄膜、上部電極の各層のパターンを示している。図６（ｃ）に示す下部電極１１の上面には図６（ｂ）に示す誘電体薄膜１２が形成されており、誘電体薄膜１２の上面には図６（ａ）に示す上部電極１３が形成されている。誘電体薄膜１２には下部電極１１の上面を露出させる開口１２ｈが設けられており、上部電極１３には環状の分離溝１３ｈが設けられている。分離溝１３ｈは上部電極１３から絶縁分離されたコンタクトプラグ１６を形成するために設けられており、コンタクトプラグ１６の一部は誘電体薄膜１２に設けられた開口１２ｈ内に埋め込まれて下部電極１１の上面に接続されている。

薄膜キャパシタ２がＬＳＩ実装基板内に埋め込まれてデカップリングコンデンサとして使用される場合、基板内への埋め込み時に発生する水素ラジカルやＨ_２Ｏなどの影響によって薄膜キャパシタの絶縁抵抗が劣化することがある。ＬＳＩ実装基板内で発生したガスは基板の外側に抜けにくく、基板内に溜まり込んだガスは薄膜キャパシタの品質を徐々に劣化させる。しかし、キャパシタ素子が予め硬化樹脂で覆われた状態であればそのような基板内の残留ガスの影響を受けないので、絶縁抵抗の劣化を防止することができる。本実施形態のようにキャパシタ素子を樹脂層１４中に埋め込む場合、樹脂が硬化するときにガスが発生する場合がある。しかし、薄膜キャパシタ単体を樹脂で覆う程度の単純な構造であれば、ガスは外方に拡散することができ、樹脂層１４内に溜まり込まないので、コンデンサの絶縁抵抗が劣化することはない。

本実施形態による薄膜キャパシタ２は、第１の実施の形態と同様に、下部電極１１の下面１１ｂがエッチングされて下部電極１１が薄化されているので、非常に薄型の薄膜キャパシタを提供することができる。また下部電極１１の下面１１ｂ及び側面１１ｃがエッチングされて金属粒子の断面が表れているので、適度な表面粗さを確保しながらエッチング面の平坦性を高めることができ、また放熱性を高めることができる。また、下部電極１１のエッチング面が適度な表面粗さを有し、下部電極１１の露出面全体が樹脂でおおわれているので、下部電極１１と樹脂との密着性を高めることができ、薄膜キャパシタ２の全体を保護することができる。

図７及び図８は、第２の実施の形態による薄膜キャパシタの製造方法を説明するための工程図である。

図７及び図８に示すように、薄膜キャパシタ２の製造では、まず下部電極１１を構成する金属箔１１Ｆを用意し、金属箔１１Ｆを予め焼鈍処理した後、金属箔１１Ｆ上に誘電体薄膜１２を形成する（図７（ａ））。金属箔１１Ｆの焼鈍工程及び誘電体薄膜１２の前駆体の焼結工程により金属箔１１Ｆ中の金属粒子が粒成長し、結晶粒径は１０～２５μｍ程度となる。

次に、誘電体薄膜１２をパターニングする（図７（ｂ））。これにより、誘電体薄膜１２は個々のキャパシタ素子に対応した形状に加工される。

次に、誘電体薄膜１２が形成された金属箔１１Ｆの上面全体に電解銅めっき用のシード層１３ａを例えばスパッタ法により形成した後、銅めっき層１３ｂを電解めっきにより成長させて上部電極層１３Ｌを形成する（図７（ｃ））。

次に、上部電極層１３Ｌをパターニングする（図７（ｄ））。これにより、上部電極層１３Ｌは個々のキャパシタ素子に対応した電極形状に加工され、上部電極１３及びコンタクトプラグ１６が形成される。

次に、金属箔１１Ｆの上面を覆う上部樹脂層１４ａを形成した後、上部電極１３及びコンタクトプラグ１６の上面を露出させるコンタクトホール１４ｈ_１，１４ｈ_２を形成する（図８（ａ））。上部樹脂層１４ａは、樹脂フィルムをラミネートすることにより形成することができる。

次に、金属箔１１Ｆの下面をハーフエッチングして金属箔１１Ｆを薄化すると共に、個々のキャパシタ素子に対応した平面形状となるようにパターニングする（図８（ｂ））。このとき、金属箔１１Ｆの上面側が上部樹脂層１４ａで覆われているので、誘電体薄膜１２や上部電極１３が金属箔１１Ｆのエッチング工程中にダメージを受けることはない。また、金属箔１１Ｆのパターニングを薄化工程と同様にエッチングで行った場合、金属箔１１Ｆの下面のみならず側面にも金属粒子の断面が表れるので、放熱性や樹脂との密着性をさらに高めることできる。

次に、金属箔１１Ｆの下面を覆う下部樹脂層１４ｂを形成し、下部樹脂層１４ｂの下面を覆うＤＡＦ１５をさらに形成する（図８（ｃ））。下部樹脂層１４ｂも樹脂フィルムのラミネートにより形成することができる。ＤＡＦ１５もラミネートにより形成することができる。以上により、金属箔１１Ｆはその下面のみならず側面も樹脂に覆われた状態となる。以上により、薄膜キャパシタ２の集合体が完成する。

最後に、薄膜キャパシタ２の集合体をダイシングして個片化する（図８（ｄ））。このときダイシングライン上には樹脂のみが存在しており、上部電極１３、誘電体薄膜１２及び金属箔１１Ｆは存在しない。誘電体薄膜１２をダイシングした場合には誘電体薄膜１２にクラックが発生するおそれがあり、また上部電極１３や下部電極１１を構成する金属箔１１Ｆをダイシングした場合には金属の切断面にダレが生じるおそれがある。しかし、ダイシングライン上から誘電体や金属を予め排除した場合には上記問題が生じることがなく、多数のキャパシタ素子を容易に分割することができる。以上により、本実施形態による薄膜キャパシタ２が完成する。

以上説明したように、本実施形態による薄膜キャパシタ２は、第１の実施の形態と同様に、下部電極１１の下面１１ｂがエッチングされて下部電極１１が薄化されているので、非常に薄型の薄膜キャパシタを提供することができる。また、下部電極１１のエッチング面の平坦性が高く、金属粒の断面が適度な高低差を有しているので、放熱性と密着性を高めることができる。さらに、下部電極１１、誘電体薄膜１２及び上部電極１３からなるキャパシタ素子の露出面全体が樹脂に覆われているので、薄膜キャパシタの基板内への埋め込み時に発生する水素ラジカルやＨ_２Ｏなどの影響による絶縁抵抗等の電気的特性の劣化を防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記第２の実施の形態においては、誘電体薄膜１２に覆われていない下部電極１１の露出面全体を樹脂で覆っているが、下部電極１１の上面１１ａ及び下面１１ｂのみを樹脂で覆い、下部電極１１の側面１１ｃが露出した構造とすることも可能である。

＜比較例＞
厚さが２８μｍの圧延Ｎｉ箔を予め焼鈍処理した後、Ｎｉ箔上にチタン酸バリウムをスパッタ法により成膜した。その後、８００℃で６０分間加熱してチタン酸バリウムを焼結させた。焼鈍処理では、焼鈍温度を９００℃、焼鈍時間を２時間、昇温速度を１００℃とした。次いで厚さ５μｍのＣｕ膜を電解めっきにより形成した。その後、Ｎｉ箔の裏面をハーフエッチングして１０μｍまで薄化した。ハーフエッチングではエッチング液としてＨＮＯ_３・Ｈ_２Ｏ_２を用いた。

その後、Ｎｉ箔のエッチング面をＳＥＭで観察し、表面粗さ（高低差）を評価した。その結果を図９に示す。

図９（ａ）のＳＥＭ画像から分かるように、Ｎｉ箔のエッチング面にはＮｉ粒子間に存在する粒界がはっきりと現れており、非常に立体感のある画像となった。また図９（ｂ）に示すように、エッチング面内の高低差は１５μｍ以上となり、エッチング面の表面粗さＲａは２．２であり、エッチング面の平坦性は悪かった。さらにＥＢＳＤ測定結果から、結晶粒の面方位のばらつきが大きいことが分かった。特に、（１１１）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１１１、（１００）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１００、（１１０）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１１０の関係は、Ｎ_１００＞Ｎ_１１０＞Ｎ_１１１であった。

＜実施例１＞
厚さが２８μｍの電解Ｎｉ箔を予め焼鈍処理した後、Ｎｉ箔上にチタン酸バリウムをスパッタ法により成膜した。その後、８００℃で６０分間加熱してチタン酸バリウムを焼結させた。焼鈍処理では、焼鈍温度を９００℃、焼鈍時間を２時間、昇温速度を１００℃とした。次いで厚さ５μｍのＣｕ膜を電解めっきにより形成した。さらに、Ｎｉ箔の裏面をハーフエッチングして薄化する際に、エッチング液としてＮａ_２ＳＯ_８・Ｈ_２ＳＯ_４を用いた点以外は比較例と同じ条件下で薄膜キャパシタのサンプルを作成した後、エッチング面を評価した。その結果を図１０に示す。

図１０（ａ）のＳＥＭ画像から分かるように、エッチング面にはＮｉ粒子の断面が表れており、粒界は少なく、エッチング面の平坦性は高かった。また図１０（ｂ）に示すように、エッチング面内の高低差は７μｍ程度であり、エッチング面の表面粗さＲａは１．１であり、比較例よりも平坦性が向上した。さらにＥＢＳＤ測定結果から、エッチング面内の結晶粒の面方位は（１１１）面が最も多く、面方位のばらつきが小さいことが分かった。特に、（１１１）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１１１、（１００）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１００、（１１０）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１１０の関係は、Ｎ_１１１＞Ｎ_１００＞Ｎ_１１０であった。
＜実施例２＞
Ｎａ_２ＳＯ_８・Ｈ_２ＳＯ_４のエッチング液に、電解めっき工程で使用されるレベリング剤を添加した点以外は実施例１と同じ条件下で薄膜キャパシタのサンプルを作成した後、エッチング面を評価した。その結果を図１１に示す。

図１１（ａ）のＳＥＭ画像から分かるように、エッチング面にはＮｉ粒子の断面が表れており、粒界は少なく、エッチング面の平坦性は高かった。また図１１（ｂ）に示すように、エッチング面内の高低差は６μｍ程度であり、エッチング面の表面粗さＲａは０．５であり、実施例１よりも平坦性がさらに向上した。さらにＥＢＳＤ測定結果から、エッチング面内の結晶粒の面方位は（１１１）面が最も多く、面方位のばらつきが小さいことが分かった。また実施例１と同様に、（１１１）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１１１、（１００）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１００、（１１０）面±２０°が表れている金属粒子の数：Ｎ_１１０の関係は、Ｎ_１１１＞Ｎ_１００＞Ｎ_１１０であった。

１，２ 薄膜キャパシタ
１１ 下部電極
１１ａ 下部電極の上面
１１ｂ 下部電極の下面
１１ｃ 下部電極の側面
１１Ｆ 金属箔
１１Ｇ 結晶粒子（金属粒子）
１２ 誘電体薄膜
１２ａ 誘電体薄膜の上面
１２ｈ 誘電体薄膜の開口
１３ 上部電極
１３Ｌ 上部電極層
１３ａ シード層
１３ｂ 銅めっき層
１３ｈ 上部電極の分離溝
１４ 樹脂層
１４ａ 上部樹脂層
１４ｂ 下部樹脂層
１４ｈ_１ 樹脂層のコンタクトホール
１４ｈ_２ 樹脂層のコンタクトホール
１６ コンタクトプラグ

Claims (7)

1. 下部電極と、
   前記下部電極の上面に形成された誘電体薄膜と、
   前記誘電体薄膜の上面に形成された上部電極と、
   前記下部電極の下面の全面を覆う下部樹脂層と、
   前記誘電体薄膜及び前記上部電極が積層された前記下部電極の前記上面を覆う上部樹脂層とを備え、
   前記下部電極は多数の金属粒子を含む金属箔からなり、
   前記下部電極の前記下面は前記金属粒子の断面が表れたエッチング面であり、
   前記エッチング面において隣り合う前記金属粒子の高低差は１μｍ以上８μｍ以下であることを特徴とする薄膜キャパシタ。
2. 前記上部電極の側面は、前記下部樹脂層又は前記上部樹脂層に覆われている、請求項１に記載の薄膜キャパシタ。
3. 前記誘電体薄膜を貫通して前記下部電極の上面と接続されたコンタクトプラグと、
   前記上部樹脂層を貫通して前記コンタクトプラグの上面を露出させる第１のコンタクトホールと、
   前記上部樹脂層を貫通して前記上部電極の上面を露出させる第２のコンタクトホールとをさらに備える、請求項１又は２に記載の薄膜キャパシタ。
4. 前記下部電極の側面は前記下面と共に前記金属粒子の断面が表れた前記エッチング面である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ。
5. 前記エッチング面に表れている断面の結晶方位が（１１１）面±２０°である金属粒子の数をＮ_１１１、前記エッチング面に表れている断面の結晶方位が（１００）面±２０°である金属粒子の数をＮ_１００、前記エッチング面に表れている断面の結晶方位が（１１０）面±２０°である金属粒子の数をＮ_１１０とするとき、
   Ｎ_１１１＞Ｎ_１００＞Ｎ_１1０
   の関係を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ。
6. 前記金属粒子の平均粒径が１０μｍ以上２５μｍ以下である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ。
7. 前記金属箔はＮｉ箔であり、前記金属粒子はＮｉ粒子である、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ。

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