JPH01315124A - 薄膜コンデンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ＭＩＭ型キャパシタ、特に小型、高性能で、
大きな静電容量をもつ薄膜コンデンサに関するものであ
る。

従来の技術 近年、表面実装技術の発達に伴い、電子部品が小型化さ
れ、さらには　チップ化されている。そのため、コンデ
ンサの分野においても、■小型で大容量化、０回路の高
周波数化への対応（高性能化）、■耐環境性の強化（高
信頼性）などのニーズが高まっている。

従来の比較的小型のコンデンサとしては、セラミックコ
ンデンサがあり、近年になってフィルムコンデンサが実
用化されつつある。

これらコンデンサは相反した特徴をもっている。

すなわち、セラミックコンデンサは、比較的小型で大容
量のものが得られるという利点をもっているものの、そ
の電気特性が悪い。また、フィルムコンデンサは、電気
特性が優れてはいるが、小型大容量化が困難である。

一方、薄膜コンデンサは、セラミックコンデンサと同等
以上に小型で、フィルムコンデンサ、タンタル電解コン
デンサと同様に電気特性が優れているものである。その
誘電体としては、５ｉｎ２ややＴａ２０５などの誘電体
が使用されている。ところが、比誘電率がＳｉＯで４．
５．またＴ　ａ　２０５で２５と低いために、その大容
量化にはまだ改善すべき余地が残されていた。

大容量化の方法としては、誘電体にＢａＴｉＯ３など強
誘電体を使用する方法や、ＳｒＴｉＯ３とそれと同じ結
晶構造をもつ下部電極との組み合わせを利用する方法（
特開昭６０−９４７１６号公報）が提案されている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、強誘電体を使用する方法については、（
１）薄膜形成過程で酸素を十分に供給しないと、それが
半導体化しやすい、（２）膜厚が約１ｕ＋ａ以下では、
比誘電率が大きくならない、（３）比誘電率の温度依存
性や電界依存性が大きいなどの課題を有していた。また
、ＳｒＴｉＯ３とそれと同じ結晶構造をもつ下部電極と
の組み合わせを利用する方法については、Ｓ　ｒ　Ｔ　
ｒ　０３が常誘電体であるため強誘電体薄膜のように膜
厚を厚くする必要がないが、あまり薄（すると、リーク
電流が多（なってしまう。また、比誘電率をバルクと同
程度の値とするには、結晶性の薄膜にしなければならず
、その場合には、リーク電流の増大に加えて絶縁破壊電
圧の低下が生じてしまう。さらに、下部電極に導電性酸
化物を使用することは、材料コストが高くなるばかりで
せなく、下部電極がもつ抵抗成分により周波数特性が低
下させてしまう。

本発明は、このような課題を解決した薄膜コンデンサを
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の薄膜コンデンサは、電極が形成されている基板
上に、結晶性薄膜と非晶質薄膜とを少なくとも一層づつ
積層して誘電体薄膜を構成し、さらにこの誘電体薄膜上
に電極を形成したものである。

作　　用 このように、誘電体膜を結晶性膜と非晶質膜との積層構
造としているので、結晶性薄膜で高い比誘電率が得られ
、非晶質薄膜でリーク電流を抑制し、さらに絶縁破壊電
圧が高められる。

実施例 本発明の第１の実施例の薄膜コンデンサについて説明す
る。

第１図は本実施例の断面図である。

図において、１は絶縁物からなる支持基板で、厚さ０．
７閣のガラス基板を使用した。２は薄膜状の電極で、ア
ルミニウムからなり、支持基板１の一方の主面上に形成
されている。３は多結晶誘電体薄膜で、ＳｒＴｉＯ３か
らなり、電極２の主要部分上と支持基板ｌの一部分上に
わたって形成されている。５は非晶質誘電体薄膜で、Ｐ
ｂＴｉＯ３からなり、多結晶誘電体薄膜４上および支持
基板１の一部分上にわたって形成されている。５は電極
で、アルミニウムからなり、非晶質誘電体薄膜５上およ
び支持基板１の一部分上にわたって形成されている。

上記電極２，５、多結晶誘電体薄膜４および非晶質誘電
体薄膜５は、通常店〈実施されているスパッタリング法
などの薄膜形成法で順次積層されて所定のパターンに形
成されている。

この薄膜コンデンサの比誘電率は１１５、複合誘電体膜
厚は０．５シｍ、絶縁破壊電圧は約１０５Ｖであり、誘
電体が単層構造の薄膜コンデンサに比べて絶縁破壊電圧
が約３０Ｖ高かった。電気特性については、ＳｒＴｉＯ
３が常誘電体であり、比誘電率の温度依存性と周波数分
数が小さいことから、フィルムコンデンサや温度補償用
セラミックコンデンサと同等レベルであった。

次に、本発明の第２の実施例の薄膜コンデンサについて
、第２図を参照しながら説明する。

この実施例は、第１図に示した実施例を積層した構造の
コンデンサであり、それと対応する構成要素には同じ符
号を付している。

なお、図において、６，７は外部電極で、素子両端面部
分上にメタリコンを施して形成され、複数の電極２，５
のそれぞれと接続されている。８は保護膜で、最上層の
電極２上に両性部電極６゜７にわたるようＳ　ｒ　０２
をスパッタリング法で被着することによって形成されて
いる。

電極２、結晶誘電体薄膜３、非晶質誘電体薄膜４および
電極５は、この順序でスパッタリング法によりパターン
形成する。この実施例では、上記一連の過程を１０回繰
り返して１０層積層して薄膜コンデンサを得た。

なお、ＳｒＴｉＯ３からなる多結晶誘電体薄膜３を形成
するときの基板温度は、ＰｂＴｉＯ３非晶質誘電体薄膜
４の結晶化温度（４９０℃）よりも低く設定しなければ
ならない。また、多層構造にすると誘電体薄膜３，４の
エツジ部分で絶縁破壊が起こりやす（なるので、電極を
形成するときに平坦化技術を用いるとよい。電極２．５
をスパッタリング法で形成する場合、支持基板１にバイ
アス電圧をかけることにより、比較的簡単にこの問題は
解決できる。

このようにして得られた積層型の薄膜コンデンサにおい
て、その比誘電率は１０２、複合誘電体膜厚は０．５ｕ
ｍ、絶縁破壊電圧は約９５Ｖであった。

また、電気特性については、第一の実施例で述べた薄膜
コンデンサの電気特性と同様に、良好であった。

上述の実施例から明らかなように、誘電体層の比誘電率
は、結晶性膜と非晶質膜との複合誘電率となり、比誘電
率の低い非晶質薄膜の影響が大きくなる。非晶質薄膜の
中でも、ＰｂＴｉＯ３やＢ　ａ　Ｔ　ｉＯＴ　ｉＯ２、
Ｔ　ａ　２０５などの非晶質の薄膜は、Ｓ　ｉＯ２，Ａ
　Ｉ　２０３．Ｙ２Ｏ３などのそれに比べて比較的大き
い比誘電率を示し、また同じ組成を持つ結晶性薄膜に比
べて、リーク電流、絶縁破壊電圧ともに優れている。し
たがって膜厚、誘電率を考慮して素子設計をすれば、大
容量のコンデンサを得ることは容易なことである。そし
て、誘電体膜を二層にすることで、簡単にピンホールを
少なくすることができるため、下部電極には結晶構造に
制限されることなく、低コストの電極材料を使用するこ
とができる。

発明の効果 以上のように、本発明のコンデンサによれば、電極を備
えた基板上に、結晶性誘電体薄膜および非晶質誘電体薄
膜を少なくとも一層づつ積層した誘電体薄膜と、それら
の誘電体膜上に設けた電極で構成することにより、小型
大容量で、特性的にも良好なものである。そして、製造
も容易な構造であるので、低コストで生産することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の薄膜コンデンサの断面
図、第２図は同じく第２の実施例の積層型薄膜コンデン
サの断面図である。 １・・・・・・支持基板、２，５・・・・・・電極、３
・・・・・・多結晶誘電体薄膜、４・・・・・・非晶質
誘電体薄膜。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名／−−−支
持基板 Ｚ、、Ｓ−！　＆ ３−多名品誘覧伴薄裏 第　２　図 δ ｌ　　　ど　　　Ｊ　　４　　．５

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極が形成された基板と、前記基板上に結晶性薄
   膜と非晶質薄膜とが少なくとも一層づつ積層されて形成
   されている誘電体薄膜と、前記誘電体薄膜上に形成され
   ている電極とを有することを特徴とする薄膜コンデンサ
   。
2. （２）誘電体薄膜の結晶性薄膜がＳｒＴｉＯ＿３薄膜で
   あることを特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。
3. （３）誘電体薄膜を構成する結晶性薄膜と非晶質薄膜と
   が同じ元素で構成されていることを特徴とする請求項１
   記載の薄膜コンデンサ。
4. （４）誘電体薄膜を構成する結晶性薄膜と非晶薄膜とが
   少なくとも一種類以上異なる元素から構成されることを
   特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。
5. （５）電極が形成された基板と、前記基板上に結晶性薄
   膜と非晶質膜とが少なくとも一層づつ積層されて形成さ
   れている誘電体薄膜と、前記誘電体薄膜上に形成されて
   いる電極とを構成単位とし、前記構成単位が複数積層さ
   れていることを特徴とする薄膜コンデンサ。