JPH0199207A - コンデンサ構造 - 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、コンデンサ構造に関する。更に、詳しくは１
表面）Ｙ滑性の高いシリコン基板を用いたチップ型弔層
：ゴンデンサ構造に関する。

［従来の技術］ 最近、電子機器の小型化に伴い、コンデンサの小型化が
進んでいるために、多くの技法により集積回路用コンデ
ンサが作製されている。

従来のチップ型電子部品用の基板は、はとんどアルミナ
焼結体が使用されており、また、その表面のＹ滑度が特
に要求される場合は、アルミナ基板の上に施釉をしたグ
レーズドアルミナ基板が使用される。更に、特に平滑度
不足やボア性等の表面欠陥を避けなければならない場合
には、アルミナ焼結体（サファイＶ）をスライスして鏡
面研摩を施した基板が使用される。

導電性があり、かつ１表面に欠陥のないものとしては、
アルミニウム、鉄、銅等の金属基板があるが、これらの
金属は耐熱性の点で問題があり。

電子部品の空気中での熱処理が不可能であった。

更に、！＠めて薄い誘電体膜を利用して単層型；コンデ
ンサを作ろうとする場合、厚さ方向に電極を取ろうとす
ると、素子厚さが薄いので、アルミナ基板側に外部電極
をとり出すことが極めて困難であった。また、　？Ｉ１
．層型コンデンサ素子厚が極めて薄い場合、アルミナ基
板の表面のボア、凹凸、粗さが誘′１に体、抵抗体の割
れや、不均質になる原因となり、従来のアルミナ焼結体
基板では品質管理上の問題があった。

、Ｆた。導電性のある金属を利用した場合、誘電体膜を
Ｍ造するために、焼成処理を行なわなければならず、そ
の際に、空気中での熱処理、高温処理に耐えられないも
のである。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明の［１的は、極めて・Ｖ滑性が高く１表面にボア
のない導電性を有する基板を有１−るコンデンサの構造
を提供４−ることである、従って１本発明は、導電性を
有し、それ自体が一方に′成極となる基板を有し、高い
信頼性と効率的な構成をとることのできる：１ンデンサ
の構造を提供することを目的とする。

即し２本発明は、極めて薄く、かつ品質の安定した誘電
体層を作成できる基板を有するコンデンサ構造を提供す
ることを目的にする。

［発明の構成］ ［問題点を解決するだめのｆ段］ 本発明の要旨とするものは、シリ：１ン基板の平滑表面
に、必要により導電性の媒介層を介して。

貴金属電極層を設け、その」二に誘電体層及び電極層を
設けてなる：コンデンサ構造である。また、該媒介層は
、戻化物、窒化物、硼化物、珪化物の導電体よりなるこ
とができる。更に、貴金属層は。

金、白金、銀或いはその合金よりなるものにできる。そ
の媒介層は窒化チタニウｌ、であり、該ＩＩｊ金属層は
金である組合わせが好適である。

本発明のチップ型コンデンサの構造は、その基板に、Ｉ
Ｃや太陽電池等に使用されるボア等の欠陥がなく１表面
が鏡面であり、電気抵抗が、ＩＫΩ−ＣＩ１１以下にあ
るシリコンの中結晶或いは多結晶のウェハーを利用し、
更に、その表面の−Ｆに極めて薄い誘電体膜を形成でき
、更に、誘電体層形成の際の熱処理により引き起こされ
るおそれのある。熱膨張の差による割れ、不都合による
。この極めて薄い誘電体膜の破壊を防止できるコンデン
サ構造である。また、利用するシリコン薄板中のシリコ
ンと、電極層に用いた貴金属が反応しないように、必要
により、媒介層を介して、貴金属電極層を形成するもの
である。

一般的に言えば、極めて薄い単層コンデンサを作成４°
る場合、その基板の表面平滑性が０問題となる１表面平
滑性が不足すると、その上に形成すべき電極層、誘電体
などが、このような構造では、非常に薄くしなければな
らないために、電極層＋３ｆｇＭ体層に凹凸、欠陥など
が生じ易くなり。

更に１品質の安定性を欠くものとなる。

即し１本発明の′：１ンデンサ構造によると、厚さ２μ
ｍ以下の１個或いは複数個の惧層コンデンサが１表面の
平滑度がＲＭＡｆ１μｍ以下の鏡面を有し、かつ固有抵
抗値が１にΩ−ａｍ以下であるシリコン基板とに形成し
、また、この基板が：１ンデンサの一方の電極としても
利用できるものである。

また、そのシリコン基板のコンデンサを形成する鏡面に
は、ｌｋΩ−ｃｖａ以下の電気抵抗値を有する炭化物、
窒化物、硼化物或いは珪化物又は　その混合物のコーテ
ィング層を１０μｍ以下の厚さで形成し、コンデンサ用
の電極層のための媒介層と孝゛ることか、必要によりで
きる。このように媒介層を、貴金属層とシリ：７ン基板
の間に、コーティングで形成す゛ることにより、シリ：
１ンと貴金属が接触することにより反応する場合、それ
を防止できる。また９本発明のコンデンサ構造では、電
極−１−に、誘電体材料を塗布したり、或いは蒸着さけ
たりして、極めて薄い誘電体層を熱処理する際における
。中法変化による誘電体膜の破壊を防止できる。即し、
　ｙｔ金属層がシリ：１ン基板と誘電体層の間に生しる
熱膨張の差による応力歪みを吸収し、破壊をＵｊ　＋ｌ
−できると思われる。

本発明により用いられるシリ：１ン基板は、シリ：ｊン
溶融液から成長さけたものが適する。このようなシリコ
ン基板は、はとんどボアを有しなく。

単結晶或いは多結晶体に成形させたものである。

このような性質を有するシリコン基板を用いることによ
り１表面ボア原因による極めて薄い誘電体の欠陥が、肪
止でき、高品質が保証きれた製品の製造が可能になった
。更に１本発明により、ｌｋΩ−ｃｌｌｌ以下の電気固
有抵抗値を有するシリコン薄板を使用することにより、
シリコン基板自体を電極として利用でき、極めて薄い誘
電体の形成が回部となり、また、極めて薄い誘電体層コ
ンデンサからの電極取り出しが容易なコンデンサ構造が
提供できた。

本発明のコンデンサ構造によると、シリコン基板の表面
が、′ＩＬ滑度Ｒ□ｘ１μｍ以下に研摩され、鏡面とさ
れたシリコン基板を利用することにより、極めて薄い誘
電体膜の形成が、その膜均質性を損なうことなく　、　
ｎＴ能となった。

第１図は、従来の単層コンデンサの構造を示し、アルミ
ナ等の絶縁体基板４の上に、金などの電極層３を形成し
、金層３の領域Ｂを残して、その上に、誘電体層２を形
成し、その上に電極層１を形成し、領域Ａ及び領域Ｂに
は、各々外部電極を形成する。

これに対して１本発明によるコンデンサの構造は、第２
図に示すように、シリコン基板５のヒに全面にわたり、
ＴｉＮ層の媒介層６を介して、貴金属材料等による電極
７を形成する。そのトにコンデンサパターンにする領域
に誘電体層８を形成し、その全面にわたり電極層９を形
成す−る。そして、外部電極を形成すべき領域は、電極
層９の一ヒ部のＡとシリコン基板のｆ面のＢが利用でき
る。

また、必要に応じて、このシリコン基板の領域Ｂの少な
くとも一部に電極層を形成できる。それを外部電極とす
ることが好適な場合もある。

？ｉ１層：ｌンデンナの基板に用いるに必要な表面゛Ｆ
滑性は１通常、セラミックス材料で基板を作成すると１
問題であり、グレージイング法などでしか製造できない
、また、この表面平滑性を有゛４ることのできる材料と
しては、その外に、金属材料があるが、金属材料は、誘
電体層作成の際に１行なわなければならない熱処理に際
して、耐熱性がなく、或いは不足すると思われる。

従って９本発明によるコンデンサ構造では、第３図イに
示す如きコンデンサパターンの複数コンデンサを作成で
きる。

即ち、第２図に示す如き断面を有するコンデンサ素子を
、第３図イのように、同一基板内に分割すると、各種の
電気容量を有する複数のコンデンサを集積したものが作
成できる。即ち、各々の誘電体層の面積を有し、それに
よる各々の電気容量を有するコンデンサＣ＋、Ｃｔ、Ｃ
Ｉ＋　Ｃａが集積されて、形成でき、それに相当する回
路図は、第３図ＩＪに示されるものである。

本発明に用いられる誘電体材料としては１．好適には、
アルミナ、ムライト、スデアライト。

７オルステライト、ベリリア、チタニア、窒化アルミニ
ウム並びに：チタン酸バリウムに代表されるぺＩ７ブス
カイト構造を有する物質などがある。

亦９本発明に用いられる貴金属電極層の材料としては、
金、銀、白金、バラジウ１１又はその組合わせなど導電
性金属である。また、上部の電極層の材料には、それら
のペーストをスクリーン印刷法などにより？ａ電体層表
面上に形成することができる。

貴金属電極層がシリコン基板と反応しないように用いる
媒介層としては、炭化物、窒化物或いは硼化物を用い、
具体的には、炭化珪素、窒化チタニウム、窒化硼素、珪
化モリブデンを用いることができる。

本発明により得られるコンデン（Ｊ−構造は１例えば、
電子機器等に使用される混成集積回路用、その他に使用
され得る。

次に１本発明の単層型コンデンサについて実施例により
説明−るが１本発明は１次の実施例のものに限定される
ものではない。

［実施例１］ シリ：１ンを導体用にチョクラルスキー法で製造したｔ
ｔｔ結晶をスジイスした後に、ＨＭＡ！　０　、１μｍ
の表面粗さに研摩した５Ω−ＣＩｔｌの電気抵抗を右横
′るシリコン基板５（第２図参照）の鏡面」二に。

金とシリコンとの反応を回避するために、媒介層として
、イオンブレーティング法でＴｉＮ薄層６を０，１μｍ
の厚にコーティングし、更にその上に、電極層７として
、真空蒸着法により金を１゜０１１ｍの厚さに：１−テ
ィングしたシリア１ン基板を作成した。

そのシリコン基板−にに平均粒径０．０５μｍのチタン
酸バリウムを水に懸濁したスラリーをドクターブレード
法で塗布し乾燥した後、９５０”Ｃで１０時間焼成した
ところ、厚さ０．５μｍの極めて薄い緻密な欠陥のない
チタン酸バリウム層８が得られた。更に、その−１−に
全面にわたり、電極層９を形成した。これからダイジン
グによって縦２ｍ、横３ｍのチップを切り出し、シリコ
ン基板５を一プｊの電極に用いて、静電容量を測定した
ところ、その結果は、０．２μＦであり、バラツキ±１
０％であった。

［実施例２コ 太陽）１Ｌ池用にシリコン溶融液から作成した多結晶体
をスライスした後に、ＲｕＡｔ　０　、５μｍの表面粗
さに研摩した。０，１Ω−ＣＩＩＩ＋′７＞ＴＬ電気抵
抗有するシリア１ン基板５の鏡面」ユに、第２図に示す
ような媒介層６なしで、蒸着法により、白金を２μｍの
厚さにコーティングし、電極層７としたシリコン基板を
作成した。

このシリア１ン基板上に平均粒径０．１μｍのチタン酸
鉛をブレピン油に懸濁したスラリーをドクターフレード
法で塗布し乾燥した後に、７５０℃で２０時間焼成した
ところ、厚さ０．２μｍの極めで薄い緻密なりラックの
ないチタン酸鉛層８が得られた。更に、そのトに全面に
わたり、ペーストｆｊ：により、電極層９を形成した。

これから、ダイシングにより、　縦１　ｍｍ　、横４ｍ
のチップを切り出し、シリア１ン基板５を＝−ノｊの電
極として、静電界Ｌ＋ｔを測定した。その結果は、平均
静電界（Ｉｔは。

０．０５μＦで、測定バラツキは±８％であった。

［比較例］ ２にΩ−０ｍの電気抵抗を有する焼成密度９９゜８％の
ＳｉＣ焼結体の表面を表面粗さＲい、３μｍに研摩した
後に１表面を観察すると、マイクロポアが多く散在して
いることが分かった。このＳｉＣ基板Ｆに平均粒径０．
１μｍのチタン醜バリウｌ、を水に懸濁したスラリーを
ドクターブレード法で塗布し乾燥した後、９５０°Ｃで
１０時間焼成したところ、厚さ０．５μｍの緻密なチタ
ン陛バリウｌ、膜かえられたが、よく表面を観察すると
。

基板表面ボアに起因したと思われる凹凸が散在していた
。これにより重層型コンデンサを製作し。

その静電容量を測定したが、静電容量は約０．５μＦで
あり、バラツキが１００％にもなり、極め゛（不良品が
多いものであった。また、基板の電気抵抗値が高いため
、基板による抵抗損失が著しく、実用に供し得ないもの
であった。

［発明の効果コ 本発明の屯層コンデンサは、上記のような構造をとる、
−とにより９次のような顕著な技術的な効果が得られた
。

第１に、極めて薄い誘電体層を用いたチップ型コンデン
→Ｊが、信頼性よく、製造できる構造を持ったものが提
供できた。第２に、極めて平滑度が高く１表面にボアの
ない導電性を有する基板を用いた：１ンデンサ構造が提
供できた。第３に２品質の安定した誘電体層を形成でき
るコンデンザ構造を提供できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の重層型：１ンデンサの構造を示す断面
図である。 第２図は９本発明によるψ層型：１ンデンザの構造を示
す断面図である。 第３図は１本発明のコンデンザ構造を用いた集積した複
数のコンデンサの構造を示し、そのイは、そのコンデン
サのパターンの１例で、その口は、それを回路図で示し
たものである。 ［主要部分の符号の説明］ ５、、、、ンリ：１ン基板 ６、、、、媒介層 ７．、、、貴金属電極層 ８、、、、誘電体層 ９、、、、電極層 特許出願人　　三菱鉱業セメント株式会社代理人　弁理
士　　倉　持　　裕（外１名）第１図 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン薄板の平滑表面に，必要により導電性の
   媒介層を介して，貴金属電極層を設け，その上に誘電体
   層及び電極層を設けてなるコンデンサ構造。
2. （２）該媒介層は，炭化物，窒化物，硼化物或いは珪化
   物の導電体よりなる特許請求の範囲第１項の記載のコン
   デンサ構造。
3. （３）該貴金属層は，金，白金，銀或いはその合金より
   なるものである特許請求の範囲第１項の記載のコンデン
   サ構造。
4. （４）該媒介層は窒化チタニウムであり，該貴金属層は
   金である特許請求の範囲第１項の記載のコンデンサ構造
   。