JPH0897360A - マルチチップモジュール用薄膜コンデンサ - Google Patents

マルチチップモジュール用薄膜コンデンサ

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JPH0897360A
JPH0897360A JP6226197A JP22619794A JPH0897360A JP H0897360 A JPH0897360 A JP H0897360A JP 6226197 A JP6226197 A JP 6226197A JP 22619794 A JP22619794 A JP 22619794A JP H0897360 A JPH0897360 A JP H0897360A
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JP
Japan
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thin film
film capacitor
capacitor
mcm
substrate
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Withdrawn
Application number
JP6226197A
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English (en)
Inventor
Mineharu Tsukada
峰春 塚田
Mototoshi Nishizawa
元亨 西沢
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MCM用薄膜コンデンサに関し、インダクタ
ンスの少ないデカップリングコンデンサの実用化を目的
とする。 【構成】 MCMを形成するAl N基板上の信号層にパ
ターン形成されており、信号層上のポリイミドよりなる
絶縁層に設けたビアによって絶縁層上に装着してある半
導体集積回路と接続するMCM用薄膜コンデンサが、S
r Ti O3 を誘電体とし、スパッタ法により形成されて
いることを特徴としてMCM用薄膜コンデンサを構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマルチチップモジュール
(以下略してMCM)用薄膜コンデンサに関する。
【0002】大量の情報を迅速に処理する必要から情報
処理装置は大容量化が行われており、LSIやVLSI
などの集積回路をマトリックス状に配列してなるMCM
の実用化が進められている。
【0003】こゝで、MCMを構成するセラミック多層
回路基板は、この基板上部に高速信号を処理し、また、
多大の発熱を伴うLSIやVLSIなどの集積回路をマ
トリックス状に配列して装着することから基板材料とし
て窒化アルミニウム(Al N)が着目されている。
【0004】すなわち、基板材料の必要条件として、L
SIやVLSIなどの集積回路を形成するシリコン(S
i )の熱膨張係数(3.6 ×10-6/℃)に近いことが必要
であるが、Al Nの熱膨張係数は4.2 ×10-6/℃と近
く、また、従来のアルミナ(Al23 )基板の熱伝導率
が20W/mKであるのに対し、Al Nの熱伝導率は200
W/mKと格段に優れており、また、融点も2200℃と高
く、一方、誘電率は8.9とAl23 の10よりも少ないこ
とから、高密度実装を必要とする配線基板の構成材料と
して適している。
【0005】次に、Al N多層回路基板の製造方法とし
ては、Al N粉末に少量の焼結助剤とバインダおよび分
散剤を加え、良く混練してスラリーを作り、このスラリ
ーをドクターブレード法により形成した後、このグリー
ンシートにタングステン(W)ペーストを印刷して配線
などのパターン形成を行い、積層して一体化してから、
窒素(N2 )ガスのような不活性ガス雰囲気中で脱脂
し、高温にまで加熱して焼結させることにより作られて
いる。
【0006】本発明はかゝるMCMに使用される薄膜コ
ンデンサに関するものである。
【0007】
【従来の技術】先に記したように、MCMはAl Nなど
よりなる多層回路基板上にLSIやVLSIなどの半導
体集積回路(以下略してLSI)をマトリックス状に配
列して形成されているが、LSIを構成している多数の
トランジスタが同時にスイッチング動作を行う場合に
は、配線のインダクタンスにより電源電圧が変動し、こ
の際に発生する高速のノイズによりLSIが誤動作する
と云う問題がある。
【0008】そこで、この対策としてセラミックよりな
るチップコンデンサをLSIの近傍に装着している。然
し、チップコンデンサとLSIとを回路接続する配線に
よるインダクタンスによって、このチップコンデンサは
所謂るデカップリングコンデンサとして充分には機能し
ておらず、また、チップコンデンサの装着にかなりの面
積を要することがMCMの小形化を妨げている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】MCMを構成している
LSIが同時にスイッチング動作を行う場合には電源電
圧の変動により高速ノイズを生じ、このノイズにより誤
動作を生ずると云う問題があり、この対策としてデカッ
プリングコンデンサの装着が行われている。
【0010】そして、セラミックチップコンデンサが使
われているが、然し、コンデンサとLSIを結ぶ配線の
有するインダクタンスによってスイッチングノイズが充
分に除去できず、一方、チップコンデンサの装着により
MCMの小形化が妨げられていると云う問題があり、こ
の解決が課題である。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題はMCMを形
成するAl N基板上の信号層にパターン形成されてお
り、信号層上のポリイミドよりなる絶縁層に設けたビア
によって絶縁層上に装着してある半導体集積回路と接続
するMCM用薄膜コンデンサが、チタン酸ストロンチウ
ム(Sr Ti O3 )を誘電体とし、スパッタ法により形
成されていることを特徴としてMCM用薄膜コンデンサ
を構成することにより解決することができる。
【0012】
【作用】高速ノイズを発生するLSIとデカップリング
コンデンサを結ぶ配線のインダクタンスによってデカッ
プリングコンデンサが高周波成分を充分に除去できない
と云う問題を解決する方法として、本方法は多層配線基
板の最上層の配線層に薄膜コンデンサを形成し、更に、
この上に絶縁層を被覆してLSIを搭載し、このLSI
と薄膜コンデンサとをビア(Via)により回路接続する方
法をとるものである。
【0013】この方法をとることにより、LSIとデカ
ップリングコンデンサを結ぶ配線はビアのみとすること
ができることから、インダクタンスを最小限に抑制する
ことが可能となる。
【0014】さて、このようにMCMを構成する多層基
板の中に薄膜コンデンサを埋め込み形成する場合、薄膜
コンデンサを形成する誘電体の必要条件として、 誘電率が大きなこと、 静電容量の温度依存性と電界依存性が小さいこと、 耐熱性が優れていること、などを挙げることができ
る。
【0015】すなわち、小形大容量を実現するためには
誘電率が大きなことが必要で、この要求を満たすものは
強誘電体材料である。然し、チタン酸バリウム(Ti B
a O3 )で代表される強誘電体材料は温度依存性と電界
依存性が大きく、また、焦電現象や圧電現象を生ずると
云う問題があり、埋め込み用コンデンサの誘電体として
は信頼性の点から適当ではない。
【0016】すなわち、複数のLSIを多層配線基板の
表面にマトリックス状に配列してなるMCMは使用時に
は数10Wの発熱を伴うことから、温度変動は著しく、そ
のために温度依存性の大きな誘電体材料を使用すると、
必要とする静電容量値を精度よく実現することが困難で
ある。
【0017】一方、有機誘電体は一般的に誘電率が小さ
く、また、耐熱性の点から使用することは困難である。
すなわち、本発明に係るMCMは薄膜コンデンサを含む
配線層の上に絶縁層を設け、この絶縁層上に複数のLS
Iを装着するものであるから、絶縁層やLSI装着工程
の熱処理に耐えることが必要で、この点から有機誘電体
の使用は適当ではない。
【0018】発明者等は上記の条件を満たす材料として
Sr Ti O3 を選んだ。この理由はSr Ti O3 はTi
Ba O3 と同様にペロブスカイト型構造をとる立方晶系
結晶であるが、Ba Ti O3 と違って常誘電体であり、
そのため、誘電率(ε)の温度依存性と電界依存性は少
なく、一方、誘電率(ε)は他の材料に較べて大きく、
耐圧も高いと云う特徴を有している。
【0019】すなわち、エピタキシャル成長法で得られ
るバルクのSr Ti O3 について、誘電率(ε)は200
以上で、また、耐圧として106 V/cm以上の値が得られ
ている。
【0020】本発明に係る薄膜コンデンサの誘電体薄膜
は基板加熱を行いながらスパッタして形成するものであ
り、エピタキシャル成長法で得られる誘電率を実現する
ことは不可能であるが、基板加熱温度が200 ℃の場合に
は誘電率(ε)=80が、また、基板加熱温度が500 ℃の
場合にはε=230 の値が得られている。
【0021】次に、スパッタ法でSr Ti O3 膜を形成
する場合の問題点は、非酸化性雰囲気中のスパッタでは
所定の組成の膜が得られないことである。すなわち、S
r Ti O3 はTi O2 成分とSr O成分の二つの酸化物
成分よりなることから、スパッタできたSr Ti O3
酸素(O)原子が抜けて格子欠陥ができ易く、これはス
パッタの際の基板温度が高いほど発生し易い。そのた
め、スパッタが可能な限度に不活性雰囲気中にO2 を混
入するとよい。
【0022】一方、スパッタできたSr Ti O3 は基板
温度が高いほど結晶成長が進行することから、バルクの
値に近づくと云う問題があり、相反の関係がある。そこ
で、発明者等は基板温度を変えてスパッタを行い、400
℃までの温度が適当であることが判った。
【0023】次に、このように形成した薄膜コンデンサ
はこの上に絶縁層が形成され、この上に半導体素子を装
着することから、この工程に伴う熱処理によりコンデン
サの電気的特性が変化しないことが必要で、この見地か
ら、基板温度は少なくとも半導体素子装着温度より高い
ことが必要である。
【0024】
【実施例】大きさが2インチ角で厚さが2 mm の7枚の
Al N基板上にスパッタ法によりTi 膜と白金(Pt )
膜を100nm の厚さに積層して形成した後、写真蝕刻技術
(ホトリソグラフィ)を用いて2cm角の電極パターンを
形成した。こゝで、Ti 膜はAl N基板との接着性向上
のために設けてある。
【0025】次に、この2cm角のPt 電極を備えたAl
N基板上に基板温度を200 ℃〜600℃の7種類に変え、
次の条件でSr Ti O3 をRFマグネトロンスパッタし
て200nm の厚さに形成した。
【0026】雰囲気:アルゴン(Ar )と酸素(O2
との混合ガス、容積比4:1 ガス圧:1パスカル(Pa ) 高周波電力:2W/cm2 スパッタ時間:5H 次に、この上に先と同様に大きさが2cm角で厚さが100n
m のPt 電極を正確に位置合わせして形成し、コンデン
サを形成した。
【0027】そして、この7種類のコンデンサそれぞれ
について、静電容量,誘電体損失角(tan δ) と5Vを
60秒印加後の漏れ電流を測定し、次に、この各コンデン
サを窒素(N2 )気流中で450 ℃で3時間熱処理した
後、再び、静電容量,誘電体損失角(tan δ) と5Vを
60秒印加後の漏れ電流を測定した。
【0028】この理由は多層Al N基板上に薄膜コンデ
ンサを形成した後には、ポリイミド絶縁膜の被覆工程が
あり、このポリイミド絶縁層の形成のためには450 ℃の
硬化工程を必要とするからである。
【0029】図1はこのようにして形成したSr Ti O
3 薄膜コンデンサについて静電容量の基板加熱温度依存
性、図2は誘電損失の、また、図3は漏れ電流の基板加
熱温度依存性を示すもので、実線は薄膜コンデンサ形成
後の測定値、また、破線は450 ℃, 3時間加熱後の測定
値であり、何れも基板加熱温度に比例して値が増加して
いる。
【0030】すなわち、スパッタを行う際に基板加熱温
度が高い程、結晶化が進行するためにコンデンサの誘電
体としては好ましいが、一方、雰囲気がO2 ではなく、
特に、ポリイミドについて450 ℃, 3時間加熱処理は不
活性雰囲気中で行われることから結晶格子の酸素欠陥を
生じて半導体化するため、静電容量と誘電損失は増加
し、また、漏れ電流も増加してくる。
【0031】そのため、基板加熱温度は400 ℃以下が適
当である。
【0032】
【発明の効果】本発明はデカップリングコンデンサを配
線層に形成し、この配線層の上にポリイミド層を絶縁層
として形成し、この絶縁層に設けたビアによりLSIと
回路接続する構成をとるMCMにおいて、デカップリン
グコンデンサとしてSr Ti O 3 薄膜コンデンサを使用
するもので、これにより電気的特性のよいデカップリン
グコンデンサを備えたMCMの実用化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 Sr Ti O3 薄膜コンデンサの静電容量の基
板温度依存性を示す図である。
【図2】 Sr Ti O3 薄膜コンデンサの誘電損失の基
板温度依存性を示す図である。
【図3】 Sr Ti O3 薄膜コンデンサの漏れ電流の基
板温度依存性を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マルチチップモジュールを形成する窒化
    アルミニウム基板上の信号層にパターン形成されてお
    り、該信号層上のポリイミドよりなる絶縁層に設けたビ
    アによって該絶縁層上に装着してある半導体集積回路と
    接続するマルチチップモジュール用薄膜コンデンサが、 チタン酸ストロンチウムを誘電体とし、スパッタ法によ
    り形成されてなることを特徴とするマルチチップモジュ
    ール用薄膜コンデンサ。
  2. 【請求項2】 チタン酸ストロンチウムをスパッタする
    際の基板温度が400℃以下であることを特徴とする請求
    項1記載のマルチチップモジュール用薄膜コンデンサ。
JP6226197A 1994-09-21 1994-09-21 マルチチップモジュール用薄膜コンデンサ Withdrawn JPH0897360A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6515324B2 (en) 2000-09-08 2003-02-04 Nec Corporation Capacitor, capacitor mounting structure, method for manufacturing same, semiconductor device, and method for manufacturing same
US6524905B2 (en) 2000-07-14 2003-02-25 Nec Corporation Semiconductor device, and thin film capacitor
US6794729B2 (en) 2001-03-01 2004-09-21 Nec Corporation Stacked capacitor and method of forming the same as well as semiconductor device using the same and circuit board using the same

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A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020115