JPH09283884A - 容量素子付き回路基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁基板上に異なる静電容量値の容量素子を形
成することができない。 【解決手段】絶縁基板１上に薄膜回路配線２と複数個の
薄膜容量素子３ａ、３ｂを形成して成る容量素子付き回
路基板であって、前記各薄膜容量素子３ａ、３ｂはαー
タンタルから成る下部電極層５と、該下部電極層５の一
部を陽極酸化することによって形成される酸窒化タンタ
ル層６と、該酸窒化タンタル層６上に被着される上部電
極層７とから成り、少なくとも２つの薄膜容量素子３
ａ、３ｂの酸窒化タンタル層６の厚みが異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話や衛星通信
等の通信機器に搭載される容量素子付き回路基板に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話や衛星通信等の通信機器
には電気信号の送受信回路を構成する部品の一部に容量
素子付き回路基板が使用されている。

【０００３】かかる容量素子付き回路基板は一般に上面
に所定パターンの回路配線を有する絶縁基板を準備し、
該絶縁基板上にチップ容量素子を載置するとともにその
端子を回路配線に半田等を介し電気的に接続させること
によって形成されている。

【０００４】しかしながら、近時、携帯電話や衛星通信
等の通信機器は小型、軽量化が急激に進み、従来の容量
素子付き回路基板では回路配線がＭｏーＭｎ法等の厚膜
形成技術により形成されており、各回路配線の幅及び隣
接する回路配線間の間隙が広いこと、チップ容量素子の
形状が大きく全体が大型となっていること等から使用す
ることができず、小型で軽量な新規の容量素子付き回路
基板が要求されるようになってきた。

【０００５】そこで新たに絶縁基板上に薄膜形成技術に
より回路配線と容量素子を被着し、該容量素子を回路配
線に電気的に接続することによって容量素子付き回路基
板を形成することが提案されている。

【０００６】かかる容量素子付き回路基板は回路配線及
び容量素子を薄膜形成技術により形成することから回路
配線の線幅及び隣接間隔を狭くし、かつ容量素子の形状
を小さく、全体を小型として小型、軽量化が急激に進む
携帯電話や衛星通信等の通信機器に使用が可能となる。

【０００７】尚、前記容量素子付き回路基板は、その回
路配線が酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料か
ら成る基板上にスパッタリング法や蒸着法等の薄膜形成
技術を採用することによってアルミニウム、タンタル、
タングステン、チタン、クロム等の金属材料を所定厚み
に被着し、次にこれをフォトリソグラフィー技術により
所定パターンに加工することによって形成され、また薄
膜容量素子はまず電気絶縁材料から成る基板上にスパッ
タリング法等の薄膜形成技術によりαータンタル（窒化
タンタル）を所定厚みに被着させて下部電極層を形成
し、次に前記下部電極層の表面の一部を陽極酸化処理
し、酸化タンタルに変換させることによって誘電体層と
なし、最後に前記誘電体層の上部に蒸着法やスパッタリ
ング法等の薄膜形成技術によりチタンー金やニクロムー
金等の金属材料を所定厚みに被着させるとともにこれを
エッチング法により所定パターンに加工することによっ
て形成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、携帯電
話や衛星通信等の通信機器には、例えば整合回路用とし
て数ＰＦ、バイパス用として数十ＰＦ、デカップリング
用として数百ＰＦという静電容量値の異なる容量素子が
多数使用されており、それらを上述した構造の薄膜容量
素子で作る場合には下部電極層、誘電体層及び上部電極
層の面積を変更することによって静電容量値を所定の値
としなければならず、大きな静電容量値を得るために下
部電極層や上部電極層等の面積を広くすると容量素子付
き回路基板が大型となって、小型化、軽量化が進む携帯
電話や衛星通信等の通信機器に使用することができなく
なり、また小さな静電容量値を得るために下部電極層や
上部電極層等の面積を狭くすると薄膜容量素子を他に実
装される半導体素子や薄膜回路配線にボンディングワイ
ヤを介して電気的に接続する際、ボンディングワイヤを
薄膜容量素子の電極に強固に電気的接続させることがで
きないという欠点を誘発した。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、その目的は異なる静電容量値の容量
素子が多数形成されて成る小型、軽量化が進む携帯電話
や衛星通信等の通信機器に搭載可能な小型、軽量の容量
素子付き回路基板を提供することにある。

【００１０】本発明は、絶縁基板上に薄膜回路配線と複
数個の薄膜容量素子を形成して成る容量素子付き回路基
板であって、前記各薄膜容量素子はαータンタルから成
る下部電極層と、該下部電極層の一部を陽極酸化するこ
とによって形成される酸窒化タンタル層と、該酸窒化タ
ンタル層上に被着される上部電極層とから成り、少なく
とも２つの薄膜容量素子の酸窒化タンタル層の厚みが異
なることを特徴とするものである。

【００１１】本発明の容量素子付き回路基板によれば、
絶縁基板上に薄膜形成技術を採用することによって回路
配線及び容量素子を形成したことから回路配線の線幅及
び隣接間隔を狭くし、かつ容量素子の形状を小さく、全
体を小型として小型、軽量化が急激に進む携帯電話等の
通信機器に搭載が可能となる。

【００１２】また本発明の容量素子付き回路基板によれ
ば、絶縁基板上に形成される下部電極層と酸窒化タンタ
ル層と上部電極層とから成る薄膜容量素子の酸窒化タン
タル層の厚みを変えることによって薄膜容量素子の静電
容量値を異なる任意の値となすことから薄膜容量素子の
面積が極端に大きくなったり、小さくなったりすること
はなく、その結果、小型の絶縁基板上に異なる静電容量
値の薄膜容量素子を複数個、高密度に形成することが可
能となるとともボンディングワイヤを介しての回路配線
や半導体素子等との電気的接続も強固となすことができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１は本発明の容量素子付き回路基板
の一実施例を示し、１は絶縁基板、２は薄膜回路配線、
３ａ、３ｂは薄膜容量素子である。

【００１４】前記絶縁基板１は酸化アルミニウム質焼結
体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミ
ニウム質焼結体、ガラスセラミックス焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マ
グネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機
溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを
従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等
によりシート状に成形してセラミックグリーンシート
（セラミック生シート）を得、しかる後、前記セラミッ
クグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し所定形状
となすとともに約１６００℃の温度で焼成することによ
って製作される。

【００１５】前記絶縁基板１は薄膜回路配線２及び薄膜
容量素子３ａ、３ｂ等を支持する支持部材として作用
し、その上面に所定パターンの薄膜回路配線２と所定静
電容量値の２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂが被着形成さ
れている。

【００１６】前記絶縁基板１の上面に被着形成されてい
る薄膜回路配線２は薄膜容量素子３ａ、３ｂを絶縁基板
１の上面に実装されている他の電子部品、例えば、半導
体素子４等に接続する、或いは薄膜容量素子３ａ、３ｂ
や半導体素子４を外部の電気回路に電気的に接続する作
用を為す。

【００１７】尚、前記薄膜回路配線２は、例えばチタ
ン、クロム、ニッケル・クロム合金等から成る密着層
と、ニッケル、パラジウム、白金等から成るバリア層
と、金、銅等から成る主導体層の３層構造を有してお
り、絶縁基体１の上面に上記各金属を順次、イオンプレ
ーティング法やスパッタリング法、メッキ法、蒸着法等
の薄膜形成技術により層着し、しかる後、これら層着し
た各層をフォトリソグラフィ技術により所定パターンに
加工することによって絶縁基板１上に所定パターンに被
着形成される。

【００１８】また前記薄膜回路配線２は絶縁基板１上に
薄膜形成技術を採用することによって形成されることか
ら薄膜回路配線２の線幅及び隣接間隔を極めて狭いもの
として絶縁基板１に高密度に被着形成することが可能と
なり、その結果、薄膜回路配線２が被着形成される絶縁
基板１を小型化させることができる。

【００１９】更に前記絶縁基板１の上面には２つの薄膜
容量素子３ａ、３ｂが被着形成されており、該２つの薄
膜容量素子３ａ、３ｂはαータンタル（窒化タンタル）
から成る下部電極層５と、該下部電極層５の一部を陽極
酸化することによって形成される酸窒化タンタル層６
と、該酸窒化タンタル層６上に被着される上部電極層７
とから成り、下部電極層５と上部電極層７との間に酸窒
化タンタル層６の比誘電率によって決定される一定の静
電容量が形成されるようになっている。

【００２０】前記２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂはその
下部電極層５が例えば、薄膜回路配線２に接続され、上
部電極層７が半導体素子４の電極や他の薄膜回路配線２
にボンディングワイヤ８を介して接続され、これによっ
て所定の電気回路に接続されるようになっている。

【００２１】前記２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂの絶縁
基板１上面への被着形成は、まず絶縁基板１上に下部電
極層５を被着形成する。この下部電極層５はαータンタ
ル（窒化タンタル）から成り、該αータンタルを絶縁基
板１上にスパッタリング法やイオンプレーティング法等
の薄膜形成技術を採用することによって所定厚み（２０
００オングストローム〜１００００オングストロームに
被着させ、しかる後、これをフォトリソグラフィ技術に
より所定パターンに加工することによって絶縁基板１上
に形成される。

【００２２】尚、前記αータンタルから成る下部電極層
５はその厚みが２０００オングストローム未満であると
薄膜容量素子３ａ、３ｂの静電容量値を自由に任意値に
なすことが困難となり、また１００００オングストロー
ムを越えると下部電極層５を絶縁基板１上に被着させる
際に下部電極層５内部に大きな応力が内在し、該内在応
力によって下部電極層５が絶縁基板１より剥離し易くな
る傾向にある。従って、前記αータンタルから成る下部
電極層５はその厚みを２０００オングストローム〜１０
０００オングストロームの範囲としておくことが好まし
い。

【００２３】次に、前記下部電極層５の表面の一部を陽
極酸化処理し、一部を酸化タンタルに変換させることに
よって誘電体層として作用する酸窒化タンタル層６を形
成する。この酸窒化タンタル層６は下部電極層５と上部
電極層７との間に所定の静電容量を形成する作用を為
し、αータンタル（窒化タンタル）から成る下部電極層
５をクエン酸等の電解液中にプラチナ板とともに浸漬さ
せ、次に前記下部電極層５を陽極に、プラチナ板を陰極
に接続するとともに両者間に２９０Ｖ〜５００Ｖの電圧
を印加することによって下部電極層５の表面に形成され
る。

【００２４】そして最後に、前記酸窒化タンタル層６の
上面に上部電極層７を被着し、上部電極層７と前述の下
部電極層５との間に酸窒化タンタル層６を位置させるこ
とによって所定の静電容量値を有する薄膜容量素子３
ａ、３ｂが絶縁基板１上の所定位置に被着形成されるこ
ととなる。

【００２５】前記上部電極層７は例えば、チタン層と金
層、ニクロム層と金層等の金属材料を２層に積層したも
ので形成され、従来周知の蒸着法やスパッタリング法等
の薄膜形成技術及びフォトリソグラフィー技術を採用す
ることによって酸窒化タンタル層６の上面に被着され
る。

【００２６】尚、前記上部電極層７は例えば、チタン層
と金層の２層で形成する場合、チタン層は上部電極層７
を酸窒化タンタル層６上に強固に被着させる作用を為
し、その厚みが２５０オングストローム未満であると上
部電極層７を酸窒化タンタル層６上に強固に被着させる
のが困難となり、また１００００オングストロームを越
えると酸窒化タンタル層６上に上部電極層７を被着させ
る際、上部電極層７の内部に大きな応力が内在し、該内
在応力によって薄膜容量素子３ａ、３ｂの絶縁特性、耐
電圧特性が劣化する傾向にある。従って、前記上部電極
層７はその厚みを２５０オングストローム乃至１０００
０オングストロームの範囲としておくことが好ましい。

【００２７】また前記上部電極層７の金層は、上部電極
層７の主導体層として作用し、その厚みが０．３μｍ未
満であると後述する上部電極層７と回路配線２とをボン
ディングワイヤ８を介して接続する際、上部電極層７と
ボンディングワイヤ８との電気的接続の信頼正が低くな
る傾向にあり、また５μｍを越えると金層を形成する際
に内部に大きな応力が内在し、該内在応力によって薄膜
容量素子３ａ、３ｂの絶縁特性、耐電圧特性が劣化する
傾向にある。従って、前記金層はその厚みを０．３μｍ
乃至５μｍの範囲としておくことが好ましい。

【００２８】更に前記薄膜容量素子３ａ、３ｂはそれを
構成する下部電極層５、酸窒化タンタル層６及び上部電
極層７のいずれもが薄膜形成技術より形成されているこ
とから全体の形状が小さく、小型、軽量化が急激に進む
携帯電話等の通信機器に搭載が可能となる。

【００２９】また更に上述した薄膜容量素子３ａ、３ｂ
はその各々の酸窒化タンタル層６の厚みが異なってお
り、該酸窒化タンタル層６の厚みを異とすることによっ
て各薄膜容量素子３ａ、３ｂはその各々の静電容量値が
整合回路用、バイパス用、或いはデカップリング用とし
て使用に供することができる０．５ＰＦ〜１０００ＰＦ
の範囲の異なる任意値となすことができる。

【００３０】前記薄膜容量素子３ａ、３ｂはその各々の
静電容量値が酸窒化タンタル層６の厚みを変えることに
よって所定の値に成されることから薄膜容量素子３ａ、
３ｂの面積が極端に大きくなったり、小さくなったりす
ることはなく、その結果、小型の絶縁基板１上に異なる
静電容量値の複数個の薄膜容量素子３ａ、３ｂを高密度
に形成することが可能となる。また同時に薄膜容量素子
３ａ、３ｂの上部電極層７をボンディングワイヤ８を介
して回路配線２や半導体素子４等に強固に接続すること
ができ、薄膜容量素子３ａ、３ｂの電気回路への電気的
接続の信頼性も極めて高いものとなる。

【００３１】尚、薄膜容量素子３ａ、３ｂの静電容量値
は、例えば、下部電極層５と上部電極層７の対向面積を
１ｍｍ² とした場合、酸窒化タンタル膜６の厚みを４０
００オングストロームにすると４３０ＰＦとなり、また
８０００オングストロームにすると２１０ＰＦとなる。

【００３２】また前記薄膜容量素子３ａ、３ｂの酸窒化
タンタル層６の厚みを異とし、異なる任意の静電容量値
とするには前述した下部電極層５の表面一部を陽極酸化
処理する際、陽極酸化処理のための電圧を個々に変えて
おけばよい。

【００３３】かくして本発明の容量素子付き回路基板に
よれば、絶縁基板１上に設けた回路配線２に半導体素子
４やその他の抵抗器を搭載接続するとともに薄膜容量素
子３ａ、３ｂの下部電極層５及び上部電極層７を所定の
回路配線２や半導体素子５の電極に、直接、或いはボン
ディングワイヤ８を介して接続すれば、携帯電話や衛星
通信等の通信機器に実装される電気回路基板となる。

【００３４】尚、本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能であり、例えば上述の実施例では絶縁基
板１の上面に２つの薄膜容量素子３ａ、３ｂを形成した
がこれを３個以上設けてもよく、また各薄膜容量素子３
ａ、３ｂの上部電極層７を他の材料で形成してもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の容量素子付き回路基板によれ
ば、絶縁基板上に薄膜形成技術を採用することによって
回路配線及び容量素子を形成したことから回路配線の線
幅及び隣接間隔を狭くし、かつ容量素子の形状を小さ
く、全体を小型として小型、軽量化が急激に進む携帯電
話等の通信機器に搭載が可能となる。

【００３６】また本発明の容量素子付き回路基板によれ
ば、絶縁基板上に形成される下部電極層と酸窒化タンタ
ル層と上部電極層とから成る薄膜容量素子の酸窒化タン
タル層の厚みを変えることによって薄膜容量素子の静電
容量値を異なる任意の値となすことから薄膜容量素子の
面積が極端に大きくなったり、小さくなったりすること
はなく、その結果、小型の絶縁基板上に異なる静電容量
値の薄膜容量素子を複数個、高密度に形成することが可
能となるとともボンディングワイヤを介しての回路配線
や半導体素子等との電気的接続も強固となすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容量素子付き回路基板の一実施例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・絶縁基板 ２・・・・・・薄膜回路配線 ３ａ、３ｂ・・薄膜容量素子 ５・・・・・・下部電極層 ６・・・・・・酸窒化タンタル層 ７・・・・・・上部電極層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁基板上に薄膜回路配線と複数個の薄膜
   容量素子を形成して成る容量素子付き回路基板であっ
   て、前記各薄膜容量素子はαータンタルから成る下部電
   極層と、該下部電極層の一部を陽極酸化することによっ
   て形成される酸窒化タンタル層と、該酸窒化タンタル層
   上に被着される上部電極層とから成り、少なくとも２つ
   の薄膜容量素子の酸窒化タンタル層の厚みが異なること
   を特徴とする容量素子付き回路基板。