JPH10135077A - 薄膜キャパシタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の薄膜キャパシタにおいては、上部電極
層にサイドエッチングによる寸法のばらつきが発生して
対向電極面積がばらつくために、小面積化を進めるほど
容量値のばらつきが大きくなっていた。 【解決手段】 本発明の薄膜キャパシタは、絶縁基板６
上に下部電極層７と誘電体層８と第１の上部電極層９と
第２の上部電極層10とを順次形成して成り、第１の上部
電極層９の厚みが0.005 〜１μｍ、第２の上部電極層10
の厚みが第１の上部電極層９の厚みの２倍〜10μｍであ
るものである。上部電極層を精度良く形成することがで
きるので、容量値のばらつきが小さい小型かつ高精度の
薄膜キャパシタとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁基板上に下部電
極層、誘電体層および上部電極層を形成して成る薄膜キ
ャパシタに関し、特に、上部電極層の構造を改良した薄
膜キャパシタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通信機等の電子機器に用いられる薄膜キ
ャパシタは、通常、図２に断面図で示すように、絶縁基
板１上に形成された下部電極層２と、下部電極層２の表
面上に形成された誘電体層３と、誘電体層３の表面上に
形成された上部電極層４とから構成されている。

【０００３】このような薄膜キャパシタの容量値は誘電
体層３の誘電率および厚み、ならびに誘電体層３を介し
て下部電極層２と上部電極層４とが対向している電極対
向面積によって決定される。その形成方法は、例えば絶
縁基板１上に真空成膜法等により下部電極層２となる金
属膜を成膜した後フォトリソグラフィ技術を用いて所望
パターンのレジストを形成し、そのレジストをマスクと
して金属膜の一部を陽極酸化法でもって酸化させて誘電
体層３を得る。その後、フォトリソグラフィ技術を用い
て所望パターンの下部電極層２を形成する。そして、真
空成膜法等により上部電極層４となる金・銅・アルミ等
の金属膜を１層または所望により２層以上成膜した後フ
ォトリソグラフィ技術を用いて所望パターンの上部電極
層４を形成することにより、薄膜キャパシタが形成され
る。

【０００４】薄膜キャパシタを電子機器等に用いる場合
は、例えば薄膜キャパシタが形成された実装基板が半導
体素子収納用パッケージ中に半導体素子等とともに実装
されることによって、半導体素子等と外部回路との整合
回路の一部品として電子回路中で用いられる。従来は実
装基板にチップコンデンサを搭載したものが用いられて
いたが、電子機器の小型化に伴ってチップコンデンサが
薄膜コンデンサに切り替えられてきており、さらに近年
の衛星通信用や移動体通信用等の電子機器に対するより
一層の小型化の要求に伴い、高い容量値を小さい面積で
得るために誘電体層３の高誘電率化とともに上部電極層
４の小面積化が進められており、上部電極層４の加工精
度の高精度化が要求されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】薄膜キャパシタは、前
述のようにその容量値が誘電体層３の誘電率および厚み
と対向電極面積とで決定されるため、誘電体層３は厚み
の制御が確実に行なえる陽極酸化法で形成される。

【０００６】しかしながら、対向電極面積を決定する上
部電極層４の形成に当たっては、上部電極層４が、良好
なワイヤボンド性や低い導通抵抗が要求されることか
ら、その厚みが１〜10μｍ、好適には３〜６μｍ程度の
比較的厚い層厚で所望により多層で形成される。そのた
め、所定のパターン形状にエッチングする際に、図２中
に５で示すように、上部電極層４側壁の特に誘電体層３
側にいわゆるサイドエッチングが発生しやすく、その結
果、上部電極層４の寸法にばらつきが発生して、対向電
極面積がばらつくために容量値が一定しないという問題
点があった。

【０００７】そして、このような上部電極層４の寸法ば
らつきによる容量値のばらつきへの影響は、上部電極層
４の小面積化が進められるほど大きくなるという問題点
があった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みて本発明者等が鋭
意研究を進めた結果案出したものであり、その目的は、
上部電極層を寸法ばらつきが小さくなる構造とすること
によって容量値のばらつきを小さくした、小型かつ高精
度の薄膜キャパシタを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜キャパシタ
は、絶縁基板上に下部電極層と誘電体層と第１の上部電
極層と第２の上部電極層とを順次形成して成り、前記第
１の上部電極層の厚みが0.005 乃至１μｍ、前記第２の
上部電極層の厚みが前記第１の上部電極層の厚みの２倍
乃至10μｍであることとしたものである。

【００１０】本発明の薄膜キャパシタは、上部電極層を
誘電体層側の第１の上部電極層とその上に形成した第２
の上部電極層との積層構造とし、第１の上部電極層の厚
みを0.005 〜１μｍと薄くするとともに第２の上部電極
層の厚みを第１の上部電極層の厚みの２倍〜10μｍと厚
くしたことから、第１の上部電極層には従来のようなサ
イドエッチングが発生することがなくなるためその寸法
のばらつきをなくすことができて対向電極面積を正確に
制御することができるものとなり、それにより容量値の
ばらつきの発生をなくすことができる。また、第２の上
部電極層は十分な厚みを有するため上部電極層に必要と
される良好なワイヤボンド性や低い導通抵抗を有するも
のとできる。その結果、容量値のばらつきが極めて小さ
く、小型かつ高精度の薄膜キャパシタを提供できるもの
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の薄膜キャパシタを
添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の薄膜
キャパシタの実施の形態の一例を示す断面図である。同
図において６は絶縁基板、７は絶縁基板の上に形成され
た下部電極層、８は下部電極層７の表面上に形成された
誘電体層であり、９は誘電体層８の表面上に形成された
第１の上部電極層、10は第１の上部電極層９の表面上に
形成された第２の上部電極層である。そして、第１の上
部電極層９の厚みは0.005 〜１μｍとしており、第２の
上部電極層10の厚みは第１の上部電極層９の厚みの２倍
以上で10μｍ以下としている。なお、同図においては第
２の上部電極層10の寸法（面積）を第１の上部電極層９
の寸法よりも小さいものとして表わしているが、これは
同じ寸法としてもよいものである。

【００１２】絶縁基板６としては、例えばアルミナ基板
を始めとするセラミック基板やサファイア基板・ガラス
基板、またはこれらの表面を酸化タンタル等の金属酸化
膜などで被覆したもの、あるいは有機系材料であるテフ
ロン基板やポリイミドテープ、ガラスエポキシ基板など
を用いることができる。

【００１３】下部電極層７としては、良好な導電性や絶
縁基板６との密着性を有し、誘電体層８を形成するため
の陽極酸化が可能な、あるいは誘電体層８との密着性が
良好な金属材料から成る層が蒸着法やスパッタリング法
等の真空成膜法などにより形成される。このような金属
材料としては、例えばアルミニウムやタンタル・チタン
・金・銅・モリブデン・タングステン・白金・パラジウ
ム・ロジウムやこれらの合金等を用いることができる。

【００１４】また、誘電体層８としては、下部電極層７
の表面側を陽極酸化して形成した金属酸化膜、例えば酸
化アルミニウムや酸化タンタル・酸化窒化タンタル等の
膜、あるいは真空成膜法等により形成した誘電体材料か
ら成る薄膜、例えばチタン酸ストロンチウムやチタン酸
バリウム・チタン酸鉛・ジルコン酸鉛・ニオブ酸リチウ
ム・チタン酸ビスマス等やこれらの固溶体の膜を用いる
ことができる。

【００１５】下部電極層７および誘電体層８の形成方法
としては、例えば下部電極層７として上記の金属材料か
らなる層を絶縁基板６の全面に被着させた場合には、そ
の上面にフォトリソグラフィ技術でフォトレジストを誘
電体層８に対応した所望のパターン形状に形成し、その
フォトレジストをマスクとして下部電極層７の表面側の
一部を所定の厚みだけ陽極酸化処理して、金属酸化膜よ
り成る誘電体層８を形成する。

【００１６】次に、誘電体層８形成用のフォトレジスト
を除去して、フォトリソグラフィ技術でフォトレジスト
を下部電極層７に対応した所望のパターン形状に形成
し、下部電極層７の金属材料に応じたエッチング液を用
いてパターンエッチングを行ない所定形状の下部電極層
７を形成する。

【００１７】また、下部電極層７となる金属材料からな
る層を絶縁基板６上の全面に被着させた後、先にパター
ンエッチングを行なって所定形状の下部電極層７を形成
してから、その表面の所望部分を陽極酸化して誘電体層
８を形成してもよい。

【００１８】さらに、陽極酸化に代えて、真空成膜法と
フォトリソグラフィ技術とにより誘電体層８を形成して
もよい。

【００１９】第１の上部電極層９は、上部電極層として
誘電体層８との十分な密着性を得るための密着層として
働くとともに、この層の寸法（面積）により薄膜キャパ
シタの容量値を決定するという役割を担うものである。
この第１の上部電極層９の材料としては、例えばチタン
やタンタル・クロム・モリブデン・窒化タンタル・ニッ
ケル−クロム・チタンカーバイドやこれらの合金等を用
いることができる。

【００２０】また、第１の上部電極層９の厚みは、0.00
5 μｍ（50Å）〜１μｍ（10,000Å）の範囲内、好適に
は0.01μｍ（100 Å）〜0.3 μｍ（3,000 Å）、最適に
は0.025 μｍ（250 Å）〜0.3 μｍ（3,000 Å）の範囲
内とするのがよい。この第１の上部電極層９の厚みが0.
005 μｍ未満となると、この層９が全体にポーラス（多
孔質状）となって誘電体層８の上に強固に被着させるこ
とが困難となり、またこの層９の上に形成する第２の上
部電極層10が密着性の悪い誘電体層８に直接接合する部
分が現れて、上部電極層に必要な密着性が得られなくな
る傾向がある。

【００２１】他方、厚みが１μｍを超えると、この層９
の内部応力が大きくなって誘電体層８との接合面にクラ
ックや剥離等が発生しやすくなって薄膜キャパシタの絶
縁性や耐電圧特性が低下するとともに、この層９を所望
の形状にパターンエッチングする際にサイドエッチング
の影響が大きくなって寸法のばらつきが発生するように
なり、所望の形状・寸法にすることが困難となって薄膜
キャパシタの容量値を高精度に制御することが困難にな
る傾向がある。

【００２２】そして、第２の上部電極層10は、薄膜キャ
パシタの上部電極の主導体として上部電極の導通抵抗の
低抵抗化を行なうものであり、ワイヤボンディングやリ
ボンボンディングあるいはハンダに対して良好なボンデ
ィング性やハンダ付性を有するものである。また、この
第２の上部電極層10は、第１の上部電極層９とは別工程
で所望の形状・寸法の電極形成が行なえるように、第１
の上部電極層９とは別の種類のエッチング液でエッチン
グされる、パターンエッチングの工程において第１の上
部電極層９と第２の上部電極層10とを選択的にエッチン
グできるような金属材料によって形成することが好まし
い。このような第２の上部電極層10の材料としては、例
えば金・銅・アルミニウムやこれらの合金等を用いるこ
とができる。

【００２３】なお、第２の上部電極層10と第１の上部電
極層９との密着性を高めたりボンディング性やハンダ付
性をさらに向上させたりする目的で、この層10の下（第
１の上部電極層９との間）に金属層を介在させたり、こ
の層10の表面にメッキ処理を施してもよい。

【００２４】また、第２の上部電極層10の厚みは、１μ
ｍ〜10μｍの範囲内、好適には３μｍ〜６μｍの範囲内
とするとともに、第１の上部電極層９の厚みの２倍以
上、好適には10倍以上の範囲内、すなわち第１の上部電
極層９の厚みの２倍乃至10μｍの範囲内とするのがよ
い。この第２の上部電極層10の厚みが１μｍ未満となる
と、この層10の導通抵抗が高くなるとともにボンディン
グ時やハンダ付時の接合強度が不十分となる傾向があ
る。また、第１の上部電極層９の厚みの２倍未満となる
と、第２の上部電極層10の導通抵抗が高くなる傾向があ
り、さらに厚みが１μｍ未満となった場合には上記の不
具合も生じることとなる。他方、厚みが10μｍを超える
と、この層10の内部応力が大きくなって第１の上部電極
層９との接合面にクラックや剥離等が発生しやすくなっ
て薄膜キャパシタの絶縁性や耐電圧特性が低下する傾向
がある。

【００２５】第１の上部電極層９および第２の上部電極
層10の形成方法としては、例えば前述のように誘電体層
８まで形成した基板上に、第１の上部電極層９となるチ
タンやタンタル・ニッケル−クロム等の金属膜および第
２の上部電極層10となる銅・金・アルミニウム等の金属
膜を蒸着法やスパッタリング法等によりそれぞれ所定厚
みで被着させる。

【００２６】次に、第２の上部金属膜10となる金属膜の
表面にフォトリソグラフィ技術でフォトレジストを第２
の上部金属膜10に対応した所望のパターン形状に形成
し、そのフォトレジストをマスクとして第２の上部金属
膜10に対応したエッチング液（例えば銅に対しては過硫
酸アンモニウム水溶液等）を用いてパターンエッチング
を行ない、所定の形状・寸法の第２の上部電極層10を形
成する。

【００２７】次に、第２の上部電極層10形成用のフォト
レジストを除去して、第２の上部電極層10の上に、その
周囲の一部が第１の上部電極層９となる金属膜にかかる
ように、フォトリソグラフィ技術でフォトレジストを第
１の上部電極層９に対応した所望のパターン形状に形成
する。この際、第１の上部電極層９を形成するためのフ
ォトレジストの寸法は、第２の上部電極層10の寸法より
周囲が２〜５μｍ程度大きくなるように形成するとよ
い。この大きさが２μｍより小さくなると、第１の上部
電極層９の良好な加工精度を確保することが困難となっ
て、フォトレジストの位置ズレが生じた場合に所望の形
状・寸法の第１の上部電極層９を形成することができな
くなる傾向がある。一方、この大きさが５μｍを超える
と、第１の上部電極層９内で第２の上部電極層10が積層
された部分とその周囲の部分とで抵抗分布ができて、高
周波信号に対して電位分布が発生することとなって高周
波特性が劣化する傾向がある。

【００２８】次に、第１の上部電極層９の金属材料に対
応したエッチング液（例えばチタンに対してはフッ化水
素酸系水溶液等）を用いてパターンエッチングを行な
い、所定の形状・寸法の第１の上部電極層９を形成す
る。ここで、第１の上部電極層９の厚みは十分に薄いの
で、形成に際してサイドエッチングが問題となって形状
・寸法がばらつくことはなく、所望の形状・寸法の第１
の上部電極層９を安定して高精度に形成することができ
る。また、この際のエッチング液は、第２の上部電極層
10も腐食して第２の上部電極層10にいくらかサイドエッ
チングを生ずるようなものであっても特に問題はなく、
誘電体層８に対する対向電極面積は第１の上部電極層９
によって高精度に確保することができるため、それによ
って容量値のばらつきが発生することはない。

【００２９】なお、以上においては第１の上部電極層９
よりも第２の上部電極層10が小さくなる例を示したが、
例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等のドライエ
ッチング法などにより、両電極層９・10の形状・寸法を
同一にすることは何ら差し支えない。また、第２の上部
電極層10が誘電体層８に接触しない限りにおいては、第
１の上部電極層９よりも第２の上部電極層10を大きな寸
法としてもよい。

【００３０】なお、以上はあくまで本発明の例示であっ
て、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良
を施すことは何ら差し支えない。

【００３１】

【発明の効果】本発明の薄膜キャパシタによれば、絶縁
基板上に下部電極層と誘電体層と第１の上部電極層と第
２の上部電極層とを順次形成して成り、上部電極層を誘
電体層側の第１の上部電極層とその上に形成した第２の
上部電極層との積層構造として第１の上部電極層の厚み
が0.005 〜１μｍ、第２の上部電極層の厚みが第１の上
部電極層の厚みの２倍〜10μｍであるものとしたことか
ら、第１の上部電極層においてサイドエッチングによる
寸法のばらつきをなくすことができて対向電極面積を正
確に制御することができるものとなり、それにより容量
値のばらつきの発生をなくすことができた。また、第２
の上部電極層は十分な厚みを有するため上部電極層に必
要とされる良好なワイヤボンド性・ハンダ付性や低い導
通抵抗を有するものとできる。その結果、容量値のばら
つきが極めて小さく、小型かつ高精度の薄膜キャパシタ
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄膜キャパシタの実施の形態の例を示
す断面図である。

【図２】従来の薄膜キャパシタの例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

６・・・・・絶縁基板 ７・・・・・下部電極層 ８・・・・・誘電体層 ９・・・・・第１の上部電極層 10・・・・・第２の上部電極層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板上に下部電極層と誘電体層と第
   １の上部電極層と第２の上部電極層とを順次形成して成
   り、前記第１の上部電極層の厚みが０．００５乃至１μ
   ｍ、前記第２の上部電極層の厚みが前記第１の上部電極
   層の厚みの２倍乃至１０μｍである薄膜キャパシタ。