(57)【要約】【課題】高容量キャパシタと抵抗を同時に搭載し、かつ、ハンドリング性がよく、実装も容易に行え、さらに、電子部品の小型化・薄型化にも対応できる回路部品を提供する。【解決手段】薄膜キャパシタと薄膜抵抗とを同一の基板上にそれぞれ１以上形成した回路部品であって、前記薄膜キャパシタは、下部電極、陽極体、陰極からなり、該陽極体は、多孔質バルブ金属薄膜の表面に、該バルブ金属の酸化皮膜を形成してなり、前記多孔質バルブ金属薄膜は、外界とつながっている複数の微細孔を有する多孔質の薄膜であって、該薄膜の表面積は該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜キャパシタと薄膜抵抗とを同一の基板上にそれぞれ１以上形成した回路部品であって、前記薄膜キャパシタは、下部電極、陽極体、陰極からなり、該陽極体は、多孔質バルブ金属薄膜の表面に、該バルブ金属の酸化皮膜を形成してなり、前記多孔質バルブ金属薄膜は、外界とつながっている複数の微細孔を有する多孔質の薄膜であって、該薄膜の表面積が該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上であることを特徴とする回路部品。
【請求項２】
前記陽極体を構成するバルブ金属が、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなる請求項１に記載の回路部品。
【請求項３】
前記薄膜キャパシタがバルブ金属からなり、かつ、該バルブ金属が、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなる請求項１に記載の回路部品。
【請求項４】
前記薄膜抵抗がバルブ金属からなり、かつ、該バルブ金属が、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなる請求項１に記載の回路部品。
【請求項５】
前記基板が、石英、アルミナまたは表面に酸化層を有するシリコンのいずれかである請求項１に記載の回路部品。
【請求項６】
薄膜キャパシタと薄膜抵抗とを同一の基板上に形成した回路部品を製造する方法であって、
該薄膜キャパシタと該薄膜抵抗とを形成する領域に、スパッタリング法または真空蒸着法により、バルブ金属の薄膜を同一基板上に形成する工程と、
前記薄膜キャパシタを形成する領域に形成された該バルブ金属の薄膜の上に、スパッタリング法または真空蒸着法により、バルブ金属と異相成分とからなり、バルブ金属の粒子径と異相成分の粒子径がともに１ｎｍ〜１μｍの範囲内にある薄膜を形成する工程と、
該薄膜が形成された基板を２００〜１４００℃の温度で熱処理した後、異相成分を除去する工程と、
を有する回路部品の製造方法。
【請求項７】
前記薄膜キャパシタと前記薄膜抵抗が、同一のバルブ金属により形成される請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項８】
前記バルブ金属が、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなる請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項９】
前記バルブ金属と異相成分とからなる薄膜を、前記異相成分量が３０〜７０体積％となるように形成する請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１０】
前記異相成分は、前記バルブ金属に溶解せず、前記バルブ金属から選択的に除去することができる金属である請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１１】
前記異相成分は、銅または銀である請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１２】
前記異相成分は、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムである請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１３】
前記基板が、石英、アルミナまたは表面に酸化層を有するシリコンのいずれかである請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１４】
さらに、キャパシタ陰極を形成する工程と、外部電極を形成する工程と、配線を形成する工程とを有する請求項６に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１５】
前記外部電極を、ニッケルからなる金属層により形成する請求項１４に記載の回路部品の製造方法。
【請求項１６】
前記配線を、銅もしくは銅合金、または、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる金属層により形成する請求項１４に記載の回路部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜キャパシタおよび薄膜抵抗を同一基板上に有する回路部品ならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化の進展にともない、用いられる電子回路部品、特にチップ部品の小型化が近年進んでおり、０６０３からさらに０４０２といった超小型のチップ部品の開発が進んでいる。しかし、これらのチップ部品は、小型化が進むほどハンドリング性が悪いといった問題や実装が容易に行えないといった問題などが生じている。
【０００３】
一方、電子回路部品には薄型化も求められるようになっているが、このような薄型化の要求には従来のチップ部品では充分に対応できていない。
【０００４】
電子部品のうち受動部品は、主として抵抗、キャパシタ、インダクタなどからなる。そして、スパッタリングなどによる薄膜部品は、非常に高い精度を有することから、抵抗、キャパシタ、インダクタなどの受動部品として多く用いられている。このため、従来から薄膜抵抗はチップ抵抗器に多く用いられている。
【０００５】
しかし、薄膜抵抗をチップ部品として形成すると薄膜であることの特徴が生かされない。基板やオーバーコートなどの厚さの方が薄膜抵抗の厚さよりもはるかに大きいためである。
【０００６】
薄膜抵抗の材料としては、ニクロムのほか、タンタルも用いられている。タンタルは金属としては高い比抵抗を持ち、抵抗温度係数の絶対値が比較的小さく、化学的に安定であるので、タンタル単体や窒化タンタルが薄膜抵抗として用いられている。また、ニオブはタンタルとよく似た性質を有しており、窒化ニオブなどを薄膜抵抗として用いることが可能である。
【０００７】
一方、酸化タンタル、酸化ニオブは優れた誘電特性を持ち、これらの酸化物を用いたチップコンデンサや薄膜キャパシタが作製されている。
【０００８】
しかし、チップコンデンサの素子は通常サブミクロンの１次粒子を持つ凝集粉を圧粉成型して焼成する方法で製造されており、該素子はチップコンデンサには適しているものの、前述したチップ部品共通の問題点を有している。また、その製法上薄型化が困難であり、実現できる薄さにも限界がある。
【０００９】
例えば特許文献１（特開昭５９−２１９９２３号公報）で開示されているような、バルブ金属の薄板上に印刷法で形成された層状の多孔質の陽極体が設けられているような薄型コンデンサも知られている。この方法では、上記した圧粉成型法に比べ薄型化が可能だが、陽極体と箔の密着性、焼結収縮による陽極体の剥離、割れなどの技術的課題が伴い、製造が困難となる。
【００１０】
一方、酸化タンタルを利用した薄膜キャパシタを形成する方法としては、基板表面に存在する下部電極にスパッタリング、ＣＶＤなどの真空プロセスで直接酸化タンタルを形成する方法、基板上に形成したタンタルの表面を陽極酸化して酸化タンタルを形成する方法などを挙げることができるが、これらは平滑な基板に形成された平面的な構造を持つものであるため、その容量密度（単位面積あたりの容量）には限界がある。
【００１１】
そこで、本発明者は、薄膜であって、かつ、表面積の大きな陽極体を得るためには、３次元的に捉えていく必要があると考え、バルブ金属からなり、外界とつながっている複数の微細な孔を有する多孔質の薄膜であって、該薄膜の表面積は該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上であることを特徴とする多孔質バルブ金属薄膜をすでに提案しており、この多孔質バルブ金属薄膜を陽極体として用いた薄膜キャパシタは、従来のものに比べて格段に大きい容量密度を実現している（特願２００４−１９８６１２）。
【００１２】
しかし、特願２００４−１９８６１２では、高容量の薄膜キャパシタに適する多孔質バルブ金属薄膜およびそれを用いた薄膜キャパシタを提案しているものの、その薄膜キャパシタを薄膜抵抗と組み合わせて回路部品とすることまでは提案しておらず、前述した回路部品共通の問題点を解決することまでは提案していない。
【００１３】
特許文献２（特開２００４−１８６６９６号公報）でも、多孔性皮膜の有効表面積を増加させて静電容量を増加させる方法が提案されているが、この方法はバルブ金属箔を化学的あるいは電気的に電気的化学的にエッチングして表面積を増やす方法であり、耐食性に優れたタンタル、ニオブに適用するのは困難である。また、薄膜キャパシタを薄膜抵抗と組み合わせて回路部品とすることまでは提案されていない。なお、この方法は、もともと疎な蒸着膜を電気化学的な手法でさらに疎にするものであり、バルブ金属と異相成分を同時に薄膜化してバルブ金属と異相成分の連続構造を作り、異相成分のみを選択的に除去して多孔質膜を形成する特願２００４−１９８６１２とは本質的に異なる。
【００１４】
【特許文献１】特開昭５９−２１９９２３号公報
【００１５】
【特許文献２】特開２００４−１８６６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明は、高容量キャパシタと抵抗を同時に搭載し、かつ、ハンドリング性がよく、実装も容易に行え、さらに、電子部品の小型化・薄型化にも対応できる回路部品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】
【００１７】
本発明に係る回路部品は、薄膜キャパシタと薄膜抵抗とを同一の基板上にそれぞれ１以上形成した回路部品であって、前記薄膜キャパシタは、下部電極、陽極体、陰極からなり、該陽極体は、多孔質バルブ金属薄膜の表面に、該バルブ金属の酸化皮膜を形成してなり、前記多孔質バルブ金属薄膜は、外界とつながっている複数の微細孔を有する多孔質の薄膜であって、該薄膜の表面積が該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上であることを特徴とする。
【００１８】
前記陽極体を構成するバルブ金属は、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなることが好ましい。
【００１９】
前記薄膜キャパシタはバルブ金属からなり、かつ、該バルブ金属が、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなることが好ましい。
【００２０】
前記薄膜抵抗はバルブ金属からなり、かつ、該バルブ金属が、タンタル、ニオブ、タンタル合金およびニオブ合金から選択される１種以上からなることが好ましい。
【００２１】
前記基板としては、例えば、石英、アルミナまたは表面に酸化層を有するシリコンを用いることができる。
【００２２】
本発明に係る回路部品の製造方法は、薄膜キャパシタと薄膜抵抗とを同一の基板上に形成した回路部品を製造する方法であって、該薄膜キャパシタと該薄膜抵抗とを形成する領域に、スパッタリング法または真空蒸着法により、バルブ金属の薄膜を同一基板上に形成する工程と、前記薄膜キャパシタを形成する領域に形成された該バルブ金属の薄膜の上に、スパッタリング法または真空蒸着法により、バルブ金属と異相成分とからなり、バルブ金属の粒子径と異相成分の粒子径がともに１ｎｍ〜１μｍの範囲内にある薄膜を形成する工程と、該薄膜が形成された基板を２００〜１４００℃の温度で熱処理した後、異相成分を除去する工程とを有する。
【００２３】
本発明に係るチップ部品の製造方法において、前記薄膜キャパシタと前記薄膜抵抗は、同一のバルブ金属により形成されることが好ましい。前記バルブ金属と異相成分とからなる薄膜を、前記異相成分量が３０〜７０体積％となるように形成することが好ましい。前記異相成分は、前記バルブ金属に溶解せず、前記バルブ金属から選択的に除去することができる金属であることが好ましい。該金属は、例えば、銅または銀である。また、前記異相成分は、酸化マグネシウムまたは酸化カルシウムであることが好ましい。なお、前記基板としては、例えば、石英、アルミナまたは表面に酸化層を有するシリコンを用いることができる。
【００２４】
本発明に係る回路部品の前記製造方法における工程の後に、例えば、キャパシタ陰極を形成する工程と、外部電極を形成する工程と、配線を形成する工程とを加えて回路部品を製造することができる。
【００２５】
前記外部電極を、例えばニッケルからなる金属層により形成することができ、また、前記配線を、銅もしくは銅合金、または、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる金属層により形成することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る回路部品は、１つの部品内に多孔質バルブ金属薄膜を用いた高容量キャパシタおよび抵抗を有するので、小型かつ薄型あっても、高容量キャパシタと抵抗を同時に搭載することを実現している。さらに、小型ではあるが、現状の実装技術で対応できる大きさの回路部品を形成でき、部品としてのハンドリング性がよく、実装も容易に行える。また、この回路部品に搭載するキャパシタは薄膜でありながら高容量を実現できるので、電子部品の薄型化にも対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明者は、バルブ金属からなり、外界とつながっている複数の微細孔を有する多孔質の薄膜であって、該薄膜の表面積が該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上である多孔質バルブ金属薄膜を用いたキャパシタは、薄膜でありながら高容量を実現できることを見出した。そこで、本発明者は、この薄膜キャパシタを薄膜抵抗と組み合わせて１つの回路部品とすることで、高容量キャパシタおよび抵抗を有する、小型で薄型化された回路部品を提供できると考え、本発明に至った。
【００２８】
従来から薄膜キャパシタは存在していたものの、薄膜キャパシタの容量を大きくするためには、薄膜キャパシタの面積を大きくすることが必要であり、回路部品の小型化には限界があった。このため、従来は、高容量キャパシタおよび抵抗を有するチップ部品の小型化・薄型化にも限界があった。
【００２９】
一方、チップキャパシタとチップ抵抗の組合せでは、薄型化に限界があり、かつ、複数のチップで回路を形成することは小型化の障害となっていた。
【００３０】
これに対して、本発明に係る回路部品は、高容量の薄膜キャパシタ（バルブ金属からなり、外界とつながっている複数の微細な孔を有する多孔質の薄膜であって、該薄膜の表面積は該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上である多孔質バルブ金属薄膜を陽極体に用いた薄膜キャパシタ）と、薄膜抵抗とを有することを特徴とする。
【００３１】
該陽極体を形成する多孔質バルブ金属薄膜の表面積が、該薄膜の表面積が該薄膜の表面が平滑であると仮定した場合の表面積の２倍以上であれば、キャパシタの容量が電極面積に比例することから、薄膜キャパシタの高容量化という面で十分な効果が発揮されていることになる。
【００３２】
また、キャパシタの容量は陽極面積に比例することから、該多孔質バルブ金属薄膜を厚くすることで、陽極体の表面積を３次元的に増加させることができる。したがって、本発明に係る回路部品に搭載された薄膜キャパシタの容量密度は、該多孔質バルブ金属薄膜を厚くすることで、容易に向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明に係る回路部品の製造手順について説明する。
【００３４】
まず、基板上に、タンタル（Ｔａ）および／またはニオブ（Ｎｂ）、またはこれらの合金などのバルブ金属により、薄膜抵抗、およびキャパシタ下部電極を形成する。
【００３５】
薄膜抵抗の抵抗値は膜厚および抵抗体のアスペクト比（長さ／幅）で決まるので、設計値に合わせた膜厚を確保する必要がある。好ましい膜厚は、１０ｎｍ〜５００ｎｍである。また、薄膜抵抗の表面に化成処理などを行い、安定化させることがあるが、その際に導電層の厚さが減少するので、その厚みを確保するように留意する必要がある。
【００３６】
キャパシタ下部電極の抵抗は、キャパシタのＥＳＲ（等価直列抵抗）に寄与するので、キャパシタ下部電極の抵抗体の厚さが厚い方がＥＳＲ（等価直列抵抗）が減少するが、キャパシタ下部電極の抵抗体の厚さは、成膜時間との兼ね合いで決める。具体的には、キャパシタ下部電極の抵抗体の厚さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。これは、Ｔａを薄膜とした場合の体積抵抗率（２００μΩｃｍ前後）を考慮すると膜厚５０ｎｍ以下では、シート抵抗が４０Ω／□以上となり電極としては抵抗が大きすぎ、５００ｎｍ以上では４Ω／□以下とシート抵抗を小さくできるが、成膜時間の長さや膜の剥離が問題となるからである。また、キャパシタにｍΩオーダーの特に低いＥＳＲが要求される場合、上記のような理由から、Ｔａ薄膜電極では低抵抗化に限界がある。その場合、電極部分にあらかじめ低抵抗金属層を成膜し、その上にＴａ層を成膜して電極を２層構造とすることで、電極の抵抗を下げることができる。低抵抗の金属層としては、低抵抗かつＴａ、Ｎｂと相溶性を持たないという理由から、Ｃｕ、Ａｇおよびこれらの合金などを用いるのが好ましい。
【００３７】
なお、設計によってはキャパシタと直列な抵抗体との間に別配線を設けず、キャパシタ下部電極と薄膜抵抗を一素子として形成することができ、回路の小型化に寄与させることできる。
【００３８】
その後、キャパシタの陽極体を形成する。キャパシタ下部電極の上に、Ｔａおよび／またはＮｂもしくはこれらの合金などのバルブ金属および該バルブ金属とは異なる異相成分をナノレベルで均一に分布させた薄膜を作製する。異相成分としては、銀（Ａｇ）もしくは銅（Ｃｕ）といった金属、または、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）もしくは酸化カルシウム（ＣａＯ）といった酸化物が好ましい。バルブ金属と異相成分を同時に成膜する方法としては、ペースト印刷・焼成法や、ＣＶＤ（化学蒸着法）法、スパッタリング法や真空蒸着法などを用いることができる。
【００３９】
薄膜抵抗および下部電極の形成工程、並びにキャパシタの陽極体の形成工程にスパッタリング法や真空蒸着法を用いる場合、薄膜抵抗および下部電極の形成工程に用いる材料と、キャパシタの陽極体の形成工程において、異相成分を成膜材料に加えるほかは、同一のプロセスの工程で、薄膜抵抗および下部電極、並びにキャパシタの陽極体を形成することができ、工程を簡略化することができる。
【００４０】
バルブ金属と異相成分の組成は最終的に得られる多孔質薄膜の空隙率を考慮して決定するが、異相成分の体積率は３０〜７０％とすることが好ましい。
【００４１】
次に、この基板を酸洗することなどにより異相成分を除去し、その後、水洗、乾燥処理を行い、多孔質キャパシタ陽極体を得る。
【００４２】
このようにして得られた薄膜が形成された基板を、必要に応じて適度な温度で不活性雰囲気中または真空中で熱処理し、バルブ金属の粒度調整をする。高温で熱処理するほどバルブ金属の粒子が大きくなり、陽極への電解質の含浸性は向上するが表面積は低下する。薄膜内の結晶粒の粒度は、２００ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
【００４３】
このようにして得られた多孔質薄膜陽極体は緻密平滑膜に比べて大きな表面積を有する。また、薄膜の厚みを増すことでその表面積を増加させることができる。多孔質薄膜陽極体の膜厚は、必要なキャパシタ容量にしたがって決定されるが、２００ｎｍ以上とするのが望ましい。
【００４４】
つぎに、多孔質薄膜陽極体を化成処理し、キャパシタに誘電体層を形成する。誘電体層の厚さは化成電圧によって制御されるが、化成電圧は１０〜３０Ｖが好ましい。
【００４５】
また、表面を安定化させる目的で必要に応じて薄膜抵抗に化成処理を施すが、この場合、誘電体層の厚みを考慮した抵抗体膜厚を予め設計しておけば、陽極体と抵抗体を同時に化成処理して誘電体層と抵抗体表面安定層の形成を同時に行うことができ、工程をさらに簡略化することができる。その後、周知の方法により、二酸化マンガン、導電性高分子などを用いてキャパシタの陰極を形成し、さらに外部電極を形成して薄膜キャパシタとする。
【００４６】
なお、パターン形成はエッチングでも不可能ではないが、現在の実装技術でも取扱い得る小型回路部品であり、かつ、タンタル、ニオブは耐食性に優れるためエッチングが困難であり、フォトレジストや金属マスクを用いたリフトオフ法を用いる方が望ましい。
【００４７】
上記のようにして製造した回路部品は、薄膜キャパシタおよび薄膜抵抗の両方備えた回路部品であり、かつ、面積が小さく、かつ極めて薄い回路部品であり、しかも薄膜キャパシタは高容量を有する。現在の実装技術でも取扱い得る小型回路部品であり、かつ、高容量を有する薄膜キャパシタおよび薄膜抵抗を両方備えた回路部品であることから、ハンドリング性がよく、実装も容易に行える。
【００４８】
以上、本発明に係る回路部品の製造手順について説明してきたが、高容量を有する薄膜キャパシタに本発明に係る回路部品の特徴があるので、該薄膜キャパシタの高容量を実現するために不可欠な構成要素である多孔質バルブ金属薄膜の製造工程についてはさらに詳細に以下で説明する。
【００４９】
本発明に係るチップ部品に搭載する薄膜キャパシタの構成要素である多孔質バルブ金属薄膜の製造工程は、１）バルブ金属と異相成分の粒子径が１ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、かつ、バルブ金属と異相成分が均一に分布した薄膜を作製する工程、２）熱処理により粒子径を調整をするとともに適度に焼結を進める工程、３）異相部分を除去する工程からなる。
【００５０】
以下、各工程について詳細に説明する。
【００５１】
１）バルブ金属と異相成分の粒子径が１ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、かつ、バルブ金属と異相成分が均一に分布した薄膜を作製する工程
まず始めに、バルブ金属と異相成分の粒度が１ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、かつ、バルブ金属と異相成分が均一に分布した薄膜をバルブ金属膜上に作製する。この時、バルブ金属と異相成分の粒度が１ｎｍ〜１μｍの範囲になかったり、バルブ金属と異相成分の分布が不均一であったりすると、続いて行われる熱処理工程で不均一な粒成長が生じ、最終的に得られる多孔質バルブ金属薄膜の１次粒子径や細孔分布が不均一となる結果を招く。バルブ金属と異相成分の粒度の範囲や分布の均一性は、粒度が数百ｎｍ程度であれば走査電子顕微鏡で容易に確認できる。また、粒度が１ｎｍ程度と微細な場合でも透過電子顕微鏡で確認することができる。なお、バルブ金属と異相成分の分布は、透過電子顕微鏡のＺコントラスト像などの画像により確認することができる。
【００５２】
バルブ金属と異相成分の粒度が１ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、かつ、バルブ金属と異相成分が均一に分布した薄膜を得る方法としては、粒度が１ｎｍ〜１μｍの範囲にあるバルブ金属と異相成分の粒子を揮発性のバインダに分散させ、塗布後にバインダ成分を蒸発させて固着させる印刷法が考えられる。また、ＣＶＤ（化学蒸着法）法、スパッタリング法、真空蒸着法など種々の方法が考えられる。
【００５３】
このように種々の方法が考えられるが、スパッタリング法または真空蒸着法を用いることが好ましい。これらの方法を用いた場合の薄膜形成プロセスにおいては、原子あるいはクラスターレベルで飛来した物質が基板に付着して薄膜を形成してゆく。そのため、バルブ金属と異相成分の粒度が微細であり、かつバルブ金属と異相成分の分布が均一となっている連続体からなる薄膜を、再現性良く容易に得ることができる。
【００５４】
また、バルブ金属と異相成分の組成比は最終的に得られる多孔質薄膜の空隙率を考慮して決定する。異相成分が多いほど、空隙率の大きい多孔質薄膜となる。異相成分にはバルブ金属と選択的に除去可能な成分を用いているので、最終的に得られる多孔質バルブ金属薄膜中に残留しない。具体的には、異相成分としては、除去の容易さからバルブ金属に対して溶解しない金属成分、またはバルブ金属に対して熱力学的に安定な酸化物などから選択するのが好ましい。例えば、バルブ金属がタンタル、ニオブの場合、金属の異相成分としては、Ａｇ、Ｃｕを用いることが好ましい。Ａｇ、ＣｕはＴａ、Ｎｂに対してほとんど溶解しない。また、酸化物の異相成分としてはＭｇＯやＣａＯを用いることが好ましい。
【００５５】
異相成分の添加量は、成膜方法によっても微細構造が異なるので、目的によって調整する必要があるが、一般的には３０〜７０体積％添加するのが望ましい。成膜方法によっては膜が特別な配向を持たない場合があり、このような場合には異相成分の添加量が３０％以下では、異相成分が連続層とならず外界と接するオープンポアができない部分が生じる可能性があるからである。一方、異相成分を７０％を超えて添加した場合は、バルブ金属が連続層とならず、異相成分を除去すると膜から剥落する可能性があるからである。ただし、これは目安であり、異相成分の添加量を制限するものではない。成膜方法によって異なる膜の配向の程度や得られる薄膜の使用目的によっては、この範囲外の添加量を採用してもよい。
【００５６】
２）熱処理により粒子径を調整するとともに適度に焼結を進める工程
前述の工程により得られた薄膜を不活性雰囲気中または真空中で熱処理し、バルブ金属粒子同士の焼結を進めるとともに、異相成分の結晶粒を成長させる。バルブ金属粒子同士の焼結を進めることが必要な理由は、バルブ金属からなる構造体の一体性を確保するためであり、異相成分の結晶粒を成長させることが必要な理由は、異相成分除去後の空隙の大きさがある程度以上の大きさでないと電解質が充填できなくなってしまうからである。
【００５７】
熱処理温度は、前述の工程により得られた薄膜についてのバルブ金属と異相成分の分布、組成などを考慮して決定する。一般的には熱処理温度が低いほど構造が微細となり、表面積の大きい多孔質バルブ金属薄膜が得られる。ただし、２００℃以下では焼結が進行せず粒子同士の結合が弱くなり、異相成分を除去した後にバルブ金属からなる構造体が一体性を維持できない場合があるので、２００℃以上で熱処理することが好ましい。なお、スパッタリングや真空蒸着法を用いる場合は、基板加熱しながら薄膜形成を行うことにより、バルブ金属と異相成分からなる薄膜形成を行うと同時に粒子径を調整をすることも可能である。
【００５８】
従来のＴａ、Ｎｂなどの電解キャパシタの製造方法においては、前述したように、通常数百ｎｍ〜数μｍ程度の１次粒子を有するスポンジ状の造粒粉末を圧粉焼成し、造粒粉末間を焼結して多孔質ペレットとして陽極体を作製するのが一般的である。これらの方法では粉末粒度にもよるが、通常１０００℃以上の高温で焼結を行う。しかし、造粒粉内部の１次粒子は微細で、焼結を物理的に阻害するものも存在しないので、１０００℃以上の高温での熱処理では、１次粒子の成長が急激に進んで表面積が減少してしまうため好ましくない。さらに、焼結による表面積の減少は急激でコントロールすることが難しい。
【００５９】
また、焼結の進行と同時に空隙も小さくなるため、従来のタンタル、ニオブなどの電解キャパシタにおいては、電解質の含浸が困難となる部分が生じ、多孔質体のうちキャパシタの容量として寄与できる部分が減ってしまい、容量出現率が低下してしまっていた。
【００６０】
これに対して、本工程では、最初にバルブ金属および異相成分からなる膜を形成した段階ですでにバルブ金属からなる一体的な連続構造体が形成されているため、連続構造体を得るという目的での熱処理は、２００℃以上１０００℃以下の低温での熱処理で十分である。熱処理温度がこのように低温であるため、焼結後の粒子も０．２μｍ以下に止めることができる。また、細孔径をさらに大きくするという目的で、異相成分としてＭｇＯ、ＣａＯなどを用いて１０００℃以上１４００℃以下の高温でアニールする場合があるが、このような高温でアニールしても異相成分の存在がバルブ金属粒子の粒成長を物理的に阻害するため、１μｍ以下の微細な構造が得られ、かつ、焼結のコントロールも容易である。
【００６１】
熱処理後のバルブ金属および異相成分の粒子径は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲に入ることが好ましい。
【００６２】
バルブ金属の粒子径が１０ｎｍ以下では、バルブ金属粒子同士の連結が弱く、バルブ金属構造体としての一体性が不十分となるからである。一方、バルブ金属の粒子径が１μｍ以上では異相成分除去後の多孔質バルブ金属薄膜の表面積が十分に大きくならないからである。
【００６３】
また、異相成分の粒子径が１０ｎｍ以下では、異相成分除去後の空隙が小さすぎ、電解質が浸透しにくくなってしまうためである。一方、異相成分の粒子径が１μｍ以上では異相成分除去後の多孔質バルブ金属薄膜の表面積が十分に大きくならないからである。
【００６４】
３）異相成分を除去する工程
熱処理で粒度を調整した後、異相成分の除去を行う。除去方法として種々の方法を用いることができるが、操作の簡便さなどから、Ｔａ、Ｎｂなどの優れた耐食性を利用して酸などで溶解除去することが好ましい。酸の種類は異相成分のみを選択的に溶解するものを選択する。例えば、異相成分としてＣｕ、Ａｇを使用した場合には硝酸、過酸化水素などを使用することができ、ＭｇＯ、ＣａＯなどの酸化物を使用した場合には塩酸などを使用することができる。これらの溶液で異相成分を溶解除去した後、水洗、乾燥処理を行うことで、多孔質バルブ金属薄膜を得ることができる。
【００６５】
このようにして得られた多孔質バルブ金属薄膜は、空隙が均一に分布し、かつ、表面積も大きい。
【００６６】
以上述べてきた工程で製造された多孔質バルブ金属薄膜は、微細孔が均一に分布しているため、薄膜の厚さを増すことで薄膜キャパシタの陽極体としての表面積をほぼ比例して容易に増加させることができる。一方、キャパシタの容量は電極の表面積に比例して大きくなる。したがって、前記工程で得られる多孔質バルブ金属薄膜は、薄膜の厚さを増すことで容易に容量密度を大きくすることができ、容量密度の大きい薄膜キャパシタを作製するための陽極体として好適である。
【００６７】
ただし、表面積は１つのパラメータのみでは一義的には決まらず、膜厚、バルブ金属と異相成分の組成比、熱処理温度などに依存する。膜厚については、膜厚が厚いほど多孔質構造が３次元的に積み重なって表面積が大きくなる。組成比については、異相成分の組成比が多いほど、膜がポーラスになって表面積が大きくなる。熱処理温度については、熱処理温度が低いほど熱処理時の粒成長が起こりにくく表面積が大きくなり、低すぎるとバルブ金属の構造体は一体性がなくなり連続体にはならない。
【００６８】
また、本発明に係るチップ部品に搭載する薄膜キャパシタの陽極体として用いる多孔質バルブ金属薄膜は、異相成分の選択次第で、Ｔａ、Ｎｂ、Ａｌなどバルブ金属の種類を選ばずに製造することが可能であるが、その酸化物の誘電特性を考慮すると、バルブ金属がＮｂ、Ｔａ、Ｎｂ合金、Ｔａ合金であるものが、実用性が高い。異相成分としては種々の金属元素、酸化物などの選択が可能であるが、Ｎｂ、Ｔａ、Ｎｂ合金、Ｔａ合金に対する溶解度や安定度、除去の難易など考慮すると、異相成分としてＣｕ、Ａｇなどの金属またはＭｇＯ、ＣａＯなどの酸化物を用いるのが好ましい。
【００６９】
なお、前述したように、得られた多孔質バルブ金属薄膜を、必要に応じて適度な温度で不活性雰囲気中または真空中で熱処理し、さらに粒度調整をしてもよい。高温で熱処理するほど粒子が大きくなり、陽極への電解質の含浸性は向上するが表面積は低下する。薄膜内の結晶粒の粒度は、１００ｎｍ〜３００ｎｍが好ましい。
【実施例】
【００７０】
石英基板を用いてローパスフィルタを作製した。作製したローパスフィルタを図１に示し、キャパシタ部Ｃの断面を図２に示し、抵抗部Ｒの断面を図３に示す。回路パターンは、抵抗については、幅０．０５ｍｍ、アスペクト比３０とし、キャパシタについては０．５ｍｍ□とした。
【００７１】
Ｔａを、スパッタリング法により、薄膜抵抗体７を形成する領域に１００ｎｍ成膜し、キャパシタ下部電極４を形成する領域に４００ｎｍ成膜した。このようにキャパシタ下部電極４と薄膜抵抗体７に同一材料を用いることで、素子形成を効率的に行うことができる。
【００７２】
引き続き、スパッタリング法により、キャパシタ下部電極４上に、キャパシタ陽極体５としてＴａ−６０％Ｃｕを６００ｎｍ成膜した。
【００７３】
その後、基板を５×１０-5Ｔｏｒｒの真空中で、６００℃、１時間の焼成を行い、陽極体５の１次粒径を約２５０ｎｍに粒度調整した。その後、１規定硝酸に浸漬してＣｕを除去し、水洗乾燥して多孔質の薄膜陽極体５を形成した。
【００７４】
下部電極４にレジスト（図示せず）塗布後、８０℃リン酸中で２０Ｖの化成処理を行い、陽極体５の表面に誘電体層（図示せず）を形成するとともに、薄膜抵抗体７の表面に酸化被膜８を形成して抵抗部Ｒを安定化した。抵抗部Ｒにおける導電層の厚さ（薄膜抵抗体７の厚さ）はおよそ７０ｎｍと考えられる。
【００７５】
次に、基板９および抵抗部Ｒ、下部電極４にレジストを施した後、多孔質の陽極体５を比重１．１の硝酸マンガン（Ｍｎ(ＮＯ3)2）水溶液中へ浸漬した。そして、浸漬・乾燥を５回繰り返し、キャパシタの陰極６を多孔質の陽極体５上に形成した。
【００７６】
レジスト除去後、内部電極１としてニッケルを０．２μｍ電気メッキした後、配線２として銅を無電解および電気メッキで２μｍ形成して回路を完成した。
【００７７】
作製した抵抗の特性はデジタルマルチメータ（岩通計測器製ＳＣ−７４０４）を用いて４端子法により測定し、キャパシタの特性はＬＣＲメータ（アジレントテクノロジ４２６３Ｂ）で測定した。抵抗値は１ｋΩ、キャパシタ容量は３．２ｎＦであった。また、インピーダンス／ゲインフェーズアナライザ（ソーラトロン社製１２６０型）を用い、抵抗負荷で周波数を変化させ、ゲインを測定したところ、カットオフ周波数１０２ｋＨｚが得られた。
【００７８】
外部電極および配線部を除いた抵抗およびキャパシタ素子の総面積は約０．５ｍｍ2であり、回路部品の厚さは外部電極および配線を含めても１０μｍ以下であり、面積が小さく、かつ、極めて薄いといえる。
【００７９】
高容量の薄膜キャパシタと薄膜抵抗とを有する作製した回路部品と同等の性能および大きさを有する電子部品を、チップ抵抗とチップキャパシタを組み合わせて得ることは困難である。
【００８０】
なお、本実施例においては、抵抗とキャパシタを同一のバルブ金属および同一のプロセス（スパッタリング）で形成し、さらに誘電体層（図示せず）と抵抗体の酸化皮膜８の形成を同時に行えたため、回路素子（抵抗およびキャパシタ）の作製の効率が良好であった。
【００８１】
また、本実施例では、キャパシタ下部電極４をＴａ単体で作製したが、Ｔａ単体ではなく、例えば、ＴａとＣｕの２層構造としてもよい。２層構造とすることにより、下部電極を低抵抗化し、キャパシタのＥＳＲを低くできるという効果が得られる。
【００８２】
さらに、フィルタなど回路の形成には、カスケード接続によりアレイ化することも多いが、本発明の回路部品を用いることで、そのような回路をさらに効率よく作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】作製したローパスフィルタの概略図である。
【図２】キャパシタ部Ｃの断面を示す図である。
【図３】抵抗部Ｒの断面を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  内部電極
２  配線
３  外部電極
４  下部電極
５  陽極体
６  陰極
７  薄膜抵抗体
８  酸化皮膜
９  基板
Ｃ  キャパシタ部
Ｒ  抵抗部
【図１】
2006108531.tif 000003
【図２】
2006108531.tif 000004
【図３】
2006108531.tif 000005