(57)【要約】【課題】コンデンサの等価直列抵抗が十分低く、優れたインピーダンス特性を実現できるとともに、コンデンサ部のリーク電流を抑え、優れた絶縁特性を実現できる薄膜コンデンサを提供する。【解決手段】基板１１の下部電極１２上から基板１１上にわたって設けた誘電体薄膜１３と、この誘電体薄膜１３上に少なくとも下部電極１２の端部から上部電極１４と取出し電極１７ａを形成する方向に電気絶縁体１５を設け、誘電体薄膜１３の上から電気絶縁体１５の上にわたって形成した上部電極１４と、基板１１に設けた終端電極１６ａ，１６ｂと、上部電極１４の一部又は前記下部電極１２の一部と終端電極１６ａ，１６ｂの一部に重畳するように設けた取出し電極１７ａ，１７ｂの一部を除いて覆う保護コート１８とからなり、前記取出し電極１７ａ，１７ｂは下部電極１２の体積抵抗率よりも低い導電性材料から形成される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が絶縁性を有する基板と、この基板上に設けた下部電極と、この下部電極上から基板上にわたって設けた誘電体薄膜と、この誘電体薄膜上に少なくとも下部電極の端部から上部電極と取出し電極を形成する方向に前記誘電体薄膜の一端上及び基板上にわたって電気絶縁体を設け、下部電極と接続しないで誘電体薄膜の上から電気絶縁体の上にわたって形成した上部電極と、前記基板の表面と同一面上に設けた終端電極と、前記上部電極の一部又は前記下部電極の一部と終端電極の一部に重畳するように設けた取出し電極と、終端電極の一部を除いてこれら構造体の全体を覆う保護コートとからなる薄膜コンデンサにおいて、前記取出し電極は薄膜コンデンサを構成する前記下部電極の体積抵抗率よりも低い導電性材料から形成した薄膜コンデンサ。
【請求項２】
取出し電極が上部電極と同一材料からなる請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項３】
上部電極がＡｌ，ＣｕもしくはＣｕ−Ｎｉ合金等の単層、または下層にＮｉもしくはＣｒを設ける積層構造のいずれかからなる請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項４】
上部電極と、この上部電極と接続される取出し電極とが一体の構成からなる請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項５】
上部電極と、この上部電極と接続される取出し電極とが一体に構成されるとともに前記上部電極と接続される終端電極とも一体に構成され、さらに下部電極と接続される取出し電極及び終端電極とも一体に構成される請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項６】
電気絶縁体がエポキシ系、アクリル系またはポリイミド系樹脂を主成分とする有機系材料からなる請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項７】
電気絶縁体の膜厚が少なくとも誘電体薄膜の膜厚以上から形成される請求項６に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項８】
保護コートの誘電率が１０以下の材料にて形成された請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項９】
保護コートがシリコン酸化物、シリコン窒化物またはこれらの混合物を主成分とする無機系材料、またはエポキシ系、アクリル系及びポリイミド系樹脂を主成分とする有機系材料の単層膜構成、あるいはこれらの積層構成からなる請求項８に記載の薄膜コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘電体薄膜を使用した薄膜コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘電体薄膜を使用した薄膜コンデンサは特開平２−６５１１１号公報に記載されたものが知られている。従来の薄膜コンデンサは図７に示すように、サファイア基板１上にＢａＴｉＯ３誘電体膜４、Ａｌ上部電極５、Ｐｄ下部電極２の積層によって構成される薄膜コンデンサにおいて、下部電極２としてＰｄを用い、このＰｄ下部電極２をパターン形成する過程でコンデンサ部に蓄積された電荷を終端電極まで取出す配線として形成されており、またＰｄ下部電極２の一方の端縁とＡｌ上部電極５が交差する部位では、ＢａＴｉＯ３誘電体膜４がこのＰｄ下部電極２の一方の端縁を覆うようにＡｌ上部電極５とＰｄ下部電極２との短絡を防止する構造からなるものが一般的である。
【０００３】
このとき、Ｐｄ下部電極２として耐熱性および耐酸化性に優れたＰｄ，Ｐｔ等の高融点金属材料を用いることで、このＰｄ下部電極２の上部に形成するＢａＴｉＯ３誘電体膜４との反応を抑え、薄膜コンデンサの特性劣化を防止できることが一般的に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の薄膜コンデンサの構造ではコンデンサ部で発生した電荷を取出し配線として下部電極と同じ電極材料であるＰｄを使っている。これらＰｄをはじめとする高融点金属材料は、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ等の半導体または一般電子部品の配線材料に比較して体積抵抗率が非常に高くなり、その結果として薄膜コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ特性）が高くなり、インピーダンス特性の劣化を招くという課題を有している。
【０００５】
又、上部電極と下部電極との短絡防止の絶縁体として誘電体薄膜を利用していル構造をとっているために下部電極を覆う部位の誘電体薄膜の段差被覆性が劣るため、被覆欠陥部からのリーク電流が発生し、絶縁特性の劣化を招くという課題を有している。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、等価直列抵抗（ＥＳＲ特性）が低く、インピーダンス特性に優れるとともに、良好な絶縁特性が得られる薄膜コンデンサを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも表面が絶縁性を有する基板と、この基板上に設けた下部電極と、この下部電極上から基板上にわたって設けた誘電体薄膜と、この誘電体薄膜上に少なくとも下部電極の端部から上部電極と取出し電極を形成する方向に前記誘電体薄膜の一端上及び基板上にわたって電気絶縁体を設け、下部電極と接続しないで誘電体薄膜の上から電気絶縁体の上にわたって形成した上部電極と、前記基板の表面と同一面上に設けた終端電極と、前記上部電極の一部又は前記下部電極の一部と終端電極の一部に重畳するように設けた取出し電極と、終端電極の一部を除いてこれら構造体の全体を覆う保護コートとからなる薄膜コンデンサにおいて、前記取出し電極は薄膜コンデンサを構成する前記下部電極の体積抵抗率よりも低い導電性材料から形成した薄膜コンデンサであり、等価直列抵抗（ＥＳＲ特性）を十分に下げることができるのでコンデンサの優れたインピーダンス特性を実現するとともに、薄膜コンデンサのリーク電流を低く抑えることができるので優れた絶縁特性を実現する薄膜コンデンサが得られる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、取出し電極が上部電極と同一材料からなる請求項１に記載の薄膜コンデンサであり、製造プロセスの簡素化を実現することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、上部電極がＡｌ，ＣｕもしくはＣｕ−Ｎｉ合金等の単層、または下層にＮｉもしくはＣｒを設ける積層構造のいずれかからなる請求項１に記載の薄膜コンデンサであり、誘電体薄膜との間に低誘電率層を形成されにくいためにコンデンサ特性の劣化を抑制することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、上部電極と、この上部電極と接続される取出し電極とが一体の構成からなる請求項１に記載の薄膜コンデンサであり、薄膜コンデンサ形成プロセスの簡素化を実現できるとともにコンデンサ部と終端電極との間の電気的接続の信頼性を向上することができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、上部電極と、この上部電極と接続される取出し電極とが一体に構成されるとともに、前記上部電極と接続される終端電極とも一体に構成され、さらに下部電極と接続される取出し電極と終端電極も一体に構成される請求項１に記載の薄膜コンデンサであり、上部電極形成工程において上部・下部電極それぞれの取出し電極および終端電極をそれぞれ一括形成できるため、コンデンサ形成プロセスのさらなる簡素化を実現できるとともに、コンデンサ部と終端電極との間の電気的接続の信頼性をよりいっそう高めることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、電気絶縁材がエポキシ系、アクリル系またはポリイミド系樹脂を主成分とする有機系材料からなる請求項１に記載の薄膜コンデンサであり、エッジ部でのリーク電流を抑え高絶縁抵抗化を実現できるとともに、基板等の薄膜コンデンサの構成材料にダメージを与えることなくパターン加工できるという優れた加工性が得られる。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、電気絶縁体の膜厚が少なくとも薄膜コンデンサを構成する誘電体薄膜の膜厚以上から形成される請求項６に記載の薄膜コンデンサであり、誘電体薄膜のエッジ部での被覆安定性を向上させることができるので、リーク電流を低減することができる。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、保護コートの誘電率が１０以下の材料にて形成された請求項１に記載の薄膜コンデンサであり、保護コートを介しての浮遊インピーダンスを低減することができる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、保護コートがシリコン酸化物、シリコン窒化物またはこれらの混合物を主成分とする無機系材料、またはエポキシ系、アクリル系及びポリイミド系樹脂を主成分とする有機系材料の単層膜構成、あるいはこれらの積層構成からなる請求項８に記載の薄膜コンデンサであり、耐湿性、耐衝撃性に優れた信頼性の高い薄膜コンデンサを実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜コンデンサについて実施の形態及び図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１及び図１〜図４により、請求項１〜３及び請求項６〜９に記載の発明について説明する。
【００１８】
図１は本発明の実施の形態１における薄膜コンデンサの断面を示したものである。図２はその平面図を示す。
【００１９】
図１及び図２において、基板１１は容量素子を支持するためのものであり、絶縁性及び薄膜形成時における耐熱性を有しているものであれば特に制限はない。これらを満足する基板としてセラミック基板、ガラス基板、或いは表面を絶縁処理した半導体基板などを使用することができる。この基板１１の上面に下部電極１２をＰｔ，Ｐｄなどの電極材料を用いて形成している。この時、同時に終端電極１６ａ，１６ｂを形成することもできる。
【００２０】
この下部電極１２は熱的、電気的、化学的変化の少ない高融点貴金属を用いているために導電率の点では課題を有しており、容量を引出すための電極としてのみ利用している。又、Ｐｔ、Ｐｄに限らず誘電体薄膜１３と反応しにくいＩｒ、Ｉｒ酸化物、Ｒｕ、Ｒｕ酸化物等の高融点材料を用いても同等の効果が得られる。また、形成方法としては蒸着法、ＣＶＤ法及びスパッタ法などがありその方法は何であっても構わない。
【００２１】
このように形成された下部電極１２の上面に誘電体薄膜１３を形成する。この誘電体薄膜１３はチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム或いは酸化チタンなどを主成分として用い、誘電率、温度特性などを考慮しながら最適な添加物を含んだ誘電体材料を薄膜スパッタ法により形成することができる。
【００２２】
さらに誘電体薄膜１３として、前記誘電体材料に限らず、アルミニウム、タンタルをはじめとする弁金属の酸化物、あるいは鉛、バリウム、もしくはビスマスを主成分とするチタン酸化物等を用いても一向に構わない。
【００２３】
その後、下部電極１２と接続しないように前記誘電体薄膜１３の上に上部電極１４と取出し電極１７ａを形成する方向に電気絶縁体１５を形成している。この電気絶縁体１５は少なくとも下部電極１２の端部から誘電体薄膜１３の終端部及び基板１１にわたって形成している。従来の薄膜コンデンサにおいては下部電極１２と誘電体薄膜１３の膜厚による段差が発生することにより、段差部分における下部電極１２と上部電極１４の絶縁性が十分に確保できないことがあった。そのための方法として下部電極１２の面積を小さく形成すると容量が低下するという課題を有していたが、この電気絶縁体１５を形成することによって下部電極１２の形状を面積あたりの容量を最大に設計することができる。
【００２４】
この電気絶縁体１５を形成する材料としてエポキシ系、アクリル系またはポリイミド系樹脂を主成分とする有機系材料を用いることにより、生産性を低下させることなく大きな容量値を有した高信頼性の薄膜コンデンサを実現することができる。又、電気絶縁体１５の膜厚が少なくとも誘電体薄膜１３の膜厚以上に形成することにより、下部電極１２と上部電極１４の距離がどこであっても誘電体薄膜１３の膜厚以上の距離を確保していることにより、電気絶縁の信頼性を確保することができる。
【００２５】
次に前記電気絶縁体１５を形成した後、上部電極１４を下部電極１２と接続しないで誘電体薄膜１３の上から電気絶縁体１５の上にわたって形成している。この上部電極１４はＡｌ，ＣｕもしくはＣｕ−Ｎｉ合金等の単層電極を形成しても良いし、下層にＮｉもしくはＣｒ電極を形成した後その上に前記Ａｌ，Ｃｕ又はＣｕ−Ｎｉ合金を形成した積層構造のいずれかから薄膜技術を用いて形成することができる。又、上部電極１４の形成方法についても真空蒸着法に限らずスパッタ法、イオンプレーティング法等を用いることも可能である。
【００２６】
次に、取出し電極１７ａは上部電極１４と終端電極１６ａにわたって重畳接続されるとともに、取出し電極１７ｂは下部電極１２と終端電極１６ｂにわたって重畳接続されることにより薄膜コンデンサが構成される。図１では電気絶縁体１５の一部が上部電極１４の端部よりはみ出しているために電気絶縁体１５の一部に取出し電極１７ａの一部が重畳されているが、電気絶縁体１５が必ずしも取出し電極１７ａと重畳しておく必要性は無い。
【００２７】
又、この取出し電極１７ａ，１７ｂはＡｌ，Ｃｕを真空蒸着法により、コンデンサ部を構成する下部電極１２、上部電極１４および終端電極１６ａ，１６ｂの少なくとも一部に重畳する如く薄膜形成することも可能である。
【００２８】
更に終端電極１６ａ，１６ｂは下部電極１２を形成すると同時に基板１１の端縁の少なくとも内側に薄膜形成しておいてもよい。
【００２９】
最後に保護コート１８は薄膜コンデンサ部及び各電極膜を保護することによって、より高信頼性を実現するためのものである。
【００３０】
この保護コート１８としてエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、及びポリイミド系樹脂を主成分として、スピンコート法、スプレー法、スクリーン印刷法などで形成することができる。
【００３１】
又、シリコン酸化物、シリコン窒化物またはこれらの混合物を主成分とする無機系材料を薄膜形成することもできる。さらに無機系材料、有機系材料及び無機系材料と有機系材料との積層構造を用いることも可能であり、その結果より一層の耐湿性、耐衝撃性の向上を実現できるものである。
【００３２】
又、この保護コート１８は終端電極１６ａ，１６ｂの一部を除く全面に薄膜形成することもできるし、コンデンサ部のみを被覆することも可能である。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態１による薄膜コンデンサ（ａ）と従来例（ｂ）におけるインピーダンスと周波数の関係を図３に示す。
【００３４】
図３より、本発明の薄膜コンデンサは高周波領域において低いインピーダンス値を実現していることがわかる。
【００３５】
さらに、図４は本発明の実施の形態１（図４（ａ））と従来例（図４（ｂ））における印加電圧強度と絶縁抵抗の関係を示すものであり、従来例に比べて、絶縁抵抗が１桁〜２桁程度高い結果が得られており、優れた絶縁特性を実現していることが分かる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態１における薄膜コンデンサは誘電体薄膜１３と上部電極１４との段差部分において電気絶縁体１５を設けた後に前記上部電極１４を形成するように構成することと、コンデンサ部と終端電極１６ａ，１６ｂとの間を結ぶ取出し電極１７ａ，１７ｂとしてＡｌ，Ｃｕ及びＣｕ−Ｎｉ合金などの低抵抗金属材料を用いることにより、図３、図４に示すように従来例における電極構造に比べて、等価直列抵抗が低く、優れたインピーダンス特性が得られるとともに電気絶縁性に優れた薄膜コンデンサを実現することができるものである。
【００３７】
本発明の実施の形態１における薄膜コンデンサは薄膜コンデンサ要部のみの記載であるが、回路実装基板等へ実装する薄膜コンデンサの形態としては終端電極１６ａ，１６ｂ上に半田もしくはＡｕ等のバンプを設けるか、あるいは基板の端縁部からコンデンサ部を形成していない裏側の基板面にかけて略コの字型の電極を設けることも可能である。
【００３８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２及び図５により請求項４に記載の発明を説明する。
【００３９】
図５は本発明の実施の形態２における薄膜コンデンサの断面図を示す。図５において基板１１、下部電極１２、誘電体薄膜１３、取出し電極１７ｂ、終端電極１６ａ，１６ｂ及び保護コート１８は実施の形態１と同じであるので、説明は省略する。特に実施の形態１と異なる点は、上部電極１４とこの上部電極１４と重畳接続される取出し電極１７ａとを一体に構成した点である。この時の上部電極１４はＡｌ，ＣｕもしくはＣｕ−Ｎｉ合金等の単層電極を形成しても良いし、下層にＮｉもしくはＣｒ電極を形成した後その上に前記Ａｌ，Ｃｕ又はＣｕ−Ｎｉ合金を形成した積層構造のいずれかから実施の形態１にて説明した薄膜技術を用いて構成することにより薄膜コンデンサを形成することができるものである。
【００４０】
この場合において、生産性を考えると単層電極構成が適しており、より高信頼性を求めるのであれば積層構造の上部電極１４及び取出し電極１７ａの一体構成を適宜選択することができる。
【００４１】
この構成により、薄膜コンデンサ形成プロセスの簡素化を実現するとともに、コンデンサ部と終端電極１６ａとの間の電気的接続の信頼性を向上することができるものである。
【００４２】
図５の薄膜コンデンサの下部電極１２と上部電極１３の取出し電極１７ａ，１７ｂは直線上に配置している構成を一例として説明しているが、下部電極１２及び取出し電極１７ｂと上部電極１４及び取出し電極１７ａを任意の角度の方向に形成することも可能である。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３及び図６により、請求項５に記載の発明を説明する。
【００４４】
図６は本発明の実施の形態３における薄膜コンデンサの断面図を示す。
【００４５】
図６において実施の形態１における薄膜コンデンサと異なる点は、上部電極１４と、この上部電極１４と重畳接続される取出し電極１７ａとが一体に構成されるとともに、前記取出し電極１７ａと重畳接続される終端電極１６ａまでが全て一体構成とした点である。さらに下部電極１２と重畳接続される取出し電極１７ｂが上部電極１４、取出し電極１７ａ、終端電極１６ａの形成時に一括形成されるとともに、前記取出し電極１７ｂと重畳接続される終端電極１６ｂを一体形成したものであり、下部電極１２以外の全ての電極をＡｌ，ＣｕもしくはＣｕ−Ｎｉ合金等の単層電極にて形成しても良いし、下層にＮｉもしくはＣｒ電極を形成した上に前記Ａｌ，Ｃｕ又はＣｕ−Ｎｉ合金を形成した積層電極構造のいずれかを用いて構成することによりコンデンサ形成プロセスのさらなる簡素化を実現できるとともに、コンデンサ部と終端電極１６ａ，１６ｂとの間の電気的接続の信頼性をより一層高めることができる。
【００４６】
又、この薄膜コンデンサを部品として実装するときに終端電極１６ａ，１６ｂにワイヤボンディング接続する場合においてはその最表面電極材料をＡｌにて形成することが良く、はんだバンプ電極にて接続する場合においてはＣｕ電極が最適である。このように接続方法によって適宜最表面の電極材料を低抵抗材料より選択することによって最適な接続形成を実現することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の薄膜コンデンサは構成されるため、等価直列抵抗を十分に下げることができることから優れたインピーダンス特性を実現するとともに、コンデンサ部のリーク電流を抑えることができるので優れた絶縁特性を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における薄膜コンデンサの断面図
【図２】同平面図
【図３】同インピーダンスと周波数の関係を示す特性図
【図４】（ａ）同電圧強度と絶縁抵抗の関係を示す特性図
（ｂ）従来の薄膜コンデンサの電圧強度と絶縁抵抗の関係を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態２における薄膜コンデンサの断面図
【図６】本発明の実施の形態３における薄膜コンデンサの断面図
【図７】従来例における薄膜コンデンサの断面図
【符号の説明】
１１　基板
１２　下部電極
１３　誘電体薄膜
１４　上部電極
１５　電気絶縁体
１６ａ，１６ｂ　終端電極
１７ａ，１７ｂ　取出し電極
１８　保護コート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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