(57)【要約】【課題】積層化による耐湿信頼性の低下を抑制した積層薄膜コンデンサを提供する。【解決手段】支持基板上に設けられた、少なくとも複数の電極層２、４と複数の誘電体層３と外部との接続に用いる外部端子５、６と保護層７で構成される積層型薄膜コンデンサにおいて、各誘電体層３の外周辺が、他の誘電体層層３ａ、３ｂ、３ｃの外周辺と交差しないように、誘電体層を変位させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板上に、一方極性の電極層と他方極性の電極層との間に誘電体層を挟持した容量領域を複数積層するとともに、同一極性の電極層どうしを接続する外部端子を備え、誘電体層を覆い且つ外部端子が露出するような開口部を備えた保護層を有する積層型薄膜コンデンサにおいて、
前記誘電体層は、その外周辺が他の誘電体層の外周辺と互いに交差することがないことを特徴とする積層型薄膜コンデンサ。
【請求項２】
前記複数の誘電体層のうち上側に位置する誘電体層は、平面上、下側に位置する誘電体層の配置領域を包含して形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層型薄膜コンデンサ。
【請求項３】
前記複数の誘電体層のうち上側に位置する誘電体層は、平面上、下側に位置する誘電体層の配置領域内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層型薄膜コンデンサ。
【請求項４】
前記複数の同一極性を有する電極層のうち上側に位置する電極層は、平面上、下側に位置する電極層の形成領域内に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の積層型薄膜コンデンサ。
【請求項５】
前記複数の同一極性を有する電極層のうち上側に位置する電極層は、平面上、下側に位置する電極層の形成領域を包含していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の積層型薄膜コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型薄膜コンデンサ、即ち、支持基板上に第１の一方極性の電極層、第１の誘電体層、第１の他方極性の電極層、第２の誘電体層、第２の一方極性の電極層、第３の誘電体層、第２の他方極性の電極層、第４の誘電体層・・の順に積層した積層型薄膜コンデンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、電子機器の小型化に伴い、電子機器内に設置される電子部品にも小型化の要求があり、コンデンサとしては、積層セラミックコンデンサなどを用いて既にハンドリング可能な大きさ程度まで、小型化が実現されている。
【０００３】
一方、電子機器の小型化にも使いやすい大きさという点から、下限に達しつつあり、今後は、軽量化、薄型化、高機能化の要求が強くなると予想される。
【０００４】
電子部品の薄型化、高機能化に適したコンデンサとして、薄膜コンデンサがある。誘電体層の厚みを１μｍ以下に薄膜化したものが既に開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、小型、大容量を得る目的で複数の電極層と複数の誘電体層とを積層させた積層型の薄膜コンデンサもいくつか開示されている（例えば、特許文献２，３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６０−９４７１６号公報
【特許文献２】
特開平７−１６９６４８号公報
【特許文献３】
特開平１１−２１４２４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
単に誘電体層の厚みを薄くし、積層するだけでは、実用に耐えうる薄膜コンデンサを作製することはできない。特に、コンデンサとしての信頼性の観点から充分な絶縁性を確保することは、重要な問題である。
【０００７】
図６（ａ）（ｂ）は、従来の積層型薄膜コンデンサの一例である。図６（ａ）は平面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【０００８】
支持基板２１上には、第１の一方極性の電極層２２ａ、第１の誘電体層２３ａ、第１の他方極性の電極層２４ａ、第２の誘電体層２３ｂ、第２の一方極性の電極層２２ｂ、第３の誘電体層２３ｃ、第２の他方極性の電極層２４ｂ、保護層２７が順に積層した積層型薄膜コンデンサである。即ち、一方極性の電極層（総じて２２という）と、他方極性の電極層（総じて２４という）とによって、３つの誘電体層（総じて２３という）が挟持されて、３つの容量領域が積層されている。図６では、一方極性の電極層２２の端部は、誘電体層２３よりも図の下側に延出して、延出端部で形成される段差部には外部端子２５が設けられている。また、他方極性の電極層２４の端部は、誘電体層２３よりも図の上側に延出して、延出端部で形成される段差部に外部端子２６が設けられている。保護層２７は誘電体層２３を被覆し、外部端子２５、２６が露出するような開口部が設けられている。
【０００９】
このような積層型薄膜コンデンサでは、誘電体層を積層する為、誘電体層の有無による段差部Ｓが存在し、この段差部Ｓの処理をどのようにするかが耐湿信頼性を確保する観点から重要な問題の一つである。
【００１０】
特に、積層数が増えるにつれて、段差部Ｓが顕著となり、段差部Ｓ側の端部を被覆するための保護層２７厚みの確保が困難になり、充分な耐湿信頼性が確保されない問題がある。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、積層数によらず、誘電体層の有無による段差に起因する耐湿信頼性の低下を抑制した積層型の薄膜コンデンサを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜コンデンサは、支持基板上に、一方極性の電極層と他方極性の電極層との間に誘電体層を挟持した容量領域を複数積層するとともに、同一極性の電極層どうしを接続する外部端子を備え、誘電体層を覆いかつ外部端子が露出するような開口部を備えた保護層を有する積層型薄膜コンデンサにおいて、
前記誘電体層は、その外周辺が他の誘電体層の外周辺と互いに交差することがない。
【００１３】
また、前記複数の誘電体層のうち上側に位置する誘電体層は、平面上、下側に位置する誘電体層の配置領域を包含して形成されている。
【００１４】
さらに、前記複数の誘電体層のうち上側に位置する誘電体層は、平面上、下側に位置する誘電体層の配置領域内に形成されている。
【００１５】
さらに、前記複数の同一極性を有する電極層のうち上側に位置する電極層は、平面上、下側に位置する電極層の配置領域内に形成されている。
【００１６】
さらに、前記複数の同一極性を有する電極層のうち上側に位置する電極層は、平面上、下側に位置する電極層の配置領域を包含して形成されている。
【００１７】
【作用】
本発明の薄膜コンデンサの誘電体層は、その外周辺が誘電体層の外周辺と互いに交差することなく変位されて形成されている。このため、容量領域の積層数が増加しても誘電体層の有無による段差が誘電体層厚みの一層分となり、積層数によらず、保護層の被覆性は変わらず、充分な耐湿信頼性が確保することができる。
【００１８】
また、複数の誘電体層において、上層の誘電体層は下層の誘電体層を包含するように、また、下層の誘電体層の内側領域に配置されているので、より充分な耐湿信頼性が確保することができる。
【００１９】
さらに、複数の同一極性を有する電極層において、上層の電極層は下層の電極層の内側領域に、また、下層の電極層を包含するように配置されているので、さらに充分な耐湿信頼性が確保することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の積層型薄膜コンデンサを図面に基づいて詳説する。
【００２１】
図１は、外部端子、保護層を有した３つの容量領域を積層した積層型薄膜コンデンサを示し、図１（ａ）はその平面図であり、図１（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２２】
本発明の積層型薄膜コンデンサは、支持基板１上に、第１の一方極性の電極層２ａ、第１の誘電体層３ａ、第１の他方極性の電極層４ａ、第２の誘電体層３ｂ、第２の一方極性の電極層２ｂ、第３の誘電体層３ｃ、第２の他方極性の電極層４ｂが順に積層した積層型薄膜コンデンサである。即ち、一方極性の電極層（総じて２という）と、他方極性の電極層（総じて４という）とによって、３つの誘電体層（総じて３という）が挟持されて、３つの容量領域が積層されている。
【００２３】
また、一方極性の電極層２の端部は、誘電体層３よりも図の下側に延出して、延出端部で形成される段差部には、各電極層２ａ、２ｂに跨がって外部端子５が設けられている。また、他方極性の電極層４の端部は、誘電体層３よりも図の上側に延出して、延出端部で形成される段差部には、各電極層４ａ、４ｂに跨がって外部端子６が設けられている。保護層７は、誘電体層３を全て被覆する形で形成されており、また、外部端子５，６が露出するようその該当する位置に開口部を有している。
【００２４】
しかも、誘電体層３の左右側においては、上層側の誘電体層３は、下層に位置する誘電体層３を包含するように形成されている。例えば、図２の誘電体パターン図から明らかのように、第１の誘電体層３ａは、その形状は第２の誘電体層３ｂよりも小さく設定されている（図２（ｂ））。また、第２の誘電体層３ｂは、その形状は第３の誘電体層３ｃよりも小さく設定されている（図２（ｄ））。また、第３の誘電体層３ｃは、その形状は保護層７よりも小さく設定されている（図２（ｆ））。そして、保護層７は、その形状はすべての誘電体層３よりも大きく設定されており、外部端子５，６が露出するよう該当する位置に開口部を有している（図２（ｈ））。
【００２５】
尚、図２（ａ）、（ｃ）には、一方極性の電極層２ａ，２ｂのパターンを、図２（ｅ），（ｇ）には、他方極性の電極層４ａ，４ｂのパターンを示している。また、図２（ｈ）は、２つの一方極性の電極層２ａ，２ｂが誘電体層３から延出する端部に跨がって形成される外部端子５及び２つの他方極性の電極層４ａ，４ｂが誘電体層３から延出する端部に跨がって形成される外部端子６の電極パターンを示している。
【００２６】
即ち、誘電体層３に着目すると、誘電体層３は、その外周辺が誘電体層３の外周辺と互いに交差（一致することも含む）することなく変位されて配置されている。これに対して、従来では、例えば、各誘電体層２３の外周辺が一致しており、境界部分で段差部Ｓが大きくなり、段差部Ｓで保護層２７の厚みが薄くなるのに対して、本実施例では、誘電体層３の外周領域では、全体として緩やかな段差部となっており、保護層７が極端に薄くなる部分がなくなっている。
【００２７】
尚、図１（ａ）の平面図では、誘電体層３を破線で示している。また、外部と接続する外部端子５、６は平面図において黒色で示した。
【００２８】
図１（ａ）の平面図に示すように、積層型薄膜コンデンサは、誘電体層３の外周辺が、他の誘電体層３の外周辺と交差しないように変位して配置されており、図１（ｂ）の断面図から誘電体層３のすべて端部において、保護層７の被覆状態が、積層数に関わらず、同じ被覆状態、即ち、緩やかな段差状となる。
【００２９】
これにより、誘電体層３の積層数が増加しても、誘電体層７中で段差による段切れが発生することなく、コンデンサとしての耐湿信頼性が悪くなることはなく、また、絶縁劣化しにくい構造となる。
【００３０】
図３は、本発明の積層型薄膜コンデンサの他の実施例を示すものであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【００３１】
この実施例では、図１では、積層構造の上層に位置する誘電体層は、下層に位置する誘電体層の配置領域を包含するように形成されていたのに対して、逆の積層構造となっている。尚、電極層、誘電体層の符合を図１と同一符合を付す。
【００３２】
支持基板１側から最下層に位置する第１の誘電体層３ａは、その形状は第２の誘電体層層３ｂよりも大きく設定されている。また、第２の誘電体層３ｂは、その形状は第３の誘電体層３ｃよりもさらに大きく設定されている。そして、保護層７は、全ての誘電体層３よりも大きく設定されており、外部端子５，６が露出するようにその該当位置に開口部を有した設定となっている。
【００３３】
尚、図１の積層型薄膜コンデンサも、図３に示す積層型薄膜コンデンサも、各電極層２、４の延出端部に設ける外部端子５、６として、各電極層２、４の延出端部側の誘電体層３の境界部分で誘電体層３の厚み及び積層数による段差が発生する。しかし、外部端子５、６を各電極層２、４の端部に跨がって形成し、場合よっては、外部端子５、６の厚みを厚くしたり、薄膜技法で下地導体膜を形成し、ハンダなどのバンプ部材を形成することにより、高い信頼性の外部端子５、６を得ることができる。
【００３４】
図４は、さらに別の積層型薄膜コンデンサの概略図を示す。この実施例では、一方極性の電極層１２、他方極性の電極層１４において配置領域内の複数箇所に外部端子１５、１６が形成される低インダクタンスの積層型薄膜コンデンサである。図４では、合計４つの外部端子１５、１６が２行２列に配置されている。図４（ａ）は平面図である。
【００３５】
図４（ｂ）、（ｆ）は、それぞれ第１の一方極性の電極層１２ａ、第２の一方極性の電極層１２ｂの電極パターン図である。図４（ｂ）、（ｆ）において、電極パターンの右上及び左下の比較的大きな円は、他方極性の電極層１４どうしを接続する導体と短絡しないように形成された貫通孔Ｘであり、電極パターンの左上及び右下の小さな円は、一方極性の電極層１２どうしが接続する導体部位Ｙを示しており、上述の端子下地層１５Ｙの形成位置に対応する。
【００３６】
また、図４（ｄ）、（ｈ）は、それぞれ第１の他方極性の電極層１４ａ、第２の他方極性の電極層１４ｂの電極パターン図である。図４（ｄ）、（ｈ）において、電極パターンの左上及び右下の比較的大きな円は、一方極性の電極層１２どうしを接続する導体と短絡しないように形成された貫通孔Ｗであり、上述の導体部位Ｙに対して一回りを大きくなっている。また、電極パターンの右上及び左下の小さな円は、他方極性の電極層１４どうしが接続する導体部位Ｚを示しおり、上述の貫通孔Ｘ内に相当し、同時に、上述の端子下地層１６Ｚの形成位置に対応する。
【００３７】
また、図４（ｊ）は各誘電体層１３の貫通孔に形成され、且つ各一方極性の電極層１２と外部端子１５とを接続し、また、各他方極性の電極層１４と外部端子１６とを接続する端子下地層１５Ｙ、１６Ｚのパターンを示す。
【００３８】
また、図４（ｃ），（ｅ），（ｇ）は第１の誘電体層１３ａ、第２の誘電体層１３ｂ、第３の誘電体層１３ｃのパターンを示し、誘電体層１３の外部端子１５、１６形成領域に対応するように貫通孔１３Ｘ、１３Ｗが形成されている。
【００３９】
ここで、各誘電体層の外周形状は、支持基板から上層に向かって、誘電体厚みの２０倍以上の変位を持って大きくなるように形成している。このようにすれば、全ての誘電体層１３について、外周辺が交差することがなく、誘電体層１３の外周領域で緩やかな階段状の段差部とすることができる。
【００４０】
さらに、図４（ｉ）は保護層１７のパターンを示し、すべての誘電体層３のパターンを包含し、外部端子１５、１６形成領域に対応するように貫通孔１７Ｘ、１７Ｗが形成されている。
【００４１】
尚、図４の積層型薄膜コンデンサは、外部端子１５、１６として、２列に千鳥状に２端子づつ形成しているが、各列に外部端子１５、１６を４端子づつ交互に形成し、しかも、１列目と２列目の同一極性の外部端子を千鳥状に配置してもよい。尚、列の数も、その列の中の外部端子数も、容量領域で発生する容量値、インダクタンス成分を考慮して、任意数だけ形成してもよい。その一例として、２列×８端子の１６端子を有する積層型薄膜コンデンサを図５に示す。尚、図５においては、図４と同一符号を付している。
【００４２】
以上、本発明の積層型薄膜コンデンサの構造において、２層の一方極性の電極層２、２層の他方極性の電極層４、３層の誘電体層が３層の例を示したが、構造から明らかなように、積層数に制限されるものではない。
【００４３】
外部との接続に用いる端子部５、６は形状としては、図示したバンプ形状が望ましいが、特に限定されるものではない。図示したバンプ形状の場合、その形成位置は、同じ極性の電極層同士を接続していれば、外部端子５、６を電極層２、４に複数形成しても構わない。尚、外部端子５、６は、回路基板などの実装時に発生する熱応力による容量領域へのダメージを考慮すると、誘電体層３の上方に形成しない方が望ましい。
【００４４】
また、耐湿信頼性を確保する為には、保護層としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘなど透湿係数の低い無機系の膜が望ましく、比較的、透湿係数の低いベンゾシクロブテン（ＢＣＢ樹脂）やポリイミド樹脂などの有機系の膜でもよい。また、より信頼性を確保する為に、複数を組み合わせても良い。
【００４５】
【実施例】
図４に示す積層型薄膜コンデンサで、外部端子１５、１６が合計２列×８端子の１６端子を有する積層型薄膜コンデンサを作成した。電極層１２、１４、端子の端子下地層１５Ｙ、１６Ｚの形成はＤＣスパッタ装置を用い、誘電体層１３の形成はＲＦスパッタ装置を用いた。
【００４６】
先ず、厚さ０．２５ｍｍのサファイア単結晶基板上に、チタン酸化物からなる密着層を形成し、その上に６０ｎｍのＰｔ電極層を形成した。フォトリソグラフィの技術を用いて、第１の一方極性の電極層１２ａをパターンに加工した。
【００４７】
加工された電極層１２ａの上に、２５０ｎｍのＢａ０．５Ｓｒ０．５ＴｉＯ３からなる誘電体層１３を形成した。電極層同様、フォトリソグラフィの技術を用いて、第１の他方極性の電極層１４ａをパターンに加工した。
【００４８】
さらに第２の誘電体層１３ｂ、第２の一方極性の電極層１２ｂ、第３の誘電体層１３ｃ、第２の他方極性の電極層１４ｂ、を順次、形成、パターン加工を繰り返し、誘電体層３層、電極層４層の薄膜コンデンサを形成した。このとき、下層に位置する電極層１２ａから上層に向かって、加工精度を考慮し、各誘電体層１３の外周形状および各電極層１２、１４の外周形状が１０μｍづつ小さくなるように設定した。
【００４９】
次に、端子部を形成するための下地層を１．０μｍのＮｉ層と０．１μｍのＡｕ層とで形成し、フォトリソグラフィの技術を用いてパターンに加工した。この後、ＣＶＤ装置にて２．０μｍのシリカ膜を形成し、フォトリソグラフィの技術を用いて端子部を形成するための下地層の一部が露出するように開口部を有する保護層にパターン加工し、さらに光感光性ＢＣＢを塗布し、露光、現像を行い、端子部を形成するための下地層の一部が露出するように開口部を有する保護層を形成した。さらに、スクリーン印刷技術を用いて、保護層の開口部に市販のはんだペーストを転写、リフローを行い、はんだバンプを形成し、本発明の積層型の薄膜コンデンサを得た。これを本発明の試料とする。
【００５０】
同様の手法を用いて、各誘電体層の外周形状が同一の従来の積層型の薄膜コンデンサを得た。これを比較試料例とする。
【００５１】
各試料例に対して、湿中負荷試験を行った結果を表１にまとめる。湿中負荷試験は、８５℃／８５％／２．５Ｖ／１，０００時間／２４個で行った。絶縁抵抗は、室温／２．５Ｖ／６０秒印加の条件で測定した。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
静電容量に関しては、いずれの試料においても、試験前後において大きな変化はなかった。
【００５４】
試験前の絶縁抵抗においては大きな差はないが、試験後の絶縁抵抗において差が顕著となり、本発明試料例の方が優れていることがわかる。
【００５５】
表１から明らかなように、本発明の薄膜コンデンサは従来品と比べて湿中負荷試験による絶縁抵抗の劣化も抑えられており、保護膜が湿度の侵入を効果的に防いでいることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の積層型薄膜コンデンサは、誘電体層の端部の外周辺が、他の誘電体層の外周辺と交差しないように変位して形成している。このため、積層数が増加しても誘電体層の有無による段差が誘電体厚みとなり、誘電体層への保護層の被覆性は変わらず、充分な耐湿信頼性が確保することができる。また、複数の同一極性を有する電極層において、上層の電極層は下層の電極層の内側にあるので、電極層端部の段差も少なくなり、より充分な耐湿信頼性が確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の積層型薄膜コンデンサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は図１の積層型薄膜コンデンサを各電極層のパターン図であり、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）は各誘電体層のパターン図であり、（ｈ）は保護層のパターン図であり、（ｉ）は外部端子のパターン図である。
【図３】（ａ）は、本発明の他の積層型薄膜コンデンサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の別の積層型薄膜コンデンサを示すものであり、（ａ）はその全体の平面図であり、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は各電極層のパターン図であり、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は各誘電体層のパターン図であり、（ｉ）は保護層のパターン図であり、（ｊ）は外部端子の下地層のパターン図である。
【図５】本発明の別の積層型薄膜コンデンサを示すものであり、（ａ）はその全体の平面図であり、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）は各電極層のパターン図であり、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）は各誘電体層のパターン図であり、（ｉ）は保護層のパターン図であり、（ｊ）は外部端子の下地層のパターン図である。
【図６】従来の積層型薄膜コンデンサを示し、（ａ）は、その平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
２、２ａ、２ｂ、１２、１２ａ、１２ｂ・・・一方極性の電極層
４、４ａ、４ｂ、１４、１４ａ、１４ｂ・・・一方極性の電極層
３、３ａ〜３ｃ、１３、１３ａ〜１３ｃ・・・誘電体層
【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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