(57)【要約】【課題】低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化による高周波特性に優れ、小形で低コストで製造し得る高周波キャパシタを提供すること。【解決手段】ベース基板を兼ねた第一の電極１０と、該第一の電極１０の表面に形成の誘電体酸化皮膜層上１２に設けられた第二の電極１３と、前記第一の電極１０における端子電極導通部１１と、前記第二の電極１３の端子電極導通部１７にそれぞれ接続され、かつ第二の電極１３面側より取り出されたそれぞれの端子電極１４、１５とを含み、ベース基板にアルミニウムなどの金属の使用により、基板表面が陽極化成されて誘電体酸化皮膜層（ＡＩ２０３）１２が容易に得られ、基板と第一の電極１０及び誘電体酸化皮膜層１２とが一体化したキャパシタが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板を兼ねた第一の電極（１０）と、
該第一の電極（１０）の表面に形成された誘電体酸化皮膜層（１２）上に設けられた第二の電極（１３）と、
前記第一の電極（１０）における端子電極導通部（１１）と、前記第二の電極（１３）にそれぞれ接続され、かつ第二の電極（１３）面側より取り出されたそれぞれの端子電極（１４）、（１５）と
を含む構成を特徴とする高周波キャパシタ。
【請求項２】
前記第一の電極（１０）表面の誘電体酸化皮膜層（１２）は、エッチング等による粗面化処理を経て形成されていることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項３】
前記第二の電極（１３）は、前記誘電体酸化皮膜層（１２）の仕事関数よりも小さな導電性材料が用いられて、前記第一の電極（１０）が陽極端子とされ、前記第二の電極（１３）が陰極端子とされていることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項４】
前記第二の電極（１３）は、前記誘電体酸化皮膜層（１２）の仕事関数よりも大きな導電性材料が用いられて無極化されていることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項５】
前記第一及び第二の電極（１０）、（１３）と接続の前記端子電極（１４ａ〜１４ｈ）、（１５ａ〜１５ｈ）は、それぞれ複数個所から取り出され、かつそれぞれの端子電極の極性が交互に入れ変わるように配置されていることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項６】
前記第二の電極（１３）は、前記第一の電極（１０）における端子電極導通部（１１）から前記誘電体酸化皮膜層（１２）を残したまま距離（Ｌ）だけ空けた該誘電体酸化皮膜層（１２）上に設けられ、かつ距離（Ｌ）は前記誘電体酸化皮膜層（１２）の厚さ（ｔ）の５倍以上で１ｍｍ以下に設定されいることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項７】
前記第二の電極（１３）の一部分、又は前記第一の電極（１０）の側面及び／又は第一の電極（１０）の裏面に、酸化絶縁保護膜層（２０）が形成されていることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項８】
前記第二の電極（１３）が複数分割して設けられ、これら複数の第二の電極（１３ａ〜１３ｄ）の電極面積が変化せられて各種容量値が実現されることを特徴とする請求項１の高周波キャパシタ。
【請求項９】
ベース基板を兼ねた第一の電極（１０）と、
該第一の電極（１０）の表面に形成の誘電体酸化皮膜層（１２）上に設けられた第二の電極（１３）と、
該第二の電極（１３）の上に交互に複数層積層配線された誘電体酸化皮膜層（２１）及び前記第一の電極（１０）と内部接続された第三の電極（２２）と、
前記第一及び第二の電極（１０）、（１３）における端子電極導通部（１１）、（１７）にそれぞれ接続され、かつ第二の電極（１３）面側より取り出されたそれぞれの端子電極（１４）、（１５）とを含む構成を特徴とする高周波キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メインフレームやＰＣ（パーソナルコンピュータ）など高速で動作するＬＳＩの電源デカップリング用などに使用される高周波キャパシタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの高速化に伴い、高周波帯における電源インピーダンスの低減を目的としたキャパシタの低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が不可欠となっている。
【０００３】
そこで、この低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化を目的として、検討され開発されてきている。
【０００４】
従来の薄膜キャパシタの構造について図１１を参照して説明する。シリコン、サファイアなどの絶縁性基板１上に第一の電極である下部電極２が形成され、次いで、下部電極２上に順次に誘電体薄膜層３、第二の電極である上部電極４が形成され、上下部電極４、２にはバリアメタル５、６を介してはんだバンプ端子７、８が接続され、更に上部電極４の表面及び側面には絶縁保護膜層９が形成されて構成されている。
【０００５】
そして、誘電体薄膜層３としては、比較的誘電率の大きなセラミック材料（例えば、ＢＳＴ；ＢａＳｒＴｉＯ３など）が使用され、バンプ端子７、８は低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化するために、上下部の電極４、２面には複数個設けられている。又、バリアメタル（Ｎｉ、Ｃｒなど）５、６はバンプ端子７、８と電極材料間で熱拡散を防止するために挿入され、ポリイミドなどの絶縁保護膜層９は上部電極４の機械的保護や、下部電極２から取り出されたバンプ端子８との電気的短絡を避けるために使用されている。
【０００６】
しかしながら、誘電体薄膜層３にセラミック材料が使用されている前述の従来の薄膜キャパシタでは、誘電率を増大させるために成膜やアニールなど３００〜８００℃の高温化で処理することが必要であった。このために、電極材料は酸化の影響を受け難い貴金属類（Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕなど）を使用するのが一般的であり、コストアップの大きな原因となっていた。
【０００７】
又、誘電体薄膜３の膜厚を高精度に得るためのスパッタ装置やパーチクルによる誘電体耐圧劣化を排除するためのクリーンルームの建設など設備投資も大掛かりとなり易く、コストダウンの障害となっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、従来の薄膜キャパシタに存在する課題を解決し、低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化による高周波特性に優れ、小形で低コストで製造し得る高周波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】
この目的のため、請求項１に係る発明は、ベース基板を兼ねた第一の電極１０と、該第一の電極１０の表面に形成された誘電体酸化皮膜層１２上に設けられた第二の電極１３と、前記第一の電極１０における端子電極導通部１１と、前記第二の電極１３にそれぞれ接続され、かつ第二の電極１３面側より取り出されたそれぞれの端子電極１４、１５とを含む構成を特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記第一の電極１０表面の誘電体酸化皮膜層１２は、エッチング等による粗面化処理を経て形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記第二の電極１３は、前記誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数よりも小さな導電性材料が用いられて、前記第一の電極１０が陽極端子とされ、前記第二の電極１３が陰極端子とされていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、前記第二の電極１３は、前記誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数よりも大きな導電性材料が用いられて無極化されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、前記第一及び第二の電極１０、１３と接続の前記端子電極１４ａ〜１４ｈ、１５ａ〜１５ｈは、それぞれ複数個所から取り出され、かつそれぞれの端子電極の極性が交互に入れ変わるように配置されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６に係る発明は、前記第二の電極１３は、前記第一の電極１０における端子電極導通部１１から前記誘電体酸化皮膜層１２を残したまま距離Ｌだけ空けた該誘電体酸化皮膜層１２上に設けられ、かつ距離Ｌは前記誘電体酸化皮膜層１２の厚さｔの５倍以上で１ｍｍ以下に設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７に係る発明は、前記第二の電極１３の一部分、又は前記第一の電極１０の側面及び／又は第一の電極１０の裏面に、酸化絶縁保護膜層２０が形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８に係る発明は、前記第二の電極１３が複数分割して設けられ、これら複数の第二の電極１３ａ〜１３ｄの電極面積が変化せられて各種容量値が実現されることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９に係る発明は、ベース基板を兼ねた第一の電極１０と、該第一の電極１０の表面に形成の誘電体酸化皮膜層１２上に設けられた第二の電極１３と、該第二の電極１３の上に交互に複数層積層配線された誘電体酸化皮膜層２１及び前記第一の電極１０と内部接続された第三の電極２２と、前記第一及び第二の電極１０、１３における端子電極導通部１１、１７にそれぞれ接続され、かつ第二の電極１３面側より取り出されたそれぞれの端子電極１４、１５とを含む構成を特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る高周波キャパシタは、従来の薄膜キャパシタにおけるシリコン、サファイアなどの絶縁性基板１に相当するアルミニウムなどのベース基板自身が第一の電極となり、該第一の電極と誘電体酸化皮膜層とが一体化することによって、従来の薄膜キャパシタに比べて安価な電極材料が使用できるなどして大幅なコストダウンなどが可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図２は本発明に係る高周波キャパシタの一例での断面図である。同図において、本高周波キャパシタはベース基板を兼ねた第一の電極と、該第一の電極上に誘電体酸化皮膜層を介して設けられた第二の電極及び各電極と接続の端子電極を含んでいる。
【００２１】
第一の電極１０となるベース基板は、基板自身が第一の電極１０となるようなＡｌなどの金属基板が使用され、該ベース基板における端子電極導通部１１を除いた表面に誘電体酸化皮膜層１２が形成され、端子電極導通部１１が第一の電極として利用される。
したがって、ベース基板材料としては、誘電体酸化皮膜層１２が形成されたときの誘電率が比較的大きなＡｌやＴａなどの弁金属が有利となる。
【００２２】
誘電体酸化皮膜層１２は陽極酸化、熱酸化、酸素イオンの打ち込みなどの方法で容易に形成され、中でも陽極酸化法は１００℃以下の低温プロセスが可能であり、量産性にも優れている。
【００２３】
例えば、ベース基板にＡｌを使用した場合において、パラトルエンスルフォン酸などの溶液中で陽極化成した場合には、比誘電率が〜７程度のＡｌ２０３の誘電体酸化皮膜層１２が得られる。
【００２４】
この誘電体酸化皮膜層１２の上部に第二の電極１３が形成され、キャパシタが発現される。
【００２５】
第二の電極１３の材料としては、Ａｌ、Ａｕなどの金属材料やＰＥＤＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）、プロピポリピロールなどの導電性高分子が可能である。
【００２６】
ここで、第二の電極１３に誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数（φｉ）より小さな材料（例えば導電性高分子）が使用された場合には、誘電体酸化皮膜層１２と第二の電極１３との接合する部分がオーミック接触となるので、第一の電極１０が陽極端子とされ、第二の電極１３が陰極端子とされた有極性のキャパシタが得られる。
【００２７】
一方、誘電体酸化皮膜層１２の仕事関数（φｉ）より大きな第二の電極材料が使用された場合（例えばベース基板と同一のＡｌが使用された場合）には、全波整流形となるので、無極性化が可能となる。
【００２８】
このように構成されたキャパシタによって得られる容量値Ｃは、一般に以下のパラメータによって決定される。
Ｃ＝ε０・εｓ・Ｓ／ｔ
ここに
ε０    真空中の誘電率
εｓ    誘電体酸化皮膜層１２の比誘電率
Ｓ      第一の電極１０（ベース基板）及び第二の電極１３との交叉面積
ｔ      誘電体酸化皮膜層１２の厚み
【００２９】
陽極酸化の方法により誘電体酸化皮膜層１２が形成される場合には、化成電圧を変えることで誘電体酸化皮膜層１２の厚みを数ｎｍ〜数千ｎｍ程度に調整可能であり、Ａｌ２０３の場合、数百ｎＦ以下／ｃｍ２の容量値を得ることができる。
【００３０】
更に容量値を大きくしたい場合には、図３に示されているように、ベース基板（１０）の表面をエッチングなどにより粗面化して実効表面積を増大させた粗面１０ａ上に誘電体酸化皮膜層１２を形成すれば、数μＦ以下／ｃｍ２の容量値を得ることも可能である。
【００３１】
但し、エッチピット内に第二の電極１３が充分回り込むようにすることが要求される。エッチピット内への充填が比較的容易な導電性高分子を利用するのも一つの方法である。
【００３２】
上述のキャパシタを実際の回路基板に実装するためには、端子電極が必要であり、第一及び第二の電極１０、１３と接続のバンプ端子１４、１５が第二の電極１３面側より取り出されている。
【００３３】
第一の電極１０と接続のバンプ端子１４は、誘電体酸化皮膜層１２に形成の端子電極導通部１１（図３に示されているように、誘電体酸化皮膜層１２が形成された後に誘電体酸化皮膜層１２の一部がエッチングにより除去されて形成された端子電極導通部１１を含む）に、バリアメタル１６を介して接続され、バンプ端子１５は、第二の電極１３の導通部１７にバリアメタル１６を介して接続されている。
【００３４】
バンプ端子１４、１５のバンプ材料としては、ＳｎＰｂやＳｎＡｇはんだが使用され、又、バリアメタル１６は例えばＴｉ／Ｎｉなどが使用され、熱による金属拡散を防止するために介装される。
【００３５】
図２において、第二の電極１３の表面及び側面には、酸化絶縁保護膜層１８が形成されている。酸化絶縁保護膜層１８は湿度、汚染、機械的接触からのキャパシタの保護、バンプ端子１４、１５の機械的補強、絶縁、電気的特性の安定化などを目的として絶縁性のある有機膜（ポリイミドなど）や無機膜（Ｓｉ３Ｎ４など）が使用される。
【００３６】
図４及び図５にバンプ端子１４、１５の配置例が示されている。図４は平面図であり、図５は図４の５−５線に沿った断面図である。これら図において、端子電極のインピーダンス、特にＥＳＬ（等価直列インダクダンス）を低下させるために、バンプ端子１４ａ〜１４ｈは第一の電極１０に設けられ、バンプ端子１５ａ〜１５ｈは第二の電極１３に設けられている。
【００３７】
通常の２端子表面実装品として使用したい場合には、図１及び図２に示された構成となるが、特に低ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）化が必要な場合には、図４及び図５に示されているように、多端子化されて第一の電極１０から取り出されたバンプ端子１４ａ〜１４ｈと、第二の電極１３から取り出されたバンプ端子１５ａ〜１５ｈが交互に配置されることにより、端子間で相互インダクタンスがキャンセルされる構造が有効である。
【００３８】
図示の本配置例は、１６端子の場合であるが、これに限定されず、その端子数は適宜である。
【００３９】
なお、図５において、バンプ端子１４ａ〜１４ｈ、１５ａ〜１５ｈの配置位置の変更を除く他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００４０】
次に、誘電体薄膜層３にＢＳＴ薄膜を使用した従来の薄膜キャパシタと、誘電体酸化皮膜層１２にＡＩ２０３皮膜を利用した本発明に係る高周波キャパシタの基本特性について相対比較した例を表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１から明らかなように、ＡＩ２０３は誘電率が低いが、膜厚を薄く、かつエッチングにより表面積を大きくすることが可能なためによる容量低下分をある程度カバーすることができる。
【００４３】
次に、本キャパシタの絶縁破壊電圧や絶縁抵抗の劣化など信頼性を維持する方法として信頼性を維持するのに有利な第二の電極１３の構造について図２を参照して説明する。
【００４４】
図２において、第二の電極１３が第一の電極（ベース基板）１０の端部１９やバンプ端子１４の端部である端子電極導通部１１に近い程、図７に示されているように、絶縁破壊電圧が低下する傾向が見られる。特に、端部１９や表面が汚染されている場合や湿気がある場合には顕著である。
【００４５】
そこで、第二の電極１３の周囲から誘電体酸化皮膜層１２がはみ出すようにしたものである。
【００４６】
即ち、第二の電極１３は、第一の電極１０の端部１９及び第一の電極１０における端子電極導通部１１から誘電体酸化皮膜層１２を残したまま距離Ｌだけを空けた誘電体酸化皮膜層１２上に設けられ、かつ距離Ｌは誘電体酸化皮膜層１２の厚さｔの５倍以上１ｍｍ以下に設定されることによって絶縁破壊電圧や絶縁抵抗の劣化が防止される。誘電体酸化皮膜層１２の厚みｔは、通常１μｍ以下で使用されるので、上限は１ｍｍ（Ｌ／ｔ＞５）程度もあれば充分である。
【００４７】
又、絶縁特性を確保するため、図６に示されているように、第二の電極１３の一部分、又は第一の電極１０の側面及び／又は第一の電極１０の裏面が酸化処理されることによって絶縁保護膜層２０が形成され、破壊電圧や絶縁抵抗の劣化防止が可能となり、外部部品との接触による短絡事故などの対策となる。
【００４８】
なお、図６において、酸化絶縁保護膜層２０が形成されている構成を除く他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００４９】
図８及び図９は、第二の電極が分割されて各種容量が同一のベース基板兼用の第一の電極上に複数個のキャパシタが構成された実施例の平面図と９−９線に沿った断面図である。これら図において、第二の電極１３は、所望の容量値が得られるように設定された面積を有する複数の電極１３ａ〜１３ｄに分割形成されて、それぞれの電極と接続のバンプ端子１５ａ〜１５ｄが取り出され、一方、第一の電極１０からはバンプ端子１４ａ〜１４ｄが取り出されて構成されている。
【００５０】
なお、図８及び図９において、第二の電極１３が複数分割して形成されている構成を除く他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００５１】
本実施例によれば、回路の実装密度向上や搭載工数の低減が可能などの利点が生じる。又、これらの同一の第一の電極１０（ベース基板）上に形成された個々のキャパシタを外部で並列又は直列に配線させることによって各種容量を実現させ、容量調整に利用することも可能となる。
【００５２】
図１０は、容量の拡大や実装密度の向上を狙って厚み方向に多層化された実施例の断面図である。同図において、第二の電極１３の上に第二層目の誘電体酸化皮膜層２１が形成され、該誘電体酸化皮膜層２１上に内部で第一の電極１０と接続された第三の電極２２が形成されたものである。第二の誘電体酸化皮膜層２１はＡＩ２０３などをスパッタや蒸着により直接成膜しても良く、ＡＩなどを成膜してから陽極酸化などで酸化させても良い。
【００５３】
なお、図１０において、誘電体酸化皮膜層と電極が２層形成されている構成を除き他の構成については図２と同じである。
よって、図２との対応部分に同一の符号を附し、構成説明は省略する。
【００５４】
【発明の効果】
しかして請求項１に係る発明によれば、ベース基板にアルミニウムなどの金属の使用により、基板表面が陽極化成されて誘電体酸化皮膜層（ＡＩ２０３）が容易に得られ、基板と第一の電極及び誘電体酸化皮膜層とが一体化したキャパシタが可能となる。このため、従来の薄膜キャパシタと比べて、安価な電極材料が使用できる。第一の電極形成の工程を合理化することができる。誘電体酸化皮膜層形成のプロセス温度を１００℃以下に低温化できる。成膜の総数を低減できる。誘電体酸化皮膜層形成の際にパーチクル付着による絶縁破壊不良を低減できる。高温、高精度な成膜装置が不要であり設備投資の負担を軽減できるなどの効果を有し、ＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が小さく、小形で表面実装可能な高周波キャパシタを安価に提供することが可能となる。
【００５５】
請求項２に係る発明によれば、基板表面の誘電体酸化皮膜層の表面積が拡大し、単位面積あたりの容量密度を増大させることができる。
【００５６】
請求項３に係る発明によれば、第一の電極と誘電体酸化皮膜層間は逆方向バイアス、第二の電極と誘電体酸化皮膜層間はオーミック接続となり、誘電損失（ｔａｎδ）が改善される。
【００５７】
請求項４に係る発明によれば、第一の電極を陽極とした場合、第一の電極と誘電体酸化皮膜層間は逆方向バイアス、第二の電極と誘電体酸化皮膜層間は順方向バイアスとなる。逆に第一の電極を陰極とした場合、第一の電極と誘電体酸化皮膜層間が順方向バイアス、第二の電極と誘電体酸化皮膜層間は逆方向バイアスとなる。したがって、第一及び第二の電極の極性を陰陽どちらに選択してもキャパシタ（無極タイプのキャパシタ）として使用することができる。
【００５８】
請求項５に係る発明によれば、寄生インダクタンスの低減が可能となる。
【００５９】
請求項６に係る発明によれば、湿気、汚れなどによる陽極、陰極間のマイグレーション防止、耐圧向上が期待できる。
【００６０】
請求項７に係る発明によれば、湿気、汚れなどによる陽極、陰極間のマイグレーション防止、耐圧向上、部品や配線などとの接触による短絡事故の防止が期待できる。
【００６１】
請求項８に係る発明によれば、実装密度が向上するとともに、各キャパシタを並列又は直列に複数個組み合わせて外部配線することによって、所望の容量を提供することも可能となる。
【００６２】
請求項９に係る発明によれば、実装密度、容量密度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波キャパシタの一例での平面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面図である。
【図３】基板表面の粗面化を経て誘電体酸化皮膜層が形成された部分断面の説明図である。
【図４】本発明の第２実施例での平面図である。
【図５】図４の５−５線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第３実施例での断面図である。。
【図７】誘電体酸化皮膜層の端部と第二の電極の端部までの距離と絶縁破壊電圧との関係図である。
【図８】本発明の第４実施例での平面図である。
【図９】図８の９−９線に沿った断面図である。
【図１０】本発明の第５実施例での断面図である。。
【図１１】従来の薄膜キャパシタの断面図である。
【符号の説明】
１０    第一の電極（ベース基板）
１０ａ    基板粗面
１１、１７    端子電極導通部
１２    誘電体酸化皮膜層
１３、１３ａ〜１３ｄ    第二の電極
１４、１４ａ〜１４ｈ    バンプ端子
１５、１５ａ〜１５ｈ    バンプ端子
２０    酸化絶縁保護膜層
２１    第二層目の誘電体酸化皮膜層
２２    第三の電極
Ｌ    第二の電極に対する誘電体酸化皮膜層のはみ出し距離
ｔ    誘電体酸化皮膜層の厚み
【図１】
2004172154.tif 000004
【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】
2004172154.tif 000009
【図７】
2004172154.tif 000010
【図８】
2004172154.tif 000011
【図９】
2004172154.tif 000012
【図１０】
2004172154.tif 000013
【図１１】
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