(57)【要約】【課題】  積層型電子部品の各層内部の微細構造の電気的特性を、正確に測定できる積層型電子部品の評価方法を提供すること。【解決手段】  内部電極層と、薄膜層とが交互に積層されている積層型電子部品を評価する方法において、少なくとも一層の前記薄膜層と、この薄膜層に接触する前記内部電極層が露出するように前記薄膜層を切断し、前記薄膜層に測定用断面を形成する工程と、前記測定用断面に測定用電極を形成する工程と、露出している前記内部電極層と、前記測定用電極との間で電気的特性を測定する工程とを有する積層型電子部品の評価方法。【選択図】図３ｄ
2009246269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部電極層と、薄膜層とが交互に積層されている積層型電子部品を評価する方法において、
少なくとも一層の前記薄膜層と、この薄膜層に接触する前記内部電極層が露出するように前記薄膜層を切断し、前記薄膜層に測定用断面を形成する工程と、
前記測定用断面に測定用電極を形成する工程と、
露出している前記内部電極層と、前記測定用電極との間で電気的特性を測定する工程とを有する積層型電子部品の評価方法。
【請求項２】
前記薄膜層の測定用断面に複数個の前記測定用電極を形成し、
露出している前記内部電極層と、それぞれの測定用電極との間で電気的特性を測定する工程とを有する請求項１に記載の積層型電子部品の評価方法。
【請求項３】
前記薄膜層を前記内部電極層に垂直に切断し、前記薄膜層および前記内部電極層に観察用断面を形成する工程を有し、
前記観察用断面の微細構造観察を行う、請求項１または２に記載の積層型電子部品の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型電子部品の評価方法に係り、さらに詳しくは、特性評価部分の微細構造観察に好適に用いられる積層型電子部品の評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子回路の高密度化に伴う電子部品の小型化に対する要求は高く、積層型電子部品の小型・大容量化が急速に進むとともに、用途も拡大し、要求される特性は様々である。そのため、各用途に対する所望特性を得るために、積層型電子部品の特性、信頼性発現の要因解明が必要とされている。
【０００３】
しかし、薄層多層の積層型電子部品は、作製そのものが非常に困難であるため、構造ばらつきが生じ、得られた製品の電気的特性を評価しても、構造ばらつきに起因するものなのか、材料（粒径、粒子構造）に起因するものなのか判断が困難であった。そのため、積層型電子部品の開発にはトライアンドエラーを繰り返す必要があり、非常に時間がかかるというのが実状であった。
【０００４】
これに対して、たとえば、特許文献１には、セラミックスの結晶粒等の表面の微小領域の電気特性を把握する技術が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、積層前のセラミックス結晶粒等の表面の２点間の電気的特性を測定できるのみであり、積層後の各層内部の微細構造と電気的特性を１対１で対応させて評価することは不可能である。したがって、このような技術を用いても、積層後の各層内部の微細構造の電気的特性は、推測の域を出ない。
【特許文献１】特開平１０-２１４５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、積層型電子部品の各層内部の微細構造の電気的特性を、正確に測定できる積層型電子部品の評価方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、積層型電子部品において、少なくとも一層の薄膜層と、この薄膜層に接触する少なくとも一方の内部電極層が露出するように、薄膜層を切断し、薄膜層に測定用断面を形成することにより、薄膜層内部の特定領域の電気的特性を正確に測定することが可能になることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明に係る積層型電子部品の評価方法は、
内部電極層と、薄膜層とが交互に積層されている積層型電子部品を評価する方法において、
少なくとも一層の前記薄膜層と、この薄膜層に接触する前記内部電極層が露出するように前記薄膜層を切断し、前記薄膜層に測定用断面を形成する工程と、
前記測定用断面に測定用電極を形成する工程と、
露出している前記内部電極層と、前記測定用電極との間で電気的特性を測定する工程とを有する。
【０００９】
なお、本発明において、「切断」とは「研磨」を含む意味で用いる。
【００１０】
本発明に係る積層型電子部品の評価方法が好適に用いられる積層型電子部品は特に制限されないが、内部電極層と、薄膜層が交互に積層されており、前記薄膜層が絶縁層、あるいは半導体層である積層型電子部品が例示される。積層型電子部品としては、具体的には、積層セラミックコンデンサ、積層バリスタ、積層インダクタ、積層サーミスタなどが例示される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、積層型電子部品の薄膜層内部の電気的特性と微細構造を１対１で評価することができるため、得られたチップの問題点の原因が直接的に判別でき、製品設計に即座に反映することができ、製品開発のスピードをあげることができる。
【００１２】
電気的特性としては、印加電圧に対する電流値や誘電率などの測定が可能であり、これらの測定により、絶縁抵抗、抵抗温度特性、破壊電圧、容量、ｔａｎδ、高温負荷寿命およびＤＣバイアス特性などの特性を把握することが可能である。また、電気的特性評価部位を内部電極層に垂直に切断し、観察用断面を形成することにより、電気的特性評価部位を直接的に構造観察することもでき、層間粒子数、偏析、粒子構造等の状態を把握し、それらと電気的特性との関係を１対１で評価することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図、
図２ａ〜２ｃは、図１に示すセラミックコンデンサの製造過程を示す工程概略図、
図３ａは、図１に示す積層セラミックコンデンサの素子本体の概略斜視図、
図３ｂは、図３ａに示す素子本体に測定用断面を形成する方法を説明するための概略斜視図、
図３ｃは、図３ｂに示す素子本体の測定用断面に、測定用電極を形成する方法を説明するための概略斜視図、
図３ｄは、図３ｃのIIIｄ−IIIｄ線に沿う概略断面図、
図４ａは、本発明の実施例について、誘電体層の厚みがほとんど等しい場合の電圧と電流の関係を示すグラフ、
図４ｂは、本発明の実施例について、誘電体層の厚みが異なる場合の電圧と電流の関係を示すグラフ、
図５ａおよび図５ｂは、本発明の実施例について、測定用断面が形成された素子本体の断片を内部電極層に垂直な面で切断した観察用断面のＳＴＥＭ写真である。
【００１４】
本実施形態では、積層型電子部品の一例として、積層セラミックコンデンサについて説明する。
【００１５】
積層セラミックコンデンサの全体構成
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ２は、誘電体層１０と内部電極層１２とが交互に積層された構成のコンデンサ素子本体４を有する。このコンデンサ素子本体４の両側端部には、素子本体４の内部で交互に配置された内部電極層１２と各々導通する一対の外部電極６，８が形成してある。内部電極層１２は、各側端面がコンデンサ素子本体４の対向する両端部の表面に交互に露出するように積層してある。一対の外部電極６，８は、コンデンサ素子本体４の両端部に形成され、交互に配置された内部電極層１２の露出端面に接続されて、コンデンサ回路を構成する。
【００１６】
積層セラミックコンデンサの製造方法
本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサ２の製造方法を説明する。
【００１７】
（グリーンシート用スラリーの作製）
図１の誘電体層１０は、グリーンシートを焼成して得られる。グリーンシートは、原材料として、主成分であるチタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムなどのセラミック粉体の他、アルカリ土類金属、遷移金属、希土類元素、ガラス組成物などの副成分を含む。
【００１８】
グリーンシートは、グリーンシート用スラリーをシート状に成形して得られる。このスラリーは、セラミック粉体、溶剤、分散剤、可塑剤、バインダ、およびその他の成分に対して、ボールミル、ビーズミルなどで混合、分散処理を行うことで得られる。
【００１９】
（内部電極層用ペーストの作製）
図１の内部電極層１２は、内部電極層用ペーストを、所定のパターン状に成形し、焼成することによって得られる。内部電極層用ペーストは、導電性粉末、溶剤、分散剤、可塑剤、バインダ、添加物粉末などを、ボールミルなどで混練し、スラリー化することによって得られる。
【００２０】
（グリーンシート１０ａの形成）
図２ａに示すように、支持シート２０の表面に、グリーンシート用スラリーを塗布して、グリーンシート１０ａを形成する。グリーンシート１０ａは、焼成後に図１に示す誘電体層１０となる。
【００２１】
（内部電極層１２ａの形成）
次に、図２ｂに示すように、支持シート２０上に形成されたグリーンシート１０ａの表面に、内部電極層用ペーストを所定のパターン状に塗布して、内部電極層１２ａを形成する。内部電極層１２ａは、焼成後に図１に示す内部電極層１２となる。
【００２２】
図２ｂの内部電極層１２ａの形成方法は、層を均一に形成できる方法であれば特に限定されず、たとえば電極層用ペーストを用いたスクリーン印刷法あるいはグラビア印刷法などの厚膜形成方法、あるいは蒸着、スパッタリングなどの薄膜法が例示される。
【００２３】
内部電極層１２ａが形成されたグリーンシート１０ａを支持シート２０から剥がして順次積層して積層体２４を形成する。
【００２４】
（積層体２４の切断）
積層体２４の加熱、積層体２４を格子状に切断することによって、グリーンチップを複数形成する。
【００２５】
（グリーンチップの脱バインダ処理、焼成処理、および熱処理）
次に、グリーンチップに対して、脱バインダ処理、焼成処理、および誘電体層を再酸化するための熱処理が行われる。
【００２６】
昇温速度：５〜３００[℃／時間]、
保持温度：２００〜４００[℃]、
保持時間：０．５〜２０時間、
雰囲気：Ｎ２  とＨ２  との混合ガス。
【００２７】
焼成条件は、下記の条件が好ましい。  
昇温速度：５０〜５００[℃／時間]、
保持温度：１１００〜１３００[℃]、
保持時間：０．５〜８時間、
冷却速度：５０〜５００[℃／時間]、
雰囲気ガス：Ｎ２  とＨ２  との混合ガス等。
【００２８】
（外部電極６、８の形成）
グリーンチップを脱バインダ処理、焼成処理、および熱処理して焼結体（図１の素体本体４）が得られる。この焼結体に対して、端面研磨を施し、外部電極用ペーストを焼きつけて、外部電極６、８を形成する。
【００２９】
このようにして、図１の積層セラミックコンデンサ２が完成する。
【００３０】
測定用断面の形成方法
前述した積層セラミックコンデンサ２において、誘電体層を評価するために、本実施形態では、まず、素子本体４の誘電体層のうち、測定する誘電体層に測定用断面が形成された素子本体の断片４ａを作成する。
【００３１】
前記測定用断面は、図３ｂに示すように、素子本体４の誘電体層１０ｂを介して積層方向に隣接する２つの内部電極層１２ｂおよび１２ｃが露出するように切断することで形成される。なお、内部電極層１２ｂは露出していなくてもよい。
【００３２】
また、前記測定用断面は、ニッパーによって切断した後、研削、ラッピング、イオンミリングにより研磨することで形成してもよいし、研磨のみで形成してもよい。
【００３３】
なお、電気的特性の測定のため、適切な大きさに切断する必要があれば、この時点で、素子本体４を適切な大きさに切断し、素子本体の断片４ａを形成する。
【００３４】
測定用電極の形成
次に、図３ｃおよび図３ｄに示すように、測定用断面に測定用電極２５を形成する。この測定用電極の形成は、例えば、所定パターンのマスクを用いたスパッタリング法、ＣＶＤ法、ＥＢ法、ＩＢＡＤ法、ＦＩＢ法により形成することができる。測定用電極は好ましくは０．０１〜１０μｍ角、より好ましくは０．１μｍ角のものを用いる。
【００３５】
図３ｃおよび図３ｄに示すように、測定用電極２５は、誘電体層１０ｂの露出面に等間隔で形成され、好ましくは、露出された両方の内部電極層１２ｂと１２ｃの表面にも形成される。また、各測定用電極は、測定用電極の隙間が０．０１μｍ〜１００μｍ、好ましくは０．１μｍ〜５０μｍとなるように形成する。もしくは、狙いの箇所（例えば、異常部）に一箇所、測定用電極を形成しても良い。
【００３６】
電気的特性の測定
次に、図３ｄに示すように、露出している一方の内部電極層１２ｂに形成された測定用電極２５と、誘電体層１０ｂに形成された測定用電極２５により、露出している一方の内部電極層１２ｂと、誘電体層１０ｂの任意の測定点との間の電気的特性を測定する。
【００３７】
測定する電気的特性としては、例えば印加電圧に対する電流値、誘電率の測定が可能である。
【００３８】
印加電圧に対する電流値の測定は、例えば、微細プローブを有する装置により行うことができる。前記測定用断面が形成された素子本体の断片を、ステージ上に置き、コントローラーにより、微細プローブを移動させ、前記測定用断面が形成された素子本体の断片上の測定用電極に接触させることにより測定を行う。
【００３９】
前記微細プローブの先端径は、５０ｎｍΦ〜５００ｎｍΦ、好ましくは１００ｎｍΦである。
【００４０】
また、誘電率については、ＬＣＲメータ、半導体デバイス・アナライザを用いて測定することができる。
【００４１】
これらの測定により、絶縁抵抗、容量温度特性、破壊電圧、高温負荷寿命、ｔａｎδおよびＤＣバイアス等を把握することが可能である。
【００４２】
観察用断面の形成および観察
次に、電気的特性を測定した後の素子本体４に観察用断面を測定する。
観察用断面としては、測定用電極２５を含み、内部電極層に垂直に切断された断面であればよい。切断方法としては、ＦＩＢ-マイクロサンプリング法により作製することが可能である。
【００４３】
形成された観察用断面は、ＳＥＭ、ＦＩＢ−ＳＥＭ、ＳＴＥＭ、ＳＴＥＭ−ＥＤＳ、ＴＥＭ、ＴＥＭ−ＥＤＳ、ＴＥＭ-ＥＥＬＳ、ＴＥＭ-ＣＢＥＤによりその微細構造、元素分布などを観察することができ、層間粒子数、偏析、粒子構造、元素分布等の状態を把握することが可能である。
【００４４】
また、図３ｄに示すように、誘電体層１０ｂの露出面に形成された測定用電極２５の下側には、下側の内部電極層１２ｃが位置するため、電圧は垂直に印加される。したがって、測定される電流値も、測定用電極と、当該測定用電極の真下の内部電極層の間に流れる電流である。そのため、電気的特性と、電気的特性が測定された観察用断面が１対１に対応し、正確な評価をすることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００４６】
実施例１ 
（積層体の形成工程）
まず、以下の成分を所定の比率で混合して、グリーンシート用スラリーの誘電体原料を得た。ＢａＴｉＯ３：１００[ｍｏｌ％]、Ｙ２Ｏ３  ：１．０[ｍｏｌ％]、ＭｇＯ：２．０[ｍｏｌ％]、ＭｎＯ：０．４[ｍｏｌ％]、Ｖ２Ｏ５  ：０．１[ｍｏｌ％]、（Ｂａ０．６Ｃａ０．４）ＳｉＯ３  ：３．０[ｍｏｌ％]。
【００４７】
次に、誘電体原料と、分散剤と、エタノールとを、ジルコニアボールとともにポリエチレン容器に投入し、混合乾燥し、誘電体粉末を得た。
【００４８】
次に、誘電体粉末と、溶剤と、分散剤とを、ボールミルで混合した。
【００４９】
次に、分散物に、バインダ樹脂と可塑剤を添加して、グリーンシート用スラリーを得た。
【００５０】
次に、ダイコータにより、ＰＥＴフィルム上に、グリーンシート用スラリーを２．０[μｍ]の厚さに塗布し、１層目のグリーンシートを形成した。次に、ＰＥＴフィルム上に形成されたグリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、グリーンシートに含まれる溶剤を乾燥させた。
【００５１】
次に、ＰＥＴフィルム上に形成された１層目のグリーンシートの表面に、内部電極層用ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、１層目の内部電極層を形成した。
【００５２】
次に、ダイコータにより、１層目のグリーンシートの表面、およびその表面に形成された１層目の内部電極層の表面に、グリーンシート用スラリーを２．０[μｍ]の厚さに塗布し、２層目のグリーンシートを形成した。次に、２層目のグリーンシートを、乾燥炉内に連続的に送り込み、溶剤を乾燥させ、積層体を形成した。
【００５３】
（グリーンチップの形成、脱バインダ処理、焼成、熱処理工程）
次に、この積層体２４を、縦幅 ２．０[ｍｍ]×横幅 １．０[ｍｍ]×厚さ １．０［ｍｍ]の寸法に切断して、グリーンチップを得た。次に、グリーンチップを加熱して、脱バインダ処理した。次に、セラミックグリーンチップを、１０００〜１４００[℃]で焼成して、焼結体を得た。次に、焼結体における誘電体層を再酸化するために、焼結体を加熱（熱処理）し、端子電極を形成する前の状態の素子本体４を得た。
【００５４】
素子本体４における内部電極層の数は１００層であった。
【００５５】
（測定用断面の形成）
前述した積層セラミックコンデンサ２において、誘電体層を評価するために、まず、素子本体４の誘電体層のうち、測定する誘電体層に測定用断面が形成された素子本体の断片４ａを作成した。
【００５６】
前記測定用断面は、図３ｂに示すように、素子本体４の誘電体層１０ｂを介して積層方向に隣接する２つの内部電極層１２ｂおよび１２ｃが露出するように、ニッパーによって切断した後、機械研磨により研磨し形成した。
【００５７】
（電気的特性の測定）
次に、図３ｃおよび図３ｄに示すように、測定用断面に測定用電極２５を形成した。測定用電極２５の形成は、ＦＩＢ／ＳＥＭにより行った。測定用電極２５は０．１〜５．０μｍ角のものを用いた。
【００５８】
各測定用電極は、測定用電極の隙間が、１．５μｍ〜２０μｍとなるように形成した。
【００５９】
次に、ＳＥＭプローバーにより、露出している下側の内部電極層１２ｃに形成された測定用電極２５と、誘電体層１０に形成された測定用電極との間で、印加電圧に対する電流値を測定した。
【００６０】
測定方法としては、前記測定用断面が形成された素子本体の断片を、ステージ上に置き、コントローラーにより、微細プローブを移動させ、前記測定用断面が形成された素子本体の断片上の測定用電極に接触させることにより測定した。前記微細プローブの先端径は、１００ｎｍΦであった。
【００６１】
直流電圧を昇圧速度１０Ｖ／ｓｅｃ．で印加し、その際の電流値を測定した。
【００６２】
各測定点の電圧と電流の関係を図４ａおよび図４ｂに示す。また、各測定点の層厚みを表１に示す。
【００６３】
観察用断面の形成
測定用断面を形成した場合と同様にして、測定用電極を含む内部電極層１２ｂおよび１２ｃに垂直な断面で素子本体の断片４を切断し、観察用断面を形成した。
【００６４】
観察用断面の観察
観察用断面の観察は、ＳＴＥＭにより行った。図５ａおよび図５ｂは、それぞれ、図４ａの（ａ１）、（ａ２）および（ａ３）と、図４ｂの（ｂ２）および（ｂ３）の観察用断面のＳＴＥＭ写真である。倍率は５万倍であった。また、一点鎖線は内部電極層と誘電体層の境界を示す。
【００６５】
【表１】
2009246269.tif 000003
【００６６】
評価
表１および図４ａより、（ａ１）、（ａ２）および（ａ３）は、誘電体層の厚みが等しく、高印加電圧領域における電流値がほぼ等しいことがわかった。
しかし、（ａ１）は、（ａ２）および（ａ３）よりも低印加電圧領域における電流値がやや低い傾向にある。また、図５ａより、（ａ１）は誘電体層内の粒子が複数存在するのに対し、（ａ２）および（ａ３）は、一つの大きな粒子が存在するのみである。これより、（ａ１）の場合は、多くの粒界の存在により他の測定点よりも電流値が低くなったと予想される。
【００６７】
また、表１および図４ｂより、誘電体層の厚みが異なる場合は、厚みが厚くなるに従って、印加電圧に対する電流値が下がる傾向あることがわかった。
【００６８】
しかし、図４ｂの（ｂ２）と（ｂ３）を比較すると、（ｂ２）と（ｂ３）は、厚みが等しいにも関わらず、（ｂ２）の方が（ｂ３）よりも低印加電圧領域における電流値がやや低い。これも、上記の図４ａの場合と同様に、誘電体層における誘電体粒子の粒界の存在に起因していると考えられる。図５ｂより、（ｂ３）は、誘電体層に一つの誘電体粒子が存在するのみであるのに対して、（ｂ２）は複数の誘電体粒子が存在し、粒界も多く存在している。したがって、それが抵抗となり、（ｂ２）の電流が低くなったと予想される。
【００６９】
このように、本発明の方法を用いることで、積層セラミックコンデンサ内の誘電体層内部の微小領域（内部電極層に垂直な微小領域）において、印加電圧に対する電流値などの電気的特性を、正確に測定することが可能であることが確認できた。
【００７０】
さらに、電気的特性を評価した微小領域の視覚的観察も可能であるため、電気的特性と微小領域の微細構造を１対１で評価することが確認できた。これらの評価の結果に基づき、本発明では、微小領域の層間粒子数、偏析、粒子構造などに対する電気的特性の関係を正確に評価することができることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る積層セラミックコンデンサの断面図である。
【図２ａ】図１に示すセラミックコンデンサの製造過程を示す工程概略図である。
【図２ｂ】図１に示すセラミックコンデンサの製造過程を示す工程概略図である。
【図２ｃ】図１に示すセラミックコンデンサの製造過程を示す工程概略図である。
【図３ａ】図１に示す積層セラミックコンデンサの素子本体の概略斜視図である。
【図３ｂ】図３ａに示す素子本体に測定用断面を形成する方法を説明するための概略斜視図である。
【図３ｃ】図３ｂに示す素子本体の測定用断面に、測定用電極を形成する方法を説明するための概略斜視図である。
【図３ｄ】図３ｃのIIIｄ−IIIｄ線に沿う概略断面図である。
【図４ａ】図４ａは、本発明の実施例について、誘電体層の厚みがほとんど等しい場合の電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図４ｂ】図４ｂは、本発明の実施例について、誘電体層の厚みが異なる場合の電圧と電流の関係を示すグラフである。
【図５ａ】図５ａは、本発明の実施例について、測定用断面が形成された素子本体の断片を内部電極層に垂直な面で切断した観察用断面のＳＴＥＭ写真である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明の実施例について、測定用断面が形成された素子本体の断片を内部電極層に垂直な面で切断した観察用断面のＳＴＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００７２】
２…  積層セラミックコンデンサ
４…  素子本体
４ａ…  素子本体の断片
６、８…  外部電極
１０…  誘電体層
１０ａ…  グリーンシート
１０ｂ…  誘電体層
１２…  内部電極層
１２ａ…  内部電極層
１２ｂ…  内部電極層
１２ｃ…  内部電極層
２０…  支持シート
２４…  積層体
２５…  測定用電極
【図１】
2009246269.tif 000004
【図２ａ】
2009246269.tif 000005
【図２ｂ】
2009246269.tif 000006
【図２ｃ】
2009246269.tif 000007
【図３ａ】
2009246269.tif 000008
【図３ｂ】
2009246269.tif 000009
【図３ｃ】
2009246269.tif 000010
【図３ｄ】
2009246269.tif 000011
【図４ａ】
2009246269.tif 000012
【図４ｂ】
2009246269.tif 000013
【図５ａ】
2009246269.tif 000014
【図５ｂ】
2009246269.tif 000015