JP7063027B2 - 薄膜コンデンサおよび薄膜コンデンサの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、薄膜コンデンサおよび薄膜コンデンサの製造方法に関する。
従来から、基材上にコンデンサ（キャパシタ）を積層した薄膜コンデンサが提案されている。薄膜コンデンサでは、基板上に容量部となる電極層および誘電体層を積層した後に、容量部の上方に樹脂等の有機材料からなる保護層（絶縁層）を設けることが検討されている（例えば、特許文献１，２参照）。
しかしながら、絶縁層には未反応生成物が含まれている場合がある。この未反応生成物から水または水素等が生成された場合、絶縁層から誘電体層へこれらが拡散する可能性がある。水または水素等が誘電体層へ到達した場合、容量部の性能低下等が引き起こされる可能性がある。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、絶縁層に含まれる未反応生成物に由来する容量部の性能低下が防止された薄膜コンデンサおよび薄膜コンデンサの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る薄膜コンデンサは、積層方向に沿って複数の電極層と誘電体層とが交互に積層された容量部と、前記容量部に対して積層されたカバー層と、前記カバー層に対して積層された絶縁層と、前記積層方向に延び、前記複数の電極層のうち最上位の電極層とは異なる一の電極層が底面において露出するビア孔と、前記ビア孔の内部に設けられ、前記一の電極層が底面において露出するとともに、前記一の電極層上に積層された前記カバー層および前記絶縁層がこの順で側面に露出する、前記積層方向に延びる開口と、を有し、前記開口は、前記絶縁層を貫通する第１開口部と、前記第１開口部の下方に設けられ前記カバー層を貫通する第２開口部と、を有し、前記第１開口部の内径をＤ１とし、前記第２開口部の内径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２である。
また、本発明の一形態に係る薄膜コンデンサの製造方法は、複数の電極層と誘電体膜を交互に積層方向に沿って積層して積層体を形成する積層工程と、前記積層体に対して前記積層方向に延びるビア孔を形成し、前記ビア孔の底面において、前記複数の電極層のうちの最上位の電極層とは異なる一の電極層を露出されるビア孔形成工程と、前記積層体を焼成し、前記誘電体膜から誘電体層を形成することにより容量部を形成する焼成工程と、前記積層体に対して、カバー層および絶縁層をこの順に積層する保護層積層工程と、前記ビア孔の内部において前記積層方向に延びる開口を形成し、前記一の電極層を底面において露出させるとともに、前記一の電極層上に積層された前記カバー層および前記カバー層に対して積層された前記絶縁層を側面に露出させる、開口形成工程と、前記絶縁層の表層を剥離して、前記開口内において、絶縁層を貫通する第１開口部と、前記第１開口部の下方に設けられ前記第１開口部よりも内径が小さく前記カバー層を貫通する第２開口部と、を形成する、表面処理工程と、を含む。
上記の薄膜コンデンサおよび薄膜コンデンサの製造方法によれば、一の電極層が底面において露出する開口において、絶縁層を貫通する第１開口部の内径Ｄ１と、第１開口部の下方に設けられ前記カバー層を貫通する第２開口部の内径Ｄ２と、がＤ１＞Ｄ２の関係と満たす。このような構成とすることで、カバー層により覆われる容量部を構成する誘電体層と、カバー層より上方に積層される絶縁層との間を結ぶ経路を長く確保することができる。したがって、仮に絶縁層に含まれる未反応生成物から水または水素等が生成された場合であっても、これらが誘電体層まで到達することを防ぐことができるため、絶縁層に含まれる未反応生成物による容量部の性能低下を防止することができる。
ここで、前記カバー層は、第１カバー層と、前記第１カバー層上に積層された、無機絶縁材料からなる第２カバー層と、を有する態様とすることができる。
上記のように、第１カバー層と、第１カバー層上に積層された無機絶縁材料からなる第２カバー層とによりカバー層が構成されることで、第１カバー層が内部の容量部との密着性を高めるとともに、第２カバー層がその上方に積層される絶縁層と容量部の誘電体層との間の経路を長く確保することができる。したがって、絶縁層に含まれる未反応生成物に由来する容量部の性能低下を防止することができるとともに、カバー層周辺での薄膜コンデンサの破損等を好適に防ぐことができる。
また、前記第２開口部は、前記第２カバー層を貫通する上側開口部と、前記第１カバー層を貫通する下側開口部と、を含み、前記上側開口部の内径をＤ２１とし、前記下側開口部の内径をＤ２２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２１＞Ｄ２２である態様とすることができる。
上記のように、第２開口部において、第２カバー層を貫通する上側開口部の内径Ｄ２１と、第１カバー層を貫通する下側開口部の内径Ｄ２２をＤ１＞Ｄ２１＞Ｄ２２を満たす関係とした場合、絶縁層と容量部の誘電体層との間の経路をより長く確保することができる。したがって、絶縁層に含まれる未反応生成物に由来する容量部の性能低下を防止することができる。
本発明によれば、有絶縁層に含まれる未反応生成物に由来する容量部の性能低下が防止された薄膜コンデンサおよび薄膜コンデンサの製造方法が提供される。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、一実施形態に係る薄膜コンデンサの一部を概略的に示す断面図である。図１に示されるように、薄膜コンデンサ１は、コンデンサ構造として容量部１０を有し、容量部１０から引き出された電極端子として電極端子２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ）を有している。容量部１０と電極端子２０との間には、容量部１０と電極端子２０とを電気的に接続する配線部４０が設けられている。
なお、本明細書中において「積層方向」とは、容量部１０、配線部４０、電極端子２０というように、容量部１０から電極端子２０に向けて各層が順次重なる方向である。また、以下の説明では、積層方向に沿って電極端子２０側を「上」、積層方向に沿って容量部１０側を「下」として説明する場合がある。
容量部１０は、積層方向に沿って設けられた複数の内部電極層１１および内部電極層１１に挟まれた誘電体層１２と、複数の内部電極層および誘電体層１２が積層された下地電極層１３と、を有している。内部電極層１１と誘電体層１２とは、下地電極層１３上に、誘電体層１２、内部電極層１１の順に交互に積層されている。本実施形態において、容量部１０は、下地電極層１３と、２層の内部電極層１１と、２層の誘電体層１２と、を有する多層構造である。なお、以下の説明では、内部電極層１１と下地電極層１３とをまとめて「電極層」として説明する場合がある。
容量部１０は、それぞれの内部電極層１１および誘電体層１２が部分的に除去された領域を複数有している。これにより、容量部１０には、内部電極層１１および誘電体層１２が積層された積層方向に延びるビア孔１４が形成されている。ビア孔１４は、少なくとも１つの内部電極層１１および１つの誘電体層１２を貫通している。ビア孔１４内では、複数の内部電極層１１又は下地電極層１３のうち一の電極層がビア孔１４の底面において露出している。図１では、２つのビア孔１４（１４Ａ，１４Ｂ）が示されており、一方のビア孔１４Ａ内の底面では下地電極層１３が露出し、他方のビア孔１４Ｂ内の底面では２層の内部電極層１１のうち下側の内部電極層１１が露出している。また、ビア孔１４Ａ，１４Ｂの側面では、底面で露出する電極層よりも上方の内部電極層および誘電体層が露出している。また、後述の第１配線層４３Ａがビア孔１４Ａ、１４Ｂの底面および側面を覆うように配置されている。この結果、下地電極層１３および内部電極層１１は、それぞれ開口内の露出面において、後述の第１配線層４３Ａと接続されている。このような構造により、容量部１０において、多層コンデンサ構造が形成されている。
ビア孔１４Ａ，１４Ｂの内部には、後述の配線部４０の第１絶縁層４２Ａ、カバー層（第１カバー層４１Ａ，第２カバー層４１Ｂ）が積層されている。その結果、ビア孔１４Ａ，１４Ｂの内部に、その底面および側面に第１配線層４３Ａが積層される開口３０（開口３０Ａ，３０Ｂ）が形成される。
なお、複数の内部電極層１１のうち電極端子２０に最も近い最上の内部電極層１１についても、他の内部電極層１１と同様に第１配線層４３Ａが接続される。この場合、最上位の電極層と第１配線層４３Ａとを接続するための開口は、容量部１０には設けられない。ただし、ビア孔１４Ａ，１４Ｂ内の開口３０Ａ，３０Ｂと同様に、その底面および側面に第１配線層４３Ａが積層される開口３１が形成される。開口３０（３０Ａ，３０Ｂ）および開口３１についての詳細は後述する。
内部電極層１１は、導電性を有する材料によって形成される。具体的には、主成分としてニッケル（Ｎｉ）や白金（Ｐｔ）を含有する材料が内部電極層１１として好適に用いられ、Ｎｉが特に好適に用いられる。内部電極層１１に主成分としてＮｉを含有する材料を用いる場合、その含有量は、内部電極層１１全体に対して５０質量％以上であることが好ましい。すなわち、「主成分」であるとは、当該成分の占める割合が５０質量％以上であることをいう。また、内部電極層１１の主成分がＮｉである場合、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、タンタル（Ｔａ）、および銀（Ａｇ）からなる群より選ばれる少なくとも一種（以下、「添加元素」と記す。）を更に含有する。内部電極層１１が添加元素を含有することにより、内部電極層１１の途切れを抑制することができる。なお、内部電極層１１は複数の添加元素を含有してもよい。内部電極層１１の厚さは、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。
下地電極層１３は、内部電極層１１と同様の導電性材料によって形成され得る。下地電極層１３の厚さは、例えば５μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
誘電体層１２は、ペロブスカイト系の誘電体材料によって構成される。本実施形態におけるペロブスカイト系の誘電体材料としては、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、（Ｂａ１－ＸＳｒＸ）ＴｉＯ３（チタン酸バリウムストロンチウム）、（Ｂａ１－ＸＣａＸ）ＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（ＺｒＸＴｉ１－Ｘ）Ｏ３等のペロブスカイト構造を持った（強）誘電体材料や、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等に代表される複合ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料や、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９等に代表されるビスマス層状化合物、（Ｓｒ１－ＸＢａＸ）Ｎｂ２Ｏ６、ＰｂＮｂ２Ｏ６等に代表されるタングステンブロンズ型強誘電体材料等から構成される。ここで、ペロブスカイト構造、ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料、ビスマス層状化合物、タングステンブロンズ型強誘電体材料において、ＡサイトとＢサイト比は、通常整数比であるが、特性向上のため、意図的に整数比からずらしてもよい。なお、誘電体層１２の特性制御のため、誘電体層１２に適宜、副成分として添加物質が含有されていてもよい。誘電体層１２は、焼成されており、その比誘電率（εｒ）は、例えば１００以上である。なお、誘電体層１２の比誘電率は大きいほど好ましく、その上限値は特に限定されない。誘電体層１２の厚さは、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍである。
電極端子２０は、薄膜コンデンサ１と外部の電子部品等（不図示）とを電気的に接続するための端子である。電極端子２０は、後述の配線部４０に対して積層されている。本実施形態においては、薄膜コンデンサ１は、複数の電極端子２０を備えている。なお、図１においては、３つの電極端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのみを示している。
電極端子２０を構成する材料としては、主成分がニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金(Ａｕ)、白金（Ｐｔ）、これらの金属を含有する合金が好ましく、特に、主成分としてＣｕを含有する合金が好適に用いられる。電極端子２０を構成するＣｕの純度は高いほど好ましく、９９．９９質量％以上であることが好ましい。なお、電極端子２０に微量の不純物が含まれていてもよい。主成分としてＣｕを含有する合金からなる電極端子２０に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ケイ素（Ｓｉ）又はクロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セシウム（Ｃｅ）等の遷移金属元素あるいは希土類元素等、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、リン（Ｐ）等が挙げられる。
配線部４０は、容量部１０が形成された領域を覆うように設けられており、第１カバー層４１Ａ、第２カバー層４１Ｂ、第１絶縁層４２Ａ、第２絶縁層４２Ｂ、第１配線層４３Ａ、および第２配線層４３Ｂを含んでいる。第１絶縁層４２Ａおよび第２絶縁層４２Ｂは、容量部１０上の絶縁層として機能する。第１配線層４３Ａおよび第２配線層４３Ｂは、配線部４０内の配線層である。なお、第１カバー層４１Ａおよび第２カバー層４１Ｂを含めてカバー層４１という場合がある。
第１カバー層４１Ａは、容量部１０の上面を覆っている。第１カバー層４１Ａは、例えば、誘電体層１２と同じ材料からなる構成とすることができる。すなわち、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）、（Ｂａ１－ＸＳｒＸ）ＴｉＯ３（チタン酸バリウムストロンチウム）、（Ｂａ１－ＸＣａＸ）ＴｉＯ３、ＰｂＴｉＯ３、Ｐｂ（ＺｒＸＴｉ１－Ｘ）Ｏ３等のペロブスカイト構造を持った（強）誘電体材料や、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３等に代表される複合ペロブスカイトリラクサー型強誘電体材料や、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９等に代表されるビスマス層状化合物、（Ｓｒ１－ＸＢａＸ）Ｎｂ２Ｏ６、ＰｂＮｂ２Ｏ６等に代表されるタングステンブロンズ型強誘電体材料等が第１カバー層４１Ａとして用いられる。誘電体層１２と同じ材料により第１カバー層４１Ａを形成することにより、第１カバー層４１Ａに接する他の層（特に誘電体層１２等）との間で応力が発生することを抑制することができることから、剥離が抑制され、その結果、静電容量の増加やリーク電流の抑制という効果が奏される。なお、第１カバー層４１Ａの材料は上記に限定されず、例えばシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）等の無機材料、ポリイミド等の有機材料、あるいはこれらを混合、または積層させた絶縁材料を用いることもできる。第１カバー層４１Ａの厚さは、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。
第２カバー層４１Ｂは、第１カバー層４１Ａの表面上に積層される。第２カバー層４１Ｂは、平面視において第１カバー層４１Ａと重なる位置に設けられている。第２カバー層４１Ｂは、例えばシリカ（ＳｉＯ２）等の無機絶縁材料によって構成されている。第２カバー層４１Ｂの厚さは、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。
なお、第１カバー層４１Ａおよび第２カバー層４１Ｂの両方が積層されている必要は無く、第１カバー層４１Ａおよび第２カバー層４１Ｂの少なくとも一方が設けられていればよい。
第１絶縁層４２Ａは、容量部１０においてコンデンサが構成されているそれぞれの領域において、容量部１０を覆っている。第２絶縁層４２Ｂは、第１絶縁層４２Ａが形成されていない領域を覆うと共に、第１絶縁層４２Ａの周縁を部分的に覆っている。すなわち、第１絶縁層４２Ａと第２絶縁層４２Ｂとの２段構造によって容量部１０が覆われている。
第１絶縁層４２Ａおよび第２絶縁層４２Ｂは、絶縁性を有する材料であれば特に限定されないが、例えば、ポリイミド等の非導電性樹脂、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）等の無機材料、あるいはこれらを混合又は積層させた絶縁材料等を用いることができる。第１絶縁層４２Ａの厚さは、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下であり、第２絶縁層４２Ｂの厚さは、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下である。なお、「第１絶縁層４２Ａの厚さ」とは、第２カバー層４１Ｂの上面と第１絶縁層４２Ａの上面との間の距離である。また、「第２絶縁層４２Ｂの厚さ」とは、第１絶縁層４２Ａの上面と第２絶縁層４２Ｂの上面との間の距離である。
第１絶縁層４２Ａと第２絶縁層４２Ｂとの間には、第１絶縁層４２の上面に沿って第１配線層４３Ａが形成されている。第１配線層４３Ａは、第１絶縁層４２Ａの上面に沿って上下方向に延びると共に、その下端に内部電極層１１の露出部１５と接する接触部４４Ａを有している。また、第２絶縁層４２Ｂ上には、第２絶縁層４２Ｂの上面に沿って第２配線層４３Ｂが形成されている。第２配線層４３Ｂは、第２絶縁層４２Ｂに沿って上下方向に延びると共に、その下端に第１配線層４３Ａと接する接触部４４Ｂを有する。第２配線層４３Ｂ上には、電極端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが形成されている。
電極端子２０Ａが形成された第２配線層４３Ｂの接触部４４Ｂは、３つの内部電極層１１のうち最も下地電極層１３側に位置する内部電極層１１Ａに接する接触部４４Ａを有する第１配線層４３Ａに接している。電極端子２０Ｂが形成された第２配線層４３Ｂの接触部４４Ｂは、３つの内部電極層１１のうち中央に位置する内部電極層１１Ｂに接する接触部４４Ａを有する第１配線層４３Ａに接している。電極端子２０Ｃが形成された第２配線層４３Ｂの接触部４４Ｂは、３つの内部電極層１１のうち最も電極端子２０側に位置する内部電極層１１Ｃに接する接触部４４Ａを有する第１配線層４３Ａに接している。このように、電極端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれは、第２配線層４３Ｂおよび第１配線層４３Ａを介して、それぞれ、下地電極層１３、内部電極層１１のうちの下側の電極層、および、内部電極層１１のうちの上側の電極層と電気的に接続されている。
薄膜コンデンサ１の開口３０（３０Ａ，３０Ｂ）および開口３１について、図２を参照しながら説明する。図２は、開口３０Ａの近傍の拡大図である。開口３０Ａは、容量部１０のビア孔１４Ａの内部に形成されている。ビア孔１４（１４Ａ，１４Ｂ）は、内部電極層１１のうち最上位の電極層とは異なる電極層、または、下地電極層１３と電極端子２０とを接続するために、形成される。ビア孔１４では、これらの電極端子２０との接続対象の電極層が底面において露出される。開口３０Ａは、ビア孔１４Ａ内に形成されて、積層方向に連続する２つの開口部を組み合わせて構成されている。すなわち、開口３０Ａは、第１絶縁層４２Ａを貫通する第１開口部５１と、第１開口部５１の下方に設けられ、カバー層４１（第１カバー層４１Ａおよび第２カバー層４１Ｂ）を貫通する第２開口部５２と、を含んで構成される。平面視において、第２開口部５２は第１開口部５１と重なる位置に配置される。また、第１開口部５１と第２開口部５２とは互いに異なる内径を有していて、第１開口部５１の内径をＤ１とし、第２開口部５２の内径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。そのため、開口３０Ａでは、それぞれ、第１開口部５１と第２開口部５２との境界において内径が変化する段差部５３を有する。段差部５３では、カバー層４１（上面側の第２カバー層４１Ｂ）の表面が露出する。
なお、図２では開口３０Ａのみを示しているが、開口３０Ｂ，３１も開口３０Ａと同様に積層方向に連続する第１開口部５１および第２開口部５２を含んで構成される。また、第１開口部５１の内径をＤ１とし、第２開口部５２の内径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。
第１開口部５１の内径Ｄ１は、例えば５μｍ～３０μｍ程度とすることができる。また、第２開口部５２の内径Ｄ２は、例えば３μｍ～２８μｍ程度とすることができる。さらに、第１開口部５１の内径Ｄ１と第２開口部５２の内径Ｄ２とは、Ｄ１／Ｄ２が１～４のような関係であることが好ましい。このような関係を満たすことで、第１配線層４３Ａと下地電極層１３との密着性がより向上するとともに、耐湿バリア効果も副次的に向上する。
次に、図３～図５を参照して薄膜コンデンサ１の製造方法について説明する。図３～図５は、図１に示される薄膜コンデンサの製造方法を説明するための図である。なお、図３～図５は製造の途中段階における薄膜コンデンサ１の一部を拡大して示している。実際には、複数の薄膜コンデンサ１を一度に形成した後、それぞれの薄膜コンデンサ１に個片化する。
まず、図３（ａ）に示されるように、下地電極層１３を準備し、下地電極層１３上に内部電極層１１と、誘電体層１２となる誘電体膜１２ａを交互に積層し、積層体Ｗを形成する（積層工程）。この工程により、容量部１０となる部分が形成される。内部電極層１１の形成方法としては、例えばＤＣスパッタリング等が挙げられる。また、誘電体膜１２ａの形成方法としては、溶液法、スパッタリング等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、又はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の成膜技術を用いることができるが、スパッタリング法がより好ましい方法である。
次に、図３（ｂ）に示されるように、積層体Ｗの内部電極層１１および誘電体膜１２ａを貫通するビア孔１４（ビア孔１４Ａ，１４Ｂ）を形成する（ビア孔形成工程）。ビア孔１４Ａ，１４Ｂは、後述の開口３０Ａ，３０Ｂが形成される位置での内部電極層１１および誘電体膜１２ａの除去を目的として形成される。ビア孔１４の形成は、例えばドライエッチング等により行われる。ビア孔１４は、薄膜コンデンサ１において、第１配線層４３Ａと、下地電極層１３または内部電極層１１と、を接触させる位置に対応して設けられる。したがって、ビア孔１４では、下地電極層１３および複数の内部電極層１１のうち、第１配線層４３Ａと接触させる対象となる電極層が底面に露出するとともに、当該電極層よりも上方の内部電極層１１の端面および誘電体膜１２ａの端面によって連続した側面が形成される。図３（ｂ）に示すビア孔１４のうち、ビア孔１４Ａでは、下地電極層１３が露出するとともに、下地電極層１３上の内部電極層１１および誘電体膜１２ａの端面によって連続した側面が形成される。また、ビア孔１４Ｂでは、２層の内部電極層１１のうち下地電極層１３側の内部電極層１１が底面において露出するとともに、その上方の内部電極層１１および誘電体膜１２ａの端面によって連続した側面が形成される。
次に、内部電極層１１、誘電体層１２、および、下地電極層１３の上面および側面（すなわち、表面に露出している面）を覆うように、第１カバー層４１Ａを形成する（保護層形成工程）。第１カバー層４１Ａは、ビア孔１４Ａ，１４Ｂ内を含む積層体Ｗの上面をすべて覆うように形成される。第１カバー層４１Ａは、例えばスパッタリング等のＰＶＤ法によって形成することができる。
その後、積層体Ｗを焼成する（焼成工程）。この工程により、誘電体膜１２ａが焼結して誘電体層１２が形成され、容量部１０が形成される。なお、第１カバー層４１Ａが誘電体層１２と同じく誘電体材料から構成されている場合には、誘電体層１２の形成と同時に、第１カバー層４１Ａも焼結される。焼成時の温度は、誘電体膜１２ａが焼結（結晶化）する温度とすることが好ましく、具体的には８００～１０００℃程度であることが好ましい。また、焼成時間は５分～２時間程度とすることができる。焼成時の雰囲気は特に限定されず、酸化性雰囲気、還元性雰囲気、中性雰囲気のいずれでもよいが、少なくとも、内部電極層１１が酸化しない程度の酸素分圧下で焼成することが好ましい。
その後、第１カバー層４１Ａの表面をすべて覆うように、第２カバー層４１Ｂを形成する（保護層形成工程）。第２カバー層４１Ｂは、例えばスパッタリング等のＰＶＤ法によって形成することができる。その結果、図３（ｃ）に示されるように、内部電極層１１、誘電体層１２、および、下地電極層１３による容量部１０が形成される。なお、積層体Ｗの焼成（焼成工程）と、カバー層４１（第１カバー層４１Ａ、第２カバー層４１Ｂ）の積層（保護層積層工程の一部）と、はその順序を適宜変更することができる。
次に、図４（ａ）に示されるように、第２カバー層４１Ｂの上に第１絶縁層４２Ａを形成する（保護層積層工程）。第１絶縁層４２Ａは、容量部１０を覆うように形成される。なお、開口３０Ａ，３０Ｂのように、第１配線層４３Ａとの接触部が形成される領域には、第１絶縁層４２Ａは形成されない。したがって、電極端子２０Ｃ（図１参照）と接続される上方の内部電極層１１の表面の一部の上方（開口３１に相当する位置）にも、第１絶縁層４２Ａが形成されない領域が設けられる。第１絶縁層４２Ａは、例えば、未硬化の状態の熱硬化性樹脂を塗布した後、加熱して硬化させることによって形成される。また、第１絶縁層４２Ａは、未硬化の状態の光硬化性樹脂を塗布した後、特定の波長の光を照射して硬化させることによって形成されてもよい。また、スパッタリング等の他の方法を用いて第１絶縁層４２Ａを形成してもよい。
次に、図４（ｂ）に示されるように、第１絶縁層４２Ａをマスクとしたドライエッチング等により第１配線層４３Ａを設けるために、下地電極層１３または内部電極層１１を露出させる（開口形成工程）。この工程により、ビア孔１４Ａ，１４Ｂの内部にそれぞれ開口３０Ａ，３０Ｂが形成されるとともに、上方の内部電極層１１の上面にも開口３１が形成される。なお、この段階では、開口３０Ａでは、底面に下地電極層１３が露出するとともに、第１カバー層４１Ａ、第２カバー層４１Ｂ、および第１絶縁層４２Ａがこの順で積層された状態の側面が形成される。この段階では、開口３０Ａの側面では、第１カバー層４１Ａ、第２カバー層４１Ｂ、および第１絶縁層４２Ａが連続した面を形成している。また、開口３０Ｂでは、底面に内部電極層１１のうち下方側の電極層が露出するとともに、第１カバー層４１Ａ、第２カバー層４１Ｂ、および第１絶縁層４２Ａがこの順で積層された状態の連続した面による側面が形成される。また、開口３１では、底面に内部電極層１１のうち上方側の電極層が露出するとともに、第１カバー層４１Ａ、第２カバー層４１Ｂ、および第１絶縁層４２Ａがこの順で積層された状態の連続した面による側面が形成される。
次に、図５（ａ）に示されるように、アッシング処理により、第１絶縁層４２Ａの一部を除去する（表面処理工程）。アッシングは、例えば、酸素ガスを用いたプラズマアッシングを用いて行うことができる。この工程により、第１絶縁層４２Ａの表層が全体的に除去される。この結果、開口３０Ａ，３０Ｂおよび開口３１のそれぞれの側面において、第１カバー層４１Ａおよび第２カバー層４１Ｂに対して第１絶縁層４２Ａが後退した状態となる。これにより、開口３０Ａ，３０Ｂおよび開口３１のそれぞれにおいて、互いに内径が異なる第１開口部５１と第２開口部５２とが形成される。上記のように第１絶縁層４２Ａが選択的に後退するため、第１開口部５１の内径Ｄ１が第２開口部５２の内径Ｄ２よりも大きくなる（図２参照）。また、第１開口部５１と第２開口部５２との間に、段差部５３が形成される。なお、アッシング処理とは異なる方法により、第１絶縁層４２Ａの表層を除去して、第１開口部５１と第２開口部５２とを形成してもよい。
その後、図５（ｂ）に示されるように、第１絶縁層４２Ａ上に第１配線層４３Ａを形成する。第１絶縁層４２Ａは、例えば、未硬化の状態の熱硬化性樹脂を塗布した後、加熱等によって硬化させ、パターニングすることによって形成されてもよい。また、スパッタリング等の他の方法を用いて第１絶縁層４２Ａを形成してもよい。第１配線層４３Ａは、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性材料をスパッタ又は蒸着した後、エッチングによるパターニングを行うことによって形成される。この工程により、電気的に互いに独立した複数の第１配線層４３Ａが形成され、それぞれの第１配線層４３Ａが下地電極層１３および複数の内部電極層１１と電気的に接続された状態となる。
その後、第１絶縁層４２Ａ上及び第１配線層４３Ａ上に第２絶縁層４２Ｂを形成する。そして、第２絶縁層４２Ｂ上に第２配線層４３Ｂを形成する。第２絶縁層４２Ｂは、第１絶縁層４２Ａと同様に、例えば未硬化の状態の熱硬化性樹脂を塗布した後、加熱等によって硬化させ、パターニングすることによって形成される。第２配線層４３Ｂは、第１配線層４３Ａと同様に、例えば銅（Ｃｕ）等の導電性材料をスパッタ又は蒸着した後、エッチングによるパターニングを行うことによって形成される。この工程により、電気的に互いに独立した複数の第２配線層４３Ｂが形成される。それぞれの第２配線層４３Ｂは、それぞれの第１配線層４３Ａと電気的に接続された状態となり、配線部４０が形成される。
その後、それぞれの第２配線層４３Ｂ上に、薄膜コンデンサ１を外部の電子部品と電気的に接続するための電極端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを形成する。電極端子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、例えば、めっき等により銅（Ｃｕ）等の導電性材料の層を形成した後、エッチング等を行うことによって形成される。最後に、ダイシング等によって個片化を行うことにより、図１に示される薄膜コンデンサ１が得られる。
以上のように、本実施形態に係る薄膜コンデンサ１および薄膜コンデンサ１の製造方法によれば、一の電極層が底面において露出する開口３０（開口３０Ａ，３０Ｂ）において、絶縁層を貫通する第１開口部５１の内径Ｄ１と、第１開口部５１の下方に設けられカバー層４１を貫通する第２開口部５２の内径Ｄ２と、がＤ１＞Ｄ２の関係と満たす。このような構成とすることで、カバー層４１により覆われる容量部１０に含まれる誘電体層１２と、カバー層４１より上方に積層される第１絶縁層４２Ａとの間を結ぶ経路を長く確保することができる。
図２を参照しながら、上記の特徴について説明する。図２に示すように、第１絶縁層４２Ａと容量部１０の誘電体層１２との間には、第１カバー層４１Ａおよび第２カバー層４１Ｂによるカバー層４１が介在する。したがって、第１絶縁層４２Ａにおいて未反応生成物に由来する水等が発生した場合、これらが誘電体層１２へ到達するには、第１配線層４３Ａとカバー層４１との界面およびカバー層４１（第１カバー層４１Ａ）と下地電極層１３との界面を辿る必要がある。このように、薄膜コンデンサ１では、第１絶縁層４２Ａと誘電体層１２とを結ぶ経路が長く確保されている。
従来から、薄膜コンデンサ１において、第１絶縁層４２Ａと容量部１０の間にカバー層４１を設けることは検討されている。しかしながら、カバー層４１を利用して第１絶縁層４２Ａと容量部１０との間の経路を長くするという思想はなかったため、配線を設けるためにビア孔１４を形成した場合に、その内部の形状を細かく制御することは検討されていなかった。
これに対して、本実施形態に係る薄膜コンデンサでは、第１絶縁層４２Ａを貫通する第１開口部５１とカバー層４１を貫通する第２開口部５２とから開口３０を構成し、第２開口部５２の内径Ｄ２が第１開口部５１の内径Ｄ１よりも小さくする。このような構成とすることで、容量部１０を覆うカバー層４１を利用して第１絶縁層４２Ａと容量部１０の誘電体層１２とを結ぶ経路を長くすることができる。したがって、薄膜コンデンサ１においては、従来の薄膜コンデンサ１と比較して、絶縁層（第１絶縁層４２Ａ）において未反応生成物に由来する水等が発生した場合でも誘電体層１２へ侵入することを防ぐことができるため、容量低下等が発生することを防ぐことができる。
また、薄膜コンデンサ１において、カバー層４１は、第１カバー層４１Ａと、第１カバー層４１Ａ上に積層された、無機絶縁材料からなる第２カバー層４１Ｂと、を有する。このような構成とすることで、第１カバー層４１Ａが内部の容量部との密着性を高めるとともに、第２カバー層４１Ｂがその上方に積層される第１絶縁層４２Ａと、その下方の容量部１０の誘電体層１２との間の経路を長く確保することができる。したがって、第１絶縁層４２Ａに含まれる未反応生成物に由来する容量部の性能低下を防止することができるとともに、カバー層周辺での薄膜コンデンサの破損等を好適に防ぐことができる。
なお、薄膜コンデンサ１において、第１絶縁層４２Ａと容量部１０の誘電体層１２とを結ぶ経路をさらに長くする方法として、第１カバー層４１Ａに形成される開口部の内径と、第２カバー層４１Ｂに形成される開口部の内径とを互いに異ならせる方法がある。図６を参照しながら、上記の変形例に関して説明する。
図６に示される変形例に係る薄膜コンデンサ２では、図２の薄膜コンデンサ１と比較して以下の点が相違する。すなわち、図２で示した第２開口部５２が、上側の第２カバー層４１Ｂを貫通する上側開口部５２１と下側の第１カバー層４１Ａを貫通する下側開口部５２２とにより構成されている。また、上側開口部５２１と下側開口部５２２とはその内径が互いに異なっている。具体的には、上側開口部５２１の内径をＤ２１とし、下側開口部５２２の内径をＤ２２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２１＞Ｄ２２とされている。なお、上側開口部５２１と下側開口部５２２の内径を互いに異ならせるには、例えば、第１絶縁層４２Ａをマスクとしたドライエッチングにより、下地電極層１３または内部電極層１１を露出させる（図４（ｂ）参照）処理の際のエッチング条件等を制御することで第１カバー層４１Ａでのエッチングの進行を遅らせる方法が挙げられるが、特に限定されない。
図６に示される形状とした場合、第１絶縁層４２Ａと容量部１０の誘電体層１２との間の経路をより長く確保することができる。すなわち、第１開口部５１と上側開口部５２１との間、および、上側開口部５２１と下側開口部５２２との間に段差が設けられることで、経路が長くなると共に、下側開口部５２２の内径Ｄ２２が小さくなるため、下側開口部５２２から容量部１０までの経路も長くなる。その結果、第１絶縁層４２Ａに含まれる未反応生成物に由来する容量部１０の性能低下を防止することができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、上記の実施形態では、容量部１０が２つの内部電極層１１、２つの誘電体層１２、および下地電極層１３から構成される場合について説明したが、容量部１０が有する内部電極層１１および誘電体層１２の層数は特に限定されず、任意に変更可能である。例えば、容量部１０は２つの内部電極層１１および１つの誘電体層１２（１つのコンデンサ構造）のみを有していてもよいし、更に多くの内部電極層１１および誘電体層１２を有していてもよい。また、第１絶縁層４２Ａよりも上方の配線部４０の形状は適宜変更することができる。
また、下地電極層１３を設けることに代えて、絶縁基材上に内部電極層と誘電体層とを交互に積層した容量部を設ける構成としてもよい。
また、カバー層４１の層数についても任意に変更可能である。例えば、カバー層４１は３層以上で構成されてもよいし、１層のみであってもよい。ただし、カバー層４１が１層である場合、当該カバー層４１が絶縁層に含まれる未反応生成物から生成される水等を透過しない材料である必要がある。
１…薄膜コンデンサ、１０…容量部、１１…内部電極層、１２…誘電体層、１２ａ…誘電体膜、１３…下地電極層、１４，１４Ａ，１４Ｂ…ビア孔、２０，２０Ａ，２０Ｂ…電極端子、３０，３０Ａ，３０Ｂ…開口、４０…配線部、４１…カバー層、４１Ａ…第１カバー層、４１Ｂ…第２カバー層、４２Ａ…第１絶縁層、４２Ｂ…第２絶縁層、４３Ａ…第１配線層、４３Ｂ…第２配線層、５１…第１開口部、５２…第２開口部、Ｗ…積層体。
Claims (3)
- 積層方向に沿って複数の電極層と誘電体層とが交互に積層された容量部と、
前記容量部に対して積層されたカバー層と、
前記カバー層に対して積層された絶縁層と、
前記積層方向に延び、前記複数の電極層のうち最上位の電極層とは異なる一の電極層が底面において露出するビア孔と、
前記ビア孔の内部に設けられ、前記一の電極層が底面において露出するとともに、前記一の電極層上に積層された前記カバー層および前記絶縁層がこの順で側面に露出する、前記積層方向に延びる開口と、
を有し、
前記開口は、前記絶縁層を貫通する第１開口部と、前記第１開口部の下方に設けられ前記カバー層を貫通する第２開口部と、を有し、前記第１開口部の内径をＤ１とし、前記第２開口部の内径をＤ２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２であり、
前記カバー層は、
第１カバー層と、
前記第１カバー層上に積層された、無機絶縁材料からなる第２カバー層と、を有し、
前記第２開口部は、前記第２カバー層を貫通する上側開口部と、前記第１カバー層を貫通する下側開口部と、を含み、
前記上側開口部の内径をＤ２１とし、前記下側開口部の内径をＤ２２としたときに、Ｄ１＞Ｄ２１＞Ｄ２２である、薄膜コンデンサ。 - 複数の電極層と誘電体膜を交互に積層方向に沿って積層して積層体を形成する積層工程と、
前記積層体に対して前記積層方向に延びるビア孔を形成し、前記ビア孔の底面において、前記複数の電極層のうちの最上位の電極層とは異なる一の電極層を露出されるビア孔形成工程と、
前記積層体を焼成し、前記誘電体膜から誘電体層を形成することにより容量部を形成する焼成工程と、
前記積層体に対して、カバー層および絶縁層をこの順に積層する保護層積層工程と、
前記ビア孔の内部において前記積層方向に延びる開口を形成し、前記一の電極層を底面において露出させるとともに、前記一の電極層上に積層された前記カバー層および前記カバー層に対して積層された前記絶縁層を側面に露出させる、開口形成工程と、
前記絶縁層の表層を剥離して、前記開口内において、絶縁層を貫通する第１開口部と、前記第１開口部の下方に設けられ前記第１開口部よりも内径が小さく前記カバー層を貫通する第２開口部と、を形成する、表面処理工程と、
を含む、薄膜コンデンサの製造方法。 - 前記保護層積層工程では、前記カバー層として、第１カバー層、および無機絶縁材料からなる第２カバー層をこの順に積層し、
前記表面処理工程では、前記第２開口部が、前記第２カバー層を貫通する上側開口部と、前記第１カバー層とを貫通し前記上側開口部の内径よりも小さな内径を有する下側開口部とを含むように、前記第２開口部を形成する、請求項２に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
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