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JP6805703B2 - Thin film capacitor - Google Patents

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JP6805703B2 JP2016199916A JP2016199916A JP6805703B2 JP 6805703 B2 JP6805703 B2 JP 6805703B2 JP 2016199916 A JP2016199916 A JP 2016199916A JP 2016199916 A JP2016199916 A JP 2016199916A JP 6805703 B2 JP6805703 B2 JP 6805703B2
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聖啓 平岡
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Description

本発明は、薄膜コンデンサに関する。 The present invention relates to thin film capacitors.

下部電極層上に誘電体層と電極層とが交互に積層され、その上に上部電極層が形成された多層の薄膜コンデンサが知られている(例えば、特許文献1参照)。 A multilayer thin-film capacitor in which dielectric layers and electrode layers are alternately laminated on a lower electrode layer and an upper electrode layer is formed on the dielectric layer is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−258406号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-258406

薄膜コンデンサでは、高電圧が印加されることによる、絶縁破壊が発生する場合がある。特に、薄膜コンデンサでは、電極の端部から連続する誘電体層端部において電界が集中する場合が多い。したがって、特に誘電体層の端部において絶縁破壊が発生する可能性がある。 In thin film capacitors, dielectric breakdown may occur due to the application of high voltage. In particular, in a thin film capacitor, the electric field is often concentrated at the end of the dielectric layer continuous from the end of the electrode. Therefore, dielectric breakdown may occur especially at the end of the dielectric layer.

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、絶縁破壊の発生が抑制された薄膜コンデンサの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a thin film capacitor in which the occurrence of dielectric breakdown is suppressed.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る薄膜コンデンサは、一対の電極層と、 In order to achieve the above object, the thin film capacitor according to one embodiment of the present invention has a pair of electrode layers and

当該一対の電極層に挟まれた誘電体層と、前記誘電体層の端面に対して接しながら当該端面を覆う強誘電体材料からなるカバー層と、を有し、誘電体層の厚さをT1(nm)とし、誘電体層との界面におけるカバー層18の厚さをT2(nm)としたときに、
2500<T1×T2<40000
の関係を満たす。
It has a dielectric layer sandwiched between the pair of electrode layers and a cover layer made of a ferroelectric material that covers the end face while being in contact with the end face of the dielectric layer, and has a thickness of the dielectric layer. When T1 (nm) is used and the thickness of the cover layer 18 at the interface with the dielectric layer is T2 (nm),
2500 <T1 x T2 <40000
Satisfy the relationship.

上記の薄膜コンデンサによれば、強誘電体材料からなるカバー層が誘電体層の端面に対して接していることで、誘電体層の端部に対して電界が集中することを抑制することができる。さらに、誘電体層の厚さT1(nm)とカバー層の厚さT2(nm)とが上記の関係を満たす構成とすることで、電界の集中による絶縁破壊のリスクを効果的に低減させることができる。 According to the above-mentioned thin film capacitor, since the cover layer made of the ferroelectric material is in contact with the end face of the dielectric layer, it is possible to suppress the concentration of the electric field on the end portion of the dielectric layer. it can. Further, by configuring the thickness T1 (nm) of the dielectric layer and the thickness T2 (nm) of the cover layer to satisfy the above relationship, the risk of dielectric breakdown due to the concentration of the electric field can be effectively reduced. Can be done.

ここで、前記カバー層は、比誘電率(ε)が200以上である態様とすることができる。 Here, the cover layer may have a relative permittivity (ε r ) of 200 or more.

上記のようにカバー層の比誘電率を200以上とした場合、誘電体層における電界の集中による絶縁破壊のリスクをより低減させることができる。 When the relative permittivity of the cover layer is set to 200 or more as described above, the risk of dielectric breakdown due to the concentration of electric fields in the dielectric layer can be further reduced.

また、前記誘電体層の厚さT1(nm)と、前記カバー層の厚さT2(nm)と、は、
T1≦T2
の関係を満たす態様とすることができる。
Further, the thickness T1 (nm) of the dielectric layer and the thickness T2 (nm) of the cover layer are
T1 ≤ T2
It can be an aspect that satisfies the relationship of.

誘電体層の厚さT1に対してカバー層の厚さT2が同じもしくはそれ以上であることで、薄膜コンデンサの厚さの増大を防ぎつつ、絶縁破壊を抑制することが可能となる。 When the thickness T2 of the cover layer is the same as or greater than the thickness T1 of the dielectric layer, it is possible to suppress dielectric breakdown while preventing an increase in the thickness of the thin film capacitor.

本発明によれば、絶縁破壊の発生が抑制された薄膜コンデンサが提供される。 According to the present invention, there is provided a thin film capacitor in which the occurrence of dielectric breakdown is suppressed.

本発明の一形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。It is the schematic sectional drawing of the thin film capacitor which concerns on one embodiment of this invention. 薄膜コンデンサの傾斜面について説明する図である。It is a figure explaining the inclined surface of a thin film capacitor. 薄膜コンデンサの製造方法について説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a thin film capacitor. 従来の薄膜コンデンサの端部形状について説明する図である。It is a figure explaining the end shape of the conventional thin film capacitor. 変形例に係る薄膜コンデンサの傾斜面について説明する図である。It is a figure explaining the inclined surface of the thin film capacitor which concerns on a modification.

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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

図1は、本実施形態に係る薄膜コンデンサを示す概略断面図である。本実施形態に係る薄膜コンデンサ100は、図1に示すように、下部電極層1と、下部電極層1上に積層された3層の誘電体層2,4,6と、誘電体層2と誘電体層4との間に積層された内部電極層3と、誘電体層4と誘電体層6との間に積層された内部電極層5と、誘電体層2,4,6及び内部電極層3,5を挟んで下部電極層1の反対側に積層された上部電極層7と、を備える。下部電極層1と、下部電極層1上に順次積層された誘電体層2、内部電極層3、誘電体層4、内部電極層5、誘電体層6及び上部電極層7と、をまとめて積層体10という。なお、以下では、下部電極層1、誘電体層2、内部電極層3、というように下部電極層1から上部電極層7に向けて誘電体層と内部電極層とが順次重なる方向を「積層方向」という。また、積層方向に沿って上側(上方)とは上部電極層7側をいい、積層方向に沿って下側(下方)とは下部電極層1側という。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a thin film capacitor according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the thin film capacitor 100 according to the present embodiment includes a lower electrode layer 1, three dielectric layers 2, 4 and 6 laminated on the lower electrode layer 1, and a dielectric layer 2. The internal electrode layer 3 laminated between the dielectric layer 4 and the internal electrode layer 5 laminated between the dielectric layer 4 and the dielectric layer 6, the dielectric layers 2, 4, 6 and the internal electrodes An upper electrode layer 7 laminated on the opposite side of the lower electrode layer 1 with the layers 3 and 5 interposed therebetween is provided. The lower electrode layer 1 and the dielectric layer 2, the internal electrode layer 3, the dielectric layer 4, the internal electrode layer 5, the dielectric layer 6, and the upper electrode layer 7 which are sequentially laminated on the lower electrode layer 1 are put together. It is called a laminate 10. In the following, the direction in which the dielectric layer and the internal electrode layer are sequentially overlapped from the lower electrode layer 1 to the upper electrode layer 7 such as the lower electrode layer 1, the dielectric layer 2, and the internal electrode layer 3 is “laminated”. "Direction". Further, the upper side (upper side) along the stacking direction refers to the upper electrode layer 7 side, and the lower side (lower side) along the stacking direction refers to the lower electrode layer 1 side.

薄膜コンデンサ100は、誘電体層2,4,6及び内部電極層3,5、及び上部電極層7を挟んで下部電極層1の反対側に、一対の端子電極11、12を備える。端子電極11は、ビア13を介して下部電極層1と電気的に接続されると共に、ビア14を介して内部電極層5と電気的に接続される。また、端子電極12は、ビア15を介して内部電極層3と電気的に接続されると共に、ビア16を介して上部電極層7と電気的に接続される。また、一対の端子電極11,12は互いに電気的に絶縁されている。 The thin film capacitor 100 includes a pair of terminal electrodes 11 and 12 on the opposite side of the lower electrode layer 1 with the dielectric layers 2, 4 and 6, the internal electrode layers 3 and 5, and the upper electrode layer 7 interposed therebetween. The terminal electrode 11 is electrically connected to the lower electrode layer 1 via the via 13 and is electrically connected to the internal electrode layer 5 via the via 14. Further, the terminal electrode 12 is electrically connected to the internal electrode layer 3 via the via 15 and is electrically connected to the upper electrode layer 7 via the via 16. Further, the pair of terminal electrodes 11 and 12 are electrically insulated from each other.

薄膜コンデンサ100において、下部電極層1、誘電体層2,4,6、内部電極層3,5、及び上部電極層7から構成される積層体の側面及び上面を覆うカバー層18を有する。すなわち、カバー層18は、誘電体層2,4,6の端面に対して接すると共に誘電体層2,4,6を覆っている。さらに、薄膜コンデンサ100は、端子電極11,12とカバー層18との間を覆う保護層20を備える。以下、薄膜コンデンサ100を構成する各部について説明する。 The thin film capacitor 100 has a cover layer 18 that covers the side surfaces and the upper surface of the laminate composed of the lower electrode layer 1, the dielectric layers 2, 4 and 6, the internal electrode layers 3 and 5, and the upper electrode layer 7. That is, the cover layer 18 is in contact with the end faces of the dielectric layers 2, 4 and 6 and covers the dielectric layers 2, 4 and 6. Further, the thin film capacitor 100 includes a protective layer 20 that covers between the terminal electrodes 11 and 12 and the cover layer 18. Hereinafter, each part constituting the thin film capacitor 100 will be described.

下部電極層1は導電性材料から形成される。具体的には、下部電極層1を形成する導電性材料としては、主成分としてニッケル(Ni)や白金(Pt)を含有する合金が好ましく、特に、主成分としてNiを含有する合金が好適に用いられる。下部電極層1を構成するNiの純度は高いほど好ましく、99.99重量%以上であることが好ましい。なお、下部電極層1に微量の不純物が含まれていても良い。主成分としてNiを含有する合金からなる下部電極層1に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄(Fe)、チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)またはクロム(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。 The lower electrode layer 1 is formed of a conductive material. Specifically, as the conductive material forming the lower electrode layer 1, an alloy containing nickel (Ni) or platinum (Pt) as a main component is preferable, and an alloy containing Ni as a main component is particularly preferable. Used. The higher the purity of Ni constituting the lower electrode layer 1, the more preferable it is, and it is preferable that it is 99.99% by weight or more. The lower electrode layer 1 may contain a small amount of impurities. Examples of impurities that can be contained in the lower electrode layer 1 made of an alloy containing Ni as a main component include iron (Fe), titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), and manganese. (Mn), silicon (Si) or chromium (Cr), vanadium (V), zinc (Zn), niobium (Nb), tantalum (Ta), ittrium (Y), lanthanum (La), cesium (Ce), etc. Examples thereof include transition metal elements, rare earth elements, chlorine (Cl), sulfur (S), phosphorus (P) and the like.

下部電極層1の厚さは、10nm〜100μmであることが好ましく、1μm〜70μmであることがより好ましく、10μm〜30μm程度であることが更に好ましい。下部電極層1の厚さが薄過ぎる場合、薄膜コンデンサ100の製造時に下部電極層1をハンドリンクし難くなる傾向があり、下部電極層1の厚さが厚過ぎる場合、リーク電流を抑制する効果が小さくなる傾向がある。なお、下部電極層1の面積は、例えば、1×0.5mm程度である。また、上述の下部電極層1は金属箔からなることが好ましく、基板と電極とを兼用している。このように、本実施形態に係る下部電極層1は基板としても兼用する構成であることが好ましいが、Siやアルミナなどからなる基板上に下部電極層1を設けた基板/電極膜構造を採用しても良い。 The thickness of the lower electrode layer 1 is preferably 10 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 70 μm, and even more preferably about 10 μm to 30 μm. If the thickness of the lower electrode layer 1 is too thin, it tends to be difficult to hand link the lower electrode layer 1 during the manufacture of the thin film capacitor 100, and if the thickness of the lower electrode layer 1 is too thick, the effect of suppressing the leakage current. Tends to be smaller. The area of the lower electrode layer 1 is, for example, about 1 × 0.5 mm 2 . Further, the lower electrode layer 1 described above is preferably made of a metal foil, and serves both as a substrate and an electrode. As described above, it is preferable that the lower electrode layer 1 according to the present embodiment also serves as a substrate, but a substrate / electrode film structure in which the lower electrode layer 1 is provided on a substrate made of Si, alumina, or the like is adopted. You may.

誘電体層2,4,6には、BaTiO(チタン酸バリウム)、(Ba1−XSr)TiO(チタン酸バリウムストロンチウム)、(Ba1−XCa)TiO、PbTiO、Pb(ZrTi1−X)O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)O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、BiTi12、SrBiTa等に代表されるビスマス層状化合物、(Sr1−XBa)Nb、PbNb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良い。なお、誘電体層2,4,6の特性制御のため、誘電体層2,4,6に適宜、副成分として添加物質が含有されていてもよい。 On the dielectric layers 2, 4 and 6, Badio 3 (barium titanate), (Ba 1-X Sr X ) TiO 3 (barium titanate strontium), (Ba 1-X Ca X ) TiO 3 , PbTIO 3 , A (strong) ferroelectric material having a perovskite structure such as Pb (Zr X Ti 1-X ) O 3 or a composite perovskite relaxer type ferroelectric material represented by Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 or the like. Body materials, bismuth layered compounds typified by Bi 4 Ti 3 O 12 , SrBi 2 Ta 2 O 9 and the like, tungsten bronze typified by (Sr 1-X Ba X ) Nb 2 O 6 and PbNb 2 O 6 and the like. It is composed of a type ferroelectric material and the like. Here, in the perovskite structure, the perovskite relaxer type ferroelectric material, the bismuth layered compound, and the tungsten bronze type ferroelectric material, the A-site to B-site ratio is usually an integer ratio, but it is intentionally made to improve the characteristics. It may be deviated from the integer ratio. In addition, in order to control the characteristics of the dielectric layers 2, 4 and 6, the dielectric layers 2, 4 and 6 may appropriately contain an additive substance as an auxiliary component.

誘電体層2,4,6の各厚さは、例えば、10nm〜1000nmである。また、誘電体層2,4,6の各面積は、例えば、0.9×0.5mm程度である。 The thickness of each of the dielectric layers 2, 4 and 6 is, for example, 10 nm to 1000 nm. The areas of the dielectric layers 2, 4 and 6 are, for example, about 0.9 × 0.5 mm 2 .

上述の誘電体層2,4,6に挟まれて設けられる内部電極層3,5は導電性材料から形成される。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3,5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3,5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3,5全体に対して、50mol%以上であることが好ましい。また、内部電極層3,5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)及び銀(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3,5が添加元素を含有することによって、内部電極層3,5の途切れが防止される。なお、内部電極層3,5は複数種の添加元素を含有してもよい。 The internal electrode layers 3 and 5 provided between the dielectric layers 2, 4 and 6 described above are formed of a conductive material. Specifically, a material containing nickel (Ni) or platinum (Pt) as a main component is preferably used as the internal electrode layers 3 and 5, and Ni is particularly preferably used. When a material containing Ni as a main component is used for the internal electrode layers 3 and 5, the content thereof is preferably 50 mol% or more with respect to the entire internal electrode layers 3 and 5. When the main components of the internal electrode layers 3 and 5 are Ni, platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), and rhenium (Re). ), Tungsten (W), chromium (Cr), tantalum (Ta) and silver (Ag), at least one selected from the group (hereinafter, referred to as "additive element") is further contained. By containing the additive element in the internal electrode layers 3 and 5, the interruption of the internal electrode layers 3 and 5 is prevented. The internal electrode layers 3 and 5 may contain a plurality of types of additive elements.

内部電極層3,5の厚さは、例えば、10nm〜1000nm程度である。また、内部電極層3,5の面積は、例えば、0.9×0.4mm程度である。 The thickness of the internal electrode layers 3 and 5 is, for example, about 10 nm to 1000 nm. The area of the internal electrode layers 3 and 5 is, for example, about 0.9 × 0.4 mm 2 .

上部電極層7はNiを主成分として含有する合金からなることが好ましい。なお、上部電極層7には微量の不純物が含まれていても良い。上部電極層7に含まれ得る不純物としては、例えば、鉄(Fe)、チタン(Ti)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、マンガン(Mn)、ケイ素(Si)またはクロム(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。なお、上部電極層7として、Niを主成分として含有する合金のほかに、Si半導体やディスプレイパネル等の配線で用いられるアルミニウム(Al)、動(Cu)、タングステン(W)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)等のほか、白金(Pt)、鉛(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)、チタン(Ti)、マンガン(Mn)及び銀(Ag)等も用いることもできる。 The upper electrode layer 7 is preferably made of an alloy containing Ni as a main component. The upper electrode layer 7 may contain a small amount of impurities. Examples of impurities that can be contained in the upper electrode layer 7 include iron (Fe), titanium (Ti), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), manganese (Mn), silicon (Si), and chromium. Transition metal elements such as (Cr), vanadium (V), zinc (Zn), niobium (Nb), tantalum (Ta), yttrium (Y), lanthanum (La), cesium (Ce), or rare earth elements, chlorine ( Cl), sulfur (S), phosphorus (P) and the like can be mentioned. As the upper electrode layer 7, in addition to an alloy containing Ni as a main component, aluminum (Al), dynamic (Cu), tungsten (W), and chromium (Cr) used in wiring of Si semiconductors and display panels, etc. , Tantal (Ta), Niobium (Nb), etc., Platinum (Pt), Lead (Pd), Iridium (Ir), Rhodium (Rh), Ruthenium (Ru), Osmium (Os), Rhenium (Re), Titanium (Ti), manganese (Mn), silver (Ag) and the like can also be used.

なお、誘電体層2,4,6は、図1に示す薄膜コンデンサ100の断面において途切れているが、それぞれ積層方向に垂直な面内において連続している。同様に、内部電極層3,5及び上部電極層7も、それぞれ積層方向に垂直な面内において連続している。 The dielectric layers 2, 4 and 6 are interrupted in the cross section of the thin film capacitor 100 shown in FIG. 1, but are continuous in a plane perpendicular to the stacking direction. Similarly, the internal electrode layers 3 and 5 and the upper electrode layer 7 are also continuous in a plane perpendicular to the stacking direction.

端子電極11,12は、例えば銅(Cu)等の導電性材料から構成される。また、端子電極11,12に対して接続するビア13,14,15,16についても、例えば銅(Cu)等の導電性材料から構成される。 The terminal electrodes 11 and 12 are made of a conductive material such as copper (Cu). Further, the vias 13, 14, 15 and 16 connected to the terminal electrodes 11 and 12 are also made of a conductive material such as copper (Cu).

また、カバー層18は、強誘電体材料からなる構成とすることができる。すなわち、BaTiO(チタン酸バリウム)、(Ba1−XSr)TiO(チタン酸バリウムストロンチウム)、(Ba1−XCa)TiO、PbTiO、Pb(ZrTi1−X)O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)O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、BiTi12、SrBiTa等に代表されるビスマス層状化合物、(Sr1−XBa)Nb、PbNb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誘電体層2,4,6として好適に用いられる。なお、誘電体層2,4,6と同様に、カバー層18についても適宜、副成分として添加物質が含有されていてもよい。カバー層18が誘電体材料からなるとは、カバー層18の構成成分における誘電体材料の割合が70%以上であることをいう。なお、カバー層18の材料として強誘電体材料を選択することで、薄膜コンデンサ100の破損を効果的に抑制することができるが、この点については後述する。強誘電体とは、電界を加えることで誘電分極を生じる物質のうち、自発分極を呈するものである。また、強誘電体は、電場によって分極が反転するという特徴を有する。さらに、本実施形態における強誘電体材料は、比誘電率(ε)が200以上の材料であることが好ましい。ただし、比誘電率が100以上であれば、本実施形態に係るカバー層18の強誘電体材料として用いることができる。強誘電体材料は、他の材料(例えば、SiO等の無機絶縁材料やポリイミドなどの有機絶縁材料)との混合物として用いてもよい。強誘電体を上記の他の材料と混合する場合についても、誘電体材料の割合を70%以上であることが好ましい。 Further, the cover layer 18 can be made of a ferroelectric material. That is, BaTIO 3 (barium titanate), (Ba 1-X Sr X ) TiO 3 (barium titanate strontium), (Ba 1-X Ca X ) TiO 3 , PbTIO 3 , Pb (Zr X Ti 1-X ). strength and dielectric materials having a perovskite structure of the O 3 or the like, or Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) complex perovskite relaxer type ferroelectric material represented by O 3 or the like, Bi 4 Ti 3 O 12, The dielectric layer 2 is a bismuth layered compound represented by SrBi 2 Ta 2 O 9 or the like, a tungsten bronze type ferroelectric material represented by (Sr 1-X Ba X ) Nb 2 O 6 , PbNb 2 O 6 or the like. , 4, 6 are preferably used. Similar to the dielectric layers 2, 4 and 6, the cover layer 18 may also appropriately contain an additive substance as a sub-component. The fact that the cover layer 18 is made of a dielectric material means that the ratio of the dielectric material in the constituent components of the cover layer 18 is 70% or more. By selecting a ferroelectric material as the material of the cover layer 18, damage to the thin film capacitor 100 can be effectively suppressed, and this point will be described later. A ferroelectric substance is a substance that undergoes dielectric polarization when an electric field is applied, and exhibits spontaneous polarization. Further, the ferroelectric substance has a feature that the polarization is reversed by an electric field. Further, the ferroelectric material in the present embodiment is preferably a material having a relative permittivity (ε r ) of 200 or more. However, if the relative permittivity is 100 or more, it can be used as a ferroelectric material for the cover layer 18 according to the present embodiment. The ferroelectric material may be used as a mixture with other materials (for example, an inorganic insulating material such as SiO 2 or an organic insulating material such as polyimide). Even when the ferroelectric substance is mixed with the other materials described above, the proportion of the dielectric material is preferably 70% or more.

また、カバー層18として誘電体層2,4,6と同じ材料を選択することもできる。この場合、カバー層18に接する他の層(特に誘電体層2,4,6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、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。 Further, the same material as the dielectric layers 2, 4 and 6 can be selected as the cover layer 18. In this case, since it is possible to suppress the generation of stress with other layers (particularly the dielectric layers 2, 4, 6 and the like) in contact with the cover layer 18, the increase in capacitance and the suppression of leakage current can be suppressed. The effect is played.

カバー層18の厚さは、例えば、50nm〜1000nm程度とすることができる。ただし、カバー層18の厚さは、誘電体層の厚さにも基づいて設定される。この点については後述する。 The thickness of the cover layer 18 can be, for example, about 50 nm to 1000 nm. However, the thickness of the cover layer 18 is also set based on the thickness of the dielectric layer. This point will be described later.

また、端子電極11,12とカバー層18との間に設けられる絶縁性の保護層20は、例えばポリイミド等の有機材料、酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化ケイ素(SiN)等の無機材料、あるいはこれらを混合、または積層させた絶縁材料により構成される。保護層20でカバー層18を覆うことにより、カバー層18と端子電極11,12との間のリーク電流が抑制される。なお、リーク電流の点から端子電極11,12とカバー層18との間に保護層20を設けることが好ましいが、保護層20を設けなくてもよい。 The insulating protective layer 20 provided between the terminal electrodes 11 and 12 and the cover layer 18 is, for example, an organic material such as polyimide, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), or silicon nitride. It is composed of an inorganic material such as (SiN) or an insulating material obtained by mixing or laminating these. By covering the cover layer 18 with the protective layer 20, the leakage current between the cover layer 18 and the terminal electrodes 11 and 12 is suppressed. From the viewpoint of leakage current, it is preferable to provide the protective layer 20 between the terminal electrodes 11 and 12 and the cover layer 18, but the protective layer 20 may not be provided.

上記の薄膜コンデンサ100では、端子電極11と下部電極層1とを接続するビア13の周囲には、積層体10に開口部10Aが設けられている。開口部10Aの底面は、ビア13と電気的に接続する下部電極層1が露出している。開口部10Aは、底面を下部電極層1として、積層方向に沿って上方(上部電極層7側)に開口している。また、開口部10Aの側面では、積層体10においてビア13と電気的に接続する下部電極層1よりも積層方向に沿った上方の誘電体層2、内部電極層3、誘電体層4、内部電極層5、誘電体層6、及び、上部電極層7の端面が傾斜面を形成している。 In the thin film capacitor 100, an opening 10A is provided in the laminated body 10 around the via 13 connecting the terminal electrode 11 and the lower electrode layer 1. On the bottom surface of the opening 10A, the lower electrode layer 1 that is electrically connected to the via 13 is exposed. The bottom surface of the opening 10A is the lower electrode layer 1, and the opening 10A opens upward (on the upper electrode layer 7 side) along the stacking direction. Further, on the side surface of the opening 10A, the dielectric layer 2, the internal electrode layer 3, the dielectric layer 4, and the inside of the laminated body 10 above the lower electrode layer 1 electrically connected to the via 13 in the stacking direction. The end faces of the electrode layer 5, the dielectric layer 6, and the upper electrode layer 7 form an inclined surface.

また、端子電極11と内部電極層5とを接続するビア14の周囲には、積層体10に開口部10Bが設けられている。開口部10Bの底面は、ビア14と電気的に接続する内部電極層5が露出している。開口部10Bは、底面を内部電極層5として、積層方向に沿って上方(上部電極層7側)に開口している。また、開口部10Bの側面では、積層体10においてビア14と電気的に接続する内部電極層5よりも積層方向に沿った上方の誘電体層6及び上部電極層7の端面が傾斜面を形成している。 Further, an opening 10B is provided in the laminated body 10 around the via 14 connecting the terminal electrode 11 and the internal electrode layer 5. The bottom surface of the opening 10B is exposed with an internal electrode layer 5 that is electrically connected to the via 14. The bottom surface of the opening 10B is the internal electrode layer 5, and the opening 10B opens upward (on the upper electrode layer 7 side) along the stacking direction. Further, on the side surface of the opening 10B, the end faces of the dielectric layer 6 and the upper electrode layer 7 above the internal electrode layer 5 electrically connected to the via 14 in the laminated body 10 along the stacking direction form an inclined surface. doing.

同様に、端子電極12と内部電極層3とを接続するビア15の周囲には、積層体10に開口部10Cが設けられている。開口部10Cの底面は、ビア15と電気的に接続する内部電極層3が露出している。開口部10Cは、底面を内部電極層3として、積層方向に沿って上方(上部電極層7側)に開口している。また、開口部10Cの側面では、積層体10においてビア15と電気的に接続する内部電極層3よりも積層方向に沿った上方の誘電体層4、内部電極層5、誘電体層6、及び、上部電極層7の端面が傾斜面を形成している。 Similarly, an opening 10C is provided in the laminated body 10 around the via 15 connecting the terminal electrode 12 and the internal electrode layer 3. An internal electrode layer 3 electrically connected to the via 15 is exposed on the bottom surface of the opening 10C. The bottom surface of the opening 10C is the internal electrode layer 3, and the opening 10C opens upward (on the upper electrode layer 7 side) along the stacking direction. Further, on the side surface of the opening 10C, the dielectric layer 4, the internal electrode layer 5, the dielectric layer 6, and the dielectric layer 4 above the internal electrode layer 3 electrically connected to the via 15 in the laminated body 10 along the stacking direction. , The end face of the upper electrode layer 7 forms an inclined surface.

本実施形態に係る薄膜コンデンサ100では、カバー層18の材料及び厚さについて特徴を有する。この点について、図2を参照しながらさらに説明する。図2は、開口部10C周辺の積層体10について模式的に示した拡大図である。図2では、簡単のため、内部電極層3よりも下方については記載を省略している。また、保護層20についても記載を省略している。また、図2では、開口部10A〜10Cのうち、開口部10Cの周辺について説明するが、開口部10A,10Bにおいても開口部10Cと同様の構造が設けられている。 The thin film capacitor 100 according to the present embodiment is characterized by the material and thickness of the cover layer 18. This point will be further described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged view schematically showing the laminated body 10 around the opening 10C. In FIG. 2, for the sake of simplicity, the description below the internal electrode layer 3 is omitted. Further, the description of the protective layer 20 is also omitted. Further, in FIG. 2, the periphery of the openings 10C among the openings 10A to 10C will be described, but the openings 10A and 10B are also provided with the same structure as the openings 10C.

図2に示すように、開口部10Cの側面は、誘電体層4、内部電極層5、誘電体層6、及び、上部電極層7の端面により傾斜面が形成されている。そして、傾斜面において、誘電体層4、内部電極層5、誘電体層6、及び、上部電極層7の端面は、それぞれカバー層18と接している。 As shown in FIG. 2, the side surface of the opening 10C has an inclined surface formed by the end faces of the dielectric layer 4, the internal electrode layer 5, the dielectric layer 6, and the upper electrode layer 7. Then, on the inclined surface, the end faces of the dielectric layer 4, the internal electrode layer 5, the dielectric layer 6, and the upper electrode layer 7 are in contact with the cover layer 18, respectively.

ここで、薄膜コンデンサ100では、誘電体層の厚さをT1(nm)とし、誘電体層との界面におけるカバー層18の厚さをT2(nm)としたときに、
2500<T1×T2<40000
の関係を満たす。この点について、図2を参照しながら説明する。
Here, in the thin film capacitor 100, when the thickness of the dielectric layer is T1 (nm) and the thickness of the cover layer 18 at the interface with the dielectric layer is T2 (nm),
2500 <T1 x T2 <40000
Satisfy the relationship. This point will be described with reference to FIG.

図2の例では、誘電体層4,6の厚さT1は、積層方向での長さとして定義することができる。一般的に、薄膜コンデンサ100における誘電体層4,6は、それぞれ厚さが均一となるように製造されるが、厚さが均一ではない場合には、各層の厚さの平均値をT1とする。図2の例では、誘電体層4,6の厚さはどちらもT1であるとする。 In the example of FIG. 2, the thickness T1 of the dielectric layers 4 and 6 can be defined as the length in the stacking direction. Generally, the dielectric layers 4 and 6 in the thin film capacitor 100 are manufactured so as to have uniform thicknesses, but when the thicknesses are not uniform, the average value of the thicknesses of the respective layers is T1. To do. In the example of FIG. 2, it is assumed that the thicknesses of the dielectric layers 4 and 6 are both T1.

また、カバー層18の厚さT2は、誘電体層との界面の位置に基づいて定義される。例えば、誘電体層4に対しては、誘電体層4との界面A4を基準としたときのカバー層の厚さT2をカバー層18の厚さT2とする。また、誘電体層6に対しては、誘電体層6との界面A6を基準としたときのカバー層の厚さT2をカバー層18の厚さT2とする。このように、対象となる誘電体層との界面に基づいて、カバー層18の厚さT2が求められる。カバー層18についてもその厚さが基本的に均一となるように製造されるが、厚さが均一ではない場合には、誘電体層との界面領域におけるカバー層の厚さの最小値をT2とする。 Further, the thickness T2 of the cover layer 18 is defined based on the position of the interface with the dielectric layer. For example, for the dielectric layer 4, the thickness T2 4 of the cover layer when the interface A4 with the dielectric layer 4 is used as a reference is defined as the thickness T2 of the cover layer 18. Further, with respect to the dielectric layer 6, the thickness T2 of the cover layer 18 the thickness T2 6 of the cover layer when a reference interface A6 between the dielectric layer 6. In this way, the thickness T2 of the cover layer 18 is obtained based on the interface with the target dielectric layer. The cover layer 18 is also manufactured so that its thickness is basically uniform, but if the thickness is not uniform, the minimum value of the cover layer thickness in the interface region with the dielectric layer is set to T2. And.

なお、誘電体層の厚さをT1と、誘電体層との界面におけるカバー層18の厚さT2とは、T1≦T2の関係を満たすことが好ましい。この点については後述する。 It is preferable that the thickness of the dielectric layer T1 and the thickness T2 of the cover layer 18 at the interface with the dielectric layer satisfy the relationship of T1 ≦ T2. This point will be described later.

上記の薄膜コンデンサ100の製造方法について、図3を参照しながら説明する。薄膜コンデンサ100の製造方法は、開口部を有する積層体を形成する工程と、カバー層を形成する工程と、焼成工程と、端子電極の形成・接続工程と、を含む。 The method for manufacturing the thin film capacitor 100 will be described with reference to FIG. The method for manufacturing the thin film capacitor 100 includes a step of forming a laminate having an opening, a step of forming a cover layer, a firing step, and a step of forming and connecting terminal electrodes.

まず、積層体を形成する工程では、下部電極層1となる金属箔を準備する。この金属箔は必要に応じてその表面が所定の算術平均粗さRaとなるように研磨される。この研磨はCMP(Chemical Mechanical Polishing)、電解研磨、バフ研磨等の方法により行うことができる。次に、下部電極層1a上に誘電体層となる誘電体膜2a,4a,6aと内部電極層となる内部電極層3a,5aとを交互に形成する。 First, in the step of forming the laminate, a metal foil to be the lower electrode layer 1 is prepared. If necessary, the metal foil is polished so that its surface has a predetermined arithmetic mean roughness Ra. This polishing can be performed by a method such as CMP (Chemical Mechanical Polishing), electrolytic polishing, or buffing. Next, the dielectric films 2a, 4a, 6a to be the dielectric layers and the internal electrode layers 3a, 5a to be the internal electrode layers are alternately formed on the lower electrode layer 1a.

誘電体膜2a,4a,6aの組成は、完成後の薄膜コンデンサ100の誘電体層2,4,6に応じて選択される。また、誘電体膜2a,4a,6aの形成方法としては、溶液法、スパッタリング法等の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。 The composition of the dielectric films 2a, 4a, 6a is selected according to the dielectric layers 2, 4, 6 of the thin film capacitor 100 after completion. Further, as a method for forming the dielectric films 2a, 4a, 6a, a film forming technique such as a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a solution method or a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method can be used. The sputtering method is a more preferable method.

内部電極層3a,5aの組成は、完成後の薄膜コンデンサ100が備える内部電極層3,5に応じて選択される。また、内部電極層3a,5aの形成方法としては、DCスパッタリング等が挙げられる。 The composition of the internal electrode layers 3a and 5a is selected according to the internal electrode layers 3 and 5 included in the completed thin film capacitor 100. Further, as a method for forming the internal electrode layers 3a and 5a, DC sputtering and the like can be mentioned.

図3(A)に示すように誘電体膜2a,4a,6aと内部電極層3a,5aとを交互に積層した後に、誘電体膜6aの表面に、Ni合金からなる上部電極層7aを形成する。
これにより、下部電極層1、誘電体膜2a、内部電極層3a、誘電体膜4a、内部電極層5a、誘電体膜6a及び上部電極層7aを順次積層してなる積層体101を得る。なお、上部電極層7aの形成方法としては、DCスパッタリング等が挙げられる。
As shown in FIG. 3A, after the dielectric films 2a, 4a, 6a and the internal electrode layers 3a, 5a are alternately laminated, an upper electrode layer 7a made of a Ni alloy is formed on the surface of the dielectric film 6a. To do.
As a result, a laminated body 101 formed by sequentially laminating the lower electrode layer 1, the dielectric film 2a, the internal electrode layer 3a, the dielectric film 4a, the internal electrode layer 5a, the dielectric film 6a, and the upper electrode layer 7a is obtained. Examples of the method for forming the upper electrode layer 7a include DC sputtering and the like.

次に、図3(B)に示すように、積層体101に対して開口部102〜104を形成する。開口部の形成については、上部の電極層(上部電極層もしくは内部電極層)及び電極層の下に積層された誘電体膜をペアとしたペア層単位でのドライエッチングにより行われる。このペア層は、薄膜コンデンサ100におけるペア層に対応するものである。所定部分に貫通孔が形成されたレジストパターンを積層体101上に形成する。その後、レジストパターンを介して、最上位の1ペア層分のエッチング加工をRIE加工(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)やイオンミリング等の方法で実施する。1層分のエッチング加工が終わった後、残ったエッチングパターンを除去する。 Next, as shown in FIG. 3B, openings 102 to 104 are formed in the laminated body 101. The opening is formed by dry etching in pairs of an upper electrode layer (upper electrode layer or internal electrode layer) and a dielectric film laminated under the electrode layer. This pair layer corresponds to the pair layer in the thin film capacitor 100. A resist pattern having through holes formed in a predetermined portion is formed on the laminated body 101. After that, etching processing for the uppermost pair of layers is performed by a method such as RIE processing (Reactive Ion Etching) or ion milling via a resist pattern. After the etching process for one layer is completed, the remaining etching pattern is removed.

その後、下部電極層1a、誘電体膜2a,4a,6a、内部電極層3a,5a、及び上部電極層7aの表面を覆うようにカバー膜18aを形成する。カバー膜18aの材料は、カバー層18の材料に応じて選択される。図3(C)に示すように、カバー膜18aによって、積層体101の開口部102〜104及び上部電極層7aの表面が覆われる。 After that, the cover film 18a is formed so as to cover the surfaces of the lower electrode layer 1a, the dielectric films 2a, 4a, 6a, the internal electrode layers 3a, 5a, and the upper electrode layer 7a. The material of the cover film 18a is selected according to the material of the cover layer 18. As shown in FIG. 3C, the cover film 18a covers the surfaces of the openings 102 to 104 of the laminated body 101 and the upper electrode layer 7a.

その後、このカバー膜18aによって覆われた積層体101を焼成する。焼成時の温度は、誘電体膜2a,4a,6a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500〜1000℃であることが好ましい。また、焼成時間は5分〜2時間程度とすればよい。また、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、中性雰囲気の何れでも良いが、少なくとも、電極層(下部電極層1a、内部電極層3a,5a、上部電極層7a)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。これにより、誘電体層2,4,6、及びカバー層18が形成される。カバー膜18aを形成した後に誘電体膜の焼成を行うことにより、電極層と誘電体層との界面及び電極層とカバー層との界面における酸化膜の形成が抑制される。 Then, the laminate 101 covered with the cover film 18a is fired. The temperature at the time of firing is preferably a temperature at which the dielectric films 2a, 4a, and 6a are sintered (crystallized), and specifically, it is preferably 500 to 1000 ° C. The firing time may be about 5 minutes to 2 hours. The atmosphere at the time of firing is not particularly limited and may be an oxidizing atmosphere, a reducing atmosphere, or a neutral atmosphere, but at least the electrode layers (lower electrode layer 1a, internal electrode layers 3a, 5a, upper electrode layer). It is preferable to bake under a partial pressure of oxygen that does not oxidize 7a). As a result, the dielectric layers 2, 4 and 6 and the cover layer 18 are formed. By firing the dielectric film after forming the cover film 18a, the formation of an oxide film at the interface between the electrode layer and the dielectric layer and the interface between the electrode layer and the cover layer is suppressed.

次に、焼成後の積層体に対して、保護層及び端子電極の形成・接続を行う。具体的には、焼成後の積層体のカバー層18の上方に保護層20を積層する。その後、保護層及びカバー層を貫通するビア13,14,15,16(図1参照)を形成する。そして、保護層20上のビアと電気的に接続するように端子電極11,12(図1参照)を形成する。なお、端子電極が配置された積層体に対してアニール処理を施してもよい。アニール処理は、減圧雰囲気下、温度が200〜400℃である雰囲気下で行えばよい。ここで、減圧雰囲気とは、1気圧(=101325Pa)より低い圧力を有する雰囲気を意味する。アニール処理を行うことにより、電気特性を安定化することができる。これにより、図1に示す本実施形態に係る薄膜コンデンサ100が得られる。 Next, a protective layer and terminal electrodes are formed and connected to the fired laminate. Specifically, the protective layer 20 is laminated above the cover layer 18 of the laminated body after firing. After that, vias 13, 14, 15, and 16 (see FIG. 1) penetrating the protective layer and the cover layer are formed. Then, the terminal electrodes 11 and 12 (see FIG. 1) are formed so as to be electrically connected to the via on the protective layer 20. The laminate on which the terminal electrodes are arranged may be annealed. The annealing treatment may be carried out in a reduced pressure atmosphere and in an atmosphere where the temperature is 200 to 400 ° C. Here, the decompressed atmosphere means an atmosphere having a pressure lower than 1 atm (= 101325 Pa). By performing the annealing treatment, the electrical characteristics can be stabilized. As a result, the thin film capacitor 100 according to the present embodiment shown in FIG. 1 is obtained.

上記の薄膜コンデンサ100では、誘電体層の厚さT1とカバー層の厚さT2とが上記の関係を満たすことで、以下の効果が奏される。すなわち、誘電体材料からなるカバー層18が誘電体層4,6に対して接した状態で設けられることで、電極層の端部近傍の誘電体層に電界が集中することに由来する絶縁破壊を抑制することができる。この点について、図4を参照しながら説明する。 In the thin film capacitor 100, the following effects are obtained when the thickness T1 of the dielectric layer and the thickness T2 of the cover layer satisfy the above relationship. That is, the cover layer 18 made of the dielectric material is provided in contact with the dielectric layers 4 and 6, so that the electric field is concentrated on the dielectric layer near the end of the electrode layer, resulting in dielectric breakdown. Can be suppressed. This point will be described with reference to FIG.

図4は、従来の薄膜コンデンサにおける誘電体層及び電極層端部を模式的に説明した図である。図4に示す薄膜コンデンサ300は、図2に対応して、内部電極層3,5及び内部電極層3,5に挟まれた誘電体層4を示している。図4に示すように、従来の薄膜コンデンサでは、内部電極層3上に積層される誘電体層4と、誘電体層4上に積層される内部電極層5とは、同一形状で製造されることが多い。したがって、内部電極層5の端部は誘電体層4の端部上に積層される。 FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a dielectric layer and an electrode layer end portion in a conventional thin film capacitor. The thin film capacitor 300 shown in FIG. 4 shows a dielectric layer 4 sandwiched between the internal electrode layers 3 and 5 and the internal electrode layers 3 and 5, corresponding to FIG. 2. As shown in FIG. 4, in the conventional thin film capacitor, the dielectric layer 4 laminated on the internal electrode layer 3 and the internal electrode layer 5 laminated on the dielectric layer 4 are manufactured in the same shape. Often. Therefore, the end portion of the internal electrode layer 5 is laminated on the end portion of the dielectric layer 4.

この状態で、図4の薄膜コンデンサ300に対して電圧を印加すると、その形状に由来して内部電極層5の端部から連続する誘電体層4の端部領域(図4の領域R4付近)に電界が集中する。理想的には誘電体層4内の電界分布は一様であることが好ましいが、実際には誘電体層4の端部に集中してしまう。この結果、誘電体層4端部において絶縁破壊が生じる可能性がある。絶縁破壊は、誘電体層における電界が所定の値(絶縁破壊電界)を超えると生じる。したがって、誘電体層における電界の集中は、絶縁破壊の発生する可能性を増大させることにつながる。 When a voltage is applied to the thin film capacitor 300 of FIG. 4 in this state, the end region of the dielectric layer 4 continuous from the end of the internal electrode layer 5 due to its shape (near the region R4 of FIG. 4). The electric field is concentrated on. Ideally, the electric field distribution in the dielectric layer 4 is uniform, but in reality, it is concentrated at the end of the dielectric layer 4. As a result, dielectric breakdown may occur at the four ends of the dielectric layer. Dielectric breakdown occurs when the electric field in the dielectric layer exceeds a predetermined value (dielectric breakdown electric field). Therefore, the concentration of the electric field in the dielectric layer increases the possibility of dielectric breakdown.

これに対して、本実施形態に係る薄膜コンデンサ100では、電極層端部の近傍の誘電体層2,4,6の端部に対して、誘電体材料からなるカバー層18が接する状態とすることで、誘電体層における電界集中を抑制することができる。すなわち、電極層に挟まれた誘電体層だけでなく、カバー層に対しても電界が作用することにより、誘電体層2,4,6の端部において電界が集中することを防ぐことができる。すなわち、電界の集中によって誘電体層2,4,6において絶縁破壊が起きることを防止することができる。 On the other hand, in the thin film capacitor 100 according to the present embodiment, the cover layer 18 made of a dielectric material is in contact with the ends of the dielectric layers 2, 4 and 6 in the vicinity of the end of the electrode layer. Therefore, the electric field concentration in the dielectric layer can be suppressed. That is, since the electric field acts not only on the dielectric layer sandwiched between the electrode layers but also on the cover layer, it is possible to prevent the electric field from concentrating at the ends of the dielectric layers 2, 4 and 6. .. That is, it is possible to prevent dielectric breakdown from occurring in the dielectric layers 2, 4 and 6 due to the concentration of the electric field.

特に、誘電体層2,4,6の厚さが小さくなると、電界の集中による絶縁破壊のリスクが高まるため、カバー層18をより大きく確保することが求められる。一方、誘電体層2,4,6の厚さが大きくなるにつれて電界の集中のリスクは低くなる。したがって、誘電体層の厚さT1(nm)とカバー層の厚さT2(nm)とが、2500<T1×T2<40000の関係を満たすように、誘電体層の厚さT1に応じてカバー層の厚さT2を選択する構成とすることで、電界の集中による絶縁破壊のリスクを効果的に低減させることができる。なお、上記のT1×T2が2500以下の場合には、絶縁破壊のリスクの低減効果を十分に奏することができない。また、T1×T2が40000以上の場合には、絶縁破壊のリスクの低減効果は十分に確保されるが、誘電体層及びカバー層の一方又は両方が大型化するため、薄膜コンデンサが大型化してしまう。 In particular, as the thicknesses of the dielectric layers 2, 4 and 6 become smaller, the risk of dielectric breakdown due to the concentration of the electric field increases, so that it is required to secure a larger cover layer 18. On the other hand, as the thickness of the dielectric layers 2, 4 and 6 increases, the risk of electric field concentration decreases. Therefore, the cover is covered according to the thickness T1 of the dielectric layer so that the thickness T1 (nm) of the dielectric layer and the thickness T2 (nm) of the cover layer satisfy the relationship of 2500 <T1 × T2 <40000. By selecting the layer thickness T2, the risk of dielectric breakdown due to the concentration of the electric field can be effectively reduced. When the above T1 × T2 is 2500 or less, the effect of reducing the risk of dielectric breakdown cannot be sufficiently achieved. Further, when T1 × T2 is 40,000 or more, the effect of reducing the risk of dielectric breakdown is sufficiently secured, but one or both of the dielectric layer and the cover layer become large, so that the thin film capacitor becomes large. It ends up.

また、誘電体層の端面に対して接すると共に且つ端面を覆うように設けられる誘電体材料からなるカバー層は、誘電体層の端面の傾斜角(水平方向に対する傾斜角度)が大きいときに特に有効となる。傾斜角は、積層体10の製造時に制御することができるが、傾斜角が大きくなる、すなわち、端面が垂直に近くなると、誘電体層の端面において電界が集中する割合が高くなることが考えられる。したがって、傾斜角が大きくなる場合(好ましくは、30°よりも大きくなる場合)には、上記の関係を満たすカバー層を設けることで、絶縁破壊をより効果的に抑制することができると考えられる。 Further, the cover layer made of a dielectric material provided so as to be in contact with the end face of the dielectric layer and to cover the end face is particularly effective when the inclination angle (inclination angle with respect to the horizontal direction) of the end surface of the dielectric layer is large. It becomes. The inclination angle can be controlled at the time of manufacturing the laminated body 10, but it is considered that when the inclination angle becomes large, that is, when the end faces are close to vertical, the ratio of the electric field concentrated on the end faces of the dielectric layer increases. .. Therefore, when the inclination angle becomes large (preferably larger than 30 °), it is considered that dielectric breakdown can be suppressed more effectively by providing a cover layer satisfying the above relationship. ..

また、誘電体層の厚さT1(nm)とカバー層の厚さT2(nm)とは、T1≦T2の関係を満たすことが好ましい。誘電体層の厚さT1がカバー層の厚さT2よりも大きくなると、薄膜コンデンサ全体の厚さが大きくなってしまう。すなわち、T1≦T2の関係を満たすことで、薄膜コンデンサの厚さの増大を防ぎつつ、絶縁破壊を抑制することが可能となる。 Further, it is preferable that the thickness T1 (nm) of the dielectric layer and the thickness T2 (nm) of the cover layer satisfy the relationship of T1 ≦ T2. When the thickness T1 of the dielectric layer becomes larger than the thickness T2 of the cover layer, the thickness of the entire thin film capacitor becomes large. That is, by satisfying the relationship of T1 ≦ T2, it is possible to suppress dielectric breakdown while preventing an increase in the thickness of the thin film capacitor.

さらに、カバー層18の材料として、強誘電体材料を選択することで、誘電体層2,4,6における電界の集中を効果的に防ぐことができる。具体的には、積層体10を構成する誘電体層でなく、カバー層18において分極が生じやすくなるため、積層体10において壊れやすい端部に電界が集中しても、その電界はカバー層18の分極を誘起するために消費される。そのため、積層体10の端部で電界の集中が生じにくくなる。さらに、カバー層18の材料をεが200以上である強誘電体材料とした場合、カバー層18における分極の誘起がさらに促進されるため、積層体10の端部での電界の集中が効果的に抑制される。なお、強誘電体材料とは異なる誘電体材料を用いる場合には、上記の作用を得ることはできない。したがって、カバー層18の材料として強誘電体材料を選択し、且つ、その厚さを上述の関係を満たすように制御することで、絶縁破壊を抑制することができる。 Further, by selecting a ferroelectric material as the material of the cover layer 18, it is possible to effectively prevent the concentration of electric fields in the dielectric layers 2, 4 and 6. Specifically, since polarization is likely to occur in the cover layer 18 instead of the dielectric layer constituting the laminate 10, even if the electric field is concentrated on the fragile end of the laminate 10, the electric field is still in the cover layer 18. Is consumed to induce polarization of. Therefore, the concentration of the electric field is less likely to occur at the end of the laminated body 10. Further, when the material of the cover layer 18 is a ferroelectric material having ε r of 200 or more, the induction of polarization in the cover layer 18 is further promoted, so that the concentration of the electric field at the end of the laminated body 10 is effective. Is suppressed. When a dielectric material different from the ferroelectric material is used, the above action cannot be obtained. Therefore, dielectric breakdown can be suppressed by selecting a ferroelectric material as the material of the cover layer 18 and controlling the thickness thereof so as to satisfy the above relationship.

なお、上記実施形態では、薄膜コンデンサ100の開口部10A〜10Cにおいて、誘電体層2,4,6、内部電極層3,5、及び上部電極層7により傾斜面が形成されている場合について説明したが、開口部10A〜10Cの側壁の形状は傾斜面に限定されない。 In the above embodiment, a case where an inclined surface is formed by the dielectric layers 2, 4 and 6, the internal electrode layers 3 and 5, and the upper electrode layer 7 in the openings 10A to 10C of the thin film capacitor 100 will be described. However, the shape of the side wall of the openings 10A to 10C is not limited to the inclined surface.

図5は、変形例として開口部の傾斜面の曲面が積層方向に沿った垂直型である薄膜コンデンサを示している。図5は、変形例の薄膜コンデンサ200における開口部10Cの数位を示している。すなわち、薄膜コンデンサ100について説明した図2に対応する。 FIG. 5 shows a thin film capacitor in which the curved surface of the inclined surface of the opening is a vertical type along the stacking direction as a modification. FIG. 5 shows the number of openings 10C in the thin film capacitor 200 of the modified example. That is, it corresponds to FIG. 2 in which the thin film capacitor 100 is described.

薄膜コンデンサ200では、図4に示した従来の薄膜コンデンサ300と同様に、誘電体層4,6と、これらの誘電体層4,6上に積層された内部電極層5及び上部電極層7と、が同一形状で製造されている。したがって、誘電体層4及び内部電極層5の端面は積層方向(垂直方向)に連続し、誘電体層6及び上部電極層7の端面は積層方向(垂直方向)に連続している。このような薄膜コンデンサ200においても、薄膜コンデンサ100と同様に、強誘電体材料からなるカバー層を誘電体層の端面に対して接するように設け、且つ、誘電体層の厚さT1(nm)とカバー層の厚さT2(nm)とが2500<T1×T2<40000を満たすことにより、誘電体層における絶縁破壊を抑制することができ、薄膜コンデンサの破損を防ぐことができる。 In the thin film capacitor 200, similarly to the conventional thin film capacitor 300 shown in FIG. 4, the dielectric layers 4 and 6 and the internal electrode layer 5 and the upper electrode layer 7 laminated on the dielectric layers 4 and 6 are formed. , Are manufactured in the same shape. Therefore, the end faces of the dielectric layer 4 and the internal electrode layer 5 are continuous in the stacking direction (vertical direction), and the end faces of the dielectric layer 6 and the upper electrode layer 7 are continuous in the stacking direction (vertical direction). In such a thin film capacitor 200 as well, similarly to the thin film capacitor 100, a cover layer made of a ferroelectric material is provided so as to be in contact with the end face of the dielectric layer, and the thickness of the dielectric layer is T1 (nm). And the thickness T2 (nm) of the cover layer satisfy 2500 <T1 × T2 <40000, so that dielectric breakdown in the dielectric layer can be suppressed and damage to the thin film capacitor can be prevented.

なお、図5に示す薄膜コンデンサ200では、誘電体層6との界面A6を基準としたときのカバー層の厚さT2としてその厚さの最小値が選択されるため、図5に示すように、界面A6に対して上方側のカバー層18の厚さT2がカバー層18の厚さT2となる。また、誘電体層4に対しては、誘電体層4との界面A4を基準としたときのカバー層の厚さT2がカバー層18の厚さT2となる。 In the thin film capacitor 200 shown in FIG. 5, the minimum value of the cover layer thickness T2 when the interface A6 with the dielectric layer 6 is used as a reference is selected, and therefore, as shown in FIG. the thickness T2 6 of the upper side of the cover layer 18 is a thickness T2 of the cover layer 18 to the interface A6. Further, with respect to the dielectric layer 4, the thickness T2 4 of the cover layer when the interface A4 with the dielectric layer 4 is used as a reference becomes the thickness T2 of the cover layer 18.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明に係る薄膜コンデンサは上記実施形態に限られず、種々の変更を行うことができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the thin film capacitor according to the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.

例えば、上記実施形態では、下部電極層1の上部に複数の誘電体層2,4,6が積層され、この誘電体層2,4,6の間に内部電極層3,5が設けられた構成について説明しているが、本発明は、少なくとも1つの誘電体層を有する所謂単層の薄膜コンデンサにも適用することができる。単層の薄膜コンデンサの場合、誘電体層を挟んで下部電極と上部電極等が設けられる。このときに、誘電体層の端面に対して接し且つ端面を覆うように強誘電体材料からなるカバー層18が設けられることで、電界集中による絶縁破壊を抑制することができる。また、誘電体層の数は2層以上であってもよい。誘電体層の数に応じて内部電極層の有無及びその数は変更される。また、下部電極層、内部電極層の数に応じて、開口部が設けられる数も変更される。 For example, in the above embodiment, a plurality of dielectric layers 2, 4, 6 are laminated on the upper portion of the lower electrode layer 1, and internal electrode layers 3, 5 are provided between the dielectric layers 2, 4, 6. Although the configuration is described, the present invention can also be applied to a so-called single layer thin film capacitor having at least one dielectric layer. In the case of a single-layer thin film capacitor, a lower electrode, an upper electrode, and the like are provided with a dielectric layer interposed therebetween. At this time, by providing the cover layer 18 made of a ferroelectric material so as to be in contact with the end face of the dielectric layer and to cover the end face, dielectric breakdown due to electric field concentration can be suppressed. Further, the number of dielectric layers may be two or more. The presence / absence and the number of internal electrode layers are changed according to the number of dielectric layers. Further, the number of openings provided is also changed according to the number of lower electrode layers and internal electrode layers.

また、端子電極11,12の配置及びビアの配置についても適宜変更することができる。また、ビアの配置に応じて開口部の配置は適宜変更される。また、開口部の配置や形状に応じて、傾斜面の傾斜角等も適宜変更することができる。 Further, the arrangement of the terminal electrodes 11 and 12 and the arrangement of the vias can be changed as appropriate. Further, the arrangement of the openings is appropriately changed according to the arrangement of the vias. Further, the inclination angle of the inclined surface and the like can be appropriately changed according to the arrangement and shape of the opening.

また、上記実施形態では、カバー層18は上部電極層7の上面も覆う場合について説明したが、強誘電体材料からなるカバー層18は、少なくとも誘電体層の端面に対して接し且つ誘電体層を覆うように設けられていればよい。すなわち、カバー層18は、上部電極層7の上面を覆わない構成であってもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the cover layer 18 also covers the upper surface of the upper electrode layer 7 has been described, but the cover layer 18 made of a ferroelectric material is at least in contact with the end face of the dielectric layer and is a dielectric layer. It suffices if it is provided so as to cover. That is, the cover layer 18 may be configured not to cover the upper surface of the upper electrode layer 7.

また、薄膜コンデンサの製造方法についても、上記実施形態で説明したものに限定されない。上記実施形態では、下部電極層1の上部に積層された複数の誘電体層2,4,6及びカバー層18は一度にまとめて焼成される態様について説明しているが、焼成を何度も行う(誘電体層毎に行う)態様であってもよい。 Further, the method for manufacturing the thin film capacitor is not limited to the one described in the above embodiment. In the above embodiment, a mode in which the plurality of dielectric layers 2, 4, 6 and the cover layer 18 laminated on the upper portion of the lower electrode layer 1 are fired at once is described, but the firing is repeated many times. It may be performed (performed for each dielectric layer).

1…下部電極層、2,4,6…誘電体層、3,5…内部電極層、7…上部電極層、10…積層体、11,12…端子電極、18…カバー層、20…保護層、100,200,300…薄膜コンデンサ。 1 ... Lower electrode layer, 2, 4, 6 ... Dielectric layer, 3, 5 ... Internal electrode layer, 7 ... Upper electrode layer, 10 ... Laminated body, 11, 12 ... Terminal electrode, 18 ... Cover layer, 20 ... Protection Layer, 100, 200, 300 ... Thin film capacitor.

Claims (3)

一対の電極層と、
当該一対の電極層に挟まれた誘電体層と、
前記誘電体層の端面に対して接しながら当該端面を覆うチタン酸バリウムからなるカバー層と、を有し、
前記カバー層は、前記チタン酸バリウムが結晶化したものであり、
前記誘電体層の厚さをT1(nm)とし、前記誘電体層との界面におけるカバー層18の厚さをT2(nm)としたときに、
2500<T1×T2<40000
の関係を満たす、薄膜コンデンサ。
A pair of electrode layers and
A dielectric layer sandwiched between the pair of electrode layers and
It has a cover layer made of barium titanate that covers the end face while being in contact with the end face of the dielectric layer.
The cover layer is obtained by crystallizing the barium titanate.
The thickness of the dielectric layer and T1 (nm), the thickness of the cover layer 18 at the interface between the dielectric layer is taken as T2 (nm),
2500 <T1 x T2 <40000
A thin film capacitor that satisfies the relationship.
前記カバー層は、比誘電率(εr)が200以上である請求項1に記載の薄膜コンデンサ。 The thin film capacitor according to claim 1, wherein the cover layer has a relative permittivity (εr) of 200 or more. 前記誘電体層の厚さT1(nm)と、前記カバー層の厚さT2(nm)と、は、
T1≦T2
の関係を満たす、請求項1又は2に記載の薄膜コンデンサ。
The thickness T1 (nm) of the dielectric layer and the thickness T2 (nm) of the cover layer are
T1 ≤ T2
The thin film capacitor according to claim 1 or 2, which satisfies the above relationship.
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