JPH0888318A

JPH0888318A - 薄膜コンデンサー及び薄膜コンデンサー内蔵基板

Info

Publication number: JPH0888318A
Application number: JP6225417A
Authority: JP
Inventors: Haruo Tanmachi; 東夫反町
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-09-20
Filing date: 1994-09-20
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、薄膜コンデンサーに係り、基板を
高融点金属製にすることによってインピーダンスを低減
してデカップリングコンデンサーとして使用し、高速性
を要求される電子部品の特性変動を抑えて、電子部品の
信頼性を高めることを目的とする。【構成】Ｍｏからなる金属基板１２と、Ｐｔからなる
酸化防止膜１６とから成る第１の電極１７と、第１の電
極１７に対向するように配設されるＣｒ電極１４、Ｃｕ
電極１５からなる第２の電極１８と、電極間に誘電体１
３となるＳＴＯ膜を介装する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜技術を用いて作成
したコンデンサー及び薄膜コンデサー内蔵基板に関す
る。

【０００２】ＩＣの動作速度は、配線ルールの微細化に
伴い、年々上昇を続けている。

【０００３】この結果ＩＣの電源及び配線には高周波の
大電流が流れ込むようになってきてた。接地線は理想的
な導体ではなく、必ずインピーダンスを持つので、ＩＣ
の接地端子の電位は高周波電流によって変動することに
なり、いわゆるグラウンドバウンスを発生する。これは
等価的に入力端子にノイズが乗ったのと等価であり、Ｉ
Ｃの誤差原因となっている。

【０００４】

【従来の技術】グラウンドバウンスを抑制するために
は、ＩＣの近傍にデカップリングコンデンサーを挿入す
ることで対処する方法が一般的である。

【０００５】デカップリングコンデンサー自身も直列イ
ンダクタンスを持っているが、デカップリングコンデン
サーとして機能するためには、この直列インダクタンス
の値が充分小さくなくてはグラウンドバウンスを抑える
ことができない。

【０００６】デカップリングコンデサーとしてもっとも
広く用いられているのは、積層セラミックコンデンサー
であるが、電源から接地線に流れ込む電流も１００ＭＨ
ｚを越える成分を持っている、１００ＭＨｚを越える動
作速度を有する近年のＩＣに対しては従来の積層コンデ
ンサーでは充分グラウンドバウンスを抑えることができ
なくなってきた。

【０００７】インダクタンスの低いコンデンサーを得る
には電極の全面に亘ってバンプ端子が取り出されている
構造が有利である。

【０００８】しかし積層コンデンサーではこの構造が実
現しにくいため、コンデンサーを単層とするが、この構
造では必要な容量を確保するために、誘電体を極めて薄
くしなければならない。このために誘電体及び電極は薄
膜技術を用いて形成され、単層のコンデンサーは薄膜コ
ンデンサーとなる。

【０００９】図４に従来の単層の薄膜コンデンサー１を
示す。

【００１０】基板２はＳｉ基板であり、表面は熱酸化に
よりＳｉＯ₂膜が設けられている。

【００１１】後述する第１の電極７、及び第２の電極８
はこの基板２上に配設されている。ンデンサー１は、基
板２と、第１の電極７と、第２の電極８と、誘電体３に
より構成されている。

【００１２】Ｓｉ基板２上に、コンデンサーを構成する
第１の電極となる電極７を設け、その上から酸化防止膜
６となるＰｔ膜を成膜する。従来の薄膜コンデンサー１
において第１の電極を構成するのは、この２層の金属膜
である。

【００１３】更に酸化防止膜６の上に誘電体３であるＳ
ｒＴｉＯ₃（以下ＳＴＯ膜と略記する）膜を成膜して、
その上に第２の電極８を構成する。誘電体３として使用
したＳＴＯ膜はＳｒＴｉＯ₃の他にＳｒ_{x a}Ｂａ_1-xＴ
ｉＯ₃（０＜ｘ＜１）の構成を有する誘電体でも良い。
誘電体であるＳＴＯ膜はチップの大きさを５ｍｍ×５
ｍｍ、厚さを２００ｎｍとすると、０．１μＦの容量を
得るためには誘電率を約１００とする必要がある。この
要求を満たす材料は限られている。ＳｒＴｉＯ₃または
Ｓｒ_{x a}Ｂａ_1-xＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１）は誘電率が高
く、かつ室温では常誘電体であるので強誘電体特有の電
圧印加による膜の疲労が無いという点で優れた材料であ
る。

【００１４】この材料を用いて図４に示した薄膜コンデ
ンサーを作成することにより、上記特性を満たすことが
できる。

【００１５】ＳＴＯ膜を用いた薄膜コンデンサー１の形
成方法を第５図を用いて説明する。尚第５図では第１の
電極７、誘電体３、第２の電極８のみ示している。

【００１６】先ず基板として熱酸化を行ったＳｉ基板２
を用意する。この上に密着層としてＴａ、電極としてＰ
ｔ６をスパッタリングによって形成する。その上に、誘
電体３であるＳＴＯ膜を形成する。ＳＴＯ膜は高周波ス
パッタリングまたはゾル−ゲル法によって形成するのが
一般的である。この膜は形成直後では結晶性が悪く、酸
素を含む雰囲気の中での熱処理を必要する。熱処理温度
は５００℃〜６５０℃程度である。熱処理を行っている
間はコンデンサーの第１の電極７も酸化雰囲気にさらさ
れることになる。従って第１の電極材料７としては酸化
されずらい貴金属、例えば金（Ａｕ）やプラチナ（Ｐ
ｔ）が使用される。

【００１７】この上に第２の電極８を形成する。第２の
電極８は耐熱性は必要無いが、Ｐｔのような酸化されず
らい金属を使用した方が薄膜コンデンサー１の特性は向
上する。

【００１８】ここで第１の電極７と接続をとるためのビ
アをあけておく。次に絶縁層としてポリイミド樹脂を形
成し、その上にバンプ形成用の金属、例えばＮｉを形成
し、さらに半田バンプを形成する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例の薄膜
コンデンサー１では第１の電極７の抵抗が高い点が問題
となる。酸化防止膜６となるＰｔ等の貴金属膜を数μｍ
程度形成すれば、この問題を解決すつことが可能である
が、メッキ法による成膜を行う場合は表面が荒れること
が問題となる。また、スパッタリング、或いは蒸着方法
を採用することはコストの点から許容できない。

【００２０】また、Ｃｕ、或いはＡｌ等の抵抗の低い金
属をＰｔに重ねる方法も考えられるが、酸化雰囲気中で
の５００℃〜６５０℃の熱処理は、Ｃｕ或いはＡｌにと
って再結晶温度を越える条件となるために表面が著しく
荒れることになり、耐えられない。

【００２１】本発明は、上記の点を鑑み、誘電体にＳＴ
Ｏ膜を用いた場合でも電気抵抗が低くデカップリングコ
ンデンサーとして優れた特性をもつコンデンサーを提供
することを目的とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の薄膜コンデンサーでは、基板と、基
板上に設けられた第１の電極と、第１の電極に対向する
ように配設される第２の電極と、電極間に介装された誘
電体とよりなり、基板を導電性部材により形成し、基板
を該第１の電極の一部として使用することを特徴とする
ものである。

【００２３】請求項２記載の薄膜コンデンサーでは、誘
電体として、ＳｒＴｉＯ₃、またはＳｒ_{x a}Ｂａ_1-xＴ
ｉＯ₃（０＜ｘ＜１）を用いることを特徴とするもので
ある。

【００２４】請求項３記載の薄膜コンデンサーでは、基
板の材質として、誘電体に実施される加熱処理時に印加
される加熱温度に耐えうる高融点金属を選定してなるこ
とを特徴とするものである。

【００２５】請求項４記載の薄膜コンデンサーでは、基
板を、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タング
ステン（Ｗ）のうちのいずれかとすることを特徴とする
ものである。

【００２６】請求項５記載の薄膜コンデンサーでは、基
板を、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タング
ステン（Ｗ）のうちのいずれかを含む積層基板とするこ
とを特徴とするものである。

【００２７】請求項６記載の薄膜コンデンサーでは、第
１の電極と、第２の電極に実装用端子を設けた構成とし
たことを特徴とするものである。

【００２８】請求項７記載の薄膜コンデンサーでは、実
装用端子をバンプとすることを特徴とするものである。

【００２９】請求項８記載の薄膜コンデンサーでは、請
求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜コンデンサー上に
薄膜多層配線を設け、かつ第１の電極と、第２の電極を
電源層と接地層に利用したことを特徴とするものであ
る。

【００３０】

【作用】請求項１記載の発明により、基板が導電性で、
なおかつ電極の一部として使用されることにより、第１
の電極の抵抗を充分小さくすることができる。

【００３１】請求項２記載の発明により、Ｓｒ_{x a}Ｂａ
_1-xＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１）は、その高い誘電率によっ
て、薄膜コンデンサーの容量を増加させる。また、強誘
電体特有の電界印加による膜の疲労が少ないという性質
を有するために薄膜コンデンサーの特性を安定したもの
とし、かつ長寿命化することができる。

【００３２】請求項３記載の発明により、基板がアニー
ルの工程に耐える事によって、基板上に成膜された誘電
体薄膜に、アニール処理を施すプロセスが可能となり、
アニールを施した誘電体薄膜の膜質を向上させることが
できる。

【００３３】請求項４記載の発明により、基板としてＭ
ｏ、Ｔａ、Ｗのうちのいずれかを使用することにより、
基板上に成膜された誘電体薄膜に、アニール処理を施す
プロセスが可能となり、アニールを施した誘電体薄膜の
膜質を向上させることができる。

【００３４】請求項５記載の発明により、基板としてＭ
ｏ、Ｔａ、Ｗのうちのいずれかを含む積層基板を使用す
ることにより、基板上に成膜された誘電体薄膜に、アニ
ール処理を施すプロセスが可能となる上、基板を構成す
る際の選択肢を広げることができる。

【００３５】請求項６記載の発明により、金属基板の薄
膜コンデンサーに電極を取り付けてモジュール化するこ
とにより、簡易に素子近傍への配設を行うことができ
る。

【００３６】請求項７記載の発明により、実装用端子を
バンプとすることにより、表面実装することが可能とな
り、実装密度を上げることができる。

【００３７】請求項８記載の発明により、薄膜コンデン
サー上に薄膜多層配線を設けて第１の電極、第２の電極
を電源層、或いは接地線層に利用することにより、ＩＣ
の搭載基板として用いることができる。

【００３８】

【実施例】図１に本発明の第１実施例の概略構成図を示
す。

【００３９】図中、１１は本実施例による薄膜コンデン
サーで、第１の電極１７と、第２の電極１８と、その間
に介装された誘電体１３とより構成されている。

【００４０】Ｃｒ電極１４及びＣｕ電極１５下に誘電体
１３としてのＳＴＯ膜が設けられて、誘電体１３下面に
酸化防止膜１６のＰｔが敷かれる第２の電極１８を構成
するところまでは従来の薄膜コンデンサー１と同様の構
成である。

【００４１】しかし、上記コンデンサーの第１の電極１
７は、高融点金属のＭｏを表面研磨した金属基板１２
と、酸化防止膜１６で構成されており、従来の薄膜コン
デンサー１のＳｉ基板２上のＴａ製電極９及び酸化防止
膜６のＰｔ膜に代わる電極となっている。

【００４２】従来の薄膜コンデンサー１では、Ｔａ及び
Ｐｔの厚さが充分とれないために、第１の電極７の抵抗
が高かった。しかし本実施例で構成した薄膜コンデンサ
ー１１は基板全体が導電性を有する金属であるから、薄
膜コンデンサー１１の直列等価抵抗が小さくなる。

【００４３】Ｍｏは請求項５記載の材料の一つであり、
Ｔａ、Ｗと並んで高融点の条件を満たす部材であるが、
他の材料と比べると最も値段が安価であるので、特に本
実施例の薄膜コンデンサーを低コストで提供することが
できる。

【００４４】誘電体１３として用いたＳＴＯ膜は、誘電
率が高い上に強誘電体特有の電界印加による膜の疲労が
少ないという点で薄膜コンデンサー１１に使用するのに
好ましい部材であるが、結晶性を改善する目的で成膜後
に５００℃〜６５０℃のアニールを施すことが必要であ
る。誘電体１３は、金属基板１２上に酸化防止膜１６と
なるＰｔをスパッタリングによって成膜した後に成膜さ
れるので、成膜後のアニール時には金属基板１２、酸化
防止膜１６も一緒にアニール雰囲気にさらされることに
なる。

【００４５】よって、金属基板１２と誘電体１３の間に
酸化防止膜１６となるＰｔ膜を設けることと共に、金属
基板１２がアニールの高温に耐えることが重要である。
金属基板１２に選んだＭｏは高融点金属であり、上記し
たように比較的安価であり、熱膨張係数がＳｉに近い部
材である。ここで熱膨張係数がＳｉに近い部材を選択し
たのは以下の理由による。

【００４６】一つは、この薄膜コンデンサー１１がＳｉ
でできた半導体チップと共に、同一の基板上に実装され
ることが多いためである。この場合、基板はＳｉででき
た半導体チップに近い熱膨張係数を持つように選択され
ることが多いためである。

【００４７】これは接合の信頼性を確保するためであ
る。そして、薄膜コンデンサー１１と基板の間の接合の
信頼性を確保するためには、薄膜コンデンサー１１と基
板との熱膨張係数が一致していることが望ましい。即
ち、薄膜コンデンサー１１とＳｉは互いに近い熱膨張係
数を持つことが望ましい。

【００４８】更に後述するように、本発明による薄膜コ
ンデンサー１１を半導体実装基板に内蔵して用いる場合
があるが、この際には基板とＳｉほぼ等しい熱膨張係数
を持つ必要がある。

【００４９】上記したように、本実施例の薄膜コンデン
サー１１は等価直列抵抗が小さいので、インピーダンス
の上昇が無く、デカップリングコンデンサーとして好ま
しい特性を有している。

【００５０】尚、本実施例では基板にＭｏ単体を用いた
が、請求項５に記載したように、請求項４記載の金属と
他の金属を積載した所謂クラッド材としたものを使用す
ることも可能である。これによって、単体の高融点金属
よりもコストを下げる、或いはＣｕのような電気抵抗の
低い金属と積層することによって更に電気抵抗を下げる
といった利点が得られる。尚、この場合は高融点金属を
薄膜コンデンサー１１の形成面に配置することが必要で
あるのは、言うまでもない。

【００５１】次に図２に本発明の第２実施例を示す。

【００５２】本実施例の薄膜コンデンサー２１は、基本
的には第１実施例で述べた薄膜コンデンサー１１の上面
の電極に半田バンプ２５ａ、２５ｂを取り付けて回路基
板への搭載が簡易になる構成としたものである。

【００５３】このバンプ２５ａ、及び２５ｂは第１の基
板３０と、第２の基板３１の間に電圧を印加するための
ものである。第１の電極３０に接続されるバンプを２５
ａとして、第２の電極３１と接続するバンプを２５ｂと
して記す。図３に第２実施例の工程を順を追って（ａ）
から（ｅ）までに示す。

【００５４】先ず図３（ａ）の工程では、第１実施例と
同様のプロセスで第１の電極３０を構成するＭｏ製の金
属基板２２上に酸化防止膜２６となるＰｔ膜を設けて、
その上に成膜した誘電体２３となるＳＴＯ膜を配設す
る。

【００５５】更に誘電体２３上にレジストを塗布してフ
ォトリソグラフィー工程によって露光、現像し、これを
マスクとするウェットエッチングによって、第１の電極
３０と第２の電極３１（図２に示す）との接続をとるた
めのコンタクト孔２８ａを開孔する。

【００５６】次に図３（ｂ）では、コンタクト孔２８ａ
を開孔した誘電体膜２３上に第２の電極３１を全面に成
膜した状態を示す。上部電極としては、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃ
ｒをこの順に重ねた膜を用いる。

【００５７】続いて図３（ｃ）では、上部電極となる第
２の電極３１をフォトリソグラフィーによってパターニ
ングした後に絶縁層２４を全面に成膜した状態を示す。
絶縁層２４は感光性ポリイミド製であるので、エッチン
グの工程を用いずに簡易にパターニングできる。

【００５８】図３（ｄ）は、絶縁層２４に対して、コン
タクト孔２８ｂを開孔し、更に金属多層膜２７をつけた
状態を示すものである。金属多層膜２７はメッキの電流
を供給することが目的であり、ＣｒとＮｉの多層膜を用
いる。Ｃｒの膜厚は１００ｎｍ、Ｎｉの膜厚は２μｍで
あり、いずれもスパッタリングで形成した。メッキ膜と
しては半田の拡散を防ぐＮｉ３μｍと、半田の濡れを良
くするＡｕ１μｍを使用する。

【００５９】図３（ｅ）では金属多層膜２７のエッチン
グを行う。この場合のエッチングはいずれもウェットエ
ッチングであって、エッチング液にはＣｒ膜に対しては
フェリシアン化カリウムと水酸化カリウムの混合溶液、
Ｎｉ膜に対しては硝酸を用いた。パターニングした後に
メッキによりバリヤメタルとなる金属膜２９を付けて金
属膜２９のパターニングを行う。

【００６０】金属膜２９に半田バンプ２５ａ及び、２５
ｂを設けるのであるが、本実施例で、Ｓｎ、及びＰｂ共
晶半田のボールをフラックスにて金属膜２９に仮止め
し、加熱溶解させることにより半田バンプ２５ａ、２５
ｂを形成した。上記構成としたことにより、第２実施例
の薄膜コンデンサーは簡易に所望の素子の近傍に配設さ
れ、デカップリングコンデンサーとして使用することが
可能である。

【００６１】第２実施例では、薄膜コンデンサー２１に
半田バンプ２５ａ、２５ｂを取り付けることによって単
体の薄膜コンデンサー２１を形成したが、薄膜コンデン
サー２１の上に公知のＣｕポリイミド多層膜を積み重ね
ることによって、薄膜コンデンサー２１を内蔵した配線
基板を作成することができる。これを半導体素子搭載用
の配線基板に用いれば、半導体素子を高速に動作させる
ことができ、回路の動作速度の向上に寄与する。

【００６２】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１乃至３記載
の発明により、誘電体としてＳＴＯ膜を用いた場合で
も、第１の電極の抵抗値を低く抑えることができるの
で、高周波におけるインピーダンスが低い薄膜コンデン
サーを作成することができる。従ってデカップリング用
チップコンデンサーに用いた場合グラウンドバウンスを
低く抑えることができる。

【００６３】請求項４記載の発明により、高周波におけ
るインピーダンスが低い薄膜コンデンサーを安価に作成
することができる。

【００６４】請求項５記載の発明により、高周波におけ
るインピーダンスが低い薄膜コンデンサーを安価に作成
することができる上に、更にコストを下げる、或いは電
気抵抗を下げるといった、積層する他の金属による効果
を得ることができる。

【００６５】請求項６記載の発明により、簡易に素子近
傍への配設を行うことが可能となり、デカップリング用
チップコンデンサーとしての使用が簡易になる。

【００６６】請求項７記載の発明により、表面実装する
ことが可能となり、実装密度を高密化できる。またデカ
ップリング用チップコンデンサーとしての価格を安価に
できる。

【００６７】請求項８記載の発明により、誘電体として
ＳＴＯ膜を用いた場合でも、第１の電極の抵抗値を低く
抑えることができるので、高周波におけるインピーダン
スが低い薄膜コンデンサーを作成することができる。従
って薄膜コンデンサー内蔵基板に用いた場合グラウンド
バウンスを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の概略構成図である。

【図３】本発明の第２実施例の工程を示す図である。

【図４】従来の薄膜コンデンサーの概略構成図である。

【図５】従来の薄膜コンデンサーの要部を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１従来の薄膜コンデンサー２Ｓｉ基板３、１３、２３、４３誘電体（ＳＴＯ）４、１４Ｃｒ電極５、１５Ｃｕ電極６、１６酸化防止膜（Ｐｔ）７、１７第１の電極８、１８第２の電極９密着層１１第１実施例の薄膜コンデンサー１２、２２高融点金属基板２１第２実施例の薄膜コンデンサー２４絶縁層２５ａ、２５ｂ半田バンプ２７金属膜２８ａ、２８ｂ、２８ｃコンタクト孔２９バリアメタル３０第１の電極３１第２の電極５１金属膜５２コンタクト孔５４絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｋ 1/16 Ｄ 7726−4Ｅ 3/46 Ｑ 6921−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板上に設けられた第１の電極と、該第１の電極に対向するように配設される第２の電極
と、該電極間に介装された誘電体とよりなり、該基板を導電性部材により形成し、該基板を該第１の電極の一部として使用することを特徴
とする薄膜コンデンサー。
【請求項２】該誘電体として、ＳｒＴｉＯ₃、または
Ｓｒ_{x a}Ｂａ_1-xＴｉＯ₃（０＜ｘ＜１）を用いること
を特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサー。
【請求項３】該基板の材質として、該誘電体に実施さ
れる加熱処理時に印加される加熱温度に耐えうる高融点
金属を選定してなることを特徴とする請求項１または２
のいずれかに記載の薄膜コンデンサー。
【請求項４】該基板を、モリブデン（Ｍｏ）、タンタ
ル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれかとす
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
薄膜コンデンサー。
【請求項５】該基板を、モリブデン（Ｍｏ）、タンタ
ル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれかを含
む積層基板とすることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の薄膜コンデンサー。
【請求項６】該第１の電極と、該第２の電極に実装用
端子を設けた構成としたことを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載の薄膜コンデンサー。
【請求項７】該実装用端子をバンプとすることを特徴
とする請求項６記載の薄膜コンデンサー。
【請求項８】請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜
コンデンサー上に薄膜多層配線を設け、かつ該第１の電
極と、該第２の電極を電源層と接地層に利用したことを
特徴とする薄膜コンデンサー内蔵基板