JP3226548B2 - 薄膜多層コンデンサ - Google Patents
薄膜多層コンデンサInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/30—Stacked capacitors
-
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- H01G4/30—Stacked capacitors
- H01G4/306—Stacked capacitors made by thin film techniques
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 周知の多層コンデンサは、交互に電極層と薄いセラミ
ック層が互いに重ねて配置されたセラミック構成要素で
ある。その際、両方の隣接する電極層を有するそれぞれ
１つのセラミック層が、１つの個別コンデンサを形成し
ている。個々のコンデンサは、電極層の相応する接触に
よって、電気的に並列に接続されている。このようなセ
ラミック多層コンデンサを製造するために、“湿式”方
法が使用され、その際、例えばグリーンフィルムは、泥
漿（Schlicker）又はゾル−ゲル−法によって製造さ
れ、かつそれから電極材料によってプリントされる。こ
のようなプリントされたグリーンフィルムの上下積み重
ね及び共通の焼結によって、コンパクトな構成要素が得
られ、これらの構成要素は、最後の方法ステップにおい
てなお電気端子を備える。
ック層が互いに重ねて配置されたセラミック構成要素で
ある。その際、両方の隣接する電極層を有するそれぞれ
１つのセラミック層が、１つの個別コンデンサを形成し
ている。個々のコンデンサは、電極層の相応する接触に
よって、電気的に並列に接続されている。このようなセ
ラミック多層コンデンサを製造するために、“湿式”方
法が使用され、その際、例えばグリーンフィルムは、泥
漿（Schlicker）又はゾル−ゲル−法によって製造さ
れ、かつそれから電極材料によってプリントされる。こ
のようなプリントされたグリーンフィルムの上下積み重
ね及び共通の焼結によって、コンパクトな構成要素が得
られ、これらの構成要素は、最後の方法ステップにおい
てなお電気端子を備える。
このようなセラミック多層コンデンサの容量を増加す
るために、個別コンデンサの数を、したがって多層コン
デンサの層の数を増加することができる。しかし数μＦ
の範囲における大きな容量を有する多層コンデンサは、
この様式及び方法において多くの製造技術的な手間を用
いてしか実現することができない。
るために、個別コンデンサの数を、したがって多層コン
デンサの層の数を増加することができる。しかし数μＦ
の範囲における大きな容量を有する多層コンデンサは、
この様式及び方法において多くの製造技術的な手間を用
いてしか実現することができない。
従来の及びすでに現在入手可能な電解コンデンサは、
数μＦの範囲におけるこのような大きな容量を有するよ
うに実現することができるが、しばしば満足することが
できない電気的特性を有する。とくに電解コンデンサ
は、周波数特性、切換え電流特性（内部抵抗）、漏れ電
流及びこれが使用可能な温度範囲に関して改善の余地が
ある。その他に電解コンデンサによっては、とくにSMD
−技術のために必要なようなきわめて扁平な構成形を実
現することができない。
数μＦの範囲におけるこのような大きな容量を有するよ
うに実現することができるが、しばしば満足することが
できない電気的特性を有する。とくに電解コンデンサ
は、周波数特性、切換え電流特性（内部抵抗）、漏れ電
流及びこれが使用可能な温度範囲に関して改善の余地が
ある。その他に電解コンデンサによっては、とくにSMD
−技術のために必要なようなきわめて扁平な構成形を実
現することができない。
それ故に本発明の課題は、扁平な構成形で実現するこ
とができ、その製造費用が周知の多層コンデンサに対し
て減少されており、かつその電気的特性が電解コンデン
サに対して改善されている、大きな容量を有する多層コ
ンデンサを提供することにある。
とができ、その製造費用が周知の多層コンデンサに対し
て減少されており、かつその電気的特性が電解コンデン
サに対して改善されている、大きな容量を有する多層コ
ンデンサを提供することにある。
本発明によれば、この課題は、請求の範囲第１項に記
載の多層コンデンサによって解決される。本発明の有利
な構成及び多層コンデンサの製造方法は、その他の請求
の範囲から明らかである。
載の多層コンデンサによって解決される。本発明の有利
な構成及び多層コンデンサの製造方法は、その他の請求
の範囲から明らかである。
本発明によれば、多層コンデンサは、基板上に配置さ
れた多層構成を含み、この多層構成において交互に電極
層と誘電体層が、それぞれ薄膜として互いに上下に配置
されている。電極層は、交互に第１及び第２の接点層に
接続されており、これらの接点層は、それぞれ層構成の
側面に沿ってかつ層平面に対してほぼ垂直に配置されて
いる。誘電体層の数ｎは、１より大きく、かつ100より
小さく選定される。これは、なるべく５ないし20の層に
ある。
れた多層構成を含み、この多層構成において交互に電極
層と誘電体層が、それぞれ薄膜として互いに上下に配置
されている。電極層は、交互に第１及び第２の接点層に
接続されており、これらの接点層は、それぞれ層構成の
側面に沿ってかつ層平面に対してほぼ垂直に配置されて
いる。誘電体層の数ｎは、１より大きく、かつ100より
小さく選定される。これは、なるべく５ないし20の層に
ある。
従来の薄膜法によって取付けられたセラミック誘電体
層は、ほぼ１μｍの最大層厚を有する。最善の場合にそ
の誘電体層がほぼ５μｍの厚さに減少することができる
周知の湿式セラミックにより製造された多層コンデンサ
に対して、このことは、少なくとも係数５だけの層厚減
少を意味する。しかし周知の薄膜法によってすでに現在
0.1μｍまでのわずかな層厚が確実かつ再現可能に達成
できるので、本発明によれば、係数50までの層厚減少が
可能である。他方において比容量（＝容量／体積）は、
誘電体層の厚さの二乗に反比例するので、本発明によれ
ば、比容量は、周知の最善の多層コンデンサに対して係
数2500まで増加することができる。それ故に本発明によ
れば、周知のセラミック多層コンデンサに対して材料の
節約、及び周知のあらゆる別のコンデンサに対して著し
く簡単な構成様式及び少なくとも同じに維持した容量に
おいて著しくわずかな空間需要が達成される。
層は、ほぼ１μｍの最大層厚を有する。最善の場合にそ
の誘電体層がほぼ５μｍの厚さに減少することができる
周知の湿式セラミックにより製造された多層コンデンサ
に対して、このことは、少なくとも係数５だけの層厚減
少を意味する。しかし周知の薄膜法によってすでに現在
0.1μｍまでのわずかな層厚が確実かつ再現可能に達成
できるので、本発明によれば、係数50までの層厚減少が
可能である。他方において比容量（＝容量／体積）は、
誘電体層の厚さの二乗に反比例するので、本発明によれ
ば、比容量は、周知の最善の多層コンデンサに対して係
数2500まで増加することができる。それ故に本発明によ
れば、周知のセラミック多層コンデンサに対して材料の
節約、及び周知のあらゆる別のコンデンサに対して著し
く簡単な構成様式及び少なくとも同じに維持した容量に
おいて著しくわずかな空間需要が達成される。
本発明の有利な構成において、電極層は、交互に２つ
の異なった電極材料から構成されており、これらの電極
材料は、異なった酸化電位をも有する。この構成は、多
層コンデンサの同様に本発明による製造方法にとくに望
ましい。なぜなら組織化又は第１及び第２の接点層と電
極層の接触に対して手間のかかるフォトリソグラフィー
ステップが避けられるからである。
の異なった電極材料から構成されており、これらの電極
材料は、異なった酸化電位をも有する。この構成は、多
層コンデンサの同様に本発明による製造方法にとくに望
ましい。なぜなら組織化又は第１及び第２の接点層と電
極層の接触に対して手間のかかるフォトリソグラフィー
ステップが避けられるからである。
本発明の別の構成において、多層コンデンサの誘電体
層は、少なくとも２つの異なった誘電体材料から構成さ
れている。このようにして、複数の適当な誘電体材料の
選択によって多層コンデンサの電気的特性を望ましいプ
ロファイルに正確に合わせることが可能である。とくに
多層コンデンサの電気的な値の温度挙動又は温度特性
を、コンデンサのいわゆる温度特性を調節することがで
きる。コンデンサ容量の絶対的な大きさの他に温度特性
は、電気及び電子回路における構成要素として多層コン
デンサを使用可能にするために大きな意味を有するの
で、本発明は、本発明による多層コンデンサのために広
い適用分野を開発する。それ自体１−層−コンデンサに
おいて単独で粗悪な温度特性を生じる材料から個々の誘
電体層を製造することが可能である。層構成における個
別層コンデンサの本発明による並列配線の際に平均値と
して生じる総合多層コンデンサの温度特性は、単独で決
定的である。所定の温度範囲においてその電気的な値の
大きな変化を示す個々の誘電体層から、適当な組合せに
よって、多層コンデンサにおいて電気的な値の最小の変
化を有する温度特性をまとめることができる。
層は、少なくとも２つの異なった誘電体材料から構成さ
れている。このようにして、複数の適当な誘電体材料の
選択によって多層コンデンサの電気的特性を望ましいプ
ロファイルに正確に合わせることが可能である。とくに
多層コンデンサの電気的な値の温度挙動又は温度特性
を、コンデンサのいわゆる温度特性を調節することがで
きる。コンデンサ容量の絶対的な大きさの他に温度特性
は、電気及び電子回路における構成要素として多層コン
デンサを使用可能にするために大きな意味を有するの
で、本発明は、本発明による多層コンデンサのために広
い適用分野を開発する。それ自体１−層−コンデンサに
おいて単独で粗悪な温度特性を生じる材料から個々の誘
電体層を製造することが可能である。層構成における個
別層コンデンサの本発明による並列配線の際に平均値と
して生じる総合多層コンデンサの温度特性は、単独で決
定的である。所定の温度範囲においてその電気的な値の
大きな変化を示す個々の誘電体層から、適当な組合せに
よって、多層コンデンサにおいて電気的な値の最小の変
化を有する温度特性をまとめることができる。
誘電体層が、パラ誘電体層であると、したがって強誘
電体材料を含むと、とくに大きな容量が得られる。１−
層−コンデンサにおいて個々の強誘電体又はパラ誘電体
層のとくに不都合な温度特性は、本発明による多層コン
デンサにおいて前記のようにとくに有利に補償される。
強誘電体層は、キュリー−温度において強誘電体からパ
ラ誘電体特性への遷移を示す。１つのコンデンサにおい
て、このことは、キュリー−温度における電気的特性の
極端な変化を引起こす。それ故に強誘電体層から構成さ
れた本発明による多層コンデンサにとって、適当な層構
成は、複数の強誘電体材料を有し、そのキュリー−温度
は、適用に望ましい所望の温度範囲にわたって一様に分
散している。
電体材料を含むと、とくに大きな容量が得られる。１−
層−コンデンサにおいて個々の強誘電体又はパラ誘電体
層のとくに不都合な温度特性は、本発明による多層コン
デンサにおいて前記のようにとくに有利に補償される。
強誘電体層は、キュリー−温度において強誘電体からパ
ラ誘電体特性への遷移を示す。１つのコンデンサにおい
て、このことは、キュリー−温度における電気的特性の
極端な変化を引起こす。それ故に強誘電体層から構成さ
れた本発明による多層コンデンサにとって、適当な層構
成は、複数の強誘電体材料を有し、そのキュリー−温度
は、適用に望ましい所望の温度範囲にわたって一様に分
散している。
多層コンデンサの強誘電体又は誘電体層を形成する薄
膜法は、特性にとって決定的な成分における組成の簡単
な変化を可能にする。とくにマルチ−ターゲット−スパ
ッタリングによれば、ターゲットの交換により、ターゲ
ット面のカバーにより又はさらにすぐれた方法としてタ
ーゲットの出力の変化によって、成長する誘電体又は強
誘電体の層の組成を、層から層へ簡単に変更することが
できる。
膜法は、特性にとって決定的な成分における組成の簡単
な変化を可能にする。とくにマルチ−ターゲット−スパ
ッタリングによれば、ターゲットの交換により、ターゲ
ット面のカバーにより又はさらにすぐれた方法としてタ
ーゲットの出力の変化によって、成長する誘電体又は強
誘電体の層の組成を、層から層へ簡単に変更することが
できる。
誘電体層として、基本的に薄膜法によって形成可能で
ありかつその誘電体特性が多層コンデンサにおける周知
の合法性及び依存性に基付いて所望の総合特性を生じる
あらゆる誘電体材料が適している。多層コンデンサの動
作能力に対して、とりわけ所望の使用電圧に対する所定
の層厚における絶縁破壊の強さが重要である。さらに層
構成において層から層への均一性を保証するために、十
分に均一な堆積可能性が得られなければならない。不均
一性は、大きな漏れ電流に、したがって多層コンデンサ
の使用可能性の阻止に通じることがある。相応した材料
は、すでに従来のセラミック多層コンデンサのおいて使
用されている。例としてここではセラミック系、BaNd2T
i4O12、BaLa2Ti4O12又はZr（Sn、Ti）O4をベースにした
COG−材料、及びBaTiO3をベースにしたコンデンサ−規
格、X7Rに対する材料、又は例えばPb（Mg1/3Nb2/3）O3
（＝PMN）のようなレラクゾール強誘電体（Relaxorferr
oelektrika）をベースにした規格、Z5Uに対する材料だ
けを挙げておく。本発明による構成は、その上さらに１
−層−コンデンサにおいてそれ自体不適当であったが、
本発明による多層コンデンサにおいてその特性を完全に
するために使うことができる誘電体材料も使用すること
ができるという利点を有する。
ありかつその誘電体特性が多層コンデンサにおける周知
の合法性及び依存性に基付いて所望の総合特性を生じる
あらゆる誘電体材料が適している。多層コンデンサの動
作能力に対して、とりわけ所望の使用電圧に対する所定
の層厚における絶縁破壊の強さが重要である。さらに層
構成において層から層への均一性を保証するために、十
分に均一な堆積可能性が得られなければならない。不均
一性は、大きな漏れ電流に、したがって多層コンデンサ
の使用可能性の阻止に通じることがある。相応した材料
は、すでに従来のセラミック多層コンデンサのおいて使
用されている。例としてここではセラミック系、BaNd2T
i4O12、BaLa2Ti4O12又はZr（Sn、Ti）O4をベースにした
COG−材料、及びBaTiO3をベースにしたコンデンサ−規
格、X7Rに対する材料、又は例えばPb（Mg1/3Nb2/3）O3
（＝PMN）のようなレラクゾール強誘電体（Relaxorferr
oelektrika）をベースにした規格、Z5Uに対する材料だ
けを挙げておく。本発明による構成は、その上さらに１
−層−コンデンサにおいてそれ自体不適当であったが、
本発明による多層コンデンサにおいてその特性を完全に
するために使うことができる誘電体材料も使用すること
ができるという利点を有する。
強誘電体層として、材料系（Ba1−uSru）TiO3から、
系Ba（Ti1−xZrx）O3から、又は例えばPb［Ti1−ｘ（Mg
1/3Ta2/3）ｘ］O3のようなレラクゾール系からなる組合
せが適している。これらの材料によって、CIA−規格に
したがって例えばX7R又はZ5Uのような規格化された温度
特性が可能である。これらの材料に対して、MOD、ゾル
−ゲル、MOCVD又はスパッタリングのようなあらゆる慣
用の堆積法が可能である。
系Ba（Ti1−xZrx）O3から、又は例えばPb［Ti1−ｘ（Mg
1/3Ta2/3）ｘ］O3のようなレラクゾール系からなる組合
せが適している。これらの材料によって、CIA−規格に
したがって例えばX7R又はZ5Uのような規格化された温度
特性が可能である。これらの材料に対して、MOD、ゾル
−ゲル、MOCVD又はスパッタリングのようなあらゆる慣
用の堆積法が可能である。
電極層は、電極材料を含み、これらの電極材料は、ほ
ぼ600℃の比較的高いプロセス温度に損傷せずに耐え
る。適当な材料は、例えば白金、イリジウム、ルテニウ
ム、RuO2、SrRuO3又は（LaSr）CoO3である。電極層も、
例えばCVDのような薄膜法により又はスパッタリングに
よって製造される。電子ビーム蒸着も適している。前記
の電極材料から、本発明による製造方法において必要な
ように、異なった酸化電位を有する対をまとめることが
できる。セラミック化合物からなる電極材料は、これら
の電極材料においてとくに容易に組成の変形によって、
酸化電位も設定することができるという利点を有する。
ぼ600℃の比較的高いプロセス温度に損傷せずに耐え
る。適当な材料は、例えば白金、イリジウム、ルテニウ
ム、RuO2、SrRuO3又は（LaSr）CoO3である。電極層も、
例えばCVDのような薄膜法により又はスパッタリングに
よって製造される。電子ビーム蒸着も適している。前記
の電極材料から、本発明による製造方法において必要な
ように、異なった酸化電位を有する対をまとめることが
できる。セラミック化合物からなる電極材料は、これら
の電極材料においてとくに容易に組成の変形によって、
酸化電位も設定することができるという利点を有する。
次に本発明を、かつとくに本発明による製造方法を、
実施例及びそれに所属の11の図によって詳細に説明す
る。図は、説明のために簡単化してかつ正確な縮尺では
なく概略的な表示において構成されているにすぎない。
実施例及びそれに所属の11の図によって詳細に説明す
る。図は、説明のために簡単化してかつ正確な縮尺では
なく概略的な表示において構成されているにすぎない。
図１は、使用可能な基板を平面図で示し、 図２は、層構成を横断面で示し、 図３ないし９は、電気的配線の本発明による製造の際
の種々の方法ステップを示し、 図10は、種々のセラミック組成に対する温度特性を示
し、かつ 図11は、本発明による多層コンデンサの温度特性を示
している。
の種々の方法ステップを示し、 図10は、種々のセラミック組成に対する温度特性を示
し、かつ 図11は、本発明による多層コンデンサの温度特性を示
している。
多層コンデンサを製造するための一般的な基本方式： 図１及び2:なるべくコストに関して望ましい基板、例
えばAl2O3、シリコン又はガラスが使用される。金属基
板も可能である。基板１は、従来の固着媒体層６によっ
てコーティングされており、この固着媒体層は、第１の
電極層E1の均一な成長及びその良好な固着を保証する。
ガラスのための周知の固着媒体層は、例えばチタン酸化
物TiO2である。
えばAl2O3、シリコン又はガラスが使用される。金属基
板も可能である。基板１は、従来の固着媒体層６によっ
てコーティングされており、この固着媒体層は、第１の
電極層E1の均一な成長及びその良好な固着を保証する。
ガラスのための周知の固着媒体層は、例えばチタン酸化
物TiO2である。
多層コンデンサの製造は、なるべく大きな面積の基板
１上において行なわれ、この基板は、所望の底面積の個
別コンデンサへの後の分割を支援するために、すでに溝
又はすじからなる溝パターンを有する。図１に、例とし
て水平溝２と垂直溝４からなるこのようなパターンが示
されており、これらの溝は、基板表面を列３及び行５に
分割している。なるべく従来の薄膜堆積装置に良好に適
した、例えば８″−有効（８″−Nutzen）において標準
フォーマットを有する基板を使用する。
１上において行なわれ、この基板は、所望の底面積の個
別コンデンサへの後の分割を支援するために、すでに溝
又はすじからなる溝パターンを有する。図１に、例とし
て水平溝２と垂直溝４からなるこのようなパターンが示
されており、これらの溝は、基板表面を列３及び行５に
分割している。なるべく従来の薄膜堆積装置に良好に適
した、例えば８″−有効（８″−Nutzen）において標準
フォーマットを有する基板を使用する。
図２は、水平溝２に対して平行に基板１の概略的な横
断面（図１における線F2を参照）により完全な層構成を
示している。第１の酸化電位を有する電極材料からなる
第１の電極層E1を有する層構成が示されている。なるべ
くこの第１の電極層E1は、基板１又は固着媒体層６に良
好な固着を示しかつその上均一にかつできるだけ平らか
つ滑らかな表面を有するように堆積することができる電
極材料から構成されている。第１の電極材料E1にとって
良好に適した材料は、例えば白金である。
断面（図１における線F2を参照）により完全な層構成を
示している。第１の酸化電位を有する電極材料からなる
第１の電極層E1を有する層構成が示されている。なるべ
くこの第１の電極層E1は、基板１又は固着媒体層６に良
好な固着を示しかつその上均一にかつできるだけ平らか
つ滑らかな表面を有するように堆積することができる電
極材料から構成されている。第１の電極材料E1にとって
良好に適した材料は、例えば白金である。
その上に第１の誘電体層D1が堆積され、例えば同様に
薄膜法によって堆積される。次のものとして、第１の電
極層E1の酸化電位より低い第２の酸化電位を有する第２
の電極材料からなる第２の電極層Ｅ′２が続く。例えば
IR又は（LaSr）CoO3は、第１のPt−電極E1と良好に適し
た組合せを形成する。別の層として、第１の誘電体層D1
と同じ材料からなる又はこれとは異なった第２の誘電体
層D2が続く。その上に第３の電極層E3が形成され、この
電極層は、第１の酸化電位を有する第１の電極材料から
なる。
薄膜法によって堆積される。次のものとして、第１の電
極層E1の酸化電位より低い第２の酸化電位を有する第２
の電極材料からなる第２の電極層Ｅ′２が続く。例えば
IR又は（LaSr）CoO3は、第１のPt−電極E1と良好に適し
た組合せを形成する。別の層として、第１の誘電体層D1
と同じ材料からなる又はこれとは異なった第２の誘電体
層D2が続く。その上に第３の電極層E3が形成され、この
電極層は、第１の酸化電位を有する第１の電極材料から
なる。
２つより多くの誘電体層からなる層構成において、別
の誘電体層Ｄ及び電極層Ｅ及びＥ′は、相応して交互の
順序で互いに重ねて配置されている。誘電体層の数ｎに
対する上限は、一方において場合によっては低下する均
一性、及び他方において最終的にコストにおいて降下し
ない増加する方法の手間である。
の誘電体層Ｄ及び電極層Ｅ及びＥ′は、相応して交互の
順序で互いに重ねて配置されている。誘電体層の数ｎに
対する上限は、一方において場合によっては低下する均
一性、及び他方において最終的にコストにおいて降下し
ない増加する方法の手間である。
層構成上における最後の層は、保護層７であり、この
保護層は、本実施例において誘電体材料からなる。
保護層は、本実施例において誘電体材料からなる。
続いてその上に取付けられた層構成を有する基板１
は、水平の溝２に沿ってコンデンサ列３に分割される。
層構成を切離すために、除去法としてイオンビームエッ
チングを使用することができる。それに対して基板は、
のこぎり切断することができ、又は垂直溝４に沿って割
ることができる。
は、水平の溝２に沿ってコンデンサ列３に分割される。
層構成を切離すために、除去法としてイオンビームエッ
チングを使用することができる。それに対して基板は、
のこぎり切断することができ、又は垂直溝４に沿って割
ることができる。
図３は、層構成の別の概略的な横断面を示している。
図において上方に向いた面は、図２による層構成の側面
をなしている。
図において上方に向いた面は、図２による層構成の側面
をなしている。
次のステップにおいて今度は、より低い酸化電位を有
する電極層の電極材料が、選択的に表面（層構成の側
面）から取り除かれる。両方の電極材料の異なった酸化
電位に基付いて、相応して強力なエッチング剤による簡
単な湿式化学的エッチングによって、より低い酸化電位
を有する電極の一部の選択的な除去が可能である。図4a
は、エッチングステップの後の層構成を示し、その際、
電極Ｅ′２の一部の除去により、側面に凹所８が生じて
いる。
する電極層の電極材料が、選択的に表面（層構成の側
面）から取り除かれる。両方の電極材料の異なった酸化
電位に基付いて、相応して強力なエッチング剤による簡
単な湿式化学的エッチングによって、より低い酸化電位
を有する電極の一部の選択的な除去が可能である。図4a
は、エッチングステップの後の層構成を示し、その際、
電極Ｅ′２の一部の除去により、側面に凹所８が生じて
いる。
選択的なエッチングのためのその代わりの方法とし
て、側面は、追加的な金属イオン（例えばより高い酸化
電位を有する電極材料）を含む電解質内において処理さ
れる。その際、相応する酸化還元プロセスによって、よ
り低い酸化電位を有する電極材料は溶解するが、一方、
より高い酸化電位を有する電極材料上に金属堆積９が行
なわれる。図4bは、このステップの後の装置を示してい
る。
て、側面は、追加的な金属イオン（例えばより高い酸化
電位を有する電極材料）を含む電解質内において処理さ
れる。その際、相応する酸化還元プロセスによって、よ
り低い酸化電位を有する電極材料は溶解するが、一方、
より高い酸化電位を有する電極材料上に金属堆積９が行
なわれる。図4bは、このステップの後の装置を示してい
る。
次のものとして、エッチングされた電極層Ｅ′２をそ
の後の電気的接触に対して絶縁するために、凹所８は、
絶縁材料によって満たされる。なるべくそのため側面
に、全面的に絶縁層10が堆積され、この絶縁層は、凹所
８を一緒に満たしている。図5a及び5bは、このステップ
の後の装置を示している。
の後の電気的接触に対して絶縁するために、凹所８は、
絶縁材料によって満たされる。なるべくそのため側面
に、全面的に絶縁層10が堆積され、この絶縁層は、凹所
８を一緒に満たしている。図5a及び5bは、このステップ
の後の装置を示している。
例えば化学機械研磨（CMP）による表面（側面）に対
して平行な絶縁層10の均一な除去によって、より高い酸
化電位を有する電極層E1及びE3は露出する。より低い酸
化電位を有する電極層Ｅ′２は、この時、凹所８内にお
いて絶縁材料からなるストライプ11によって覆われてお
り、したがって電気的に絶縁されている。
して平行な絶縁層10の均一な除去によって、より高い酸
化電位を有する電極層E1及びE3は露出する。より低い酸
化電位を有する電極層Ｅ′２は、この時、凹所８内にお
いて絶縁材料からなるストライプ11によって覆われてお
り、したがって電気的に絶縁されている。
電極層E1及びE3に接触するために、この時、表面上に
第１の接点層12が取付けられる。これは、クロム及び／
又はニッケルからなる固着媒体層、白金からなるスパッ
タリングされた拡散禁止層、及びはんだによる接続を可
能にする別の電極層（例えば金からなる）を含むことが
できる。
第１の接点層12が取付けられる。これは、クロム及び／
又はニッケルからなる固着媒体層、白金からなるスパッ
タリングされた拡散禁止層、及びはんだによる接続を可
能にする別の電極層（例えば金からなる）を含むことが
できる。
次のステップにおいて接点層12に対向する側面におい
て、電極層E1及びE3から電極材料の一部が溶解除去され
る。このことは、アノード支援された電気化学的エッチ
ングによって簡単に行なわれ、その際、接点層12は、電
解質エッチング浴内においてアノードに接続される。図
８は、電解質エッチングの後の装置を示している。表面
から電極層E1及びE3の電極材料を除去することによっ
て、凹所13が生じる。
て、電極層E1及びE3から電極材料の一部が溶解除去され
る。このことは、アノード支援された電気化学的エッチ
ングによって簡単に行なわれ、その際、接点層12は、電
解質エッチング浴内においてアノードに接続される。図
８は、電解質エッチングの後の装置を示している。表面
から電極層E1及びE3の電極材料を除去することによっ
て、凹所13が生じる。
類似の様式でこれらの凹所13は、この時、同様に絶縁
材料14によって満たされ、電極層Ｅ′２の表面は、化学
機械研磨によって露出され、かつその上に堆積された第
２の接点層15に電気的に導通接続される。
材料14によって満たされ、電極層Ｅ′２の表面は、化学
機械研磨によって露出され、かつその上に堆積された第
２の接点層15に電気的に導通接続される。
図３ないし９によって説明した方法ステップは、有利
にも複数のコンデンサ列３に対して同時に実行すること
ができる。そのためになるべく複数のコンデンサ列は、
コンデンサ列の全側面が共通の表面を形成するように、
互いに上下に積み重ねられる。最後にコンデンサ列３
は、溝４に沿って分割することによって、所望の底面を
有する個々の多層コンデンサに分割される。
にも複数のコンデンサ列３に対して同時に実行すること
ができる。そのためになるべく複数のコンデンサ列は、
コンデンサ列の全側面が共通の表面を形成するように、
互いに上下に積み重ねられる。最後にコンデンサ列３
は、溝４に沿って分割することによって、所望の底面を
有する個々の多層コンデンサに分割される。
温度特性X7Rを有する多層コンデンサの製造： CIA−規格による温度特性X7Rを有する多層コンデンサ
は、その誘電体層Ｄが、材料系（Ba1−uSru）TiO3（＝B
ST）から、又は系Ba（Ti1−xZrx）O3から、又は例えばP
b［Ti1−ｘ（Mg1/3Ta2/3）ｘ］O3のようなレラクゾール
系からなる層構成によって実現することができる。組成
の変形によって、すなわちパラメータｕ及びｘの変形に
よって、層構成において、複数の異なった誘電体層D1な
いしDnが実現される。その際、異なった誘電体層の材料
組成は、定義にしたがって多層コンデンサが所望の温度
特性X7Rを示すようにする観察すべき温度範囲にわたっ
て個々の誘電体層の臨界温度範囲が、できるだけ均一に
分散されているように選択される。図10は、BTS−系（B
a1−uSru）TiO3により、パラメータｕの変形によって値
εｒの温度特性が160℃にわたる温度範囲にわたってど
のように変化することができるかを示している。代表的
に異なったパラメータｕに対する７つの測定曲線が示さ
れており、これらの測定曲線の最大値は、−50ないし＋
110℃の図示した温度範囲にわたって均一に分散されて
いる。図は、最大値の均一な分散が可能であることを例
として示しているにすぎない。求められた規格X7Rにと
って適当な組成は、別のバリウム／ストロンチウム−比
を有するBST−組成又は別の材料系によっても達成する
ことができる。微同調のために、多層コンデンサにおい
て異なった組成又は材料系を使用することもできるが、
その際、複数の層が同じ組成を有することもできる。そ
の際、個々の誘電体層Ｄの臨界温度は、最大の相対特性
変化が生じる範囲である。この危険な範囲は、強誘電体
層の際に、キュリー−温度の回りの鋭く定義された温度
範囲であり、それに対してレラクゾール系の際、強誘電
体相変換の点の回りの比較的幅広範囲である。完成した
多層コンデンサの温度特性は、ある程度平均値として、
又は個々の誘電体層の相応する温度プロファイルの重畳
によって生じ、かつこのようにしてX7Rに対して所望の
仕様に調節することができる。
は、その誘電体層Ｄが、材料系（Ba1−uSru）TiO3（＝B
ST）から、又は系Ba（Ti1−xZrx）O3から、又は例えばP
b［Ti1−ｘ（Mg1/3Ta2/3）ｘ］O3のようなレラクゾール
系からなる層構成によって実現することができる。組成
の変形によって、すなわちパラメータｕ及びｘの変形に
よって、層構成において、複数の異なった誘電体層D1な
いしDnが実現される。その際、異なった誘電体層の材料
組成は、定義にしたがって多層コンデンサが所望の温度
特性X7Rを示すようにする観察すべき温度範囲にわたっ
て個々の誘電体層の臨界温度範囲が、できるだけ均一に
分散されているように選択される。図10は、BTS−系（B
a1−uSru）TiO3により、パラメータｕの変形によって値
εｒの温度特性が160℃にわたる温度範囲にわたってど
のように変化することができるかを示している。代表的
に異なったパラメータｕに対する７つの測定曲線が示さ
れており、これらの測定曲線の最大値は、−50ないし＋
110℃の図示した温度範囲にわたって均一に分散されて
いる。図は、最大値の均一な分散が可能であることを例
として示しているにすぎない。求められた規格X7Rにと
って適当な組成は、別のバリウム／ストロンチウム−比
を有するBST−組成又は別の材料系によっても達成する
ことができる。微同調のために、多層コンデンサにおい
て異なった組成又は材料系を使用することもできるが、
その際、複数の層が同じ組成を有することもできる。そ
の際、個々の誘電体層Ｄの臨界温度は、最大の相対特性
変化が生じる範囲である。この危険な範囲は、強誘電体
層の際に、キュリー−温度の回りの鋭く定義された温度
範囲であり、それに対してレラクゾール系の際、強誘電
体相変換の点の回りの比較的幅広範囲である。完成した
多層コンデンサの温度特性は、ある程度平均値として、
又は個々の誘電体層の相応する温度プロファイルの重畳
によって生じ、かつこのようにしてX7Rに対して所望の
仕様に調節することができる。
図11は、規格X7Rを満たす本発明による多層コンデン
サの温度特性を示している。温度特性に対する測定曲線
は、まだ個別層に対する測定曲線の最大値に相当する最
大値を有するが、規格によって要求されるように、全体
として平均値からわずかだけの偏差が観察される。その
ために−55℃と＋125℃の間に、多層コンデンサの相対
容量変化ΔC/Cは、±15パーセントの値を達成しなけれ
ばならない。
サの温度特性を示している。温度特性に対する測定曲線
は、まだ個別層に対する測定曲線の最大値に相当する最
大値を有するが、規格によって要求されるように、全体
として平均値からわずかだけの偏差が観察される。その
ために−55℃と＋125℃の間に、多層コンデンサの相対
容量変化ΔC/Cは、±15パーセントの値を達成しなけれ
ばならない。
温度特性Y5Vを有する多層コンデンサの製造： 温度特性Y5Vを有する多層コンデンサは、レラクゾー
ル材料から簡単な様式で製造することができ、その際、
すべての誘電体層Ｄは、同じレラクゾール材料からなる
ことができる。そのために前の実施例において示したレ
ラクゾール系を使用することができる。必要な温度特性
を満たすために、誘電体層Ｄは、ほぼ前記の系PMN−PT
のY5V特性の代わりに、Z5V特性を維持するために、異な
ったレラクゾール材料から製造してもよい。規格のため
に必要な多層コンデンサの相対容量変化ΔC/Cは、Y5Vに
対して、−30゜ないし＋85℃の間隔において最大＋22％
／−82％、かつZ5Vに対して、＋10゜ないし＋85℃の間
隔において＋22％／−56％でなければならない。
ル材料から簡単な様式で製造することができ、その際、
すべての誘電体層Ｄは、同じレラクゾール材料からなる
ことができる。そのために前の実施例において示したレ
ラクゾール系を使用することができる。必要な温度特性
を満たすために、誘電体層Ｄは、ほぼ前記の系PMN−PT
のY5V特性の代わりに、Z5V特性を維持するために、異な
ったレラクゾール材料から製造してもよい。規格のため
に必要な多層コンデンサの相対容量変化ΔC/Cは、Y5Vに
対して、−30゜ないし＋85℃の間隔において最大＋22％
／−82％、かつZ5Vに対して、＋10゜ないし＋85℃の間
隔において＋22％／−56％でなければならない。
温度特性C0Gを有する多層コンデンサの製造： 温度特性C0Gは、本発明によれば、その層構成が大体
において小さな誘電率εｒを有する誘電体層Ｄを含む多
層コンデンサによって実現することができる。この規格
を満たすために適当な材料系は、例えばεｒ≒40を有す
る（Sn、Zr）TiO4である。陽イオン比Sn/Zrの変形によ
って、ここでも全体の多層コンデンサにおいて結果にお
いてわずかな相対的及び絶対的な特性変化しか持たない
きわめて均一な温度特性を生じる異なった温度特性を有
する誘電体層を組合せることもできる。温度特性公差
は、ここでは所望の場合、規格C0Gが要求するものより
良好に設定することもできる。規格C0Gに対して、コン
デンサの全動作温度範囲にわたって、温度係数は、 でなければならない。
において小さな誘電率εｒを有する誘電体層Ｄを含む多
層コンデンサによって実現することができる。この規格
を満たすために適当な材料系は、例えばεｒ≒40を有す
る（Sn、Zr）TiO4である。陽イオン比Sn/Zrの変形によ
って、ここでも全体の多層コンデンサにおいて結果にお
いてわずかな相対的及び絶対的な特性変化しか持たない
きわめて均一な温度特性を生じる異なった温度特性を有
する誘電体層を組合せることもできる。温度特性公差
は、ここでは所望の場合、規格C0Gが要求するものより
良好に設定することもできる。規格C0Gに対して、コン
デンサの全動作温度範囲にわたって、温度係数は、 でなければならない。
本発明による多層コンデンサは、きわめて大きな容量
を有し、電解コンデンサの代わりとして使うことができ
る。その代わりにこれは、例えばチップハウジング内に
集積化するため又は無接点チップカード（スマートカー
ド）内に組込むために、わずかな所要面積を有する又は
わずかな全高を有するコンデンサとして使用することが
できる。従来のセラミック多層コンデンサ（マルチレイ
ヤーコンデンサ）に対して、これは、対比可能な層数の
際に、典型的に100倍大きな比容量を有する。ε＝500を
有する誘電体層の１平方ミリメートルの面積あたり、典
型的にほぼ10nFの容量を達成することができる。εが大
きくなるとともに、この値は相応して増加する。
を有し、電解コンデンサの代わりとして使うことができ
る。その代わりにこれは、例えばチップハウジング内に
集積化するため又は無接点チップカード（スマートカー
ド）内に組込むために、わずかな所要面積を有する又は
わずかな全高を有するコンデンサとして使用することが
できる。従来のセラミック多層コンデンサ（マルチレイ
ヤーコンデンサ）に対して、これは、対比可能な層数の
際に、典型的に100倍大きな比容量を有する。ε＝500を
有する誘電体層の１平方ミリメートルの面積あたり、典
型的にほぼ10nFの容量を達成することができる。εが大
きくなるとともに、この値は相応して増加する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローベルト プリミッヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ―81541 ミュン ヘン エンテンバッハシュトラーセ 37 (72)発明者 ヴォルフラム ヴェアズィング ドイツ連邦共和国 Ｄ―85551 キルヒ ハイム ヴァイデンヴェーク 14 (72)発明者 ヴォルフガング ヘンライン ドイツ連邦共和国 Ｄ―82008 ウンタ ーハッヒング パークシュトラーセ ８ アー (56)参考文献 特開 平６−318531（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283371（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224311（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−283382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01G 4/00 - 4/40
Claims (14)
- 【請求項１】−基板（１）上に、交互に全体でｎ＋１個
の電極層（Ｅ）及びｎ個の誘電体セラミック層（Ｄ）
が、２μｍの最大の厚さを有するように１つの層構成に
して配置されており、 −第１（12）及び第２の接点層（15）が、互いに切離し
て、層構成の側方にかつ層平面に対してほぼ垂直に配置
されており、 −電極層（Ｅ）が、交互に第１又は第２の接点層（15）
に電気的に導通接続されており、 第１の接点層（12）に接続された第１の電極層（Ｅ）
が、第２の接点層（15）に接続された第２の電極層
（Ｅ′）とは別の電極材料からなり、その際、両方の電
極材料の酸化電位が相違しており、 −数ｎに対して:1＜ｎ＜100が成立つ ことを特徴とする、薄膜構成様式における多層コンデン
サ。 - 【請求項２】それぞれの誘電体セラミック層（Ｄ）が、
それ自体均一な誘電体材料からなるが、種々の誘電体セ
ラミック層が、少なくとも２つの異なった誘電体材料を
含む、請求項１に記載の多層コンデンサ。 - 【請求項３】誘電体材料が、セラミック系BaNd2Ti
4O12、BaLa2Ti4O12又はZr（Sn、Ti）O4をベースにしたC
OG材料、又はBaTiO3をベースにした材料、又はPb（Mg
1/3Nb2/3）O3のようなレラクゾール強誘電体をベースに
した材料である、請求項１又は２に記載の多層コンデン
サ。 - 【請求項４】誘電体セラミック層（Ｄ）が、強誘電体層
を含む、請求項１から３までのいずれか１項に記載の多
層コンデンサ。 - 【請求項５】強誘電体層が、材料系（Ba1-uSru）TiO3、
系Ba（Ti1-xZrx）O3又はPb［Ti1-x（Mg1/3Ta2/3）ｘ］O
3のようなレラクゾール系からなる組合せである、請求
項１から４までのいずれか１項に記載の多層コンデン
サ。 - 【請求項６】層構成が、異なった温度特性を有する異な
った強誘電体層を含み、これらの層が、平均値形成によ
って全多層コンデンサに対して所望の温度特性を生じる
ように選択されている、請求項１から５までのいずれか
１項に記載の多層コンデンサ。 - 【請求項７】誘電体セラミック層（Ｄ）が、材料系（Ba
1-uSru）TiO3、又は系Ba（Ti1-xZrx）O3、又はPb［Ti
1-x（Mg1/3Ta2/3）ｘ］O3のようなレラクゾール系から
なる層構成を有する、請求項１から６までのいずれか１
項に記載の多層コンデンサ。 - 【請求項８】誘電体セラミック層（Ｄ）が、εｒ≒40を
有する（Sn、Zr）TiO4からなる層構成を有する、請求項
１から７までのいずれか１項に記載の多層コンデンサ。 - 【請求項９】ａ）基板（１）上に、第１の電極層（E1）
を取付け、 ｂ）第１の電極層上に、第１の誘電体セラミック層（D
1）を取付け、 ｃ）第１の誘電体セラミック層上に、第１の電極層とは
異なった材料からなる第２の電極層（Ｅ′２）を取付
け、 ｄ）ステップｂ）とｃ）を、ｎ個の誘電体セラミック層
（Ｄ）の所望の数が生じるまで、何度も繰返し、その
際、電極層（Ｅ）が、交互に第１及び第２の電極材料か
らなり、かつ１＜ｎ＜100であり、 ｅ）基板（１）上に形成された層構成の層平面に対して
ほぼ垂直になった第１の側面において、より低い酸化電
位を有する電極材料（Ｅ′）の一部を選択的に切離し、 ｆ）このようにして形成された凹所（８）を絶縁材料
（11）によって満たし、 ｇ）層構成の第１の側面から切離された第２の側面にお
いて、より高い酸化電位を有する電極材料（Ｅ）を一部
選択的に切離し、 ｈ）このようにして形成された凹所（13）を絶縁材料
（14）によって満たし、 ｉ）両方の側面上に、ステップｆ）の後に又はステップ
ｈ）の後に、それぞれ１つの接点層を取付け、この接点
層が、それぞれ同じ電極材料からなるすべての電極層を
互いに電気的に導通接続する ステップを有する、多層コンデンサの製造方法。 - 【請求項１０】電極材料を白金、イリジウム、ルテニウ
ム、RuO2、SrRuO3又は（LaSr）CoO3から選択する、請求
項９に記載の方法。 - 【請求項１１】第１の電極層の材料として白金、第２の
電極層の材料としてイリジウム又は（LaSr）CoO3を組み
合わせる、請求項９または10に記載の方法。 - 【請求項１２】より高い酸化電位を有する電極材料の切
離しを電気化学的なエッチングによって行ない、その
際、先行するプロセスステップにおいて互いに電気的に
接続された相応する電極層をアノードに接続する、請求
項９から11までのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１３】より低い酸化電位を有する電極材料の切
離しを湿式化学的エッチングによって行なう、請求項９
から12までのいずれか１項に記載の方法。 - 【請求項１４】電解質浴において、より高い酸化電位を
有する電極層（Ｅ）上に電流を流さずに電極材料を堆積
し、その際、より低い酸化電位を有する電極材料
（Ｅ′）を犠牲カソードとして使用し、かつ一部切離
す、請求項９から13までのいずれか１項に記載の方法。
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