(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-08
(45)【発行日】2024-10-17
(54)【発明の名称】薄膜キャパシタ及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01G 4/33 20060101AFI20241009BHJP
H01G 4/30 20060101ALI20241009BHJP
【ＦＩ】
H01G4/33 102
H01G4/30 541
H01G4/30 547
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021067252
(22)【出願日】2021-04-12
(65)【公開番号】P2022162417
(43)【公開日】2022-10-24
【審査請求日】2023-12-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115738
【弁理士】
【氏名又は名称】鷲頭 光宏
(74)【代理人】
【識別番号】100121681
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 和文
(72)【発明者】
【氏名】中本 淳己
(72)【発明者】
【氏名】熊谷 道広
(72)【発明者】
【氏名】飯岡 晃靖
(72)【発明者】
【氏名】塩入 和文
(72)【発明者】
【氏名】伏見 日良
【審査官】相澤 祐介
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１３６５８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３００００２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７９８０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｇ ４／３３
Ｈ０１Ｇ ４／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持材と、前記支持材上に設けられ、複数の電極層と複数の誘電体層が交互に積層されてなるキャパシタ層と、
前記キャパシタ層を覆う第１の絶縁樹脂層上に設けられた第１の再配線層と、
前記第１の再配線層を覆う第２の絶縁樹脂層上に設けられた第２の再配線層と、
前記第２の再配線層に接続された端子電極と、を備え、
前記第１の絶縁樹脂層の外周エッジは、前記キャパシタ層の外周エッジよりも外側に位置し、
前記端子電極の外周エッジは、前記第１の絶縁樹脂層の外周エッジよりも外側に位置し、
前記支持材を基準とした前記端子電極の高さ位置は、前記キャパシタ層と重なる部分における高さよりも、前記キャパシタ層の外周エッジよりも外側であって、前記第１の絶縁樹脂層と重なる部分における高さの方が低く、且つ、前記キャパシタ層の外周エッジよりも外側であって、前記第１の絶縁樹脂層と重なる部分における高さよりも、前記第１の絶縁樹脂層の外周エッジよりも外側であって、前記第２の絶縁樹脂層と重なる部分における高さの方が低くなるよう、外周エッジの近傍において傾斜していることを特徴とする薄膜キャパシタ。
【請求項2】
前記キャパシタ層と前記第１の絶縁樹脂層の間に設けられた無機絶縁材料からなるパッシベーション層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項3】
前記第１の絶縁樹脂層の外周エッジから前記端子電極の外周エッジまでの距離は、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項4】
前記第１の絶縁樹脂層の外周エッジは、第１の再配線層のダミーパターンによって覆われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜キャパシタの製造方法であって、ブレードを用いて前記支持材を押し切ることにより個片化することを特徴とする薄膜キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は薄膜キャパシタ及びその製造方法に関し、特に、キャパシタ層と端子電極を接続する再配線層を有する薄膜キャパシタ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩＣが搭載される回路基板には、通常、ＩＣに供給する電源の電位を安定させるためにデカップリングコンデンサが搭載される。デカップリングコンデンサとしては、一般的に積層セラミックチップコンデンサが用いられ、多数の積層セラミックチップコンデンサを回路基板の表面に搭載することにより必要なデカップリング容量を確保している。
【0003】
しかしながら、近年においては、多数の積層セラミックチップコンデンサを搭載するための回路基板上のスペースが不足することがある。このため、積層セラミックチップコンデンサの代わりに、回路基板に埋め込み可能な薄膜キャパシタが用いられることがある（特許文献１参照）。
【0004】
特許文献１に記載された薄膜キャパシタは、キャパシタ層と端子電極を接続する再配線層を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－１３７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、キャパシタ層の外周エッジと、再配線層が形成される絶縁樹脂層の外周エッジと、端子電極の外周エッジとの位置関係によっては、個片化する際に加わる応力によって内部にクラックなどが生じることがあった。
【0007】
したがって、本発明は、個片化の際にクラックが生じにくい構造を有する薄膜キャパシタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明による薄膜キャパシタは、支持材と、支持材上に設けられ、複数の電極層と複数の誘電体層が交互に積層されてなるキャパシタ層と、キャパシタ層を覆う第１の絶縁樹脂層上に設けられた第１の再配線層と、第１の再配線層を覆う第２の絶縁樹脂層上に設けられた第２の再配線層と、第２の再配線層に接続された端子電極とを備え、第１の絶縁樹脂層の外周エッジはキャパシタ層の外周エッジよりも外側に位置し、端子電極の外周エッジは第１の絶縁樹脂層の外周エッジよりも外側に位置することを特徴とする。
【0009】
本発明によれば、ブレードを用いて支持材を押し切ることにより個片化する際に、応力が集中する支点位置が分散されることから、個片化の際にクラックが生じにくくなる。
【0010】
本発明による薄膜キャパシタは、キャパシタ層と第１の絶縁樹脂層の間に設けられた無機絶縁材料からなるパッシベーション層をさらに備えていても構わない。これによれば、個片化の際にパッシベーション層にクラックなどが生じにくくなる。
【0011】
本発明において、端子電極は、基板との距離が外周エッジに近づくにつれて短くなるよう、外周エッジの近傍において傾斜していても構わない。これによれば、個片化の際に端子電極の外周エッジに応力が集中する。その結果、この位置において第２の絶縁樹脂層にクラックが生じやすくなることから、端子電極の外周エッジから離れた位置に配置される素子内部が保護される。
【0012】
本発明において、第１の絶縁樹脂層の外周エッジから端子電極の外周エッジまでの距離は、１０μｍ以上であっても構わない。これによれば、応力が集中する支点位置がより分散されることから、個片化の際にクラックがより生じにくくなる。
【0013】
本発明において、第１の絶縁樹脂層の外周エッジは、第１の再配線層のダミーパターンによって覆われていても構わない。これによれば、ダミーパターンに応力が加わっても特性が変化しない。
【発明の効果】
【0014】
このように、本発明によれば、個片化の際にクラックが生じにくい構造を有する薄膜キャパシタ及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【0017】
図１は、本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ１の模式的な平面図である。また、図２（ａ）は図１に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図、図２（ｂ）は図１に示すＢ－Ｂ線に沿った略断面図、図３は図１に示すＣ－Ｃ線に沿った略断面図である。
【0018】
図１～図３に示すように、本実施形態による薄膜キャパシタ１は、支持材１０と、支持材１０の表面上に設けられたキャパシタ層２０と、キャパシタ層２０を覆うパッシベーション層３０と、パッシベーション層３０を覆う絶縁樹脂層３１，３２と、絶縁樹脂層３１，３２の表面上にそれぞれ設けられた再配線層４１，４２と、再配線層４２に接続された端子電極５１，５２とを備えている。
【0019】
支持材１０は、ニッケル（Ｎｉ）などの高融点金属からなり、本実施形態による薄膜キャパシタ１の機械的強度を確保するための支持体として機能するとともに、キャパシタの電極層の一部としても機能する。但し、本発明において支持材１０が電極層の一部である点は必須でない。また、支持材１０が導電性材料からなる点も必須でなく、例えば、絶縁部材からなるフィルムであっても構わない。
【0020】
キャパシタ層２０は、ニッケル（Ｎｉ）などからなる電極層２１，２２が誘電体層２３を介して交互に積層された構造を有している。図２に示す例では、３層の電極層２１、３層の電極層２２、６層の誘電体層２３によってキャパシタ層２０が構成されているが、これら電極層２１，２２及び誘電体層２３の層数については特に限定されない。
【0021】
誘電体層２３は、例えばペロブスカイト系の誘電体材料によって構成される。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が挙げられる。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２３の特性制御のため、誘電体層２３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２３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２３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２３の１枚当たりの厚さは、例えば１０ｎｍ～１０００ｎｍ程度である。
【0022】
パッシベーション層３０は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの無機絶縁材料からなり、再配線層４１への接続部分を除くキャパシタ層２０の全面を覆っている。パッシベーション層３０は比較的脆い性質を有しているため、応力によってクラックなどが生じやすい。
【0023】
絶縁樹脂層３１は有機絶縁材料からなり、パッシベーション層３０を介してキャパシタ層２０を覆う。図１及び図３に示すように、絶縁樹脂層３１の外周エッジは、キャパシタ層２０の外周エッジよりも外側（薄膜キャパシタを構成するチップのエッジ側）に位置している。これにより、絶縁樹脂層３１は、平面視でキャパシタ層２０と重なる部分とキャパシタ層２０と重ならない部分を有する。ここで、キャパシタ層２０の外周エッジとは、キャパシタとして機能する部分の外周エッジを指す。つまり、電極層２１，２２のうち支持材１０に近いいくつかの層が端子電極５１，５２に接続されず、キャパシタとして機能しない場合、これらの電極層２１，２２及びこれらの間に位置する誘電体層２３からなる部分はキャパシタ層２０を構成せず、端子電極５１，５２に接続される電極層２１，２２及びこれらの間に位置する誘電体層２３からなる部分がキャパシタ層２０を構成する。下層に位置する電極層２１，２２が端子電極５１，５２に接続されないのは、下層に位置する誘電体層２３の膜質が安定しないからである。このため、上層に位置する電極層２１，２２及びこれらの間に位置する誘電体層２３によってキャパシタ層２０が構成される。
【0024】
絶縁樹脂層３１の表面には、Ｃｕなどの金属からなる再配線層４１が設けられる。再配線層４１は、キャパシタ層２０に設けられたビアホールを介して電極層２１に接続される部分と、キャパシタ層２０に設けられたビアホールを介して電極層２２に接続される部分を有している。図２（ａ）には電極層２２に接続された再配線層４１が示され、図２（ｂ）には電極層２１に接続された再配線層４１が示されている。図３に示すように、再配線層４１の外周部分はダミーパターン４１Ｄを構成し、電極層２１，２２に接続される部分とは面内で分離されている。これにより、絶縁樹脂層３１の外周エッジは、再配線層４１のダミーパターン４１Ｄによって覆われる。
【0025】
再配線層４１は、絶縁樹脂層３２で覆われる。絶縁樹脂層３２は、絶縁樹脂層３１と同じ有機絶縁材料からなる。本実施形態においては、絶縁樹脂層３２の外周エッジは、支持材１０の側面１２と平面位置が一致している。
【0026】
絶縁樹脂層３２の表面には、Ｃｕなどの金属からなる再配線層４２が設けられる。再配線層４２は、再配線層４１を介して電極層２１に接続される部分と、再配線層４１を介して電極層２２に接続される部分を有している。図２（ａ）には電極層２２に接続された再配線層４２が示され、図２（ｂ）には電極層２１に接続された再配線層４２が示されている。
【0027】
再配線層４２は、Ｃｕなどの金属からなる端子電極５１，５２で覆われる。端子電極５１は再配線層４２，４１を介して電極層２１に接続され、端子電極５２は再配線層４２，４１を介して電極層２２に接続される。ダミーパターン４１Ｄが導電性材料からなる支持材１０と接し、且つ、支持材１０が電極層の一部として機能する場合には、結果的にダミーパターン４１Ｄと端子電極５１又は５２が電気的に接続される。図１及び図３に示すように、端子電極５１，５２の外周エッジは、絶縁樹脂層３１の外周エッジよりも外側に位置している。これにより、端子電極５１，５２は、平面視で絶縁樹脂層３１と重なる部分と絶縁樹脂層３１と重ならない部分を有する。
【0028】
以上が本実施形態による薄膜キャパシタ１の構造である。次に、本実施形態による薄膜キャパシタ１の製造方法について説明する。
【0029】
まず、ニッケル（Ｎｉ）などからなる集合基板を用意する。集合基板は、複数の薄膜キャパシタ１を多数個取りするための基板であり、切断前の支持材１０に相当する。次に、集合基板の表面に、スパッタリング法などを用いて誘電体層２３と電極層２１，２２を交互に積層した後、接続用のビアホールを形成するとともに、外周領域の電極層２１，２２及び誘電体層２３を除去することによってキャパシタ層２０を形成する。次に、焼成を行うことによって誘電体層２３を焼結させる。
【0030】
次に、キャパシタ層２０の表面全体にスパッタリング法などを用いてパッシベーション層３０を形成する。次に、ビアホールに対応する部分のパッシベーション層３０をパターニングによって除去した後、全面に絶縁樹脂層３１を形成する。次に、絶縁樹脂層３１にビアホールを設けるとともに、外周領域の絶縁樹脂層３１を除去する。この時、絶縁樹脂層３１の外周エッジがキャパシタ層２０の外周エッジよりも外側に位置するよう、パターニングを行う。
【0031】
次に、絶縁樹脂層３１の表面に再配線層４１を形成する。これにより、再配線層４１の一部はビアホールを介して電極層２１に接続され、再配線層４１の残りの部分はビアホールを介して電極層２２に接続される。次に、再配線層４１を覆う絶縁樹脂層３２を形成した後、再配線層４１を露出させるビアホールを絶縁樹脂層３２に形成する。次に、絶縁樹脂層３２の表面に再配線層４２を形成する。これにより、再配線層４２の一部は再配線層４１を介して電極層２１に接続され、再配線層４２の残りの部分は再配線層４１を介して電極層２２に接続される。
【0032】
次に、電解めっきなどを用いて、再配線層４２の表面に端子電極５１，５２を形成する。この時、端子電極５１，５２の外周エッジが絶縁樹脂層３１の外周エッジよりも外側に位置するよう、めっきレジストの位置を調整する。そして、図４に示すように、ブレード６０を用いて集合基板１０ａ及び絶縁樹脂層３２を押し切ることにより、複数の薄膜キャパシタ１に個片化する。この時、ブレード６０の圧力によって薄膜キャパシタ１の各部分には応力が加わる。この時に加わる応力は、キャパシタ層２０の外周エッジの位置Ｐ１、絶縁樹脂層３１の外周エッジの位置Ｐ２，端子電極５１，５２の外周エッジの位置Ｐ３において特に集中する。これは、ブレード６０の圧力によって薄膜キャパシタ１が変形しようとする際、位置Ｐ１～Ｐ３が支点となるからである。特に、端子電極５１，５２は比較的剛性が高いことから、位置Ｐ３には最も応力が集中する。
【0033】
しかしながら、本実施形態においては、位置Ｐ１～Ｐ３が分散されているとともに、最も応力の集中する位置Ｐ３がキャパシタ層２０から大きく離れていることから、キャパシタ層２０自体には強い応力が加わらない。しかも、図４に示すように、端子電極５１（５２）が外周エッジの近傍において傾斜しており、その高さ位置が外周エッジに近づくにつれて低くなっていることから、個片化の際に位置Ｐ３の端子電極エッジ部に応力が集中する。その結果、位置Ｐ３において絶縁樹脂層３２にクラックが生じやすくなることから、端子電極５１（５２）の外周エッジから離れた位置に配置される素子内部が保護される。このため、個片化時にパッシベーション層３０にクラックなどが生じにくく、仮にクラックなどが生じた場合であっても、キャパシタ層２０の外側において生じることから、絶縁抵抗などの諸特性に影響を与えることがない。
【0034】
このような効果を十分に得るためには、位置Ｐ１と位置Ｐ２の距離や、位置Ｐ２と位置Ｐ３の距離がより離れていることが望ましく、特に、位置Ｐ２と位置Ｐ３の距離については、１０μｍ以上確保することにより信頼性が大幅に高められる。一方で、これらの距離が大きくなると、チップサイズに対するキャパシタ層２０の有効面積が減少するため、位置Ｐ１と位置Ｐ２の距離については５～３０μｍの範囲とすることが好ましく、位置Ｐ２と位置Ｐ３の距離については５～５０μｍの範囲とすることが好ましい。
【0035】
図５は、第１の変形例による薄膜キャパシタ１Ａの模式的な平面図である。図５に示すように、第１の変形例による薄膜キャパシタ１Ａは、４つの端子電極５１～５４を備えている点において、上記実施形態による薄膜キャパシタ１と相違している。このように、本発明において、端子電極の数は特に限定されない。
【0036】
図６は、第２の変形例による薄膜キャパシタ１Ｂの模式的な平面図である。図６に示すように、第２の変形例による薄膜キャパシタ１Ｂは、端子電極５１，５２が短手方向に配列されている点において、上記実施形態による薄膜キャパシタ１と相違している。このように、端子電極５１，５２を短手方向に配列すれば、ＥＳＬを低減することが可能となる。
【0037】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0038】
１，１Ａ，１Ｂ 薄膜キャパシタ
１０ 支持材
１０ａ 集合基板
１２ 支持材の側面
２０ キャパシタ層
２１，２２ 電極層
２３ 誘電体層
３０ パッシベーション層
３１，３２ 絶縁樹脂層
４１，４２ 再配線層
４１Ｄ ダミーパターン
５１～５４ 端子電極
６０ ブレード
Ｐ１～Ｐ３ 外周エッジの位置
１０ 支持材
１０ａ 集合基板
１２ 支持材の側面
２０ キャパシタ層
２１，２２ 電極層
２３ 誘電体層
３０ パッシベーション層
３１，３２ 絶縁樹脂層
４１，４２ 再配線層
４１Ｄ ダミーパターン
５１～５４ 端子電極
６０ ブレード
Ｐ１～Ｐ３ 外周エッジの位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】