JPH0324709A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、電気容量が大きく、かつ耐電圧性に優れたコ
ンデンサ、特に積層型のコンデンサに関する。

発明の技術的背景 コンデンサの一つとして誘電体の薄膜からなる薄膜コン
デンサがある。これは基板上に下部電極、誘電体膜、上
部電極を、この順に積層してある。

このような薄膜コンデンサでは、電気容量は誘電体膜の
誘電率に比例し、誘電体膜の厚さに反比例するため、容
量を大きくするためには、誘電率の大きな材料を用いる
か、誘電体膜を薄くすればよい。一般に誘電率の大きな
材料は誘電率の温度変化が大きいことから、このような
材料を誘電体膜として用いた薄膜コンデンサでは、コン
デンサ容量が温度変化によって大きく変動することにな
る。

そこで、温度係数の小さな材料を誘電体薄膜として用い
、その容量を向上させるために、誘電体の膜厚を薄くす
ることが考えられる。しかしながら、このような場合に
は、誘電体の厚さを十分に薄くしないと、満足な電気容
量が得られない。しかもこのように誘電体膜が薄いと下
地の凹凸や異物などによって、耐電圧が小さくなるとい
う問題がある。

さらに従来の薄膜コンデンサでは、基板上に下部電極と
誘電体膜とをこの順で積層してあるため、誘電体膜を焼
成する際に下部電極も高温にさらされることから、耐熱
性に優れたｐｔ等の電極を用いる必要があった。しかも
、このような耐熱性電極を用いた場合には、基板との間
に密着層が必要となり、電極作製工程が？ｊｔ雑でコス
トもかかる。

なお、Ｓｉ基板の表面を熱酸化して得られるケイ素酸化
物層をコンデンサとして利用することは集積回路では知
られているが、電気容量が十分でなく、電気容量を向上
させるためにケイ素酸化物層の膜厚を薄くすると、耐電
圧性が低下するという問題点を有していた。

また、第３図に示すように、電気容量を大きくするため
に、誘電材料から成る複数のセラミックシ一ト２２を、
左右交互に配置された内部電極２４を介して積層し、一
層おき毎の内部電極２４を別々の外部電極２６．２６で
接続するようにしたセラミック積層コンデンサ２０も知
られている。

このような実情から、本発明者等は、表面に誘電体膜が
形成されたＳｉ基板を積層して電気容量の増大を図るこ
とができるコンデンサを開発中であるが、誘電体膜とな
るセラミックシ一ト２２を積層する場合に比較して、誘
電体膜が形成されたＳｉ基板を積層する場合には、Ｓｉ
基板も内部電極として機能することから、第３図に示す
ような積層構造でコンデンサを構威することはできなか
った。

発明の目的 本発明は、このような実情に鑑みてなされ、電気容量が
大きく、かつ耐電圧性に優れたコンデンサおよびその製
造方法を提供することを目的とする。

発明の概要 このような目的を達成するために、本発明に係るコンデ
ンサは、複数のＳｉ基板と、各Ｓｉ基板の表真面に形成
されたケイ素酸化物からなる誘電体膜とを有し、前記誘
電体膜とが形成されたＳｉ基板が内部電極を介して膜厚
方向に積層してあり、各内部電極の一側端面は第１絶縁
部材で被覆してあり、各内部電極における第１絶縁部材
で被覆してない側の各Ｓｉ基板の一側端面は第２絶縁部
材で被覆してあり、前記第１絶縁部材で被覆してある側
の各Ｓｉ基板の一側端面には、第１外部電極が接続して
あり、第２絶縁部材で被覆してある側の各内部電極の一
側端面には、第２外部電極が接続してあることを特徴と
している。

本発明では、前記Ｓｉ基板の比抵抗が０．１Ω・０以下
であることが好ましい。

本発明では、複数のＳｉ基板相互を電気的に接続して電
極の一部とする電極構造を有しているため、従来のよう
に基板上に下部電極と誘電体膜とをこの順で積層する必
要がなく、誘電体膜を焼戊する際に生じる虞のある下部
電極の劣化の心配がなくなる。また本発明では、Ｓｉ基
板の表裏面に形成されたケイ素酸化物を誘電体膜として
用いていることから、誘電体膜とＳｉ基板との密着性が
向上すると共に、誘電体膜のクラック等を防止すること
が可能である。しかも、Ｓｉ基板を熱酸化して得られる
ケイ素酸化物膜は、比誘電率が４以下と小さいが、膜が
緻密で耐電圧も高いことから、誘電体膜の耐電圧性も向
上する。さらに本発明では、Ｓｉ基板の片側表面のみで
なく、裏側表面にもケイ素酸化物膜層を設けており、こ
れを誘電体膜として利用しており、しかもこのようにケ
イ素酸化物層が形成さ，れたＳｉ基板を内部電極を介し
て積層しているので、Ｓｉ基板の片面だけに誘電体膜を
形成する場合に比較して、電気容量が複数倍になる。

また、本発明に係るコンデンサの製造方法は、複数のＳ
ｉ基板の表裏面にケイ素酸化物から成る誘電体膜を形成
し、これら誘電体膜が形成されたＳｉ基板相互を、間に
内部電極が介在されるように積層し、各内部電極の一側
端面を電気泳動法により、第１絶縁部材で被覆し、各内
部電極における第１絶縁部材で被覆してない側の各Ｓｉ
基板の一側端面を電気泳動法により、第２絶縁部材で被
覆し、その後、第１絶縁部材で被覆してある側の各Ｓｉ
基板の一側端面に、これらを接続する第１外部電極を形
成すると共に、第２絶縁部材で被覆してある側の各内部
電極の一側端面に、これらを接続する第２外部電極を形
成することを特徴としている。

このような本発明に係るコンデンサの製造方法によれば
、電気泳動法により、内部電極の一側端面を第１絶縁部
材で被覆すると共に、Ｓｉ基板の一側端面を第２絶縁部
材で被覆してあるため、各内部電極を共通の第１外部電
極で接続する工程が容易となると共に、各Ｓｉ基板を共
通の第２外部電極で接続する工程が容易となる。

発明の具体的説明 以下、本発明に係るコンデンサについて具体的に説明す
る。

第１図は本発明に係るコンデンサの一例を示す断面図、
第２図は同実施例に係るコンデンサの製造方法を示す斜
視図である。

第１図に示すように、本発明に係るコンデンサ２は、複
数のＳｉ基板４と、各Ｓｉ基板４の表裏面に形成された
誘電体膜６とを有する。本発明では、このような誘電体
膜６が形成されたＳｉ基板４が内部電極８を介して膜厚
方向に積層して設けられている。

内部電極８は、重ね合わされたＳｉ基板４の誘電体膜６
間に介在されている。

各内部電極８の一側端面８ａは、第１絶縁部材１０で被
覆してある。また、各内部電極８における第１絶縁部材
１０で被覆してない側の各Ｓｉ基板４の一側端面４ａは
、第２絶縁部材１２で被覆してある。

第１絶縁部材１０で被覆してある側の各Ｓｉ基阪４の一
側端面４ｂには、第１外部電極１４が、各Ｓｉ基板４を
電気的に接続するように、第１絶縁部材１０の上から形
成してある。また、第２絶縁部材１２で被覆してある側
の各内部電極８の一側端面８ｂには、第２外部電極１６
が、各内部電極８を電気的に接続するように、第２絶縁
部材１２の上から形成してある。本発明では、Ｓｉ基板
４も内部電極として機能する。

誘電体膜６は、ケイ素酸化物からなり、好ましくはＳｉ
基板４を熱酸化する事により得られる。

ただし、蒸着やスパッタリングなどの他の方法によって
誘電体膜６を形成するようにしてもよい。

このような誘電体膜６の膜厚は、好ましくは５０大〜１
０μｍ１さらに好ましくは１００大〜５μｍである。な
お、ケイ素酸化物は主としてＳ　ｌ　０　２から成るか
、ＳｉＯ等を含んでも良い。

内部電極８および第１，第２外部電極１４，１６として
は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ａｆｆ　ＳＰ　ｔｓＰｄ等の電
極が用いられ得る。これら内部電極８および第１，第２
外部電極１４．１６を誘電体膜６の表面および積層体の
側面に形成するための手段としては、スパッタ法、蒸着
法、ペースト塗布等が用いられる。電極８の厚さは、０
．１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。また、外部
電極１４．１６の厚さは、０．１μｍ以上であることが
好ましい。

Ｓｉ基板４は、比抵抗が０．１Ω・印以下であることが
好ましい。Ｓｉ基板それ自体で比抵抗が小さいと、Ｓｉ
基板４も内部電極として機能するからである。Ｓｉ基板
４としては、具体的には、シリコンウエーハ等が用いら
れる。シリコンウエーハとしては、ノンドープ型、Ｐ型
もしくはＮ型等あらゆるタイプの市販品をそのまま使う
ことが可能である。基板４の厚さは、特に限定されない
が、電極として抵抗値か大きくならないように決定され
ることが好ましいと共に、コンデンサ全体に適度な剛性
を付与するに十分な厚さを有することが好ましく、一般
的には、０．１關以上の厚みを有することが好ましい。

基板４は、必ずしも平板形状に限定されない。基板が平
板形状以外である場合には、その上に形成される誘電体
膜および電極部分も、基板形状に沿った形状となる。

第１，第２絶縁部材１０．１２を構成する材質としては
、ガラス、マイカ、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ェノール樹脂等が例示される。これら絶縁部材１０．１
２を、Ｓｉ基板４もしくは内部電極８の一側端面に形成
するための手段としては、後述するような電気泳動法が
好ましいが、これに限らず、他の手段によって形成して
も良い。

次に本発明に係るコンデンサ２の製造方法について説明
する。

まず、所定の大きさのＳｉ基板４を準備し、このＳｉ基
板４を酸化囲気下で加熱する。加熱温度は、好ましくは
３００〜１３００℃、さらに好ましくは７００〜１１０
０℃である。加熱時間は、特に限定されないが、好まし
くは３分間〜３００分間、さらに好ましくは１０分間〜
１８０分間である。このような加熱処理によって、ＳＬ
基板４の表裏面に所定膜厚のケイ素酸化物膜からなる誘
電体膜６が形成される。

その後、この基板４における誘電体膜６の表面に、内部
電極８となるペースト状の電極部分８ｃを、たとえば第
２図に示すように、一端部１７を残して、塗布形成する
。次に、このように表面にペースト状の電極部分８ｃが
形成されたＳｉ基板４を複数枚重ね合わせ、加熱して、
Ｓｉ基板４相互間で重ね合わされたペースト状の電極部
分８ｃを一体化させる。その後、適当な大きさに切断し
て第２図に示すようなブロック１つを準備する。

その後、電極部分８ｃが形成されていない側のブロック
１つの端面１９ａを研磨してケイ素酸化物膜を除去した
後に、金属、ペースト等で仮電極１８を形成する。また
、ブロック１９の反対側端面１９ｂにも、仮電極を形成
し、内部電極８となる電極部分８Ｃを電気的に接続する
。

次に、このようなブロック１９における他の側面１９ｃ
，１９ｄのうちの一方にレジスト膜を設け、これを電気
泳動に用いる液に漬けて、電気泳動法を行ない、第１絶
縁部材１０または第２絶縁部材１２を形成する。その後
、レジスト膜を取り除いて、他の側面にレジスト膜を設
け、最初にレジスト膜を設けた側面に、他の絶縁部材を
形成する。なお、電気泳動の応用例としては電歪効果素
子の端面絶縁に用いた特開昭５９−１７５１６号がある
。

電気泳動法とは、岐中に対向電極板とサンプルと浸たし
、これらの間に電圧を印加して、液中の絶縁粒子を帯電
させて電界によってサンプルに付着させる技術である。

本発明では、ブロック１９におけるＳｉ基板４または内
部電極８となる電極部分８Ｃが、上記サンプルとなる。

本発明では、Ｓｉ基板４の一側端面に第１絶縁部材を形
成するために、ブロック１９に設ケラれた一方の仮電極
１８を陰極とし、ブロック１９と共に液中に浸された対
向電極を陽極とし、これらの間に電圧を加えれば良い。

そうすれば、レジスト膜で被われていない側のＳｉ基板
４の一側端面に液中の絶縁粒子が析出し、その一側端面
をそれぞれ第１絶縁部材１０で被うことになる。また、
内部電極８の一側端面に第２絶縁部材を形成するために
は、ブロック１つにおける仮電極１８と反対側の側面１
９ｂに設けられた内部電極８に導通する仮電極（図示せ
ず）を陽極として、上記と同様にして電気泳動法を用い
れば良い。

電気泳動法より形成される絶縁部材１０　１２の厚さは
、好ましくは０．１μｍ〜１００μｍ、さらに好ましく
は１μｍ〜１００μｍである。このような厚さになるよ
うに、仮電極と対向電極との間に印加される電圧および
時間は決定される。

印加される電圧は、好ましくは１０〜２００ｖ程度であ
る。また、印加時間は、好ましくは１分〜３０分である
。

電気泳動法に用いられる液としては、絶縁部材となる絶
縁粒子を含む懸濁液が例示される。絶縁粒子としては、
ガラス粉末等を用いることができる。また懸濁液には、
ヨウ素等の電解質の役割を果たす物質が含まれ、ガラス
粉末等の絶縁粒子をプラスに帯電させるようになってい
る。このような懸濁液としては、具体的には、絶縁粒子
を入れたエタノールおよびヨウ素系エタノール溶液を混
合した液が例示される。

このような電気泳動法よれば、液中に含まれる絶縁粒子
は、電界が印加された部分（内部電極またはＳｉ基板の
側端面）にのみ析出し、他の部分に析出しないことから
、目的とする部位に都合良く絶縁部材の被覆層を形成す
ることができる。

このようにして、第ｌ，第２絶縁部材１０，１２が形成
された後には、ブロック１９を長手方向と直角方向に切
断して、所定の大きさのチップを得る。このチップにお
ける第１，第２絶縁部材１０．１２がそれぞれ形成され
た側面に金属ペーストなどを塗布することにより、個々
のＳｉ基板４または内部電極８をそれぞれ接続する第１
，第２外部電極１４．１６を形成し、コンデンサ２を完
成させる。

このようなコンデンサ２ては、基板４の表裏面に形成さ
れたケイ素酸化物膜を誘電体膜６として利用し、しかも
Ｓｉ基板４を重ね合わせるようにしているので、コンデ
ンサ容量が向上するとともに、耐電圧特性も向上する。

なお、本発明では、コンデンサ２を製造するための手段
は、上述した実施例に限定されず、種々に改変すること
が可能である。

発明の効果 以上説明してきたように、本発明では、複数のＳｉ基板
相互を電気的に接続して電極の一部とする電極構造を有
しているため、従来のように基板上に下部電極と誘電体
膜とをこの順で積層する必要がなく、誘電体膜を焼成す
る際に生しる虞のある下部電極の劣化の心配がなくなる
。また本発明では、ケイ素基板の表裏面に形成されたケ
イ素酸化物を誘電体膜として用いていることから、誘電
体膜とケイ素基板との密着性が向上すると共に、誘電体
膜のクラック等を防止することが可能である。しかも、
ケイ素基板を熱酸化して得られるケイ素酸化物膜は、比
誘電率が４以下と小さいが、膜が緻密で耐電圧も高いこ
とから、誘電体膜の耐電圧性も向上する。さらに本発明
では、Ｓｉ基板の片側表面のみでなく、裏側表面にもケ
イ素酸化物膜層を設けており、これを誘電体膜として利
用しており、しかもこのようにケイ素酸化物層が形成さ
れたＳｉ基板を内部電極を介して積層しているので、Ｓ
ｉ基板の片面だけに誘電体膜を形成する場合に比較して
、電気容量が複数数倍になる。

また本発明に係るコンデンサの製造方法によれば、電気
泳動法により、内部電極の一側端面を第１絶縁部材で被
覆すると共に、Ｓｉ基板の一側端面を第２絶縁部材で被
覆してあるため、各内部電極を共通の第１外部電極で接
続する工程が容易となると共に、各Ｓｉ基板を共通の第
２外部電極で接続する工程が容易となる。

［実施例］ 以下、本発明をさらに具体的な実施例に基づき説明する
が、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１ ｓｂをドーブして比抵抗が０．０１Ω・（７）てある厚
さ０．５ｍｍのＳｉ基板を１０００℃酸素雰囲気中で１
８０分間熱処理した。次に一端（第２図に示す符号ｒｌ
７Ｊ）だけ残して全而にＡｇぺ−スト８ｃを塗布し、こ
れを３枚を重ねて１００゜Ｃ５３０分で加熱乾燥した。

これを、Ａｇペースト８ｃが付いてないところが長平方
向の一端となるようにして、カッティングソーで３問幅
に切断してブロック１つを作製した。そしてＡｇペース
ト８Ｃの付いてない長手方向の一端のＳｉの断面を研磨
して酸化膜を除去して、その後、Ａｇペーストを塗布し
、仮電極１８を形成し、３層のＳｉ基板４を接続した。

次に長手方向の反対の端の側面に露出している２層のＡ
ｇペースト８ｃを、新し＜Ａｇペーストを塗布して形成
したｖｉ電極（図示せず）で接続した。長手方向に平行
な側面の一っ１９ｃにネガ型レジストを塗布し、ブロッ
クを電気泳動に用いる液に漬けた。

電気床動法用いる液は、ホウケイ酸亜鉛系ガラス粉末（
３０ｇ）、エタノール２９０ｍｌ，５％ヨウ素エタノー
ル（１０ｍｌ）を混合した。この液の中でＳｉ基板４を
陰極に、ｐｔ板（図示せず）を陽極にして通電した。１
５Ｖの電圧を１８０秒間印加した。次にレジスト剥離液
でレジストを除去した後、対向する側面１９ｄにネガ型
レジストを塗布し、今度は反対側の仮電極を通して内部
電極を陰極にｐｔ電極を陽極にして、上記液中で１５Ｖ
の電圧を１８０秒間印加した。その後、レジスト剥離液
でレジストを除去し、ブロックを５００℃、３０分間加
熱した。その後、このブロックを長平方向に直角に切断
して３一角のチップを得た。

そして絶縁物の析出した２つの側面にＡｇペーストをそ
れぞれ塗布して乾燥し、対向する２つの外部電極を形成
した。

このようにして得られたコンデンサの特性をＬＣＲメー
タを用いて測定した結果を次に示す。

測定周波数ＩＭＨｚで電気容量が３ｎＦ，容量の温度係
数が８０℃〜−２０℃で３０ｐｌ）Ｉ１／”Ｃであった
。また定電圧で抵抗値をＡｐｌ定したら２０ＶてＩＯＧ
Ω以上であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るコンデンサの一例を示す断面図、
第２図は同実施例に係るコンデンサの製造方法を示す斜
視図、第３図は従来のセラミックコンデンサの断面図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数のＳｉ基板と、各Ｓｉ基板の表裏面に形成され
   たケイ素酸化物からなる誘電体膜とを有し、前記誘電体
   膜が形成されたＳｉ基板が内部電極を介して膜厚方向に
   積層してあり、各内部電極の一側端面は第１絶縁部材で
   被覆してあり、各内部電極における第１絶縁部材で被覆
   してない側の各Ｓｉ基板の一側端面は第２絶縁部材で被
   覆してあり、前記第１絶縁部材で被覆してある側の各Ｓ
   ｉ基板の一側端面には、第１外部電極が接続してあり、
   第２絶縁部材で被覆してある側の各内部電極の一側端面
   には、第２外部電極が接続してあるコンデンサ。 ２）前記Ｓｉ基板の比抵抗が０．１Ω・ｃｍ以下である
   ことを特徴とするコンデンサ。 ３）複数のＳｉ基板の表裏面にケイ素酸化物から成る誘
   電体膜を形成し、これら誘電体膜が形成されたＳｉ基板
   相互を、間に内部電極が介在されるように積層し、各内
   部電極の一側端面を電気泳動法により、第１絶縁部材で
   被覆し、各内部電極における第１絶縁部材で被覆してな
   い側の各Ｓｉ基板の一側端面を、電気泳動法により、第
   ２絶縁部材で被覆し、その後、第１絶縁部材で被覆して
   ある側の各Ｓｉ基板の一側端面に、これらを接続する第
   １外部電極を形成すると共に、第２絶縁部材で被覆して
   ある側の各内部電極の一側端面に、これらを接続する第
   ２外部電極を形成することを特徴とするコンデンサの製
   造方法。