JPH0324710A - 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浦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、電極作製工程が複雑でコストも
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成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戊するために、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３１基板が内部電極を介して膜厚方
向に積層してあり、各Ｓｉ基板の一側端面は絶縁部材で
被覆してあり、前記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１外部電極が接続してあり、絶
縁部材で被覆してない側の各Ｓｉ基板の一側端面には、
第２外部電極が接続してあり、第２外部電極と内部電極
の側端部との間には隙間空間が形戊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・ｃｍ以
下であることが好ましい。

本発明では、複数のＳｉ基仮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
仮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戊
し、これら誘電体膜が形戊されたＳｉ基板相互を、間に
内部電極が介在されるように、しかも内部電極の一側端
部に隙間空間が形成されるように積層し、Ｓｉ基仮の一
側端面を電気泳動法により、絶縁部材で被覆し、その後
、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、前
記内部電極の一側端部に形戊された隙間空間側の各Ｓ１
基板の一側端面に、各Ｓｉ基板を接続する第２外部電極
を形戊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
、内部電極の一側端部に隙間空間が形成してあると共に
、電気泳動法により、Ｓｉ基板の一側端面を絶縁部材で
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。なお、電気
泳動法の応用としては、電歪効果素子の端面の絶縁に用
いた特開昭５９−１７５１６号がある。

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側を示す断面図、
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。しかも各内部電極８の一側端部８
ａには、隙間空間９か形成されるようになっている。

各Ｓｉ基板４の一側端面４ａは、絶縁部材１ｏで被覆し
てある。

絶縁部材１０て被覆してある側の内部電極８の他の一側
端而８ｂには、第１外部電極１４が、各内部電極８を電
気的に接続するように、絶縁部材１０の上から形成して
ある。また、絶縁部材１０で被覆されてない側であり、
隙間空間９が形成された側の各Ｓｉ基板４の一側端面４
ｂには、第２外部電極１６が、各３１基板４を電気的に
接続するように形戊してある。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５０λ〜１
０μｍ１さらに好ましくは１００人〜５μｍである。な
お、ケイ素酸化物は主としてＳ　ｉＯ　２から成るが、
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，／ｌ　，Ｐ　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、スバッタ法、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・ｃｍ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、Ｓ
ｉ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、シリコンウェー八等が用い
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、電極として抵抗値が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か好ましく、一
般的には、０．１μｍ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
。

絶縁部材１０を構成する材質としては、ガラス、マイ力
、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を、Ｓｉ基板４もしく
はＳｉ基板４の一側端面に形戊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、Ｓｉ
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、短手方向一側端部８ａおよび長手方
向一側端部８ｄに隙間空間９．１１が形成されるように
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相互間て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を形成し、これに
より、Ｓｉ基板４相互を電気的に導通状態とする。

次に、このようなブロック１９における隙間空間９が形
成されている側の側面１９ｃにレジスト膜を設け、これ
を電気泳動に用いる波に漬けて、電気泳動法を行ない、
絶縁部材１ｏをＳｉ基板４の一側端面４ａに形成する。

電気泳動法とは、液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の一側端面に絶縁部材を形成す
るために、ブロック１９に設けられた一方の仮電極１８
を陰極とし、ブロック１つ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。

電気泳動法より形成される絶縁部材１ｏの厚さは、好ま
しくは０、１μｍ〜１００μｍ１さらに好ましくは１μ
ｍ〜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１０〜２０
０Ｖ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波としては、絶縁部材となる絶
縁粒子を含む懸濁ｉｒ＆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かできる。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広よれば、？＆中に含まれる絶縁粒
子は、電界が印加された部分（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、絶縁部材１０が形戊された後には、ブ
ロック１９を長平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絶縁部材１０
がそれぞれ形成された側面および隙間空間９が形成され
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
戊させる。

このようなコンデンサ２では、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第２電極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、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
膜とケーｆ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、膜か緻密で耐電圧
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、Ｓｉ基板の一側端面を絶縁部材で被覆す
ると共に、内部電極の一側端部に隙間空間９を形成して
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・ｃｍである厚さ
０．５ｍｍのＳｉ基板を１０００”Ｃ酸素雰囲気中で１
８０分間熱処理した。次に二端（第２図に示す符号ｒ８
ａ，８ｄＪ）だけ残して全面にＡｇペースト８ｃを塗布
し、これを３枚を重ねて１００℃、３０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
手方向の一端となるようにして、カッティングソーで３
ＩＩｌｍ幅に切断してブロック１つを作製した。モして
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。次に長平方向に平行な側面の一つ１９ｃにネ
ガ型レジストを塗布し、ブロック１９を電気泳動に用い
る岐に漬けた。

電気泳動法用いる液は、ホウヶイ酸亜鉛系ガラス粉末（
３０ｇ）、エタノール２９０ｍｌ５％ヨウ素エタノール
（１０ｍ１）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。１５
Ｖ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、ブロックを５００℃、３０分間
加熱した。

その後、このブロックを長手方向に直角に切断して３１
８Ｉ１角のチップを得た。そして絶縁物の析出した側面
および隙間空間９側の側面に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Ｉ　Ｍ　Ｈ　ｚで容量が３ｎＦ，電気容量の
温度係数が８０℃〜−２０℃で３０ｐｐＩＩｌ／℃であ
った。また定電圧で抵抗値を測定したら２０ＶでＩＯＣ
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側を示す断面図、
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。 １

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Ｓｉ基板の一側端面は絶縁部材で被覆
   してあり、前記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１外部電極が接続してあり、絶縁部
   材で被覆してない側の各Ｓｉ基板の一側端面には、第２
   外部電極が接続してあり、第２外部電極と内部電極の側
   端部との間には隙間空間が形成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、しかも内部
   電極の一側端部に隙間空間が形成されるように積層し、
   Ｓｉ基板の一側端面を電気泳動法により、絶縁部材で被
   覆し、その後、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、前記内部電極の一側端部に形成された隙間空
   間側の各Ｓｉ基板の一側端面に、各Ｓｉ基板を接続する
   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。