CN101807478A - 薄膜电容器 - Google Patents

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本发明是有关于一种薄膜电容器，一种薄膜电容器，包含：一个第一电极、一个与该第一电极相对立设置的第二电极，及一层夹置于该第一、二电极间的介电膜层结构。该介电膜层结构具有一层经掺杂的介电层，该经掺杂的介电层具有一大于零且小于1010原子/cm3的掺杂浓度的掺杂物。

Description

薄膜电容器
技术领域
本发明涉及一种电容器(capacitor)，特别是涉及一种具有掺杂介电层(doped dielectric)的薄膜电容器(thin film capacitor)。
背景技术
参阅图1，显示有一种三层结构的现有电容器1，包含：一个第一电极11、一个与该第一电极11相反设置的第二电极12，及一层夹置于该等电极11、12间且是由绝缘材料(insulator)所构成的介电层(dielectriclayer)13。如以下公式(I)所示：
C = ϵ A d · · · ( I )
该三层结构的现有电容器1的电容值(capacitance，C)是正比于任意一个电极11、12的面积(A)与该介电层13的介电系数(permittivity，ε)，而且是反比于该介电层13的厚度(d)。一般而言，经由增加任意一个电极11、12的面积(A)与该介电层13的介电系数(ε)，或减少该介电层13的厚度可提升该现有电容器1的电容值(C)。
当该现有电容器1被充电(charging)后，将于该现有电容器1产生一电场(electric field)；其中，介电系数(ε)的数值在上述公式(I)中的意义则涉及其介电材料本身的绝缘特性、在该电场下产生感应耦极矩(induced dipole moments)的能力、自激耦极矩(self-excited dipolemoments)的强度等介电材料本身的特性。此等介电材料本质上的特性可防止该现有电容器1在该电场的作用下所产生的漏电流(current leakage)与介电崩溃(breakdown)，并提升电荷储存量，以使得电容值(C)得以增加。因此，此技术领域者一方面是寻求巨介电材料(giant dielectrics)来提升电容值(C)，如，CaCu3Ti4O12。
此处需说明的是，一般用来做为电容器使用的介电材料需具备有低孔隙率(porosity)与优异的结晶质量(crystal property)等特点，才足以抵挡形成于电容器内的电场。然而，此等结晶质量优异的介电材料不但需透过800℃以上的烧结制程(sintering)才可制成；此外，经由烧结制程所制得的介电层的厚度(d)往往已高达数个微米(～μm)或数十个微米厚。因此，对于提升电容器的电容值(C)而言，其贡献度有限。再者，以高温的烧结制程及其最终制得的介电层的厚度来说，其并不利于被整合至集成电路(integrated circuit，IC)中。
又，利用化学气相沉积法(chemical vapor deposition，简称CVD)等薄膜制程(thin film process)来制作介电层，虽然可降低介电层的厚度(d)。然而，所制得的介电层的结晶品质差，且孔隙率高。因此，崩溃电压(breakdown voltage)低，且易有漏电流的问题产生。
经上述说明可知，提供一种崩溃电压高且漏电流低的薄膜电容器，以利于将其整合至由薄膜制程所构成的集成电路中，是此技术领域者所需改进的课题。
由此可见，上述现有的薄膜电容器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的薄膜电容器，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的薄膜电容器存在的缺陷，而提供一种新型结构的薄膜电容器，所要解决的技术问题是薄膜电容器的崩溃电压高且漏电流低，有利于被整合至集成电路中。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种薄膜电容器，包含：一个第一电极；一个与该第一电极相对立设置的第二电极；及一层夹置于该第一、二电极间的介电膜层结构；其中该介电膜层结构具有一层经掺杂的介电层，该经掺杂的介电层具有一大于零且小于1010原子/cm3的掺杂浓度的掺杂物。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的薄膜电容器，其中该经掺杂的介电层的掺杂浓度是介于106原子/cm3至1010原子/cm3间。
前述的薄膜电容器，其中该经掺杂的介电层是由一氧化物所构成；该经掺杂的介电层的掺杂物是Co、Fe、Ni、Ga、Mn、As、Al、Zn、Ti、P，或前述掺杂物的组合。
前述的薄膜电容器，其中该经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至3000nm间。
前述的薄膜电容器，其中该经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至500nm间。
前述的薄膜电容器，其中该介电膜层结构还具有至少一层未经掺杂的介电层。
前述的薄膜电容器，其中该介电膜层结构具有二层未经掺杂的介电层，且该经掺杂的介电层是被夹置于所述未经掺杂的介电层中。
前述的薄膜电容器，其中该未经掺杂的介电层是由一氧化物所构成。
前述的薄膜电容器，其中该未经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至3000nm间。
前述的薄膜电容器，其中该未经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至500nm间。
前述的薄膜电容器，其中该第一、二电极至少其中一个是由一导电材料所构成。
前述的薄膜电容器，其中该第一、二电极至少其中一个是由一磁性材料所构成。
前述的薄膜电容器，其中该磁性材料是铁磁性材料或反铁磁性材料。
前述的薄膜电容器，其中该铁磁性材料是铁基合金、钴基合金、镍基合金，或前述合金的组合；该反铁磁性材料是锰或锰基合金。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为，达到上述目的，本发明提供了一种薄膜电容器，其包含：一个第一电极、一个与该第一电极相对立设置的第二电极，及一层夹置于该第一、二电极间的介电膜层结构。该介电膜层结构具有一层经掺杂的介电层。该经掺杂的介电层具有一大于零且小于1010原子/cm3的掺杂浓度的掺杂物。
借由上述技术方案，本发明薄膜电容器至少具有下列优点及有益效果：
本发明提供崩溃电压高且漏电流低的薄膜电容器，以利于将其整合至集成电路中。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是一正视示意图，说明现有一种电容器；
图2是一正视示意图，说明本发明的薄膜电容器的一第一较佳实施例；
图3是一正视示意图，说明本发明的薄膜电容器的一第二较佳实施例；
图4是一正视示意图，说明本发明的薄膜电容器的一第三较佳实施例；
图5是一电流对电压(I-V)曲线图，说明本发明的薄膜电容器的一具体例1与一比较例的电性比较。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的薄膜电容器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
在本发明被详细描述前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。
参阅图2，本发明的薄膜电容器的一第一较佳实施例是经由溅镀法(sputtering)所制得。本发明的薄膜电容器的第一较佳实施例，包含：一个第一电极2、一个与该第一电极2相对立设置的第二电极3，及一层夹置于该第一、二电极2、3间的介电膜层结构4。该介电膜层结构4具有一层经掺杂的介电层41。该经掺杂的介电层41具有一大于零且小于1010原子/cm3的掺杂浓度的掺杂物。此处需说明的是，本发明于呈绝缘性的介电材料内掺杂入掺杂浓度低于1010原子/cm3的掺杂物；因此，该经掺杂的介电层41是被定义为半绝缘层(semi-insulated layer)。
较佳地，该经掺杂的介电层41的掺杂浓度是介于106原子/cm3至1010原子/cm3间。
较佳地，该经掺杂的介电层41是由一氧化物(oxide)所构成；该经掺杂的介电层41的掺杂物是Co、Fe、Ni、Ga、Mn、As、Al、Zn、Ti、P，或前述掺杂物的组合。在本发明一具体例中，构成该经掺杂的介电层41的氧化物是SiO2。
较佳地，该第一、二电极2、3至少其中一个是由一导电材料(conductivematerial)所构成；更佳地，该第一、二电极2、3至少其中一个是由一磁性材料(magnetic material)所构成。
适用于本发明的磁性材料是铁磁性材料(ferromagnetic material)或反铁磁性材料(antiferromagnetic material)。较佳地，该铁磁性材料是铁基合金(Fe-based alloy)、钴基合金(Co-based alloy)、镍基合金(Ni-based alloy)，或前述合金的组合；该反铁磁性材料是锰(Mn)或锰基合金(Mn-based alloy)。此处值得说明的是，本发明利用溅镀法来镀制该等电极2、3(即，磁性材料)时，可同时经由对一镀制该磁性材料的反应室(图未示)提供一预定方向的外加磁场(applied magnetic field)来设定该磁性材料内的磁矩(magnetic moment)方向，借以提升其净磁化量(netmagnetization)。
较佳地，该经掺杂的介电层41的厚度是介于50nm至3000nm间；更佳地，该经掺杂的介电层41的厚度是介于50nm至500nm间。
参阅图3，本发明的薄膜电容器的一第二较佳实施例大致上是相同于该第一较佳实施例，其不同的地方是在于，该介电膜层结构4还具有至少一层未经掺杂的介电层42。
较佳地，该未经掺杂的介电层42是由一氧化物所构成(例如SiO2等)。
较佳地，该未经掺杂的介电层42的厚度是介于50nm至3000nm间；更佳地，该未经掺杂的介电层42的厚度是介于50nm至500nm间。
参阅图4，本发明的薄膜电容器的一第三较佳实施例大致上是相同于该第二较佳实施例，其不同的地方是在于，该介电膜层结构4具有二层未经掺杂的介电层42，且该经掺杂的介电层41是被夹置于所述未经掺杂的介电层42中。
<具体例1>
本发明的薄膜电容器的一具体例1是经由溅镀法所制得，其包含：两个对立设置且是由一铁钴镍合金(FeCoNi alloy)的铁磁性材料所构成的尺寸为200μm×600μm×30nm的电极，及一层夹置于该等电极间且厚度50nm的经Al与Co掺杂的SiO2层，借以于该具体例1的薄膜电容器内产生一约680Oe至1500Oe的内建磁场(build-in magnetic field)。在本发明该具体例1中，该薄膜电容器的膜层结构为FeCoNi Alloy/Al，Co-dopedSiO2/FeCoNi Alloy，且该经Al与Co掺杂的SiO2层的掺杂浓度约107atoms/cm3。
本发明该具体例1的薄膜电容器经电源供应系统量测，在275V的外加电压下仍然没有崩溃，且经数据收集器(KEITHLEY 2400)量测取得该具体例1的薄膜电容器在5V的外加电压下的漏电流只有约10-8A。
<比较例>
本发明的薄膜电容器的一比较例大致上是相同于该具体例1，其不同的地方是在于，以一厚度约50nm的未经掺杂的SiO2层来取代该经Al与Co掺杂的SiO2层，且该等电极是由铂(Pt)所构成。在本发明该比较例中，该薄膜电容器的膜层结构为Pt/undoped-SiO2/Pt。
本发明该比较例的薄膜电容器经量测取得的崩溃电压只有约7至8V，且该比较例的薄膜电容器在5V的外加电压下的漏电流约高达10-6A。
为了更明确显示本发明的薄膜电容器所具有的低漏电流的优点，图5显示该具体例1及比较例所量测的漏电流比较图。如图5所示，在0V至5V的外加电压范围下，该具体例1的漏电流一直维持在10-8A以下；然而，该比较例在此相同的外加电压范围下的漏电流最高已达到10-6A。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种薄膜电容器，包含：一个第一电极；一个与该第一电极相对立设置的第二电极；及一层夹置于该第一、二电极间的介电膜层结构；其特征在于：该介电膜层结构具有一层经掺杂的介电层，该经掺杂的介电层具有一大于零且小于1010原子/cm3的掺杂浓度的掺杂物。
2.如权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于：该经掺杂的介电层的掺杂浓度是介于106原子/cm3至1010原子/cm3间。
3.如权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于：该经掺杂的介电层是由一氧化物所构成；该经掺杂的介电层的掺杂物是Co、Fe、Ni、Ga、Mn、As、Al、Zn、Ti、P，或前述掺杂物的组合。
4.如权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于：该经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至3000nm间。
5.如权利要求4所述的薄膜电容器，其特征在于：该经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至500nm间。
6.如权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于：该介电膜层结构还具有至少一层未经掺杂的介电层。
7.如权利要求6所述的薄膜电容器，其特征在于：该介电膜层结构具有二层未经掺杂的介电层，且该经掺杂的介电层是被夹置于所述未经掺杂的介电层中。
8.如权利要求6所述的薄膜电容器，其特征在于：该未经掺杂的介电层是由一氧化物所构成。
9.如权利要求6所述的薄膜电容器，其特征在于：该未经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至3000nm间。
10.如权利要求9所述的薄膜电容器，其特征在于：该未经掺杂的介电层的厚度是介于50nm至500nm间。
11.如权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于：该第一、二电极至少其中一个是由一导电材料所构成。
12.如权利要求1所述的薄膜电容器，其特征在于：该第一、二电极至少其中一个是由一磁性材料所构成。
13.如权利要求12所述的薄膜电容器，其特征在于：该磁性材料是铁磁性材料或反铁磁性材料。
14.如权利要求13所述的薄膜电容器，其特征在于：该铁磁性材料是铁基合金、钴基合金、镍基合金，或前述合金的组合；该反铁磁性材料是锰或锰基合金。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514508A (zh) * 2015-12-10 2016-04-20 连清宏 一种薄片电池及使用这种电池的电力供应器
CN114008755A (zh) * 2019-04-29 2022-02-01 应用材料公司 接地带组件

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000012381A (ja) * 1998-06-25 2000-01-14 Toshiba Corp 薄膜キャパシタ
CN1254934A (zh) * 1998-11-23 2000-05-31 微涂层技术公司 薄膜电容器的形成
EP1024535A2 (de) * 1999-01-29 2000-08-02 Philips Patentverwaltung GmbH Dünnschichtschaltkreis mit Bauteil
JP2003045987A (ja) * 2001-08-02 2003-02-14 Taiyo Yuden Co Ltd 誘電体積層薄膜及びそれを利用した電子部品
CN1988078A (zh) * 2005-12-22 2007-06-27 财团法人工业技术研究院 金属－绝缘体－金属电容器
CN101060141A (zh) * 2006-04-20 2007-10-24 台湾积体电路制造股份有限公司 金属－绝缘体－金属结构及其形成方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000012381A (ja) * 1998-06-25 2000-01-14 Toshiba Corp 薄膜キャパシタ
CN1254934A (zh) * 1998-11-23 2000-05-31 微涂层技术公司 薄膜电容器的形成
EP1024535A2 (de) * 1999-01-29 2000-08-02 Philips Patentverwaltung GmbH Dünnschichtschaltkreis mit Bauteil
JP2003045987A (ja) * 2001-08-02 2003-02-14 Taiyo Yuden Co Ltd 誘電体積層薄膜及びそれを利用した電子部品
CN1988078A (zh) * 2005-12-22 2007-06-27 财团法人工业技术研究院 金属－绝缘体－金属电容器
CN101060141A (zh) * 2006-04-20 2007-10-24 台湾积体电路制造股份有限公司 金属－绝缘体－金属结构及其形成方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105514508A (zh) * 2015-12-10 2016-04-20 连清宏 一种薄片电池及使用这种电池的电力供应器
CN114008755A (zh) * 2019-04-29 2022-02-01 应用材料公司 接地带组件

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