JP2015126157A - 薄膜キャパシタ - Google Patents
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Abstract
Description
キャパシタの低背化には誘電体層を薄くすることが有効である。誘電体層厚を薄くしたキャパシタとして、スパッタリング法等の薄膜形成技術を用いて誘電体層を形成したキャパシタ(以下、「薄膜キャパシタ」という。)が知られている(特許文献1参照。)。特許文献1に記載の薄膜キャパシタは、ベース基板上に、第1の電極層、誘電体層、第2の電極層をこの順に積層して形成されている。
(1)内部に空隙を有する構造、
(2)誘電体層と絶縁体構造物との間に空隙を有する構造、
のいずれかである。誘電体層と上部電極と絶縁体構造物とが上記の構造をとることにより、欠陥と上部電極とを確実に離間させることができる。そのため、絶縁体構造物に蓄積された電荷が誘電体層の欠陥に到達することはなく、薄膜キャパシタの耐圧特性を向上させることができる。
100mm×100mmの大きさのNi金属箔上に誘電体層(BaTiO3系誘電体)を形成した。誘電体層はスパッタリング法により1000nmの厚みで成膜した。成膜後の試料はアニールして誘電体層を結晶化させた。その後、絶縁体構造物を形成する前処理として、誘電体層の表面をスクラブ洗浄して異物を除去した。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約400nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約380nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約780nm,誘電体層の厚みの約0.78倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.6wt%として色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の91%(91/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約270nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約250nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約520nm,誘電体層の厚みの約0.52倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.4wt%として色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の91%(91/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約490nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約260nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約750nm,誘電体層の厚みの約0.75倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.7wt%として色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の93%(93/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約200nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約250nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約450nm,誘電体層の厚みの約0.45倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.3wt%とし、電着時の電流を2mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の82%(82/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約600nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約320nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約920nm,誘電体層の厚みの約0.92倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.8wt%とし、電着時の電流を10mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の83%(83/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約210nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約130nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約340nm,誘電体層の厚みの約0.34倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.1wt%とし、電着時の電流を2mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の85%(85/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約560nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約650nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約1210nm,誘電体層の厚みの約1.21倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を1.0wt%とし、電着時の電流を10mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の82%(82/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約1060nm(誘電体層の厚みの約1.06倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約560nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約650nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約1210nm,誘電体層の厚みの約1.21倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を0.80wt%、イミド系樹脂の添加量を1.0wt%とし、電着時の電流を10mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の81%(81/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約1480nm(誘電体層の厚みの約1.48倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約550nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約670nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約1220nm,誘電体層の厚みの約1.22倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を1.50wt%、イミド系樹脂の添加量を1.0wt%とし、電着時の電流を10mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の80%(80/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約920nm(誘電体層の厚みの約0.92倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約560nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約650nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約1210nm,誘電体層の厚みの約1.21倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を0.60wt%、イミド系樹脂の添加量を1.0wt%とし、電着時の電流を10mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の66%(66/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約1560nm(誘電体層の厚みの約1.56倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約560nm、空隙下部の絶縁体構造物の厚みは約650nm(絶縁体構造物の絶縁体分の厚みが約1210nm,誘電体層の厚みの約1.21倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を2.0wt%、イミド系樹脂の添加量を1.0wt%とし、電着時の電流を10mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例1と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の64%(64/100pcs)の良品が得られた。
実施例1と同様に、100mm×100mmの大きさのNi金属箔上に誘電体層(BaTiO3系誘電体)を形成した。誘電体層はスパッタリング法により1000nmの厚みで成膜した。成膜後の試料はアニールして誘電体層を結晶化させた。その後、絶縁体構造物を形成する前処理として、誘電体層の表面をスクラブ洗浄して異物を除去した。この前処理後の試料を、純水にガス発生源である炭酸水素ナトリウム1.0wt%を溶解した処理液に浸漬し、引き上げ後、純水−エタノール液に再び浸漬し、余分な炭酸水素ナトリウムを除去した。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約1110nm(誘電体層の厚みの約1.11倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.90wt%として色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の91%(91/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約630nm(誘電体層の厚みの約0.63倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.70wt%とし、電着時の電流を5mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の90%(90/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約1280nm(誘電体層の厚みの約1.28倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を1.0wt%として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の82%(82/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約585nm(誘電体層の厚みの約0.59倍)となるよう、イミド系樹脂の添加量を0.60wt%とし、電着時の電流を5mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の83%(83/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約1490nm(誘電体層の厚みの約1.49倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約560nm(誘電体層の厚みの約0.56倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を1.50wt%、イミド系樹脂の添加量を0.50wt%とし、電着時の電流を5mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の82%(82/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約1100nm(誘電体層の厚みの約1.10倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約570nm(誘電体層の厚みの約0.57倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を0.80wt%、イミド系樹脂の添加量を0.50wt%とし、電着時の電流を5mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の81%(81/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約1570nm(誘電体層の厚みの約1.57倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約580nm(誘電体層の厚みの約0.58倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を2.0wt%、イミド系樹脂の添加量を0.30wt%とし、電着時の電流を5mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の65%(65/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物の形状について、空隙の最大厚みが約960nm(誘電体層の厚みの約0.96倍)、空隙上部の絶縁体構造物の厚みが約550nm(誘電体層の厚みの約0.55倍)となるよう、炭酸水素ナトリウムの添加量を0.60wt%、イミド系樹脂の添加量を0.30wt%とし、電着時の電流を5mA/cm2として、色調変化を目視観察しつつ電着時の電圧と時間とを調整した以外は実施例13と同じ製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の63%(63/100pcs)の良品が得られた。
絶縁体構造物を形成しなかったこと以外は実施例1と同様の製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の2%(2/100pcs)の良品が得られた。
ガス発生源を添加せず、絶縁体構造物に空隙を形成しなかったこと以外は実施例1と同様の製造方法と評価方法によって薄膜キャパシタ100個を作成して信頼性試験を行い、容量値と絶縁抵抗値との経時変化を評価した。その結果、本実施例では600時間後において、測定点の1%(1/100pcs)の良品が得られた。
2 下部電極
3 誘電体層
4 上部電極
5 欠陥
6 絶縁体構造物(6aは絶縁体構造物6の上部、6bは絶縁体構造物6の下部)
7 絶縁体構造物6の空隙
8 電着装置
9 アノード電極
10 カソード電極
11 電着用試料(下部電極2および誘電体層3を設けた絶縁体構造物6形成前の被形成物)
12 電着槽
13 電着液
Claims (4)
- 下部電極と、前記下部電極上に設けられた誘電体層と、前記誘電体層上に形成された上部電極とを備え、
前記誘電体層は欠陥を包含し、
前記誘電体層の前記欠陥領域と前記上部電極との界面には樹脂材料による絶縁体構造物が形成されており、
前記絶縁体構造物は前記上部電極と接するように形成されており、かつ、前記誘電体層の欠陥上に空隙を形成する構造を有する
ことを特徴とする薄膜キャパシタ。 - 前記絶縁体構造物における前記「空隙を形成する構造」が、
(1)前記絶縁体構造物の内部に空隙を有する構造、
(2)前記誘電体層と前記絶縁体構造物との間に空隙を有する構造、
のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜キャパシタ。 - 前記絶縁体構造物が形成する空隙の厚みが、前記誘電体層の厚みの1.0〜1.5倍である
ことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の薄膜キャパシタ。 - 前記絶縁体構造物の上部電極と接する側の厚みは、前記誘電体層の前記欠陥の中心上部において、
(1)前記絶縁体構造物が、内部に空隙を有する構造であった場合は、前記誘電体層の厚みの0.5〜0.8倍であり、
(2)前記絶縁体構造物が、前記誘電体層と前記絶縁体構造物との間に空隙を有する構造であった場合は、前記誘電体層の厚みの0.6〜1.2倍である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の薄膜キャパシタ。
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- 2013-12-27 JP JP2013270789A patent/JP6213234B2/ja active Active
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