JP2016025099A

JP2016025099A - 薄膜キャパシタ

Info

Publication number: JP2016025099A
Application number: JP2014145779A
Authority: JP
Inventors: 淳司青谷; Junji Aotani; 田中　成明; Shigeaki Tanaka; 成明田中; 克行倉知; Katsuyuki Kurachi; 達男浪川; Tatsuo Namikawa; 祐基油川; Sukeki Yukawa
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-16
Also published as: US20160020030A1; JP6446877B2; US9620291B2

Abstract

【課題】短絡不良を防止して耐圧性能を向上させた、薄膜キャパシタを提供する。【解決手段】下部電極層２と、下部電極層２上に設けられた誘電体層３と、誘電体層３上に形成された上部電極層４とを備え、誘電体層３の一部に凹部５を有している。凹部５の最外部はテーパー断面形状を有する。凹部５のテーパー断面形状は、（１）凹部５の最外部であってかつ絶縁体構造物の最大高さの５０％の位置に接する接線と、（２）誘電体層３と上部電極層４との界面である線と、が成す角度が２５度よりも小であるテーパー断面角度を有している。また、凹部５の底部中心６から凹部５の最外部までの距離が、誘電体層３の厚みの２０倍以上１５０倍以下となっている。【選択図】図２

Description

本発明は薄膜キャパシタに関する。

近年の各種電子機器では、電子部品を実装するスペースが縮小される傾向にある。このためキャパシタ（いわゆる「コンデンサ」をいう。）では素子の低背化が要求されている。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。

従来の薄膜キャパシタでは、誘電体層厚を薄くしていくと、誘電体層に欠陥が生じて短絡による不良が発生したり、リーク電流が増加したり、耐電圧が低下したりするといった問題があった。ここで誘電体層の「欠陥」とは、誘電体層上や誘電体層内部に存在する異物や、誘電体層のクラックあるいはピンホールのような、誘電体層の正常な構造とは異なる構造を示す部位のことをいう。

特許文献１では、短絡不良の発生、リーク電流の増加、耐電圧の低下という問題は、誘電体層に存在するピンホール部や結晶粒界に起因して発生するとの考えを示している。特許文献１は、この問題の解決手段として、誘電体層のピンホール部や結晶粒界と第１の電極層の間に、第１の電極層を構成する材料を酸化させて絶縁層を形成する技術を開示している。

特許文献２は、下層の導体パターン上に、絶縁層または低誘電体層を積層し、この絶縁層等の上に上層の導体パターンを積層してなる多層配線基板における絶縁層等の欠損部分を補修する技術を開示している。この技術では、絶縁層等の形成後に、下層の導体パターンを一方の電極とした電着法を用いて、絶縁層等の欠損部分に、エポキシ樹脂等の絶縁性材料を付着させている。

特許文献３は、誘電体層のピンホール部などに対して電気泳動法を用いた樹脂絶縁物を形成する製造方法を開示している。

非特許文献１は、導通した欠陥箇所をレーザー照射で焼き切ってＯＰＥＮ状態にし、実質的に欠陥を修復する技術を開示している。

特開２００２−２６２６６号公報特開２００２−１８５１４８号公報特開２００８−１６００４０号公報

ＮＴＮＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＮｏ．６８（２０００）ｐ８１

特許文献１乃至３の発明者らが開示するように、誘電体層の欠陥をなんらかの方法で修復あるいは排除し、耐圧性能を向上させようとする技術は知られている。しかし、本発明者らはこのような技術を用いても薄膜キャパシタに欠陥修復が十分に実施されない場合があることを見いだした。

例えば、修復部の最外部が急峻なテーパー断面角度を有する場合、あるいは、修復部の端部から欠陥の端部までの距離を近接させざるを得ない場合は、修復部に蓄えられた電荷が、誘電体層との界面を伝わって欠陥に達してしまい、薄膜キャパシタの耐圧は低下する。また、導通した欠陥箇所をレーザー照射で焼き切ってＯＰＥＮ状態にした場合でも加工部の端部において電荷が伝わることがあった。

本発明は、上記知見に鑑みてなされたものであり、短絡不良を防止して耐圧性能を向上させた薄膜キャパシタを提供することを目的とする。

上記の課題を解決する薄膜キャパシタは、下部電極層と、下部電極層上に設けられた誘電体層と、誘電体層上に形成された上部電極層とを備える。薄膜キャパシタの誘電体層の上部電極層側には凹部が形成されている。この凹部の内部には、欠陥が存在している場合もある。また、凹部の断面構造は、（１）凹部の端部と凹部の最大高さ（凹部の底部における誘電体層厚みの最大値をいう。）の５０％の位置に接する接線と、（２）凹部のない領域の誘電体層上面で、凹部のサイズと同等の距離について微小な凹凸を平均化処理した界面である線と、が成す角度（以下、これを「テーパー断面角度」という。）が１度以上、２５度よりも小となる、なだらかな断面角度を有している。薄膜キャパシタをこの構造とすることにより、誘電体層の短絡（絶縁破壊）が抑制される効果が得られる。この効果の原因は必ずしも明らかではないが、発明者らは、（１）誘電体層に凹部が形成されることによって、電荷のリークが生じやすい個所（凹部の底部）が形成され、ここで生じた電荷が上部電極層と誘電体層との界面を、凹部の最外部方向へ移動する間に消費されること、（２）凹部の最外部がなだらかな形状を有しているため電界集中が生じにくくなっていること、これら二つによるものと考えている。また、上部電極層には、誘電体層の方向へ向けて、誘電体層の凹部の形状に対応した凸部が形成される場合がある。本発明者らは、このような凸部による急激な電荷の移動を予想していたが、そのような現象は認められなかった。この原因は明確ではないが、上部電極層の凸部と誘電体層との間にショットキーバリアが形成され、凹部の底部で生じた電荷は上部電極層の凸部方向でなく誘電体層と上部電極層との界面方向に移動しやすくなった、という可能性が考えられる。この効果の結果、本願発明の実施により薄膜キャパシタの短絡不良を防止し、充分な容量等の特性を確保することができる。

凹部の底部中心から凹部の最外部までの最短距離は、誘電体層の厚みの２０倍以上１５０倍以下である。さらにこの最短距離は誘電体層の厚みの４０倍以上８０倍以下であることが特に好ましい。ここで、「凹部の底部中心」とは、誘電体層に形成された凹部の誘電体層表面における中心をいう。底部中心は、凹部を平面視してその幾何学的中心として求めることができる。凹部の最外部に蓄積された電荷は、誘電体層の厚さ方向（電気抵抗値Ｒ１を有する）と、界面方向（電気抵抗値Ｒ２を有する）と、に移動する可能性がある。本発明者らは、シミュレーションおよび実験を通じてこれらの電気抵抗値を検討した。抵抗値Ｒ１とＲ２との関係は、誘電体層の材料種類によって変動はあるものの、おおむね抵抗値Ｒ１がＲ２の約１５０倍であった。凹部の底部中心から凹部の最外部までの最短距離（以下、この距離を「Ｌ_ｍｉｎ」と表記する。）が、誘電体層の厚みの１５０倍を超えた場合、薄膜キャパシタに短絡やリーク電流が生じる確率が増加する。これは絶縁体構造物の最外部に蓄積した電荷が、相対的に電気抵抗が低い誘電体層の厚み方向へ流れようとするためと考えられる。また、Ｌ_ｍｉｎが誘電体層の厚みの２０倍を下回った場合も、薄膜キャパシタに短絡やリーク電流が生じる確率が増加する。これは平面方向での電荷消費が十分でなく絶縁破壊が生じてしまうためと考えられる。このような凹部は、出力を適切に制御した誘電体層へのレーザー加工によって実現される。

誘電体層の凹部の底部には、誘電体層が最も薄い箇所が形成される。この最薄箇所の厚みは、凹部以外の誘電体層の厚みの６０％以上９０％以下の厚みとすることができる。誘電体層における最薄箇所の厚みをこの範囲に置くことによって、本発明の効果がより高く発揮される。６０％を下回った場合、誘電体層や上部電極層の材料等の条件によっては誘電体層の最薄箇所における電荷移動量が必要以上に大きくなる可能性がある。一方、９０％を超える厚みとした場合、上部電極層と誘電体層との界面における電荷移動距離が十分でなくなる可能性がある。

本発明によれば、短絡不良を防止して耐圧性能を向上させた薄膜キャパシタを提供することができる。

本発明の実施形態に係る薄膜キャパシタを示した模式的に示した斜視断面図である。本発明の実施形態に係る薄膜キャパシタを示した模式的に示した模式断面図である。本発明の実施形態に係る凹部の光学顕微鏡による観察像である。本発明の実施形態に係る凹部の形成に用いるレーザー装置の模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態における薄膜キャパシタの断面図である。薄膜キャパシタ１は、下部電極層２、下部電極層２上に形成された誘電体層３、さらにその上に形成された上部電極層４により構成されている。

本実施形態における下部電極層２の材料は、公知の導電性材料を適宜選択することができる。公知の導電性材料とは、たとえば、金属、金属酸化物、導電性有機材料などをいう。特に、下部電極２は低電気抵抗であることが望ましく、機械的強度が高いことが望ましいため、金属材料を用いることが好ましい。中でも、ＮｉやＣｕは電気抵抗の低い比較的強靭な金属材料であるため好ましい。特に、高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性の見地から、少なくともＮｉを含んだ導電体であることが望ましい。ここでいうＮｉを含んだ導電体とは純Ｎｉ（Ｎｉ９９．９％以上）のこと、もしくはＮｉ系の合金のことをいう。Ｎｉ系の合金の場合、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈなどの貴金属元素を含むことが望ましく、その含有量は５０ｗｔ％以下が望ましい。このような含有率の範囲内であれば、純Ｎｉを使用した場合と同等な薄膜キャパシタ１の高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性が得られる。

本実施形態における下部電極層２の形態は、金属を含む導電性の箔、金属を含む焼結体あるいは任意の基板上に形成された導電性薄膜など、各種の形態を選択することができる。下部電極層２は、特に金属多結晶体よりなるＮｉ金属箔であることが好ましい。金属箔にすることで、誘電体層３との熱膨張係数の差を小さくすることが可能となり、薄膜キャパシタ１の容量の減少を抑制することが可能となる。導電性薄膜としては、例えば、Ｓｉ基板やセラミック基板（図示せず）の上に、下部電極層２としてスパッタリングや蒸着等によってＮｉ電極層を形成して用いてもよい。このような形態の場合、基板は誘電体層３との熱膨張係数差が小さな材料を選択することが望ましい。基板には、例えばＮｉ膜つきのＳｉ基板、Ｎｉ膜つきのセラミック基板などを用いることができる。これにより、熱膨張係数差に起因する薄膜キャパシタ１の容量低下を抑制することができる。

本実施形態における下部電極層２の形態は、さらに下部電極層２と誘電体層３との間には異なる導電性材料を介在させたものであってもよい。あるいは、多層電極構造であってもよい。多層電極構造としては、誘電体層３と接する面側にＮｉ電極層を配置した多層電極構造とすることができる。このような多層電極構造は、例えばＣｕ金属箔にＮｉ電極層をスパッタリングや蒸着等によって形成し積み重ねた構造であってもよい。ただし、Ｎｉ電極層と誘電体層３とが接している場合は、薄膜キャパシタ１の高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性がさらに向上する。

本実施形態における誘電体層３の材料は、誘電率の大きいペロブスカイト型の酸化物誘電体が好ましい。ペロブスカイト型の誘電体の中でも、鉛を含まないチタン酸バリウム系の誘電体が環境保全の見地から好ましい。チタン酸バリウム系の誘電体の場合、Ｂａサイトの一部をＣａ、Ｓｒなどのアルカリ土類で置換したものを用いてもよい。またＴｉサイトの一部をＺｒ、Ｓｎ、Ｈｆなどの元素で置換したものを用いてもよい。さらに、この誘電体に希土類元素やＭｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａなどを添加してもよい。

本実施形態における誘電体層３の形成は、薄膜形成で通常使用される方法、例えば溶液の塗布、スパッタリング、蒸着、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤなど適宜用いることができる。

本実施形態における誘電体層３の構造は、膜厚が１０００ｎｍ以下の薄膜であることが好ましい。１０００ｎｍを超える場合、単位面積あたりの容量値が減少してしまう虞がある。また膜厚の下限は特にないが、薄くなるに従い絶縁抵抗値が小さくなる。そのため５０ｎｍ以上は必要と考えられる。以上の絶縁抵抗値と容量の関係を考慮し、薄膜キャパシタ１の好ましい誘電体層３の膜厚の範囲は２５０ｎｍから１０００ｎｍであると考えられる。なお、本実施形態における誘電体層３には、確率論的に回避困難な欠陥が内包されている場合がある。

本実施形態では、誘電体層３を形成した後に凹部５を形成する。凹部５は、誘電体層３の任意の箇所に設けることができる。例えば、誘電体層３に不可避に含まれる欠陥の部分に凹部５を設けてもよい。その場合の欠陥の特定は、例えば、カメラによって誘電体層３の表面画像を取り込み、欠陥に特徴的な形状をパターン認識させて実施することができる。あるいは、あらかじめ電気的に電荷のリーク個所として特定しておいてもよい。

誘電体層３への凹部５の形成には、レーザー照射や化学的あるいは電気的なエッチングなどの方法を用いることができる。中でもレーザー照射による凹部５の形成は、位置制御性を容易に実現することができる。レーザーは、出力の観点からパルスレーザーが好ましい。例えば、YAGレーザーの１０６４ｎｍまたは５３２ｎｍの波長によるレーザーや、ＣＯ_２レーザー等を適宜使用することができる。レーザーのパルス幅は、ピコ秒からナノ秒の範囲とすることができる。パルスレーザー照射をおこなった誘電体層３では、照射位置近傍で深く誘電体層３が削り取られ、照射位置を中心から外へ向かうにつれて誘電体層３の削り取り量が少なくなってゆく。この結果、端部がなだらかなテーパー形状を有する円形の凹部５が形成される。このとき、レーザーの出力を適宜調整し、なだらかなテーパー断面形状で凹部５が形成されるようにレーザー照射を実施するのが望ましい。レーザー照射位置を固定して出力調整を行うだけでは所望の形状が実現されない場合は、誘電体層３の表面を微小スキャンしながらレーザー照射を実施してもよい。

図３は、本発明の実施形態に係る凹部５の光学顕微鏡による観察像である。観察像には凹部５の底部中心６が明瞭に認められる。この観察事例では、Ｌ_ｍｉｎは４０μｍと計測された。また、レーザー照射後において、凹部５付近の誘電体層は、急冷されることとなり、近傍の結晶状態がアモルファスとなると推定される。このような結晶状態の変化に伴い、誘電体層の電気的特性も変化して断面方向に対する抵抗が上昇し、リークに対して良好な特性が得られるようになると考えられる。また、レーザー照射に伴って誘電体材料のドロップレット（一度溶融し、その後、粒状に固まった誘電体材料をいう。）が生じることもあり、前記ドロップレットが界面方向へのリーク電流を制御する障害物として機能する状況も考えられる。

本実施形態の薄膜キャパシタ１では、凹部５を形成した後に上部電極層４を形成する。本実施形態の上部電極層４の材料は、公知の導電性材料を適宜選択することができる。公知の導電性材料とは、たとえば、金属、金属酸化物、導電性有機材料などをいい、これらを適宜選択することができる。特に、上部電極層４は低電気抵抗であること、機械的強度が高いことが好ましい。そのため、金属を用いることが好ましい。中でもＮｉやＣｕは電気抵抗の低い比較的強靭な金属材料であるため好ましい。上部電極層４は、Ｎｉ電極層あるいはＣｕ電極層の単層からなっていてもよいが、Ｎｉ電極層とＣｕ電極層の二層構造であってもよい。上部電極層４と誘電体層３あるいは絶縁体構造物５との間には、異なる導電性材料を介在させてもよい。上部電極層４にＮｉ電極層を含む場合は、信頼性の見地から、Ｎｉ電極層側が誘電体層３に接触していることが望ましい。上部電極層４の全部または一部にＮｉ電極層を用いる場合、下部電極層１と同様に純ＮｉもしくはＮｉ系の合金を用いることができる。Ｎｉ系の合金である場合、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈなどの貴金属元素を含むことが望ましく、その含有量は５０wt％以下が望ましい。さらにその厚みは、０．１μｍ以上２．０μｍ以下が好ましい範囲である。

本実施形態のＮｉ電極層の上には、Ｃｕ電極層が形成されていてもよい。ここでいうＣｕ電極層は純Ｃｕ（Ｃｕ９９．９％以上）、もしくはＣｕ系の合金が好ましい。合金の場合、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈなどの貴金属元素を含むことが望ましく、その含有量は５０ｗｔ％以下が望ましい。ＣｕはＡｕやＡｇと抵抗率が同等で、工業的に使用し易い特徴がある。そのため電子機器の配線に多く使用されている。またその抵抗率が比較的小さいため、薄膜キャパシタの電極層として使用する場合、等価直列抵抗（ＥＳＲ）を減少させるといった効果がある。

上部電極層４の形成にあたっては、薄膜形成で通常使用される方法、例えば溶液の塗布、スパッタリング、蒸着、ＰＬＤ（ＰｕｌｓｅＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤなど適宜用いることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさのＮｉ金属箔上に誘電体層（ＢａＴｉＯ_３系誘電体）をスパッタリング法により８００ｎｍの厚みで成膜した。その後アニールし、Ｎｉ金属箔上の誘電体層を結晶化させた。

凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１７．６μｍ（誘電体層厚みの２２倍）で８００ｍＪのパワー、３０μｍのスポット径で波長５３２ｎｍのナノ秒パルスによるＹＡＧレーザーで加工したところ、端部のテーパー断面角度が１８度、凹部の誘電体層厚みは６４０ｎｍ（凹部以外の８０％）であった。その後、上部電極層としてＮｉとＣｕとを、この順でそれぞれスパッタリング法により成膜した。

上部電極層形成後、上部電極層のパターニングを行い、３４０℃の真空中でアニールを行った。このアニールは、Ｃｕ電極層の粒子成長のために行った。パターニングを実施した５ｍｍ×５ｍｍのキャパシタ素子１００個について、以下に示す容量値、絶縁抵抗値の測定を行った。

容量値はＡｇｉｌｅｎｔ社製ＬＣＲメーター４２８４Ａを使用し、１ｋＨｚ、１Ｖｒｍｓ、室温（２５℃）にて測定を行った。絶縁抵抗値はＡｇｉｌｅｎｔ社製４３３９Ｂ高抵抗計を使用し、ＤＣ４Ｖ、室温（２５℃）での測定を行った。

その結果、測定点の９１％（９１／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例２）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が３２μｍ（誘電体層厚みの４０倍）で７００ｍＪのパワー、５０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１８度であり、凹部の誘電体層厚みは５８４ｎｍ（凹部以外の７３％）、測定点の９３％（９３／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例３）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が５６μｍ（誘電体層厚みの７０倍）で７００ｍＪのパワー、１００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１２度であり、凹部の誘電体層厚みは５４４ｎｍ（凹部以外の６８％）、測定点の９７％（９７／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例４）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が８０μｍ（誘電体層厚みの１００倍）で７００ｍＪのパワー、１３０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１８度であり、凹部の誘電体層厚みは５２０ｎｍ（凹部以外の６５％）、測定点の９９％（９９／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例５）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１０４μｍ（誘電体層厚みの１３０倍）で７００ｍＪのパワー、１５０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１８度であり、凹部の誘電体層厚みは４８０ｎｍ（凹部以外の６０％）、測定点の９８％（９８／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例６）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１２０μｍ（誘電体層厚みの１５０倍）で４００ｍＪのパワー、２００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１０度であり、凹部の誘電体層厚みは５１２ｎｍ（凹部以外の６４％）、測定点の９４％（９４／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例７）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１２０μｍ（誘電体層厚みの１５０倍）で１００ｍＪのパワー、２００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は２度であり、凹部の誘電体層厚みは６８０ｎｍ（凹部以外の８５％）、測定点の９０％（９０／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例８）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が６４μｍ（誘電体層厚みの８０倍）で３００ｍＪのパワー、１００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１２度であり、凹部の誘電体層厚みは４８０ｎｍ（凹部以外の６０％）、測定点の９３％（９３／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例９）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が６４μｍ（誘電体層厚みの８０倍）で２５０ｍＪのパワー、１００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は７度であり、凹部の誘電体層厚みは６１６ｎｍ（凹部以外の７７％）、測定点の７９％（７９／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１０）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が６４μｍ（誘電体層厚みの８０倍）で１００ｍＪのパワー、１００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は３度であり、凹部の誘電体層厚みは７２０ｎｍ（凹部以外の９０％）、測定点の８３％（８３／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１１）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が２０μｍ（誘電体層厚みの２５倍）で４００ｍＪのパワー、３０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１０度であり、凹部の誘電体層厚みは４８０ｎｍ（凹部以外の６０％）、測定点の８１％（８１／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１２）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が２０μｍ（誘電体層厚みの２５倍）で１００ｍＪのパワー、３０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は４度であり、凹部の誘電体層厚みは７２０ｎｍ（凹部以外の９０％）、測定点の８０％（８０／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１３）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１２０μｍ（誘電体層厚みの１５０倍）で６００ｍＪのパワー、２００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１５度であり、凹部の誘電体層厚みは４００ｎｍ（凹部以外の５０％）、測定点の７１％（７１／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１４）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１２０μｍ（誘電体層厚みの１５０倍）で７００ｍＪのパワー、２００μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１８度であり、凹部の誘電体層厚みは３６０ｎｍ（凹部以外の４５％）、測定点の６８％（６８／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１５）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が２４μｍ（誘電体層厚みの３０倍）で８０ｍＪのパワー、４０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１度であり、凹部の誘電体層厚みは７３６ｎｍ（凹部以外の９２％）、測定点の７５％（７５／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（実施例１６）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が２０μｍ（誘電体層厚みの２５倍）で８０ｍＪのパワー、３０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は１度であり、凹部の誘電体層厚みは７６０ｎｍ（凹部以外の９５％）、測定点の６６％（６６／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。

（比較例１）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１２μｍ（誘電体層厚みの１５倍）で５０ｍＪのパワー、２０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は０．５度であり、凹部の誘電体層厚みは７７６ｎｍ（凹部以外の９７％）、測定点の８％（８／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。これは、凹部が小さくて浅過ぎたため、電荷が平面方向に流れ過ぎてしまったことが原因と考えられる。

（比較例２）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１４４μｍ（誘電体層厚みの１８０倍）で９００ｍＪのパワー、２５０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は２７度であり、凹部の誘電体層厚みは２４０ｎｍ（凹部以外の３０％）、測定点の６％（６／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。これは、凹部が大きくて深過ぎたため、電荷が誘電体層の断面方向に流れてしまったことが原因と考えられる。

（比較例３）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１２μｍ（誘電体層厚みの１５倍）で９００ｍＪのパワー、２０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は２７度であり、凹部の誘電体層厚みは３６０ｎｍ（凹部以外の４５％）、測定点の６％（６／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。これは、凹部が深過ぎたため、電荷が誘電体層の断面方向に流れてしまったことが原因と考えられる。

（比較例４）
凹部の最外部から凹部底部中心までの最短距離が１４４μｍ（誘電体層厚みの１８０倍）で５０ｍＪのパワー、２５０μｍのスポット径でレーザー加工した以外は実施例１と同様に作製、測定を実施した。その結果、テーパー断面角度は０．５度であり、凹部の誘電体層厚みは７５２ｎｍ（凹部以外の９４％）、測定点の６％（６／１００ｐｃｓ）で、容量値２．５×１０⁻⁷F以上、絶縁抵抗値５×１０^＋８Ω以上の良品が得られた。これは、凹部が大きくて浅過ぎたため、電荷が平面方向に流れ過ぎてしまったことが原因と考えられる。

以上説明した一連の実施例と比較例とを表1にまとめる。

本発明者らは、実施例と比較例とを通じ、本発明の実施により得られる薄膜キャパシタは、良好な耐圧性能を有していることを確認した。

１薄膜キャパシタ
２下部電極層
３誘電体層
４上部電極層
５凹部
６凹部の底部中心
１１レーザー照射部
１２ステージ
１３レーザー光線

Claims

下部電極層と、前記下部電極層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層とを備えた薄膜キャパシタにおいて、
前記誘電体層上面の一部において凹部を有し、
前記凹部の断面構造は、（１）前記凹部の端部であってかつ前記凹部の最大高さの５０％の位置に接する接線と、（２）前記誘電体層と前記上部電極層との界面である線と、が成す角度が1度以上２５度よりも小であるテーパー断面角度を有しており、
前記凹部の底部中心から最外部までの距離は、前記誘電層の厚みの２０倍以上１５０倍以下である
ことを特徴とする薄膜キャパシタ。
前記凹部で前記誘電体層が最も薄い箇所の厚みは、前記凹部以外の前記誘電体層の厚みの６０％以上９０％以下の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ。