JP5688492B2 - 複数コンデンサを有する監視デバイス - Google Patents
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Description
[0040]本発明の諸実施形態によれば、デバイスが、並列に接続された複数のコンデンサ、及び/又は直列に接続された複数のコンデンサを有することができ、或いはこれらのコンデンサを有するデバイスを製造することができる。図1は、本発明による並列に接続されたコンデンサを用いて製造された例示的なデバイスの回路図を示す。図1に示されるように、2つのコンデンサC1とC2は並列に接続され、C1はC2より大きくすることができる。例示的な実施形態では、C1はC2よりかなり大きい。C1とC2の相対的な静電容量にもかかわらず、大きい方のコンデンサC1をより厚い誘電体で製造することができ、その結果コンデンサC1は、コンデンサC2よりもかなり広い面積を有することになる。このような大面積のコンデンサは、その大きな幾何学的フィーチャが、コンデンサを画定するために使用される印刷法又はパターニング法の許容範囲内にあるので、高精度の静電容量になるように製造することができる(例えば、全体の静電容量を精密に制御するために)。大面積のコンデンサC1の相対的に厚い誘電体膜は、非常に薄い誘電体膜で一般に可能であるよりも、その厚さをより高精度に制御することができる。対照的に、小さい方のコンデンサC2は、ずっと薄い誘電体を用いて製造され、そのためこの小さい方のコンデンサは、相対的に低い電圧で絶縁破壊することが可能である。一般に、コンデンサ絶縁破壊電圧が相対的に低く、制御可能であることは、監視又はセキュリティタグの機能停止で有用である。さらに、C2の静電容量はC1よりもずっと小さく、その結果C2は、C1と比較して相対的に低い精度で製造される可能性があるが、それでもなお、C2が正味静電容量C1+C2の全精度に及ぼす影響は相対的に小さい。
[0042]並列及び直列のコンデンサを用いたデバイスを製造する例示的な実施形態をここで論じる。加えて、様々な実施形態で説明するデバイス、並びにそのようなデバイスの個別の構造を形成するために使用できる一般的な方法に関する詳細な考察もまたここで提示する。
[0043]並列に接続されたコンデンサを有する監視及び/又は識別デバイスを作製する第1の一般的方法を、図3A〜5Bに関してここで論じる。図3Aは、導電性ストラップ120(例えば、「フィーチャ」、「ライン」、「パターン」及び/又は「形状」)と、基板上に又は基板を覆うように形成された下部コンデンサ電極122とを有する基板110の上面図を示す。図3Aで正方形又は長方形を形成する破線は、集積回路が上にそれぞれ形成された基板のアレイが、それに沿って分離される線を表す。これらの線は、ポリマーシート又はポリマーウェブのミシン目、半導体ウェハ又はガラスシート若しくはガラス短冊上のスクライブ線、或いは金属シート又は金属箔がそれに沿って切断される線、又は個々の集積回路を互いに分離する線を表すことができる。図3Bは、図3AのA−A’軸に沿った断面図を示す。導電性ストラップ120は、ここで論じる図4A〜5Bに示されるように引き続き形成される(1つ又は複数の)上部コンデンサ電極とアンテナ/インダクタの間の電気的連通を行うように、基板上に形成される。
[0044]一般に、無線タグ又はデバイスを製造するために使用される基板は、そのデバイスを作製する方法によってある程度決まる導電性、半導電性、又は絶縁性の材料を含むことができる。第1の例示的方法の好ましい変形形態では、基板は絶縁材料を含む。しかし、基板はまた、図3Cに示されるように、1つ又は複数の絶縁層を上に有する導電性又は半導電性の材料を含むこともできる。図3Cを参照すると、基板110は層状構造を備えることができる。例えば、基板110は、1つ又は複数の絶縁層が上にある(例えば、層104a及び/又は104b)金属(例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、銅など)の箔又はシート102(又は他の導電性/半導電性材料)を含むことができる。このような実施形態では、絶縁層104aは、金属基板の金属酸化物(例えば、酸化アルミニウム)とすることができ、或いは、ブランケット堆積又は被覆された絶縁体層(例えば、二酸化シリコンなどのセラミック又はガラス、ポリマー、無機絶縁体、有機絶縁体など)とすることができる。第2の層104bが存在する場合には、それを基板の一部とすることもでき、一実施形態では、層104bは第1の絶縁層104aと同じ材料を含む。
[0046]図3Bを再び参照すると、導電性ストラップ120が基板110上に形成されている。一般に、導電性ストラップ120は、当技術分野で知られている任意の適切な方法によって形成することができる。例えば、例示的な実施形態では、ストラップ120は、インクジェット印刷、マイクロスポッティング、ステンシル、スタンピング、シリンジディスペンス、ポンプディスペンス、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、レーザフォワード転写、及び/又は局所レーザCVDなどの印刷法で形成することができる。このような印刷法では、ストラップ120及び下部コンデンサ電極122は、基板上に導体インク(例えば、金属インク、金属前駆物質インクなど)を選択的に印刷することによって形成することができる。例示的な導体インク及びインク配合物については、本明細書で詳細に論じる。導電性基板110を含む実施形態では、ストラップ120は、当技術分野で知られている任意の適切な方法(例えば、本明細書で「誘電体膜層の形成」という題の節を参照)を用いて基板上にあらかじめ堆積させた絶縁層(例えば、図3Cの104a)上に印刷することができる。
[0049]図3Bを参照すると、本方法はさらに、基板110の少なくとも一部分上、並びにストラップ120及び下部コンデンサ電極122の一部分上に又は当該一部分を覆うように、第1の(コンデンサ)誘電体膜130/132を堆積させる又は形成するステップを含む。いくつかの実施では、第1の誘電体膜130/132は、中間層誘電体膜(ILD)を備えることができる。したがって、例示的な実施形態では、誘電体膜130/132は、その厚さが2,000〜20,000Å、又はその中の任意の範囲の値になるように形成することができる。いくつかの実施では、誘電体膜130/132は、3,000〜5,000Åの厚さを有しうる。
[0061]図4Aは、第1の誘電体膜130/132及び相対的に薄いコンデンサ誘電体膜140上に形成された上部コンデンサ電極160の上面図を示す。図4Bは、図4AのA−A’軸に沿った断面図を示す。一般に、上部コンデンサ電極160は、下部コンデンサ電極122と容量性結合され、並列に接続された第1及び第2のコンデンサを形成する。例示的な実施形態では、第2のコンデンサは、相対的に厚いコンデンサ誘電体膜(例えば、第1の誘電体膜130/132)を含み、コンデンサ誘電体膜140にまたがって形成される第1のコンデンサよりもずっと大きい面積を有する。したがって、第2のコンデンサは、第1のコンデンサよりも大きい静電容量を有する。
[0080]本方法の実施形態によれば、アンテナ及び/又はインダクタを構造物上に形成し、コンデンサ(例えば、下部コンデンサ電極及び/又は上部コンデンサ電極)及び導電性ストラップと結合又は電気的に接続して、監視及び/又は識別タグ又はデバイスを形成することができる。このアンテナ及び/又はインダクタは、アンテナ、インダクタ、又は両方を含みうる。第1の一般的な方法では、図5A〜5Bに示されるように、アンテナ及び/又はインダクタ170(接触パッド領域172及び174を含みうる)は、上部コンデンサ電極160及びストラップ120上に形成され、それらと電気的に接続される。図5Bは、上部コンデンサ電極及びストラップ上に形成されたアンテナの、図5AのA−A’軸に沿った断面図を示す。例示的な実施形態では、第1の相互接続部/接触パッド172(図5A及び図5Bに示す「外側接触パッド」)は、導電性ストラップ120の第1の誘電体膜132で覆われていないところと電気的に接触するようにアンテナ/インダクタ上に形成される。同様に、第2の相互接続部/接触パッド174(図5A及び図5Bに示す「内側接触パッド」)もまた、上部コンデンサ電極160と電気的に接触するようにアンテナ/インダクタ上に形成される。例示的な実施形態では、相互接続部/接触パッド172/174は、金属バンプ又は異方性導電ペースト(ACP)を含みうる。
[0086]図3A〜5Bには示されていないが、いくつかの実施形態では、(1つ又は複数の)本方法は、基板上の構造物(例えば、アンテナ/インダクタ、コンデンサ電極、導電性ストラップなど)を覆って不動態化層を形成することをさらに含むこともある。不動態化層を形成すると、集積回路/デバイスの劣化又は故障を引き起こしうる水、酸素、及び/又は他の化学種の侵入を抑制又は防止することができる。不動態化層を形成するための適切な材料、並びに例示的な指標(例えば、長さ、幅、厚さなど)については、複数コンデンサを用いた例示的なデバイスに関して詳細に説明してある(例えば、本明細書の「不動態化層」という題の(1つ又は複数の)節を参照)。
[0088]並列に接続されたコンデンサを有する監視及び/又は識別デバイスを作製する第2の一般的方法を図6A〜9Bを参照してここで論じる。図6A及び図6Bはそれぞれ、アンテナ及び/又はインダクタ270が上に形成された基板210の上面図及び断面図を示す。具体的には、図6Bは、図6AのA−A’軸に沿った断面図を示す。第1の例示的方法と同様に、並列コンデンサを用いたデバイスを作製する第2の例示的方法もまた、導電性基板、半導電性基板、又は絶縁性基板を含みうる。しかし、様々な実施形態で絶縁性基板が好ましい。導電性基板を含むいくつかの実施では、基板は、本明細書で説明され、図3Cに示されるように、1つ又は複数の絶縁層を上に有することができる。
[0089]図6A〜6Bに示されるように、第2の例示的方法では、アンテナ及び/又はインダクタ270は構造物210上に形成される。アンテナ/インダクタは、本明細書で説明するどの(1つ又は複数の)導電材料も含むことができ、パターニングされた層又はフィーチャを形成するための本明細書で開示する方法のどれによっても形成することができる。例示的な実施形態では、相互接続パッド及び/又は接触パッド272をアンテナ/インダクタ270の一端に形成して、インダクタ/アンテナ270を上部コンデンサ電極(例えば、図9Aの構造物260)に電気的に接続するための、その後に形成される導電性ストラップ(例えば、図9Aの構造物220)用の相互接続部位を設けることができる。加えて、第2の相互接続パッド及び/又は接触パッド274もまた、アンテナの一端に形成して、その後に形成される下部コンデンサ電極(図7Bの構造物250)に電気的に接触させることができる。
[0091]次に、図6Cを参照すると、中間層誘電体膜230(ILD)をアンテナ/インダクタ270及び基板210上に形成することができる。図6Dに示されるように(例えば、接触パッド274上に)少なくとも1つの接触孔234が、引き続き形成される第1及び第2の並列コンデンサとの電気的接続を容易にするために、誘電体膜内に形成される。結果として得られるILDパターン232が図6Dに示されている。接触パッド274が下部コンデンサ電極としての役割を果たす実施形態では、誘電体膜内の接触孔又は開口(例えば、図6Dの構造物234)は、相対的に小さくなりうる。誘電体膜230/232及び接触孔234は、中間層誘電体(例えば、図3B〜5Bの誘電体層130/132)及び開口(例えば、図3B〜5Bの誘電体層部分130と132の間の、コンデンサ誘電体層140が形成される空間)を形成するための本明細書で説明する技法のどれを用いても形成することができる。例えば、誘電体層230は、本明細書で説明する技法のどれを用いても、図6Cに示されるように全構造物を覆ってブランケット堆積又は被覆することができる。次に、誘電体膜230を引き続きエッチングして、図6Dに示されるように、接触パッド274を露出させる接触孔234を形成する。代替方法として、例示的な実施では、誘電体層232は、図6Bに示される構造物上に、接触孔234を中に含む既定のパターンとして選択的に印刷することもできる。
[0092]図7Aは、基板上に形成された下部コンデンサ電極250の上面図を示す。図7Bは、図7AのA−A’軸に沿った断面図を示す。一般に、下部コンデンサ電極250は、アンテナ/インダクタ270の接続部又は相互接続パッド274上の、接触孔(例えば、図6Dの構造物234)の中に形成される。下部コンデンサ電極250はまた、パッド274に隣接する中間層誘電体膜232の一部分上に形成することもできる。下部電極は、本明細書で説明する導電性材料のどれでも含むことができ、導電性材料を形成するための本明細書で説明する技法のどれを用いても形成することができる。アンテナの接触パッド274が下部コンデンサ電極としての役割を果たす変形形態では、下部コンデンサ電極を形成するステップは削除することができ、或いはアンテナを形成するステップと一緒にすることができる。
[0094]次に、図7C及び図7Dを参照すると、相対的に薄い誘電体膜240が下部コンデンサ電極250の少なくとも一部分上に形成され、相対的に厚い誘電体膜280が、薄い誘電体膜240上及び中間層誘電体膜232の一部分上に形成される。図7Dに示されるように、厚い誘電体膜280は、下の薄い誘電体膜240の一部分を露出させるように形成された少なくとも1つの孔を有する。薄い誘電体膜240は、本明細書で説明する成長又は堆積技法(例えば、熱による又は化学的な酸化及び/又は窒化、ブランケット堆積、コーティング、印刷など)のどれを使用しても形成することができる。厚い誘電体膜280、及びその中の接触孔は、誘電体材料をブランケット堆積させ、次にその誘電体を、薄い誘電体膜240を露出させる接触孔を形成するようにエッチングすることによって形成することができる。別の実施形態では、厚い誘電体膜280は、誘電体材料を、その中に接触孔が形成されるように選択的に印刷する(例えば、誘電体前駆物質インクを既定のパターン及び硬化で印刷する)ことによって形成することがある。一実施形態では、薄い誘電体膜240は、下部電極250上に(例えば、熱酸化又は化学酸化、陽極処理などによって)成長させ、厚い誘電体膜280は、構造物上に(例えば、コーティング、ブランケット堆積、印刷などによって)堆積させる。適切な誘電体材料については、本明細書で詳細で論じている。
[0095]図8Aは、薄いコンデンサ誘電体膜240及び厚いコンデンサ誘電体膜280上に又はそれらを覆うように形成された上部コンデンサ電極260の上面図を示す。図8Bは、図8AのA−A’軸に沿った断面図である。一般に、上部コンデンサ電極260は、導電性構造物を形成するための本明細書で説明する印刷又は他の任意の技法によって、形成することができる。上部コンデンサ電極260は、薄い誘電体膜240及び厚い誘電体膜280を介して下部コンデンサ電極250と容量性結合され、それによって、並列に接続された第1のコンデンサC1及び第2のコンデンサC2が形成される。一般に、第2のコンデンサは、厚いコンデンサ誘電体膜280を含み、第1のコンデンサ(厚いコンデンサ誘電体膜280の開口、及び/又は薄い誘電体膜240のみを介する容量性結合によって画定される)よりも大きな静電容量を有する。
[0098]図8Cに示されるように、接触孔275を中間層誘電体膜232内に形成して(例えば、フォトリソグラフィマスキング及びエッチングによって、マイクロシリンジを使用してウェットエッチング液の1つ又は複数の滴を選択的に置くことによってなど)、誘電体材料の一部分がアンテナ270/272及び/又は基板210を覆い、及び/又はこれらの上に残存するように(例えば、図8Cの誘電体膜234参照)、アンテナ/インダクタ270の第2の相互接続/接触パッド272を露出する。結果として得られる誘電体パターンは、図8Cに構造物234及び232として断面で示されている。
[0100]図6A〜9Bには示されていないが、第1の例示的方法と同様に、いくつかの変形形態では、第2の例示的方法は、本明細書で説明する基板上の構造物(例えば、コンデンサ電極、コンデンサ誘電体層、導電性ストラップなど)を覆って不動態化層を形成することをさらに含むこともできる。
[0101]並列コンデンサを有するデバイスを作製する第3の例示的方法が図10A及び図10Bに示されている。この実施形態は、図6A〜9Bに示された方法とほぼ同様であり、主として相対的に薄いコンデンサ誘電体膜(例えば、構造物340)を形成する(1つ又は複数の)ステップ、及びストラップを形成する(1つ又は複数の)ステップに対するわずかな修正を伴う。すなわち、第3の例示的方法では、アンテナ/インダクタ310、中間層誘電体層332、及び下部コンデンサ電極350は、ここで説明する方法のどれかを用いて基板上に形成される。
[0102]図10Aに示されるように、例示的な実施形態では、相対的に厚い誘電体膜380は、中間層誘電体膜332上、及び下部コンデンサ電極350の一部分上に形成される。孔又は開口が、開口を含むパターニングされた誘電体膜380を印刷することによって、又はフォトリソグラフィ及びエッチングによって開口を形成することによって、相対的に厚い誘電体膜380内に、下部コンデンサ電極350の一部分を露出させるように形成される。次に、相対的に薄い誘電体膜340が、下部コンデンサ電極350上の、厚い誘電体膜380の開口内のみに選択的に(例えば、熱成長によって)形成される。次に、上部コンデンサ電極360が、本明細書で説明するように、相対的に厚い誘電体膜380及び相対的に薄い誘電体膜340上に形成される。
[0103]図10Aを再び参照すると、アンテナパッド372を覆う誘電体層332/334の開口、及び導電性ストラップ320は、図8C及び図9A〜Bに示された(1つ又は複数の)実施形態について説明したのと同じように形成される。代替方法として、ストラップ320は、アプリケータシート又は他のバッキング上に形成し(例えば、ブランケット堆積法及びフォトリソグラフィマスキング/エッチング、切断、又は本明細書で論じるいずれかの印刷法によって)、その後にタグ回路に転写すること、及び/又は取り付けることができる(例えば、ロールツーロール取付け法、ピックアンドプレース操作などによって)。これらの実施形態では、取付け法には、接着剤での接合など様々な物理的接合技法、並びに異方性導電エポキシ接合、超音波、バンプ接合又はフリップチップの手法により(1つ又は複数の)電気的相互接続部を確立することが含まれうる。この取付け法には、熱、時間、摩擦又は超音波エネルギー(例えば、インダクタの接触パッドとコンデンサ電極の間の)及び/又は紫外線露光の使用が伴うこともある。一般に、200℃未満の温度(例えば、150℃未満、90〜120℃、又は200℃未満の値の他のいずれかの範囲)が使用される。導電性ストラップはデバイス上に下向きに置き、十分な圧力を基板310の裏側に加えてストラップをデバイスに接着させる。バッキング層390は残存してもよく、或いは必要に応じて除去することもできる。次に、ストラップは、第1及び第2のコンデンサ(例えば、図1のC1及びC2)とアンテナ/インダクタの間で(例えば、接触パッド372のところで)電気的に接続される。
[0104]本発明の諸実施形態は、直列に接続されたコンデンサを有する監視及び/又は識別デバイスを作製する方法に関する。図11及び図12を参照して例示的な一実施形態を説明する。具体的には、図12は、直列に接続されたコンデンサを有する例示的なデバイスの上面図を示し、図11は、このデバイスの、図12のA−A’軸に沿った断面図を示す。
[0105]図11に示されるように、第1の誘電体膜又は層540が、基板510を覆って形成される。基板は、本明細書で説明するいずれの材料も含むことができるが、基板510は、ここで詳細に説明するように、導電物質(例えば、金属シート又は箔)を含むことが好ましい。例えば、様々な実施形態で、基板の金属には、アルミニウム、チタン、銅、銀、クロム、モリブデン、タングステン、ニッケル、金、パラジウム、白金、亜鉛、鉄、鋼(例えば、ステンレス鋼)、又はこれらの合金が含まれることがある。このような実施では、導電性基板用の金属は、それが有効なコンデンサ誘電体を形成するように陽極処理できることに少なくとも一部は基づいて、選択することができる。例示的な実施形態では、基板は、5〜200μmの公称厚さ(高いQが有利である実施形態では20〜100μmが好ましい)、及び/又は0.1〜100μΩcmの抵抗(0.5〜80μΩcmが好ましい)を有することができる。加えて、引き続き処理する前に、導電性基板は、本明細書で説明するように従来方法で清浄及び/又は平滑にすることができる。
[0107]図11を再び参照すると、第1の誘電体膜又は層540が、(導電性)基板510を覆って形成されている。一般に、直列の各コンデンサは、第1の誘電体膜をコンデンサ誘電体として共用する。例示的な実施形態では、第1の誘電体膜540は、本明細書で説明するように、導電性基板を酸化及び/又は窒化することによって(例えば、導電性基板510を陽極処理することによって、又は液体酸化物/窒化物前駆物質を導電性基板510上に堆積させ、その前駆物質を硬化させることによって)形成される。しかし、代替実施形態では、第1の誘電体膜540は、本明細書で説明するように印刷によって、或いはブランケット堆積又は被覆し、その次にフォトリソグラフィ及びエッチングすることによって形成することができる。図11には示されていないが、いくつかの変形形態では、誘電体層540は任意選択で、導電性基板510の1つ又は複数の領域を露出させるように選択的に堆積又はエッチングすることができる。
[0108]図11をさらに参照すると、複数のコンデンサ電極(例えば、E1構造物535、及びE2構造物530)が、第1の誘電体膜540上に形成されている。一般に、上部コンデンサ電極530/535は、本明細書で説明するいずれかの方法を用いて、相対的に厚い誘電体膜580内の接触孔又は開口の中に導電性材料(例えば、金属又は他の導電性インク、半導体インクなど)を堆積させることによって形成することができる。好ましい実施形態では、また図11に示されるように、コンデンサ電極は導電性基板と容量性結合され、他とは物理的に分離される。例示的な実施形態では、コンデンサ電極530/535は、同じ製造工程及び/又は製造法で形成され、その厚さが30nm〜5,000nm、又はその中の任意の範囲の値になるように形成することができる。
[0109]例示的な変形形態では、相対的に厚い誘電体膜580は任意選択で、コンデンサ電極530/535を形成する前に、本明細書で説明する技法(例えば、ブランケット堆積又は被覆、選択的印刷など)のどれを用いても第1の誘電体膜540上に形成することができる。一般に、相対的に厚い誘電体膜580は、第1の誘電体膜540よりも厚く、コンデンサ電極530/535用に形成された複数の接触孔又は開口を有する。相対的に厚い誘電体膜580が十分に厚い場合、上部コンデンサ電極(例えば、P1及びP2)の一部分と基板510の一部分の間の余分な静電容量は、C1及びC2の静電容量よりも十分に低く保つことができる。いくつかの実施形態では、コンデンサ電極(例えば、E1及びE2)は、相対的に厚い誘電体膜580を形成する前に(又は形成しないで)誘電体膜C1/C2上に直接、選択的に印刷することができる。しかし、コンデンサ電極530/535を形成する前に相対的に厚い誘電体膜580を形成することが好ましい。例示的な実施形態では、電極は、引き続き形成されるインダクタ及び/又はアンテナと接続するために、接触パッドP1及びP2を用いて相対的に厚い誘電体膜580の一部分上に形成される。
[0110]図11に示されるように、例示的な実施形態では、第2の誘電体膜(例えば、中間層誘電体膜(ILD))560が、上部コンデンサ電極530/535の接触パッドP1及びP2に接触孔又は接続開口が形成されるように、上部コンデンサ電極530/535及び相対的に厚い誘電体膜580上に堆積及び/又はパターニングされる。ILD 560及びその中の接触孔は、相対的に厚い誘電体膜を形成するための本明細書で説明する方法のいずれか(例えば、コーティング及びフォトリソグラフィエッチング、選択的印刷など)を用いて形成することができる。ILD 560を形成すると、デバイスをアンテナ及び/又はインダクタ上に接触パッドP1及びP2の電気接点と共に組み立てることが、導電性基板510へのどんな直接の電気的接続も必要とせずに可能になる。一般に、ILD 560は、第1の誘電体膜540よりも厚くなるように形成される。ILD 560が形成される場合(例えば、印刷などによって)、接触パッドP1及びP2の露出された部分近くのILD 560の厚さは、相対的に薄くすることができる。こうすると、アンテナの取付けがさらに容易になる。
[0111]図11及び図12に示されるように、アンテナ及び/又はインダクタタ570がデバイス上に形成され、それぞれのコンデンサ電極に電気的に接続される(例えば、P1及びP2に接続された構造物575を介して)。アンテナ/インダクタ570/575は、本明細書で説明する方法及び/又は材料のどれを使用しても、ILD 560の一部分及び上部コンデンサ電極530/535上に又はそれらを覆うように形成することができる。多くの他の実施形態及び/又は変形形態が、本開示により当業者に明らかになりうることに留意されたい。したがって、本発明は、本明細書で説明した実施形態に限定されない。例えば、上記の例示的な実施形態に開示されたステップの順序を用いるのではなく、回路構造物を形成するための一連のステップを逆にすること、回路要素を横方向に形成することなどができる。
[0112]デバイスを製作する例示的方法に関して前に論じたように、本発明の監視及び/又は識別デバイスは、並列に接続された複数のコンデンサを有することができ(例えば、図1の回路図参照)、及び/又はこのデバイスは、直列に接続された複数のコンデンサを有することができる(例えば、図1の回路図参照)。このようなデバイスの例示的な実施形態及び変形形態について以下で論じる。
[0113]並列に接続された複数のコンデンサを有する第1の例示的な監視及び/又は識別タグ100が、図5A及び図5B(それぞれ上面図及び断面図)に示されている。
[0114]この実施例では、監視及び/又は識別デバイス100は、基板110上に導電性ストラップ又はフィーチャ120を備える。一般に、基板110は、当技術分野で知られている任意の適切な絶縁性、導電性又は半導電性の材料を含む。例えば、この基板は、半導体(例えばシリコン)、ガラス、セラミック、誘電体、プラスチック及び/又は金属のウェハ、板、ディスク、シート及び/又は箔を含み、好ましくは、シリコンウェハ、ガラス板、セラミック板又はディスク、プラスチックシート又はディスク、金属箔、金属シート又はディスク、及びそれらの積層又は層状にした組合せから成る群から選択された部材である。この実施形態で適切な基板は導電性及び半導電性基板を含むが、好ましい実施形態では、基板は絶縁材料(例えば、プラスチックシート又はウェブなど)を含む。
[0117]並列コンデンサを有する例示的な監視/識別デバイスは、そのコンデンサとデバイスのインダクタ/アンテナとの間の電気的連通を行う導電性ストラップ又は他の導電フィーチャをさらに備える。図5Bに示されるように、いくつかの好ましい実施形態では、ストラップ120は基板110上に形成され、並列の各コンデンサは、導電性ストラップを下部コンデンサ電極(例えば、図5A及び図5Bに識別番号122で示す)として共用する。図5A/5Bの実施形態にさらに示されるように、導電性ストラップ120は、下部コンデンサ電極122及びインダクタ/アンテナ170に(例えば、接続パッド172のところで)電気的に接続することができる。いくつかの変形形態では、ストラップ120と下部コンデンサ電極122は、一体構造物(例えば、同一の処理ステップで例えば印刷によって、或いは一連のステップで例えばスパッタリング及びフォトリソグラフィによって作製される)とすることができ、構造物全体にわたって同一の金属(又は他の導電性材料)を有することもできる。
[0120]図5Bに示されるデバイスは、第1の誘電体膜130を基板110上に、また導電性ストラップ120の一部分上に又はその一部分を覆うように備えている(例えば、図5Bの構造物132参照)。このような実施形態では、第1の誘電体膜130/132は、ストラップ120の一部分を露出し、下部コンデンサ電極122の一部分上に開口を有する。加えて、図5Bの実施形態では、第1の誘電体膜130/132の開口内で下部コンデンサ電極122上にコンデンサ誘電体膜140をさらに備える。一般に、第1の誘電体膜130/132は一体であり、(i)アンテナ/インダクタコイル170のパッド172と共に電気的接続部又はΩ接点を形成するストラップ120の端部、及び(ii)薄い誘電体膜140が形成される第1の誘電体膜130/132内の、相対的に小さく一般に円形又は正方形の開口を除き、ストラップ120及び下部コンデンサ電極122を完全に覆う。
[0127]図5Bのデバイスをさらに参照すると、本明細書で論じるように、下部コンデンサ電極122は導電性ストラップ120に電気的に接続されている。好ましくは、各並列コンデンサは、ストラップ120を下部コンデンサ電極122として共用する。したがって、下部コンデンサ電極は一般に、導電性ストラップに関して本明細書で論じたものと同じ(1つ又は複数の)材料及び/又は特性を備える。加えて、図5Bのデバイスは、第1の誘電体膜130及びコンデンサ誘電体膜140上に上部コンデンサ電極160を備える。上部コンデンサ電極160は、下部コンデンサ電極122に容量性結合されて、並列コンデンサ(例えば、図1のC1及びC2)を形成する。一般に、並列の第1のコンデンサは、相対的に薄いコンデンサ誘電体層140を含み、第2のコンデンサは、相対的に厚い第1の誘電体膜130を含む。第2のコンデンサは、第1のコンデンサよりもずっと広い面積を有し、したがって、第1のコンデンサよりも大きな静電容量を有する。いくつかの実施形態では、上部コンデンサ電極160は、誘電体層140を完全に覆うようにコンデンサ誘電体層140上に直接形成することがある。
[0132]図5A及び図5Bに示されるように、接触パッド172/174をさらに含むことができるアンテナ及び/又はインダクタ170は、上部コンデンサ電極160及びストラップ120に電気的に接続される。したがって、この実施形態では、アンテナ/インダクタは、回路又はデバイス内の他の構造物上に又は他の構造物を覆うように形成されることが好ましい(例えば、図5B参照)。
[0138]図5A及び図5Bには示されていないが、いくつかの実施形態では、デバイスは、その構造物上に又はその構造物を覆うようにして不動態化層をさらに備えることができる。例えば、デバイスは、上部コンデンサ電極及びアンテナ/インダクタ(又は基板上に形成された他の構造物)上に又はそれらを覆うようにして不動態化層を有することができる。不動態化層は、集積回路/デバイスの劣化又は故障を引き起こしうる水、酸素、及び/又は他の化学種の侵入を抑制又は防止することができる。さらに不動態化層は、特に後続の処理ステップ中に、デバイスに対するいくらかの機械的支持をすることができる。不動態化層は、一般に従来のものであり、パリレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、これらのコポリマーなどの有機ポリマー、フッ化有機ポリマー、又は他の任意のバリア材料を含むことができる。他の実施形態では、不動態化層は、酸化アルミニウム、二酸化シリコンなどの無機誘電体を含むことがある(例えば、これらは、従来方法でドープすること、及び/又はスピンオンガラス、窒化シリコン、シリコンオキシニトライド、ポリシロキサン、又はこれらの組合せを混合物又は多層構造で含むことができる)。
[0142]並列に接続されたコンデンサを有する第2の例示的な監視デバイス200が、図9A及び図9B(それぞれ上面図及び断面図)に示されている。
[0143]図9Bに示される実施形態では、監視及び/又は識別デバイス200は、基板210上にアンテナ及び/又はインダクタ270を備える。ここで論じるように、この実施形態の基板は、任意の適切な絶縁性、導電性、又は半導電性材料(例えば、プラスチックシート又はウェブ、ガラス、ウェハ、金属箔など)を含むことができる。しかし、絶縁性材料を含む基板が好ましい。さらに、図9A及び図9Bのデバイス内の基板は、例示的な基板に関して本明細書で説明する特性のどれでも有することができる。
[0144]図9Bに示されるように、この実施形態のアンテナ及び/又はインダクタ270は基板210上にある。加えて、アンテナ及び/又はインダクタは、ストラップ(例えば、接触パッド272)及び/又はコンデンサ電極(例えば、接触パッド274)に接続するための1つ又は複数の接触/相互接続パッド領域をさらに有することができる。いくつかの実施形態では、接触パッド274はまた、下部コンデンサ電極としての役割を果たすこともできる。一代替的変形形態では、アンテナ/インダクタは、本明細書で説明するように導電性基板から(例えば、フォトリソグラフィパターニング及びエッチングなどによって)形成することができる。
[0146]並列コンデンサを有する例示的なデバイスは一般に、複数の誘電体膜層を備える。例えば、図9Bに示されるように、デバイスは、中間層誘電体膜232、第1の誘電体膜280、及び相対的に薄いコンデンサ誘電体膜240を備える。
[0150]図9Bのデバイスに示されるように、下部コンデンサ電極250は、基板上に又はそれを覆うように設けられ、アンテナ及び/又はインダクタ270と電気的に接触している(例えば、接触パッド274のところで)。上部コンデンサ電極260が、薄い誘電体膜240を介し、厚い誘電体膜280を別に介して下部コンデンサ電極250と容量性結合されて、並列に接続されたコンデンサを形成する。図5Bに示された第1の例示的デバイスと同様に、第1のコンデンサは、相対的に薄いコンデンサ誘電体膜240の一部分(好ましくは、大部分)の下方にあり、第2の(大きい方の)コンデンサは、相対的に厚い誘電体膜280の上方にある。導電性ストラップ220は、上部コンデンサ電極260とアンテナ及び/又はインダクタ270の間の電気的連通を行うように(例えば、接触パッド272のところで)構成される。図9Bに示される実施形態では、上部コンデンサ電極260は、コンデンサ誘電体層240を完全には覆わず、したがって、コンデンサ誘電体層240の1つ又は複数の部分が露出されうる。
[0152]図9A及び図9Bに示されるように、第2の実施形態による例示的デバイスは、上部コンデンサ電極250上の導電性ストラップ220、(1つ又は複数の)誘電体層(例えば、図9Bの240、280及び234)、及びアンテナ/インダクタ270/272を備える。一般に、導電性ストラップ220は、上部コンデンサ電極260とインダクタ/アンテナ270の間の電気的連通を行うように(例えば、接続パッド272のところで)構成される。ストラップ220は、本明細書で説明するどの導電材料(例えば、好ましくは金属)も含むことができ、本明細書で説明するどのサイズ及び/又は形状も有することができる。いくつかの実施形態では、ストラップ220は、上部コンデンサ電極(例えば、260)及び/又はアンテナ/インダクタ(例えば、パッド272)と直接接触している。或いは、ストラップ220は、導電性又は非導電性接着剤を使用して、コンデンサ電極260及び/又はアンテナ/インダクタパッド272と接続することもできる。加えて、ストラップ220は、導電性構造物(例えば、コンデンサ電極260及び/又はアンテナ/インダクタ270/272)に接続するための1つ又は複数の相互接続/接触パッド(例えば、パッド部)を有することもできる。
[0153]並列に接続されたコンデンサを有する第3の例示的な監視デバイス300が図10A及び10Bに示されている。図10A及び図10Bの実施形態は図9A及び図9Bのものとほぼ同様である。例えば、図10Aに示されるように、このデバイスは基板(好ましくは絶縁材料を含む)上にアンテナ/インダクタ370を備える。このアンテナ/インダクタもまた、接触パッド372及び374を含む。中間層誘電体層332が、アンテナ/インダクタ370上にあり、アンテナ接触パッド372/374を露出させる接触孔を有する。下部コンデンサ電極350が、中間層誘電体膜332上、及び接触パッド374の上の接触孔内にある。第1の誘電体膜380が、アンテナ及び/又はインダクタ370及び下部コンデンサ電極350上にあり又はそれらを覆っており、その中に、下部コンデンサ電極350の一部分及び接触パッド372を露出させる接触孔を有する。
[0157]直列に接続された複数のコンデンサを有する例示的な監視及び/又は識別デバイス500が、図11及び図12(それぞれ断面図及び上面図)に示されている。
[0158]図11に示されるように、直列コンデンサを有する監視及び/又は識別デバイスは、基板510と、その上の第1の誘電体膜540とを備える。例示的な実施形態では、基板は、本明細書で説明する導電(例えば、電気的機能性)材料を含む。例示的な実施形態では、導電性基板は、アルミニウムを含み、又は本質的にそれで構成される。いくつかの実施では、導電性基板用の金属は、それが有効な誘電膜になるよう陽極処理できることに少なくとも一部は基づいて、選択することができる。好ましい実施形態では、コンデンサは、導電性基板(例えば、金属シート、金属箔など)510を共通下部コンデンサ電極として共用する(例えば、図2の接続点「箔」を参照)。
[0161]図11に示されるように、複数のコンデンサ電極530/535が第1の誘電体膜540上にあり、これらのコンデンサ電極は基板510に容量性結合される。その結果、導電性基板510と、第1の誘電体膜540と、複数のコンデンサ電極535/530とは、直列に接続されたコンデンサC1及びC2を形成する(図2も参照)。
[0165]図11を再び参照すると、本発明の実施形態は、複数の誘電体膜層(例えば、コンデンサ誘電体膜540、厚い誘電体層580、及び/又は上部コンデンサ誘電体層560)を含む。コンデンサ誘電体膜540は、導電性基板510の一部又は全部の上に形成され、導電性基板(例えば、下部コンデンサ電極)を上部コンデンサ電極530/535から分離する。一般に、コンデンサ誘電体膜540は、50〜400Å、又はその中の任意の範囲の値の厚さを有しうる。相対的に厚い誘電体膜580は、コンデンサ誘電体膜540の一部分上に形成することができ、その中に一般には1つ又は複数の接触孔/コンデンサ電極開口を有する。好ましい実施形態では、厚い誘電体膜580は、厚い誘電体膜580上の上部コンデンサ電極530/535の一部分(例えば、接触パッドP1及びP2のところ)と基板510の間の静電容量を、第1の誘電体層540上の複数のコンデンサ(例えば、C1及びC2)の各静電容量よりも著しく小さい値に保つのに十分なだけの厚さを有する。
[0168]直列コンデンサを有する例示的なデバイスは、図11及び図12に示されるように、上部コンデンサ電極に電気的に接触する(例えば、接触パッドP1及びP2のところで)アンテナ及び/又はインダクタ(例えば、570/575)を備える。直列コンデンサを有するデバイスのアンテナ及び/又はインダクタは、本明細書で詳細に説明するものと同じ又は類似の特性を有することができる。しかし、並列コンデンサを有するデバイスとは異なり、直列コンデンサを有するデバイスは一般に、導電性ストラップを含まない。したがって、図11及び図12のデバイスで示されるアンテナ/インダクタは、各上部コンデンサ板を接続するが、上部コンデンサ電極を導電性ストラップに接続することはしない。
[0171]本発明はさらに、検出区域内の物品又は物体を検出する方法に関し、(a)本発明の(1つ又は複数の)デバイス内に、検出可能な電磁放射を(好ましくは、印加された電磁界の整数倍数又は整数約数になる周波数で)そのデバイスが放射、反射、後方散乱、又は吸収するのに十分な電流を生じさせる、又は誘導するステップと、(b)検出可能な電磁放射を検出するステップと、任意選択で(c)選択的にデバイスを機能停止する、及び/又はデバイスに対応させるステップとを含む。一般に、振動電磁界を含む検出区域内にデバイスがあるとき、本デバイス内には、検出可能な電磁放射をデバイスが放射、反射、後方散乱、又は吸収するのに十分な電流及び電圧が誘導される。この振動電磁界は、従来の監視/識別検出機器及び又はシステムによって生成又は発生される。
[0180]したがって、本発明は、並列又は直列に接続されたコンデンサを有する監視及び/又は識別タグ/デバイスと、このようなデバイスを作製及び使用する方法とを提供する。本発明の諸態様は、並列コンデンサを有する監視及び/又は識別デバイスに関する。並列に接続されたコンデンサを有するデバイスでは、高精度の静電容量と、タグ機能停止を容易にするための低い絶縁破壊電圧とが得られる。このような実施形態では、監視及び/又は識別デバイスで一般に使用される単一のコンデンサが、並列に接続される複数のコンデンサと置き換えられる。一般に、コンデンサの一方は、(1つ又は複数の)他方よりも厚い誘電体を用いて製造され、その結果、大面積コンデンサが得られる。大面積コンデンサの大きな幾何学的フィーチャにより、コンデンサを画定するために使用される印刷法又はパターニング法の公差内で、コンデンサを高精度の静電容量になるように製造することができる。第2の小さい方のコンデンサは、ずっと薄い誘電体膜を用いて製造される。これにより、小さい方のコンデンサが、監視タグ機能停止で要求される低い電圧で絶縁破壊することができる。加えて、小さい方のコンデンサの静電容量は大面積コンデンサの静電容量よりも小さく、その結果、小さい方のコンデンサは、大面積コンデンサと比較して相対的に低い精度で製造される可能性があるが、それでもなお、デバイスの正味静電容量の全精度に及ぼす影響は相対的に小さい。
Claims (11)
- a)基板上に設けられた導電性ストラップと、
b)前記導電性ストラップに電気的に接続された、前記基板上に設けられた又は前記基板を覆う下部コンデンサ電極と、
c)前記基板上に設けられ、且つ、前記導電性ストラップ上に設けられた又は前記導電性ストラップを覆う第1の誘電体膜であって、該第1の誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第1の酸化物及び/又は窒化物を有し、前記導電性ストラップの一部分を露出させ且つ前記下部コンデンサ電極の一部分の上に設けられた開口を有する、第1の誘電体膜と、
d)前記第1の誘電体膜から分離しており、前記開口内で前記下部コンデンサ電極上に設けられたコンデンサ誘電体膜であって、該コンデンサ誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第2の酸化物及び/又は窒化物を有し、前記第1の誘電体膜よりも相当に薄いコンデンサ誘電体膜と、
e)前記第1の誘電体膜及び前記コンデンサ誘電体膜上に設けられた上部コンデンサ電極であって、該上部コンデンサ電極は、(i)前記下部コンデンサ電極に容量性結合されるとともに(ii)並列に接続された第1のコンデンサと第2のコンデンサとを形成し、前記第1のコンデンサは前記相対的に薄いコンデンサ誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記相対的に厚い誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサより大きな静電容量を有する、上部コンデンサ電極と、
f)前記上部コンデンサ電極及び前記導電性ストラップに電気的に接続されたアンテナ及び/又はインダクタと
を備える、監視及び/又は識別用のデバイス。 - 前記導電性ストラップ及び前記下部コンデンサ電極が同じ材料を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記コンデンサ誘電体膜が20〜1,000Åの厚さを有し、前記第1の誘電体膜が5,000〜20,000Åの厚さを有する、請求項1に記載のデバイス。
- 前記第1の誘電体膜の前記開口が、前記上部コンデンサ電極と前記下部コンデンサ電極との間の領域で前記第1の誘電体膜を包含する領域の20%以下の面積を有する、請求項1に記載のデバイス。
- 監視及び/又は識別用のデバイスを作製する方法であって、
a)基板上に又は該基板を覆うように導電性ストラップ及び下部コンデンサ電極を形成する工程と、
b)前記基板上に、且つ、前記導電性ストラップの一部分上に又は当該一部分を覆うように、第1の誘電体膜を形成する工程であり、該第1の誘電体膜が、シリコン又は導電材料の第1の酸化物及び/又は窒化物を有し、前記導電性ストラップの一部分を露出させ且つ前記下部コンデンサ電極の一部分の上に開口を有する、工程と、
c)前記開口内に、前記第1の誘電体膜よりも相当に薄いコンデンサ誘電体膜を形成する工程であって、該コンデンサ誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第2の酸化物及び/又は窒化物を有する、工程と、
d)前記第1の誘電体膜及び前記コンデンサ誘電体膜上に上部コンデンサ電極を形成する工程であって、前記上部コンデンサ電極が(i)前記下部コンデンサ電極に容量性結合されるとともに(ii)並列に接続された第1のコンデンサと第2のコンデンサとを形成し、前記第1のコンデンサは前記相対的に薄いコンデンサ誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記相対的に厚い誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサより大きな静電容量を有する、工程と、
e)前記上部コンデンサ電極及び前記導電性ストラップ上にアンテナ及び/又はインダクタを形成する工程、又は、前記上部コンデンサ電極及び前記導電性ストラップにアンテナ及び/又はインダクタを取り付ける工程と
を含む方法。 - 前記導電性ストラップを形成する前記工程が、前記基板上に導体インクを印刷するサブ工程を含み、前記上部コンデンサ電極を形成する前記工程が、前記コンデンサ誘電体膜及び前記第1の誘電体膜上に金属インクを印刷するサブ工程を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記第1の誘電体膜を形成する前記工程が、(i)前記導電性ストラップ及び前記下部コンデンサ電極上に第1の誘電体前駆材料を、前記導電性ストラップ及び前記下部コンデンサ電極の所定の部分が露出するように選択的に堆積させるサブ工程と、(ii)前記誘電体前駆材料を乾燥及び/又は硬化させて前記誘電体膜を形成するサブ工程と、を含む、請求項5に記載の方法。
- a)基板に設けられたアンテナ及び/又はインダクタと、
b)前記基板上に設けられた又は前記基板を覆う、前記アンテナ及び/又は前記インダクタと電気的に接触する下部コンデンサ電極と、
c)前記アンテナ及び/又は前記インダクタ上に設けられ、且つ、前記下部コンデンサ電極上に設けられた又は前記下部コンデンサを覆う第1の誘電体膜であって、該第1の誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第1の酸化物及び/又は窒化物を有し、前記アンテナ及び/又は前記インダクタの一部分を露出させる孔と前記下部コンデンサ電極の上の開口とを有する第1の誘電体膜と、
d)前記第1の誘電体膜の前記開口内で前記下部コンデンサ電極上に設けられ、前記第1の誘電体膜よりも相対的に薄いコンデンサ誘電体膜であって、該相対的に薄いコンデンサ誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第2の酸化物及び/又は窒化物を有する、コンデンサ誘電体膜と、
e)上部コンデンサ電極であって、該上部コンデンサ電極が(i)前記下部コンデンサ電極に容量性結合されるとともに(ii)並列に接続された第1のコンデンサと第2のコンデンサとを形成し、前記第1のコンデンサは前記相対的に薄いコンデンサ誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記相対的に厚い誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサより大きな静電容量を有する、上部コンデンサ電極と、
f)前記上部コンデンサ電極と前記アンテナ及び/又は前記インダクタとの間を電気的に連通するように構成された導電性ストラップと
を備える、監視及び/又は識別用のデバイス。 - 監視及び/又は識別用のデバイスを作製する方法であって、
a)基板上にアンテナ及び/又はインダクタと、前記アンテナ及び/又は前記インダクタの第1の端部と電気的に連通する下部コンデンサ電極とを形成する工程と、
b)前記下部コンデンサ電極の少なくとも第1の部分上に、相対的に薄いコンデンサ誘電体膜を形成する工程であって、該相対的に薄いコンデンサ誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第1の酸化物及び/又は窒化物を有する、工程と、
c)前記下部コンデンサ電極の、前記第1の部分と重ならない第2の部分上に又は当該第2の部分を覆うように、相対的に厚いコンデンサ誘電体膜を形成する工程であって、相対的に厚いコンデンサ誘電体膜は、シリコン又は導電材料の第2の酸化物及び/又は窒化物を有する、工程と、
d)前記薄いコンデンサ誘電体膜及び前記厚いコンデンサ誘電体膜上に、上部コンデンサ電極を形成する工程であって、該上部コンデンサ電極が、(i)前記下部コンデンサ電極に容量性結合されるとともに(ii)並列に接続された第1のコンデンサと第2のコンデンサとを形成し、前記第1のコンデンサは前記相対的に薄いコンデンサ誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記相対的に厚い誘電体膜を含み、前記第2のコンデンサは前記第1のコンデンサより大きな静電容量を有する、工程と、
e)前記上部コンデンサ電極と前記アンテナ及び/又は前記インダクタの第2の端部との間を電気的に連通するように構成された導電性ストラップを形成する工程と
を含む方法。 - 前記下部コンデンサ電極を形成する前記工程の前に、前記アンテナ及び/又は前記インダクタ上に第1の誘電体膜を形成するサブ工程をさらに含み、前記第1の誘電体膜が、前記アンテナ及び/又は前記インダクタの一部分を露出させる接触孔を有する、請求項9に記載の方法。
- 物品を検出する方法であって、
a)請求項1又は8に記載のデバイス内に、検出可能な電磁放射を該デバイスが放射、吸収、又は後方散乱するのに十分な電流を生じさせる又は誘導するステップと、
b)前記検出可能な電磁放射を検出するステップと、
c)任意選択で、前記デバイスを選択的に機能停止するステップと
を含む方法。
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