JP5831140B2 - コンデンサ

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この発明は、誘電体を用いたコンデンサに関するもので、特に、薄膜誘電体を用いたコンデンサに関する。

近年のエレクトロニクス技術の進展に伴い、小型で容量密度の高いコンデンサが求められている。このため、誘電体膜の超薄膜化によって、小型で容量密度の高いコンデンサを実現する動きがある。

しかし、誘電体にSiO₂などの無機物を用いた場合、2nm以下まで薄層化を行った場合、トンネル電流が発生し、絶縁性が保てない、という問題があった。

これに対して、特許文献１にあるように、有機物を自己組織化単層膜によって形成する手法が提案されている。

特開２００４−１１９６１８号公報

しかしながら、特許文献１においては、誘電率がまだまだ低いという課題がある。これを解決すべく、この薄膜を用い積層等の集積化を進める方法があるが、端部が極端に薄くなることで、リーク電流が増加し易い、という課題があった。

そこで、この発明の目的は、上述したような課題を解決するため、リーク電流が少なく、かつ、有機物単体と比較して高い静電容量が得られるコンデンサを提供するものである。

すなわち本発明は、Ａｌの酸化物からなる無機物層と、ホスホン酸の自己組織化によって形成した有機物層と、を積層した厚み１０ｎｍ以下の誘電体膜と、前記誘電体膜の表面に形成された電極膜と、を有するコンデンサである。

また、本発明のコンデンサでは、前記誘電体膜と電極膜とが巻回されたものであることが望ましい。

本発明によれば、小型で高い静電容量が得られ、かつリーク電流の少ないコンデンサを得ることができる。特に、積層時に積層構造端部に発生する段差や、巻回時のゆがみによってできるリーク電流を抑制することができる。

この発明に係るコンデンサを積層方向から見た図である。この発明に係るコンデンサの断面図である。この発明に係るコンデンサの、絶縁抵抗のＤＣ電圧依存性を示す図である。

図１および図２を参照して、まず、この発明に係る誘電体コンデンサの例について説明する。
まず、本発明のコンデンサを形成するためのＳｉ単結晶基板を用意する。これは、単にコンデンサを形成するための基材であって、本発明のコンデンサの構成に直接関係するものではない。

誘電体膜は、無機物層と、自己組織化によって形成した有機物層と、の２層を少なくとも含む。この誘電体膜の厚みは１０ｎｍ以下である。この誘電体膜の少なくとも表面に、電極膜が形成されている。

Si単結晶基板上にＡｌ膜を20nm蒸着した。

次に、酸素プラズマによって、Ａｌ膜の表面に厚み２ｎｍの酸化膜を形成した。このとき、Ａｌ膜が電極膜であり、Ａｌの酸化膜が無機物層である。

そして、酸化膜の表面に対し、自己組織化有機膜の原料であるホスホン酸を溶かした溶媒を付与し、厚み２ｎｍの自己組織化有機膜を形成した。

その後、60℃にて溶媒を揮発させた後、シャドウマスクを用いてパターニングしつつ、Al膜を再び蒸着した。

本プロセスを繰り返し、１０層の誘電体膜を積層形成し、これを実施例のコンデンサとした。

一方で、自己組織化有機膜の処理を行わない以外は、実施例と同様に形成したコンデンサを作製した。これを比較例とする。

実施例と比較例において、ＤＣ電圧を印加し、リーク電流を測定した。このリーク電流より絶縁抵抗を算出し、この絶縁抵抗のＤＣ電圧依存性を求めた。結果を図３に示す。

図３によると、本発明のコンデンサが、比較例に比べて、絶縁性能が十分に高いことが確認された。

Ａｌの酸化物からなる無機物層と、ホスホン酸の自己組織化によって形成した有機物層と、を積層した厚み１０ｎｍ以下の誘電体膜と、前記誘電体膜の表面に形成された電極膜と、を有するコンデンサ。
前記誘電体膜と前記電極膜とが、複数層ずつ積層されたものである、請求項１に記載のコンデンサ。
前記誘電体膜と前記電極膜とが、複数層ずつ積層され、かつ巻回されたものである、請求項１に記載のコンデンサ。