JPH11243032A - 薄膜コンデンサ - Google Patents
薄膜コンデンサInfo
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- JPH11243032A JPH11243032A JP4397998A JP4397998A JPH11243032A JP H11243032 A JPH11243032 A JP H11243032A JP 4397998 A JP4397998 A JP 4397998A JP 4397998 A JP4397998 A JP 4397998A JP H11243032 A JPH11243032 A JP H11243032A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】容量を低下させることなく、製造工程において
発生する応力を容易に緩和できる薄膜コンデンサを提供
する。 【解決手段】基板１上に、電極２、誘電体層４、電極５
を順次積層してなる薄膜コンデンサにおいて、基板１と
電極２との間および／または電極２、５と誘電体層４と
の間に、Ｎｂおよび／またはＴａからなる応力緩和層３
を形成するとともに、室温から５００℃における基板
１、電極２、５、誘電体層４、応力緩和層３の熱膨張係
数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした時、α1 ＜
α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2 を満足する
ものである。
発生する応力を容易に緩和できる薄膜コンデンサを提供
する。 【解決手段】基板１上に、電極２、誘電体層４、電極５
を順次積層してなる薄膜コンデンサにおいて、基板１と
電極２との間および／または電極２、５と誘電体層４と
の間に、Ｎｂおよび／またはＴａからなる応力緩和層３
を形成するとともに、室温から５００℃における基板
１、電極２、５、誘電体層４、応力緩和層３の熱膨張係
数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした時、α1 ＜
α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2 を満足する
ものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜コンデンサに関
し、誘電体層を一層有する単層型、または、誘電体層を
複数層有する積層型の薄膜コンデンサに関するものであ
る。
し、誘電体層を一層有する単層型、または、誘電体層を
複数層有する積層型の薄膜コンデンサに関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】コンデンサの大容量化に対して採りうる主
な手法には、電極面積を大きくする、電極間距離を小さ
くする、高誘電率材料を用いる等が挙げられる。このう
ち、近年の電子デバイスの小型、軽量化の流れの中で
は、積層化を含め電極面積を大きくする方法には限界が
ある。したがって、コンデンサの大容量化に対しては、
電極間距離を小さくし、高誘電率材料を用いることが有
効である。強誘電体材料を用いた薄膜コンデンサは、こ
の二つに合致した電子部品である。
な手法には、電極面積を大きくする、電極間距離を小さ
くする、高誘電率材料を用いる等が挙げられる。このう
ち、近年の電子デバイスの小型、軽量化の流れの中で
は、積層化を含め電極面積を大きくする方法には限界が
ある。したがって、コンデンサの大容量化に対しては、
電極間距離を小さくし、高誘電率材料を用いることが有
効である。強誘電体材料を用いた薄膜コンデンサは、こ
の二つに合致した電子部品である。
【０００３】薄膜コンデンサに用いられている材料とし
て、電極にはＰｔ、Ａｕ等の金属を、誘電体層にはペロ
ブスカイト型化合物等の高誘電率の強誘電体材料を用い
ることが望ましい。
て、電極にはＰｔ、Ａｕ等の金属を、誘電体層にはペロ
ブスカイト型化合物等の高誘電率の強誘電体材料を用い
ることが望ましい。
【０００４】しかしながら、金属材料とペロブスカイト
型強誘電体等のセラミックス材料では熱膨張係数の差が
大きく、両者の界面において熱膨張および熱収縮にとも
なう応力が発生する。そのため、薄膜コンデンサ作製の
際の熱処理により、電極や誘電体層にクラックが発生
し、電気的ショートの原因となる等の問題があった。ま
た、電極と誘電体層の間で剥離が発生し、コンデンサの
容量が低下するという問題があった。
型強誘電体等のセラミックス材料では熱膨張係数の差が
大きく、両者の界面において熱膨張および熱収縮にとも
なう応力が発生する。そのため、薄膜コンデンサ作製の
際の熱処理により、電極や誘電体層にクラックが発生
し、電気的ショートの原因となる等の問題があった。ま
た、電極と誘電体層の間で剥離が発生し、コンデンサの
容量が低下するという問題があった。
【０００５】これに対する解決方法として、従来より、
電極と誘電体層の界面での熱応力を緩和して前述のクラ
ックや剥離の発生を抑制する目的で、金属酸化物や比較
的金属層と密着性の良好な他のペロブスカイト型誘電体
を電極と誘電体層の間に介装したり、誘電体層の組成を
制御したりして問題解決を図っている。
電極と誘電体層の界面での熱応力を緩和して前述のクラ
ックや剥離の発生を抑制する目的で、金属酸化物や比較
的金属層と密着性の良好な他のペロブスカイト型誘電体
を電極と誘電体層の間に介装したり、誘電体層の組成を
制御したりして問題解決を図っている。
【０００６】例えば、特開平７−４５４７５号公報に
は、誘電体層と電極との間に、金属元素と酸素とを含む
中間層が形成された薄膜コンデンサが開示されている。
この公報に開示された薄膜コンデンサでは、中間層に含
まれる酸素の割合を電極から誘電体層に向けて連続的に
増加させている。
は、誘電体層と電極との間に、金属元素と酸素とを含む
中間層が形成された薄膜コンデンサが開示されている。
この公報に開示された薄膜コンデンサでは、中間層に含
まれる酸素の割合を電極から誘電体層に向けて連続的に
増加させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
７−４５４７５号公報に開示された薄膜コンデンサで
は、中間層に含まれる酸素の割合を電極から誘電体層に
向けて連続的に増加させているため、誘電率の低い層が
電極と高誘電率を持つ誘電体層の間に形成され、誘電体
層全体としての誘電率が低下したり、誘電体層を挟持す
る電極間の間隔が大きくなるため、コンデンサの容量が
低下するという問題があった。
７−４５４７５号公報に開示された薄膜コンデンサで
は、中間層に含まれる酸素の割合を電極から誘電体層に
向けて連続的に増加させているため、誘電率の低い層が
電極と高誘電率を持つ誘電体層の間に形成され、誘電体
層全体としての誘電率が低下したり、誘電体層を挟持す
る電極間の間隔が大きくなるため、コンデンサの容量が
低下するという問題があった。
【０００８】また、中間層が金属元素と酸素とを含む金
属酸化物から構成されており、電気伝導性が悪いため膜
厚を厚くできず、界面での充分な応力緩和の効果が得ら
れず、製造工程において電極や誘電体層にクラックが発
生したり、電極と誘電体層の間での剥離が発生するとい
う問題があった。
属酸化物から構成されており、電気伝導性が悪いため膜
厚を厚くできず、界面での充分な応力緩和の効果が得ら
れず、製造工程において電極や誘電体層にクラックが発
生したり、電極と誘電体層の間での剥離が発生するとい
う問題があった。
【０００９】また、クラック、剥離の発生の問題は、基
板と電極の間の界面でも発生しているが、上記従来の薄
膜コンデンサでは何ら対策が講じられていない。
板と電極の間の界面でも発生しているが、上記従来の薄
膜コンデンサでは何ら対策が講じられていない。
【００１０】本発明は、容量を低下させることなく、製
造工程において発生する応力を容易に緩和できる薄膜コ
ンデンサを提供することを目的とする。
造工程において発生する応力を容易に緩和できる薄膜コ
ンデンサを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜コンデンサ
は、基板上に、電極、誘電体層、電極を順次積層してな
る薄膜コンデンサにおいて、前記基板と前記電極との間
および／または前記電極と前記誘電体層との間に、Ｎｂ
および／またはＴａからなる応力緩和層を形成するとと
もに、前記基板、前記電極、前記誘電体層、前記応力緩
和層の室温から５００℃における熱膨張係数をそれぞれ
α1 、α2 、α3 、α4 とした時、α1＜α4 ＜α2 お
よび／またはα3 ＜α4 ＜α2 を満足するものである。
は、基板上に、電極、誘電体層、電極を順次積層してな
る薄膜コンデンサにおいて、前記基板と前記電極との間
および／または前記電極と前記誘電体層との間に、Ｎｂ
および／またはＴａからなる応力緩和層を形成するとと
もに、前記基板、前記電極、前記誘電体層、前記応力緩
和層の室温から５００℃における熱膨張係数をそれぞれ
α1 、α2 、α3 、α4 とした時、α1＜α4 ＜α2 お
よび／またはα3 ＜α4 ＜α2 を満足するものである。
【００１２】ここで、基板が、アルミナを主成分とする
セラミックス、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分
とするセラミックス、およびサファイアのいずれかであ
ることが望ましい。
セラミックス、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分
とするセラミックス、およびサファイアのいずれかであ
ることが望ましい。
【００１３】また、電極が、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔおよびＣ
ｕのうちの少なくとも一種であることが望ましい。
ｕのうちの少なくとも一種であることが望ましい。
【００１４】さらに、誘電体層が、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックス、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスのいずれかであ
ることが望ましい。以後、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 をＰＭＮ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 をＰＺＴというこ
ともある。
2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックス、Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスのいずれかであ
ることが望ましい。以後、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 をＰＭＮ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 をＰＺＴというこ
ともある。
【００１５】本発明の薄膜コンデンサは、基板上に、電
極と誘電体層を交互に積層してなる薄膜コンデンサにお
いて、前記基板と前記電極との間および／または前記電
極と前記誘電体層との間に、Ｎｂおよび／またはＴａか
らなる応力緩和層を形成するとともに、室温から５００
℃における前記基板、前記電極、前記誘電体層、前記応
力緩和層の熱膨張係数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α
4 とした時、α1 ＜α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α
4 ＜α2 を満足する積層型の薄膜コンデンサであっても
良いことは勿論である。
極と誘電体層を交互に積層してなる薄膜コンデンサにお
いて、前記基板と前記電極との間および／または前記電
極と前記誘電体層との間に、Ｎｂおよび／またはＴａか
らなる応力緩和層を形成するとともに、室温から５００
℃における前記基板、前記電極、前記誘電体層、前記応
力緩和層の熱膨張係数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α
4 とした時、α1 ＜α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α
4 ＜α2 を満足する積層型の薄膜コンデンサであっても
良いことは勿論である。
【００１６】
【作用】本発明の薄膜コンデンサでは、基板と電極との
間および／または電極と誘電体層との間に、応力緩和層
が形成されており、基板、電極、誘電体層、応力緩和層
の熱膨張係数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした
時、α1 ＜α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2
を満足するため、電極と基板間、電極と誘電体層間に生
じる熱膨張係数の差による応力を低減でき、界面での剥
離の発生やクラックの生成を低減できる。
間および／または電極と誘電体層との間に、応力緩和層
が形成されており、基板、電極、誘電体層、応力緩和層
の熱膨張係数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした
時、α1 ＜α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2
を満足するため、電極と基板間、電極と誘電体層間に生
じる熱膨張係数の差による応力を低減でき、界面での剥
離の発生やクラックの生成を低減できる。
【００１７】また、応力緩和層としてＮｂ、Ｔａからな
る金属材料を用いることにより、この応力緩和層が電気
的には電極の一部として機能するため、応力緩和層の存
在が誘電体層の構成に影響せず、実効的な誘電率の低下
が起こらない。
る金属材料を用いることにより、この応力緩和層が電気
的には電極の一部として機能するため、応力緩和層の存
在が誘電体層の構成に影響せず、実効的な誘電率の低下
が起こらない。
【００１８】さらに、この応力緩和層の存在により、誘
電体層を挟持する電極間距離の増加も起こらないため、
コンデンサの容量の低下も起こらない。したがって、コ
ンデンサの性能（容量）を低下することなく応力緩和層
の厚みを大きくすることが可能であり、充分な応力緩和
効果を有する応力緩和層を形成することができる。
電体層を挟持する電極間距離の増加も起こらないため、
コンデンサの容量の低下も起こらない。したがって、コ
ンデンサの性能（容量）を低下することなく応力緩和層
の厚みを大きくすることが可能であり、充分な応力緩和
効果を有する応力緩和層を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の薄膜コンデンサは、基板
上に、電極、誘電体層、電極を順次積層してなるもので
あり、誘電体層が一層の場合の単層型と、誘電体層が複
数形成された積層型の薄膜コンデンサを含むものであ
る。
上に、電極、誘電体層、電極を順次積層してなるもので
あり、誘電体層が一層の場合の単層型と、誘電体層が複
数形成された積層型の薄膜コンデンサを含むものであ
る。
【００２０】図１は単層型の薄膜コンデンサを示すもの
で、基板１の上面には、電極２、応力緩和層３、誘電体
層４、電極５が順次積層されている。
で、基板１の上面には、電極２、応力緩和層３、誘電体
層４、電極５が順次積層されている。
【００２１】図２は、積層型の薄膜コンデンサを示すも
ので、基板１０の上面には、応力緩和層１１、電極１
２、応力緩和層１１、誘電体層１３、応力緩和層１１、
電極１４、応力緩和層１１、誘電体層１３、応力緩和層
１１、電極１２が順次積層されている。
ので、基板１０の上面には、応力緩和層１１、電極１
２、応力緩和層１１、誘電体層１３、応力緩和層１１、
電極１４、応力緩和層１１、誘電体層１３、応力緩和層
１１、電極１２が順次積層されている。
【００２２】ここで、基板としては、アルミナを主成分
とするセラミックス、Ｐｂ（Ｍｇ1/ 3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を
主成分とするセラミックス、およびサファイアのいずれ
かであることが望ましい。これらの材料の室温から５０
０℃までの熱膨張係数は、アルミナを主成分とするセラ
ミックスが７．７×１０-6／Ｋ、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスが７．４×１０
-6／Ｋ、サファイアが６．７×１０-6／Ｋである。特に
は、アルミナが望ましい。
とするセラミックス、Ｐｂ（Ｍｇ1/ 3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を
主成分とするセラミックス、およびサファイアのいずれ
かであることが望ましい。これらの材料の室温から５０
０℃までの熱膨張係数は、アルミナを主成分とするセラ
ミックスが７．７×１０-6／Ｋ、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスが７．４×１０
-6／Ｋ、サファイアが６．７×１０-6／Ｋである。特に
は、アルミナが望ましい。
【００２３】また、電極としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔお
よびＣｕのうちの少なくとも一種であることが望まし
い。これらの電極の室温から５００℃までの線熱膨張係
数は、Ａｕが１４．２×１０-6／Ｋ、Ａｇが１５．９×
１０-6／Ｋ、Ｐｔが１０．６×１０-6／Ｋ、Ｃｕが１
６．２×１０-6／Ｋである。電極の厚みとしては、電気
伝導度を高くし、かつ発生する応力を小さくするという
点から０．２〜０．５μｍが望ましい。このような電極
は、例えば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の手段で形成
される。特に、Ａｕが望ましい。
よびＣｕのうちの少なくとも一種であることが望まし
い。これらの電極の室温から５００℃までの線熱膨張係
数は、Ａｕが１４．２×１０-6／Ｋ、Ａｇが１５．９×
１０-6／Ｋ、Ｐｔが１０．６×１０-6／Ｋ、Ｃｕが１
６．２×１０-6／Ｋである。電極の厚みとしては、電気
伝導度を高くし、かつ発生する応力を小さくするという
点から０．２〜０．５μｍが望ましい。このような電極
は、例えば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の手段で形成
される。特に、Ａｕが望ましい。
【００２４】尚、誘電体層を挟持する電極は、一般に同
一材料から構成されるが、異なる材料から構成しても良
い。
一材料から構成されるが、異なる材料から構成しても良
い。
【００２５】さらに、誘電体層としては、Ｐｂ（Ｍｇ
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックス、Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスのいず
れかであることが望ましい。これらの電極の室温から５
００℃までの線熱膨張係数は、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎ
ｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスが７．４×１
０-6／Ｋ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするセラ
ミックスが３．５×１０-6／Ｋである。尚、誘電体層と
しては、上記以外の材料からなるものであっても良いこ
とは勿論である。
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックス、Ｐｂ
（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスのいず
れかであることが望ましい。これらの電極の室温から５
００℃までの線熱膨張係数は、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎ
ｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセラミックスが７．４×１
０-6／Ｋ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするセラ
ミックスが３．５×１０-6／Ｋである。尚、誘電体層と
しては、上記以外の材料からなるものであっても良いこ
とは勿論である。
【００２６】このような誘電体層の厚みは、高容量とい
う点から、０．１〜０．５μｍであることが望ましい。
このような誘電体層は、例えば、ゾルゲル法等の溶液塗
布法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の手段で形成され
る。
う点から、０．１〜０．５μｍであることが望ましい。
このような誘電体層は、例えば、ゾルゲル法等の溶液塗
布法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の手段で形成され
る。
【００２７】そして、基板と電極との間および／または
電極と誘電体層との間には、Ｎｂおよび／またはＴａか
らなる金属応力緩和層が形成されている。Ｎｂの室温か
ら５００℃までの線熱膨張係数は、８．０×１０-6／
Ｋ、Ｔａが８．６×１０-6／Ｋである。
電極と誘電体層との間には、Ｎｂおよび／またはＴａか
らなる金属応力緩和層が形成されている。Ｎｂの室温か
ら５００℃までの線熱膨張係数は、８．０×１０-6／
Ｋ、Ｔａが８．６×１０-6／Ｋである。
【００２８】応力緩和層材料としては、熱膨張係数が応
力を緩和する２層の中間の値を有する金属材料が用いら
れることになる。このように材料を選定することによ
り、段階的に熱膨張率が変化していく構造を得ることが
でき、急激に熱膨張率が変化する界面によって発生する
クラック、剥離等の劣化を抑制できる。具体的には、比
較的熱膨張率の大きな電極材料と熱膨張率の小さな誘電
体材料の界面に、金属の中では比較的熱膨張率の小さい
高融点金属等を中間層に挿入した構造等が考えられる。
さらに、作製の簡便性や実用上の観点からは、酸化され
にくい材料が望ましい。このような点から、本発明で
は、酸化されにくく高い融点を持つＮｂ及びＴａを応力
緩和層材料として選択した。
力を緩和する２層の中間の値を有する金属材料が用いら
れることになる。このように材料を選定することによ
り、段階的に熱膨張率が変化していく構造を得ることが
でき、急激に熱膨張率が変化する界面によって発生する
クラック、剥離等の劣化を抑制できる。具体的には、比
較的熱膨張率の大きな電極材料と熱膨張率の小さな誘電
体材料の界面に、金属の中では比較的熱膨張率の小さい
高融点金属等を中間層に挿入した構造等が考えられる。
さらに、作製の簡便性や実用上の観点からは、酸化され
にくい材料が望ましい。このような点から、本発明で
は、酸化されにくく高い融点を持つＮｂ及びＴａを応力
緩和層材料として選択した。
【００２９】応力緩和層の厚みは任意に選択できるが、
十分な応力緩和効果を有するという点からは厚い方が望
ましいが、小型化という点も考慮とすると０．１〜０．
５μｍであることが望ましい。このような応力緩和層
は、例えば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の手段で形成
される。
十分な応力緩和効果を有するという点からは厚い方が望
ましいが、小型化という点も考慮とすると０．１〜０．
５μｍであることが望ましい。このような応力緩和層
は、例えば、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法等の公知の手段で形成
される。
【００３０】本発明の薄膜コンデンサでは、基板、電
極、誘電体層、応力緩和層の室温から５００℃における
熱膨張係数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした
時、α1＜α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2
を満足するものである。このような条件を満足すること
により、例えば、コンデンサ作製時の加熱工程から冷却
工程において、それぞれの熱膨張率差による応力を緩和
でき、界面での剥離の発生やクラックの生成を低減でき
る。
極、誘電体層、応力緩和層の室温から５００℃における
熱膨張係数をそれぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした
時、α1＜α4 ＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2
を満足するものである。このような条件を満足すること
により、例えば、コンデンサ作製時の加熱工程から冷却
工程において、それぞれの熱膨張率差による応力を緩和
でき、界面での剥離の発生やクラックの生成を低減でき
る。
【００３１】また、この応力緩和層として、従来から用
いられている金属酸化物等に比べて電気伝導度が大きな
Ｎｂ、Ｔａからなる金属材料を用いることにより、この
応力緩和層が電気的には電極の一部として機能するた
め、応力緩和層の存在が誘電体層の構成に影響せず、実
効的な誘電率の低下が起こらない。
いられている金属酸化物等に比べて電気伝導度が大きな
Ｎｂ、Ｔａからなる金属材料を用いることにより、この
応力緩和層が電気的には電極の一部として機能するた
め、応力緩和層の存在が誘電体層の構成に影響せず、実
効的な誘電率の低下が起こらない。
【００３２】応力緩和層が電気的には電極の一部として
機能するため、応力緩和層の存在により、誘電体層を挟
持する電極間距離の増加も起こらないため、コンデンサ
の容量の低下も起こらない。したがって、コンデンサの
性能（容量）を低下することなく応力緩和層の厚みを大
きくすることが可能であり、充分な応力緩和効果を有す
る応力緩和層を形成することができる。
機能するため、応力緩和層の存在により、誘電体層を挟
持する電極間距離の増加も起こらないため、コンデンサ
の容量の低下も起こらない。したがって、コンデンサの
性能（容量）を低下することなく応力緩和層の厚みを大
きくすることが可能であり、充分な応力緩和効果を有す
る応力緩和層を形成することができる。
【００３３】尚、図２では、基板、電極、誘電体層すべ
ての界面に対して応力緩和層を介装した構造を有してい
る。これは、すべての界面での応力発生を緩和すること
を目的としている。劣化をもたらす応力が発生する界面
が特定できない、もしくは複数存在する場合や、さらに
は、積層数が増えればそれだけ応力の蓄積が大きくなる
ため、比較的小さな応力でも無視できなくなる場合に
は、こうした構造が採用される。
ての界面に対して応力緩和層を介装した構造を有してい
る。これは、すべての界面での応力発生を緩和すること
を目的としている。劣化をもたらす応力が発生する界面
が特定できない、もしくは複数存在する場合や、さらに
は、積層数が増えればそれだけ応力の蓄積が大きくなる
ため、比較的小さな応力でも無視できなくなる場合に
は、こうした構造が採用される。
【００３４】
【実施例】実施例１ 基板材料としてＡｌ2 Ｏ3 を用い、電極材料としてＡｕ
を用い、誘電体層材料としてＰＭＮを、応力緩和層には
Ｎｂを用い、ＰＭＮ層の膜厚を０．３５μｍ、上部及び
下部電極の膜厚を０．３μｍ、面積を０．８８ｍｍ2 、
応力緩和層の膜厚を０．３μｍに設定し、スパッタ法に
より、図１に示すような薄膜コンデンサを作製した。比
較例として、応力緩和層を形成しない従来の薄膜コンデ
ンサを作製した。
を用い、誘電体層材料としてＰＭＮを、応力緩和層には
Ｎｂを用い、ＰＭＮ層の膜厚を０．３５μｍ、上部及び
下部電極の膜厚を０．３μｍ、面積を０．８８ｍｍ2 、
応力緩和層の膜厚を０．３μｍに設定し、スパッタ法に
より、図１に示すような薄膜コンデンサを作製した。比
較例として、応力緩和層を形成しない従来の薄膜コンデ
ンサを作製した。
【００３５】作製後の１００個の薄膜コンデンサにおい
て、誘電体層または電極にクラックが発生している割合
を表１のＮo.１に記載した。また、これらの薄膜コンデ
ンサの静電容量を測定し、平均値を表１に記載した。
尚、クラックの発生の有無は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）
観察によって確認した。
て、誘電体層または電極にクラックが発生している割合
を表１のＮo.１に記載した。また、これらの薄膜コンデ
ンサの静電容量を測定し、平均値を表１に記載した。
尚、クラックの発生の有無は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）
観察によって確認した。
【００３６】応力緩和層を有しない比較例をＮo.２に、
応力緩和層の形成位置を変更した例をＮo.３、４に、電
極材料としてＡｇ、Ｐｔ、Ｃｕを用いた例をＮo.５〜７
に、誘電体層材料としてＰＺＴを用いた例をＮo.８に、
応力緩和層にＴａを用いた例をＮo.９に記載した。
応力緩和層の形成位置を変更した例をＮo.３、４に、電
極材料としてＡｇ、Ｐｔ、Ｃｕを用いた例をＮo.５〜７
に、誘電体層材料としてＰＺＴを用いた例をＮo.８に、
応力緩和層にＴａを用いた例をＮo.９に記載した。
【００３７】
【表１】
【００３８】この表１から、応力緩和層を介装しない比
較例では６４％の割合でクラックが発生しているが、本
発明では、静電容量は殆ど変化せず、クラック発生率が
３％以下と低減されていることが判る。つまり、この応
力緩和層を形成することで、従来、誘電体層や電極を形
成した後に多発していた誘電体層および電極でのクラッ
クの発生が殆ど見られなくなることが判る。
較例では６４％の割合でクラックが発生しているが、本
発明では、静電容量は殆ど変化せず、クラック発生率が
３％以下と低減されていることが判る。つまり、この応
力緩和層を形成することで、従来、誘電体層や電極を形
成した後に多発していた誘電体層および電極でのクラッ
クの発生が殆ど見られなくなることが判る。
【００３９】尚、Ｎo.１の試料において、応力緩和層の
厚みを変化させてクラックの発生および静電容量を測定
し、この結果を表２に記載した。
厚みを変化させてクラックの発生および静電容量を測定
し、この結果を表２に記載した。
【００４０】
【表２】
【００４１】この表２から、応力緩和層の厚みを厚くす
ることによりクラックの発生率が小さくなるが、応力緩
和層の厚みを厚くしても殆ど静電容量が変化しないこと
が判る。
ることによりクラックの発生率が小さくなるが、応力緩
和層の厚みを厚くしても殆ど静電容量が変化しないこと
が判る。
【００４２】実施例２ 基板材料としてＡｌ2 Ｏ3 、ＰＭＮ、サファイアを用
い、電極材料としてＡｕを用い、誘電体層材料としてＰ
ＭＮを、応力緩和層にはＮｂを用い、ＰＭＮ層の膜厚を
０．３５μｍ、電極および応力緩和層の膜厚を０．３μ
ｍ、電極の面積を０．８８ｍｍ2 に設定し、スパッタ法
により薄膜コンデンサを作製した。比較例として、同じ
層構成で、応力緩和層を形成しない従来の薄膜コンデン
サを作製した。
い、電極材料としてＡｕを用い、誘電体層材料としてＰ
ＭＮを、応力緩和層にはＮｂを用い、ＰＭＮ層の膜厚を
０．３５μｍ、電極および応力緩和層の膜厚を０．３μ
ｍ、電極の面積を０．８８ｍｍ2 に設定し、スパッタ法
により薄膜コンデンサを作製した。比較例として、同じ
層構成で、応力緩和層を形成しない従来の薄膜コンデン
サを作製した。
【００４３】作製後の薄膜コンデンサにおいて、誘電体
層または電極にクラックが発生している割合および静電
容量の平均値を表３に記載した。
層または電極にクラックが発生している割合および静電
容量の平均値を表３に記載した。
【００４４】尚、例えば、表３における〔Ａｕ／（Ｎ
ｂ）／ＰＭＮ／（Ｎｂ）〕２層 Ａｕ／Ａｌ2 Ｏ3 と
は、Ａｌ2 Ｏ3 基板にＡｕ電極を形成し、このＡｕ電極
の上面に、Ｎｂ層、ＰＭＮ層、Ｎｂ層、Ａｕ層、Ｎｂ
層、ＰＭＮ層、Ｎｂ層、Ａｕ層を形成した薄膜コンデン
サを示すものである。
ｂ）／ＰＭＮ／（Ｎｂ）〕２層 Ａｕ／Ａｌ2 Ｏ3 と
は、Ａｌ2 Ｏ3 基板にＡｕ電極を形成し、このＡｕ電極
の上面に、Ｎｂ層、ＰＭＮ層、Ｎｂ層、Ａｕ層、Ｎｂ
層、ＰＭＮ層、Ｎｂ層、Ａｕ層を形成した薄膜コンデン
サを示すものである。
【００４５】
【表３】
【００４６】この表３より、多層積層構造の場合には歪
み応力の蓄積が起こるためにクラックの発生率が増大す
る傾向があり、応力緩和層なしの場合には、クラック発
生率が誘電体層が単層の場合（Ｎo.１５）に比べて増大
していることが判る。
み応力の蓄積が起こるためにクラックの発生率が増大す
る傾向があり、応力緩和層なしの場合には、クラック発
生率が誘電体層が単層の場合（Ｎo.１５）に比べて増大
していることが判る。
【００４７】一方、応力緩和層を介装した本発明の試料
では、多層積層に伴ってクラック発生率が増大する傾向
はあるものの、その発生率は、誘電体層が単層なら０
％、誘電体層が２層の薄膜コンデンサで８％、３層の薄
膜コンデンサにおいても１６％以下にとどまっており、
明らかにクラック発生が抑制されていることが判る。
では、多層積層に伴ってクラック発生率が増大する傾向
はあるものの、その発生率は、誘電体層が単層なら０
％、誘電体層が２層の薄膜コンデンサで８％、３層の薄
膜コンデンサにおいても１６％以下にとどまっており、
明らかにクラック発生が抑制されていることが判る。
【００４８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ｎｂ、Ｔａからなる金属の応力緩和層を電極、誘電体
層、基板の間に介装するだけで、コンデンサとしての性
能を低下させることなく、界面での応力を緩和し、剥
離、クラック等の劣化の発生を低減する効果を得ること
ができる。また、応力緩和層の厚みを電極と同等程度ま
で厚くすることが可能であり、劣化の発生を抑えるのに
充分な厚みの応力緩和層を形成することが可能である。
Ｎｂ、Ｔａからなる金属の応力緩和層を電極、誘電体
層、基板の間に介装するだけで、コンデンサとしての性
能を低下させることなく、界面での応力を緩和し、剥
離、クラック等の劣化の発生を低減する効果を得ること
ができる。また、応力緩和層の厚みを電極と同等程度ま
で厚くすることが可能であり、劣化の発生を抑えるのに
充分な厚みの応力緩和層を形成することが可能である。
【図１】本発明の単層型の薄膜コンデンサの模式図であ
る。
る。
【図２】本発明の積層型の薄膜コンデンサの模式図であ
る。
る。
１、１０・・・基板 ２、５、１２、１４・・・電極 ３、１１・・・応力緩和層 ４、１３・・・誘電体層
Claims (4)
- 【請求項１】基板上に、電極、誘電体層、電極を順次積
層してなる薄膜コンデンサにおいて、前記基板と前記電
極との間および／または前記電極と前記誘電体層との間
に、Ｎｂおよび／またはＴａからなる応力緩和層を形成
するとともに、前記基板、前記電極、前記誘電体層、前
記応力緩和層の室温から５００℃における熱膨張係数を
それぞれα1 、α2 、α3 、α4 とした時、α1 ＜α4
＜α2 および／またはα3 ＜α4 ＜α2 を満足すること
を特徴とする薄膜コンデンサ。 - 【請求項２】基板が、アルミナを主成分とするセラミッ
クス、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 を主成分とするセ
ラミックス、およびサファイアのいずれかであることを
特徴とする請求項１記載の薄膜コンデンサ。 - 【請求項３】電極が、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔおよびＣｕのう
ちの少なくとも一種であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の薄膜コンデンサ。 - 【請求項４】誘電体層が、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 を主成分とするセラミックス、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3 を主成分とするセラミックスのいずれかであることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜コン
デンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4397998A JPH11243032A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 薄膜コンデンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4397998A JPH11243032A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 薄膜コンデンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11243032A true JPH11243032A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=12678849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4397998A Pending JPH11243032A (ja) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | 薄膜コンデンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11243032A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6992878B2 (en) | 2002-03-25 | 2006-01-31 | Fujitsu Limited | Tunable capacitor and method of fabricating the same |
| JP2007042989A (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Ibiden Co Ltd | 薄膜エンベディッドキャパシタンス、その製造方法、及びプリント配線板 |
| JP2007329189A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Tdk Corp | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
| WO2009122774A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | 三井金属鉱業株式会社 | キャパシタ形成材及びキャパシタを備えたプリント配線板 |
| CN111328424A (zh) * | 2017-11-15 | 2020-06-23 | 株式会社村田制作所 | 薄膜电容器以及金属化薄膜 |
-
1998
- 1998-02-25 JP JP4397998A patent/JPH11243032A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6992878B2 (en) | 2002-03-25 | 2006-01-31 | Fujitsu Limited | Tunable capacitor and method of fabricating the same |
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| JP4708905B2 (ja) * | 2005-08-05 | 2011-06-22 | イビデン株式会社 | 薄膜エンベディッドキャパシタンス、その製造方法、及びプリント配線板 |
| JP2007329189A (ja) * | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Tdk Corp | 薄膜コンデンサ及びその製造方法 |
| WO2009122774A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | 三井金属鉱業株式会社 | キャパシタ形成材及びキャパシタを備えたプリント配線板 |
| US20110005817A1 (en) * | 2008-03-31 | 2011-01-13 | Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. | Capacitor-forming material and printed wiring board provided with capacitor |
| JPWO2009122774A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2011-07-28 | 三井金属鉱業株式会社 | キャパシタ形成材及びキャパシタを備えたプリント配線板 |
| CN111328424A (zh) * | 2017-11-15 | 2020-06-23 | 株式会社村田制作所 | 薄膜电容器以及金属化薄膜 |
| CN111328424B (zh) * | 2017-11-15 | 2022-01-11 | 株式会社村田制作所 | 薄膜电容器以及金属化薄膜 |
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