(57)【要約】【課題】Ｃｕ電極を使用した場合でも、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性に優れるとともに、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の小さい薄膜コンデンサを提供すること。【解決手段】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、前記下部電極層は少なくともＮｉ電極層を含み、前記上部電極層はＮｉ電極層とＣｕ電極層との少なくとも２層で構成され、前記誘電体層は、前記下部電極層のＮｉ電極層と前記上部電極層のＮｉ電極層との両方に接していることを特徴とする薄膜コンデンサとする。【選択図】図１
2014007239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記下部電極層は少なくともＮｉ電極層を含み、前記上部電極層はＮｉ電極層とＣｕ電極層との少なくとも２層で構成され、前記誘電体層は、前記下部電極層のＮｉ電極層と前記上部電極層のＮｉ電極層との両方に接していることを特徴とする薄膜コンデンサ。
【請求項２】
前記上部電極層のＮｉ電極層は粒子状構造を有し、前記上部電極層のＣｕ電極層は柱状構造を有する請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項３】
前記上部電極層のＮｉ電極層は、厚みが０．１μｍ以上２．０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項４】
前記誘電体層はチタン酸バリウム系誘電体であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜コンデンサ。
【請求項５】
前記下部電極層がＮｉ金属箔であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の薄膜コンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に搭載される電子部品にとって、許容されうる実装スペースが狭くなってきている。例えば、多くの電子機器に搭載されているコンデンサにとっては、低背・小スペースといったような実装をしなければならない状況が多くなってきた。薄膜コンデンサは、従来から用いられてきた厚膜法の積層セラミックコンデンサと比較して、より低背な素子にすることが可能であり、上記のような実装をすることを容易にするものである。特に厚み方向に制限のある箇所において実装が可能になるものである。
【０００３】
このような薄膜コンデンサの例として、例えば特許文献１には、（Ｂａ（１−ｘ）Ｓｒｘ）Ｔｉ１＋ｚＯ３＋δにＹをドーパントとして加えた高誘電率の誘電材料を含む誘電体層を、下部電極層及び上部電極層で挟んで構成した薄膜キャパシタ素子が開示されている。この薄膜キャパシタは、上部電極層または下部電極層として、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，ＰｔＯｘなどの遷移金属、貴金属、導電性酸化物及びその組み合わせもしくは混合物を含む群から選ばれた少なくとも１種類の材料を含むことを好ましいとしている。
また、特許文献２には、プリント基板に埋め込まれる薄膜コンデンサが開示されている。具体的には、上部電極層形成に用いる第１導電層と下部電極層形成に用いる第２導電層との間に誘電層を備え、第２導電層をニッケル層又はニッケル合金層としている。第１導電層は銅が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８１４４６号公報
【特許文献２】特開２００６−１３５０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の厚膜法による積層セラミックコンデンサと比較してこれらの薄膜コンデンサは、誘電体層が薄く、高温負荷信頼性や耐湿負荷信頼性に劣る場合があった。また、このような薄膜コンデンサの電極層として、非磁性体でありかつ抵抗率が低いＣｕを用いた場合、コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）を減少させることができ、そのため高周波で使用する際にノイズを低減することができ、コンデンサとして好ましい特性を得られるが、本発明者らの検討によれば、Ｃｕ等の金属材料を電極層に用いた場合に前記の信頼性への悪影響が顕著であることが判明した。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、薄膜コンデンサの電極層にＣｕを使用した場合でも、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性に関して十分な信頼性を有し、同時に等価直列抵抗（ＥＳＲ）の小さい薄膜コンデンサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、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、下部電極層は少なくともＮｉ電極層を含み、上部電極層はＮｉ電極層とＣｕ電極層との少なくとも２層で構成され、誘電体層は、下部電極層のＮｉ電極層と上部電極層のＮｉ電極層との両方に接していることを特徴とする薄膜コンデンサとする。このような構造とすることにより、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性に優れ、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の小さい薄膜コンデンサを得ることができる。
【０００８】
上部電極層を構成する要素の一つであるＮｉ電極層は粒子状構造を有し、もう一つの要素であるＣｕ電極層は柱状構造を有することが好ましい。このような構造をとることにより、耐湿負荷信頼性をさらに向上させるとともに、等価直列抵抗（ＥＳＲ）がより小さくなるという効果がある。
【０００９】
また、上部電極層のＮｉ電極層においては、厚みが０．１μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。このような構造をとることにより、等価直列抵抗の増大を抑制することが可能となる。
【００１０】
誘電体層はチタン酸バリウム系誘電体であることが好ましい。この誘電体は、結晶構造にペロブスカイト構造を有しており、誘電率を他の誘電体と比較して大きくすることが可能となる。さらにＰｂを含有していないため環境への悪影響も少ない。
【００１１】
下部電極層としては、Ｎｉ金属箔が好ましい。Ｎｉ金属箔とすることで、誘電体層の熱膨張係数との差を小さくすることができ、誘電体層に応力が加わりにくくなり容量の減少を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の薄膜コンデンサは、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性に優れるとともに、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の小さい薄膜コンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る薄膜コンデンサを示した模式断面図である。
【図２】第２の実施形態に係る薄膜コンデンサを示した模式断面図である。
【図３】上部電極層としてＣｕ電極層のみを構成した薄膜コンデンササンプル（比較例１）のＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡）による断面観察像である。
【図４】上部電極層としてＮｉ電極層とＣｕ電極層とを構成した薄膜コンデンササンプル（実施例１）のＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡）による断面観察像である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、各図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付与し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態である、薄膜コンデンサの断面図である。薄膜コンデンサ１０は、下部電極層１、下部電極層１上に形成された誘電体層２、さらにその上に形成された上部電極層５、により構成されている。上部電極層５は、本実施形態においてはＮｉ電極層３およびＣｕ電極層４の２層構造になっている。
【００１６】
下部電極層１は、少なくともＮｉ電極層を含んだ導電体である。ここでいうＮｉ電極層は純Ｎｉ（Ｎｉ９９．９％以上）のこと、もしくはＮｉ系の合金である。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５０ｖｏｌ％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コンデンサの高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性が得られる。このＮｉ電極層と誘電体層２が接している。これにより薄膜コンデンサの高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性が向上する。
【００１７】
さらに、この下部電極層１であるが、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、薄膜コンデンサとしての容量の減少を抑制することが可能となる。この他に例えば、Ｓｉ基板やセラミック基板（図示せず）の上に、下部電極層１としてスパッタリングや蒸着等によってＮｉ電極層を形成してもよいが、Ｓｉ基板の場合、誘電体層の熱膨張係数とは大きく異なるため、コンデンサとしての容量が減少することがある。
【００１８】
さらに下部電極層１は、誘電体層２と接する面側にＮｉ電極層を配置した多層電極膜であってもよい。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。またＳｉ基板上の電極の場合は、Ｃｕ等の金属とＮｉを、それぞれ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ればよい。、Ｓｉ基板の場合、Ｓｉ基板と電極層の間に、ＴｉＮ、ＴｉＯ２などの密着層やＳｉＯ２などの層があってもよい。以上により、薄膜コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）が小さくなるとともに、高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性も向上する。
【００１９】
誘電体層２は誘電率の大きいペロブスカイト型の誘電体が好ましい。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。
【００２０】
誘電体層２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（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤなど適宜用いることができる。
【００２１】
誘電体層２の膜厚は、１０００ｎｍ以下が好ましい。１０００ｎｍを超える場合、単位面積あたりのコンデンサ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、コンデンサの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、薄膜コンデンサとしてより好ましい誘電体層２の膜厚の範囲は２５０ｎｍから１０００ｎｍであると考えられる。
【００２２】
上部電極層５に含まれるＮｉ電極層３は誘電体層２に接触している。ここでいうＮｉ電極層３は、下部電極層１同様、純ＮｉもしくはＮｉ系の合金である。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５０ｖｏｌ％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。０．１μｍ未満の場合、高温負荷信頼性や耐湿負荷信頼性を改善するのに不十分となることがあるためである。また、２．０μｍを超えると、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が大きくなる傾向があるためである。
【００２３】
Ｎｉ電極層３は、層を構成する結晶粒が柱状構造あるいは粒子状構造を有した多結晶の電極層である。柱状、粒子状いずれの構造であっても、高温負荷信頼性に関しては良好な特性を有する。耐湿負荷信頼性に関しては、柱状、粒子状いずれの構造においても改善効果がみられるが、粒子状構造の方がより耐湿負荷信頼性に向上がみられるため好ましい。理由は必ずしも明らかではないが、発明者の検討によれば、粒界に沿って拡散するＣｕイオンが関係すると考えられる。耐湿負荷試験中に引き起こされるＣｕ電極層４から拡散するＣｕイオンの拡散長は、前記Ｎｉ電極層３の構造によってその長さが異なってくる。通常、Ｃｕイオンは、Ｎｉ電極層３の結晶粒が緻密に積み重なることによってできた結晶粒と結晶粒の間の界面に沿った部分（粒界）を拡散する。柱状構造と粒子状構造のＮｉ電極層３内のＣｕイオンの拡散経路長を比較すると、柱状構造を有する場合の方が短くなるので、粒子状構造をとる場合よりもよりＣｕイオンがＮｉ電極層内部に拡散しやすくその結果抵抗が減少する傾向がある。そのため、前記Ｎｉ電極層は粒子状構造をとることが望ましい。
【００２４】
Ｎｉ電極層３の上にはＣｕ電極層４が形成されている。ここでいうＣｕ電極層は純Ｃｕ（Ｃｕ９９．９％以上）のこと、もしくはＣｕ系の合金である。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５０ｖｏｌ％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、コンデンサ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。
【００２５】
Ｃｕ電極層４は、層を構成する結晶粒が柱状構造を有した多結晶であることが好ましい。柱状構造を有することで、膜厚方向に沿って伝導する電子の障壁となる粒界の数が少なくなり、Ｃｕ電極層の抵抗がより小さくなる。そのためコンデンサの電極層として使用した場合、等価直列抵抗（ＥＳＲ）を減少させるといった効果がある。
【００２６】
上部電極層５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（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＣＶＤなど適宜用いることができる。
【００２７】
ここで、各電極層について「粒子状構造を有している」とは、電極層を形成する物質の結晶粒の各々が球形状を有しており、各々の結晶粒が緻密に積み重なった構造を有していることを言う。「球形状」とは、電極層の断面を電子顕微鏡等で観察したときに、観察される結晶粒の断面において、現れている結晶粒の輪郭上の任意の２点によって作られる線分の最大長さ（Ｌｍａｘ）と、その線分に垂直に交差した直線が、結晶粒の輪郭と交差する２点をもって作られる線分の最大長さ（Ｌ）としたときに、Ｌｍａｘ／Ｌが１．５未満であることから判断する。上記の結晶粒を観察する領域は、図１のように薄膜コンデンサの積層方向に沿って切断した断面において、積層方向に関しては、注目している電極層の厚み全体が観察できる領域であればよい。積層方向と略垂直方向に関しては、注目している電極層内の結晶粒が最低１０個以上観察できる領域であればよい。よって、Ｌｍａｘ／Ｌの値は、観察した１０個以上の粒子の平均値を示す。観察によって５０％以上の個数の粒子が上記のような粒子形状の場合、その結晶粒をもとにして構成されている電極層を粒子状構造を有した層と解釈する。
一方で、「柱状構造を有している」とは、電極層を構成している結晶粒の各々が前記のような球形状ではなく、柱のような形を有しており、この柱のような形をした粒子が緻密に積み重なった構造を有していることを指す。この「柱のような」形とは、電極層の断面を電子顕微鏡等で観察し、前述と同じ条件で観察したＬｍａｘ／Ｌの平均値が１．５以上であるような構造の粒子が前記観察領域にて５０％以上の個数を占める場合を言う。
また、前記観察領域において、５０％以上の個数の粒子が、１層あたりに結晶粒が１個となるような場合がある。この場合、同時にＬｍａｘ／Ｌが１．５未満であるような場合もある。その場合は、粒界の数が少ないとの観点から、本実施形態においては柱状構造と解することとする。
【００２８】
この粒子状構造および柱状構造は、例えば、電極層を形成する物質を基板に成膜する際の条件や、成膜後の加熱条件を変更することで制御することが可能である。たとえば、形成する上部電極層５が酸化しやすい材質の場合、電極層を形成する過程において、酸素濃度を制御する。また、基板を加熱してスパッタリング等で成膜する場合、プラズマの影響で温度が上昇する場合があるので、スパッタリング中の雰囲気を調整する。上部電極層５を形成後に加熱する場合は、加熱時の雰囲気、加熱する温度帯域、さらには複数層の電極を成膜・加熱する順番等を調整・変更する。このような方法で、上部電極層５の各電極層の結晶構造の制御が可能となる。
【００２９】
この上部電極層５であるが、３層以上で構成されていてもかまわない。３層以上の場合、少なくともＮｉ電極層３は誘電体層２に接し、さらにＣｕ電極層４を含む。この場合、Ｎｉ電極層３とＣｕ電極層４の間に導電性のある物質層、例えば導電性酸化物層、単体の金属層、合金層があってもよいし、これらの導電性のある物質層がＣｕ電極層４よりも上側にあってもよい。ただし、いずれの場合も、Ｃｕ電極層４を除いた、導電性のある物質層の合計とＮｉ電極層３の厚さの合計は好ましくは２μｍ以下である。この導電性のある物質層の例として、例えば導電性酸化物であるＬａＮｉＯ３層や、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、ＲｕおよびＲｈのうち少なくとも１種を５０ｖｏｌ％を超えて含有する層、Ｗ、ＭｏおよびＣｒのうち少なくとも１種を５０ｖｏｌ％を超えて含有する層、などが挙げられる。これにより、等価直列抵抗を減少させつつ、薄膜コンデンサの高温負荷信頼性と耐湿負荷信頼性をさらに向上させることができる。
【００３０】
上部電極層５において、誘電体層２に接する電極層が上記のＮｉ電極層３ではなく、Ｎｉと同等以上の融点をもった他の金属の層、例えばＷ、ＭｏおよびＣｒのうち少なくとも１種を５０ｖｏｌ％を超えて含有する層の場合は、コンデンサ素子の絶縁抵抗が劣化する場合がある。また、誘電体層２に接する電極層が、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈのうち少なくとも１種を５０ｖｏｌ％を超えて含有する層やＬａＮｉＯ３などの導電性酸化物の層である場合は、上部電極層５を形成するパターニング工程中に、誘電体層を侵食するような酸を使うため誘電体層にダメージを与える可能性があったり、ダメージが少なかった場合でも等価直列抵抗が増加したりする場合がある。一方、誘電体層２に接する電極層がＮｉであれば、上部電極層５のパターニングにおいては主にＦｅＣｌ３溶液が使用されるが、ＦｅＣｌ３溶液を用いる場合は、誘電体層の密度向上や化学組成の調整によって侵食を容易に抑えることができる。以上のことは下部電極層１における電極構造にも当てはまる。そのため、上部電極層５も下部電極層１も誘電体層２に接する電極層はＮｉ電極層であることが好ましい。
【００３１】
なお、通常、下部電極層１は、その下に支持基板が設けられていたり、下部電極層１自体に金属箔など厚いものが用いられることが多いため、耐湿負荷信頼性の影響に対して鈍感な場合が多い。そのため下部電極層１における結晶粒の構造は、粒子状、柱状いずれでもよいが、下部電極層１におけるＮｉ電極層においても、上部電極層５のＮｉ電極層３と同じように粒子状構造を有したほうが、耐湿負荷信頼性をより一層向上させることが可能である。
【００３２】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態である、薄膜コンデンサの断面図である。薄膜コンデンサ１００は、下部電極層１、下部電極層１上に形成された誘電体層２、さらにその上に形成されたＮｉ電極層３およびＣｕ電極層４、下部電極層１とＣｕ端子電極９およびＣｕ電極層４とＣｕ端子電極９をそれぞれ電気的に接続するためのＣｕ−ｖｉａ配線６、ポリイミドパッシベーション７、ポリイミドパッシベーション７とＣｕ端子電極９の密着性を向上させる目的で配置されたＴｉ密着層８で形成されている。基本的には第１の実施形態の薄膜コンデンサを使用して上部電極層５と誘電体層２をパターニングし、端子電極を形成したものとなっている。このような構造をとった薄膜コンデンサにおいても第１の実施形態と同様な効果を有する。
【００３３】
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。
【実施例】
【００３４】
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。
【００３５】
１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさのＮｉ金属箔上に誘電体層（ＢａＴｉＯ３系誘電体）を６００ｎｍ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。次に上部電極層を成膜した。上部電極層は表１のとおりの種類と厚さのものを成膜した。
実施例１〜７、９と比較例１、２は、ＮｉとＣｕを順次成膜することで上部電極層を形成した。実施例８は、Ｎｉを成膜後、５５０℃でアニールを行い、その後Ｃｕを成膜することで上部電極層を形成した。
比較例３は、誘電体層に接している側から順番に、Ｃｒを０．１μｍ、その上にＮｉを０．１μｍ、さらにその上にＣｕを２μｍと、それぞれの厚みにて順次積層することで、３層からなる上部電極層を形成した。
【００３６】
上部電極層形成後、誘電体層、上部電極層のパターニングを行い、ポリイミドパッシベーションを塗布、パターニングすることによってｖｉａ構造を形成した。このｖｉａにスパッタリングによりＣｕ電極を埋め込み、上部電極層側、下部電極層側にそれぞれ電気的に接続したＣｕ−ｖｉａ配線を作製した。その後、ポリイミドパッシベーションとＣｕ端子電極の密着性向上のためにＴｉをスパッタリングにて成膜し、上部電極層側、下部電極層側にそれぞれ電気的に接続した配線と接続するＣｕ端子電極をめっきにて作製した。この工程によって図２に示すような１００５サイズ（１ｍｍ×０．５ｍｍ）の薄膜コンデンサ素子（薄膜コンデンサ１００）を１００ｍｍ×１００ｍｍのＮｉ箔上に５０００個有するパネルを作製した。実施例１〜９に対応する薄膜コンデンサ素子が作製されたパネル、および比較例１〜３に対応する薄膜コンデンサ素子が作製されたパネルは、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。実施例１０に対応する薄膜コンデンサ素子が作製されたパネルに関しては、このアニールを行っていないものを作製した。この５０００個の薄膜コンデンサ素子を有するパネルをダイシングすることで１００５サイズ（１ｍｍ×０．５ｍｍ）のコンデンサ素子の個片サンプルを作製した。これら個片になったサンプルについて、以下に示す容量値、絶縁抵抗値、等価直列抵抗（ＥＳＲ）の測定、および高温負荷信頼性評価と耐湿負荷試験を行った。
【００３７】
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。また等価直列抵抗（ＥＳＲ）値はＡｇｉｌｅｎｔ社製Ｅ４９９１Ａインピーダンスアナライザーを用いて室温（２５℃）にて測定を行った。信頼性試験に関しては、高温負荷信頼性は１２５℃の環境下のコンデンサに１０００時間４Ｖの電圧を印加し続けることで行い、試験前と試験後のサンプルの絶縁抵抗値の変化を確認することで行った。同様に、耐湿負荷試験は６０℃、湿度９０％の環境下のコンデンサに１０００時間４Ｖの電圧を印加し続けることで行い、同様に試験前後のサンプルの絶縁抵抗値の変化を確認することで行った。結果を表１に示す。なお上部電極層の微細構造はＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡）観察を行うことで確認した。層を構成する結晶粒が粒子状か柱状かの判断は５０個の粒子を観察することで判断した。判断方法は前述の通りである。なお、下部電極層はいずれのサンプルにおいても粒子状構造であった。
【００３８】
【表１】
2014007239.tif 000003
【００３９】
比較例１、実施例１の断面観察結果の例を図３および図４に示す。
【００４０】
表１の電気特性は、それぞれＮ＝１０個のサンプルの平均値を示している。また上部電極層５のＮｉ粒子形状およびＣｕ粒子形状は、各々の実施例から各１個のサンプルを観察した結果である。表１から、上部電極層を構成するＮｉ電極層の厚みを変えても薄膜コンデンサの容量値、絶縁抵抗値は大きく変化しないことが分かった。
【００４１】
比較例１の場合、高温負荷信頼性および耐湿負荷信頼性に問題があった。上部電極層を構成するＣｕはＮｉと比較して酸化速度が速く、金属の酸化と同時に誘電体の還元が顕著に引き起こされたためと考えられた。この誘電体の還元とともに生成された酸素欠陥が信頼性試験中に移動し、抵抗を劣化させたことが信頼性の悪化の要因であると考えられた。
【００４２】
実施例１、実施例８を比較すると、高温負荷信頼性に関しては問題なかったが、耐湿負荷信頼性では、若干の抵抗の減少が認められた。これは、耐湿負荷試験中にＣｕ電極層からＣｕイオンがマイグレーションを起こし、粒界拡散したため抵抗が減少してしまったためと考えられた。粒子状構造と比較し、柱状構造は、膜厚方向の粒界の数が少なくなり、物質移動の経路が短くなる。そのためＣｕイオンのマイグレーションを十分に抑制できなかったためと考えられた。
【００４３】
実施例１、実施例９を比較すると、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性ともに若干の抵抗の減少が認められた。実施例９に関しては、Ｎｉ電極層が５０ｎｍと他の実施例と比較して薄く、誘電体層表面の被覆率が不均一な箇所があるためと考えられた。そのため、Ｃｕと誘電体層の接触が起こりやすくなっている箇所が信頼性試験中に抵抗減少してしまったためと考えられた。その結果、Ｎｉ電極層は望ましくは０．１μｍ以上必要であると考えられた。
【００４４】
また、実施例１〜７のように、上部電極層を構成するＮｉ電極層を厚くしてゆくと、信頼性は問題ないが、薄膜コンデンサとしての等価直列抵抗（ＥＳＲ）が増大してゆく傾向がみられた。これは、Ｃｕの抵抗率が１．６８×１０−８（Ωｍ）なのに対して、Ｎｉの抵抗率は６．９９×１０−８（Ωｍ）と高いため、および、Ｎｉが磁性体（比透磁率６００）であり、高周波における表皮深さ長がＣｕと比較しおおよそ１／１０程度と短くなってしまうためと考えられる。そのため、Ｎｉ電極層の望ましい範囲は０．１μｍ以上２．０μｍ以下である。
【００４５】
さらに比較例２に示すように、上部電極層にＮｉ電極層のみを形成したものでは、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性といった信頼性に関しては問題なかったが、等価直列抵抗（ＥＳＲ）が増大してしまった。この原因は前記のとおり、Ｎｉの抵抗率がＣｕよりも高いため、および表皮深さ長が短くなったためであると考えられた。
【００４６】
実施例１０では、実施例１と比較し高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性といった信頼性に関しては問題なかったが、等価直列抵抗が微増した。よって望ましくはＣｕ電極層の粒子構造は柱状構造をもっていたほうがよいことが分かった。
【００４７】
比較例３は、誘電体層と接するＮｉ電極層に、Ｎｉの代わりにＣｒを成膜した構造である。さらにＣｒ電極層の上にＮｉ電極層、Ｃｕ電極層を形成したものである。このＣｒ電極層は粒子状構造を有していた。この場合、コンデンサの絶縁抵抗値が下がり、高温負荷信頼性、耐湿負荷信頼性とも悪化することが分かった。
【符号の説明】
【００４８】
１  下部電極層
２  誘電体層
３  Ｎｉ電極層
４  Ｃｕ電極層
５  上部電極層
６  Ｃｕ−ｖｉａ配線
７  ポリイミドパッシベーション
８  Ｔｉ密着層
９  Ｃｕ端子電極
１０，１００  薄膜コンデンサ
【図１】
2014007239.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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