(57)【要約】【課題】誘電体膜の外縁部で電流リークが発生するのを抑制する。【解決手段】下部電極１１と上部電極１５との間に、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜１３を挟んだ構造をもつキャパシタ１であって、前記下部電極と前記上部電極との間を絶縁する絶縁膜１４が、前記誘電体膜の外縁部を覆うように設けられ、前記絶縁膜は、前記上部電極が前記誘電体膜に接触するための開口部１４ａを備える。【選択図】図１
2020155554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と上部電極との間に、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜を挟んだ構造をもつキャパシタであって、
前記下部電極と前記上部電極との間を絶縁する絶縁膜が、前記誘電体膜の外縁部を覆うように設けられ、
前記絶縁膜は、前記上部電極が前記誘電体膜に接触するための開口部を備えることを特徴とするキャパシタ。
【請求項２】
請求項１に記載のキャパシタにおいて、
前記誘電体膜は、前記下部電極上の一部に設けられ、
前記絶縁膜は、前記下部電極のうち前記誘電体膜が設けられていない部分も覆うように設けられていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のキャパシタにおいて、
前記上部電極は、前記絶縁膜のうち前記誘電体膜の外縁部を覆っている部分の上にも設けられていることを特徴とするキャパシタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のキャパシタにおいて、
前記絶縁膜は有機物からなることを特徴とするキャパシタ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のキャパシタにおいて、
前記絶縁膜は無機物からなることを特徴とするキャパシタ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のキャパシタにおいて、
前記上部電極は導電性酸化物を含むことを特徴とするキャパシタ。
【請求項７】
下部電極と上部電極との間に誘電体膜を挟んだ構造をもつキャパシタの製造方法であって、
中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄い前記誘電体膜を前記下部電極上に形成する工程と、
前記誘電体膜の外縁部を覆い、かつ、該誘電体膜の中央部を露出させる開口部を備えた絶縁膜を形成する工程と、
前記上部電極を、前記開口部を介して前記誘電体膜に接触するように形成する工程とを含むことを特徴とするキャパシタの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のキャパシタの製造方法において、
前記誘電体膜は、インクジェット法により形成することを特徴とするキャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタ及びキャパシタの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下部電極と上部電極との間に、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜を挟んだ構造をもつキャパシタが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、インクジェット法によって誘電体膜を形成することで、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄い形状、より具体的には、球面の一部分を切り取ったような形状（部分球面形状）をなした誘電体膜を形成したキャパシタが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜においては、誘電体膜の外縁部付近に形成された上部電極と下部電極との距離が短いため、誘電体膜の外縁部で電流リークが発生しやすいという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明は、下部電極と上部電極との間に、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜を挟んだ構造をもつキャパシタであって、
前記下部電極と前記上部電極との間を絶縁する絶縁膜が、前記誘電体膜の外縁部を覆うように設けられ、前記絶縁膜は、前記上部電極が前記誘電体膜に接触するための開口部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、誘電体膜の外縁部で電流リークが発生するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る強誘電キャパシタ素子を例示する断面図。
【図２】（ａ）〜（ｈ）は、同強誘電キャパシタ素子の製造工程を例示する図。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、参考例における強誘電キャパシタ素子の製造工程を例示する図。
【図４】同参考例の強誘電キャパシタ素子において、強誘電体膜の外縁と上部電極の外縁とのギャップと耐圧との関係を示すグラフ。
【図５】同参考例の強誘電キャパシタ素子において電流リークが発生する原因を示す説明図。
【図６】実施形態の強誘電キャパシタにおいて、強誘電体膜の外縁部を覆う絶縁膜によって絶縁破壊が阻止されることの説明図。
【図７】実施例１〜５の各強誘電キャパシタ素子の耐圧特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
【０００９】
［強誘電キャパシタ素子１の構造］
図１は、本実施形態に係るキャパシタである強誘電キャパシタ素子１を例示する断面図である。
本実施形態の強誘電キャパシタ素子１は、圧電素子とも呼ばれ、基板１０と、下部電極１１と、シード層１２、強誘電体膜１３と、開口部を持つ絶縁膜１４と、絶縁膜１４の開口部を介して強誘電体膜１３と接触する上部電極１５とを有している。
【００１０】
基板１０としては、例えば、シリコン基板、サファイア基板、ガラス基板等のリジッドな基板を用いることができる。基板１０の厚さは、例えば、１００〜１０００μｍ程度とすることができる。また金属シート、ポリマーシート等を用いることもできる。
【００１１】
下部電極１１は、基板１０上に形成される。下部電極１１の材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）やこれら合金膜を形成してもよい。下部電極１１の膜厚は、例えば、０．０５〜１μｍ程度とすることができる。
【００１２】
シード層１２は、下部電極１１上に形成される。シード層１２は、強誘電体膜１３を形成する部分のみに形成される。シード層１２は、強誘電体膜１３と同じ酸化物組成でも良い。
【００１３】
強誘電体膜１３は、シード層１２上に形成される。本実施形態の強誘電体膜１３は、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成されており、図１に示すように、球面の一部分を切り取ったような凸状湾曲面形状（部分球面形状）をなしている。強誘電体膜１３の凸状湾曲面は、２次関数の近似式と非常に良い一致を示す。強誘電体膜１３の凸状湾曲面は、例えば、凸パターンのシリンドリカル（円筒）形状であってもよい。
【００１４】
強誘電体膜１３の材料としては、例えば、セラミックスであるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることができる。ＰＺＴは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体であり、例えば、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３，Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴ等を使用することができる。
【００１５】
強誘電体膜１３の材料として、ＰＺＴ以外のＡＢＯ３型の材料を用いてもよい。ＡＢＯ３型の材料とは、一般式ＡＢＯ３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ  Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂを主成分とする複合酸化物である。ＡＢＯ３型の材料の具体例としては、ＰＺＴの他にはチタン酸バリウム等が挙げられる。
【００１６】
絶縁膜１４は、強誘電体膜１３が作成された後に形成され、主に下部電極１１と上部電極１５との間の絶縁を確保するために、下部電極１１と上部電極１５との間に介在するように設けられる。本実施形態の絶縁膜１４は、強誘電体膜１３の外縁部を覆うように設けられ、絶縁膜１４の後に形成される上部電極１５が強誘電体膜１３に接触するための開口部１４ａを備える。絶縁膜１４は、例えばポリパラキシリレンの有機材料、開口部１４ａを形成するのに好適な感光性樹脂材料、更にこの樹脂に耐熱性を付与した感光性ポリイミドを用いることができる。
【００１７】
上部電極１５は、絶縁膜１４の開口部１４ａを介して強誘電体膜１３に接触するように形成される。上部電極１５の材料としては、下部電極と同じ材料を用いても良い。上部電極１５の膜厚は、例えば、０．０５〜１μｍ程度とすることができる。また、ランタン酸ニッケル、ルテニウム酸ストロンチウム、ランタン酸ストロンチウムコバルトや、酸化ルテニウム、酸化イリジウムなど導電性金属酸化物を密着層として強誘電体膜１３上に形成、白金膜を積層しても良い。
【００１８】
このような構造をもつ強誘電キャパシタ素子１は、下部電極１１と上部電極１５との間に電圧を印加することにより、強誘電体膜１３を歪ませ、変形させ、振動させることができる。または、強誘電体膜１３が外力によって歪み、変形、振動をした場合、下部電極１１と上部電極１５との間に発生する電圧から、これを検知することができる。強誘電キャパシタ素子１は、例えば、超音波の発信体や受信体（検知体）、圧電式エナジーハーベスタ（振動発電）、焦電センサ等に適用することができる。
【００１９】
［強誘電キャパシタ素子１の製造方法］
図２（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態に係る強誘電キャパシタ素子１の製造工程を例示する図である。
本実施形態では、まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板を用いるのが好適である。なお、シリコン基板は、熱が加わると、殆どの金属と反応するので、予め表面を熱酸化膜（二酸化珪素等）に変換しておくことが好ましい。
【００２０】
密着膜は、その後に堆積される白金膜等の金属膜（下部電極１１）に対する密着機能を持つ膜であり、後述のＰＺＴ作成工程（図２（ｅ）参照）における焼結処理の温度（７００〜７５０℃程度）に耐え得る材料であることが好ましい。密着膜の具体的な材料としては、例えば、ニッケル酸ランタン、ルテニウム酸ストロンチウム、コバルト酸ランタンストロンチウム等の導電性複合酸化物が挙げられる。または、酸化チタン、酸化タンタルや窒化チタン、窒化タンタルも候補として挙げられる。密着膜は、例えば、スパッタリング法等により形成することができる。
【００２１】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板１０の上面に金属膜（下部電極１１）を成膜する。この金属膜（下部電極１１）としては、白金膜を用いることができる。金属膜（下部電極１１）として、白金族元素、Ａｇ、Ａｕ、又はこれらの合金等を用いてもよい。また、金属膜（下部電極１１）は、表層が白金族元素、Ａｇ、Ａｕ、又はこれらの合金等からなる積層膜としてもよい。
【００２２】
次に、本実施形態では、金属膜（下部電極１１）上に強誘電体膜１３形成用のシード層１２を形成する。本実施形態のシード層１２は、強誘電体膜１３と同じ組成の前駆体溶液またはチタン酸鉛前駆体溶液をスピンコート成膜から熱工程を経て膜形成し、その後、公知のフォトリソグラフィー・エッチング法により所望形状にパターニングして、図２（ｃ）に示すように、強誘電体膜１３を形成する部分のみに形成する。
【００２３】
次に、強誘電体膜１３を形成する目的領域については、インクジェット法により吐出される液体が付着しやすい親液領域とし、その親液領域の周囲を撥液領域として吐出液体が目的領域からはみ出さないようにする、親液・撥液パターンを形成する。具体的には、図２（ｃ）に示す基板表面には、下部電極１１が露出している部位と、シード層１２で覆われている部位との２種類が存在する。このような基板表面に対し、アルカンチオール分子を溶解させた溶液に浸漬、洗浄、乾燥処理を施すことで、図２（ｄ）に示すように、金属膜（下部電極１１）が露出した部位のみに、ＳＡＭ膜（Self-assembled monolayer膜：自己組織化単分子膜）１６が形成される、このＳＡＭ膜が形成された部位が後述のインクジェットインクに対して撥液状態になる。なお、ＳＡＭ膜１６は、アルカンチオールが特定金属上に自己配列する現象を利用したものである。ＳＡＭ膜１６は、例えば、対象物をアルカンチオール液にディップして自己配列させることで得られる。ＳＡＭ膜１６としては、例えば、ＣＨ３（ＣＨ２）ｎ−ＳＨ（ｎ＝５〜１５）を用いることができる。
【００２４】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＳＡＭ膜１６が形成されていない親液領域（シード層１２）に対し、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄い形状をもつ強誘電体膜１３を形成する。ここでは、一例として、強誘電体膜１３の材料として、セラミックスであるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる。
【００２５】
具体的には、所定の出発材料から約０．２５ｍｏｌ／ｌ（モル／リットル）の濃度のＰＺＴ前駆体溶液を合成し、表面張力制御剤、乾燥速度制御剤などを添加してインクジェット印刷用インクを処方する。このインクの浸液領域への印刷を行うことで、親水領域のみにＰＺＴ塗布膜が形成される。その後、１２０℃程度の乾燥、３００℃程度の乾燥、及び４５０℃程度の仮焼処理を行う。この処理を終えた時点で、ＳＡＭ膜１６は消失している。
【００２６】
次に、再び、浸漬によるＳＡＭ膜自己形成、ＰＺＴ前駆体溶液の液滴吐出による塗布、１２０℃程度の乾燥、３００℃程度の乾燥、及び４５０℃程度の仮焼処理という一連の処理を、所定回数繰り返した後、最後に７００〜７５０℃程度の焼結処理を行う。これにより、図２（ｅ）に示すように、結晶化したＰＺＴからなる強誘電体膜１３が下部電極１１上に形成される。
【００２７】
なお、上述した一連の処理を繰り返す所定回数が例えば３回である場合、強誘電体膜１３の最厚部（中央部）の膜厚は、６００ｎｍ程度とすることができる。また、このように一連の処理を３回繰り返すことを１サイクルとし、これを５サイクル繰り返せば（つまり、インクジェット法による液滴の塗布は１５回行われる）、強誘電体膜１３の最厚部（中央部）の膜厚は、３μｍ程度とすることができる。また、ＰＺＴ前駆体溶液の濃度を約０．２５ｍｏｌ／ｌから約０．３４ｍｏｌ／ｌに高めれば、上述した５サイクル後における強誘電体膜１３の最厚部（中央部）の膜厚は、７μｍ程度とすることもできる。
【００２８】
このように、ＰＺＴ前駆体溶液の濃度や繰り返し回数の調整により、強誘電体膜１３の最厚部（中央部）の膜厚を任意に設定することができ、強誘電体膜１３の最厚部（中央部）の膜厚を１０μｍ程度とすることも容易である。なお、上述した親液・撥液パターン形成を含むプロセスにより、ＰＺＴ塗布膜を繰り返し重ねても、位置ずれは発生しない。
【００２９】
このようにして強誘電体膜１３を形成した後、図２（ｆ）に示すように、絶縁膜１４を全面に堆積させた後、例えば公知のリソグラフィー・エッチングによって、図２（ｇ）に示すように、絶縁膜１４に開口部１４ａを形成する。
【００３０】
続いて、開口部１４ａを備えた絶縁膜１４の上に、上部電極１５となる電極膜をスパッタリング成膜し、例えば公知のリソグラフィー・エッチングによって配線パターンを形成する。このとき、上部電極１５は、絶縁膜１４の開口部１４ａを介して強誘電体膜１３の上面に接触する。強誘電体膜１３の上面は、凸状湾曲面形状であるため、上部電極１５も、これに沿って凸状湾曲面形状となる。
【００３１】
次に、参考例として、絶縁膜１４を備えない従来の強誘電キャパシタ素子の製造方法の一例について説明する。
図３（ａ）〜（ｇ）は、参考例における強誘電キャパシタ素子１の製造工程を例示する図である。
参考例においても、図３（ａ）〜（ｅ）に示すように、強誘電体膜１３を形成するまでの工程は、上述した実施形態と同様である。その後、絶縁膜１４を形成せず、図３（ｆ）に示すように、上部電極１５となる電極膜をスパッタリング成膜し、図３（ｇ）に示すように、例えば公知のリソグラフィー・エッチングによって配線パターンを形成して、上部電極１５を形成する。
【００３２】
参考例においては、下部電極１１と上部電極１５との間を絶縁するための絶縁膜が存在しないため、上部電極１５は、図３（ｇ）に示すように、強誘電体膜１３よりも狭く形成し、上部電極１５が下部電極１１に対して短絡（強誘電体膜１３の外縁部の表層部分を伝ってリーク電流が流れること）や絶縁破壊（上部電極１５と下部電極１１との間に介在する強誘電体膜１３が絶縁破壊されてリーク電流が流れること）が発生しないようにする必要がある。そのため、強誘電体膜１３の外縁から数μｍ程度内側に形成されるように、上部電極１５のパターンを設計する。
【００３３】
一般に、強誘電体膜１３の中央部（最大膜厚部分）に対して半分以上の膜厚となる領域に対して上部電極１５が形成されるように、上部電極１５のパターンを設計することが多い。
また、実験結果から上部電極１５を設計することもできる。具体的には、図４に示すように、強誘電体膜１３の外縁（下部電極１１）と上部電極１５の外縁とのギャップ（基板面方向におけるギャップ）Ｇをパラメータにとって、このギャップＧに対する耐圧（電流リークの発生が開始する電圧）を求める。耐圧は、図４に示すように、ギャップＧの増加とともに上昇し、参考例の構造をもった強誘電キャパシタ素子であっても、ギャップＧを１５μｍ以上にすれば、耐圧が２００Ｖ以上となり、２００Ｖまでの電圧印加なら電流リークが生じない。
【００３４】
いずれにしても、参考例の構造をもつ強誘電キャパシタでは、ギャップＧを大きくとることが求められることから、上部電極１５の面積が小さくなって、キャパシタ構造での不要部が多くなる結果を招く。したがって、より小さなギャップＧで、必要十分な耐圧性が得られる新たな強誘電キャパシタ構造が求められる。
【００３５】
図５は、参考例の強誘電キャパシタ素子において電流リークが発生する原因を示す説明図である。
上部電極１５をパターニングするためのエッチングでは、強誘電体膜１３との選択比が低く、また下部電極１１に対しては同質なため、選択比が無い。図５中×印で示す領域は、上部電極１５のエッチングによるダメージが発生する箇所である。すなわち、上部電極１５のエッチングにより、強誘電体膜１３の外縁部は、そのエッチングダメージによって、イオン衝撃による結晶構造中の酸素原子の欠損、これによる電気伝導性の付与のほかに、レジスト材と本来揮発すべきエッチング生成物との膜堆積などにより、電気絶縁性の低下をきたす。その結果、強誘電体膜１３の外縁部の表層部分を伝って電流が流れやすくなり、下部電極１１と上部電極１５との間で短絡（絶縁破壊）が生じやすい。したがって、参考例の強誘電キャパシタ素子では、強誘電体膜１３の外縁（下部電極１１）と上部電極１５の外縁とのギャップＧを大きくとることが必要になり、上部電極１５の面積が小さくなって、キャパシタ構造での不要部が多くなる結果を招く。
【００３６】
これに加えて、インクジェット法により形成されるような強誘電体膜１３は、上述したように、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された凸状湾曲面形状であり、平行平板構造ではない。そのため、強誘電体膜１３の外縁に近い箇所ほど、下部電極１１と上部電極１５との距離が近く、外部印加電界に対して電界強度が高くなるという構造由来の回避しがたい原因もある。この原因によって、強誘電体膜１３の外縁部には上部電極１５を形成できず、キャパシタ構造での不要部が多くなる結果を招く。
【００３７】
そこで、本実施形態の強誘電キャパシタ素子１は、製造プロセス上、アライメントマージンの誤差もあるので、仮目標としてギャップＧを例えば５μｍと設定し、上述した参考例の構造では絶縁破壊電圧が４５Ｖだったものを、２００Ｖ以上となるような構造を提案するものである。
【００３８】
すなわち、本実施形態の強誘電キャパシタ素子１は、図１に示すように、下部電極１１と上部電極１５との間を絶縁する絶縁膜１４によって、膜厚の薄い強誘電体膜１３の外縁部が覆われている。そのため、強誘電体膜１３の外縁部の表層部分を伝って流れる電流リーク（短絡）を阻止できる。
【００３９】
特に、本実施形態の製造方法では、上部電極１５をパターニングするためのエッチング時には、強誘電体膜１３の外縁部が絶縁膜１４によって覆われているため、この絶縁膜１４がエッチング保護膜として機能し、強誘電体膜１３の外縁部がエッチングダメージを受けず、エッチングダメージによる電気絶縁性の低下は発生しない。したがって、この点からも、強誘電体膜１３の外縁部の表層部分を伝って流れる電流リーク（短絡）を阻止できる。
【００４０】
更に、本実施形態の強誘電キャパシタ素子１は、図１に示すように、膜厚の薄い強誘電体膜１３の外縁部を覆っている絶縁膜１４の上にも、上部電極１５が形成されている。これにより、上部電極１５と下部電極１１との間に介在する強誘電体膜１３が絶縁破壊されてリーク電流が流れることも阻止される。
【００４１】
図６は、強誘電体膜１３の外縁部を覆う絶縁膜１４によって絶縁破壊が阻止されることの説明図である。
図６の符号Ａで示す破線上における電界についてみると、下部電極１１と上部電極１５との間は、強誘電体膜１３による誘電体コンデンサと絶縁膜１４による絶縁体コンデンサとがの直列接続した構造をとる。単純化した考察では、下部電極１１と上部電極１５との間の印加電圧は、各々のコンデンサ容量の逆数で分圧される。コンデンサ容量は、比誘電率に比例し、ＰＺＴからなる強誘電体膜１３の比誘電率が約１０００であり、パリレン有機膜からなる絶縁膜１４の比誘電率が約２であるため、両者の膜厚が等しいとすると、強誘電体膜１３に印加される電圧は、印加電圧の１／５００程度となる。
【００４２】
このように、下部電極１１と上部電極１５との間に絶縁膜１４を介在させることで、強誘電体膜１３に印加される電圧を大幅に低下させることができ、強誘電体膜１３の絶縁破壊を阻止することができる。なお、絶縁膜１４としてパリレン有機膜を用いる場合、その絶縁破壊電界強度は２０ＭＶ／ｃｍと大きく、絶縁膜１４が絶縁破壊されることはない。
【００４３】
ここで、絶縁膜１４について補足する。
有機物からなる絶縁膜１４は、絶縁性が高く、かつ、絶縁破壊電圧（耐圧）も高く、さらには比誘電率が低いという特徴がある。
パリレン（ポリパラキシリレン）は、基板温度が室温で堆積可能な成膜特性をもち、かつ、ステップカバレッジが良好である。また、酸素ラジカル、または酸素プラズマによりエッチングも容易である。酸素で加工できる点は、強誘電体膜１３に用いられるＰＺＴが酸化物なので、ダメージフリーの点から好適である。また、全面成膜した後に、公知のリソグラフィー・エッチングにて開口部１４ａの形成ができる点も好適である。
【００４４】
また、ポリイミド樹脂は、パリレンと同様に、絶縁性が高く、かつ、絶縁破壊電圧（耐圧）も高く、さらには比誘電率が低いという材料であり、かつ、常用３４０℃程度の耐熱性もある。近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）の構造材として、感光性ポリイミド樹脂が一般的となり、ミクロンオーダー膜厚が容易に形成できるようになっている。感光性ポリイミドを使えば、開口部１４ａを形成するにあたり、パリレンでは必要であったエッチング工程が省略できるといメリットがある。
【００４５】
また、無機物からなる絶縁膜１４も、その後の熱プロセスの許容範囲を高める点で好適である。特にＳｉＯ２系の絶縁膜１４が好適である。これは、ドライエッチングで除去可能であるという特性をもち、かつ、絶縁膜１４の下地となる強誘電体膜１３（ＰＺＴ）に対して高い選択比が得られるからである。更に、絶縁膜１４は、ＰＺＴを構成する酸化ジルコニウム膜と同じ材料であっても良く、特に好ましくは、アモルファス状の形態がその後のエッチングの面から好適である。
【００４６】
〔実施例１〕
次に、本実施形態における強誘電キャパシタ素子１の一実施例（以下、本実施例を「実施例１」という。）について説明する。
本実施例１は、基板１０としてシリコン基板を準備し、シリコン基板を熱酸化して、表面に膜厚が約２００ｎｍの熱酸化膜を形成した。そして、熱酸化膜が形成されたシリコン基板の上面に、密着膜として、スパッタリング法によりチタン金属膜を膜厚約１０ｎｍで形成し、大気下の熱処理によって酸化チタン膜に変換した。
【００４７】
下部電極１１を形成するため、スパッタリング法により、膜厚１５０ｎｍの白金膜を堆積した。その後、ＰＺＴ前駆体溶液をスピン成膜・熱処理を施し、リソグラフィー・ウェットエッチングによりパターン形成して、下部電極１１上にシード層１２を形成した。次に、ＳＡＭ膜１６を形成した。具体的には、濃度が０．３ミリモル／リットルのパーフルオロデカンチオール（ALDRICH 660493-25G 1H,1H,2H,2H-Perfluorodecanethiol）のエタノール溶液（PFDT0.16g/Et-OH 1L）に、対象物を浸漬させて形成し、その後エタノール洗浄を施した。ＳＡＭ膜形成部位は、水接触角が１１０度以上の超撥水を示した。その後、インクジェット法による塗布膜の形成と加熱とを繰り返し、膜厚２μｍのＰＺＴからなる強誘電体膜１３を形成した。
【００４８】
絶縁膜１４としては、有機物であるパリレンからなる有機絶縁膜を採用した。本実施例では、パリレンをラボコータ（日本パリレン合資会社）にて膜厚１μｍで成膜した後、フォトリソグラフィー法により、強誘電体膜１３の外縁から５μｍだけ内側を露光、現像し、酸素プラズマによりアッシング（エッチング除去）し、マスク材のフォトレジストを有機溶媒で溶解・除去することで、開口部１４ａを形成した。有機溶媒に対してパリレンは溶解することがないので好適である。その後、上部電極１５として白金膜をスパッタリング法により１００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ・ドライエッチング法により、上部電極１５のパターン形成を行って、実施例１の強誘電キャパシタ素子を得た。
【００４９】
本実施例１の絶縁膜１４は比誘電率が１．７であり、ＰＺＴからなる強誘電体膜１３の比誘電率である１０００よりも十分に低かった。
【００５０】
〔実施例２〕
次に、本実施形態における強誘電キャパシタ素子１の他の実施例（以下、本実施例を「実施例２」という。）について説明する。
本実施例２では、絶縁膜１４として、有機物である感光性ポリイミド樹脂（住友ベークライト社製ＣＲＣ８８００）からなる有機絶縁膜を採用した。本実施例２では、感光性ポリイミド樹脂をスピン成膜にて膜厚２μｍで成膜し、１２０℃で乾燥後、フォトマスクで開口部１４ａのアライメントを行い、露光、現像にて開口部１４ａを形成し、乾燥後、３４０℃のキュア（熱硬化）にて形成した。なお、その他の工程は、上述した実施形態１と同様である。
【００５１】
本実施例２の絶縁膜１４は、比誘電率が２．４であり、ＰＺＴからなる強誘電体膜１３の比誘電率である１０００よりも十分に低かった。本実施例２では、上述した実施例１では開口部１４ａの形成に必要であったエッチング工程がない点がメリットとなっている。
【００５２】
〔実施例３〕
次に、本実施形態における強誘電キャパシタ素子１の更に他の実施例（以下、本実施例を「実施例３」という。）について説明する。
本実施例３では、絶縁膜１４として、無機物であるＳｉＯ２からなる無機絶縁膜を採用した。本実施例３では、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により、基板温度３７５℃にて、膜厚１μｍの絶縁膜１４を形成した後、上述した実施例１と同様な工程で開口部１４ａを形成した。開口部１４ａの形成では、ドライエッチングを用い、Ｃ８Ｆ１６ガスとＳＦ６ガスとの混合ガスによりマイルドにエッチングできた。なお、その他の工程は、上述した実施形態１と同様である。
【００５３】
本実施例３の絶縁膜１４は、比誘電率が３．７であり、ＰＺＴからなる強誘電体膜１３の比誘電率である１０００よりも十分に低かった。
【００５４】
〔実施例４〕
次に、本実施形態における強誘電キャパシタ素子１の更に他の実施例（以下、本実施例を「実施例４」という。）について説明する。
本実施例４では、絶縁膜１４として、無機物である酸化ジルコニウムからなる無機絶縁膜を採用した。本実施例４では、ＣＤＳ前駆体溶液を塗布した後、結晶化のための高温処理はせずに、４００℃の熱処理を行って、不定系ジルコニウム膜を得た。その後、上述した実施例１と同様な工程で開口部１４ａを形成した。不定系ジルコニウム膜なので、エッチングも容易にできた。なお、その他の工程は、上述した実施形態１と同様である。
【００５５】
本実施例４の絶縁膜１４は、比誘電率が７であり、ＰＺＴからなる強誘電体膜１３の比誘電率である１０００よりも十分に低かった。
【００５６】
〔実施例５〕
次に、本実施形態における強誘電キャパシタ素子１の更に他の実施例（以下、本実施例を「実施例５」という。）について説明する。
本実施例５では、絶縁膜１４として、上述した実施例３と同じものを用い、上部電極１５として、ルテニウム酸ストロンチウム膜をスパッタリング法により１０ｎｍ堆積させた上に、白金膜を１００ｎｍ堆積させ、フォトリソグラフィ・ドライエッチング法により、上部電極１５のパターン形成を行って、実施例５の強誘電キャパシタ素子を得た。
【００５７】
図７は、実施例１〜５の各強誘電キャパシタ素子の耐圧特性を示すグラフである。
このグラフは、ケースレー社製６４３０サブフェムトアンペアメータを用い、下部電極１１と上部電極１５との間の印加電圧を、開始電圧０Ｖから、ステップ電圧５Ｖで、ステップ時間を０．１秒に設定して徐々に高めていき、下部電極１１と上部電極１５との間を流れる電流量をケースレー社製６４３０サブフェムトアンペアメータにて測定したものである。測定開始待機時間は１秒とした。
【００５８】
図７に示すように、実施例１〜５のいずれの強誘電キャパシタ素子も、強誘電体膜１３の外縁（下部電極１１）と上部電極１５の外縁とのギャップＧを５μｍに設定しても、２００Ｖ以上の耐圧特性が得られた。
【００５９】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する
［第１態様］
第１態様は、下部電極１１と上部電極１５との間に、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜（例えば強誘電体膜１３）を挟んだ構造をもつキャパシタ（強誘電キャパシタ素子１）であって、前記下部電極と前記上部電極との間を絶縁する絶縁膜１４が、前記誘電体膜の外縁部を覆うように設けられ、前記絶縁膜は、前記上部電極が前記誘電体膜に接触するための開口部１４ａを備えることを特徴とするものである。
本態様においては、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜の外縁部が絶縁膜によって覆われているため、誘電体膜の外縁部付近に形成される上部電極と下部電極との距離が近くても、これらの間の電流リークが抑制される。その結果、誘電体膜のより外縁に近い部分まで上部電極を形成できるようになり、キャパシタ構造の不要部（誘電体膜のうち下部電極と上部電極との間に介在しない誘電体膜部分）の少ないキャパシタが得られる。
【００６０】
［第２態様］
第２態様は、第１態様において、前記誘電体膜は、前記下部電極上の一部に設けられ、前記絶縁膜は、前記下部電極のうち前記誘電体膜が設けられていない部分も覆うように設けられていることを特徴とするものである。
これによれば、誘電体膜の外縁部付近に形成される上部電極と下部電極との距離が近くても、絶縁膜の表層部分を伝って流れる電流が下部電極に流れ込むことはなく、絶縁膜の表層部分を伝って流れる電流による電流リークが抑制される。
【００６１】
［第３態様］
第３態様は、第１又は第２態様において、前記上部電極は、前記絶縁膜のうち前記誘電体膜の外縁部を覆っている部分の上にも設けられていることを特徴とするものである。
本態様においては、絶縁膜によって覆われる誘電体膜の外縁部においても、下部電極と上部電極とが対向し、キャパシタ構造となる。したがって、キャパシタ構造の不要部を更に少なくすることができる。しかも、誘電体膜の外縁部では、絶縁膜の膜厚分だけ、上部電極と下部電極との距離が長くなるため、これらの電極間における絶縁破壊の発生が抑制される。特に、絶縁膜は、通常、比誘電率が誘電体膜の比誘電率よりも低いため、誘電体膜の外縁部である薄い誘電体膜部分に分圧されて印加される電圧の大きさを小さくでき、絶縁破壊が生じやすい薄い誘電体膜部分での絶縁破壊を抑制できる。
【００６２】
［第４態様］
第４態様は、第１乃至第３態様のいずれかにおいて、前記絶縁膜は有機物からなることを特徴とするものである。
有機物からなる絶縁膜は、一般に、絶縁性が高く、かつ、絶縁破壊電圧（耐圧）も高いという特徴があるので、この絶縁膜に高い電圧が印加されても絶縁破壊が発生しにくく、誘電体膜の外縁部付近に形成される上部電極と下部電極との間の絶縁破壊による電流リークが有効に抑制できる。また、有機物からなる絶縁膜は、一般に、比誘電率が低いという特徴もあるので、上部電極が誘電体膜の外縁部を覆っている絶縁膜部分の上にも設けられている構成においては、絶縁膜の比誘電率が低い分、誘電体膜の外縁部である薄い誘電体膜部分に分圧されて印加される電圧の大きさを小さくできる。よって、絶縁破壊が生じやすい薄い誘電体膜部分での絶縁破壊を有効に抑制できる。なお、この場合、絶縁膜に分圧される電圧は大きいものとなるが、上述のとおり、絶縁性が高く、かつ、絶縁破壊電圧（耐圧）も高いという特徴があるので、絶縁膜の絶縁破壊も有効に抑制される。
【００６３】
［第５態様］
第５態様は、第１乃至第３態様のいずれかにおいて、前記絶縁膜は無機物からなることを特徴とするものである。
無機物からなる絶縁膜も、一般に、絶縁性が高く、かつ、絶縁破壊電圧（耐圧）も高いという特徴があるので、この絶縁膜に高い電圧が印加されても絶縁破壊が発生しにくく、誘電体膜の外縁部付近に形成される上部電極と下部電極との間の絶縁破壊による電流リークが有効に抑制できる。また、無機物からなる絶縁膜も、一般に、比誘電率が低いという特徴もあるので、上部電極が誘電体膜の外縁部を覆っている絶縁膜部分の上にも設けられている構成においては、絶縁膜の比誘電率が低い分、誘電体膜の外縁部である薄い誘電体膜部分に分圧されて印加される電圧の大きさを小さくできる。よって、絶縁破壊が生じやすい薄い誘電体膜部分での絶縁破壊を有効に抑制できる。なお、この場合、絶縁膜に分圧される電圧は大きいものとなるが、上述のとおり、絶縁性が高く、かつ、絶縁破壊電圧（耐圧）も高いという特徴があるので、絶縁膜の絶縁破壊も有効に抑制される。また、無機物からなる絶縁膜は、有機物からなる絶縁膜よりも、耐熱性が高いというメリットがある。
【００６４】
［第６態様］
第６態様は、第１乃至第５態様のいずれかにおいて、前記上部電極は導電性酸化物を含むことを特徴とするものである。
これによれば、密着力の良好な上部電極を得ることができる。
【００６５】
［第７態様］
第７態様は、下部電極１１と上部電極１５との間に誘電体膜（例えば強誘電体膜１３）を挟んだ構造をもつキャパシタ（強誘電キャパシタ素子１）の製造方法であって、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄い前記誘電体膜を前記下部電極上に形成する工程と、前記誘電体膜の外縁部を覆い、かつ、該誘電体膜の中央部を露出させる開口部１４ａを備えた絶縁膜１４を形成する工程と、前記上部電極を、前記開口部を介して前記誘電体膜に接触するように形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
本態様においては、中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜の外縁部が絶縁膜によって覆われるため、誘電体膜の外縁部付近に形成される上部電極と下部電極との距離が近くても、これらの間の電流リークが抑制される。その結果、誘電体膜のより外縁に近い部分まで上部電極を形成できるようになり、キャパシタ構造の不要部（誘電体膜のうち下部電極と上部電極との間に介在しない誘電体膜部分）の少ないキャパシタを製造することができる。
また、このような絶縁膜を設けることで、例えば上部電極をエッチングにより形成する際に、当該絶縁膜が保護膜となり、誘電体膜の外縁部がエッチングダメージを受けることも抑制できる。
【００６６】
［第８態様］
第８態様は、第７態様のキャパシタの製造方法において、前記誘電体膜は、インクジェット法により形成することを特徴とするものである。
本態様によれば、インクジェット法によるメリットを享受しつつ、インクジェット法により形成される誘電体膜（中央部よりも外縁部の膜厚の方が薄く構成された誘電体膜）によるデメリットである電流リークが抑制されたキャパシタを製造できる。
【符号の説明】
【００６７】
１        ：強誘電キャパシタ素子
１０      ：基板
１１      ：下部電極
１２      ：シード層
１３      ：強誘電体膜
１４      ：絶縁膜
１４ａ    ：開口部
１５      ：上部電極
１６      ：ＳＡＭ膜
Ｇ        ：ギャップ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６８】
【特許文献１】特開２０１８−４６０４２号公報
【図１】
2020155554.tif 000003
【図２】
2020155554.tif 000004
【図３】
2020155554.tif 000005
【図４】
2020155554.tif 000006
【図５】
2020155554.tif 000007
【図６】
2020155554.tif 000008
【図７】
2020155554.tif 000009