(57)【要約】【課題】  リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる薄膜キャパシタを提案するとともに、そのような薄膜キャパシタを製造する方法を提案する。【解決手段】  絶縁性基板２の上に第一の絶縁性水素バリア層３が形成され、その上にキャパシタ部４が形成されており、下部電極４ａの一部及び上部電極４ｃの一部を除いたキャパシタ部４全体及び第一の絶縁性水素バリア層３が第二の絶縁性水素バリア層５で覆われており、下部電極４ａの一部及び上部電極４ｃの一部が導電性水素バリア層７で覆われており、第一の絶縁性水素バリア層３は、キャパシタ部が形成されていない部分の厚さｔ２が、キャパシタ部が形成されている部分の厚さｔ１よりも薄い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板の上に、下部電極、誘電体層、上部電極の順に重ねられて形成されたキャパシタ部を有する薄膜キャパシタにおいて、
前記絶縁性基板と前記キャパシタ部の前記下部電極との間に第一の絶縁性水素バリア層が形成され、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を除いた前記キャパシタ部全体と前記第一の絶縁性水素バリア層とが第二の絶縁性水素バリア層で覆われており、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部が導電性水素バリア層で覆われており、
前記第一の絶縁性水素バリア層は、前記キャパシタ部が形成されていない部分の厚みが、前記キャパシタ部が形成されている部分の厚みよりも薄いことを特徴とする薄膜キャパシタ。
【請求項２】
前記第一の絶縁性水素バリア層は、前記キャパシタ部が形成されていない部分が除去されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項３】
絶縁性基板の上に薄膜形成プロセスによって下部電極、誘電体層及び上部電極を順次形成してキャパシタ部を形成する薄膜キャパシタの製造方法において、
前記絶縁性基板の上に第一の絶縁性水素バリア層を形成する第一のステップと、
前記第一の絶縁性水素バリア層の上に前記下部電極、前記誘電体層及び前記上部電極となる層を順次形成する第二ステップと、
前記下部電極、前記誘電体層及び前記上部電極となる層をパターニングしてエッチングし、前記キャパシタ部を形成する第三ステップと、
前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を除いた前記キャパシタ部全体と前記第一の絶縁性水素バリア層とを覆う第二の絶縁性水素バリア層を形成する第四ステップと、
前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を覆う導電性水素バリア層を形成する第五ステップと、
を含んでおり、前記第三ステップは、前記キャパシタ部となる部分以外の前記下部電極、前記誘電体層及び前記上部電極となる層をエッチングするとともに、さらにその下の前記第一の絶縁性水素バリア層をエッチングすることを特徴とする薄膜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、水素バリア層で被覆されている薄膜キャパシタとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化が進んでおり、これに用いられるコンデンサ等の回路部品も小型化が進んできている。このような小型化の要求に対応可能な電子部品の一つとして、薄膜コンデンサに代表される薄膜電子部品がある。薄膜コンデンサは、絶縁基板の上に、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法あるいはゾルゲル法等の薄膜形成プロセスによって下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を形成することによって得られる。このような薄膜コンデンサは、厚さが１μｍ以下の誘電体層を形成することが容易なため、高い静電容量が得られるものである。
【０００３】
しかし、薄膜キャパシタは、その製造過程において発生する水素等の還元ガスにより、リーク電流特性の劣化などが発生することが知られている。薄膜キャパシタは、通常絶縁膜によって被覆される。しかし、この絶縁膜をＣＶＤ法などにより形成する工程において水素が発生する。この水素によって薄膜キャパシタの劣化が生じてしまう。また、薄膜キャパシタは回路装置へ実装するための端子をメッキ等によって形成する。このメッキ工程においても水素が発生する。よって薄膜キャパシタは、その製造工程において、特性を劣化させる水素に晒されることが多い。また、この水素は絶縁膜や電極等の金属膜に吸蔵され、薄膜キャパシタを実装するときのリフロー工程等の加熱を伴う工程において再び放出される。この放出された水素が誘電体層内に拡散することによって、薄膜キャパシタの特性の劣化が生じてしまうこともある。  
【０００４】
そこで、このような水素による特性の劣化を防止するため、下部電極、誘電体薄膜及び上部電極で構成されるキャパシタ部を、水素の侵入を防止する水素バリア層によって覆う方法が例えば特開２００１−２９１８４３号公報等に提案されている。この特許文献に提案されている方法は、上部電極及び下部電極の一部を除いたキャパシタ部全体を絶縁性水素バリア層で覆うもので、水素の侵入を阻止する効果が高いものである。  
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９１８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特開２００１−２９１８４３号公報に開示されている薄膜キャパシタは、図１１に示すように、絶縁基板の上に第一の絶縁性水素バリア層を形成し、その上にキャパシタ部を形成し、さらにこのキャパシタ部及び第一の絶縁性水素バリア層の上に第二の絶縁性水素バリア層を形成するものである。この場合、第二の絶縁性水素バリア層は、キャパシタ部の上に形成されるため、段差部分で屈曲部が形成される。このような屈曲部分は、曲げ、圧縮等の機械的応力や熱応力等の、様々な応力が集中しやすい部分である。そのため、この屈曲部分はクラックが発生しやすい部分である。このようなクラックが発生すると、ここから水素が侵入して、薄膜キャパシタの劣化を引き起こす。  
【０００７】
特に第一の絶縁性水素バリア層と第二の絶縁性水素バリア層とが接する部分の屈曲部分においては、キャパシタ部の下部電極もあるため、応力が集中しやすく、クラックが発生しやすい。また、クラックが発生した場合、図１２に示すように、クラックがキャパシタ部に直接かかる場合がある。このような場合、キャパシタ部がクラックを通して侵入した水素に直接晒されて、劣化を引き起こしやすくなる。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決して、リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる薄膜キャパシタを提案するとともに、そのような薄膜キャパシタを製造する方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では第一の解決手段として、絶縁性基板の上に、下部電極、誘電体層、上部電極の順に重ねられて形成されたキャパシタ部を有する薄膜キャパシタにおいて、前記絶縁性基板と前記キャパシタ部の前記下部電極との間に第一の絶縁性水素バリア層が形成され、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を除いた前記キャパシタ部全体と前記第一の絶縁性水素バリア層とが第二の絶縁性水素バリア層で覆われており、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部が導電性水素バリア層で覆われており、前記第一の絶縁性水素バリア層は、前記キャパシタ部が形成されていない部分の厚みが、前記キャパシタ部が形成されている部分の厚みよりも薄い薄膜キャパシタを提案する。
【００１０】
上記第一の解決手段によれば、第二の絶縁性水素バリア層の屈曲部がキャパシタ部から離れるように形成することができる。そのため屈曲部にクラックが発生してもそのクラックがキャパシタ部に直接かかることが少なくなる。これによって、リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる。
【００１１】
また、上記第一の解決手段に加えて、前記第一の絶縁性水素バリア層の前記キャパシタ部が形成されていない部分を除去しても良い。この場合、屈曲部がキャパシタ部から最も離れるので、特性劣化の低減効果がより高くなる。
【００１２】
また、本発明では第ニの解決手段として、絶縁性基板の上に薄膜形成プロセスによって下部電極、誘電体層及び上部電極を順次形成してキャパシタ部を形成する薄膜キャパシタの製造方法において、前記絶縁性基板の上に第一の絶縁性水素バリア層を形成する第一のステップと、前記第一の絶縁性水素バリア層の上に前記下部電極、前記誘電体層及び前記上部電極となる層を順次形成する第二ステップと、前記下部電極、前記誘電体層及び前記上部電極となる層をパターニングしてエッチングし、前記キャパシタ部を形成する第三ステップと、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を除いた前記キャパシタ部全体と前記第一の絶縁性水素バリア層とを覆う第二の絶縁性水素バリア層を形成する第四ステップと、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を覆う導電性水素バリア層を形成する第五ステップと、を含んでおり、前記第三ステップは、前記キャパシタ部となる部分以外の前記下部電極、前記誘電体層及び前記上部電極となる層をエッチングするとともに、さらにその下の前記第一の絶縁性水素バリア層をエッチングする薄膜キャパシタの製造方法を提案する。
【００１３】
上記第二の解決手段によれば、第一の絶縁性水素バリア層をエッチングしてその厚みを薄くすることにより、第二の絶縁性水素バリア層の屈曲部をキャパシタ部から離れるように形成することができる。このようにすればリーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる薄膜キャパシタを得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる薄膜キャパシタを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の薄膜キャパシタに係る実施の形態について、図面に基づいて説明する。薄膜キャパシタ１は絶縁基板２上に第一の絶縁性水素バリア層３が形成され、その上に下部電極４ａ、誘電体薄膜４ｂ及び上部電極４ｃで構成されるキャパシタ部４が形成され、上部電極４ｃの一部及び下部電極４ａの一部を除いたキャパシタ部４全体と第一の絶縁性水素バリア層３とを覆うように第二の絶縁性水素バリア層５が形成され、第二の絶縁性水素バリア層５に覆われていない下部電極４ａの一部及び上部電極４ｃの一部を覆うように導電性水素バリア層７が形成されている。そして導電性水素バリア層７上に端子電極８が形成され、第二の絶縁性水素バリア層５を覆うように絶縁層６が適宜形成される。なお、この絶縁層６をさらに絶縁性水素バリア層で覆っても良い。また、図１においては下部電極４ａと接続する導電性水素バリア層７及び端子電極８を便宜上省略している。これらの層はスパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法あるいはゾルゲル法等の薄膜形成プロセスを適宜選択して形成される。
【００１６】
絶縁基板２は、薄膜形成プロセスに耐えられる絶縁材料であれば良く、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）またはＳｉウェハ等が好適に用いられる。また、絶縁基板２は切断分割して複数の個別チップ部品が得られるいわゆる集合基板でも良いし、半導体装置等の他の回路が形成された基板でも良い。
【００１７】
第一の絶縁性水素バリア層３及び第二の絶縁性水素バリア層５は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯｘ、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮなどの材料で形成される。第一の絶縁性水素バリア層３と第二の絶縁性水素バリア層５は、互いに異なる材料を用いても良いし、同じ材料を用いても良い。
【００１８】
キャパシタ部４は、下部電極４ａ、誘電体薄膜４ｂ及び上部電極４ｃで構成されている。下部電極４ａ及び上部電極４ｃはＰｔ等の金属の他、ＬａＮｉＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＩｒＯ２等の導電性酸化物を用いても良い。誘電体薄膜４ｂはチタン酸バリウム（ＢＴ）、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）等の誘電体材料で形成される。このキャパシタ部４は、下部電極４ａ、誘電体薄膜４ｂ及び上部電極４ｃのそれぞれを構成する薄膜を積層したのち、フォトレジスト等を用いてパターニングしてドライエッチングやウェットエッチング等の方法で所定の形状に形成する。
【００１９】
導電性水素バリア層７は、例えばＴｉＮやＴａＮ、またはそれらの積層膜例えばＴａＮとＴａ金属との積層膜等で形成される。導電性水素バリア層７はそのままでは外部回路と接続できないので、端子電極１０を介して外部の回路と電気的に接続される。端子電極１０は従来のバンプの形成方法によって形成することができる。端子電極１０の材料としてはＳｎ−ＡｇなどのＳｎ合金が好適に用いられる。
【００２０】
絶縁層６は必要に応じて第一の絶縁性水素バリア層３、第二の絶縁性水素バリア層５及びキャパシタ部４を覆うように形成される。絶縁層６の材料としてはＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等が好適に用いられる。
【００２１】
このような薄膜キャパシタ１は、キャパシタ部４全体が第一の絶縁性水素バリア層３、第二の絶縁性水素バリア層５及び導電性水素バリア層７によって囲まれている。ここで、第一の絶縁性水素バリア層３は、キャパシタ部４が形成されていない部分の厚さｔ２が、キャパシタ部４が形成されている部分の厚さｔ１よりも薄くなっている。また、第一の絶縁性水素バリア層３のキャパシタ部４が形成されていない部分のうち、キャパシタ部４の周囲近傍に、傾斜部が形成されることがある。この傾斜部の任意の部分の厚さｔ３もｔ１よりも薄くなっている。
【００２２】
このような構造を有する本発明の薄膜キャパシタの効果について、図２及び図３に基づいて説明する。図２に示すように、第二の絶縁性水素バリア層５は、キャパシタ部４の形状に沿って屈曲部が形成される。この屈曲部は薄膜キャパシタ１にかかる応力によりクラックが発生しやすい部位である。特に絶縁基板２に近い屈曲部は応力がかかりやすく、クラックが発生しやすい。
【００２３】
図２に示すように、第一の絶縁性水素バリア層３のキャパシタ部４が形成されていない部分の厚さｔ２が、キャパシタ部４が形成されている部分の厚さｔ１よりも薄く形成されていると、第二の絶縁性水素バリア層５の、絶縁基板２に近い屈曲部は、キャパシタ部４から離れて形成される。このような構造であれば、屈曲部にクラックが発生しても、クラックがキャパシタ部４に達せずに水素バリア層内に留めることができる。このため、クラックから水素が侵入してもキャパシタ部４へ届かないようにできる。これによってリーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる。
【００２４】
なお、本発明の実施形態の別例として、図３に示すように、キャパシタ部４が形成されていない部分の第一の絶縁性水素バリア層３を除去しても良い。この場合、屈曲部をキャパシタ部４から遠ざける効果がより高くなるので、薄膜キャパシタ１の特性劣化をより低減することができる。
【００２５】
次に、本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスについて、図４乃至図１０に基づいて説明する。
【００２６】
まず、図４に示すように、絶縁基板２を用意する。この絶縁基板２上に第一の絶縁性水素バリア層３を形成する。この第一の絶縁性水素バリア層３は、例えば１００ｎｍ前後の厚さで形成される。
【００２７】
続いて、図５に示すように、第一の絶縁性水素バリア層３の上に、下部電極となる層４ａ、誘電体薄膜４ｂ及び上部電極となる層４ｃを順次形成する。誘電体薄膜４ｂは１μｍ以下の厚さ、例えば５００ｎｍの厚さに形成される。下部電極となる層４ａ及び上部電極となる層４ｃは誘電体薄膜４ｂの厚さ以下、例えば２５０ｎｍの厚さに形成される。
【００２８】
続いて、上部電極となる層４ｃ上に、図示しないレジスト等によって、例えば３．２ｍｍ×２．５ｍｍの略矩形形状のパターンを形成する。次いでエッチングを行い余分な層を除去する。このとき、第一の絶縁性水素バリア層３もエッチングする。次いでレジストを除去して、図６に示すように、キャパシタ部４を形成する。このとき、第一の絶縁性水素バリア層３は、キャパシタ部４が形成されていない部分がエッチングによりキャパシタ部４下の部分より薄くなっている。
【００２９】
続いて、図７に示すように、キャパシタ部４及び第一の絶縁性水素バリア層３上に、第二の絶縁性水素バリア層５を形成する。第二の絶縁性水素バリア層５の厚さは、第一の絶縁性水素バリア層３と同じ厚さで形成しても良い。
【００３０】
続いて、図８に示すように、第二の絶縁性水素バリア層５上に絶縁層６を形成する。なお、この絶縁層６は前述のとおり必要に応じて形成するものなので、必要でない場合には形成しなくても良い。
【００３１】
続いて、図９に示すように、エッチングまたはレーザ加工機によって絶縁層６及び第二の絶縁性水素バリア層５に穴あけ加工を行い、上部電極４ｃに達する孔及び下部電極４ａに達する孔（図示しない）を形成する。続いて、図１０に示すように、形成した孔に導電性水素バリア層７を形成する。この時点でキャパシタ部４は全体を水素バリア層で覆われるようになる。
【００３２】
続いて、導電性水素バリア層７上に、既存のバンプ形成方法、例えば電解メッキによってＳｎ合金を析出させてその後アニールすることにより、端子電極８を形成する。このようにして図１に示す薄膜キャパシタ１を得ることができる。
【００３３】
以上、本発明の薄膜キャパシタ及びその製造方法について説明したが、上記の記載に限定されることはなく、キャパシタの形状等、本発明の範囲内で変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の薄膜キャパシタを模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の薄膜キャパシタの効果を説明するための部分拡大図である。
【図３】本発明の薄膜キャパシタの別例を示す部分拡大図である。
【図４】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図５】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図６】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図７】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図８】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図９】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図１０】本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスを示す模式断面図である。
【図１１】従来の薄膜キャパシタを模式的に示す断面図である。
【図１２】従来の薄膜キャパシタを模式的に示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１’  薄膜キャパシタ
２  絶縁基板
３  第一の絶縁性水素バリア層
４  キャパシタ部
４ａ  下部電極
４ｂ  誘電体薄膜
４ｃ  上部電極
５  第ニの絶縁性水素バリア層
６  絶縁層
７  導電性水素バリア層
８  端子電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010003775.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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