(57)【要約】【課題】  静電容量の増大を図りつつ、誘電体層と下部電極との密着性の向上が図られたキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタを提供する。【解決手段】  本発明に係るキャパシタ１０は、下部電極１４Ａと、下部電極１４Ａに成膜されたＳｉＯ２層２０とＳｉＯ２層２０上に成膜されたＳｉ３Ｎ４層２２とを有する誘電体層１６と、誘電体層１６上に形成された上部電極１４Ｂとを備えることを特徴とする。このように下部電極１４ＡとＳｉ３Ｎ４層２２との間にＳｉＯ２層２０を介在させると、従来キャパシタのように下部電極１４Ａに直接Ｓｉ３Ｎ４層２２を成膜した場合に比べ、下部電極１４ＡとＳｉ３Ｎ４層２２とが堅固に密着する。すなわち、本発明に係るキャパシタ１０は、誘電体層１６が高い誘電率を有するＳｉ３Ｎ４層を備えているため大きな静電容量を有しており、且つ、従来キャパシタに比べて誘電体層１６と下部電極１４Ａとの間の密着性が向上している。【選択図】  図１
2006222390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極に成膜された金属酸化物層と前記金属酸化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、
前記誘電体層上に形成された上部電極と
を備える、キャパシタ。
【請求項２】
前記金属酸化物層を構成する金属と前記金属窒化物層を構成する金属とが同一である、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記金属酸化物層及び前記金属窒化物層を構成する金属がＳｉ又はＡｌである、請求項２に記載のキャパシタ。
【請求項４】
前記下部電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌからなる群の中の少なくとも１種の材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のキャパシタ。
【請求項５】
下部電極と、前記下部電極に成膜された金属酸化物層と前記金属酸化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、前記誘電体層上に形成された上部電極とを備えるキャパシタを備える、フィルタ。
【請求項６】
下部電極に金属酸化物層を成膜すると共に、前記金属酸化物層上に金属窒化物層を成膜して、前記金属酸化物層及び前記金属窒化物層を有する誘電体層を形成するステップと、
前記誘電体層上に上部電極を形成するステップと
を備える、キャパシタの製造方法。
【請求項７】
前記金属酸化物層及び前記金属窒化物層をスパッタによって成膜し、
前記金属酸化物層のスパッタ成膜の際には、酸素ガスを含むガス雰囲気中において、金属ターゲットをスパッタし、
前記金属窒化物層のスパッタ成膜の際には、前記金属酸化物層のスパッタ成膜に用いた前記金属ターゲットを、窒素ガスを含むガス雰囲気中においてスパッタする、請求項６に記載の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、薄膜誘電体層を有するキャパシタ及びその製造方法、それを用いたフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この技術の分野におけるキャパシタを構成する誘電体層は、例えば、下記特許文献１に開示されている。この公報には、キャパシタの誘電体層として機能する絶縁膜に窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を用いることが開示されている。このようなＳｉ３Ｎ４に代表される金属窒化物は、誘電率が高い点で、キャパシタの誘電体層に適している。そのため、この金属窒化物によって誘電体層を構成することで、従来から多用されているＳｉＯ２等の金属酸化物で誘電体層を構成する場合に比べ、キャパシタの静電容量の増大を図ることができる。
【特許文献１】特開平１１−８３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この金属窒化物層は、一般に、金属酸化物層に比べて成膜時に生じる膜応力が大きいことが知られている。そのため、下部電極の表面に誘電体層を成膜した際、誘電体層が下部電極と十分に密着せずに、後段のアニール処理や超音波洗浄等において誘電体層が下部電極から剥離することがあった。
【０００４】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、静電容量の増大を図りつつ、誘電体層と下部電極との密着性の向上が図られたキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るキャパシタは、下部電極と、下部電極に成膜された金属酸化物層と金属酸化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、誘電体層上に形成された上部電極とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このキャパシタにおいては、下部電極に誘電体層の金属酸化物層が成膜されている。そして、この金属酸化物層上に金属窒化物層が成膜されている。このように下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させると、従来のキャパシタのように下部電極に直接金属窒化物層を成膜した場合に比べ、下部電極と金属窒化物層とが堅固に密着する。すなわち、本発明に係るキャパシタは、誘電体層が高い誘電率を有する金属窒化物層を備えているため大きな静電容量を有しており、且つ、従来のキャパシタに比べて誘電体層と下部電極との間の密着性が向上している。
【０００７】
また、金属酸化物層を構成する金属と金属窒化物層を構成する金属とが同一であることが好ましい。この場合、例えば金属酸化物層及び金属窒化物層をスパッタ成膜する場合、一つの金属ターゲットのみでこれらの層を成膜できるため、キャパシタを作製する際の手間と時間が削減される。
【０００８】
また、金属酸化物層及び金属窒化物層を構成する金属がＳｉ又はＡｌであることが好ましい。この場合、金属の入手が容易な上、実用的な素子特性を得ることができる。
【０００９】
また、下部電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌからなる群の中の少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。この場合、下部電極と金属窒化物層との間に介在する金属酸化物層によって、下部電極は金属窒化物層と堅固に密着する。
【００１０】
本発明に係るフィルタは、下部電極と、下部電極に成膜された金属酸化物層と金属酸化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、誘電体層上に形成された上部電極とを備えるキャパシタを備えることを特徴とする。
【００１１】
このフィルタにおいては、キャパシタの下部電極に誘電体層の金属酸化物層が成膜されている。そして、この金属酸化物層上に金属窒化物層が成膜されている。このように下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させると、従来のキャパシタのように下部電極に直接金属窒化物層を成膜した場合に比べ、下部電極と金属窒化物層とが堅固に密着する。すなわち、本発明のフィルタのキャパシタは、誘電体層が高い誘電率を有する金属窒化物層を備えているため大きな静電容量を有しており、且つ、従来のキャパシタに比べて誘電体層と下部電極との間の密着性が向上している。
【００１２】
本発明に係るキャパシタの製造方法は、下部電極に金属酸化物層を成膜すると共に、金属酸化物層上に金属窒化物層を成膜して、金属酸化物層及び金属窒化物層を有する誘電体層を形成するステップと、誘電体層上に上部電極を形成するステップとを備えることを特徴とする。
【００１３】
このキャパシタの製造方法においては、下部電極に誘電体層の金属酸化物層を成膜し、この金属酸化物層上に金属窒化物層を成膜する。このように下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させると、従来のキャパシタのように下部電極に直接金属窒化物層を成膜した場合に比べ、下部電極と金属窒化物層とが堅固に密着する。すなわち、本発明に係るキャパシタの製造方法を用いると、誘電体層が高い誘電率を有する金属窒化物層を備える静電容量の大きなキャパシタであって、従来のキャパシタに比べて誘電体層と下部電極との間の密着性が高いキャパシタを得ることができる。
【００１４】
また、金属酸化物層及び金属窒化物層をスパッタによって成膜し、金属酸化物層のスパッタ成膜の際には、酸素ガスを含むガス雰囲気中において、金属ターゲットをスパッタし、金属窒化物層のスパッタ成膜の際には、金属酸化物層のスパッタ成膜に用いた金属ターゲットを、窒素ガスを含むガス雰囲気中においてスパッタすることが好ましい。この場合、一つの金属ターゲットのみで金属酸化物層及び金属窒化物層が成膜されるため、キャパシタを作製する際の手間と時間が削減される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、静電容量の増大を図りつつ、誘電体層と下部電極との密着性の向上が図られたキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明に係るキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタを実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態にかかるキャパシタを示した概略断面図である。このキャパシタ１０は、基板１２と、キャパシタ１０に電圧を印加するための一対の電極対１４Ａ，１４Ｂと、電極対１４Ａ，１４Ｂの間に介在する誘電体層１６とを備えた薄膜積層構造を有している。
【００１８】
基板１２は、Ａｌ２Ｏ３で構成されており、適宜、平坦性を向上させるために表面をＡｌ２Ｏ３薄膜で被覆してもよい。なお、基板１２の構成材料は、例えばＳｉ等に変更可能である。
【００１９】
一対の電極対１４Ａ，１４Ｂのうち、基板１２に近いほうの電極（以下、下部電極と称す。）１４Ａは、基板１２の表面１２ａにスパッタ成膜されたＣｕシード層１８Ａを介してメッキ形成されたものであり、Ｃｕで構成されている。
【００２０】
この下部電極１４Ａ上には、誘電体層１６を構成するＳｉＯ２層２０（厚さ：１０ｎｍ）及びＳｉ３Ｎ４層２２（厚さ：１００ｎｍ）が順次積層されている。ＳｉＯ２層２０は、非晶質（アモルファス）のＳｉＯ２で構成されており、Ｓｉ３Ｎ４層２２も非晶質のＳｉ３Ｎ４で構成されている。なお、ＳｉＯ２層２０の厚さ（Ｄ１）は、１０ｎｍに限らず、５ｎｍ≦Ｄ１≦１５ｎｍの範囲で適宜変更してもよい。ＳｉＯ２層２０の厚さＤ１が５ｎｍより薄い場合にはＳｉＯ２層２０による絶縁を確実におこなうことが難しくなり、厚さＤ１が１５ｎｍより厚い場合には実用的なレベルのキャパシタ特性が得られない。また、Ｓｉ３Ｎ４層２２の厚さ（Ｄ２）も、１００ｎｍに限らず、適宜変更してもよい。
【００２１】
そして、誘電体層１６上に、電極対１４Ａ，１４Ｂのうちの基板１２から遠いほうの電極（以下、上部電極と称す。）１４Ｂが形成されている。この上部電極１４Ｂは、誘電体層１６上にスパッタ成膜されたＡｕシード層１８Ｂを介してメッキ形成されたものであり、Ａｕで構成されている。
【００２２】
次に、キャパシタ１０を作製する際に用いるスパッタ装置について、図２を参照しつつ説明する。この図２は、本発明の実施形態に係るスパッタ装置を示した一部切欠斜視図である。このスパッタ装置３０は、高周波スパッタ方式の成膜装置である。
【００２３】
スパッタ装置３０は、チャンバ３２と、チャンバ３２内における下端部近傍に設けられた基板ホルダ３４と、チャンバ３２内における上端部近傍に設けられたターゲット支持板３６とを備えている。
【００２４】
ターゲット支持板３６には、ターゲットホルダ３８が固定されており、このターゲットホルダ３８には金属ターゲット４０が取り付けられている。この金属ターゲット４０にはＳｉが用いられる。なお、この金属ターゲット４０に対面するように、図示しないシャッタが設けられており、必要に応じて開閉されるようになっている。
【００２５】
基板ホルダ３４は円板状であり、その上面３４ａに、下部電極１４Ａが形成された基板１２が載置される。基板１２はターゲット支持板３６に対面しており、ターゲット支持板３６に取り付けられた金属ターゲット４０をスパッタすることで、基板１２の下部電極１４Ａ上に誘電体層１６が成膜される。
【００２６】
また、チャンバ３２には、配管４２を介して真空ポンプ４４が取り付けられており、配管４２のバルブ４２ａを開閉することで、適宜、チャンバ３２内を真空状態にすることができる。さらに、チャンバ３２には、チャンバ３２内部に雰囲気ガスを導入する３つのガス管４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃと、排気に用いられる排気管４８が取り付けられている。
【００２７】
それぞれのガス管４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃからは、窒素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスが導入され、その途中に設けられた弁（例えば、電磁弁）５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによって流量がコントロールされる。
【００２８】
そして、このスパッタ装置３０においては、３つのガス管４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃから所定のガスを選択的に導入してチャンバ内雰囲気を調整した状態で、ターゲット支持板３６と基板ホルダ３４との間に高周波電圧を印加して、金属ターゲット４０のスパッタがおこなわれる。より詳しく説明すると、チャンバ３２内に酸素ガス及びアルゴンガスを導入してスパッタをおこなうと、基板１２上にＳｉＯ２層が成膜され、チャンバ３２内に窒素ガス及びアルゴンガスを導入してスパッタをおこなうと、基板１２上にＳｉ３Ｎ４層が成膜される。このように、金属ターゲット４０を変えることなく（すなわち、１つの金属ターゲットを用いて）、チャンバ３２内の雰囲気ガスを変更するだけで、ＳｉＯ２層及びＳｉ３Ｎ４層の両層を成膜することができるため、このスパッタ装置３０を用いることで上述した誘電体層１６を容易に形成することができる。
【００２９】
次に、上述したキャパシタ１０を作製する手順について、図３を参照しつつ説明する。この図３の（ａ）〜（ｅ）は、キャパシタ１０を作製する手順を順次示した図である。
【００３０】
キャパシタ１０を作製する際は、まず、図３（ａ）に示す基板１２を準備し、この基板１２の上面１２ａにＣｕシード層１８Ａをスパッタ成膜すると共に、このＣｕシード層１８Ａ上にＣｕをメッキ形成して下部電極１４Ａを形成する（図３（ｂ）参照）。なお、この下部電極１４Ａには、必要に応じて化学機械的研磨（ＣＭＰ）を施してもよい。
【００３１】
次に、この下部電極１４Ａが形成された基板１２を、上述したスパッタ装置３０の基板ホルダ３４上に装填し、チャンバ３２内をガス管４６Ｂ，４６Ｃから導入した酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気にした後、金属ターゲット４０のスパッタをおこなって下部電極１４Ａの上面にＳｉＯ２層２０を成膜する（図３（ｃ）参照）。ＳｉＯ２層２０の成膜後、上記混合ガスを排気管４８から排気し、今度はチャンバ３２内をガス管４６Ａ，４６Ｃから導入した窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気にした後、金属ターゲット４０のスパッタをおこなってＳｉＯ２層２０の上面にＳｉ３Ｎ４層２２を成膜する（図３（ｄ）参照）。
【００３２】
以上のようにして、ＳｉＯ２層２０とＳｉ３Ｎ４層２２とからなる誘電体層１６を形成した後、基板１２をスパッタ装置３０から取り出し、Ｓｉ３Ｎ４層２２の上面にＡｕシード層１８Ｂをスパッタ成膜すると共に、このＡｕシード層１８Ｂ上に上部電極１４Ｂをメッキ形成して、キャパシタ１０の作製が完了する（図３（ｅ）参照）。
【００３３】
以上で説明したように、キャパシタ１０の誘電体層１６の一部がＳｉ３Ｎ４層２２で構成されている。このようなＳｉ３Ｎ４層２２等の金属窒化物層は、ＳｉＯ２層２０等の金属窒化物層に比べてキャパシタの静電容量を大きくすることが一般に知られている。そのため、この誘電体層１６は、金属酸化物層だけで構成されている誘電体層に比べて大きな静電容量を有する。
【００３４】
そして、発明者らは、膜応力の大きいこの誘電体層１６のＳｉ３Ｎ４層２２を下部電極１４Ａ上に直接成膜する際に、より膜応力に小さい金属酸化物層であるＳｉＯ２層２０を介在させることで、Ｓｉ３Ｎ４層２２を下部電極１４Ａ上に直接成膜する場合に比べて、Ｓｉ３Ｎ４層２２と下部電極１４Ａとの間の密着性が向上することを新たに見出した。すなわち、誘電体層１６のＳｉ３Ｎ４層２２の成膜に先立ち、誘電体層１６の一部を構成するＳｉＯ２層２０を下部電極１４Ａ上に成膜することで、誘電体層１６と下部電極１４Ａとが堅固に密着する。従って、このキャパシタ１０は、誘電体層１６の成膜後におこなわれるアニール処理や超音波洗浄等において、誘電体層１６が下部電極１４Ａから剥離する事態が有意に抑制されている。
【００３５】
また、誘電体層１６のＳｉＯ２層２０とＳｉ３Ｎ４層２２とはいずれも構成金属が同一のＳｉとなっている。上述したスパッタ装置３０を用いてＳｉＯ２層２０及びＳｉ３Ｎ４層２２をスパッタ成膜する際、一つの金属ターゲット４０のみでこれらの層を成膜できる。つまり、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気中で金属ターゲット４０をスパッタすればＳｉＯ２層２０が成膜され、そのＳｉＯ２層２０のスパッタ成膜に用いた金属ターゲット４０を窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気中でスパッタすればＳｉ３Ｎ４層２２が成膜される。そのため、各膜２０，２２の成膜のたびに金属ターゲットを変更する必要がなく、キャパシタ１０を作製する際の手間と時間が削減される。なお、金属ターゲット４０は、金属の入手が容易な上、実用的な素子特性を得ることができる点で、Ｓｉ以外にＡｌでもよい。金属ターゲット４０をＡｌにした場合には、ＳｉＯ２層２０の代わりにＡｌ２Ｏ３層が成膜され、Ｓｉ３Ｎ４層２２の代わりにＡｌＮ層が成膜されたキャパシタが得られる。
【００３６】
ここで、下部電極１４Ａは、酸化しやすいＣｕで構成されているため、下部電極１４ＡとＳｉ３Ｎ４層２２との密着性が低下しやすくなっているが、下部電極１４ＡとＳｉ３Ｎ４層２２との間にＳｉＯ２層２０を介在させることで、有効に誘電体層１６と下部電極１４Ａとの間の密着性向上が図られている。換言すると、下部電極１４Ａは、下部電極１４ＡとＳｉ３Ｎ４層２２との間に介在するＳｉＯ２層２０によって、Ｓｉ３Ｎ４層２２と堅固に密着している。なお、下部電極１４Ａの構成材料は、Ｃｕ同様に酸化しやすい材料であれば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌからなる群の中の少なくとも１種の材料を含むものであってもよい。
【００３７】
なお、以上で説明したキャパシタ１０は、例えば、図４に示すような種々のフィルタに適用することができる。なお、図４はキャパシタ１０が適用されたフィルタの例を示した図であり、（ａ）はローパスフィルタ、（ｂ）はハイパスフィルタを示している。つまり、図４（ａ）に示したローパスフィルタ６０Ａ及び図４（ｂ）に示したハイパスフィルタ６０Ｂは、いずれもインダクタ（Ｌ）とキャパシタ（Ｃ）とレジスタ（Ｒ）を１個ずつ備えており、そのキャパシタとして上述したキャパシタ１０が用いられている。つまり、このようなフィルタ６０Ａ，６０Ｂは、キャパシタ１０を採用することで大きな静電容量を具備し、そのキャパシタ１０においては誘電体層１６と下部電極１４Ａとが堅固に密着している。なお、図４では簡単な構成のフィルタを示したが、キャパシタ１０は、Ｌ、Ｃ及びＲを１つ又は複数備えた様々なタイプのフィルタに適用することができる。
【００３８】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、キャパシタは、必ずしも基板を備える必要はなく、適宜除去してもよい。また、誘電体層の成膜に用いるスパッタ装置は、高周波スパッタ方式のものに限らず、ＥＣＲスパッタ方式等の公知の方式のスパッタ装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るキャパシタを示した概略断面図である。
【図２】図１に示したキャパシタの作製に用いるスパッタ装置を示した一部切欠斜視図である。
【図３】図１に示したキャパシタを作製する手順を示した図である。
【図４】図１に示したキャパシタが適用されたフィルタの例を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…キャパシタ、１２…基板、１４Ａ…下部電極、１４Ｂ…上部電極、１６…誘電体層、２０…ＳｉＯ２層、２２…Ｓｉ３Ｎ４層、３０…スパッタ装置、４０…金属ターゲット、６０Ａ，６０Ｂ…フィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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