(57)【要約】【課題】キャパシタの寿命を長くすること。【解決手段】本発明は、窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程（ステップＳ１０）と、第１極性の直流電圧を印加したキャパシタを試験し、良品および不良品の前記キャパシタを選別する工程（ステップＳ１１）と、良品のキャパシタに前記第１の直流電圧とは反対の第２極性の直流電圧を印加する工程（ステップＳ１４）と、を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。【選択図】図２
2008078562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程と、
前記第１極性の直流電圧を印加した前記キャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタを選別する工程と、
前記良品のキャパシタに前記第１の直流電圧とは反対の第２極性の直流電圧を印加する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２極性の直流電圧を印加する工程は、前記第１極性の直流電圧を印加する工程の前あるいは後に実施されることを特徴とする請求項１記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記キャパシタ誘電体膜は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮであることを特徴とする請求項１記載の電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタであることを特徴とする請求項１記載の電子装置の制御方法。
【請求項５】
前記第２極性の直流電圧を印加する工程は、２００℃未満で実行されることを特徴とする請求項１記載の電子装置の製造方法。
【請求項６】
窒素およびシリコンを含むキャパシタ絶縁膜を誘電体膜として含みかつ試験工程において第１極性の直流電圧が印加されたキャパシタに対し、前記第１極性とは反対の第２極性の直流電圧を印加する保全ステップを有することを特徴とする電子装置の制御方法。
【請求項７】
前記保全ステップは、前記第１極性の直流電圧を印加する時間と少なくとも同じ時間実行されることを特徴とする請求項６記載の電子装置の制御方法。
【請求項８】
前記キャパシタは、交流電圧を印加して使用されることを特徴とする請求項６記載の電子装置の制御方法。
【請求項９】
前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタであることを特徴とする請求項６記載の電子装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置の製造方法および電子装置の制御方法に関し、特に、窒素およびシリコンを含むキャパシタ絶縁膜を誘電体膜とするキャパシタを有する電子装置の製造方法および電子装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタは電子装置において広く用いられる。キャパシタとして窒化シリコン（ＳｉＮ）膜または酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜等の窒素およびシリコンを含む絶縁膜を誘電体として用いるキャパシタがある。窒化シリコン膜および酸化窒化シリコン膜が酸化シリコン膜に比べ誘電率が大きいこと、プラズマＣＶＤを用い成膜することにより低温で形成できること、等の理由より、このキャパシタは、例えば化合物半導体基板上に形成する場合によく用いられる。これらのキャパシタに電圧を印加すると、ある時間後にキャパシタが破壊（または故障）してしまう。
【０００３】
非特許文献１に記載されているように、破壊に至る時間はキャパシタに印加される電圧に依存する。キャパシタに印加される電圧が高い場合は短時間でキャパシタが破壊し、電圧が低い場合はキャパシタが破壊するまでには長時間を要する。また、キャパシタには誘電体膜の欠陥等に起因する初期不良が存在する。初期不良のキャパシタは通常のキャパシタに比べ短時間で破壊してしまう。このため、初期不良するキャパシタを除外するために、正常なキャパシタは破壊しない程度の電圧を印加し初期不良するキャパシタを除外するスクリーニング試験が行われることもある。
【非特許文献１】Martin J. Brophy etal, “MIM’s the word - Capacitors for Fun and Profit” Proc. 2003 GaAs MANTECH Conf, p.57, 米国
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのキャパシタにおいて、使用電圧が印加された状態で破壊（または故障）するまでの時間（つまり寿命）を長くすることが求められている。本発明は、キャパシタの寿命を長くすることが可能な電子装置の製造方法および電子装置の制御方法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】
本発明は、窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程と、前記第１極性の直流電圧を印加した前記キャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタを選別する工程と、前記良品のキャパシタに前記第１の直流電圧とは反対の第２極性の直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。本発明によれば、キャパシタを選別するため印加された第１極性の直流電圧と反対の極性の第２極性の直流電圧を印加することにより、第１極性の直流電圧の印加により短くなったキャパシタの寿命を回復させることができる。これにより、キャパシタの寿命を長くすることができる。
【０００６】
上記構成において、前記第２極性の直流電圧を印加する工程は、前記第１極性の直流電圧を印加する工程の前あるいは後に実施される構成とすることができる。また、上記構成において、前記キャパシタ誘電体膜は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮである構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタである構成とすることができる。
【０００７】
上記構成において、前記第２極性の直流電圧を印加する工程は、２００℃未満で実行される構成とすることができる。この構成によれば、キャパシタに第２電圧を印加した効果をより発揮することができる。
【０００８】
本発明は、窒素およびシリコンを含むキャパシタ絶縁膜を誘電体膜として含みかつ試験工程において第１極性の直流電圧が印加されたキャパシタに対し、前記第１極性とは反対の第２極性の直流電圧を印加する保全ステップを有することを特徴とする電子装置の制御方法である。本発明によれば、試験工程において印加された第１極性の直流電圧と反対の極性の第２極性の直流電圧を印加することにより、試験工程により短くなったキャパシタの寿命を回復させることができる。これにより、キャパシタの寿命を長くすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記保全ステップは、前記第１極性の直流電圧を印加する時間と少なくとも同じ時間実行される構成とすることができる。この構成によれば、保全ステップの効果をより発揮することができる。
【００１０】
上記構成において、前記キャパシタは、交流電圧を印加して使用される構成とすることができる。また、前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタである構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、第１極性の直流電圧と反対の極性の第２極性の直流電圧を印加することにより、第１極性の直流電圧の印加により短くなったキャパシタの寿命を回復させることができる。これにより、キャパシタの寿命を長くすることが可能な電子装置の製造方法および電子装置の制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
実施例１はスクリーニング試験後、第２電圧を印加する例である。図１は窒化シリコン膜を有するＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）キャパシタ３０の構成を示す図である。ＧａＡｓ等からなる基板１０上に下部電極１２が設けられている。下部電極１２上にキャパシタ誘電体膜１４として約７０ｎｍの窒化シリコン膜が設けられている。誘電体膜１４上に上部電極１６が設けられている。ＭＩＭキャパシタ３０は、下部電極１２、誘電体膜１４および上部電極１６から構成される。ＭＩＭキャパシタ３０を覆うようにに窒化シリコン膜からなる保護膜１８が形成されている。保護膜１８上には上部電極１６および下部電極１２と電気的に接続する配線２０が設けられている。
【００１４】
下部電極１２、上部電極１６および配線２０は、蒸着法によりＴｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）／Ａｕ（金）がそれぞれ１００ｎｍ／１００ｎｍ／３００ｎｍで形成される。下部電極１２、上部電極１６および配線２０は、金属から構成されていればよく、スパッタ法で形成する場合は例えばＴｉＷ（チタンタングステン）／Ｐｔ／Ａｕがそれぞれ１００ｎｍ／１００ｎｍ／３００ｎｍで形成することもできる。誘電体膜１４はプラズマＣＶＤ法を用い約７０ｎｍ形成される。
【００１５】
図２は図１のＭＩＭキャパシタを有する電子装置を出荷する際の製造方法を示すフローチャートである。ＭＩＭキャパシタを含むＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏ−ｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等が完成した後、初期不良となるＭＩＭキャパシタ（初期不良品）を選別するスクリーニング試験を行う。スクリーニング試験として、まず、第１極性の直流電圧である第１電圧を印加する（ステップＳ１０）。次に、第１電圧を印加したキャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタに選別する（ステップＳ１１）。不良品は例えば廃棄し、良品はステップＳ１２に進める。ステップＳ１０は、短時間の電圧印加で行うため、例えば、使用電圧に対し大きい第１電圧を実際に使用されるキャパシタに対し印加する。また、ステップＳ１０を行う温度は室温または高温が好ましい。
【００１６】
ステップＳ１１において良品のキャパシタに対し、第１極性はキャパシタが実際に使用される使用電圧と同じ極性かを判断する（ステップＳ１２）。例えば使用電圧として下部電極１２が上部電極１６に対し正電位が印加される場合、スクリーニング試験の第１極性は下部電極１２が上部電極１６に対し正電位となっていれば第１極性は使用電圧と同じ極性であり、下部電極１２が上部電極１６に対し負電位となっていれば第１極性は使用電圧とは逆の極性である。ステップＳ１２において、Ｙｅｓの場合キャパシタに第１極性とは反対の第２極性の直流電圧である第２電圧を印加する（ステップＳ１４）。前記例の場合、キャパシタに下部電極１２が上部電極１６に対し負電位となるように第２電圧を印加する。ステップＳ１２において、Ｎｏの場合終了する。
【００１７】
実施例１のように、スクリーニング試験後、スクリーニング試験で印加された第１電圧とは極性が反転する第２電圧を印加することによる効果について説明する。図３は図１のキャパシタの寿命を評価したワイブルプロットである。キャパシタの寿命の評価は室温において使用電圧に対し高い電圧６３Ｖを印加し行った。このように高い電圧を印加することにより、キャパシタの破壊に至る時間が短くなり、加速試験を行うことができる。図３の横軸は破壊に至った時間である故障時間ｔｉｍｅの自然対数である。縦軸は累積故障率Ｆ（ｔ）（ｔは故障時間）の関数を示している。縦軸が０となる時間が特性寿命であり累積故障率が６３％となる時間を示している。特性寿命のことを単に寿命ともいう。
【００１８】
初期と示した白丸のデータは、スクリーニング試験をしていないキャパシタの寿命試験のデータである。スクリーニングと示された白三角のデータはスクリーニング試験としてキャパシタに第１電圧である
６３Ｖを２００秒印加後、第１電圧と同じ極性の電圧を印加し寿命を試験したデータである。第２電圧印加と示された黒丸のデータはスクリーニング試験後、キャパシタに第１電圧とは極性が反転する第２電圧である−６３Ｖを２００秒印加し、その後第１電圧と同じ極性の電圧を印加し寿命を試験したデータである。
【００１９】
初期とスクリーニングとの比較から、スクリーニング試験を行うことによりキャパシタの寿命が短くなっている。スクリーニングと第２電圧印加との比較からスクリーニング後第２電圧を印加することにより寿命は長くなり、ほぼ初期と同じ寿命となっている。このように、スクリーニング試験（ステップＳ１０、Ｓ１１）後、第１電圧とは極性が反転した第２電圧を印加する（ステップＳ１４）ことによりキャパシタの寿命を長くすることができる。これにより、正常品（初期不良品でないもの）の寿命を縮めることなくスクリーニング試験により初期不良品を除去することができる。なお、スクリーニング試験（ステップＳ１０、Ｓ１１）の前に第２電圧を印加することもできる。また、スクリーニング試験（ステップＳ１０）により印加される第１電圧が使用電圧と逆極性の場合は、スクリーニング試験による寿命の劣化はないため、第２電圧は印加しなくともよい。
【００２０】
さらに、図２の試験工程（ステップＳ１０）において、第１極性の直流電圧（第１電圧）が印加されたキャパシタに対し、保全ステップ（ステップＳ１４）として第２極性の直流電圧（第２電圧）を印加することもできる。保全ステップ（ステップＳ１４）はキャパシタの使用を開始する前、開始した後に行うことができる。キャパシタの寿命を回復させるためには、保全ステップ（ステップＳ１４）はステップＳ１０の第１電圧を印加する時間と少なくとも同じ時間行うことが好ましい。つまり、第１電圧を印加する時間以上行うことが好ましい。さらに、実施例３で説明するように、キャパシタの寿命を延ばすためには、キャパシタは交流電圧を印加して使用されることが好ましい。
【実施例２】
【００２１】
実施例２は使用電圧と極性が反対の第２電圧を印加する例である。図４は実施例１の図３と同様にキャパシタの寿命試験の結果である。第２電圧印加なしと示した白丸のデータは第２電圧を印加しないキャパシタの寿命試験のデータである。第２電圧印加と示した黒丸のデータは使用電圧（図４では加速試験の印加電圧）と反対の極性の第２電圧を印加したキャパシタの寿命試験のデータである。第２電圧を印加することにより寿命が長くなっている。このように、キャパシタの使用電圧とは極性が反対の第２電圧を印加することにより寿命の長いキャパシタを製造することができる。第２電圧の印加はスクリーニング試験として行うこともできる。これにより、製造工程を短縮することができる。
【００２２】
次に、実施例１および実施例２における第２電圧を印加する際の好ましい温度範囲について説明する。図５は６時間高温保存した後のキャパシタの寿命試験のデータである。図６は室温で６５Ｖ、２００秒間の電圧を印加後（第１電圧と極性が同じ）に６時間高温保存し、その後室温にて実施した寿命試験のデータである。また、図５および図６の寿命試験の条件は室温で６５Vである（第１電圧と極性が同じ）。
【００２３】
最初に、図５を参照に、高温保持後のキャパシタの寿命について説明する。室温、１２５℃または２００℃は、寿命の劣化が少ないが、２５０℃で高温保存すると寿命は短くなってしまう。つまり、キャパシタは、２５０℃以上の温度で保存あるいは使用すると劣化してしまう。
【００２４】
次に、図６を参照に、室温で６５Ｖ、２００秒間の電圧印加をした後に各種温度で保存されたキャパシタの寿命について説明する。室温、１２５℃または２５０℃で保存した場合は、保存後においてキャパシタの寿命は短くなる。一方、２００℃の高温保存後では、キャパシタの寿命は他の温度に比べ長くなる。これは、室温と１２５℃では、電圧印加によりキャパシタが劣化したことを示している。
【００２５】
一方、２００℃では、電圧印加の効果が温度によりリセットされ、キャパシタに電圧を印加する前の状態に戻ってしまう。本来、２００℃および２５０℃は、第１電圧と同じ極性の電圧を印加しているため室温および１２５℃と同様に寿命が短くなる方向にシフトするはずである。しかし、２００℃では、高温保存により寿命が短くなる方向へのシフト（つまり電圧印加の効果）がリセットされている。このように２００℃以上の高温保存では電圧印加の効果がリセットされてしまう。また、２５０℃では、電圧印加の効果はリセットされるものの、図５のように２５０℃の温度によりキャパシタが劣化したものと考えられる。以上のように、図６において、室温と１２５℃とでは温度依存性がなく、電圧印加の効果が維持されることを確認した。さらに、図６において、２００℃では、電圧印加の効果がリセットされ電圧印加と寿命との相関が小さくなることが確認できた。
【００２６】
このように、実施例１および実施例２において、キャパシタに第２電圧を印加した効果をより発揮するためには、第２電圧の印加は、電圧印加の効果がリセットされない２００℃未満の温度で行うことが好ましく、１２５℃以下がさらに好ましい。以上により、第２電圧の印加によるキャパシタの寿命改善効果（つまり第２電圧の電圧印加の効果）をリセットすることがなく、キャパシタの劣化を抑制することができる。
【実施例３】
【００２７】
実施例３はキャパシタを有する電子装置の制御方法の例である。図７を参照に、使用時間を０とする（ステップＳ２０）。キャパシタを使用するための使用電圧が印加される（ステップＳ２２）。使用時間が所定時間より長くなったか判断する（ステップＳ２４）。ここで、所定時間は、使用電圧でキャパシタが故障しない程度の時間とする。ステップＳ２４でＮｏの場合、ステップＳ２２に戻り使用を続ける。ステップＳ２４でＹｅｓの場合、使用電圧の極性を反転させる（ステップＳ２６）。終了しステップＳ２０に戻り使用時間を０として（ステップＳ２０）、キャパシタに使用電圧を印加する（ステップＳ２２）。
【００２８】
図８の極性反転なしと示した白丸のデータは、電圧の極性を反転せず６３Ｖを印加し加速試験を行ったデータであり、極性反転と示した黒丸のデータは１０秒ごとに６３Ｖと−６３Ｖとを入れ替えたときの寿命試験のデータである。図８より、キャパシタを使用するための電圧を反転させることにより、キャパシタの寿命を延ばすことができる。
【００２９】
また、電圧の極性を反転させるステップＳ２６は、ステップＳ２４のようにキャパシタの使用時間に応じ行うことができる。これにより、キャパシタの寿命に達する前に電圧の極性を反転させることができる。
【００３０】
実施例１から実施例３はＭＩＭキャパシタの例であったが、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）キャパシタでもよい。また、その他のキャパシタであってもよい。キャパシタ誘電体膜１４は窒化シリコン膜（ＳｉＮ）以外にも酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）等の窒素とシリコンを含む絶縁膜であればよい。
【００３１】
以上、発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は実施例で用いたキャパシタの断面図である。
【図２】図２は実施例１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は第２電圧を印加したキャパシタの寿命を示す図である。
【図４】図４はスクリーニング試験後に第２電圧を印加したキャパシタの寿命を示す図である。
【図５】図５は高温保存したキャパシタの寿命を示す図である。
【図６】図６は電圧印加後高温保存したキャパシタの寿命を示す図である。
【図７】図７は実施例３の制御方法を示したフローチャートである。
【図８】図８は使用電圧の極性を反転した場合の寿命を示した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０          基板
１２          下部電極
１４          誘電体膜
１６          上部電極
１８          保護膜
２０          配線
【図１】
2008078562.tif 000003
【図２】
2008078562.tif 000004
【図３】
2008078562.tif 000005
【図４】
2008078562.tif 000006
【図５】
2008078562.tif 000007
【図６】
2008078562.tif 000008
【図７】
2008078562.tif 000009
【図８】
2008078562.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月18日(2007.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程と、
前記第１極性の直流電圧を印加した前記キャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタを選別する工程と、
前記良品のキャパシタに前記第１の直流電圧とは反対の第２極性の直流電圧を印加する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程と、
前記第１極性の直流電圧と反対の第２極性の直流電圧を印加する工程と、
前記キャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタを選別する工程と、
をその順で有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記キャパシタ誘電体膜は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮであることを特徴とする請求項１または２記載の電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタであることを特徴とする請求項１または２記載の電子装置の制御方法。
【請求項５】
前記第２極性の直流電圧を印加する工程は、２００℃未満で実行されることを特徴とする請求項１または２記載の電子装置の製造方法。
【請求項６】
窒素およびシリコンを含むキャパシタ絶縁膜を誘電体膜として含みかつ試験工程において第１極性の直流電圧が印加されたキャパシタに対し、前記第１極性とは反対の第２極性の直流電圧を印加する保全ステップを有することを特徴とする電子装置の制御方法。
【請求項７】
前記保全ステップは、前記第１極性の直流電圧を印加する時間と少なくとも同じ時間実行されることを特徴とする請求項６記載の電子装置の制御方法。
【請求項８】
前記キャパシタは、交流電圧を印加して使用されることを特徴とする請求項６記載の電子装置の制御方法。
【請求項９】
前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタであることを特徴とする請求項６記載の電子装置の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程と、前記第１極性の直流電圧を印加した前記キャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタを選別する工程と、前記良品のキャパシタに前記第１の直流電圧とは反対の第２極性の直流電圧を印加する工程と、を有することを特徴とする電子装置の製造方法である。本発明によれば、キャパシタを選別するため印加された第１極性の直流電圧と反対の極性の第２極性の直流電圧を印加することにより、第１極性の直流電圧の印加により短くなったキャパシタの寿命を回復させることができる。これにより、キャパシタの寿命を長くすることができる。また、本発明は、窒素およびシリコンを含む絶縁膜をキャパシタ誘電体膜として含むキャパシタに、第１極性の直流電圧を印加する工程と、前記第１極性の直流電圧と反対の第２極性の直流電圧を印加する工程と、前記キャパシタを試験し、良品および不良品のキャパシタを選別する工程と、をその順で有することを特徴とする電子装置の製造方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記構成において、前記キャパシタ誘電体膜は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮである構成とすることができる。さらに、上記構成において、前記キャパシタはＭＩＳキャパシタまたはＭＩＭキャパシタである構成とすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
初期と示した白丸のデータは、スクリーニング試験をしていないキャパシタの寿命試験のデータである。スクリーニングと示された白三角のデータはスクリーニング試験としてキャパシタに第１電圧である６３Ｖを２００秒印加後、第１電圧と同じ極性の電圧を印加し寿命を試験したデータである。第２電圧印加と示された黒丸のデータはスクリーニング試験後、キャパシタに第１電圧とは極性が反転する第２電圧である−６３Ｖを２００秒印加し、その後第１電圧と同じ極性の電圧を印加し寿命を試験したデータである。