(57)【要約】【課題】漏れ電流が少なく、信頼性の高いキャパシタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明にかかるキャパシタ１００は、下部電極層１０と、下部電極層１０の上方に設けられた誘電体層２０と、誘電体層２０の上方に設けられた上部電極層３０と、を含み、下部電極層１０および上部電極層３０の少なくとも一方は、誘電体層２０に接して設けられた導電性酸化物層と、誘電体層２０に対して導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、を有し、平面視において、導電性酸化物層の輪郭は、誘電体層の導電性酸化物層に接する側の面の輪郭よりも内側にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極層と、
前記下部電極層の上方に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の上方に設けられた上部電極層と、
を含み、
前記下部電極層および前記上部電極層の少なくとも一方は、
前記誘電体層に接して設けられた導電性酸化物層と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、
を有し、
平面視において、前記導電性酸化物層の輪郭は、前記誘電体層の前記導電性酸化物層に接する側の面の輪郭よりも内側にある、キャパシタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記下部電極層および前記上部電極層は、
前記誘電体層に接して設けられた導電性酸化物層と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、
を有する、キャパシタ。
【請求項３】
請求項２において、
前記下部電極層を構成する前記導電性酸化物層の前記誘電体層に接する面の輪郭と、
前記上部電極層を構成する前記導電性酸化物層の前記誘電体層に接する面の輪郭とが一致する、キャパシタ。
【請求項４】
請求項１において、
前記下部電極層が、
前記誘電体層に接して設けられた導電性酸化物層と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、
を有し、
前記下部電極層を構成する前記導電性酸化物層の前記誘電体層に接する面の輪郭と、
前記上部電極層の前記誘電体層に接する面の輪郭とが一致する、キャパシタ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、
前記導電性酸化物層は、ＬａおよびＮｉを含む酸化物、および、ＳｒおよびＲｕを含む酸化物の少なくとも一方からなる層を有する、キャパシタ。
【請求項６】
下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層の上方に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層の上方に上部電極層を形成する工程と、
前記上部電極層の上方にパターニングされたマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をマスクとして、前記上部電極層から、少なくとも前記下部電極層の上面までドライエッチングを行うことによってパターニングする第１エッチング工程と、
ウエットエッチングを行う第２エッチング工程と、
を含み、
前記下部電極層を形成する工程および前記上部電極層を形成する工程の少なくとも一方は、
前記誘電体層に接して導電性酸化物層を形成する工程と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に金属層を形成する工程と、
を有し、
前記第２エッチング工程は、前記導電性酸化物層の周縁部をウエットエッチングする工程である、キャパシタの製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記下部電極層を形成する工程および前記上部電極層を形成する工程は、
前記誘電体層に接して導電性酸化物層を形成する工程と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に金属層を形成する工程と、
を有する、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、キャパシタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キャパシタは、一般に、無機酸化物からなる誘電体層を、金属からなる２つの電極層によって挟み込んだ構造を有する。このような構造のキャパシタは、各種の電子デバイスに利用されている。たとえば、記憶素子では、誘電体の分極を利用しており、圧電素子では誘電体の変形を利用している。このようなキャパシタの性能は、誘電体層、電極、およびそれらの界面の特性などに依存する。キャパシタの性能を高める上では、各部位の特性を改良することに加えて、キャパシタが製造工程で受ける損傷を最小限にする必要がある。
キャパシタが製造工程で損傷を受けると、２つの電極間に生じる漏れ電流の増加や界面の劣化による信頼性の低下を招くことがある。特に、キャパシタをドライエッチングにてパターニングする工程では、直接誘電体にプラズマが作用するため損傷が大きい。
【特許文献１】特開２００３−２４３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
キャパシタのドライエッチングによる漏れ電流の増加は、発明者の研究によれば、キャパシタの側面、すなわち誘電体層の側面を伝わって主に生じることが分かってきた。当該側面付近の誘電体は、ドライエッチングにより組成ずれが発生すること、結晶性がイオンの衝突により破壊されること、また、プラズマ中の電荷が注入されること、などがこの部位の漏れ電流を増大させている原因と考えられる。
【０００４】
本発明の目的は、漏れ電流が少なく、信頼性の高いキャパシタおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかるキャパシタは、
下部電極層と、
前記下部電極層の上方に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の上方に設けられた上部電極層と、
を含み、
前記下部電極層および前記上部電極層の少なくとも一方は、
前記誘電体層に接して設けられた導電性酸化物層と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、
を有し、
平面視において、前記導電性酸化物層の輪郭は、前記誘電体層の前記導電性酸化物層に接する側の面の輪郭よりも内側にある。
【０００６】
本発明において、特定のＡ層（以下、「Ａ層」という。）の上方に設けられた特定のＢ層（以下、「Ｂ層」という。）というとき、Ａ層の上に直接Ｂ層が設けられた場合と、Ａ層の上に他の層を介してＢ層が設けられた場合とを含む意味である。
【０００７】
本発明において、平面視において、特定のＣの輪郭が、特定のＤの輪郭の内側にあるというとき、ＣおよびＤを同一の平面図に描いたとき、Ｄの外周を示す線の内側に、Ｃの外周を示す線の全部が存在することを意味する。
【０００８】
このようなキャパシタは、少なくとも一方の電極と誘電体層の側面との間の電気的な経路が切断されるため、漏れ電流が低減される。
【０００９】
本発明にかかるキャパシタは、
前記下部電極層および前記上部電極層が、
前記誘電体層に接して設けられた導電性酸化物層と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、
を有することができる。
【００１０】
本発明にかかるキャパシタは、
前記下部電極層を構成する前記導電性酸化物層の前記誘電体層に接する面の輪郭と、
前記上部電極層を構成する前記導電性酸化物層の前記誘電体層に接する面の輪郭とが一致することができる。
【００１１】
このようにすれば、上下２つ電極の誘電体層に接する領域が、平面的に見て一致しているため、当該領域以外の領域に存在する誘電体層が、キャパシタの機能に寄与しなくなり、キャパシタの信頼性が向上する。
【００１２】
本発明にかかるキャパシタは、
前記下部電極層が、
前記誘電体層に接して設けられた導電性酸化物層と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に設けられた金属層と、
を有し、
前記下部電極層を構成する前記導電性酸化物層の前記誘電体層に接する面の輪郭と、前記上部電極層の前記誘電体層に接する面の輪郭とが一致することができる。
【００１３】
本発明にかかるキャパシタは、
前記導電性酸化物層が、ＬａおよびＮｉを含む酸化物、および、ＳｒおよびＲｕを含む酸化物の少なくとも一方からなる層を有することができる。
【００１４】
本発明にかかるキャパシタの製造方法は、
下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層の上方に誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層の上方に上部電極層を形成する工程と、
前記上部電極層の上方にパターニングされたマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をマスクとして、前記上部電極層から、少なくとも前記下部電極層の上面までドライエッチングを行うことによってパターニングする第１エッチング工程と、
ウエットエッチングを行う第２エッチング工程と、
を含み、
前記下部電極層を形成する工程および前記上部電極層を形成する工程の少なくとも一方は、
前記誘電体層に接して導電性酸化物層を形成する工程と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に金属層を形成する工程と、
を有し、
前記第２エッチング工程は、前記導電性酸化物層の周縁部をウエットエッチングする工程である。
【００１５】
このような製造方法によれば、平面視において、前記導電性酸化物層の輪郭は、前記誘電体層の前記導電性酸化物層に接する側の面の輪郭よりも内側にあるキャパシタを製造することができる。
【００１６】
本発明にかかるキャパシタの製造方法は、
前記下部電極層を形成する工程および前記上部電極層を形成する工程は、
前記誘電体層に接して導電性酸化物層を形成する工程と、
前記誘電体層に対して前記導電性酸化物層より外側に金属層を形成する工程と、
を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。
【００１８】
１．キャパシタ
図１は、本実施形態にかかるキャパシタ１００を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態にかかるキャパシタ１００を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態にかかるキャパシタ１００の要部を模式的に示す断面図である。
【００１９】
キャパシタ１００は、下部電極層１０と誘電体層２０と上部電極層３０とを含む。
【００２０】
下部電極層１０は、第１金属層１２と、第１金属層１２の上に形成された第１導電性酸化物層１４を有する。下部電極層１０は、上部電極層３０と対になりキャパシタ１００を構成する。第１金属層１２は、誘電体層２０の下部と必ずしも形状が一致している必要はない。たとえば、キャパシタ１００の隣に別のキャパシタがある時に、当該キャパシタの下部電極と共通の下部電極となるように電気的に接続することができる。第１金属層１２は、第１導電性酸化物層１４に電気的に接続して、第１導電性酸化物層１４の導電性を補う機能を有する。第１金属層１２は、たとえば、金、白金、ニッケル、イリジウム、およびこれらの合金、から選ばれる１種から構成された単層または積層構造を有する。
【００２１】
第１導電性酸化物層１４の輪郭は、平面視において、誘電体層２０の下面の輪郭（図２においては、誘電体層２０の下面の輪郭は、第１金属層１２の輪郭と等しい。）よりも内側にある。第１導電性酸化物層１４は、ＬａおよびＮｉを含む酸化物（ＬＮＯ）、および、ＳｒおよびＲｕを含む酸化物（ＳＲＯ）の少なくとも一方を含む層を有することができる。第１導電性酸化物層１４の材質は、さらに好ましくはＬＮＯである。
【００２２】
誘電体層２０は、下部電極層１０と上部電極層３０との間に設けられる。誘電体層２０は、上面の面積が下面の面積よりも小さい。誘電体層２０の側面の領域２２は、図１および図３に示すように、テーパー状に形成される。図面には、当該テーパーの傾斜は、誇張して描いてある。図３に示すように、誘電体層２０の下面の周縁部には、下部電極層１０と接触しない領域２１がある。誘電体層２０の上面の周縁部にも同様に、上部電極層３０と接触しない領域２３がある。
【００２３】
誘電体層２０には、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉを構成元素として含むチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を好適に用いることができる。また、誘電体層３０には、ＰＺＴにさらにＮｂをドープしたニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴＮ）を好適に用いることができる。
【００２４】
上部電極層３０は、第２導電性酸化物層３４と、第２導電性酸化物層３４の上に形成された第２金属層３２を有する。上部電極層３０は、下部電極層１０と対になりキャパシタ１００を構成する。
【００２５】
第２金属層３２は、第２導電性酸化物層３４に電気的に接続して、第２導電性酸化物層３４の導電性を補う機能を有する。第２金属層３２は、たとえば、金、白金、ニッケル、イリジウム、およびこれらの合金、から選ばれる１種から構成された単層または積層構造を有する。
【００２６】
第２導電性酸化物層３４の輪郭は、平面視において、誘電体層２０の上面の輪郭（図２においては、誘電体層２０の上面の輪郭は、第２金属層３２の輪郭と等しい。）よりも内側にある。第２導電性酸化物層３４は、ＬａおよびＮｉを含む酸化物、および、ＳｒおよびＲｕを含む酸化物の少なくとも一方の層を有することができる。第１導電性酸化物層１４の材質としては、ＬＮＯ、およびＳＲＯの少なくとも一方を含むものが好ましい。第１導電性酸化物層１４の材質は、さらに好ましくはＬＮＯである。
【００２７】
２．キャパシタの製造方法
図４ないし図６は、図１に示したキャパシタ１００の製造工程を模式的に示す断面図である。図７は、図８に示したキャパシタ１００の製造工程の一部を模式的に示す断面図である。図４ないし図７には、説明のために基体１が描かれている。
【００２８】
まず、図４に示すように、基体１の上に、下から順に、第１金属層１２ａ、第１導電性酸化物層１４ａ、誘電体層２０ａ、第２導電性酸化物層３４ａ、第２金属層３２ａを積層する。その上に、所定の形状にパターニングされたマスク層４０を形成する。
【００２９】
基体１としては、キャパシタ１００が圧電デバイスに用いられる場合には振動板であることができ、キャパシタ１００がメモリデバイスに用いられる場合には、層間絶縁層や配線層であることができる。
【００３０】
第１金属層１２ａは、基体１の上に、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法により形成される。第１導電性酸化物層１４ａは、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤなどの方法により形成される。誘電体層２０ａは、ゾルゲル法、ＣＶＤなどの方法により形成される。第２導電性酸化物層３４ａは、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤなどの方法により形成される。第２金属層３２ａは、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤなどの方法により形成される。マスク層４０は、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィーなど公知の方法でパターニングされる。
【００３１】
次に、図５に示すように、マスク層４０をマスクとして、上部電極層３０から、少なくとも下部電極層１０の上面までドライエッチングする第１エッチング工程を行う。図６は、下部電極層１０までドライエッチングされた状態を示している。第１エッチング工程のドライエッチングは、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマを発生させるエッチング装置にて行うことができる。例えば、上部電極層３０および下部電極層１０は、塩素とアルゴンの混合ガスで１．０Ｐａ以下の低圧力、バイアスは４００Ｗ以上の高バイアスパワーでドライエッチングを行うことができる。また、誘電体層２０は、電極層と同一のドライエッチング装置にて、塩素系ガス（例えばＢＣｌ３やＣｌ２）とフッ素系ガス（例えばＣＦ４やＣ４Ｆ８）の混合ガスで１．０Ｐａ以下の低圧力、４００Ｗ以上の高バイアスパワーで好適にドライエッチングを行うことができる。本工程において、図７に示すように、下部電極層１０の上面までドライエッチングして下部電極層１０の少なくとも一部を残してもよい。この場合は、下部電極層１０は隣接するキャパシタ等と電気的に接続する配線とすることができる。
【００３２】
次に、図６および図７に示すように、マスク層４０を除去する。マスク層４０の除去は、酸素プラズマを用いたアッシングプロセスなど公知の方法で行うことができる。
【００３３】
次いで、図１および図８に示すように、平面視において、第１導電性酸化物層１４および第２導電性酸化物層３４の輪郭が、誘電体層２０の導電性酸化物層（１４、３４）に接する側の面の輪郭よりもそれぞれ内側となるように、ウエットエッチングする第２エッチング工程を行う。本第２エッチング工程は、第１導電性酸化物層１４および第２導電性酸化物層３４を最終的には側面からエッチングする。第２エッチング工程に用いられるエッチャントは、導電性酸化物層の材質に対するエッチング速度が、その他の部材を構成する材質に対するエッチング速度よりも早いものを用いれば良い。たとえば、ＬＮＯをそれぞれの部材に用いた場合は、フッ化水素水溶液、ヘキサフルオロ珪酸水溶液、塩酸水溶液、硝酸水溶液、またはこれらの混合物から選ばれる一種を用いることができる。これにより誘電体層２０にはほとんど損傷を与えることなく導電性酸化物層（１４，３４）を除去できる。また、エッチング速度は、導電性無機酸化物の組成および厚みやエッチャントの組成を変化させることによって行うことができる。層の厚さが小さいほど、エッチング時のエッチャントの拡散が起こりにくくなるため、エッチング速度は低下する。そのため、例えば同一組成の導電性酸化物層であっても、層厚によってエッチング速度を変化させることができる。
【００３４】
本第２エッチング工程により、下部電極層１０および上部電極層３０は、誘電体層２０側の導電性酸化物層の一部が除去される。これにより、平面視において、下部電極層１０の上面の輪郭は、誘電体層２０の下面の輪郭より内側になり、上部電極層３０の下面の輪郭は、誘電体層２０の上面の輪郭よりも内側になる。その結果、キャパシタ１００は、図１ないし図３に示すように上下の電極の周縁部が誘電体層２０に接しない形状となり、誘電体層２０の下面および上面の周縁部の領域が露出する。
【００３５】
本工程によって露出した誘電体層２０の領域２１および領域２３は、誘電体層の側面の領域２２とは、形成方法が相違する（図３）。すなわち領域２１および領域２３は、ウエットエッチングにより選択的に形成されているが、領域２２は、ドライエッチングにより形成されている。したがって、領域２１および領域２３は、領域２２よりも損傷が少ない。
【００３６】
以上のように、本実施形態のキャパシタ１００の製造方法によれば、簡易なプロセスによって、キャパシタ１００を得ることができる。
【００３７】
本実施形態のキャパシタ１００は、次のような特徴を有する。
【００３８】
本実施形態のキャパシタ１００は、誘電体層２０の下面の電極と接触していない領域２１、および誘電体層２０の上面の電極と接触していない領域２３が形成されている。領域２１および領域２３は、損傷が少ない領域であり、導電性をほとんど有さない。そのため、領域２１および領域２３によって、下部電極層１０および上部電極層３０が、誘電体層の側面の領域２２に電気的に接続されなくなり、漏れ電流が生じる経路が遮断される。これによりキャパシタ１００の漏れ電流が抑制される。
【００３９】
また、本実施形態のキャパシタ１００の誘電体層２０の側面の領域２２は、それ自体が保護膜として機能することができる。すなわち、誘電体層２０の側面の領域２２付近の誘電体は、それ自体がキャパシタ系外からの不純物を遮断し、内部の誘電体を保護する機能を有している。そのため、誘電体層２０の内部の誘電体は劣化が抑制され、キャパシタ１００の信頼性が向上する。
【００４０】
３．変形例
本発明は、上記の実施形態で説明したものに限らず、種々の変形実施が可能である。以下に、変形例を説明するが、上記で説明したキャパシタ１００の構成と実質的に同一のものについては説明を省略する。
【００４１】
図９および図１１は、キャパシタ１００の変形例を模式的に示す断面図である。図１０および図１２は、キャパシタ１００の変形例を模式的に示す平面図である。
【００４２】
キャパシタ１００は、下部電極層１０および上部電極層３０のいずれか一方に導電性酸化物層を有することができる。そして、他方の電極層は、金属層のみで構成することができる。図９および図１０は、上部電極層３０に導電性酸化物層３４を有し、下部電極層１０は、金属層１２のみで構成された変形例を示す。図１１および図１２は、下部電極層１０に導電性酸化物層１４を有し、上部電極層３０は、金属層３２のみで構成された変形例を示す。このようにしても、下部電極層１０と接触していない領域２１、または上部電極層３０と接触していない領域２３のいずれかが、誘電体層２０の下面または上面に形成される。当該領域は、損傷が少ない領域であり、導電性をほとんど有さない。そのため、当該領域によって、下部電極層１０および上部電極層３０のいずれかが、誘電体層の側面の領域２２に電気的に接続されなくなり、漏れ電流が流れる経路が遮断される。このような変形を行ってもキャパシタ１００は、漏れ電流が少ないものとなる。
【００４３】
図１３は、キャパシタ１００の変形例を模式的に示す断面図である。図１４は、別の変形例を模式的に示す平面図である。
【００４４】
キャパシタ１００は、平面視において、第１導電性酸化物層１４の輪郭と、第２導電性酸化物層３４の輪郭とを一致させることができる。このようなキャパシタ１００の変形は、たとえば、導電性酸化物層の層厚を変化させることによってエッチング速度を変化させて、行うことができる。
【００４５】
このような変形を行うと、テーパー状に形成された誘電体層２０の周縁部の領域２４に存在する誘電体が、キャパシタ１００の作用に寄与しなくなる。これにより、圧電体キャパシタとして利用する場合は、領域２４に生じる歪みが小さくなる。また、誘電体キャパシタとして利用する場合は、領域２４に蓄積されるチャージが減少するため、キャパシタ１００の信頼性がさらに向上する。
【００４６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（たとえば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明にかかるキャパシタ１００を模式的に示す断面図。
【図２】本発明にかかるキャパシタ１００を模式的に示す平面図。
【図３】本発明にかかるキャパシタ１００の要部を模式的に示す断面図。
【図４】本発明のキャパシタの製造工程の一部を模式的に示す断面図。
【図５】本発明のキャパシタの製造工程の一部を模式的に示す断面図。
【図６】本発明のキャパシタの製造工程の一部を模式的に示す断面図。
【図７】本発明のキャパシタの製造工程の一部を模式的に示す断面図。
【図８】本発明にかかるキャパシタ１００を模式的に示す断面図。
【図９】本発明にかかるキャパシタ１００の変形例を模式的に示す断面図。
【図１０】本発明にかかるキャパシタ１００の変形例を模式的に示す平面図。
【図１１】本発明にかかるキャパシタ１００の変形例を模式的に示す断面図。
【図１２】本発明にかかるキャパシタ１００の変形例を模式的に示す平面図。
【図１３】本発明にかかるキャパシタ１００の変形例を模式的に示す断面図。
【図１４】本発明にかかるキャパシタ１００の変形例を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００４８】
１  基体、１０  上部電極層、１２  第１金属層、１４  第１導電性酸化物層、
２０  誘電体層、２１〜２４  領域、３０  上部電極層、３２  第１金属層、
３４  第１導電性酸化物層、４０  マスク層、１００  キャパシタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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