(57)【要約】【課題】安定生産が可能で、使用時に実装用端子から誘電体層への水素原子の拡散を抑制することが可能な誘電体キャパシタを提供。【解決手段】基板１１上に一方の電極１２と誘電体層１３と他方の電極１４とがこの順に積層され、他方の電極上を被覆する第１の絶縁層１５には他方の電極の上面１４Ｔの一部を露出する第１の開口部１５ｂが形成され、第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層１６には他方の電極の上面の一部を露出する第２の開口部１６ｂが形成され、第２の開口部の開口寸法が第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成され、凹部Ｈの表面が導電性水素バリア層１７で被覆されている。このため、誘電体層への水素原子の拡散をより確実に抑制でき、リーク電流特性や誘電特性等の誘電体キャパシタの特性の劣化を抑制できる。【選択図】図１
2008252011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の主面側に、一方の電極と他方の電極とが誘電体層を挟んで対向するように、前記一方の電極と誘電体層と他方の電極とがこの順に積層された誘電体キャパシタにおいて、前記他方の電極の上面の一部を露出する第１の開口部が形成されるとともに前記他方の電極上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層と、前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部を露出する第２の開口部が形成されるとともに前記第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層と、を備え、前記第２の開口部の開口寸法が前記第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部により露出された前記他方の電極の上面の一部と前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層の表面とに亘る凹部の表面が導電性水素バリア層で被覆されていることを特徴とする誘電体キャパシタ。
【請求項２】
基板の一方の主面側に、一方の電極と他方の電極とが前記誘電体層を挟んで対向するように、一方の電極と誘電体層と他方の電極とが交互に複数積層された誘電体キャパシタにおいて、前記それぞれの他方の電極の上面の一部を露出する第１の開口部がそれぞれ形成されるとともに前記他方の電極上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層と、前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部を露出する第２の開口部がそれぞれ形成されるとともに前記第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層と、を備え、前記第２の開口部の開口寸法が前記第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部により露出された前記それぞれの他方の電極の上面の一部と前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層の表面とに亘る凹部の表面が導電性水素バリア層で被覆されていることを特徴とする誘電体キャパシタ。
【請求項３】
前記第１の開口部の内周面及び第２の開口部の内周面に傾斜部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電体キャパシタ。
【請求項４】
前記他方の電極上を被覆する第１の絶縁層に複数の開口が設けられ、前記他方の電極の上面と前記導電性バリア層とが複数個所で接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の誘電体キャパシタ。
【請求項５】
前記導電性水素バリア層で被覆された凹部内に充填されたビア導体と、該ビア導体に接続された実装用端子とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の誘電体キャパシタ。
【請求項６】
前記導電性水素バリア層で被覆された凹部内に充填されたビア導体と、該ビア導体に接続された配線層とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の誘電体キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定生産が可能で、使用時にリーク電流特性や誘電特性の劣化が少ない誘電体キャパシタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、誘電体薄膜を誘電体層として用いた誘電体キャパシタが各種提案されている。
図９に示すように、特許文献１には、誘電体キャパシタを、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＣｅＯ２，Ｙ２Ｏ３又はＨｆ２Ｏ３などから選択された反応防止膜１０５で覆うようにしていることにより、誘電体キャパシタのＳＢＴ（誘電体)層１０３とＳｉＯ２（層間絶縁）層１０６との反応による誘電体キャパシタの特性の劣化を防止することが提案されている。
さらに、前記特許文献１には、誘電体キャパシタを酸化膜およびその上の水素拡散防止効果がある絶縁性の窒化膜で覆うことにより、誘電体キャパシタの誘電体層または強誘電体層の酸素欠陥による誘電体キャパシタの特性の劣化を防止することが提案されている。
【０００３】
また、図１０に示すように、特許文献２には、貫通孔２１３の内壁が電極層２０７側から保護膜２０９の表面側に向かって連続的に拡径し、電極層２０７に対して所定角度を有する直線状傾斜面によって形成しているために、貫通孔２１３内に突出する角部が形成されず、貫通孔２１３の内面に形成される半田拡散防止層２１７の被覆性を向上でき、これにより、半田拡散に起因するリフロー耐性の劣化を抑制するとともに、膜厚を薄くしても半田拡散防止効果を発揮できるため、半田拡散防止層２１７の内部応力をさらに低減し、剥離や浮きに起因する素子信頼性の劣化を抑制することが提案されている。
さらに、前記特許文献２には、貫通孔２１３内面に形成される膜の被覆性を向上して、貫通孔２１３の内壁と、この貫通孔２１３内に充填形成される外部端子２１１との接続強度を向上し、貫通孔２１３内に充填して形成される外部端子２１１と、その下面が接合される電極２０７との剥離を防止することが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２１７０４号公報
【特許文献２】特開２００１−２８４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記前者の背景技術に記載の誘電体キャパシタにおいては、ＳｉＯ２（層間絶縁）層１０６の開口寸法とＮｂ２Ｏ５（反応防止）層１０５の開口寸法とが等しいため、開口の底部における上部電極１０４の引き出し電極（導電性水素バリア膜）１０９による被覆性が低下して、誘電体層にプロセス劣化を生じることなく安定生産することが難しいという課題があった。
また、水素の進入を抑えるために開口寸法を小さくすると、接合強度が低下し、素子の信頼性が低下するという課題があった。
また、開口寸法を大きくすると、ＳＢＴ（誘電体）層１０３中への水素原子の進入により、抵抗劣化特性が悪化し、素子の長期信頼性が低下するという課題があった。
一方、上記後者の背景技術に記載の薄膜電子部品においては、水素バリア膜を有しないので、素子形成プロセスにおいて発生する水素に起因した水素原子が容量素子の絶縁体層２０３に拡散するのを抑制できないため、水素に起因した絶縁体層２０３の劣化を起こすという課題があった。また、素子を使用する過程で電界印加時に水素原子が実装用端子から誘電体層に拡散して容量素子が抵抗劣化するという課題があった。
【０００６】
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、誘電体層のプロセス劣化が抑制されて安定生産が可能で、使用時に水素原子が実装用端子から誘電体層へ拡散することを抑制することが可能な誘電体キャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の誘電体キャパシタは、（１）基板の一方の主面側に、一方の電極と他方の電極とが誘電体層を挟んで対向するように、前記一方の電極と誘電体層と他方の電極とがこの順に積層された誘電体キャパシタにおいて、前記他方の電極の上面の一部を露出する第１の開口部が形成されるとともに前記他方の電極上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層と、前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部を露出する第２の開口部が形成されるとともに前記第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層と、を備え、前記第２の開口部の開口寸法が前記第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部により露出された前記他方の電極の上面の一部と前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層の表面とに亘る凹部の表面が導電性水素バリア層で被覆されていることを特徴とする。（・・・以下第１の課題解決手段と称する。）
【０００８】
また、本発明の誘電体キャパシタは、（２）基板の一方の主面側に、一方の電極と他方の電極とが前記誘電体層を挟んで対向するように、一方の電極と誘電体層と他方の電極とが交互に複数積層された誘電体キャパシタにおいて、前記それぞれの他方の電極の上面の一部を露出する第１の開口部がそれぞれ形成されるとともに前記他方の電極上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層と、前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部を露出する第２の開口部がそれぞれ形成されるとともに前記第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層と、を備え、前記第２の開口部の開口寸法が前記第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部により露出された前記それぞれの他方の電極の上面の一部と前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層の表面とに亘る凹部の表面が導電性水素バリア層で被覆されていることを特徴とする。（・・・以下第２の課題解決手段と称する。）
【０００９】
また、本発明の主要な実施形態の一つは、（３）前記第１の開口部の内周面及び第２の開口部の内周面に傾斜部を有することを特徴とする。（・・・以下第３の課題解決手段と称する。）
【００１０】
本発明の他の主要な実施形態の一つは、（４）前記他方の電極上を被覆する第１の絶縁層に複数の開口が設けられ、前記他方の電極の上面と前記導電性バリア層とが複数個所で接続されていることを特徴とする。（・・・以下第４の課題解決手段と称する。）
【００１１】
また本発明の実施形態の一つは、（５）前記導電性水素バリア層で被覆された凹部内に充填されたビア導体と、該ビア導体に接続された実装用端子とを備えることを特徴とする。（・・・以下第５の課題解決手段と称する。）
【００１２】
また本発明の他の実施形態の一つは、（６）前記導電性水素バリア層で被覆された凹部内に充填されたビア導体と、該ビア導体に接続された配線層とを備えることを特徴とする。（・・・以下第６の課題解決手段と称する。）
【００１３】
上記第１の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記他方の電極の上面の一部を露出する第１の開口部が形成されるとともに前記他方の電極上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層と、前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部を露出する第２の開口部が形成されるとともに前記第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層と、を備え、
前記第２の開口部の開口寸法が前記第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部により露出された前記他方の電極の上面の一部と前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層の表面とに亘る凹部の表面が導電性水素バリア層で被覆されているので、
ビア導体底部に位置する電極上に水素バリア層からなる第１の絶縁層が形成される面積が増えることに加え、導電性水素バリア層の形成が容易になることにより、プロセスで発生する水素に起因した水素原子の誘電体層への拡散をより確実に抑制できる。また、使用時に実装用端子から誘電体層への水素原子の拡散を抑制することができる。このため、リーク電流特性や誘電特性の劣化を抑制できる誘電体キャパシタを提供することができる。
【００１４】
上記第２の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記それぞれの他方の電極の上面の一部を露出する第１の開口部がそれぞれ形成されるとともに前記他方の電極上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層と、前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部を露出する第２の開口部がそれぞれ形成されるとともに前記第１の絶縁層上を被覆する第２の絶縁層と、を備え、前記第２の開口部の開口寸法が前記第１の開口部の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部により露出された前記それぞれの他方の電極の上面の一部と前記第１の開口部が形成された前記第１の絶縁層の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層の表面とに亘る凹部の表面が導電性水素バリア層で被覆されているので、ビア導体底部に位置する電極上に水素バリア層からなる第１の絶縁層が形成される面積が増えることに加え、導電性水素バリア膜の形成が容易になることにより、プロセスで発生する水素に起因した水素原子の誘電体層への拡散をより確実に抑制できる。また、使用時に実装用端子から誘電体層への水素原子の拡散を抑制することができる。このため、リーク電流特性や誘電特性の劣化を抑制できる大容量の誘電体キャパシタを提供することができる。
【００１５】
また、上記第３の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記第１の開口部の内周面及び第２の開口部の内周面に傾斜部を有するので、水素バリア層からなる第１の絶縁層の開口の底部において、他方の電極と導電性水素バリア層との安定した接触が得られる。
【００１６】
また、上記第４の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記他方の電極上を被覆する第１の絶縁層に複数の開口が設けられ、前記他方の電極の上面と前記導電性バリア層とが複数個所で接続されているので、プロセスによる誘電体層の劣化を抑制するとともに、抵抗劣化の耐性が向上する。
【００１７】
また、上記第５の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記導電性水素バリア層で被覆された凹部内に充填されたビア導体と、該ビア導体に接続された実装用端子とを備えるので、電界によりアノード側の実装用端子から移動してくる水素原子のうち、誘電体層に拡散するものを一部に抑えることができる。
【００１８】
また、上記第６の課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、前記導電性水素バリア層で被覆された凹部内に充填されたビア導体と、該ビア導体に接続された配線層とを備えるので、電界によりアノード側の配線層から移動してくる水素原子のうち、誘電体層に拡散するものを一部に抑えることができる。
【００１９】
その他の本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の上記第１の課題解決手段によれば、安定生産が可能で、使用時に誘電体層の劣化が少ない誘電体キャパシタを実現できる。  また、本発明の上記第２の課題解決手段によれば、安定生産が可能で、使用時に誘電体層の劣化が少ない大容量の誘電体キャパシタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の誘電体キャパシタの第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１は第１の実施形態の誘電体キャパシタ１０の内部構造を説明するための要部拡大断面図である。また、図２は本実施形態の誘電体キャパシタ１０の内部構造を説明するための要部拡大断面の模式図である。図３は本実施形態の誘電体キャパシタ１０の製造プロセスの一例の前半部分を示す断面図であり、図４は同製造プロセスの後半部分を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、第１の実施形態の誘電体キャパシタ１０は、基板１１の一方の主面側に、一方の電極１２と他方の電極１４とが誘電体層１３を挟んで対向するように、前記一方の電極１２と誘電体層１３と他方の電極１４とがこの順に積層されたものである。
【００２３】
具体的には、本実施形態の誘電体キャパシタ１０は、前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する第１の開口部１５ｂが形成されるとともに前記他方の電極１４上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層１５と、前記第１の開口部１５ｂが形成された前記第１の絶縁層１５の表面の一部を露出する第２の開口部１６ｂが形成されるとともに前記第１の絶縁層１５上を被覆する第２の絶縁層１６と、を備え、前記第２の開口部１６ｂの開口寸法が前記第１の開口部１５ｂの開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部１５ｂにより露出された前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部と前記第１の開口部１５ｂが形成された前記第１の絶縁層１５の表面の一部と前記第２の開口部１６ｂが形成された前記第２の絶縁層１６の表面とに亘る略すり鉢状の凹部Ｈの表面が導電性水素バリア層１７で被覆されているものである。
【００２４】
より具体的には、前記基板１１の一方の主面側には次に形成される一方の電極１２との密着性を向上させる目的で、ＴｉＯｘ等の下地層ＡＤが設けられている。該下地層ＡＤ上には、前記一方の電極１２と誘電体層１３と他方の電極１４とがこの順に積層されている。また、前記一方の電極１２の形成面積に比べて前記誘電体層１３の形成面積が小さく形成されるとともに、該誘電体層１３の形成面積に比べて前記他方の電極１４の形成面積がより小さく形成されている。
そして、前記他方の電極１４上を被覆するように水素バリア層からなる第１の絶縁層１５が形成されているとともに、該第１の絶縁層１５には、前記他方の電極１２の上面１４Ｔの一部を露出する第１の開口部１５ｂが形成されている。そして、該第１の開口部１５ｂの内周面には、傾斜部１５ｃが設けられている。また、前記第１の絶縁層１５上を被覆するとともに前記下地層ＡＤ，前記一方の電極１２、前記誘電体層１３、前記他方の電極１４の積層構造に起因する段差を解消するように第２の絶縁層１６が形成されているとともに、該第２の絶縁層１６には、前記第１の開口部１５ｂが形成された前記前記第１の絶縁層１５の表面の一部及び前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する第２の開口部１６ｂが形成されている。そして、該第２の開口部１６ｂの内周面には、傾斜部１６ｃが設けられている。さらに、前記第２の開口部１６ｂの開口寸法は、前記第１の開口部１５ｂの開口寸法よりも大きく形成されており、前記第１の開口部１５ｂにより露出された前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部と前記第１の開口部１５ｂが形成された前記第１の絶縁層１５の表面の一部と前記第２の開口部１６ｂが形成された前記第２の絶縁層１６の表面とに亘る凹部Ｈの表面が導電性水素バリア層１７で被覆されている。また、前記導電性水素バリア層１７で被覆された凹部Ｈの内部には、ビア導体１８が充填されている。さらに、該ビア導体１８の露出された表面には、本実施形態の誘電体キャパシタの入出力端子となる略球状の半田バンプからなる実装用端子１９が形成されている。
【００２５】
次に、前記凹部Ｈについて、図２を参照してより詳細に説明する。基板１１の一方の主面上には下地層ＡＤが設けられ、該下地層ＡＤ上に一方の電極１２、誘電体層１３及び他方の電極１４が順次形成されるとともに、該他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を除いて、第１の絶縁層１５で被覆されている。該第１の絶縁層１５には前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する第１の開口１５ｂが形成されている。前記第１の絶縁層１５に形成された前記第１の開口部１５ｂの上端の開口寸法ｃが前記第１の開口部１５ｂの下端の開口寸法ｄよりも大きく形成されて、該第１の開口部１５ｂの内周面に傾斜部１５ｃを有する。また、前記第２の絶縁層１６に形成された前記第２の開口部１６ｂの上端の開口寸法aが前記第２の開口部１６ｂの下端の開口寸法ｂよりも大きく形成されて、該第２の開口部１６ｂの内周面に傾斜部１６ｃを有する。また、凹部Ｈは、前記第１の絶縁層１５の前記第１の開口部１５ｂの下端における開口寸法ｄ,前記第１の開口部１５ｂの上端における開口寸法ｃ、前記第２の絶縁層１６の前記第２の開口部１６ｂの下端における開口寸法ｂ及び前記第２の開口部１６ｂの上端における開口寸法ａがａ＞ｂ＞ｃ＞ｄの関係になって、略すり鉢状に形成されている。そして、前記第２の絶縁層１６の第２の開口部１６ｂの開口寸法ａ，ｂが前記第１の絶縁層１５の第１の開口部１５ｂの開口寸法ｃ、ｄよりも大きく形成されている。
【００２６】
次に、本実施形態の誘電体キャパシタ１０の製造プロセスの一例について、図３及び図４を参照して説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、例えばシリコン(Ｓｉ)等の基板１１の一方の主面上に例えばＴｉＯｘ等の下地層ＡＤが形成され、該下地層ＡＤ上に例えばＰｔ等の一方の電極１２が例えばスパッタリングにより例えば厚さ２５０ｎｍに形成される。次に、図３（Ｂ）に示すように、前記一方の電極１２上に、例えばＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）等の誘電体層１３が例えばスパッタリングにより例えば厚さ１５０ｎｍに形成され、さらに、該誘電体層１３上に例えばＰｔ等の他方の電極１４が例えばスパッタリングにより例えば厚さ２５０ｎｍに形成される。次に、前記で得られた試料上に図示省略したレジスト膜を形成し、例えばフォトリソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成する。次に、前記レジストパターンをエッチングマスクとし、例えばＡｒ／Ｃｌ２ガスを用いてエッチング圧力１Ｐａ，エッチング時間５分の条件で、ドライエッチングにより前記他方の電極１４を所定形状にパターニングする。そして、前記パターニングを終えた段階で、前記レジストパターンをアッシングにより除去する。さらに、前記と同様にレジスト膜の形成〜アッシングのプロセスを繰り返すことにより、前記誘電体層１３、前記一方の電極１２を順次パターニングして図３（ｃ）に示す試料を得る。次に、図３（Ｄ）に示すように、前記試料上を覆うように例えば厚さ１００ｎｍで例えばＡｌ２Ｏ３等の水素バリア層からなる第１の絶縁層１５を成膜する。次に、図３（Ｅ）に示すように、例えば前記と同様にレジスト膜の形成〜アッシングのプロセスにより前記第１の絶縁層１５をパターニングして該第１の絶縁層１５に前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する第１の開口部１５ｂと、前記一方の電極１２の上面の一部を露出する開口部とを形成する。次に、図３（Ｆ）に示すように、前記で得られた試料上に、例えばＢＣＢ（ベンゾシクロブテン（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）樹脂等の第２の絶縁層１６を成膜する。次に、図４(Ｇ)に示すように、前記第２の絶縁層１６を例えば前記レジスト膜と同様にフォトリソグラフィーによりパターニングして、前記第１の絶縁層１５の表面の一部及び前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する第２の開口部１６ｂと、前記第１の絶縁層１５の表面の一部及び前記一方の電極１２の上面の一部を露出する開口部とを形成する。次に、図４（Ｈ）に示すように、上記で得られた試料上に、前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部と前記第１の絶縁層１５の表面の一部と前記第２の絶縁層１６の表面とに亘る凹部Ｈの表面を被覆するように、例えばＴｉＮ等の導電性水素バリア膜１７を成膜する。次に、前記導電性水素バリア層１７上に例えばＡｌ等の導電性金属を積層成膜した後、レジスト膜の形成〜アッシングのプロセスにより前記導電性水素バリア層１７及び前記導電性金属層をパターニングして、図４（Ｉ）に示すように、前記凹部Ｈ内に前記導電性金属からなるビア導体１８が充填された試料を得る。次に、前記ビア導体１８上に例えば半田メッキを施し、所定の温度でアニールして、図４（Ｊ）に示すように、実装用端子１９を形成��る。
【００２７】
次に、上記基板１１の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記基板１１としては、シリコン、石英、アルミナ、サファイア、ガラス等から選択され、母材からの切り出しにより得られ、表面が平坦なものが好ましい。上記基板１１の厚さは０．０２μｍ〜５００μｍが好ましい。尚、上記基板１１の一方の主面上には、次に形成される一方の電極１２との密着性を向上させる目的で、ＴｉＯｘ等の下地層ＡＤを形成することが好ましいが、本発明はこれに限定するものではない。
【００２８】
次に、上記一方の電極１２の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記一方の電極１２としては、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕなどの貴金属、ＳｒＲｕＯ３などの導電性酸化物等が好ましく、前記貴金属の場合には上記基板１１上に真空蒸着、スパッタリング等の手段により形成することが好ましく、また、前記導電性酸化物の場合には、スパッタリング、ゾルゲル、ＭＯＣＶＤ法等の手段により設けられることが好ましい。また、上記一方の電極１２の厚さは、例えば１００ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。また、上記一方の電極１２の加工は、ドライエッチング、ウェットエッチング等の手段から選択して用いることが好ましい。
【００２９】
次に、上記誘電体層１３の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記誘電体層１３としては、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）、ＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３）、その他のペロブスカイト構造酸化物等が好ましく、前記一方の電極１２上にスパッタリング、ゾルゲル、ＭＯＣＶＤ法等の手段により設けられることが好ましい。また、上記誘電体層１３の厚さは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましい。また、上記誘電体層１３の加工はドライエッチング、ウェットエッチング等の手段から選択して用いることが好ましい。
【００３０】
次に、上記他方の電極１４の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記他方の電極１４としては、上記一方の電極１２において示した貴金属や導電性酸化物から選択されることが好ましい。また、上記他方の電極１４の厚さ、形成方法、加工方法は、それぞれ、前記一方の電極１２の厚さ、形成方法、加工方法で示したものから選択されることが好ましい。
【００３１】
次に、上記水素バリア層からなる第１の絶縁層１５の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記第１の絶縁層１５としては、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＮ，Ｔａ２Ｏ５，ＳｒＴｉＯ３，等のうちから選択される１種を単層で用いることが好ましいが、これに限定するものではなく、例えば、前記で選択された１種、もしくは複数種を積層成膜して用いてもよい。前記第１の絶縁層１５の厚さは、例えば５０ｎｍ〜３０００ｎｍが好ましい。また、前記第１の絶縁層１５の形成は、スパッタリング、ゾルゲル、ＭＯＣＶＤ法等から選択して用いることが好ましい。また、前記第１の絶縁層１５の加工は、ドライエッチング、ウェットエッチング等から選択して用いることが好ましい。
【００３２】
次に、上記第２の絶縁層１６の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記第２の絶縁層１６としては、各種の無機絶縁膜、各種の有機絶縁膜等から選択して用いることができ、前記無機絶縁膜としては、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等があげられ、また前記前記有機絶縁膜としては、例えば、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ樹脂等があげられる。上記第２の絶縁層の厚さは、例えば５００ｎｍ〜５０００ｎｍが好ましい。また、上記第２の絶縁層１６の形成は、前記無機絶縁膜にあっては、スパッタリング、ゾルゲル、ＭＯＣＶＤ法等の手段から選択して用いることができ、また、前記有機絶縁膜にあっては、例えば前記樹脂の溶液を塗布して塗膜を形成したのち、フォトリソグラフィーによりパターニングして用いることが好ましい。
【００３３】
次に、上記導電性水素バリア層１７の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記導電性水素バリア層１７としては、ＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＳｉＮ，ＴａＳｉＮその他の窒化物，ＳｒＲｕＯ３，ＩｒＯ２その他の酸化物等から選択して用いることが好ましい。上記導電性水素バリア層１７の厚さは、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。また、上記導電性水素バリア層１７の形成は、スパッタリング、ＭＯＣＶＤ法等から選択して用いることが好ましい。また、上記導電性水素バリア層１７の加工は、ドライエッチング、ウェットエッチング等から選択して用いることが好ましい。
【００３４】
次に、上記ビア導体１８の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記ビア導体１８としては、Ｃｕ，Ａｌ等から選択される導電性金属が好ましい。上記ビア導体１８の形成は、真空蒸着、スパッタリング、めっき等の各種の手法から選択して、もしくはそれらの手法を連続して積層使用することが好ましい。
【００３５】
次に、上記実装用端子１９の好ましい実施形態は次の通りである。すなわち、上記実装用端子１９としては、Ａｕ／Ｎｉ，半田バンプ等から選択して用いることができる。上記実装用端子１９の形成は、上記金属のメッキ膜を形成した後、所定の温度でアニール等を施すことにより形成することが好ましい。
【００３６】
尚、上記第１の実施形態においては、前記ビア導体１８に接続するように実装用端子１９を設けたが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、前記実装用端子１９の代わりに配線層を設けてもよい。
【００３７】
また、上記第１の実施形態においては、前記他方の電極１４に接続された導電性水素バリア層１７、ビア導体１８及び実装用端子１９について説明したが、上記第１の実施形態においては、前記一方の電極１２についても前記他方の電極１４と同様に、導電性水素バリア
層、ビア導体及び実装用端子が接続されているものであるが、説明を省略した。
【００３８】
また、上記第１の実施形態においては、他方の電極１４の引き出し構造と前記一方の電極１２の引き出し構造とを同様にしたが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば前記基板１１に該基板１１を厚み方向に貫通する孔を設け、該孔内にスルーホール導体を充填し、該スルーホール導体介して前記一方の電極１２を前記基板１１の他方の主面側に引き出してもよい。
【００３９】
（実施例）以下、本実施形態の誘電体キャパシタの実施例について、図３及び図４を参照して説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、厚さ４００μｍのシリコンの基板１１の一方の主面上にＴｉＯｘをスパッタリングして厚さ１０ｎｍの下地層ＡＤを形成した。次に、該下地層ＡＤ上にＰｔをスパッタリングして厚さ２５０ｎｍの一方の電極１２を形成した。次に、図３（Ｂ）に示すように、前記一方の電極１２上に、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）をスパッタリングして厚さ１５０ｎｍの誘電体層１３を形成し、さらに、該誘電体層１３上にＰｔをスパッタリングして厚さ２５０ｎｍの他方の電極１４を形成した。次に、前記で得られた試料上にレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィーにより所定形状のレジストパターンを形成した後、該レジストパターンをエッチングマスクとし、Ａｒ／Ｃｌ２ガスを用いてエッチング圧力１Ｐａ，エッチング時間５分の条件で、ドライエッチングにより前記他方の電極１４を所定形状にパターニングした。そして、前記パターニングを終えた段階で、前記レジストパターンをアッシングにより除去した。さらに、前記と同様にレジスト膜の形成〜アッシングのプロセスを繰り返すことにより、前記誘電体層１３、前記一方の電極１２を順次パターニングして図３（ｃ）に示す試料を得た。次に、図３（Ｄ）に示すように、前記試料上を覆うようにＡｌ２Ｏ３をスパッタリングして厚さ１００ｎｍの水素バリア層からなる第１の絶縁層１５を成膜した。次に、図３（Ｅ）に示すように、前記と同様にレジスト膜の形成〜アッシングのプロセスにより前記第１の絶縁層１５をパターニングして該第１の絶縁層１５に前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する上端の開口寸法が３０μｍ，下端の開口寸法が２０μｍの略円形のすり鉢状の第１の開口部１５ｂと、前記一方の電極１２の上面の一部を露出する開口部とを形成した。次に、図３（Ｆ）に示すように、前記で得られた試料上に、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）樹脂の溶液を塗布し、乾燥して第２の絶縁層１６を成膜した。次に、図４(Ｇ)に示すように、前記第２の絶縁層１６を前記レジスト膜と同様にフォトリソグラフィーによりパターニングして、前記第１の絶縁層１５の表面の一部及び前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部を露出する上端の開口寸法が１００μｍ，下端の開口寸法が８０μｍの略円形のすり鉢状の第２の開口部１６ｂと、前記第１の絶縁層１５の表面の一部及び前記一方の電極１２の上面の一部を露出する開口部とを形成した。次に、図４（Ｈ）に示すように、上記で得られた試料上に、前記他方の電極１４の上面１４Ｔの一部と前記第１の絶縁層１５の表面の一部と前記第２の絶縁層１６の表面とに亘る略すり鉢状の凹部Ｈの表面を被覆するように、ＴｉＮをスパッタリングして厚さ５０ｎｍの導電性水素バリア膜１７を成膜した。次に、前記導電性水素バリア層１７上に例えば導電性金属のＡｌを積層成膜した後、レジスト膜の形成〜アッシングのプロセスにより前記導電性水素バリア層１７及び前記導電性金属層をパターニングして、図４（Ｉ）に示すように、前記略すり鉢状の凹部Ｈ内にＡｌからなるビア導体１８が充填された試料を得た。次に、前記ビア導体１８上に半田メッキを施し、所定の温度でアニールして、図４（Ｊ）に示すように、半田バンプからなる実装用端子１９を形成した。上記実施例で得られた誘電体キャパシタについて、１８０℃のもとで、アドバンテスト社製のＲ６２４６  ｐＡメータを用いてＤＣ電圧＋１０Ｖを前記他方の電極１４に接続された実装用端子１９に印加した状態におけるリーク電流の経時変化を測定し、得られた結果を図８に示した。（比較例）前記第１の絶縁層の第１の開口部の開口寸法と前記第２の絶縁層の第２の開口部の開口寸法とを等しくして円筒状の凹部を形成したこと以外は先の実施例と同様にして比較例の誘電体キャパシタを作成し、上記と同様にリーク電流の経時変化を測定して、得られた結果を図８に示した。図８から明らかなように、比較例の誘電体キャパシタにおいては、約２０時間経過の時点から１×１０−７Ａを上回るリーク電流が測定されたのに対し、本実施例の誘電体キャパシタにおいては、１００時間経過時点まで大きなリーク電流の増加が抑制されていることが確認された。
【００４０】
次に、本発明の誘電体キャパシタの第２の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の誘電体キャパシタ２０の内部構造を説明するための要部拡大断面図である。
図５に示すように、第２の実施形態の誘電体キャパシタ２０は、先の第１の実施形態と同様に、基板２１の一方の主面側に、一方の電極２２と他方の電極２４とが誘電体層２３を挟んで対向するように、前記一方の電極２２と誘電体層２３と他方の電極２４とがこの順に積層されたものである。
【００４１】
具体的には、本実施形態の誘電体キャパシタ２０は、前記他方の電極２４の上面２４Ｔの一部を露出する第１の開口部２５ｂが形成されるとともに前記他方の電極２４上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層２５と、前記第１の開口部２５ｂが形成された前記第１の絶縁層２５の表面の一部及び前記他方の電極２４の上面２４Ｔの一部を露出する第２の開口部２６ｂが形成されるとともに前記第１の絶縁層２５上を被覆する第２の絶縁層２６と、を備え、前記第２の開口部２６ｂの開口寸法が前記第１の開口部２５ｂの開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部２５ｂにより露出された前記他方の電極２４の上面２４Ｔの一部と前記第１の開口部２５ｂが形成された前記第１の絶縁層２５の表面の一部と前記第２の開口部が形成された前記第２の絶縁層２６の表面とに亘る凹部Ｈの表面が導電性水素バリア層２７で被覆されているものである。
【００４２】
本実施形態の誘電体キャパシタ２０が先の実施形態の誘電体キャパシタ１０と異なる点は、前記ビア導体に接続される実装用端子の代わりに配線層２９により図示省略したエリアに配線層２９により引き出す構造である。その他の構成及び作用効果は先の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
次に、本発明の誘電体キャパシタの第３の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の誘電体キャパシタ３０の内部構造を説明するための要部拡大断面図である。
【００４４】
図６に示すように、第３の実施形態の誘電体キャパシタ３０は、先の第１の実施形態と同様に、基板３１の一方の主面側に、一方の電極３２と他方の電極３４とが誘電体層３３を挟んで対向するように、前記一方の電極３２と誘電体層３３と他方の電極３４とがこの順に積層されたものである。
【００４５】
具体的には、本実施形態の誘電体キャパシタ３０は、前記他方の電極３４の上面３４Ｔの一部を露出する第１の開口部３５ｂが形成されるとともに前記他方の電極３４上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層３５と、前記第１の開口部３５ｂが形成された前記第１の絶縁層３５の表面の一部及び前記他方の電極３４の上面３４Ｔの一部を露出する第２の開口部３６ｂが形成されるとともに前記第１の絶縁層３５上を被覆する第２の絶縁層３６と、を備え、前記第２の開口部３６ｂの開口寸法が前記第１の開口部３５ｂの開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部３５ｂにより露出された前記他方の電極３４の上面３４Ｔの一部と前記第１の開口部３５ｂが形成された前記第１の絶縁層３５の表面の一部と前記第２の開口部３６ｂが形成された前記第２の絶縁層３６の表面とに亘る凹部Ｈの表面が導電性水素バリア層３７で被覆されているものである。
【００４６】
本実施形態の誘電体キャパシタ３０が先の実施形態の誘電体キャパシタ１０と異なる点は、前記他方の電極３４上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層３５に複数の第１の開口部３５ｂ１，３５ｂ２が設けられ、前記他方の電極３４の上面３４Ｔと前記導電性水素バリア層３７とが複数個所で接続されている。
これにより、プロセスによる前記接続箇所の劣化を抑制するとともに、抵抗劣化の耐性が向上する。
【００４７】
次に、本発明の誘電体キャパシタの第４の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の誘電体キャパシタ４０の内部構造を説明するための要部拡大断面図である。
【００４８】
図７に示すように、第４の実施形態の誘電体キャパシタ４０は、基板３１の一方の主面側に、一方の電極４２ａ，４２ｃと誘電体層４３ａ，４３ｂ，４３ｃと他方の電極４４ａ，４４ｃとが交互に複数積層されたものである。
【００４９】
具体的には、本実施形態の誘電体キャパシタ４０は、前記それぞれの他方の電極４４ａ，４４ｃの上面４４Ｔ１，４４Ｔ２の一部を露出する第１の開口部４５ｂ１，４５ｂ２がそれぞれ形成されるとともに前記他方の電極４４ａ，４４ｃ上を被覆する水素バリア層からなる第１の絶縁層４５と、前記第１の開口部４５ｂ１，４５ｂ２が形成された前記第１の絶縁層４５の表面の一部及び前記それぞれの他方の電極４４ａ，４４ｃの上面の一部を露出する第２の開口部４６ｂ１，４６ｂ２がそれぞれ形成されるとともに前記第１の絶縁層４５上を被覆する第２の絶縁層４６と、を備え、前記第２の開口部４６ｂ１，４６ｂ２の開口寸法が前記第１の開口部４５ｂ１，４５ｂ２の開口寸法よりも大きく形成されるとともに、前記第１の開口部４５ｂ１，４５ｂ２により露出された前記それぞれの他方の電極４４ａ，４４ｃの上面４４Ｔ１，４４Ｔ２の一部と前記第１の開口部４５ｂ１，４５ｂ２が形成された前記第１の絶縁層４５の表面の一部と前記第２の開口部４６ｂ１，４６ｂ２が形成された前記第２の絶縁層４６の表面とに亘る凹部Ｈの表面が導電性水素バリア層４７で被覆されているものである。
【００５０】
本実施形態の誘電体キャパシタ４０が先の実施形態の誘電体キャパシタ１０と異なる点は、一方の電極４２ａ，４２ｃ、誘電体層４３ａ，４３ｂ，４３ｃ、他方の電極４４ａ，４４ｃをそれぞれ複数備え、前記一方の電極４２と他方の電極４４とが前記誘電体層４３を挟むように、交互に積層された点にある。また、前記一方の電極４２ａ，４２ｃ同士、前記他方の電極４４ａ，４４ｃ同士はそれぞれ前記導電性水素バリア層により並列接続されている。
これにより、ビア導体底部に位置する電極上に水素バリア層からなる第１の絶縁層が形成される面積が増えることに加え、導電性水素バリア膜の形成が容易になることにより、水素の進入をより確実に抑制できるため、プロセスで発生する水素に起因した水素原子の誘電体層への拡散をより確実に抑制できる。また、使用時に実装用端子から誘電体層への水素原子の拡散を抑制することができる。このため、リーク電流特性や誘電特性の劣化を抑制できる大容量の誘電体キャパシタを提供することができる。その他の構成及び作用効果は先の第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、安定生産が可能で、使用時に誘電体層の劣化が少ない誘電体キャパシタを利用した軽薄短小の各種電子機器の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の誘電体キャパシタの第１の実施形態の内部構造を示す要部拡大断面図である。
【図２】本発明の誘電体キャパシタの第１の実施形態の内部構造を説明するための示す要部断面の模式図である。
【図３】本実施形態の誘電体キャパシタの製造プロセスの一例の前半部分を示す要部拡大断面図である。
【図４】本実施形態の誘電体キャパシタの製造プロセスの一例の後半部分を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の誘電体キャパシタの第２の実施形態の内部構造を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明の誘電体キャパシタの第３の実施形態の内部構造を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明の誘電体キャパシタの第４の実施形態の内部構造を示す要部拡大断面図である。
【図８】本発明の実施例の誘電体キャパシタのリーク電流の経時変化の測定結果を示す図である。
【図９】背景技術の誘電体キャパシタを示す断面図である。
【図１０】背景技術の薄膜素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０：誘電体キャパシタ
１１：基板
１２：一方の電極
１３：誘電体層
１４：他方の電極
１４Ｔ：上面
１５：第１の絶縁層
１５ｂ：第１の開口部
１５ｃ：傾斜部
１６：第２の絶縁層
１６ｂ：第２の開口部
１６ｃ：傾斜部
１７：導電性水素バリア層
１８：ビア導体
１９：実装用端子
２０：誘電体キャパシタ
２１：基板
２２：一方の電極
２３：誘電体層
２４：他方の電極
２４Ｔ：上面
２５：第１の絶縁層
２５ｂ：第１の開口部
２５ｃ：傾斜部
２６：第２の絶縁層
２６ｂ：第２の開口部
２６ｃ：傾斜部
２７：導電性水素バリア層
２８：ビア導体
２９：配線層
３０：誘電体キャパシタ
３１：基板
３２：一方の電極
３３：誘電体層
３４：他方の電極
３４Ｔ：上面
３５：第１の絶縁層
３５ｂ１、３５ｂ２：第１の開口部
３５ｃ１，３５ｃ２：傾斜部
３６：第２の絶縁層
３６ｂ：第２の開口部
３６ｃ：傾斜部
３７：導電性水素バリア層
３８：ビア導体
３９：実装用端子
４０：誘電体キャパシタ
４１：基板
４２ａ，４２ｂ：一方の電極
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ：誘電体層
４４ａ，４４ｂ：他方の電極
４４Ｔ１，４４Ｔ２：上面
４５：第１の絶縁層
４５ｂ１，４５ｂ２：第１の開口部
４５ｃ１，４５ｃ２：傾斜部
４６：第２の絶縁層
４６ｂ：第２の開口部
４６ｃ：傾斜部
４７：導電性水素バリア層
４８：ビア導体
４９：実装用端子
ａ：開口寸法
ｂ：開口寸法
ｃ：開口寸法
ｄ：開口寸法
ＡＤ：下地層
【図１】
2008252011.tif 000003
【図２】
2008252011.tif 000004
【図３】
2008252011.tif 000005
【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】
2008252011.tif 000011
【図１０】
2008252011.tif 000012