(57)【要約】【課題】  密着性の高い膜を金属箔上に形成する。【解決手段】  金属箔１０の表面１０ａ上に、その表面を部分的に露出させながら複数の島状構造１２を形成する。次に、これらの島状構造を覆うように膜２０を形成する。これらの島状構造は金属箔の表面上に凹凸を形成する。島状構造を覆うように膜２０を形成すると、島状構造からなる凹凸と膜とが噛み合う。この結果、金属箔に対する膜の密着性が高まる。【選択図】  図１
2007242880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔の表面上に、当該表面を部分的に露出させながら複数の島状構造を形成する第１工程と、
前記島状構造を覆うように前記表面上に膜を形成する第２工程と、
を備える成膜方法。
【請求項２】
前記第１工程は、前記金属箔の前記表面上で材料を凝集させることにより前記島状構造を形成する、請求項１に記載の成膜方法。
【請求項３】
前記材料は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＦｅおよびＡｌから選択される一つ以上の元素を含んでいる、請求項２に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記島状構造の平均径は０．５ｎｍ〜１０ｎｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属箔上に膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属箔上に誘電体膜が設けられた構造を有する誘電体素子が一般に知られている。このような誘電体素子の典型的な例は、薄膜コンデンサである。下記の特許文献１および２は、金属箔上に誘電体膜を設けて薄膜コンデンサを製造する方法を開示している。
【特許文献１】特開２０００−１６４４６０号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３４５５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、上記の方法では、金属箔と誘電体膜との密着性が脆弱になりがちである。そこで、本発明は、密着性の高い膜を金属箔上に形成することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る成膜方法は、金属箔の表面上に、当該表面を部分的に露出させながら複数の島状構造を形成する第１工程と、これらの島状構造を覆うように前記表面上に膜を形成する第２工程とを備えている。
【０００５】
これらの島状構造は金属箔の表面上に凹凸を形成する。島状構造を覆うように誘電体膜を形成すると、島状構造からなる凹凸と誘電体膜とが噛み合う。この結果、金属箔に対する誘電体膜の密着性が高まる。
【０００６】
第１工程は、金属箔の表面上で材料を凝集させることにより島状構造を形成してもよい。蒸着などの方法によって金属箔の表面の連続した領域に材料を堆積すれば、マイグレーションが起こる。適切な材料を使用すれば、このマイグレーションによって、互いに分離した複数の領域に材料が凝集する。これにより、当該材料からなる複数の島状構造が形成される。材料を堆積させるだけで島状構造を形成できるので、成膜を効率良く進めることができる。
【０００７】
上記の材料は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＦｅおよびＡｌから選択される一つ以上の元素を含んでいてもよい。これらの元素は、比較的導電性が高く、したがって、蒸着の際に凝集して島状構造を形成しやすい。
【０００８】
島状構造の平均径は０．５ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。平均径がこの範囲であれば、誘電体膜の十分に高い密着性と良好な電気特性の双方を得ることができる。
【０００９】
この成膜方法は、スクラッチ法によって計測される膜の密着強度を、上記の表面上に島状構造を形成せずに膜を形成した場合に比べて１．２倍以上に高めてもよい。臨界剥離荷重値は、誘電体膜を金属箔から剥離させるために必要な荷重を表しており、これが高いほど、金属箔に対する誘電体膜の密着性が高いことになる。本発明者らの研究によれば、金属箔の表面上に島状構造を形成することで、島状構造を形成しない場合に比べて１．２倍以上も高い臨界剥離荷重値を誘電体膜に与えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、密着性の高い膜を金属箔上に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る成膜方法を示す概略断面図である。まず、図１（ａ）に示されるように、平坦化された上面１０ａを有する金属箔１０を用意する。金属箔１０は自立可能であり、したがって、後述する誘電体膜２０および上部電極３０を支持するための基材として機能する。金属箔１０は、例えば、Ｎｉ、ＣｕまたはＡｌから構成されていてもよいし、Ｎｉ、ＣｕまたはＡｌのいずれかを主成分とする合金から構成されていてもよい。これらの金属は低い電気抵抗値を有しているので、金属箔１０の材料として好適である。
【００１３】
次に、図１（ｂ）に示されるように、金属箔１０の上面１０ａに、その上面１０ａを部分的に露出させながら複数の島状構造１２を形成する。本実施形態における島状構造１２の厚さは５ｎｍである。図２は、金属箔の上面を示す概略平面図である。これらの島状構造１２は、互いに離間しながら上面１０ａ上に分布する。島状構造１２は、上面１０ａの全体に分布していてもよいし、上面１０ａの一部の領域のみに配置されていてもよい。
【００１４】
島状構造１２の形成方法は任意である。この方法には、島状構造１２を構成する材料を上面１０ａに供給できる方法が広く含まれる。例えば、上面１０ａの全体または連続した領域に島状構造１２の材料を堆積することにより、島状構造１２を効率良く形成することが可能である。上面１０ａに堆積された材料は、マイグレーションを起こす。この結果、分離した複数の領域に材料が凝集して、複数の島状構造１２を成す。この堆積方法としては、抵抗加熱や電子線照射を行う蒸着装置を用いる方法のほか、スパッタリング装置やイオンビーム装置を用いた方法が挙げられる。
【００１５】
島状構造１２の材料としては金属が好ましい。成膜時のマイグレーションはどのような材料でも発生するが、金属はその自由電子の影響から、マイグレーションによって凝集しやすい。したがって、金属箔１０の上面１０ａに金属を蒸着することによって、その金属からなる島状構造１２を効率良く形成することができる。
【００１６】
更に述べると、金属箔１０の上面１０ａに蒸着する材料は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＦｅおよびＡｌから選択される一つ以上の元素を含んでいることが好ましい。これらの元素は、導電性が高く、したがって、蒸着の際に特に凝集しやすいからである。
【００１７】
次に、図１（ｃ）に示されるように、これらの島状構造１２を覆うように、金属箔１０の上面１０ａに誘電体膜２０を形成する。誘電体膜２０は、化学溶液法やスパッタ法など、任意の公知方法で形成することができる。化学溶液法の一例は、ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition：有機金属分解）法である。
【００１８】
続いて、図１（ｄ）に示されるように、金属箔１０および誘電体膜２０からなる積層構造をアニールして誘電体素子２５を得た後、誘電体膜２０上に上部電極３０を形成し、薄膜コンデンサ３５を得る。この薄膜コンデンサ３５は、金属箔１０と上部電極３０を一対の対向電極として使用する。上記のアニールは、誘電体膜２０の結晶性を改善して、誘電体素子２５および薄膜コンデンサ３５の電気特性を高めるために行われる。上部電極３０は、スパッタ法など、任意の公知方法で形成することができる。上部電極３０の好適な材料は、例えばＣｕである。上部電極３０の形成は、誘電体膜２０上に電極材料を堆積させた後、その電極材料をアニールする工程を含んでいてもよい。
【００１９】
このように、島状構造１２によって金属箔１０の表面に凹凸が生じ、その凹凸を覆うように誘電体膜２０が形成される。この結果、誘電体膜２０が凹凸と噛み合うため、金属箔１０に対する誘電体膜２０の密着性を高めることができる。
【００２０】
島状構造１２の平均径は０．５ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。島状構造１２の平均径がこの範囲であれば、誘電体膜２０の十分に高い密着性と良好な電気特性の双方を得ることができる。平均径が０．５ｎｍ未満だと、誘電体膜２０の密着性を十分に高めることが難しくなる。また、平均径が１０ｎｍを超えると、島状構造１２が誘電体膜２０の電気特性に及ぼす影響が過度に大きくなる。
【００２１】
なお、島状構造１２の平均径は、例えば次の方法によって計測することができる。すなわち、電子顕微鏡などを用いて金属箔１０の上面１０ａの写真を撮影し、その写真上において、ある直線に沿って並ぶ複数の島状構造１２の数と、それらの島状構造１２の当該直線に沿った全長を計測する。そして、その全長を島状構造１２の数で除算して得られる値を平均径とする。
【００２２】
本発明者らは、島状構造１２の形成による誘電体膜２０の密着性の向上を確認するために、上述の方法により誘電体素子２５を２枚製造した。金属箔１０としてはＣｕ箔を使用し、そのＣｕ箔の上面に電子線蒸着機を用いてＣｕを蒸着することにより島状構造１２を形成した。その後、ＢＳＴ、すなわちチタン酸バリウムストロンチウム（ＢａＳｒ）ＴｉＯ３からなる誘電体膜２０をＣｕ箔の上面に形成した。続いて、Ｃｕ箔およびＢＳＴ膜からなる積層構造を温度８００℃、圧力１０−２Ｐａの減圧雰囲気内で３０分間アニールし、誘電体素子２５を得た。減圧雰囲気は、真空ポンプを使って大気を減圧することにより得ることができる。
【００２３】
更に、本発明者らは、島状構造を形成する工程を省略する以外は上記と同じ手順によって、比較用の誘電体素子を２枚製造した。当然のことながら、これらの誘電体素子は、Ｃｕ箔上に島状構造を有さない。
【００２４】
本発明者らは、こうして製造された誘電体素子の各々について、ＢＳＴ膜（すなわち、誘電体膜２０）の密着性を計測した。この計測は、ＲＨＥＳＣＡ社の超薄膜スクラッチ試験機ＣＳＲ−０２を用いてスクラッチ法により行った。公知のように、スクラッチ法は、一定の曲率半径を有する硬い圧子を、計測すべき膜の表面に押し付け、圧子に加える荷重を増加させつつ膜の表面をひっかき、膜の破壊（例えば、下地材からの膜の剥離）が発生する荷重値を測定する。この荷重値は「臨界剥離荷重値」と呼ばれる。
【００２５】
なお、膜の密着強度は、この臨界剥離荷重値を用いて算出することができる。すなわち、膜の密着強度Ｆは、圧子によって形成された圧痕の周縁部に作用する最大応力として、次の式
【数１】
2007242880.tif 000003
のように表される。ここで、Ｒは圧子の曲率半径であり、Ｈは下地材のブリネル硬度である。
【００２６】
図３は、ＢＳＴ膜の密着性の計測結果を示す図である。ここで、黒い三角は島状構造を有する１枚目の誘電体素子、白い三角は島状構造を有する２枚目の誘電体素子、黒い丸は島状構造を有さない１枚目の誘電体素子、白い丸は島状構造を有さない２枚目の誘電体素子に関する計測結果をそれぞれ示している。なお、同じ素子に関して複数の丸や三角があるのは、同じ素子に対して計測を複数回行ったことを意味する。
【００２７】
図３に示されるように、島状構造１２を有する誘電体素子は、島状構造１２を有さない誘電体素子に比べて高い臨界剥離荷重値を有していた。このことから、島状構造１２が誘電体膜２０の金属箔１０に対する密着性を高めることが分かる。
【００２８】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００２９】
上記実施形態では、材料の蒸着によって島状構造１２を形成するが、他の任意の方法によって島状構造を形成してもよい。例えば、金属箔１０の表面に材料層を設けた後、その材料層をエッチングすることにより、複数の島状構造１２を形成してもよい。
【００３０】
上述した例では、誘電体膜２０がＢＳＴから構成されているが、誘電体膜２０は他の材料から構成されていてもよい。誘電体膜２０の材料の好ましい例は、一般式ＡＢＯ３で表される組成を有するペロブスカイト型の酸化物である。ペロブスカイト型酸化物の例としては、ＢＳＴの他に、ＢＴ、すなわちチタン酸バリウムＢａＴｉＯ３や、チタン酸ストロンチウムＳｒＴｉＯ３、（ＢａＳｒ）（ＴｉＺｒ）Ｏ３、ＢａＴｉＺｒＯ３を挙げることができる。誘電体膜２０は、これらの酸化物のうち一つ以上を含んでいてもよい。更に述べると、金属箔上に形成される膜は誘電体に限られず、導体や半導体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態に係る成膜方法を示す概略断面図である
【図２】金属箔の上面を示す概略平面図である。
【図３】誘電体膜の密着性の計測結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…金属箔、１２…島状構造、２０…誘電体膜、２５…誘電体素子、３０…上部電極、３５…薄膜コンデンサ
【図１】
2007242880.tif 000004
【図２】
2007242880.tif 000005
【図３】
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