(57)【要約】【課題】電極からの誘電体膜の剥離を十分に防止できるキャパシタを提供すること。【解決手段】本発明は、第１電極２と、第２電極４と、第１電極２及び第２電極４間に設けられる誘電体膜３とを備え、誘電体膜３が窒化珪素を含み、誘電体膜３において、下記式Ａ＝（Ｓｉの原子数）／（Ｎの原子数）で表されるＡが０．７０以下であるキャパシタ１００である。このキャパシタ１００によれば、第１電極２及び第２電極４からの誘電体膜３の剥離を十分に防止することが可能となる。【選択図】図１
2007180394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
第２電極と、
前記第１電極及び前記第２電極間に設けられる誘電体膜とを備え、
前記誘電体膜が窒化珪素を含み、
前記誘電体膜において、下記式：
Ａ＝（Ｓｉの原子数）／（Ｎの原子数）
で表されるＡが０．７０以下であること、
を特徴とするキャパシタ。
【請求項２】
Ａが０．５２〜０．７０であることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表される電子機器の小型化、高機能化に伴い、そこに使用される電子部品についても小型化、高集積化による機能向上が求められている。こうした要求に答えるべく、薄膜技術やフォトリソグラフィ技術を使って高度に集積化された薄膜キャパシタが発明されている。
【０００３】
薄膜キャパシタは一般に、ガラス、セラミックス等の絶縁性基板上に、下部電極、誘電体膜、上部電極の積層体で構成されるＭＩＭ型構造を有している。
【０００４】
ところで、キャパシタの静電容量Ｃは、（誘電体の誘電率×電極面積）／電極間距離（誘電体膜の膜厚）で与えられる。一般的には誘電率が低い誘電体ほど絶縁破壊特性が良いが、所望の容量を得るためには、電極面積が大きくなってしまい、電子部品のサイズが大きくなってしまう。このため、誘電率を大きくすることが望ましい。ところが、誘電率の大きい誘電体は、電極面積を小さくすることが可能であるものの、絶縁破壊特性が低下してしまう傾向にある。
【０００５】
そこで、こうした問題を解決するため、キャパシタ用の誘電体膜として窒化珪素（ＳｉＮｘ）が使用されるようになっている（例えば下記特許文献１参照）。
【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】
【０００６】
しかしながら、前述した特許文献１に記載のキャパシタでは、誘電体膜が電極から剥離する場合があり、電極に対する誘電体膜の密着性が十分とは言えなかった。従って、電極からの誘電体膜の剥離を十分に防止できるキャパシタの開発が望まれていた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極からの誘電体膜の剥離を十分に防止できるキャパシ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】
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、誘電体膜において、Ｎ原子数に対するＳｉ原子数の比が電極からの誘電体膜の剥離に大きな影響を与えることを見出した。そして、本発明者らは更に鋭意研究を重ねた結果、上記比が特定の値にあるときに、上記課題を極めて効果的に解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、第１電極と、第２電極と、第１電極及び第２電極間に設けられる誘電体膜とを備え、前記誘電体膜が窒化珪素を含み、前記誘電体膜において、下記式：
Ａ＝（Ｓｉの原子数）／（Ｎの原子数）
で表されるＡが０．７０以下であることを特徴とするキャパシタである。
【００１０】
このキャパシタによれば、第１電極及び第２電極からの誘電体膜の剥離を十分に防止することが可能となる。
【００１１】
ここで、Ａは、キャパシタから第１電極又は第２電極を酸によるエッチングで除去し誘電体膜を露出させた状態の誘電体膜について、オージェ電子分光法を用いて測定された値を言う。
【００１２】
本発明のキャパシタにおいては、Ａが０．５２〜０．７０であることが好ましい。Ａが０．５２未満であると、Ａが０．５２以上の場合に比べて、製造に時間がかかり、生産性が低下するため、コストが増大する傾向がある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のキャパシタによれば、第１電極及び第２電極からの誘電体膜の剥離を十分に防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明のキャパシタの一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態のキャパシタ１００は、基板１０と、基板１０の一面１０ａ上に設けられるキャパシタ部２０とを備えている。キャパシタ部２０は、下部電極層（第１電極）２、誘電体膜３及び上部電極層（第２電極）４からなり、誘電体膜３は、下部電極層２と上部電極層４との間に設けられている。下部電極層２は、基板１０の一面１０ａに接触して設けられている。なお、キャパシタ部２の周囲には絶縁膜５が設けられている。
【００１６】
基板１０は絶縁性材料で構成され、このような絶縁性材料としては、例えばアルミナが用いられる。
【００１７】
下部電極層２および上部電極層４は、導電性材料であれば如何なる材料で構成されていてもよいが、このような導電性材料としては、例えばＣｕが挙げられる。但し、この導電性材料は、Ｃｕに限定されるものではなく、Ｃｕ以外に、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａなどであってもよい。本実施形態では、図１に示すように、下部電極層２は、基板１０の一面１０ａに接触して設けられる金属薄膜２ａと、金属薄膜２ａの上に設けられる金属材料層２ｂとで構成され、上部電極層４は、誘電体膜３に接触して設けられる金属薄膜４ａと、金属薄膜４ａの上に設けられる金属材料層４ｂとで構成されている。金属薄膜２ａ，４ａはそれぞれ、単層であってもよいが、異種金属薄膜の積層体であってもよい。また絶縁膜５としては、例えばポリイミドが用いられる。
【００１８】
誘電体膜３は、窒化珪素を含んでいる。ここで、誘電体膜３においては、下記式：
Ａ＝（Ｓｉの原子数）／（Ｎの原子数）
で表されるＡが０．７０以下となっている。
【００１９】
Ａが上記範囲にあることで、下部電極層２及び上部電極層４からの誘電体膜３の剥離を十分に防止することができる。この理由は明らかではないが、Ｎ原子が、誘電体膜３の内部応力を低減させ、誘電体膜３の反りを防止する機能を有しているからではないかと考えられる。なお、Ａが０．７０を超えると、下部電極層２及び上部電極層４からの誘電体膜３の剥離を十分に防止することができない。
【００２０】
Ａは、０．５２〜０．７０であることが好ましい。Ａが０．５２未満であると、Ａが０．５２以上の場合に比べて、製造に時間がかかり、生産性が低下するため、コストが増大する傾向がある。
【００２１】
次に、上記キャパシタ１００の製造方法について説明する。図２は、図１のキャパシタ１００の一連の製造工程を示す工程図である。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、まず絶縁性の基板１０を用意する。次に、図２（ｂ）に示すように、絶縁性基板１０上に金属薄膜２ａを形成する。なお、本実施形態では、金属薄膜２ａは単層となっているが、異種金属薄膜の積層体であってもよい。この場合、異種金属薄膜を絶縁性基板１０の一面１０ａ上に順次形成すればよい。
【００２３】
次に、金属薄膜２ａ上にフォトレジスト膜６を形成した後、エッチングによりフォトレジスト膜６に、形成すべき下部電極層２の形状に合わせて溝パターン７を形成する（図２（ｃ）参照）。
【００２４】
次に、金属薄膜２ａに電位を付与し、めっき法により、金属薄膜２ａをシード層として、溝パターン７に金属材料を埋め込み、金属材料層２ｂを形成する（図２（ｄ）参照）。そして、例えばレジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜６を剥離し、更に露出した金属薄膜２ａをエッチングにより除去する（図２（ｅ）参照）。こうして、金属薄膜２ａと金属材料層２ｂとからなる下部電極層２が得られる。
【００２５】
次に、誘電体膜３を形成する（図２（ｆ）参照）。ここで、誘電体膜３の形成方法について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、誘電体膜３の形成に使用する膜形成装置の一例を示す概略図である。図３に示す膜形成装置はＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）スパッタ装置である。図３に示すように、ＥＣＲスパッタ装置３００は、膜を形成すべき被膜形成体３０１を搭載する基板搭載部３０２が内部に配置された膜形成チャンバ３０３と、膜形成チャンバ３０３と連通しプラズマが生成されるプラズマ生成部３０５と、プラズマ生成部３０５に接続され、プラズマ生成部３０５にマイクロ波を導入するマイクロ波導入管３０４とを備えている。そして、プラズマ生成部３０５の内側には、プラズマ生成部３０５内で発生したプラズマによりスパッタされるターゲット材３０６が配置され、プラズマ生成部３０５を囲むようにマグネット３１０が設けられている。また膜形成チャンバ３０３には、窒素ガスが窒素ガス導入管３０７を経て導入可能となっており、プラズマ生成部３０５には、ＡｒガスがＡｒガス導入管３０８を経て導入可能となっている。更に、膜形成チャンバ３０３は、排気管３１１を通して排気可能となっている。
【００２６】
このＥＣＲスパッタ装置３００を用いて、基板１０と下部電極層２との積層体からなる被膜形成体３０１上に、窒化珪素からなる誘電体膜３を形成する場合、ターゲット材３０６として、Ｓｉからなるものを用いる。また、被膜形成体３０１は、下部電極層２をプラズマ生成部３０５側に向けた状態で配置する。そして、まずＡｒガス導入管３０８からプラズマ生成部３０５にＡｒガスを導入し、マイクロ波導入管３０４を経てプラズマ生成部３０５の内部にマイクロ波を導入し、プラズマ生成部３０５の内部にＡｒのプラズマを発生させる。このＡｒプラズマはターゲット材３０６に導かれ、ターゲット材３０６をスパッタする。このとき、スパッタされたシリコンは、積層体へ導かれる。一方、膜形成チャンバ３０３には、窒素ガス導入管３０７から窒素ガスを導入する。すると、この窒素ガスとＳｉとが反応して、窒化珪素が、被膜形成体３０１のうち下部電極層２側の表面上に堆積され、誘電体膜３が得られる。
【００２７】
このとき、誘電体膜３において、上記式で表されるＡは、窒素ガスとアルゴンガスとの流量比（＝窒素ガスの流量／アルゴンガスの流量）によって決定される。具体的に、Ａが０．７０以下となるようにするためには、上記流量比は０．３６以上とすればよい。流量比は、窒素ガス導入管３０７及びＡｒガス導入管３０８にそれぞれ設置されるマスフローコントローラ（図示せず）を用いて制御することができる。
【００２８】
こうして誘電体膜３が得られたならば、誘電体膜３の上にパッシベーション膜８を形成する（図２（ｇ）参照）。
【００２９】
次に、パッシベーション膜８に下部電極層２のパターン形状に合わせて溝パターン９を形成する。そして、パッシベーション膜８上に金属薄膜４ａを形成する（図２（ｈ）参照）。この金属薄膜４ａは、本実施形態では単層となっているが、先に述べた金属薄膜２ａと同様、異種金属薄膜の積層体であってもよい。そして、フォトレジスト膜１１を形成した後（図２（ｉ）参照）、エッチングにより、下部電極層２と同一形状の溝パターン１２を形成する（図２（ｊ）参照）。
【００３０】
次に、金属薄膜４ａに電位を付与し、めっき法により、金属薄膜４ａをシード層として、溝パターン１２に金属材料を埋め込み、金属材料層４ｂを形成する（図２（ｋ）参照）。最後に、例えばレジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜１１を剥離し、露出した金属薄膜４ａを除去し、パッシベーション膜８の露出した表層部を除去する。こうして、金属薄膜４ａと金属材料層４ｂとからなる上部電極層４が誘電体膜３の上に形成され、基板１０の一面１０ａ上に、キャパシタ部２０が形成される。以上のようにして、キャパシタ１００の製造が完了する。
【００３１】
以上のようにしてキャパシタ１００を製造すると、下部電極層２及び上部電極層４からの誘電体膜３の剥離が十分に防止されたキャパシタ１００が得られる。また誘電体膜３がＥＣＲスパッタ装置３００を用いて形成されることにより、誘電体膜３は、リーク特性の良い緻密な組織を有することとなる。また、ＥＣＲスパッタ装置３００を用いると、基板搭載部３０２を加熱することなく誘電体膜３を形成することができるため、下部電極層２の表層部の酸化を十分に防止することができる。このため、ＥＣＲスパッタ装置３００以外の装置を用いて誘電体膜３を形成する場合に比べて、誘電体膜３の下部電極層２及び上部電極層４からの剥離をより十分に防止することができる。更に、ＥＣＲスパッタ装置３００を用いて誘電体膜３を形成すると、プラズマＣＶＤ法を用いて誘電体膜３を形成する場合に比べて不純物である水素原子の含有率を大幅に低減することができる。即ち、ＳｉＮｘ膜の代表的な成膜方式であるプラズマＣＶＤ法においては、ＥＣＲスパッタに比較して成膜圧力が１〜２桁高いため、原料であるシラン（ＳｉＨ４）中に含まれる水素が誘電体膜３中に多く取り込まれるが、ＥＣＲスパッタ装置３００を用いて誘電体膜３を形成すると、シランが使用されないため、不純物である水素の含有率を大幅に低減することができる。よって、絶縁破壊特性の良好な、誘電体膜３を得ることができる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の内容を、実施例及び比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１〜８及び比較例１〜６）
まずアルミナからなる絶縁性基板を用意した。次に、絶縁性基板上にＴｉからなる金属薄膜、Ｃｕからなる金属薄膜を順次形成した。次に、金属薄膜上にフォトレジスト膜を形成した後、エッチングによりフォトレジスト膜に、形成すべき下部電極の形状に合わせて溝パターンを形成した。このとき、レジスト膜の下にある金属薄膜表面が露出するまでエッチングを行った。
【００３４】
次に、金属薄膜に電位を付与し、めっき法により、溝パターンにＣｕからなる金属材料を埋め込んだ。そして、レジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜を剥離し、下部電極層を形成した。そして、露出している金属薄膜をエッチングにより除去した。こうして、基板と下部電極層との積層体からなる被膜形成体を得た。
【００３５】
次に、図３に示すＥＣＲスパッタ装置を用いて誘電体膜を形成した。このとき、ターゲット材としてＳｉを用い、Ａｒガス導入管３０８よりプラズマ生成部３０５にＡｒガスを導入し、マイクロ波導入管３０４からプラズマ生成部３０５にマイクロ波を導入して、プラズマ生成部３０５の内部でＡｒのプラズマを発生させた。これにより、ターゲット材３０６をスパッタさせた。一方、膜形成チャンバ３０３には、窒素ガス導入管３０７から窒素ガスを導入した。このとき、窒素ガスとＡｒガスとの流量比は、表1に示す通りとした。こうして被膜形成体３０１のうち下部電極層側の表面上に厚さ２００ｎｍの誘電体膜を形成した。
【００３６】
こうして誘電体膜が得られた後、誘電体膜の上に、ポリイミドからなるパッシベーション膜を形成した。次に、パッシベーション膜に下部電極のパターン形状に合わせて溝パターンを形成した。そして、パッシベーション膜上に、上部電極を形成するためのシード層としてＴｉからなる金属薄膜、Ｃｕからなる金属薄膜を順次形成した。そして、フォトレジスト膜を形成した後、エッチングにより、下部電極層と同一形状の溝パターンを形成した。
【００３７】
次に、金属薄膜に電位を付与し、めっき法により溝パターンにＣｕからなる金属材料を埋め込んだ。最後に、レジスト剥離液を用いてフォトレジスト膜を剥離し、Ｃｕからなる上部電極を形成した。こうしてキャパシタを作製した。
【００３８】
ＳｉＮｘ膜の応力は、Ｓｉ基板上に成膜して測定した。応力は、誘電体膜形成前後における基板の曲率半径変化を測定し、以下の計算式：
σ＝（Ｅｓ×Ｄ２）／（６ｄ（１−γ）×Ｒ）
に基づいて算出した。結果を表１に示す。
【００３９】
なお、上記式中、ＥｓはＳｉ基板の弾性率（ＧＰａ）、Ｄは基板の厚さ（μｍ）、ｄは誘電体膜の厚さ（μｍ）、γはＳｉ基板のポアソン比（無次元）、Ｒは基板の曲率半径（μｍ）を表す。なお、応力の測定に際しては、γとして、Ｓｉ固有の値である０．３を使用した。
【表１】
2007180394.tif 000003
【００４０】
また、得られたキャパシタについて、電子顕微鏡により厚さ方向に沿った断面を確認し、誘電体膜が下部電極層又は上部電極層から剥離しているかどうか調べた。結果を表１に示す。なお、膜剥がれ有無の判断基準は下記の通りとした。
無        し  ：ウェハー内に全く膜波剥がれが存在せず
一  部  有  り：ウェハー内の一部に膜剥がれが存在
非常に多く有り：ウェハー全面に膜剥がれが存在
【００４１】
表１に示す結果より、実施例１〜８のキャパシタでは、誘電体膜が電極から剥離していないのに対して、比較例１〜６のキャパシタでは、程度の差はあるものの誘電体膜が電極から剥離することが分かった。
【００４２】
このことから、本発明のように、誘電体膜において、Ｓｉの原子数とＮの原子数の比であるＡを０．７０以下にすることで、誘電体膜が電極から剥離することを十分に防止できることが確認された。
【００４３】
なお、表１に示す結果より、応力の値は、Ａと同じように増加したことから、応力が膜の剥離の原因の一つであるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のキャパシタの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のキャパシタの一連の製造工程を示す図である。
【図３】図１のキャパシタを構成する誘電体膜を形成する膜形成装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
２…下部電極層、３…誘電体膜、４…上部電極層、１０…基板、２０…キャパシタ部、１００…キャパシタ。
【図１】
2007180394.tif 000004
【図２】
2007180394.tif 000005
【図３】
2007180394.tif 000006