誘電体膜キャパシタおよびその製造方法
【課題】誘電体膜キャパシタにおいて、下部電極とその下層との密着性が良く、酸化されにくく熱的に安定な電極構造を提供する。
【解決手段】誘電体膜キャパシタ２０は、開口部２２ａを有し、白金を含む材料からなる下部電極２２と、下部電極２２の上方に設けられた、ＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を有する酸化物を含む誘電体膜２４と、誘電体膜２４の上方に設けられた上部電極２６と、を含む。誘電体膜２４の形成領域の面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合が５０％以上である。
【解決手段】誘電体膜キャパシタ２０は、開口部２２ａを有し、白金を含む材料からなる下部電極２２と、下部電極２２の上方に設けられた、ＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を有する酸化物を含む誘電体膜２４と、誘電体膜２４の上方に設けられた上部電極２６と、を含む。誘電体膜２４の形成領域の面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合が５０％以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体膜キャパシタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話などに代表される移動通信端末などの情報産業分野のデバイスには、今後ますます高速化、高容量化、小型化が要求され、それを実現するための高機能デバイスの研究開発が広範囲で精力的に進められている。その中でも、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛に代表されるＡＢＯｘ型（ペロブスカイト型）結晶構造を有する誘電体材料は、キャパシタやメモリ材料などの電子デバイス分野で広く利用されている。
【０００３】
しかしながら、これらの電子デバイスのさらなる小型化、高性能化のためには、素子の薄膜化が不可欠であり、そのためには、高機能かつ高品質の誘電体膜キャパシタの製造技術の確立が鍵となっている。
【０００４】
誘電体膜キャパシタは、一般に、基板、絶縁層、下部電極、誘電体膜、および上部電極が順に積層された構造を有する。誘電体膜キャパシタは、スパッタリング、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）、ゾルゲル法、ＭＯＤ法（有機金属分解法）などによって成膜可能である。中でも、製造コストの低さ、組成制御および形状付与の容易さ、ならびに高価な装置を必要としない点で、液相法に期待が寄せられている。
【０００５】
誘電体膜を気相法で成膜する場合、一般に、成膜した誘電体膜を酸化雰囲気中で熱処理することにより、誘電体膜の誘電特性を向上させる必要がある。また、誘電体膜を液相法で成膜する場合、一般に、誘電体膜の原料である有機化合物を有機溶媒中に溶解させたゾルゲル溶液、あるいは誘電体材料粒子を分散させた溶液を塗布して得られた塗膜を、酸化雰囲気中で熱処理する必要がある。このため、下部電極には酸化しにくい貴金属が用いられる。具体的には、下部電極の材料として、白金（Ｐｔ）をベースとする材料が多く用いられる。
【０００６】
シリコンウエハ上に誘電体膜キャパシタを作成する場合、例えば、シリコンウエハ上に形成されたシリコン系絶縁層（例えば酸化シリコン層）上に、下部電極（例えばＰｔ膜）を形成する。しかしながら、シリコン系絶縁層と下部電極（特にＰｔ膜）とは密着性が悪いため、シリコン系絶縁層から下部電極が容易に剥離する。この下部電極の剥離によって、パターニング、ダイシングカットなどの手法を用いて誘電体膜キャパシタを製造することが非常に困難になる。これを解決するため、シリコン系絶縁層と下部電極との密着性を高める試みとして、シリコン系絶縁層と下部電極との間に密着層を作成する方法が報告されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、酸化シリコン層と貴金属電極膜との間に密着層としてチタン（Ｔｉ）膜を作成することにより、酸化シリコン層と貴金属電極膜との密着性の改善を試みている。しかしながら、このＴｉ膜の酸化によって基板に反りが生じたり、Ｔｉ膜の酸化により生じた酸化物が貴金属電極膜と誘電体膜との界面に拡散したりする場合がある。
【０００８】
例えば、特許文献２では、酸化シリコン層と白金電極膜との間に密着層として金（Ａｕ）膜を作成して、白金電極膜の応力を緩和することにより、酸化シリコン層と白金電極膜との密着性の改善を試みている。しかしながら、多層の貴金属薄膜の作成は、実デバイス製造の際にコストの点で不利である。また、Ａｕ膜と酸化シリコン層との密着性は良好とは言えず、密着性が改善されているとは言い難い。
【０００９】
例えば、特許文献３，４では、酸化シリコン層と白金電極膜との間に密着層として誘電体膜と同一の材料を利用した密着層を形成し、膜の応力を緩和することにより、酸化シリコン層と白金電極膜との密着性の改善を試みている。この方法によれば、密着層と誘電体層とが同一材料なので、密着層が下部電極と誘電体膜との界面に拡散しても特性の劣化を招かない。しかしながら、密着層として機能し得る誘電体材料を選択する必要があるため、誘電体膜として使用可能な材料組成が限定されてしまい、誘電体膜キャパシタの特性上好ましくない。
【特許文献１】特開平８−７８６３６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９３９４号公報
【特許文献３】特開２００５−８５８１２号公報
【特許文献４】特開２００５−１０１５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、下部電極と、この下部電極の下に設けられた層との密着性を改善でき、酸化されにくく熱的に安定な電極構造を提供でき、歩留まりが良好で、かつ特性の優れた誘電体膜キャパシタおよびその製造方法を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、上記本発明の誘電体膜キャパシタを含む電子回路部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１．本発明の誘電体膜キャパシタは、
開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜と、
前記誘電体膜の上方に設けられた上部電極と、
を含み、
前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上である。
【００１３】
ここで、「平面」とは、前記下部電極、前記誘電体膜、および前記上部電極の積層方向と垂直な平面をいい、「平面面積」とは、前記垂直な平面における面積をいう。また、「誘電体膜の形成領域」とは、前記平面において前記誘電体膜が最大の面積を占める領域（例えば、前記誘電体膜の上面）をいう。
【００１４】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタにおいて、前記ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物において、金属種ＡはＬｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、かつ、金属種ＢはＴｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属であることができる。
【００１５】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタにおいて、前記下部電極は、シリコン系絶縁層の上に設けられていることができる。
【００１６】
この場合、前記シリコン系絶縁層の膜厚は１００〜２０００ｎｍであることができる。
【００１７】
また、この場合、前記シリコン系絶縁層は、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有することができる。
【００１８】
さらに、この場合、前記シリコン系絶縁層と前記下部電極との間に金属とシリコンが混在する中間層が形成されていることができる。
【００１９】
加えて、この場合、前記シリコン系絶縁層が酸化シリコンであることができる。
【００２０】
２．本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法は、
（ａ）開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極を形成する工程と、
（ｂ）前記下部電極の上に、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜を直接形成する工程と、
（ｃ）前記誘電体膜の上方に、上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記工程（ａ）は、前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上になるように、前記下部電極をパターニングする工程を含む。
【００２１】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法において、前記工程（ｂ）は、誘電体膜形成用組成物の塗布によって前記誘電体膜を形成する工程を含むことができる。
【００２２】
この場合、前記誘電体膜形成用組成物は、（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方と（iii）有機溶媒とを含み、前記金属種Ａは、Ｌｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、前記金属種Ｂは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属であることができる。
【００２３】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法において、前記工程（ａ）は、リフトオフ法、あるいはイオンミリング法を用いたパターニングによって前記下部電極を形成する工程を含むことができる。
【００２４】
３．本発明の電子回路部品は、上記本発明の誘電体膜キャパシタを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の誘電体膜キャパシタによれば、前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上であることにより、前記下部電極と、該下部電極の下に設けられた層との密着性が改善され、酸化されにくく熱的に安定な電極構造が提供でき、歩留まりが良好で、かつ特性が優れている。
【００２６】
本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法によれば、上記本発明の誘電体膜キャパシタを効率良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本実施の形態の誘電体膜キャパシタおよびその製造方法、ならびに電子回路部品について詳細に説明する。
【００２８】
１．誘電体膜キャパシタ
図１（Ｆ）は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０を模式的に示す断面図であり、図２は、図１（Ｆ）の誘電体膜キャパシタ２０における下部電極２２の平面パターンを模式的に示す平面図である。
【００２９】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０は、下部電極２２と、下部電極２２の上方に設けられた誘電体膜２４と、誘電体膜２４の上方に設けられた上部電極２６とを含む。下部電極２２は図１（Ｆ）に示すように、開口部２２ａを有する。すなわち、下部電極２２は、複数の分離された部分（図２における部分Ｙ１〜Ｙ１２）からなり、この分離された部分の隙間が開口部２２ａである。誘電体膜２４は、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む。
【００３０】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０は、例えば、インターポーザーに内蔵される薄膜コンデンサとして使用することができる。
【００３１】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０は、例えば、強誘電体メモリ装置（図示せず）の強誘電体膜キャパシタとして使用することができる。この場合、誘電体膜キャパシタ２０の誘電体膜２４には、情報としての電荷がため込まれる。また、この場合、強誘電体メモリ装置は、誘電体膜キャパシタ２０とともに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ（図示せず）を含む。
【００３２】
下部電極２２は、白金を含む材料からなり、好ましくは、白金、または白金と白金以外の金属（例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の金属）との合金からなる。また、下部電極２２は、単層膜でもよいし、または積層した多層膜でもよい。
【００３３】
誘電体膜２４を構成するＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物においては、金属種ＡはＬｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であることができ、金属種ＢはＴｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属であることができる。例えば、誘電体膜２４は、（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＬＴ）からなることができる。
【００３４】
上部電極２６は、下部電極２２に使用可能な材料として例示した上記材料で形成されてもよく、あるいは、アルミニウム，銀，ニッケルなどから形成されていてもよい。また、上部電極２６は、単層膜でもよいし、または積層した多層膜でもよい。
【００３５】
本実施の形態においては、下部電極２２は、絶縁層１２の上に設けられている。この絶縁層１２は例えば、シリコン系絶縁層であることができる。シリコン系絶縁層は、ケイ素を含む絶縁層であり、その膜厚は１００〜２０００ｎｍであることが好ましく、１００〜５００ｎｍであることがより好ましい。ここで、シリコン系絶縁層の膜厚が１００ｎｍ未満であるとリーク電流が大きく、一方、シリコン系絶縁層の膜厚が２０００ｎｍを超えると、基板にかかる応力が強くなる。
【００３６】
また、シリコン系絶縁層は、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有することが好ましく、
１０１２Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有することがより好ましい。シリコン系絶縁層の体積抵抗率が１０１０Ωｃｍ未満であると、リーク電流が大きくなる。
【００３７】
シリコン系絶縁層としては、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、シリコン系Ｌｏｗ−ｋ膜が挙げられる。なお、図示しないが、下部電極２２の下部にコンタクト層が設けられていてもよい。
【００３８】
また、絶縁層１２がシリコン系絶縁層の場合、シリコン系絶縁層と下部電極２２との間に、金属とシリコンが混在する中間層（図示せず）が形成されていてもよい。この金属とシリコンが混在する中間層は、下部電極２２を構成する金属と、シリコン系絶縁層を構成するケイ素原子との反応により形成される。シリコン系絶縁層と下部電極２２との間に前記中間層が形成されていることにより、下部電極２２とシリコン系絶縁層との間の密着性を高めることができる。
【００３９】
例えば、下部電極２２が白金を含む材料からなる場合、シリコン系絶縁層と下部電極２２との間には、白金とシリコンが混在する中間層が形成される。特に、下部電極２２が白金を含む材料からなる場合、下部電極２２とシリコン系絶縁層との密着性が悪く、下部電極２２がシリコン系絶縁層から剥離する場合がある。この場合において、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０によれば、シリコン系絶縁層（絶縁層１２）と、白金を含む材料からなる電極（下部電極２２）とが、白金とシリコンが混在する中間層を介して配置されていることにより、シリコン系絶縁層（絶縁層１２）と下部電極２２との間の密着性を良好にすることができる。
【００４０】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０においては、領域Ｘは、誘電体膜２４の形成領域である。この領域Ｘは、誘電体膜２４の上面２４ｂ（図１（Ｆ）参照）に相当する。ここで、領域Ｘはまた、上部電極２６の平面パターンに相当する。
【００４１】
図２では、領域Ｘはドットで示され、領域Ｘの外縁Ａは太線で表され、部分Ｙ１〜Ｙ１２はそれぞれ斜線で示されている。
【００４２】
なお、図２においては、下部電極２２を構成する複数の分離された部分Ｙ１〜Ｙ１２が格子状に配列している場合を示したが、複数の分離された部分の配列パターンおよび大きさはこれに限定されない。
【００４３】
図２に示すように、この誘電体膜キャパシタ２０においては、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対する、下部電極２２の平面面積（複数の分離された部分Ｙ１〜Ｙ１２の平面面積の合計）の割合が５０％以上であることが好ましい。上記割合が５０％以上であることにより、下部電極２２の電極としての機能を確保しつつ、下部電極２２とその下部にある層との密着性を高めることができる。一方、上記割合が５０％未満である場合、下部電極２２の電極としての機能が低下することがある。
【００４４】
本発明の誘電体膜キャパシタによれば、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合が５０％以上であることにより、下部電極２２と、下部電極２２の下に設けられた層（図１（Ｆ）では絶縁層１２）との密着性が改善され、酸化されにくく熱的に安定な電極構造が提供でき、歩留まりが良好で、かつ特性が優れている。これにより、例えば、下部電極２２上に形成された誘電体膜２４および上部電極２６をパターニングする際に、下部電極２２の剥離を防止することができる。
【００４５】
特に、下部電極２２がＰｔを含む材料からなり、下部電極２２の下に設けられた層がシリコン系絶縁層である場合、下部電極２２とシリコン系絶縁層との密着性を良好に改善することができ、下部電極２２の剥離を防止することができる。
【００４６】
２．誘電体膜キャパシタの製造方法
次に、図１（Ａ）〜図１（Ｆ）を参照して、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の製造方法について説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【００４７】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の製造方法は、（ａ）開口部２２ａを有し、白金を含む材料からなる下部電極２２を形成する工程と、（ｂ）下部電極２２の上に、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜２４を直接形成する工程と、（ｃ）誘電体膜２４の上方に、上部電極２６を形成する工程と、を含む。ここで、工程（ａ）は、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合が５０％以上であるように、下部電極２２をパターニングする工程を含む（図２参照）。
【００４８】
以下、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の各製造工程について説明する。
【００４９】
２．１．下部電極２２の形成
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０を準備する。基板１０は例えば、シリコン基板、ＳＯＩ基板、サファイア基板、化合物半導体基板などの半導体基板であることができる。
【００５０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、基板１０の上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２の材料としては、「誘電体膜キャパシタ」の欄で例示したものを使用することができる。また、絶縁層１２は、公知の方法（例えば、ＣＶＤ法、熱酸化法、スピンコート法）を用いて形成することができる。
【００５１】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、絶縁層１２の上に下部電極２２を形成する。下部電極２２の成膜方法は特に限定されないが、例えばスパッタ法を用いて形成することができる。また、下部電極２２を形成するための導電層（図示せず）を成膜した後、この導電層をパターニングすることにより、下部電極２２を形成する。
【００５２】
下部電極２２のパターニングは、例えばリフトオフ法、あるいはイオンミリング法を用いたパターニングによって行なうことができる。これにより、開口部２２ａを有し、複数の分離された部分Ｙ１〜Ｙ１２からなる下部電極２２を形成することができる（図２参照）。
【００５３】
２．２．誘電体膜２４ａの成膜
次いで、図１（Ｄ）に示すように、下部電極２２上に誘電体膜２４ａを直接形成する。この誘電体膜２４ａは後述する工程にてパターニングされて、所定のパターンの誘電体膜２４が形成される（図１（Ｆ）参照）。誘電体膜２４ａは、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）、ゾルゲル法、ＭＯＤ法（有機金属分解法）などによって成膜可能である。また、誘電体膜２４ａは、製造コストの観点や組成制御と形状付与の容易さから、高価な装置を必要としない液相法で成膜することが好ましい。液相法で誘電体膜２４ａを成膜する場合、誘電体膜２４ａは、誘電体膜形成用組成物の塗布により形成することができる。
【００５４】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０においては、下部電極２２が開口部２２ａを含む。このため、誘電体膜形成用組成物の塗布によって誘電体膜２４ａを形成することにより、下部電極２２の開口部２２ａにこの組成物を流し込むことができるため、開口部２２ａ内に誘電体膜２４ａを確実に埋め込むことができる。
【００５５】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物は、（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方と（iii）有機溶媒とを、含む組成物であることができる。
【００５６】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物に含まれる（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造の酸化物粒子の濃度は、２０〜３ｗｔ％、好ましくは１５〜５ｗｔ％である。
【００５７】
ここで、金属種Ａおよび金属種Ｂの具体例については、上述の「誘電体膜キャパシタ」の欄で説明したとおりである。
【００５８】
また、本実施の形態の誘電体組形成用組成物に含まれる（iii）有機溶媒は、例えば、アルコール系溶媒、多価アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒等を挙げることができる。
【００５９】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物を下部電極２２上に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を必要に応じて乾燥すること、好ましくはさらに加熱焼成することにより、誘電体膜２４ａを得ることができる。
【００６０】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物の塗布方法としては、例えば、オープンスピン塗布法、密閉スピン塗布法、ミスト化塗布のＬＳＭ−ＣＶＤ法（溶液気化化学気相堆積法）、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法、印刷法、インクジェット法、電気泳動電着法等の公知の塗布法を用いることができる。
【００６１】
塗膜の乾燥は、通常５０〜３００℃、好ましくは１００〜２５０℃の温度で行なう。また、誘電体膜形成用組成物の塗布、ならびに必要に応じて乾燥までの一連の操作を数回繰り返して行なうことにより、最終的に得られる誘電体膜２４ａを所望の膜厚に設定することができる。その後、この塗膜を、通常３００〜９００℃、好ましくは４００〜７５０℃の温度で加熱して焼成することにより、誘電体膜２４ａを得ることができる。
【００６２】
２．３．上部電極２６の形成
次に、図１（Ｅ）に示すように、誘電体膜２４ａの上に導電層２６ａを形成する。この導電層２６ａは後述する工程にてパターニングされて、所定のパターンの上部電極２６が形成される（図１（Ｆ）参照）。導電層２６ａの形成方法は、誘電体膜２４ａに無視できないダメージを与えない方法であれば特に限定されないが、例えば蒸着法、スパッタリング法を用いることができる。
【００６３】
次いで、図１（Ｅ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法により、レジスト層Ｒを導電層２６ａ上に形成する。本実施の形態においては、このレジストＲは、所望の誘電体膜２４の形成領域Ｘに対応する平面形状および大きさを有する。このレジストＲをマスクとして、誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａをパターニングする。これにより、誘電体膜２４および上部電極２６が形成される。
【００６４】
ここで、誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａのパターニングは、ウエットエッチングやドライエッチングなどの公知の方法を用いることができる。
【００６５】
上記工程により、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０を得ることができる。
【００６６】
３．電子回路部品
本実施の形態の電子回路部品は、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０を含む。本実施の形態の電子回路部品の用途は特に限定されないが、移動通信端末（例えば、例えば携帯電話）、情報処理装置、アミューズメント機器などの電子機器に使用可能である。
【００６７】
４．実施例
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６８】
４．１．誘電体膜形成用組成物の調製
まず、本実施例の誘電体膜キャパシタを形成するのに使用する誘電体膜形成用組成物を調製した。
【００６９】
エチレングリコールモノメチルエーテル６０９．０４ｇに、Ｔｉ（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）４を１１３．７１ｇ加え、２５℃で３０分間攪拌した。その後、Ｂａ（ＯＨ）２・Ｈ２Ｏを７７．３３ｇ加えて溶解し、８０℃で２時間加熱した。その後、不溶分を孔径０．２μｍのテフロン（登録商標）フィルターでろ過し、除去した。
【００７０】
上記反応液６２０．００ｇを０℃に冷却して、Ｂａの３０倍モル相当の水１６７．４０ｇを添加し、激しく攪拌し、加水分解・縮合物を得た。その後、生成した加水分解・縮合物を６０℃で３時間静置して結晶化させた。
【００７１】
結晶化後、デカンテーションによって結晶粒子と上澄溶液とを分離し、エチレングリコールモノメチルエーテルを６００ｇ添加し、再度６０℃で静置して３時間放置した。この操作を４回繰り返した。
【００７２】
結晶粒子と上澄溶液とを分離した後、ＢａＴｉＯ３換算した場合の固形分濃度が１０重量％になるようにエチレングリコールモノメチルエーテルを加え、さらに分散剤としてエチレンジアミンのポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン縮合物を粒子重量１００に対して０．１重量添加し、超音波分散機で結晶粒子を分散させた。このようにして、（ｉ）成分であるＡＢＯｘ型の結晶構造を含む本実施例にかかる誘電体膜形成用組成物（１）を得た。
【００７３】
得られた誘電体膜形成用組成物（１）に含まれるＡＢＯｘ型の結晶構造を有する粒子の粒子径分布を、動的光散乱式粒径分布測定装置（型名「ＬＢ−５００」，堀場製作所（株）製）を用いて動的散乱法にて測定した結果を図３に示す。図３によれば、この粒子分散液に含まれる粒子は、４０ｎｍを主体とする粒子分布（平均粒子径約４０ｎｍ）であることがわかる。なお、この誘電体膜形成用組成物（１）は容易に孔径２００ｎｍのフィルターで濾過し、粗大粒子を除去することが可能であった。
【００７４】
また、本実施例のＡＢＯｘ型の結晶構造を有する粒子（（ｉ）成分）の結晶構造を、Ｘ線解析により確認した。得られたＡＢＯｘ型の結晶構造を有する粒子分散液をガラス板へ滴下し、室温で乾燥させたものをＸ線回折装置（型名「ＭＸＰ１８Ａ」，株式会社マックサイエンス製）で測定したＸ線回折チャートを図４に示す。図４によれば、ＡＢＯｘ型の結晶構造を有する誘電体膜形成用組成物（１）中の粒子が、ＢａＴｉＯ３複合酸化物のＡＢＯｘ型の結晶構造になっていることが判断できる。
【００７５】
４．２．誘電体膜キャパシタ２０の形成
４．２．１．下部電極２２の形成
まず、図１（Ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる基板１０を準備する。次に、図１（Ｂ）に示すように、熱酸化法により、基板１０の上に、膜厚０．１μｍの絶縁層（酸化シリコン層）１２を形成する。
【００７６】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、絶縁層１２の上に、レジストパターンを形成し、その上に膜厚３０ｎｍのＰｔ膜をスパッタ法で成膜したのち、レジストパターンを溶解、除去して、Ｐｔからなる下部電極２２を形成した。
【００７７】
本実施例においては、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対して、下部電極２２の平面面積（部分Ｙ１〜Ｙ１２の平面面積の合計）の割合が５０％であった（図２参照）。
【００７８】
４．２．２．誘電体膜２４の形成
次いで、図１（Ｄ）に示すように、下部電極２２の上に誘電体膜２４ａを形成した。本実施例では、誘電体膜２４ａを液相法で成膜する例を示す。
【００７９】
密着性が良好で、表面粗さが良好な膜厚５０ｎｍのＰｔからなる下部電極２２上に、誘電体膜形成用組成物（１）を、スピンコータを用いて３００ｒｐｍで５秒間、続いて３０００ｒｐｍで１５秒間回転塗布して塗膜を形成した後、この塗膜を２５０℃で１分間乾燥させ、次いで、７５０℃で６０分間この塗膜を加熱して焼成した。この操作を２回行ない、膜厚２４２ｎｍの誘電体膜２４ａを作製した。
【００８０】
４．２．３．上部電極２６の形成
次いで、図１（Ｅ）に示すように、誘電体膜２４ａ上に、スパッタ法により、膜厚５０ｎｍの導電層（Ｎｉ膜）２６ａを成膜した。次いで、フォトリソグラフィ法により、導電層２６ａ上にレジスト層Ｒを形成した。このレジスト層Ｒは、形成する誘電体膜２４に対応する平面形状および平面面積を有する。その後、レジストＲをマスクとして、誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａをともにウエットエッチングすることにより、誘電体膜２４を形成するとともに、平面面積が１００ｍｍ２であり、膜厚２００ｎｍの上部電極２６を形成した（図１（Ｆ）参照）。以上の工程により、本実施例の誘電体膜キャパシタ２０を得た。
【００８１】
４．３．誘電体膜キャパシタ２０の電気特性評価
本実施例で得られた誘電体膜キャパシタ２０の比誘電率、誘電損失およびリーク電流を測定した。比誘電率および誘電損失は、プレシジョンＬＣＲメータＨＰ４２８４Ａ（横河ヒューレットパッカード株式会社製）を用いて測定し、リーク電流は，エレクトロメータ６５１７Ａ（ケースレーインスツルメンツ株式会社製）で測定した。その結果、測定周波数１００ｋＨｚにおいて、比誘電率１８３、誘電損失０．０４であり、リーク電流は０．２ＭＶ／ｃｍにおいて１．１０×１０−７（Ａ／ｃｍ２）であった。
【００８２】
上記測定結果から明らかであるように、Ｐｔからなる下部電極２２上に、誘電体膜形成用組成物を塗布することにより誘電体膜２４ａを形成し、次いで、この誘電体膜２４ａ上に導電層２６ａを形成した後、ウエットエッチングにより誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａをパターニングして、誘電体膜２４および上部電極２６を形成することにより、良好な電気特性を示す誘電体膜キャパシタ２０を作成することができた。
【００８３】
４．４．比較例
本実施例の誘電体膜キャパシタの製造工程において、Ｐｔからなる下部電極をパターニングせずに形成した。すなわち、本比較例の下部電極は開口部を有しておらず、誘電体膜２４および上部電極２６と同じ平面形状および大きさを有する。次いで、この下部電極上に、上記実施例と同様に誘電体膜２４ａを成膜した。次いで、導電層２６ａを形成した後、ウエットエッチングにより誘電体膜２４および導電層２６ａをパターニングしたところ、下部電極が剥離してしまい、誘電体膜キャパシタを作成することができなかった。
【００８４】
本比較例によれば、下部電極が開口部を有していない（この場合、誘電体膜２４ａの形成領域の面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合がほぼ１００％である）ので、下部電極とその下の層との密着性が悪いため、下部電極が剥離したと推察される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０における下部電極２２の平面形状を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、実施例１にて得られた、ＡＢＯｘ型の結晶構造を有する酸化物粒子の分散液中の粒子（（ｉ）成分）の粒子径分布を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例１で得られた誘電体膜形成用組成物（１）の乾燥物のＸ線回折の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０…基板
１２…絶縁層
２０…誘電体膜キャパシタ
２２…下部電極
２２ａ…開口部
２４，２４ａ…誘電体膜
２４ｂ…誘電体膜の上面
２６…上部電極
２６ａ…導電層
Ａ…領域Ｘの外縁
Ｒ…レジスト層
Ｘ…誘電体膜の形成領域（誘電体膜２４の上面２４ｂ）
Ｙ１〜Ｙ１２…分離された部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体膜キャパシタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話などに代表される移動通信端末などの情報産業分野のデバイスには、今後ますます高速化、高容量化、小型化が要求され、それを実現するための高機能デバイスの研究開発が広範囲で精力的に進められている。その中でも、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛に代表されるＡＢＯｘ型（ペロブスカイト型）結晶構造を有する誘電体材料は、キャパシタやメモリ材料などの電子デバイス分野で広く利用されている。
【０００３】
しかしながら、これらの電子デバイスのさらなる小型化、高性能化のためには、素子の薄膜化が不可欠であり、そのためには、高機能かつ高品質の誘電体膜キャパシタの製造技術の確立が鍵となっている。
【０００４】
誘電体膜キャパシタは、一般に、基板、絶縁層、下部電極、誘電体膜、および上部電極が順に積層された構造を有する。誘電体膜キャパシタは、スパッタリング、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）、ゾルゲル法、ＭＯＤ法（有機金属分解法）などによって成膜可能である。中でも、製造コストの低さ、組成制御および形状付与の容易さ、ならびに高価な装置を必要としない点で、液相法に期待が寄せられている。
【０００５】
誘電体膜を気相法で成膜する場合、一般に、成膜した誘電体膜を酸化雰囲気中で熱処理することにより、誘電体膜の誘電特性を向上させる必要がある。また、誘電体膜を液相法で成膜する場合、一般に、誘電体膜の原料である有機化合物を有機溶媒中に溶解させたゾルゲル溶液、あるいは誘電体材料粒子を分散させた溶液を塗布して得られた塗膜を、酸化雰囲気中で熱処理する必要がある。このため、下部電極には酸化しにくい貴金属が用いられる。具体的には、下部電極の材料として、白金（Ｐｔ）をベースとする材料が多く用いられる。
【０００６】
シリコンウエハ上に誘電体膜キャパシタを作成する場合、例えば、シリコンウエハ上に形成されたシリコン系絶縁層（例えば酸化シリコン層）上に、下部電極（例えばＰｔ膜）を形成する。しかしながら、シリコン系絶縁層と下部電極（特にＰｔ膜）とは密着性が悪いため、シリコン系絶縁層から下部電極が容易に剥離する。この下部電極の剥離によって、パターニング、ダイシングカットなどの手法を用いて誘電体膜キャパシタを製造することが非常に困難になる。これを解決するため、シリコン系絶縁層と下部電極との密着性を高める試みとして、シリコン系絶縁層と下部電極との間に密着層を作成する方法が報告されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、酸化シリコン層と貴金属電極膜との間に密着層としてチタン（Ｔｉ）膜を作成することにより、酸化シリコン層と貴金属電極膜との密着性の改善を試みている。しかしながら、このＴｉ膜の酸化によって基板に反りが生じたり、Ｔｉ膜の酸化により生じた酸化物が貴金属電極膜と誘電体膜との界面に拡散したりする場合がある。
【０００８】
例えば、特許文献２では、酸化シリコン層と白金電極膜との間に密着層として金（Ａｕ）膜を作成して、白金電極膜の応力を緩和することにより、酸化シリコン層と白金電極膜との密着性の改善を試みている。しかしながら、多層の貴金属薄膜の作成は、実デバイス製造の際にコストの点で不利である。また、Ａｕ膜と酸化シリコン層との密着性は良好とは言えず、密着性が改善されているとは言い難い。
【０００９】
例えば、特許文献３，４では、酸化シリコン層と白金電極膜との間に密着層として誘電体膜と同一の材料を利用した密着層を形成し、膜の応力を緩和することにより、酸化シリコン層と白金電極膜との密着性の改善を試みている。この方法によれば、密着層と誘電体層とが同一材料なので、密着層が下部電極と誘電体膜との界面に拡散しても特性の劣化を招かない。しかしながら、密着層として機能し得る誘電体材料を選択する必要があるため、誘電体膜として使用可能な材料組成が限定されてしまい、誘電体膜キャパシタの特性上好ましくない。
【特許文献１】特開平８−７８６３６号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９３９４号公報
【特許文献３】特開２００５−８５８１２号公報
【特許文献４】特開２００５−１０１５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、下部電極と、この下部電極の下に設けられた層との密着性を改善でき、酸化されにくく熱的に安定な電極構造を提供でき、歩留まりが良好で、かつ特性の優れた誘電体膜キャパシタおよびその製造方法を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、上記本発明の誘電体膜キャパシタを含む電子回路部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１．本発明の誘電体膜キャパシタは、
開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜と、
前記誘電体膜の上方に設けられた上部電極と、
を含み、
前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上である。
【００１３】
ここで、「平面」とは、前記下部電極、前記誘電体膜、および前記上部電極の積層方向と垂直な平面をいい、「平面面積」とは、前記垂直な平面における面積をいう。また、「誘電体膜の形成領域」とは、前記平面において前記誘電体膜が最大の面積を占める領域（例えば、前記誘電体膜の上面）をいう。
【００１４】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタにおいて、前記ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物において、金属種ＡはＬｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、かつ、金属種ＢはＴｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属であることができる。
【００１５】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタにおいて、前記下部電極は、シリコン系絶縁層の上に設けられていることができる。
【００１６】
この場合、前記シリコン系絶縁層の膜厚は１００〜２０００ｎｍであることができる。
【００１７】
また、この場合、前記シリコン系絶縁層は、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有することができる。
【００１８】
さらに、この場合、前記シリコン系絶縁層と前記下部電極との間に金属とシリコンが混在する中間層が形成されていることができる。
【００１９】
加えて、この場合、前記シリコン系絶縁層が酸化シリコンであることができる。
【００２０】
２．本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法は、
（ａ）開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極を形成する工程と、
（ｂ）前記下部電極の上に、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜を直接形成する工程と、
（ｃ）前記誘電体膜の上方に、上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記工程（ａ）は、前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上になるように、前記下部電極をパターニングする工程を含む。
【００２１】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法において、前記工程（ｂ）は、誘電体膜形成用組成物の塗布によって前記誘電体膜を形成する工程を含むことができる。
【００２２】
この場合、前記誘電体膜形成用組成物は、（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方と（iii）有機溶媒とを含み、前記金属種Ａは、Ｌｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、前記金属種Ｂは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属であることができる。
【００２３】
ここで、上記本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法において、前記工程（ａ）は、リフトオフ法、あるいはイオンミリング法を用いたパターニングによって前記下部電極を形成する工程を含むことができる。
【００２４】
３．本発明の電子回路部品は、上記本発明の誘電体膜キャパシタを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の誘電体膜キャパシタによれば、前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上であることにより、前記下部電極と、該下部電極の下に設けられた層との密着性が改善され、酸化されにくく熱的に安定な電極構造が提供でき、歩留まりが良好で、かつ特性が優れている。
【００２６】
本発明の誘電体膜キャパシタの製造方法によれば、上記本発明の誘電体膜キャパシタを効率良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本実施の形態の誘電体膜キャパシタおよびその製造方法、ならびに電子回路部品について詳細に説明する。
【００２８】
１．誘電体膜キャパシタ
図１（Ｆ）は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０を模式的に示す断面図であり、図２は、図１（Ｆ）の誘電体膜キャパシタ２０における下部電極２２の平面パターンを模式的に示す平面図である。
【００２９】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０は、下部電極２２と、下部電極２２の上方に設けられた誘電体膜２４と、誘電体膜２４の上方に設けられた上部電極２６とを含む。下部電極２２は図１（Ｆ）に示すように、開口部２２ａを有する。すなわち、下部電極２２は、複数の分離された部分（図２における部分Ｙ１〜Ｙ１２）からなり、この分離された部分の隙間が開口部２２ａである。誘電体膜２４は、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む。
【００３０】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０は、例えば、インターポーザーに内蔵される薄膜コンデンサとして使用することができる。
【００３１】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０は、例えば、強誘電体メモリ装置（図示せず）の強誘電体膜キャパシタとして使用することができる。この場合、誘電体膜キャパシタ２０の誘電体膜２４には、情報としての電荷がため込まれる。また、この場合、強誘電体メモリ装置は、誘電体膜キャパシタ２０とともに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ（図示せず）を含む。
【００３２】
下部電極２２は、白金を含む材料からなり、好ましくは、白金、または白金と白金以外の金属（例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、およびイリジウムから選ばれる少なくとも１種の金属）との合金からなる。また、下部電極２２は、単層膜でもよいし、または積層した多層膜でもよい。
【００３３】
誘電体膜２４を構成するＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物においては、金属種ＡはＬｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であることができ、金属種ＢはＴｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属であることができる。例えば、誘電体膜２４は、（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（ＰＺＴ）、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（ＳＢＴ）、（Ｂｉ，Ｌａ）４Ｔｉ３Ｏ１２（ＢＬＴ）からなることができる。
【００３４】
上部電極２６は、下部電極２２に使用可能な材料として例示した上記材料で形成されてもよく、あるいは、アルミニウム，銀，ニッケルなどから形成されていてもよい。また、上部電極２６は、単層膜でもよいし、または積層した多層膜でもよい。
【００３５】
本実施の形態においては、下部電極２２は、絶縁層１２の上に設けられている。この絶縁層１２は例えば、シリコン系絶縁層であることができる。シリコン系絶縁層は、ケイ素を含む絶縁層であり、その膜厚は１００〜２０００ｎｍであることが好ましく、１００〜５００ｎｍであることがより好ましい。ここで、シリコン系絶縁層の膜厚が１００ｎｍ未満であるとリーク電流が大きく、一方、シリコン系絶縁層の膜厚が２０００ｎｍを超えると、基板にかかる応力が強くなる。
【００３６】
また、シリコン系絶縁層は、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有することが好ましく、
１０１２Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有することがより好ましい。シリコン系絶縁層の体積抵抗率が１０１０Ωｃｍ未満であると、リーク電流が大きくなる。
【００３７】
シリコン系絶縁層としては、例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、シリコン系Ｌｏｗ−ｋ膜が挙げられる。なお、図示しないが、下部電極２２の下部にコンタクト層が設けられていてもよい。
【００３８】
また、絶縁層１２がシリコン系絶縁層の場合、シリコン系絶縁層と下部電極２２との間に、金属とシリコンが混在する中間層（図示せず）が形成されていてもよい。この金属とシリコンが混在する中間層は、下部電極２２を構成する金属と、シリコン系絶縁層を構成するケイ素原子との反応により形成される。シリコン系絶縁層と下部電極２２との間に前記中間層が形成されていることにより、下部電極２２とシリコン系絶縁層との間の密着性を高めることができる。
【００３９】
例えば、下部電極２２が白金を含む材料からなる場合、シリコン系絶縁層と下部電極２２との間には、白金とシリコンが混在する中間層が形成される。特に、下部電極２２が白金を含む材料からなる場合、下部電極２２とシリコン系絶縁層との密着性が悪く、下部電極２２がシリコン系絶縁層から剥離する場合がある。この場合において、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０によれば、シリコン系絶縁層（絶縁層１２）と、白金を含む材料からなる電極（下部電極２２）とが、白金とシリコンが混在する中間層を介して配置されていることにより、シリコン系絶縁層（絶縁層１２）と下部電極２２との間の密着性を良好にすることができる。
【００４０】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０においては、領域Ｘは、誘電体膜２４の形成領域である。この領域Ｘは、誘電体膜２４の上面２４ｂ（図１（Ｆ）参照）に相当する。ここで、領域Ｘはまた、上部電極２６の平面パターンに相当する。
【００４１】
図２では、領域Ｘはドットで示され、領域Ｘの外縁Ａは太線で表され、部分Ｙ１〜Ｙ１２はそれぞれ斜線で示されている。
【００４２】
なお、図２においては、下部電極２２を構成する複数の分離された部分Ｙ１〜Ｙ１２が格子状に配列している場合を示したが、複数の分離された部分の配列パターンおよび大きさはこれに限定されない。
【００４３】
図２に示すように、この誘電体膜キャパシタ２０においては、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対する、下部電極２２の平面面積（複数の分離された部分Ｙ１〜Ｙ１２の平面面積の合計）の割合が５０％以上であることが好ましい。上記割合が５０％以上であることにより、下部電極２２の電極としての機能を確保しつつ、下部電極２２とその下部にある層との密着性を高めることができる。一方、上記割合が５０％未満である場合、下部電極２２の電極としての機能が低下することがある。
【００４４】
本発明の誘電体膜キャパシタによれば、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合が５０％以上であることにより、下部電極２２と、下部電極２２の下に設けられた層（図１（Ｆ）では絶縁層１２）との密着性が改善され、酸化されにくく熱的に安定な電極構造が提供でき、歩留まりが良好で、かつ特性が優れている。これにより、例えば、下部電極２２上に形成された誘電体膜２４および上部電極２６をパターニングする際に、下部電極２２の剥離を防止することができる。
【００４５】
特に、下部電極２２がＰｔを含む材料からなり、下部電極２２の下に設けられた層がシリコン系絶縁層である場合、下部電極２２とシリコン系絶縁層との密着性を良好に改善することができ、下部電極２２の剥離を防止することができる。
【００４６】
２．誘電体膜キャパシタの製造方法
次に、図１（Ａ）〜図１（Ｆ）を参照して、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の製造方法について説明する。図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【００４７】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の製造方法は、（ａ）開口部２２ａを有し、白金を含む材料からなる下部電極２２を形成する工程と、（ｂ）下部電極２２の上に、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜２４を直接形成する工程と、（ｃ）誘電体膜２４の上方に、上部電極２６を形成する工程と、を含む。ここで、工程（ａ）は、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合が５０％以上であるように、下部電極２２をパターニングする工程を含む（図２参照）。
【００４８】
以下、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の各製造工程について説明する。
【００４９】
２．１．下部電極２２の形成
まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０を準備する。基板１０は例えば、シリコン基板、ＳＯＩ基板、サファイア基板、化合物半導体基板などの半導体基板であることができる。
【００５０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、基板１０の上に絶縁層１２を形成する。絶縁層１２の材料としては、「誘電体膜キャパシタ」の欄で例示したものを使用することができる。また、絶縁層１２は、公知の方法（例えば、ＣＶＤ法、熱酸化法、スピンコート法）を用いて形成することができる。
【００５１】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、絶縁層１２の上に下部電極２２を形成する。下部電極２２の成膜方法は特に限定されないが、例えばスパッタ法を用いて形成することができる。また、下部電極２２を形成するための導電層（図示せず）を成膜した後、この導電層をパターニングすることにより、下部電極２２を形成する。
【００５２】
下部電極２２のパターニングは、例えばリフトオフ法、あるいはイオンミリング法を用いたパターニングによって行なうことができる。これにより、開口部２２ａを有し、複数の分離された部分Ｙ１〜Ｙ１２からなる下部電極２２を形成することができる（図２参照）。
【００５３】
２．２．誘電体膜２４ａの成膜
次いで、図１（Ｄ）に示すように、下部電極２２上に誘電体膜２４ａを直接形成する。この誘電体膜２４ａは後述する工程にてパターニングされて、所定のパターンの誘電体膜２４が形成される（図１（Ｆ）参照）。誘電体膜２４ａは、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシ法）、ゾルゲル法、ＭＯＤ法（有機金属分解法）などによって成膜可能である。また、誘電体膜２４ａは、製造コストの観点や組成制御と形状付与の容易さから、高価な装置を必要としない液相法で成膜することが好ましい。液相法で誘電体膜２４ａを成膜する場合、誘電体膜２４ａは、誘電体膜形成用組成物の塗布により形成することができる。
【００５４】
本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０においては、下部電極２２が開口部２２ａを含む。このため、誘電体膜形成用組成物の塗布によって誘電体膜２４ａを形成することにより、下部電極２２の開口部２２ａにこの組成物を流し込むことができるため、開口部２２ａ内に誘電体膜２４ａを確実に埋め込むことができる。
【００５５】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物は、（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方と（iii）有機溶媒とを、含む組成物であることができる。
【００５６】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物に含まれる（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造の酸化物粒子の濃度は、２０〜３ｗｔ％、好ましくは１５〜５ｗｔ％である。
【００５７】
ここで、金属種Ａおよび金属種Ｂの具体例については、上述の「誘電体膜キャパシタ」の欄で説明したとおりである。
【００５８】
また、本実施の形態の誘電体組形成用組成物に含まれる（iii）有機溶媒は、例えば、アルコール系溶媒、多価アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒等を挙げることができる。
【００５９】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物を下部電極２２上に塗布して塗膜を形成し、この塗膜を必要に応じて乾燥すること、好ましくはさらに加熱焼成することにより、誘電体膜２４ａを得ることができる。
【００６０】
本実施の形態の誘電体膜形成用組成物の塗布方法としては、例えば、オープンスピン塗布法、密閉スピン塗布法、ミスト化塗布のＬＳＭ−ＣＶＤ法（溶液気化化学気相堆積法）、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法、印刷法、インクジェット法、電気泳動電着法等の公知の塗布法を用いることができる。
【００６１】
塗膜の乾燥は、通常５０〜３００℃、好ましくは１００〜２５０℃の温度で行なう。また、誘電体膜形成用組成物の塗布、ならびに必要に応じて乾燥までの一連の操作を数回繰り返して行なうことにより、最終的に得られる誘電体膜２４ａを所望の膜厚に設定することができる。その後、この塗膜を、通常３００〜９００℃、好ましくは４００〜７５０℃の温度で加熱して焼成することにより、誘電体膜２４ａを得ることができる。
【００６２】
２．３．上部電極２６の形成
次に、図１（Ｅ）に示すように、誘電体膜２４ａの上に導電層２６ａを形成する。この導電層２６ａは後述する工程にてパターニングされて、所定のパターンの上部電極２６が形成される（図１（Ｆ）参照）。導電層２６ａの形成方法は、誘電体膜２４ａに無視できないダメージを与えない方法であれば特に限定されないが、例えば蒸着法、スパッタリング法を用いることができる。
【００６３】
次いで、図１（Ｅ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法により、レジスト層Ｒを導電層２６ａ上に形成する。本実施の形態においては、このレジストＲは、所望の誘電体膜２４の形成領域Ｘに対応する平面形状および大きさを有する。このレジストＲをマスクとして、誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａをパターニングする。これにより、誘電体膜２４および上部電極２６が形成される。
【００６４】
ここで、誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａのパターニングは、ウエットエッチングやドライエッチングなどの公知の方法を用いることができる。
【００６５】
上記工程により、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０を得ることができる。
【００６６】
３．電子回路部品
本実施の形態の電子回路部品は、本実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０を含む。本実施の形態の電子回路部品の用途は特に限定されないが、移動通信端末（例えば、例えば携帯電話）、情報処理装置、アミューズメント機器などの電子機器に使用可能である。
【００６７】
４．実施例
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６８】
４．１．誘電体膜形成用組成物の調製
まず、本実施例の誘電体膜キャパシタを形成するのに使用する誘電体膜形成用組成物を調製した。
【００６９】
エチレングリコールモノメチルエーテル６０９．０４ｇに、Ｔｉ（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）４を１１３．７１ｇ加え、２５℃で３０分間攪拌した。その後、Ｂａ（ＯＨ）２・Ｈ２Ｏを７７．３３ｇ加えて溶解し、８０℃で２時間加熱した。その後、不溶分を孔径０．２μｍのテフロン（登録商標）フィルターでろ過し、除去した。
【００７０】
上記反応液６２０．００ｇを０℃に冷却して、Ｂａの３０倍モル相当の水１６７．４０ｇを添加し、激しく攪拌し、加水分解・縮合物を得た。その後、生成した加水分解・縮合物を６０℃で３時間静置して結晶化させた。
【００７１】
結晶化後、デカンテーションによって結晶粒子と上澄溶液とを分離し、エチレングリコールモノメチルエーテルを６００ｇ添加し、再度６０℃で静置して３時間放置した。この操作を４回繰り返した。
【００７２】
結晶粒子と上澄溶液とを分離した後、ＢａＴｉＯ３換算した場合の固形分濃度が１０重量％になるようにエチレングリコールモノメチルエーテルを加え、さらに分散剤としてエチレンジアミンのポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレン縮合物を粒子重量１００に対して０．１重量添加し、超音波分散機で結晶粒子を分散させた。このようにして、（ｉ）成分であるＡＢＯｘ型の結晶構造を含む本実施例にかかる誘電体膜形成用組成物（１）を得た。
【００７３】
得られた誘電体膜形成用組成物（１）に含まれるＡＢＯｘ型の結晶構造を有する粒子の粒子径分布を、動的光散乱式粒径分布測定装置（型名「ＬＢ−５００」，堀場製作所（株）製）を用いて動的散乱法にて測定した結果を図３に示す。図３によれば、この粒子分散液に含まれる粒子は、４０ｎｍを主体とする粒子分布（平均粒子径約４０ｎｍ）であることがわかる。なお、この誘電体膜形成用組成物（１）は容易に孔径２００ｎｍのフィルターで濾過し、粗大粒子を除去することが可能であった。
【００７４】
また、本実施例のＡＢＯｘ型の結晶構造を有する粒子（（ｉ）成分）の結晶構造を、Ｘ線解析により確認した。得られたＡＢＯｘ型の結晶構造を有する粒子分散液をガラス板へ滴下し、室温で乾燥させたものをＸ線回折装置（型名「ＭＸＰ１８Ａ」，株式会社マックサイエンス製）で測定したＸ線回折チャートを図４に示す。図４によれば、ＡＢＯｘ型の結晶構造を有する誘電体膜形成用組成物（１）中の粒子が、ＢａＴｉＯ３複合酸化物のＡＢＯｘ型の結晶構造になっていることが判断できる。
【００７５】
４．２．誘電体膜キャパシタ２０の形成
４．２．１．下部電極２２の形成
まず、図１（Ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる基板１０を準備する。次に、図１（Ｂ）に示すように、熱酸化法により、基板１０の上に、膜厚０．１μｍの絶縁層（酸化シリコン層）１２を形成する。
【００７６】
次いで、図１（Ｃ）に示すように、絶縁層１２の上に、レジストパターンを形成し、その上に膜厚３０ｎｍのＰｔ膜をスパッタ法で成膜したのち、レジストパターンを溶解、除去して、Ｐｔからなる下部電極２２を形成した。
【００７７】
本実施例においては、誘電体膜２４の形成領域Ｘの面積に対して、下部電極２２の平面面積（部分Ｙ１〜Ｙ１２の平面面積の合計）の割合が５０％であった（図２参照）。
【００７８】
４．２．２．誘電体膜２４の形成
次いで、図１（Ｄ）に示すように、下部電極２２の上に誘電体膜２４ａを形成した。本実施例では、誘電体膜２４ａを液相法で成膜する例を示す。
【００７９】
密着性が良好で、表面粗さが良好な膜厚５０ｎｍのＰｔからなる下部電極２２上に、誘電体膜形成用組成物（１）を、スピンコータを用いて３００ｒｐｍで５秒間、続いて３０００ｒｐｍで１５秒間回転塗布して塗膜を形成した後、この塗膜を２５０℃で１分間乾燥させ、次いで、７５０℃で６０分間この塗膜を加熱して焼成した。この操作を２回行ない、膜厚２４２ｎｍの誘電体膜２４ａを作製した。
【００８０】
４．２．３．上部電極２６の形成
次いで、図１（Ｅ）に示すように、誘電体膜２４ａ上に、スパッタ法により、膜厚５０ｎｍの導電層（Ｎｉ膜）２６ａを成膜した。次いで、フォトリソグラフィ法により、導電層２６ａ上にレジスト層Ｒを形成した。このレジスト層Ｒは、形成する誘電体膜２４に対応する平面形状および平面面積を有する。その後、レジストＲをマスクとして、誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａをともにウエットエッチングすることにより、誘電体膜２４を形成するとともに、平面面積が１００ｍｍ２であり、膜厚２００ｎｍの上部電極２６を形成した（図１（Ｆ）参照）。以上の工程により、本実施例の誘電体膜キャパシタ２０を得た。
【００８１】
４．３．誘電体膜キャパシタ２０の電気特性評価
本実施例で得られた誘電体膜キャパシタ２０の比誘電率、誘電損失およびリーク電流を測定した。比誘電率および誘電損失は、プレシジョンＬＣＲメータＨＰ４２８４Ａ（横河ヒューレットパッカード株式会社製）を用いて測定し、リーク電流は，エレクトロメータ６５１７Ａ（ケースレーインスツルメンツ株式会社製）で測定した。その結果、測定周波数１００ｋＨｚにおいて、比誘電率１８３、誘電損失０．０４であり、リーク電流は０．２ＭＶ／ｃｍにおいて１．１０×１０−７（Ａ／ｃｍ２）であった。
【００８２】
上記測定結果から明らかであるように、Ｐｔからなる下部電極２２上に、誘電体膜形成用組成物を塗布することにより誘電体膜２４ａを形成し、次いで、この誘電体膜２４ａ上に導電層２６ａを形成した後、ウエットエッチングにより誘電体膜２４ａおよび導電層２６ａをパターニングして、誘電体膜２４および上部電極２６を形成することにより、良好な電気特性を示す誘電体膜キャパシタ２０を作成することができた。
【００８３】
４．４．比較例
本実施例の誘電体膜キャパシタの製造工程において、Ｐｔからなる下部電極をパターニングせずに形成した。すなわち、本比較例の下部電極は開口部を有しておらず、誘電体膜２４および上部電極２６と同じ平面形状および大きさを有する。次いで、この下部電極上に、上記実施例と同様に誘電体膜２４ａを成膜した。次いで、導電層２６ａを形成した後、ウエットエッチングにより誘電体膜２４および導電層２６ａをパターニングしたところ、下部電極が剥離してしまい、誘電体膜キャパシタを作成することができなかった。
【００８４】
本比較例によれば、下部電極が開口部を有していない（この場合、誘電体膜２４ａの形成領域の面積に対する、下部電極２２の平面面積の割合がほぼ１００％である）ので、下部電極とその下の層との密着性が悪いため、下部電極が剥離したと推察される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０の一製造工程を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態の誘電体膜キャパシタ２０における下部電極２２の平面形状を模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、実施例１にて得られた、ＡＢＯｘ型の結晶構造を有する酸化物粒子の分散液中の粒子（（ｉ）成分）の粒子径分布を示すグラフである。
【図４】図４は、実施例１で得られた誘電体膜形成用組成物（１）の乾燥物のＸ線回折の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０…基板
１２…絶縁層
２０…誘電体膜キャパシタ
２２…下部電極
２２ａ…開口部
２４，２４ａ…誘電体膜
２４ｂ…誘電体膜の上面
２６…上部電極
２６ａ…導電層
Ａ…領域Ｘの外縁
Ｒ…レジスト層
Ｘ…誘電体膜の形成領域（誘電体膜２４の上面２４ｂ）
Ｙ１〜Ｙ１２…分離された部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜と、
前記誘電体膜の上方に設けられた上部電極と、
を含み、
前記誘電体膜の形成領域の面積に対して、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上である、誘電体膜キャパシタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物において、金属種ＡはＬｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、かつ、金属種ＢはＴｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属である、誘電体膜キャパシタ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記下部電極は、シリコン系絶縁層の上に設けられた、誘電体膜キャパシタ。
【請求項４】
請求項３において、
前記シリコン系絶縁層の膜厚は、１００〜２０００ｎｍである、誘電体膜キャパシタ。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記シリコン系絶縁層は、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有する、誘電体膜キャパシタ。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかにおいて、
前記シリコン系絶縁層と前記下部電極との間に金属とシリコンが混在する中間層が形成されている、誘電体膜キャパシタ。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれかにおいて、
前記シリコン系絶縁層が酸化シリコン層である、誘電体膜キャパシタ。
【請求項８】
（ａ）開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極を形成する工程と、
（ｂ）前記下部電極の上に、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜を直接形成する工程と、
（ｃ）前記誘電体膜の上方に、上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記工程（ａ）は、前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上になるように、前記下部電極をパターニングする工程を含む、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記工程（ｂ）は、誘電体膜形成用組成物の塗布によって前記誘電体膜を形成する工程を含む、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記誘電体膜形成用組成物は、（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方と（iii）有機溶媒とを含み、
前記金属種Ａは、Ｌｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、
前記金属種Ｂは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属である、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかにおいて、
前記工程（ａ）は、リフトオフ法、あるいはイオンミリング法を用いたパターニングによって前記下部電極を形成する工程を含む、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし７のいずれかに記載の誘電体膜キャパシタを含む、電子回路部品。
【請求項１】
開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極と、
前記下部電極の上方に設けられた、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜と、
前記誘電体膜の上方に設けられた上部電極と、
を含み、
前記誘電体膜の形成領域の面積に対して、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上である、誘電体膜キャパシタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物において、金属種ＡはＬｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、かつ、金属種ＢはＴｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属である、誘電体膜キャパシタ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記下部電極は、シリコン系絶縁層の上に設けられた、誘電体膜キャパシタ。
【請求項４】
請求項３において、
前記シリコン系絶縁層の膜厚は、１００〜２０００ｎｍである、誘電体膜キャパシタ。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記シリコン系絶縁層は、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有する、誘電体膜キャパシタ。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかにおいて、
前記シリコン系絶縁層と前記下部電極との間に金属とシリコンが混在する中間層が形成されている、誘電体膜キャパシタ。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれかにおいて、
前記シリコン系絶縁層が酸化シリコン層である、誘電体膜キャパシタ。
【請求項８】
（ａ）開口部を有し、白金を含む材料からなる下部電極を形成する工程と、
（ｂ）前記下部電極の上に、ＡＢＯｘ型結晶構造を有する酸化物を含む誘電体膜を直接形成する工程と、
（ｃ）前記誘電体膜の上方に、上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記工程（ａ）は、前記誘電体膜の形成領域の面積に対する、前記下部電極の平面面積の割合が５０％以上になるように、前記下部電極をパターニングする工程を含む、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記工程（ｂ）は、誘電体膜形成用組成物の塗布によって前記誘電体膜を形成する工程を含む、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記誘電体膜形成用組成物は、（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方と（iii）有機溶媒とを含み、
前記金属種Ａは、Ｌｉ,Ｎａ,Ｃａ,Ｓｒ,Ｂａ,およびＬａから選ばれる１種以上の金属であり、
前記金属種Ｂは、Ｔｉ,Ｚｒ,Ｔａ,およびＮｂから選ばれる１種以上の金属である、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかにおいて、
前記工程（ａ）は、リフトオフ法、あるいはイオンミリング法を用いたパターニングによって前記下部電極を形成する工程を含む、誘電体膜キャパシタの製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし７のいずれかに記載の誘電体膜キャパシタを含む、電子回路部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−５９５８２（Ｐ２００７−５９５８２Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４２４７２（Ｐ２００５−２４２４７２）
【出願日】平成１７年８月２４日（２００５．８．２４）
【出願人】（０００００４１７８）ＪＳＲ株式会社 (3,320)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（５０２１２８８００）株式会社オクテック (83)
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２４日（２００５．８．２４）
【出願人】（０００００４１７８）ＪＳＲ株式会社 (3,320)
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【出願人】（５０２１２８８００）株式会社オクテック (83)
【出願人】（００００００１５８）イビデン株式会社 (856)
【Ｆターム（参考）】
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