JP5119058B2 - Thin film capacitor - Google Patents
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Description
本発明は、水素バリア層で被覆されている薄膜キャパシタに関するものである。 The present invention relates to a thin film capacitor are covered with a hydrogen barrier layer.
近年、電子機器の小型化が進んでおり、これに用いられるコンデンサ等の回路部品も小型化が進んできている。このような小型化の要求に対応可能な電子部品の一つとして、薄膜コンデンサに代表される薄膜電子部品がある。薄膜コンデンサは、絶縁基板の上に、スパッタリング法、蒸着法、CVD法あるいはゾルゲル法等の薄膜形成プロセスによって下部電極、誘電体薄膜及び上部電極を形成することによって得られる。このような薄膜コンデンサは、厚さが1μm以下の誘電体層を形成することが容易なため、高い静電容量が得られるものである。 In recent years, electronic devices have been miniaturized, and circuit components such as capacitors used therein have also been miniaturized. As one of electronic components that can meet such a demand for miniaturization, there is a thin film electronic component represented by a thin film capacitor. A thin film capacitor is obtained by forming a lower electrode, a dielectric thin film, and an upper electrode on an insulating substrate by a thin film formation process such as sputtering, vapor deposition, CVD, or sol-gel. Since such a thin film capacitor can easily form a dielectric layer having a thickness of 1 μm or less, a high capacitance can be obtained.
しかし、薄膜キャパシタは、その製造過程において発生する水素等の還元ガスにより、リーク電流特性の劣化などが発生することが知られている。薄膜キャパシタは、通常絶縁膜によって被覆される。しかし、この絶縁膜をCVD法などにより形成する工程において水素が発生する。この水素によって薄膜キャパシタの劣化が生じてしまう。また、薄膜キャパシタは回路装置へ実装するための端子をメッキ等によって形成する。このメッキ工程においても水素が発生する。よって薄膜キャパシタは、その製造工程において、特性を劣化させる水素に晒されることが多い。また、この水素は絶縁膜や電極等の金属膜に吸蔵され、薄膜キャパシタを実装するときのリフロー工程等の加熱を伴う工程において再び放出される。この放出された水素が誘電体層内に拡散することによって、薄膜キャパシタの特性の劣化が生じてしまうこともある。 However, it is known that a thin film capacitor is deteriorated in leak current characteristics due to a reducing gas such as hydrogen generated in the manufacturing process. A thin film capacitor is usually covered with an insulating film. However, hydrogen is generated in the process of forming this insulating film by a CVD method or the like. This hydrogen causes deterioration of the thin film capacitor. The thin film capacitor is formed with a terminal for mounting on a circuit device by plating or the like. Hydrogen is also generated in this plating process. Therefore, the thin film capacitor is often exposed to hydrogen that deteriorates the characteristics in the manufacturing process. Further, this hydrogen is occluded in a metal film such as an insulating film or an electrode, and is released again in a process involving heating such as a reflow process when a thin film capacitor is mounted. The released hydrogen diffuses into the dielectric layer, and the characteristics of the thin film capacitor may be deteriorated.
そこで、このような水素による特性の劣化を防止するため、下部電極、誘電体薄膜及び上部電極で構成されるキャパシタ部を、水素の侵入を防止する水素バリア層によって覆う方法が例えば特開2001−291843号公報等に提案されている。この特許文献に提案されている方法は、上部電極及び下部電極の一部を除いたキャパシタ部全体を絶縁性水素バリア層で覆うもので、水素の侵入を阻止する効果が高いものである。 Therefore, in order to prevent such deterioration of characteristics due to hydrogen, for example, a method of covering a capacitor portion composed of a lower electrode, a dielectric thin film, and an upper electrode with a hydrogen barrier layer that prevents hydrogen from entering is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2001. No. 291843 is proposed. The method proposed in this patent document covers the entire capacitor part except for a part of the upper electrode and the lower electrode with an insulating hydrogen barrier layer, and has a high effect of preventing hydrogen from entering.
特開2001−291843号公報に開示されている薄膜キャパシタは、図11に示すように、絶縁基板の上に第一の絶縁性水素バリア層を形成し、その上にキャパシタ部を形成し、さらにこのキャパシタ部及び第一の絶縁性水素バリア層の上に第二の絶縁性水素バリア層を形成するものである。この場合、第二の絶縁性水素バリア層は、キャパシタ部の上に形成されるため、段差部分で屈曲部が形成される。このような屈曲部分は、曲げ、圧縮等の機械的応力や熱応力等の、様々な応力が集中しやすい部分である。そのため、この屈曲部分はクラックが発生しやすい部分である。このようなクラックが発生すると、ここから水素が侵入して、薄膜キャパシタの劣化を引き起こす。 As shown in FIG. 11, the thin film capacitor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-291843 includes a first insulating hydrogen barrier layer formed on an insulating substrate, a capacitor portion formed thereon, and A second insulating hydrogen barrier layer is formed on the capacitor portion and the first insulating hydrogen barrier layer. In this case, since the second insulating hydrogen barrier layer is formed on the capacitor portion, a bent portion is formed at the step portion. Such a bent portion is a portion where various stresses such as mechanical stress such as bending and compression and thermal stress are likely to be concentrated. Therefore, this bent portion is a portion where cracks are likely to occur. When such a crack occurs, hydrogen enters from here and causes deterioration of the thin film capacitor.
特に第一の絶縁性水素バリア層と第二の絶縁性水素バリア層とが接する部分の屈曲部分においては、キャパシタ部の下部電極もあるため、応力が集中しやすく、クラックが発生しやすい。また、クラックが発生した場合、図12に示すように、クラックがキャパシタ部に直接かかる場合がある。このような場合、キャパシタ部がクラックを通して侵入した水素に直接晒されて、劣化を引き起こしやすくなる。 In particular, in the bent portion where the first insulating hydrogen barrier layer and the second insulating hydrogen barrier layer are in contact with each other, since there is also a lower electrode of the capacitor portion, stress tends to concentrate and cracks are likely to occur. Further, when a crack occurs, as shown in FIG. 12, the crack may be directly applied to the capacitor portion. In such a case, the capacitor portion is directly exposed to hydrogen that has entered through the crack, and is likely to cause deterioration.
本発明は、このような問題点を解決して、リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる薄膜キャパシタを提案するとともに、そのような薄膜キャパシタを製造する方法を提案するものである。 The present invention proposes a thin film capacitor capable of solving such problems and reducing deterioration of characteristics such as leakage current characteristics, and a method of manufacturing such a thin film capacitor. is there.
本発明では解決手段として、絶縁性基板の上に、下部電極、誘電体層、上部電極の順に重ねられて形成されたキャパシタ部を有する薄膜キャパシタにおいて、前記絶縁性基板と前記キャパシタ部の前記下部電極との間に第一の絶縁性水素バリア層が形成され、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を除いた前記キャパシタ部全体と前記第一の絶縁性水素バリア層とが第二の絶縁性水素バリア層で覆われており、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部が導電性水素バリア層で覆われており、前記第一の絶縁性水素バリア層は、前記キャパシタ部が形成されていない部分の厚みが、前記キャパシタ部が形成されている部分の厚みよりも薄く形成され、第二の絶縁性水素バリア層の、絶縁性基板に近い屈曲部が、キャパシタ部から離れて形成される薄膜キャパシタを提案する。 In the present invention, as a solving means, a thin film capacitor having a capacitor portion formed by overlapping a lower electrode, a dielectric layer, and an upper electrode in this order on an insulating substrate, the insulating substrate and the lower portion of the capacitor portion A first insulating hydrogen barrier layer is formed between the electrode and the entire capacitor portion excluding a part of the lower electrode and a part of the upper electrode and the first insulating hydrogen barrier layer. Two insulating hydrogen barrier layers, a part of the lower electrode and a part of the upper electrode are covered with a conductive hydrogen barrier layer, the first insulating hydrogen barrier layer is the thickness of the portion where the capacitor portion is not formed, thin rather are formed than the thickness of the portion where the capacitor portion is formed, the second insulating hydrogen barrier layer, the bent portion near the insulating substrate, the capacitor Away from the club Suggest thin film capacitor formed.
上記の解決手段によれば、第二の絶縁性水素バリア層の屈曲部がキャパシタ部から離れるように形成することができる。そのため屈曲部にクラックが発生してもそのクラックがキャパシタ部に直接かかることが少なくなる。これによって、リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる。 According to the above solution, the bent portion of the second insulating hydrogen barrier layer can be formed away from the capacitor portion. Therefore, even if a crack occurs in the bent portion, the crack is less likely to be applied directly to the capacitor portion. Thereby, characteristic deterioration such as deterioration of leakage current characteristics can be reduced.
本発明によれば、リーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる薄膜キャパシタを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a thin film capacitor capable of reducing deterioration of characteristics such as deterioration of leakage current characteristics.
本発明の薄膜キャパシタに係る実施の形態について、図面に基づいて説明する。薄膜キャパシタ1は絶縁基板2上に第一の絶縁性水素バリア層3が形成され、その上に下部電極4a、誘電体薄膜4b及び上部電極4cで構成されるキャパシタ部4が形成され、上部電極4cの一部及び下部電極4aの一部を除いたキャパシタ部4全体と第一の絶縁性水素バリア層3とを覆うように第二の絶縁性水素バリア層5が形成され、第二の絶縁性水素バリア層5に覆われていない下部電極4aの一部及び上部電極4cの一部を覆うように導電性水素バリア層7が形成されている。そして導電性水素バリア層7上に端子電極8が形成され、第二の絶縁性水素バリア層5を覆うように絶縁層6が適宜形成される。なお、この絶縁層6をさらに絶縁性水素バリア層で覆っても良い。また、図1においては下部電極4aと接続する導電性水素バリア層7及び端子電極8を便宜上省略している。これらの層はスパッタリング法、蒸着法、CVD法あるいはゾルゲル法等の薄膜形成プロセスを適宜選択して形成される。
Embodiments according to the thin film capacitor of the present invention will be described with reference to the drawings. In the
絶縁基板2は、薄膜形成プロセスに耐えられる絶縁材料であれば良く、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)またはSiウェハ等が好適に用いられる。また、絶縁基板2は切断分割して複数の個別チップ部品が得られるいわゆる集合基板でも良いし、半導体装置等の他の回路が形成された基板でも良い。
The
第一の絶縁性水素バリア層3及び第二の絶縁性水素バリア層5は、Al2O3、TiOx、Ta2O5、SiNなどの材料で形成される。第一の絶縁性水素バリア層3と第二の絶縁性水素バリア層5は、互いに異なる材料を用いても良いし、同じ材料を用いても良い。
The first insulating
キャパシタ部4は、下部電極4a、誘電体薄膜4b及び上部電極4cで構成されている。下部電極4a及び上部電極4cはPt等の金属の他、LaNiO3、SrRuO3、IrO2等の導電性酸化物を用いても良い。誘電体薄膜4bはチタン酸バリウム(BT)、チタン酸バリウムストロンチウム(BST)等の誘電体材料で形成される。このキャパシタ部4は、下部電極4a、誘電体薄膜4b及び上部電極4cのそれぞれを構成する薄膜を積層したのち、フォトレジスト等を用いてパターニングしてドライエッチングやウェットエッチング等の方法で所定の形状に形成する。
The
導電性水素バリア層7は、例えばTiNやTaN、またはそれらの積層膜例えばTaNとTa金属との積層膜等で形成される。導電性水素バリア層7はそのままでは外部回路と接続できないので、端子電極10を介して外部の回路と電気的に接続される。端子電極10は従来のバンプの形成方法によって形成することができる。端子電極10の材料としてはSn−AgなどのSn合金が好適に用いられる。
The conductive
絶縁層6は必要に応じて第一の絶縁性水素バリア層3、第二の絶縁性水素バリア層5及びキャパシタ部4を覆うように形成される。絶縁層6の材料としてはAl2O3、SiO2等が好適に用いられる。
The insulating
このような薄膜キャパシタ1は、キャパシタ部4全体が第一の絶縁性水素バリア層3、第二の絶縁性水素バリア層5及び導電性水素バリア層7によって囲まれている。ここで、第一の絶縁性水素バリア層3は、キャパシタ部4が形成されていない部分の厚さt2が、キャパシタ部4が形成されている部分の厚さt1よりも薄くなっている。また、第一の絶縁性水素バリア層3のキャパシタ部4が形成されていない部分のうち、キャパシタ部4の周囲近傍に、傾斜部が形成されることがある。この傾斜部の任意の部分の厚さt3もt1よりも薄くなっている。
In such a
このような構造を有する本発明の薄膜キャパシタの効果について、図2及び図3に基づいて説明する。図2に示すように、第二の絶縁性水素バリア層5は、キャパシタ部4の形状に沿って屈曲部が形成される。この屈曲部は薄膜キャパシタ1にかかる応力によりクラックが発生しやすい部位である。特に絶縁基板2に近い屈曲部は応力がかかりやすく、クラックが発生しやすい。
The effect of the thin film capacitor of the present invention having such a structure will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the second insulating
図2に示すように、第一の絶縁性水素バリア層3のキャパシタ部4が形成されていない部分の厚さt2が、キャパシタ部4が形成されている部分の厚さt1よりも薄く形成されていると、第二の絶縁性水素バリア層5の、絶縁基板2に近い屈曲部は、キャパシタ部4から離れて形成される。このような構造であれば、屈曲部にクラックが発生しても、クラックがキャパシタ部4に達せずに水素バリア層内に留めることができる。このため、クラックから水素が侵入してもキャパシタ部4へ届かないようにできる。これによってリーク電流特性の劣化などの特性劣化を低減することができる。
As shown in FIG. 2, the thickness t2 of the portion of the first insulating
なお、本発明の実施形態の別例として、図3に示すように、キャパシタ部4が形成されていない部分の第一の絶縁性水素バリア層3を除去しても良い。この場合、屈曲部をキャパシタ部4から遠ざける効果がより高くなるので、薄膜キャパシタ1の特性劣化をより低減することができる。
As another example of the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, the portion of the first insulating
次に、本発明の薄膜キャパシタの製造プロセスについて、図4乃至図10に基づいて説明する。 Next, the manufacturing process of the thin film capacitor of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図4に示すように、絶縁基板2を用意する。この絶縁基板2上に第一の絶縁性水素バリア層3を形成する。この第一の絶縁性水素バリア層3は、例えば100nm前後の厚さで形成される。
First, as shown in FIG. 4, an insulating
続いて、図5に示すように、第一の絶縁性水素バリア層3の上に、下部電極となる層4a、誘電体薄膜4b及び上部電極となる層4cを順次形成する。誘電体薄膜4bは1μm以下の厚さ、例えば500nmの厚さに形成される。下部電極となる層4a及び上部電極となる層4cは誘電体薄膜4bの厚さ以下、例えば250nmの厚さに形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5, a
続いて、上部電極となる層4c上に、図示しないレジスト等によって、例えば3.2mm×2.5mmの略矩形形状のパターンを形成する。次いでエッチングを行い余分な層を除去する。このとき、第一の絶縁性水素バリア層3もエッチングする。次いでレジストを除去して、図6に示すように、キャパシタ部4を形成する。このとき、第一の絶縁性水素バリア層3は、キャパシタ部4が形成されていない部分がエッチングによりキャパシタ部4下の部分より薄くなっている。
Subsequently, an approximately rectangular pattern of, for example, 3.2 mm × 2.5 mm is formed on the
続いて、図7に示すように、キャパシタ部4及び第一の絶縁性水素バリア層3上に、第二の絶縁性水素バリア層5を形成する。第二の絶縁性水素バリア層5の厚さは、第一の絶縁性水素バリア層3と同じ厚さで形成しても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 7, a second insulating
続いて、図8に示すように、第二の絶縁性水素バリア層5上に絶縁層6を形成する。なお、この絶縁層6は前述のとおり必要に応じて形成するものなので、必要でない場合には形成しなくても良い。
Subsequently, as shown in FIG. 8, an insulating
続いて、図9に示すように、エッチングまたはレーザ加工機によって絶縁層6及び第二の絶縁性水素バリア層5に穴あけ加工を行い、上部電極4cに達する孔及び下部電極4aに達する孔(図示しない)を形成する。続いて、図10に示すように、形成した孔に導電性水素バリア層7を形成する。この時点でキャパシタ部4は全体を水素バリア層で覆われるようになる。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the insulating
続いて、導電性水素バリア層7上に、既存のバンプ形成方法、例えば電解メッキによってSn合金を析出させてその後アニールすることにより、端子電極8を形成する。このようにして図1に示す薄膜キャパシタ1を得ることができる。
Subsequently, a terminal electrode 8 is formed on the conductive
以上、本発明の薄膜キャパシタ及びその製造方法について説明したが、上記の記載に限定されることはなく、キャパシタの形状等、本発明の範囲内で変更可能である。 The thin film capacitor and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above description, and the shape of the capacitor can be changed within the scope of the present invention.
1、1’ 薄膜キャパシタ
2 絶縁基板
3 第一の絶縁性水素バリア層
4 キャパシタ部
4a 下部電極
4b 誘電体薄膜
4c 上部電極
5 第ニの絶縁性水素バリア層
6 絶縁層
7 導電性水素バリア層
8 端子電極
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記絶縁性基板と前記キャパシタ部の前記下部電極との間に第一の絶縁性水素バリア層が形成され、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部を除いた前記キャパシタ部全体と前記第一の絶縁性水素バリア層とが第二の絶縁性水素バリア層で覆われており、前記下部電極の一部及び前記上部電極の一部が導電性水素バリア層で覆われており、
前記第一の絶縁性水素バリア層は、前記キャパシタ部が形成されていない部分の厚みが、前記キャパシタ部が形成されている部分の厚みよりも薄く形成され、第二の絶縁性水素バリア層の、絶縁性基板に近い屈曲部が、キャパシタ部から離れて形成されることを特徴とする薄膜キャパシタ。 In a thin film capacitor having a capacitor portion formed by overlapping a lower electrode, a dielectric layer, and an upper electrode in this order on an insulating substrate,
A first insulating hydrogen barrier layer is formed between the insulating substrate and the lower electrode of the capacitor unit, and the entire capacitor unit excluding a part of the lower electrode and a part of the upper electrode; The first insulating hydrogen barrier layer is covered with a second insulating hydrogen barrier layer, a part of the lower electrode and a part of the upper electrode are covered with a conductive hydrogen barrier layer,
Said first insulating hydrogen barrier layer, the thickness of the portion where the capacitor portion is not formed, the capacitor portion is thin rather than the thickness of a portion which is formed, the second insulating hydrogen barrier layer A thin film capacitor characterized in that the bent portion close to the insulating substrate is formed away from the capacitor portion .
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