JP2002025855A - Thin-film capacitor and its manufacturing method - Google Patents

Thin-film capacitor and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2002025855A
JP2002025855A JP2000203053A JP2000203053A JP2002025855A JP 2002025855 A JP2002025855 A JP 2002025855A JP 2000203053 A JP2000203053 A JP 2000203053A JP 2000203053 A JP2000203053 A JP 2000203053A JP 2002025855 A JP2002025855 A JP 2002025855A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film
capacitor
nitrogen
tantalum nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000203053A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naoki Matsushima
直樹 松嶋
Yasunori Narizuka
康則 成塚
Tetsuya Yamazaki
哲也 山▲崎▼
Akihiro Kenmochi
秋広 釼持
Toshirou Teronai
俊郎 手呂内
Naoki Mori
直樹 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000203053A priority Critical patent/JP2002025855A/en
Publication of JP2002025855A publication Critical patent/JP2002025855A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film capacitor which is high in quality and reliability and can prevent increase in leakage current due to heating, ensure constant electrostatic capacity and reduce electrical resistance in a lower electrode, and its manufacturing method, by forming a conductor thin film which is made mainly of two elements and can be anodized, especially a tantalum nitride thin film and anodizing it thereafter. SOLUTION: When a tantalum nitride thin film 2 is formed on an insulation layer through sputtering, partial pressure of nitrogen in a sputtering gas is changed at a prescribed interval of time, so that the concentration of nitrogen varies in the film-thickness direction of the tantalum nitride, and three layers of tantalum films 11 to 13 are formed, and they are anodized to form an oxide film as a dielectric body.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜コンデンサ及
びその製造方法に係わる。特に、加熱による漏れ電流の
増大がなく、かつ一定の容量値を確保し、かつ低電気抵
抗の下部電極を有する、高品質・高信頼性の薄膜コンデ
ンサ及びその製造方法に係わる。
The present invention relates to a thin film capacitor and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a high-quality and high-reliability thin-film capacitor that does not increase leakage current due to heating, secures a constant capacitance value, and has a lower electrode with low electric resistance, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の電子回路においては、伝送する信
号の高速化、高集積回路の採用、あるいは機器の小型化
等により、年々高密度化が要求されている。このこと
は、電子回路を構成する電子部品に関しても同様であ
り、たとえばコンデンサについても、所定の静電容量を
維持しつつ小型化するという技術が要請されている。コ
ンデンサの静電容量は、周知の通り誘電体の誘電率及び
電極の面積に比例し、また誘電体の厚さに反比例する。
従って、コンデンサを小型化し、かつ所望の静電容量を
得る手段としては、誘電率の高い材料を選択すること
や、誘電体を薄膜化する、すなわち薄膜コンデンサとす
ること等が考えられる。薄膜コンデンサは、上記条件を
満たすことに加えて、電子回路基板等に内装した場合そ
の上部にLSIチップ等を搭載すればコンデンサの占め
る面積が実質的に0となるため、電子回路基板の高密度
化に多大に寄与するという特徴も有する。
2. Description of the Related Art In recent years, electronic circuits have been required to have higher density year by year due to higher speed of signals to be transmitted, adoption of highly integrated circuits, and downsizing of devices. The same is true for electronic components that make up an electronic circuit. For example, for a capacitor, there is a demand for a technique of reducing the size while maintaining a predetermined capacitance. As is well known, the capacitance of a capacitor is proportional to the dielectric constant of a dielectric and the area of an electrode, and inversely proportional to the thickness of the dielectric.
Therefore, as means for reducing the size of the capacitor and obtaining a desired capacitance, it is conceivable to select a material having a high dielectric constant or to reduce the thickness of the dielectric, that is, to use a thin film capacitor. In addition to satisfying the above conditions, when a thin film capacitor is mounted on an electronic circuit board or the like, the area occupied by the capacitor becomes substantially zero when an LSI chip or the like is mounted thereon, so that the electronic circuit board has a high density. It also has the feature of greatly contributing to the development.

【0003】実際これまでに、薄膜コンデンサに関して
は、良好な特性を有する製品を作り出すために多岐に亘
ってその開発が行われてきた。その解の一つとして挙げ
られるのが、酸化タンタル薄膜を誘電体とする、いわゆ
る薄膜タンタルコンデンサである。酸化タンタルを誘電
体として用いたコンデンサは、誘電率が酸化シリコンや
酸化アルミ(アルミナ)等と比較して高い、漏れ電流が
小さいなど、高信頼性・品質安定性を有するものであ
る。薄膜タンタルコンデンサの開発に関する報告例は多
数あり、例えば特開平2−302016号公報や特開平
3−38809号公報等が挙げられる。
[0003] Actually, a wide variety of thin film capacitors have been developed so far in order to produce products having good characteristics. One of the solutions is a so-called thin film tantalum capacitor using a tantalum oxide thin film as a dielectric. A capacitor using tantalum oxide as a dielectric has high reliability and high quality stability such as a high dielectric constant and a small leakage current as compared with silicon oxide and aluminum oxide (alumina). There are many reports on the development of thin film tantalum capacitors, for example, JP-A-2-302016 and JP-A-3-38809.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上に述べたように薄膜
コンデンサは、その利用方法の一つとして電子回路基板
内に内装される場合がある。電子回路基板は、主として
金属配線層と絶縁層により構成されるが、高周波の信号
を高速に伝送することが要求される電子回路基板では、
良好な電子回路特性を得るために、絶縁層材料として誘
電率の低いポリイミド等の有機化合物を適用することが
一般的となっている。すなわち、電子回路内にコンデン
サを搭載し、かつ高密度配線を有し、なおかつ良好な回
路特性を有する電子回路が要求された場合、絶縁層をポ
リイミドとし、コンデンサを薄膜タンタルコンデンサと
し、これを基板に内蔵する電子回路基板という形態とす
ることが一つの解となる。従って、このような高性能な
電子回路基板を得るためには、ポリイミド膜上に薄膜タ
ンタルコンデンサを形成することが可能なことが前提条
件となる。
As described above, there is a case where a thin film capacitor is mounted inside an electronic circuit board as one of the usage methods. Electronic circuit boards are mainly composed of metal wiring layers and insulating layers, but in electronic circuit boards that are required to transmit high-frequency signals at high speed,
In order to obtain good electronic circuit characteristics, it is common to apply an organic compound such as polyimide having a low dielectric constant as a material of the insulating layer. In other words, when an electronic circuit that has a capacitor mounted in an electronic circuit, has high-density wiring, and has good circuit characteristics is required, the insulating layer is made of polyimide, the capacitor is made of a thin film tantalum capacitor, and this is called a substrate. One solution is to use a form of an electronic circuit board built in the device. Therefore, in order to obtain such a high-performance electronic circuit board, it is a precondition that a thin film tantalum capacitor can be formed on a polyimide film.

【0005】酸化タンタル誘電体の形成方式には、主と
してCVDや反応性スパッタリング等により酸化タンタ
ルを直接成膜する方法と、スパッタリング等により金属
タンタル薄膜を成膜し、これの一部を陽極酸化すること
により酸化タンタル膜を形成する方法の二つに大別され
る。前者の場合、酸化膜形成後の未処理の状態では漏れ
電流が大きいため、これを低減するために高温(約80
0℃)の熱処理が必要となる。このような温度領域で
は、電子回路基板の薄膜絶縁層に用いられているポリイ
ミド膜を完全に熱分解してしまうので、このような形成
方法は適用することができない。従って、ポリイミド膜
上に薄膜タンタルコンデンサを形成する場合には、高温
処理を経ることのない陽極酸化法を必然的に選択するこ
とになる。しかしながら、漏れ電流の比較的小さいと言
われる陽極酸化による薄膜タンタルコンデンサも、電子
回路基板用のコンデンサとして要求される漏れ電流の上
限値を下回ることができない場合がある。
[0005] Tantalum oxide dielectrics are mainly formed by directly forming a tantalum oxide film by CVD or reactive sputtering, or by forming a tantalum metal thin film by sputtering or the like, and anodizing a part of the thin film. This is roughly classified into two methods of forming a tantalum oxide film. In the former case, the leakage current is large in the untreated state after the oxide film is formed.
0 ° C.). In such a temperature range, the polyimide film used for the thin film insulating layer of the electronic circuit board is completely thermally decomposed, so that such a forming method cannot be applied. Therefore, when a thin film tantalum capacitor is formed on a polyimide film, an anodic oxidation method that does not undergo high-temperature treatment is necessarily selected. However, a thin film tantalum capacitor formed by anodic oxidation, which is said to have a relatively small leakage current, may not be able to fall below the upper limit of the leakage current required for a capacitor for an electronic circuit board.

【0006】電子回路基板におけるコンデンサとして用
いる場合、その漏れ電流は10~6A/cm2程度より小
さいことが望ましい。薄膜タンタルコンデンサにおいて
は、印加電圧が5V程度でありばこの条件を満たせる
が、10V以上の電圧を印加した場合には漏れ電流は上
記の上限値を上回ってしまう場合がある。また、この薄
膜タンタルコンデンサに350℃で60分程度の還元雰
囲気中の加熱処理を施すと、漏れ電流は数千倍増大して
しまう。この原因としては、薄膜中の酸素が上部電極あ
るいは下部電極としての金属タンタルに拡散し、結果と
して酸化膜中に酸素欠損が発生すること、あるいは、加
熱処理により金属タンタルの膜応力が大幅に変動し、酸
化膜にクラックが発生すること等が考えられている。上
記電子回路基板に薄膜タンタルコンデンサを形成する場
合、コンデンサの上層に薄膜絶縁層としてポリイミド薄
膜を形成すること、あるいははんだによってLSIチッ
プ等を基板上層に搭載することは必須で、これらの工程
には350℃付近の温度での加熱処理が加わるため、上
述のような加熱による漏れ電流の変動を示すコンデンサ
は適用が不可能となる。
When used as a capacitor in an electronic circuit board, the leakage current is desirably less than about 10 to 6 A / cm 2 . In a thin film tantalum capacitor, this condition can be satisfied if the applied voltage is about 5 V. However, if a voltage of 10 V or more is applied, the leakage current may exceed the above upper limit. Further, if the thin film tantalum capacitor is subjected to a heat treatment in a reducing atmosphere at 350 ° C. for about 60 minutes, the leakage current increases several thousand times. This is because oxygen in the thin film diffuses into the tantalum metal as the upper or lower electrode, resulting in oxygen deficiency in the oxide film, or the film stress of the metal tantalum fluctuates significantly due to heat treatment. However, it is considered that cracks occur in the oxide film. When a thin film tantalum capacitor is formed on the above electronic circuit board, it is essential to form a polyimide thin film as a thin film insulating layer on the capacitor, or to mount an LSI chip or the like on the board by soldering. Since a heat treatment at a temperature around 350 ° C. is applied, it is impossible to apply a capacitor that exhibits a fluctuation in leakage current due to the above-described heating.

【0007】この問題を解決するためにの手段の一つと
して、タンタル中に窒素を混入させ、ベース金属を窒化
タンタルとする方法が挙げられる。これは、例えば電子
情報通信学会論文誌C−II Vol.J76−C−I
I No.8 p576〜578(1993年8月)に
て述べられているように、タンタルに結合した窒素が酸
素の下地金属への拡散を阻害するためと考えられてい
る。が、窒素を混入したタンタル膜により形成された酸
化膜誘電体は純タンタルによるそれに比べ誘電率が小さ
く、窒素含有量が増加するほどその値は低下する。窒素
の混入量を減らせばある程度の誘電率は確保できるが、
加熱による漏れ電流増大の抑止効果は無くなってしま
う。
As one of means for solving this problem, there is a method in which nitrogen is mixed into tantalum and the base metal is tantalum nitride. This is described in, for example, IEICE Transactions C-II Vol. J76-CI
I No. 8 p576-578 (August 1993), it is believed that nitrogen bonded to tantalum inhibits diffusion of oxygen to the underlying metal. However, the dielectric constant of an oxide film formed of a tantalum film mixed with nitrogen has a smaller dielectric constant than that of pure tantalum, and the value decreases as the nitrogen content increases. Although a certain dielectric constant can be secured by reducing the amount of nitrogen,
The effect of suppressing the increase in leakage current due to heating is lost.

【0008】上記問題に鑑み、本発明の目的は、2元素
を主成分とする陽極酸化可能な導体薄膜、特にタンタル
及び窒素からなる窒化タンタル薄膜を形成し、これを陽
極酸化することにより誘電体を形成する薄膜コンデンサ
において、加熱による漏れ電流の増大がなく、かつ一定
の容量が得られ、かつ低電気抵抗の電極を有する、高品
質・高信頼性の薄膜コンデンサ及びその製造方法を提供
することにある。
In view of the above problems, an object of the present invention is to form an anodically oxidizable conductor thin film containing two elements as main components, in particular, a tantalum nitride thin film made of tantalum and nitrogen, and anodize the dielectric thin film. To provide a high-quality and high-reliability thin-film capacitor which does not increase leakage current due to heating, has a constant capacity, and has low-resistance electrodes, and a method for manufacturing the same. It is in.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、2種類の元素を主成分とする陽極酸化可
能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極酸化すること
により形成される酸化膜を誘電体とする薄膜コンデンサ
において、該導体薄膜中の主成分である2元素の濃度比
を該導体薄膜の膜厚方向に対して変化させたことを特徴
とする薄膜コンデンサである。
In order to achieve the above object, the present invention forms an anodically oxidizable conductive thin film containing two kinds of elements as main components and forms the conductive thin film by anodic oxidation. A thin film capacitor using an oxide film as a dielectric material, wherein the concentration ratio of two elements which are main components in the conductive thin film is changed in the thickness direction of the conductive thin film. .

【0010】また本発明は、2種類の元素を主成分とす
る陽極酸化可能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極
酸化することにより形成される酸化膜を誘電体とする薄
膜コンデンサにおいて、主成分である2元素の濃度比の
異なる該導体薄膜を複数積層したことを特徴とする薄膜
コンデンサである。
[0010] The present invention also provides a thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film containing two kinds of elements as main components is formed and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric. A thin film capacitor characterized by laminating a plurality of the conductor thin films having different concentration ratios of two main components.

【0011】また本発明は、上記2種類の元素を主成分
とする陽極酸化可能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を
陽極酸化することにより形成される酸化膜を誘電体とす
る薄膜コンデンサにおいて、導体薄膜の主成分である2
元素を、タンタル及び窒素としたことを特徴とする薄膜
コンデンサである。
The present invention also relates to a thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film containing the above two elements as main components is formed and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric. , The main component of the conductor thin film 2
A thin film capacitor characterized by using tantalum and nitrogen as elements.

【0012】また本発明は、2種類の元素を主成分とす
る陽極酸化可能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極
酸化することにより形成される酸化膜を誘電体とする薄
膜コンデンサにおいて、該導体薄膜中の主成分である2
元素の濃度比を該導体薄膜の膜厚方向に対して変化させ
たことを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法である。
Further, the present invention relates to a thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film mainly composed of two kinds of elements is formed, and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric. 2 which is the main component in the conductive thin film
A method of manufacturing a thin film capacitor, wherein a concentration ratio of an element is changed in a thickness direction of the conductive thin film.

【0013】また本発明は、2種類の元素を主成分とす
る陽極酸化可能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極
酸化することにより形成される酸化膜を誘電体とする薄
膜コンデンサにおいて、主成分である2元素の濃度比の
異なる該導体薄膜を複数積層したことを特徴とする薄膜
コンデンサの製造方法である。
[0013] The present invention also provides a thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film mainly composed of two kinds of elements is formed and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric. A method for manufacturing a thin film capacitor, comprising laminating a plurality of conductive thin films having different concentration ratios of two main components.

【0014】また本発明は、上記2種類の元素を主成分
とする陽極酸化可能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を
陽極酸化することにより形成される酸化膜を誘電体とす
る薄膜コンデンサの製造方法において、導体薄膜の主成
分である2元素を、タンタル及び窒素としたことを特徴
とする薄膜コンデンサの製造方法である。
The present invention also relates to a thin film capacitor having a dielectric thin film formed by anodizing a conductive thin film comprising the above two elements as main components and capable of anodizing the conductive thin film. A method of manufacturing a thin film capacitor, wherein two elements which are main components of the conductive thin film are tantalum and nitrogen.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】(第1例)本発明の実施の形態の
第1例として、図2を用いて、本発明に係わる薄膜コン
デンサの製造工程を説明する。
(First Example) As a first example of an embodiment of the present invention, a manufacturing process of a thin film capacitor according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0016】まず、薄膜コンデンサの下地としての絶縁
層1を用意する(図2(a))。本実施例では、絶縁層
1としてポリイミド薄膜を用いた。その形成方法を以下
に記す。まず、セラミック等からなる基板上にワニス状
のポリイミド前駆体をスピン塗布機により塗膜する。こ
の基板は、例えば、セラミック等からなる絶縁体と、C
u等からなる導体により構成される配線導体を内装する
基板でも構わないし、また、導体の存在しない絶縁体の
みの基板でも構わない。これに対し、基板を350℃で
60分加熱処理をすることにより、ポリイミド前駆体を
イミド化し、ポリイミドとする。本例では、ポリイミド
の形成方法としてワニス状の前駆体を熱硬化する手法を
用いたが、それ以外の、例えばフィルム状のポリイミド
膜を接着フィルム等を用いて基板に貼り付け、圧着・加
熱により形成するという方法を用いても構わない。ま
た、セラミック等のリジッドな基板を用いずフィルム状
の膜それ自体を下地材としても構わない。また、絶縁層
の形成段階でフォトリソグラフィやレーザーアブレーシ
ョン等を用いて、下層の基板と電気的な接続をとるため
のスルーホール等を絶縁層に形成しても構わない。
First, an insulating layer 1 as a base of a thin film capacitor is prepared (FIG. 2A). In this example, a polyimide thin film was used as the insulating layer 1. The formation method is described below. First, a varnish-like polyimide precursor is coated on a substrate made of ceramic or the like by a spin coater. This substrate is made of, for example, an insulator made of ceramic or the like, and C
It may be a substrate in which a wiring conductor composed of a conductor made of u or the like is provided, or may be a substrate made of only an insulator having no conductor. On the other hand, by heating the substrate at 350 ° C. for 60 minutes, the polyimide precursor is imidized to obtain polyimide. In this example, a method of thermally curing a varnish-like precursor was used as a method for forming a polyimide, but other than that, for example, a film-like polyimide film was adhered to a substrate using an adhesive film or the like, and then pressed and heated. A method of forming may be used. Further, a film-like film itself may be used as a base material without using a rigid substrate such as ceramic. Further, through holes or the like for making electrical connection with the underlying substrate may be formed in the insulating layer by using photolithography, laser ablation, or the like in the step of forming the insulating layer.

【0017】また本実施例では、絶縁層1としてポリイ
ミドを用いたが、エポキシ樹脂や、ベンゾシクロブテ
ン、あるいはこれらの類似体でも構わない。また、ポリ
イミド等の有機絶縁膜を用いず、セラミックやガラス等
の無機絶縁基板上に直接導体薄膜を形成しても構わな
い。但し、下地材に対する要求としては、窒化タンタル
薄膜との密着性が良好なこと、及び窒化タンタル膜に断
切れ等の欠陥が発生しないように絶縁層の表面が平滑で
あることで、これを満たす材料及び形状を選定する必要
がある。
In this embodiment, the insulating layer 1 is made of polyimide, but may be epoxy resin, benzocyclobutene, or an analog thereof. Further, a conductive thin film may be formed directly on an inorganic insulating substrate such as ceramic or glass without using an organic insulating film such as polyimide. However, the requirements for the base material are satisfied by the fact that the adhesion to the tantalum nitride thin film is good and that the surface of the insulating layer is smooth so that defects such as breakage do not occur in the tantalum nitride film. Material and shape need to be selected.

【0018】次に、絶縁層1の上に、2種類の元素を主
成分とする陽極酸化可能な導体薄膜層2を形成する(図
2(b))。本実施例では、導体薄膜層2として、タン
タル及び窒素からなる窒化タンタル薄膜を用いた。窒化
タンタル薄膜の形成には、プレーナマグネトロン方式の
スパッタリング装置を用いた。スパッタリングターゲッ
トには純度99.95%のタンタルを用い、また、スパ
ッタリング時の雰囲気ガスとしてアルゴンと窒素の混合
ガスを用い、いわゆる反応性スパッタリング法によりこ
れを成膜した。その条件を以下に示す。まず、基板をス
パッタリング装置に装着し、真空引きを行った後、20
0℃で1時間保持し、ポリイミド膜に吸着した水分等を
除去する。その後、真空度5×10~5Pa以下、温度5
0℃以下を満たすまで放置した後、アルゴン・窒素混合
ガスの圧力を0.5Pa、スパッタリング電力を0.4
kW、成膜時間110分(トータル膜厚で500nm狙
い)として窒化タンタル薄膜を成膜する。
Next, an anodically oxidizable conductive thin film layer 2 containing two kinds of elements as main components is formed on the insulating layer 1 (FIG. 2B). In the present embodiment, a tantalum nitride thin film made of tantalum and nitrogen was used as the conductive thin film layer 2. A tantalum nitride thin film was formed using a planar magnetron type sputtering apparatus. Tantalum having a purity of 99.95% was used as a sputtering target, and a mixed gas of argon and nitrogen was used as an atmosphere gas during sputtering. The conditions are shown below. First, the substrate was mounted on a sputtering apparatus, and after evacuation,
The solution is kept at 0 ° C. for 1 hour to remove water and the like adsorbed on the polyimide film. Thereafter, the degree of vacuum is 5 × 10 to 5 Pa or less, and the temperature is 5
After leaving it at 0 ° C. or less, the pressure of the argon / nitrogen mixed gas was 0.5 Pa, and the sputtering power was 0.4
A tantalum nitride thin film is formed with a kW of 110 minutes (a total film thickness of 500 nm).

【0019】ここで、スパッタリングガス中の窒素分圧
と、それにより形成される窒化タンタル膜の膜特性の相
関関係について述べる。図3に、本実施例に用いたスパ
ッタリング装置における、スパッタリング電力0.4k
Wのときのアルゴン・窒素混合ガス中の窒素分圧と窒化
タンタル薄膜の比抵抗ならびに結晶構造との相関を示
す。まず、窒素分圧が0〜0.3%の領域では、窒素が
混入されないときと同等の正方晶の結晶構造からなるβ
−Taと呼ばれる構造を示し比抵抗もほとんど変動しな
い。この領域では窒素をドープした効果はほとんど得ら
れない。これを越えて窒素濃度が0.3〜1%の領域に
入ると、体心立方格子構造を有するいわゆるα−Taが
形成され、比抵抗は低下する。この領域の薄膜は、陽極
酸化を行っても漏れ電流が高く特性の不安定な誘電体膜
が得られるのみであるが、比抵抗が低いという利点を活
かして薄膜コンデンサの下部電極に用いれば、コンデン
サ特性の向上、特に高周波信号を伝播する際の、信号の
減衰の抑制に貢献できる。窒素分圧が1〜2.5%の範
囲では、六方稠密格子からなるTa2Nとなり、この膜
を陽極酸化することにより得られる誘電体は、窒化タン
タルベースとしては比較的誘電率が高く、漏れ電流も比
較的小さい。しかしながら、この領域の膜においても3
50℃程度の加熱処理を数時間行うことによって漏れ電
流の増大は発生する。窒素分圧が2.5〜3.5%の領
域になると、同じく六方稠密格子構造のTaNが形成さ
れる。この膜をベースとした酸化膜は、誘電率は低いが
漏れ電流も低く、また加熱による漏れ電流の増加も見ら
れなくなる。窒素分圧が3.5%を越えると、安定な成
膜が行われなくなる。
Here, the correlation between the partial pressure of nitrogen in the sputtering gas and the film characteristics of the tantalum nitride film formed thereby will be described. FIG. 3 shows a sputtering power of 0.4 k in the sputtering apparatus used in this example.
The correlation between the nitrogen partial pressure in the argon / nitrogen mixed gas at W and the specific resistance and the crystal structure of the tantalum nitride thin film is shown. First, in a region where the partial pressure of nitrogen is 0 to 0.3%, a β having a tetragonal crystal structure equivalent to that when nitrogen is not mixed is used.
It shows a structure called -Ta and the specific resistance hardly fluctuates. In this region, the effect of doping with nitrogen is hardly obtained. If the nitrogen concentration exceeds this range and enters the region of 0.3 to 1%, a so-called α-Ta having a body-centered cubic lattice structure is formed, and the specific resistance decreases. The thin film in this region has a high leakage current even if anodic oxidation is performed, and only a dielectric film having unstable characteristics can be obtained.However, if it is used for the lower electrode of the thin film capacitor by taking advantage of the low specific resistance, It is possible to contribute to improvement of the capacitor characteristics, particularly, suppression of signal attenuation when a high-frequency signal is propagated. When the nitrogen partial pressure is in the range of 1 to 2.5%, the dielectric material becomes Ta 2 N composed of a hexagonal dense lattice, and the dielectric obtained by anodizing this film has a relatively high dielectric constant as a tantalum nitride base. The leakage current is also relatively small. However, the film in this region also has 3
By performing the heat treatment at about 50 ° C. for several hours, the leakage current increases. When the nitrogen partial pressure is in the range of 2.5 to 3.5%, TaN having the same hexagonal close-packed lattice structure is formed. An oxide film based on this film has a low dielectric constant but a low leakage current, and no increase in leakage current due to heating is observed. If the nitrogen partial pressure exceeds 3.5%, stable film formation cannot be performed.

【0020】上述の窒化タンタル薄膜の成膜特性を利用
して、膜厚方向に対して窒素濃度を変化させることによ
って、加熱による漏れ電流の増大がなく、かつ一定の静
電容量を有し、かつ低電気抵抗の下部電極を有する、高
品質で高信頼性の誘電体を形成することができる。具体
的には、窒化タンタル薄膜の成膜中に、混合ガス中の窒
素分圧を以下の通り変動させた。まず、成膜時間が0〜
90分の間は窒素分圧比を0.5%とし、次に成膜時間
が90〜108分の間は窒素分圧比2.0%、そして成
膜時間108〜110分の間は窒素分圧を3.0%とし
た。この結果、本実施例における窒化タンタル薄膜は、
窒素分圧0.5%により成膜された第一窒化タンタル層
11と、窒素分圧2.0%により成膜された第二窒化タ
ンタル層12と、窒素分圧3.0%により成膜された第
三窒化タンタル層13の3層構造となり、これらの膜厚
はそれぞれ410nm、82nm、9nmで、窒化タン
タル薄膜2のトータルの膜厚は501nmとなる。上述
の窒化タンタルの成膜特性に照らし合わせると、窒化タ
ンタル薄膜2は、第一窒化タンタル層11としてのα−
Ta薄膜、第二窒化タンタル層12としてのTa2N薄
膜、第三窒化タンタル層13としてのTaN薄膜により
構成されていることが分かる。
By changing the nitrogen concentration in the film thickness direction by utilizing the film forming characteristics of the above-mentioned tantalum nitride thin film, there is no increase in leakage current due to heating and a constant capacitance. In addition, a high-quality and highly reliable dielectric having a lower electrode with low electric resistance can be formed. Specifically, during the formation of the tantalum nitride thin film, the partial pressure of nitrogen in the mixed gas was varied as follows. First, the film formation time is 0 to
The nitrogen partial pressure ratio is set to 0.5% for 90 minutes, the nitrogen partial pressure ratio is set to 2.0% for 90 to 108 minutes, and the nitrogen partial pressure ratio is set to 108% for 110 to 110 minutes. Was set to 3.0%. As a result, the tantalum nitride thin film in this example is
A first tantalum nitride layer 11 formed at a nitrogen partial pressure of 0.5%, a second tantalum nitride layer 12 formed at a nitrogen partial pressure of 2.0%, and a film formed at a nitrogen partial pressure of 3.0% The three-layered tantalum nitride layer 13 has a three-layer structure, and the thicknesses thereof are 410 nm, 82 nm, and 9 nm, respectively, and the total thickness of the tantalum nitride thin film 2 is 501 nm. In light of the above-mentioned film forming characteristics of tantalum nitride, the tantalum nitride thin film 2
It can be seen that it is composed of a Ta thin film, a Ta 2 N thin film as the second tantalum nitride layer 12, and a TaN thin film as the third tantalum nitride layer 13.

【0021】図3の窒素分圧と比抵抗、すなわち窒化タ
ンタル構造との相関曲線は、図4に示すように、スパッ
タリング電力が異なると変動する。また、別のスパッタ
リング装置を用いた場合、やはりこれらの関係は変動す
ると思われる。従って、上に示した窒素分圧と膜構造の
相関を一般化することは非常に困難である。従って、例
えば別の装置を用いて成膜を行う場合には、改めて窒素
分圧とスパッタリング装置との相関関係を把握し、新た
な条件を見出すという作業が必要となる。
The correlation curve between the nitrogen partial pressure and the specific resistance, that is, the tantalum nitride structure in FIG. 3 fluctuates when the sputtering power is different as shown in FIG. Also, when another sputtering apparatus is used, these relations are considered to fluctuate. Therefore, it is very difficult to generalize the correlation between the nitrogen partial pressure and the film structure described above. Therefore, for example, when film formation is performed using another apparatus, it is necessary to newly grasp the correlation between the nitrogen partial pressure and the sputtering apparatus and find new conditions.

【0022】なお、本実施例では窒素分圧を断続的に変
動させたが、これを連続的に(時間に対して滑らかに)
変化させても構わない。また、本実施例では3層膜を連
続して成膜したが、これらの各膜毎に成膜バッチを変更
しても構わない。また、本実施例では窒素濃度の異なる
膜を3層としたが、これを2層、あるいは4層以上とし
ても構わない。さらには、窒素濃度の変動順序に関して
も、実施例と異なるものでも構わない。好ましい条件と
しては、陽極酸化して誘電体となる部分の一部に加熱に
よる漏れ電流の増大がないTaN膜を形成すること、誘
電体となる部分の大部分をある程度の誘電率が確保でき
るTa2N膜とすること、ならびに下部電極となる部分
の大部分を比抵抗の小さいα−Ta膜とすることであ
る。
In this embodiment, the nitrogen partial pressure is intermittently varied, but it is continuously (smoothly with respect to time).
You can change it. Further, in this embodiment, the three-layer film is formed continuously, but the film formation batch may be changed for each of these films. In this embodiment, three films having different nitrogen concentrations are used. However, two or four or more films may be used. Further, the order of fluctuation of the nitrogen concentration may be different from that of the embodiment. As preferable conditions, a TaN film having no increase in leakage current due to heating is formed on a part of the part to be anodized and becomes a dielectric, and Ta is capable of securing a large dielectric constant for most of the part to be a dielectric. A 2N film is to be formed, and most of the portion to be a lower electrode is to be an α-Ta film having a small specific resistance.

【0023】膜厚方向で窒素濃度が異なる窒化タンタル
薄膜2を形成した後、これを陽極酸化することによって
酸化膜3を形成する(図2(c))。陽極酸化時の電解
液にはリン酸0.1vol%水溶液を用い、条件は電流
密度0.5mA/cm2、化成電圧100V、定電圧後
の保持時間を1時間とした。上記条件により得られた窒
化タンタル薄膜2及び陽極酸化膜3からなる積層膜の詳
細図を図1に示す。図中の右側半分は、電解液に直接触
れなかった部分、すなわち陽極酸化されなかった部分を
表している。本実施例により形成された酸化膜の膜厚は
160nmとなっており、これは、第二窒化タンタル層
12の一部が陽極酸化された層21(膜厚140nm)
と第三窒化タンタル層11が陽極酸化された層22(膜
厚20nm)により構成されている。すなわち、薄膜コ
ンデンサの誘電体となる陽極酸化膜3は、誘電率が比較
的高いTa2N薄膜を陽極酸化した酸化膜21が大部分
を占めており、これにより静電容量を確保し、表層に耐
熱性の高いTaN薄膜を陽極酸化した酸化膜22を形成
することにより、加熱による漏れ電流の増大を防いでい
る。
After a tantalum nitride thin film 2 having a different nitrogen concentration in the film thickness direction is formed, this is anodized to form an oxide film 3 (FIG. 2C). A 0.1 vol% aqueous solution of phosphoric acid was used as an electrolytic solution at the time of anodic oxidation. The conditions were a current density of 0.5 mA / cm 2 , a formation voltage of 100 V, and a holding time after constant voltage of 1 hour. FIG. 1 shows a detailed view of a laminated film composed of the tantalum nitride thin film 2 and the anodic oxide film 3 obtained under the above conditions. The right half in the figure shows a portion that did not directly touch the electrolytic solution, that is, a portion that was not anodized. The thickness of the oxide film formed according to this embodiment is 160 nm, which is a layer 21 (140 nm thick) in which a part of the second tantalum nitride layer 12 is anodized.
And the third tantalum nitride layer 11 is composed of an anodized layer 22 (20 nm thick). In other words, most of the anodic oxide film 3 serving as the dielectric of the thin film capacitor is an oxide film 21 obtained by anodizing a Ta 2 N thin film having a relatively high dielectric constant, thereby securing the capacitance and ensuring the surface layer. By forming an oxide film 22 obtained by anodizing a TaN thin film having high heat resistance, an increase in leakage current due to heating is prevented.

【0024】さらには、窒化タンタル薄膜2中の下地絶
縁層1に近い、陽極酸化されずに下部電極として機能す
る部分は、70μΩcm程度の比抵抗の小さい膜とな
り、コンデンサ特性をより良好なものにしている。
Further, the portion of the tantalum nitride thin film 2 which is close to the base insulating layer 1 and which functions as a lower electrode without being anodized becomes a film having a small specific resistance of about 70 μΩcm, thereby improving the capacitor characteristics. ing.

【0025】陽極酸化膜及びそのベースとなる窒化タン
タル薄膜の膜厚の選定方法を以下に記す。膜厚陽極酸化
膜の膜厚tOは、化成電圧VAのみによって決まり、その
関係はtO=a・VAである。ここで、定数aは材料固有
の値で、タンタル及び窒化タンタルの場合、およそa=
1.6nm/Vである。また、金属膜と陽極酸化膜の体
積比RV=tO/tM、(tM=陽極酸化膜に変化する金属
膜の膜厚)も材料固有の値で、タンタル系の場合、およ
そRV=2.5となる。
The method of selecting the thickness of the anodic oxide film and the thickness of the tantalum nitride thin film serving as the base will be described below. The thickness t O of the anodic oxide film is determined only by the formation voltage V A , and the relationship is t O = a · V A. Here, the constant a is a value specific to the material, and in the case of tantalum and tantalum nitride, approximately a =
1.6 nm / V. Further, the volume ratio R V = t O / t M between the metal film and the anodic oxide film, (t M = the thickness of the metal film changing into the anodic oxide film) is also a value unique to the material. V = 2.5.

【0026】まず、薄膜コンデンサに対して要求される
単位面積当たりの静電容量を設定する。本実施例では、
90nF/cm2とした。単位面積当たりの静電容量
は、周知の通り誘電体の比誘電率ε’及び膜厚によって
決まる。各酸化膜の比誘電率は、Ta2N薄膜ベースが
およそε’=17、TaN薄膜ベースはおよそε’=9
である。また、誘電体の膜厚については、上下電極間の
ショートを防ぐために、少なくともトータルで150n
m程度は必要である。これらの値から、Ta2N薄膜ベ
ースの酸化膜を140nm、TaN薄膜ベースの三k膜
を20nm、すなわちトータル膜厚を160nmとすれ
ば、単位面積当たりの静電容量は約90nF/cm2
達すると見積もられる。これら誘電体の膜厚値と酸化膜
と導体膜の体積比RVから、Ta2N薄膜とTaN薄膜
の膜厚は、それぞれおよそ56nm(以上)、8nmと
なる。
First, the capacitance per unit area required for the thin film capacitor is set. In this embodiment,
90 nF / cm 2 . As is well known, the capacitance per unit area is determined by the dielectric constant ε ′ of the dielectric and the film thickness. The relative dielectric constant of each oxide film is about ε ′ = 17 for the Ta 2 N thin film base and about ε ′ = 9 for the TaN thin film base.
It is. The thickness of the dielectric is at least 150 n in total in order to prevent a short circuit between the upper and lower electrodes.
About m is necessary. From these values, if the oxide film based on the Ta 2 N thin film is 140 nm and the 3k film based on the TaN thin film is 20 nm, that is, the total film thickness is 160 nm, the capacitance per unit area is about 90 nF / cm 2 . Estimated to reach. From the thickness values of these dielectrics and the volume ratio R V between the oxide film and the conductor film, the thicknesses of the Ta2N thin film and the TaN thin film are approximately 56 nm (or more) and 8 nm, respectively.

【0027】陽極酸化工程が完了した後に、上部電極層
4を形成する(図2(d))。上部電極の材料には、ニ
ッケル−クロム膜と金の積層膜を用い、またその形成方
法には真空蒸着を使用した。ニッケル−クロム膜は、陽
極酸化膜と金との接着性を確保するための接着層の役割
を担っており、その膜厚は10nmとした。また、上部
電極として金を選択したのは、陽極酸化膜3の酸素が上
部電極に移動することを回避するためである。金の膜厚
は500nmとした。なお、上部電極4の材料に要求さ
れる条件としては、タンタルよりも酸化されにくいこ
と、および陽極酸化膜との密着性が良好なことで、金以
外としては、白金や銅が挙げられる。これらの場合、金
と同様に陽極酸化膜との密着性を確保するために、界面
にクロムやチタンあるいはこれらを含む合金を極薄く形
成するとよい。形成方法についても、蒸着以外の、例え
ばスパッタリング等を用いても構わないが、陽極酸化膜
3へ物理的なダメージを与えないように、その形成条件
を配慮する必要がある。
After the anodizing step is completed, the upper electrode layer 4 is formed (FIG. 2D). As a material of the upper electrode, a laminated film of a nickel-chromium film and gold was used, and a vacuum deposition was used as a forming method thereof. The nickel-chromium film has a role of an adhesive layer for securing the adhesiveness between the anodic oxide film and gold, and the thickness thereof is 10 nm. The reason why gold is selected as the upper electrode is to prevent oxygen of the anodic oxide film 3 from moving to the upper electrode. The thickness of the gold film was 500 nm. The conditions required for the material of the upper electrode 4 are that it is less oxidized than tantalum, and that it has good adhesion to the anodic oxide film. In these cases, it is preferable to form chromium, titanium, or an alloy containing these at a very thin interface at the interface in order to ensure the adhesion to the anodic oxide film as with gold. Regarding the formation method, other than vapor deposition, for example, sputtering may be used, but it is necessary to consider the formation conditions so as not to physically damage the anodic oxide film 3.

【0028】最後に、以上の通り形成した積層膜に対
し、上部電極のパターニング、陽極酸化膜のパタニン
グ、下部電極としての窒化タンタル薄膜のパターニング
を連続して行う。加工方法はそれぞれ以下の通りであ
る。ニッケル−クロム/金は王水をエッチング液とした
ウェットエッチング、陽極酸化膜はアルゴンをエッチン
グガスとしたドライエッチング、下部電極としての窒化
タンタル膜は、フッ硝酸水溶液をエッチング液としたウ
ェットエッチングで、いずれの工程においても、マスク
材としてレジストを用いた。
Finally, patterning of the upper electrode, patterning of the anodic oxide film, and patterning of the tantalum nitride thin film as the lower electrode are successively performed on the laminated film formed as described above. The processing method is as follows. Nickel-chromium / gold is wet etching using aqua regia as an etchant, anodic oxide film is dry etching using argon as an etching gas, and tantalum nitride film as a lower electrode is wet etching using an aqueous solution of hydrofluoric nitric acid as an etching solution. In each step, a resist was used as a mask material.

【0029】以上の工程を経ることにより、図2(e)
に示すような、薄膜コンデンサ素子が完成する。このよ
うにして完成した薄膜コンデンサは、漏れ電流が低く、
加熱処理による漏れ電流の増大が小さく、かつ一定の静
電容量を有し、なおかつ下部電極の電気抵抗が小さいと
いう、信頼性が高くかつ高周波特性の優れたものであ
る。
By going through the above steps, FIG.
The thin film capacitor element shown in FIG. The thin film capacitor completed in this way has low leakage current,
It has high reliability and excellent high-frequency characteristics, in which the increase in leakage current due to the heat treatment is small, the capacitance is constant, and the electric resistance of the lower electrode is small.

【0030】(第2例)本発明の実施の形態の第2例とし
て、第1例と同じく図2を用いて、本発明に係わる電子
回路基板の製造工程を説明する。
(Second Example) As a second example of the embodiment of the present invention, a manufacturing process of an electronic circuit board according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0031】本実施例の工程は、窒化タンタル薄膜2の
形成工程(図2(b))が異なるのみで、それ以外は第
1例における実施例と同一のものであり、外観に関して
は第1例と全く同一である。
The process of this embodiment is the same as that of the first embodiment except for the step of forming the tantalum nitride thin film 2 (FIG. 2B). It is exactly the same as the example.

【0032】本実施例の特徴は、窒化タンタル薄膜2中
の窒素濃度を、スパッタリング時のアルゴン・窒素混合
ガスの窒素分圧の変化によって変動させるのではなく、
成膜中にスパッタリング電力の変化によって変動させる
ところにある。図4に示すように、スパッタリング電力
が異なると、窒素分圧対比抵抗の相関曲線がシフトす
る。酸素分圧が3.0%のときの、スパッタリング電力
の逆数と比抵抗及び窒化タンタル薄膜の膜構造との相関
を図5に表す。この図から分かるように、スパッタリン
グ電力を変動させることによっても、第1例と同様に窒
化タンタル薄膜の窒素濃度を膜厚方向に対して変動させ
ることは可能である。この手法の具体例を以下に記述す
る。
The feature of this embodiment is that the nitrogen concentration in the tantalum nitride thin film 2 is not changed by the change of the nitrogen partial pressure of the argon / nitrogen mixed gas at the time of sputtering.
That is, it is changed by a change in sputtering power during film formation. As shown in FIG. 4, when the sputtering power is different, the correlation curve between the nitrogen partial pressure and the specific resistance shifts. FIG. 5 shows the correlation between the reciprocal of the sputtering power, the specific resistance, and the film structure of the tantalum nitride thin film when the oxygen partial pressure is 3.0%. As can be seen from this figure, it is possible to change the nitrogen concentration of the tantalum nitride thin film in the film thickness direction by changing the sputtering power as in the first example. A specific example of this method is described below.

【0033】まず、窒化タンタル薄膜2を成膜する下地
である絶縁層1に関しては、第1例と全く同一のもので
ある。この上層に窒化タンタル薄膜2を形成するが、そ
の成膜に用いる装置も第1例と同一のものである。成膜
条件としては、基板をスパッタリング装置に装着し、真
空引きを行い、200℃で1時間加熱し、その後、真空
度5×10~5Pa以下、温度50℃以下に達した後、ア
ルゴン・窒素混合ガスの圧力を0.5Pa、窒素ガス分
圧を3.0%に固定して成膜する。すなわち、混合ガス
の窒素分圧を固定することとスパッタリング電力を成膜
中に変動させる以外は同一となる。但し、第1例と異っ
て留意すべき点は、スパッタリング電力を変動させると
成膜速度も変化するため、各層の成膜時間の比率がその
まま各層の膜厚比とならないことであり。従って、各ス
パッタリング電力毎の成膜速度を把握し、それに応じて
成膜時間を設定する必要がある。
First, the insulating layer 1, which is the base on which the tantalum nitride thin film 2 is formed, is exactly the same as in the first example. A tantalum nitride thin film 2 is formed on this upper layer, and the apparatus used for the film formation is the same as that of the first example. As for film forming conditions, the substrate was mounted on a sputtering apparatus, evacuated, heated at 200 ° C. for 1 hour, and then reached a degree of vacuum of 5 × 10 to 5 Pa or less and a temperature of 50 ° C. or less. The film is formed by fixing the pressure of the nitrogen mixed gas at 0.5 Pa and the partial pressure of the nitrogen gas at 3.0%. That is, they are the same except that the nitrogen partial pressure of the mixed gas is fixed and the sputtering power is changed during the film formation. However, it should be noted that, unlike the first example, when the sputtering power is changed, the film forming speed also changes, and thus the ratio of the film forming time of each layer does not directly become the film thickness ratio of each layer. Therefore, it is necessary to grasp the film forming speed for each sputtering power and set the film forming time accordingly.

【0034】図6は、混合ガスの窒素分圧が3.0%の
時のスパッタリング電力と窒化タンタル薄膜の成膜速度
の相関を示す図である。本図及び図5から、図1に示さ
れる積層構造の窒化タンタル薄膜を形成する条件として
は、第一窒化タンタル層11についてはスパッタリング
電力1.7kW、成膜時間24分、第二窒化タンタル層
12は電力0.7kW、成膜時間11分、第三窒化タン
タル層13は電力0.4kW、成膜時間2分となり、ト
ータルの成膜時間は37分となる。この条件により成膜
した本実施例は、図1の模式図と同一の膜構造・膜厚か
らなる薄膜コンデンサを得ることができる。
FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the sputtering power and the deposition rate of the tantalum nitride thin film when the nitrogen partial pressure of the mixed gas is 3.0%. 5 and FIG. 5, the conditions for forming the laminated tantalum nitride thin film shown in FIG. 1 are as follows: the sputtering power is 1.7 kW for the first tantalum nitride layer 11, the deposition time is 24 minutes, the second tantalum nitride layer is 12 has a power of 0.7 kW and a film forming time of 11 minutes, and the third tantalum nitride layer 13 has a power of 0.4 kW and a film forming time of 2 minutes. The total film forming time is 37 minutes. In this embodiment formed under these conditions, a thin film capacitor having the same film structure and thickness as the schematic diagram of FIG. 1 can be obtained.

【0035】窒化タンタル薄膜2を形成した後の工程
は、第1例に記載の実施例と全く同一で、これにより、
加熱による漏れ電流の増大がなく、かつ一定の静電容量
が得られ、かつ低電気抵抗の下部電極を有する、高品質
・高信頼性の薄膜コンデンサが形成される。
The steps after the formation of the tantalum nitride thin film 2 are exactly the same as those of the embodiment described in the first example.
A high-quality and high-reliability thin-film capacitor is formed without lowering the leakage current due to heating, obtaining a constant capacitance, and having a lower electrode with low electric resistance.

【0036】(第3例)本発明の実施の形態の第3例と
して、本発明による薄膜コンデンサと、従来技術による
それとのコンデンサ特性の比較結果を示す。
(Third Example) As a third example of the embodiment of the present invention, a comparison result of the capacitor characteristics between the thin film capacitor according to the present invention and that according to the prior art will be shown.

【0037】ここで、本発明による薄膜コンデンサは、
第1の実施例に記した条件により形成されたものとす
る。従来技術による薄膜コンデンサは3種類用意した。
これらはそれぞれ (1)スパッタリング電力0.4kW、窒素分圧0% (2)スパッタリング電力0.4kW、窒素分圧2% (3)スパッタリング電力0.4kW、窒素分圧3% とし、これ以外の条件は本発明による薄膜コンデンサと
同一とした。
Here, the thin film capacitor according to the present invention comprises:
Assume that it is formed under the conditions described in the first embodiment. Three types of thin film capacitors according to the prior art were prepared.
These are (1) sputtering power 0.4 kW, nitrogen partial pressure 0%, (2) sputtering power 0.4 kW, nitrogen partial pressure 2%, (3) sputtering power 0.4 kW, nitrogen partial pressure 3%. The conditions were the same as those of the thin film capacitor according to the present invention.

【0038】表1に、各試料についてのコンデンサ特性
を示す数値を示す。まず、各試料の静電容量について
は、窒素を含まない(1)が最も大きく、窒素を最も多
く含む(3)が最も小さい値を示している。本発明によ
る試料は2番目に小さい値であるが、(2)とほぼ同等
の値を示している。これは、本発明によるコンデンサの
誘電体は、窒素分圧2%により成膜された膜が多くの部
分を占めるためである。次に、各試料の印加電圧10V
における漏れ電流値に関しては、(1)が圧倒的に高
く、窒素を含む他の試料はほぼ同等の値を示している。
次に、350℃、3時間での還元雰囲気中加熱処理を施
した後の漏れ電流は、やはり(1)が最も高く、加熱前
の1000倍以上の値となっている。また、(2)につ
いても加熱によって漏れ電流は約1000倍その値を増
大させている。(3)及び本発明による試料関しては、
熱処理を施さないときとほぼ同等の値を示している。最
後に、各試料の下部電極の指標となる下部電極部の比抵
抗を示す。これについては、下層にα−Taが存在する
本発明による試料が最も低く、(3)が最も高い値を示
している。
Table 1 shows numerical values indicating the capacitor characteristics of each sample. First, as for the capacitance of each sample, (1) not containing nitrogen has the largest value, and (3) containing most nitrogen has the smallest value. The sample according to the present invention has the second smallest value, but shows almost the same value as (2). This is because a film formed by a nitrogen partial pressure of 2% occupies a large part of the dielectric of the capacitor according to the present invention. Next, the applied voltage of each sample was 10 V
(1) is overwhelmingly high, and other samples containing nitrogen show almost the same value.
Next, the leakage current after the heat treatment in a reducing atmosphere at 350 ° C. for 3 hours is also the highest in (1), which is 1000 times or more the value before heating. Also, in the case of (2), the value of the leakage current is increased about 1000 times by heating. (3) and for the sample according to the invention,
The values are almost the same as when no heat treatment is performed. Lastly, the specific resistance of the lower electrode portion serving as an index of the lower electrode of each sample is shown. Regarding this, the sample according to the present invention in which α-Ta is present in the lower layer has the lowest value, and (3) shows the highest value.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】以上の結果から、本発明による薄膜コンデ
ンサが、従来技術によるそれと比較して、加熱による漏
れ電流の増大がなくかつ一定の静電容量を確保できかつ
低電気抵抗の下部電極を有する、高品質・高信頼性のコ
ンデンサとなっていることが分かる。
From the above results, the thin film capacitor according to the present invention has a lower electrode which can secure a constant capacitance without increasing the leakage current due to heating and has a low electric resistance, as compared with that according to the prior art. It can be seen that the capacitor has high quality and high reliability.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように本発明は、2元素を主成分
とする陽極酸化可能な導体薄膜、特にタンタルと窒素か
らなる窒化タンタル薄膜において、該窒化タンタル薄膜
中の窒素濃度を薄膜の膜厚方向に対して変化させること
によって、加熱による漏れ電流の増大がなく、かつ一定
の静電容量を確保し、かつ低電気抵抗の下部電極を有す
る薄膜コンデンサを形成できる効果を奏する。
As described above, the present invention relates to an anodically oxidizable conductive thin film containing two elements as main components, particularly to a tantalum nitride thin film composed of tantalum and nitrogen, wherein the nitrogen concentration in the tantalum nitride thin film is reduced. By changing the thickness in the thickness direction, there is an effect that a thin-film capacitor having a lower electrode with a low electric resistance can be formed without increasing the leakage current due to heating, ensuring a constant capacitance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる薄膜コンデンサの実施の形態例
を表す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a thin film capacitor according to the present invention.

【図2】本発明に係わる薄膜コンデンサの実施の形態例
及びその製造工程を示す図である。
FIG. 2 is a view showing an embodiment of a thin film capacitor according to the present invention and a manufacturing process thereof.

【図3】スパッタリングにおける、スパッタリング電力
0.4kWのときの、アルゴン・窒素混合ガスの窒素分
圧とこれにより得られた窒化タンタル薄膜の比抵抗及び
膜構造との相関を表すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the correlation between the nitrogen partial pressure of an argon / nitrogen mixed gas and the specific resistance and film structure of a tantalum nitride thin film obtained by sputtering at a sputtering power of 0.4 kW in sputtering.

【図4】スパッタリングにおける、アルゴン・窒素混合
ガスの窒素分圧とこれにより得られた窒化タンタル薄膜
の比抵抗との相関を表すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a correlation between a nitrogen partial pressure of an argon / nitrogen mixed gas and a specific resistance of a tantalum nitride thin film obtained by the sputtering in sputtering.

【図5】スパッタリングにおける、アルゴン・窒素混合
ガスの窒素分圧が3.0%のときの、スパッタリング電
力と比抵抗及び膜構造との相関を表すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a correlation between a sputtering power, a specific resistance, and a film structure when a nitrogen partial pressure of an argon / nitrogen mixed gas is 3.0% in sputtering.

【図6】スパッタリングにおける、アルゴン・窒素混合
ガスの窒素分圧が3.0%のときの、スパッタリング電
力と成膜速度との相関を表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a correlation between a sputtering power and a film forming rate when a nitrogen partial pressure of an argon / nitrogen mixed gas is 3.0% in sputtering.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…絶縁層、2…2元素からなる陽極酸化可能な導体薄
膜(窒化タンタル)、3…陽極酸化膜(酸化タンタ
ル)、4…上部電極(ニッケル−クロム/金)、11…
第一窒化タンタル層、12…第二窒化タンタル層、13
…第三窒化タンタル層、21…第二窒化タンタル層12
が陽極酸化された酸化膜層、22…第三窒化タンタル層
11が陽極酸化された酸化膜層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating layer, 2 ... Anodically oxidizable conductor thin film (tantalum nitride) composed of 2 elements, 3 ... Anodized film (tantalum oxide), 4 ... Upper electrode (nickel-chromium / gold), 11 ...
First tantalum nitride layer, 12 ... second tantalum nitride layer, 13
... third tantalum nitride layer, 21 ... second tantalum nitride layer 12
Is an oxide film layer anodized, 22... An oxide film layer anodized on the third tantalum nitride layer 11.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山▲崎▼ 哲也 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 釼持 秋広 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバー事業部 内 (72)発明者 手呂内 俊郎 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバー事業部 内 (72)発明者 森 直樹 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所エンタープライズサーバー事業部 内 Fターム(参考) 4K029 BA58 BC00 BD00 GA00 5E082 AB03 BC40 EE05 EE18 EE23 EE26 EE37 EE47 FF15 FG03 FG27 FG44 FG51 KK01 LL01 LL02 MM23 MM24  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yamazaki Tetsuya 292 Yoshidacho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Yokohama, Kanagawa Prefecture Inside of Hitachi, Ltd. Production Technology Research Laboratories (72) Inventor Kurimochi Akihiro 1 Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture Address Enterprise Server Division, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Toshiro Terouchi 1 Horiyamashita, Hadano-shi, Kanagawa Prefecture Enterprise Server Division, Hitachi Ltd. (72) Naoki Mori, Hori, Hadano-shi, Kanagawa No. 1 Yamashita F-term (reference) 4K029 BA58 BC00 BD00 GA00 5E082 AB03 BC40 EE05 EE18 EE23 EE26 EE37 EE47 FF15 FG03 FG27 FG44 FG51 KK01 LL01 LL02 MM23 MM24

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2種類の元素を主成分とする陽極酸化可
能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極酸化すること
により形成される酸化膜を誘電体とする薄膜コンデンサ
において、該導体薄膜中の主成分である2元素の濃度比
を該導体薄膜の膜厚方向に対して変化させたことを特徴
とする薄膜コンデンサ。
An anodically oxidizable conductive thin film mainly composed of two elements is formed, and the oxide thin film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric. A thin film capacitor characterized by changing the concentration ratio of two elements as main components in the thickness direction of the conductive thin film.
【請求項2】 2種類の元素を主成分とする陽極酸化可
能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極酸化すること
により形成される酸化膜を誘電体とする薄膜コンデンサ
において、主成分である2元素の濃度比の異なる該導体
薄膜を複数積層したことを特徴とする薄膜コンデンサ。
2. A thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film mainly composed of two kinds of elements is formed and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film as a dielectric is used. A thin film capacitor comprising a plurality of conductive thin films having different concentration ratios of certain two elements laminated.
【請求項3】 請求項1及び2に記載の薄膜コンデンサ
において、陽極酸化可能な導体薄膜の主成分である2元
素を、タンタル及び窒素としたことを特徴とする薄膜コ
ンデンサ。
3. The thin film capacitor according to claim 1, wherein two elements which are main components of the conductive thin film capable of being anodized are tantalum and nitrogen.
【請求項4】 2種類の元素を主成分とする陽極酸化可
能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極酸化すること
により形成される酸化膜を誘電体とする薄膜コンデンサ
において、該導体薄膜中の主成分である2元素の濃度比
を該導体薄膜の膜厚方向に対して変化させたことを特徴
とする薄膜コンデンサの製造方法。
4. A thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film containing two kinds of elements as main components is formed and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric material. A method for manufacturing a thin film capacitor, characterized in that the concentration ratio of two elements, which are the main components, is changed in the thickness direction of the conductive thin film.
【請求項5】 2種類の元素を主成分とする陽極酸化可
能な導体薄膜を形成し、該導体薄膜を陽極酸化すること
により形成される酸化膜を誘電体とする薄膜コンデンサ
において、主成分である2元素の濃度比の異なる該導体
薄膜を複数積層したことを特徴とする薄膜コンデンサの
製造方法。
5. A thin film capacitor in which an anodically oxidizable conductive thin film mainly composed of two kinds of elements is formed, and an oxide film formed by anodizing the conductive thin film is used as a dielectric material. A method for manufacturing a thin film capacitor, comprising: laminating a plurality of conductive thin films having different concentration ratios of certain two elements.
【請求項6】 請求項1及び2に記載の薄膜コンデンサ
の製造方法において、陽極酸化可能な導体薄膜の主成分
である2元素を、タンタル及び窒素としたことを特徴と
する薄膜コンデンサの製造方法。
6. The method for manufacturing a thin film capacitor according to claim 1, wherein two elements which are main components of the conductive thin film capable of being anodized are tantalum and nitrogen. .
JP2000203053A 2000-06-30 2000-06-30 Thin-film capacitor and its manufacturing method Pending JP2002025855A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000203053A JP2002025855A (en) 2000-06-30 2000-06-30 Thin-film capacitor and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000203053A JP2002025855A (en) 2000-06-30 2000-06-30 Thin-film capacitor and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002025855A true JP2002025855A (en) 2002-01-25

Family

ID=18700501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000203053A Pending JP2002025855A (en) 2000-06-30 2000-06-30 Thin-film capacitor and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002025855A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010232304A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Tdk Corp Thin film capacitor and method of manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010232304A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Tdk Corp Thin film capacitor and method of manufacturing the same
US8997321B2 (en) 2009-03-26 2015-04-07 Tdk Corporation Method of manufacturing a thin film capacitor having separated dielectric films

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102626372B1 (en) Rf integrated power condition capacitor
US20060220167A1 (en) IC package with prefabricated film capacitor
JPS58200566A (en) Method of producing semiconductor device
JPH11126976A (en) Laminated structure body of printed circuit board
JPH03204967A (en) Capacitor for ic and manufacture thereof
US5088003A (en) Laminated silicon oxide film capacitors and method for their production
JP4770627B2 (en) Capacitor manufacturing method
JP2008034418A (en) Process for fabricating capacitor
JPH02263445A (en) Aluminum nitride substrate and semiconductor using same
US7773364B2 (en) Method of manufacturing capacitor
EP1983532B1 (en) Capacitor and manufacturing method thereof
JP2912457B2 (en) Thin film capacitors
KR100899894B1 (en) Integrated passive devices and method for manufacturing the same
CN104332330A (en) Method for manufacturing thin film capacitor with anodic oxidation film as dielectric layer
JP2002025855A (en) Thin-film capacitor and its manufacturing method
JP2002009202A (en) Manufacturing method for low-dielectric constant resin insulating layer, and manufacturing method for circuit board using the insulating layer as well as manufacturing method for thin-film multilayer circuit using the insulating layer
JP2007280998A (en) Thin-film capacitor
JPH10135077A (en) Thin film capacitor
KR101766426B1 (en) Method for forming copper layer
JP2008252019A (en) Method for manufacturing thin-film capacitor
JP2001250885A (en) Circuit substrate with built-in capacitor and semiconductor device using the same
US20060024901A1 (en) Method for fabricating a high-frequency and high-power semiconductor module
US12094631B2 (en) Chip inductor and method for manufacturing same
JPH05175353A (en) Semiconductor chip carrier and manufacture thereof
JP2001332441A (en) Single-plate capacitor