JP2006222396A - キャパシタ及びその製造方法、それを用いたフィルタ、それに用いる誘電体薄膜 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電容量の増大を図りつつ、誘電体層と下部電極との密着性の向上が図られたキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタ、それに用いる誘電体薄膜を提供する。
【解決手段】 本発明に係るキャパシタ１０は、下部電極１４Ａと、下部電極１４Ａに成膜されたＳｉＯ_２層２０とＳｉＯ_２層２０上に成膜されたＳｉＯＮ層２１とＳｉＯＮ層２１上に成膜されたＳｉ_３Ｎ_４層２２とを有する誘電体層１６と、誘電体層１６上に形成された上部電極１４Ｂとを備えることを特徴とする。このように下部電極１４ＡとＳｉ_３Ｎ_４層２２との間にＳｉＯ_２層２０を介在させると、従来キャパシタのように下部電極１４Ａに直接Ｓｉ_３Ｎ_４層２２を成膜した場合に比べ、下部電極１４ＡとＳｉ_３Ｎ_４層２２とが堅固に密着する。さらに、ＳｉＯ_２層２０とＳｉ_３Ｎ_４層２２との間にＳｉＯＮ層２１を介在させると、ＳｉＯ_２層２０とＳｉ_３Ｎ_４層２２とが堅固に密着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、薄膜誘電体層を有するキャパシタ及びその製造方法、それを用いたフィルタ、それに用いる誘電体薄膜に関する。

従来、この技術の分野におけるキャパシタを構成する誘電体層は、例えば、下記特許文献１に開示されている。この公報には、キャパシタの誘電体層として機能する絶縁層に窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いることが開示されている。このようなＳｉ_３Ｎ_４に代表される金属窒化物は、誘電率が高い点で、キャパシタの誘電体層に適している。そのため、この金属窒化物によって誘電体層を構成することで、従来から多用されているＳｉＯ_２等の金属酸化物で誘電体層を構成する場合に比べ、キャパシタの静電容量の増大を図ることができる。
特開平１１−８３５９号公報

しかしながら、この金属窒化物層は、一般に、金属酸化物層に比べて成膜時に生じる膜応力が大きいことが知られている。そのため、下部電極の表面に誘電体層を成膜した際、誘電体層が下部電極と十分に密着せずに、後段のアニール処理や超音波洗浄等において誘電体層が下部電極から剥離することがあった。

発明者らは、このような剥離を抑制する技術について鋭意研究した結果、下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させる技術に想到した。そして、発明者らはさらに研究を重ね、膜応力の相違する金属窒化物層と金属酸化物層との間における密着性を向上させる技術を新たに見出した。

つまり、本発明は、静電容量の増大と、誘電体層と下部電極との密着性の向上とを図りつつ、誘電体層を構成する層間の密着性の向上が図られたキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタ、それに用いる誘電体薄膜を提供することを目的とする。

本発明に係るキャパシタは、下部電極と、下部電極に成膜された金属酸化物層と、金属酸化物層上に成膜された金属酸窒化物層と、金属酸窒化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、誘電体層上に形成された上部電極とを備えることを特徴とする。

このキャパシタにおいては、下部電極に誘電体層の金属酸化物層が成膜されている。そして、この金属酸化物層上に、金属酸窒化物層及び金属窒化物層が成膜されている。このように下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させると、従来のキャパシタのように下部電極に直接金属窒化物層を成膜した場合に比べ、下部電極と金属窒化物層とが堅固に密着する。さらに、金属酸化物層と金属窒化物層との間に金属酸窒化物層を介在させると、金属酸化物層と金属窒化物層とが堅固に密着する。すなわち、本発明に係るキャパシタは、誘電体層が高い誘電率を有する金属窒化物層を備えているため大きな静電容量を有し、且つ、従来のキャパシタに比べて誘電体層と下部電極との間の密着性が向上しており、さらに、誘電体層を構成する金属酸化物層と金属窒化物層との間の密着性が向上している。

また、金属酸窒化物層の酸素含有率は、金属酸化物層から金属窒化物層に近づくにつれて徐々に低下していることが好ましい。この場合、誘電体層内において金属酸化物層から金属窒化物層へ連続的に変化するため、金属酸化物層と金属窒化物層との間の密着性がより向上する。

また、金属酸化物層を構成する金属と、金属酸窒化物層を構成する金属と、金属窒化物層を構成する金属とが同一であることが好ましい。この場合、例えば金属酸化物層、金属酸窒化物層及び金属窒化物層をスパッタ成膜する場合、一つの金属ターゲットのみでこれらの層を成膜できるため、キャパシタを作製する際の手間と時間が削減される。

また、金属酸化物層、金属酸窒化物層及び金属窒化物層を構成する金属がＳｉ又はＡｌであることが好ましい。この場合、金属の入手が容易な上、実用的な素子特性を得ることができる。

また、下部電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌからなる群の中の少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。この場合、下部電極と金属窒化物層との間に介在する金属酸化物層によって、下部電極は、金属窒化物層とより堅固に密着する。

本発明に係る誘電体薄膜は、キャパシタに用いられる誘電体薄膜であって、厚さ方向に沿って酸素含有率が徐々に変化する金属酸窒化物層を含むことを特徴とする。

この誘電体薄膜は金属酸窒化物層を含んでおり、この金属酸窒化物層では、酸素含有率がその厚さ方向に沿って徐々に変化している。そのため、金属酸窒化物層は、酸素含有率が相対的に低い領域と酸素含有率が相対的に高い領域とが略連続的に結合した状態となっている。そのため、この誘電体薄膜をキャパシタに用いると、その酸素含有率が低い領域において高い誘電率が実現され、また、酸素含有率が高い領域において下部電極との間の高い密着性が実現される。

また、金属酸化物層及び金属窒化物層をさらに含み、金属酸窒化物層は、金属酸化物層と金属窒化物層との間に介在し、且つ、金属酸窒化物層の酸素含有率は、金属酸化物層から金属窒化物層に近づくにつれて徐々に低下している。この場合、金属酸化物層と金属窒化物層とが金属酸窒化物層によって堅固に密着される。

本発明に係るフィルタは、下部電極と、下部電極に成膜された金属酸化物層と金属酸化物層上に成膜された金属酸窒化物層と金属酸窒化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、誘電体層上に形成された上部電極とを備えるキャパシタを備えることを特徴とする。

このフィルタにおいては、キャパシタの下部電極に誘電体層の金属酸化物層が成膜されている。そして、この金属酸化物層上に金属酸窒化物層及び金属窒化物層が成膜されている。このように下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させると、従来のキャパシタのように下部電極に直接金属窒化物層を成膜した場合に比べ、下部電極と金属窒化物層とが堅固に密着する。さらに、金属酸化物層と金属窒化物層との間に金属酸窒化物層を介在させると、金属酸化物層と金属窒化物層とが堅固に密着する。すなわち、本発明のフィルタのキャパシタは、誘電体層が高い誘電率を有する金属窒化物層を備えているため大きな静電容量を有し、且つ、従来のキャパシタに比べて誘電体層と下部電極との間の密着性が向上しており、さらに、誘電体層を構成する金属酸化物層と金属窒化物層との間の密着性が向上している。

本発明に係るキャパシタの製造方法は、下部電極に金属酸化物層を成膜すると共に、金属酸化物層上に金属酸窒化物層及び金属窒化物層を順次成膜して、金属酸化物層、金属酸窒化物層及び金属窒化物層を有する誘電体層を形成するステップと、誘電体層上に上部電極を形成するステップとを備えることを特徴とする。

このキャパシタの製造方法においては、下部電極に誘電体層の金属酸化物層を成膜し、この金属酸化物層上に金属酸窒化物層及び金属窒化物層を順次成膜する。このように下部電極と金属窒化物層との間に金属酸化物層を介在させると、従来のキャパシタのように下部電極に直接金属窒化物層を成膜した場合に比べ、下部電極と金属窒化物層とが堅固に密着する。さらに、金属酸化物層と金属窒化物層との間に金属酸窒化物層を介在させると、金属酸化物層と金属窒化物層とが堅固に密着する。すなわち、本発明に係るキャパシタの製造方法を用いると、誘電体層が高い誘電率を有する金属窒化物層を備える静電容量の大きなキャパシタであって、従来のキャパシタに比べて誘電体層と下部電極との間の密着性が高く、且つ、誘電体層を構成する金属酸化物層と金属窒化物層との間の密着性が高いキャパシタを得ることができる。

また、金属酸化物層、金属酸窒化物層及び金属窒化物層をスパッタによって成膜し、金属酸化物層のスパッタ成膜の際には、酸素ガスを含むガス雰囲気中において、金属ターゲットをスパッタし、金属酸窒化物層及び金属窒化物層のスパッタ成膜の際には、金属酸化物層のスパッタ成膜に用いた金属ターゲットを、それぞれ酸素ガス及び窒素ガスを含むガス雰囲気中、窒素ガスを含むガス雰囲気中においてスパッタすることが好ましい。この場合、一つの金属ターゲットのみで金属酸化物層、金属酸窒化物層及び金属窒化物層が成膜されるため、キャパシタを作製する際の手間と時間が削減される。

本発明によれば、静電容量の増大と、誘電体層と下部電極との密着性の向上とを図りつつ、誘電体層を構成する層間の密着性の向上が図られたキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタ、それに用いる誘電体薄膜が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明に係るキャパシタ及びその製法、それを用いたフィルタを実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るキャパシタを示した概略断面図である。このキャパシタ１０は、基板１２と、キャパシタ１０に電圧を印加するための一対の電極対１４Ａ，１４Ｂと、電極対１４Ａ，１４Ｂの間に介在する誘電体層（誘電体薄膜）１６とを備えた薄膜積層構造を有している。

基板１２は、Ａｌ_２Ｏ_３で構成されており、適宜、平坦性を向上させるために表面をＡｌ_２Ｏ_３薄膜で被覆してもよい。なお、基板１２の構成材料は、例えばＳｉ等に変更可能である。

一対の電極対１４Ａ，１４Ｂのうち、基板１２に近いほうの電極（以下、下部電極と称す。）１４Ａは、基板１２の表面１２ａにスパッタ成膜されたＣｕシード層１８Ａを介してメッキ形成されたものであり、Ｃｕで構成されている。

この下部電極１４Ａ上には、誘電体層１６を構成するＳｉＯ_２層２０（厚さ：７．５ｎｍ）、ＳｉＯＮ層２１（厚さ：７．５ｎｍ）及びＳｉ_３Ｎ_４層２２（厚さ：１５０ｎｍ）が順次積層されている。ＳｉＯ_２層２０は、非晶質（アモルファス）のＳｉＯ_２で構成されており、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２も非晶質のＳｉ_３Ｎ_４で構成されている。ＳｉＯＮ層２１は、非晶質のＳｉＯＮ（Ｓｉの酸窒化物（オキシナイトライド））で構成されており、ＳｉＯ_２層２０からＳｉ_３Ｎ_４層２２に近づくにつれて（すなわち、図１の上に向かって）徐々にその酸素含有率が低下している。なお、ＳｉＯ_２層２０の厚さ（Ｄ１）は、３ｎｍ≦Ｄ１≦１５ｎｍの範囲で適宜変更してもよい。ＳｉＯ_２層２０の厚さＤ１が５ｎｍより薄い場合にはＳｉＯ_２層２０による絶縁を確実におこなうことが難しくなり、厚さＤ１が１５ｎｍより厚い場合には実用的なレベルのキャパシタ特性が得られない。また、ＳｉＯＮ層２１の厚さ（Ｄ２）は、３ｎｍ≦Ｄ２≦１５ｎｍの範囲で適宜変更してもよい。ＳｉＯＮ層２１の厚さＤ２が３ｎｍより薄い場合には酸素含有率を傾斜させることが難しくなり、厚さＤ２が１５ｎｍより厚い場合には実用的なレベルのキャパシタ特性が得られない。Ｓｉ_３Ｎ_４層２２の厚さ（Ｄ３）も、１５０ｎｍに限らず、適宜変更してもよい。

そして、誘電体層１６上に、電極対１４Ａ，１４Ｂのうちの基板１２から遠いほうの電極（以下、上部電極と称す。）１４Ｂが形成されている。この上部電極１４Ｂも、下部電極１４Ａ同様、メッキ形成されたものであり、Ａｕで構成されている。この上部電極１４Ｂは、誘電体層１６上にスパッタ成膜されたＡｕシード層１８Ｂを介してメッキ形成されたものであり、Ａｕで構成されている。

次に、キャパシタ１０を作製する際に用いるスパッタ装置について、図２を参照しつつ説明する。この図２は、本発明の実施形態に係るスパッタ装置を示した一部切欠斜視図である。このスパッタ装置３０は、高周波スパッタ方式の成膜装置である。

スパッタ装置３０は、チャンバ３２と、チャンバ３２内における下端部近傍に設けられた基板ホルダ３４と、チャンバ３２内における上端部近傍に設けられたターゲット支持板３６とを備えている。

ターゲット支持板３６には、ターゲットホルダ３８が固定されており、このターゲットホルダ３８には金属ターゲット４０が取り付けられている。この金属ターゲット４０にはＳｉが用いられる。なお、この金属ターゲット４０に対面するように、図示しないシャッタが設けられており、必要に応じて開閉されるようになっている。

基板ホルダ３４は円板状であり、その上面３４ａに、下部電極１４Ａが形成された基板１２が載置される。基板１２はターゲット支持板３６に対面しており、ターゲット支持板３６に取り付けられた金属ターゲット４０をスパッタすることで、基板１２の下部電極１４Ａ上に誘電体層１６が成膜される。

また、チャンバ３２には、配管４２を介して真空ポンプ４４が取り付けられており、配管４２のバルブ４２ａを開閉することで、適宜、チャンバ３２内を真空状態にすることができる。さらに、チャンバ３２には、チャンバ３２内部に雰囲気ガスを導入する３つのガス管４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃと、排気に用いられる排気管４８が取り付けられている。

それぞれのガス管４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃからは、窒素ガス、酸素ガス及びアルゴンガスが導入され、その途中に設けられた弁（例えば、電磁弁）５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃによって流量がコントロールされる。

そして、このスパッタ装置３０においては、３つのガス管４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃから所定のガスを選択的に導入してチャンバ内雰囲気を調整した状態で、ターゲット支持板３６と基板ホルダ３４との間に高周波電圧を印加して、金属ターゲット４０のスパッタがおこなわれる。より詳しく説明すると、チャンバ３２内に酸素ガス及びアルゴンガスを導入してスパッタをおこなうと、基板１２上にＳｉＯ_２層が成膜され、チャンバ３２内に窒素ガス及びアルゴンガスを導入してスパッタをおこなうと、基板１２上にＳｉ_３Ｎ_４層が成膜される。また、チャンバ３２内に酸素ガス、窒素ガス及びアルゴンガスを導入してスパッタをおこなうと、基板１２上にＳｉＯＮ層が成膜される。このように、金属ターゲット４０を変えることなく（すなわち、１つの金属ターゲットを用いて）、チャンバ３２内の雰囲気ガスを変更するだけで、ＳｉＯ_２層、ＳｉＯＮ層及びＳｉ_３Ｎ_４層のいずれの層も成膜することができるため、このスパッタ装置３０を用いることで上述した誘電体層１６を容易に形成することができる。

次に、上述したキャパシタ１０を作製する手順について、図３を参照しつつ説明する。この図３の（ａ）〜（ｅ）は、キャパシタ１０を作製する手順を順次示した図である。

キャパシタ１０を作製する際は、まず、基板１２を準備し、この基板１２の上面１２ａにＣｕシード層１８Ａをスパッタ成膜すると共に、このＣｕシード層１８Ａ上にＣｕをメッキ形成して下部電極１４Ａを形成する（図３（ａ）参照）。なお、この下部電極１４Ａには、必要に応じて化学機械的研磨（ＣＭＰ）を施してもよい。

次に、この下部電極１４Ａが形成された基板１２を、上述したスパッタ装置３０の基板ホルダ３４上に装填し、チャンバ３２内をガス管４６Ｂ，４６Ｃから導入した酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気にした後、金属ターゲット４０のスパッタをおこなって下部電極１４Ａの上面にＳｉＯ_２層２０を成膜する（図３（ｂ）参照）。そして、ＳｉＯ_２層２０を成膜した後、ガス管４６Ａ，４６Ｂの弁５０Ａ，５０Ｂを制御して、ガス管４６Ｂから導入する酸素ガスの流量を徐々に減少させると共に、ガス管４６Ａから導入する窒素ガスの流量を徐々に増加させて、金属ターゲット４０のスパッタをおこない、ＳｉＯ_２層２０の上面にＳｉＯＮ層２１を成膜する（図３（ｃ）参照）。ガス管４６Ｂから導入される酸素ガスの流量が減少して、チャンバ３２内が窒素ガスとアルゴンガスのみの混合ガス雰囲気になる状態まで、金属ターゲット４０のスパッタを続けて、ＳｉＯＮ層２１の上面にＳｉ_３Ｎ_４層２２を成膜する（図３（ｄ）参照）。以上のようにして、ＳｉＯ_２層２０とＳｉＯＮ層２１とＳｉ_３Ｎ_４層２２とからなる誘電体層１６が形成される。

この誘電体層１６が形成される際にチャンバ３２に導入される混合ガスについて、図４を用いて詳しく説明する。この図４は、誘電体層１６が形成される際にチャンバ３２に導入される酸素ガスと窒素ガスの変化を示したタイムチャートである。すなわち、ＳｉＯ_２層２０の成膜時（図４のＴ_１までの時間）は、チャンバ３２には所定流量Ｆの酸素ガスが導入され、窒素ガスは導入されない。そして、ＳｉＯ_２層２０の成膜が完了して、ＳｉＯＮ層２１が成膜される時（Ｔ_１〜Ｔ_２）には、チャンバ３２に導入される酸素ガスの流量が徐々に減少すると共に、窒素ガスの流量が徐々に増加する。従って、ＳｉＯＮ層２１の酸素含有率は次第に低下していく。ＳｉＯＮ層２１の成膜が完了して、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２が成膜される時（図４のＴ_２からの時間）は、チャンバ３２には所定流量Ｆの窒素ガスが導入され、酸素ガスは導入されない。なお、図４のタイムチャートには示していないが、チャンバ３２には所定流量のアルゴンガスが随時導入されている。

誘電体層１６の形成が終わると、基板１２をスパッタ装置３０から取り出し、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２の上面にＡｕシード層１８Ｂをスパッタ成膜すると共に、このＡｕシード層１８Ｂ上に上部電極１４Ｂをメッキ形成して、キャパシタ１０の作製が完了する（図３（ｅ）参照）。

以上で説明したように、キャパシタ１０の誘電体層１６の一部がＳｉ_３Ｎ_４層２２で構成されている。このようなＳｉ_３Ｎ_４層２２等の金属窒化物層は、ＳｉＯ_２層２０等の金属窒化物層に比べてキャパシタの静電容量を大きくすることが一般に知られている。そのため、この誘電体層１６は、金属酸化物層だけで構成されている誘電体層に比べて大きな静電容量を有する。

そして、発明者らは、膜応力の大きいこの誘電体層１６のＳｉ_３Ｎ_４層２２を下部電極１４Ａ上に直接成膜する際に、より膜応力に小さい金属酸化物層であるＳｉＯ_２層２０を介在させることで、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２を下部電極１４Ａ上に直接成膜する場合に比べて、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２と下部電極１４Ａとの間の密着性が向上することを新たに見出した。すなわち、誘電体層１６のＳｉ_３Ｎ_４層２２の成膜に先立ち、誘電体層１６の一部を構成するＳｉＯ_２層２０を下部電極１４Ａ上に成膜することで、誘電体層１６と下部電極１４Ａとが堅固に密着する。従って、このキャパシタ１０は、誘電体層１６の成膜後におこなわれるアニール処理や超音波洗浄等において、誘電体層１６が下部電極１４Ａから剥離する事態が有意に抑制されている。

その上、膜応力の小さいＳｉＯ_２層２０と膜応力の大きいＳｉ_３Ｎ_４層２２との間に、その中間の膜応力を有する金属酸窒化物層のＳｉＯＮ層２１を介在させて、隣り合う膜同士の膜応力の隔たり（ギャップ）を有意に緩和しているため、ＳｉＯ_２層２０とＳｉ_３Ｎ_４層２２とが堅固に密着している。特に、ＳｉＯＮ層２１の酸素含有率が、ＳｉＯ_２層２０からＳｉ_３Ｎ_４層２２に近づくにつれて徐々に低下しているため、誘電体層１６内においてＳｉＯ_２層２０からＳｉ_３Ｎ_４層２２へ連続的に変化することとなり、その結果、誘電体層１６内において膜応力が変化する界面が消失して、ＳｉＯ_２層２０とＳｉ_３Ｎ_４層２２との間の密着性がより向上する。

すなわち、キャパシタ１０の誘電体層（誘電体薄膜）１６は、図５に示すように、酸素含有率が厚さ方向に沿って徐々に変化するＳｉＯＮ層２１を含んでおり、このＳｉＯＮ層２１においては、酸素含有率が相対的に低い領域（金属窒化物領域）２１ａと、酸素含有率が相対的に高い領域（金属酸化物領域）２１ｂとが連続的に高い密着力で結合した状態となっている。そして、その金属窒化物領域において高い誘電率が実現され、また、金属酸化物領域において下部電極１４Ａとの間の高い密着性が実現されている。

また、誘電体層１６では、ＳｉＯ_２層２０及びＳｉ_３Ｎ_４層２２をさらに含み、ＳｉＯＮ層２１は、ＳｉＯ_２層２０とＳｉ_３Ｎ_４層２２との間に介在し、且つ、ＳｉＯＮ層２１の酸素含有率は、ＳｉＯ_２層２０からＳｉ_３Ｎ_４層２２に近づくにつれて徐々に低下している。つまり、ＳｉＯＮ層２１の金属窒化物領域２１ａの側にＳｉ_３Ｎ_４層２２が位置し、金属酸化物領域２１ｂの側にＳｉＯ_２層２０が位置している。従って、ＳｉＯＮ層２１によりＳｉ_３Ｎ_４層２２とＳｉＯ_２層２０との間の膜応力のギャップが緩和されて高い密着性が実現されている。

また、誘電体層１６のＳｉＯ_２層２０、ＳｉＯＮ層２１及びＳｉ_３Ｎ_４層２２はいずれも構成金属が同一のＳｉとなっている。そのため、上述したスパッタ装置３０を用いてＳｉＯ_２層２０、ＳｉＯＮ層２１及びＳｉ_３Ｎ_４層２２をスパッタ成膜する際、一つの金属ターゲット４０のみでこれらの層を成膜できる。つまり、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気中で金属ターゲット４０をスパッタすればＳｉＯ_２層２０が成膜され、そのＳｉＯ_２層２０のスパッタ成膜に用いた金属ターゲット４０をそれぞれ、酸素ガスと窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気中、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガス雰囲気中でスパッタすれば、ＳｉＯＮ層２１及びＳｉ_３Ｎ_４層２２が成膜される。そのため、各膜２０，２１，２２の成膜のたびに金属ターゲットを変更する必要がなく、キャパシタ１０を作製する際の手間と時間が削減される。なお、金属ターゲット４０は、金属の入手が容易な上、実用的な素子特性を得ることができる点で、Ｓｉ以外にＡｌでもよい。金属ターゲット４０をＡｌにした場合には、ＳｉＯ_２層２０の代わりにＡｌ_２Ｏ_３層が成膜され、ＳｉＯＮ層２１の代わりにＡｌＯＮ層が成膜され、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２の代わりにＡｌＮ層が成膜されたキャパシタが得られる。

ここで、下部電極１４Ａは、酸化しやすいＣｕで構成されているため、下部電極１４ＡとＳｉ_３Ｎ_４層２２との密着性が低下しやすくなっているが、下部電極１４ＡとＳｉ_３Ｎ_４層２２との間にＳｉＯ_２層２０を介在させることで、有効に誘電体層１６と下部電極１４Ａとの間の密着性向上が図られている。換言すると、下部電極１４Ａは、下部電極１４ＡとＳｉ_３Ｎ_４層２２との間に介在するＳｉＯ_２層２０によって、Ｓｉ_３Ｎ_４層２２と堅固に密着されている。なお、下部電極１４Ａの構成材料は、Ｃｕ同様に酸化しやすい材料であれば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌからなる群の中の少なくとも１種の材料を含むものであってもよい。

なお、以上で説明したキャパシタ１０は、例えば、図６に示すような種々のフィルタに適用することができる。なお、図６はキャパシタ１０が適用されたフィルタの例を示した図であり、（ａ）はローパスフィルタ、（ｂ）はハイパスフィルタを示している。つまり、図６（ａ）に示したローパスフィルタ６０Ａ及び図６（ｂ）に示したハイパスフィルタ６０Ｂは、いずれもインダクタ（Ｌ）とキャパシタ（Ｃ）とレジスタ（Ｒ）を１個ずつ備えており、そのキャパシタとして上述したキャパシタ１０が用いられている。つまり、このようなフィルタ６０Ａ，６０Ｂは、キャパシタ１０を採用することで大きな静電容量を具備し、そのキャパシタ１０においては誘電体層１６と下部電極１４Ａとが堅固に密着しており、さらに誘電体層１６を構成するＳｉＯ_２層２０とＳｉ_３Ｎ_４層２２とが堅固に密着している。なお、図６では簡単な構成のフィルタを示したが、キャパシタ１０は、Ｌ、Ｃ及びＲを１つ又は複数備えた様々なタイプのフィルタに適用することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、キャパシタは、必ずしも基板を備える必要はなく、適宜除去してもよい。また、誘電体層の成膜に用いるスパッタ装置は、高周波スパッタ方式のものに限らず、ＥＣＲスパッタ方式等の公知の方式のスパッタ装置を用いることができる。

本発明の実施形態に係るキャパシタを示した概略断面図である。 図１に示したキャパシタの作製に用いるスパッタ装置を示した一部切欠斜視図である。 図１に示したキャパシタを作製する手順を示した図である。 図１に示したキャパシタの誘電体層が形成される際に図２に示したスパッタ装置のチャンバに導入される酸素ガスと窒素ガスの変化を示したタイムチャートである 本発明の実施形態に係る誘電体薄膜を示した概略断面図である。 図１に示したキャパシタが適用されたフィルタの例を示した図である。

符号の説明

１０…キャパシタ、１２…基板、１４Ａ…下部電極、１４Ｂ…上部電極、１６…誘電体層、２０…ＳｉＯ_２層、２１…ＳｉＯＮ層、２２…Ｓｉ_３Ｎ_４層、３０…スパッタ装置、４０…金属ターゲット、６０Ａ，６０Ｂ…フィルタ。

Claims (10)

1. 下部電極と、
   前記下部電極に成膜された金属酸化物層と、前記金属酸化物層上に成膜された金属酸窒化物層と、前記金属酸窒化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、
   前記誘電体層上に形成された上部電極と
   を備える、キャパシタ。
2. 前記金属酸窒化物層の酸素含有率は、前記金属酸化物層から前記金属窒化物層に近づくにつれて徐々に低下している、請求項１に記載のキャパシタ。
3. 前記金属酸化物層を構成する金属と、前記金属酸窒化物層を構成する金属と、前記金属窒化物層を構成する金属とが同一である、請求項１又は２に記載のキャパシタ。
4. 前記金属酸化物、前記金属酸窒化物層及び前記金属窒化物を構成する金属がＳｉ又はＡｌである、請求項３に記載のキャパシタ。
5. 前記下部電極の構成材料が、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌからなる群の中の少なくとも１種の材料を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のキャパシタ。
6. キャパシタに用いられる誘電体薄膜であって、厚さ方向に沿って酸素含有率が徐々に変化する金属酸窒化物層を含む、誘電体薄膜。
7. 金属酸化物層及び金属窒化物層をさらに含み、
   前記金属酸窒化物層は、前記金属酸化物層と前記金属窒化物層との間に介在し、且つ、前記金属酸窒化物層の酸素含有率は、前記金属酸化物層から前記金属窒化物層に近づくにつれて徐々に低下している、請求項６に記載の誘電体薄膜。
8. 下部電極と、前記下部電極に成膜された金属酸化物層と前記金属酸化物層上に成膜された金属酸窒化物層と前記金属酸窒化物層上に成膜された金属窒化物層とを有する誘電体層と、前記誘電体層上に形成された上部電極とを備えるキャパシタを備える、フィルタ。
9. 下部電極に金属酸化物層を成膜すると共に、前記金属酸化物層上に金属酸窒化物層及び金属窒化物層を順次成膜して、前記金属酸化物層、前記金属酸窒化物層及び前記金属窒化物層を有する誘電体層を形成するステップと、
   前記誘電体層上に上部電極を形成するステップと
   を備える、キャパシタの製造方法。
10. 前記金属酸化物層、前記金属酸窒化物層及び前記金属窒化物層をスパッタによって成膜し、
    前記金属酸化物層のスパッタ成膜の際には、酸素ガスを含むガス雰囲気中において、金属ターゲットをスパッタし、
    前記金属酸窒化物層及び前記金属窒化物層のスパッタ成膜の際には、前記金属酸化物層のスパッタ成膜に用いた前記金属ターゲットを、それぞれ酸素ガス及び窒素ガスを含むガス雰囲気中、窒素ガスを含むガス雰囲気中においてスパッタする、請求項９に記載のキャパシタの製造方法。
    

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