JP7197311B2 - キャパシタおよびキャパシタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタおよび当該キャパシタの製造方法に関する。

キャパシタの一種として薄膜キャパシタが知られている。薄膜キャパシタは、薄膜プロセスにより形成されたＭＩＭ構造体を備え、このＭＩＭ構造体により容量を発生させる薄膜キャパシタが知られている。薄膜キャパシタにおいては、小型化又は高容量化のために、単位面積あたりの発生容量を向上させることが求められている。

単位面積あたりの発生容量を向上させることが可能な薄膜キャパシタとして、トレンチキャパシタが知られている。トレンチキャパシタは、トレンチと呼ばれる凹凸構造が多数形成された基材と、その一部がトレンチに沿って延伸するように設けられたＭＩＭ構造体と、を備えている。トレンチキャパシタにおいては、基材の厚さ方向に伸びるトレンチ内にもＭＩＭ構造体が設けられるため、単位面積あたりの容量を向上させることができる。

トレンチキャパシタ等の薄膜キャパシタにおいて発生容量のさらなる増加を図るためには、ＭＩＭ構造体の誘電体層を誘電率の高い材料から形成する必要がある。他方、一般的に、誘電率の高い材料は、絶縁耐性が低いという問題がある（非特許文献１参照）。このため、トレンチキャパシタ等の薄膜キャパシタの誘電体層用の材料としては、誘電率と絶縁耐性とのバランスを考慮して、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃、Ｌａ₂Ｏ₃がよく用いられている。これらの誘電体層用の材料については、特開２０１１－１６５６８３号公報（特許文献１）に記載されている。同公報では、前記の材料に加えて、ＺｒＡｌＯ、ＺｒＳｉＯ、ＨｆＡｌＯなども薄膜キャパシタの誘電体層の材料として用いられ得ることが記載されている。

特開２０１１－１６５６８３号公報

Ｐ． Ｊａｉｎ ｅｔ ａｌ．， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ａｄｖ． Ｐａｃｋａｇｉｎｇ， ２５， ４５４（２００２）

上記の従来の誘電材料の誘電率は、１０～２５程度である。誘電体層の材料として、さらに高い誘電率を有する材料を用いることが望まれる。

本発明は、絶縁耐性が高く高誘電率を有する誘電体層を備えるキャパシタを提供することを目的とする。

ジルコニア（ＺｒＯ₂）は、晶系によって異なる誘電率を有することが知られている。「Ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｚｉｒｃｏｎｉａ」（Ｄ．Ｐ．Ｙｈｏｍｐｓｏｎ ｅｔ ａｌ． Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７ （１９９２） ２２６７）に記載されているように、ジルコニアの単斜晶系の誘電率は概ね２０であり、立方晶系の誘電率は概ね３５である。そこで、誘電体層の主成分としてジルコニアを採用する場合には、立方晶系の結晶構造を有するジルコニアを用いることが望ましい。同文献に記載されているように、常温で立方晶系のジルコニアを得るためには、イットリウムなどの添加成分をドープすることが必要と考えられている。

しかしながら、イットリウムなどの添加成分を含む誘電体層は、かかる添加成分を含まない誘電体層と比較してｔａｎδが大きくなるという問題がある。また、キャパシタが薄膜キャパシタである場合には、誘電体層は一般的にスパッタリング法、ＣＶＤ（化学気相成長）法、ＭＯＤ（金属有機化合物分解）法、ＡＬＤ（原子層堆積）法などで成膜される。その中でも凹凸被覆性や膜厚均一性を重視した場合にはＡＬＤ法を選択する場合が多い。ＡＬＤで誘電体層を成膜する場合には、イットリウムなどの添加成分をドープするためには成膜工程が複雑化するという問題がある。

以上に鑑みて、本発明者は、イットリウム、カルシウム、ハフニウムなどの添加成分をドープせずに立方晶系のジルコニアを主成分とする誘電体層を形成する手法を検討した。そして、（１１１）面配向性が高いＴｉＮ膜の上にジルコニア膜を成膜することにより、当該ジルコニア膜の晶系が立方晶系となることを発見した。（１１１）面配向性が高いＴｉＮ膜の上に立方晶系のジルコニア膜が成膜される理由は、以下のように考えられる。一般的なＡＬＤ法により、（１１１）面配向性が高いＴｉＮ膜の上にジルコニア膜を成膜する場合、当該ＴｉＮ膜が高い結晶性と高い（１１１）面配向性を持つことから、ＴｉＮ膜上に最初に成膜されるレイヤーは、当該ＴｉＮ膜と同じ結晶構造（空間群：Ｆｍ－３ｍ）を持つ周期的なＺｒ－Ｎ結合を有するＺｒＮ層となる。このＺｒＮ層の空間群は立方晶系のジルコニアの結晶構造と同じであり、また、当該ＺｒＮ層におけるＺｒ－Ｚｒ間距離は、立方晶系のジルコニアのＺｒ－Ｚｒ間距離と近くなる。ＺｒＮと立方晶系のジルコニアの構造データをまとめると以下の表１のようになる。

このように、ＴｉＮ上に最初に成膜されるＺｒＮ層は、立方晶系のジルコニアと似た結晶構造を有している。よって、ＺｒＮ層の上に形成されるジルコニア層（ＺｒＯ₂層）も立方晶系の構造となると考えられる。

また、立方晶系のジルコニアは、誘電材料の中で比較的優れた絶縁耐性を有している。よって、立方晶系のジルコニアによって誘電体層を形成することにより、絶縁耐性に優れた高誘電率の誘電体層を得ることができる。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものである。本発明の一実施形態によるキャパシタは、基材と、前記基材に設けられたＴｉＮから成る第１電極層と、前記第１電極層の上に設けられた立方晶系のジルコニアを主成分とする誘電体層と、前記誘電体層の上に設けられた第２電極層と、を備える。当該第１電極層は、ＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度よりも大きい。

上記実施形態によれば、誘電体層が立方晶系のジルコニアを主成分としているため、絶縁耐性に優れた高誘電率の誘電体層を得ることができる。また、第１電極は、（１１１）面に強い配向性を有しているので、等価直列抵抗（ＥＳＲ）を低くすることができる。

本発明の一実施形態において、前記誘電体層は、前記ジルコニアと第２成分との固溶体であり、前記固溶体における前記第２成分の含有量が３ｍｏｌ％未満である。本発明の別の一実施形態において、前記誘電体層は、前記ジルコニアと第２成分との固溶体であり、前記固溶体における前記第２成分の含有量が１ｍｏｌ％未満である。

上記実施形態によれば、誘電体層中におけるＺｒイオン以外の陽イオンの含有量が少ないかＺｒイオン以外の陽イオンは存在しないため、外部電場の変動に対する応答が瞬時に行われる。このため、上記実施形態においては、イットリウム等の添加成分を含有させることで形成された立方晶系のジルコニアと比べて、誘電体層のtanδを低減することができる。

本発明の一実施形態において、前記第１電極は、ＣｕＫα線によるＸ線回折において、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度の２倍以上である。本発明の別の一実施形態において、前記第１電極は、ＣｕＫα線によるＸ線回折において、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度の１０倍以上である。

上記実施形態によれば、第１電極の（１１１）面配向性を高くすることができる。これにより、当該第１電極の上に成膜されるジルコニアの結晶構造をより確実に立方晶系とすることができる。

本発明の一実施形態において、前記基材は、その上面にトレンチが設けられており、前記第１電極層、前記誘電体層、及び前記第２電極層の各々は、前記トレンチに少なくともその一部が埋め込まれている。

上記のキャパシタにおいては、第１電極層、誘電体層、及び第２電極層から成るＭＩＭ構造体により容量が発生する。上記実施形態によれば、基材の厚さ方向に伸びるトレンチ内にもＭＩＭ構造体が設けられるため、単位面積あたりの容量を向上させることができる。

本発明の一実施形態において、前記第２電極層は、ＴｉＮを主成分とする。

本発明の一実施形態によるキャパシタは、前記第１電極層と電気的に接続される第１外部電極と、前記第２電極層と電気的に接続される第２外部電極と、を備える。

本発明の一実施形態は、上記のキャパシタを備える回路基板に関する。

本発明の一実施形態は、上記回路基板を備える電子機器に関する。

本発明の一実施形態は、キャパシタの製造方法に関する。本発明の一実施形態によるキャパシタの製造方法は、基材を準備する工程と、前記基材上にＴｉＮから成る第１電極層を成膜する工程と、前記第１電極層上に立方晶系のジルコニアを主成分とする誘電体層を成膜する工程と、前記誘電体層上に第２電極層を成膜する工程と、を備える。当該第１電極層のＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度は、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度よりも大きい。

本発明の実施形態によれば、絶縁耐性が高く高誘電率を有する誘電体層を備えるキャパシタを得ることができる。

一実施形態による薄膜キャパシタの平面図である。 図１の薄膜キャパシタをＩ－Ｉ線で切断したＹＺ断面を模式的に示す断面図である。 試料１（実施例）について検出されたＸＲＤの回折パターンを示す。 試料２（比較例）について検出されたＸＲＤの回折パターンを示す。

以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、複数の図面において共通する構成要素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。

図１及び図２を参照して、一実施形態によるキャパシタ１について説明する。これらの図に示されているキャパシタ１は、薄膜プロセスにより作製されたＭＩＭ構造体を有する薄膜キャパシタである。図１は、薄膜キャパシタ１の平面図であり、図２は、薄膜キャパシタ１をＩ－Ｉ線で切断した断面を模式的に示す断面図である。

図示のように、一実施形態による薄膜キャパシタ１は、基材１０と、基材１０に設けられたＭＩＭ構造体２０と、ＭＩＭ構造体２０を覆うように設けられた保護層４０と、を備える。ＭＩＭ構造体２０と保護層４０との間には、不図示のバリア層が設けられてもよい。保護層４０の外側には、外部電極２及び外部電極３が設けられる。外部電極２及び外部電極３は、詳しくは後述するように、ＭＩＭ構造体２０を構成する電極層と電気的に接続される。

薄膜キャパシタ１は、外部電極２及び外部電極３を回路基板に設けられたランドに接合することにより、当該回路基板に実装される。この回路基板は、様々な電子機器に搭載され得る。薄膜キャパシタ１が実装された回路基板を備える電子機器には、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、ゲームコンソール、及びこれら以外の薄膜キャパシタ１が実装された回路基板を備えることができる任意の電子機器が含まれる。

図１及び図２には、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向が示されている。本明細書においては、これらの図に示されているＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向を基準として薄膜キャパシタ１の構成部材の向きや配置を説明することがある。具体的には、文脈上別に解される場合を除き、薄膜キャパシタ１の「幅」方向、「長さ」方向、及び「厚さ」方向はそれぞれ、図１のＸ軸に沿う方向、Ｙ軸に沿う方向、及びＺ軸に沿う方向とする。本明細書において薄膜キャパシタ１及びその構成部材の上下方向に言及する際には、図２の上下方向を基準とする。つまり、文脈上別に解される場合を除き、Ｚ軸の正方向が薄膜キャパシタ１の上方向とされ、Ｚ軸の負方向が薄膜キャパシタ１の下方向とされる。

一実施形態において、基材１０は、Ｓｉなどの絶縁材料から成る。一実施形態において、基材１０は、概ね直方体の形状に形成されており、その幅方向（Ｘ軸方向）の寸法は例えば５０μｍ～５０００μｍとされ、その長さ方向（Ｙ軸方向）の寸法は例えば５０μｍ～５０００μｍとされ、その厚さ方向（Ｚ軸方向）の寸法は例えば５μｍ～５００μｍとされる。本明細書において具体的に示される基材１０の寸法は例示に過ぎず、基材１０は任意の寸法をとることができる。

基材１０には、その上面１０ａからＺ軸方向に沿って延伸する複数のトレンチ１１が形成されている。複数のトレンチ１１の各々は、Ｚ軸方向に所定の深さを有するように形成される。本明細書においては、Ｚ軸方向をトレンチ１１の深さ方向と呼ぶことがある。図１に示されているように、複数のトレンチ１１の各々は、その平面視の形状が、Ｘ軸方向に沿って伸びる辺とＹ軸方向に沿って伸びる辺とで画定されるほぼ長方形となるように形成されている。図示の実施形態において、複数のトレンチ１１の各々は、平面視において、Ｘ軸方向に沿って伸びる辺がＹ軸方向に沿って伸びる辺よりも短くなるように形成されている。

一実施形態において、複数のトレンチ１１の各々は、単位面積あたりの高容量化を実現するために、高アスペクト比を有するように形成される。つまり、複数のトレンチ１１の各々は、その幅（例えば、Ｘ軸方向の辺の長さ）に対する深さ（Ｚ軸方向の深さ）の比が大きくなるように形成される。複数のトレンチ１１の各々の幅（Ｘ軸方向における寸法）は例えば０．１μｍ～５μｍとされ、その深さ（Ｚ軸方向における寸法）は例えば１μｍ～１００μｍとされる。本明細書において具体的に示されるトレンチ１１の寸法は例示に過ぎず、トレンチ１１は任意の寸法をとることができる。また、トレンチ１１の平面視における形状は長方形形状に限られず、トレンチ１１は任意の形状を取ることができる。一実施形態において、トレンチ１１は、その深さ（Ｚ軸方向における寸法）が４０μｍであり、その幅（Ｘ軸方向における寸法）が１．０μｍとなるように構成される。

トレンチ１１は、例えばＳｉ基板の表面にトレンチ１１のパターンに対応する開口が形成されたマスクを形成した後、エッチングにより当該Ｓｉ基板をエッチングすることで形成され得る。基板１１のエッチング加工は、深掘りＲＩＥ（深掘り反応性エッチング）などの反応性イオンエッチング法により行われ得る。

複数のトレンチ１１のうち隣接するトレンチ１１同士は側壁１２によって隔てられている。言い換えると、側壁１２は、基材１０の一部であり、隣接するトレンチ１１を互いから離隔させるように構成される。

続いて、ＭＩＭ構造体２０について説明する。前述のように、基材１０には、ＭＩＭ構造体２０が設けられる。ＭＩＭ構造体２０は、図示のように、その一部がトレンチ１１の各々に埋め込まれるように、基材１０に設けられている。

図示のように、ＭＩＭ構造体２０は、基材１０の上面１０ａ及びトレンチ１１に追従する形状を有するように構成される。ＭＩＭ構造体２０は、誘電体層と導体層とが交互に積層された積層体である。一実施形態におけるＭＩＭ構造体２０は、下部電極層２２と、当該下部電極層２２の上に設けられた誘電体層２１と、当該誘電体層２１の上に設けられた上部電極層２３と、を有する。本明細書においてＭＩＭ構造体２０における上下方向に言及する場合には、下部電極及び上部電極という慣用されている名称と整合性をとるために、Ｚ軸方向に沿う上下方向ではなく、基材１０により近い側を「下」とし、基材１０からより遠い側を「上」として説明がなされることがある。ＭＩＭ構造体２０は、２層以上のＭＩＭ層を含んでもよい。例えば、ＭＩＭ構造体２０が２層のＭＩＭ層を有する場合には、下部電極層２２、誘電体層２１、及び上部電極層２３から構成される第１層目のＭＩＭ層の上に第２層目のＭＩＭ層が形成される。例えば、第２層目のＭＩＭ層は、上部電極層２３の上に設けられた誘電体層と、この誘電体層の上に設けられた電極層と、を備えることができる。この場合、上部電極層２３は、第１層目のＭＩＭ層の上側の電極層としての機能と、第２層目のＭＩＭ層の下側の電極層としての機能を兼ねる。

下部電極層２２は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法、スパッタ法、蒸着法、めっき法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。下部電極層２２は、基材上に設けられたＴｉＮから成る薄膜である。ＴｉＮから成る下部電極層２２は、主成分であるＴｉＮ以外に不純物を含んでもよい。不純物とは、下部電極層２２の主成分以外の成分である。不純物は、微量だけ含まれる。例えば、下部電極層２２に、０．１原子％未満含まれる元素は不純物とされてもよい。不純物は、キャパシタ１の特性、例えば、下部電極層２２の結晶性を劣化させることがある。

下部電極層２２は、（１１１）面に高い配向性を有する。例えば、下部電極層２２のＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて、（１１１）面に由来する回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度は、（２００）面に由来する回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度よりも大きくなる。

下部電極層２２は、その膜厚が例えば５ｎｍ～１０００ｎｍとなるように形成される。一実施形態において、下部電極層の膜厚は、（１１１）面配向性を高めるために２０ｎｍ以上とされる。一実施形態において、下部電極層の膜厚は、（１１１）面配向性をさらに高めるために５０ｎｍ以上とされる。下部電極層２２の膜厚を厚くすることにより、成長の早い（１１１）面に他の結晶面が淘汰されるため、（１１１）面配向性を高めることができる。下部電極層２２の膜厚が１０００ｎｍを越えると、大きな残留応力が生じるため、下部電極層２２の厚さの上限を１０００ｎｍとする。

一実施形態において、下部電極層２２のＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度の２倍以上とされる。別の一実施形態において、下部電極層２２のＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度の１０倍以上とされる。

誘電体層２１は、立方晶系のジルコニア（ＺｒＯ₂）を主成分とする。誘電体層２１は、ジルコニアと第２成分（例えば、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｆ，Ｐ，Ｃｌなどプリカーサ由来の不純物）との固溶体であってもよい。一実施形態において、この固溶体における当該第２成分の含有量は３ｍｏｌ％未満である。別の一実施形態において、この固溶体における当該第２成分の含有量は１ｍｏｌ％未満である。

誘電体層２１は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法、スパッタ法、ＣＶＤ法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。一実施形態において、誘電体層２１の膜厚は、絶縁耐性を確保するために１０ｎｍ以上とされる。誘電体層２１の膜厚が大きくなると、キャパシタ１の単位面積あたりの発生容量が低下してしまう。そこで、一実施形態において、誘電体層２１の膜厚は、５００ｎｍ以下とされる。

上部電極層２３は、窒化チタン（ＴｉＮ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、導電性シリコン、もしくはこれら以外の金属材料、これらの金属元素の一または複数を含む合金材料、及び前記金属元素の化合物を用いることができる。上部電極層２３の材料は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。

上部電極層２３は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法、スパッタ法、蒸着法、めっき法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。上部電極層２３は、その膜厚が例えば５ｎｍ～１０００ｎｍとなるように形成される。上部電極層２３の膜厚が１０００ｎｍを越えると、大きな残留応力が生じるため、下部電極層２３の厚さの上限を１０００ｎｍとする。

続いて、保護層４０について説明する。保護層４０は、外部環境からＭＩＭ構造体２０を保護するために、ＭＩＭ構造体２０及び基材１０を覆うように設けられる。保護層４０は、例えば、外部から受ける衝撃などの機械的ダメージからＭＩＭ構造体２０を保護するように設けられる。保護層４０の材料として、ポリイミド等の樹脂材料、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、及びこれら以外の絶縁材料を用いることができる。保護層４０は、例えば、スピンコート法により感光性ポリイミドを塗布し、この塗布されたポリイミドを露光、現像、及びキュアすることにより形成される。保護層４０は、これ以外の任意の公知の方法により形成され得る。保護層４０は、その膜厚が例えば２００ｎｍ～５０００ｎｍとなるように形成される。一実施形態において、保護層４０の膜厚は３０００ｎｍとされる。保護層４０の材料及び膜厚は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。

保護層４０とＭＩＭ構造体２０（又は基材１０）との間には、不図示のバリア層が設けられてもよい。バリア層は、薄膜キャパシタ１の耐候性を向上させるために、主にＭＩＭ構造体２０の上に設けられる。一実施形態において、バリア層は、保護層４０から放出される水分や大気中の水分がＭＩＭ構造体２０に到達しないように、ＭＩＭ構造体２０と保護層４０との間に設けられる。バリア層は、水素ガスバリア性に優れた薄膜であってもよい。バリア層の材料として、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、及びこれら以外の絶縁材料を用いることができる。バリア層は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。バリア層は、その膜厚が例えば５ｎｍ～５００ｎｍとなるように形成される。一実施形態において、バリア層の膜厚は５０ｎｍとされる。バリア層の材料及び膜厚は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。

続いて、外部電極２及び外部電極３について説明する。外部電極２及び外部電極３は、保護層４０の上側に、Ｙ軸方向において互いから離間するように設けられる。外部電極２及び外部電極３は、保護層４０の外側に、金属材料を含む導体ペーストを塗布することにより形成される。外部電極２及び外部電極３の材料として、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、もしくはこれら以外の金属材料、または、これらの金属元素の一または複数を含む合金材料を用いることができる。外部電極２及び外部電極３には、必要に応じて、半田バリア層及び半田濡れ層の少なくとも一方が形成されてもよい。外部電極２は第１電極部の例であり、外部電極３は第２外部電極の例である。

保護層４０のＹ軸負方向の端の近くには溝４１が設けられており、Ｙ軸正方向の端の近くには溝４２が設けられている。溝４１及び溝４２はいずれも、Ｘ軸方向に沿って延伸するとともに保護層４０をＺ軸方向に貫通するように設けられている。溝４１には引出電極２ａが設けられ、溝４２には引出電極３ａが設けられ。

引出電極２ａは、その上端が外部電極２に接続され、その下端がＭＩＭ構造体２０の下部電極層２２に接続される。引出電極３ａは、その上端が外部電極３に接続され、その下端がＭＩＭ構造体２０の上部電極層２３に接続される。

引出電極２ａ，２ｅ，３ｄ，３ｅの材料として、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、もしくはこれら以外の金属材料、または、これらの金属元素の一または複数を含む合金材料を用いることができる。引出電極２ａ，２ｅ，３ｄ，３ｅは、蒸着法、スパッタ法、めっき法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。

続いて、一実施形態による薄膜キャパシタの製造方法について説明する。まず、Ｓｉ基材を準備し、この基材の上面にトレンチのパターンに対応する開口が形成されたマスクを設ける。このマスクは、図１に示されているトレンチ１１に対応する開口パターンを有する。当該マスクに形成されている複数の開口は、平面視において概ね長方形の形状に形成される。次に、このマスクが設けられた基材にエッチングを行うことにより、当該基材に複数のトレンチが形成される。このエッチングは、深掘りＲＩＥにより行われても良い。このようにして複数のトレンチ１１が形成された基材１０が得られる。

次に、基材１０からマスクを除去した後、基材１０の表面及びトレンチ１１の内部に下部電極層２２となるＴｉＮ膜を成膜する。このＴｉＮ膜は、（１１１）面に高い配向性を有する。ＴｉＮ膜は、例えば、ＡＬＤ法により成膜される。ＴｉＮ膜の成膜のために、プリカーサとしてＴｉＣｌ₄を使用し、反応ガスとしてＮＨ₃を使用することができる。一実施形態において、成膜温度は、結晶化度及び結晶サイズを向上させるために４００℃以上とされる。他の実施形態において、成膜温度は、塩素によるコンタミネーションを低下させるために、５００℃以上とされる。プリカーサの基板への付着を妨げないようにするために、成膜温度は、７００℃以下とされてもよい。

次に、下部電極層２２の上に誘電体層２１となる立方晶系のジルコニア膜を成膜する。ジルコニア膜は、例えば、ＡＬＤ法により成膜される。ジルコニア膜の成膜のために、プリカーサとしてＴＥＭＡＺ（Ｔｅｔｒａｋｉｓ（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ）を使用し、反応ガスとしてＯ₃を使用することができる。一実施形態において、成膜温度は、１００℃から３５０℃とされる。別の実施形態において、成膜温度は、１５０℃から２７５℃とされる。既述のように、このジルコニア膜は、（１１１）面配向性が高いＴｉＮ膜の上に成膜されるため、ＴｉＮ膜上に最初に成膜される層は、当該ＴｉＮ膜と同じ結晶構造（空間群：Ｆｍ－３ｍ）を持つ周期的なＺｒ－Ｎ結合を有するＺｒＮ層となる。ＺｒＮと立方晶系のジルコニアとの構造的な類似性により、ＺｒＮ層の上に成膜されるジルコニア膜は立方晶系の構造となる。

次に、誘電体層２１の上に上部電極層２３となるＴｉＮ膜を成膜する。この上部電極層２３となるＴｉＮ膜は、例えば、ＡＬＤ法により成膜される。上部電極層２３となるＴｉＮ膜は、（１１１）面に高い配向性を有する必要がない。ＴｉＮ膜は、例えば、ＡＬＤ法により成膜される。ＴｉＮ膜の成膜のために、プリカーサとしてＴｉＣｌ₄を使用し、反応ガスとしてＮＨ₃を使用することができる。一実施形態において、成膜温度は、１００℃から４００℃とされる。

このようにして、下部電極層２２、誘電体層２１、及び上部電極層２３が積層されたＭＩＭ構造体２０が基材１０に設けられる。

次に、ＭＩＭ構造体２０の上に保護層４０が形成される。次に、保護層４０のＹ軸方向の両端の各々の近くに溝４１，４２がそれぞれ設けられる。溝４１，４２は、例えば、エッチングにより形成される。

次に、めっき法により溝４１，４２の内部に引出電極２ａ，３ａがそれぞれ形成され、保護層４０の表面に外部電極２及び外部電極３が形成される。以上により、薄膜キャパシタ１が得られる。

Ｓｉ基材を準備し、このＳｉ基材の上に、ＡＬＤ法によりＴｉＮ膜を成膜し、このＴｉＮ膜上にジルコニア膜を成膜した。具体的には、以下の条件で成膜処理を行った。Ｓｉ基板が載置されたチャンバー内に、プリカーサ、反応ガス、及びパージガスを供給した。プリカーサとしてＴｉＣｌ₄を使用し、反応ガスとしてＮＨ₃を使用し、パージガスとしてＮ₂を使用した。プリカーサ及び反応ガスの供給時間は０．１～０．５秒、パージガスの供給時間は５～１０秒とした。成膜温度は、４５０～５５０℃とし、チャンバー内圧力を０．５～２Ｔｏｒｒとした。以上の成膜条件において、４０００サイクルの成膜処理を実施して、Ｓｉ基板上にＴｉＮ膜を成膜した。次に、ＴｉＮ膜が成膜されたＳｉ基板が載置されたチャンバー内に、ジルコニア膜を成膜するためのプリカーサ、反応ガス、及びパージガスを供給した。プリカーサとしてＴＥＭＡＺを使用し、反応ガスとしてＯ₃を使用し、パージガスとしてＮ₂を使用した。プリカーサ及び反応ガスの供給時間は０．１～０．５秒、パージガスの供給時間は５～１０秒とした。成膜温度は、２００～２５０℃とし、チャンバー内圧力を０．５～２Ｔｏｒｒとした。以上の成膜条件において、１０００サイクルの成膜処理を実施して、ＴｉＮ膜上にジルコニア膜を成膜した。このようにして得られたＳｉ基材上にＴｉＮ膜及びジルコニア膜が形成された構造体を試料１とする。

次に、試料１の作成時の成膜条件から成膜温度のみを変更した条件で、試料２を作成した。試料２の作成時には、成膜温度を２００～２５０℃とした。

このようにして得られた試料１及び試料２について、ＣｕＫα線によるＸ線回折法（ＸＲＤ）によりピーク強度を検出した。この検出結果であるＸＲＤの回折パターンを図３及び図４に示す。図３は、試料１について検出されたＸＲＤの回折パターンを示し、図４は試料２について検出されたＸＲＤの回折パターンを示す。

図３から理解されるように、試料１においては、回折角３６．６°の位置に現れている（１１１）面に由来するピークの強度が、回折角４２．６°の位置に現れている（２００）面に由来するピークの強度よりも１０倍程度大きくなっている。これにより、試料１のＴｉＮ膜は、高い（１１１）面配向性を有していることが分かる。また、図３からは、試料１のジルコニア膜が立方晶系をとっていることも分かる。（１１１）面に由来するピークは、回折角３６．６°±０．５°の位置に現れ、（２００）面に由来するピークは、回折角４２．６°±０．５°の位置に現れる。

図４から理解されるように、試料２のＴｉＮ膜は結晶性が低く、また、（１１１）面に由来するピークの強度が（２００）面に由来するピークの強度と同程度であることから、（１１１）面配向性も低いことが分かる。試料２のジルコニア膜は、晶系が判別できないほど結晶性が悪く、立方晶系はとっていないことがわかる。

試料１と試料２との比較から、ＴｉＮ膜のＸＲＤ回折パターンにおいて、（１１１）面に由来するピークの強度が回折角４２．６°の位置に現れている（２００）面に由来するピークの強度よりも大きいときに、その上に成膜されるジルコニア膜が立方晶系を取ることが分かる。

本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。

本明細書において、一の物体が他の物体の「上」、「上面」、「下」、又は「下面」に設けられると説明される場合には、当該一の物体は当該他の物体と直接接していても良く、別の層や膜を介して間接的に接していても良い。例えば、保護層４０がＭＩＭ構造体２０の上に設けられると説明される場合には、当該保護層４０は、ＭＩＭ構造体２０の上に直接（ＭＩＭ構造体に接するように）設けられても良いし、他の層（例えば、バリア層）を介してＭＩＭ構造体の上に間接的に設けられても良い。

１ 薄膜キャパシタ
２，３ 外部電極
１０ 基材
１１ トレンチ
２０ ＭＩＭ構造体
２１ 誘電体層
２２ 下部電極層
２３ 上部電極層
４０ 保護層

Claims (12)

1. 基材と、
   前記基材に設けられ、５０ｎｍ以上の厚さを有する、ＴｉＮから成る第１電極層と、
   前記第１電極層の上に設けられた立方晶系のジルコニアを主成分とする誘電体層と、
   前記誘電体層の上に設けられた第２電極層と、
   を備え、
   前記第１電極層のＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度は、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度よりも大きい、
   キャパシタ。
2. 前記誘電体層は、前記ジルコニアと第２成分との固溶体であり、前記固溶体における前記第２成分の含有量が３ｍｏｌ％未満である、
   請求項１に記載のキャパシタ。
3. 前記誘電体層は、前記ジルコニアと第２成分との固溶体であり、前記固溶体における前記第２成分の含有量が１ｍｏｌ％未満である、
   請求項２に記載のキャパシタ。
4. 前記第１電極層のＣｕＫα線によるＸ線回折において、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度の２倍以上である、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のキャパシタ。
5. 前記第１電極層のＣｕＫα線によるＸ線回折において、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度が、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度の１０倍以上である、
   請求項４に記載のキャパシタ。
6. 前記基材は、その上面にトレンチが設けられており、
   前記第１電極層、前記誘電体層、及び前記第２電極層の各々は、前記トレンチに少なくともその一部が埋め込まれている、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のキャパシタ。
7. 前記第２電極層は、ＴｉＮを主成分とする、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のキャパシタ。
8. 前記第１電極層と電気的に接続される第１外部電極と、
   前記第２電極層と電気的に接続される第２外部電極と、
   を備える、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のキャパシタ。
9. 前記第１電極層の厚さは、１０００ｎｍ以下である、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のキャパシタ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のキャパシタを備える回路基板。
11. 請求項１０に記載の回路基板を備える電子機器。
12. 基材を準備する工程と、
    前記基材上にＴｉＮから成る第１電極層を５０ｎｍ以上の厚さに成膜する工程と、
    前記第１電極層上に立方晶系のジルコニアを主成分とする誘電体層を成膜する工程と、
    前記誘電体層上に第２電極層を成膜する工程と、
    を備え、
    前記第１電極層のＣｕＫα線によるＸ線回折パターンにおいて、回折角３６．１°～３７．１°の位置に現れるピークの強度は、回折角４２．１°～４３．１°に現れる回折ピークの強度よりも大きい、
    キャパシタの製造方法。

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