JPS6030091B2 - マイクロ波用ｍｏｍコンデンサの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はマイクロ波集積回路等におけるマイクロ波用Ｍ
ＯＭコンデンサの製造方法に関するものである。

金属からなる両電極の間に、誘導体として酸化物、特に
二酸化珪素（Ｓｉ０２）の薄膜を挟んだ構造のコンデン
サは、ＭＯＭコンデンサ（以下単にコンデンサという）
と呼ばれて、従来既に広く用いられている。

このようなコンデンサのＱを高めるため、製造工程にお
いて熱処理が行われることが多い。従来、コンデンサの
Ｑを高めるための熱処理はコンデンサ形成後において、
４００ｑ０またはそれ以上の高温で長時間処理するか、
あるいは８００℃またはそれ以上の高温で短時間処理す
ることによって行なわれていた。しかしながらこのよう
な高温処理を行なった場合、電極金属の接着用金属膜に
対する拡散が生じて接着力が低下し、従ってコンデンサ
の信頼度が低くなって好ましくない。

また高温処理を行なうことによって、同一基板上に形成
された例えば抵抗、ィンダクタンス等の他の集積回路用
素子に悪影響を及ぼし、これらの素子の変質、素子値の
変動等を生じることがあって好ましくなかった。このよ
うに高温処理を行うことは信頼度の低下等各種の悪影響
を生じるが、コンデンサのＱを高める必要上、やむを得
ず行われていた。またこのため、熱処理を行なわないで
コンデンサが作られることもあったが、この場合は当然
Ｑの低下を免れなかった。本発明はこのような従来技術
の欠点を除去しようとするものであって、その目的は、
比較的低温の熱処理によってＱを高めることができるコ
ンデンサの製造方法を提供することにある。

この目的を達成するための本発明のマイクロ波用ＭＯＭ
コンデンサの製造方法においては、誘電体基板上に接着
強度を増すための第１の薄い金属膜を彼着したのちコン
デンサ下部電極となる導体層を被着する工程と、該下部
電極導体層をメッキによって厚〈する工程と、該メッキ
された下部電極導体層上に接着強度を増すための第２の
薄い金属膜を被着する工程と、該第２の薄い金属膜上に
３０００Ａないし８０００Ａの厚さを有する二酸化珪素
層を彼着する工程と、該二酸化桂素層の部分を３００ｏ
ｏないし４００℃の表面温度に維持する工程と、前記二
酸化桂秦層上に接着強度を増すための第３の薄い金属膜
を被着する工程と、該第３の薄い金属膜上にコンデンサ
上部電極となる導体層を被着する工程と、該上部電極導
体層をメッキによって厚くする工程とからなることを特
徴としている。以下実施例について説明する。

第１図は本発明のマイクロ波用ＭＯＭコンデンサの製造
方法の一実施例を示すコンデンサの断面図である。

同図において１はアルミナまたはサファイア等からなる
誘電体基板、２はクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等の
金属からなる膜、３は白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ
）等の金属からなる腰、４は金（Ａｕ）または銅（Ｃｕ
）等の金属からなる電極膜、５はクロム等の金属からな
る膜、６は二酸化珪素（Ｓｉ０２）等からなる誘電体膜
、７はクロム、チタン等の金属からなる膜、８は白金ま
たはパラジウム等の金属からなる膜、９は金または銅等
の金属からなる電極膜である。

第１図に示されたごときコンデンサに対する、本発明の
マイクロ波用ＭＯＭコンデンサの製造方法の一実施例は
次のごときものである。

すなわち、まずアルミナ、サファイア等からなる誘電体
基板１の上に、クロム等の金属からなる薄い金属膜２を
蒸着等の方法によって彼着する。これはその上に次の工
程で被着される金属膜と誘電体基板との接着強度を増大
させるためである。次に金属膜２の上に白金またはチタ
ン等の薄い金属膜３を被着し、さらに引き続いて金また
は鋼等の金属膜４を被着する。

金属膜４はマイクロ波に対する電極として作用するもの
であり、その厚さは後述のようにマイクロ波に対する損
失を防止するため少くとも２〃の厚さが必要であって、
被着後メッキにより所要の厚さを与えられる。この場合
のメッキは選択メッキにより行ない、不要部分をエッチ
ング等により除去してもよく、または全面メッキしてパ
ターニングを行ない、エッチング等により不要部分を除
去してもよい。金属膜３は、熱処理を行なう際、金属膜
４の金または銅等が金属膜２のクロム中に拡散して、そ
の接着力を低下させるのを防止する作用をする。次に再
びクロム等の金属からなる薄い金属膜５を被着する。

金属膜５を設ける理由はその上に設けられる誘電体膜と
電極膜４との接着強度を増大するためである。次に金属
膜５の上に二酸化蛙素からなる誘電体膜６を被着する。

誘電体膜６の彼着は蒸着、スパッタリングおよびＣＶＤ
法等任意の方法によって行なうことができ、その厚さは
後述の理由により３０００△ないし８０００Ａになるよ
うに調整される。次に全体を３００００なし、し４００
ｑ○の温度に保ち、大気中、または酸素、窒素、アルゴ
ンもしくはこれらの混合気体からなる雰囲気中に曝すこ
とによって、誘電体膜６の熱処理を行なってその性状を
繊密化する。熱処理の時間は後述するように、少くとも
３び分以上必要である。また、誘電体膜６のパターニン
グは熱処理前に行なってもよく、または後述の工程によ
って上部の電極膜を形成した後に行なってもよく、任意
の工程において行なうことができる。ただしいずれの工
程で行なうにせよ、誘電体膜６の吸湿を避けられるよう
なパターニング方法であることが必要である。次に誘電
体膜６の上にさらにクロム等の金属からなる薄い金属膜
７を被着する。金属膜７を設ける理由は金属膜５と同様
である。次に金属膜７の上にチタン等の薄い金属膜８を
被着し、さらに引き続いて金または銅等の金属膜９を被
着する。

金属膜９はマイクロ波に対する電極として作用するもの
で、その厚さは金属膜４と同様に少くとも２仏の厚さが
必要であり、被着後メッキによって所要の厚さを与えら
れる。この場合のメッキも金属膜４の場合と同様に、選
択メッキでもよく、または全面メッキしてあとで不要部
分を除去してもよい。第２図は本発明の方法によって作
られたコンデンサの特性の一例を示す図である。

同図において横軸は周波数を示し、縦軸はＱの値を示し
ている。このコンデンサは、譲霞体として膜厚６０００
人の二酸化珪素膜を有し、窒素と酸素の１：２の混合気
体からなる３００００の雰囲気中で２時間の熱処理を行
なって得られたもので、その容量値はＩＭＨｚにおいて
０．４ｐＦである。第２図において曲線Ａは熱処理前に
おけるＱ値を示し、曲線Ｂは熱処理後におけるＱ値を示
している。このように熱処理を行なうことによって、か
なりの性能向上が示されている。第３図および第４図は
本発明の方法における熱処理を行なう時期による二酸化
珪素膜に対する影響を示す図である。

第３図において、曲線Ａは上部電極形成前に熱処理を行
なった場合の、熱処理温度に対するＱ値の関係を示し、
熱処理温度３００℃ないし４００℃において急激にＱ値
が上昇する結果が示されている。なお第３図窒素中で２
０分間熱処理を行なった場合の一例を示している。Ｑ値
の上昇は熱処理によって二酸化珪素膜が繊密化するため
であると考えられる。また第４図において、曲線Ａは上
部電極形成前に熱処理を行なった場合の、熱処理時間に
対する耐圧の関係を示し、０ないし９０分の熱処理によ
って、耐圧が殆ど変化しないことが示されている。

一方、曲線Ｂは上部電極形成後に熱処理を行なった場合
を示し、熱処理時間が長くなるに従って、耐圧が急激に
低下している。このように第３図および第４図の結果か
らみても、熱処理は、上部電極形成後に行なうよりも、
上部電極形成前に行なった方が有効である。

第５図および第６図は本発明の方法における熱処理温度
の影響を示す図である。第５図は誘電体膜としての二酸
化桂素膜の繊密化の程度を示す目安として、エッチング
速度を熱処理温度に対して示したものであり、熱処理温
度３００℃以上において、エッチング速度が急激に低下
することが示されている。これは二酸化珪素膜の物理化
学的性質を変化させるのに３００００以上の温度が必要
であることを示し、従ってこの温度以上で熱処理を行な
って誘電体膜を繊密化させることによって、コンデンサ
のＱを向上させることができる。第６図は、誘電体部分
と金属膜との密着性を向上させるために設けられたクロ
ム膜中における、電極金属（金）とクロムとの共晶の占
める割合を、熱処理温度に対して示しており、同図に見
られるごとく、熱処理温度４００ｏ○程度以上において
急激に増加する傾向を示している。

すなわち、この温度以上では、バリア金属を通過する金
が急激に増加して共晶が増加する結果、クロム膜の接着
力が低下してコンデンサの性能を劣化させるので、４０
０ｏｏ以上の温度で熱処理を行なうことは好まし〈ない
。なお第６図はハリア金属として２０００Ａの厚さの白
金膜を使用し、１時間熱処理を行なった場合を示し、熱
処理温度（横軸）に対するウェハの面積に占める共晶部
分の割合で示されている。第７図は電極金属膜の厚さと
損失との関係を示す図である。

同図において横藤は膜厚を示し、縦軸は１波長当りの損
失を示している。また曲線Ａは周波数本日ｚにおける損
失を、曲線Ｂは周波数１次批における損失を示し、いず
れの場合も膜厚２仏以下では急激に損失が増加して使用
に耐えなくなることを示している。第８図は熱処理を行
なう雰囲気による二酸化律素勝の熱処理効果の違いを示
している。

同図において機軸は熱処理温度を示し、縦藤はＱ値を示
している。曲線Ａは酸素雰囲気を使用した場合を示し、
Ｑ値の上昇はほぼ直線的である。これに対し曲線Ｂは窒
素雰囲気を使用した場合を示し、Ｑ値の上昇は３００℃
程度から始まる結果が示されている。従って比較的低い
熱処理温度でＱ値を上昇させるには、酸素または酸素を
含む雰囲気を用いることが望ましいが、窒素等の不活性
ガス雰囲気もある程度以上の熱処理温度においては使用
可能であることが示されている。第９図は二酸化珪素膜
の膜厚の限界を説明するための図である。

同図において横軸は誘電体としての二酸化珪素膜の膜厚
を示し、縦軸は耐圧を示している。曲線Ａはコンデンサ
形成後における耐圧の平均値を示し、曲線Ｂは同じくコ
ンデンサ形成後における耐圧の下限を示している。また
曲線Ｃは上下両電極を設けてコンデンサを形成したのち
、３００ｏｏで３０分間さらに加熱した場合を示してい
る。前述のように上部電極形成前に熱処理を行なっても
耐圧の低下は生じない。

しかしながら上部電極を被着してコンデンサを形成した
後に、このコンデンサを含む集積回路は、トランジスタ
チップの接着等の理由から、３００００以上に加熱する
工程が必要となる。この際、第９図の曲線Ｃに示すよう
に、二酸化珪素膜の膜厚８０００Ａ以上では、短時間、
３００ｏｏに加熱することによって耐圧が急激に低下す
る。これは加熱によって二酸化珪素膜に微小なクラック
を生じるためであると考えられる。従ってコンデンサ形
成後の加熱を考慮して、二酸化建素膜の厚は８０００Ａ
以下にする必要がある。また、二酸化珪素膜の厚さ３０
００Ａ以下では、コンデンサ形成後の熱処理の有無に関
係なく、急激に耐圧が低下する。これは電極膜の厚さを
増すためにメッキを用いるので、メッキ面の凹凸によっ
て、上部に施される二酸化珪素膜に、部分的に膜厚の薄
い部分を生じるためである。例えばメッキ液としてテン
ベレックス４０１を使用し、電流密度３のＡ／ｃめでメ
ッキを行なった場合、前述の所要の電極厚さを得るまで
に、±１０００Ａ程度の凹凸を生じることが知られてい
る。そこで二酸化珪素膜の厚さを３０００Ａ以上にする
ことによって、このような急激な耐圧の低下を防止する
ことができる。以上のような理由から本発明の方法にお
いては、二酸化桂素膜の厚さとして、３０００Ａないし
８０００△の範囲を使用することが必要である。第１０
図は本発明の方法における熱処理時間とＱ値との関係を
示したものである。同図において機軸は熱処理時間を示
し、縦軸はＱ値を示している。また曲線Ａは電極サイズ
が小さい場合（２１１山角、容量３．８ｐＦ）を示し、
曲線Ｂは電極サイズが大きい場合（８６３仏角、容量６
０ｐＦ）を示している。いずれの場合においても、Ｑ値
は熱処理時間とともに上昇していが、特に３０分を経過
するまでに急激に上昇して最終値に近づいている。この
ような結果から、本発明の方法における熱処理時間は少
くとも３０分とすることが必要である。

以上説明したところから明らかなように、本発明のマイ
クロ波用ＭＯＭコンデンサの製造方法によれば、比較的
低温度の熱処理によって十分Ｑを高めることができ、従
って電極層の金属の接着用金属膜に対する拡散を防止し
て接着力の低下を防止するとともに、同一基板上に形成
される他の素子の変質や素子値の変動を防止することが
できて効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイクロ波用ＭＯＭコンデンサの製造
方法の一実施例を示すコンデンサの断面図、第２図は本
発明の方法によって作られたコンデンサの特性例を示す
図、第３図および第４図は熱処理を行なう時期による影
響を示す図、第５図および第６図は熱処理温度の影響を
示す図、第７図は電極金属膜の厚さと損失との関係を示
す図、第８図は雰囲気による熱処理効果の違いを示す図
、第９図は二酸化珪素膜の膜厚の限界を説明するための
図、第１０図は熱処理時間とＱ値との関係を示す図であ
る。 １・・・・・・誘電体基板、２，３・・・…金属膜、４
・・・・・・電極膜、５・・・・・・金属膿、６…・・
・誘電体膜、７，８・・・・・・金属膜、９・・・・・
・電極膜。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 誘電体基板上に接着強度を増すための第１の薄い金
   属膜を被着したのちコンデンサ下部電極となる導体層を
   被着する工程と、該下部電極導体層をメツキによつて厚
   くする工程と、該メツキされた下部電極導体層上に接着
   強度を増すための第２の薄い金属膜を被着する工程と、
   該第２の薄い金属膜上に３０００Åないし８０００Åの
   厚さを有する二酸化硅素層を被着する工程と、該二酸化
   硅素層の部分を３００℃ないし４００℃の表面温度に維
   持する工程と、前記二酸化硅素層上に接着強度を増すた
   めの第３の薄い金属膜を被着する工程と、該第３の薄い
   金属膜上にコンデンサ上部電極となる導体層を被着する
   工程と、該上部電極導体層をメツキによつて厚くする工
   程とからなることを特徴とするマイクロ波用ＭＯＭコン
   デンサの製造方法。