JP3362776B2 - 薄膜コンデンサ、薄膜コンデンサ内蔵基板および薄膜コンデンサの製造方法 - Google Patents

薄膜コンデンサ、薄膜コンデンサ内蔵基板および薄膜コンデンサの製造方法

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JP3362776B2
JP3362776B2 JP02531699A JP2531699A JP3362776B2 JP 3362776 B2 JP3362776 B2 JP 3362776B2 JP 02531699 A JP02531699 A JP 02531699A JP 2531699 A JP2531699 A JP 2531699A JP 3362776 B2 JP3362776 B2 JP 3362776B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種電子回路の回
路基体として用いられる薄膜コンデンサおよび薄膜コン
デンサ内蔵基板に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来技術としては、第一の電極
層を形成後に誘電体層を設け、さらにその上に第二の電
極層を形成した単層薄膜コンデンサ(特開平5−226
844公報、特開平8−88318公報、特開平10−
154878公報等)や、基板上にグランド層を形成し
て、その上に誘電体層、導電層がこの順で形成されてな
る薄膜多層基板(特開平7−30257公報、特開平7
−307567公報等)が知られている。
【0003】これらの薄膜コンデンサ等は、上部電極お
よび下部電極と、これに挟まれた誘電体層とが積層した
構造を有しており、以下のような課題を有していた。
【0004】第一に、上部電極と下部電極の短絡が起こ
りやすいという課題を有していた。図9(a)は基板9
0上に、下部電極91、誘電体層92、上部電極93が
積層された薄膜コンデンサの断面図である。各部が正常
な形状で形成されればこのような構造となるが、たとえ
ば、上部電極93の形成位置のずれが生じると、図9
(b)のように、上部電極93と下部電極91が接続
し、短絡が発生する。このような短絡を防止するため、
上部電極の幅を一定以下にすることも考えられるが、必
要な容量を得るためにはコンデンサの形状が大きくなる
ため配線密度の低下を招くこととなり、また形状を変更
しないとコンデンサの容量低下をもたらすという問題が
生じる。
【0005】第二に、上記積層構造のコンデンサは、多
層配線の形成が困難であるという課題を有していた。薄
膜コンデンサを内蔵した多層配線基板では、上下に重ね
て積層された薄膜コンデンサの電極間を接続するため、
層間接続ビアが形成される。層間接続ビアとしては、特
開平7−30257号公報等に示されているフィルドビ
アや、特開平7−307567号公報等に示されている
ポストレスビアがあるが、このうちフィルドビアが広く
用いられている。フィルドビアは、上層の電極層と下層
の電極層とを垂直に接続することができ、配線密度を高
めることができるからである。ところが、このフィルド
ビアを形成する際、上記積層構造のコンデンサでは、上
部電極と下部電極との間に段差(通常2〜20μm)が
生じるため、薄膜コンデンサの外表面輪郭に凹凸や段差
が発生しやすく、フィルドビア形成に必要な給電層を良
好に形成することが困難であった。図10はこの様子を
説明するための図である。図中、下部電極A、誘電体層
B、上部電極Cがこの順で形成され、これらを覆うよう
に給電層Eが設けられ、さらにその上部にフィルドビア
Dが形成されている。ところが、下部電極Aはパターニ
ングの際、図のように逆テーパー形状になりやすく、そ
の結果、段差が形成され、図のように給電層Eの断線が
起こりやすくなる。このため、フィルドビアの形成不良
が起こりやすかったのである。このようなフィルドビア
の形成不良を解決する方法として、特開平10−154
878号公報開示の技術も提案されているが、工程の煩
雑化を招くという課題を有していた。
【0006】第三に、上記積層構造のコンデンサは製造
プロセスが煩雑であるという課題を有していた。電極層
や誘電体層の各層についてそれぞれ成膜およびパターニ
ングを行う必要があるからである。
【0007】第四に、薄膜コンデンサ製造過程において
誘電体層の品質が損なわれることがあった。誘電体層の
パターニングは、通常、ドライエッチング工程およびエ
ッチング残渣除去のためのウエット洗浄工程を経ること
により行われる。エッチング残渣の除去は素子の信頼性
向上のため必須となるが、ここで、洗浄液としては、充
分な洗浄効果を得るため、通常、酸が用いられる。とこ
ろが、エッチング残渣は誘電体層材料とエッチングガス
の反応生成物を主成分とするため、エッチング残渣を溶
解・除去し得る洗浄液は、誘電体層自身をも溶解させて
しまうのである。このため、誘電体層の膜減りや組成変
化を引き起こし、問題となることがあった。この問題
は、誘電体層のパターニングをドライエッチングにより
行った場合に限らず、酸等のウエットエッチングにより
行った場合にも同様に生じる。さらに、上記問題は、B
ST(BaxSr1-xTiO3)、PZT(PbZrxTi
1-x3)、PLZT(Pb1-yLayZrxTi
1-x3)、SrBi2Ta29等のペロブスカイト構造
の材料を誘電体膜材料として用いた場合、顕著となる。
このような材料は素子の微細化およびコンデンサの高容
量化への要求に対し、好適に使用されるが、酸等の洗浄
液により特定の構成成分が溶出し、組成変化が生じやす
い。ところが、ペロブスカイト構造を有する材料は、わ
ずかな組成変化により電気特性が大きく変動するため、
上記問題が顕著となるのである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した課題
を解決するためになされたものであって、薄膜コンデン
サおよびその内蔵基板において、上部電極と下部電極の
短絡を防止し、多層配線の形成を容易とし、さらに、製
造プロセスの簡略化を図るとともに、誘電体層の品質劣
化を防止することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、下部電極と、該下部電極を埋め込むように
形成され該下部電極に達する凹部の設けられた絶縁層
と、該凹部の内部に形成され該下部電極を覆う誘電体層
と、該凹部の内部に形成され該誘電体層の上に形成され
た上部電極とを備え、前記絶縁層の上面と前記上部電極
の上面とを含む面が実質的に平坦であることを特徴とす
る薄膜コンデンサが提供される。
【0010】また本発明によれば、上記薄膜コンデンサ
を備えたことを特徴とする薄膜コンデンサ内蔵基板が提
供される。この薄膜コンデンサ内蔵基板は、IC等の半
導体装置搭載用基板として使用できる。
【0011】また本発明によれば、基板上に直接に、ま
たは絶縁体を介して下部電極を形成する工程と、該下部
電極の上に該下部電極を埋め込むように絶縁層を形成す
る工程と、該絶縁層中に該下部電極に達する凹部を形成
し、該下部電極を露出させる工程と、該下部電極の露出
部分を覆うように誘電体層を形成する工程と、該誘電体
層の上に導電膜を形成する工程と、凹部以外の部分に形
成された導電膜および誘電体層が除去されるように全面
を平坦化する工程とを含むことを特徴とする薄膜コンデ
ンサの製造方法が提供される。
【0012】上記した各発明によれば、以下に示す種々
の効果が得られる。これらの効果について、本発明の薄
膜コンデンサの断面構造の一例を示す図1を参照して説
明する。
【0013】第一に、上部電極と下部電極とのショート
を防止することができる。本発明の薄膜コンデンサにお
いては、図1のように、下部電極13を埋め込むように
絶縁層12が形成される。この絶縁層12には、下部電
極13に達する凹部が設けられ、上部電極はこの凹部の
内部に形成される。このため、構造上、図9(b)のよ
うな上部電極の形成位置ずれによる電極間の短絡が生じ
ないのである。
【0014】第二に、多層配線の形成が容易となる。本
発明の薄膜コンデンサにおいては、図1のように、下部
電極表面の凹凸の有無によらず、薄膜コンデンサの上面
が平坦面になるからである。図に示された平坦構造の薄
膜コンデンサの上部には、接続ビアおよび上部薄膜コン
デンサを容易に形成することができる。
【0015】第三に、製造プロセスが簡便となる。電極
層や誘電体層の各層についてそれぞれ成膜およびエッチ
ングする必要がなく、各層を凹部に積層した上で不要部
分をエッチングにより除去することにより、薄膜コンデ
ンサを製造できるからである。
【0016】第四に、薄膜コンデンサ製造過程において
誘電体層の品質が損なわれることを防止できる。本発明
の薄膜コンデンサは、図1のように誘電体層が凹部に埋
め込まれた構造を有している。このため、誘電体層のパ
ターニングは、たとえば図5(h)〜(i)のように、
凹部以外の領域に形成された不要な誘電体層をエッチバ
ックにより除去することにより形成される。したがっ
て、エッチングバック後の洗浄工程においては、コンデ
ンサの性能に影響の少ない誘電体層上部のみが露出する
こととなり、誘電体層の膜減りや組成変化の問題が生じ
にくいのである。また本発明によれば、基板上に直接
に、または絶縁体を介して下部電極を形成する工程と、
該下部電極の上に該下部電極を埋め込むように絶縁層を
形成する工程と、該絶縁層中に該下部電極に達する凹部
を形成し、該下部電極を露出させる工程と、該下部電極
の露出部分を覆うように誘電体層を形成する工程と、該
誘電体層の上に、抵抗値の異なる二以上の層からなる導
電膜を、凹部を埋め尽くさないように形成する工程と、
凹部以外の領域に形成された該導電膜の少なくとも最外
層を除去する工程と、前記凹部の内部に残された前記最
外層の上に選択的に金属めっき膜を形成する工程とを含
むことを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法が提供さ
れる。
【0017】ここで、導電膜の少なくとも最外層を除去
する工程は、たとえば、凹部を埋め込むようにマスクを
形成した後、全面をエッチングすることにより行われ
る。このようにすれば、最外層の除去を確実に行うこと
ができる。このとき、多層構造の導電膜の各層の材料を
適宜に選択することにより、エッチング領域の金属膜の
損傷を最小限に抑えることができる。
【0018】この製造方法によれば、上述した第一〜第
四の効果に加え、上部電極を所定箇所に選択的に形成で
きるという利点が得られる。導電膜の少なくとも最外層
を除去する工程を実施することにより、凹部の内部と外
部で抵抗値の異なる層が露出するため、選択的に金属め
っき膜を形成できるからである。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明において、上部電極は凹部
を実質的に完全に埋め込むように形成されることが好ま
しい。これにより上部の平坦な薄膜コンデンサを容易に
形成することができる。
【0020】本発明において、絶縁層の上面および上部
電極の上面からなる面が実質的に平坦であることが好ま
しい。これにより、上部薄膜コンデンサやこれと接続す
る接続ビアを容易に形成でき、高品質の多層配線構造の
形成が容易となる。
【0021】本発明において、凹部の幅は下部電極の幅
よりも小さいことが好ましい。たとえば図1のように、
誘電体層14、上部電極15の埋め込まれている凹部の
幅(図中の横の長さ)が、下部電極13の幅(図中の横
の長さ)よりも小さいことが好ましい。このようにする
ことによって、上部電極が下部電極に接触して形成され
ることを防止でき、薄膜コンデンサの端部で上部電極と
下部電極が短絡することを有効に防止できる。また、下
部電極が平板形状を有することが好ましい。平板形状と
は、平面方向に延在する形状をいい、図1の誘電体層1
4のような上部に延びる形状でないものをいう。下部電
極を平板形状とすることにより、上部電極と下部電極の
短絡をさらに有効に防止でき、また、埋め込み型の薄膜
コンデンサの形成が一層容易となる。
【0022】本発明において、上部電極構造を以下のよ
うにすることができる。 上部電極が第一乃至第三の層がこの順に積層された構
造を有し、第一の層および第三の層が、VIIIa族元素、
Ib族元素、またはアルミニウムを含む金属からなり、
第二の層が、IVa族元素、Va族元素、またはVIa族
元素を含む金属からなるものとする構造。 上部電極が第一乃至第四の層がこの順に積層された構
造を有し、第一の層および第三の層が、IVa族元素、V
a族元素、またはVIa族元素を含む金属からなり、第
二の層および第四の層が、VIIIa族元素、Ib族元素、
またはアルミニウムを含む金属からなるものとする構
造。
【0023】このような構造とすることにより、めっき
膜が好適に形成される。また、めっき膜を選択的に析出
させる等の目的で、後に酸によるエッチングを施す場
合、凹部外の領域の金属膜の損傷を低減することができ
る。
【0024】本発明の薄膜コンデンサの製造方法におい
ては、導電膜を形成後、全面を平坦化し、凹部以外の部
分に形成された導電膜を除去する工程を含むことが好ま
しい。これにより、埋め込み型の薄膜コンデンサを好適
に製造することができる。
【0025】本発明の薄膜コンデンサは、たとえば以下
のようにして製造できる。
【0026】まず、基板上に下部電極を形成した後、絶
縁層を積層する。絶縁層中には下部電極に達する凹部を
形成する。その後、誘電体層、および多層構造の金属薄
膜を順に積層する。さらに、凹部にレジストを残してエ
ッチングすることで凹部の内部のみに最表層の金属薄膜
を残す。レジスト剥離後に電解めっきを行うことで、最
表層の金属薄膜が残っているところにめっきを析出さ
せ、上部電極とする。最後に、表面を研磨することによ
り不要部分の金属薄膜と誘電体層を除去する。これによ
り得られる薄膜コンデンサは埋め込まれた状態となり、
その表面は平滑となるため上部に他の回路を支障なく形
成できる。さらに、下部電極を絶縁層により囲んでから
誘電体層を介して上部電極を有する構造のため、両電極
が接触することがない。また、不要部分の誘電体層を研
磨により取り除くために、製造工程の簡略化ができる。
【0027】本発明について、以下、図面を参照してさ
らに詳細に説明する。
【0028】図1は、下部電極13と、下部電極13を
埋め込むように形成され下部電極13に達する凹部の設
けられた絶縁層12と、凹部の内部に形成され下部電極
13を覆う誘電体層14と、誘電体層14の上に形成さ
れた上部電極15とを備えた構造の薄膜コンデンサの断
面図である。
【0029】図2の薄膜コンデンサは、上部電極29
が、第一金属膜25、第二金属膜26、および第三金属
膜27がこの順に積層された構造を有している。第一金
属膜25および第三金属膜27が、VIIIa族元素、Ib
族元素、またはアルミニウムを含む金属からなり、第二
金属膜26が、IVa族元素、Va族元素、またはVIa
族元素を含む金属からなっている。
【0030】図3の薄膜コンデンサは、上部電極39
が、第一金属膜34、第二金属膜35、第三金属膜3
6、第四金属膜37がこの順に積層された構造を有して
いる。第一金属膜34および第三金属膜36が、VIIIa
族元素、Ib族元素、またはアルミニウムを含む金属か
らなり、第二金属膜35および第四金属膜37が、IVa
族元素、Va族元素、またはVIa族元素を含む金属か
らなっている。
【0031】特に記載するまでもないが、図1〜3の薄
膜コンデンサにおいて、下部電極にはその機能を果たす
ための配線が施されている。
【0032】(第1の実施形態)次に、第1の実施の形
態として、本発明の薄膜コンデンサ内蔵基板の製造方法
を図4および図5を用いて説明する。
【0033】まず有機基板、セラミック、アルミナ、シ
リコンなどの基板21を用意し、その上に下部電極22
を形成する(図4(a))。下部電極をアディティブ法
で形成する場合は、給電層を設けた後、レジストにより
パターンを形成して電解又は無電解めっきによりめっき
金属を埋め込むことにより形成する。このめっき金属
は、銅が最適であるが、銀、アルミニウムなどでも差し
支えない。また、セミアディティブ法では、最後にレジ
ストを除去して余分な給電層を除去する。さらに、サブ
トラクティブ法を用いる場合は、銅箔を積層し、レジス
トパターンを形成した後にエッチングを行うことで下部
電極22を形成する。
【0034】次に、下部電極22上に絶縁層23を、例
えば液状ならばスピンコート法、ダイコート法、カーテ
ンコート法、印刷法などで、また、ドライフィルムなら
ばラミネートなどで積層して、乾燥等の処理を施して絶
縁層を硬化させる。その後、感光性樹脂ならばフォトリ
ソグラフィプロセスなどで、非感光性樹脂ならばレーザ
ー加工法などにより凹部を形成する(図4(b))。こ
の凹部の大きさにより、形成できるコンデンサの容量が
決定される。また、下部電極22においては、凹部より
もやや大きめに作製しておくことで、絶縁層により下部
電極22のカバーが行われ、上部電極を形成したときに
電極間がショートすることがない。
【0035】最初に用意される基板に下部電極22が前
もって形成されていても差し支えなく、凹部(キャビテ
ィー)を有する絶縁基板内の凹部の下部にあらかじめ設
置されていても問題はない。さらに、下部電極22を形
成する際、基板上に配線層や絶縁層が先に形成されてい
ても差し支えない。
【0036】ついで、誘電体24をスパッタ法、蒸着
法、CVD、陽極酸化法などを用いて形成する。この誘
電体24には、酸化チタン、酸化タンタル、Al23
SiO 2、Nb25や、BST(BaxSr1-xTi
3)、PZT(PbZrxTi1-x 3)、PLZT(P
1-yLayZrxTi1-x3)、SrBi2Ta29など
のペロブスカイト系材料(ここで上記化合物いずれにつ
いても、0≦x≦1、0<y<1である。)が好ましく
用いられる。また、誘電体24は、所望の誘電率を実現
することができる有機樹脂等により形成されても問題は
ない。
【0037】次に、金属薄膜25、金属薄膜26、金属
薄膜27を、スパッタ法、蒸着法、CVD法などを用い
て順に形成する(図4(c))。金属薄膜25は、めっ
き時の電位を均一化することのできる金属材料を用いる
ことが好ましく、電気抵抗の小さい銅や銀が最適であ
る。アルミニウムや、VIIIa族、Ib族の遷移金属のパ
ラジウム、金、白金なども好適に使用される。さらに、
金属薄膜26においては、その後の工程の関係上、耐酸
性の優れた金属が好ましく使用される。たとえば、チタ
ン、ニオブ、タンタル、タングステン、クロムなどのIV
a族、Va族、VIa族の遷移金属が適している。ま
た、金属薄膜27としては電気抵抗が小さい銅や銀が最
適であるが、アルミニウムおよびVIIIa族、Ib族の遷
移金属のパラジウム、金、白金なども好適に用いられ
る。
【0038】この上に、レジスト20を、絶縁層と同様
に液状ならばスピンコート法、ダイコート法、カーテン
コート法、印刷法などで、また、ドライフィルムならば
ラミネートなどで積層する(図4(d))。このレジス
ト20をエッチング工程、もしくはポジ型の感光樹脂で
あるならばフォトリソグラフィプロセスの露光と現像工
程を行うことにより、凹部内のみに残す(図5
(e))。
【0039】次に、凹部以外の領域に形成された金属薄
膜27を酸処理等によりエッチングする(図5
(f))。その後、凹部内に残っているレジスト20を
有機溶媒などにより除去する(図5(g))。これらの
工程により、凹部の内部と外部で金属薄膜表面の抵抗値
が変わり、めっき金属膜28の析出を制御することがで
きる。ついで電解めっきを行い、凹部の内部に選択的に
めっき金属膜28を析出させる(図5(h))。めっき
金属の材料としては、コストを考慮すると銅が最適であ
るが、抵抗値の小さい銀や、電解めっきを行える金、
鉄、ニッケル、スズ、白金、パラジウム、亜鉛などの金
属やそれらの合金を用いることも可能である。この際、
表面に露出している金属薄膜26は、金属薄膜27が残
っているところよりも抵抗が高くなっておりかつ平滑に
なっているために、めっき金属膜28が析出しにくい状
態となっている。このため、金属薄膜27が残っている
凹部の内部へ選択的にめっきが析出することとなる。
【0040】最後に、凹部の外部の領域に形成された誘
電体24、金属薄膜25、金属薄膜26およびめっき金
属膜28をバフ研磨などの研磨法等を用いて削り、平坦
化する(図5(i))。使用している誘電体24、金属
薄膜25、金属薄膜26がエッチング可能である場合
は、エッチングによっても除去しても良い。平坦化後、
基板を洗浄して薄膜コンデンサを完成する。この平坦化
の工程により、薄膜コンデンサを層間に形成してゆくこ
とができる。また、めっき厚を制御することにより、平
滑表面を持つように形成することができる。この平滑表
面とした際、直上に回路の形成やさらに薄膜コンデンサ
を形成することも可能となる。さらに、同一層内での複
数の薄膜コンデンサ一括形成が可能なことは言うまでも
ない。
【0041】(第2の実施形態)続いて、本発明の第2
の実施の形態を図7〜8に示す。本実施形態と第1の実
施の形態との違いは、上部電極形成用の金属薄膜構成の
違いのみであり、基本的な製造方法は第1の実施の形態
と同じである。以下、第2の実施の形態について説明す
る。
【0042】まず基板30上に下部電極31を形成し
(図7(a))、その上に絶縁層32を形成し、硬化さ
せる。次いで、フォトリソグラフィプロセスあるいはレ
ーザー加工法などにより凹部を形成する(図7
(b))。この凹部の大きさにより、形成できるコンデ
ンサの容量が決定される。また、下部電極31において
は、凹部よりもやや大きめに作製しておくことで、絶縁
層により下部電極31のカバーが行われ、上部電極を形
成したときに電極間がショートすることがない。
【0043】最初に用意される基板に下部電極31が前
もって形成されていても差し支えなく、凹部を有する絶
縁基板内の凹部の下部にあらかじめ設置されていても問
題はない。さらに、下部電極31を形成する際、基板上
に配線層や絶縁層が先に形成されていても差し支えな
い。
【0044】ついで、誘電体33をスパッタ法、蒸着
法、CVD、陽極酸化法などを用いて形成する。その上
に、金属薄膜34、金属薄膜35、金属薄膜36、金属
薄膜37を、スパッタ法、蒸着法、CVD法などを用い
て順に形成する(図7(c))。金属薄膜34は、下地
との密着と誘電体層のバリア層としての金属を考慮して
選択されるため、チタン、ニオブ、タンタル、タングス
テン、クロムなどのIVa族、Va族、VIa族の遷移金
属が適している。金属薄膜35は、めっき時の電位を均
一化することを主に考慮して選択される。電気抵抗の小
さい銅や銀が最適であるが、アルミニウムおよびVIIIa
族、Ib族の遷移金属のパラジウム、金、白金なども好
適に用いられる。さらに、金属薄膜36においては、後
の工程を考慮し、耐酸性を有する金属が好適に用いられ
る。たとえばチタン、ニオブ、タンタル、タングステ
ン、クロムなどのIVa族、Va族、VIa族の遷移金属
が適している。また、金属薄膜37としては電気抵抗が
小さい銅や銀が最適であるが、アルミニウムおよびVIII
a族、Ib族の遷移金属のパラジウム、金、白金なども
好適に用いられる。
【0045】この上に、レジスト40を形成した後(図
7(d))、第一の実施形態と同様にして、凹部の内部
のみにレジスト40を残す(図8(e))。
【0046】次に、凹部以外の領域に形成された金属薄
膜37を酸処理等によりエッチングする(図8
(f))。その後、開口部内に残っているレジスト40
を有機溶媒などにより除去する(図8(g))。これら
の工程により、凹部の内部と外部で金属薄膜表面の抵抗
値が変わり、めっき金属膜40を選択的に析出すること
ができる。
【0047】ついで電解めっきを行い、凹部の内部にめ
っき金属膜40を選択的に析出させる(図8(h))。
めっき金属の材料としては、コストを考慮すれば銅が最
適であるが、抵抗値の小さい銀や、電解めっきを行える
金、鉄、ニッケル、スズ、白金、パラジウム、亜鉛など
の金属やそれらの合金も使用できる。この際、金属薄膜
36表面は、金属薄膜37表面よりも抵抗が高く、かつ
平滑になっている。このため、金属薄膜36表面にはめ
っき金属膜38が析出しにくい状態となっている。した
がって、金属薄膜37の露出部分に選択的にめっきが析
出することとなる。
【0048】最後に、凹部以外の領域に形成された誘電
体33、金属薄膜34、金属薄膜35、金属薄膜36お
よび導体のめっき金属膜40をバフ研磨などの研磨法等
を用いて削り、表面を平滑にする(図8(i))。使用
している誘電体33、金属薄膜34、金属薄膜35、金
属薄膜36がエッチング可能である場合は、エッチング
によっても除去しても良い。平坦化後、基板を洗浄して
薄膜コンデンサを完成する。
【0049】
【実施例】(実施例1)図4〜5を参照して本実施例に
ついて説明する。本実施例は、前述の第一の実施の形態
に対応するものである。
【0050】本実施例では、基板21としてガラス繊維
強化有機基板を用い、絶縁層にはネガ型のフルオレン骨
格を有するエポキシアクリレート樹脂を主原料とする新
日鐵化学株式会社製のV−259PAを用いた。
【0051】まず基板上21上に、上記ネガ型のエポキ
シアクリレート樹脂をスピンコータにより10μmの厚
さに塗布し、75℃で40分の乾燥を行い、800mJ
/cm2の露光後に窒素雰囲気中で200℃、30分硬
化させた絶縁層を形成した。その上にスパッタリング法
を用いて密着用にチタン薄膜と給電用に銅薄膜を順に堆
積させた。スパッタの条件例として、はじめに1×10
-7Torrまで真空引きした後に、アルゴンにより4×
10-3Torrとした中で、チタンの堆積条件を印加電
流値5A、トレースピード300mm/minで行い、
銅の堆積条件を印加電流値4A、トレースピード300
mm/minとして行った。チタン、銅それぞれの薄膜
の厚さは100nm、220nmである。
【0052】この給電膜上にポジ型のフォトレジストと
して東京応化工業株式会社製のP−LA900PMを用
い、スピンコータにより10μmの厚さで塗布し、90
℃、30分の乾燥の後に、下部電極のパターンを描いて
あるフォトマスクを用いて600mJ/cm2の露光、
アルカリ現像液で6分のディップ現像を行うことにより
パターンを得た。
【0053】パターン形成後、硫酸浴の電解銅めっきを
0.6A、12分の条件で行い、凹部に銅を析出させ
た。その後、レジストを有機溶媒などで除去し、さらに
酸素プラズマアッシャーを45℃、3分の条件で行うこ
とによりレジストを完全除去した。下部電極22以外の
部分の銅とチタンのスパッタ膜はエッチングにより除去
した。以上のようにして下部電極22が形成された(図
4(a))。
【0054】下部電極22を形成した後、絶縁層23と
してネガ型のフルオレン骨格を有するエポキシアクリレ
ート樹脂を主原料としている新日鐵化学株式会社のV−
259PAを用い、これをスピンコータにより20μm
の厚さに塗布した。75℃で40分の乾燥を行い、20
0mJ/cm2の露光、1%炭酸ソーダ水溶液で4分の
ディップ現像を行うことにより凹部を形成した後、凹部
内に抜け残っているエポキシアクリレート樹脂を45
℃、2分の酸素プラズマアッシャーにより除去した。最
後に窒素雰囲気中で200℃、30分の加熱を行いエポ
キシアクリレート樹脂を硬化させた(図4(b))。
【0055】次に、誘電体24、金属薄膜25、金属薄
膜26および金属薄膜27をこの順でスパッタリング法
により成膜した(図4(c))。誘電体24として酸化
チタンを、金属薄膜26としてチタンを、金属薄膜25
および金属薄膜27として銅を用いた。本実施例におけ
るスパッタ条件は、誘電体24(酸化チタン)は、はじ
めに1×10-7Torrまで真空引きした後に、アルゴ
ンおよび酸素により3×10-3Torrとした雰囲気中
で、堆積条件を印加電流値8A、トレースピード100
mm/minとして行った。膜厚は100nmである。
またチタンと銅の条件は、はじめに1×10-7Torr
まで真空引きした後に、アルゴンにより4×10-3To
rrとした雰囲気中で、金属薄膜26の堆積条件につい
ては印加電流値5A、トレースピード300mm/mi
nとし、金属薄膜25および金属薄膜27の堆積条件に
ついては印加電流値4A、トレースピード300mm/
minとした。金属薄膜26(チタン)の膜厚は100
nm、金属薄膜25および金属薄膜27(銅)の膜厚は
220nmとした。
【0056】次いで全面にレジスト20を形成した(図
4(d))。レジスト20の材料としては、ポジ型のフ
ォトレジストである東京応化工業株式会社製のP−LA
900PMを用いた。これをスピンコータにより10μ
mの厚さで塗布し、90℃、30分の乾燥を行った。次
いでフォトマスクを用いて240mJ/cm2の露光、
アルカリ現像液で6分のディップ現像を行うことによ
り、凹部のみレジスト20が残る状態を得た(図5
(e))。
【0057】この状態で金属薄膜27(銅スパッタ膜)
を全面エッチングし、凹部以外の領域に形成された金属
薄膜27を除去した(図5(f))。次に凹部の内部の
レジスト20を有機溶剤洗浄により除去した後、凹部の
内部に残存しているレジストを45℃、4分の酸素プラ
ズマアッシャーにより完全に取り去った(図5
(g))。なお、この工程は表面に露出したチタンを酸
化することも目的としている。この工程によりチタンを
酸化させることで、より高抵抗化でき、酸に対する不溶
性が増す効果も得られる。凹部の銅で被われている箇所
のチタンは酸化されることはなく、金属薄膜25の銅薄
膜も高抵抗化することはなかった。
【0058】この状態となった基板に硫酸浴の電解銅め
っきを0.6A、30分の条件で行い、凹部を銅めっき
で埋めた(図5(h))。この後、1000番でバフ研
磨を行うことにより、平滑表面の上部電極が形成できた
(図5(i))。めっきの際、酸化しているチタン表面
にも粒上に銅めっきが析出するが、バフ研磨の工程で完
全に除去できることが実験により確認されている。
【0059】上記のようにして得られた薄膜コンデンサ
は、表面が平滑になっているため、図6のように上部電
極上に絶縁層51、上部配線52を形成することにより
容易に多層配線構造を形成できる。なお、この図では接
続部のビアを埋まっている形が示されているが、ビア形
状に沿って均一に導体を析出させたビアであってもよ
い。また、限られた面積内で一定の容量を実現するた
め、下部電極に凹凸を付けておくことも可能である。凹
凸表面を有する下部電極とした場合、従来技術では薄膜
コンデンサの平坦性が損なわれ、多層配線構造の形成が
更に困難になるという問題が生じるが、本発明の薄膜コ
ンデンサは埋め込み構造を有するため、凹凸表面を有す
る下部電極であっても良好な平坦性が得られ、多層配線
を容易に形成できる。
【0060】(実施例2)本発明の第2の実施例を図面
を参照して説明する。この実施例は、前述の第2の実施
の形態に対応するものである。
【0061】まず実施例1と同様にして基板30上に下
部電極31を形成し(図7(a))、その上に絶縁層3
2を成膜した。絶縁層32には下部電極31に達する凹
部を設けた(図7(b))。
【0062】次に絶縁層32上に、誘電体33、金属薄
膜34、金属薄膜35、金属薄膜36、金属薄膜37
を、スパッタリング法を用いて形成した(図7
(c))。金属薄膜34、36の材料はチタン、金属薄
膜35、37の材料は銅とした。スパッタリングは、は
じめに1×10-7Torrまで真空引きした後に、アル
ゴンにより4×10-3Torrとした雰囲気中で、チタ
ンの堆積条件を印加電流値5A、トレースピード300
mm/minで行い、銅の堆積条件を印加電流値4A、
トレースピード300mm/minとして行った。チタ
ン、銅の膜厚は、それぞれ100nm、220nmであ
る。
【0063】次いで全面にレジスト40を形成した(図
7(d))。レジスト40の材料としては、ポジ型のフ
ォトレジストである東京応化工業株式会社製のP−LA
900PMを用いた。これをスピンコータにより10μ
mの厚さで塗布し、90℃、30分の乾燥を行った。次
いでフォトマスクを用いて240mJ/cm2の露光、
アルカリ現像液で6分のディップ現像を行うことによ
り、凹部のみレジスト40が残る状態を得た(図8
(e))。
【0064】この状態で金属薄膜37(銅スパッタ膜)
を全面エッチングし、凹部以外の領域に形成された金属
薄膜37を除去した(図8(f))。次に凹部の内部の
レジスト40を有機溶剤洗浄により除去した後、凹部の
内部に残存しているレジストを45℃、4分の酸素プラ
ズマアッシャーにより完全に取り去った(図8
(g))。なお、この工程は表面に露出したチタンを酸
化することも目的としている。この工程によりチタンを
酸化させることで、より高抵抗化でき、酸に対する不溶
性が増す効果も得られる。凹部の銅で被われているとこ
ろのチタンは酸化されることはなく、銅薄膜も高抵抗化
することはなかった。
【0065】この状態となった基板に硫酸浴の電解銅め
っきを0.6A、30分の条件で行い、凹部を銅めっき
で埋めた(図8(h))。この後、1000番でバフ研
磨を行うことにより、平滑表面の上部電極が形成できた
(図8(i))。めっきの際、酸化しているチタン表面
にも粒上に銅めっきが析出するが、バフ研磨の工程で完
全に除去できることが実験により確認されている。
【0066】上記のようにして得られた薄膜コンデンサ
は、表面が平滑になっているため、容易に多層配線構造
を形成することができる。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
膜コンデンサやその内蔵基板において、下部電極上に設
けられた凹部の内部に埋め込まれるように上部電極が形
成される。このため、上部電極と下部電極の短絡や、製
造過程における誘電体層の品質劣化が有効に防止され、
素子の信頼性が向上する。また、製造プロセスの簡略化
を図られる。さらに、薄膜コンデンサ上への多層配線の
形成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜コンデンサの断面図である。
【図2】本発明の薄膜コンデンサの断面図である。
【図3】本発明の薄膜コンデンサの断面図である。
【図4】本発明の薄膜コンデンサの製造方法を示す工程
断面図である。
【図5】本発明の薄膜コンデンサの製造方法を示す工程
断面図である。
【図6】本発明の薄膜コンデンサを用いた多層配線構造
を示す断面図である。
【図7】本発明の薄膜コンデンサの製造方法を示す工程
断面図である。
【図8】本発明の薄膜コンデンサの製造方法を示す工程
断面図である。
【図9】従来の薄膜コンデンサの一例を示す断面図であ
る。
【図10】従来の薄膜コンデンサの一例を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
11 基板 12 絶縁層 13 下部電極 14 誘電体層 15 上部電極 21 基板 22 絶縁層 23 下部電極 24 誘電体層 25 第一金属薄膜 26 第二金属薄膜 27 第三金属薄膜 28 めっき金属 29 上部電極 30 基板 31 下部電極 32 絶縁層 33 誘電体層 34 第一金属薄膜 35 第二金属薄膜 36 第三金属薄膜 37 第四金属薄膜 38 めっき金属 39 上部電極 40 レジスト 51 絶縁層 52 上層配線 90 基板 91 下部電極 92 誘電体層 93 上部電極 A 基板 B 導電膜 C 下部電極 D Ta層 E 陽極酸化膜(誘電体層)
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−193136(JP,A) 特開 平7−169854(JP,A) 特開 平9−289287(JP,A) 特開 平6−302764(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01G 4/00 - 4/40 H01L 27/01 H05K 1/16

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下部電極と、該下部電極を埋め込むよう
    に形成され該下部電極に達する凹部の設けられた絶縁層
    と、該凹部の内部に形成され該下部電極を覆う誘電体層
    と、該凹部の内部に形成され該誘電体層の上に形成され
    た上部電極とを備え、前記絶縁層の上面と前記上部電極
    の上面とを含む面が実質的に平坦であることを特徴とす
    る薄膜コンデンサ。
  2. 【請求項2】 下部電極と、該下部電極を埋め込むよう
    に形成され該下部電極に達する凹部の設けられた絶縁層
    と、該凹部の内部に形成され該下部電極を覆う誘電体層
    と、該凹部の内部に形成され該誘電体層の上に形成され
    た上部電極とを備えた薄膜コンデンサであって、 前記上部電極が第一乃至第三の層がこの順に積層された
    構造を有し、第一の層および第三の層が、VIIIa族元
    素、Ib族元素、またはアルミニウムを含む金属からな
    り、第二の層が、IVa族元素、Va族元素、またはVI
    a族元素を含む金属からなることを特徴とする薄膜コン
    デンサ。
  3. 【請求項3】 下部電極と、該下部電極を埋め込むよう
    に形成され該下部電極に達する凹部の設けられた絶縁層
    と、該凹部の内部に形成され該下部電極を覆う誘電体層
    と、該凹部の内部に形成され該誘電体層の上に形成され
    た上部電極とを備えた薄膜コンデンサであって、 前記上部電極が第一乃至第四の層がこの順に積層された
    構造を有し、第一の層および第三の層が、IVa族元素、
    Va族元素、またはVIa族元素を含む金属からなり、
    第二の層および第四の層が、VIIIa族元素、Ib族元
    素、またはアルミニウムを含む金属からなることを特徴
    とする薄膜コンデンサ。
  4. 【請求項4】 前記上部電極は前記凹部を実質的に完全
    に埋め込むように形成されたことを特徴とする請求項
    または3に記載の薄膜コンデンサ。
  5. 【請求項5】 前記絶縁層の上面前記上部電極の上面
    とを含む面が実質的に平坦であることを特徴とする請求
    2、3または4に記載の薄膜コンデンサ。
  6. 【請求項6】 前記凹部の幅が前記下部電極の幅よりも
    小さいことを特徴とする請求項1乃至いずれかに記載
    の薄膜コンデンサ。
  7. 【請求項7】 前記下部電極が平板形状を有することを
    特徴とする請求項1乃至いずれかに記載の薄膜コンデ
    ンサ。
  8. 【請求項8】 請求項1乃至7いずれかに記載の薄膜コ
    ンデンサを備えたことを特徴とする薄膜コンデンサ内蔵
    基板。
  9. 【請求項9】 基板上に直接に、または絶縁体を介して
    下部電極を形成する工程と、該下部電極の上に該下部電
    極を埋め込むように絶縁層を形成する工程と、該絶縁層
    中に該下部電極に達する凹部を形成し、該下部電極を露
    出させる工程と、該下部電極の露出部分を覆うように誘
    電体層を形成する工程と、該誘電体層の上に導電膜を形
    成する工程と、凹部以外の部分に形成された導電膜およ
    び誘電体層が除去されるように全面を平坦化する工程と
    を含むことを特徴とする薄膜コンデンサの製造方法。
  10. 【請求項10】 基板上に直接に、または絶縁体を介し
    て下部電極を形成する工程と、該下部電極の上に該下部
    電極を埋め込むように絶縁層を形成する工程と、該絶縁
    層中に該下部電極に達する凹部を形成し、該下部電極を
    露出させる工程と、該下部電極の露出部分を覆うように
    誘電体層を形成する工程と、該誘電体層の上に、抵抗値
    の異なる二以上の層からなる導電膜を、凹部を埋め尽く
    さないように形成する工程と、凹部以外の領域に形成さ
    れた該導電膜の少なくとも最外層を除去する工程と、前
    記凹部の内部に残された前記最外層の上に選択的に金属
    めっき膜を形成する工程とを含むことを特徴とする薄膜
    コンデンサの製造方法。
  11. 【請求項11】 前記導電膜の少なくとも最外層を除去
    する工程を、凹部を埋め込むようにマスクを形成した
    後、全面をエッチングすることにより行うことを特徴と
    する請求項10に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記導電膜は第一乃至第三の層がこの
    順に積層された構造を有し、第一の層および第三の層
    が、VIIIa族元素、Ib族元素、またはアルミニウムを
    含む金属からなり、第二の層が、IVa族元素、Va族元
    素、またはVIa族元素を含む金属からなることを特徴
    とする請求項10または11に記載の薄膜コンデンサの
    製造方法。
  13. 【請求項13】 前記導電膜は第一乃至第四の層がこの
    順に積層された構造を有し、第一の層および第三の層
    が、IVa族元素、Va族元素、またはVIa族元素を含
    む金属からなり、第二の層および第四の層が、VIIIa族
    元素、Ib族元素、またはアルミニウムを含む金属から
    なることを特徴とする請求項10または11に記載の薄
    膜コンデンサの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記導電膜を形成後、全面を平坦化
    し、凹部以外の部分に形成された導電膜を除去する工程
    を含むことを特徴とする請求項10乃至13いずれかに
    記載の薄膜コンデンサの製造方法。
  15. 【請求項15】 前記凹部の幅が前記下部電極の幅より
    も小さいことを特徴とする請求項9乃至14いずれかに
    記載の薄膜コンデンサの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記下部電極が平板形状を有すること
    を特徴とする請求項9乃至15いずれかに記載の薄膜コ
    ンデンサの製造方法。
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