电子元件制造技术

一种电子元件，包括衬底以及位于该衬底上的电容器单元。该电容器单元具有层叠结构，该层叠结构包括设置在该衬底上的第一电极层、与该第一电极层相对的第二电极层以及位于该第一电极层与该第二电极层之间的电介质层。该第一电极层具有多层结构，该多层结构包括与该电介质层接合的粘合金属层。该粘合金属层在该电介质层一侧设置有氧化物涂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种包括电容器的电子元件，该电容器设置在衬底上，例如通过半导体加工技术形成。
技术介绍
在诸如移动电话或者无线LAN的射频(以下称为RF)系统中，必须对信号进行相位匹配，以令人满意地在构成系统的各个功能器件之间的传输。因此，每个器件的输入/输出端通常设置有诸如电感器或电容器的无源元件，该无源元件用作控制信号相位的移相器。一般而言，在RF系统中，采用SAW滤波器作为窄带频率滤波器。SAW滤波器包括压电元件，在含有SAW滤波器的装置的制造过程中当物理冲击或者热效应被施加至SAW滤波器或者其压电元件时，由于压电效应SAW滤波器在压电元件的电极之间产生电势差。在这种情况下，预定的电压被施加至与SAW滤波器电连接的电子元件。包含在无源元件(移相器)中的电容器通常与SAW滤波器电连接，因此该电容器必须具有高的耐受电压(例如，150V或者更高)，从而防止电容器电极之间的介质击穿，而电容器电极之间的介质击穿可能在施加由SAW滤波器或其压电元件偶然产生的电压时发生。在增加部件数量来获得更高性能的驱动下，一直需要减小构成RF系统的各种部件的尺寸。为使系统的尺寸变小，可采用集成无源器件(以下称为IPD)作为无源元件(移相器)，其中IPD是基于半导体加工技术制造的，包括密集地集成在衬底上的多个预定无源元件，例如电感器、电容器、电阻器和滤波器。在采用IPD时，包含于其中的电容器仍然必须具有高的耐受电压，用以防止电容器电极之间的介质击穿，如上所述。例如，在JP-A-H04-61264和JP-A-2002-33239中可查找到与IPD相关的技术。包含在IPD中的电容器一般具有层叠结构，该层叠结构由设置在衬底上的下电极层、与下电极层相对的上电极层和设置在上述电极层之间的电介质层构成。下电极层和上电极层都要求具有低电阻以及能够实现与电介质层的充分粘合。上述层之间的粘合不充分会引起这些层之间的粘合状态随时间变差(例如这些层之间的间隙随时间扩大)，从而导致电容器的静态电容特性改变，而这是不希望发生的。通常，包含于IPD中的电容器的下电极层经常由包括Ti/Au/Ni/Au层的多层结构构成。具体来说，这种多层结构包括设置在衬底上的Ti层(例如50nm厚)、设置在Ti层上的第一Au层(例如500nm厚)、设置在第一Au层上的Ni层(例如50nm厚)、以及设置在Ni层上的第二Au层(例如500nm厚)，从而使来自Ni层的少量Ni通过热扩散到达电介质层一侧的第二Au层表面。由于电介质层一侧的第二Au层的表面上存在Ni，因此可知这种多层结构具有低电阻以及能够实现尤其与SiO2电介质层的充分粘合。然而，采用Ti/Au/Ni/Au多层结构作为下电极层不是总能确保下电极层与电介质层之间所需的粘合特性。此外，采用Ti/Au/Ni/Au多层结构作为下电极层可能导致不能在电容器中获得所需大小的耐受电压。增加电介质层的厚度可能有助于提高电容器的耐受电压，然而增加电介质层的厚度需要同时增加上电极层的面积，以确保电容器所需的静态电容。因此，从抑制电容器尺寸增加、从而抑制包含该电容器作为元件的IPD尺寸增加的观点来看，增加电介质层的厚度并非理想的解决方案。
技术实现思路
本专利技术是在上述情况下提出的，其目的是提供一种包括电容器单元的电子元件，该电容器单元确保下电极层与电介质层之间的充分粘合，并有助于获得高的耐受电压。本专利技术的第一方案提供一种包括衬底和电容器单元的电子元件。该电容器单元具有层叠结构，该层叠结构包括设置在该衬底上的第一电极层(下电极层)、与该第一电极层相对的第二电极层(上电极层)以及位于该第一电极层与该第二电极层之间的电介质层。该第一电极层具有多层结构，该多层结构包括经由氧化物涂层与该电介质层接合的粘合金属层，该氧化物涂层设置在该粘合金属层的表面上。为了形成根据本专利技术第一方案的粘合金属层，沉积金属材料，该金属材料在常温常压下可氧化从而在其表面上形成氧化物涂层，然后将金属层的生长面实际暴露于空气以进行氧化。因此，根据本专利技术第一方案的粘合金属层是易氧化金属层。此外，根据本专利技术的电子元件包括电容器元件本身以及将该电容器元件与另一元件集成在其中的集成电子元件。本专利技术的专利技术人发现与具有Ti/Au/Ni/Au多层结构的传统下电极层相比，经由表面涂层与电介质层接合的下电极层能够实现与电介质层的良好粘合，该表面涂层由设置在下电极层表面上的易氧化金属构成。本专利技术的专利技术人还发现与采用具有Ti/Au/Ni/Au多层结构的传统下电极层相比，采用设置有这种金属层的下电极层能够获得更高的耐受电压。本专利技术的第一方案基于这些研究结果。在根据本专利技术第一方案的电子元件的电容器单元中，第一电极层(下电极层)经由设置在第一电极层的粘合金属层上的氧化物涂层与电介质层接合。氧化物涂层具有来源于粘合金属层的基础金属的金属氧化物结构。具有这种金属氧化物结构的氧化物涂层易于与电介质层结合，该电介质层一般由氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钽或氧化钛构成。正是由于氧化物涂层与电介质层之间具有这种高接合特性，因此第一电极层能够实现与电介质层的良好粘合。此外，具有该金属氧化物结构的氧化物涂层起到阻止电子从第一电极层的主要部分流向电介质层的作用，从而可以解释为根据本专利技术的电容器单元具有高耐受电压的原因。优选地，该粘合金属层可包含从Ti、Cr以及Ta构成的组中选取的金属。Ti、Cr以及Ta是所谓的易氧化金属，在常压且相对温暖的条件下氧化。本专利技术的第二方案提供一种包括衬底和电容器单元的电子元件。该电容器单元具有层叠结构，该层叠结构包括设置在该衬底上的第一电极层(下电极层)、与该第一电极层相对的第二电极层(上电极层)以及位于该第一电极层与该第二电极层之间的电介质层。该第一电极层具有多层结构，该多层结构包括粘合金属层，该粘合金属层包含从Ti、Cr以及Ta构成的组中选取的金属并接合至该电介质层。为了形成根据本专利技术第二方案的粘合金属层，沉积金属材料，该金属材料包含从Ti、Cr以及Ta构成的组中选取的金属，但是没有将金属层的生长面完全暴露于空气。如以上描述的，本专利技术的第二方案基于如下研究结果与具有Ti/Au/Ni/Au多层结构的传统下电极层相比，经由表面涂层与电介质层接合的下电极层能够实现与电介质层的良好粘合，该表面涂层由设置在下电极层表面上的易氧化金属构成；与采用具有Ti/Au/Ni/Au多层结构的传统下电极层相比，采用设置有这种金属层的下电极层能够获得更高的耐受电压。优选地，第一电极层可包括粘合层，该粘合层包含该粘合金属层中包含的金属并与衬底接合。这种结构能够提高电容器单元的形成效率，从而提高电子元件的生产效率。这是因为在例如使用多个靶进行溅射工艺以形成第一电极层时，该结构简化了靶的选择。优选地，第一电极层可包括主导电层，该主导电层包含从Cu、Au、Ag和Al构成的组中选取的金属。这种结构适于减小第一电极层的电阻。优选地，根据本专利技术的电子元件还包括设置在该衬底上的互连层，该互连层可具有与该第一电极层的多层结构相同的多层结构，但不具有该粘合金属层。优选地，除了粘合金属层，该互连层与该第一电极层构成连续结构。优选地，根据本专利技术的电子元件还包括设置在该衬底上的无源元件，从而使该互连层构成该无源元件与该电容器单元之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子元件，包括　　　　衬底；以及　　　　电容器单元，具有层叠结构，该层叠结构包括设置在该衬底上的第一电极层、与该第一电极层相对的第二电极层以及位于该第一电极层与该第二电极层之间的电介质层；　　　　其中，该第一电极层具有多层结构，该多层结构包括与该电介质层接合的粘合金属层，该粘合金属层在该电介质层一侧设置有氧化物涂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松本刚，水野义博，宓晓宇，奥田久雄，上田知史，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]