(57)【要約】  本発明は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラス基板を調製するステップ、ガラス基板上にモノリシックシステムレベルで集積化するための、１又は２以上の高表面積容量デバイスを形成する１又は２以上の孔又はポストを含むデザインレイアウトをマスキングするステップによって作製する方法、並びに製作されるデバイスを提供する。
2019512169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性デバイス。
【請求項２】
以下のステップから構成される感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性素子を創成する方法であって、
シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を調製するステップ、
１又は２以上の電気伝導路を前記感光性ガラスセラミック基板上に形成する１又は２以上の構造を含むデザインレイアウトをマスキングするステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る、少なくとも１０分間の加熱相にさらすステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を冷却し、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、
前記結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、１又は２以上のエッチングされた三次元構造をガラス基板中に形成するステップ、
前記エッチングされた三次元構造に隣接する前記結晶性ガラス基板がまた、セラミック相へ変換されてもよく、
希釈ガラスエッチング液でリンスし、ガラスに高表面積のテクスチャを創成するステップ、
原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて、ビア又はポストチャネルを底部電極用金属で被覆するステップ、
原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて、前記構造の全部又は一部を誘電体媒体で被覆するステップ、
原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて、前記ビア又はポストチャネルを上部電極用金属で被覆するステップ、並びに
前記上部及び前記誘電体媒体の全部又は一部を除去し、電気接点又は独立デバイスを提供するステップ、
前記金属が、表面又は埋設接点を介して回路に接続される、前記方法。
【請求項３】
電圧貯蔵デバイスとして機能する、請求項１に記載のガラスセラミック容量性デバイス。
【請求項４】
第１の結晶性ガラス基板であって、
前記第１の結晶性ガラス基板中の１又は２以上の第１の電気伝導路、及び前記１又は２以上の第１の電気伝導路に塗布される第１の金属被覆を含み、前記第１の結晶性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第１の結晶性ガラス基板、
第２の結晶性ガラス基板であって、
前記第２の結晶性ガラス基板中の１又は２以上の第２の電気伝導路、及び
前記１又は２以上の第２の電気伝導路に塗布される第２の金属被覆を含み、前記第２の結晶性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第２の結晶性ガラス基板、
前記第１の結晶性ガラス基板と前記第２の結晶性ガラス基板の間に位置する誘電体材料の層、並びに
前記第１の結晶性ガラス基板と前記第２の結晶性ガラス基板を接続する１又は２以上のビア、ポスト、チャネル、又はそれらの組合せ
を含む、ガラスセラミック容量性デバイス。
【請求項５】
第１の結晶性ガラス基板に接続される第１の末端、及び第２の結晶性ガラス基板に接続される第２の末端をさらに含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵装置として機能する、請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
第１の金属被覆、第２の金属被覆、又はその両方が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ａｌ２Ｏ３、又はそれらの混合物及び合金を含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
誘電体層が、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３を含むがそれに限定されない他の気相誘電体を含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項９】
シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を用意するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板上のデザインレイアウトをマスキングするステップであって、前記デザインレイアウトが、１又は２以上の電気伝導路を形成する１又は２以上の構造を含む、ステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る、少なくとも１０分間の加熱相まで加熱するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を冷却し、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、
前記結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、１又は２以上のエッチングされた三次元構造を前記結晶性ガラス基板中に形成するステップ、
前記エッチングされた三次元構造に隣接する前記結晶性ガラス基板の一部分をセラミック相へ変換する任意のステップ、
前記結晶性ガラス基板を希釈ガラスエッチング液でリンスし、ガラス領域に高表面積のテクスチャを形成するステップ、
ビア又はポストチャネルを第１の金属で被覆し、底部電極を形成するステップ、
前記構造の少なくとも一部分を誘電体媒体で被覆するステップ、
前記ビア又はポストチャネルを第２の金属で被覆し、上部電極を形成するステップ、
前記上部及び前記誘電体媒体の少なくとも一部分を除去し、電気接点又は独立デバイスを提供するステップ、並びに
前記第１の金属、前記第２の金属、又はその両方を、表面又は埋設接点を介して回路に接続するステップ
を含む、感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性デバイスを製作する方法。
【請求項１０】
第１の金属、第２の金属、又はその両方の被覆が、原子層堆積（ＡＬＤ）を用いる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵デバイスとして機能する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
第１の金属、第２の金属、又はその両方が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ａｌ２Ｏ３、又はそれらの混合物及び合金を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
誘電体層が、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、又は他の気相誘電体を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
第１の金属被覆、第２の金属被覆、又はその両方が、原子層堆積（ＡＬＤ）を用いて塗布される、請求項４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光性ガラス内セラミック基板中に三次元キャパシタ構造を創成すること（creating）、特に、電子、マイクロ波、及びラジオ周波数に関するフィルタ、サージ保護装置（surge protectors）、及び貯蔵装置を目的として、他の受動部品と共にキャパシタを製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積電子素子といったいくつかのマイクロマシニング（micromachining）及びマイクロファブリケーションプロセス（microfabrication processes）を目的として、他の素子システム又はサブシステムと共に、感光性ガラス構造が提案されている。従来のガラスのシリコンマイクロファブリケーションは、高価及び低収量であり、さらに射出モデリング又はエンボス加工プロセスによって不整合な形状を生成する。シリコンマイクロファブリケーション処理は、高価な基礎装備、各々に１００万ドルを超える費用が一般的にかかる、フォトリソグラフィ、及び反応性イオンエッチング又はイオンビームミリング器具に依拠し、さらに数百万から数十億の費用がかかる超清浄で高生産なシリコンファブリケーション設備を必要とする。射出成形及びエンボス加工は、より安価な三次元形状の生成方法であるが、転写において欠陥が生じるか、又は確率的な硬化プロセスに起因する差異が存在する。
【０００３】
本発明は、費用効率の高いガラスセラミック三次元キャパシタ構造又は三次元キャパシタアレイデバイスを創成する。本発明において、ガラスセラミック基板は、垂直平面及び水平平面の両方を、個別に、又は同時に加工するステップを通してそのような構造を形成し、二次元又は三次元容量性デバイス（capacitive device）を形成する能力を示した。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、ビア又はポストを有する感光性ガラス基板を調製するステップ、さらに導電層（通常は金属）、誘電体材料、及び最上層導電層（通常は金属）を、１又は２以上被覆、又は充填するステップによって、二次元又は三次元キャパシタデバイスを１又は２以上有する基板を作製する方法を含む。
【０００５】
シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック複合基板を調製するステップ、感光性ガラス基板中に、二次元又は三次元キャパシタデバイスを１又は２以上含むデザインレイアウトをマスキングするステップ、感光性ガラス基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、感光性ガラス基板を、そのガラス転移温度を上回る、少なくとも１０分間の加熱相にさらすステップ、感光性ガラス基板を冷却し、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、並びに結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、その後容量性デバイスの製造に使用される傾斜チャネル（angled channels）又は貫通孔を１又は２以上形成するステップによって作製する方法、並びに調製されるデバイス。
【０００６】
本発明は、第１の結晶性ガラス基板であって、第１の結晶性ガラス基板中の１又は２以上の電気伝導路、及び１又は２以上の電気伝導路に塗布される金属被覆を含み、第１の結晶性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第１の結晶性ガラス基板、第２の結晶性ガラス基板であって、第２の結晶性ガラス基板中の１又は２以上の第２の電気伝導路、及び１又は２以上の第２の電気伝導路に塗布される第２の金属被覆を含み、第２の結晶性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第２の結晶性ガラス基板、第１の結晶性ガラス基板と第２の結晶性ガラス基板の間に位置する誘電体材料の層、並びに第１の結晶性ガラス基板と第２の結晶性ガラス基板を接続する１又は２以上のビア、ポスト、チャネル、又はそれらの組合せを含む、ガラスセラミック容量性デバイスを提供する。第１の末端は、第１の結晶性ガラス基板に接続されてもよく、第２の末端は、第２の結晶性ガラス基板に接続されてもよい。ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵装置として機能してもよい。金属被覆、第２の金属被覆、又はその両方が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ａｌ２Ｏ３、又はそれらの混合物及び合金であってもよい。誘電体層が、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３を含むがそれに限定されない他の気相誘電体であってもよい。
【０００７】
本発明は、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を用意するステップ、感光性ガラスセラミック基板上のデザインレイアウトをマスキングするステップであって、デザインレイアウトが、１又は２以上の電気伝導路を形成する１又は２以上の構造を含む、ステップ、感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る、少なくとも１０分間の加熱相まで加熱するステップ、感光性ガラスセラミック基板を冷却し、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、１又は２以上のエッチングされた三次元構造を結晶性ガラス基板中に形成するステップ、エッチングされた三次元構造に隣接する結晶性ガラス基板の一部分をセラミック相へ変換する任意のステップ、結晶性ガラス基板を希釈ガラスエッチング液でリンスし、ガラス領域に高表面積のテクスチャ（texture）を形成するステップ、ビア又はポストチャネルを第１の金属で被覆し、底部電極を形成するステップ、構造の少なくとも一部分を誘電体媒体で被覆するステップ、ビア又はポストチャネルを第２の金属で被覆し、上部電極を形成するステップ、上部及び誘電体媒体の少なくとも一部分を除去し、電気接点又は独立デバイスを提供するステップ、並びに第１の金属、第２の金属、又はその両方を、表面又は埋設接点を介して回路に接続するステップを含む、感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性デバイスを製作する方法を提供する。
【０００８】
第１の金属、第２の金属、又はその両方の被覆が、原子層堆積（ＡＬＤ，atomic layer deposition）を用いる。ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵装置として機能する。第１の金属、第２の金属、又はその両方が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｗ、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、Ａｌ２Ｏ３、又はそれらの混合物及び合金を含む。誘電体層が、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、又は他の気相誘電体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のさらなる利益及び利点は、添付の図面を参照し、例として与えられる以下のさまざまな実施形態の記載から、より明らかになる。
【図１】直径が６５ｕｍ、中心間のピッチが７２ｕｍの貫通孔ビアを示す図である。
【図２】１ｍｍ厚の基板中のブラインドビアであって、ビア深さが４４０μｍ、頂部の直径が４１μｍ、底部の直径が１９μｍのブラインドビアである。
【図３】APEX（登録商標）ガラス中／上の、表面積が広く、アスペクト比が大きいデバイスの平面図である。
【図４】APEX（登録商標）ガラス中／上の、充填貫通孔ビアの側面図である。
【図５】ＡＤＬキャパシタ構造を有するブラインドビアの分解図を示すカラーの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のさまざまな実施形態の製作及び使用が以下に詳細に検討されるが、本発明は、幅広いさまざまな具体的状況で具現化され得る、応用可能な多くの発明概念を提供すると理解されるべきである。本明細書で検討される具体的な実施形態は、本発明をなす及び使用する特定の方法の例示に過ぎず、発明の範囲を定めるものではない。
【００１１】
本発明を容易に理解するために、多くの用語を以下に定義する。本明細書において定義される用語は、本発明に関する分野の当業者が通常理解する意味を有する。「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」といった用語は、単数の実体のみを意味することを意図せず、説明のために使用され得る具体例の一般的な分類を含む。本明細書における専門用語は、本発明の具体的な実施形態を説明するために使用されるが、それらの用法は、特許請求の範囲において概説される場合を除き、発明の範囲を定めない。
【００１２】
これらの需要に応えるため、本発明者らは、半導体、ＲＦ電子装置、マイクロ波電子装置、及び光学イメージングのための、新規の実装及び基板材料として、ガラスセラミック（APEX（登録商標））ガラスセラミック）を開発した。APEX（登録商標）ガラスセラミックは、第１世代半導体装置を使用し、簡単な３段階のプロセスで加工され、最終材料は、ガラス、セラミックの何れかに構成することができるか、又はガラス及びセラミックの両方の領域を含有することができる。APEX（登録商標）ガラスセラミックは、高密度のビアが容易に作製される、マイクロ流体能を示す、マイクロレンズ又はマイクロレンズアレイ、より硬質な実装体のための高いヤング率、ハロゲンを用いない製造、及び安価な製造が挙げられる、既存の材料に対するいくつかの利益を有する。フォトエッチング可能なガラスは、各種のマイクロシステム構成要素の作製に関し、いくつかの長所を有する。微細構造は、従来の半導体加工装置を使用し、これらのガラスを用いて比較的安価に生産されている。一般的に、ガラスは、高い温度安定性、良好な機械及び電気特性を有し、プラスチック及び多くの金属よりも良好な耐化学性を有する。我々の知る限り、唯一の市販のフォトエッチング可能なガラスは、Schott Corporation社が製作し、Invenios Inc.社のみによって米国に輸入されるFOTURAN（登録商標）である。FOTURAN（登録商標）は、微量な銀イオンに加えて微量な他の元素を含有するリチウムアルミニウムケイ酸塩ガラス、具体的には７５〜８５重量％の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、７〜１１重量％の酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、３〜６重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、１〜２重量％の酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、０．２〜０．５重量％の三酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）又は酸化ヒ素（Ａｓ２Ｏ３）、０．０５〜０．１５重量％の酸化銀（Ａｇ２Ｏ）、及び０．０１〜０．０４重量％の酸化セリウム（ＣｅＯ２）を含む。本明細書で使用される場合、「APEX（登録商標）ガラスセラミック」、「APEX（登録商標）ガラス」又は単なる「APEX（登録商標）」という用語は、本発明のガラスセラミック組成物の一実施形態を表すために用いられる。
【００１３】
酸化セリウムは、酸化セリウムの吸収バンド範囲内のＵＶ光に露光されると増感剤として作用し、光子を吸収し、電子を失って、例えば
【００１４】
［化１］
Ce3+ + Ag+ = Ce4+ + Ag0
【００１５】
のように、隣接する酸化銀を還元して銀原子を形成させる。
【００１６】
焼成プロセスにおいて、銀原子は、合体して銀ナノクラスターとなり、周囲のガラスの結晶化のための核生成部位を誘導する。マスクを通してＵＶ光に露光される場合、ガラスの露光された領域のみが、続く熱処理において結晶化する。
【００１７】
この熱処理は、ガラス転換温度付近の（例えば、FOTURAN（登録商標）に関しては空気中で４６５℃より高い）温度で行う必要がある。結晶相は、未露光のガラス質非晶質領域よりも、フッ化水素酸（ＨＦ）といったエッチング液に対する溶解度が高い。特に、FOTURAN（登録商標）の結晶領域は、非晶質領域よりも約２０倍速く１０％ＨＦ中でエッチングされ、露光された領域が除去された際に、約２０：１の壁面斜面比（wall slopes ratios）の微細構造を可能とする。
【００１８】
一般的に、性能、均一性、他者の利便性、及び有効性の問題に悩まされる微細構造形成において、ガラスセラミック材料の収める成功は限られている。過去のガラスセラミック材料で得られるエッチングアスペクト比は、およそ１５：１であるのに対し、APEX（登録商標）ガラスの平均エッチングアスペクト比は、５０：１を超える。これにより使用者は、より小さく、より深いフィーチャ（features）の創成が可能となる。さらに、我々の製造方法は、９０％を超える製品収量を可能とする（伝来のガラスの収量は５０％前後である）。最後に、伝来のガラスセラミックにおいては、ガラスのおよそ３０％のみがセラミック状態へ変換するのに対し、APEX（商標）ガラスセラミックを用いる場合、この変換率は７０％前後である。
【００１９】
APEX（登録商標）ガラス組成物は、その性能の向上に関し、３つの主要な機構を与える：（１）より多量の銀により、粒界でより速くエッチングされる、より小さいセラミック結晶の形成がもたらされる、（２）シリカ含有量（ＨＦ酸によりエッチングされる主要成分）の低減により、未露光材料の不要なエッチングが低減される、並びに（３）アルカリ金属及び酸化ホウ素のより高い総重量パーセントにより、格段に均一なガラスが製造時に生じる。
【００２０】
ガラスのセラミック化は、およそ２０Ｊ／ｃｍ２の３１０ｎｍの光でガラス基板全体を露光することによって成し遂げられる。セラミック内部にガラス区域を創成しようとする場合、使用者は、ガラスをガラスのまま残すべき箇所を除き、全ての材料を露光する。一実施形態において、本発明は、異なる直径のさまざまな同心円を含有する石英／クロムマスクを提供する。
【００２１】
本発明は、電子、マイクロ波、及びラジオ周波数用途のガラスセラミック構造の中又は上の誘導デバイスを作製する方法を含む。ガラスセラミック基板は、６０〜７６重量％のシリカ、Ｋ２ＯとＮａ２Ｏの組合せが６重量％〜１６重量％となる少なくとも３重量％のＫ２Ｏ、０．００３〜１重量％の、Ａｇ２Ｏ、及びＡｕ２Ｏからなる群から選択される少なくとも１つの酸化物、０．００３〜２重量％のＣｕ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の組合せが１３重量％を超えない０．７５重量％〜７重量％のＢ２Ｏ３及び６〜７重量％のＡｌ２Ｏ３、８〜１５重量％のＬｉ２Ｏ、並びに０．００１〜０．１重量％のＣｅＯ２を含むがそれらに限定されない、広範な組成変動を有する感光性ガラス基板であってもよい。この組成物、及び他の多様な組成物は、一般的にAPEX（登録商標）ガラスと称される。
【００２２】
露光部分は、ガラス基板をガラス転換温度付近の温度まで加熱することによって結晶性材料へ転換され得る。ガラス基板をフッ化水素酸といったエッチング液でエッチングする場合、ガラスを広域スペクトル中間紫外線（broad spectrum mid-ultraviolet flood lamp）（約３０８〜３１２ｎｍ）フラッドランプで露光する際の、未露光部分に対する露光部分の異方性エッチング比は、少なくとも３０：１であり、少なくとも３０：１のアスペクト比を有する成形ガラス構造（shaped glass structure）が生じ、誘導構造が創成される。露光用のマスクは、誘導構造／デバイスを創成するために、連続するグレースケール（grey scale）の露光をもたらして湾曲構造を形成する、ハーフトーンマスクであり得る。フラッド露光（flood exposure）と共にデジタルマスクを使用することもでき、デジタルマスクは、誘導構造／デバイスの創成をもたらすために使用され得る。次いで、露光されたガラスは、通常２段階のプロセスで焼成される。銀イオンを銀ナノ粒子へ合体させることを目的として、４２０℃〜５２０℃の間の温度範囲で１０分〜２時間の間加熱し、５２０℃〜６２０℃の間の温度範囲で１０分〜２時間の間加熱し、銀ナノ粒子周囲に酸化リチウムを形成させる。ガラスプレートは、次いでエッチングされる。ガラス基板は、通常５体積％〜１０体積％のＨＦ溶液からなるエッチング液でエッチングされ、露光部分の未露光部分に対するエッチング比は、広域スペクトル中間紫外線フラッドライトで露光する場合、少なくとも３０：１であり、レーザーで露光する場合、３０：１を超え、異方性エッチング比が少なくとも３０：１の成形ガラス構造が生じる。
【００２３】
本発明は、ガラスセラミック基板の複数のビア又はポスト中に創成される誘導構造を含み、そのようなプロセスは、二次元又は三次元キャパシタデバイスを１又は２以上少なくとも含有する感光性ガラス構造を使用する。容量性デバイスは、ビアが貫通孔又はブラインドビアである、１つのビア、又は一連のビア、原子層堆積（ＡＬＤ）法を用いる底部電極、誘電体、及び上部電極の堆積によって形成される。ビアは、希釈ＨＦといったエッチング液を用いて追加の低濃度リンスをさらに受けてもよい。希釈ＨＦは、ビアのセラミック壁面に模様を形成するか、又はテクスチャを付与する。セラミック壁面へのテクスチャの付与は、デバイスの電気容量を直接増大させる構造の表面積を著しく増大させる。
【００２４】
容量性デバイスは、ガラスに良好に付着する導電層、誘電体層、上部導電層、及び最終バリア層からなる。APEX（登録商標）ガラスの次元構造（dimensional structure）は、２ミクロン未満のＴｉＮ層、又は他の電極材料層で被覆され、その後に２ミクロン以下のＴａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３を含むがそれに限定されない他の気相誘電体の誘電体層が続く。ＴＭＡ及びＯ３を用いる３８０℃のＡｌ２Ｏ３−サイクル時間：３．５ｓ。次いでＡｌ２Ｏ３層は、酸素環境中で５分間３００℃に加熱され、誘電体層は完全に酸化される。次いで、２ミクロン未満のＴｉＮ上部電極をＡＬＤによって堆積させる。誘電体中の空間電荷の形成を防ぐため、上部及び底部電極は、同一の材料から構築される必要がある。仕事関数差の大きさに依存し、空間電荷は、誘電体層を破壊することなく外部電圧によって除去可能なものより大きくなり得、キャパシタが有用でなくなる。仕事関数の問題の解決は、電極と誘電体の間に抵抗接点を設置することによって達成され得る。電気容量を増大させるために、追加の金属層及び絶縁体層を追加してもよい。
【００２５】
好ましい実施形態。好ましい構造は、ビア又はポストを希釈ＨＦ洗浄し、底部電極には高度にテクスチャが付与された表面積で被覆されたＴｉＷメタライゼーション（metallization）を、誘電体には五酸化タンタルを、及び上部電極にはＴｉＷメタライゼーションを創成するキャパシタ構造を創成することである。ＴｉＷ底部電極は、２段階のＡＤＬプロセスを必要とする。第１段階は、３００℃〜４００℃の基板温度において、約１．８ｓのサイクル時間で１．６７Å／サイクルのＴｉＣｌ４速度を使用してＴｉを堆積させることである。第２段階は、パージ前に基板の表面上に混在するＳｉ−Ｈ及びＷ−Ｆを使用してタングステン（Ｗ）を堆積させることである。Ｗの直線的な成長速度は、ＡＬＤサイクルの間、各反応物の割合が均等であることを必要とする。タングステンについての典型的なＡＬＤ成長は、３．５ｓのサイクル時間、１７７℃〜３２５℃の間の基板温度で、６Åサイクルである。両金属の堆積の達成に必要な基板温度でＡＬＤサイクルをＷからＴｉへ入れ替えることで、ＴｉＷ層の形成がもたらされる。プロセスは、ＴｉＷ構造が２０Åに達するまで繰り返される。次に、水素原子の存在下でＴａＣｌ５前駆体を使用し、ＡＬＤによってＴａ２Ｏ５が形成される。タンタル膜は、１．８ｓのＡＬＤサイクル時間、２５〜４００℃の基板温度で堆積される。各ＡＬＤサイクルの後、基板が４００℃である間に、タンタル膜は、３０秒間Ｏ２にさらされる。これにより、金属タンタル膜は、Ｔａ２Ｏ５へ変換される。デバイスは、底部電極と同様にしてＴｉＷからなる上部電極を付与することによって完成する。ＡＬＤ法のまさにこの性質により、高密度コンフォーマル被膜（conformal coatings）が可能となる。
【００２６】
キャパシタ構造の仕上げは、キャパシタの両接点への電気的接続が可能となるよう、底部電極に至るまでのエッチングを必要とする。これは、構造を標準的なポジ型フォトレジストで被覆することによって成し遂げられる。キャパシタ構造の長方形上部部品を用いてフォトレジストを露光する。次いで、キャパシタ上のフォトレジストを現像、及び除去し、上部ＴｉＷフォトレジスト電極を露出させる。ＴｉＷ電極は、Tegal 804プラズマエッチングシステムを使用し、ＳＦ６／Ｈｅプラズマでエッチングされる。このエッチング速度は、２００Ｗの進行波電力で２００Å／分である。このエッチングは、Ｔａ２Ｏ５層に優先的に行われ、Ｔａ２Ｏ５層を有効なエッチング停止層とする。Ｔａ２Ｏ５、プラズマエッチングは、３００Ｗの進行波電力、１２００Å／分のエッチング速度でＡｒ／Ｃｌ（１０％／９０％）混合物を使用する。Ａｒ／Ｃｌプラズマは、ＴｉＷ底部電極を攻撃／エッチングしない。これにより、キャパシタ用の上部及び底部電極は、多くの標準的な厚膜及び薄膜プロセスによって、回路の他の部分に接続可能となる。
【００２７】
第２の実施形態は、容量性構造用のベース基板として、片面又は両面上にテクスチャが付与された高表面積を創成してガラスセラミックを部分的又は完全に除去する、希釈ＨＦ溶液でエッチングされたセラミック相を有し得る、貫通孔ビアを使用する。第３の実施形態は、高表面積容量性構造を創成する、希釈ＨＦでエッチングされたセラミック相を有し得る、APEX（登録商標）ガラス基板の片面又は両面上のポストを使用する。
【００２８】
本発明及びその利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書においてさまざまな変更、置換、及び代替が可能であると理解されるべきである。さらに、本出願の範囲は、本明細書に説明されるプロセス、機械、製造された物、組成物、手段、方法、及びステップの特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。本発明の開示から当業者が容易に理解するように、現在存在するか又は後に開発される、本明細書に説明される、対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たすか又は実質的に同じ結果を達成するプロセス、機械、製造された物、組成物、手段、方法、又はステップが、本発明に従って利用されてもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造された物、組成物、手段、方法、又はステップをそれらの範囲内に含むよう意図される。
【図１】
2019512169.tif 000003
【図２】
2019512169.tif 000004
【図３】
2019512169.tif 000005
【図４】
2019512169.tif 000006
【図５】
2019512169.tif 000007
【国際調査報告】
2019512169.tif 000008