(57)【要約】【課題】本発明は薄膜コンデンサにおいてその静電容量を大きくすることを目的とするものである。【解決手段】基板１１の上に電極１３を形成し、この電極１３の上に誘電体薄膜１４を形成した後、この誘電体薄膜１４の成膜温度よりも１００℃以上の高温でかつ酸素分圧が大気圧以上の雰囲気中で熱処理を行うことにより高誘電率の薄膜コンデンサが得られ、従来よりもはるかに高い誘電率を得ることができる。これにより、薄膜コンデンサとしての静電容量を大きくすることができるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に電極を形成し、この電極の上に誘電体薄膜を形成した後、この誘電体薄膜の成膜温度よりも１００℃以上の高温でかつ酸素分圧が大気圧以上の雰囲気中で熱処理を行う薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項２】
誘電体薄膜をスパッタリング法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項３】
誘電体薄膜をＣＶＤ法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項４】
誘電体薄膜をレーザーアブレーション法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項５】
誘電体薄膜を蒸着法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項６】
誘電体薄膜を分子線エピタクシー法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項７】
熱処理の温度を３００〜１５００℃にて行う請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項８】
熱処理以後の薄膜形成を熱処理の温度よりも低い温度にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項９】
熱処理時の酸素分圧を電極が酸化しない酸素分圧下にて行う請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項１０】
誘電体薄膜がＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＰｂＴｉＯ３，Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３，Ｐｂ｛（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）１−ｘＴｉｘ｝Ｏ３のうち少なくともいずれか一つを主成分とする請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項１１】
下部電極を白金または白金−ロジウム合金を主成分とする金属で形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項１２】
下部電極と上部電極を二種類以上の異なる金属で形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【請求項１３】
下部電極を二種類以上の異なる金属を積層構造に形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜コンデンサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の薄膜コンデンサは基板上に誘電体薄膜を例えばスパッタリング法によって形成することにより製造していた。すなわち、前記誘電体薄膜の上下面には対向電極が設けられており、その対向電極間に誘電体薄膜が存在することによって薄膜コンデンサが形成されるものである。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−０７９４８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例において、問題となるのは薄膜コンデンサとしての容量を大きくとることができないということであった。
【０００６】
すなわち、上記従来例で作られる誘電体薄膜はその誘電率を高くすることができず、その結果としてその静電容量も小さなものになっていた。
【０００７】
そこで、本発明はこの誘電体薄膜の誘電率を高めることによって、薄膜コンデンサの静電容量を大きくすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、基板上に電極を形成し、この電極の上に誘電体薄膜を形成した後、この誘電体薄膜の成膜温度よりも１００℃以上の高温でかつ酸素分圧が大気圧以上の雰囲気中で熱処理を行う薄膜コンデンサの製造方法であり、従来よりもはるかに高い誘電率を得ることができ、これによって薄膜コンデンサとしての静電容量を大きくすることができた。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の発明は、誘電体薄膜をスパッタリング法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、比較的大きな基板上に均質な薄膜を作製できるという特徴を有している。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の発明は、誘電体薄膜をＣＶＤ法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、組成の制御の自由度が大きいという特徴を有している。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の発明は、誘電体薄膜をレーザーアブレーション法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、簡単な装置で薄膜が作製できるという特徴を有している。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発明は、誘電体薄膜を蒸着法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、比較的小さな装置で、薄膜を作製できるという特徴を有している。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の発明は、誘電体薄膜を分子線エピタクシー法にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、高度な制御が可能で結晶方向の揃った高品質の薄膜を作製できるという特徴を有している。
【００１４】
本発明の請求項７に記載の発明は、熱処理の温度を３００〜１５００℃にて行う請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、顕著に誘電率を増加させることができる。
【００１５】
本発明の請求項８に記載の発明は、熱処理以後の薄膜形成を熱処理の温度よりも低い温度にて形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、薄膜にダメージを与えることなく熱処理を行うことができる。
【００１６】
本発明の請求項９に記載の発明は、熱処理時の酸素分圧を電極が酸化しない酸素分圧下にて行う請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、電極金属が酸化されて電極としての機能を喪失することを防ぐことができる。
【００１７】
本発明の請求項１０に記載の発明は、誘電体薄膜がＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＰｂＴｉＯ３，Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３，Ｐｂ｛（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）１−ｘＴｉｘ｝Ｏ３のうち少なくともいずれか一つを主成分とする請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、高い誘電率を実現することができる。
【００１８】
本発明の請求項１１に記載の発明は、下部電極を白金または白金−ロジウム合金を主成分とする金属で形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、高い温度、高い酸素分圧下での熱処理によっても電極としての機能を喪失することを防ぐことができる。
【００１９】
本発明の請求項１２に記載の発明は、下部電極と上部電極を二種類以上の異なる金属で形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、熱処理による高温、高酸素分圧に晒されることのない電極に対して、より安価な金属を用いることから薄膜コンデンサを安価に製造することができる。
【００２０】
本発明の請求項１３に記載の発明は、下部電極を二種類以上の異なる金属を積層構造に形成する請求項１に記載の薄膜コンデンサの製造方法であり、基板材料と薄膜誘電体材料との熱膨張係数の違いを吸収することにより信頼性の高い薄膜コンデンサを得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の薄膜コンデンサの製造方法について実施の形態および図面を用いて説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１および図１〜図３により請求項１，２，５，８，９，１１，１２，１３に記載の発明を説明する。
【００２３】
図１（ａ）は本発明の薄膜コンデンサの製造方法により作製されたＣＲフィルタの平面図であり、図１（ｂ）は前記ＣＲフィルタのＡ−Ａ’部における断面図である。また図２は本発明の実施の形態１におけるスパッタリング装置の構造原理図であり、図３は熱処理炉の構造模式図である。
【００２４】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態１におけるＣＲフィルタは、基板１１の上に抵抗素子とコンデンサ素子がそれぞれ薄膜技術により形成されて構成している。さらにこのコンデンサ素子を具体的に説明すると、耐熱性を有する絶縁性の基板１１の上に下部電極１３が形成され、この下部電極１３の上に誘電体薄膜１４が形成され、この誘電体薄膜１４の上に上部電極１６が形成されて薄膜コンデンサ素子が構成されている。
【００２５】
一方、抵抗素子は図１（ｂ）の構成から分かるように、下部電極１３の中間で電極にギャップを設け、その電極のギャップの上に抵抗体１５を形成することにより構成されている。
【００２６】
次に、この誘電体薄膜１４の形成方法についてＢａＴｉＯ３薄膜をスパッタリング法により形成する場合について説明する。
【００２７】
前記基板１１の上にスパッタリング法によりＰｔを下部電極１３として付与した基板１１を図２に示すところのスパッタリング装置２１の加熱部２３に下部電極１３を下方に向けて設置し、この設置された基板１１の下方にＢａＴｉＯ３のターゲット２４を設ける。
【００２８】
この状態において、まず真空ポンプ２５を用いてスパッタリング装置２１のチャンバー内を真空にしてからアルゴンと酸素の混合気体をガス流量コントローラー２６を用いて所定の流量を制御しながらスパッタリング装置２１のチャンバー内に導入し、チャンバー内の真空度を真空度計２９により制御するとともに温度センサ２８を用いて加熱部２３により所定の温度に基板１１を加熱し、その後所定の雰囲気に達したところで高周波電源２７を用いてプラズマを発生させる。このプラズマ発生によりイオン化されたアルゴンイオンがＢａＴｉＯ３からなるターゲット２４に衝突してＢａＴｉＯ３をたたき出し、ターゲット２４の上部に保持されている基板１１の上に形成されている下部電極１３の上にＢａＴｉＯ３からなる誘電体薄膜１４が形成される。
【００２９】
この際、一部スパッタリング装置２１のチャンバー内に導入した酸素を取り込んでＢａＴｉＯ３薄膜が形成される。しかしながら、この誘電体薄膜１４の形成は通常真空下で行われるために成膜された誘電体薄膜１４には酸素欠陥を有していることとなる。
【００３０】
次に、図３に示す熱処理炉３１を用いて熱処理を行う。まず誘電体薄膜１４を付与したサンプル３２を熱処理炉３１の内に配置し、この熱処理炉３１の温度をヒータ３６を用いて誘電体薄膜１４の形成時よりも１００℃以上高く設定し、熱処理炉３１の中に大気圧よりも高い酸素分圧を有する混合ガスを流量コントローラー３３を用いて導入する。
【００３１】
このとき、ジルコニア式の酸素分圧センサ３４を用いて酸素分圧を制御し、温度センサ３５を用いて熱処理温度を制御することにより、熱処理炉３１の中を大気圧よりも高い酸素分圧に保持しながら２時間の熱処理を行った。
【００３２】
その後、上部電極１６として金属アルミニウムを前記熱処理温度よりも１００℃低い温度に設定してスパッタリング法により形成した。
【００３３】
また、抵抗素子としてＮｉＣｒ合金を用いて前記熱処理温度よりも１００℃低い温度でスパッタリング法により成膜することにより抵抗体１５を形成した。
【００３４】
以上のように、熱処理以後のスパッタリング法による成膜時の温度は熱処理の温度よりも低く設定してあるので、誘電体薄膜１４に新たな酸素欠陥が発生することによる誘電率の低下を防ぐことができた。
【００３５】
以上の結果によって、熱処理を施さない従来のものに比較して約２倍の誘電率を有する誘電体薄膜１４が得られた。
【００３６】
さらに、下部電極１３の材料として酸化性を有する金属を用いるときには熱処理時の酸素分圧を電極が酸化しない酸素分圧下にて行うことにより、より安価な金属を下部電極１３として用いることができる。
【００３７】
また、上記の構成のように下部電極１３に白金を形成し、上部電極１６にＡｌを形成することにより生産性に優れた電極構成とすることができる。
【００３８】
さらに、下部電極１３として白金−ロジウム合金を用いることにより同じ結果を得ることができた。
【００３９】
また、スパッタリング法の代わりに蒸着法を用いて薄膜コンデンサを作製することができる。
【００４０】
蒸着法による薄膜コンデンサの作製法としては下部電極１３を形成した基板１１の表面に、ＢａＴｉＯ３の構成材料であるＢａ２Ｏ３とＴｉＯ２を別個の電子ビーム蒸発源に準備し、各々の蒸発速度を制御しながら同時に蒸着することによりＢａＴｉＯ３からなる誘電体薄膜１４を形成することができる。
【００４１】
このとき、誘電体薄膜１４の組成が酸素欠損側になりやすい傾向があるが、この後の大気圧よりも高い酸素分圧に保持した酸素雰囲気下の熱処理により、この酸素欠損を補うことができるために優れた高誘電率特性を得ることが可能である。また望ましくは酸素イオンアシストを行いながら蒸着することにより、当初より酸素欠損を低減できることから熱処理時間を短縮できる効果を得ることもできる。
【００４２】
また、下部電極１３として基板１１の上にＴｉを下地層として形成した後、このＴｉ下地層の上にＰｔを積層して形成した構成としても誘電体薄膜１４を作製することが可能であり、この下部電極１３の構成により作製した誘電体薄膜１４を５００℃の温度で大気中にて２時間熱処理し、その後誘電体薄膜１４の上にＣｕを電極として形成することにより高誘電率の薄膜コンデンサを形成することができた。このように基板１１の上にＴｉとＰｔの二種類の異なる金属を積層構造に下部電極１３を形成することによって基板１１と下部電極１３との付着強度を強くすることができるとともに、高価な金属であるＰｔの使用量を低減できるという効果も有しており、高信頼性と生産性の効率を高めることができる。
【００４３】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２により請求項３に記載の発明を説明する。
【００４４】
次に、成膜方法にＣＶＤ法を用いた場合について説明する。実施の形態１における誘電体薄膜１４の作製工程のみをＣＶＤ法に変更することによりＢａＴｉＯ３からなる誘電体薄膜１４を作製した。このＣＶＤ法は原料としてガス化した有機金属ガスを用いる成膜方法であり、今回はＢａ原料としてバリウムジピバロイルメタン（Ｂａ（Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２）２）、Ｔｉ原料としてイソプロポキシチタン（Ｔｉ（Ｃ３Ｈ７Ｏ）４）をそれぞれ用いて、反応ガスとして酸素を導入して作製した。作製した誘電体薄膜１４を成膜時よりも１００℃高い温度、大気圧以上の酸素分圧下で熱処理を行うことにより、約２倍の誘電率を有する誘電体薄膜１４を得ることができた。
【００４５】
また、このＣＶＤ法を用いることにより、原料としてガス化した有機金属ガスを用いることから誘電体薄膜１４の組成制御の自由度を大きくすることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３により請求項４に記載の発明を説明する。
【００４７】
次に、成膜手法にレーザーアブレーション法を用いた場合について説明する。実施の形態１において誘電体薄膜１４の作製工程のみをレーザーアブレーション法に変更してＢａＴｉＯ３からなる誘電体薄膜１４を作製した。ターゲットとしてＢａＴｉＯ３焼結体を用いレーザー照射により基板上に成膜した。
【００４８】
このレーザーアブレーション法により作製した誘電体薄膜１４を成膜時よりも１００℃以上高い熱処理温度、大気圧より高い酸素分圧下で熱処理を行うことにより、約２倍の誘電率を有する誘電体薄膜１４を得ることができた。
【００４９】
また、このレーザーアブレーション法を成膜手法に用いることによって、比較的小さな装置で誘電体薄膜１４を作製できる。
【００５０】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４により請求項６に記載の発明を説明する。
【００５１】
次に、成膜手法に分子線エピタキシー法を用いた場合について説明する。実施の形態１において誘電体薄膜１４の作製工程のみを分子線エピタキシー法に変更してＢａＴｉＯ３からなる誘電体薄膜１４を作製した。この分子線エピタキシー法は高真空中に導いた原子のビームを制御しながら、下地結晶表面に下地結晶と一定の方位関係を有する結晶を成長させる成膜技術である。作製した誘電体薄膜１４を成膜時よりも１００℃以上の高い熱処理温度、大気中より高い酸素分圧下で熱処理を行うことにより、約２倍の誘電率を有する誘電体薄膜１４を得ることができた。
【００５２】
また、この分子線エピタキシー法を用いることによって、高度な制御が可能で結晶方向の揃った高品質の誘電体薄膜１４を作製することができる。
【００５３】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５により請求項７に記載の発明を説明する。
【００５４】
熱処理温度の影響を検証するために、金属白金からなる基板１１の上に実施の形態１と同様にスパッタリング法によりＢａＴｉＯ３からなる誘電体薄膜１４を作製し、大気中２００〜１５５０℃にて熱処理を行ったところ、熱処理の温度は３００℃未満では熱エネルギーが不充分なために現実的な熱処理時間では充分に酸素欠陥を減少させることができず、大きな誘電率の向上効果を得ることができなかった。
【００５５】
また、１５００℃よりも高温においては形成した誘電体薄膜１４が焼結してしまい誘電体薄膜１４が熱歪みにより結晶構造が破壊されるために薄膜コンデンサを形成することができなかった。
【００５６】
従って、熱処理温度は３００〜１５００℃の範囲内であれば誘電体薄膜１４の誘電率を高めることが可能である。
【００５７】
このうち、１３００℃にて熱処理を行ったものは通常のものの誘電率が１００〜１５０程度であるのに対して１５００もの高い誘電率を有する誘電体薄膜１４を得ることができた。このように高い温度にて熱処理を施せばその効果はより顕著となることがわかる。
【００５８】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６により請求項１０に記載の発明を説明する。
【００５９】
前記実施の形態１において誘電体材料をＢａＴｉＯ３から、ＳｒＴｉＯ３，ＣａＴｉＯ３，ＰｂＴｉＯ３，Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘ，Ｔｉｘ）Ｏ３、及びＰｂ｛（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）１−ｘ，Ｔｉｘ｝Ｏ３を主成分とするものに変更して同様の検討を行った。
【００６０】
その結果、ＳｒＴｉＯ３を主成分とするものでは約２倍、ＣａＴｉＯ３を主成分とするものでは約２倍、ＰｂＴｉＯ３を主成分とするものでは約１．５倍、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘ，Ｔｉｘ）Ｏ３を主成分とするものでは約１．５倍、Ｐｂ｛（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）１−ｘ，Ｔｉｘ｝Ｏ３を主成分とするものでは約１．３倍の誘電率を有する誘電体薄膜１４が得られた。
【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明の薄膜コンデンサの製造方法によれば、誘電体薄膜の誘電率を従来よりも極めて高くすることができ、その結果、静電容量の大きな薄膜コンデンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における薄膜コンデンサを用いたＣＲフィルタの平面図
（ｂ）同断面図
【図２】同スパッタリング装置の構造原理図
【図３】同熱処理炉の構造模式図
【符号の説明】
１１  基板
１３  下部電極
１４  誘電体薄膜
１５  抵抗体
１６  上部電極
２１  スパッタリング装置
２３  加熱部
２４  ターゲット
２５  真空ポンプ
２６  ガス流量コントローラー
２７  高周波電源
２８  温度センサ
２９  真空度計
３１  熱処理炉
３２  誘電体薄膜を付与したサンプル
３３  流量コントローラー
３４  酸素分圧センサ
３５  温度センサ
３６  ヒータ
【図１】
2004356543.tif 000003
【図２】
2004356543.tif 000004
【図３】
2004356543.tif 000005