JP2002270780A - キャパシタ材料薄膜の製造方法 - Google Patents

キャパシタ材料薄膜の製造方法

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JP2002270780A
JP2002270780A JP2001072934A JP2001072934A JP2002270780A JP 2002270780 A JP2002270780 A JP 2002270780A JP 2001072934 A JP2001072934 A JP 2001072934A JP 2001072934 A JP2001072934 A JP 2001072934A JP 2002270780 A JP2002270780 A JP 2002270780A
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capacitor
film
composite film
thin film
dielectric
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JP2001072934A
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Yoshihiko Imanaka
佳彦 今中
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャパシタ材料薄膜の製造方法に関し、極め
て簡単な手段で高誘電率の誘電体複合膜からなるキャパ
シタ材料薄膜を実現し、キャパシタの高容量化、V/G
間ピッチの狭小化、多層化を可能にしようとする。 【解決手段】 セラミック粒子14並びに樹脂層13を
構成する樹脂の混合液をSiウエハ11上に塗布して誘
電体複合膜を成膜し、該誘電体複合膜を研磨してセラミ
ック粒子14の粒径以下の厚さのキャパシタ材料薄膜に
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低インダクタンス
且つ高容量で高周波回路で使用するのに好適なキャパシ
タを実現するのに有用なキャパシタ材料薄膜の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI(large scale in
tegrated circuit)装置に於ける動作
周波数の高周波化及び駆動電圧の低電圧化の傾向が加速
度的に進行している。
【0003】このような高速・低電圧LSI装置が使用
される回路系では、回路基板内で発生するスイッチング
・ノイズに起因するLSI誤動作や電源電圧変動を抑止
する為、LSI装置の周囲にキャパシタを配設してい
る。
【0004】近年のLSI装置に於いては、駆動電圧は
低減する方向に向かっているが、供給電流は増加する傾
向にあり、従って、電源/グランド間のインピーダンス
は低く抑えなければならず、この為、LSI装置の周囲
に配置する電源/グランド間のキャパシタに於けるイン
ピーダンスは低減する必要がある。
【0005】一般に、高周波回路で使用するキャパシタ
のインピーダンスを低減するには、高周波特性に最も影
響を及ぼすインダクタンスの低減と共に静電容量を大き
くすることが必要であり、更なる低インピーダンス、即
ち、低インダクタンス且つ高容量のキャパシタの実現が
望まれる。
【0006】従来、高周波対応のキャパシタとして商品
名LICA(Low Inductance Capa
citor Array)と呼ばれる米国AVX社製の
キャパシタが知られている。
【0007】図3は従来のキャパシタを説明する為の要
部斜面説明図であり、1及び2は電極、3は誘電体、4
及び5は電荷の方向を表す矢印、6及び7は端子をそれ
ぞれ示している。尚、図3の(A)では誘電体3を省略
してある。
【0008】このキャパシタは、誘電体膜をグリーン・
シートを用いる厚膜プロセスで作製し、電源電極1/接
地電極2間(V/G間)のピッチは400〔μm〕と狭
く、また、V/Gの端子6及び7を交互に引き出すこと
ができ、従って、高誘電率及び高容量を実現することを
可能にしている。
【0009】然しながら、図示キャパシタの構造で、こ
れまでよりも低インダクタンス化を図る為には、V/G
間ピッチを更に狭めることが必要なのであるが、厚膜プ
ロセスを利用するのでは寸法の微細化に限界があるの
で、最近では、ゾル・ゲル法やスパッタリング法などの
薄膜プロセスを利用してキャパシタを作製する技術が開
発されている。
【0010】薄膜プロセスで作製したキャパシタでは、
V/G間の狭ピッチ化には有効であるが、多層構造にし
なければならず、その作製可能層数には制限があること
及び誘電体の高誘電率化にも限界があることから、低イ
ンダクタンス化には有効であっても、高容量化には対処
することができない。
【0011】更にまた、高誘電率のセラミックスと樹脂
との複合体膜を誘電体膜とするキャパシタも提案されて
いるが、プロセス上の問題、即ち、スピン・コート法を
適用することが隘路となって、複合体膜の誘電率を向上
することができず、また、多層化の層数も制限を受け
る。
【0012】図4はキャパシタの誘電体膜となる複合体
膜を表す要部切断側面図であり、図に於いて、11は表
面が絶縁層で覆われたSiウエハ、12は電極層、13
は樹脂層、14はセラミック粒子をそれぞれ示してい
る。
【0013】図から明らかであるが、電極層12上にス
ピン・コートした樹脂層13中にはセラミック粒子14
が密とは言えない状態で分散しているので、その表面は
セラミック粒子14の存在に起因し、実際には図示のよ
うに平坦ではなく、かなりの凹凸が存在する。
【0014】従って、樹脂層13及びセラミック粒子1
4からなる誘電体複合膜は、期待するほどの高誘電率化
は実現されていないし、また、表面の凹凸が原因となっ
て多層化も困難である。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、極めて簡
単な手段で高誘電率の誘電体複合膜からなるキャパシタ
材料薄膜を実現し、キャパシタの高容量化、V/G間ピ
ッチの狭小化、多層化を可能にしようとする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック粉
末と樹脂とからなる誘電体複合膜の誘電率を向上させる
為、誘電体複合膜を成膜し、その膜厚がセラミック粉末
の粒径以下になるよう研磨することが基本になってい
る。
【0017】一般に、図4に見られる誘電体複合膜に於
いて、セラミック粒子14の一個々がキャパシタ要素で
あるとし、図面上で上下間に外部電界が加わるとした場
合、キャパシタ要素であるセラミック粒子14は、外部
電界に対して垂直に起立し且つ直列に並んでいる状態が
最も高い誘電率を示すことが知られている。
【0018】また、キャパシタ要素であるセラミック粒
子14は前記した状態で、しかも、密であればあるほ
ど、誘電体複合膜が示す誘電率は高くなるのであるが、
図4に見られる誘電体複合膜では、樹脂層13の領域が
可なり多くなっていて、セラミック粒子14は樹脂層1
3に比較して遙に疎であることが理解されよう。
【0019】そこで、本発明では、セラミック粒子を混
入した樹脂を塗布して誘電体複合膜を成膜し、その誘電
体複合膜をCMP(chemical mechani
cal polishing)法を適用して研磨し、そ
の膜厚をセラミック粉末の粒径以下にすることが基本に
なっている。
【0020】図1は本発明の原理を説明する為の誘電体
複合膜からなるキャパシタ材料薄膜を表す要部切断側面
図であって、図3に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【0021】図から明らかであるが、本発明では、従来
の技術に依る誘電体複合膜、即ち、図4について説明し
た誘電体複合膜を成膜してから、CMP法を適用するこ
とに依り、その膜厚がセラミック粒子14の粒径以下と
なるように研磨する。
【0022】このようにすると、誘電体複合膜に於ける
樹脂層13とセラミック粒子14との体積分率はセラミ
ック粒子14に関する体積分が飛躍的に大きくなり、図
4に見られる誘電体複合膜に比較して誘電率は遙に高く
なり、しかも、表面は充分に平坦化される。
【0023】従って、本発明に依るキャパシタ材料薄膜
を用いれば、高容量化、V/G間ピッチの狭小化、多層
化されたキャパシタを容易に実現することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】図1に見られるキャパシタ材料薄
膜を製造する場合を本発明の実施の形態1として説明す
る。
【0025】(1)スパッタリング法を適用することに
依り、SiO2 などからなる絶縁層で覆われたSiウエ
ハ11上に厚さが300〔nm〕のCuからなる電極層
12を形成する。
【0026】(2)スピン・コート法を適用することに
依り、平均粒径が0.1〔μm〕のチタン酸バリウム粒
子を30〔容量%〕及びポリイミド系ワニスを70〔容
量%〕を混合した液体を塗布すると厚さが約15〔μ
m〕の誘電体複合膜が形成される。
【0027】(3)前記誘電体複合膜に温度400
〔℃〕、時間3〔時間〕のキュアを加えた後、CMP法
を適用することに依って研磨し、その厚さを5〔μm〕
程度とする。
【0028】実施の形態2 プロセスは実施の形態1と全く同じであるが、誘電体材
料として平均粒径が2〔μm〕のPZT粒子、及び、エ
ポキシ樹脂を混合した液体を用いた。尚、この場合のキ
ュア温度は200〔℃〕とした。
【0029】実施の形態2に依って製造したキャパシタ
材料薄膜の特性と従来の技術に依って製造したコンデン
サの特性とを比較すると下記の通りである。
【0030】
【表1】
【0031】図2は本発明に依るキャパシタ材料薄膜を
用いたキャパシタをLSI装置の周囲に配置した構造を
表す要部切断側面図であり、図に於いて、21はMCM
(multi chip module)基板、22は
LSIチップ、23は多層キャパシタをそれぞれ示し、
また、図では、多層キャパシタ23の一層分23Aの概
略を拡大して併記してある。
【0032】一層分23Aに於いて、31は接地層、3
2は電源層、33はキャパシタ材料薄膜、33Aはポリ
イミド系樹脂、33Bはチタン酸バリウムやPZTなど
の高誘電率絶縁フィラーをそれぞれ示している。
【0033】図2に見られる多層キャパシタ23は、キ
ャパシタ材料薄膜33が高誘電率であると共に表面が平
坦になっているから多層にすることができ、従来のキャ
パシタに比較して高容量にすることができる。
【0034】本発明に於いては、前記説明した実施の形
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。
【0035】(付記1)高誘電率セラミック粒子(例え
ばセラミック粒子14)と樹脂(例えば樹脂層13)と
の混合液を基板(例えばSiウエハ11)上に塗布して
誘電体複合膜を成膜する工程と、次いで、該誘電体複合
膜を研磨して該高誘電率セラミック粒子の粒径以下の厚
さのキャパシタ材料薄膜にする工程とを含んでなること
を特徴とするキャパシタ材料薄膜の製造方法。
【0036】(付記2)高誘電率セラミック粒子がBa
系、Pb系、Bi系の複合酸化物セラミックを主成分と
し、BaTiO3 ,BaSrTiO3 ,BaCaTiO
3 ,BaTiZrO3 ,BaPbTiO3 ,BaSnT
iO3 ,PbTiO3 ,PbZrO3 ,PbZrTiO
3 ,PbLaZrTiO3 Pb2 SCTaO6 ,Pb2
MgWO6 ,Pb3 MgNb2 9 ,Pb3 MgTa2
9 ,Pb3 CoNb2 9 ,Pb3 CoTa 2 9
Pb2 CoWO6 ,Pb3 NiNb2 9 ,Pb3 Ni
Ta2 9 ,Pb3 Fe2 WO9 ,BiNaTi
2 6 ,BiKTi2 6 ,Bi2 Ti3 9の各物質
のうち少なくとも一つを含むものであることを特徴とす
る(付記1)記載のキャパシタ材料薄膜の製造方法。
【0037】(付記3)高誘電率セラミック粒子の平均
粒径が0.05〔μm〕乃至50〔μm〕の範囲にある
ことを特徴とする(付記1)記載のキャパシタ材料薄膜
の製造方法。
【0038】(付記4)高誘電率セラミック粒子の比誘
電率が1000以上であると共に誘電体複合膜全体の比
誘電率が50以上であることを特徴とする(付記1)記
載のキャパシタ材料薄膜の製造方法。
【0039】(付記5)樹脂が熱硬化型であることを特
徴とする(付記1)記載のキャパシタ材料薄膜の製造方
法。
【0040】(付記6)誘電体複合膜の研磨を化学研磨
法或いは機械研磨法或いは化学機械研磨法を適用して実
施することを特徴とする(付記1)記載のキャパシタ材
料薄膜の製造方法。
【0041】(付記7)誘電体複合膜の研磨は表面粗さ
及びうねりが1〔μm〕以下となるように実施すること
を特徴とする(付記1)記載のキャパシタ材料薄膜の製
造方法。
【0042】
【発明の効果】本発明に依るキャパシタ材料薄膜の製造
方法に於いては、高誘電率セラミック粒子と樹脂との混
合液を基板上に塗布して誘電体複合膜を成膜し、該誘電
体複合膜を研磨して該高誘電率セラミック粒子の粒径以
下の厚さのキャパシタ材料薄膜にする。
【0043】前記構成を採ることに依り、誘電体複合膜
に於ける樹脂層とセラミック粒子との体積分率はセラミ
ック粒子分が飛躍的に大きくなり、従来の誘電体複合膜
に比較して誘電率は遙に高くなり、しかも、表面は充分
に平坦化される。
【0044】従って、本発明に依るキャパシタ材料薄膜
を用いれば、高容量化、V/G間ピッチの狭小化、多層
化されたキャパシタを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する為の誘電体複合膜から
なるキャパシタ材料薄膜を表す要部切断側面図である。
【図2】本発明に依るキャパシタ材料薄膜を用いたキャ
パシタをLSI装置の周囲に配置した構造を表す要部切
断側面図である。
【図3】従来のキャパシタを説明する為の要部斜面説明
図である。
【図4】キャパシタの誘電体膜となる複合体膜を表す要
部切断側面図である。
【符号の説明】
11 Siウエハ 12 電極層 13 樹脂層 14 セラミック粒子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高誘電率セラミック粒子と樹脂との混合液
    を基板上に塗布して誘電体複合膜を成膜する工程と、 次いで、該誘電体複合膜を研磨して該高誘電率セラミッ
    ク粒子の粒径以下の厚さのキャパシタ材料薄膜にする工
    程とを含んでなることを特徴とするキャパシタ材料薄膜
    の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006104068A1 (ja) * 2005-03-28 2006-10-05 Pioneer Corporation ゲート絶縁膜、有機トランジスタ、有機el表示装置の製造方法、ディスプレイ

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