JP2005286233A - 薄膜コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マイグレーションの発生を抑制しつつ、静電容量の増大が図られた薄膜コンデンサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る薄膜コンデンサ１０においては、誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、ペロブスカイト構造の材料で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大が図られている。また、薄膜コンデンサ１０は、３つの誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを備える。コンデンサ素子２２Ａ、コンデンサ素子２２Ｂ及びコンデンサ素子２２Ｃとを並列接続することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて３倍の静電容量を実現することができる。つまり、薄膜コンデンサ１０は、各誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを、マイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、静電容量の増大が実現されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘電体薄膜を有する薄膜コンデンサ及びその製造方法に関するものである。

従来、この技術の分野における薄膜コンデンサとしては、電極層に挟まれた誘電体層をＳｉ基板上に積層したものが知られている。そして、このようなコンデンサの誘電体層の構成材料としてはＳｉＯ_２が一般的である。ところが、近年、静電容量のより大きな薄膜コンデンサが求められるようになり、誘電率の高いペロブスカイト構造の誘電体（ＢａＴｉＯ_３等）の利用が検討されるようになった。ただし、ペロブスカイト構造の誘電体は、結晶格子の方向により誘電率が異なるため、高い誘電率を得るためには、ペロブスカイト構造の誘電体は高い配向性を有することが好ましい。そこで、高い配向性を有する誘電体層が、下記特許文献１に開示されている。

特許３３１０８８１号公報

一般に、コンデンサの静電容量を増大させる方法としては、より誘電率の高い材料で誘電体層を構成する上記方法の他に、誘電体層の厚さを薄くする方法がある。つまり、静電容量の観点からは誘電体層をできるだけ薄くすることが好ましい。しかしながら、誘電体層を薄くした場合には、誘電体層を挟む電極層の金属原子のマイグレーションが発生しやすくなる。そして、このマイグレーションが発生した場合には、薄膜コンデンサの素子特性が著しく低下してしまう。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、マイグレーションの発生を抑制しつつ、静電容量の増大が図られた薄膜コンデンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る薄膜コンデンサは、第１のエピタキシャル電極膜と、第１のエピタキシャル電極膜に順次積層された、第１のエピタキシャル誘電体膜、第２のエピタキシャル電極膜、第２のエピタキシャル誘電体膜及び第３のエピタキシャル電極膜とを備え、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有することを特徴とする。

この薄膜コンデンサにおいて、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜は、ペロブスカイト構造の材料で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大が図られている。また、この薄膜コンデンサは、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の２つの誘電体膜を備える。そのため、第１及び第２のエピタキシャル電極膜とその間に挟まれる第１のエピタキシャル誘電体膜とで構成されるコンデンサ素子と、第２及び第３のエピタキシャル電極膜とその間に挟まれる第２のエピタキシャル誘電体膜とで構成されるコンデンサ素子とが並列接続されるように、第１及び第２のエピタキシャル電極膜間、第２及び第３のエピタキシャル電極膜間に電圧を印加することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて２倍の静電容量を実現することができる。つまり、本発明に係る薄膜コンデンサは、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜を、マイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、有意に静電容量の増大を図ることができる。

また、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の成長面が（００１）面であることが好ましい。

また、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜が、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＭｇＯ_３、ＰＺＴのいずれかで構成されていることが好ましい。

また、第１、第２及び第３のエピタキシャル電極膜が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｃｕ及びＡｇからなる金属材料群のうちの少なくとも１種類の材料で構成されていることが好ましい。

また、エピタキシャル酸化物膜の最外層の主成分がＺｒＯ_２であることが好ましい。

また、最外層の成長面が（００１）面であることが好ましい。

また、第３のエピタキシャル電極膜上に、さらに第３のエピタキシャル誘電体膜と第４のエピタキシャル電極膜とが交互に積層されたことが好ましい。この場合、誘電体膜それぞれに電荷を蓄積することで、静電容量のさらなる増大を図ることができる。

本発明に係る薄膜コンデンサは、一対のエピタキシャル電極膜の間にエピタキシャル誘電体膜が介在するコンデンサ素子が、接着剤層を介して複数重なっている積層体を有し、エピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有することを特徴とする。

この薄膜コンデンサにおいて、エピタキシャル誘電体膜は、ペロブスカイト構造の材料で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大が図られている。また、この薄膜コンデンサは、一対のエピタキシャル電極膜の間にエピタキシャル誘電体膜が介在するコンデンサ素子を２つ備える。そのため、コンデンサ素子が並列接続されるように、一対のエピタキシャル電極膜間に電圧を印加することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べてより大きな静電容量を実現することができる。つまり、本発明に係る薄膜コンデンサは、エピタキシャル誘電体膜を、マイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、有意に静電容量の増大を図ることができる。

本発明に係る薄膜コンデンサの製造方法は、表面に（１００）面が露出したＳｉ単結晶基板に、ＺｒＯ_２を主成分とするＺｒＯ_２膜、第１のエピタキシャル電極膜、第１のエピタキシャル誘電体膜、第２のエピタキシャル電極膜、第２のエピタキシャル誘電体膜、第３のエピタキシャル電極膜をエピタキシャル成長させるステップと、Ｓｉ単結晶基板をエッチング除去するステップとを有し、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有することを特徴とする。

この薄膜コンデンサの製造方法によって作製された薄膜コンデンサにおいて、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜は、ペロブスカイト構造の材料で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大を図ることができる。また、この薄膜コンデンサは、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の２つの誘電体膜を備える。そのため、第１及び第２のエピタキシャル電極膜とその間に挟まれる第１のエピタキシャル誘電体膜とで構成されるコンデンサ素子と、第２及び第３のエピタキシャル電極膜とその間に挟まれる第２のエピタキシャル誘電体膜とで構成されるコンデンサ素子とが並列接続されるように、第１及び第２のエピタキシャル電極膜間、第２及び第３のエピタキシャル電極膜間に電圧を印加することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて２倍の静電容量を実現することが可能である。つまり、本発明に係る薄膜コンデンサの製造方法によれば、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜をマイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、作製される薄膜コンデンサの静電容量を有意に増大することができる。

本発明に係る薄膜コンデンサの製造方法は、表面に（１００）面が露出した２枚のＳｉ単結晶基板それぞれに、ＺｒＯ_２を主成分とするＺｒＯ_２膜、第１のエピタキシャル電極膜、第１のエピタキシャル誘電体膜、及び第２のエピタキシャル電極膜を順次エピタキシャル成長して得られた２枚の積層基板を、第２のエピタキシャル電極膜どうしが重なるように接着剤で貼り合わすステップと、接着剤で貼り合わされた２枚の積層基板から、Ｓｉ単結晶基板をエッチング除去するステップとを有し、第１のエピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有することを特徴とする。

この薄膜コンデンサの製造方法によって作製された薄膜コンデンサにおいて、第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜は、ペロブスカイト構造の材料で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大を図ることができる。また、この薄膜コンデンサは、２つの第１のエピタキシャル誘電体膜を備える。そのため、第１及び第２のエピタキシャル電極膜とその間に挟まれる第１のエピタキシャル誘電体膜とで構成される２つのコンデンサ素子が、並列接続されるように、２対の第１及び第２のエピタキシャル電極膜間に電圧を印加することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて２倍の静電容量を実現することが可能である。つまり、本発明に係る薄膜コンデンサの製造方法によれば、２つの第１のエピタキシャル誘電体膜を、マイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、作製される薄膜コンデンサの静電容量を有意に増大することができる。

本発明によれば、マイグレーションの発生を抑制しつつ、静電容量の増大が図られた薄膜コンデンサ及びその製造方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明に係る薄膜コンデンサ及びその製造方法を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る薄膜コンデンサについて、図１を参照しつつ説明する。図１に示すように、薄膜コンデンサ１０は、酸化物膜１２を有し、この酸化物膜１２上に、電極膜１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄと誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃとが交互に積層されている。すなわち、薄膜コンデンサ１０は、酸化物膜（エピタキシャル酸化物膜）１２、電極膜（第１のエピタキシャル電極膜）１４Ａ、誘電体膜（第１のエピタキシャル誘電体膜）１６Ａ、電極膜（第２のエピタキシャル電極膜）１４Ｂ、誘電体膜（第２のエピタキシャル誘電体膜）１６Ｂ、電極膜（第３のエピタキシャル電極膜）１４Ｃ、誘電体膜１６Ｃ及び電極膜１４Ｄの順に重なる積層構造体である。そして、電極膜１４Ａ及び電極膜１４Ｂとその間に挟まれる誘電体膜１６Ａとによってコンデンサ素子２２Ａが構成されており、電極膜１４Ｂ及び電極膜１４Ｃとその間に挟まれる誘電体膜１６Ｂとによってコンデンサ素子２２Ｂが構成されており、また、電極膜１４Ｃ及び電極膜１４Ｄとその間に挟まれる誘電体膜１６Ｃとによってコンデンサ素子２２Ｃが構成されている。

酸化物膜１２は、ＺｒＯ_２膜１２ａとＹ_２Ｏ_３膜１２ｂの２層で構成されており、最外層がＺｒＯ_２膜１２ａとなっている。ＺｒＯ_２膜１２ａは、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）で構成されたエピタキシャル膜であり、Ｙ_２Ｏ_３膜１２ｂは、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）で構成されたエピタキシャル膜である。なお、ＺｒＯ_２膜１２ａの成長面は（００１）面、Ｙ_２Ｏ_３膜１２ｂの成長面は（１００）面となっている。

また、各電極膜１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、Ｐｔで構成されたエピタキシャル膜であり、その成長方向（厚さ方向、図１のＸ方向）は＜１００＞方向である。

各誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、ＰＬＴ膜１８とＢａＴｉＯ_３膜２０の２層で構成されており、酸化物膜１２に近い方の膜がＰＬＴ膜１８となっている。ＰＬＴ膜１８は、Ｌａをドープしたチタン酸鉛（ＰＬＴ）で構成されたエピタキシャル膜であり、ＢａＴｉＯ_３膜２０は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）で構成されたエピタキシャル膜である。各誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６ＣのＰＬＴ膜１８及びＢａＴｉＯ_３膜２０それぞれは、その成長方向（厚さ方向、図１のＸ方向）は＜００１＞方向であり、ｃ面単一配向していると共に、ペロブスカイト構造を有している。

次に、この薄膜コンデンサ１０を作製する方法について説明する。

まず、薄膜コンデンサ１０を作製する際に用いる製造装置（蒸着装置）について、図２を参照しつつ説明する。

図２に示すように、蒸着装置３０は真空槽３２を有し、この真空槽３２内には下部にＳｉ単結晶基板３４を保持するホルダ３６が配置されている。このホルダ３６は、回転軸３８を介してモータ４０に接続されており、このモータ４０によって回転され、上記Ｓｉ単結晶基板３４をその基板面内で回転させることができるようになっている。また、上記ホルダ３６内には、Ｓｉ単結晶基板３４を加熱するヒータ４２が内蔵されている。

また、蒸着装置３０は、酸化性ガスを供給するガス供給装置４４を備えており、このガス供給装置４４の供給口４６は、上記ホルダ３６の直ぐ下方に配置されている。そのため、酸化性ガスは、Ｓｉ単結晶基板３４近傍でその分圧が高くなっている。この酸化性ガスとしては、例えば、酸素、オゾン、原子状酸素、ＮＯ_２等が用いられる。

ホルダ３６の更に下方には、Ｚｒ蒸発部４８、Ｙ蒸発部５０、Ｐｔ蒸発部５２、Ｐｂ蒸発部５４、Ｔｉ蒸発部５６、Ｌａ蒸発部５８、Ｂａ蒸発部６０が配置されている。これらのＺｒ蒸発部４８、Ｙ蒸発部５０、Ｐｔ蒸発部５２、Ｐｂ蒸発部５４、Ｔｉ蒸発部５６、Ｌａ蒸発部５８、Ｂａ蒸発部６０には、それぞれの金属源の他に、金属源に蒸発のためのエネルギを供給するためのエネルギ供給装置（電子線発生装置、抵抗加熱装置等）が配置されている。なお、図２における符号Ｐは真空ポンプを示している。

次に、薄膜コンデンサ１０を作製する手順について、図３を参照しつつ説明する。

まず、蒸着装置３０のホルダ３６に、Ｓｉ単結晶基板３４を（１００）面が露出している基板表面３４ａが下向きとなるようにセットする。

ここで、基板表面３４ａは、鏡面仕上げのウエハを用い表面をエッチング洗浄しておくことが好ましい。エッチング洗浄は４０％フッ化アンモニウム水溶液等によりおこなう。また、清浄化されたＳｉ単結晶基板３４は極めて反応性が高いため、所定の表面処理を施して、再配列や汚染などから保護することが好ましい。

次に、Ｓｉ単結晶基板３４の基板表面３４ａに、厚さ０．０１μｍのＺｒＯ_２膜１２ａ及び厚さ０．０４μｍのＹ_２Ｏ_３膜１２ｂを順次エピタキシャル成長して酸化物膜１２を形成する（図３（ａ）参照）。より具体的には、４００℃以上に加熱されたＳｉ単結晶基板３４の表面３４ａに、上述した酸化性ガスを供給しつつ、Ｚｒ蒸発部４８からＺｒを、Ｙ蒸発部５０からＹを供給して、ＺｒＯ_２膜１２ａ及びＹ_２Ｏ_３膜１２ｂを成膜する。このようにしてエピタキシャル成長されたＺｒＯ_２膜１２ａの成長面は（００１）面となり、Ｙ_２Ｏ_３膜１２ｂの成長面は（１００）面となる。

なお、基板面積が１０ｃｍ^２以上、たとえば直径２インチの大きな単結晶基板面積に成膜する場合には、基板３４をモータ４０で回転させることにより、高酸素分圧を基板全面に供給することができ、大面積での膜作製が可能となる。このとき、基板の回転数は、１０ｒｐｍ以上であることが望ましい。回転数が遅いと基板面内で膜厚の分布が生じるためである。この基板の回転数の上限は特にないが、通常は真空装置の機構上１２０ｒｐｍ程度である。

次に、酸化物膜１２上に厚さ０．２μｍの電極膜１４Ａをエピタキシャル成長させる（図３（ｂ）参照）。より具体的には、Ｓｉ単結晶基板３４の上面に、Ｐｔ蒸発部５２からＰｔを供給して、電極膜１４Ａを成膜する。このようにしてエピタキシャル成長された電極膜１４Ａは＜１００＞方向に配向している。

さらに、電極膜１４Ａ上に、厚さ０．０２μｍのＰＬＴ膜１８及び厚さ０．８μｍのＢａＴｉＯ_３膜２０を順次エピタキシャル成長して誘電体膜１６Ａを形成する。より具体的には、加熱されたＳｉ単結晶基板３４の上面に、上述した酸化性ガスを供給しつつ、Ｔｉ蒸発部５６からＴｉを、Ｐｂ蒸発部５４からＰｂを、Ｌａ蒸発部５８からＬａを、Ｚｒ蒸発部４８からＺｒを、Ｂａ蒸発部６０からＢａを選択的に供給して、ＰＬＴ膜１８及びＢａＴｉＯ_３膜２０を成膜する。このようにしてエピタキシャル成長されたＰＬＴ膜１８及びＢａＴｉＯ_３膜２０は、いずれも＜００１＞方向に配向している。

次に、誘電体膜１６Ａ上に厚さ０．２μｍの電極膜１４Ｂをエピタキシャル成長させる（図３（ｃ）参照）。より具体的には、Ｓｉ単結晶基板３４の上面に、Ｐｔ蒸発部５２からＰｔを供給して、電極膜１４Ｂを成膜する。このようにしてエピタキシャル成長された電極膜１４Ｂは＜１００＞方向に配向している。

そして、以上で説明した方法と同様の手順によって、電極膜１４Ｂ上に、厚さ０．０２μｍのＰＬＴ膜１８及び厚さ０．８μｍのＢａＴｉＯ_３膜２０を順次エピタキシャル成長して誘電体膜１６Ｂを形成すると共に、誘電体膜１６Ｂ上に厚さ０．２μｍの電極膜１４Ｃをエピタキシャル成長する（図３（ｄ）参照）。このようにしてエピタキシャル成長されたＰＬＴ膜１８及びＢａＴｉＯ_３膜２０は、いずれも＜００１＞方向に配向している。また、このようにしてエピタキシャル成長された電極膜１４Ｃは＜１００＞方向に配向している。

さらに、同様の手順によって、電極膜１４Ｃ上に、厚さ０．０２μｍのＰＬＴ膜１８及び厚さ０．８μｍのＢａＴｉＯ_３膜２０を順次エピタキシャル成長して誘電体膜１６Ｃを形成すると共に、誘電体膜１６Ｃ上に厚さ０．２μｍの電極膜１４Ｄをエピタキシャル成長する（図３（ｅ）参照）。このようにしてエピタキシャル成長されたＰＬＴ膜１８及びＢａＴｉＯ_３膜２０は、いずれも＜００１＞方向に配向している。また、このようにしてエピタキシャル成長された電極膜１４Ｄは＜１００＞方向に配向している。

以上のようにして、Ｓｉ単結晶基板３４上に、酸化物膜１２、電極膜１４Ａ、誘電体膜１６Ａ、電極膜１４Ｂ、誘電体膜１６Ｂ、電極膜１４Ｃ、誘電体膜１６Ｃ及び電極膜１４Ｄが順次積層された基板１１が作製される。そして、製造装置３０から基板１１を取り出し、水酸化カリウム等のアルカリ溶液、フッ酸、フッ硝酸等のエッチング液でＳｉ単結晶基板３４を除去して、薄膜コンデンサ１０の作製が完了する（図３（ｆ）参照）。

なお、薄膜コンデンサ１０は、その使用に際し、例えば、コンデンサ素子２２Ａ、コンデンサ素子２２Ｂ及びコンデンサ素子２２Ｃが並列接続されるように交流電圧を印加する。このとき、薄膜コンデンサ１０に、図４に示したような所定のビアを形成することで、それぞれのコンデンサ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに並列に交流電圧が印加される。すなわち、電極膜１４Ａまで延びるビアＶ１及び電極膜１４Ｃまで延びるビアＶ２を介して、交流電源の一方の端子が電極膜１４Ａ及び電極膜１４Ｃに接続されている。また、電極膜１４Ｂまで延びるビアＶ３及び電極膜１４Ｄまで延びるビアＶ４を介して、交流電源の他方の端子が電極膜１４Ｂ及び電極膜１４Ｄに接続されている。なお、各ビアＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の側面及びコンデンサ１０の表面は、適宜、ポリイミドで構成された絶縁膜６２で覆われる。

以上で詳細に説明した薄膜コンデンサ１０においては、誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃがペロブスカイト構造のＢａＴｉＯ_３で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された誘電体膜を有する従来の薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大が図られている。薄膜コンデンサ１０は、３つの誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを備える。そのため、図４に示したように、コンデンサ素子２２Ａ、コンデンサ素子２２Ｂ及びコンデンサ素子２２Ｃとを並列接続することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて３倍の静電容量を実現することができる。つまり、薄膜コンデンサ１０は、各誘電体膜１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃを、マイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、静電容量の増大が実現されている。

なお、上述した実施形態では、３つのコンデンサ素子２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを有する薄膜コンデンサを示したが、この薄膜コンデンサは、２つのコンデンサ素子を有するものや、４つ以上のコンデンサ素子を有するものであってもよい。また、薄膜コンデンサ１０の酸化物膜１２は、適宜、所定のエッチング液によって除去してもよい。さらに、薄膜コンデンサ１０は、Ｓｉ単結晶基板３４に積層されたままの状態で使用することも可能である。

（第２実施形態）
次に、上述した薄膜コンデンサ１０とは異なる態様の薄膜コンデンサについて説明する。

図５に示すように、第２実施形態に係る薄膜コンデンサ１０Ａは、積層方向（Ｘ方向）の中央位置に接着剤膜（接着剤層）７０を有し、この接着剤膜７０を中心とする対称的な積層構造を有している。すなわち、接着剤膜７０の上下面７０ａ，７０ｂそれぞれには、同材料で構成された膜が、同じ積層順序で順次積層されている。そして、その積層順序は、接着剤膜７０に近い方から順に、電極膜（第２のエピタキシャル電極膜）１４Ｂ、誘電体膜（第１のエピタキシャル誘電体膜）１６Ａ、電極膜（第１のエピタキシャル電極膜）１４Ａとなっている。

つまり、薄膜コンデンサ１０Ａは、一対の電極膜１４Ａ，１４Ｂの間に誘電体膜１６Ａが介在するコンデンサ素子２２Ｄが、接着剤膜７０を介して２段に重なっている。そして、この２段のコンデンサ素子２２Ｄと接着剤膜７０とによって積層体７２が構成されている。

接着剤膜７０は、絶縁性の接着剤で構成されている。また、コンデンサ１０Ａの電極膜１４Ａ，１４Ｂ及び誘電体膜１６Ａは、上述した薄膜コンデンサ１０の電極膜及び誘電体膜と同様の構成を有する。

次に、この薄膜コンデンサ１０Ａを作製する手順について、図６を参照しつつ説明する。なお、薄膜コンデンサ１０Ａの作製には上述した蒸着装置３０が用いられる。

まず、蒸着装置３０のホルダ３６に、Ｓｉ単結晶基板３４を（１００）面が露出している基板表面３４ａが下向きとなるようにセットする。そして、基板３４の基板表面３４ａに、厚さ０．０１μｍのＺｒＯ_２膜１２ａ及び厚さ０．０４μｍのＹ_２Ｏ_３膜１２ｂを順次エピタキシャル成長して酸化物膜１２を形成する（図６（ａ）参照）。

次に、酸化物膜１２上に厚さ０．２μｍの電極膜１４Ａをエピタキシャル成長させる（図６（ｂ）参照）。さらに、電極膜１４Ａ上に、厚さ０．０２μｍのＰＬＴ膜１８及び厚さ０．８μｍのＢａＴｉＯ_３膜２０を順次エピタキシャル成長して誘電体膜１６Ａを形成する。そして、誘電体膜１６Ａ上に厚さ０．２μｍの電極膜１４Ｂをエピタキシャル成長させる（図６（ｃ）参照）。

以上のようにして、Ｓｉ単結晶基板３４上に、酸化物膜１２、電極膜１４Ａ、誘電体膜１６Ａ及び電極膜１４Ｂが順次積層された積層基板７４Ａの作製が完了する。また、この積層基板７４Ａと同一の基板（積層基板７４Ｂ）を一枚準備する。すなわち、この積層基板７４Ｂも、積層基板７４Ａと同様の酸化物膜１２、電極膜１４Ａ、誘電体膜１６Ａ及び電極膜１４Ｂを有している。

そして、製造装置３０から積層基板７４Ａ，７４Ｂを取り出し、積層基板７４Ａの最上膜である電極膜１４Ｂと、積層基板７４Ｂの最上膜である電極膜１４Ｂとが重なるように、接着剤を介して積層基板７４Ａと積層基板７４Ｂとを貼り合わせる（図６（ｄ）参照）。それにより、接着剤膜７０を中心に、電極膜１４Ｂ、誘電体膜１６Ａ、電極膜１４Ａ、酸化物膜１２及びＳｉ単結晶基板３４が順次並んだ積層構造体７６が形成される。

そして最後に、水酸化カリウム等のアルカリ溶液、フッ酸、フッ硝酸等のエッチング液で両面のＳｉ単結晶基板３４及び酸化物膜１２を除去して、薄膜コンデンサ１０Ａの作製が完了する（図６（ｅ）参照）。なお、薄膜コンデンサ１０Ａの表面に電極パターンを形成する場合には、その電極パターンを容易に形成するために、一方のＳｉ単結晶基板３４のみをエッチング除去し、それにより露出した面に電極パターンを形成した後、もう一方のＳｉ単結晶基板３４をエッチング除去するようにしてもよい。

なお、薄膜コンデンサ１０Ａは、その使用に際し、例えば、２つのコンデンサ素子２２Ｄが並列接続されるように交流電圧を印加する。このとき、薄膜コンデンサ１０Ａに、図７に示したような所定のビアを形成することで、それぞれのコンデンサ素子２２Ｄに並列に交流電圧が印加される。すなわち、一方の電極膜１４Ｂとの導通を図りつつ他方の電極膜１４Ｂまで延びるビアＶ５を介して、交流電源の一方の端子が電極膜１４Ｂ，１４Ｂに接続されている。また、上部の電極膜１４Ａまで延びるビアＶ６及び下部の電極膜１４Ａまで延びるビアＶ７を介して、交流電源の他方の端子が電極膜１４Ａ，１４Ａに接続されている。なお、各ビアＶ５，Ｖ６，Ｖ７の側面及びコンデンサ１０Ａの表面は、適宜、ポリイミドで構成された絶縁膜６２で覆われる。

以上で詳細に説明した薄膜コンデンサ１０Ａにおいて、誘電体膜１６Ａは、ペロブスカイト構造の材料で構成されており高い配向性を有するため、ＳｉＯ_２で構成された従来の誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて、静電容量の増大が図られている。また、薄膜コンデンサ１０Ａは、一対の電極膜１４Ａ，１４Ｂの間に誘電体膜１６Ａが介在するコンデンサ素子２２Ｄを２つ備える。そのため、図７に示したように、コンデンサ素子２２Ｄを並列接続することで、１つの誘電体膜を有する薄膜コンデンサに比べて２倍の静電容量を実現することができる。つまり、薄膜コンデンサ１０Ａは、誘電体膜１６Ａを、マイグレーションが発生する厚さまで薄膜化することなく、静電容量の増大が実現されている。

なお、上述した実施形態では、２つのコンデンサ素子２２Ｄを有する薄膜コンデンサを示したが、この薄膜コンデンサは、３つ以上のコンデンサ素子を有するものであってもよい。また、薄膜コンデンサ１０Ａは、酸化物膜１２が残留した状態やＳｉ単結晶基板３４に積層されたままの状態で使用することも可能である。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、酸化物膜は、２層構造に限らず、ＺｒＯ_２膜のみの１層構造や、その他の層を追加した３層以上の積層構造であってもよい。また、電極膜の構成材料は、Ｐｔに限らず、例えば、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｃｕ及びＡｇからなる金属材料群のうちの少なくとも１種類を含むものであればよい。さらに、誘電体膜は、上述した構成に限らず、ペロブスカイト構造のＣａＴｉＯ_３やＳｒＴｉＯ_３、ＢａＭｇＯ_３、ＰＺＴで構成されたエピタキシャル膜であればよい。また、薄膜コンデンサの作製には、その他の製造装置を採用することも可能であり、例えば、スパッタ装置やＭＢＥ装置を用いてもよい。さらに、誘電体膜の厚さは、０．８μｍに限らず、マイグレーションが発生しない厚さ範囲において適宜増減することができる。

第１実施形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。 薄膜コンデンサを作製する際に用いる薄膜作製装置である。 図１の薄膜コンデンサを作製する手順を示した図である。 図１の薄膜コンデンサから電極を取り出す態様の一例を示した図である。 第２実施形態に係る薄膜コンデンサの概略断面図である。 図５の薄膜コンデンサを作製する手順を示した図である。 図５の薄膜コンデンサから電極を取り出す態様の一例を示した図である。

符号の説明

１０，１０Ａ…薄膜コンデンサ、１２…酸化物膜、１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ…電極膜、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…誘電体膜、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ…コンデンサ素子、７０…接着剤膜、７２…積層体、７４Ａ，７４Ｂ…積層基板。

Claims (8)

1. 第１のエピタキシャル電極膜と、
   前記第１のエピタキシャル電極膜上に順次積層された、第１のエピタキシャル誘電体膜、第２のエピタキシャル電極膜、第２のエピタキシャル誘電体膜及び第３のエピタキシャル電極膜とを備え、
   前記第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有する、薄膜コンデンサ。
2. 前記第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の成長面が（００１）面である、請求項１に記載の薄膜コンデンサ。
3. 前記第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜が、ＢａＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＭｇＯ_３、ＰＺＴのいずれかで構成されている、請求項２に記載の薄膜コンデンサ。
4. 前記第１、第２及び第３のエピタキシャル電極膜が、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｃｕ及びＡｇからなる金属材料群のうちの少なくとも１種類の材料で構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜コンデンサ。
5. 前記第３のエピタキシャル電極膜上に、さらに第３のエピタキシャル誘電体膜と第４のエピタキシャル電極膜とが交互に積層された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の薄膜コンデンサ。
6. 一対のエピタキシャル電極膜の間にエピタキシャル誘電体膜が介在するコンデンサ素子が、接着剤層を介して複数重なっている積層体を有し、
   前記エピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有する、薄膜コンデンサ。
7. 表面に（１００）面が露出したＳｉ単結晶基板に、ＺｒＯ_２を主成分とするＺｒＯ_２膜、第１のエピタキシャル電極膜、第１のエピタキシャル誘電体膜、第２のエピタキシャル電極膜、第２のエピタキシャル誘電体膜、第３のエピタキシャル電極膜をエピタキシャル成長させるステップと、
   前記Ｓｉ単結晶基板をエッチング除去するステップとを有し、
   前記第１及び第２のエピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有する、薄膜コンデンサの製造方法。
8. 表面に（１００）面が露出した２枚のＳｉ単結晶基板それぞれに、ＺｒＯ_２を主成分とするＺｒＯ_２膜、第１のエピタキシャル電極膜、第１のエピタキシャル誘電体膜、及び第２のエピタキシャル電極膜を順次エピタキシャル成長して得られた２枚の積層基板を、前記第２のエピタキシャル電極膜どうしが重なるように接着剤で貼り合わすステップと、
   前記接着剤で貼り合わされた２枚の前記積層基板から、前記Ｓｉ単結晶基板をエッチング除去するステップとを有し、
   前記第１のエピタキシャル誘電体膜の構成材料がペロブスカイト構造を有する、薄膜コンデンサの製造方法。

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