JP2007088427A - コンデンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短い焼成時間で形成することができ、且つ高品質な誘電体層を備えるコンデンサとその製造方法を提供する。
【解決手段】処理装置１００内の雰囲気をガス供給源１１２等により、例えば酸素雰囲気等に調節する。熱処理装置１０１内の雰囲気を酸素雰囲気とし、所定程度まで温度を上昇させる。次に熱処理装置１０１内にウエハＷに不良が生じない速度で、誘電体前駆体層が形成されたウエハボート１６１をロードする。ロード後、熱処理装置１０１の反応管内を焼成温度まで上昇させ、所定時間焼成させる。熱処理装置１０１内で所定程度まで冷却させた後、処理装置１００内で室温程度まで冷却し、処理装置１００外に搬出する。さらに、ウエハＷ上に形成された誘電体前駆体層を焼成する前に、誘電体前駆体層の溶剤の揮発温度より高く、かつ誘電体前駆体の結晶化開始温度よりも低い温度で、所定の時間保持して残留溶剤を蒸発させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサ及びその製造方法に関し、特に誘電体薄膜を備えるコンデンサ及びその製造方法に関する。

近年、コンデンサの小型化に伴い高誘電率を備える誘電体が、用いられている。高誘電率を備える誘電体として、ＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を備える、例えばチタン酸バリウムが用いられる。コンデンサを構成するチタン酸バリウム薄膜は、例えば特許文献１に開示されているように、チタン酸バリウムの材料を含有する溶液を基板上に塗布し、焼成することによって形成される。

焼成の際、炉内に二酸化炭素と水とが存在すると炭酸塩が析出し、チタン酸バリウムの膜質が低下するおそれがあるため、焼成する雰囲気から二酸化炭素及び水を除去することが必要とされる。また、炉内に基板を搬入する際、炉が予め加熱されていると炉内と炉外との温度差から、基板搬入時に、二酸化炭素、水等が炉内に進入し、膜質を低下させるおそれがある。

従って、焼成時の水及び二酸化炭素による膜質の低下を抑えるため、予め基板を炉内に搬入し、炉内の雰囲気を調節し、炉内の温度を上昇させ焼成し、炉内で基板を冷却させてから搬出させる方法が採られている。
特開平９−１５７００８号公報

しかし、この方法では、基板温度の変化を示す図５Ａのように基板を搬入し炉内の温度を所定程度まで上昇させる昇温時間と、焼成する時間と、炉外に搬出できる程度まで降温させる冷却時間と、が必要となり、炭酸塩の析出を防ぎ高品質な誘電体層を形成するためには長い焼成時間が必要となる問題がある。

そこで、短い焼成時間で形成することができ、且つ高品質な誘電体層を備えるコンデンサの製造方法が必要とされている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、短い焼成時間で形成することができ、且つ高品質な誘電体層を備えるコンデンサとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るコンデンサの製造方法は、
基板上に形成した第１の電極上に、誘電体層を成膜及び焼成し、その誘電体層上に第２の電極を形成するコンデンサの製造方法において、
炉内の雰囲気を調節する炉内雰囲気調節工程と、
炉外の雰囲気を調節する炉外雰囲気調節工程と、
前記炉内の温度を基板の搬入前に上昇させる昇温工程と、
誘電体前駆体層が形成された前記基板を炉内に搬入する搬入工程と、
前記基板上に形成された前記誘電体前駆体層を焼成し、誘電体層を得る焼成工程と、
焼成された前記誘電体層を備える前記基板を炉外に搬出する搬出工程と、
前記搬出工程で搬出された前記基板を前記炉外の雰囲気にさらし冷却する冷却工程と、から構成されることを特徴とする。

前記炉内雰囲気調節工程において、前記炉内の雰囲気は酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれかであってもよい。

前記炉外雰囲気調節工程において、前記炉外の雰囲気は、窒素又は希ガスのいずれかから構成される不活性ガス雰囲気と、酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれかから構成される酸素ガス雰囲気と、乾燥空気雰囲気と、のいずれかであってもよい。

前記炉内の雰囲気と前記炉外の雰囲気とは同一であってもよい。

前記搬入工程では、前記基板の温度変化率が前記基板及び前記誘電体前駆体層に欠陥が生じないよう予め定められた範囲となるよう、前記基板の搬入速度を調節してもよい。

前記搬出工程では、前記基板の温度変化率が、前記基板及び焼成された前記誘電体層に欠陥が生じない予め定められた所定範囲となるよう前記基板の搬出速度を調節してもよい。

前記昇温工程では、前記炉内は５００℃乃至８００℃に昇温されてもよい。

前記誘電体層はゾルゲル法によって形成されてもよい。

前記誘電体膜はＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を備えてもよい。

さらに、前記焼成工程は、前記基板上に形成された前記誘電体前駆体層を焼成する前に、前記誘電体前駆体層の溶剤の揮発温度より高く、かつ前記誘電体前駆体の結晶化開始温度よりも低い温度で、所定の時間保持する残留溶剤蒸発工程を備えることを特徴とする。

その場合、前記昇温工程では、前記炉内は前記誘電体前駆体層の溶剤の揮発温度より高く、かつ前記誘電体前駆体の結晶化開始温度よりも低い温度に昇温されることが好ましい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るコンデンサは、
本発明の第１の観点に係るコンデンサの製造方法によって製造されることを特徴とする。

本発明によれば、熱処理装置内の雰囲気と熱処理装置外の雰囲気とを制御することにより、短い焼成時間で形成することができ、且つ高品質な誘電体層を備えるコンデンサとその製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るコンデンサの製造方法について図面を参照して説明する。本実施の形態では、特にコンデンサがインターポーザに搭載される場合を例に挙げて説明する。

図１は、本実施の形態でコンデンサを構成する誘電体層の焼成に用いられる処理装置１００の構成例を示す図である。図２は、図１に示す処理装置１００の熱処理装置１０１を示す図であり、本実施の形態ではバッチ式縦型熱処理装置を例に挙げて説明する。

本発明の実施の形態にかかる処理装置１００は、図１に示すように、熱処理装置１０１と、搬入出室１０２と、移載機１０３と、カセット１０７と、制御部１１０と、ガス供給源１１２と、マスフローコントローラ（以下、ＭＦＣ）１１３と、バルブ制御部１１４と、圧力計１１５と、排気管１１６と、を備える。

搬入出室１０２は、例えば誘電体層薄膜が形成された半導体ウエハＷを処理装置１００に搬入または搬出する空間であり、上下方向に２つ形成される。各搬入出室１０２の内部には半導体ウエハＷを収納する収容部としてのカセット１０７が配置されている。カセット１０７は、所定枚数の半導体ウエハＷが収容可能に構成されている。

移載機１０３は、処理装置１００のほぼ中央に配置されている。移載機１０３は、搬入出室１０２、熱処理装置１０１間における半導体ウエハＷの移載が可能なように、上下方向及び水平方向に移動可能に構成され、さらに回転可能に構成されている。また、移載機１０３には、所定数のフォーク１０３ａが形成されている。そして、フォーク１０３ａに半導体ウエハＷを載置した状態で移載機１０３を移動させることにより、半導体ウエハＷを所定の位置に移載することができる。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)等から構成され、処理装置１００全体を制御する。具体的に制御部１１０は、ＭＦＣ１１３、バルブ制御部１１４、圧力計１１５、詳細に後述する熱処理装置１０１を構成する、ＭＦＣ１７１、バルブ制御部１７２、ヒータコントローラ（図示せず）等、が接続され、処理装置１００へのウエハＷの搬入から、熱処理装置１０１の反応管１５２へのウエハＷのロード、処理済みのウエハＷをアンロードし、熱処理装置１０１外へ搬出するまでの処理装置１００内の温度の変化、雰囲気、熱処理装置１０１の反応管１５２内の圧力変化、雰囲気、温度変化等を制御する。

ガス供給源１１２は、処理装置１００内の雰囲気に対応したボンベ等から構成される。本実施の形態では、ウエハＷに形成される誘電体層として、チタン酸バリウムを用いる。チタン酸バリウムの前駆体は、水及び二酸化炭素が存在する雰囲気下で加熱されると炭酸塩が析出し、膜質が低下する。従って、処理装置１００内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気等が好ましく、特に熱処理装置１０１の雰囲気（例えば酸素雰囲気）と同じであることが好ましい。不活性ガス雰囲気とする場合、窒素及び／又は希ガスが用いられ、酸素雰囲気とする場合、酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれかが用いられ、これらの雰囲気に対応するボンベがガス供給源１１２に設置される。また、乾燥空気雰囲気とする場合、ガス供給源１１２には、乾燥剤、例えばシリカゲル等のカラム等が設置され、乾燥された空気が処理装置１００内に供給される。

ＭＦＣ１１３は、ガス供給源１１２からの各配管を流れるガスの流量を制御部１１０から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１１０に通知する。バルブ制御部１１４は、ガス供給源１１２からの各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１１０から指示された値に制御する。また、処理装置１００内のガスは、排気管１１６を通じて排気される。なお、排気管１１６には、制御部１１０に接続されたバルブ制御部等が設置されており、給気量及び排気量を調節することにより処理装置１００内の圧力を所定程度に調節する。

次に、熱処理装置１０１は、図２に示すように、長手方向が垂直方向に向けられた略円筒状の反応管１５２を備えている。反応管１５２は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。

反応管１５２の上端には、例えば、上端側に向かって縮径するように略円錐状に形成された頂部１５３が設けられている。頂部１５３の中央には、反応管１５２内のガスを排気するための排気口１５４が設けられ、排気口１５４には排気管１５５が気密に接続されている。排気管１５５には、図示しないバルブなどの圧力調整機構が設けられ、反応管１５２内を所望の圧力に制御する。

反応管１５２の下方には、蓋体１５６が配置されている。蓋体１５６は、耐熱及び耐腐食性に優れた材料、例えば、石英により形成されている。また、蓋体１５６は、制御部１１０に接続されたボートエレベータ（図示せず）により上下動可能に構成されている。そして、制御部１１０の指示に対応してボートエレベータにより蓋体１５６が上昇すると、反応管１５２の下方側（炉口部分）が図２に示すように閉鎖され、ボートエレベータにより蓋体１５６が下降すると、図１に示すように反応管１５２の下方側（炉口部分）が開口される。

蓋体１５６の上部には、保温筒１５７が設けられている。保温筒１５７は、反応管１５２の炉口部分から反応管１５２内の温度が低下することを防止するための抵抗発熱体からなる平面状のヒータ１５８と、このヒータ１５８を蓋体１５６の上面から所定の高さに支持する筒状の支持体１５９とから主に構成されている。

保温筒１５７の上方には、回転テーブル１６０が設けられている。回転テーブル１６０は、被処理体、例えば、ウエハＷを収容するウエハボート１６１を回転可能に載置する載置台として機能する。具体的には、回転テーブル１６０の下部には回転支柱１６２が設けられ、回転支柱１６２はヒータ１５８の中央部を貫通して回転テーブル１６０を回転させる回転機構１６３に接続されている。回転機構１６３は図示しないモータと、蓋体１５６の下面側から上面側に気密状態で貫通導入された回転軸１６４を備える回転導入部１６５とから主に構成されている。回転軸１６４は回転テーブル１６０の回転支柱１６２に連結され、モータの回転力を回転支柱１６２を介して回転テーブル１６０に伝える。このため、回転機構１６３のモータにより回転軸１６４が回転すると、回転軸１６４の回転力が回転支柱１６２に伝えられて回転テーブル１６０が回転する。

ウエハボート１６１は、ウエハＷが垂直方向に所定の間隔をおいて複数枚、例えば、１００枚収容可能に構成されている。ウエハボート１６１は、例えば、石英により形成されている。ウエハボート１６１が回転テーブル１６０上に載置されているので、回転テーブル１６０が回転するとウエハボート１６１が回転し、ウエハボート１６１内に収容されたウエハＷが回転する。

反応管１５２の周囲には、反応管１５２を取り囲むように、例えば、抵抗発熱体からなる昇温用ヒータ１６６が設けられている。この昇温用ヒータ１６６により反応管１５２の内部が所定の温度に加熱され、この結果、ウエハＷが所定の温度に加熱される。ヒータ１５８及び昇温用ヒータ１６６には、制御部１１０に接続されたヒータコントローラ（図示せず）が設置されており、制御部１１０からの指示に応答して、ヒータ１５８、昇温用ヒータ１６６に通電してこれらを加熱し、また、ヒータ１５８、昇温用ヒータ１６６の消費電力を個別に測定して、制御部１１０に通知する。

反応管１５２の下端近傍の側面には、反応管１５２内に処理ガスを導入する処理ガス導入管１６７が挿通されている。処理ガス導入管１６７は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１７１、バルブ制御部１７２を介して、処理ガス供給源１７３に接続されている。

処理ガス供給源１７３には、反応管１５２内の雰囲気に対応するボンベ等が設置される。本実施の形態では、誘電体としてチタン酸バリウムを用い、チタン酸バリウムの前駆体は水及び二酸化炭素が存在する雰囲気中で加熱すると、炭酸塩が析出し、膜質が低下する。一方、焼成する際に酸素が存在しないと、チタン酸バリウム膜に酸素欠陥が生じ、膜質が低下する。このため、反応管１５２は酸素雰囲気であることが好ましく、例えば酸素と、不活性ガス（例えば窒素、アルゴン（Ａｒ）等の希ガス）とを用いる。従って、処理ガス供給源１７３には、酸素、窒素、アルゴン（Ａｒ）等のボンベが設置される。

ＭＦＣ１７１は、処理ガス導入管１６７等の各配管に配置され、各配管を流れるガスの流量を制御部１１０から指示された量に制御するとともに、実際に流れたガスの流量を測定して、制御部１１０に通知する。
バルブ制御部１７２は、各配管に配置され、各配管に配置された弁の開度を制御部１１０から指示された値に制御する。

また、熱処理装置１０１は、制御部１１０に接続された温度センサ（群）、圧力計（群）、（図示せず）を備える。温度センサ（群）は、反応管１５２内及び排気管１５５内の各部の温度を測定し、その測定値を制御部１１０に通知する。圧力計（群）は、反応管１５２内及び排気管１５５内の各部の圧力を測定し、測定値を制御部１１０に通知する。

（実施の形態１）
以上のように構成された処理装置を用いたコンデンサの製造方法を図を用いて説明する。

まず、例えばシリコン単結晶の基板２１１を用意する。次に、基板２１１の表面に付着した埃等の汚れを洗浄して除去した後、熱酸化法により基板２１１の表面を酸化させ、図３（ａ）に示すように酸化膜２１２を形成する。次に、フォトリソグラフィ等により、酸化膜２１２上の下部電極２１３ａ及び引出用電極層２１３ｂを形成しない領域に、レジストパターンを形成し、レジストパターン及び酸化膜２１２の上面に、スパッタによって白金（Ｐｔ）を比較的薄く、例えば３０ｎｍ程度に堆積させ、白金層を形成する。次に、レジストパターンをエッチング液で除去し、図３（ｂ）に示すように下部電極２１３ａ及び引出用電極層２１３ｂを酸化膜２１２上に形成する。

次に、下部電極２１３ａ及び引出用電極層２１３ｂ上に誘電体成分を含む溶液（ＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を備える物質、例えばチタン酸バリウム）をスピンコーティングにより例えば１３０ｎｍの厚みに塗布し、例えば２５０℃で１分程度仮焼成する。

次に、仮焼成までを終えた複数のウエハ（基板）Ｗを図１に示す搬入出室１０２から処理装置１００に搬入し、本焼成を行う。また、本焼成時の基板の温度変化を図５Ｂに示す。

搬入出室１０２に搬入されたウエハ（基板）は、移載機１０３によってウエハボート１６１にセットされる。この際、処理装置１００の雰囲気は、不活性ガス雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気のいずれかに調節される。また、熱処理装置１０１の反応管１５２内の雰囲気は、酸素雰囲気（酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれか）に設定される。また、反応管１５２内の温度（Ｔ２）は、例えば５００℃〜８００℃まで上昇させておく。反応管１５２内の温度は、基板を搬入した際の、基板の温度変化率が基板及び誘電体前駆体層にクラック等の欠陥が生じない許容範囲内に入るよう決定する。また、この際基板の搬入速度（ウエハボート１６１をロードする速度）もクラック等の欠陥が生じないよう考慮し、調節する。この際の基板の搬入速度は例えば１０ｃｍ／ｍｉｎである。

次に、反応管１５２内に複数枚のウエハＷを収容させたウエハボート１６１を上昇させてロードする。基板を搬入後、基板の温度がＴ２で一旦安定した後、反応管１５２内の温度を焼成させる温度（Ｔ１）まで上昇させ、所定時間、反応管１５２内で誘電体前駆体層を焼成する。この際、誘電体前駆体層を構成するチタン酸バリウムは仮焼成の段階では非晶質状に形成されているが、本焼成されることで結晶成長、及び結晶粒が結合しチタン酸バリウムのＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造の結晶が形成され、誘電体層２７２が形成される。また誘電体層２７２は、例えば１００ｎｍの厚みを備える。

次に、反応管１５２の加熱を停止し、基板が所定程度（Ｔ３）まで冷却した後、アンロードする。この際、搬入時と同様に、基板の温度変化率が、基板及び誘電体層にクラック等の欠陥が生じない許容範囲内に入るよう、反応管１５２内で冷却させる温度（Ｔ３）、搬出する速度を調節する。この際の基板の搬出速度は、例えば１０ｃｍ／ｍｉｎである。ウエハＷは、処理装置１００内で室温程度になるまで冷却され、処理装置１００から搬出される。このようにして図３（ｃ）に示すようにチタン酸バリウムの誘電体層２７２が形成される。

次に、誘電体層２７２上にスパッタによって、ニッケルを堆積させニッケル層２７４を形成する。続いて、電源用接続導体Ｉｖと接地用接続導体Ｉｇ形成領域に開口を有するレジストパターンをフォトリソグラフィ等によりニッケル層２７４上に形成する。次に、ニッケル層２７４上に形成されたレジストパターンをマスクとして、図４（ｇ）に示す電極パッド２１８ｖ及び２１８ｇが形成される領域をエッチング液によりエッチングして除去し、開口部２６２ｖ及び２６２ｇを形成する。続いてレジストパターンを除去する。

次に、ニッケル層２７４をマスクとして、開口部を介して露出する誘電体層２７２を、エッチングして除去する。これにより、図３（ｄ）に示すように誘電体層２１４が形成され、誘電体層２１４の開口部２６１ｖ及び２６１ｇが、開口部２６２ｖ、２６２ｇに対して自己整合的に形成される。

続いて、スパッタによってニッケル層２７４上及びコンタクトホール（開口部２６１ｖ、２６１ｇ、２６２ｖ、２６２ｇ）の内壁全体を覆うように、例えば厚さ１００ｎｍ程度にニッケルを堆積させ、図４（ｅ）に示すようにニッケル層２７５を形成する。

次に、フォトリソグラフィ等によってニッケル層２７５上にレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、開口部２６９及び開口部２７０を形成する。これにより、図４（ｆ）に示すように上部配線２１５ａと２１５ｂ、上部配線２１５ｃと２１５ｄが形成される。

次に、レジストパターンを除去し、続いて、上部配線２１５ｂ、２１５ｄ上及び、開口部２６９、開口部２７０を充填するように絶縁膜２１７を形成する。次に、絶縁膜２１７の開口部２６３ｖ、開口部２６３ｖを介して露出する上部電極２１５ｂ、絶縁膜２１７の開口部２６３ｇ、開口部２６３ｇを介して露出する上部電極２１５ｄ、絶縁膜２１７上にニッケルをスパッタによって堆積させ、パターニングすることによって金属膜２１６ｖ、２１６ｇを形成する。

続いて、メッキによって電極パッド２１８ｖ及び２１８ｇを形成する。なお、電極パッド２１８ｖは、開口部２６３ｖを充填するように形成され、電極パッド２１８ｇは、開口部２６３ｇを充填するように形成される。続いて、メッキ等により電極パッド２１８ｖ及び２１８ｇ上に、それぞれ金（Ａｕ）からなる金属層２１９ｖ及び２１９ｇを形成する。次に、金属層２１９ｖ及び２１９ｇ上に、それぞれ半田層を形成し、バンプ２２０ｖ及び２２０ｇを形成する。

続いて、基板１１の下面の電極パッド２２３ｖ及び２２３ｇが形成される領域に対応してレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして、エッチングにより例えば略四角錐状に開口部２６７ｖ、２６７ｇを形成する。

次に、それぞれの開口部２６７ｖ、２６７ｇの表面と、基板２１１の下面を覆うように、絶縁層２２１を形成する。次に、開口部２６７ｖ及び２６７ｇ上に形成された絶縁層２２１上に、スパッタ等によりニッケルからなる金属層２２２ｖ及び２２２ｇを形成する。続いて、メッキ等により、金属層２２２ｖ及び２２２ｇ上に例えば銅からなる電極パッド２２３ｖ及び２２３ｇを形成する。
以上の工程から図４（ｇ）に示すようにコンデンサ２１０を備えるインターポーザ２３０が製造される。

なお、図４（ｇ）に示すインターポーザ２３０は、図７に示すＩ−Ｉ線断面図に相当する。またインターポーザ２３０は、図６に模式的に示すように、半導体パッケージ（チップ）２５０と回路基板２７０との間に配置され、半導体パッケージ２５０の電源端子Ｔｖ、接地端子Ｔｇ、複数の信号端子Ｔｓを、それぞれ、接続導体Ｉｖ、Ｉｇ、Ｉｓにより、回路基板２７０の電源ラインＬｖ、接地ラインＬｇ、複数の信号ラインＬｓに接続すると共に半導体パッケージ２５０の電源端子Ｔｖと接地端子Ｔｇの間に電源ノイズ低減用のコンデンサＣ（コンデンサ２１０）を接続する装置である。

また、図７に平面図で模式的に示すように、半導体パッケージ２５０の各接続端子、インターポーザ２３０の上下の各接続端子、及び回路基板２７０の各配線の接続パッドは、相対的に同一の位置に配置されており、水平方向の位置合わせを行って重ねて載置することにより、半導体パッケージ２５０の各接続端子と回路基板２７０の対応する接続パッドとがインターポーザ２３０を介して接続される。なお、回路基板２７０とインターポーザ２３０の間の空隙、及びインターポーザ２３０と半導体パッケージ２５０の間の空隙には、適宜、樹脂などの充填材が充填される。

このように本実施の形態のコンデンサの製造方法では、誘電体層２１４を形成する際、熱処理装置１０１内の雰囲気のみならず処理装置１００内（熱処理装置１０１外）の雰囲気も水及び二酸化炭素を除き、好ましくは同一の雰囲気に調節する。従って、従来、室温から焼成温度までの温度を上昇させるため必要であった時間を省略することが可能となる。また、基板が高熱であっても反応管１５２外に搬出することが可能であるため、反応管１５２内で冷却していた従来と異なり、室温で冷却することができ、冷却時間を大幅に省略することが可能となる。また、熱処理装置１０１内外の雰囲気が調節されているため、誘電体層２１４の膜質の低下を防ぐことができ、高品質な誘電体層２１４が形成される。このように本実施の形態の製造方法によれば、短い製造時間で、且つ高品質な誘電体層を備えるコンデンサを製造することができる。

また、本実施の形態のように、仮焼成が１分、本焼成が６０分と処理時間に差がある場合、仮焼成を複数回行い、ウエハをまとめて本焼成させることができるため、従来技術のようにスパッタ工程と熱処理工程を１枚ずつ行う製造方法と異なり、製造効率が優れている。

（実施の形態２）
次に、誘電体層の焼成を異なる工程で行う実施の形態２について説明する。実施の形態２では、誘電体層の焼成工程の前に誘電体層の残留溶剤を蒸発させる工程を備える。その他は、実施の形態１と同様である。

実施の形態２では実施の形態１と同じく、図３（ｂ）に示すように、酸化膜２１２の上に形成された下部電極２１３ａ及び引出用電極層２１３ｂ上に、誘電体成分を含む溶液（ＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を備える物質、例えばチタン酸バリウム）をスピンコーティングにより例えば１３０ｎｍの厚みに塗布し、例えば２５０℃で１分程度仮焼成する。

次に、仮焼成までを終えた複数のウエハ（基板）Ｗを図１に示す搬入出室１０２から処理装置１００に搬入し、本焼成を行う。図８は、実施の形態２における焼成工程の温度変化の一例を示す。

搬入出室１０２に搬入されたウエハ（基板）は、移載機１０３によってウエハボート１６１にセットされる。この際、処理装置１００の雰囲気は、不活性ガス雰囲気、酸素雰囲気、乾燥空気雰囲気のいずれかに調節される。また、熱処理装置１０１の反応管１５２内の雰囲気は、酸素雰囲気（酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれか）に設定される。また、反応管１５２内の温度（Ｔ４）を、例えば４００℃〜６００℃まで上昇させておく。反応管１５２内の温度Ｔ４は、誘電体を含む溶液の溶剤の揮発温度より高い温度で、誘電体の物質が結晶化を開始する温度より低い温度に設定する。この温度は一般に、基板を搬入した際の、基板の温度変化率が基板及び誘電体前駆体層にクラック等の欠陥が生じない許容範囲内である。また、この際基板の搬入速度（ウエハボート１６１をロードする速度）もクラック等の欠陥が生じないよう考慮し、調節する。この際の基板の搬入速度は例えば１０ｃｍ／ｍｉｎである。

次に、反応管１５２内に複数枚のウエハＷを収容させたウエハボート１６１を上昇させてロードする。基板を搬入後、反応管１５２内の温度をＴ４に所定の時間保持する（以下、高温ベークという）。温度Ｔ４は溶剤の揮発温度より高い温度で、誘電体の物質が結晶化を開始する温度より低いので、温度Ｔ４に保持する時間を適当に設定することにより、仮焼成で残留していた有機溶剤は誘電体層に閉じこめられることなく完全に蒸発する。その結果、本焼成工程後の誘電体薄膜中に有機溶媒起因の炭素が残らず、誘電体薄膜の電気特性を向上させることができる。誘電体層の残留溶剤を蒸発させる高温ベークの所定の時間は、例えば、１０〜３０分である。

その後、焼成させる温度（Ｔ１）まで上昇させ、所定時間、反応管１５２内で誘電体前駆体層を焼成する。この際、誘電体前駆体層を構成するチタン酸バリウムは仮焼成の段階では非晶質状に形成されているが、本焼成されることで結晶成長、及び結晶粒が結合しチタン酸バリウムのＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造の結晶が形成され、誘電体層２７２が形成される。また誘電体層２７２は、例えば１００ｎｍの厚みを備える。

次に、反応管１５２の加熱を停止し、基板が所定程度（Ｔ３）まで冷却した後、アンロードする。実施の形態１と同様に、基板の温度変化率が、基板及び誘電体層にクラック等の欠陥が生じない許容範囲内に入るよう、反応管１５２内で冷却させる温度（Ｔ３）、搬出する速度を調節する。基板の搬出速度は、例えば１０ｃｍ／ｍｉｎである。ウエハＷは、処理装置１００内で室温程度になるまで冷却され、処理装置１００から搬出される。このようにして図３（ｃ）に示すようにチタン酸バリウムの誘電体層２７２が形成される。誘電体層２１４の形成以後の工程は、実施の形態１と同様なので、説明を省略する。

（実施例）
図９は、実施の形態１及び２の製造方法を用いた場合それぞれの、処理条件と評価結果の例を示す。用いた誘電体層を形成する物質は、誘電体成分が（ｉ）ＡＢＯｘ型結晶構造を有する粒子、（ii）金属種Ａおよび金属種Ｂを含む金属アルコキシド、金属カルボキシレート、金属錯体、および金属水酸化物の群から選ばれる少なくとも１種、の成分のうち、（ｉ）および（ii）もしくはいずれか一方を含む。酸化物粒子の濃度は、２０〜３ｗｔ％、好ましくは１２〜３ｗｔ％である。また、溶剤は有機溶媒として例えば、アルコール系溶媒、多価アルコール系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒等を用いる。図９の例では、２−メトキシエタノールを用いた。

図９に示す例では、実施の形態２として、前述の残留溶剤を蒸発させる高温ベークを酸素雰囲気（例１、例３）又は窒素雰囲気（例２）中において４００℃（例３）又は５００℃（例１、例２）で３０分行った。結晶化開始温度は６００℃以上なので、高温ベークは６００℃以下で行う。その他の条件は、実施の形態１と実施の形態２それぞれの例で同じとした。溶媒の２−メトキシエタノールは、沸点が１２４．５℃、発火点が２８５℃である。仮焼成は沸点以上、発火点以下の温度で行う。この場合、仮焼成は乾燥空気中において２５０℃で１０分行った。また本焼成は、酸素雰囲気中において７５０℃で６０分行った。

図９に示すように、実施の形態１の例では本焼成前の残留有機成分が検出されたのに対して、実施の形態２の例１及び例２では、残留有機成分が検出されなかった。高温ベークを４００℃で行った例３では微量の有機成分が検出された。仮焼成では塗布した溶液が乾燥するが、有機成分が残留する。製造されたコンデンサ２１０のリーク電流は、実施の形態２の例では実施の形態１の例より１桁小さい値となった。また、誘電体層２１４の比誘電率は、実施の形態１の例では２５０〜３５０で個体差があるのに対して、実施の形態２の例では３５０〜３７０で個体差が小さく安定した結果が得られた。例２ではＮ_２雰囲気で高温ベークを行ったが、Ｏ_２雰囲気で行った例１と差はなかった。なお、４００℃で高温ベークを行った場合、リーク電流と比誘電率の数値は同じ結果であったが、有機成分が微量に検出されているので、５００℃以上で高温ベークを行うのが望ましい。

以上、説明したように、本焼成の前に実施の形態２に示す高温ベークを行うことにより、さらにコンデンサの特性が安定し、高品質のコンデンサを製造することができる。なお、高温ベークは有機溶剤を完全に蒸発させることが目的なので、仮焼成と同じ雰囲気中で行ってもよい。高温ベークを本焼成と同じ雰囲気中で行う場合、高温ベークから本焼成を連続して実施できるので、焼成工程の時間を短縮することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限られず様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態では、強誘電体としてチタン酸バリウムを用いる場合を例に挙げて説明したが、これに限られない。また、チタン酸バリウム以外を用いる場合、用いる物質に応じて適宜処理装置１００内の雰囲気、熱処理装置１０１内の雰囲気を調節する。また、高温ベークの温度と時間は、用いる物質と溶剤及び膜厚などに応じて調節する。なお、上述した実施の形態で挙げた数値は、一例であってこれに限定されるものではない。

本発明の実施の形態に係る処理装置の構成例を示す図である。 図１に示す処理装置の熱処理装置の構成例を示す図である。 コンデンサの製造工程を説明するための断面図である。 コンデンサの製造工程を説明するための断面図である。 従来の焼成工程の温度変化を示す図である。 図１に示す製造装置で焼成する際の温度変化を示す図である。 本発明の実施の形態に係るコンデンサを備えるインターポーザの機能を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るコンデンサを備えるインターポーザと回路基板と半導体パッケージの各電極の位置関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における焼成工程の温度変化の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の処理条件と評価結果を示す図である。

符号の説明

１００ 処理装置
１０１ 熱処理装置
１０２ 搬入出室
１０３ 移載機
１０７ カセット
１１０ 制御部
１１２ ガス供給源
１１３ マスフローコントローラ
１１４ バルブ制御部
１１５ 圧力計
１１６ 排気管
２１０ コンデンサ
２１１ 半導体基板
２１２ 酸化膜
２１３ａ 下部電極
２１３ｂ 引出用電極層
２１４ 誘電体層
２１５ａ〜２１５ｄ 上部電極
２１６ｖ、２１６ｇ 金属膜

Claims (12)

1. 基板上に形成した第１の電極上に、誘電体層を成膜及び焼成し、その誘電体層上に第２の電極を形成するコンデンサの製造方法において、
   炉内の雰囲気を調節する炉内雰囲気調節工程と、
   炉外の雰囲気を調節する炉外雰囲気調節工程と、
   前記炉内の温度を基板の搬入前に上昇させる昇温工程と、
   誘電体前駆体層が形成された前記基板を炉内に搬入する搬入工程と、
   前記基板上に形成された前記誘電体前駆体層を焼成し、誘電体層を得る焼成工程と、
   焼成された前記誘電体層を備える前記基板を炉外に搬出する搬出工程と、
   前記搬出工程で搬出された前記基板を前記炉外の雰囲気にさらし冷却する冷却工程と、から構成されることを特徴とするコンデンサの製造方法。
2. 前記炉内雰囲気調節工程において、前記炉内の雰囲気は酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの製造方法。
3. 前記炉外雰囲気調節工程において、前記炉外の雰囲気は、窒素又は希ガスのいずれかから構成される不活性ガス雰囲気と、酸素、酸素及び窒素、酸素及び希ガスのいずれかから構成される酸素ガス雰囲気と、乾燥空気雰囲気と、のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンデンサの製造方法。
4. 前記炉内の雰囲気と前記炉外の雰囲気とは同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
5. 前記搬入工程では、前記基板の温度変化率が前記基板及び前記誘電体前駆体層に欠陥が生じないよう予め定められた範囲となるよう、前記基板の搬入速度を調節することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
6. 前記搬出工程では、前記基板の温度変化率が、前記基板及び焼成された前記誘電体層に欠陥が生じない予め定められた所定範囲となるよう前記基板の搬出速度を調節することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
7. 前記昇温工程では、前記炉内は５００℃乃至８００℃に昇温されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
8. 前記誘電体層はゾルゲル法によって形成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
9. 前記誘電体膜はＡＢＯｘ型ペロブスカイト構造を備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法。
10. 前記焼成工程は、前記基板上に形成された前記誘電体前駆体層を焼成する前に、前記誘電体前駆体層の溶剤の揮発温度より高く、かつ前記誘電体前駆体の結晶化開始温度よりも低い温度で、所定の時間保持する残留溶剤蒸発工程を備えることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサの製造方法。
11. 前記昇温工程では、前記炉内は前記誘電体前駆体層の溶剤の揮発温度より高く、かつ前記誘電体前駆体の結晶化開始温度よりも低い温度に昇温されることを特徴とする請求項１０に記載のコンデンサの製造方法。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のコンデンサの製造方法によって製造されることを特徴とするコンデンサ。

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