JP2008016662A - キャパシタ構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エアロゾルデポジション法により、キャパシタンスを増大させたキャパシタ構造を作製する。
【解決手段】下部電極上にエアロゾルデポジション法によりセラミック膜を形成する際に、最初に粒径の大きい微粒子を使ってエアロゾルを形成し、エアロゾル粒子を下部電極中に侵入するように打ち込み、その後で通常の、粒径のより小さい微粒子を使ってエアロゾルを形成し、堆積を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は一般に電子装置に係り、特にエアロゾルデポジション法を使ったキャパシタ絶縁膜の形成方法、かかる方法で形成されたキャパシタ、およびかかるキャパシタを有する回路基板に関する。

一般に電子装置は、ＬＳＩなどの能動素子やキャパシタなどの受動素子を樹脂回路基板上に実装することにより構成される。特に最近の小型化された高性能電子装置では、受動素子、特にセラミックキャパシタを回路基板内に集積化する要求が存在する。

このため、従来セラミックチップキャパシタをビルドアップ回路基板中に形成された凹部に実装する技術などが提案されているが、回路基板の厚さをさらに減少させ、信号路のインダクタンスを減少させるには、ビルドアップ基板を構成する樹脂層に一体的かつ直接にセラミックキャパシタを形成するのが好ましい。
特開２００２−２９９４６２号公報 特開平９−３６３２２号公報 特開平１１−１６３２８４号公報

一般にセラミックキャパシタは、キャパシタ絶縁膜を形成するのに数百℃から１０００℃、あるいはそれ以上の温度での焼成工程が必要であり、樹脂基板に直接に集積化することはできない。

これに対し従来、室温など、低温でセラミック誘電体膜を形成できる技術としてエアロゾルデポジション法が提案されている。

エアロゾルデポジション法では、１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下の粒径のセラミック超微粒子によりエアロゾルを形成し、これを真空処理室中において高速で基板に衝突させ、セラミック微粒子を衝撃固化させ、室温など、低温でセラミック誘電体膜を形成する技術である。

図１は、典型的なエアロゾルデポジション装置１０の構成を示す。

図１を参照するに、エアロゾルデポジション装置１０はメカニカルブースタポンプ１２および真空ポンプ１２Ａにより真空排気される処理容器１１を備えており、前記処理容器１１中には、ステージ１１Ａ上に被処理基板Ｗが、Ｘ−Ｙステージ駆動機構１１ａおよびＺステージ駆動機構１１ｂによりＸ−Ｙ−Ｚ―θ方向に駆動自在に保持される。

前記処理容器１１中には、前記ステージ１１Ａ上の被処理基板Ｗに対向してノズル１１Ｂが設けられており、前記ノズル１１Ｂは原料容器１２より、セラミック材料のエアロゾルをキャリアガスとともに供給され、これを前記被処理基板Ｗの表面に、ジェット１１ｃとして吹き付ける。

このようにして吹き付けられたエアロゾルを構成するセラミック粒子は先にも述べたように好ましくは０．５μｍ以下の粒径を有しており、前記被処理基板Ｗの表面で衝撃固化し、セラミック膜を形成する。

前記ノズル１１Ｂに前記エアロゾルを供給するため、図１のエアロゾルデポジション装置１０は粒径が好ましくは０．５μｍ以下のセラミック粉末原料を保持した原料容器１３が設けられており、前記原料容器１３には高純度酸素などのキャリアガスが、高圧ガス源１４から、質量流量コントローラ１４Ａを介して供給される。また前記原料容器１３は、エアロゾルの発生を促進するため、振動台１３Ａ上に保持されている。前記原料容器１３は、前記メカニカルブースタポンプ１２および真空ポンプ１３により減圧状態に維持される。

図２は、図１のエアロゾルデポジション法を使って樹脂基板２１上に形成されたセラミックキャパシタ構造２０を示す。

図２を参照するに、前記樹脂基板２１上にはＣｕなどの電極２２がメッキ法などにより形成されており、前記電極２２上には、例えばＢａＴｉＯ₃などのセラミック高誘電体よりなるキャパシタ絶縁膜２３が、図１のエアロゾルデポジション装置を使って形成されている。図２の例では、前記電極２２およびキャパシタ絶縁膜２３が前記樹脂基板２１上に、繰り返し積層されている。

このように、図１のエアロゾルデポジション技術を使うと、室温でセラミック誘電体膜を形成することが可能となり、例えば樹脂ビルドアップ基板上にキャパシタを集積化して形成することも可能である。

一方、このようにしてエアロゾルデポジション法で形成されたセラミック膜では、低温成長のため、セラミック粒子に粒成長が生じることがなく、また個々のセラミック粒子の結晶構造が破壊され非晶質化しているため、バルクセラミック誘電体膜のような大きな比誘電率を得ることが困難である。

この問題を解決し、エアロゾルデポジションセラミック膜の比誘電率を向上させるため、例えば原料中に金属などの導電性成分を導入する提案されているが、このような材料面での改良には限界があるものと考えられる。

そこで、キャパシタの内部構造、例えば誘電体膜の厚さや層数を最適化することが考えられるが、誘電体膜の厚さを減少させた場合にはリーク電流が増大してしまい、一方、総数を増加させると、形成されたセラミック膜中に蓄積する応力が増大してしまい、歩留まりが低下する問題が生じる。

このような課題を解決し、リーク電流特性を劣化させずに歩留まり良く大容量のキャパシタを樹脂基板中に形成するためには、エアロゾルデポジション法で形成されるキャパシタにおいて、キャパシタ構造を改良する必要がある。

一の側面によれば本発明は、基板上の下部電極層と、前記下部電極層上に形成されたセラミックキャパシタ絶縁膜と、前記セラミックキャパシタ絶縁膜上に形成された上部電極層とよりなるキャパシタ構造であって、前記セラミックキャパシタ絶縁膜を構成するセラミック粒子は衝撃固化しており、前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜との界面には、凹凸が形成されていることを特徴とするキャパシタ構造を提供する。

他の側面によれば本発明は、樹脂基板上に下部電極層を形成する工程と、前記下部電極層上にエアロゾルデポジション法によりセラミック層を、キャパシタ絶縁膜として形成する工程と、前記セラミック層上に上部電極層を形成する工程とよりなり、前記セラミック層をエアロゾルデポジション法により形成する工程は、前記下部電極層上に平均粒径が１μｍ以上のセラミック粒子を衝撃固化させ、より大粒径のセラミック粒子よりなる前記セラミック層下層部を、前記セラミック粒子が前記下部電極層に侵入するように形成する第1の工程と、前記セラミック層下層部上に、平均粒径が１μｍ未満のセラミック粒子を衝撃固化させ、より小粒径のセラミック粒子よりなる前記セラミック層上層部を形成する工程とよりなることを特徴とするセラミックキャパシタの形成方法を提供する。

本発明によれば、エアロゾルデポジション法により下部電極増上にキャパシタ絶縁膜を形成する際に、前記下部電極層とキャパシタ絶縁膜との界面に凹凸を形成することにより、キャパシタ容量を、リーク特性を犠牲にすることなく向上させることができる。特に本発明によれば、下部電極層上にキャパシタ絶縁膜となるセラミック層を、エアロゾルデポジション法により、キャパシタ絶縁膜の下層部を形成する際に、上層部を形成する場合よりも大きな粒径のセラミック粒子を使うことにより、セラミック粒子が下部電極表面に深く侵入し、下部電極層とキャパシタ絶縁膜の接触面積を効果的に増大することができる。

なお、かかる凹凸は、サンドブラスト、ドライエッチング、逆スパッタ、あるいはエアロゾルデポジションにより形成することができる。エアロゾルデポジションにより前記凹凸を形成する場合には、かかる凹凸を、平坦な下部電極表面に大粒径のセラミック粒子を打ち込むことで形成することができる。

［第1の実施形態］
図３は、本発明の一実施形態によるキャパシタ構造を含む基板４０の概略を示す。ただし図中、先の実施形態と同様に形成されている部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図３を参照するに、本実施形態では、前記平坦なＣｕ電極層２２のかわりに、上主面に凹凸を有するＣｕ電極層２２Ａを使い、前記電極層２２Ａ上に高誘電体セラミック膜２３をエアロゾルデポジション法により形成している。

このように凹凸を形成された下部電極層２２Ａを使うことにより、下部電極層２２Ａとキャパシタ絶縁膜を構成する高誘電体セラミック膜２３の接触面積が増大し、キャパシタ構造のキャパシタンスを増大させることができる。
図４は、本発明で使われるエアロゾルデポジション装置１０Ａの構成を示す。ただし図中、先に説明したのと同様な構成を有する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図４を参照するに、エアロゾルデポジション装置１０Ａには、第１の高圧酸素ガス源３４Ａから質量流量コントローラ１４ａを介して高純度高圧酸素ガスを供給される第１の原料容器３３Ａと、第２の高圧酸素ガス源３４Ｂから質量流量コントローラ３４ｂを介して高純度高圧酸素ガスを供給される第２の原料容器３３Ｂが設けられ、前記原料容器３３Ａからのエアロゾルと前記原料容器３３Ｂからのエアロゾルは、前記ノズル１１Ｂに、切替えバルブ３５を介して供給される。

さらに前記原料容器３３Ａは超音波振動台３２Ａにより保持されており、また前記原料容器３３Ｂは超音波振動台３２Ｂにより保持されている。本実施形態では、前記原料容器３３Ａに、平均粒径が１μｍのＢａＴｉＯ₃微粉末が原料として保持されており、また原料容器３３Ｂに、平均粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃膜が保持されている。いずれの原料容器においても、容器全体に超音波振動台３２Ａ，３２Ｂから超音波振動を印加し、この状態において前記容器３３Ａ，３３Ｂを真空ポンプ１２，１３で脱気しながら１５０℃の温度に加熱することで、微粒子表面の水分を除去している。またこの工程において、前記処理容器１１の内部は１０Ｐａ以下の高真空に減圧されている。

なお図４の装置において、前記原料容器３３Ａ，３３Ｂに対応して二つのノズルを設けることも可能である。この場合には、セラミックエアロゾルによるバルブ３５の摩耗の問題が回避できる。

次に、前記図４の装置を使って実行される本発明の一実施形態によるキャパシタ構造の形成例を、図５（Ａ）〜（Ｃ）および図６（Ｄ）を参照しながら説明する。

図５（Ａ）を参照するに、例えばエポキシ樹脂よりなる基板２１上には平坦なＣｕ電極層２２が形成されており、図５（Ｂ）の工程において、前記Ｃｕ電極層２２の表面をサンドブラスト加工により、例えばＲａ値にして０．５μｍの表面粗さに粗面化する。これにより、前記Ｃｕ電極層２２は、Ｃｕ電極層２２Ａに加工される。

次に図５（Ｃ）の工程において前記Ｃｕ電極層２２Ａ上に、ＢａＴｉＯ₃よりなるセラミック層２３を、前記図２のエアロゾルデポジション装置１０Ａを使って形成する。

すなわち図５（Ｃ）の工程では、前記高圧酸素ガス源３４Ａより高純度酸素ガスを、前記質量流量コントローラ３４ａを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力と４ｌ／分の流量で前記原料容器３３Ａに供給し、前記原料容器３３Ａに保持された平均粒径が１μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子をエアロゾルとして前記ノズル１１Ｂに供給する。このようにして供給されたＢａＴｉＯ₃微粒子は、前記電極層２２Ａ上に、ジェット１１ｃとして噴射される。

このような噴射を２分間実行することにより、前記Ｃｕ電極層２２Ａ上には、粒径が１０〜１０００ｎｍの比較的大粒径のＢａＴｉＯ₃粒子が衝撃固化により堆積し、ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａが形成される。なお、前記図５（Ｃ）の噴射工程では、前記処理容器１１内部は２００Ｐａの圧力に保持している。

その際、図５（Ｃ）の工程では、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子の粒径が比較的大きく質量が大きいため、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子は衝撃固化する際、前記下部電極層２２Ａ中に、凹凸面を超えて、塑性変形を誘起しながら侵入し、前記下部電極層２２Ａと密着する。その結果、前記下部電極層２２Ａの表面に図５（Ｂ）の工程で凹凸面が形成されていても、図５（Ｃ）に示すように前記下部電極層２２ＡとＢａＴｉＯ₃膜２３Ａの界面に５００ｎｍを超えるような隙間が生じることはない。すなわち、前記Ｃｕ電極層２２の凹凸面は、前記ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａを構成するＢａＴｉＯ₃微粒子の形状に整合した形状を有する。

次に図６（Ｄ）の工程において、前記処理容器１１内部の圧力が再び１０Ｐａまで減圧され、さらに前記高圧酸素ガス源３４Ｂより高純度酸素ガスが、前記質量流量コントローラ３４ｂを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力と４ｌ／分の流量で前記原料容器３３Ａに供給され、前記原料容器３３Ａに保持された平均粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子がエアロゾルとして前記ノズル１１Ｂに供給され、前記電極層２２上に、ジェット１１ｃとして噴射される。

このような噴射を１８分間実行することにより、前記下部ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上には、粒径が５〜５００ｎｍの比較的小粒径のＢａＴｉＯ₃粒子が堆積する。本実施例１では、ＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂを、前記膜２３Ａまで含めたＢａＴｉＯ₃膜２３の厚さが２μｍとなるように形成した。なお、前記図６（Ｄ）の噴射工程では、前記処理容器１１内部は２００Ｐａの圧力に保持している。

その際、図６（Ｄ）の工程では、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子の粒径が比較的小さく質量が小さいため、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子は、その下のＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上に、自身が衝撃固化しながら堆積する。

このようにして形成されたＢａＴｉＯ₃膜２３の表面粗さＲａは０．０３μｍであり、さらに図６（Ｅ）の工程で、図６（Ｄ）のＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂ上にＣｕ上部電極層２４を、無電解メッキおよび電解メッキを行うことにより、所望のキャパシタ構造が形成した。

このように形成されたキャパシタ構造は、単位面積あたりのキャパシタンスが８０ｎＦ／ｃｍ²であり、１０Ｖの電圧印加時におけるリーク電流は１０^-6Ａであることが確認された。

本実施例２では、先の実施例１において、粒径が１μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子の代わりに粒径が２μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子を前記原料容器３３Ａに充填し、図５（Ｃ）の工程において、前記粒径がＢａＴｉＯ₃の微粒子を、前記図５（Ｂ）のサンドブラスト加工されたＣｕ電極層２２Ａの凹凸面に、先と同じ条件で噴射し、下側のＢａＴｉＯ₃膜２３Ａを形成した。

さらに前記下側ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上に図６（Ｄ）の工程と同様にして、上側ＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂを、原料容器３３Ｂに保持された平均粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃を使い、前記ＢａＴｉＯ₃膜２３ＡとＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂを合わせたＢａＴｉＯ₃膜２３全体の厚さが２μｍとなるように形成し、さらに前記図６（Ｄ）の工程で、前記ＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂ上にＣｕ上部電極層２４を同様にして形成した。

このようにして得られたＢａＴｉＯ₃膜２３は、表面粗さＲａが０．０３５μｍであり、図６（Ｅ）で得られたキャパシタ構造の単位面積あたりのキャパシタンスは１００ｎＦ／ｃｍ²，１０Ｖの電圧印加時におけるリーク電流値は１０^-6Ａであることが確認された。

［比較例１］
図７（Ａ）〜図８（Ｄ）は、上記実施例１，２に対する比較例を説明する図である。ただし図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図７（Ａ）を参照するに、基板２１上には平坦なＣｕ電極層２２が形成されており、図７（Ｂ）の工程において、前記Ｃｕ電極層２２の表面がサンドブラスト加工により、Ｒａ値にして約０．５μｍまで粗面化された後、図７（Ｃ）の工程において前記粗面加工されたＣｕ電極層２２Ａ上に、ＢａＴｉＯ₃よりなるセラミック層２３が、前記図１のエアロゾルデポジション装置１０を使って形成される。

より具体的には、前記基板２１上には前記Ｃｕ電極層２２が電解メッキ法により形成され、図７（Ｂ）の工程ではサンドブラスト加工により、表面荒さＲａが約０．５μｍの粗面加工された下部電極層２２Ａが形成される。

次に図７（Ｂ）の構造はクリーニングの後、前記図１のエアロゾルデポジション装置１０の処理容器１１中に導入され、被処理基板Ｗとして、ステージ１２上に装着される。

さらに平均粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子を原料粉末として前記原料容器１３に導入し、前記処理容器１１および原料容器１３を前記ポンプ１２および１３により、例えば１０Ｐａ以下の高真空に排気する。

この状態で、前記原料容器１３に振動台１３Ａより超音波振動を印加しながら約１５０℃の温度で加熱し、３０分間真空脱気し、粉末表面の水分を除去する。

次に前記原料容器１３に高圧ガス源１４より、高純度酸素ガスを、質量流量コントローラ１４Ａを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力および４ｌ／分の流量で導入し、ＢａＴｉＯ₃のエアロゾルを形成する。

このようにして形成されたＢａＴｉＯ₃のエアロゾルは前記ノズル１１Ｂからジェット１１ｃとなって前記被処理基板Ｗの表面に２０分間噴射され、前記Ｃｕ電極層２２Ａ上にＢａＴｉＯ₃層２３が２μｍの膜厚に形成される。なお、この例では、前記電極層２２Ａ上へのＢａＴｉＯ₃層２３の堆積速度は１±０．５μｍ／分であり、ＢａＴｉＯ₃微粒子の噴射中、前記処理容器１１内部の圧力は２００Ｐａに維持している。また本発明では、前記ノズル１１Ｂとして、実施例１，２と同様に内側にらせん状の溝を形成したものを使っており、形成された前記ＢａＴｉＯ₃層４３の表面粗さは、０．０２μｍであった。

さらに図８（Ｄ）の工程において、前記図７（Ｃ）の構造上に、無電解メッキおよび電解メッキを行うことにより、前記ＢａＴｉＯ₃層２３に接して、上部電極２４が形成される。これにより、前記ＢａＴｉＯ₃層４３をキャパシタ絶縁膜としたキャパシタ構造が形成される。

このようにして形成されたキャパシタについて、単位面積あたりのキャパシタンスを測定したところ、２０ｎＦ／ｃｍ²であり、１０Ｖの電圧印加時におけるリーク電流は、１０^-5Ａであることが確認された。

このように、図５（Ｃ）の大粒径粒子を使ったエアロゾルデポジション工程を省略した場合、得られるキャパシタンスの値が減少し、またリーク電流の値が増加してしまうが、これは図７（Ｂ）のような凹凸面が形成された下部電極２２Ａ上に微粒子のエアロゾルデポジション工程を直接に行った場合、前記下部電極２２ＡとＢａＴｉＯ₃膜２３の間に、５００ｎｍを超える大きな隙間２３Ｇが形成されてしまい、接触面積が減少すると同時に、このような隙間に吸着された不純物がリーク電流路を形成することを示唆している。

［比較例２］
図７（Ａ）〜８（Ｄ）の比較例工程において、図７（Ｂ）のサンドブラスト加工工程を省略し、平坦なＣｕ電極層２２上に直接に粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子を使ったエアロゾルデポジション法によりＢａＴｉＯ₃膜２３を、同一の条件で形成した場合、得られるキャパシタ構造の単位面積あたりキャパシタンスは４０ｎＦ／ｃｍ²となり、１０Ｖ印加時のリーク電流が１０^-6Ａとなることが確認された。この結果は、前記実施例１，２の結果よりもキャパシタンス値において劣るものの、前記比較例１のものよりは良好であり、前記比較例１においては、下部電極層２２ＡとＢａＴｉＯ₃膜２３の界面に欠陥が生じているとの推測を支持するものである。

［比較例３］
さらに図７（Ａ）〜８（Ｄ）の比較例工程において、前記図７（Ｂ）のサンドブラスト加工工程を省略し、さらに前記図７（Ｃ）のエアロゾルデポジション工程の継続時間を1分間とすることで形成されるＢａＴｉＯ₃膜の膜厚を０．２μｍとした場合、得られたキャパシタ構造の単位面積あたりキャパシタンスは４２０ｎＦ／ｃｍ²に大きく増大するのが確認された。しかし、このように膜厚を減少させた場合、１０Ｖ印加時のリーク電流が１０^-3Ａまで増大しており、これは膜中に欠陥が多量に含まれていることを示している。

以下の表１は、上記本発明の実施例１，２の結果を、比較例１〜３の結果と対照して示す図である。

表１より、本発明の実施例１，２のように、サンドブラスト処理した下部電極上のセラミック膜のエアロゾルデポジションプロセスを２段階に分けて実行し、最初に質量の大きい、従って運動エネルギの大きい粒子を衝突させ、次に通常のエアロゾルデポジションを行うことにより、キャパシタンス値が改善され、かつリーク電流特性が劣化しないキャパシタ構造を、樹脂基板などの耐熱性を欠く基板上に形成することが可能となることがわかる。

さらに前記図５（Ａ）〜６（Ｅ）の工程を繰り返すことにより、図３に示したキャパシタ構造が樹脂基板２１上に形成される。図３では、図６（Ｅ）の構造が繰り返されるため、図３の電極２２Ａは、図５（Ａ）〜図６（Ｅ）の上部電極２４と同じものである。

［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態によるキャパシタ構造６０を示す。ただし図中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図９を参照するに、本実施例では前記ＢａＴｉＯ₃膜２３の各々が図５（Ａ）〜図６（Ｅ）の工程により形成され、その結果、各々のＢａＴｉＯ₃膜２３は粒径の大きい下部層２３Ａと粒径の細かい上部層２３Ｂとより構成され、凹凸面を有する下部電極２２Ａ上に形成されている。

さらに本実施形態では、ＢａＴｉＯ₃膜２３上に上部電極２４，従って２２Ａを形成する際に、前記ＢａＴｉＯ₃膜２３の上部層２３Ｂに凹凸パターンを、例えばレジストプロセスおよびエッチングにより形成し、上部電極２４，従って２２ＡをかかるＢａＴｉＯ₃膜２３の凹凸面に形成している。

かかる構成により、電極層２２ＡとＢａＴｉＯ₃膜２３の接触面積がさらに増大し、キャパシタ構造のキャパシタンスをさらに増大させることができる。

以上の説明では、前記基板２１をエポキシ樹脂基板としているが、前記基板２１はエポキシ樹脂基板に限定されるものではなく、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系共重合体、ファイバガラス、テフロン（登録商標名）などを使うことも可能である。また前記基板２１として、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕなどを含む合金よりなる金属材料を使うことも可能である。また前記基板２１としてセラミック基板を使うことも可能である。また前記電極層２２，２４として、Ｃｕの代わりにＡｕなどを使うことも可能である。さらに前記セラミック層２３，２３Ａ，２３Ｂは、ＢａＴｉＯ₃に限定されるものではなく、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃など、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物やアルミニウム系化合物、鉛系化合物などを使うことも可能である。

［第３の実施形態］
さらに図５（Ｂ）の粗面形成工程はサンドブラスト加工に限定されるものではなく、機械研磨や逆スパッタ、フォトリソグラフィによるパターンエッチングなどにより実行することもできる。

図１０（Ａ）は前記図５（Ａ）の工程に対応しており、例えばエポキシ樹脂よりなる基板２１上には平坦なＣｕ電極層２２が形成されているが、本実施形態では図１０（Ｂ）の工程において、前記Ｃｕ電極層２２の表面をレジストマスク（図示せず）を使ったドライエッチングあるいは逆スパッタにより処理し、凹凸面を形成する。これにより、前記Ｃｕ電極層２２は、Ｃｕ電極層２２Ｂに加工される。

次に図１０（Ｃ）の工程において前記Ｃｕ電極層２２Ｂ上に、ＢａＴｉＯ₃よりなるセラミック層２３を、前記図２のエアロゾルデポジション装置１０Ａを使って形成する。

すなわち図１０（Ｃ）の工程では、前記高圧酸素ガス源３４Ａより高純度酸素ガスを、前記質量流量コントローラ３４ａを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力と４ｌ／分の流量で前記原料容器３３Ａに供給し、前記原料容器３３Ａに保持された平均粒径が１μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子をエアロゾルとして前記ノズル１１Ｂに供給する。このようにして供給されたＢａＴｉＯ₃微粒子は、前記電極層２２Ｂ上に、ジェット１１ｃとして噴射される。

このような噴射を２分間実行することにより、前記Ｃｕ電極層２２Ａ上には、粒径が１０〜１０００ｎｍの比較的大粒径のＢａＴｉＯ₃粒子が衝撃固化により堆積し、ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａが形成される。なお、前記図１０（Ｃ）の噴射工程では、前記処理容器１１内部は２００Ｐａの圧力に保持している。

その際、図１０（Ｃ）の工程では、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子の粒径が比較的大きく質量が大きいため、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子は衝撃固化する際、前記下部電極層２２Ａ中に、凹凸面を超えて、塑性変形を誘起しながら侵入し、前記下部電極層２２Ａと密着する。

次に図１１（Ｄ）の工程において、前記処理容器１１内部の圧力が再び１０Ｐａまで減圧され、さらに前記高圧酸素ガス源３４Ｂより高純度酸素ガスが、前記質量流量コントローラ３４ｂを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力と４ｌ／分の流量で前記原料容器３３Ａに供給され、前記原料容器３３Ａに保持された平均粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子がエアロゾルとして前記ノズル１１Ｂに供給され、前記電極層２２上に、ジェット１１ｃとして噴射される。

このような噴射を１８分間実行することにより、前記下部ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上には、粒径が５〜５００ｎｍの比較的小粒径のＢａＴｉＯ₃粒子が堆積する。本実施例１では、ＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂを、前記膜２３Ａまで含めたＢａＴｉＯ₃膜２３の厚さが２μｍとなるように形成した。なお、前記図１１（Ｄ）の噴射工程では、前記処理容器１１内部は２００Ｐａの圧力に保持している。

その際、図１１（Ｄ）の工程では、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子の粒径が比較的小さく質量が小さいため、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子は、その下のＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上に、自身が衝撃固化しながら堆積する。

本実施形態では、図１０（Ｃ）の凹凸形成工程をドライエッチングあるいは逆スパッタにより行うため、形成される凹凸面の表面粗さを自在に制御でき、ＢａＴｉＯ₃膜２３と下部電極２２Ｂの間に所望の大きな接触面積を、容易に確保することが可能となる。その際、本発明では図１０（Ｃ）の工程で、先に粒径の大きなＢａＴｉＯ3微粒子をエアロゾルデポジションにより堆積しているため、堆積したＢａＴｉＯ₃微粒子は下部電極２２Ｂ中に深く侵入し、先に図７（Ｃ）で説明したような隙間が生じることはない。すなわち、前記Ｃｕ電極層２２Ｂの凹凸面は、前記ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａを構成するＢａＴｉＯ₃微粒子の形状に整合した形状を有する。

さらに図１１（Ｄ）の構造上に、前記図６（Ｅ）の工程と同様にして上部電極層２４を形成することにより、大きなキャパシタ容量を有し、リーク電流の小さいキャパシタを実現することが可能になる。

［第４の実施形態］
さらに本発明では、粒径の大きな微粒子を使ったエアロゾルデポジション法を行うことにより、予め下部電極に凹凸を、サンドブラストやドライエッチング、逆スパッタなどにより形成しなくても、キャパシタ絶縁膜と下部電極との間の界面に凹凸を有するキャパシタ構造を実現することができる。

図１２（Ａ）は前記図５（Ａ）の工程に対応しており、例えばエポキシ樹脂よりなる基板２１上には平坦なＣｕ電極層２２が形成されているが、本実施形態では図１０（Ｂ）の工程において前記Ｃｕ電極層２２上に直接に、ＢａＴｉＯ₃よりなるセラミック層２３を、前記図２のエアロゾルデポジション装置１０Ａを使って形成する。

すなわち図１２（Ｂ）の工程では、前記高圧酸素ガス源３４Ａより高純度酸素ガスを、前記質量流量コントローラ３４ａを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力と４ｌ／分の流量で前記原料容器３３Ａに供給し、前記原料容器３３Ａに保持された平均粒径が１μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子をエアロゾルとして前記ノズル１１Ｂに供給する。このようにして供給されたＢａＴｉＯ₃微粒子は、前記電極層２２上に、ジェット１１ｃとして噴射される。

このような噴射を２分間実行することにより、前記Ｃｕ電極層２２上には、粒径が１０〜１０００ｎｍの比較的大粒径のＢａＴｉＯ₃粒子が衝撃固化により堆積し、ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａが形成される。なお、前記図１０（Ｃ）の噴射工程では、前記処理容器１１内部は２００Ｐａの圧力に保持している。

その際、図１２（Ｂ）の工程では、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子の粒径が比較的大きく質量が大きいため、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子は衝撃固化する際、前記下部電極層２２中に塑性変形を誘起しながら侵入し、前記下部電極層２２Ａと密着する。その際、前記下部電極層２２とＢａＴｉＯ₃膜２３Ａの界面には、凹凸が形成される。

次に図１２（Ｃ）の工程において、前記処理容器１１内部の圧力が再び１０Ｐａまで減圧され、さらに前記高圧酸素ガス源３４Ｂより高純度酸素ガスが、前記質量流量コントローラ３４ｂを介して、２ｋｇ／ｃｍ²の圧力と４ｌ／分の流量で前記原料容器３３Ａに供給され、前記原料容器３３Ａに保持された平均粒径が０．５μｍのＢａＴｉＯ₃微粒子がエアロゾルとして前記ノズル１１Ｂに供給され、前記電極層２２上に、ジェット１１ｃとして噴射される。

このような噴射を１８分間実行することにより、前記下部ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上には、粒径が５〜５００ｎｍの比較的小粒径のＢａＴｉＯ₃粒子が堆積する。本実施例１では、ＢａＴｉＯ₃膜２３Ｂを、前記膜２３Ａまで含めたＢａＴｉＯ₃膜２３の厚さが２μｍとなるように形成した。なお、前記図１２（Ｃ）の噴射工程では、前記処理容器１１内部は２００Ｐａの圧力に保持している。

その際、図１２（Ｃ）の工程では、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子の粒径が比較的小さく質量が小さいため、前記ＢａＴｉＯ₃微粒子は、その下のＢａＴｉＯ₃膜２３Ａ上に、自身が衝撃固化しながら堆積する。

本実施形態では、図１２（Ｂ）のエアロゾルデポジション工程においてＢａＴｉＯ3膜２３と下部電極２２の界面に凹凸が自己整合的に形成されるため、ＢａＴｉＯ3膜と下部電極２２との間に隙間が生じることはなく、ＢａＴｉＯ₃膜２３と下部電極２２の間に所望の大きな接触面積を、容易に確保することが可能となる。本実施形態においても、前記Ｃｕ電極層２２の凹凸面は、前記ＢａＴｉＯ₃膜２３Ａを構成するＢａＴｉＯ₃微粒子の形状に整合した形状を有する。

さらに図１２（Ｃ）の構造上に、前記図６（Ｅ）の工程と同様にして上部電極層２４を形成することにより、大きなキャパシタ容量を有し、リーク電流の小さいキャパシタを実現することが可能になる。

また本実施形態によれば、図５（Ｂ）あるいは図１０（Ｂ）のような前処理工程が不要で、キャパシタ構造の製造工程を簡素化することができる。

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内において様々な変形・変更が可能である。

（付記１）
基板上の下部電極層と、
前記下部電極層上に形成されたセラミックキャパシタ絶縁膜と、
前記セラミックキャパシタ絶縁膜上に形成された上部電極層とよりなるキャパシタ構造であって、
前記セラミックキャパシタ絶縁膜を構成するセラミック粒子は衝撃固化しており、
前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜との界面には、凹凸が形成されていることを特徴とするキャパシタ構造。

（付記２）
さらに前記セラミックキャパシタ絶縁膜と前記上部電極層との界面にも凹凸が形成されていることを特徴とする付記１記載のキャパシタ構造。

（付記３）
前記セラミックキャパシタ絶縁膜は、前記下部電極層に接する下部がより大粒径のセラミック粒子の積層により形成されており、前記上部電極層に接する上部が、より小粒径のセラミック粒子の積層により形成されていることを特徴とする付記１または２記載のキャパシタ構造。

（付記４）
前記大粒径のセラミック粒子は、１０〜１０００ｎｍの範囲の粒径を有し、前記小粒径のセラミック粒子は、５〜５００ｎｍの範囲の粒径を有することを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載のキャパシタ構造。

（付記５）
前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜との界面に形成された凹凸は、前記大粒径のセラミック粒子の形状に整合して形成されていることを特徴とする付記３または４記載のキャパシタ構造。

（付記６）
前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜との界面には、５００ｎｍを超える隙間が存在しないことを特徴とする付記５記載のキャパシタ構造。

（付記７）
前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜と前記上部電極層の積層は、前記基板上において繰り返されることを特徴とする付記１〜６のうち、いずれか一項記載のキャパシタ構造。

（付記８）
前記基板は樹脂基板であることを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載のキャパシタ構造。

（付記９）
樹脂基板上に下部電極層を形成する工程と、
前記下部電極層上にエアロゾルデポジション法によりセラミック層を、キャパシタ絶縁膜として形成する工程と、
前記セラミック層上に上部電極層を形成する工程とよりなり、
前記セラミック層をエアロゾルデポジション法により形成する工程は、
前記下部電極層上に平均粒径が１μｍ以上のセラミック粒子を衝撃固化させ、より大粒径のセラミック粒子よりなる前記セラミック層下層部を、前記セラミック粒子が前記下部電極層に侵入するように形成する第1の工程と、
前記セラミック層下層部上に、平均粒径が１μｍ未満のセラミック粒子を衝撃固化させ、より小粒径のセラミック粒子よりなる前記セラミック層上層部を形成する工程と
よりなることを特徴とするセラミックキャパシタの形成方法。

エアロゾルデポジション装置の構成を示す図である。 従来のキャパシタ構造を示す図である。 本発明の第1の実施形態によるキャパシタ構造を示す図である。 本発明の第1の実施形態で使われるエアロゾルデポジション装置の構成を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第1の実施形態によるキャパシタ構造の製造工程を示す図（その１）である。 （Ｄ）〜（Ｅ）は、本発明の第1の実施形態によるキャパシタ構造の製造工程を示す図（その１）である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の比較例によるキャパシタ構造の製造工程を示す図（その１）である。 （Ｄ）は、本発明の比較例によるキャパシタ構造の製造工程を示す図（その２）である。 本発明の第２の実施形態によるキャパシタ構造を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第３の実施形態によるキャパシタ構造の製造工程を示す図（その１）である。 （Ｄ）は本発明の第３の実施形態によるキャパシタ構造の製造工程を示す図（その２）である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第４の実施形態によるキャパシタ構造の製造工程を示す図である。

符号の説明

１０．１０Ａ エアロゾルデポジション装置
１１ 処理容器
１１Ａ ステージ
１１ａ，１１ｂ ステージ駆動部
１１ｃ ジェット
１１Ｂ ノズル
１２．１２Ａ ポンプ
１３、３３Ａ，３３Ｂ 原料容器
１３Ａ，３２Ａ，３２Ｂ 振動台
１４，３４Ａ，３４Ｂ 酸素ガス源
１４Ａ．３４ａ，３４ｂ ＭＦＣ
３５ 切替バルブ
２１ 樹脂基板
２２，２２Ａ，２２Ｂ 下部電極層
２３，２３Ａ，２３Ｂ セラミック層
２３Ｇ 隙間
２４ 上部電極層

Claims (5)

1. 基板上の下部電極層と、
   前記下部電極層上に形成されたセラミックキャパシタ絶縁膜と、
   前記セラミックキャパシタ絶縁膜上に形成された上部電極層とよりなるキャパシタ構造であって、
   前記セラミックキャパシタ絶縁膜を構成するセラミック粒子は衝撃固化しており、
   前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜との界面には、凹凸が形成されていることを特徴とするキャパシタ構造。
2. さらに前記セラミックキャパシタ絶縁膜と前記上部電極層との界面にも凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載のキャパシタ構造。
3. 前記セラミックキャパシタ絶縁膜は、前記下部電極層に接する下部がより大粒径のセラミック粒子の積層により形成されており、前記上部電極層に接する上部が、より小粒径のセラミック粒子の積層により形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のキャパシタ構造。
4. 前記下部電極層と前記セラミックキャパシタ絶縁膜との界面に形成された凹凸は、前記大粒径のセラミック粒子の形状に整合して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項記載のキャパシタ構造。
5. 樹脂基板上に下部電極層を形成する工程と、
   前記下部電極層上にエアロゾルデポジション法によりセラミック層を、キャパシタ絶縁膜として形成する工程と、
   前記セラミック層上に上部電極層を形成する工程とよりなり、
   前記セラミック層をエアロゾルデポジション法により形成する工程は、
   前記下部電極層上に平均粒径が１μｍ以上のセラミック粒子を衝撃固化させ、より大粒径のセラミック粒子よりなる前記セラミック層下層部を、前記セラミック粒子が前記下部電極層に侵入するように形成する第1の工程と、
   前記セラミック層下層部上に、平均粒径が１μｍ未満のセラミック粒子を衝撃固化させ、より小粒径のセラミック粒子よりなる前記セラミック層上層部を形成する工程と
   よりなることを特徴とするセラミックキャパシタの形成方法。

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