JP2013214560A - Manufacturing method of integrated circuit board including ferroelectric capacitor - Google Patents

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Hideji Tanaka
秀治 田中
Masaki Esashi
正喜 江刺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of an integrated circuit board including a ferroelectric capacitor.SOLUTION: A manufacturing method of an integrated circuit board 11 including a ferroelectric capacitor comprises: a first step of sequentially forming a first electrode layer 12, a ferroelectric thin film 23a and a second electrode 12c on a semiconductor substrate 21; a second step of forming take-out electrodes 11a-11d on a top face of the integrated circuit board 11; a third step of coating, for example, a bonding resin material 14 from above the take-out electrodes of the integrated circuit board 11; a fourth step of bonding the semiconductor substrate 21 upside down on the integrated circuit board 11 in an overlapping manner; a fifth step of removing only the semiconductor substrate 21 with the ferroelectric thin film 23a and electrodes 12c, d of the ferroelectric thin film 23a left on the integrated circuit board 11; a sixth step of patterning the first electrode layer 12 on the ferroelectric thin film 23a to form a first electrode 12d; and a seventh step of forming electrode connection parts 12a, b for connecting the electrode 12c on the ferroelectric thin film 23a with the take-out electrodes 11a, b on the integrated circuit board 11.

Description

本発明は、可変容量ダイオード(バラクタ)等として使用される強誘電体容量や、さらに、インダクタを備えた集積回路基板の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a ferroelectric capacitor used as a variable capacitance diode (varactor) or the like, and a method of manufacturing an integrated circuit board provided with an inductor.

特許文献1には、半導体装置を製造するに当たり、上面に複数の接続パッドを有する半導体基板上に樹脂から成る絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に下部電極を含む下層配線を前記パッドに接続させて形成する工程と、前記半導体基板とは別の誘電体膜形成用基板を用いて形成された強誘電体膜を用意する工程と、パターニングした強誘電体膜をフィルムに転写する行程と、前記フィルムから前記下部電極上に前記強誘電体膜を配置する工程と、前記強誘電体膜上に上部電極を形成する工程と、を有する技術が開示されている。   In manufacturing a semiconductor device, Patent Document 1 discloses a step of forming an insulating film made of a resin on a semiconductor substrate having a plurality of connection pads on the upper surface, and a lower layer wiring including a lower electrode on the insulating film. Forming a ferroelectric film formed using a dielectric film forming substrate different from the semiconductor substrate, and transferring the patterned ferroelectric film to a film. And a technique of disposing the ferroelectric film from the film on the lower electrode and forming an upper electrode on the ferroelectric film.

また、非特許文献1には、チタン酸バリウムストロンチウム(以下、BSTと呼ぶ。)からなるBSTキャパシタ構造を集積化したデバイス(集積回路、以下ICと呼ぶ。)の構造が開示されている。即ち、非特許文献1によるデバイスは、以下のようにして作製される。
先ず、半導体基板上に強誘電体薄膜及び下部電極を順次に形成すると共に、別途用意した基板に回路を形成して集積回路基板とし、集積回路基板の上面に接合用樹脂材料を塗布する。前記半導体基板上には強誘電体薄膜の成長に必要な下地膜が付いていてもよい。
Non-Patent Document 1 discloses the structure of a device (integrated circuit, hereinafter referred to as IC) in which a BST capacitor structure made of barium strontium titanate (hereinafter referred to as BST) is integrated. That is, the device according to Non-Patent Document 1 is manufactured as follows.
First, a ferroelectric thin film and a lower electrode are sequentially formed on a semiconductor substrate, a circuit is formed on a separately prepared substrate to form an integrated circuit substrate, and a bonding resin material is applied to the upper surface of the integrated circuit substrate. A base film necessary for the growth of the ferroelectric thin film may be provided on the semiconductor substrate.

次に、集積回路基板の上に、半導体基板を上下反転させて重ね合わせて、半導体基板上の強誘電体薄膜及び下部電極を集積回路基板に接合する。
続いて、強誘電体薄膜と下部電極のみを集積回路基板上に残したまま、半導体基板を除去した後、接合用樹脂材料にビア穴を形成すると共に、接合用樹脂材料上に電極を形成することにより、電極を介して強誘電体薄膜を回路基板の回路に電気的に接続する。
このようにして、強誘電体容量を備えた回路基板が作製される。
Next, the semiconductor substrate is turned upside down and superimposed on the integrated circuit substrate, and the ferroelectric thin film and the lower electrode on the semiconductor substrate are bonded to the integrated circuit substrate.
Subsequently, after removing the semiconductor substrate while leaving only the ferroelectric thin film and the lower electrode on the integrated circuit substrate, a via hole is formed in the bonding resin material and an electrode is formed on the bonding resin material. Thus, the ferroelectric thin film is electrically connected to the circuit of the circuit board through the electrode.
In this way, a circuit board having a ferroelectric capacitor is manufactured.

特開2006−310419号公報JP 2006-310419 A

森脇政仁、江刺正喜、田中秀治、「チタン酸バリウムストロンチウム薄膜のLSI上への転写プロセスの開発」、第72回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2011秋 山形大学)、p.22−005、2011年Masahito Moriwaki, Masayoshi Esashi, Hideharu Tanaka, “Development of transfer process of barium strontium titanate thin film on LSI”, Proceedings of the 72nd JSAP Academic Lecture Meeting (2011 Autumn Yamagata University), p.22-005 2011 森脇政仁、江刺正喜、田中秀治、「チタン酸バリウムストロンチウム薄膜デバイスのためのヘテロ集積化技術の開発」、第59回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集(2012春 早稲田大学)、p.22−051、2012年Masahito Moriwaki, Masayoshi Esashi, Hideharu Tanaka, “Development of hetero-integration technology for barium strontium titanate thin film devices”, 59th Joint Conference on Applied Physics (Spring 2012, Waseda University), p.22 -051, 2012

ところで、特許文献1による半導体装置の製造方法においては、強誘電体薄膜の下部電極が、別の半導体基板上に作製され、その上に強誘電体薄膜が移設(トランスファ)される。このため、強誘電体膜と下部電極との接合性があまり良くない。従って、強誘電体容量の性能が劣化することになってしまう。また、この接合性が悪いと、強誘電体容量の性能の劣化という電気的問題の他、剥離等の構造上の問題も発生し、トランスファプロセスの歩留りが低下する。さらに、トランスファされた強誘電体薄膜上に上部電極を形成する際のプロセスダメージによっても、強誘電体容量の性能が劣化することになってしまう。   By the way, in the method of manufacturing a semiconductor device according to Patent Document 1, a lower electrode of a ferroelectric thin film is formed on another semiconductor substrate, and the ferroelectric thin film is transferred (transferred) thereon. For this reason, the bonding property between the ferroelectric film and the lower electrode is not so good. Therefore, the performance of the ferroelectric capacitor is deteriorated. In addition, if this bondability is poor, not only an electrical problem of deterioration of the performance of the ferroelectric capacitor, but also a structural problem such as peeling, the transfer process yield is lowered. Furthermore, the process of forming the upper electrode on the transferred ferroelectric thin film also deteriorates the performance of the ferroelectric capacitor.

また、非特許文献1により作製されたデバイスにおいては、半導体基板上に強誘電体薄膜及び下部電極を順次に形成した後、これらを集積回路基板にトランスファするために、強誘電体薄膜と下部電極との間の接合性はよい。しかし、トランスファプロセス時に露出する強誘電体薄膜にダメージが入り、誘電体容量の性能が劣化することになってしまう。また、特許文献1による製造方法の場合と同様に、トランスファされた強誘電体薄膜上に上部電極を形成する際にも、プロセスダメージによって強誘電体容量の性能が劣化することになってしまう。   Further, in the device manufactured according to Non-Patent Document 1, a ferroelectric thin film and a lower electrode are formed in order to sequentially transfer a ferroelectric thin film and a lower electrode on a semiconductor substrate to an integrated circuit substrate. The bondability between is good. However, the ferroelectric thin film exposed during the transfer process is damaged, and the performance of the dielectric capacitor is deteriorated. Similarly to the manufacturing method according to Patent Document 1, when the upper electrode is formed on the transferred ferroelectric thin film, the performance of the ferroelectric capacitor deteriorates due to process damage.

本発明は、上記課題に鑑み、強誘電体薄膜と電極との接合性が良好で、しかも強誘電体薄膜のトランスファプロセス時に強誘電体薄膜へのダメージが起こらない、強誘電体容量を備えた集積回路基板を提供することを目的としている。   In view of the above problems, the present invention has a ferroelectric capacitor that has good bonding properties between a ferroelectric thin film and an electrode and that does not cause damage to the ferroelectric thin film during the transfer process of the ferroelectric thin film. An object is to provide an integrated circuit board.

上記目的を達成するため、本発明の強誘電体容量を備えた集積回路基板の製造方法は、半導体基板上に第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極を順次に形成する第一の段階と、内部に集積回路が構成された集積回路基板の上面に取出し電極を形成する第二の段階と、集積回路基板上に上記取出し電極の上から接合用樹脂材料を塗布するか、半導体基板上に第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極の上から接合用樹脂材料を塗布するか両方の基板上に接合用樹脂材料を塗布するかの何れかの第三の段階と、集積回路基板上に半導体基板を上下反転させて重ね合わせて接合する第四の段階と、第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極を集積回路基板上に残して導体基板のみを除去する第五の段階と、強誘電体薄膜上の第一電極層をパターニングして第一電極を形成する第六の段階と、強誘電体薄膜上の電極を集積回路基板上の取出し電極に接続するための電極接続部を形成する第七の段階と、を含んでいることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of manufacturing an integrated circuit substrate having a ferroelectric capacitor according to the present invention includes a first electrode layer, a ferroelectric thin film, and a second electrode sequentially formed on a semiconductor substrate. A second step of forming an extraction electrode on the upper surface of the integrated circuit substrate in which an integrated circuit is configured; and a bonding resin material is applied on the integrated circuit substrate from above the extraction electrode, or a semiconductor substrate 3. Integration with the third stage, either by applying the bonding resin material from above the first electrode layer, the ferroelectric thin film and the second electrode or by applying the bonding resin material on both substrates A fourth stage in which the semiconductor substrate is turned upside down on the circuit board and bonded together; and the first electrode layer, the ferroelectric thin film, and the second electrode are left on the integrated circuit board, and only the conductive substrate is removed. Step 5 and patterning the first electrode layer on the ferroelectric thin film A sixth step of forming the first electrode and a seventh step of forming an electrode connection for connecting the electrode on the ferroelectric thin film to the extraction electrode on the integrated circuit substrate. Features.

上記構成において、第四の段階の前に、半導体基板上に、第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極の上から接合用樹脂材料を塗布するようにしてもよい。
好ましくは、第七の段階にて、集積回路基板上に、電極接続部と共に、インダクタを形成する。
好ましくは、第一の段階にて、強誘電体薄膜はBST薄膜である。
好ましくは、第七の段階の後、接合用樹脂材料を除去する。
In the above configuration, a bonding resin material may be applied on the semiconductor substrate from above the first electrode layer, the ferroelectric thin film, and the second electrode before the fourth stage.
Preferably, in the seventh stage, an inductor is formed on the integrated circuit substrate together with the electrode connection portion.
Preferably, in the first stage, the ferroelectric thin film is a BST thin film.
Preferably, after the seventh stage, the bonding resin material is removed.

上記構成によれば、好ましくはBSTから成る強誘電体薄膜が、第一電極層及び第二電極と積層された状態で半導体基板上に形成され、集積回路基板上にトランスファされるので、強誘電体薄膜と電極との接合状態が良好である。
また、第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極が接合用樹脂材料を介して集積回路基板の上面に接合されるので、これら第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極が集積回路基板の上面に対して剥離箇所等を生ぜずにトランスファされることになり、トランスファ工程における歩留りが向上する。
さらに、強誘電体薄膜が第一電極層と共に集積回路基板の上面にトランスファされ、半導体基板を除去する際には、この第一電極層が除去されずに残っている。このため、強誘電体薄膜が第一電極層により覆われているので、半導体基板除去のためのエッチングによる強誘電体薄膜のダメージを効果的に防止することが可能である。
集積回路基板上にて、接合された強誘電体薄膜に隣接してインダクタが形成されている場合には、集積回路基板に対して、強誘電体薄膜による強誘電体容量とインダクタとを並んで配置することが可能となり、集積回路基板に多様な機能を付与することができる。
According to the above configuration, the ferroelectric thin film preferably made of BST is formed on the semiconductor substrate in a state of being laminated with the first electrode layer and the second electrode, and is transferred onto the integrated circuit substrate. The bonding state between the body thin film and the electrode is good.
In addition, since the first electrode layer, the ferroelectric thin film, and the second electrode are bonded to the upper surface of the integrated circuit substrate through the bonding resin material, the first electrode layer, the ferroelectric thin film, and the second electrode are integrated. The transfer is performed without causing a peeling portion or the like with respect to the upper surface of the circuit board, and the yield in the transfer process is improved.
Furthermore, the ferroelectric thin film is transferred to the upper surface of the integrated circuit substrate together with the first electrode layer, and when the semiconductor substrate is removed, the first electrode layer remains without being removed. For this reason, since the ferroelectric thin film is covered with the first electrode layer, it is possible to effectively prevent damage to the ferroelectric thin film due to etching for removing the semiconductor substrate.
When the inductor is formed adjacent to the bonded ferroelectric thin film on the integrated circuit board, the ferroelectric capacitor and the inductor by the ferroelectric thin film are arranged side by side with respect to the integrated circuit board. The integrated circuit board can be provided with various functions.

第七の段階にて、集積回路基板上に、電極接続部と共にインダクタを形成する場合には、強誘電体薄膜の電極と集合回路基板とを電気的に接続するための電極接続部を形成する際に、同時にインダクタを形成することができるので、工程数を増やすことなく、低コストで、強誘電体容量に隣接してインダクタを構成することが可能である。   In the seventh stage, when the inductor is formed on the integrated circuit substrate together with the electrode connection portion, the electrode connection portion for electrically connecting the ferroelectric thin film electrode and the collective circuit substrate is formed. At the same time, since the inductor can be formed at the same time, the inductor can be formed adjacent to the ferroelectric capacitor at a low cost without increasing the number of steps.

このようにして、本発明によれば、強誘電体薄膜と電極との接合性が良好で、強誘電体薄膜にダメージがなく、さらに強誘電体薄膜のトランスファプロセスの歩留りを向上させるようにした、強誘電体容量を備えた集積回路基板及びその製造方法を構成することが可能である。   In this way, according to the present invention, the bondability between the ferroelectric thin film and the electrode is good, the ferroelectric thin film is not damaged, and the yield of the transfer process of the ferroelectric thin film is further improved. It is possible to configure an integrated circuit substrate having a ferroelectric capacitor and a method for manufacturing the integrated circuit substrate.

本発明による強誘電体容量を備えた集積回路基板の実施形態の構成を示し、(A)は平面図、(B)は断面図である。The structure of embodiment of the integrated circuit board provided with the ferroelectric capacitor by this invention is shown, (A) is a top view, (B) is sectional drawing. 図1の集積回路基板における強誘電体薄膜を備えた半導体基板の製造工程を順次に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view sequentially showing manufacturing steps of a semiconductor substrate having a ferroelectric thin film in the integrated circuit substrate of FIG. 1. 図1の集積回路基板における集積回路基板の製造工程を順次に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view sequentially showing manufacturing steps of the integrated circuit board in the integrated circuit board of FIG. 図2の半導体基板及び図3の集積回路基板を示し、(A)は接合工程の断面図、(B)は半導体基板除去工程の断面図である。FIGS. 2A and 2B are a cross-sectional view of a bonding process, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a semiconductor substrate removing process. FIGS. 図4で接合された集積回路基板における強誘電体薄膜の電気的接続のための工程を順次に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view sequentially showing steps for electrical connection of a ferroelectric thin film on the integrated circuit substrates joined in FIG. 4. 図4で接合された集積回路基板における強誘電体薄膜の電気的接続のためのその後の工程を順次に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view sequentially showing subsequent steps for electrical connection of a ferroelectric thin film on the integrated circuit substrates joined in FIG. 4. 図1のデバイスの試作例を示し、(A)は断面図、(B)は電子顕微鏡写真による拡大斜視図である。1A and 1B show a prototype example of the device of FIG. 1, in which FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 図7の試作例における強誘電体薄膜のトランスファ前後の誘電率及びtanδの変化を示すグラフである。8 is a graph showing changes in dielectric constant and tan δ before and after transfer of a ferroelectric thin film in the prototype of FIG.

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明による強誘電体容量を備えた集積回路基板10(以下、デバイスと呼ぶ。)の第一の実施形態の構成を示している。
図1において、デバイス10は、集積回路基板11と、この集積回路基板11の上に例えば並んで配置された強誘電体容量12及びインダクタ13と、から構成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of an integrated circuit board 10 (hereinafter referred to as a device) having a ferroelectric capacitor according to the present invention.
In FIG. 1, a device 10 includes an integrated circuit board 11, and a ferroelectric capacitor 12 and an inductor 13 that are arranged side by side on the integrated circuit board 11, for example.

集積回路基板11は公知の構成であって、内部に構成されたIC、LSI等の集積回路を備えている、即ち、例えば単層または多層の配線層と、これらの配線層中あるいは配線層間に構成された各種素子と、を含んでいる。さらに、集積回路基板11は、その上面に、集積回路からの取出し電極としての金属パッド11a、11b、11c及び11dを備えている。   The integrated circuit board 11 has a known configuration, and includes an integrated circuit such as an IC or LSI that is configured inside, that is, for example, a single-layer or multi-layer wiring layer, and in these wiring layers or between wiring layers. And various configured elements. Further, the integrated circuit board 11 is provided with metal pads 11a, 11b, 11c and 11d as extraction electrodes from the integrated circuit on the upper surface thereof.

バラクタ12は、強誘電体を用いた可変容量ダイオードであって、強誘電体薄膜23aから構成されており、集積回路基板11上に配置された接合用樹脂材料14により、集積回路基板11上に接合されている。   The varactor 12 is a variable-capacitance diode using a ferroelectric, and is composed of a ferroelectric thin film 23a. The varactor 12 is formed on the integrated circuit board 11 by a bonding resin material 14 disposed on the integrated circuit board 11. It is joined.

さらに、バラクタ12は、その両端に形成された二つの電極接続部12a、12bを介して、集積回路基板11上の金属パッド11a、11bに対して接続されている。   Further, the varactor 12 is connected to the metal pads 11a and 11b on the integrated circuit substrate 11 through two electrode connection portions 12a and 12b formed at both ends thereof.

これにより、バラクタ12は、集積回路基板11内の集積回路に電気的に接続されることになる。バラクタ12は、金属パッド11a、11bに印加される電圧により、強誘電体の容量が変化する。つまり、強誘電体の容量が可変容量となる。   Thereby, the varactor 12 is electrically connected to the integrated circuit in the integrated circuit substrate 11. In the varactor 12, the capacitance of the ferroelectric substance changes depending on the voltage applied to the metal pads 11a and 11b. That is, the ferroelectric capacitor becomes a variable capacitor.

ここで、バラクタ12を構成する強誘電体薄膜23aは、後述する製造工程において、下地金属層12c、電極12dと共に支持用の半導体基板21上に形成された後、集積回路基板11の上面に対してトランスファされることにより、集積回路基板11上に接合される。   Here, the ferroelectric thin film 23a constituting the varactor 12 is formed on the supporting semiconductor substrate 21 together with the base metal layer 12c and the electrode 12d in a manufacturing process to be described later, and then is applied to the upper surface of the integrated circuit substrate 11. Are transferred onto the integrated circuit substrate 11.

インダクタ13は、集積回路基板11上にてバラクタ12に隣接して配置されたコイルであって、接合用樹脂材料14の表面に、メッキ等により薄膜として構成されている。   The inductor 13 is a coil disposed adjacent to the varactor 12 on the integrated circuit substrate 11, and is formed as a thin film on the surface of the bonding resin material 14 by plating or the like.

さらに、インダクタ13は、バラクタ12と同様にして、両端に形成された二つの電極接続部13a、13bを介して、集積回路基板11上の金属パッド11c、11dに対して接続されている。   Further, the inductor 13 is connected to the metal pads 11c and 11d on the integrated circuit substrate 11 through the two electrode connection portions 13a and 13b formed at both ends in the same manner as the varactor 12.

これにより、インダクタ13は、集積回路基板11内の集積回路に電気的に接続されることになる。   As a result, the inductor 13 is electrically connected to the integrated circuit in the integrated circuit substrate 11.

本発明の実施形態によるデバイス10は以上のように構成されており、図2〜図6に示す製造方法に従って作製される。
図2は、図1の集積回路基板11における強誘電体薄膜23を備えた半導体基板21の製造工程を順次に示す断面図である。
図2(A)において、まず半導体基板21、具体的には、例えば厚さ500μmのシリコン(Si)基板を用意し、このシリコン(Si)基板21を熱酸化することにより、シリコン基板21の上面及び下面を、厚さ50nmだけ酸化させて、酸化膜(SiO2)21a、21bを作製する。さらに、下地膜として上面に厚さ10nmのTiOx層を形成する。
The device 10 according to the embodiment of the present invention is configured as described above, and is manufactured according to the manufacturing method shown in FIGS.
FIG. 2 is a cross-sectional view sequentially showing manufacturing steps of the semiconductor substrate 21 having the ferroelectric thin film 23 in the integrated circuit substrate 11 of FIG.
In FIG. 2A, first, a semiconductor substrate 21, specifically, a silicon (Si) substrate having a thickness of 500 μm, for example, is prepared, and the silicon (Si) substrate 21 is thermally oxidized to thereby obtain an upper surface of the silicon substrate 21. Then, the lower surface is oxidized by a thickness of 50 nm to produce oxide films (SiO 2 ) 21a and 21b. Further, a TiO x layer having a thickness of 10 nm is formed on the upper surface as a base film.

次に、図2(B)に示すように、シリコン基板21の上面に、上記酸化膜21aの上から第一電極層22を成膜し、続いて、BST層23を成膜する。ここで、第一電極層22は、具体的には例えば厚さ100nmのPt層である。   Next, as shown in FIG. 2B, the first electrode layer 22 is formed on the upper surface of the silicon substrate 21 from above the oxide film 21a, and then the BST layer 23 is formed. Here, the first electrode layer 22 is specifically a Pt layer having a thickness of 100 nm, for example.

BST層23は、具体的には、例えば厚さ100〜200nmのチタン酸バリウムストロンチウム((BaxSr1-x)TiO3)薄膜から構成されており、例えば600〜700℃で成膜される。 Specifically, the BST layer 23 is made of, for example, a barium strontium titanate ((Ba x Sr 1-x ) TiO 3 ) thin film having a thickness of 100 to 200 nm, and is formed at a temperature of 600 to 700 ° C., for example. .

その後、図2(C)に示すように、シリコン基板21の下面に、例えばフォトレジストのパターニングでRIEによりエッチング処理して、アライメントマーク21c、21dを形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 2C, the alignment marks 21c and 21d are formed on the lower surface of the silicon substrate 21 by, for example, RIE etching using photoresist patterning.

続いて、図2(D)に示すように、シリコン基板21の上面のBST層23を、例えばフォトレジストのパターニングでウェットエッチング処理することにより整形して、バラクタ12に対応する領域のみを残して、強誘電体薄膜23aとする。   Subsequently, as shown in FIG. 2D, the BST layer 23 on the upper surface of the silicon substrate 21 is shaped by wet etching, for example, by patterning a photoresist, leaving only the region corresponding to the varactor 12. The ferroelectric thin film 23a is used.

次に、図2(E)に示すように、強誘電体薄膜23aの上に、例えばフォトレジストのパターニングで金属蒸着処理により第二電極23bを形成する。ここで、第二電極23bは、例えば厚さ100nmのPt層から成る。   Next, as shown in FIG. 2E, the second electrode 23b is formed on the ferroelectric thin film 23a by metal vapor deposition, for example, by patterning a photoresist. Here, the second electrode 23b is made of, for example, a Pt layer having a thickness of 100 nm.

続いて、図2(F)に示すように、シリコン基板21の上面全体に亘って、接合用樹脂材料24をスピンコート法により塗布する。ここで、接合用樹脂材料24は、例えば厚さ4μmのポリイミドやBCB、好ましくはUR−3100E等から成る。   Subsequently, as shown in FIG. 2F, the bonding resin material 24 is applied over the entire upper surface of the silicon substrate 21 by a spin coating method. Here, the bonding resin material 24 is made of, for example, polyimide or BCB having a thickness of 4 μm, preferably UR-3100E.

なお、スピンコートの際に、基板縁部にて接合用樹脂材料24が盛り上がってしまうことを防止するために、まず厚さ2μmでスピンコート処理をした後、基板縁部にて接合用樹脂材料24を除去し、再度スピンコート処理してもよい。   In order to prevent the bonding resin material 24 from rising at the substrate edge during spin coating, first, the spin coating treatment is performed at a thickness of 2 μm, and then the bonding resin material is formed at the substrate edge. 24 may be removed and spin coating may be performed again.

これにより、接合用樹脂材料24は、図2(F)に示すように基板縁部でのみ厚さが低減される。   As a result, the thickness of the bonding resin material 24 is reduced only at the edge of the substrate as shown in FIG.

図3は、図1の集積回路基板11における集積回路基板の製造工程を順次に示す断面図である。
図3(A)に示すように、上述したシリコン基板21とは別に、強誘電体容量を組み込むべき集積回路基板31を用意する。集積回路基板31は公知の構成であって、内部にIC、LSI等の集積回路(図示せず素)が構成されている。
そして、集積回路基板31の上面に、例えばフォトレジストのパターニングで金属蒸着処理により、取出し電極31a、31b、31c及び31dを形成する。ここで、取出し電極31a〜31dは、例えば厚さ100nmのAu層、厚さ10nmのPt層及び厚さ10nmのCr層から構成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view sequentially showing the manufacturing steps of the integrated circuit board in the integrated circuit board 11 of FIG.
As shown in FIG. 3A, an integrated circuit substrate 31 into which a ferroelectric capacitor is to be incorporated is prepared separately from the silicon substrate 21 described above. The integrated circuit board 31 has a known configuration, and an integrated circuit (not shown) such as an IC or LSI is formed inside.
Then, the extraction electrodes 31a, 31b, 31c, and 31d are formed on the upper surface of the integrated circuit substrate 31, for example, by metal deposition by patterning a photoresist. Here, the extraction electrodes 31a to 31d are composed of, for example, an Au layer having a thickness of 100 nm, a Pt layer having a thickness of 10 nm, and a Cr layer having a thickness of 10 nm.

続いて、図3(B)に示すように、集積回路基板31の上面全体に亘って、接合用樹脂材料32をスピンコート法により塗布する。ここで、接合用樹脂材料32の塗布は、シリコン基板21に対する接合用樹脂材料24のスピンコートと同様に行なわれる。   Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, the bonding resin material 32 is applied by spin coating over the entire upper surface of the integrated circuit substrate 31. Here, the bonding resin material 32 is applied in the same manner as the spin coating of the bonding resin material 24 to the silicon substrate 21.

なお、上記工程では、集積回路基板31の上面全体に亘って集積回路基板31上に接合用樹脂材料32を塗布したが、半導体基板21上の第一電極層22、強誘電体薄膜23a、第二電極23bの上から接合用樹脂材料32を塗布するか、又はこの半導体基板21及び集積回路基板31の両方の基板上に接合用樹脂材料32を塗布してもよい。   In the above process, the bonding resin material 32 is applied on the integrated circuit substrate 31 over the entire upper surface of the integrated circuit substrate 31, but the first electrode layer 22, the ferroelectric thin film 23a, The bonding resin material 32 may be applied from above the two electrodes 23b, or the bonding resin material 32 may be applied to both the semiconductor substrate 21 and the integrated circuit substrate 31.

図4は、図2の半導体基板21及び図3の集積回路基板31の断面図であり、図4(A)は半導体基板21の接合工程を、図4(B)は半導体基板21の除去工程を示している。
図4(A)に示すように、接合用樹脂材料32がスピンコートされた集積回路基板31(図3(B)参照)の上に、接合用樹脂材料24がスピンコートされたシリコン基板21(図2(F)参照)が、上下反転して、アライメントマーク21c、21dを基準として位置決めされて、加熱して押圧されることにより接合される。
4A and 4B are cross-sectional views of the semiconductor substrate 21 in FIG. 2 and the integrated circuit substrate 31 in FIG. 3. FIG. 4A shows a bonding process of the semiconductor substrate 21, and FIG. 4B shows a removal process of the semiconductor substrate 21. Is shown.
As shown in FIG. 4A, a silicon substrate 21 (on which an adhesive resin material 24 is spin-coated on an integrated circuit substrate 31 (see FIG. 3B) on which an adhesive resin material 32 is spin-coated). 2F) is turned upside down, positioned with reference to the alignment marks 21c and 21d, and joined by being heated and pressed.

次に、図4(B)に示すように、例えばRIEエッチング及びXeF2エッチングにより、シリコン基板21を除去し、さらに例えばRIEにより酸化膜21aとTiOx層とを除去する。
このようにして、第一電極層22、BST層23からなる強誘電体薄膜23a及び第二電極23bが集積回路基板31上に転移(以下、トランスファと呼ぶ。)される。
Next, as shown in FIG. 4B, the silicon substrate 21 is removed by, for example, RIE etching and XeF 2 etching, and the oxide film 21a and the TiO x layer are removed by, for example, RIE.
In this way, the ferroelectric thin film 23a and the second electrode 23b made of the first electrode layer 22 and the BST layer 23 are transferred onto the integrated circuit substrate 31 (hereinafter referred to as transfer).

図5は、図4で接合された集積回路基板31における強誘電体薄膜23aの電気的接続のための工程を順次に示す断面図である。
このようにして強誘電体薄膜23aがトランスファされた集積回路基板31は、図5(A)に示すように、例えばフォトレジストのパターニングでRIEエッチングにより第一電極層22を整形して、第一電極22aとする。
FIG. 5 is a cross-sectional view sequentially showing steps for electrical connection of the ferroelectric thin film 23a in the integrated circuit substrate 31 bonded in FIG.
As shown in FIG. 5A, the integrated circuit substrate 31 to which the ferroelectric thin film 23a has been transferred in this way is formed by shaping the first electrode layer 22 by RIE etching, for example, by patterning a photoresist. Let it be electrode 22a.

続いて、図5(B)に示すように、接合用樹脂材料24、32に、上面から下面まで貫通して取出し電極31a〜31dまで達するビア穴25a、25b、25c及び25dを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5B, via holes 25a, 25b, 25c, and 25d that penetrate from the upper surface to the lower surface and reach the extraction electrodes 31a to 31d are formed in the bonding resin materials 24 and 32.

このビア穴25a〜25dの形成は、例えば接合用樹脂材料32の上面全体に亘って、例えば厚さ200nmのAl等から成る金属マスクを成膜し、例えばフォトレジストのパターニングで、例えばO2/CF4ガスによるRIEエッチングによって、ビア穴25a〜25dの領域の接合用樹脂材料24、32を除去した後、金属マスクを除去することにより行なわれる。 The via holes 25a to 25d are formed, for example, by forming a metal mask made of Al or the like having a thickness of, for example, 200 nm over the entire upper surface of the bonding resin material 32, and patterning the photoresist, for example, O 2 / After removing the bonding resin materials 24 and 32 in the regions of the via holes 25a to 25d by RIE etching using CF 4 gas, the metal mask is removed.

その後、図5(C)に示すように、接合用樹脂材料32の表面及びビア穴25a〜25dの内面に、例えばスパッタリングによりメッキ用のシード層26を成膜する。このシード層26は、例えば厚さ100nmのCu層により構成されている。   Thereafter, as shown in FIG. 5C, a seed layer 26 for plating is formed on the surface of the bonding resin material 32 and the inner surfaces of the via holes 25a to 25d, for example, by sputtering. The seed layer 26 is constituted by a Cu layer having a thickness of 100 nm, for example.

次に、図5(D)に示すように、接合用樹脂材料32の上面に、フォトレジストのパターニングによりメッキ用モールド27を形成する。このメッキ用モールド27は、後述する電極接続部11、12及びインダクタ13を形成するためのものである。   Next, as shown in FIG. 5D, a plating mold 27 is formed on the upper surface of the bonding resin material 32 by patterning a photoresist. The plating mold 27 is for forming electrode connecting portions 11 and 12 and an inductor 13 which will be described later.

図6は、図4で接合された集積回路基板31における強誘電体薄膜23aの電気的接続のためのその後の工程を順次に示す断面図である。
続いて、図6(A)に示すように、接合用樹脂材料32の上面に、メッキ用モールド27の上から、例えば厚さ8μmのAu層から成るメッキ層28を形成する。このとき、メッキ層28のらせん状の部分がインダクタ28aを構成し、またメッキ層28の一部が各ビア穴25a〜25d内に延びることにより、それぞれ電極接続部28を構成する。このメッキで形成された各電極接続部28は図1に示す各電極接続部12a、12b、13a、13bとなる。電極接続部28により、強誘電体薄膜23aが集積回路基板31の取出し電極31a及び31bに電気的に接続され、強誘電体容量として機能することになると共に、インダクタ28aが集積回路基板31の取出し電極31c及び31dに電気的に接続される。
FIG. 6 is a cross-sectional view sequentially showing subsequent steps for electrical connection of the ferroelectric thin film 23a in the integrated circuit substrate 31 bonded in FIG.
Subsequently, as shown in FIG. 6A, a plating layer 28 made of, for example, an Au layer having a thickness of 8 μm is formed on the upper surface of the bonding resin material 32 from above the plating mold 27. At this time, the spiral portion of the plating layer 28 constitutes the inductor 28a, and a part of the plating layer 28 extends into the via holes 25a to 25d, thereby constituting the electrode connection portions 28, respectively. Each electrode connection portion 28 formed by this plating becomes each electrode connection portion 12a, 12b, 13a, 13b shown in FIG. The electrode thin film 23a is electrically connected to the extraction electrodes 31a and 31b of the integrated circuit board 31 by the electrode connection portion 28, and functions as a ferroelectric capacitor, and the inductor 28a is extracted from the integrated circuit board 31. It is electrically connected to the electrodes 31c and 31d.

その後、図6(B)に示すように、接合用樹脂材料32の上面から、フォトレジストからなるメッキ用モールド27及び表面に露出しているCuからなるメッキ用のシード層26を、例えばウェットエッチング等により除去する。   Thereafter, as shown in FIG. 6B, a plating mold 27 made of a photoresist and a plating seed layer 26 made of Cu exposed on the surface are wet-etched from the upper surface of the bonding resin material 32, for example. Remove by etc.

最後に、図6(C)に示すように、例えばフォトレジストのパターニングにより、接合用樹脂材料24、32の不要部分をアッシングにより除去して、集積回路基板31上の取出し電極31a〜31dを露出させて、デバイス10が完成する。   Finally, as shown in FIG. 6C, unnecessary portions of the bonding resin materials 24 and 32 are removed by ashing, for example, by patterning a photoresist, and the extraction electrodes 31a to 31d on the integrated circuit substrate 31 are exposed. Thus, the device 10 is completed.

本発明によるデバイス10は以上のように構成され、また製造されるので、バラクタ12を構成する強誘電体薄膜23aが、その両面に第一電極層22及び第二電極23bを備えた状態で集積回路基板31上に接合される。従って、強誘電体薄膜23aと電極23bとの接合状態が良好である。
また、第一電極層22及び第二電極23bを備えた強誘電体薄膜23aが接合用樹脂材料24、32を介して集積回路基板31の上面にトランスファされるので、トランスファ工程における歩留りが向上する。
Since the device 10 according to the present invention is constructed and manufactured as described above, the ferroelectric thin film 23a constituting the varactor 12 is integrated with the first electrode layer 22 and the second electrode 23b provided on both surfaces thereof. Bonded on the circuit board 31. Therefore, the bonding state between the ferroelectric thin film 23a and the electrode 23b is good.
Further, since the ferroelectric thin film 23a including the first electrode layer 22 and the second electrode 23b is transferred to the upper surface of the integrated circuit substrate 31 through the bonding resin materials 24 and 32, the yield in the transfer process is improved. .

さらに、集積回路基板31上にトランスファされた状態において、強誘電体薄膜23aは第一電極層22により覆われているので、半導体基板21を除去するエッチング工程において、強誘電体薄膜23のエッチングダメージを効果的に防止することができ、デバイス10の性能が向上する。   Further, since the ferroelectric thin film 23 a is covered with the first electrode layer 22 in the state of being transferred onto the integrated circuit substrate 31, the etching damage to the ferroelectric thin film 23 is removed in the etching process for removing the semiconductor substrate 21. Can be effectively prevented, and the performance of the device 10 is improved.

ここで、図1のデバイス10の実際の試作例を示す。
図2(B)に示す工程で、BST層23を650℃程度でスパッタ堆積させ、RIEによりパターニングする。RIEの条件は、ガス流量34sccmのAr及び6sccmのCHF3であり、圧力5Pa、基板温度7℃、RFパワー100Wとした。
また、図2(E)に示す工程で、下地電極23bとして、厚さ70nmのNiCr層を成膜した。
さらに、図2(F)及び図3(B)に示す工程で、接合用樹脂材料24、32として、感光性ポリイミド(東レ製UR−3100E)を厚さ1.2μmでスピンコートし、N2ガス中にて350℃でフルキュアした。
Here, an actual prototype of the device 10 of FIG. 1 is shown.
In the step shown in FIG. 2B, the BST layer 23 is sputter deposited at about 650 ° C. and patterned by RIE. The RIE conditions were Ar with a gas flow rate of 34 sccm and CHF 3 with 6 sccm, a pressure of 5 Pa, a substrate temperature of 7 ° C., and an RF power of 100 W.
In the step shown in FIG. 2E, a 70 nm thick NiCr layer was formed as the base electrode 23b.
Further, in the process shown in FIGS. 2 (F) and 3 (B), photosensitive polyimide (UR-3100E manufactured by Toray Industries Inc.) is spin-coated with a thickness of 1.2 μm as the bonding resin materials 24 and 32, and N 2 Full cure was performed at 350 ° C. in gas.

次に、図3(A)に示す工程において、取出し電極31a〜31dをリフトオフで配線すると共に、図3(C)に示す工程において、接合条件として接合雰囲気を真空、接合温度を350℃、接合面圧力を900kPaとし、このような接合条件を一時間保持した。   Next, in the process shown in FIG. 3A, the extraction electrodes 31a to 31d are wired by lift-off, and in the process shown in FIG. 3C, the bonding atmosphere is vacuum, the bonding temperature is 350 ° C., and the bonding is performed. The surface pressure was set to 900 kPa, and such bonding conditions were maintained for 1 hour.

さらに、図4(B)に示す工程において、RIEのエッチングガスとしてSF6を使用すると共に、図5(A)に示す工程において、RIE条件として、ガス流量30sccmのSF6及び3sccmのArを用い、圧力5Pa、基板温度7℃、RFパワー100Wとした。
また、図5(B)に示す工程で、RIE条件として、ガス流量32sccmの02及び8sccmのCF4を用い、圧力5Pa、基板温度7℃、RFパワー100Wとし、フォトレジストとしてOFPRを使用した。
Further, used in the step shown in FIG. 4 (B), while using SF 6 as an etching gas for RIE, in the step shown in FIG. 5 (A), as a RIE conditions, the Ar of SF 6 and 3sccm gas flow rate 30sccm The pressure was 5 Pa, the substrate temperature was 7 ° C., and the RF power was 100 W.
In the step shown in FIG. 5B, as RIE conditions, 0 2 and 8 sccm of CF 4 with a gas flow rate of 32 sccm, a pressure of 5 Pa, a substrate temperature of 7 ° C., an RF power of 100 W, and OFPR as a photoresist were used. .

さらに、図6(A)に示す工程で、Auメッキのメッキ液(EJA社、MICROFAB Au310)と、フォトレジストとしてOFPRを使用し、メッキ後にCuから成るシード層26をウェットエッチングにより除去した。
また、図6(C)に示す工程で、O2アッシングを利用した。
Further, in the step shown in FIG. 6A, Au plating solution (EJA, MICROFAB Au310) and OFPR as a photoresist were used, and after plating, the seed layer 26 made of Cu was removed by wet etching.
Further, O 2 ashing was used in the step shown in FIG.

このような条件でデバイス10を試作したところ、以下のような結果が得られた。
図7は、図1のデバイス10の試作例において、(A)は断面図、(B)は電子顕微鏡写真による拡大斜視図である。
図1に示すデバイス10の試作例に関して、BST層23による強誘電体薄膜23aのトランスファ前後の電場に対する誘電率及びtanδを図8に示す。
When the device 10 was prototyped under such conditions, the following results were obtained.
7A and 7B are cross-sectional views and FIG. 7B is an enlarged perspective view of an electron micrograph in the prototype device 10 of FIG.
FIG. 8 shows the dielectric constant and tan δ with respect to the electric field before and after the transfer of the ferroelectric thin film 23a by the BST layer 23 for the prototype of the device 10 shown in FIG.

図8によれば、符Bを付したトランスファ後の誘電率及びtanδ(%)は、符号Aを付したトランスファ前の誘電率及びtanδと比較して殆ど劣化が見られない。これは、強誘電体薄膜23aが第一電極層22により覆われており、エッチングダメージの影響を受けないためであると考えられる。   According to FIG. 8, the dielectric constant and tan δ (%) after transfer indicated by B are hardly deteriorated compared to the dielectric constant and tan δ before transfer indicated by A. This is presumably because the ferroelectric thin film 23a is covered with the first electrode layer 22 and is not affected by etching damage.

本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。例えば、上述した実施形態においては、デバイス10は、バラクタ12に隣接してインダクタ13を有しているが、これに限らず、インダクタ13は省略されてもよい。   The present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit of the present invention. For example, in the embodiment described above, the device 10 includes the inductor 13 adjacent to the varactor 12, but the present invention is not limited thereto, and the inductor 13 may be omitted.

また、図2から図6に示す製造方法においては、半導体基板21と集積回路基板31の双方の表面にそれぞれ接合用樹脂材料24、32が塗布されているが、これに限らず、図3に示すように集積回路基板31のみに、あるいは図2に示す半導体基板21のみに、接合用樹脂材料32または24が塗布されてもよい。   2 to 6, the bonding resin materials 24 and 32 are applied to the surfaces of both the semiconductor substrate 21 and the integrated circuit substrate 31, respectively. As shown, the bonding resin material 32 or 24 may be applied only to the integrated circuit substrate 31 or only to the semiconductor substrate 21 shown in FIG.

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.

10:強誘電体容量を備えた集積回路基板(デバイス)
11、61:集積回路基板
11a〜11d:金属パッド
12:バラクタ
12a、12b:電極接続部
12c:第一電極
12d:第二電極
13:インダクタ
13a、13b:電極接続部
14、24、32、62:接合用樹脂材料
21:半導体基板
21a、21b:酸化膜
21c、21d:アライメントマーク
22:第一電極層
22a:第一電極
23:BST層
23a:強誘電体薄膜
23b:第二電極
25a〜25d:ビア穴
26:シード層
27:メッキ用モールド
28:メッキ層
28a:インダクタ
31:集積回路基板
31〜31d:取出し電極
10: Integrated circuit board (device) having a ferroelectric capacitor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 61: Integrated circuit board 11a-11d: Metal pad 12: Varactor 12a, 12b: Electrode connection part 12c: First electrode 12d: Second electrode 13: Inductor 13a, 13b: Electrode connection parts 14, 24, 32, 62 : Bonding resin material 21: Semiconductor substrate 21a, 21b: Oxide film 21c, 21d: Alignment mark 22: First electrode layer 22a: First electrode 23: BST layer 23a: Ferroelectric thin film 23b: Second electrodes 25a-25d : Via hole 26: Seed layer 27: Plating mold 28: Plating layer 28a: Inductor 31: Integrated circuit boards 31 to 31d: Extraction electrode

Claims (4)

半導体基板上に、第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極を順次に形成する第一の段階と、
内部に集積回路が構成された集積回路基板の上面に、取出し電極を形成する第二の段階と、
上記集積回路基板上に上記取出し電極の上から接合用樹脂材料を塗布するか、上記半導体基板上に上記第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極の上から接合用樹脂材料を塗布するか、上記の両方の基板上に接合用樹脂材料を塗布するかの何れかの第三の段階と、
上記集積回路基板上に、上記半導体基板を上下反転させて重ね合わせて接合する第四の段階と、
上記第一電極層、強誘電体薄膜及び第二電極を上記集積回路基板上に残して、上記半導体基板のみを除去する第五の段階と、
上記強誘電体薄膜上の第一電極層をパターニングして第一電極を形成する第六の段階と、
上記強誘電体薄膜上の電極を上記集積回路基板上の取出し電極に接続するための電極接続部を形成する第七の段階と、
を含んでいることを特徴とする、強誘電体容量を備えた集積回路基板の製造方法。
A first step of sequentially forming a first electrode layer, a ferroelectric thin film and a second electrode on a semiconductor substrate;
A second step of forming an extraction electrode on the upper surface of the integrated circuit substrate in which the integrated circuit is configured;
A bonding resin material is applied on the integrated circuit substrate from above the extraction electrode, or a bonding resin material is applied on the semiconductor substrate from above the first electrode layer, the ferroelectric thin film, and the second electrode. Or the third step of either applying the bonding resin material on both of the above substrates;
A fourth stage in which the semiconductor substrate is turned upside down and superimposed on the integrated circuit substrate; and
A fifth step of removing only the semiconductor substrate, leaving the first electrode layer, the ferroelectric thin film and the second electrode on the integrated circuit substrate;
A sixth step of patterning the first electrode layer on the ferroelectric thin film to form a first electrode;
A seventh step of forming an electrode connection for connecting the electrode on the ferroelectric thin film to the extraction electrode on the integrated circuit substrate;
A method for manufacturing an integrated circuit substrate having a ferroelectric capacitor, comprising:
前記第七の段階にて、前記集積回路基板上に、前記電極接続部と共に、インダクタを形成することを特徴とする、請求項1に記載の強誘電体容量を備えた集積回路基板の製造方法。   2. The method of manufacturing an integrated circuit substrate having a ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein an inductor is formed on the integrated circuit substrate together with the electrode connection portion in the seventh stage. 3. . 前記第一の段階にて、前記強誘電体薄膜が、BST薄膜であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の強誘電体容量を備えた集積回路基板の製造方法。   3. The method of manufacturing an integrated circuit substrate having a ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the ferroelectric thin film is a BST thin film in the first stage. 前記第七の段階の後、接合用樹脂材料を除去することを特徴とする、請求項1〜3の何れかに記載の強誘電体容量を備えた集積回路基板の製造方法。   4. The method of manufacturing an integrated circuit substrate having a ferroelectric capacitor according to claim 1, wherein the bonding resin material is removed after the seventh step.
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