JP4775753B2 - Method for manufacturing dielectric thin film capacitor - Google Patents
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Description
本発明は誘電体薄膜キャパシタの製造方法に関し、より詳しくは大規模集積回路素子(LSI)等の外部電子部品に接続される誘電体薄膜キャパシタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a dielectric thin film capacitor, and more particularly to a method for manufacturing a dielectric thin film capacitor connected to an external electronic component such as a large scale integrated circuit element (LSI).
近年、LSI等の各種電子部品では高密度化が進行すると共に、動作速度も益々上昇の一途を辿っている。 In recent years, various electronic parts such as LSIs have been increased in density and the operation speed has been increasing.
そして、このように電子部品の動作速度が上昇してくると、電子回路のスイッチング動作に起因して電圧ノイズや電圧変動が生じ易くなる。 When the operation speed of the electronic component increases as described above, voltage noise and voltage fluctuation are likely to occur due to the switching operation of the electronic circuit.
そこで、従来より、コンデンサの上部電極が接着層と接するように配されてLSIに接続され、保護膜と接着層とを貫通して設けられたスルーホール部を介して上部電極と下部電極とがLSIの配線部に接続されたコンデンサ内蔵電子回路が提案されている(特許文献1)。 Therefore, conventionally, the upper electrode of the capacitor is arranged so as to be in contact with the adhesive layer and connected to the LSI, and the upper electrode and the lower electrode are connected to each other through a through hole provided through the protective film and the adhesive layer. A capacitor built-in electronic circuit connected to an LSI wiring section has been proposed (Patent Document 1).
該特許文献1では、形成温度の高い金属酸化物を誘電体層とする薄膜コンデンサを、電子回路を構成する部材に内蔵することにより、電圧ノイズ等に起因した信号エラーの発生を抑制している。
In
ところで、上記特許文献1のコンデンサ内蔵電子回路は、図12に示すような方法で製造される。
By the way, the electronic circuit with built-in capacitor described in
すなわち、コンデンサ形成工程101では、Si基板上にCr膜からなる剥離層を形成した後、Ti膜からなる第1の接着層を形成し、次いでPt膜からなる第1の電極層、チタン酸バリウムストロンチウム((Br,Sr)TiO3;以下「BST」という)等からなる誘電体層、及びPt膜からなる第2の電極層を順次形成し、さらに第2の電極層上にTi膜からなる第2の接着層を形成し、これによりSi基板上にコンデンサ(薄膜キャパシタ)を形成する。
That is, in the
次いで、基板貼り合わせ工程102では、有機接着シートを介してTi膜とLSIとを貼り合わせる。
Next, in the substrate bonding
次に、コンデンサ転写工程103では、エッチング溶液として例えば塩酸と塩化アルミニウムとの混合水溶液を使用し、ウェットエッチング法により剥離層を溶解させ、これによりSi基板を除去する。尚、剥離層は、剛体であるSi基板とLSIとの間に挟持された状態でエッチング溶液に浸漬されることとなるため、エッチング溶液が剥離層と第1の接着層との界面に浸入し難く、このため、エッチング溶液に超音波振動等の機械的外力を加えることによりエッチング溶液の剥離層と第1の接着層との界面への浸入を容易にして剥離層を選択的にエッチングし、これによりSi基板を除去し、コンデンサをLSI上に転写させている。
Next, in the
そして、続く接続工程104では、コンデンサを覆う保護膜と有機接着シート、第1及び第2の接着層の所定位置にスルーホールを形成し、コンデンサとLSIに配された配線部とを接続し、これにより特許文献1のコンデンサ内蔵回路は製造される。
In the
また、特許文献1は、コンデンサ形成工程101で、Ti膜からなる第1の接着層をSi基板上に直接形成し、次いで第1の接着層上に第1の電極層、誘電体層、第2の電極層、及び第2の接着層を順次形成し、コンデンサ転写工程103で、コンデンサをLSI上に転写させると共に、エッチング溶液として約80℃の液温に保持した水酸化カリウム水溶液を使用し、ウェットエッチング法によりSi基板を直接溶解させ、これによりSi基板を除去する技術も開示されている。
In
しかしながら、特許文献1のようにウェットエッチング法により剥離層を溶解除去する方法では、以下のような問題点があった。
However, the method of dissolving and removing the release layer by the wet etching method as in
すなわち、剥離層のみを選択的に溶解除去することにより、Si基板の再利用は可能であるが、エッチング溶液として使用される塩酸と塩化アルミニウムとの混合水溶液は誘電体層に対しても溶解性を有するため、誘電体層がエッチング溶液に接しないように保護する必要がある。 That is, the Si substrate can be reused by selectively dissolving and removing only the release layer, but the mixed aqueous solution of hydrochloric acid and aluminum chloride used as the etching solution is soluble in the dielectric layer. Therefore, it is necessary to protect the dielectric layer from coming into contact with the etching solution.
しかしながら、特許文献1では、上述したように超音波振動等の機械的外力をエッチング溶液に付与しているため、エッチング溶液の誘電体層への浸入を招き易く、誘電体層がエッチング溶液に接しないように保護するのは困難である。
However, in
また、特許文献1では、上述したようにエッチング溶液に超音波振動等の機械的外力を加えているとはいえ、生産性の向上を目的として大きなSi基板を使用するとエッチングに要する時間が著しく長くなり、このため生産性向上を図ることができない。
Further, in
また、Si基板上に剥離層を設けず、Si基板上に第1の接着層を直接形成する方法では、水酸化カリウム水溶液を使用してSi基板を溶解除去しているため、以下のような問題点があった。 In the method of directly forming the first adhesive layer on the Si substrate without providing the release layer on the Si substrate, the Si substrate is dissolved and removed using an aqueous potassium hydroxide solution. There was a problem.
すなわち、水酸化カリウム水溶液は、Si基板に対するエッチング速度が1〜2μm/minと遅く、例えば厚みが525μmのSi基板を使用した場合、エッチング処理に4時間以上必要とする。一方、エッチング処理時間を短縮するために厚みの薄いSi基板を使用した場合は、Si基板のコスト上昇を招き、しかもSi基板が溶解してしまうため、Si基板を再利用することもできない。 That is, the aqueous potassium hydroxide solution has a slow etching rate of 1 to 2 μm / min with respect to the Si substrate. For example, when a Si substrate having a thickness of 525 μm is used, the etching process requires 4 hours or more. On the other hand, when a thin Si substrate is used in order to shorten the etching processing time, the cost of the Si substrate is increased, and the Si substrate is dissolved, so that the Si substrate cannot be reused.
また、Si基板を溶解除去しても第1の接着層上にはSiO2膜が残留するため、特許文献1では、エッチング溶液としてフッ酸と硝酸との混合水溶液を使用し、SiO2膜を溶解除去している。しかしながら、このエッチング溶液は誘電体層をも容易に溶解してしまうため、誘電体層にエッチング液が浸入しないように保護しなければならず、製造工程の複雑化を招くおそれがある。
Further, since the SiO 2 film remains on the first adhesive layer be removed by dissolving Si substrate,
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、キャパシタ部に悪影響を及ぼすこともなく誘電体薄膜キャパシタを高効率で製造することができ、かつキャパシタ部から分離された基板材料を容易に再利用することができる誘電体薄膜キャパシタの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. A dielectric thin film capacitor can be manufactured with high efficiency without adversely affecting the capacitor portion, and a substrate material separated from the capacitor portion can be easily manufactured. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a dielectric thin film capacitor that can be reused.
上記目的を達成するために本発明に係る誘電体薄膜キャパシタの製造方法は、第1の電極膜と第2の電極膜とが誘電体薄膜を介して対向状に形成されたキャパシタ部を第1の基板上に形成する誘電体薄膜キャパシタの製造方法であって、熱膨張率が前記第1の基板とは異なる第2の基板上に前記第2の電極膜、前記誘電体薄膜、及び前記第1の電極膜を順次成膜してキャパシタ部を形成するキャパシタ形成工程と、前記第2の基板上のキャパシタ部を覆うように第1の樹脂層を形成する第1の樹脂層形成工程と、前記第1の樹脂層と同一材料からなる第2の樹脂層を前記第1の基板の表面に形成する第2の樹脂層形成工程と、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とが接するように前記第2の基板と前記第1の基板とを重ね合わせ、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とが一体化した絶縁層を有する接合体を形成する接合体形成工程と、前記接合体に温度変化を付与して前記第2の基板を前記キャパシタ部から分離する分離工程とを含むことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a dielectric thin film capacitor according to the present invention includes a first capacitor portion in which a first electrode film and a second electrode film are formed to face each other with a dielectric thin film therebetween. A method of manufacturing a dielectric thin film capacitor formed on a second substrate, wherein the second electrode film, the dielectric thin film, and the second thin film are formed on a second substrate having a coefficient of thermal expansion different from that of the first substrate. A capacitor forming step of sequentially forming one electrode film to form a capacitor portion; a first resin layer forming step of forming a first resin layer so as to cover the capacitor portion on the second substrate; A second resin layer forming step of forming a second resin layer made of the same material as the first resin layer on the surface of the first substrate; the first resin layer; and the second resin layer; The second substrate and the first substrate so that the first substrate and the first substrate are in contact with each other. A joined body forming step of forming a joined body having an insulating layer in which the resin layer and the second resin layer are integrated; and a temperature change is applied to the joined body to separate the second substrate from the capacitor portion. And a separation step.
また、本発明の誘電体薄膜キャパシタの製造方法は、前記第2の基板の上面に密着層を形成し、前記密着層の上面に前記キャパシタ部を形成することを特徴としている。 The dielectric thin film capacitor manufacturing method of the present invention is characterized in that an adhesion layer is formed on the upper surface of the second substrate, and the capacitor portion is formed on the upper surface of the adhesion layer.
さらに、本発明の誘電体薄膜キャパシタの製造方法は、前記第2の基板の熱膨張率は、前記第1の基板の熱膨張率よりも小さいことを特徴としている。 Furthermore, the dielectric thin film capacitor manufacturing method of the present invention is characterized in that the thermal expansion coefficient of the second substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the first substrate.
また、本発明の誘電体薄膜キャパシタの製造方法は、前記第1の基板は導通ビアを有していることを特徴としている。 The dielectric thin film capacitor manufacturing method of the present invention is characterized in that the first substrate has a conductive via.
上記誘電体薄膜キャパシタの製造方法によれば、熱膨張率が第1の基板とは異なる第2の基板上に第2の電極膜、誘電体薄膜、及び第1の電極膜を順次成膜してキャパシタ部を形成し、さらに前記第2の基板上のキャパシタ部を覆うように第1の樹脂層を形成する一方、前記第1の樹脂層と同一材料からなる第2の樹脂層を前記第1の基板の表面に形成し、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とが接するように前記第2の基板と前記第1の基板とを重ね合わせ、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とが一体化した絶縁層を有する接合体を形成し、前記接合体に温度変化を付与して前記第2の基板を前記キャパシタ部から分離しているので、大判の第2の基板を使用した場合であっても、加熱温度、冷却温度、及び温度変化速度を適宜選択することにより、第1及び第2の基板やキャパシタ部が損傷することなく、第2の基板とキャパシタ部とを容易に分離することができる。 According to the dielectric thin film capacitor manufacturing method, the second electrode film, the dielectric thin film, and the first electrode film are sequentially formed on the second substrate having a thermal expansion coefficient different from that of the first substrate. Forming a capacitor portion and further forming a first resin layer so as to cover the capacitor portion on the second substrate, while forming a second resin layer made of the same material as the first resin layer. Formed on the surface of one substrate, the second substrate and the first substrate are overlapped so that the first resin layer and the second resin layer are in contact with each other; A joined body having an insulating layer integrated with the second resin layer is formed, and a temperature change is applied to the joined body to separate the second substrate from the capacitor portion. Even when 2 substrates are used, heating temperature, cooling temperature, and temperature change rate are selected appropriately The Rukoto, without the first and second substrate and the capacitor unit is damaged, it is possible to easily separate the second substrate and the capacitor section.
しかも、上述したように第2の基板は、損傷することなくキャパシタ部から分離することができるので、該第2の基板を再利用することが可能となり、省資源化や生産コストの低減化を図ることができる。 In addition, as described above, the second substrate can be separated from the capacitor portion without being damaged, so that the second substrate can be reused, thereby saving resources and reducing production costs. Can be planned.
また、前記第2の基板の上面に密着層を形成し、前記密着層の上面に前記キャパシタ部を形成するので、第2の基板と誘電体薄膜との密着性を良好に保つことができ、第2の電極膜を誘電体薄膜上に容易にパターニングすることができる。 In addition, since the adhesion layer is formed on the upper surface of the second substrate and the capacitor portion is formed on the upper surface of the adhesion layer, the adhesion between the second substrate and the dielectric thin film can be kept good, The second electrode film can be easily patterned on the dielectric thin film.
また、前記第2の基板の熱膨張率が、前記第1の基板の熱膨張率よりも小さいので、接合体に温度変化を付与することにより、第2の基板と第2の電極膜との間で容易に界面剥離が生じ、第2の基板とキャパシタ部とを容易に分離することができる。すなわち、第2の基板の熱膨張率が、前記第1の基板の熱膨張率よりも小さく、しかも第1、第2の電極膜及び誘電体薄膜の熱膨張率は相対的に大きいので、キャパシタ部の面内方向に引張応力が発生する。そして、加熱・冷却による温度変化を接合体に付与すると、該接合体は、熱応力により熱膨張率が相対的に小さい第2の基板側を凸状にして反った状態となり、第1の基板側は引き剥がし方向に引張応力が発生する。すなわち、接合体を加熱・冷却することにより最も密着強度の弱い第2の基板と第2の電極膜との間で界面剥離が生じ、第2の基板とキャパシタ部とを容易に分離することができる。 In addition, since the thermal expansion coefficient of the second substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the first substrate, by applying a temperature change to the joined body, the second substrate and the second electrode film Interfacial peeling occurs easily between the second substrate and the second substrate and the capacitor portion can be easily separated. That is, since the thermal expansion coefficient of the second substrate is smaller than the thermal expansion coefficient of the first substrate, and the thermal expansion coefficients of the first and second electrode films and the dielectric thin film are relatively large, the capacitor Tensile stress is generated in the in-plane direction of the part. When a temperature change due to heating / cooling is applied to the joined body, the joined body is warped with the second substrate side having a relatively small coefficient of thermal expansion being convex due to thermal stress. On the side, tensile stress is generated in the peeling direction. That is, when the bonded body is heated and cooled, interface peeling occurs between the second substrate having the weakest adhesion strength and the second electrode film, and the second substrate and the capacitor portion can be easily separated. it can.
また、前記第1の基板は導通ビアを有しているので、キャパシタ部は第1の基板と電気的に接続することが可能となり、LSI等の外部電子部品その他の配線回路基板と電気的に接続することが可能となる。 In addition, since the first substrate has conductive vias, the capacitor portion can be electrically connected to the first substrate, and can be electrically connected to external electronic components such as LSI and other printed circuit boards. It becomes possible to connect.
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の製造方法により製造された誘電体薄膜キャパシタの一実施の形態(第1の実施の形態)を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment (first embodiment) of a dielectric thin film capacitor manufactured by the manufacturing method of the present invention.
すなわち、導通ビア1a、1bが形成されたセラミック基板(第1の基板)2の上面及び下面には前記導通ビア1a、1bを覆うように上部電極3a、3b及び下部電極4a、4bが形成されている。また、セラミック基板2の上面には絶縁層5が形成されると共に、上面が前記絶縁層5と面一となるように第1の導電膜6及び第1の電極膜7が形成され、さらに絶縁層5及び第1の電極膜7の上面には誘電体薄膜8が形成されている。そして、誘電体薄膜8の表面には第2の電極膜9及び第2の導電膜10が形成され、第1の電極膜7、誘電体薄膜8及び第2の電極膜9でキャパシタ部11を形成している。
That is,
また、第1の導通ビア1a上には断面略凹状の第1の導電部12aが形成され、該第1の導電部12aを介して第2の電極膜9及び第2の導電膜10が第1の導通ビア1aに電気的に接続されると共に、第1の導通ビア1aは第1の電極膜7及び第1の導電膜6と電気的に絶縁されている。
Further, a first
また、第2の導通ビア1b上にも断面略凹状の第2の導電部12bが形成され、該第2の導電部12bを介して第1の電極膜7及び第1の導電膜6が第2の導通ビア1bに電気的に接続されると共に、第2の導通ビア1bは第2の電極膜9及び第2の導電膜10と電気的に絶縁されている。
A second
また、第2の導電膜10、第1及び第2の導電部12a、12bを覆うように保護膜13が形成されている。
A
次に、上記誘電体薄膜キャパシタの製造方法を図2〜図6に基づき詳述する。 Next, a method for manufacturing the dielectric thin film capacitor will be described in detail with reference to FIGS.
まず、図2(a)に示すように、表面の平滑なSi基板(第2の基板)14の上面に酸化物層15、密着層16、第2の電極膜9、誘電体薄膜8、及び第1の電極膜7を順次成膜する。
First, as shown in FIG. 2 (a), an
すなわち、例えば、厚みが525μmで線膨張係数が2.6×10−6/KのSi単結晶基板(以下、単に「Si基板」という)14に熱酸化処理を施し、膜厚0.7μmのSiO2からなる酸化物層15を形成し、次いでスパッタリング法を使用して酸化物層15の上面にTiO2からなる膜厚50nmの密着層16を形成する。尚、この密着層16は、スパッタリング法の他、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;「有機金属化学気相成長」)法、真空蒸着法、MOD(Metal Organic Decomposition;「有機金属分解」) 法等、他の薄膜形成方法により成膜してもよい。また、本実施の形態では、密着層16をTiO2で形成しているが、Al2O3、TaO2、ZnO、Ti−Si−O系酸化物、Al−Si−O系酸化物、Ta−Si−O系酸化物、或いはZn−Si−O系酸化物等で形成することもできる。
That is, for example, a silicon single crystal substrate (hereinafter, simply referred to as “Si substrate”) 14 having a thickness of 525 μm and a linear expansion coefficient of 2.6 × 10 −6 / K is subjected to a thermal oxidation treatment to obtain a film thickness of 0.7 μm. An
次に、スパッタリング法等の薄膜形成方法を使用して密着層16の表面に膜厚200nmのPtからなる第2の電極膜9を形成する。尚、第2の電極膜9の成膜材料としては、高温雰囲気に晒されても良好な耐酸化性を有する貴金属系材料であればPtに限定されることはなく、例えばPd、Au、Ir、Ru、Rh等を使用することができる。
Next, a
次に、Ba、Sr、Tiが、モル比で例えばBa:Sr:Ti=7:3:10に配合された成膜原料を用意し、MOD法を使用して第2の電極膜9の表面にBSTからなる膜厚150nmの誘電体薄膜8を形成する。すなわち、例えば、MOD原料溶液のスピン・コーティング及び乾燥処理を2回繰り返した後、温度650℃の酸素雰囲気中で30分間高速加熱処理(Rapid Thermal Annealing;以下「RTA」という)を施し、これにより第2の電極膜9の表面に誘電体薄膜8を形成する。尚、誘電体薄膜8の成膜方法もMOD法に限定されるものではなく、MOCVD法、スパッタリング法等の方法を使用して成膜することができる。
Next, a film forming raw material in which Ba, Sr, and Ti are mixed at a molar ratio of, for example, Ba: Sr: Ti = 7: 3: 10 is prepared, and the surface of the
次に、スパッタリング法等により誘電体薄膜8の上面に膜厚200nmのPtからなる第1の電極膜7を形成し、さらにこの状態で温度800℃の酸素雰囲気中で30分間RTAを施す。このように成膜後に高温雰囲気に晒すことにより、高誘電率の誘電体薄膜8を得ることができる。
Next, a
次に、リフトオフ法により、図2(b)に示すように、所定パターンのTi膜17、Cu膜18、及びTi膜19を形成する。すなわち、第1の電極膜7の表面にフォトレジストを塗布した後プリベークし、次いでフォトマスクを介して露光・現像を行い、その後真空蒸着法を使用して、膜厚50nmのTi層、膜厚3μmのCu層、及び膜厚100nmのTi層を順次成膜し、フォトレジスト及び該フォトレジスト上の導電膜、すなわちTi層、Cu層、及びTi層を除去し、所定パターンのTi膜17、Cu膜18、及びTi膜19を形成する。尚、Ti膜17、Cu膜18、及びTi膜19で第1の導電膜6を形成している。尚、本実施の形態では第1の導電膜6を真空蒸着法で成膜しているがスパッタリング法で成膜してもよい。
Next, as shown in FIG. 2B, a Ti film 17, a Cu film 18, and a Ti film 19 having a predetermined pattern are formed by a lift-off method. That is, a photoresist is applied to the surface of the
次に、Ti膜19をマスクとしてイオンミリング法を使用し、図2(c)に示すように、表面に露出している第1の電極膜7を除去する。尚、第1の電極膜7を構成するPtはTiやBSTに比べてミリング速度が速いため、表面に露出している第1の電極膜7を選択的に除去することができる。
Next, using the ion milling method with the Ti film 19 as a mask, the
次に、耐熱樹脂、例えばガラス転移点が約250℃の耐熱樹脂ワニスをスピン・コーティングし、さらに窒素雰囲気中、温度300℃で1時間熱処理を施し、これにより図2(d)に示すように、第1の樹脂層20を形成する。尚、第1の樹脂層20の厚みは、例えばCu膜18の上面から約5μmとなるように制御されている。
Next, a heat-resistant resin, for example, a heat-resistant resin varnish having a glass transition point of about 250 ° C., is spin-coated, and further heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 300 ° C. for 1 hour. Then, the
一方、図3(e)に示すように、周知のセラミック基板の製造技術を使用し、導通ビア1a、1bが形成された厚み500μmのセラミック基板(線膨張係数8.0×10−6/K)2を作製する。すなわち、例えば、結晶化ガラスやセラミック粉末を含有した低温焼成セラミック材料をスラリー化した後、ドクターブレード法等の成形加工法を使用してセラミックグリーンシートを作製し、次いで、レーザ加工機を使用してセラミックグリーンシートの所定位置にビアホールを穿設し、導電性ペーストを前記ビアホールに充填し、その後このセラミックグリーンシートを所定枚数積層した後圧着して積層体を形成し、次いで焼成処理を施し、これにより、導通ビア1a、1bが形成されたセラミック基板2を作製する。
On the other hand, as shown in FIG. 3E, a known ceramic substrate manufacturing technique is used to form a 500 μm thick ceramic substrate (linear expansion coefficient 8.0 × 10 −6 / K) on which
ここで、ビアホールに充填される導電性ペーストとしては、特に限定されるものではないが、低温焼結セラミック基板の導電性ペーストに広く使用されているAgを主成分としたものがPtやAuに比べて安価であり好ましい。 Here, the conductive paste filled in the via hole is not particularly limited, but Pt and Au are mainly composed of Ag widely used in the conductive paste of the low-temperature sintered ceramic substrate. It is inexpensive and preferable.
尚、セラミック基板2を構成するセラミック材料についても低温焼成セラミック材料に限定されることはなく、任意のセラミック材料や樹脂製多層基板を使用することができるが、線膨張係数がSi基板14よりも大きいことが必要である。
The ceramic material constituting the
次に、リフトオフ法により、図3(f)に示すように、導通ビア1a、1bの露出面を覆うようにTi膜21a、21b、Cu膜22a、22bを形成し、これにより上部電極3a、3bを形成する。すなわち、セラミック基板2の上面にフォトレジストを塗布してプリベークした後、フォトマスクを介して露光、現像を行い、次いで真空蒸着法を使用して膜厚50nmのTi層、膜厚2μmのCu層を順次形成する。そしてその後、フォトレジスト及び該フォトレジスト上のTi層及びCu層を除去し、導通ビア1a、1bの露出面を覆うようにTi膜21a、21b、Cu膜22a、22bを形成し、これにより上部電極3a、3bを形成する。
Next, as shown in FIG. 3F,
同様に、セラミック基板2の下面にもリフトオフ法を適用し、導通ビア1a、1bの露出面を覆うように膜厚50nmのTi膜23a、23b、及び膜厚2μmのCu膜24a、24bを形成し、これにより下部電極4a、4bを形成する。
Similarly, the lift-off method is applied to the lower surface of the
次に、第1の樹脂層20の作製に使用した耐熱樹脂ワニスをセラミック基板2上にスピン・コーティングし、さらに窒素雰囲気中、温度300℃で1時間熱処理を施し、図3(g)に示すように、第2の樹脂層25を形成する。尚、第2の樹脂層25の厚みは、Cu膜22a、22bの上面から例えば約5μmとなるように制御されている。
Next, the heat-resistant resin varnish used for the production of the
次いで、図4(h)に示すように、第1の樹脂層20と第2の樹脂層25とを位置合わせをしながら重ね合わせ、0.5MPaの圧力下、温度280℃で30分間加熱加圧処理を行ない、Si基板14とセラミック基板2とを圧着し、これにより接合体70を作製する。尚、第1の樹脂層20と第2の樹脂層25とで絶縁層5を構成している。
Next, as shown in FIG. 4 (h), the
次に、接合体70を100℃に加熱されたホットプレート上に載置させて1分間保持した後、水温20℃の水に浸漬し、再び、接合体26を100℃に加熱されたホットプレート上に載置する。そしてこれにより、図4(i)に示すように、第2の電極膜9と密着層16との間で界面剥離が生じ、Si基板14とセラミック基板2とが分離する。
Next, the bonded
すなわち、Si基板14は、線膨張係数が2.6×10−6/Kと小さく、第1、第2の電極膜7、9及び誘電体薄膜8はSi基板14の線膨張係数よりも大きいため、第2の電極膜9の面内方向に引張応力が発生する。しかも、絶縁層5(第1及び第2の樹脂層20、25)、及びセラミック基板2もSi基板14に比べて線膨張係数が大きく、このため接合体26は、加熱・冷却後では熱応力によりSi基板14側を凸状にして反った状態になり、セラミック基板2側は引き剥がし方向に引張応力が発生する。そしてその結果、接合体26は、最も密着強度の弱い密着層16と第2の電極膜9との間で界面剥離が生じ、Si基板14とセラミック基板2とが分離する。
That is, the
尚、本実施の形態では、2回の加熱・冷却処理を行なったが、加熱・冷却処理を3回以上繰り返し行なってもよい。 In this embodiment, the heating / cooling process is performed twice, but the heating / cooling process may be repeated three or more times.
また、加熱温度、冷却温度、及び加熱・冷却速度は、Si基板14やキャパシタ部11が損傷しない範囲で選択することが可能である。因みに、接合体70を210℃に加熱した状態から水温20℃の水に浸漬した場合は、キャパシタ部11をセラミック基板2上に転写することができたが、Si基板14は2つに分裂し、このためSi基板14の再利用はできなくなったが、厚みが300μmのSi基板を使用した場合は、接合体70を250℃に加熱した状態から水温20℃の水に浸漬してもSi基板14に破損は生じなかった。したがって、加熱温度、冷却温度、及び加熱・冷却速度は、Si基板14の厚みを考慮し、Si基板14が損傷しない範囲で選択することが好ましい。
Further, the heating temperature, the cooling temperature, and the heating / cooling rate can be selected as long as the
次に、キャパシタ部11が転写されたセラミック基板2を洗浄、乾燥した後、上述したリフトオフ法を使用し、図4(j)に示すように、所定パターンからなる膜厚50nmのTi膜26、膜厚3μmのCu膜27、及び膜厚100nmのTi膜28を形成する。尚、Ti膜26、Cu膜27、及びTi膜28で第2の導電膜10を構成している。
Next, after cleaning and drying the
次に、Ti膜28をマスクとしてイオンミリング法を使用し、図2(c)と同様、図5(k)に示すように表面露出している第2の電極膜9を除去する。
Next, using the ion milling method with the
次に、図5(l)に示すように、第2の導電膜10及び誘電体薄膜8の上面にフォトレジスト29を塗布する。
Next, as shown in FIG. 5L, a
次いで、周知のフォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチングにより、図5(m)に示すように 第1及び第2の孔30a、30bを形成し、上部電極3a、3bが表面露出する。すなわち、フォトレジスト29をプリベークした後、フォトマスクを介して紫外光をフォトレジスト29に照射し、露光、現像、ポストベークを行なってフォトマスクパターンをレジストパターンに転写し、ICP−RIE装置(Inductively-Coupled Plasma Reactive Ion Etching:誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング)を使用して反応性イオンエッチングを行い、第1及び第2の孔30a、30bを形成し、上部電極3a、3bを表面露出させる。
Next, as shown in FIG. 5M, first and
次いで、図6(n)に示すように、フォトレジスト29を溶解除去する。
Next, as shown in FIG. 6 (n), the
次に、再び上述したリフトオフ法を使用し、図6(o)に示すように、所定パターンからなる膜厚50nmのTi膜31a、32a及び膜厚5μmのCu膜31b、32bを形成する。尚、Ti膜31aとCu膜31aとで第1の導電部12aを構成し、Ti膜31bとCu膜31bとで第2の導電部12bを構成している。
Next, the lift-off method described above is used again to form 50 nm
次いで、耐熱樹脂ワニスを塗布した後、窒素雰囲気中、温度300℃で1時間熱処理を施し、図6(p)に示すように、保護膜13を形成し、これにより誘電体薄膜キャパシタが製造される。
Next, after applying a heat-resistant resin varnish, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 300 ° C. for 1 hour to form a
このように本第1の実施の形態では、線膨張係数の小さいSi基板14上にキャパシタ部11を形成し、該キャパシタ部11の形成されたSi基板14をキャパシタ部11側とセラミック基板2とが接合するように重ね合わせ、圧着して接合体26を形成し、その後接合体26に温度変化を付与しているので、Si基板14やセラミック基板2、キャパシタ部11が損傷することもなく、Si基板14をキャパシタ部11から分離させることができる。
As described above, in the first embodiment, the
したがって、大判のSi基板14にキャパシタ部11を成膜した場合であっても、Si基板14をキャパシタ部11から速やかに分離させることができ、生産性向上を図ることができる。
Therefore, even when the
しかも、上述したようにSi基板14は損傷しないので再利用が可能となり、省資源化・生産コストの低減化を図ることができる。すなわち、この場合、Si基板14の表面には密着層16が残存するが、該密着層16の表面状態に大きな変化がなく十分平滑である場合は、密着層16付きSi基板14としてそのまま再利用することができる。また、密着層16が平滑性や密着性を失っている場合は、酸化物層15を溶解しない水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のエッチング溶液を使用して密着層を選択的に溶解除去することができ、これにより酸化物層15付きのSi基板14が得られ、再利用することが可能となる。
Moreover, since the
図7〜図9は誘電体薄膜キャパシタの製造方法の第2の実施の形態を示す製造工程図であって、本第2の実施の形態では、Si基板14上に密着層を形成せずに直接キャパシタ部33を形成している。
7 to 9 are manufacturing process diagrams showing a second embodiment of the method of manufacturing a dielectric thin film capacitor. In the second embodiment, an adhesion layer is not formed on the
すなわち、まず、図7(a)に示すように、Si基板14に熱酸化を施して酸化物層(SiO2層)15を形成し、その後、第1の実施の形態と同様の方法・、手順でキャパシタ部33を構成する第2の電極膜34、誘電体薄膜35、第1の電極膜36、第1の導電部37を構成するTi膜38、Cu膜39、Ti膜40、及び第1の樹脂層41を順次成膜する。
That is, first, as shown in FIG. 7A, thermal oxidation is performed on the
次いで、図7(b)に示すように、表面に第2の樹脂層25が形成されたセラミック基板2とSi基板14とを樹脂面同士が接合するように重ね合わせ、0.5MPaの圧力下、温度280℃で30分間加熱加圧処理を行ない、Si基板14とセラミック基板2とを圧着し、これにより接合体60を作製する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
尚、本第2の実施の形態では、Si基板14上に密着層が設けられていないため、Si基板14と第2の電極膜34や誘電体薄膜35との間の密着性が悪く、このため第1の電極膜36のパターニングを首尾良く行うことができないおそれがあることから、誘電体膜35の上面全域に第1の電極膜36及び第1の導電膜37を形成し、この状態で接合体60を作製している。
In the second embodiment, since the adhesion layer is not provided on the
そしてその後、第1の実施の形態と同様、接合体60に所定の加熱・冷却処理を施すことにより、図7(c)に示すように、酸化物層15と第1の電極膜36との間で界面剥離が生じ、Si基板14とセラミック基板2とが分離する。
After that, as in the first embodiment, the joined
次に、図8(d)に示すように、第1の実施の形態と同様、蒸着リフトオフ法を使用して、第2の導電膜42となるべきTi膜43、Cu膜44、及びTi膜45を順次成膜し、その後表面露出している第2の電極膜36をイオンミリング法で除去し、その後表面にフォトレジスト46を塗布する。
Next, as shown in FIG. 8D, similarly to the first embodiment, a
次いで、上述した周知のフォトリソグラフィー技術と反応性イオンエッチングを施し、図8(e)に示すように、第1及び第2の孔47a、47bを形成して上部電極3a、3bを表面露出させ、さらにフォトレジスト46を溶解除去する。
Next, the above-described well-known photolithography technique and reactive ion etching are performed to form first and
次に、テトラエトキシシランを原料としたプラズマCVD法により温度200℃で成膜処理を行ない、図8(f)に示すように膜厚0.5μmのSiO2からなる絶縁層48を形成する。尚、この絶縁層48は室温でも形成可能である。
Next, a film forming process is performed at a temperature of 200 ° C. by a plasma CVD method using tetraethoxysilane as a raw material to form an insulating
次いで、再び上述したフォトリソグラフィー技術を使用し、第1の孔47a内を除く領域の絶縁層48を除去し、パターニングされた絶縁層48を形成する。尚、この後、絶縁層48上のフォトレジストは溶解除去されるが、図9(g)はフォトレジストの溶解除去後を示している。
Next, the above-described photolithography technique is used again to remove the insulating
次に、上述したリフトオフ法を使用し、図9(h)に示すように、上部電極3a、3bの上方にTi膜49a及びCu膜50aからなる第1の導電部51a、及びTi膜49b及びCu膜50bからなる第2の導電部51bを形成する。
Next, using the above-described lift-off method, as shown in FIG. 9 (h), a first
次いで、耐熱樹脂ワニスを塗布した後、窒素雰囲気中、温度300℃で1時間熱処理を施し、図9(i)に示すように、保護膜52を形成し、これにより誘電体薄膜キャパシタが製造される。
Next, after applying a heat-resistant resin varnish, a heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 300 ° C. for 1 hour to form a
このように本第2の実施の形態は、第1の実施の形態と異なり酸化物層15と第2の導電膜34との間に密着層が介在していないが、第1の実施の形態と同様、接合体60に温度変化を付与することにより、Si基板14やセラミック基板2、キャパシタ部33が損傷することもなく、キャパシタ部33をSi基板14から分離させることができる。
Thus, unlike the first embodiment, the second embodiment has no adhesion layer between the
したがって、大判のSi基板14にキャパシタ部33を成膜した場合であっても、Si基板14をキャパシタ部33から速やかに分離させることができ、生産性向上を図ることができる。
Therefore, even when the
しかも、このようにSi基板14は損傷しないので、再利用が可能となり、省資源化・コストの低減化を図ることができる。
In addition, since the
図10は、本製造方法の第3の実施の形態の要部を示す図であって、本第3の実施の形態では、密着層16上に形成される第2の電極膜55が、Au膜53とPt膜54との二層構造とされている。
FIG. 10 is a diagram showing the main part of the third embodiment of the manufacturing method. In the third embodiment, the
すなわち、本第3の実施の形態では、第1の実施の形態と同様、Si基板14上に酸化物層15及び密着層16を順次形成した後、スパッタリング法等の薄膜形成方法により適度な剥離性を有するAu膜53及び誘電体薄膜8の特性向上に効果的に寄与するPt膜54を順次形成し、Pt膜54上に誘電体薄膜8及び第1の電極膜7を順次形成している。
That is, in the third embodiment, after the
そして、図11(a)に示すようにセラミック基板2とSi基板14とを接合させて接合体61を作製し、その後第1の実施の形態と同様、接合体61に温度変化を付与することにより、適度な剥離性を有するAu膜53と密着層16との間で界面剥離が生じ、図11(b)に示すように、Si基板14とセラミック基板2とを分離させることができる。
Then, as shown in FIG. 11 (a), the
このようにSi基板14側に適度な剥離性を有する金属膜を形成し、誘電体薄膜8側に誘電体薄膜8の特性向上に効果的に寄与する金属膜を形成するのも好ましい。
In this way, it is also preferable to form a metal film having appropriate peelability on the
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態では、キャパシタ部11が単層構造の場合について説明したが、キャパシタ部を多層構造とした場合にも適用できるのはいうまでもない。すなわち、Si基板14上に形成された第1の電極膜7上に誘電体薄膜→第2の電極膜→誘電体薄膜→第1の電極膜→…の順序で繰り返し成膜処理を行ない、キャパシタ部11を多層構造としてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. In the above-described embodiment, the case where the
また、上記実施の形態で示した各薄膜の膜厚は単なる例示であって、小型軽量化を維持でき、誘電体薄膜キャパシタとしての機能を損なわない範囲で任意に設定できるのはいうまでもない。 In addition, the film thickness of each thin film shown in the above embodiment is merely an example, and it goes without saying that it can be arbitrarily set within a range in which the size and weight can be maintained and the function as a dielectric thin film capacitor is not impaired. .
2 セラミック基板(第1の基板)
7 第1の電極膜
8 誘電体薄膜
9 第2の電極膜
11 キャパシタ部
14 Si基板(第2の基板)
16 密着層
26 接合体
33 キャパシタ部
34 第2の電極膜
35 誘電体薄膜
36 第1の電極膜
60 接合体
61 接合体
2 Ceramic substrate (first substrate)
7
16
Claims (4)
熱膨張率が前記第1の基板とは異なる第2の基板上に前記第2の電極膜、前記誘電体薄膜、及び前記第1の電極膜を順次成膜してキャパシタ部を形成するキャパシタ形成工程と、
前記第2の基板上のキャパシタ部を覆うように第1の樹脂層を形成する第1の樹脂層形成工程と、
前記第1の樹脂層と同一材料からなる第2の樹脂層を前記第1の基板の表面に形成する第2の樹脂層形成工程と、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とが接するように前記第2の基板と前記第1の基板とを重ね合わせ、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とが一体化した絶縁層を有する接合体を形成する接合体形成工程と、
前記接合体に温度変化を付与して前記第2の基板を前記第2の基板上のキャパシタ部から分離する分離工程と、
を含むことを特徴とする誘電体薄膜キャパシタの製造方法。 A method of manufacturing a dielectric thin film capacitor, wherein a capacitor portion in which a first electrode film and a second electrode film are formed to face each other via a dielectric thin film is formed on a first substrate,
Capacitor formation for sequentially forming the second electrode film, the dielectric thin film, and the first electrode film on a second substrate having a coefficient of thermal expansion different from that of the first substrate to form a capacitor portion Process,
A first resin layer forming step of forming a first resin layer so as to cover the capacitor portion on the second substrate;
A second resin layer forming step of forming a second resin layer made of the same material as the first resin layer on the surface of the first substrate;
The second substrate and the first substrate are overlapped so that the first resin layer and the second resin layer are in contact with each other, and the first resin layer and the second resin layer are integrated. A joined body forming step of forming a joined body having an insulating layer,
A separation step of separating the second substrate from the capacitor portion on the second substrate by applying a temperature change to the joined body;
A method for manufacturing a dielectric thin film capacitor, comprising:
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