JP7129104B2 - 3dキャパシタ、及び光活性基板を作製するキャパシタアレイ - Google Patents
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Description
れるデバイス。
、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第2の結晶性ガラス基板、第1の結晶性ガラス基板と第2の結晶性ガラス基板の間に位置する誘電体材料の層、並びに第1の結晶性ガラス基板と第2の結晶性ガラス基板を接続する1又は2以上のビア、ポスト、チャネル、又はそれらの組合せを含む、ガラスセラミック容量性デバイスを提供する。第1の末端は、第1の結晶性ガラス基板に接続されてもよく、第2の末端は、第2の結晶性ガラス基板に接続されてもよい。ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵装置として機能してもよい。金属被覆、第2の金属被覆、又はその両方が、Au、Ag、Pt、Cu、W、TiW、TiN、TaN、WN、Al2O3、又はそれらの混合物及び合金であってもよい。誘電体層が、Ta2O5、Al2O3、又はAl2O3を含むがそれに限定されない他の気相誘電体であってもよい。
、ビア又はポストチャネルを第1の金属で被覆し、底部電極を形成するステップ、構造の少なくとも一部分を誘電体媒体で被覆するステップ、ビア又はポストチャネルを第2の金属で被覆し、上部電極を形成するステップ、上部及び誘電体媒体の少なくとも一部分を除去し、電気接点又は独立デバイスを提供するステップ、並びに第1の金属、第2の金属、又はその両方を、表面又は埋設接点を介して回路に接続するステップを含む、感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性デバイスを製作する方法を提供する。
deposition)を用いる。ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵装置として機能
する。第1の金属、第2の金属、又はその両方が、Au、Ag、Pt、Cu、W、TiW、TiN、TaN、WN、Al2O3、又はそれらの混合物及び合金を含む。誘電体層が、Ta2O5、Al2O3、又は他の気相誘電体であってもよい。
すなわち本発明は、以下に関する。
1.感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性デバイス、
2.以下のステップから構成される感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性素子を創成する方法であって、
シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を調製するステップ、
1又は2以上の電気伝導路を前記感光性ガラスセラミック基板上に形成する1又は2以上の構造を含むデザインレイアウトをマスキングするステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る、少なくとも10分間の加熱相にさらすステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を冷却し、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、
前記結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、1又は2以上のエッチングされた三次元構造をガラス基板中に形成するステップ、
前記エッチングされた三次元構造に隣接する前記結晶性ガラス基板がまた、セラミック相へ変換されてもよく、
希釈ガラスエッチング液でリンスし、ガラスに高表面積のテクスチャを創成するステップ、
原子層堆積(ALD)を用いて、ビア又はポストチャネルを底部電極用金属で被覆するステップ、
原子層堆積(ALD)を用いて、前記構造の全部又は一部を誘電体媒体で被覆するステップ、
原子層堆積(ALD)を用いて、前記ビア又はポストチャネルを上部電極用金属で被覆するステップ、並びに
前記上部及び前記誘電体媒体の全部又は一部を除去し、電気接点又は独立デバイスを提供するステップ、
前記金属が、表面又は埋設接点を介して回路に接続される、前記方法、
3.電圧貯蔵デバイスとして機能する、上記1に記載のガラスセラミック容量性デバイス、
4.第1の結晶性ガラス基板であって、
前記第1の結晶性ガラス基板中の1又は2以上の第1の電気伝導路、及び前記1又は2以上の第1の電気伝導路に塗布される第1の金属被覆を含み、前記第1の結晶性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第1の結晶性ガラス基板、
第2の結晶性ガラス基板であって、
前記第2の結晶性ガラス基板中の1又は2以上の第2の電気伝導路、及び
前記1又は2以上の第2の電気伝導路に塗布される第2の金属被覆を含み、前記第2の結晶性ガラス基板が、シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む、第2の結晶性ガラス基板、
前記第1の結晶性ガラス基板と前記第2の結晶性ガラス基板の間に位置する誘電体材料の層、並びに
前記第1の結晶性ガラス基板と前記第2の結晶性ガラス基板を接続する1又は2以上のビア、ポスト、チャネル、又はそれらの組合せ
を含む、ガラスセラミック容量性デバイス、
5.第1の結晶性ガラス基板に接続される第1の末端、及び第2の結晶性ガラス基板に接続される第2の末端をさらに含む、上記4に記載のデバイス、
6.ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵装置として機能する、上記4に記載のデバイス、
7.第1の金属被覆、第2の金属被覆、又はその両方が、Au、Ag、Pt、Cu、W、TiW、TiN、TaN、WN、Al2O3、又はそれらの混合物及び合金を含む、上記4に記載のデバイス、
8.誘電体層が、Ta2O5、Al2O3、又はAl2O3を含むがそれに限定されない他の気相誘電体を含む、上記4に記載のデバイス、
9.シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を用意するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板上のデザインレイアウトをマスキングするステップであって、前記デザインレイアウトが、1又は2以上の電気伝導路を形成する1又は2以上の構造を含む、ステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る、少なくとも10分間の加熱相まで加熱するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を冷却し、露光されたガラスの少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、
前記結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、1又は2以上のエッチングされた三次元構造を前記結晶性ガラス基板中に形成するステップ、
前記エッチングされた三次元構造に隣接する前記結晶性ガラス基板の一部分をセラミック相へ変換する任意のステップ、
前記結晶性ガラス基板を希釈ガラスエッチング液でリンスし、ガラス領域に高表面積のテクスチャを形成するステップ、
ビア又はポストチャネルを第1の金属で被覆し、底部電極を形成するステップ、
前記構造の少なくとも一部分を誘電体媒体で被覆するステップ、
前記ビア又はポストチャネルを第2の金属で被覆し、上部電極を形成するステップ、
前記上部及び前記誘電体媒体の少なくとも一部分を除去し、電気接点又は独立デバイスを提供するステップ、並びに
前記第1の金属、前記第2の金属、又はその両方を、表面又は埋設接点を介して回路に接続するステップ
を含む、感光性ガラスセラミックの中又は上に創成される容量性デバイスを製作する方法、
10.第1の金属、第2の金属、又はその両方の被覆が、原子層堆積(ALD)を用いる、上記9に記載の方法、
11.ガラスセラミック容量性デバイスが、電圧貯蔵デバイスとして機能する、上記9に記載の方法、
12.第1の金属、第2の金属、又はその両方が、Au、Ag、Pt、Cu、W、TiW、TiN、TaN、WN、Al2O3、又はそれらの混合物及び合金を含む、上記9に記載の方法。
13.誘電体層が、Ta2O5、Al2O3、又は他の気相誘電体を含む、上記9に記載の方法、
14.第1の金属被覆、第2の金属被覆、又はその両方が、原子層堆積(ALD)を用いて塗布される、上記4に記載のデバイス。
幅広いさまざまな具体的状況で具現化され得る、応用可能な多くの発明概念を提供すると理解されるべきである。本明細書で検討される具体的な実施形態は、本発明をなす及び使用する特定の方法の例示に過ぎず、発明の範囲を定めるものではない。
よって米国に輸入されるFOTURAN(登録商標)である。FOTURAN(登録商標)は、微量な銀イオンに加えて微量な他の元素を含有するリチウムアルミニウムケイ酸塩ガラス、具体的には75~85重量%の酸化ケイ素(SiO2)、7~11重量%の酸化リチウム(Li2O)、3~6重量%の酸化アルミニウム(Al2O3)、1~2重量%の酸化ナトリウム(Na2O)、0.2~0.5重量%の三酸化アンチモン(Sb2O3)又は酸化ヒ素(As2O3)、0.05~0.15重量%の酸化銀(Ag2O)、及び0.01~0.04重量%の酸化セリウム(CeO2)を含む。本明細書で使用される場合、「APEX(登録商標)ガラスセラミック」、「APEX(登録商標)ガラス」又は単なる「APEX(登録商標)」という用語は、本発明のガラスセラミック組成物の一実施形態を表すために用いられる。
Ce3+ + Ag+ = Ce4+ + Ag0
中で465℃より高い)温度で行う必要がある。結晶相は、未露光のガラス質非晶質領域
よりも、フッ化水素酸(HF)といったエッチング液に対する溶解度が高い。特に、FOTURAN(登録商標)の結晶領域は、非晶質領域よりも約20倍速く10%HF中でエッチン
グされ、露光された領域が除去された際に、約20:1の壁面斜面比(wall slopes ratios)の微細構造を可能とする。
部分の異方性エッチング比は、少なくとも30:1であり、少なくとも30:1のアスペクト比を有する成形ガラス構造(shapedglass structure)が生じ、誘導構造が創成される。露光用のマスクは、誘導構造/デバイスを創成するために、連続するグレースケール(grey scale)の露光をもたらして湾曲構造を形成する、ハーフトーンマスクであり得る。フラッド露光(flood exposure)と共にデジタルマスクを使用することもでき、デジタルマスクは、誘導構造/デバイスの創成をもたらすために使用され得る。次いで、露光されたガラスは、通常2段階のプロセスで焼成される。銀イオンを銀ナノ粒子へ合体させることを目的として、420℃~520℃の間の温度範囲で10分~2時間の間加熱し、5
20℃~620℃の間の温度範囲で10分~2時間の間加熱し、銀ナノ粒子周囲に酸化リチウムを形成させる。ガラスプレートは、次いでエッチングされる。ガラス基板は、通常5体積%~10体積%のHF溶液からなるエッチング液でエッチングされ、露光部分の未露光部分に対するエッチング比は、広域スペクトル中間紫外線フラッドライトで露光する場合、少なくとも30:1であり、レーザーで露光する場合、30:1を超え、異方性エッチング比が少なくとも30:1の成形ガラス構造が生じる。
2ミクロン未満のTiN層、又は他の電極材料層で被覆され、その後に2ミクロン以下のTa2O5、Al2O3、又はAl2O3を含むがそれに限定されない他の気相誘電体の誘電体層が続く。TMA及びO3を用いる380℃のAl2O3-サイクル時間:3.5s。次いでAl2O3層は、酸素環境中で5分間300℃に加熱され、誘電体層は完全に酸化される。次いで、2ミクロン未満のTiN上部電極をALDによって堆積させる。誘電体中の空間電荷の形成を防ぐため、上部及び底部電極は、同一の材料から構築される必要がある。仕事関数差の大きさに依存し、空間電荷は、誘電体層を破壊することなく外部電圧によって除去可能なものより大きくなり得、キャパシタが有用でなくなる。仕事関数の問題の解決は、電極と誘電体の間に抵抗接点を設置することによって達成され得る。電気容量を増大させるために、追加の金属層及び絶縁体層を追加してもよい。
を創成するキャパシタ構造を創成することである。TiW底部電極は、2段階のADLプロセスを必要とする。第1段階は、300℃~400℃の基板温度において、約1.8sのサイクル時間で1.67Å/サイクルのTiCl4速度を使用してTiを堆積させることである。第2段階は、パージ前に基板の表面上に混在するSi-H及びW-Fを使用してタングステン(W)を堆積させることである。Wの直線的な成長速度は、ALDサイクルの間、各反応物の割合が均等であることを必要とする。タングステンについての典型的なALD成長は、3.5sのサイクル時間、177℃~325℃の間の基板温度で、6Åサイクルである。両金属の堆積の達成に必要な基板温度でALDサイクルをWからTiへ入れ替えることで、TiW層の形成がもたらされる。プロセスは、TiW構造が20Åに達するまで繰り返される。次に、水素原子の存在下でTaCl5前駆体を使用し、ALDによってTa2O5が形成される。タンタル膜は、1.8sのALDサイクル時間、25~400℃の基板温度で堆積される。各ALDサイクルの後、基板が400℃である間に、タンタル膜は、30秒間O2にさらされる。これにより、金属タンタル膜は、Ta2O5へ変換される。デバイスは、底部電極と同様にしてTiWからなる上部電極を付与することによって完成する。ALD法のまさにこの性質により、高密度コンフォーマル被膜(conformal coatings)が可能となる。
部電極に至るまでのエッチングを必要とする。これは、構造を標準的なポジ型フォトレジストで被覆することによって成し遂げられる。キャパシタ構造の長方形上部部品を用いてフォトレジストを露光する。次いで、キャパシタ上のフォトレジストを現像、及び除去し、上部TiWフォトレジスト電極を露出させる。TiW電極は、Tegal 804プラズマエッ
チングシステムを使用し、SF6/Heプラズマでエッチングされる。このエッチング速度は、200Wの進行波電力で200Å/分である。このエッチングは、Ta2O5層に優先的に行われ、Ta2O5層を有効なエッチング停止層とする。Ta2O5、プラズマエッチングは、300Wの進行波電力、1200Å/分のエッチング速度でAr/Cl(10%/90%)混合物を使用する。Ar/Clプラズマは、TiW底部電極を攻撃/エッチングしない。これにより、キャパシタ用の上部及び底部電極は、多くの標準的な厚膜及び薄膜プロセスによって、回路の他の部分に接続可能となる。
Claims (7)
- 感光性ガラスセラミック基板内にエッチングされた三次元構造内に創成されるガラスセラミック容量性デバイスを創成する方法であって、
シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を用意するステップ、
1又は2以上の電気伝導路を前記感光性ガラスセラミック基板内に形成する1又は2以上の構造を含むデザインレイアウトをマスキングするステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る加熱相に少なくとも10分間さらすステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を冷却し、前記露光された感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、
前記結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、三次元のエッチングされた構造をガラス基板中に形成するステップ、
希釈ガラスエッチング液でビア又はポストチャネルをリンスし、前記ビア又はポストチャネル内に、表面積が増大した、テクスチャが付与された表面を創成するステップ、
原子層堆積を用いて、前記ビア又はポストチャネルの前記テクスチャが付与された表面を底部電極用金属で被覆するステップ、
原子層堆積を用いて、前記底部電極の少なくとも一部分を誘電体媒体で被覆するステップ、
原子層堆積を用いて、前記誘電体媒体を上部電極用金属で被覆するステップ、並びに
前記上部電極の少なくとも一部分及び前記誘電体媒体の少なくとも一部分を除去し、回路との電気的接続を提供するステップ、
からなる、前記方法。 - 金属が、Au、Ag、Pt、Cu、W、TiW、TiN、TaN、WN、Al 2 O 3 、又はそれらの混合物及び合金を含む、請求項1に記載の方法。
- 誘電体媒体が、Ta 2 O 5 、Al 2 O 3 、又は他の気相誘電体を含む、請求項1に記載の方法。
- シリカ、酸化リチウム、酸化アルミニウム、及び酸化セリウムを少なくとも含む感光性ガラスセラミック基板を用意するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板上のデザインレイアウトをマスキングするステップであって、前記デザインレイアウトが、1又は2以上の電気伝導路を形成する1又は2以上の構造を含む、ステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部分を活性エネルギー源に露光するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を、そのガラス転移温度を上回る加熱相まで少なくとも10分間加熱するステップ、
前記感光性ガラスセラミック基板を冷却し、前記露光された感光性ガラスセラミック基板の少なくとも一部を結晶性材料へ転換して結晶性ガラス基板を形成するステップ、
前記結晶性ガラス基板をエッチング溶液でエッチングし、エッチングされた三次元構造を前記結晶性ガラス基板中に形成するステップ、
前記エッチングされた三次元構造に隣接する前記結晶性ガラス基板の一部分をセラミック相へ変換する任意のステップ、
前記結晶性ガラス基板を希釈ガラスエッチング液でリンスし、ビア又はポストチャネル内に表面積が増大した、テクスチャが付与された表面を形成するステップ、
前記ビア又はポストチャネルの前記テクスチャが付与された表面を第1の金属で被覆し、底部電極を形成するステップ、
前記底部電極の少なくとも一部分を誘電体媒体で被覆するステップ、
前記誘電体媒体を第2の金属で被覆し、上部電極を形成するステップ、並びに
前記上部電極の少なくとも一部分及び前記誘電体媒体の少なくとも一部分を除去し、回路との電気的接続を提供するステップ、
を含む、感光性ガラスセラミック基板内に創成されるガラスセラミック容量性デバイスを製作する方法。 - 第1の金属、第2の金属、又はその両方の被覆が、原子層堆積を用いる、請求項4に記載の方法。
- 第1の金属、第2の金属、又はその両方が、Au、Ag、Pt、Cu、W、TiW、TiN、TaN、WN、Al2O3、又はそれらの混合物及び合金を含む、請求項4に記載の方法。
- 誘電体層が、Ta2O5、Al2O3、又は他の気相誘電体を含む、請求項4に記載の方法。
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