結晶質誘電体薄膜の製造方法およびそれにより製造された結晶質誘電体薄膜並びにこれを具備する薄膜キャパシタ
【課題】本発明は、３００℃以下の低温で結晶質誘電体薄膜を形成することのできる結晶質誘電体薄膜の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による結晶質誘電体薄膜の製造方法は、基板上に非晶質誘電体薄膜を形成する段階と、上記非晶質誘電体薄膜を水中に浸漬して水熱処理する段階とを含む。上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、非晶質誘電体ゾルを基板上にコーティングする段階と、コーティングされた晶質誘電体ゾルをベーキングする段階とを含む。ベーキング後にはベーキング処理された結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。所望の厚さの薄膜を得るために、コーティングとベーキングは多数回繰り返すことができる。
【解決手段】本発明による結晶質誘電体薄膜の製造方法は、基板上に非晶質誘電体薄膜を形成する段階と、上記非晶質誘電体薄膜を水中に浸漬して水熱処理する段階とを含む。上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、非晶質誘電体ゾルを基板上にコーティングする段階と、コーティングされた晶質誘電体ゾルをベーキングする段階とを含む。ベーキング後にはベーキング処理された結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。所望の厚さの薄膜を得るために、コーティングとベーキングは多数回繰り返すことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタに用いることのできる誘電体薄膜の製造方法に関するものであって、特に３００℃以下の低温で誘電体膜を結晶化させることができる結晶質誘電体薄膜の製造方法およびそれにより製造される誘電体薄膜、並びにこれを具備する薄膜キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷回路基板(ＰＣＢ)において小型化と高周波化の進展により、ＰＣＢ基板上に搭載され配置された受動素子等が製品の小型化に障害要因として作用している。とりわけ、半導体素子の急激なエンベッディド(ｅｍｂｅｄｄｅｄ)傾向と入力/出力端子数の増加により能動集積回路チップの周囲にキャパシタを含んだ多数の受動素子を配置するための空間を確保しにくくなっている。また、入力端子に安定的な電源を供給するためにデカップリング(ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ)用キャパシタが使用されるが、このようなデカップリングキャパシタは高周波による誘導インダクタンスを低減させることができるよう入力端子から最近接距離に配置されなければならない。
【０００３】
電子素子の小型化と優れた高周波特性に対する要求が高まるにつれ、能動集積回路チップの周囲にキャパシタを最適に配置させる方案として、キャパシタを集積回路チップの直下の基板に内蔵(ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ)させる方法が提案された。特に、薄膜内蔵キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)は、能動集積回路チップの直下の印刷回路基板内に誘電体薄膜を形成して成るキャパシタである。このような薄膜内蔵キャパシタは、能動集積回路チップの入力端子から非常に近接した距離に配置されることで、集積回路チップ端子とキャパシタを連結する導線の長さが短くなり、これにより高周波による誘導インダクタンスが効果的に減少され得る。
【０００４】
薄膜内蔵キャパシタから十分なキャパシタンスを得るためには、キャパシタに使用される誘電体薄膜の誘電率が高くなければならない。高い誘電率を得るためには薄膜内の誘電体が結晶質になっているべきである。このような結晶質誘電体薄膜を得るためには、通常的に非晶質状態の誘電体薄膜を基板上に形成した後、熱処理を通じてその薄膜を結晶化させる。即ち、非晶質状態の誘電体薄膜はキャパシタ材料としては不十分であるため、非晶質薄膜を結晶化させるための熱処理段階を必要とする。
【０００５】
図１は、従来の結晶質誘電体薄膜を製造する方法を概略的に示すフローチャットである。図１を参照すれば、予めＴｉＯ２ゾル(ｓｏｌ)、またはＰＬＺＴゾルなど誘電体ゾルを備えた後、基板上に誘電体ゾルを塗布する(Ｒ１段階)。その後、３００ないし４００℃で塗布された誘電体ゾルを熱分解してゾル内に含まれた有機物等を除去する(Ｒ２段階)。これにより、基板上には非晶質状態の誘電体薄膜が形成される。その後、基板上に形成された誘電体薄膜を結晶化させるために、６００℃の温度で熱処理し誘電体薄膜を焼成する。これにより、結晶質の誘電体薄膜を得るようになる。下記特許文献１は、二酸化チタンゾルを基板上にコーティングした後、６００ないし７００℃で熱処理することで結晶質のＴｉＯ２薄膜を得ることができることを開示している。
【０００６】
しかし、このような方法は、６００℃以上の高温熱処理工程を伴うため、使用される基板材料に制約がある。即ち、熱に弱いポリマー系のＰＣＢ基板には適用しにくい点がある。また、ポリマー系基板以外の基板、例えばセラミック基板を使用しても高温での熱衝撃によって基板または基板上に形成された金属層などが損傷を受ける恐れがある。さらに、高温熱処理工程によって工程費用と時間が増加してしまう。
【特許文献１】特許第２５１７８７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した問題点を解決するためのものであって、その目的は高温の所定の工程なしでも低温で結晶質誘電体薄膜を形成することができる結晶質誘電体薄膜の製造方法及びそれにより形成される結晶質誘電体薄膜を提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の他の目的は、上記方法により形成された結晶質誘電体薄膜を具備する薄膜キャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した技術的課題を達成するために、本発明による結晶質誘電体薄膜の製造方法は、基板上に非晶質誘電体薄膜を形成する段階と、上記非晶質誘電体薄膜を水中に浸漬して水熱処理(ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ)する段階とを含む。上記水熱処理は、密閉された空間(例えば密閉されたチャンバ)内で上記非晶質誘電体薄膜を蒸留水中に浸漬して３００℃以下の温度で加熱することにより行われる。
【００１０】
好ましくは、上記水熱処理段階は８０ないし３００℃の温度範囲で行う。より好ましくはは、１５０ないし３００℃の温度範囲で行う。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、非晶質誘電体ゾル(ｓｏｌ)を基板上にコーティングする段階と、上記コーティングされた非晶質誘電体ゾルをベーキング(ｂａｋｉｎｇ)する段階とを含む。上記ベーキング後には上記ベーキング処理された結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。上記コーティングする段階は、スピンコーティング(ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)法、ディップコーティング(ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ)法、またはスプレーコーティング(ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ)法などを利用して行うことができる。所望の厚さの薄膜を得るために、上記コーティングとベーキングは多数回繰り返すことができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着する段階を含む。例えば、スパッタリングを利用して基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階を含む。上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、非晶質ＴｉＯ２ゾルを基板上にコーティングする段階と、上記コーティングされた非晶質ＴｉＯ２ゾルをベーキングする段階とを含むことができる。この場合、ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。好ましくは、上記ベーキング段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行う。好ましくは、上記乾燥段階は１５０ないし２５０℃の温度で行う。他の方案として、上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、例えば、スパッタリング法を利用して基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を蒸着する段階を含む。ＴｉＯ２薄膜を形成する場合、上記水熱処理は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことが好ましい。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階を含む。上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、非晶質ＰＬＺＴゾルを基板上にコーティングする段階と、上記コーティングされた非晶質ＰＬＺＴゾルをベーキングする段階とを含むことができる。この場合、ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。好ましくは、上記ベーキング段階は１５０ないし２５０℃の温度で行う。好ましくは、上記乾燥段階は１５０ないし２５０℃の温度で行う。他の方案として、上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を蒸着する段階を含む。ＰＬＺＴ薄膜を形成する場合、上記水熱処理は２００ないし３００℃の温度で行うことが好ましい。
【００１５】
本発明は、上記製造方法によって形成された結晶質誘電体薄膜を提供する。また、本発明は上記製造方法により形成された結晶質誘電体薄膜を具備する薄膜キャパシタを提供する。本発明による薄膜キャパシタは、下部電極及び上部電極と、その間に介在された上記結晶質誘電体薄膜とを含む。上記薄膜キャパシタは薄膜内蔵キャパシタとして有用に使用されることが可能である。
【００１６】
本発明によれば、従来と異なって、３００℃以下の低温工程を通じて非晶質誘電体薄膜を結晶化させることが可能である。これにより、高温工程時に生じる基板の損傷などがなく、基板材料に対する選択の幅が非常に広くなる。従って、熱に弱いポリマー系基板を使用して薄膜内蔵キャパシタを具現することが可能となる。また、工程が比較的単純で、高温工程が省略されるので、工程費用と時間が節約できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、３００℃以下の低温工程を通じて非晶質誘電体薄膜を容易に結晶化させることができる。これにより、高温工程時に生じる基板の損傷などがなく、基板材料に対する選択の幅が非常に広くなる。従って、熱に弱いポリマー系基板を使用して薄膜内蔵キャパシタを具現することが可能となる。また、工程が比較的単純、かつ工程費用と時間が節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付された図面を用いて本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な異なる形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面での要素等の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張され得る。
【００１９】
図２は、本発明による結晶質誘電体薄膜を製造する方法を示すフローチャットである。図２を参照すれば、先ず基板上に、例えば、ＴｉＯ２、ＰＬＺＴなどから成る非晶質誘電体薄膜を形成する(Ｓ１段階)。その後、非晶質誘電体薄膜が形成された基板を蒸留水が貯まっている水熱処理装置(図１０参照)に入れ、水熱処理する(Ｓ２段階)。水熱処理は、８０ないし３００℃で行うことができる。ここで水熱処理とは、密閉された空間に収納された水中に処理対象物を浸漬してから加熱処理することを意味する。水熱処理時、処理対象物は熱エネルギーのみならず、水蒸気による圧力を受けるようになる。
【００２０】
使用される基板には、特別な制限がない。高温工程を伴わないため、エポキシ等ポリマー系基板を使用することもできる。上記基板は上部にキャパシタ下部電極のような異種物質層を具備することもできる。また、シリコン(Ｓｉ)ウェーハや金属箔(ｆｏｉｌ)を基板として使用することもできる。とりわけ、金属箔上に結晶質誘電体薄膜を作製すれば、これにより得られた金属/誘電体の多層構造がＰＣＢ基板に直接付着できる。このようにＰＣＢ基板上に付着された金属/誘電体の多層構造は薄膜内蔵キャパシタとして有用に使用され得る。
【００２１】
基板上に形成される誘電体は、例えば、ＴｉＯ２、ＰＬＺＴなどがある。このような誘電体は結晶化されている場合、十分な誘電率を表すことによって、薄膜キャパシタ用誘電体として使用され得る。しかし、本発明が上記２種の誘電体に限定されるわけではなく、他種類のセラミック誘電体が使用されるとができ、誘電体には各種添加剤が添加されることもできる。
【００２２】
本発明者らは、繰り返された実験を通じて、非晶質誘電体薄膜は３００℃以下の低温でも水熱処理により十分に結晶化されるということを見出した。本発明によれば、非晶質誘電体薄膜を３００℃以下の温度で水熱処理することによって、別の高温熱処理工程なしでも３０以上の高誘電率を有する結晶質誘電体薄膜を得ることが可能となる。
【００２３】
好ましくは、上記水熱処理は８０ないし３００℃の温度範囲で行う。さらに好ましくは、１５０ないし３００℃の温度範囲で行う。水熱処理温度が８０℃より低くなれば、非晶質誘電体薄膜の結晶化が十分な速度で進まない。また、水熱処理温度が３００℃を超えるとしても結晶化速度に大きく影響を及ぼさず、水熱処理装置内の圧力が高くなり水熱処理装置の保持及び補修費用が増加することがあり得る。結晶質ＴｉＯ２薄膜を得るための水熱処理は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことが好ましい。結晶質ＰＬＺＴ薄膜を得るための水熱処理は、２００ないし３００℃の温度で行うことが好ましい。
【００２４】
本発明によれば、上記Ｓ１段階において適用できる非晶質誘電体薄膜形成方法では特別な制限がない。例えば、非晶質誘電体ゾルを基板上にコーティングし、コーティングされたゾル内の有機物質を除去するようベーキング(ｂａｋｉｎｇ)することによって、非晶質誘電体薄膜を得ることができる。コーティング方法としては、スピンコーティング(ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)、ディップコーティング(ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ)、またはスプレーコーティング(ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ)など多様な方法を使用することができる。また、所望の厚さの誘電体薄膜を得るために、上記コーティングとベーキングを多数回繰り返すこともできる。上記コーティングとベーキングは、１５０ないし２５０℃の温度範囲で行うことが好ましい。最終ベーキングが完了した後には、１５０ないし２５０℃の温度範囲で乾燥工程を行うことができる。
【００２５】
非晶質誘電体薄膜を得るための他の方案として蒸着法を使用することもできる。例えば、スパッタリングを利用して上記基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着することもできる。
【００２６】
以下、本発明の諸実施例による結晶質誘電体薄膜の製造方法を説明する。
【実施例１】
【００２７】
第１実施例では、ゾル-ゲルスピンコーティング(ｓｏｌ-ｇｅｌ ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)法と水熱処理を利用して基板上に結晶質ＴｉＯ２薄膜を形成した。このために先ず、Ｓｉウェーハ上にＳｉＯ２膜、Ｔｉ膜ど及びＰｔ膜が順次に積層された基板を用意する。その後、該Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に非晶質ＴｉＯ２ゾル(ｓｏｌ)をスピンコーティングを利用してコーティングした。上記非晶質ＴｉＯ２ゾルは、チタニウムアルコキシド(ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｋｏｘｉｄｅ)をアルコキシアルコール(ａｌｋｏｘｙ ａｌｃｏｈｏｌ)中で加水分解して得たものである。チタ二ウムアルコキシドとしては、チタニウムイソプロポキシド(ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ)を用いた。スピンコーティングは、１回当り２０秒間４０００ｒｐｍで実施した。
【００２８】
次に、ゾル内の有機物質を除去するために上記コーティングされたＴｉＯ２ゾルを２００℃でベーキング処理した。こうしたコーティングとベーキング工程を３回繰り返して行った。最後のベーキング工程が完了した後には、ベーキングされた結果物を２００℃の温度で加熱して乾燥させた。かかる工程段階を経ることによって、上記Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に３００ｎｍ厚さの非晶質ＴｉＯ２薄膜を得た。図７ａ及び図７ｂは、上記コーティング、及びベーキング、並びに乾燥段階を経って得たＴｉＯ２薄膜の表面と断面を示すＳＥＭ写真である。図７ａ、７ｂに示しているように、上記ＴｉＯ２薄膜は結晶質の粒子のない非晶質状態を示している。
【００２９】
次に、上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を２００℃の温度で水熱処理した。水熱処理は図１０に示しているようなオートクレーブ(ａｕｔｏｃｌａｖｅ)形態の水熱処理装置１０を使用して行うことができる。図１０を参照すれば、水熱処理装置１０は、外壁５０内で密閉空間を提供するチャンバ５４を含む。チャンバ５４内には蒸留水５８が貯まっている容器５６が設置されており、温度測定のための熱電対(ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ)６２が設置されている。外壁５０内に、そしてチャンバ５４外には、ヒーター５２が設置されている。非晶質ＴｉＯ２薄膜を水熱処理するために、非晶質ＴｉＯ２薄膜が形成されている基板Ｓを密閉された空間内の蒸留水５８に浸漬した後、チャンバ５４内部を約２００℃の温度で加熱した。
【００３０】
かかる水熱処理によって非晶質ＴｉＯ２薄膜は結晶質に変わった。このように得られた結晶質ＴｉＯ２薄膜は、図８ａ及び図８ｂのＳＥＭ写真に示されている。図８ａは本実施例により製造された結晶質ＴｉＯ２薄膜の表面を示し、図８ｂはその断面を示す。図８ａ及び図８ｂに示しているように、結晶質の多数粒子が示されている。このような結晶状態によって、本実施例によって最終的に得たＴｉＯ２薄膜は高い誘電率を示す。
【実施例２】
【００３１】
第２実施例では、ゾル-ゲルスピンコーティング(ｓｏｌ-ｇｅｌ ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)法と水熱処理を利用して基板上に結晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成した。このために先ずＰｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板を用意した。該Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に非晶質ＰＬＺＴゾル(ｓｏｌ)をスピンコーティングを利用してコーティングした。上記非晶質ＰＬＺＴゾルは、メタノール系鉛アセテート三水化物(ｍｅｔｈａｎｏｌ-ｂａｓｅｄ ｌｅａｄ ａｃｅｔａｔｅ ｔｒｉｈｙｄｒａｔｅ)、チタニウムイソプロポキシド、ランタンイソプロポキシド(ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ)、ジルコニウムＮ-ブトキシド(ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ Ｎ-ｂｕｔｏｘｉｄｅ)から得たものである。スピンコーティングは、１回当り２０秒間４０００ｒｐｍで実施した。
【００３２】
次に、ゾル内の有機物質を除去するために、上記コーティングされたＰＬＺＴゾルを２００℃でベーキング処理した。このようなコーティングとベーキング工程を３回繰り返して行った。最後のベーキング工程が完了した後には、ベーキングされた結果物を２００℃の温度で加熱し乾燥させた。このような工程段階を経ることによって、上記Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に３００ｎｍ厚さの非晶質ＰＬＺＴ薄膜を得た。
【００３３】
次に、図１０に示しているような水熱処理装置１０を使用して、上記非結晶質ＰＬＺＴ薄膜を２５０℃の温度で水熱処理した。このような水熱処理によって非晶質ＰＬＺＴ薄膜は結晶質に変わった。こうして得られた結晶質ＰＬＺＴ薄膜は図１１ａ及び図１１ｂのＳＥＭ写真に表している。図１１ａは本実施例によって作製された結晶質ＰＬＺＴ薄膜の表面を示しており、図１１ｂはその断面を示す。図１１ａ及び１１ｂに示しているように、ＳＥＭ写真には結晶質の多数粒子が表している。このような結晶状態によって、本実施例によって最終的に得たＰＬＺＴ薄膜は高い誘電率を示す。
【００３４】
図３ないし図６は、本発明の一実施形態による薄膜キャパシタの製造方法を説明するための断面図である。先ず、図３を参照すれば、例えばポリマー系ＰＣＢ基板、シリコンウェーハまたはセラミック基板などから成る基板１０１上に金属膜１０３を形成する。該金属膜１０３はキャパシタの下部電極を成す。金属膜１０３では、例えば、銅箔(Ｃｕ ｆｏｉｌ)を使用することができる。
【００３５】
その後、図４に示しているように、金属膜１０３上に非晶質誘電体薄膜１０５を形成する。該非晶質誘電体薄膜１０５は、例えば、上記第１または２実施形態で説明した非晶質誘電体薄膜の形成法、またはスパッタリング法により形成され得る。
【００３６】
その後、上記結果物１０２を図１０に示しているような水熱処理装置１０に入れ、８０ないし３００℃の温度範囲で水熱処理を行うことによって、上記非晶質誘電体薄膜１０５を結晶化させる。これにより、図５に示しているように、結晶質誘電体薄膜１０５'を得るようになる。次に、図６に示しているように、結晶質誘電体薄膜１０５'上に金属膜１０７を形成する。該金属膜１０７はキャパシタの上部電極を成す。これにより、本実施形態による薄膜キャパシタを得るようになる。該薄膜キャパシタは薄膜内蔵キャパシタとして有用に使用され得る。
【００３７】
図９は、このように作製してから得た薄膜キャパシタの周波数によるキャパシタンスを示すグラフである。特に、図９のキャパシタンスは、上記第１実施例により製造された結晶質ＴｉＯ２薄膜を具備した薄膜キャパシタのキャパシタンスを示す。図９に示しているように、本発明により作製された誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタは、従来の高温熱処理を通じて得た誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタのキャパシタンスに類似するか、若干高いキャパシタンスを示す。図９に示したキャパシタンス測定に使用された従来と本発明の薄膜キャパシタンスは、全て同一なサイズと厚さを有し、誘電体としてＴｉＯ２を使用したものである。このように、本発明によれば、３００℃以下の低温工程でも良質の結晶質誘電体薄膜を得ることができ、十分なキャパシタンスを有する薄膜キャパシタを製造することが可能となる。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって限定されるものである。また、本発明は請求範囲に記載した本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者にとっては自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の結晶質誘電体薄膜の製造方法を概略的に示すフローチャットである。
【図２】本発明による結晶質誘電体薄膜の製造方法を概略的に示すフローチャットである。
【図３】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図７ａ】本発明の一実施形態による製造工程中の水熱処理前のＴｉＯ２薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図７ｂ】図７ａのＴｉＯ２薄膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図８ａ】本発明の一実施形態によって水熱処理されたＴｉＯ２薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図８ｂ】図８ａのＴｉＯ２薄膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図９】本発明の一実施形態により製造された結晶質ＴｉＯ２薄膜を用いた薄膜キャパシタのキャパシタンスを示すグラフである。
【図１０】本発明による製造工程中に使用され得る水熱処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１１ａ】本発明の一実施形態により水熱処理されたＰＬＺＴ薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図１１ｂ】図１１ａのＰＬＺＴ薄膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１ 基板 １０３、１０７ 金属膜
１０５ 非晶質誘電体薄膜 １０５' 結晶質誘電体薄膜
５０ 外壁 ５２ ヒーター
５４ 密閉されたチャンバ ５６ 容器
５８ 蒸留水 ６２ 熱電対
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタに用いることのできる誘電体薄膜の製造方法に関するものであって、特に３００℃以下の低温で誘電体膜を結晶化させることができる結晶質誘電体薄膜の製造方法およびそれにより製造される誘電体薄膜、並びにこれを具備する薄膜キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷回路基板(ＰＣＢ)において小型化と高周波化の進展により、ＰＣＢ基板上に搭載され配置された受動素子等が製品の小型化に障害要因として作用している。とりわけ、半導体素子の急激なエンベッディド(ｅｍｂｅｄｄｅｄ)傾向と入力/出力端子数の増加により能動集積回路チップの周囲にキャパシタを含んだ多数の受動素子を配置するための空間を確保しにくくなっている。また、入力端子に安定的な電源を供給するためにデカップリング(ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ)用キャパシタが使用されるが、このようなデカップリングキャパシタは高周波による誘導インダクタンスを低減させることができるよう入力端子から最近接距離に配置されなければならない。
【０００３】
電子素子の小型化と優れた高周波特性に対する要求が高まるにつれ、能動集積回路チップの周囲にキャパシタを最適に配置させる方案として、キャパシタを集積回路チップの直下の基板に内蔵(ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ)させる方法が提案された。特に、薄膜内蔵キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)は、能動集積回路チップの直下の印刷回路基板内に誘電体薄膜を形成して成るキャパシタである。このような薄膜内蔵キャパシタは、能動集積回路チップの入力端子から非常に近接した距離に配置されることで、集積回路チップ端子とキャパシタを連結する導線の長さが短くなり、これにより高周波による誘導インダクタンスが効果的に減少され得る。
【０００４】
薄膜内蔵キャパシタから十分なキャパシタンスを得るためには、キャパシタに使用される誘電体薄膜の誘電率が高くなければならない。高い誘電率を得るためには薄膜内の誘電体が結晶質になっているべきである。このような結晶質誘電体薄膜を得るためには、通常的に非晶質状態の誘電体薄膜を基板上に形成した後、熱処理を通じてその薄膜を結晶化させる。即ち、非晶質状態の誘電体薄膜はキャパシタ材料としては不十分であるため、非晶質薄膜を結晶化させるための熱処理段階を必要とする。
【０００５】
図１は、従来の結晶質誘電体薄膜を製造する方法を概略的に示すフローチャットである。図１を参照すれば、予めＴｉＯ２ゾル(ｓｏｌ)、またはＰＬＺＴゾルなど誘電体ゾルを備えた後、基板上に誘電体ゾルを塗布する(Ｒ１段階)。その後、３００ないし４００℃で塗布された誘電体ゾルを熱分解してゾル内に含まれた有機物等を除去する(Ｒ２段階)。これにより、基板上には非晶質状態の誘電体薄膜が形成される。その後、基板上に形成された誘電体薄膜を結晶化させるために、６００℃の温度で熱処理し誘電体薄膜を焼成する。これにより、結晶質の誘電体薄膜を得るようになる。下記特許文献１は、二酸化チタンゾルを基板上にコーティングした後、６００ないし７００℃で熱処理することで結晶質のＴｉＯ２薄膜を得ることができることを開示している。
【０００６】
しかし、このような方法は、６００℃以上の高温熱処理工程を伴うため、使用される基板材料に制約がある。即ち、熱に弱いポリマー系のＰＣＢ基板には適用しにくい点がある。また、ポリマー系基板以外の基板、例えばセラミック基板を使用しても高温での熱衝撃によって基板または基板上に形成された金属層などが損傷を受ける恐れがある。さらに、高温熱処理工程によって工程費用と時間が増加してしまう。
【特許文献１】特許第２５１７８７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した問題点を解決するためのものであって、その目的は高温の所定の工程なしでも低温で結晶質誘電体薄膜を形成することができる結晶質誘電体薄膜の製造方法及びそれにより形成される結晶質誘電体薄膜を提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の他の目的は、上記方法により形成された結晶質誘電体薄膜を具備する薄膜キャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した技術的課題を達成するために、本発明による結晶質誘電体薄膜の製造方法は、基板上に非晶質誘電体薄膜を形成する段階と、上記非晶質誘電体薄膜を水中に浸漬して水熱処理(ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ)する段階とを含む。上記水熱処理は、密閉された空間(例えば密閉されたチャンバ)内で上記非晶質誘電体薄膜を蒸留水中に浸漬して３００℃以下の温度で加熱することにより行われる。
【００１０】
好ましくは、上記水熱処理段階は８０ないし３００℃の温度範囲で行う。より好ましくはは、１５０ないし３００℃の温度範囲で行う。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、非晶質誘電体ゾル(ｓｏｌ)を基板上にコーティングする段階と、上記コーティングされた非晶質誘電体ゾルをベーキング(ｂａｋｉｎｇ)する段階とを含む。上記ベーキング後には上記ベーキング処理された結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。上記コーティングする段階は、スピンコーティング(ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)法、ディップコーティング(ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ)法、またはスプレーコーティング(ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ)法などを利用して行うことができる。所望の厚さの薄膜を得るために、上記コーティングとベーキングは多数回繰り返すことができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着する段階を含む。例えば、スパッタリングを利用して基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階を含む。上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、非晶質ＴｉＯ２ゾルを基板上にコーティングする段階と、上記コーティングされた非晶質ＴｉＯ２ゾルをベーキングする段階とを含むことができる。この場合、ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。好ましくは、上記ベーキング段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行う。好ましくは、上記乾燥段階は１５０ないし２５０℃の温度で行う。他の方案として、上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、例えば、スパッタリング法を利用して基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を蒸着する段階を含む。ＴｉＯ２薄膜を形成する場合、上記水熱処理は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことが好ましい。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階を含む。上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、非晶質ＰＬＺＴゾルを基板上にコーティングする段階と、上記コーティングされた非晶質ＰＬＺＴゾルをベーキングする段階とを含むことができる。この場合、ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことができる。好ましくは、上記ベーキング段階は１５０ないし２５０℃の温度で行う。好ましくは、上記乾燥段階は１５０ないし２５０℃の温度で行う。他の方案として、上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を蒸着する段階を含む。ＰＬＺＴ薄膜を形成する場合、上記水熱処理は２００ないし３００℃の温度で行うことが好ましい。
【００１５】
本発明は、上記製造方法によって形成された結晶質誘電体薄膜を提供する。また、本発明は上記製造方法により形成された結晶質誘電体薄膜を具備する薄膜キャパシタを提供する。本発明による薄膜キャパシタは、下部電極及び上部電極と、その間に介在された上記結晶質誘電体薄膜とを含む。上記薄膜キャパシタは薄膜内蔵キャパシタとして有用に使用されることが可能である。
【００１６】
本発明によれば、従来と異なって、３００℃以下の低温工程を通じて非晶質誘電体薄膜を結晶化させることが可能である。これにより、高温工程時に生じる基板の損傷などがなく、基板材料に対する選択の幅が非常に広くなる。従って、熱に弱いポリマー系基板を使用して薄膜内蔵キャパシタを具現することが可能となる。また、工程が比較的単純で、高温工程が省略されるので、工程費用と時間が節約できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、３００℃以下の低温工程を通じて非晶質誘電体薄膜を容易に結晶化させることができる。これにより、高温工程時に生じる基板の損傷などがなく、基板材料に対する選択の幅が非常に広くなる。従って、熱に弱いポリマー系基板を使用して薄膜内蔵キャパシタを具現することが可能となる。また、工程が比較的単純、かつ工程費用と時間が節約できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付された図面を用いて本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な異なる形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面での要素等の形状及び大きさなどは、より明確な説明のために誇張され得る。
【００１９】
図２は、本発明による結晶質誘電体薄膜を製造する方法を示すフローチャットである。図２を参照すれば、先ず基板上に、例えば、ＴｉＯ２、ＰＬＺＴなどから成る非晶質誘電体薄膜を形成する(Ｓ１段階)。その後、非晶質誘電体薄膜が形成された基板を蒸留水が貯まっている水熱処理装置(図１０参照)に入れ、水熱処理する(Ｓ２段階)。水熱処理は、８０ないし３００℃で行うことができる。ここで水熱処理とは、密閉された空間に収納された水中に処理対象物を浸漬してから加熱処理することを意味する。水熱処理時、処理対象物は熱エネルギーのみならず、水蒸気による圧力を受けるようになる。
【００２０】
使用される基板には、特別な制限がない。高温工程を伴わないため、エポキシ等ポリマー系基板を使用することもできる。上記基板は上部にキャパシタ下部電極のような異種物質層を具備することもできる。また、シリコン(Ｓｉ)ウェーハや金属箔(ｆｏｉｌ)を基板として使用することもできる。とりわけ、金属箔上に結晶質誘電体薄膜を作製すれば、これにより得られた金属/誘電体の多層構造がＰＣＢ基板に直接付着できる。このようにＰＣＢ基板上に付着された金属/誘電体の多層構造は薄膜内蔵キャパシタとして有用に使用され得る。
【００２１】
基板上に形成される誘電体は、例えば、ＴｉＯ２、ＰＬＺＴなどがある。このような誘電体は結晶化されている場合、十分な誘電率を表すことによって、薄膜キャパシタ用誘電体として使用され得る。しかし、本発明が上記２種の誘電体に限定されるわけではなく、他種類のセラミック誘電体が使用されるとができ、誘電体には各種添加剤が添加されることもできる。
【００２２】
本発明者らは、繰り返された実験を通じて、非晶質誘電体薄膜は３００℃以下の低温でも水熱処理により十分に結晶化されるということを見出した。本発明によれば、非晶質誘電体薄膜を３００℃以下の温度で水熱処理することによって、別の高温熱処理工程なしでも３０以上の高誘電率を有する結晶質誘電体薄膜を得ることが可能となる。
【００２３】
好ましくは、上記水熱処理は８０ないし３００℃の温度範囲で行う。さらに好ましくは、１５０ないし３００℃の温度範囲で行う。水熱処理温度が８０℃より低くなれば、非晶質誘電体薄膜の結晶化が十分な速度で進まない。また、水熱処理温度が３００℃を超えるとしても結晶化速度に大きく影響を及ぼさず、水熱処理装置内の圧力が高くなり水熱処理装置の保持及び補修費用が増加することがあり得る。結晶質ＴｉＯ２薄膜を得るための水熱処理は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことが好ましい。結晶質ＰＬＺＴ薄膜を得るための水熱処理は、２００ないし３００℃の温度で行うことが好ましい。
【００２４】
本発明によれば、上記Ｓ１段階において適用できる非晶質誘電体薄膜形成方法では特別な制限がない。例えば、非晶質誘電体ゾルを基板上にコーティングし、コーティングされたゾル内の有機物質を除去するようベーキング(ｂａｋｉｎｇ)することによって、非晶質誘電体薄膜を得ることができる。コーティング方法としては、スピンコーティング(ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)、ディップコーティング(ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ)、またはスプレーコーティング(ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ)など多様な方法を使用することができる。また、所望の厚さの誘電体薄膜を得るために、上記コーティングとベーキングを多数回繰り返すこともできる。上記コーティングとベーキングは、１５０ないし２５０℃の温度範囲で行うことが好ましい。最終ベーキングが完了した後には、１５０ないし２５０℃の温度範囲で乾燥工程を行うことができる。
【００２５】
非晶質誘電体薄膜を得るための他の方案として蒸着法を使用することもできる。例えば、スパッタリングを利用して上記基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着することもできる。
【００２６】
以下、本発明の諸実施例による結晶質誘電体薄膜の製造方法を説明する。
【実施例１】
【００２７】
第１実施例では、ゾル-ゲルスピンコーティング(ｓｏｌ-ｇｅｌ ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)法と水熱処理を利用して基板上に結晶質ＴｉＯ２薄膜を形成した。このために先ず、Ｓｉウェーハ上にＳｉＯ２膜、Ｔｉ膜ど及びＰｔ膜が順次に積層された基板を用意する。その後、該Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に非晶質ＴｉＯ２ゾル(ｓｏｌ)をスピンコーティングを利用してコーティングした。上記非晶質ＴｉＯ２ゾルは、チタニウムアルコキシド(ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｋｏｘｉｄｅ)をアルコキシアルコール(ａｌｋｏｘｙ ａｌｃｏｈｏｌ)中で加水分解して得たものである。チタ二ウムアルコキシドとしては、チタニウムイソプロポキシド(ｔｉｔａｎｉｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ)を用いた。スピンコーティングは、１回当り２０秒間４０００ｒｐｍで実施した。
【００２８】
次に、ゾル内の有機物質を除去するために上記コーティングされたＴｉＯ２ゾルを２００℃でベーキング処理した。こうしたコーティングとベーキング工程を３回繰り返して行った。最後のベーキング工程が完了した後には、ベーキングされた結果物を２００℃の温度で加熱して乾燥させた。かかる工程段階を経ることによって、上記Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に３００ｎｍ厚さの非晶質ＴｉＯ２薄膜を得た。図７ａ及び図７ｂは、上記コーティング、及びベーキング、並びに乾燥段階を経って得たＴｉＯ２薄膜の表面と断面を示すＳＥＭ写真である。図７ａ、７ｂに示しているように、上記ＴｉＯ２薄膜は結晶質の粒子のない非晶質状態を示している。
【００２９】
次に、上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を２００℃の温度で水熱処理した。水熱処理は図１０に示しているようなオートクレーブ(ａｕｔｏｃｌａｖｅ)形態の水熱処理装置１０を使用して行うことができる。図１０を参照すれば、水熱処理装置１０は、外壁５０内で密閉空間を提供するチャンバ５４を含む。チャンバ５４内には蒸留水５８が貯まっている容器５６が設置されており、温度測定のための熱電対(ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ)６２が設置されている。外壁５０内に、そしてチャンバ５４外には、ヒーター５２が設置されている。非晶質ＴｉＯ２薄膜を水熱処理するために、非晶質ＴｉＯ２薄膜が形成されている基板Ｓを密閉された空間内の蒸留水５８に浸漬した後、チャンバ５４内部を約２００℃の温度で加熱した。
【００３０】
かかる水熱処理によって非晶質ＴｉＯ２薄膜は結晶質に変わった。このように得られた結晶質ＴｉＯ２薄膜は、図８ａ及び図８ｂのＳＥＭ写真に示されている。図８ａは本実施例により製造された結晶質ＴｉＯ２薄膜の表面を示し、図８ｂはその断面を示す。図８ａ及び図８ｂに示しているように、結晶質の多数粒子が示されている。このような結晶状態によって、本実施例によって最終的に得たＴｉＯ２薄膜は高い誘電率を示す。
【実施例２】
【００３１】
第２実施例では、ゾル-ゲルスピンコーティング(ｓｏｌ-ｇｅｌ ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ)法と水熱処理を利用して基板上に結晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成した。このために先ずＰｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板を用意した。該Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に非晶質ＰＬＺＴゾル(ｓｏｌ)をスピンコーティングを利用してコーティングした。上記非晶質ＰＬＺＴゾルは、メタノール系鉛アセテート三水化物(ｍｅｔｈａｎｏｌ-ｂａｓｅｄ ｌｅａｄ ａｃｅｔａｔｅ ｔｒｉｈｙｄｒａｔｅ)、チタニウムイソプロポキシド、ランタンイソプロポキシド(ｌａｎｔｈａｎｕｍ ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ)、ジルコニウムＮ-ブトキシド(ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ Ｎ-ｂｕｔｏｘｉｄｅ)から得たものである。スピンコーティングは、１回当り２０秒間４０００ｒｐｍで実施した。
【００３２】
次に、ゾル内の有機物質を除去するために、上記コーティングされたＰＬＺＴゾルを２００℃でベーキング処理した。このようなコーティングとベーキング工程を３回繰り返して行った。最後のベーキング工程が完了した後には、ベーキングされた結果物を２００℃の温度で加熱し乾燥させた。このような工程段階を経ることによって、上記Ｐｔ/Ｔｉ/ＳｉＯ２/Ｓｉ基板上に３００ｎｍ厚さの非晶質ＰＬＺＴ薄膜を得た。
【００３３】
次に、図１０に示しているような水熱処理装置１０を使用して、上記非結晶質ＰＬＺＴ薄膜を２５０℃の温度で水熱処理した。このような水熱処理によって非晶質ＰＬＺＴ薄膜は結晶質に変わった。こうして得られた結晶質ＰＬＺＴ薄膜は図１１ａ及び図１１ｂのＳＥＭ写真に表している。図１１ａは本実施例によって作製された結晶質ＰＬＺＴ薄膜の表面を示しており、図１１ｂはその断面を示す。図１１ａ及び１１ｂに示しているように、ＳＥＭ写真には結晶質の多数粒子が表している。このような結晶状態によって、本実施例によって最終的に得たＰＬＺＴ薄膜は高い誘電率を示す。
【００３４】
図３ないし図６は、本発明の一実施形態による薄膜キャパシタの製造方法を説明するための断面図である。先ず、図３を参照すれば、例えばポリマー系ＰＣＢ基板、シリコンウェーハまたはセラミック基板などから成る基板１０１上に金属膜１０３を形成する。該金属膜１０３はキャパシタの下部電極を成す。金属膜１０３では、例えば、銅箔(Ｃｕ ｆｏｉｌ)を使用することができる。
【００３５】
その後、図４に示しているように、金属膜１０３上に非晶質誘電体薄膜１０５を形成する。該非晶質誘電体薄膜１０５は、例えば、上記第１または２実施形態で説明した非晶質誘電体薄膜の形成法、またはスパッタリング法により形成され得る。
【００３６】
その後、上記結果物１０２を図１０に示しているような水熱処理装置１０に入れ、８０ないし３００℃の温度範囲で水熱処理を行うことによって、上記非晶質誘電体薄膜１０５を結晶化させる。これにより、図５に示しているように、結晶質誘電体薄膜１０５'を得るようになる。次に、図６に示しているように、結晶質誘電体薄膜１０５'上に金属膜１０７を形成する。該金属膜１０７はキャパシタの上部電極を成す。これにより、本実施形態による薄膜キャパシタを得るようになる。該薄膜キャパシタは薄膜内蔵キャパシタとして有用に使用され得る。
【００３７】
図９は、このように作製してから得た薄膜キャパシタの周波数によるキャパシタンスを示すグラフである。特に、図９のキャパシタンスは、上記第１実施例により製造された結晶質ＴｉＯ２薄膜を具備した薄膜キャパシタのキャパシタンスを示す。図９に示しているように、本発明により作製された誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタは、従来の高温熱処理を通じて得た誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタのキャパシタンスに類似するか、若干高いキャパシタンスを示す。図９に示したキャパシタンス測定に使用された従来と本発明の薄膜キャパシタンスは、全て同一なサイズと厚さを有し、誘電体としてＴｉＯ２を使用したものである。このように、本発明によれば、３００℃以下の低温工程でも良質の結晶質誘電体薄膜を得ることができ、十分なキャパシタンスを有する薄膜キャパシタを製造することが可能となる。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって限定されるものである。また、本発明は請求範囲に記載した本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者にとっては自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の結晶質誘電体薄膜の製造方法を概略的に示すフローチャットである。
【図２】本発明による結晶質誘電体薄膜の製造方法を概略的に示すフローチャットである。
【図３】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による薄膜キャパシタ(ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｃａｐａｃｉｔｏｒ)を製造する方法を説明するための断面図である。
【図７ａ】本発明の一実施形態による製造工程中の水熱処理前のＴｉＯ２薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図７ｂ】図７ａのＴｉＯ２薄膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図８ａ】本発明の一実施形態によって水熱処理されたＴｉＯ２薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図８ｂ】図８ａのＴｉＯ２薄膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【図９】本発明の一実施形態により製造された結晶質ＴｉＯ２薄膜を用いた薄膜キャパシタのキャパシタンスを示すグラフである。
【図１０】本発明による製造工程中に使用され得る水熱処理装置を概略的に示す断面図である。
【図１１ａ】本発明の一実施形態により水熱処理されたＰＬＺＴ薄膜の表面を示すＳＥＭ写真である。
【図１１ｂ】図１１ａのＰＬＺＴ薄膜の断面を示すＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１ 基板 １０３、１０７ 金属膜
１０５ 非晶質誘電体薄膜 １０５' 結晶質誘電体薄膜
５０ 外壁 ５２ ヒーター
５４ 密閉されたチャンバ ５６ 容器
５８ 蒸留水 ６２ 熱電対
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質誘電体薄膜を形成する段階と、
上記非晶質誘電体薄膜を水中に浸漬して水熱処理する段階と、
を含むことを特徴とする結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
上記水熱処理段階は、密閉された空間内で上記非晶質誘電体薄膜を蒸留水中に浸漬して３００℃以下の温度で加熱することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項３】
上記水熱処理段階は、８０ないし３００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
上記水熱処理段階は、１５０ないし３００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項５】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、非晶質誘電体ゾルを基板上にコーティングする段階と、
上記コーティングされた非晶質誘電体ゾルをベーキングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項６】
上記ベーキング段階後には、上記ベーキング処理された結果物を乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項７】
上記コーティングする段階は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、またはスプレーコーティング法とを利用して行うことを特徴とする請求項５に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項８】
上記コーティングとベーキングは多数回繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項９】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
上記非晶質誘電体薄膜を蒸着する段階は、基板上に非晶質誘電体薄膜をスパッタリングする段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、非晶質ＴｉＯ２ゾルを基板上にコーティングする段階と、
上記コーティングされた非晶質ＴｉＯ２ゾルをベーキングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１３】
上記ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１４】
上記ベーキングする段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１２に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１５】
上記乾燥段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１３に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１６】
上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１７】
上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を蒸着する段階は、基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜をスパッタリングする段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１８】
上記水熱処理段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１９】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、上記基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２０】
上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、非晶質ＰＬＺＴゾルを基板上にコーティングする段階と、
上記コーティングされた非晶質ＰＬＺＴゾルをベーキングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２１】
上記ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２２】
上記ベーキングする段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項２０に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２３】
上記乾燥段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項２１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２４】
上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２５】
上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を蒸着する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜をスパッタリングする段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２６】
請求項１乃至請求項２５のいずれかの１項の製造方法により形成されたことを特徴とする結晶質誘電体薄膜。
【請求項２７】
下部電極と、
上記下部電極上に形成された請求項２６の結晶質誘電体薄膜と、
上記結晶質誘電体薄膜上に形成された上部電極と、
を含むことを特徴とする薄膜キャパシタ。
【請求項２８】
上記薄膜キャパシタは、薄膜内蔵(ｅｍｂｅｄｄｅｄ)キャパシタであることを特徴とする請求項２７に記載の薄膜キャパシタ。
【請求項１】
基板上に非晶質誘電体薄膜を形成する段階と、
上記非晶質誘電体薄膜を水中に浸漬して水熱処理する段階と、
を含むことを特徴とする結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２】
上記水熱処理段階は、密閉された空間内で上記非晶質誘電体薄膜を蒸留水中に浸漬して３００℃以下の温度で加熱することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項３】
上記水熱処理段階は、８０ないし３００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項４】
上記水熱処理段階は、１５０ないし３００℃の温度で行うことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項５】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、非晶質誘電体ゾルを基板上にコーティングする段階と、
上記コーティングされた非晶質誘電体ゾルをベーキングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項６】
上記ベーキング段階後には、上記ベーキング処理された結果物を乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項７】
上記コーティングする段階は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、またはスプレーコーティング法とを利用して行うことを特徴とする請求項５に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項８】
上記コーティングとベーキングは多数回繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項９】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質誘電体薄膜を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１０】
上記非晶質誘電体薄膜を蒸着する段階は、基板上に非晶質誘電体薄膜をスパッタリングする段階を含むことを特徴とする請求項９に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１１】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１２】
上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、非晶質ＴｉＯ２ゾルを基板上にコーティングする段階と、
上記コーティングされた非晶質ＴｉＯ２ゾルをベーキングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１３】
上記ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１４】
上記ベーキングする段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１２に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１５】
上記乾燥段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１３に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１６】
上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１７】
上記非晶質ＴｉＯ２薄膜を蒸着する段階は、基板上に非晶質ＴｉＯ２薄膜をスパッタリングする段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１８】
上記水熱処理段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項１１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項１９】
上記非晶質誘電体薄膜を形成する段階は、上記基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２０】
上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、非晶質ＰＬＺＴゾルを基板上にコーティングする段階と、
上記コーティングされた非晶質ＰＬＺＴゾルをベーキングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２１】
上記ベーキング段階後にベーキングされた結果物を乾燥する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２２】
上記ベーキングする段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項２０に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２３】
上記乾燥段階は、１５０ないし２５０℃の温度で行うことを特徴とする請求項２１に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２４】
上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を形成する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜を蒸着する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２５】
上記非晶質ＰＬＺＴ薄膜を蒸着する段階は、基板上に非晶質ＰＬＺＴ薄膜をスパッタリングする段階を含むことを特徴とする請求項２４に記載の結晶質誘電体薄膜の製造方法。
【請求項２６】
請求項１乃至請求項２５のいずれかの１項の製造方法により形成されたことを特徴とする結晶質誘電体薄膜。
【請求項２７】
下部電極と、
上記下部電極上に形成された請求項２６の結晶質誘電体薄膜と、
上記結晶質誘電体薄膜上に形成された上部電極と、
を含むことを特徴とする薄膜キャパシタ。
【請求項２８】
上記薄膜キャパシタは、薄膜内蔵(ｅｍｂｅｄｄｅｄ)キャパシタであることを特徴とする請求項２７に記載の薄膜キャパシタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【公開番号】特開２００６−３３９１５８（Ｐ２００６−３３９１５８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５３２５６（Ｐ２００６−１５３２５６）
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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