JP2001053224A - Thin-film capacitor and manufacture thereof - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film capacitor wherein a thin-film which, comprising a crystalline metal oxide, constitutes a dielectric layer is formed at a low temperature. SOLUTION: The coat of a sol/gel precursor 22 is formed on an insulating board 20 where an electrode 21 is formed in advance, which is irradiated with ultraviolet ray whose wavelength is 360 nm or shorter for crystallization while such coat 22 as is not crystallized is removed to form a dielectric layer 23. A thin-film capacitor is formed on the insulating board 20 using the dielectric layer 23 and electrodes 21 and 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜キャパシタおよ
びその製造方法に係り、とくに絶縁基板上に形成される
薄膜キャパシタおよびその製造方法に関する。The present invention relates to a thin film capacitor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a thin film capacitor formed on an insulating substrate and a method of manufacturing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図４および図５は従来の多層構造のキャ
パシタを示しており、ここでは絶縁基板１上にスルーホ
ール２を形成するとともに、配線導体３を設けるように
し、しかも絶縁基板１上にはバリアメタルを兼用する下
側電極４を形成している。そしてこのような下電極４の
上に誘電体層５を形成するようにしており、ここでは多
層構造の誘電体層５が形成されている。そして１番上側
の誘電体層５の上側に上電極６が形成されるようになっ
ている。上電極６は上記配線導体３に接続されるように
なっている。2. Description of the Related Art FIGS. 4 and 5 show a conventional capacitor having a multilayer structure, in which a through hole 2 is formed on an insulating substrate 1 and a wiring conductor 3 is provided. Is formed with a lower electrode 4 which also serves as a barrier metal. Then, a dielectric layer 5 is formed on the lower electrode 4, and here, the dielectric layer 5 having a multilayer structure is formed. The upper electrode 6 is formed above the uppermost dielectric layer 5. The upper electrode 6 is connected to the wiring conductor 3.

【０００３】下電極４の形状に対して誘電体層５は、図
４に示すようにその大きさを若干広く形成し、上電極６
は誘電体層５が形成された範囲内でしかも下電極４に対
向して形成された誘電体層５の比誘電率や誘電体の厚み
を同じとすれば、下電極４と同じ面積になったときに最
大の静電容量が得られる。The size of the dielectric layer 5 is slightly wider than that of the lower electrode 4 as shown in FIG.
If the relative dielectric constant and the thickness of the dielectric layer 5 formed within the range where the dielectric layer 5 is formed and opposed to the lower electrode 4 are the same, the area becomes the same as that of the lower electrode 4. When the maximum capacitance is obtained.

【０００４】図６は厚膜法による従来のキャパシタを拡
大したものであって、ここでは絶縁基板１上にＡｇ、Ｃ
ｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏの単体または
Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ等の混合体をガラス粉末と溶剤
を混合してペースト状になしたものを印刷し、乾燥およ
び焼成することによって電極４が形成される。ここで電
極４の焼成温度は、ガラス粉末が溶融して絶縁基板１と
反応して固化する条件となり、３００〜１０００℃程度
の範囲内である。FIG. 6 is an enlarged view of a conventional capacitor formed by a thick film method.
u, Pd, Pt, Ni, Au, Cr, Mo alone or a mixture of Ag-Pd, Ag-Pt, etc. mixed with a glass powder and a solvent to form a paste, printed, dried and fired Thus, the electrode 4 is formed. Here, the firing temperature of the electrode 4 is a condition under which the glass powder melts and reacts with the insulating substrate 1 to be solidified, and is in a range of about 300 to 1000 ° C.

【０００５】このような下電極４を形成した後に、Ｔｉ
Ｏｘ、ＰｂＴｉＯ₃ 、ＢａＴｉＯ₃等の誘電体粒子とガ
ラス材とを粉末にしたものを酢酸ブチルやアセテート等
の溶剤と混合して下電極４が形成されている絶縁基板上
にスクリーン印刷の方法によって塗布し、乾燥させた後
に焼成する。このようにして誘電体層５を形成したなら
ば、さらにその上側に上電極６を形成する。上電極６の
形成は上記下電極４の形成と同じ工程で行なわれる。After the lower electrode 4 is formed, Ti
Powdered dielectric particles such as Ox, PbTiO ₃ and BaTiO ₃ and a glass material are mixed with a solvent such as butyl acetate or acetate, and screen-printed on an insulating substrate on which the lower electrode 4 is formed. After applying, drying and baking. After the formation of the dielectric layer 5 in this manner, the upper electrode 6 is further formed thereon. The formation of the upper electrode 6 is performed in the same process as the formation of the lower electrode 4.

【０００６】この他の従来のキャパシタの構成として
は、図７に示すような櫛形に形成された一対の電極１
１、１２を絶縁基板に形成してその電極１１、１２間の
隙間に誘電体を形成して容量を形成するものである。こ
の場合に電極１１、１２の櫛が多くなれば電極面積が大
きくなるのでその分容量が増大する。なお電極１１、１
２間に誘電体を形成しないで空気を誘電体として用いる
場合もある。As another conventional capacitor, a pair of electrodes 1 formed in a comb shape as shown in FIG.
1 and 12 are formed on an insulating substrate, and a dielectric is formed in a gap between the electrodes 11 and 12 to form a capacitor. In this case, if the number of combs of the electrodes 11 and 12 increases, the electrode area increases, and accordingly the capacitance increases. The electrodes 11, 1
In some cases, air is used as a dielectric without forming a dielectric between the two.

【０００７】図８および図９は一対の互いに平行な電極
１１、１２間にまたがる形で誘電体層５を形成して容量
となすものである。この場合に櫛形構造に比較して対向
面積が電極形成方向にしか広げられないので、形成でき
る容量は比較的小容量になる。FIGS. 8 and 9 show a structure in which a dielectric layer 5 is formed between a pair of parallel electrodes 11 and 12 to form a capacitor. In this case, since the facing area can be increased only in the electrode forming direction as compared with the comb structure, the capacity that can be formed is relatively small.

【０００８】図１０は絶縁基板１上の下電極４の上に多
層に誘電体層５を形成したものである。このような多層
の誘電体層５によって、比誘電率が大きくなって大きな
容量のキャパシタが形成されることになる。FIG. 10 shows a multi-layered dielectric layer 5 formed on a lower electrode 4 on an insulating substrate 1. With such a multilayer dielectric layer 5, the relative dielectric constant increases, and a capacitor having a large capacitance is formed.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜キャパシタ
の形成方法には、蒸着法やスパッタ蒸着法、ＣＶＤ法等
の形成方法が提案され、実際に使用されている。この他
にゾル・ゲル法によるキャパシタの形成方法も提案され
ている。従来のゾル・ゲル法によるキャパシタの形成
は、塗膜を形成した後に、５００℃以上の温度で焼成し
て結晶化することにより誘電体層を形成するものであっ
て、プロセス温度が高いという欠点がある。As a conventional method for forming a thin film capacitor, a forming method such as an evaporation method, a sputter evaporation method, and a CVD method has been proposed and actually used. In addition, a method of forming a capacitor by a sol-gel method has been proposed. The conventional method of forming a capacitor by the sol-gel method involves forming a dielectric layer by forming a coating film and then baking it at a temperature of 500 ° C. or more and crystallizing the film, which has a disadvantage that the process temperature is high. There is.

【００１０】従って例えば耐熱温度が２００℃程度の基
板材料に、スパッタ法や蒸着法を含めて薄膜を形成する
ことは難しいとされていた。すなわちスパッタ法の場合
通常は基板温度が２００℃以上に加熱されることにな
る。またキャパシタの容量を変化させる場合には、電極
面積を変えるか、膜厚を制御することが必要になる。し
かるに必要な部分のみの膜厚を変えることは、他の部分
をマスクする必要がある等非常に生産性を低下させるこ
とになる。Therefore, it has been considered difficult to form a thin film on a substrate material having a heat-resistant temperature of about 200 ° C., for example, by sputtering or vapor deposition. That is, in the case of the sputtering method, the substrate temperature is usually heated to 200 ° C. or higher. To change the capacitance of the capacitor, it is necessary to change the electrode area or control the film thickness. However, changing the film thickness of only the necessary portions greatly reduces productivity, for example, the need to mask other portions.

【００１１】また異なる材質の層を形成して特性等を改
善することを考えた場合には、材料ごとにターゲットを
用意する必要があるために、装置自体のコストも高い上
に、ランニングコストも他の方法に比べて高価になる。
また従来技術におけるゾル・ゲル法では、基板全体を加
熱して結晶化させなければ誘電体層が得られず、基板全
体に結晶化した抵抗体が形成されることになる。従って
これをエッチング処理して電極部のみを残すためには、
薬液を使用する必要がある。ところがこの薬液は酸やア
ルカリ等の有害なものを用いるために、作業のためのイ
ンフラの整備と作業者の教育とを必要とする問題があ
る。In order to improve characteristics and the like by forming layers of different materials, it is necessary to prepare a target for each material, so that the cost of the apparatus itself is high and the running cost is also low. It is more expensive than other methods.
In the sol-gel method in the prior art, a dielectric layer cannot be obtained unless the entire substrate is heated and crystallized, and a crystallized resistor is formed on the entire substrate. Therefore, in order to leave only the electrode portion by etching this,
It is necessary to use a chemical solution. However, since this chemical solution uses harmful substances such as acids and alkalis, there is a problem that maintenance of work infrastructure and training of workers are required.

【００１２】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、プロセス温度が低く抑えられ、静電容
量の調整が容易であって、しかも薬液処理に有害な薬液
を用いない薄膜キャパシタおよびその製造方法を提供す
ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in view of the above circumstances, and is intended to reduce the process temperature, facilitate the adjustment of capacitance, and use a thin film which does not use a harmful chemical solution for chemical solution processing. An object of the present invention is to provide a capacitor and a method for manufacturing the same.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】本願の一発明は、絶縁基
板上に形成される薄膜キャパシタにおいて、前記薄膜キ
ャパシタの誘電体層が光アシストゾル・ゲル法による無
機酸化物薄膜から構成されることを特徴とする薄膜キャ
パシタに関するものである。According to one aspect of the present invention, there is provided a thin film capacitor formed on an insulating substrate, wherein the dielectric layer of the thin film capacitor is formed of an inorganic oxide thin film by a photo-assisted sol-gel method. And a thin film capacitor characterized by the following.

【００１４】ここで多層の無機酸化物薄膜によって前記
誘電体層が形成されてよい。また前記薄膜キャパシタが
回路基板の表面または内層部に形成されていてよい。Here, the dielectric layer may be formed of a multilayer inorganic oxide thin film. Further, the thin film capacitor may be formed on a surface or an inner layer of the circuit board.

【００１５】製造方法に関する主要な発明は、電極が形
成された絶縁基板上に金属酸化物の前駆体ゾルを塗布し
て塗膜を形成する工程と、前記塗膜に光を照射して結晶
化させて誘電体層を形成する工程と、結晶化されない塗
膜を除去する工程と、誘電体層の上に上側電極を形成す
る工程と、を具備するキャパシタの製造方法に関するも
のである。The main invention relating to the manufacturing method includes a step of applying a precursor sol of a metal oxide on an insulating substrate on which electrodes are formed to form a coating film, and irradiating the coating film with light to crystallize. The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor, comprising: a step of forming a dielectric layer by performing the process; a step of removing a coating film that is not crystallized; and a step of forming an upper electrode on the dielectric layer.

【００１６】ここで光の照射が波長が３６０ｎｍ以下の
紫外光の照射であってよい。また塗膜の形成と結晶化と
が複数回行なわれて多層の誘電体層が形成されてよい。
また誘電体層の全体の膜厚を変えることによって静電容
量が調整されてよい。また電極の面積を変えることによ
って静電容量が調整されてよい。また薄膜キャパシタを
形成した後にトリミングを行なって静電容量を調整する
ようにしてよい。また誘電体層の膜厚を変えることによ
って耐電圧が調整されてよい。Here, the light irradiation may be irradiation with ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less. The formation and crystallization of the coating film may be performed a plurality of times to form a multilayer dielectric layer.
The capacitance may be adjusted by changing the overall thickness of the dielectric layer. The capacitance may be adjusted by changing the area of the electrode. After forming the thin film capacitor, trimming may be performed to adjust the capacitance. The withstand voltage may be adjusted by changing the thickness of the dielectric layer.

【００１７】[0017]

【作用】本願の上記一発明によれば、基板上に形成され
た光アシストゾル・ゲル法による無機酸化物薄膜とその
両側の電極とによって薄膜キャパシタが構成されること
になり、このような薄膜キャパシタによって所定の静電
容量が発現される。According to one aspect of the present invention, a thin film capacitor is constituted by an inorganic oxide thin film formed on a substrate by a photo-assisted sol-gel method and electrodes on both sides thereof. A predetermined capacitance is developed by the capacitor.

【００１８】製造方法に関する上記の主要な発明によれ
ば、前駆体ゾルを塗布して形成された塗膜を結晶化さ
せ、結晶化されない塗膜を除去することによって、誘電
体層が形成される。従ってその上に上側電極を形成する
ことによって、誘電体層が上側電極と下側電極とに挟ま
れて薄膜キャパシタが得られる。According to the above-mentioned main invention relating to the manufacturing method, the dielectric layer is formed by crystallizing the coating film formed by applying the precursor sol and removing the non-crystallized coating film. . Therefore, by forming the upper electrode thereon, the dielectric layer is sandwiched between the upper electrode and the lower electrode to obtain a thin film capacitor.

【００１９】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態は、
２種類以上の金属アルコキシドまたは金属塩を出発原料
として得られるペロブスカ形構造となり得る組成の金属
酸化物の前駆体ゾルを被塗布物の表面に塗布し、被塗布
面に金属酸化物の塗膜を形成した後に、この塗膜に対し
て波長が３６０ｎｍ以下の紫外光を照射して結晶化さ
せ、結晶性の金属酸化物の薄膜を被塗布面に形成する方
法を適用して絶縁基板上にキャパシタを形成するもので
ある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A precursor sol of a metal oxide having a composition capable of forming a perovska structure obtained from two or more metal alkoxides or metal salts as a starting material is applied to the surface of an object to be coated, and a coating film of the metal oxide is applied to the surface to be coated After the film is formed, the coating film is irradiated with ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less to crystallize, and a method of forming a thin film of crystalline metal oxide on the surface to be coated is applied. Is formed.

【００２０】製造方法に従って順に説明すると、下側電
極が形成された絶縁基板上に誘電体となるＰＺＴやＢＳ
Ｔをはじめとする前駆体ゾル材料を塗布する。そして塗
布された誘電体の塗膜の一部を結晶化させる。次いで結
晶化されないで乾燥されたままの状態の前駆体ゾルを除
去することによって誘電体が形成される。そしてこのよ
うな誘電体層の上に、上側電極を形成することによりキ
ャパシタが形成される。The method will be described in order according to a manufacturing method. PZT or BS serving as a dielectric material is formed on an insulating substrate on which a lower electrode is formed.
A precursor sol material such as T is applied. Then, a part of the applied dielectric film is crystallized. The dielectric is then formed by removing the precursor sol, which has not been crystallized but dried. Then, a capacitor is formed by forming an upper electrode on such a dielectric layer.

【００２１】このようなキャパシタは、上記前駆体ゾル
の塗布と結晶化のプロセスとを複数回繰返すことによっ
て多層構造の誘電体層が形成されることになる。そして
ここで誘電体層の膜厚を調整することによって、静電容
量が調整される。また誘電体を挟む上下の電極の面積を
調整して容量を調整するようにしてもよい。すなわち膜
厚と面積の両方または片方によって容量を調整してキャ
パシタを製造することが可能である。In such a capacitor, a dielectric layer having a multilayer structure is formed by repeating the above-described precursor sol coating and crystallization processes a plurality of times. By adjusting the thickness of the dielectric layer, the capacitance is adjusted. The capacitance may be adjusted by adjusting the area of the upper and lower electrodes sandwiching the dielectric. That is, it is possible to manufacture a capacitor by adjusting the capacitance according to both or one of the film thickness and the area.

【００２２】またこのようなキャパシタは、使用する回
路特性に応じて膜厚を変えて耐電圧を調整したり、誘電
体を挟む両側の電極面積を変えて所望の静電容量とする
ことが可能である。さらにはこのようなキャパシタは、
後から電極をトリミングして静電容量を調整することが
できる。また複数層の誘電体層の内の１層を他の層と異
なる材料を使用して電気特性や容量を変えることが可能
である。なおこのような方法で形成されるキャパシタ
は、回路基板の表面や回路基板の内層部に形成されてよ
い。Such a capacitor can have a desired capacitance by changing the film thickness in accordance with the circuit characteristics to be used to adjust the withstand voltage or by changing the electrode area on both sides sandwiching the dielectric. It is. Furthermore, such a capacitor
The capacitance can be adjusted by trimming the electrode later. Further, it is possible to change electric characteristics and capacitance by using one of the plurality of dielectric layers using a different material from the other layers. The capacitor formed by such a method may be formed on the surface of the circuit board or on the inner layer of the circuit board.

【００２３】従来のゾル・ゲル法による誘電体層の形成
は、基板の全面にゾル・ゲル前駆体を塗布して少なくと
も数百℃以上で加熱して結晶化させていた。ところが本
実施の形態によれば、１００〜２００℃程度で誘電体層
の結晶化が行なわれるために、使用する絶縁基板の耐熱
性を下げることが可能になり、電極材料等も従来のＰ
ｔ、Ｒｕ、ＲｕＯ₂ 等の高価でパターニングが難しい材
料から、安価なＣｕ、Ｎｉ等が使用可能になる。In the formation of a dielectric layer by a conventional sol-gel method, a sol-gel precursor is applied to the entire surface of a substrate and crystallized by heating at least at a temperature of several hundred degrees or more. However, according to the present embodiment, since the dielectric layer is crystallized at about 100 to 200 ° C., the heat resistance of the insulating substrate to be used can be reduced, and the electrode material and the like can be made of conventional P
Inexpensive Cu, Ni, etc. can be used from expensive and difficult-to-pattern materials such as t, Ru, RuO ₂ .

【００２４】一般に誘電体層の膜厚は、通常一定にして
おいて電極面積を変えて所望の容量値を得るようにして
いた。ここで比誘電率の高い材料を用いて比較的小さな
容量を得ようとした場合には、電極面積が小さくなりす
ぎて形成時、あるいは静電容量検査時に不都合が生じて
いた。これを比較的安価な手段によって膜厚を初期の２
倍あるいは３倍とすることによって小容量のキャパシタ
を得ることが可能になる。また膜厚を厚くすることによ
って耐圧を上げられる効果がある。従って耐圧が低くて
もよいキャパシタと耐圧を上げなければならないキャパ
シタとを絶縁基板上の同一面に形成することが可能にな
る。Generally, the thickness of the dielectric layer is usually kept constant, and the desired capacitance value is obtained by changing the electrode area. Here, when a relatively small capacitance is to be obtained by using a material having a high relative dielectric constant, the area of the electrode becomes too small, which causes a problem during formation or capacitance inspection. The film thickness is reduced to the initial 2 by a relatively inexpensive means.
By double or triple it is possible to obtain a small capacity capacitor. Also, increasing the film thickness has the effect of increasing the breakdown voltage. Therefore, it is possible to form a capacitor whose withstand voltage may be low and a capacitor whose withstand voltage must be increased on the same surface on the insulating substrate.

【００２５】また従来は全面に形成したゾル・ゲル前駆
体をそのままの状態で結晶化工程に投入していたため
に、絶縁基板の全面が結晶化してパターニングが難しか
った。そして誘電体はセラミック系の複合化合物である
ために結晶化するとエッチングが難しいという問題があ
る。このために一般的にドライエッチングの方法によっ
て行なっているが、ドライエッチングは装置が高価でラ
ンニングコストが高いという欠点がある。Conventionally, since the sol-gel precursor formed on the entire surface is supplied to the crystallization step as it is, the entire surface of the insulating substrate is crystallized and patterning is difficult. Further, since the dielectric is a ceramic-based composite compound, there is a problem that etching is difficult when the dielectric is crystallized. For this reason, dry etching is generally performed, but dry etching has the disadvantage that the apparatus is expensive and the running cost is high.

【００２６】本実施の形態においては波長が３６０ｎｍ
以下の紫外光の照射によって結晶化を行なうようにして
いるために、部分的にかつ選択的に結晶化することが可
能であって、乾燥状態にある結晶化されない部分は水や
アルコール等の無害な溶液で簡単にエッチングすること
ができる。また前駆体を塗布した層ごとに結晶化が可能
なことから、容易に多層化ができるばかりでなく、別の
材料を形成することが可能であって、特性改善等が行な
い易い利点をもたらす。In this embodiment, the wavelength is 360 nm.
Since the crystallization is performed by the following ultraviolet light irradiation, it is possible to partially and selectively crystallize, and the non-crystallized portion in a dry state is harmless to water, alcohol, etc. Etching can be easily performed with a simple solution. In addition, since crystallization can be performed for each layer to which the precursor is applied, not only can a multilayer be easily formed, but also another material can be formed, and there is an advantage that characteristics can be easily improved.

【００２７】[0027]

【実施例】以下本発明を図示の実施例によって説明す
る。この実施例は絶縁基板上に薄膜の多層構造の誘電体
層を有するキャパシタを形成するものであって、絶縁基
板としては、有機材料や無機材料の双方が考えられる。
すなわちアルミナ、ガラスセラミック、窒化ケイ素、窒
化アルミナ、ジルコニア等の単体、あるいはセラミック
系の材料、またはマイカ、ガラス系材料、エポキシ、ポ
リイミド等の有機系材料およびシリコンウエハ等が利用
可能である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. In this embodiment, a capacitor having a thin-film dielectric layer having a multilayer structure on an insulating substrate is formed. Both an organic material and an inorganic material can be used as the insulating substrate.
That is, simple materials such as alumina, glass ceramic, silicon nitride, alumina nitride, and zirconia, or ceramic materials, or organic materials such as mica, glass materials, epoxy, and polyimide, and silicon wafers can be used.

【００２８】ここでそれぞれの材料の耐熱性について説
明すると、高純度アルミナや窒化アルミナ、窒化ケイ素
の場合には、１０００〜１３００℃程度、ガラスセラミ
ックは８００〜９５０℃、マイカ材で約６００℃、結晶
化ガラス等のガラス系材料で６５０〜１０００℃、エポ
キシ系材料で１５０〜２００℃程度、ポリイミド系材料
で２８０〜４５０℃程度である。The heat resistance of each material will now be described. In the case of high-purity alumina, alumina nitride, or silicon nitride, about 1000 to 1300 ° C., glass ceramic is 800 to 950 ° C., and mica material is about 600 ° C. The temperature is about 650 to 1000 ° C for a glass material such as crystallized glass, about 150 to 200 ° C for an epoxy material, and about 280 to 450 ° C for a polyimide material.

【００２９】次にこのような絶縁基板上に形成される配
線材料について説明すると、配線材料としては、Ａｇ、
Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ等の単体またはこれ
らを混合した材料、例えばＡｇ−Ｐｔ、Ａｇ−Ｐｄ等の
材料が利用可能である。なお材料によっては、酸素雰囲
気中で焼成すると酸化の影響で著しく接続性や導体抵抗
が上って使用できないものがある。その代表的な例はＣ
ｕであるが、焼成方法として還元雰囲気、すなわち窒素
雰囲気で焼成することによって使用可能になる。Next, the wiring material formed on such an insulating substrate will be described.
A simple substance such as Pd, Pt, Ni, Cu, W, and Mo, or a material in which these are mixed, for example, a material such as Ag-Pt and Ag-Pd can be used. Note that, depending on the material, when fired in an oxygen atmosphere, there is a material that cannot be used due to remarkable increase in connectivity and conductor resistance due to the influence of oxidation. A typical example is C
u can be used by firing in a reducing atmosphere, that is, a nitrogen atmosphere.

【００３０】なおセラミックやガラス材、マイカ材等は
上記の導体粉にガラス、溶剤等を混合してペースト状に
したものをスクリーン印刷等の方法で塗布して乾燥焼成
する方法が一般的に用いられている。またＣｕ、Ｎｉ、
Ａｕ等は、電解メッキまたは無電解メッキ処理によって
付けることも可能である。In general, ceramics, glass materials, mica materials, and the like are generally prepared by mixing the above-mentioned conductive powder with glass, a solvent, and the like to form a paste, applying the paste by a method such as screen printing, and drying and firing. Have been. Cu, Ni,
Au or the like can be applied by electrolytic plating or electroless plating.

【００３１】この他有機基板系材料については、主にＣ
ｕの圧延または電解材を箔状にしたものを接着剤によっ
て貼合わせてそれをエッチングまたはメッキ処理して配
線層を形成することが可能である。当然であるがこれら
の材料をＣＶＤ、スパッタ等の装置によって基板上に形
成してエッチングの処理を行なって配線パターンを形成
することも可能である。なお配線材料は極力低抵抗の材
料を選択して形成した後、酸化防止膜または拡散防止膜
をこの上に形成してその上に誘電体を形成する構造にす
るのが一般的である。Other organic substrate materials are mainly C
It is possible to form a wiring layer by rolling u or by forming an electrolytic material into a foil shape and bonding it with an adhesive, and etching or plating it. As a matter of course, it is also possible to form a wiring pattern by forming these materials on a substrate by using an apparatus such as CVD or sputtering and performing an etching process. Generally, a wiring material is formed by selecting a material having as low a resistance as possible, and then forming an oxidation prevention film or a diffusion prevention film thereon and forming a dielectric thereon.

【００３２】次に下電極を兼用するバリアメタル層につ
いて説明する。この層は配線材の酸化防止または配線材
と誘電体層との相互の拡散防止あるいは腐蝕等を防止す
るために設けられる導電性の膜である。このような膜に
利用される材料には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒ
ｕＯ₂ 、Ｎｉ等が挙げられる。このようなバリアメタル
層は先の材料を単層または複数層形成してその機能をも
たせるようにしている。Next, the barrier metal layer that also serves as the lower electrode will be described. This layer is a conductive film provided to prevent oxidation of the wiring material, mutual diffusion between the wiring material and the dielectric layer, corrosion, and the like. Materials used for such films include Ti, W, Pt, Pd, Ru, R
uO ₂ , Ni and the like. Such a barrier metal layer is formed by forming the above-mentioned material in a single layer or a plurality of layers so as to have its function.

【００３３】またこのようなバリアメタル層の成膜は、
その厚みを０．０１〜１μｍ程度の値とし、通常の厚み
として場合によっては、１μｍ以上形成することもあ
る。形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法
等を用いることが多いが、最近は先の誘電体と同じよう
にゾル・ゲル法によって製作した溶液をスピンコート、
デップ法、スプレーコート法等の処理によって形成する
ようになっている。Further, such a barrier metal layer is formed by
The thickness is set to a value of about 0.01 to 1 μm, and in some cases, the thickness is set to 1 μm or more as a normal thickness. As a forming method, a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, and the like are often used.
It is formed by a process such as a dipping method and a spray coating method.

【００３４】次に誘電体層の材料について説明する。誘
電体材料として一般的に使用される材料とその比誘電率
とを列記すると、 タンタルオキサイド比誘電率約２０〜２７ ＢａＴｉＯ比誘電率約２０００ ＳｒＴｉＯ₃ （ＳＴＯ）比誘電率１５０〜２００ ＢａＳｒＴｉＯ₃ 比誘電率２００〜４５０ ＰｂＬａＺｒＴｉＯ₃ 比誘電率７５０〜４０００ ＰｂＴｉＯ₃ 比誘電率約１００〜２００ 比誘電体の形成方法は、後述するゾル・ゲル法によって
行なわれ、とくにスピンコート法によってこのような材
料のゾル・ゲル前駆体の塗布が行なわれることになる。Next, the material of the dielectric layer will be described. The materials generally used as dielectric materials and their relative dielectric constants are listed as follows: Tantalum oxide relative dielectric constant about 20 to 27 BaTiO relative dielectric constant about 2000 SrTiO ₃ (STO) relative dielectric constant 150 to 200 BaSrTiO ₃ relative Dielectric constant of 200 to 450 PbLaZrTiO ₃ Dielectric constant of 750 to 4000 PbTiO ₃ Dielectric constant of about 100 to 200 A dielectric material is formed by a sol-gel method, which will be described later. The application of the sol-gel precursor will be performed.

【００３５】次に誘電体層の上に形成される上側電極の
材料としては、先のバリアメタル層を兼用する下側電極
層と同じ材料であってよく、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒ
ｕＯ₂ 等が用いられてよい。このような電極層は、誘電
体層の結晶化が行なわれた後にその上に形成される。形
成方法は上記のような導体材料をメッキ処理したり、ス
パッタ、蒸着、ＣＶＤ等の方法で形成することになる。Next, the material of the upper electrode formed on the dielectric layer may be the same as that of the lower electrode layer also serving as the barrier metal layer, and may be W, Pt, Pd, Ru, or R.
uO ₂ or the like may be used. Such an electrode layer is formed thereon after the crystallization of the dielectric layer has taken place. As a forming method, the above-mentioned conductive material is formed by plating, sputtering, vapor deposition, CVD or the like.

【００３６】次に本実施例の最も特徴部分をなす誘電体
層の形成について説明する。図１はこのような誘電体層
を形成するプロセスを示したものである。ここでＰＺＴ
とは、Ｐｂ（Ｚｒ_1-x Ｔｉ_x ）Ｏ₃ の略語である。ＰＺ
Ｔ薄膜はゾル・ゲル法において好ましく用いられる強誘
電体の１つであって、比誘電率が３５０以上であり、結
晶化および結晶構造によっては１０００以上の比誘電率
のものが存在する。そしてこのような物質は半導体、と
くに不揮発性メモリへの応用が考えられる。ＰＺＴは他
のゾル・ゲル前駆体と同様に、金属アルコキシド等の溶
媒中に溶解し、加水分解および脱水縮合等の製造プロセ
スを経ることによってＰＺＴ前駆体溶液を得るようにな
る。そして上記前駆体溶液を基板上に塗布して乾燥し、
光照射を行なって結晶化することによりＰＺＴの薄膜を
得ることになる。Next, the formation of the dielectric layer which is the most characteristic part of this embodiment will be described. FIG. 1 shows a process for forming such a dielectric layer. Where PZT
Is an abbreviation for Pb (Zr _1-x Ti _x ) O ₃ . PZ
The T thin film is one of ferroelectrics preferably used in the sol-gel method, and has a relative dielectric constant of 350 or more, and has a relative dielectric constant of 1000 or more depending on crystallization and crystal structure. Such a substance can be applied to a semiconductor, especially to a nonvolatile memory. PZT, like other sol-gel precursors, is dissolved in a solvent such as a metal alkoxide and undergoes a production process such as hydrolysis and dehydration condensation to obtain a PZT precursor solution. And the precursor solution is applied on a substrate and dried,
By performing light irradiation and crystallization, a PZT thin film is obtained.

【００３７】このようなゾル・ゲル法による薄膜形成の
プロセスについてより詳細に説明する。まず粉体の調整
について述べると、セラミックス原料である粉末をゾル
・ゲル法で作成する場合には、微細で均一な粒子を作成
できることが利点であって、加水分解、重縮合条件等を
調整することによって、球状の単分散粒子を合成するこ
とが可能である。一方非常に加水分解の早いチタンアル
コキシド等に対して、アセチルアセトン等のβ−ジケト
ンを添加することにより、加水分解反応を制御すること
が広く行なわれており、安定したコロイド等を合成する
ことができる。同様な添加物に酢酸が知られている。両
者ともにチタンテトラアルコキシドに対して等モル加
え、撹拌することによって化学修飾するものである。The process of forming a thin film by the sol-gel method will be described in more detail. First, the adjustment of the powder is described. When the ceramic raw material powder is prepared by the sol-gel method, there is an advantage that fine and uniform particles can be prepared, and conditions for hydrolysis, polycondensation, etc. are adjusted. This makes it possible to synthesize spherical monodisperse particles. On the other hand, it is widely practiced to control the hydrolysis reaction by adding a β-diketone such as acetylacetone to titanium alkoxide or the like, which is very fast hydrolyzed, so that a stable colloid or the like can be synthesized. . Acetic acid is known as a similar additive. Both are chemically modified by adding an equimolar amount to titanium tetraalkoxide and stirring.

【００３８】次に薄膜の作成について説明すると、ゾル
・ゲル法による酸化物薄膜作成プロセスの特徴は、他の
気相成膜プロセスと比較して、組成制御性や複合材料
化、低温化、均一大面積比等の優れた特徴を有してい
る。ゾル・ゲル法による成膜プロセスは、基本的には薄
膜やバルク合成におけるゾル・ゲル法をベースにしたも
ので、金属アルコキシド等を溶媒中に溶解し、加水分解
および脱水縮合等を行なうことによって得た前駆体とな
る化合物を基板へ塗布し、さらに結晶化処理を行なうも
のである。Next, the formation of a thin film will be described. The characteristics of the oxide thin film forming process by the sol-gel method are as compared with other vapor phase film forming processes, such as composition controllability, compounding, lowering the temperature, and uniformity. It has excellent features such as a large area ratio. The sol-gel process is basically based on the sol-gel process in thin film and bulk synthesis, and involves dissolving a metal alkoxide or the like in a solvent and performing hydrolysis and dehydration condensation. The obtained precursor compound is applied to a substrate, and further subjected to a crystallization treatment.

【００３９】成膜のプロセスを順に説明すると、出発原
料には、金属とアルコールを反応させて合成した金属ア
ルコキシド、または市販の金属アルコキシドや金属塩が
用いられる。配合割合は基本的には化学量論比とする
が、パイロクロア相が生成し易いＰＺＴ等の薄膜では、
ペロブスカイトの単相を得るために化学量論組成に対し
て５％程度鉛過剰とすることが行なわれている。なお強
誘電体材料は何れも複数の金属元素から成る複合酸化物
であるために、金属元素が分子レベルで均一に配位した
分子構造を有する先に述べたダブルアルコキシドをはじ
めとする複合アルコキシドを前駆体として用いることが
低温結晶化には有効である。溶媒は金属アルコキシド等
の出発物質の溶解性がよく、さらに乾燥速度が速すぎな
いアルコールが用いられるが、エーテル結合を含む２−
メトキシエタノールを用いることもある。The film formation process will be described in order. As a starting material, a metal alkoxide synthesized by reacting a metal with an alcohol, or a commercially available metal alkoxide or metal salt is used. The mixing ratio is basically a stoichiometric ratio. However, in a thin film such as PZT in which a pyrochlore phase is easily formed,
In order to obtain a single phase of perovskite, a lead excess of about 5% with respect to the stoichiometric composition is performed. Since all ferroelectric materials are composite oxides composed of a plurality of metal elements, composite alkoxides such as the aforementioned double alkoxides having a molecular structure in which metal elements are uniformly coordinated at the molecular level are used. Use as a precursor is effective for low-temperature crystallization. As the solvent, alcohol having a good solubility for starting materials such as metal alkoxides and a drying rate not too high is used.
Methoxyethanol may be used.

【００４０】次に溶剤の調整について説明すると、金属
アルコキシドの加水分解と脱水縮合過程では、金属アル
コキシドの種類によって加水分解速度が異なるために、
金属アルコキシド溶液を０℃前後に冷却し、加水分解用
の水を加えたアルコール溶液を徐々に滴下することによ
って急激な加水分解を防ぎ、溶液のゲル化や不均一化を
防がなければならない。上記のような複合アルコキシド
を用いて溶液の均一化を図ることもできるが、複合アル
コキシドが得られる場合はまだ限られている。ＰＺＴ等
の鉛を含有する材料の合成には、酢酸塩とＺｒおよびＴ
ｉの金属アルコキシドを２−メトキシエタノール溶液中
で還流および蒸留することによって、アセトキシ基とメ
トキシエトキシ基を相互に反応させ、複合アルコキシド
に近い前駆体を合成するプロセスが用いられている。こ
の方法では、加水分解以前に異種金属間をつなぐ酵素の
結合が得られるとともに、水との反応性が比較的低く、
取扱い易いメトキシエトキシドに近い性質をもつ前駆体
が得られるが、均一な薄膜を得るためには反応副生成物
であるエステルを溶媒中から除去するための真空蒸留が
必要である。他に酢酸やグリコール類を溶媒中に添加
し、金属アルコキシドの加水分解を抑制することも行な
われる。Next, the adjustment of the solvent will be described. During the hydrolysis and dehydration condensation of the metal alkoxide, the rate of hydrolysis varies depending on the type of the metal alkoxide.
The metal alkoxide solution must be cooled to about 0 ° C., and an alcohol solution to which water for hydrolysis has been added must be gradually dropped to prevent rapid hydrolysis and prevent gelling and nonuniformity of the solution. The use of the above composite alkoxide can make the solution uniform, but the case where the composite alkoxide can be obtained is still limited. For the synthesis of lead-containing materials such as PZT, acetate and Zr and T
A process is used in which a metal alkoxide of i is refluxed and distilled in a 2-methoxyethanol solution to cause an acetoxy group and a methoxyethoxy group to react with each other to synthesize a precursor close to a complex alkoxide. In this method, an enzyme bond between different metals is obtained before hydrolysis, and the reactivity with water is relatively low.
Although a precursor having properties similar to methoxy ethoxide, which is easy to handle, can be obtained, vacuum distillation is required to remove the ester as a reaction by-product from the solvent in order to obtain a uniform thin film. In addition, acetic acid and glycols are added to the solvent to suppress hydrolysis of the metal alkoxide.

【００４１】加水分解のために金属アルコキシド溶液に
加える水および触媒の量は、材料や薄膜の得ようとする
結晶性によって大きく異なるが、ＰＺＴの場合には前駆
体：Ｈ₂ Ｏ：ＮＨ₄ ＯＨ＝１：１：０．１となる水のア
ルコール溶液を添加することによって緻密な薄膜を得る
ことができる。その他の例として、ＳｒＴｉＯ₃ の多結
晶薄膜を低温で結晶化するためには、前駆体：Ｈ₂ Ｏ：
ＮＨ₄ ＯＨ＝１：２：０．２となる水のアルコール溶液
を添加することによって４２５℃程度で結晶化すること
ができる。ＰＺＴやＬｉＮｂＯ₃ 等の薄膜を格子整合性
のよい基板へエピタキシャル成長または高配向成長させ
るためには、逆に加水分解を行なわないことが有効であ
る。これは加水分解を抑制すると薄膜中でのランダム核
生成温度が上昇し、基板表面でのエピタキシャル核生成
が優先的に起るためと推定される。The amounts of water and catalyst to be added to the metal alkoxide solution for the hydrolysis vary greatly depending on the material and the crystallinity to be obtained, but in the case of PZT, the precursor is H ₂ O: NH ₄ OH. A dense thin film can be obtained by adding an alcohol solution of water in which the ratio becomes 1: 1: 1: 0.1. As another example, in order to crystallize a polycrystalline thin film of SrTiO _{3 at} a low temperature, a precursor: H ₂ O:
Crystallization can be performed at about 425 ° C. by adding an alcohol solution of water in which NH ₄ OH = 1: 2: 0.2. In order to epitaxially grow or grow a thin film of PZT, LiNbO ₃ or the like on a substrate having good lattice matching, it is effective to perform no hydrolysis. This is presumed to be because, when the hydrolysis is suppressed, the temperature of random nucleation in the thin film increases, and the epitaxial nucleation on the substrate surface occurs preferentially.

【００４２】次に成膜プロセスについて説明すると、前
駆体の塗布の前には基板の前処理を行なう。ＰＺＴ薄膜
を形成するための基板としては、目的とするデバイスに
よってＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ（Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉ
Ｏ₂ が積層されたＳｉウエハ）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃
等から選択されるが、洗剤中での超音波洗浄やアセトン
中浸漬、エタノールおよび脱イオン水によるリンス、Ｈ
ＣＩ水溶液によるエッチング、脱イオン水およびエタノ
ールによるリンス、そして乾燥の順に行なうことが多く
の場合有効である。このような前処理を行なわないとダ
スト、油脂、不純物イオン、欠陥等が残留し、薄膜の欠
陥、密着性不良、結晶性不良、物性不良等につながる。Next, the film forming process will be described. Before the precursor is applied, a pretreatment of the substrate is performed. As a substrate for forming a PZT thin film, Pt / Ti / SiO ₂ / Si (Pt / Ti / Si) depends on a target device.
O ₂ laminated Si wafer), MgO, SrTiO ₃
Ultrasonic cleaning in a detergent, immersion in acetone, rinsing with ethanol and deionized water, H
In many cases, it is effective to perform etching with an aqueous CI solution, rinsing with deionized water and ethanol, and then drying. If such pretreatment is not performed, dust, fats and oils, impurity ions, defects, and the like remain, leading to defects in the thin film, poor adhesion, poor crystallinity, poor physical properties, and the like.

【００４３】基板への塗布方法としては一般に、スピン
コーティング、あるいはディップコーティングが用いら
れる。何れも市販の装置があるが、後者は大面積化には
適しているもののビーカ等に前駆体溶液を入れなければ
ならないためにポットライフ（前駆体溶液の寿命）の懸
念がある。一方前者はスポイトで滴下すればよく、また
容易に均一な塗布膜を得ることができることから、前者
が使い易いものとなる。In general, spin coating or dip coating is used as a method of coating the substrate. Although there are commercially available devices, the latter is suitable for increasing the area, but has a concern about pot life (lifetime of the precursor solution) because the precursor solution must be put into a beaker or the like. On the other hand, the former may be dropped with a dropper and a uniform coating film can be easily obtained, so that the former is easy to use.

【００４４】スピンコーティングには基板を真空チャッ
クによって試料台に固定し、基板を回転できる機構を有
するスピンコータが用いられる。スピンコーティングに
おいては回転する基板全面を被覆できる以上の過剰量の
前駆体溶液をすばやく滴下することによって、前駆体溶
液が遠心力によってすばやく広がり、過剰な前駆体溶液
が飛散し、そして溶媒の蒸発が起ることによって、均一
な塗布が行なわれる。For spin coating, a spin coater having a mechanism capable of rotating a substrate while fixing the substrate to a sample table by a vacuum chuck is used. In spin coating, by rapidly dropping an excess of the precursor solution that can cover the entire rotating substrate, the precursor solution is quickly spread by centrifugal force, the excess precursor solution is scattered, and the evaporation of the solvent is reduced. This causes a uniform application.

【００４５】膜厚は前駆体溶液の粘度や前駆体溶液の濃
度、溶媒の蒸発速度、および回転速度等によって決まる
が、０．５ｍｏｌ／Ｌの濃度の前駆体溶液を２０００ｒ
ｐｍの回転数でスピンコーティングした場合に、１回の
コーティングにつき結晶化後に得られる膜厚は１００ｎ
ｍ前後である。なお１回の塗布膜厚として１００ｎｍ以
上になると基板と薄膜の熱膨脹係数の差によりクラック
が発生し易くなるために、膜厚は１００ｎｍ前後となる
ように回転数を調整する。前駆体溶液に対して特別な安
定化処理を施していない場合や、エピタキシャル成長の
ために加水分解を抑制したい場合には、スピンコータを
グローブボックスに入れ、基板への前駆体溶液塗布を十
分に低い露点の乾燥窒素雰囲気中で行なうことが望まし
い。反応性の比較的高い前駆体を大気中で塗布すると、
急激な加水分解のために、剥離やクラックが生ずる。The film thickness is determined by the viscosity of the precursor solution, the concentration of the precursor solution, the evaporation rate of the solvent, the rotation speed, and the like.
When spin-coated at a rotation speed of pm, the film thickness obtained after crystallization per coating is 100 n
m. If the thickness of a single applied film is 100 nm or more, cracks are likely to occur due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the thin film. Therefore, the number of rotations is adjusted so that the film thickness is about 100 nm. If no special stabilization treatment is applied to the precursor solution, or if you want to suppress hydrolysis for epitaxial growth, place the spin coater in a glove box and apply a sufficiently low dew point to the precursor solution applied to the substrate. It is desirable to carry out in a dry nitrogen atmosphere. When a relatively reactive precursor is applied in air,
Due to rapid hydrolysis, peeling and cracking occur.

【００４６】次に結晶化について説明する。塗布後の基
板は乾燥した後に、光照射あるいは熱処理によって結晶
化および緻密化を行なう。スピンコーティングの場合に
は、数十秒間の回転中にほぼ乾燥するために、必要に応
じて塗布後に数十秒から数分間放置すれば乾燥は十分で
ある。そしてこの後に光照射して結晶化させる。結晶化
は、例えば波長が３６０ｎｍ以下の紫外光を照射して行
なうようにしてよい。この他にも、レーザ光の照射を行
なって結晶化できる。Next, crystallization will be described. After the coated substrate is dried, it is crystallized and densified by light irradiation or heat treatment. In the case of spin coating, since drying is almost completed during rotation for several tens of seconds, drying is sufficient if the coating is left for several tens of seconds to several minutes as necessary. Thereafter, light irradiation is performed to crystallize. The crystallization may be performed, for example, by irradiating ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less. In addition, crystallization can be performed by irradiation with laser light.

【００４７】本実施例は光照射によって結晶化させるも
のであるが、加熱による熱処理も可能である。これにつ
いて述べると、加熱処理としては結晶化が起らない２０
０〜４００℃程度の温度で数分間保持することによって
熱分解した後、６００〜８００℃程度の結晶化温度に数
分間から数十分間保持することによって結晶化および緻
密化が行なわれる。結晶化時間が短いか結晶化温度が低
いと十分な結晶性の薄膜を得ることができず、結晶化時
間が長すぎたり結晶化温度が高すぎると、結晶粒成長と
ともに粒界にピンホールが生成したり、蒸気圧の高いＰ
ｂ、Ｂｉ、Ｌｉ等の元素の蒸発による欠損を生ずること
になる。In this embodiment, crystallization is performed by light irradiation, but heat treatment by heating is also possible. To explain this, crystallization does not occur as a heat treatment.
After thermal decomposition by holding at a temperature of about 0 to 400 ° C. for several minutes, crystallization and densification are performed by holding at a crystallization temperature of about 600 to 800 ° C. for several minutes to several tens minutes. If the crystallization time is short or the crystallization temperature is low, a thin film with sufficient crystallinity cannot be obtained.If the crystallization time is too long or the crystallization temperature is too high, pinholes are formed at the grain boundaries as the crystal grains grow. Or P with high vapor pressure
Defects will occur due to evaporation of elements such as b, Bi, and Li.

【００４８】比較的低温でパイロクロア相が成形し易い
ＰＺＴ等の薄膜では、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍ
ａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）炉を用いてパイロクロア相
の核生成温度範囲を急速に通過するプロセスが用いられ
る。昇温速度はペロブスカイト相の結晶核生成の制御因
子として働くために、粒径への影響がみられることがあ
る。ＲＴＡ炉としては赤外線炉を用い、ＰＩＤ制御用の
熱電対を固定したＳｉウエハ等をサセプタとして基板を
加熱することによって、数十℃／ｓ以上の昇温速度を制
御することができるが、簡易的に結晶化温度に保持した
マッフル炉へ基板を導入する場合もある。熱処理雰囲気
としては大気よりは酸素雰囲気を用いた方が熱分解や結
晶化が容易になる。とくに多層膜を得る際には以上の塗
布・乾燥・熱分解あるいはそれに結晶化を加えたプロセ
スを繰返す。結晶化後の冷却速度としては、バルク体と
比べて急速な冷却が可能であるが、薄膜にクラックが生
ずる場合には少なくとも１００℃／ｍｉｎ以下で徐々に
冷却することになる。For a thin film of PZT or the like at which a pyrochlore phase is easily formed at a relatively low temperature, RTA (Rapid Therm) is used.
An al Annealing furnace is used which rapidly passes through the nucleation temperature range of the pyrochlore phase. Since the heating rate acts as a controlling factor for the formation of crystal nuclei in the perovskite phase, the grain size may be affected. By using an infrared furnace as an RTA furnace and heating a substrate using a Si wafer or the like having a thermocouple for PID control as a susceptor, a heating rate of several tens of degrees Celsius / s or more can be controlled. In some cases, the substrate is introduced into a muffle furnace kept at a crystallization temperature. The use of an oxygen atmosphere as the heat treatment atmosphere makes thermal decomposition and crystallization easier than using an oxygen atmosphere. In particular, when a multilayer film is obtained, the above-described coating, drying, thermal decomposition, or crystallization process is repeated. As for the cooling rate after crystallization, rapid cooling is possible as compared with the bulk body, but if cracks occur in the thin film, the film is gradually cooled at least at 100 ° C./min or less.

【００４９】このように本実施例における誘電体層は、
出発原料として、金属とアルコールを反応させて合成し
た金属アルコキシド、または金属塩を用いる。ここで両
者の配合割合は、化学量推量比とすることが一般的であ
るが、ＰＺＴにおいてはバイロクロア相が生成され易い
ので５％程度のＰｂを過剰に配合する。なおバイロクロ
ア相とはペロブスカイト構造の強誘電体性を低下させる
蛍石型構造の一種である。強誘電体材料は何れも複数の
金属元素から成る複合酸化物であることから、金属元素
が分子レベルで均一に配置した分子構造をもつダブルア
ルキシド、複合アルキシドを用いることが多い。また溶
媒は、金属アルコキシド等の出発物質の溶解性がよく、
さらに乾燥速度が速すぎないアルコールや２−メトキシ
エタノール等を用いる。As described above, the dielectric layer in this embodiment is
As a starting material, a metal alkoxide or a metal salt synthesized by reacting a metal with an alcohol is used. Here, the mixing ratio of the two is generally a stoichiometric ratio, but in PZT, about 5% of Pb is excessively mixed because a byrochlore phase is easily generated. The bilochlor phase is a type of fluorite structure that reduces the ferroelectricity of the perovskite structure. Since all ferroelectric materials are composite oxides composed of a plurality of metal elements, double alkoxides and composite alkoxides having a molecular structure in which metal elements are uniformly arranged at a molecular level are often used. The solvent has good solubility of starting materials such as metal alkoxide,
Further, an alcohol, 2-methoxyethanol, or the like, whose drying rate is not too fast, is used.

【００５０】図１に示すプロセスにおいて原料となる金
属アルコキシドからの成膜の状態を簡略に図示したもの
が図２に示されている。FIG. 2 schematically shows a state of film formation from a metal alkoxide as a raw material in the process shown in FIG.

【００５１】一般に従来のゾル・ゲル法による強誘電体
膜の形成においては、ＰＺＴ膜の結晶化温度が４５０℃
前後であって、使用できる基板材料や電極材料が限られ
た材料になっている。すなわち基板材料としてはアルミ
ナ、ガラスセラミック、高耐熱ガラス板等のセラミック
系材料であって、電極材料としては上記の成膜温度で酸
化またはＰＺＴ等の誘電体層との拡散が少ない材料で形
成する必要がある。拡散防止にはバリアメタル層を形成
する必要があり、酸化防止には耐酸化性の高い選択する
ことになる。何れにしても従来のゾル・ゲル法の場合に
は成膜形成での結晶化温度が６００〜８００℃程度であ
って、採用できる基板材料はこの温度で耐えるものでな
ければならなかった。Generally, in forming a ferroelectric film by the conventional sol-gel method, the crystallization temperature of the PZT film is 450 ° C.
Before and after, usable substrate materials and electrode materials are limited. That is, the substrate material is a ceramic material such as alumina, a glass ceramic, or a high heat-resistant glass plate, and the electrode material is formed of a material such as oxidized or diffused with the dielectric layer such as PZT at the above-mentioned film forming temperature. There is a need. To prevent diffusion, it is necessary to form a barrier metal layer, and to prevent oxidation, a material having high oxidation resistance is selected. In any case, in the case of the conventional sol-gel method, the crystallization temperature for forming a film is about 600 to 800 ° C., and the substrate material that can be used must be able to withstand this temperature.

【００５２】ところが本実施例においては、光照射によ
って誘電体を構成するゾル・ゲル前駆体の塗膜を結晶化
させるようにしているために、プロセス温度、とくに結
晶化温度を１００〜２００℃程度の値にまで下げること
に成功している。このことから、基板材料や電極材料の
耐熱性による制限がなくなり、広範囲の材料の使用が可
能になっている。In this embodiment, however, the process temperature, especially the crystallization temperature, is set to about 100 to 200 ° C. because the coating of the sol-gel precursor constituting the dielectric is crystallized by light irradiation. Has been successfully reduced to the value of. For this reason, there is no limitation due to the heat resistance of the substrate material and the electrode material, and a wide range of materials can be used.

【００５３】図３によって具体的な薄膜キャパシタの製
造プロセスを説明する。図３において工程１は絶縁基板
２０を示している。なおここではガラスエポキシ材やポ
リイミド材等の有機材料基板が用いられる。このような
有機材料基板２０はその耐熱温度が１８０〜２３０℃程
度の値であってよい。A specific manufacturing process of the thin film capacitor will be described with reference to FIG. In FIG. 3, step 1 shows the insulating substrate 20. Here, an organic material substrate such as a glass epoxy material or a polyimide material is used. Such an organic material substrate 20 may have a heat resistant temperature of about 180 to 230 ° C.

【００５４】絶縁基板２０上にＣｕ箔を貼合せてエッチ
ングして電極２１を形成する。次に誘電体との熱拡散あ
るいは電極材の酸化防止のための処理を行なう。なおこ
こでゾル・ゲル前駆体２２は、処理温度によっては先に
形成したＣｕ等の電極２１のままでも構わない。表面処
理は、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ等をメッキ法、蒸着、スパッタ
リング、ＣＶＤ等の方法で形成することになる。これに
よって絶縁基板２０上に電極２１が形成される。An electrode 21 is formed by bonding and etching a Cu foil on the insulating substrate 20. Next, a process for preventing thermal diffusion with the dielectric or oxidation of the electrode material is performed. Here, the sol-gel precursor 22 may be the electrode 21 of Cu or the like previously formed depending on the processing temperature. In the surface treatment, Ni / Au, Pt, or the like is formed by a method such as plating, vapor deposition, sputtering, or CVD. Thus, the electrode 21 is formed on the insulating substrate 20.

【００５５】次に工程３について説明する。工程３はゾ
ル・ゲル前駆体２２の塗布工程である。塗布方法として
は、スピンコート法、スプレーコート法、デップ法等の
方法が用いられる。またこのときの膜厚は、サブミクロ
ンオーダーの膜２２を誘電体層の膜厚として考える。通
常は５０〜５００ｎｍの膜厚が用いられる。Next, step 3 will be described. Step 3 is a step of applying the sol-gel precursor 22. As a coating method, a method such as a spin coating method, a spray coating method, and a dipping method is used. At this time, the film 22 on the order of submicron is considered as the film thickness of the dielectric layer. Usually, a film thickness of 50 to 500 nm is used.

【００５６】最終的に２００ｎｍの膜厚とした場合に
は、３回程度塗布することによってこのような膜厚に達
するように１回の塗布作業での膜厚形成条件を見出すこ
とになる。When the film thickness is finally set to 200 nm, a film forming condition in one coating operation is determined so as to reach such a film thickness by coating about three times.

【００５７】工程４は結晶化の工程である。結晶化は、
電極２１が形成されている部分のみに波長が２４８ｎｍ
のＫｒＦレーザ光、波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザ光
等を照射することによって行なわれる。このときの照射
条件は周波数が１０Ｈｚでエネルギーが３０〜５０ｍｊ
／Ｃｍ² でショット数を１００とする。Step 4 is a crystallization step. Crystallization is
The wavelength is 248 nm only in the portion where the electrode 21 is formed.
Of KrF laser light, ArF laser light having a wavelength of 193 nm, or the like. The irradiation conditions at this time are a frequency of 10 Hz and an energy of 30 to 50 mj.
The number of shots is set to 100 at / Cm ² .

【００５８】このようなレーザ光は、ゾル・ゲル溶液２
２に十分吸収される波長を選択する。またレーザ光が照
射された部分は結晶化され、それ以外の部分は乾燥状態
のままになっている。レーザ光の照射方法に関しては、
照射する部分を開口したマスクを基板２０の表面全体に
かけて行なうようにしてもよく、あるいはまたレーザ光
照射口を取付けたロボット等により目標の座標位置にレ
ーザ光を照射することも可能である。Such a laser beam is applied to the sol-gel solution 2
2. Choose a wavelength that is well absorbed by 2. The portion irradiated with the laser beam is crystallized, and the other portions remain in a dry state. Regarding the laser beam irradiation method,
A mask having an opening to be irradiated may be applied to the entire surface of the substrate 20, or the target coordinate position may be irradiated with laser light by a robot or the like having a laser light irradiation port.

【００５９】工程５は工程４の繰返しになる。ここで右
側の電極２１にはレーザ光を照射しない。Step 5 is a repetition of step 4. Here, the right electrode 21 is not irradiated with laser light.

【００６０】工程６はエッチング工程に当る。先の工程
４および工程５で形成したゾル・ゲル前駆体２２の結晶
化した部分２３を残して結晶化していない部分を水また
はアルコール等により洗浄除去する。このようにして図
３に示すように左側の電極２１上には２層の誘電体層２
３が形成されている。これに対して右側の電極２１には
１層の誘電体層２３が形成される。すなわち各回ごとの
塗布膜２２の結晶化を選択的に行なうことによって、そ
れぞれの位置の誘電体層２３の膜厚を調整することが可
能になる。Step 6 corresponds to an etching step. The uncrystallized portion of the sol-gel precursor 22 formed in the previous steps 4 and 5 except for the crystallized portion 23 is washed and removed with water or alcohol. Thus, as shown in FIG. 3, two dielectric layers 2 are formed on the left electrode 21.
3 are formed. On the other hand, a single dielectric layer 23 is formed on the right electrode 21. That is, by selectively performing crystallization of the coating film 22 each time, it is possible to adjust the thickness of the dielectric layer 23 at each position.

【００６１】工程７は上側電極２４の形成である。上側
電極２４は下側電極２１と同じ材料を用いて形成されて
よい。また形成方法としては、印刷法、メッキ法、スパ
ッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等の内から任意の方法が選択
されてよい。Step 7 is the formation of the upper electrode 24. The upper electrode 24 may be formed using the same material as the lower electrode 21. As a forming method, an arbitrary method may be selected from a printing method, a plating method, a sputtering method, an evaporation method, a CVD method, and the like.

【００６２】[0062]

【発明の効果】本願の一発明は、絶縁基板上に形成され
る薄膜キャパシタにおいて、薄膜キャパシタの誘電体層
が光アシストゾル・ゲル法による無機酸化物薄膜から構
成されるようにしたものである。According to one aspect of the present invention, there is provided a thin film capacitor formed on an insulating substrate, wherein a dielectric layer of the thin film capacitor is formed of an inorganic oxide thin film by a photo-assisted sol-gel method. .

【００６３】従って光アシストゾル・ゲル法によって絶
縁基板上に形成された無機酸化物薄膜によって薄膜キャ
パシタが形成されるようになる。従ってこのようなキャ
パシタによって所定の静電容量が発現されることにな
る。Accordingly, a thin film capacitor is formed by the inorganic oxide thin film formed on the insulating substrate by the photo-assisted sol-gel method. Therefore, a predetermined capacitance is developed by such a capacitor.

【００６４】製造方法に関する主要な発明は、電極が形
成された絶縁基板上に金属酸化物の前駆体ゾルを塗布し
て塗膜を形成する工程と、塗膜に光を照射して結晶化さ
せて誘電体層を形成する工程と、結晶化されない塗膜を
除去する工程と、誘電体層の上に上側電極を形成する工
程と、を具備するようにしたものである。The main invention relating to the manufacturing method includes a step of applying a precursor sol of a metal oxide on an insulating substrate on which electrodes are formed to form a coating film, and irradiating the coating film with light to crystallize the coating film. Forming a dielectric layer, removing a coating film that is not crystallized, and forming an upper electrode on the dielectric layer.

【００６５】従ってとくに塗膜に光を照射して結晶化さ
せて誘電体層を形成しているために、低い温度で結晶化
させることが可能になり、このために基板材料や電極材
料の耐熱性が要求されなくなって広い範囲の材料の使用
が可能になるとともに、低コストで薄膜キャパシタを製
造することが可能になる。Accordingly, since the dielectric layer is formed by irradiating the coating film with light to crystallize, it is possible to crystallize at a low temperature. In addition, the use of a wide range of materials is no longer required, and a thin-film capacitor can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】誘電体層を形成するプロセスを示すフローチャ
ートである。FIG. 1 is a flowchart showing a process for forming a dielectric layer.

【図２】同誘電体層を形成する動作を示す正面図であ
る。FIG. 2 is a front view showing an operation of forming the same dielectric layer.

【図３】絶縁基板上に誘電体層を形成するプロセスを順
を追って説明する縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view for sequentially explaining a process of forming a dielectric layer on an insulating substrate.

【図４】従来の薄膜コンデンサの平面図である。FIG. 4 is a plan view of a conventional thin film capacitor.

【図５】同縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the same.

【図６】従来の厚膜コンデンサの拡大断面図である。FIG. 6 is an enlarged sectional view of a conventional thick film capacitor.

【図７】従来の別のキャパシタの平面図である。FIG. 7 is a plan view of another conventional capacitor.

【図８】さらに別のキャパシタの平面図である。FIG. 8 is a plan view of still another capacitor.

【図９】同キャパシタの縦断面図である。FIG. 9 is a longitudinal sectional view of the capacitor.

【図１０】積層型キャパシタの縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the multilayer capacitor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１‥‥絶縁基板、２‥‥スルーホール、３‥‥配線導
体、４‥‥バリアメタル／下電極、５‥‥誘電体層、６
‥‥上電極、７‥‥誘電体粒子、１１、１２‥‥電極、
２０‥‥絶縁基板、２１‥‥電極、２２‥‥ゾル・ゲル
前駆体、２３‥‥結晶化部（誘電体層）、２４‥‥上側
電極1 insulating board, 2 through hole, 3 wiring conductor, 4 barrier metal / lower electrode, 5 dielectric layer, 6
{Upper electrode, 7} dielectric particles, 11, 12} electrode,
20 ° insulating substrate, 21 ° electrode, 22 ° sol-gel precursor, 23 ° crystallized part (dielectric layer), 24 ° upper electrode

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】絶縁基板上に形成される薄膜キャパシタに
おいて、 前記薄膜キャパシタの誘電体層が光アシストゾル・ゲル
法による無機酸化物薄膜から構成されることを特徴とす
る薄膜キャパシタ。1. A thin film capacitor formed on an insulating substrate, wherein the dielectric layer of the thin film capacitor is formed of an inorganic oxide thin film by a photo-assisted sol-gel method. 【請求項２】多層の無機酸化物薄膜によって前記誘電体
層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜
キャパシタ。2. The thin film capacitor according to claim 1, wherein said dielectric layer is formed by a multilayer inorganic oxide thin film. 【請求項３】前記薄膜キャパシタが回路基板の表面また
は内層部に形成されていることを特徴とする請求項１に
記載の薄膜キャパシタ。3. The thin film capacitor according to claim 1, wherein said thin film capacitor is formed on a surface or an inner layer of a circuit board. 【請求項４】電極が形成された絶縁基板上に金属酸化物
の前駆体ゾルを塗布して塗膜を形成する工程と、 前記塗膜に光を照射して結晶化させて誘電体層を形成す
る工程と、 結晶化されない塗膜を除去する工程と、 誘電体層の上に上側電極を形成する工程と、 を具備するキャパシタの製造方法。4. A step of applying a precursor sol of a metal oxide on an insulating substrate on which electrodes are formed to form a coating film, and irradiating the coating film with light to crystallize the dielectric layer. A method for manufacturing a capacitor, comprising: a step of forming; a step of removing a coating film that is not crystallized; and a step of forming an upper electrode on a dielectric layer. 【請求項５】光の照射が波長が３６０ｎｍ以下の紫外光
の照射であることを特徴とする請求項４に記載の薄膜キ
ャパシタの製造方法。5. The method according to claim 4, wherein the irradiation of light is irradiation of ultraviolet light having a wavelength of 360 nm or less. 【請求項６】塗膜の形成と結晶化とが複数回行なわれて
多層の誘電体層が形成されることを特徴とする請求項４
に記載の薄膜キャパシタの製造方法。6. A multi-layered dielectric layer is formed by performing coating film formation and crystallization a plurality of times.
3. The method for manufacturing a thin film capacitor according to item 1. 【請求項７】誘電体層の全体の膜厚を変えることによっ
て静電容量が調整されることを特徴とする請求項４に記
載の薄膜キャパシタの製造方法。7. The method according to claim 4, wherein the capacitance is adjusted by changing the overall thickness of the dielectric layer. 【請求項８】電極の面積を変えることによって静電容量
が調整されることを特徴とする請求項４に記載の薄膜キ
ャパシタの製造方法。8. The method according to claim 4, wherein the capacitance is adjusted by changing the area of the electrode. 【請求項９】薄膜キャパシタを形成した後にトリミング
を行なって静電容量を調整することを特徴とする請求項
４に記載の薄膜キャパシタの製造方法。9. The method according to claim 4, wherein trimming is performed after forming the thin film capacitor to adjust the capacitance. 【請求項１０】誘電体層の膜厚を変えることによって耐
電圧が調整されることを特徴とする請求項４に記載の薄
膜キャパシタの製造方法。10. The method according to claim 4, wherein the withstand voltage is adjusted by changing the thickness of the dielectric layer.