JP2003249417A - コンデンサ構造体およびその製造方法 - Google Patents

コンデンサ構造体およびその製造方法

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JP2003249417A
JP2003249417A JP2002047958A JP2002047958A JP2003249417A JP 2003249417 A JP2003249417 A JP 2003249417A JP 2002047958 A JP2002047958 A JP 2002047958A JP 2002047958 A JP2002047958 A JP 2002047958A JP 2003249417 A JP2003249417 A JP 2003249417A
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Yukio Sakashita
幸雄 坂下
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に小型で大容量のコンデンサ構造体および
その製造方法を提供すること。 【解決手段】 細孔形成用基板2を陽極酸化して、それ
ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔6が
規則的に配列された多孔質基板10aを形成する。多孔
質基板10aをマスクとして用いて薄膜成膜処理を行
い、コンデンサ用基板14の表面に、それぞれの外径が
数nmから数百nmの多数の柱状体12が規則的に配列
された第1電極15を形成する。柱状体12の外側を覆
うように、第1電極15の表面に、誘電体薄膜16を形
成する。柱状体12の外側を覆うように、誘電体薄膜1
6の表面に第2電極18を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ構造体
およびその製造方法に係り、特に小型で大容量のコンデ
ンサ構造体およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の薄膜コンデンサとしては、誘電体
薄膜として、BST(Ba,Sr,Ti)系またはPM
N(Pb,Ma,Nb)系の単層の誘電体薄膜を用いた
薄膜コンデンサが知られている。この種の薄膜コンデン
サでは、誘電体の薄膜化により低誘電率化が進み、期待
されるほどには、大容量化が困難である。また、誘電体
薄膜の全体的な表面積が小さいことも、大容量化のネッ
クになっている。
【0003】コンデンサの容量を大容量化させるための
手段として、特開平5−335172号公報に示すよう
に、導電体電極とCVD法により形成される誘電体層と
を交互に積層した薄膜積層コンデンサが提案されてい
る。
【0004】しかしながら、この公報に示す薄膜積層コ
ンデンサでは、その製造に際して、マスクの位置合わせ
精度が要求され、生産効率が低いという課題を有する。
また、表面性の問題から、積層数にも限界があり、期待
されるほどには、大容量化が困難であるという課題も有
する。
【0005】また、特開平9−45577号公報に示す
ように、基板の平面をエッチングすることにより、同一
平面内に櫛形電極を形成し、その櫛形電極の表面に誘電
体膜をCVDなどの薄膜形成法により形成した垂直型薄
膜コンデンサも提案されている。
【0006】しかしながら、この公報に示すコンデンサ
では、その製造に際して、通常のレジストマスクを用い
るフォトリソグラフィ法を利用して櫛形電極を形成する
ために、その微細化には限界があり、期待されるほどに
は、大容量化が困難であるという課題を有する。
【0007】なお、特開平11−297625号公報に
示すように、Al基板を陽極酸化して得られる多孔質ア
ルミナ基板をマスクとして用いて、半導体量子ドットを
形成する方法が提案されている。しかしながら、この方
法は、半導体量子ドットを形成するための方法であり、
薄膜コンデンサを製造するためのものではなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
実状に鑑みてなされ、その目的とするところは、特に小
型で大容量のコンデンサ構造体およびその製造方法を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の観点に係るコンデンサ構造体の製造
方法は、細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞれの内
径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的に配
列された多孔質基板を形成する工程と、前記多孔質基板
をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行い、コンデンサ
用基板の表面に、それぞれの外径が数nmから数百nm
の多数の柱状体が規則的に配列された第1電極を形成す
る工程と、前記柱状体の外側を覆うように、前記第1電
極の表面に、誘電体薄膜を形成する工程と、前記柱状体
の外側を覆うように、前記誘電体薄膜の表面に第2電極
を形成する工程とを有する。本発明の第1の観点に係る
コンデンサ構造体の製造方法において、前記第2電極の
表面にも、同様にして、それぞれの外径が数nmから数
百nmの多数の柱状体を規則的に形成し、コンデンサ構
造体を、二層以上の積層構造にしても良い。すなわち、
本発明の第1の観点に係る積層型コンデンサ構造体の製
造方法は、細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞれの
内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的に
配列された多孔質基板を形成する工程と、前記多孔質基
板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行い、コンデン
サ用基板の表面に、それぞれの外径が数nmから数百n
mの多数の第1柱状体が規則的に配列された第1電極を
形成する工程と、前記第1柱状体の外側を覆うように、
前記第1電極の表面に、第1誘電体薄膜を形成する工程
と、前記第1柱状体の外側を覆うように、前記第1誘電
体薄膜の表面に第2電極を形成する工程と、前記多孔質
基板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行い、前記第
2電極の表面に、それぞれの外径が数nmから数百nm
の多数の第2柱状体を規則的に形成する工程と、前記第
2柱状体の外側を覆うように、前記第2電極の表面に、
第2誘電体薄膜を形成する工程と、前記第2柱状体の外
側を覆うように、前記第2誘電体薄膜の表面に第3電極
を形成する工程と、を有する。
【0010】本発明の第1の観点に係るコンデンサ構造
体は、細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞれの内径
が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的に配列
された多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を
行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの外径が数
nmから数百nmの多数の柱状体が規則的に形成された
第1電極と、前記柱状体の外側を覆うように、前記第1
電極の表面に形成された誘電体薄膜と、前記柱状体の外
側を覆うように、前記誘電体薄膜の表面に形成された第
2電極と、を有する。本発明の第1の観点に係るコンデ
ンサ構造体において、前記第2電極の表面にも、同様に
して、それぞれの外径が数nmから数百nmの多数の柱
状体を規則的に形成し、コンデンサ構造体を、二層以上
の積層構造にしても良い。すなわち、本発明の第1の観
点に係る積層型コンデンサ構造体は、細孔形成用基板を
陽極酸化して、それぞれの内径が数nmから数百nmの
多数の柱状細孔が規則的に配列された多孔質基板をマス
クとして用いて薄膜成膜処理を行い、コンデンサ用基板
の表面に、それぞれの外径が数nmから数百nmの多数
の第1柱状体が規則的に形成された第1電極と、前記第
1柱状体の外側を覆うように、前記第1電極の表面に形
成された第1誘電体薄膜と、前記第1柱状体の外側を覆
うように、前記第1誘電体薄膜の表面に形成された第2
電極と、前記多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成膜
処理を行い、前記第2電極の表面に規則的に形成され、
それぞれの外径が数nmから数百nmの多数の第2柱状
体と、前記第2柱状体の外側を覆うように、前記第2電
極の表面に形成された第2誘電体薄膜と、前記第2柱状
体の外側を覆うように、前記第2誘電体薄膜の表面に形
成された第3電極と、を有する。本発明の第1の観点に
係るコンデンサは、上記のコンデンサ構造体を有する。
【0011】本発明の第2の観点に係るコンデンサ構造
体の製造方法は、細孔形成用基板を陽極酸化して、それ
ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規
則的に配列された多孔質基板を形成する工程と、前記多
孔質基板をマスクとして用いてエッチング処理を行い、
コンデンサ用基板の表面に、それぞれの外径が数nmか
ら数百nmの多数の柱状細孔が規則的に配列された第1
電極を形成する工程と、前記柱状細孔の内部に入り込む
ように、前記第1電極の表面に、誘電体薄膜を形成する
工程と、前記柱状細孔の内部に入り込むように、前記誘
電体薄膜の表面に、第2電極を形成する工程とを有す
る。本発明の第2の観点に係るコンデンサ構造体の製造
方法において、前記第2電極の表面にも、同様にして、
それぞれの外径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔
を規則的に形成し、コンデンサ構造体を、二層以上の積
層構造にしても良い。すなわち、本発明の第2の観点に
係る積層型コンデンサ構造体の製造方法は、細孔形成用
基板を陽極酸化して、それぞれの内径が数nmから数百
nmの多数の柱状細孔が規則的に配列された多孔質基板
を形成する工程と、前記多孔質基板をマスクとして用い
てエッチング処理を行い、コンデンサ用基板の表面に、
それぞれの外径が数nmから数百nmの多数の第1柱状
細孔が規則的に配列された第1電極を形成する工程と、
前記第1柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1電
極の表面に、第1誘電体薄膜を形成する工程と、前記第
1柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1誘電体薄
膜の表面に、第2電極を形成する工程と、前記多孔質基
板をマスクとして用いてエッチング処理を行い、前記第
2電極の表面に、それぞれの外径が数nmから数百nm
の多数の第2柱状細孔を規則的に形成する工程と、前記
第2柱状細孔の内部に入り込むように、前記第2電極の
表面に、第2誘電体薄膜を形成する工程と、前記第2柱
状細孔の内部に入り込むように、前記第2誘電体薄膜の
表面に、第3電極を形成する工程と、を有する。
【0012】本発明の第2の観点に係るコンデンサ構造
体は、細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞれの内径
が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的に配列
された多孔質基板をマスクとして用いてエッチング処理
を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの内径が
数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的に形成さ
れた第1電極と、前記柱状細孔の内部に入り込むよう
に、前記第1電極の表面に形成された誘電体薄膜と、前
記柱状細孔の内部に入り込むように、前記誘電体薄膜の
表面に形成された第2電極と、を有する。本発明の第2
の観点に係るコンデンサ構造体の製造方法において、前
記第2電極の表面にも、同様にして、それぞれの外径が
数nmから数百nmの多数の柱状細孔を規則的に形成
し、コンデンサ構造体を、二層以上の積層構造にしても
良い。すなわち、本発明の第2の観点に係る積層型コン
デンサ構造体は、細孔形成用基板を陽極酸化して、それ
ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規
則的に配列された多孔質基板をマスクとして用いてエッ
チング処理を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞ
れの内径が数nmから数百nmの多数の第1柱状細孔が
規則的に形成された第1電極と、前記第1柱状細孔の内
部に入り込むように、前記第1電極の表面に形成された
第1誘電体薄膜と、前記第1柱状細孔の内部に入り込む
ように、前記第1誘電体薄膜の表面に形成された第2電
極と、前記多孔質基板をマスクとして用いてエッチング
処理を行い、前記第2電極の表面に規則的に形成され、
それぞれの内径が数nmから数百nmの多数の第2柱状
細孔と、前記第2柱状細孔の内部に入り込むように、前
記第2電極の表面に形成された第2誘電体薄膜と、前記
第2柱状細孔の内部に入り込むように、前記第2誘電体
薄膜の表面に形成された第3電極と、を有する。本発明
の第2の観点に係るコンデンサは、上記のコンデンサ構
造体を有する。なお、本発明では、本発明の第1の観点
に係るコンデンサ構造体と第2の観点に係るコンデンサ
構造体とを組み合わせて積層構造にしても良い。
【0013】本発明に係るコンデンサ構造体の製造方法
では、アルミニウム(Al)基板などの細孔形成用基板
をシュウ酸などの二塩基酸中で陽極酸化する際に基板の
表面に得られる規則的な数nmから数百nmの柱状孔を
持つ多孔質基板層を利用している。なお、多孔質基板層
における柱状孔の内径は、陽極酸化の際の電流および電
圧を制御することで制御される。
【0014】本発明では、このようにして得られる多孔
質基板をマスクとして、薄膜成膜処理(あるいはエッチ
ング処理)を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞ
れの外径(または内径)が数nmから数百nmの多数の
柱状体(または柱状孔)が規則的に配列された第1電極
を形成する。
【0015】これらの柱状体の外側を覆う(または柱状
細孔の内部に入り込む)ように、第1電極の表面に、誘
電体薄膜を形成し、これらの柱状体の外側を覆う(また
は柱状細孔の内部に入り込む)ように、誘電体薄膜の表
面に第2電極を形成する。
【0016】その結果、第1電極と第2電極とが、誘電
体薄膜を介して対峙することになり、コンデンサ構造体
が得られる。このコンデンサ構造体は、チップ状コンデ
ンサとして用いることができると共に、たとえば集積回
路のキャパシタ素子などとしても利用することができ
る。
【0017】このようにして得られたコンデンサ構造体
では、第1電極の表面に、数nmから数百nmの多数の
柱状体(または柱状細孔)が規則的に形成してあること
から、その上に形成される誘電体薄膜の表面積が増大
し、静電容量が飛躍的に増大し、小型で大容量のコンデ
ンサ構造体を実現することができる。たとえば柱状体
(または柱状細孔)が何ら形成されていない従来のコン
デンサ構造体に比較して、本発明のコンデンサ構造体
は、静電容量が2桁以上増大する。
【0018】なお、多数の柱状体(または柱状細孔)が
規則的に形成してあることが好ましいのは、不規則であ
ると、隣接する柱状体(または柱状細孔)が接触してし
まい、誘電体薄膜の表面積の増大効果が減少するからで
ある。
【0019】隣接する柱状体(または柱状細孔)の配置
ピッチは、特に限定されないが、数nm〜数百nmであ
り、各柱状体(または柱状細孔)の高さ(または深さ)
は、特に限定されないが、好ましくは1nm〜数μm、
さらに好ましくは10nm〜1μmである。これらの高
さ(または深さ)は、高い(または深い)程、静電容量
の増大に効果があるが、製造が困難になる傾向にある。
【0020】本発明において、好ましくは、前記誘電体
薄膜を、化学気相析出(CVD)法により形成する。C
VD法により形成される誘電体薄膜は、比誘電率が10
0以上に高く、静電容量の増大に寄与し、しかも高周波
特性に優れている。本発明では、CVD法の中でも、M
OCVDが好ましい。また、本発明において、コンデン
サ構造体を積層構造にすることで、その積層数に応じ
て、コンデンサの静電容量を増大させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面に示す実施
形態に基づき説明する。図1は本発明の一実施形態に係
るコンデンサ構造体の製造方法に用いる細孔形成用基板
の要部斜視図、図2は細孔形成用基板に形成してある柱
状細孔の平面図、図3(A)および図3(B)は本発明
の一実施形態に係るコンデンサ構造体の製造過程を示す
要部断面図、図4は図3(B)に示す柱状体の平面図、
図5(A)および図5(B)は本発明の他の実施形態に
係るコンデンサ構造体の製造過程を示す要部断面図、図
6は本発明の他の実施形態に係るコンデンサ構造体の要
部断面図、図7は本発明のさらにその他の実施形態に係
るコンデンサ構造体の要部断面図である。
【0022】第1実施形態 本実施形態では、図1に示すように、まず、細孔形成用
基板としてのAl基板2を準備する。Al基板2は、た
とえばアルミニウム箔などで構成される。このAl基板
2の表面を、たとえばシュウ酸などの二塩基酸中で陽極
酸化させる。
【0023】その結果、図1および図2に示すように、
Al基板2の表面に、それぞれの内径が数nmから数百
nmの多数の円柱状細孔6が規則的に配列された多孔質
基板層10が形成される。多孔質基板層10は、アルミ
ナ層で構成される。
【0024】円柱状細孔6の内径および深さ、および配
置ピッチなどは、陽極酸化時の電圧および電流を調整す
ることにより制御することができる。Al基板2の表面
に、それぞれの内径が数nmから数百nmの多数の円柱
状細孔6が規則的に配列された多孔質基板層10が形成
される条件などは、たとえばNATURE Vol.337, P.147(19
89)などに記載されている。
【0025】本実施形態では、Al基板2の表面に多孔
質基板層10が形成され、その背面側に、細孔6が形成
されない領域2aが残ることになる。そこで、本実施形
態では、その残りの領域2aをエッチング処理あるいは
機械的研磨処理などで除去し、図3(A)に示すよう
に、細孔6が表裏面で貫通する多孔質基板10aを形成
する。多孔質基板10aの厚みは、好ましくは1〜50
0μmである。その厚みがあまりに薄いと、マスクとし
ての機械的強度が不足する傾向にあり、厚すぎる多孔質
基板10aの製造は困難である。
【0026】なお、Al基板2の厚みや陽極酸化時の電
圧および電流を調整することにより、円柱状細孔6をA
l基板2の表裏面に対して貫通させて形成することも可
能である。その場合には、陽極酸化の結果として得られ
る基板は、多孔質基板10aそのものとなる。
【0027】次に、図3(A)に示すように、コンデン
サ用基板14の表面に、まず、第1電極15の一部とな
る面状電極層11を、蒸着法、スパッタリング法などの
薄膜成膜法により形成する。その時には、多孔質基板1
0aをマスクとしては使用しない。その後に、好ましく
は引き続き、多孔質基板10aをマスクとして、好まし
くは面状電極層11を成膜するための薄膜成膜法と同じ
薄膜成膜処理を行う。その結果、マスク10aに形成さ
れた細孔6のパターン形状に合わせて、面状電極層11
の表面に、それぞれの外径が数nmから数百nmの多数
の円柱状体12が規則的に形成される。面状電極層11
と円柱状体12とが、第1電極15を形成する。なお、
コンデンサ用基板14の材質としては、特に限定され
ず、たとえば石英基板などのガラス基板、単結晶基板、
あるいはその他の基板が用いられる。また、基板14の
厚みは、特に限定されないが、好ましくは0.1〜1mm
である。コンデンサ用基板14は、絶縁性物質で構成さ
れることが好ましい。
【0028】面状電極層11と円柱状体12とは、好ま
しくは同じ材質で構成され、たとえばニッケル、白金、
銅、あるいはこれらの一部を含む合金、あるいはルテニ
ウムオキサイド合金などの導電性金属で構成される。具
体的な材質は、その後に成膜される誘電体薄膜16の材
質との相性などで決定される。
【0029】面状電極層11の厚みは、特に限定されな
いが、好ましくは50〜500nmである。円柱状体1
2の外径φ1は、細孔6の内径にほぼ対応し、数nmか
ら数百nmである。また、円柱状体12の高さは、薄膜
成膜時間などにより制御され、好ましくは1nm〜数μ
m、さらに好ましくは10nm〜1μmである。これら
の高さは、高い程、静電容量の増大に効果があるが、製
造が困難になる傾向にある。
【0030】図4に示すように、円柱状体12は、多孔
質基板10aにおける細孔6の配置ピッチに対応して、
規則正しく配置される。たとえば隣接する3つの円柱状
体12は、ほぼ正三角形の位置に配置され、円柱状体1
2の配置ピッチ間隔Lは、柱状体12の外径φ1との関
係で決定され、数nm〜数百nmである。このピッチ間
隔Lは、柱状体12の外周に厚さt1の誘電体薄膜16
が後工程で成膜されたとしても、隣接する柱状体12間
で、その外周に成膜される誘電体薄膜16が接触しない
程度の間隔である。厚さt1については、後述する。
【0031】次に、図3(B)に示すように、柱状体1
2の外側を覆うように、第1電極15の表面に、誘電体
薄膜16を成膜する。誘電体薄膜16は、好ましくはM
OCVDにより成膜される。誘電体薄膜16の材質とし
ては、特に限定されないが、BST、PMNなどのペロ
ブスカイト化合物、BiTなどのビスマス層状化合物な
ど、比誘電率が100以上のものが例示される。誘電体
薄膜16の厚みt1は、好ましくは10〜500nm程
度である。この厚みt1は、図4において、(L−φ1
−2×t1)が0よりも大きくなるように決定される。
すなわち、隣接する円柱状体12の間で、それらの外周
に形成される誘電体薄膜16の相互が接触しないよう
に、厚みt1が決定される。好ましくは、厚みt1は、
(L−φ1)/2の50〜90%が望ましい。
【0032】その後、図3(B)に示すように、各円柱
状体12の外側を覆って埋め込むようように、第2電極
18を、誘電体薄膜16の表面に形成する。第2電極1
8は、第1電極15と同様な材質で構成され、同様な成
膜法により成膜される。ただし、第2電極18の成膜に
際しては、多孔質基板10aをマスクとしては用いな
い。また、第1電極15と第2電極18とは、材質を異
ならせても良い。第2電極18の成膜後に、その表面を
平坦化処理しても良い。平坦化処理は、たとえば化学機
械研磨(CMP)処理などで行うこともできる。最終的
に得られる第2電極18の厚みは、第1電極15の厚み
と同程度である。
【0033】このようにして得られたコンデンサ構造体
30では、第1電極15の表面に、数nmから数百nm
の多数の柱状体12が規則的に形成してあることから、
その上に形成される誘電体薄膜16の表面積が増大し、
静電容量が飛躍的に増大し、小型で大容量のコンデンサ
構造体30を実現することができる。たとえば柱状体
(または柱状細孔)が何ら形成されていない従来のコン
デンサ構造体に比較して、本実施形態のコンデンサ構造
体30は、静電容量が2桁以上増大する。
【0034】また本実施形態では、多数の柱状体12が
規則的に形成してあることから、隣接する柱状体12が
接触することなく、誘電体薄膜16における表面積の増
大効果が増大する。
【0035】本実施形態のコンデンサ構造体30は、チ
ップ状コンデンサとして用いることができると共に、た
とえば集積回路のキャパシタ素子などとしても利用する
ことができる。
【0036】第2実施形態 図5(A)および図5(B)に示すように、本実施形態
の方法は、前記の第1実施形態の方法の変形例であり、
以下の説明では、前記の第1実施形態の方法と異なる部
分についてのみ詳細に説明し、共通する部分の説明は省
略する。
【0037】前記第1実施形態と同様にして多孔質基板
10aを形成した後、この多孔質基板10aを利用して
エッチング処理を行い、第1電極20の表面に多数の規
則的な柱状細孔22を形成する。円柱状細孔22の内径
は、多孔質基板10aの細孔6の内径にほぼ対応し、数
nmから数百nmである。また、円柱状細孔22の配置
パターンも、多孔質基板10aの細孔6の配置パターン
にほぼ対応する。円柱状細孔22の深さは、図3(A)
に示す柱状体12の高さとほぼ同様である。円柱状細孔
22は、第1電極20を貫通せず、基板14の表面で、
面状電極層23が残るように形成される。第1電極20
は、図3(A)に示す面状電極11と同様な成膜法によ
り成膜され、同様な材質で構成される。なお、この実施
形態では、円柱状細孔22は、第1電極20を貫通させ
ても良い。円柱状細孔22が第1電極20を貫通させた
としても、細孔22以外の部分で、第1電極20は、相
互に切断されることなく電気的に接続しているからであ
る。
【0038】次に、図5(B)に示すように、円柱状細
孔22の内部に入り込むように、第1電極20の表面
に、誘電体薄膜24を形成する。誘電体薄膜24は、図
3(B)に示す誘電体薄膜16と同様な薄膜成膜法によ
り成膜され、同様な材質で構成される。誘電体薄膜24
の厚みは、誘電体薄膜16と同程度である。ただし、誘
電体薄膜24の厚みは、細孔22を完全に埋め込まない
ように決定される。なお、細孔22の内径は、柱状体1
2の外径よりも大きく設計されることが好ましく、10
〜1000nm程度が好ましい。また、誘電体薄膜16
の厚みは、細孔22の内径の10〜45%の厚みである
ことが好ましい。
【0039】次に、図5(B)に示すように、柱状細孔
22の内部に入り込むように、誘電体薄膜24の表面に
第2電極26を成膜する。第2電極26は、図3(B)
に示す第2電極18と同様な方法により成膜され、同様
な最終厚みを有する。
【0040】このようにして得られたコンデンサ構造体
40では、第1電極20の表面に、数nmから数百nm
の多数の円柱状細孔22が規則的に形成してあることか
ら、その上に形成される誘電体薄膜24の表面積が増大
し、静電容量が飛躍的に増大し、小型で大容量のコンデ
ンサ構造体40を実現することができる。たとえば柱状
体(または柱状細孔)が何ら形成されていない従来のコ
ンデンサ構造体に比較して、本実施形態のコンデンサ構
造体40は、静電容量が2桁以上増大する。
【0041】また本実施形態では、多数の円柱状細孔2
2が規則的に形成してあることから、隣接する細孔22
が接触することなく、誘電体薄膜24における表面積の
増大効果が増大する。
【0042】本実施形態のコンデンサ構造体40は、チ
ップ状コンデンサとして用いることができると共に、た
とえば集積回路のキャパシタ素子などとしても利用する
ことができる。
【0043】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。たとえば図6に示すように、前記第1実
施形態において、図3(B)に示す第2電極18を形成
した後、その表面を平坦化して、その上に、同様な手法
により、図3(B)に示すコンデンサ構造体を積層させ
ても良い。すなわち、第2電極18の表面に、前記と同
様な方法により、多数の円柱状体12を形成し、その上
に、誘電体膜16を形成し、その上に、第3電極19を
形成するのである。第3電極19は、第2電極18と同
様にして形成され、同様な材質で構成される。これらの
工程を繰り返せば、図3(B)に示すコンデンサ構造体
が二層以上に積層された積層型のコンデンサ構造体30
aを得ることができる。あるいは、図7に示すように、
前記第2実施形態において、図5(B)に示す第2電極
26を形成した後、その表面を平坦化して、その上に、
同様な手法により、図5(B)に示すコンデンサ構造体
を積層させても良い。すなわち、第2電極26の表面
に、前記と同様な方法により、多数の円柱状細孔22を
形成し、その上に、誘電体膜24を形成し、その上に、
第3電極27を形成するのである。第3電極27は、第
2電極26と同様にして形成され、同様な材質で構成さ
れる。これらの工程を繰り返せば、図5(B)に示すコ
ンデンサ構造体が二層以上に積層された積層型のコンデ
ンサ構造体40aを得ることができる。また、本発明で
は、図3(B)に示すコンデンサ構造体と、図5(B)
に示すコンデンサ構造体とを組み合わせて積層させても
良い。このような積層型のコンデンサ構造体によれば、
積層数に応じて、コンデンサの静電容量を増大させるこ
とができる。
【0044】
【実施例】以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づ
き説明するが、本発明は、これら実施例に限定されな
い。
【0045】実施例1 まず、多孔質基板10aを形成した。多孔質基板10a
を形成するための条件は、次の通りである。厚さ0.1
mmのアルミニウム箔を用い、陽極酸化処理を行った。陽
極酸化時の処理液としては、シュウ酸を用いた。陽極酸
化時の電圧は、40Vであった。陽極酸化処理の結果、
アルミニウム箔に、内径が50nmで、ピッチLが30
0nmの貫通した多数の規則正しく配置された円柱状細
孔が得られた。円柱状細孔の配置は、隣接する3つの細
孔の中心を結ぶ線がほぼ正三角形になる配置であった。
【0046】石英板からなる厚さ0.5mmの基板14の
表面に、厚さ100nmの面状電極11を、Ptを用い
たスパッタ法により全面に成膜した後、引き続き、多孔
質基板を用いて、基板14の表面に、Ptを用いたスパ
ッタ法により高さ500nmの柱状体12を規則正しく
形成し、第1電極15を得た。
【0047】その後、BiT(Bi(CHトリメ
チルビスマス、Ti(O・i−Cテトライソ
プロポキシチタニウム)を用いたMOCVD法により、
柱状体12の外側を覆うように、第1電極15の表面
に、誘電体薄膜16を成膜した。誘電体薄膜16の厚み
は、25nmであった。その後、各円柱状体12の外側
を覆って埋め込むようように、第2電極18を、誘電体
薄膜16の表面に形成した。第2電極18は、面状電極
11と同様な方法により成膜し、その材質も同じであっ
た。第2電極18の最終厚みは、200nmであり、そ
の面積は、0.1×0.1mmであった。
【0048】このようにして得られたコンデンサ構造体
について、静電容量を測定したところ、530pFであ
った。また、誘電損失は4%であった(測定条件:10
kHz、0.02V)。
【0049】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、特に小型で大容量のコンデンサ構造体およびその製
造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の一実施形態に係るコンデンサ
構造体の製造方法に用いる細孔形成用基板の要部斜視図
である。
【図2】 図2は細孔形成用基板に形成してある柱状細
孔の平面図である。
【図3】 図3(A)および図3(B)は本発明の一実
施形態に係るコンデンサ構造体の製造過程を示す要部断
面図である。
【図4】 図4は図3(B)に示す柱状体の平面図であ
る。
【図5】 図5(A)および図5(B)は本発明の他の
実施形態に係るコンデンサ構造体の製造過程を示す要部
断面図である。
【図6】 図6は本発明の他の実施形態に係るコンデン
サ構造体の要部断面図である。
【図7】 図7は本発明のさらにその他の実施形態に係
るコンデンサ構造体の要部断面図である。
【符号の説明】
2… Al基板(細孔形成用基板) 6… 円柱状細孔 10a… 多孔質基板 11,23… 面状電極 12… 円柱状体 14… コンデンサ用基板 15,20… 第1電極 16,24… 誘電体薄膜 18,26… 第2電極 19,27… 第3電極 22… 円柱状細孔 30,30a,40,40a… コンデンサ構造体

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞ
    れの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則
    的に配列された多孔質基板を形成する工程と、 前記多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行
    い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの外径が数n
    mから数百nmの多数の柱状体が規則的に配列された第
    1電極を形成する工程と、 前記柱状体の外側を覆うように、前記第1電極の表面
    に、誘電体薄膜を形成する工程と、 前記柱状体の外側を覆うように、前記誘電体薄膜の表面
    に第2電極を形成する工程とを有するコンデンサ構造体
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記誘電体薄膜を、化学気相析出法によ
    り形成することを特徴とする請求項1に記載のコンデン
    サ構造体の製造方法。
  3. 【請求項3】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞ
    れの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則
    的に配列された多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成
    膜処理を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの
    外径が数nmから数百nmの多数の柱状体が規則的に形
    成された第1電極と、 前記柱状体の外側を覆うように、前記第1電極の表面に
    形成された誘電体薄膜と、 前記柱状体の外側を覆うように、前記誘電体薄膜の表面
    に形成された第2電極と、 を有するコンデンサ構造体。
  4. 【請求項4】 前記誘電体薄膜の比誘電率が100以上
    であることを特徴とする請求項1に記載のコンデンサ構
    造体。
  5. 【請求項5】 請求項3または4に記載のコンデンサ構
    造体を具備するチップ状コンデンサ。
  6. 【請求項6】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞ
    れの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則
    的に配列された多孔質基板を形成する工程と、 前記多孔質基板をマスクとして用いてエッチング処理を
    行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの外径が数
    nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的に配列され
    た第1電極を形成する工程と、 前記柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1電極の
    表面に、誘電体薄膜を形成する工程と、 前記柱状細孔の内部に入り込むように、前記誘電体薄膜
    の表面に、第2電極を形成する工程とを有するコンデン
    サ構造体の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記誘電体薄膜を、化学気相析出法によ
    り形成することを特徴とする請求項6に記載のコンデン
    サ構造体の製造方法。
  8. 【請求項8】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それぞ
    れの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則
    的に配列された多孔質基板をマスクとして用いてエッチ
    ング処理を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれ
    の内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規則的
    に形成された第1電極と、 前記柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1電極の
    表面に形成された誘電体薄膜と、 前記柱状細孔の内部に入り込むように、前記誘電体薄膜
    の表面に形成された第2電極と、 を有するコンデンサ構造体。
  9. 【請求項9】 前記誘電体薄膜の比誘電率が100以上
    であることを特徴とする請求項8に記載のコンデンサ構
    造体。
  10. 【請求項10】 請求項8または9に記載のコンデンサ
    構造体を具備するチップ状コンデンサ。
  11. 【請求項11】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それ
    ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規
    則的に配列された多孔質基板を形成する工程と、 前記多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行
    い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの外径が数n
    mから数百nmの多数の第1柱状体が規則的に配列され
    た第1電極を形成する工程と、 前記第1柱状体の外側を覆うように、前記第1電極の表
    面に、第1誘電体薄膜を形成する工程と、 前記第1柱状体の外側を覆うように、前記第1誘電体薄
    膜の表面に第2電極を形成する工程と、 前記多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行
    い、前記第2電極の表面に、それぞれの外径が数nmか
    ら数百nmの多数の第2柱状体を規則的に形成する工程
    と、 前記第2柱状体の外側を覆うように、前記第2電極の表
    面に、第2誘電体薄膜を形成する工程と、 前記第2柱状体の外側を覆うように、前記第2誘電体薄
    膜の表面に第3電極を形成する工程と、 を有するコンデンサ構造体の製造方法。
  12. 【請求項12】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それ
    ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規
    則的に配列された多孔質基板をマスクとして用いて薄膜
    成膜処理を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれ
    の外径が数nmから数百nmの多数の第1柱状体が規則
    的に形成された第1電極と、 前記第1柱状体の外側を覆うように、前記第1電極の表
    面に形成された第1誘電体薄膜と、 前記第1柱状体の外側を覆うように、前記第1誘電体薄
    膜の表面に形成された第2電極と、 前記多孔質基板をマスクとして用いて薄膜成膜処理を行
    い、前記第2電極の表面に規則的に形成され、それぞれ
    の外径が数nmから数百nmの多数の第2柱状体と、 前記第2柱状体の外側を覆うように、前記第2電極の表
    面に形成された第2誘電体薄膜と、 前記第2柱状体の外側を覆うように、前記第2誘電体薄
    膜の表面に形成された第3電極と、 を有するコンデンサ構造体。
  13. 【請求項13】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それ
    ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規
    則的に配列された多孔質基板を形成する工程と、 前記多孔質基板をマスクとして用いてエッチング処理を
    行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞれの外径が数
    nmから数百nmの多数の第1柱状細孔が規則的に配列
    された第1電極を形成する工程と、 前記第1柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1電
    極の表面に、第1誘電体薄膜を形成する工程と、 前記第1柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1誘
    電体薄膜の表面に、第2電極を形成する工程と、 前記多孔質基板をマスクとして用いてエッチング処理を
    行い、前記第2電極の表面に、それぞれの外径が数nm
    から数百nmの多数の第2柱状細孔を規則的に形成する
    工程と、 前記第2柱状細孔の内部に入り込むように、前記第2電
    極の表面に、第2誘電体薄膜を形成する工程と、 前記第2柱状細孔の内部に入り込むように、前記第2誘
    電体薄膜の表面に、第3電極を形成する工程と、 を有するコンデンサ構造体の製造方法。
  14. 【請求項14】 細孔形成用基板を陽極酸化して、それ
    ぞれの内径が数nmから数百nmの多数の柱状細孔が規
    則的に配列された多孔質基板をマスクとして用いてエッ
    チング処理を行い、コンデンサ用基板の表面に、それぞ
    れの内径が数nmから数百nmの多数の第1柱状細孔が
    規則的に形成された第1電極と、 前記第1柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1電
    極の表面に形成された第1誘電体薄膜と、 前記第1柱状細孔の内部に入り込むように、前記第1誘
    電体薄膜の表面に形成された第2電極と、 前記多孔質基板をマスクとして用いてエッチング処理を
    行い、前記第2電極の表面に規則的に形成され、それぞ
    れの内径が数nmから数百nmの多数の第2柱状細孔
    と、 前記第2柱状細孔の内部に入り込むように、前記第2電
    極の表面に形成された第2誘電体薄膜と、 前記第2柱状細孔の内部に入り込むように、前記第2誘
    電体薄膜の表面に形成された第3電極と、 を有するコンデンサ構造体。
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