特開 2022-144464 キャパシタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022144464

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】キャパシタ

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/33 20060101AFI20220926BHJP

   H01G 4/30 20060101ALI20220926BHJP

   H01G 4/228 20060101ALI20220926BHJP

   H01G 4/40 20060101ALI20220926BHJP

   H01G 17/00 20060101ALI20220926BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

H01G4/33 102

H01G4/30 541

H01G4/228 K

H01G4/40 A

H01G17/00

H01L27/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021045496

(22)【出願日】2021-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 武司

【テーマコード（参考）】

5E001

5E082

5F038

【Ｆターム（参考）】

5E001AB01

5E001AC01

5E001AC04

5E001AF03

5E001AJ03

5E082AB01

5E082BC35

5E082BC36

5E082BC38

5E082DD11

5E082EE05

5E082EE23

5E082EE37

5E082FF05

5E082FG03

5E082FG22

5E082FG42

5E082GG10

5E082KK08

5E082MM35

5F038AC04

5F038AC05

5F038AC07

5F038AC15

5F038BH20

5F038CA01

5F038CA16

5F038CA18

(57)【要約】

【課題】キャパシタの破壊を抑制することが可能なキャパシタを提供する。
【解決手段】キャパシタは、下部電極１４と、前記下部電極上に設けられた誘電体膜１６と、前記誘電体膜上に設けられた上部電極１８と、を備えるＭＩＭキャパシタ２０と、前記上部電極上に前記ＭＩＭキャパシタを覆うように設けられた絶縁膜２４と、前記絶縁膜内において前記上部電極の外周５０から離間して上方に設けられ、外周５２が前記上部電極の外周より外側に位置し、前記上部電極と接続された付加電極２２と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部電極と、前記下部電極上に設けられた誘電体膜と、前記誘電体膜上に設けられた上部電極と、を備えるＭＩＭキャパシタと、
前記上部電極上に前記ＭＩＭキャパシタを覆うように設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜内において前記上部電極の外周から離間して上方に設けられ、外周が前記上部電極の外周より外側に位置し、前記上部電極と接続された付加電極と、
を備えるキャパシタ。

【請求項2】

前記上部電極の外周の全てにおいて、前記付加電極の外周は前記上部電極の外周より外側に位置する請求項１に記載のキャパシタ。

【請求項3】

前記付加電極の外周は前記上部電極の外周より前記付加電極の下面と前記上部電極の下面との距離以上外側に位置する請求項１または請求項２に記載のキャパシタ。

【請求項4】

前記下部電極の外周は前記上部電極の外周より外側に位置する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のキャパシタ。

【請求項5】

前記付加電極の下面は前記下部電極の上面から前記誘電体膜の厚さの２倍以上上方に位置する請求項４に記載のキャパシタ。

【請求項6】

前記誘電体膜は無機絶縁体膜であり、前記絶縁膜は有機絶縁体膜である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のキャパシタ。

【請求項7】

前記付加電極は中央部において前記上部電極と接合する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のキャパシタ。

【請求項8】

前記付加電極は、前記上部電極の上面との間に前記絶縁膜が設けられている領域に開口を有する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のキャパシタ。

【請求項9】

前記ＭＩＭキャパシタは半導体層上に設けられている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のキャパシタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャパシタに関し、例えばＭＩＭキャパシタを有するキャパシタに関する。

【背景技術】

【0002】

基板上に下部電極、誘電体膜および上部電極を積層したＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）キャパシタが知られている。ＭＩＭキャパシタは、例えば半導体層上に設けられたトランジスタ等の能動素子と集積し、ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）に用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－１５６９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ＭＩＭキャパシタを通電試験すると上部電極の外周付近においてキャパシタが破壊されることがある。

【0005】

本開示は、上記課題に鑑みなされたものであり、キャパシタの破壊を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一実施形態は、下部電極と、前記下部電極上に設けられた誘電体膜と、前記誘電体膜上に設けられた上部電極と、を備えるＭＩＭキャパシタと、前記上部電極上に前記ＭＩＭキャパシタを覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜内において前記上部電極の外周から離間して上方に設けられ、外周が前記上部電極の外周より外側に位置し、前記上部電極と接続された付加電極と、を備えるキャパシタである。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、キャパシタの破壊を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施例１に係るキャパシタの平面図および断面図である。

【図2A】図２Ａは、キャパシタＣ１の構造を示す断面図である。

【図2B】図２Ｂは、キャパシタＣ２の構造を示す断面図である。

【図3A】図３Ａは、ケースＢ１の構造を示す断面図である。

【図3B】図３Ｂは、ケースＢ２の構造を示す断面図である。

【図4】図４は、実施例２に係るキャパシタの平面図および断面図である。

【図5A】図５Ａは、実施例２に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図5B】図５Ｂは、実施例２に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その２）である。

【図5C】図５Ｃは、実施例２に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その３）である。

【図6A】図６Ａは、実施例２に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その４）である。

【図6B】図６Ｂは、実施例２に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その５）である。

【図7】図７は、実施例３に係るキャパシタの平面図および断面図である。

【図8A】図８Ａは、実施例３に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その１）である。

【図8B】図８Ｂは、実施例３に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その２）である。

【図8C】図８Ｃは、実施例３に係るキャパシタの製造方法を示す断面図（その３）である。

【図9】図９は、実施例３の変形例１に係るキャパシタの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本開示の一実施形態は、下部電極と、前記下部電極上に設けられた誘電体膜と、前記誘電体膜上に設けられた上部電極と、を備えるＭＩＭキャパシタと、前記上部電極上に前記ＭＩＭキャパシタを覆うように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜内において前記上部電極の外周から離間して上方に設けられ、外周が前記上部電極の外周より外側に位置し、前記上部電極と接続された付加電極と、を備えるキャパシタである。これにより、付加電極が電界を遮蔽するため、通電試験等におけるキャパシタの破壊を抑制することができる。
（２）前記上部電極の外周の全てにおいて、前記付加電極の外周は前記上部電極の外周より外側に位置することが好ましい。
（３）前記付加電極の外周は前記上部電極の外周より前記付加電極の下面と前記上部電極の下面との距離以上外側に位置することが好ましい。
（４）前記下部電極の外周は前記上部電極の外周より外側に位置することが好ましい。
（５）前記付加電極の下面は前記下部電極の上面から前記誘電体膜の厚さの２倍以上上方に位置することが好ましい。
（６）前記誘電体膜は無機絶縁体膜であり、前記絶縁膜は有機絶縁体膜であることが好ましい。
（７）前記付加電極は中央部において前記上部電極と接合することが好ましい。
（８）前記付加電極は、前記上部電極の上面との間に前記絶縁膜が設けられている領域に開口を有することが好ましい。
（９）前記ＭＩＭキャパシタは半導体層上に設けられていることが好ましい。

【0010】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態にかかるキャパシタの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0011】

［実施例１］
図１は、実施例１に係るキャパシタの平面図および断面図である。図１の上図は平面図であり、下図は上図のＡ－Ａ断面図である。基板１０の上面に法線方向をＺ方向、基板１０の上面に平行な方向をＸ方向およびＹ方向とする。図１に示すように、基板１０上に半導体層１１が設けられている。半導体層１１は例えばＧａＮ系半導体層またはＧａＡｓ系半導体層である。半導体層１１がＧａＮ系半導体層の場合、基板１０は例えばＳｉＣ基板、サファイア基板、シリコン基板またはＧａＮ基板であり、半導体層１１は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびこれらの混晶からなる層を含む。半導体層１１がＧａＡｓ系半導体層の場合、基板１０は例えばＧａＡｓ基板であり、半導体層１１は、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓおよびこれらの混晶からなる層を含む。基板１０上に半導体層１１を用いたトランジスタが設けられて、ＭＩＭキャパシタ２０とトランジスタとは同じ基板１０上に集積化され、ＭＭＩＣを形成していてもよい。

【0012】

半導体層１１上に絶縁膜１２が設けられている。絶縁膜１２は、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜等の無機絶縁膜である。絶縁膜１２の厚さは例えば１００ｎｍ～１２００ｎｍである。絶縁膜１２上にＭＩＭキャパシタ２０が設けられている。ＭＩＭキャパシタ２０は、絶縁膜１２上に設けられた下部電極１４、下部電極１４上に設けられた誘電体膜１６および誘電体膜１６上に設けられた上部電極１８を備えている。平行平板型ＭＩＭキャパシタでは、誘電体膜１６を介した下部電極１４と上部電極１８との距離が製造誤差程度にほぼ均一である。下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置する。下部電極１４および上部電極１８は、例えば密着膜と密着膜上に設けられた低抵抗膜を含む金属膜である。密着膜は例えばＴｉ膜、ＷＳｉ膜、ＴｉＷ膜、ＴｉＷＮ膜またはＴｉＮ膜である。低抵抗膜は、密着膜より抵抗率が低い材料からなり例えばＡｕ膜である。密着膜の厚さは例えば３ｎｍ～３００ｎｍである。密着膜は設けられていなくてもよい。低抵抗膜の厚さは例えば５０ｎｍ～４００ｎｍである。誘電体膜１６は例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜等の無機絶縁膜である。誘電体膜１６の厚さは例えば５０ｎｍ～４００ｎｍである。

【0013】

半導体層１１上にＭＩＭキャパシタ２０を覆うように絶縁膜２４が設けられている。絶縁膜２４は、例えばポリイミド膜等の有機絶縁体膜である。絶縁膜２４の厚さは例えば１μｍ～５μｍである。絶縁膜２４内に付加電極２２が設けられている。付加電極２２は、上部電極１８の外周５０の上方に絶縁膜２４を介し設けられ、上部電極１８の外周は付加電極２２に重なる。すなわち、付加電極２２の外周５２は上部電極１８の外周５０より外側に位置する。付加電極２２は接続部２９を介し上部電極１８と電気的に接続されている。これにより、付加電極２２と上部電極１８はほぼ同電位となる。付加電極２２は、例えばＴｉ膜、ＷＳｉ膜、ＴｉＷ膜、ＴｉＷＮ膜またはＴｉＮ膜等の密着膜と、密着膜上に設けられたＡｕ膜等の低抵抗膜を備えている。密着膜の厚さは例えば３ｎｍ～３００ｎｍである。密着膜は設けられていなくてもよい。低抵抗膜の厚さは例えば１００ｎｍ～１．５μｍである。

【0014】

付加電極２２の外周５２と上部電極１８の外周５０との距離をＤ１、下部電極１４の外周５４と上部電極１８の外周５０との距離をＤ２、下部電極１４の上面と付加電極２２の下面との距離をＤ３、上部電極１８の上面と付加電極２２の下面との距離をＤ４、付加電極２２の幅をＤ５、付加電極２２の下面と上部電極１８の下面の距離をＤ６とする。上部電極１８、付加電極２２および下部電極１４の端面が傾斜または湾曲している場合、外周５０、５２および５４は、端面のうち最も外側に位置する。

【0015】

付加電極２２を設けていないＭＩＭキャパシタに通電試験を行うと、キャパシタの破壊は主に上部電極１８の外周部近傍において生じる。キャパシタによっては寿命の短いものが存在する。寿命の短いキャパシタにおける破壊の原因として、上部電極１８の外周５０において上部電極１８と絶縁膜２４との間に微細な剥がれが生じていることが考えられる。例えば上部電極１８の上面はＡｕであり、絶縁膜２４がポリイミド等の有機絶縁膜の場合、上部電極１８と絶縁膜２４との密着が悪い。このため、上部電極１８と絶縁膜２４との界面において剥がれが生じやすくなる。誘電体膜１６が無機絶縁膜のように硬い絶縁膜であり、絶縁膜２４が有機絶縁膜のように柔らかい絶縁膜の場合、上部電極１８の外周５０に応力が集中すると、柔らかい絶縁膜２４と上部電極１８との界面において剥がれが生じやすくなる。付加電極２２は柔らかい絶縁膜２４内に設けられているため、付加電極２２と絶縁膜２４との間に応力が生じにくく剥がれは生じにくい。

【0016】

上部電極１８と絶縁膜２４との間における剥がれの箇所が空隙となると空隙の誘電率は絶縁膜２４の誘電率より小さいため空隙の容量が絶縁膜２４の容量より小さくなる。このため、空隙に電界が集中する。電界の集中が大きくなると上部電極１８と下部電極１４との間で部分的に放電しキャパシタの寿命が極端に短くなると考えられる。そこで、実施例１では、付加電極２２を設けることで上部電極１８の外周に電界が集中することを抑制する。

【0017】

［シミュレーション］
付加電極２２が設けられていないキャパシタＣ１と付加電極２２が設けられたキャパシタＣ２について、絶縁膜２４と上部電極１８との間に空隙が形成されていないケースＢ１と空隙が形成されたケースＢ２について電界の大きさをシミュレーションした。図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれキャパシタＣ１およびＣ２の構造を示す断面図である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、キャパシタＣ１およびＣ２では、下部電極１４上に誘電体膜１６、上部電極１８および絶縁膜２４が設けられている。下部電極１４、誘電体膜１６および絶縁膜２４はＸ方向に、上部電極１８および付加電極２２周辺の電界に影響を与えない程度に十分大きく設けられている。キャパシタＣ２では、絶縁膜２４内に付加電極２２が設けられている。下部電極１４がグランドに接続され、上部電極１８および付加電極２２には電圧Ｖが印加される。Ｚ方向の無限遠は０Ｖという境界条件を用いた。キャパシタＣ１は比較例に相当し、キャパシタＣ２は実施例１に相当する。

【0018】

誘電体膜１６、上部電極１８、付加電極２２および絶縁膜２４の厚さをそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４とする。シミュレーション条件は以下である。
下部電極１４：完全導体
誘電体膜１６：窒化シリコン膜、Ｔ１＝４００ｎｍ
上部電極１８：完全導体、Ｔ２＝８０ｎｍ
付加電極２２：完全導体、Ｔ３＝４００ｎｍ、Ｄ１＝１０００ｎｍ、Ｄ５＝２０００ｎｍ、Ｄ６＝８００ｎｍ
絶縁膜２４：ポリイミド、Ｔ４＝２０００ｎｍ、Ｄ３＝１２００ｎｍ

【0019】

図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれケースＢ１およびＢ２の構造を示す断面図である。図３Ａおよび図３Ｂは上部電極１８の外周５０の拡大図である。付加電極２２は図の外に位置する。図３Ａに示すように、ケースＢ１では、誘電体膜１６、上部電極１８および絶縁膜２４は互いに接触している。図３Ｂに示すように、ケースＢ２では誘電体膜１６および上部電極１８と絶縁膜２４との間に空隙３０が設けられている。空隙３０の厚さＴ５を２０ｎｍとし、厚さＴ５は均一とした。箇所Ａ～Ｄにおける電界をシミュレーションした。箇所Ａは、上部電極１８下の誘電体膜１６内の箇所である。箇所Ｂは上部電極１８の外周５０下における誘電体膜１６内の箇所である。箇所Ｃは上部電極１８の下端の－Ｘ側の箇所である。箇所Ｄは上部電極１８上端の－Ｘ側の箇所である、ケースＢ１では箇所ＣおよびＤは絶縁膜２４内に位置し、ケースＢ２では箇所ＣおよびＤは空隙３０内に位置する。箇所Ｂ～Ｄの電界強度を箇所Ａの電界強度で規格化した。

【0020】

表１は、各箇所における規格化された電界強度を示す表である。

【表1】

【0021】

表１に示すように、付加電極２２を設けないキャパシタＣ１では、膜剥がれ有のケースＢ２の箇所ＣおよびＤにおける電界強度は、膜剥がれなしのケースＢ１の箇所ＣおよびＤにおける電界強度のそれぞれ３倍および７倍である。このように付加電極２２を設けないと空隙３０内の電界強度が高くなる。特に上部電極１８の上端付近の電界強度が高くなる。

【0022】

付加電極２２を設けたキャパシタＣ２では、ケースＢ１の電界強度は、いずれの箇所Ａ～ＤにおいてもキャパシタＣ１の電界強度と同じである。ケースＢ２の箇所ＣおよびＤにおける電界強度はキャパシタＣ１のケースＢ１における電界強度より低くなる。特に箇所Ｄの電界強度は箇所Ｃと同程度となる。このように、付加電極２２を設けたキャパシタＣ２では、絶縁膜２４と上部電極１８との間に空隙３０が形成されても電界集中が抑制される。これにより、通電試験における破壊が抑制される。箇所Ｄにおける電界集中が抑制されるのは、付加電極２２の外周５２が上部電極１８の外周５０より外側に位置するため、無限遠の０Ｖから上部電極１８に加わる電界を上部電極１８と同電位の付加電極２２が遮蔽するためと考えられる。

【0023】

実施例１によれば、付加電極２２は、絶縁膜２４内において上部電極１８の外周５０から離間して上方に設けられ、上部電極１８と電気的に接続されている。付加電極２２の外周５２は上部電極１８の外周５０より外側に位置している。これにより、付加電極２２が電界を遮蔽するため、通電試験等におけるキャパシタの破壊が抑制される。

【0024】

上部電極１８の外周の一部において、付加電極２２の外周５２は上部電極１８の外周５０より外側に位置すればよいが、上部電極１８の外周の全てにおいて、付加電極２２の外周５２は上部電極１８の外周５０より外側に位置することが好ましい。これにより、キャパシタの破壊を抑制できる。

【0025】

電界を遮蔽する場合、上部電極１８の外周５０と付加電極２２の外周５２を結ぶ直線と上部電極１８の下面のなす角度が４５°以下であれば、電界の遮蔽効果が十分得られる。この観点から、付加電極２２の外周５２と上部電極１８の外周５０との距離Ｄ１は付加電極２２の下面と上部電極１８の下面との距離Ｄ６以上が好ましい。すなわち、付加電極２２の外周５２は上部電極１８の外周５０より距離Ｄ６以上外側に位置することが好ましい。距離Ｄ１は、距離Ｄ６の１．５倍以上がより好ましく、距離Ｄ６の２倍以上がさらに好ましい。距離Ｄ１が大きすぎると、ＭＩＭキャパシタ２０本体の容量値に対し、付加電極２２と下部電極１４との間の容量値が無視できなくなる。よって、距離Ｄ１は距離Ｄ６の１０倍以下が好ましい。

【0026】

付加電極２２と上部電極１８との距離Ｄ４が大きすぎると、電界を遮蔽する効果が小さくなる。よって、距離Ｄ４は、誘電体膜１６の厚さＴ１の１０倍以下が好ましく、厚さＴ１の５倍以下がより好ましい。

【0027】

下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置している。これにより、基板１０側からの電界を遮蔽することができる。よって、キャパシタの破壊を抑制できる。上部電極１８の外周の一部において、下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置すればよいが、上部電極１８の外周の全てにおいて、下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置することが好ましい。これにより、キャパシタの破壊を抑制できる。

【0028】

下部電極１４の外周５４と上部電極１８の外周５０との距離Ｄ２は、誘電体膜１６の厚さＴ１の１／２以上が好ましく、厚さＴ１以上がより好ましく、厚さＴ１の２倍以上がさらに好ましい。これにより、電界をより遮蔽することができる。距離Ｄ２が大きすぎると、ＭＩＭキャパシタ２０本体の容量値に対し、付加電極２２と下部電極１４との間の容量値が無視できなくなる。よって、距離Ｄ２は厚さＴ１の１０倍以下が好ましい。

【0029】

付加電極２２と下部電極１４との距離Ｄ３が小さすぎると、ＭＩＭキャパシタ２０本体の容量値に対し、付加電極２２と下部電極１４との間の容量値が無視できなくなる。よって、距離Ｄ３は厚さＴ１の２倍以上が好ましい。すなわち、付加電極２２の下面は下部電極１４の上面から誘電体膜１６の厚さＴ１の２倍以上上方に位置することが好ましい。距離Ｄ３は厚さＴ１の３倍以上がより好ましく、厚さＴ１の４倍以上がさらに好ましい。電界を遮蔽するため、距離Ｄ３は、厚さＴ１の１０倍以下が好ましい。

【0030】

誘電体膜１６が無機絶縁体膜であり、絶縁膜２４が有機絶縁体膜のとき、絶縁膜２４は誘電体膜１６より柔らかいため、上部電極１８の外周５０の上部において、絶縁膜２４が上部電極１８から剥がれやすくなる。よって、付加電極２２を設けることが好ましい。

【0031】

ＭＩＭキャパシタ２０は半導体層１１上に設けられている。これにより、半導体層１１に形成したトランジスタ等の能動素子とＭＩＭキャパシタ２０を同じ基板１０上に集積化することができる。

【0032】

［実施例２］
図４は、実施例２に係るキャパシタの平面図および断面図である。図４の上図は平面図であり、下図は上図のＡ－Ａ断面図である。図４に示すように、半導体層１１上に絶縁膜１３が設けられ、絶縁膜１３上に絶縁膜１２が設けられている。付加電極２２は、外周部２２ａと接続部２２ｂを備えている。外周部２２ａは上部電極１８の外周５０と重なるように設けられている。接続部２２ｂは外周部２２ａを上部電極１８に接続する。接続部２２ｂのうち中央部２２ｃは上部電極１８に接触する。これにより、外周部２２ａは上部電極１８に電気的に接続され、外周部２２ａと上部電極１８はほぼ同電位となる。絶縁膜２４を貫通する貫通孔２５ａが設けられ、配線２６ａは貫通孔２５ａを介し上部電極１８に電気的に接続される。絶縁膜２４および誘電体膜１６を貫通する貫通孔２５ｂが設けられ、配線２６ｂは貫通孔２５ｂを介し下部電極１４に電気的に接続される。配線２６ａおよび２６ｂはＭＩＭキャパシタ２０を他の素子またはパッド等に電気的に接続する。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

【0033】

基板１０は、例えばＳｉＣ基板である。半導体層１１は、例えばＧａＮチャネル層およびＡｌＧａＮバリア層を含む。絶縁膜１３および１２はそれぞれ例えば窒化シリコン膜および酸化シリコン膜である。下部電極１４は例えばＴｉ膜およびＴｉ膜上のＡｕ膜である。誘電体膜１６は例えば窒化シリコン膜である。上部電極１８は例えばＴｉ膜およびＴｉ膜上のＡｕ膜である。付加電極２２は例えばＴｉ膜およびＴｉ膜上のＡｕ膜である。絶縁膜２４は例えばポリイミド膜である。配線２６ａおよび２６ｂは例えばＴｉＷ膜およびＴｉＷ膜上のＡｕ膜である。

【0034】

図５Ａから図６Ｂは、実施例２に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。図５Ａに示すように、上面に半導体層１１が形成された基板１０上に絶縁膜１３および１２を形成する。絶縁膜１３および１２の形成は、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いる。絶縁膜１３が窒化シリコン膜のとき絶縁膜１３の形成にはプラズマＣＶＤ法を用い、絶縁膜１２が酸化シリコン膜のとき絶縁膜１２の形成には常圧ＣＶＤ法を用いる。絶縁膜１２上に下部電極１４を形成する。下部電極１４の形成には例えばスパッタリング法およびエッチング法を用いる。下部電極１４の形成に真空蒸着法およびリフトオフ法を用いてもよい。絶縁膜１２および下部電極１４上に誘電体膜１６を例えばＣＶＤ法を用い形成する。誘電体膜１６が窒化シリコン膜のとき誘電体膜１６の形成にはプラズマＣＶＤ法を用いる。誘電体膜１６上に上部電極１８を形成する。上部電極１８の形成には例えば真空蒸着法およびリフトオフ法を用いる。上部電極１８の形成にスパッタリング法およびエッチング法を用いてもよい。エッチング法を用い誘電体膜１６および絶縁膜１２を所望の形状にパターニングする。

【0035】

図５Ｂに示すように、基板１０上にＭＩＭキャパシタ２０を覆うように絶縁膜２４ａを形成する。絶縁膜２４ａがポリイミド等の有機絶縁体の場合、絶縁膜２４ａの形成には例えば塗布法を用いる。例えばエッチング法を用い絶縁膜２４ａを貫通する貫通孔２５ｃおよび２５ｄを形成する。貫通孔２５ｃは上部電極１８上に形成され、貫通孔２５ｄはＭＩＭキャパシタ２０の外側の下部電極１４上に形成される。

【0036】

図５Ｃに示すように、絶縁膜２４ａ上および貫通孔２５ｃおよび２５ｄ内にそれぞれ付加電極２２および配線層２３を形成する。付加電極２２および配線層２３は、例えばスパッタリング法およびエッチング法、真空蒸着法およびリフトオフ法、またはメッキ法を用い形成する。付加電極２２をメッキ法を用い形成する場合、例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用いシード層を形成し、シード層上にマスク層を形成する。マスク層をマスクにシード層上にメッキ層を形成する。メッキ層をマスクにシード層をエッチングする。

【0037】

図６Ａに示すように、絶縁膜２４ａ上に付加電極２２および配線層２３を覆うように絶縁膜２４ｂを形成する。絶縁膜２４ｂがポリイミド等の有機絶縁体の場合、絶縁膜２４ｂの形成には例えば塗布法を用いる。例えばエッチング法を用い絶縁膜２４ｂを貫通する貫通孔２５ａおよび２５ｅを形成する。貫通孔２５ａは付加電極２２上に形成され、貫通孔２５ｅは配線層２３上に形成される。

【0038】

図６Ｂに示すように、絶縁膜２４ａ上および貫通孔２５ｃおよび２５ｄ内に配線２６ａおよび２６ｂを形成する。配線２６ａおよび２６ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはメッキ法を用い形成する。例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用いシード層を形成し、シード層上にメッキ法を用い配線２６ａおよび２６ｂを形成してもよい。図４のように、配線２６ｂは直接下部電極１４に接触してもよいし、図６Ｂのように、配線２６ｂは配線層２３を介し下部電極１４に接続されてもよい。以上により実施例２に係るキャパシタが製造される。

【0039】

実施例２では、付加電極２２は中央部２２ｃにおいて上部電極１８と接合する。これにより、外周部２２ａは上部電極１８から上方に離間し、電界を遮蔽でき、接続部２２ｂにより外周部２２ａと上部電極１８とを電気的に接続させることができる。

【0040】

［実施例３］
図７は、実施例３に係るキャパシタの平面図および断面図である。図７の上図は平面図であり、下図は上図のＡ－Ａ断面図である。図７に示すように、付加電極２２の接続部２２ｂに開口２７が設けられている。その他の構成は実施例２と同じであり説明を省略する。

【0041】

図８Ａから図８Ｃは、実施例３に係るキャパシタの製造方法を示す断面図である。図８Ａに示すように、実施例２の図５Ａの後、ＭＩＭキャパシタ２０を覆うように開口３５を有するマスク層３４を形成する。開口３５は上部電極１８上に形成される。マスク層３４は例えばフォトレジストであり、塗布、露光および現像を行うことにより形成される。マスク層３４上に開口２７を有する付加電極２２を形成する。付加電極２２の形成方法は実施例２の図５Ｃと同じである。

【0042】

図８Ｂに示すように、マスク層３４を除去する。マスク層３４がフォトレジストの場合、例えば有機溶剤を用いマスク層３４を除去する。このとき、開口２７を介し付加電極２２と上部電極１８との間のマスク層３４に有機溶剤が供給される。これにより、付加電極２２と上部電極１８との間のマスク層３４が残存することなく、マスク層３４を除去できる。

【0043】

図８Ｃに示すように、ＭＩＭキャパシタ２０および付加電極２２を覆うように絶縁膜２４を形成する。絶縁膜２４として有機絶縁体を含む溶液を塗布するとき、開口２７を介し付加電極２２と上部電極１８との間に有機絶縁体を含む溶液が供給される。これにより、付加電極２２と上部電極１８との間に絶縁膜２４を形成することができる。開口２７内は絶縁膜２４により充填される。絶縁膜２４に貫通孔２５ａおよび２５ｂを形成する。その後、実施例２の図６Ｂと同様に配線２６ａおよび２６ｂを形成する。以上により実施例３に係るキャパシタが製造される。

【0044】

実施例３によれば、付加電極２２は、上部電極１８の上面との間に絶縁膜２４が設けられている領域に開口２７を有する。これにより、付加電極２２と上部電極１８との間のマスク層３４の除去および絶縁膜２４の形成を行うことができる。開口２７は上部電極１８の外周５０と重ならないことが好ましく、上部電極１８の外周５０と開口２７との距離は付加電極２２の下面と上部電極１８の下面との距離以上であることが好ましい。これにより、開口２７を介し、上部電極１８の外周５０に電界が伸びることを抑制できる。

【0045】

［実施例３の変形例１］
図９は、実施例３の変形例１に係るキャパシタの断面図である。図９に示すように、付加電極２２は、中央部２２ｃに向かうにしたがい、付加電極２２の下面と上部電極１８の上面との距離が短くなるように、湾曲している。その他の構成は実施例３と同じであり説明を省略する。実施例３では、図８Ａにおいて、マスク層３４の開口３５の側面が垂直なため、付加電極２２の被覆性が悪く、開口３５の側面近傍において付加電極２２が薄くなることがありうる。実施例３の変形例１では、開口３５の側面を滑らかな曲線とすることで、付加電極２２の厚さをより均一にすることができる。

【0046】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0047】

１０ 基板
１１ 半導体層
１２、１３、２４、２４ａ，２４ｂ 絶縁膜
１４ 下部電極
１６ 誘電体膜
１８ 上部電極
２０ ＭＩＭキャパシタ
２２ 付加電極
２２ａ 外周部
２２ｂ、２９ 接続部
２２ｃ 中央部
２３ 配線層
２５ａ～２５ｅ 貫通孔
２６ａ、２６ｂ 配線
２７、３５ 開口
３０ 空隙
３４ マスク層
５０、５２、５４ 外周

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2022-08-31

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0019】

図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれケースＢ１およびＢ２の構造を示す断面図である。図３Ａおよび図３Ｂは上部電極１８の外周５０の拡大図である。付加電極２２は図の外に位置する。図３Ａに示すように、ケースＢ１では、誘電体膜１６、上部電極１８および絶縁膜２４は互いに接触している。図３Ｂに示すように、ケースＢ２では誘電体膜１６および上部電極１８と絶縁膜２４との間に空隙３０が設けられている。空隙３０の厚さＴ５を２０ｎｍとし、厚さＴ５は均一とした。箇所Ａ～Ｄにおける電界をシミュレーションした。箇所Ａは、上部電極１８下の誘電体膜１６内の箇所である。箇所Ｂは上部電極１８の外周５０下における誘電体膜１６内の箇所である。箇所Ｃは上部電極１８の下端の－Ｘ側の箇所である。箇所Ｄは上部電極１８上端の－Ｘ側の箇所である。ケースＢ１では箇所ＣおよびＤは絶縁膜２４内に位置し、ケースＢ２では箇所ＣおよびＤは空隙３０内に位置する。箇所Ｂ～Ｄの電界強度を箇所Ａの電界強度で規格化した。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0022】

付加電極２２を設けたキャパシタＣ２では、ケースＢ１の電界強度は、いずれの箇所Ａ～ＤにおいてもキャパシタＣ１の電界強度と同じである。ケースＢ２の箇所ＣおよびＤにおける電界強度はキャパシタＣ１のケースＢ２における電界強度より低くなる。特に箇所Ｄの電界強度は箇所Ｃと同程度となる。このように、付加電極２２を設けたキャパシタＣ２では、絶縁膜２４と上部電極１８との間に空隙３０が形成されても電界集中が抑制される。これにより、通電試験における破壊が抑制される。箇所Ｄにおける電界集中が抑制されるのは、付加電極２２の外周５２が上部電極１８の外周５０より外側に位置するため、無限遠の０Ｖから上部電極１８に加わる電界を上部電極１８と同電位の付加電極２２が遮蔽するためと考えられる。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0027】

下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置している。これにより、基板１０側からの電界を遮蔽することができる。よって、キャパシタの破壊を抑制できる。上部電極１８の外周の一部において、下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置すればよいが、上部電極１８の外周５０の全てにおいて、下部電極１４の外周５４は上部電極１８の外周５０より外側に位置することが好ましい。これにより、キャパシタの破壊を抑制できる。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0038】

図６Ｂに示すように、絶縁膜２４ｂ上および貫通孔２５ａおよび２５ｅ内に配線２６ａおよび２６ｂを形成する。配線２６ａおよび２６ｂは、例えばスパッタリング法、真空蒸着法またはメッキ法を用い形成する。例えばスパッタリング法または真空蒸着法を用いシード層を形成し、シード層上にメッキ法を用い配線２６ａおよび２６ｂを形成してもよい。図４のように、配線２６ｂは直接下部電極１４に接触してもよいし、図６Ｂのように、配線２６ｂは配線層２３を介し下部電極１４に接続されてもよい。以上により実施例２に係るキャパシタが製造される。