特許 7647880 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-10

(45)【発行日】2025-03-18

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01G 4/33 20060101AFI20250311BHJP

   H01G 4/30 20060101ALI20250311BHJP

【ＦＩ】

H01G4/33 102

H01G4/30 541

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023521004

(86)(22)【出願日】2022-05-09

(86)【国際出願番号】 JP2022019619

(87)【国際公開番号】W WO2022239717

(87)【国際公開日】2022-11-17

【審査請求日】2023-11-08

(31)【優先権主張番号】P 2021079848

(32)【優先日】2021-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000914

【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ

(72)【発明者】

【氏名】原田 真臣

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 是清

(72)【発明者】

【氏名】香川 武史

(72)【発明者】

【氏名】今村 勇太

【審査官】小南 奈都子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－２０２３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５２０１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１５５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５３４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１４９６２２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／００８６２５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｇ ４／３３

Ｈ０１Ｇ ４／３０

Ｈ１０Ｄ １／６８

Ｈ１０Ｄ ８９／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、前記第１電極層の端部を覆う誘電体膜と、
前記誘電体膜上に設けられた第２電極層と、
前記誘電体膜及び前記第２電極層上に設けられた耐湿膜と、
前記耐湿膜上に設けられた保護層と、
前記保護層を貫通する外部電極と、
を備え、
前記第１電極層は、前記基板側の第１主面と、前記誘電体膜側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ側面と、を有し、
前記第２電極層は、前記誘電体膜側の第１主面と、前記耐湿膜側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ側面と、を有し、
前記第２電極層の前記側面の少なくとも一部は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有し、
前記外部電極は、前記第１電極層に接続された第１外部電極と、前記第２電極層に接続された第２外部電極と、を含み、
前記第２電極層の前記第１主面に対する前記第２電極層の前記側面の角度をθ_Ａ、前記第１電極層の前記第１主面に対する前記第１電極層の前記側面の角度をθ_Ｂとしたとき、θ_Ａ＜θ_Ｂであり、
前記第１電極層の前記側面の少なくとも一部は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有する、半導体装置。

【請求項2】

前記第２電極層は、単層の導電層からなる、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記第２電極層は、厚み方向に積層された複層の導電層からなり、
前記厚み方向に隣接する導電層のうち、前記耐湿膜に近い導電層は、前記誘電体膜に近い導電層よりも、前記厚み方向から平面視したときの面積が小さい、請求項１に記載の半導体装置。

【請求項4】

厚み方向から平面視したとき、前記第２外部電極の外形は前記第２電極層の外形よりも小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項5】

基板と、
前記基板上に設けられた第１電極層と、
前記第１電極層上に設けられ、前記第１電極層の端部を覆う誘電体膜と、
前記誘電体膜上に設けられた第２電極層と、
前記誘電体膜上に前記第２電極層と離れて設けられた第３電極層と、
前記誘電体膜及び前記第２電極層上に設けられた耐湿膜と、
前記耐湿膜上に設けられた保護層と、
前記保護層を貫通する外部電極と、
を備え、
前記外部電極は、前記第３電極層に接続された第１外部電極と、前記第２電極層に接続された第２外部電極と、を含み、
前記第１電極層は、前記基板側の第１主面と、前記誘電体膜側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ側面と、を有し、
前記第２電極層は、前記誘電体膜側の第１主面と、前記耐湿膜側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ側面と、を有し、
前記第３電極層は、前記誘電体膜側の第１主面と、前記耐湿膜側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とをつなぐ側面と、を有し、
前記第２電極層の前記側面の少なくとも一部は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有し、
前記第３電極層の前記側面の少なくとも一部は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有し、
前記第２電極層の前記第１主面に対する前記第２電極層の前記側面の角度をθ_Ａ、前記第１電極層の前記第１主面に対する前記第１電極層の前記側面の角度をθ_Ｂ 、前記第３電極層の前記第１主面に対する前記第３電極層の前記側面の角度をθ _Ｃ としたとき、θ_Ａ＜θ_Ｂ かつθ _Ｃ ＜θ _Ｂ であり、
前記第１電極層の前記側面の少なくとも一部は、前記第１主面から前記第２主面に向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有する、半導体装置。

【請求項6】

前記第２電極層は、前記テーパー形状を有する単層の導電層からなり、
前記第３電極層は、前記テーパー形状を有する単層の導電層からなる、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記第２電極層は、各々が前記テーパー形状を有する、厚み方向に積層された複層の導電層からなり、
前記第３電極層は、各々が前記テーパー形状を有する、前記厚み方向に積層された複層の導電層からなり、
前記厚み方向に隣接する導電層のうち、前記耐湿膜に近い導電層は、前記誘電体膜に近い導電層よりも、前記厚み方向から平面視したときの面積が小さい、請求項５に記載の半導体装置。

【請求項8】

厚み方向から平面視したとき、前記第１外部電極の外形は前記第３電極層の外形よりも小さく、かつ、前記第２外部電極の外形は前記第２電極層の外形よりも小さい、請求項５～７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記第２電極層の前記第１主面に対する前記第２電極層の前記側面の角度をθ_Ａとしたとき、２０°≦θ_Ａ≦４５°である、請求項１に記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体集積回路に用いられる代表的なキャパシタ素子として、例えばＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）キャパシタが知られている。ＭＩＭキャパシタは、絶縁体を下部電極と上部電極とで挟んだ平行平板型の構造を有するキャパシタである。

【0003】

特許文献１には、基板上に形成された下部電極と、この下部電極上に形成された誘電体薄膜と、この誘電体薄膜上に形成された上部電極と、この上部電極を含む上記基板上に形成された絶縁層と、上記各電極にそれぞれ接続され、端部が互いに同一平面上に位置するように配置された一対の電極端子とを具備したことを特徴とするコンデンサ部品が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平５－４７５８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のコンデンサ部品（キャパシタ）では、外部電極である電極端子が最も突出している。そのため、例えば、このようなキャパシタ等の半導体装置を配線基板に実装する際、最も突出した外部電極に荷重が加わることになる。外部電極を介して半導体装置の厚み方向に荷重が伝わることにより、半導体装置に過度な荷重が印加されると、誘電体膜にクラックが入り、半導体装置がショートするという問題が発生するおそれがある。

【0006】

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、外部電極に荷重が印加されたときに、誘電体膜に発生するクラックが抑制される半導体装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の半導体装置は、基板と、上記基板上に設けられた第１電極層と、上記第１電極層上に設けられ、上記第１電極層の端部を覆う誘電体膜と、上記誘電体膜上に設けられた第２電極層と、上記誘電体膜及び上記第２電極層上に設けられた耐湿膜と、上記耐湿膜上に設けられた保護層と、上記保護層を貫通する外部電極と、を備える。上記第１電極層は、上記基板側の第１主面と、上記誘電体膜側の第２主面と、上記第１主面と上記第２主面とをつなぐ側面と、を有する。上記第２電極層は、上記誘電体膜側の第１主面と、上記耐湿膜側の第２主面と、上記第１主面と上記第２主面とをつなぐ側面と、を有する。上記第２電極層の上記側面の少なくとも一部は、上記第１主面から上記第２主面に向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、外部電極に荷重が印加されたときに、誘電体膜に発生するクラックが抑制される半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、本発明の第１実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、図１に示すキャパシタを構成する第２電極層の側面を拡大した断面図である。

【図4-1】図４－１は、テーパー角度θ_Ａと点Ａにおける応力との関係を示すグラフである。

【図4-2】図４－２は、テーパー角度θ_Ａの測定方法を説明するための模式図である。

【図5】図５は、本発明の第２実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、本発明の第３実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【図7】図７は、図６に示すキャパシタを構成する第１電極層及び第２電極層の側面を拡大した断面図である。

【図8】図８は、本発明の第４実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【図9】図９は、図８に示すキャパシタを構成する第３電極層の側面を拡大した断面図である。

【図10】図１０は、本発明の第５実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【図11】図１１は、本発明の第６実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の半導体装置について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

【0011】

以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についても記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎に逐次言及しない。

【0012】

以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の半導体装置」と言う。本発明の半導体装置及び各構成要素の形状及び配置等は、図示する例に限定されるものではない。

【0013】

また、以下においては、本発明の半導体装置の一実施形態として、キャパシタを例にとって説明する。本発明の半導体装置は、キャパシタそのもの（すなわちキャパシタ素子）であってもよく、キャパシタを含む装置であってもよい。

【0014】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るキャパシタでは、第２電極層が単層の導電層からなる。

【0015】

図１は、本発明の第１実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す平面図である。図１は、図２に示すキャパシタのＩ－Ｉ線に沿った断面図である。

【0016】

本明細書中、キャパシタ（半導体装置）の長さ方向、幅方向、及び、厚み方向を、図１及び図２等に示すように、各々、矢印Ｌ、矢印Ｗ、及び、矢印Ｔで定められる方向とする。ここで、長さ方向Ｌと幅方向Ｗと厚み方向Ｔとは、互いに直交している。

【0017】

図１及び図２に示すキャパシタ１は、基板１０と、基板１０上に設けられた絶縁膜２１と、絶縁膜２１上に設けられた第１電極層２２と、第１電極層２２上に設けられ、第１電極層２２の端部を覆う誘電体膜２３と、誘電体膜２３上に設けられた第２電極層２４と、誘電体膜２３及び第２電極層２４上に設けられた耐湿膜２５と、耐湿膜２５上に設けられた保護層２６と、保護層２６を貫通する外部電極２７と、を備える。外部電極２７は、第１電極層２２に接続された第１外部電極２７Ａと、第２電極層２４に接続された第２外部電極２７Ｂと、を含む。第１外部電極２７Ａは保護層２６、耐湿膜２５及び誘電体膜２３を貫通し、第２外部電極２７Ｂは保護層２６及び耐湿膜２５を貫通する。

【0018】

基板１０は、特に限定されないが、好ましくは、シリコン基板又はガリウム砒素基板等の半導体基板、あるいは、ガラス又はアルミナ等の絶縁性基板である。

【0019】

絶縁膜２１は、基板１０の一方主面の全体を覆うように設けられていてもよく、一部を覆うように設けられていてもよいが、第１電極層２２よりも大きく、かつ、第１電極層２２の全域に重なる領域に設けられる必要がある。なお、基板１０がガラス又はアルミナ等の絶縁性基板である場合には、絶縁膜２１は設けられていなくてもよい。

【0020】

絶縁膜２１を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２等が挙げられる。

【0021】

第１電極層２２は、基板１０の端部と離れた位置に設けられている。すなわち、第１電極層２２の端部は、基板１０の端部よりも内側に位置している。第１電極層２２は、基板１０側の第１主面２２ａと、誘電体膜２３側の第２主面２２ｂと、第１主面２２ａと第２主面２２ｂとをつなぐ側面２２ｃと、を有する。

【0022】

第１電極層２２は、単層の導電層からなる構造を有してもよく、厚み方向（図１及び図２中、矢印Ｔで示す方向）に積層された複層の導電層からなる構造を有してもよい。

【0023】

第１電極層２２を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｒもしくはＴｉ又はこれらの金属を少なくとも１種含む合金等が挙げられる。

【0024】

誘電体膜２３は、開口を除く部分で第１電極層２２を覆うように設けられている。誘電体膜２３は、第１電極層２２の端部から絶縁膜２１の端部までの絶縁膜２１の表面上にも設けられている。すなわち、誘電体膜２３は、第１電極層２２の端部を覆うように設けられている。さらに、誘電体膜２３は、絶縁膜２１の端部から基板１０の端部までの基板１０の表面上にも設けられていてもよい。すなわち、誘電体膜２３は、絶縁膜２１の端部を覆うように設けられていてもよい。

【0025】

誘電体膜２３を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５等の酸化物又は窒化物が挙げられる。

【0026】

第２電極層２４は、誘電体膜２３を挟んで第１電極層２２に対向して設けられている。第２電極層２４は、誘電体膜２３側の第１主面２４ａと、耐湿膜２５側の第２主面２４ｂと、第１主面２４ａと第２主面２４ｂとをつなぐ側面２４ｃと、を有する。

【0027】

第２電極層２４は、単層の導電層からなる構造を有している。

【0028】

第２電極層２４を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｒもしくはＴｉ又はこれらの金属を少なくとも１種含む合金等が挙げられる。

【0029】

図３は、図１に示すキャパシタを構成する第２電極層の側面を拡大した断面図である。

【0030】

図１及び図３に示すように、第２電極層２４の側面２４ｃは、誘電体膜２３側の第１主面２４ａから耐湿膜２５側の第２主面２４ｂに向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有している。

【0031】

耐湿膜２５は、開口を除く部分で誘電体膜２３及び第２電極層２４を覆うように設けられている。耐湿膜２５が設けられていることにより、キャパシタ素子、特に、誘電体膜２３の耐湿性が高まる。

【0032】

耐湿膜２５を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の耐湿性材料が挙げられる。

【0033】

保護層２６には、誘電体膜２３及び耐湿膜２５の開口（第１電極層２２に重なる開口）に重なる位置と、耐湿膜２５の開口（第２電極層２４に重なる開口）に重なる位置との各々に開口が設けられている。保護層２６が設けられていることにより、キャパシタ素子、特に、誘電体膜２３が水分から保護される。

【0034】

保護層２６を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、ポリイミド樹脂、ソルダーレジスト中の樹脂等の樹脂材料が挙げられる。

【0035】

外部電極２７を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ又はＡｌ等が挙げられる。外部電極２７は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。外部電極２７の最表面は、Ａｕ又はＳｎから構成されることが好ましい。

【0036】

第１外部電極２７Ａが多層構造である場合、第１外部電極２７Ａは、図１に示すように、基板１０側から順に、シード層２８ａと、第１めっき層２８ｂと、第２めっき層２８ｃと、を有していてもよい。

【0037】

第１外部電極２７Ａのシード層２８ａとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）からなる導電体層と銅（Ｃｕ）からなる導電体層との積層体（Ｔｉ／Ｃｕ）等が挙げられる。

【0038】

第１外部電極２７Ａの第１めっき層２８ｂの構成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。

【0039】

第１外部電極２７Ａの第２めっき層２８ｃの構成材料としては、例えば、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）等が挙げられる。

【0040】

第２外部電極２７Ｂが多層構造である場合、第２外部電極２７Ｂは、図１に示すように、基板１０側から順に、シード層２８ａと、第１めっき層２８ｂと、第２めっき層２８ｃと、を有していてもよい。

【0041】

第２外部電極２７Ｂのシード層２８ａとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）からなる導電体層と銅（Ｃｕ）からなる導電体層との積層体（Ｔｉ／Ｃｕ）等が挙げられる。

【0042】

第２外部電極２７Ｂの第１めっき層２８ｂの構成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。

【0043】

第２外部電極２７Ｂの第２めっき層２８ｃの構成材料としては、例えば、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）等が挙げられる。

【0044】

第１外部電極２７Ａの構成材料と第２外部電極２７Ｂの構成材料とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0045】

図１及び図２に示すように、厚み方向Ｔからの平面視において第１外部電極２７Ａと第２外部電極２７Ｂとの間に第１樹脂体３１が設けられていてもよい。第１樹脂体３１は、例えば、保護層２６の表面に設けられる。

【0046】

第１樹脂体３１の先端は、図１に示すように、厚み方向Ｔにおいて、第１外部電極２７Ａ及び第２外部電極２７Ｂの先端よりも高い位置にあることが好ましい。この場合、キャパシタ１を配線基板に実装する際、第１樹脂体３１が第１外部電極２７Ａ及び第２外部電極２７Ｂよりも先に配線基板側（例えば、配線基板の上面、ランド、はんだ等）に接触することになる。そのため、第１樹脂体３１に荷重が加わることになり、第１外部電極２７Ａ及び第２外部電極２７Ｂに加わる荷重が抑制される。その結果、荷重が第１外部電極２７Ａ及び第２外部電極２７Ｂを介してキャパシタ素子に伝わることが抑制されるため、キャパシタ素子の破損、特に、誘電体膜２３の破損が抑制される。

【0047】

第１樹脂体３１は、ソルダーレジスト中の樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１つの樹脂を含むことが好ましい。第１樹脂体３１は、感光性樹脂の硬化物であることが好ましい。

【0048】

第１樹脂体３１は、第１外部電極２７Ａ側に設けられた第１壁部３１ａと、第２外部電極２７Ｂ側に設けられ、第１壁部３１ａと離れた第２壁部３１ｂと、を含んでもよい。図２に示すような平面視において、第１壁部３１ａ及び第２壁部３１ｂは、並行して設けられていることが好ましい。

【0049】

第１壁部３１ａには、第１壁部３１ａと第２壁部３１ｂとを離隔する空間に連通する開口が設けられていてもよい。同様に、第２壁部３１ｂには、第１壁部３１ａと第２壁部３１ｂとを離隔する空間に連通する開口が設けられていてもよい。

【0050】

図１及び図２に示すように、厚み方向Ｔからの平面視において基板１０の端部と第１外部電極２７Ａとの間、及び、基板１０の端部と第２外部電極２７Ｂとの間に第２樹脂体３２が設けられていてもよい。第２樹脂体３２は、例えば、保護層２６の表面に設けられる。また、第２樹脂体３２は、保護層２６の外側に設けられてもよく、その場合、基板１０上に設けられてもよい。

【0051】

図１に示すように、厚み方向Ｔにおいて、第２樹脂体３２の先端は、第１外部電極２７Ａ及び第２外部電極２７Ｂの先端よりも高い位置にあることが好ましい。この場合、例えば、キャパシタ１を配線基板に実装する際、第２樹脂体３２で荷重をより広く分散できるため、キャパシタ素子、特に、誘電体膜２３に加わる荷重が充分に抑制される。

【0052】

さらに、図１に示すように、厚み方向Ｔにおいて、第２樹脂体３２の先端は、第１樹脂体３１の先端よりも低い位置にあることが好ましい。この場合、例えば、キャパシタ１を配線基板に実装する際、第１樹脂体３１によって配線基板上で安定して保持できる。

【0053】

第２樹脂体３２は、ソルダーレジスト中の樹脂、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１つの樹脂を含むことが好ましい。第２樹脂体３２は、感光性樹脂の硬化物であることが好ましい。

【0054】

第１樹脂体３１に含まれる樹脂と第２樹脂体３２に含まれる樹脂とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。

【0055】

第２樹脂体３２は、図２に示すように、厚み方向Ｔからの平面視において基板１０の端部と第１外部電極２７Ａとの間で基板１０の端部に沿って設けられた第１外周部３２ａと、基板１０の端部と第２外部電極２７Ｂとの間で基板１０の端部に沿って設けられた第２外周部３２ｂと、を有することが好ましい。

【0056】

第１壁部３１ａと第１外周部３２ａとは、連接されていることが好ましい。また、第２壁部３１ｂと第２外周部３２ｂとは、連接されていることが好ましい。

【0057】

上述のとおり、図１に示すキャパシタ１では、第２電極層２４の側面２４ｃが、第１主面２４ａから第２主面２４ｂに向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有することを特徴としている。

【0058】

図３に示すように、第２電極層２４の側面２４ｃが上記のテーパー形状を有することにより、外部電極２７（特に第２外部電極２７Ｂ）に荷重が印加されたときに、第２電極層２４の端部に設けられた耐湿膜２５上の応力集中点Ａにおける応力を低減することができる。よって、耐湿膜２５の応力を緩和することができるため、耐湿膜２５及び第２電極層２４の下に設けられた誘電体膜２３にかかる応力を低減することができる。その結果、誘電体膜２３に発生するクラックを抑制することができる。

【0059】

図４－１は、テーパー角度θ_Ａと点Ａにおける応力との関係を示すグラフである。テーパー角度θ_Ａは、図３に示すように、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度を意味する。

【0060】

有限要素法を用いてシミュレーションを行うことにより、点Ａにおける応力を計算した。第２電極層２４の側面２４ｃがテーパー形状を有しないとき、テーパー角度θ_Ａは９０°である。このときの点Ａにおける応力を１００％として規格化した相対値が図４－１に示されている。

【0061】

図４－１より、テーパー角度θ_Ａが９０°より小さくなるほど、耐湿膜２５上の応力集中点である点Ａにおける応力の大きさが小さくなることが確認できる。

【0062】

特に、テーパー角度θ_Ａが４５°以下であると、点Ａにおける応力を低減する効果が高い。点Ａにおける応力を低減する効果はテーパー角度θ_Ａが小さいほど高くなるが、テーパー角度θ_Ａが２０°より小さいと、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２主面２４ｂの面積が小さくなるため、第２外部電極２７Ｂとの接触面積を確保することが困難になる。以上より、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａとしたとき、２０°≦θ_Ａ≦４５°であることが好ましい。

【0063】

図４－２は、テーパー角度θ_Ａの測定方法を説明するための模式図である。

【0064】

図４－２に示すように、第２電極層２４の膜厚をＴとしたとき、第２電極層２４の第１主面２４ａに平行で高さが１／２Ｔの線分と第２電極層２４の側面２４ｃに沿った線分とが交差する点をＸとする。第２電極層２４の第１主面２４ａと頂点Ｏと点Ｘとを結ぶ角度をテーパー角度θ_Ａとする。後述するテーパー角度θ_Ｂ及びθ_Ｃについても、同様の方法により測定することができる。

【0065】

通常、第２電極層２４は上述した金属等から構成される。その場合、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法を用いることにより、第２電極層２４の側面２４ｃに所望のテーパー形状を容易に形成することができる。

【0066】

図１に示すキャパシタ１では、第１電極層２２の側面２２ｃはテーパー形状を有していない。すなわち、第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度θ_Ｂ（図７参照）は９０°である。このように、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａ、第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度をθ_Ｂとしたとき、θ_Ａ＜θ_Ｂであることが好ましい。

【0067】

なお、第２電極層２４のテーパー形状は、第２電極層２４の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよい。しかし、外部電極２７（特に第２外部電極２７Ｂ）にかかる荷重は、耐湿膜２５等の膜の平面方向に等方的に印加される。そのため、誘電体膜２３にかかる応力を低減する観点からは、第２電極層２４の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。

【0068】

図１及び図２に示すように、厚み方向Ｔから平面視したとき、第２外部電極２７Ｂの外形は第２電極層２４の外形よりも小さいことが好ましい。第２外部電極２７Ｂの外形が第２電極層２４の外形と同等以上の大きさであると、外部電極２７（特に第２外部電極２７Ｂ）にかかる荷重が誘電体膜２３に印加されやすくなる。これに対し、第２外部電極２７Ｂの外形が第２電極層２４の外形よりも小さいと、第２外部電極２７Ｂの直下に第２電極層２４が存在するため、外部電極２７（特に第２外部電極２７Ｂ）にかかる荷重が誘電体膜２３に印加されにくくなる。その結果、誘電体膜２３に発生するクラックをさらに抑制することができる。

【0069】

図１に示すキャパシタ１は、第２電極層２４にテーパー形状を形成することを除いて、例えば国際公開第２０１９／０２１８２７号等に記載の公知の方法で製造することができる。

【0070】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るキャパシタでは、第１実施形態の変形例として、第２電極層が複層の導電層からなる。

【0071】

図５は、本発明の第２実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【0072】

図５に示すキャパシタ２では、第２電極層２４は、厚み方向（図５中、矢印Ｔで示す方向）に積層された複層の導電層からなる。導電層の数は特に限定されない。少なくとも１層の導電層の側面がテーパー形状を有していればよいが、各々の導電層の側面がテーパー形状を有することが好ましい。

【0073】

第２電極層２４において、厚み方向Ｔに隣接する導電層のうち、耐湿膜２５に近い導電層は、誘電体膜２３に近い導電層よりも、厚み方向Ｔから平面視したときの面積が小さい。各導電層のテーパー角度は、同じでもよく、異なっていてもよい。

【0074】

図５に示すキャパシタ２においても、図１に示すキャパシタ１と同様の効果が得られる。

【0075】

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るキャパシタでは、第１実施形態及び第２実施形態の変形例として、第２電極層の側面だけでなく第１電極層の側面もテーパー形状を有する。

【0076】

図６は、本発明の第３実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。図７は、図６に示すキャパシタを構成する第１電極層及び第２電極層の側面を拡大した断面図である。

【0077】

図６に示すキャパシタ３では、第１電極層２２の側面２２ｃが、第１主面２２ａから第２主面２２ｂに向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有する。さらに、図７に示すように、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａ、第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度をθ_Ｂとしたとき、θ_Ａ＜θ_Ｂである。

【0078】

図７に示すように、第２電極層２４の側面２４ｃ及び第１電極層２２の側面２２ｃがテーパー形状を有する場合、θ_Ａ＜θ_Ｂとすることにより、第２電極層２４の端部に設けられた耐湿膜２５上の応力集中点Ａにおける応力を、第１電極層２２の端部に沿った耐湿膜２５上の応力集中点Ｂにおける応力に比べて小さくすることができる。よって、耐湿膜２５及び第２電極層２４の下に設けられた誘電体膜２３にかかる応力を相対的に低減することができる。その結果、誘電体膜２３に発生するクラックを抑制することができる。

【0079】

第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａとしたとき、２０°≦θ_Ａ≦４５°であることが好ましい。

【0080】

第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度をθ_Ｂとしたとき、２５°≦θ_Ｂ≦７０°であることが好ましい。

【0081】

なお、第２電極層２４のテーパー形状は、第２電極層２４の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第２電極層２４の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。また、第１電極層２２のテーパー形状は、第１電極層２２の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第１電極層２２の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。

【0082】

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るキャパシタは、誘電体膜上に前記第２電極層と離れて設けられた第３電極層をさらに備え、外部電極は、第３電極層に接続された第１外部電極と、第２電極層に接続された第２外部電極と、を含む。本発明の第４実施形態に係るキャパシタでは、第２電極層が単層の導電層からなる。

【0083】

図８は、本発明の第４実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【0084】

図８に示すキャパシタ４は、基板１０と、基板１０上に設けられた絶縁膜２１と、絶縁膜２１上に設けられた第１電極層２２と、第１電極層２２上に設けられた誘電体膜２３と、誘電体膜２３上に設けられた第２電極層２４と、誘電体膜２３上に第２電極層２４と離れて設けられた第３電極層２９と、誘電体膜２３、第２電極層２４及び第３電極層２９上に設けられた耐湿膜２５と、耐湿膜２５上に設けられた保護層２６と、保護層２６を貫通する外部電極２７と、を備える。外部電極２７は、第３電極層２９に接続された第１外部電極２７Ａと、第２電極層２４に接続された第２外部電極２７Ｂと、を含む。第１外部電極２７Ａは保護層２６及び耐湿膜２５を貫通し、第２外部電極２７Ｂは保護層２６及び耐湿膜２５を貫通する。

【0085】

図１に示すキャパシタ１の構成では、左側にキャパシタが形成されているのに対し、図８に示すキャパシタ４の構成では、左右にキャパシタが形成されている。図８に示す構成では、図１に示す構成において第１電極層２２に第１外部電極２７Ａが接続されている部分を、第１電極層２２、誘電体膜２３、第３電極層２９の順に設けられた構成物に置き換えているだけである。そのため、図８に示す構成は、図１に示す構成に対して追加の素子形成スペースを取る必要がない。したがって、同じ素子の面積のまま、低容量のキャパシタを作製することができる。このような構造は、一定以上の厚みの誘電体膜を形成できない場合に有効である。

【0086】

第３電極層２９は、誘電体膜２３を挟んで第１電極層２２に対向して設けられている。第３電極層２９は、誘電体膜２３側の第１主面２９ａと、耐湿膜２５側の第２主面２９ｂと、第１主面２９ａと第２主面２９ｂとをつなぐ側面２９ｃと、を有する。

【0087】

第３電極層２９は、単層の導電層からなる構造を有している。

【0088】

第３電極層２９を構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ＣｒもしくはＴｉ又はこれらの金属を少なくとも１種含む合金等が挙げられる。

【0089】

図９は、図８に示すキャパシタを構成する第３電極層の側面を拡大した断面図である。

【0090】

図８及び図９に示すように、第３電極層２９の側面２９ｃは、誘電体膜２３側の第１主面２９ａから耐湿膜２５側の第２主面２９ｂに向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有している。

【0091】

図９に示すように、第３電極層２９の側面２９ｃが上記のテーパー形状を有することにより、外部電極２７（特に第１外部電極２７Ａ）に荷重が印加されたときに、第３電極層２９の端部に設けられた耐湿膜２５上の応力集中点Ｃにおける応力を低減することができる。よって、耐湿膜２５の応力を緩和することができるため、耐湿膜２５及び第３電極層２９の下に設けられた誘電体膜２３にかかる応力を低減することができる。その結果、誘電体膜２３に発生するクラックを抑制することができる。

【0092】

したがって、図８に示すキャパシタ４においても、図１に示すキャパシタ１と同様の効果が得られる。

【0093】

第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａとしたとき、２０°≦θ_Ａ≦４５°であることが好ましい。

【0094】

第３電極層２９の第１主面２９ａに対する第３電極層２９の側面２９ｃの角度をθ_Ｃとしたとき、２０°≦θ_Ｃ≦４５°であることが好ましい。第３電極層２９のテーパー角度θ_Ｃは、第２電極層２４のテーパー角度θ_Ａと同じでもよく、異なっていてもよい。

【0095】

図８に示すキャパシタ４では、第１電極層２２の側面２２ｃはテーパー形状を有していない。すなわち、第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度θ_Ｂ（図７参照）は９０°である。このように、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａ、第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度をθ_Ｂ、第３電極層２９の第１主面２９ａに対する第３電極層２９の側面２９ｃの角度をθ_Ｃとしたとき、θ_Ａ＜θ_Ｂかつθ_Ｃ＜θ_Ｂであることが好ましい。

【0096】

なお、第２電極層２４のテーパー形状は、第２電極層２４の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第２電極層２４の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。同様に、第３電極層２９のテーパー形状は、第３電極層２９の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第３電極層２９の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。

【0097】

図８に示すように、厚み方向Ｔから平面視したとき、第１外部電極２７Ａの外形は第３電極層２９の外形よりも小さく、かつ、第２外部電極２７Ｂの外形は第２電極層２４の外形よりも小さいことが好ましい。第１外部電極２７Ａの外形が第３電極層２９の外形と同等以上の大きさであると、外部電極２７（特に第１外部電極２７Ａ）にかかる荷重が誘電体膜２３に印加されやすくなる。また、第２外部電極２７Ｂの外形が第２電極層２４の外形と同等以上の大きさであると、外部電極２７（特に第２外部電極２７Ｂ）にかかる荷重が誘電体膜２３に印加されやすくなる。これに対し、第１外部電極２７Ａの外形が第３電極層２９の外形よりも小さく、かつ、第２外部電極２７Ｂの外形が第２電極層２４の外形よりも小さいと、第１外部電極２７Ａの直下に第３電極層２９が存在し、かつ、第２外部電極２７Ｂの直下に第２電極層２４が存在するため、外部電極２７（第１外部電極２７Ａ及び第２外部電極２７Ｂ）にかかる荷重が誘電体膜２３に印加されにくくなる。その結果、誘電体膜２３に発生するクラックをさらに抑制することができる。

【0098】

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態に係るキャパシタでは、第４実施形態の変形例として、第２電極層が複層の導電層からなり、第３電極層が複層の導電層からなる。

【0099】

図１０は、本発明の第５実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【0100】

図１０に示すキャパシタ５では、第２電極層２４は、厚み方向（図１０中、矢印Ｔで示す方向）に積層された複層の導電層からなる。導電層の数は特に限定されない。少なくとも１層の導電層の側面がテーパー形状を有していればよいが、各々の導電層の側面がテーパー形状を有することが好ましい。

【0101】

第２電極層２４において、厚み方向Ｔに隣接する導電層のうち、耐湿膜２５に近い導電層は、誘電体膜２３に近い導電層よりも、厚み方向Ｔから平面視したときの面積が小さい。各導電層のテーパー角度は、同じでもよく、異なっていてもよい。

【0102】

同様に、第３電極層２９は、厚み方向Ｔに積層された複層の導電層からなる。導電層の数は特に限定されない。少なくとも１層の導電層の側面がテーパー形状を有していればよいが、各々の導電層の側面がテーパー形状を有することが好ましい。第３電極層２９に含まれる導電層の数は、第２電極層２４に含まれる導電層の数と同じでもよく、異なっていてもよい。

【0103】

第３電極層２９において、厚み方向Ｔに隣接する導電層のうち、耐湿膜２５に近い導電層は、誘電体膜２３に近い導電層よりも、厚み方向Ｔから平面視したときの面積が小さい。各導電層のテーパー角度は、同じでもよく、異なっていてもよい。

【0104】

図１０に示すキャパシタ５においても、図５に示すキャパシタ２と同様の効果が得られる。

【0105】

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態に係るキャパシタでは、第４実施形態及び第５実施形態の変形例として、第２電極層の側面だけでなく第１電極層の側面もテーパー形状を有する。

【0106】

図１１は、本発明の第６実施形態に係るキャパシタの一例を模式的に示す断面図である。

【0107】

図１１に示すキャパシタ６では、第１電極層２２の側面２２ｃが、第１主面２２ａから第２主面２２ｂに向かうにつれて内側に傾くテーパー形状を有する。さらに、第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａ、第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度をθ_Ｂ、第３電極層２９の第１主面２９ａに対する第３電極層２９の側面２９ｃの角度をθ_Ｃとしたとき、θ_Ａ＜θ_Ｂかつθ_Ｃ＜θ_Ｂである。

【0108】

図１０に示すキャパシタ５においても、図６に示すキャパシタ３と同様の効果が得られる。

【0109】

第２電極層２４の第１主面２４ａに対する第２電極層２４の側面２４ｃの角度をθ_Ａとしたとき、２０°≦θ_Ａ≦４５°であることが好ましい。

【0110】

第３電極層２９の第１主面２９ａに対する第３電極層２９の側面２９ｃの角度をθ_Ｃとしたとき、２０°≦θ_Ｃ≦４５°であることが好ましい。第３電極層２９のテーパー角度θ_Ｃは、第２電極層２４のテーパー角度θ_Ａと同じでもよく、異なっていてもよい。

【0111】

第１電極層２２の第１主面２２ａに対する第１電極層２２の側面２２ｃの角度をθ_Ｂとしたとき、２５°≦θ_Ｂ≦７０°であることが好ましい。

【0112】

なお、第２電極層２４のテーパー形状は、第２電極層２４の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第２電極層２４の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。同様に、第３電極層２９のテーパー形状は、第３電極層２９の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第３電極層２９の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。また、第１電極層２２のテーパー形状は、第１電極層２２の側面の一部に形成されてもよく、全体に形成されてもよいが、第１電極層２２の側面の全体がテーパー形状を有することが好ましい。

【0113】

［その他の実施形態］
本発明の半導体装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、キャパシタ等の半導体装置の構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

【0114】

例えば、本発明の第５実施形態では、第２電極層が複層の導電層からなり、第３電極層が複層の導電層からなるキャパシタを説明したが、第２電極層及び第３電極層の一方が単層の導電層からなり、他方が複層の導電層からなるキャパシタでもよい。

【符号の説明】

【0115】

１、２、３、４、５、６ キャパシタ（半導体装置）
１０ 基板
２１ 絶縁膜
２２ 第１電極層
２２ａ 第１電極層の第１主面
２２ｂ 第１電極層の第２主面
２２ｃ 第１電極層の側面
２３ 誘電体膜
２４ 第２電極層
２４ａ 第２電極層の第１主面
２４ｂ 第２電極層の第２主面
２４ｃ 第２電極層の側面
２５ 耐湿膜
２６ 保護層
２７ 外部電極
２７Ａ 第１外部電極
２７Ｂ 第２外部電極
２８ａ シード層
２８ｂ 第１めっき層
２８ｃ 第２めっき層
２９ 第３電極層
２９ａ 第３電極層の第１主面
２９ｂ 第３電極層の第２主面
２９ｃ 第３電極層の側面
３１ 第１樹脂体
３１ａ 第１壁部
３１ｂ 第２壁部
３２ 第２樹脂体
３２ａ 第１外周部
３２ｂ 第２外周部
Ａ、Ｂ、Ｃ 耐湿膜上の応力集中点
θ_Ａ 第２電極層の第１主面に対する第２電極層の側面の角度
θ_Ｂ 第１電極層の第１主面に対する第１電極層の側面の角度
θ_Ｃ 第３電極層の第１主面に対する第３電極層の側面の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4-1】

【図4-2】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】