JP5231702B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１および第２のキャパシタ電極を有する第１のコイル、および誘電性を有する第１のキャパシタを備えた電子装置に関する。その電子装置は、第１および第２の面を有する基板を備え、その第２の面には次のもの、即ち、第１のキャパシタ電極が定められるパターニングされた第１の導電層と、少なくとも部分的に誘電性を有する誘電材料層と、実質的に第１のコイルである第１のパターンおよび少なくとも第２のキャパシタ電極の一部分である第２のパターンを備えるパターニングされた第２の導電層と、が存在する。

このような装置は、M.de Samber と L.Tegelaersによる、Philips Journal of Research,51（1998)の389−410により公知である。その公知の装置はＬＣフィルタである。その基板は、第２の面においてＳｉＯ_２の電気的絶縁面を有するシリコンを備える。第２の導電層はアルミニウムおよび金から構成され得る。この層がアルミニウムを含むとした場合、この層はスパッタリング、および続いてエッチングをすることによって形成される。金を含むパターニングされた第２の導電層は、レジスト層が金の薄膜上に形成されることによって製造される。そのレジスト層はフォトリソグラフィによって形成され、金は電気化学的に成長せられる。

公知の装置の欠点は、ＬＣフィルタがその装置の製造における制御できない工程（step）に依存したエラー範囲（margin of error）を有する共振周波数を有することである。このエラー範囲は、装置を高周波に適用するには大き過ぎる。

本発明の第１の目的は、上記した段落において記載したように、高周波において装置に適用できるように充分に小さいエラー範囲の共振周波数を有する電子装置を提供することである。

本発明の目的は、誘電体が中間領域およびエッジ領域を基板の第２の面に対して平行に有し、その誘電体が中間領域においてよりもエッジ領域において、より厚い誘電体の厚さ（greater dielectric thickness）を有し、第１の導電層上へ垂直方向から投影された第２のキャパシタ電極の射影が少なくとも部分的に第１のキャパシタ電極の内側にあることによって達成される。

１次（the first order）の共振周波数は、コイルの存在によるインダクタンスおよびキャパシタの存在による容量に同等に強く依存する。より厚い誘電体の厚さ（誘電率（dielectric constant）に対する層の厚さの比率として定義される）により、装置の製造における制御性の悪い工程によるインダクタンスの上昇が、製造におけるその同一工程において容量の低下によって補われる。制御性の悪い工程は、通常、第２の導電層のパターニングである。この第２の導電層は比較的厚いことが好ましいからである。このパターニングは、例えば、ウェットまたはドライエッチングによって行われ、若しくは、パターンが電気化学的に成長せられるプロセスにおいて行われる。同様の補償は、インダクタンスが低下すれば起こり、それによりキャパシタンスが上昇する。

容量が変化する場合には、第１の導電層上へ垂直方向から投影された第２のキャパシタ電極の射影が少なくとも部分的に第１のキャパシタ電極の内側にあることが必要である。その垂直方向からの射影は、全体が第１のキャパシタ電極の内側にあることは必ずしも必要ではなく、第１のコイルのような第２の電極から装置の他の部分への導電性の接続が第２の導電層に存在してもよい。その補償も、垂直方向からの射影が部分的にだけ第１のキャパシタ電極の内側にあることを要する。好ましくは、中間領域における誘電体の厚さに対するエッジ領域における誘電体の厚さの比率は3から20の間である。

その結果、装置の共振周波数は、その装置の製造におけるエラー範囲によって影響されない。ＬＣフィルタだけでなく、例えば、コイルとキャパシタとを備えた集積回路などの装置は、100ＭＨz以上の周波数で動作する携帯電話のようなＲＦ無線通信装置における用途にも適用することができる。本発明による電子装置を高周波用の製品に使用することによって、その装置がより正確な帯域（bandwidth）の周波数に適用され得るようになる。このように、高周波用の製品は、より良い性能を有する。それは、また、2000ＭＨzを超える周波数のような非常に高い周波数を用いることを可能にする。

好適な実施の形態としては、中間領域の誘電体が誘電材料の層から形成され、エッジ領域の誘電体が誘電材料の層および電気的絶縁材料の層から形成される。

エッジ領域と中間領域との間の誘電体の厚さの相違は、エッジ領域における誘電体材料層と電気的絶縁材料層との組合せにより、誘電材料の層のみが存在していた場合よりも大きくなる。

本発明による装置の他の実施の形態によれば、パターニングされた中間導電層が誘電材料層と電気的絶縁材料層との間に存在し、その中間導電層において、第２の導電層の第２のパターンに電気的にコンタクトし、このパターンに関連して第２のキャパシタ電極を形成する平面状導電線（planar conductor track）が定められており、並びに、その中間層上へ垂直方向から投影された前述の第２のパターンの射影が少なくとも部分的にその導電線の外側にある。

本実施の形態によれば、誘電体材料層は電気的絶縁材料層と第１の導電層との間に存在する。これは、誘電体層および中間層が連続して堆積されること、およびこれらの層の間の境界表面がエッチング方法によって影響しないこと、という利点を有する。中間層は電気的絶縁材料層をエッチングする際のエッチングストップ層として作用し、電気的絶縁材料層は、一部がその中間層上に存在し、一部が誘電材料層の上に存在する。

本実施の形態の特別な変形例としては、誘電材料層および電気的絶縁材料層が部分的に第１のキャパシタの外側に存在せず、第１および第２の導電層の間に電気的接続が存在する。このような接続はビアとして知られている。本変形例は、製造方法において付加的な工程がなくとも製造することができるという利点がある。中間層が存在せず、第１のキャパシタの外側にある電気的絶縁層のエッチングは、誘電材料層も同時に除去する。次に、続く第２の導電層の堆積がビアを完成する。

さらに、第２の導電層は5μｍより厚いことが好ましい。第1のコイルのロスがそのような厚さの場合において小さい。好ましくは、第２の導電層はアルミニウムを含む。この材料はスパッタリングによって容易に形成され、ウエットエッチングによって容易にパターニングされることができる。この場合には、アンダエッチングが起こり、そのアンダエッチングによって、第１のキャパシタの容量が低下し、一方で第１のコイルのインダクタンスを上昇させる。さらに、アルミニウムは良好な導電性を有する。このことは、コイルにとってだけでなく、第２の導電層内で好ましくは定められる導電線（conductor track）や相互接続にとっても重要である。

第１の導電層は、例えば、アルミニウム、ドーピングされたポリ（3,4-エチレンダイオキシ）チオフェン（doped poly(3,4-ethylenedioxy)thiophene）、ポリアニリン（polyaniline）、ニッケル、銅、金、プラチナまたはドーピングされたシリコンを含む。

基板の材料は、多くの材料から選択され得る。その例として、ガラス、アルミナ、ポリイミドおよびシリコンがある。好ましくは、第２の面がシリコン酸化物に酸化されている高オーミックのシリコンが、高周波用の製品のために選択される。

好ましくは、誘電材料は、高い誘電率を有する材料である。その例としては、シリコン窒化物、それに代えて、チタン酸バリウム（barium titanate）およびニオブ酸バリウム（barium niobate）、酸化チタン、並びにポリビニルフェノール(polyvinylphenol)がある。好ましくは、電気的絶縁材料は、シリコン酸化物、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（benzocyclobutene）などの低誘電率を有する材料である。電気的絶縁材料は、フォトリソグラフィによってパターニングされることができる。

本発明のこれらのおよび他の特徴は添付図面を参照してより詳細に説明される。

（第１の実施の形態）
図１のＬＣフィルタ１０は、第１の面４１と、第１のキャパシタ電極２１を定めＮｉを含む第１の導電層３が在る第２の面４２とを有するＡｌ_２Ｏ_３を含む基板１を備える。第１の導電層３には、ビア１３を（それによって、特に、第１のコイル１２を）Ｕ字型電気的コンタクト１４へ接続させる導電線２７が存在する。誘電体２６は、第１のキャパシタ１１の第１のキャパシタ電極上に存在する。キャパシタ１１のエッジ領域２２および２３において、誘電体２６は0.01から0.2μｍの厚さの誘電材料層５と0.1から0.8μｍの厚さの電気的絶縁材料層４とを有する。誘電体２６は、キャパシタ１１の中間領域２４に誘電体材料層５を有する。その誘電材料はＢａＮｄＴｉＯ_３である。電気的絶縁材料はＳｉＯｘ（１≦ｘ≦２）である。Ａｌを含む第２の導電層７は誘電材料層５の上に存在する。第１のキャパシタ１１の第２のキャパシタ電極２５、第１のコイル１２および垂直相互接続領域（ビア）１３は、４から７μｍの厚さを有する第２の導電層７内において定められる。第１のコイル１２は第１のパターンであり、第２のキャパシタ電極は第２のパターンである。第１の導電層３上へ垂直方向から投影された第２のキャパシタ電極２５の射影は、第１の電極２１の範囲内にある。エッチングによって第２の導電層７に孔３１、３２および３３を形成する際のアンダエッチングによって、第２のキャパシタ電極２５の表面領域が減少し、従って、その第１のキャパシタ１１の容量値も低下する。同時に、第１のコイル１２のインダクタンス値は上昇する。第２の導電層７は保護層８によって被覆されている。

（第２の実施の形態）
図２において、電子装置１０は、第１の面４１と第２の面４２とを有するシリコンを含む基板１を備える。第２の面４２において、基板１が、シリコン酸化物を含む電気的絶縁層２によって被覆されている。Ａｌを含む第１の電気的導電層３は、その内で第１のキャパシタ１１の第１のキャパシタ電極２１を定め、層２の上に存在する。ビア１３の領域が除去される誘電体材料層５が第１の導電層３上に存在する。その誘電体材料層５は、ＳｉＮｘ（0.5≦ｘ≦2）を含み、キャパシタ１１の中間領域２４における誘電体２６を構成している。エッジ領域２２および２３において、誘電体２６は、誘電材料層２５だけでなく、電気的絶縁材料層４、例えば、ＳｉＯｘ（1≦ｘ≦2）も有する。Ａｌを含む中間層６は、誘電材料層５の上に存在し、電気的絶縁材料層４によって部分的に被覆されている。導電線２８は中間層６内で定められている。第２の導電層７のＡｌを含む第２のパターン２９は、この導電線２８と電気的に接触する。導電線２８および第２のパターン２９はともに、第1のキャパシタ１１の第２のキャパシタ電極２５を形成する。第２の導電層７は、さらに、第１のパターンとして第１のコイル１２、ビア１３および相互接続１４を含み、保護層８によって被覆されている。中間層６へ垂直方向から投射した第２のパターン２９の射影は、部分的に導電線２８の外側にある。第１の導電層３へ垂直方向から投影された第２のパターン２９の射影は、第１のキャパシタ電極２１の外側、即ち、相互接続１４の領域に、部分的にある。この相互接続１４は、第２のキャパシタ電極２５を装置１１０の他の部分へ接続するために必要である。従って、第１の導電層３へ垂直方向から投影された第２のキャパシタ電極２５の射影は、少なくとも第１のキャパシタ電極２１の内側にある。

本発明に従った装置の第１の実施の形態の模式的側断面図。 本発明に従った装置の第２の実施の形態の模式的側断面図。

Claims (4)

1. 第１のコイルと、第１および第２のキャパシタ電極並びに誘電体を有する第１のキャパシタと、第１および第２の面を有する基板とを備え、
   該基板の前記第２の面には、
   前記第１のキャパシタ電極が定められるパターニングされた第１の導電層と、 前記誘電体内に少なくとも構成されている誘電体材料層と、
   実質的に前記第１のコイルである第１のパターンおよび前記第２のキャパシタ電極の少なくとも一部分である第２のパターンを含むパターニングされた第２の導電層と、が設けられ、
   前記第１のキャパシタは、エッジ領域および中間領域を有し、
   前記誘電体は、前記中間領域内においてよりも前記エッジ領域において誘電体の厚みが厚く、
   前記第１の導電層上へ投影された前記第２のキャパシタ電極の射影が少なくとも部分的に前記第１のキャパシタ電極内にあり、
   前記中間領域における前記誘電体は、前記誘電体材料層から形成されており、
   前記エッジ領域における前記誘電体は、前記誘電体材料層および電気的絶縁材料層から形成されており、
   前記第１のキャパシタ電極は、底部電極であり、
   前記電気的絶縁材料層は、前記エッジ領域において前記底部電極と接触し、
   前記誘電体材料層は、前記中間領域において前記底部電極と接触し、かつ、前記エッジ領域において前記電気的絶縁材料層の上に設けられており、
   前記第２のキャパシタ電極は、前記誘電体材料層に接触し、前記誘電体材料層の上にある上部電極であることを特徴とする電子装置。
   
2. 前記第２の導電層は、５μｍよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
   
3. 前記第２の導電層はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
   
4. 高周波用の製品に使用されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。

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