JPH05326313A - コンデンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は、小型で品質が安定であり、製造時
に不良品を生じにくく、製造が容易な薄膜コンデンサお
よびその薄膜コンデンサを製造する方法の提供を目的と
する。 【構成】 本発明は、少なくとも上面が低抵抗である半
導体基板２０の上面に第１の電極層４と誘電体層３が形
成されるとともに、誘電体層上に第２の電極層５が形成
され、第２の電極層が誘電体層よりも小さく形成され、
第２の電極層の周囲の誘電体層上に第２の電極層が形成
されていない予備領域２ｄ，２ｆが形成されてなるもの
である。 【効果】 第１の電極層と第２の電極層に電極線を接続
した際に、電極線がたるんで基板側に接近しても基板の
低抵抗層を絶縁性の誘電体層が覆っているので、電極線
が低抵抗層に接触して短絡を起こすことがなくなり、安
全な接続ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体基板を用いたコン
デンサおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気機器の小型化と計量化、低コ
スト化に加え、電子回路の高度な集積化が進められてい
るので、各種の電気部品にあってはその小型化、軽量化
が進められている。このような背景にあって、コンデン
サにおいても、多くの技法により小型化と軽量化を行な
った種々の構造のコンデンサが提供されている。また、
周知のように、コンデンサの単位体積あたりの静電容量
は、誘電体の誘電率に比例し、誘電体の厚さの自乗に反
比例する。従ってコンデンサの小型化を図るためには、
誘電体層の誘電率を大きくするか、または誘電体層の厚
さを薄く形成する必要がある。

【０００３】従来、誘電体層を薄く形成した構造のコン
デンサの一例として、真空蒸着法あるいはスパッタリン
グ法などの成膜法により、電極層と誘電体層とを交互に
積層してなる薄膜コンデンサが知られている。この薄膜
コンデンサにおいて、電極層は一般に、パラジウム、
金、銀、アルミニウムなどの導電体からなり、電極層は
一般に、酸化珪素、酸化チタン、チタン酸ストロンチウ
ムなどの誘電体からなるものである。

【発明が解決しようとする課題】

【０００４】従来、この種の電極層や誘電体層を真空蒸
着法あるいはスパッタリング法などの成膜法で形成する
には、表面粗さの小さい無アルカリガラス基板、あるい
は、表面をグレーズド処理して表面粗さを小さくしたセ
ラミック基板を用い、これらの基板に電極層や誘電体層
を形成することで行なっていた。これらの基板を用いる
理由は、基板表面に凹凸、ポアなどが存在すると、成膜
法で形成する電極層や誘電体層の膜厚が凹凸やポアによ
り不均一になり、得られたコンデンサの耐電圧特性に異
常を来たすためである。ところが、前記無アルカリガラ
ス基板、あるいは、グレーズド処理を施して表面を滑ら
かに加工したセラミック基板は、それ自体が高価である
ので、コンデンサの低コスト化を進めるには、限界があ
る問題がある。

【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、小型で品質が安定するとともに、製造時に不良品
を生じにくく、製造が容易なコンデンサおよびその薄膜
コンデンサを製造する方法の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、少なくとも上面が低抵抗であ
る半導体基板と、この半導体基板上面に形成された第１
の電極層および誘電体層と、この誘電体層上に形成され
た第２の電極層とからなるコンデンサであって、前記誘
電体層上に、第２の電極層の周囲の少なくとも一部に第
２の電極層が形成されていない予備領域を形成したもの
である。

【０００７】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１記載の誘電体層を、前記半導体基板上
面において周辺部の全てに形成してなるものである。

【０００８】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、少なくとも上面が低抵抗である半導体基板の上
面を複数の区域に区分けし、この各区域内にそれぞれ第
１の電極層と前記各区域の境界を覆うような誘電体層と
を形成するとともに、この誘電体層上に第２の電極層
を、この第２の電極層が形成されていない予備領域を有
するように形成した後、前記各区域の境界に沿って前記
半導体基板を切断するものである。

【０００９】

【作用】半導体基板の少なくとも上面が低抵抗である半
導体基板の上面に第１の電極層が形成され、前記半導体
基板の上面に誘電体層と第２の電極層とが積層形成され
ているので、第１の電極層と第２の電極層との間に誘電
体層を設けた構造になり、コンデンサが構成される。ま
た、前記基板として半導体基板の少なくとも上面が低抵
抗である半導体基板を用い、前記上面に導電層と誘電体
層と電極層とを成膜して得られる構造としたため、半導
体製造用の成膜装置などをそのまま用いてコンデンサを
製造することができ、従来から安定した性能を有する半
導体製造用の成膜装置などにより製造できるので、安定
した品質のコンデンサが得られる。また、前記構造によ
れば、半導体製造装置用の成膜装置などの応用により、
特別な工程を行なわなくとも製造できる。

【００１０】なお、前記基板としては、例えば、シリコ
ン基板表面にリンなどをイオン注入あるいは熱拡散させ
て、その表面を１００Ωｃｍ〜０.０１Ωｃｍの固有抵
抗としたもの、あるいは、チョクラルスキー法により製
造して板状に切り出し、表面を鏡面加工して得られる１
００Ωｃｍ〜０.０１Ωｃｍの固有抵抗を有するシリコ
ン基板などが好適である。なおまた、ここで述べた固有
抵抗は、一例を示したもので、これらに限定されるもの
ではなく、その値前後で任意に選択することができる。
更に、前記基板上面に形成された第１の電極層を除くほ
ぼ全面を絶縁性の誘電体層が覆っているので、第１の電
極層と第２の電極層それぞれと外部端子とをボンディン
グワイヤなどの電極線で接続した場合、電極線の変形や
たるみなどにより、半導体層基板の上面側、即ち、低抵
抗層側に電極線が接近しても電極線が低抵抗層に接触す
ることがないので、電極線による短絡事故が生じない。

【００１１】また、コンデンサの容量は、誘電体層の材
料選択と厚さの違いにより、あるいは、第１電極層と第
２電極層の面積の大小により適宜調整される。よって誘
電体層の材料を適宜選択し、第１電極層と第２電極層の
面積を適宜調節するならば、所望の容量のコンデンサが
得られる。特に本発明のコンデンサによれば、誘電体層
上に第２の電極層が形成されていない予備領域が形成さ
れているので、第２の電極層の面積を増減させるような
調節幅が大きく、従って容量の設定域も広い。

【００１２】一方、少なくとも上面が低抵抗である半導
体基板の上面を複数の区域に区分けし、この各区域内に
それぞれ第１の電極層と前記各区域の境界を覆うような
誘電体層とを形成するとともに、この誘電体層上に第２
の電極層を、この第２の電極層が形成されていない予備
領域を有するように形成した後、前記各区域の境界に沿
って前記半導体基板を切断する方法にあっては、半導体
を製造する際に用いる成膜技術などを利用し、フォトレ
ジストとエッチング処理を組み合わせて行なうことによ
り、従来の半導体の製造方法の技術を応用することで実
施することができる。よって本発明の方法を採用するこ
とで、従来から知られている半導体製造方法の応用によ
り容易に本発明構造のコンデンサを製造することができ
る。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１と図２は、本発明の第１実施例のコン
デンサを示すものであり、この例のコンデンサ１は、平
面長方形状のシリコンなどの半導体からなる基板２と、
この基板２の上面のほぼ全部に被覆された誘電体層３
と、この誘電体層３に形成された正方形状の透孔３ａ内
の基板２の上面に形成された第１の電極層４と、前記誘
電体層３上であって前記第１の電極層４に隣接して設け
られた第２の電極層５を主体として構成されている。こ
の基板２は、少なくとも上面が低抵抗である半導体基板
である。

【００１４】前記基板２は、シリコンなどの半導体基板
からなり、その上面部には例えば、リンなどのイオン注
入などにより形成された低抵抗層２ａが形成され、この
低抵抗層２ａの上に前記の如く誘電体層３と第１の電極
層４が形成されている。なお、半導体基板としてシリコ
ン基板を用いる場合、シリコン基板は現在、ＩＣやＬＳ
Ｉの原材料として大量に製造されているので、これらの
用途の基板をそのまま使用することができる。また、用
いるシリコン基板としては、単結晶のもの、多結晶のも
ののいずれでも適用することができる。なお、前記基板
２の上面の低抵抗層２ａの形成方法は、イオン注入法に
限らず、リンやホウ素などを熱拡散法により熱拡散させ
て別途形成しても良い。また、前記基板としてチョクラ
ルスキー法により製造して板状に切り出したＰ型あるい
はｎ型のシリコン基板などを鏡面研摩して得られるもの
であっても良い。

【００１５】前記誘電体層３は、酸化珪素、窒化珪素、
酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウ
ムなどの誘電体材料からなり、基板２の上面部の導電層
２ａのほぼ全部を覆う層である。なお、この誘電体層３
は、基板２の上面に成膜法により前記絶縁材料を堆積さ
せて形成したものでも良いし、シリコンからなる基板２
の表面部を加熱し酸化させて形成したもの、あるいは、
窒化処理して形成したもののいずれでも良い。ここで、
シリコン基板を酸化また窒化処理することにより、シリ
コン基板表面に数μｍ以下の厚さの欠陥のない均質な酸
化シリコン層、酸窒化シリコン層、窒化シリコン層を形
成することが容易にできる。これは、ＬＳＩ製造装置用
に開発されたクリーンルームおよび酸化装置、窒化装置
を使用することにより、数十オングストローム程度の厚
さまで均質な欠陥のない層の形成ができるためである。

【００１６】前記第１の電極層４は、金、銀、アルミニ
ウムなどの導電体からなる例えば正方形状のものであ
り、図２に示す誘電体層３の右側中央部に形成されてい
て、図２に示す基板２の幅Ｂよりも小さい正方形状の透
孔３ａの内部側に、基板２の低抵抗層２ａに接触し、誘
電体層３から離間された状態で形成されている。なお、
前記透孔３ａの平面形状と第１の電極層４の平面形状は
この実施例では正方形状としているが、円形状や多角形
状などのいずれの形状でも良いのは勿論である。

【００１７】前記第２の電極層５は、金、銀、アルミニ
ウムなどの導電体からなり、例えば図２に示す基板２の
幅Ｂよりも幅の小さい長方形状のものであり、図２に示
す第２の電極層５の上下端部と基板２の上下端部との間
には、第１の予備領域２ｃがあけられ、第２の電極層５
の左側端部と基板２の左側端部との間には、第２の予備
領域２ｄがあけられている。また、前記第１の電極層４
の上下端部と基板２の上下端部との間には、第３の予備
領域２ｅがあけられ、第１の電極層４と誘電体層３との
間には第４の予備領域２ｆがあけられ、第１の電極層４
の右側端部と基板２の右側端部との間には第５の予備領
域２ｇがあけられている。更に、第１の電極層４にはボ
ンディングワイヤなどの電極線６が接続され、第２の電
極層５にはボンディングワイヤなどの電極線７が接続さ
れている。

【００１８】前記構造のコンデンサ１にあっては、第１
の電極層４と導電層２ａとが接続され、導電層２ａと第
２の電極層５との間に静電容量を構成し得る誘電体層３
が設けられているので、コンデンサを構成することがで
きる。また、このコンデンサ１の容量は、第１の電極層
４と第２の電極層５と誘電体層３の面積を調節すること
で所望の値に調節することができる。なお、前記構造の
コンデンサ１においては、半導体基板２を用いている
が、半導体基板２はその上面の平滑性をサブミクロン単
位まで揃えることができるので、その上に形成される誘
電体層３と電極層４、５の膜厚に不均一性を与えること
がなく、絶縁耐圧を低下させることもない。

【００１９】また、第１の電極層４には電極線６が接続
され、第２の電極層５には電極線７が接続されている
が、これらの電極線６、７を電極層４、５に接続した際
に、電極線６、７の変形やたるみなどにより基板２の端
部に接近した状態で接続される場合がある。このような
場合において、電極層６、７が基板２上の低抵抗層２ａ
に接触するおそれがあるが、第１の電極層４を除いて低
抵抗層２ａのほぼ全面を絶縁性の誘電体層３が覆ってい
るので、電極線６、７が低抵抗層２ａに接触して短絡を
生じてしまうことがない。従って電極線６、７の接続作
業上の難点も解決することができる。

【００２０】次に前記構成のコンデンサ１の製造方法の
一例について説明する。コンデンサ１を製造するには、
まず、シリコンの基板の上面にイオン注入を行なって低
抵抗層を備えた図３に示す基板１０を形成する。このイ
オン注入に使用するイオンはリン、ヒ素あるいはホウ素
などが好ましく、この注入により、抵抗０.０１〜１０
０Ωｃｍ程度の低抵抗層を容易に形成することができ
る。なお、基板１０としては、イオン注入を行なってそ
の表面に低抵抗層を形成するものの他に、熱拡散により
リンやホウ素などを熱拡散させたものであっても良い。
また、基板１０として、チョクラルスキー法により製造
して板状に切り出したＰ型あるいはｎ型のシリコン基板
などを鏡面研摩して得られるものを用いても良い。

【００２１】次に基板１０の上面全部に図４に示すフォ
トレジスト１１を塗布し、このフォトレジスト１１の一
部分１１ａを残してエッチングにより図５に示すように
他の部分を除去する。次に基板１０の上面と前記フォト
レジストの一部分１１ａの上面に誘電体層を形成し、フ
ォトレジストの一部分１１ａとその上の誘電体層を除去
して図６に示すように透孔１２ａが形成された誘電体層
１２を形成する。

【００２２】次いで前記誘電体層１２の上に図７に示す
ようにフォトレジスト１３を形成し、続いて図８に示す
ようにフォトレジスト１３の一部分を除去して透孔１３
ａと透孔１３ｂを形成する。続いてそれらの上面全部に
低抵抗層を堆積させてフォトレジスト１３を除去する
と、図９に示すように透孔３ａ中に第１の電極層４が形
成されるとともに、誘電体層３上に第２の電極層５が形
成されたコンデンサ１が得られる。

【００２３】以上説明した方法によりコンデンサ１を製
造するならば、一般の半導体を製造する際に用いるフォ
トレジスト形成工程とそれを除去するエッチング工程を
含むプロセスを実行することでコンデンサ１を製造する
ことができるので、半導体の製造工程と同様の信頼性の
高い技術でもってコンデンサ１を製造することができ
る。

【００２４】図１０は、図３〜図９を基に説明した方法
でコンデンサ１を製造する場合、同時に多量のコンデン
サ１を製造するために、円盤状のシリコンの基板２０を
用いた例を示すものである。図３〜図９を基に先に説明
した方法でコンデンサ１を製造する場合、円盤状の基板
２０の上面全部に低抵抗層を形成し、基板２０の上面を
多数の矩形状の区画に区分してそれぞれの区画に対して
先に説明したように前記誘電体層３、第１の電極層４、
第２の電極層５を形成し、基板２０上に同時に多数のコ
ンデンサ１を形成する。そして、各コンデンサ１を図１
０の切断ライン２０ａ…と切断ライン２０ｂ…に沿って
切断することで図１に示す構造のコンデンサ１を同時に
多数製造することができる。

【００２５】また、基板２０に形成された多数のコンデ
ンサ１の個々の検査は、一般の半導体基板の検査装置を
用い、基板上に形成した半導体素子個々の検査を行なう
場合と同様の手段により行なえば良い。この方法とし
て、例えば、多数のプローブ端子を備えた通電装置を端
子ごとに接触させて測定する方法を利用し、各コンデン
サ１の電極層４、５にプローブ端子を接触させて通電試
験することで多数のコンデンサ１を同時に検査すること
ができる。

【００２６】なお、前記コンデンサ１の構造を採用し、
前記方法を採用して基板２０を切断することにより多数
のコンデンサ１を製造する場合、各コンデンサ１の切断
ライン２０ａと２０ｂとの間に第１の電極層４と第２の
電極層５が設けられているので、切断装置が第１の電極
層４と第２の電極層５に接触してこれらを損傷させる危
険性がある。ところが、第１の電極層４の周囲には、図
２に拡大して示すように、予備領域２ｅ、２ｅ、２ｇが
設けられるとともに、第２の電極層５の周囲には予備領
域２ｃ、２ｃ、２ｄが設けられているので、これらの予
備領域の存在によって切断装置と電極層４、５との接触
を避けることができる。

【００２７】また、第１の電極層４と第２の電極層５を
アルミニウムなどの延性の高い金属材料で形成した場
合、仮に、第１の電極層４と第２の電極層５の周囲に予
備領域が存在しないと、電極層を構成するアルミニウム
を切断装置が直接切断することになるが、この場合は、
電極層を形成するアルミニウムが切断時に伸びて、その
部分にばりや突起部分を生じることになり、この部分が
導電層２ａと接触すると短絡欠陥を生じるが、この短絡
欠陥の発生を前記予備領域２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｇを設
けることで防止している。

【００２８】（実施例１）直径４インチ、厚さ０.４ｍ
ｍのシリコン基板を用い、このシリコン基板上に１０^-5
Torrの真空中においてリンのイオン注入を行なってシリ
コン基板表面に抵抗値０.１Ωｃｍの低抵抗層を形成し
た。次いでこの低抵抗層上に、スパッタリングにより厚
さ０.１μｍの窒化シリコンからなる誘電体層を形成し
た。この層上に、縦２ｍｍ、横４ｍｍの領域を想定して
図１０に示すように多数に区分けし、それらの各区分け
領域の右側の誘電体層に縦１.２ｍｍ、横１.２ｍｍの透
孔を形成し、この透孔の内部側に、縦１ｍｍ、横１ｍ
ｍ、厚さ１μｍのアルミニウムからなる第１電極層を形
成した。

【００２９】次いで前記第１の電極層の側方に、誘電体
層の上に被さるように、縦１ｍｍ、横１ｍｍ、厚さ１μ
ｍの第２電極層を形成した。次に前記区分けした領域の
境界部分に沿って基板を切断し、同時に複数個のコンデ
ンサを得ることができた。この切断の際に、いずれのコ
ンデンサにおいても第１電極層と第２電極層を損傷させ
ることなく切断することができ、不良品を生じることは
なかった。また、得られたコンデンサの１つの容量は１
ｎＦ（１ＭＨｚ）、tanδは０.４％であり、優秀な特性
の小型のコンデンサが得られた。

【００３０】なお、本実施例では、基板としてシリコン
基板にリンをイオン注入することによりその表面に低抵
抗層を形成した半導体基板を用いたが、例えば、熱拡散
法によりリンなどを熱拡散させた半導体基板であっても
良く、また、チョクラルスキー法により製造して板状に
切り出したＰ型あるいはｎ型のシリコン基板などを鏡面
研摩して得られた全体が低抵抗である半導体基板を用い
ても良いのは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、少なくと
も上面が低抵抗である半導体基板の上面に第１の電極層
と誘電体層を形成するとともに、前記誘電体層上に第２
の電極層を形成し、前記第２の電極層を誘電体層よりも
小さく形成し、第２の電極層の周囲の誘電体層上に第２
の電極層が形成されていない予備領域を形成したので、
第１の電極層と第２の電極層との間に静電容量を形成す
る誘電体層を介在させた構造になり、容量を任意に設定
したり、容量調節が容易にできるコンデンサを構成する
ことができる。また、前記誘電体層が、前記半導体層上
面においてその周辺部の全てに形成された構造であるた
めに、第１の電極層と第２の電極層それぞれと外部電極
とをボンディングワイヤなどの電極線で接続した際に、
電極線の変形やたるみなどで電極線が基板側に接近して
も基板の低抵抗層を絶縁性の誘電体層が覆っているの
で、電極線が低抵抗層に接触して短絡を起こすことがな
くなり、安全な接続ができる。 更に、半導体基板を用
いることでその上面の平滑性を確保することが容易にで
き、その上に形成する誘電体層や電極層の膜厚に不均一
性を生じないので、絶縁耐圧を低くすることがない。

【００３２】一方、少なくとも上面が低抵抗である半導
体基板の上面を複数の区域に区分けし、この各区域内に
それぞれ第１の電極層と前記各区域の境界を覆うような
誘電体層とを形成するとともに、この誘電体層上に第２
の電極層を、この第２の電極層が形成されていない予備
領域を有するように形成した後、前記各区域の境界に沿
って前記半導体基板を切断するならば、同時に多数のコ
ンデンサを製造することができる。そして、この切断時
において、電極層の周囲に設けた予備領域に沿って切断
することで、切断時に電極層を損傷させることなくコン
デンサを多数同時に、しかも品質を安定させて製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１実施例の要部を示す断面図
である。

【図２】図２は図１に示す実施例の平面図である。

【図３】図３は半導体基板を示す断面図である。

【図４】図４は図３に示す基板にフォトレジストを形成
した状態を示す断面図である。

【図５】図５は図４に示すフォトレジストの一部を除去
した状態を示す断面図である。

【図６】図６は基板上に誘電体層を形成した状態を示す
断面図である。

【図７】図７は誘電体層上に形成したフォトレジストを
示す断面図である。

【図８】図８は図７に示すフォトレジストの一部を除去
した状態を示す断面図である。

【図９】図９はコンデンサの断面図である。

【図１０】図１０は基板からコンデンサを切り出して製
造する場合の切断ラインとコンデンサの位置関係を示す
平面図である。

【符号の説明】

１ コンデンサ、 ２ 基板、 ３ 誘電体層、 ３ａ 透孔、 ４ 第１の電極層、 ５ 第２の電極層、 ６、７ 電極線、 ２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ 予備領域、 ２０ 半導体基板、 ２０ａ、２０ｂ 切断ライン、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも上面が低抵抗である半導体基
   板と、この半導体基板上面に形成された第１の電極層お
   よび誘電体層と、この誘電体層上に形成された第２の電
   極層とからなるコンデンサであって、前記誘電体層上に
   は、第２の電極層の周囲の少なくとも一部に第２の電極
   層が形成されていない予備領域が形成されてなることを
   特徴とするコンデンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の誘電体層が、前記半導体
   基板上面において周辺部の全てに形成されてなることを
   特徴とするコンデンサ。
3. 【請求項３】 少なくとも上面が低抵抗である半導体基
   板の上面を複数の区域に区分けし、この各区域内にそれ
   ぞれ第１の電極層と前記各区域の境界を覆うような誘電
   体層とを形成するとともに、この誘電体層上に第２の電
   極層を、この第２の電極層が形成されていない予備領域
   を有するように形成した後、前記各区域の境界に沿って
   前記半導体基板を切断することを特徴とするコンデンサ
   の製造方法。