JPH0685168A - キャパシタとその製造方法 - Google Patents

キャパシタとその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直列に接続された場合にリーク電流発生用の
抵抗を必要としないような、耐電圧特性の優れたキャパ
シタとその製造方法を提供する。 【構成】 キャパシタ１０は、基板上に形成され、第１
金属プレート１２とこの第１金属プレート１２の上に絶
縁して形成される第２金属プレート１３とを有する。第
２金属プレート１３と接触して半絶縁材料層１８が配置
される。第１金属プレートおよび第２金属プレート１
２、１３から分離し、かつ、半絶縁材料層１８と接触す
るように導体１７が形成される。一般的には、第１金属
プレート１２と第２金属プレート１３との絶縁は、誘電
体層１４、１６により行われ、半絶縁材料層１８は、第
２金属プレート１３の上に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はキャパシタに関し、特に
基板上に他の回路とともに形成された高電圧キャパシタ
とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの応用技術において、例えば、電力
線および電話回線においては、適当な容量を有しなが
ら、しかも、高電圧（１０００ボルト以上）に耐え得る
結合キャパシタが必要とされている。このようなキャパ
シタはシリコン基板上に他の回路と一緒に形成されるの
が好ましい。大部分のモノリシックキャパシタ（通常の
集積回路プロセス技術を用いて製造される）の破壊電圧
はせいぜい１５００ボルトである。ある種の応用技術に
おいては、この破壊電圧では十分ではないため、二個以
上のキャパシタ直列に接続して、一個のキャパシタの破
壊電圧以上に電圧を高くする方法が考えられている。こ
の場合、キャパシタにかかる全電圧は直列に接続された
各キャパシタの電圧の和となる。そして、このように構
成することにより、理論的には、各キャパシタにかかる
電圧をその破壊電圧以下とすることができる。しかし、
仮に、直列に接続されたキャパシタのうちの一つにリー
ク電流が流れた場合には、このキャパシタにかかる電圧
はゼロとなり、残りのキャパシタがより高電圧にさらさ
れることになる。この高電圧がキャパシタの破壊電圧以
上になると、高電圧にさらされたそれらのキャパシタは
破損する。
【０００３】これに対して、キャパシタの破損を防止す
るために、各キャパシタに意図的なリーク電流を流すこ
とにより、個々のキャパシタにかかる電圧を均等化する
方法が考えられる。すなわち、直列に接続されたキャパ
シタに抵抗を接続することにより、意図的なリーク電流
を発生させる。抵抗値を十分に低くすれば、そこを流れ
るリーク電流は、予想されるリーク電流値以上となる。
このような意図的なリーク電流を発生させることによ
り、キャパシタに流れるリーク電流の影響を排除するこ
とができる。しかし、この解決法は必ずしも十分なもの
ではない。それは、意図的なリーク電流の量が、ある種
の応用においては許容値以上となるからである。さら
に、各キャパシタに抵抗を付加することが不可能である
場合や、キャパシタの設計によっては好ましくない場合
があるからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、高電圧の応用技術において、直列に接続された
場合にリーク電流発生用の抵抗を必要としないような、
耐電圧特性の優れたキャパシタとその製造方法を提供す
ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のキャパシタは、
基板上に形成され、第１金属プレート（１２）とこの第
１金属プレート（１２）の上に絶縁して形成される第２
金属プレート（１３）とを有するキャパシタ（１０）に
おいて、以下のような特徴を有する。すなわち、まず、
前記第２金属プレート（１３）と接触して配置される半
絶縁材料層（１８）を有する。次に、前記第１金属プレ
ートおよび前記第２金属プレート（１２、１３）から分
離し、かつ、前記半絶縁材料層（１８）と接触して形成
される導体（１７）を有する。
【０００６】本発明によるキャパシタの製造方法は、基
板（１１）の表面に沿って、第１金属プレート（１２）
と第２金属プレート（１３）とを有するキャパシタ（１
０）を製造する方法において、以下のような特徴を有す
る。すなわち、まず、前記第１金属プレート（１２）を
形成するために、前記基板（１１）表面にドーパントを
注入するステップと、前記基板（１１）の前記ドーパン
ト注入部分の上に誘電体層（１４、１６）を堆積するス
テップとを有する。次に、前記第２金属プレート（１
３）を形成するために、前記誘電体層（１４、１６）の
上に導電層を堆積するステップと、前記誘電体層（１
４、１６）の上に、前記導電層と分離して導体（１７）
を形成するステップとを有する。さらに、前記導電層と
前記導体（１７）に接触するように、これらの導電層と
導体（１７）の上に半絶縁材料層（１８）を堆積するス
テップを有する。
【０００７】
【実施例】図１において、基板１１の上に本発明のキャ
パシタ１０が形成されている。すなわち、まず、本発明
のキャパシタ１０の第１金属プレート１２は、基板１１
中の表面部分に形成されている。また、本発明の第２金
属プレート１３は、基板１１上に配置された誘電体層１
４と１６の上に配置され、これらの誘電体層１４と１６
により第１金属プレート１２から絶縁されている。誘電
体層１４、１６の上には、第２金属プレート１３に加え
て導体１７が配置されている。この導体１７は、第２金
属プレート１３から離間している。さらに、第２金属プ
レート１３と導体１７の上には、半絶縁材料（ＳｉＮ）
層１８が形成されており、この半絶縁材料（ＳｉＮ）層
１８は、第２金属プレート１３と導体１７の両方に接触
している。このように構成することにより、複数の本発
明のキャパシタ１０が直列に接続された場合には、導体
１７を固定電位（例えば、接地電位）に接続することに
より、半絶縁材料（ＳｉＮ）層１８の作用によって、本
発明のキャパシタ１０にかかる電圧を均等化することが
できる。あるいは、導体１７をキャパシタ１０の第１金
属プレート１２に接続することにより、キャパシタ１０
にかかる電圧を均等化することができる。
【０００８】また、図１に示す本発明のキャパシタ１０
は、次のようにして製造される。まず、第１金属プレー
ト１２が、基板１１にドーパントを注入することにより
形成される。次に、酸化物製の誘電体層１４が堆積形成
され、その後、リンをドープしたガラス（Ｐ−ガラス）
製の誘電体層１６が堆積形成される。あるいは、誘電体
層１４、１６の何れかを取り除いてもよいし、本実施例
の構成に加えてさらに他の誘電体層を形成することもで
きる。このような他の誘電体層は、例えば、窒化シリコ
ンで形成することができる。続いて、誘電体層１６の上
部に、第２金属プレート１３と導体１７が堆積形成され
る。導体１７（ここではリング状）は、第２金属プレー
ト１３から離間して、すなわち接触しないようにして形
成される。第２金属プレート１３と導体１７の上に、半
絶縁材料（ＳｉＮ）層１８が堆積形成される。この半絶
縁材料（ＳｉＮ）層１８は、その第２金属プレート１３
上の一部にワイヤボンディング用の開口部を有してい
る。
【０００９】図２は、図１の本発明のキャパシタ１０の
平面図であり、半絶縁材料（ＳｉＮ）層１８を取り除い
た状態を示している。ここで、第２金属プレート１３
は、誘電体層１６の上の導体１７により囲まれている。
基板１１内の第１金属プレート１２（図１の誘電体層１
４と１６により通常隠れている）は、金属導体１９と、
通常の基板−金属接続用パッド２０を用いて接続されて
いる。この図２においては、導体１７を、第２金属プレ
ート１３を完全に囲むリング状として図示しているが、
この導体１７を、リング状とする代わりに、他の形状と
することも可能である。また、このリングは必ずしも閉
じている必要はない。さらに、第２金属プレート１３と
第１金属プレート１２は、図に示すような形状に限定さ
れるものではない。また、必ずしも第１金属プレート１
２を基板１１内に形成する必要はなく、第２金属プレー
ト１３の下の誘電体層１４、１６の間に金属層を形成す
ることによっても、本発明の目的を達成することができ
る。
【００１０】誘電体層１６と半絶縁材料（ＳｉＮ）層１
８の厚さと成分は、本発明のキャパシタ１０の破壊電圧
およびそのキャパシタンスを提供できるように適宜選択
できる。さらに、第１金属プレート１２と第２金属プレ
ート１３の面積は、本発明のキャパシタ１０のキャパシ
タンスを調整するように適宜選択することができる。ま
た、半絶縁材料（ＳｉＮ）層１８は受動（passivatio
n）層および本発明のキャパシタ１０にかかる電圧が大
きすぎる場合の電流通路の両方として機能する。この半
絶縁材料（ＳｉＮ）層１８を通して「漏れる」電流に対
する本発明のキャパシタ１０の「安全弁」としての機能
は、窒化物内のフレンケル−プール（Frenkel-Poole）
導通メカニズムにより説明できる。
【００１１】図３は、二つのチップ２２、２３の上に、
高電圧のキャパシタ１０がそれぞれ形成されている状態
を示す。チップ２２の上の本発明のキャパシタ１０はチ
ップ２３の上の本発明のキャパシタ１０とワイヤボンド
２４、２５によって結合されている。本発明のキャパシ
タ１０の導体１７と第１金属プレート１２（図１、２）
はチップ２２、２３の上の回路（図示せず）に接続され
ている。本発明のキャパシタ１０の導体１７は、半絶縁
材料（ＳｉＮ）層１８（図１）の下にあるので、点線で
示してある。ワイヤボンド２４、２５は第２金属プレー
ト１３の露出した部分に接続される。
【００１２】具体的実施例 図１と図２に示した構造において、キャパシタンスが２
ｐＦで１６００ボルト用のキャパシタを形成する場合
の、各構成要素の具体的な材料および厚さ・寸法の一例
を以下の表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
電圧の応用技術において、直列に接続された場合にリー
ク電流発生用の抵抗を必要としないような、耐電圧特性
の優れたキャパシタと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】本発明のキャパシタの一実施例を示す断面図で
ある。
【図２】図１のキャパシタを、半絶縁材料（ＳｉＮ）層
１８を取り除いた状態で示す平面図である。
【図３】図１と図２に示すキャパシタを個別のチップ上
にそれぞれ形成し、これらのキャパシタをワイヤボンド
で直列に接続した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 本発明のキャパシタ １１ 基板 １２ 第１金属プレート １３ 第２金属プレート １４ 誘電体層 １６ 誘電体層 １７ 導体 １８ 半絶縁材料（ＳｉＮ）層 １９ 金属導体 ２０ パッド ２２、２３ チップ ２４、２５ ワイヤボンド

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に形成され、第１金属プレート
    （１２）とこの第１金属プレート（１２）の上に絶縁し
    て形成される第２金属プレート（１３）とを有するキャ
    パシタ（１０）において、 前記第２金属プレート（１３）と接触して配置される半
    絶縁材料層（１８）と、 前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレート（１
    ２、１３）から分離し、かつ、前記半絶縁材料層（１
    ８）と接触して形成される導体（１７）と、 を有することを特徴とするキャパシタ。
  2. 【請求項２】 前記第１金属プレート（１２）と前記第
    ２金属プレート（１３）との絶縁は、誘電体層（１４、
    １６）により行われることを特徴とする請求項１のキャ
    パシタ。
  3. 【請求項３】 前記半絶縁材料層（１８）は、前記第２
    金属プレート（１３）の上に配置されることを特徴とす
    る請求項２のキャパシタ。
  4. 【請求項４】 前記導体（１７）は、前記第２金属プレ
    ート（１３）の周囲に隣接して配置されるリングである
    ことを特徴とする請求項３のキャパシタ。
  5. 【請求項５】 前記半絶縁材料層（１８）は、窒化シリ
    コン製であることを特徴とする請求項４のキャパシタ。
  6. 【請求項６】 基板（１１）の表面に沿って、第１金属
    プレート（１２）と第２金属プレート（１３）とを有す
    るキャパシタ（１０）を製造する方法において、 前記第１金属プレート（１２）を形成するために、前記
    基板（１１）表面にドーパントを注入するステップと、 前記基板（１１）の前記ドーパント注入部分の上に誘電
    体層（１４、１６）を堆積するステップと、 前記第２金属プレート（１３）を形成するために、前記
    誘電体層（１４、１６）の上に導電層を堆積するステッ
    プと、 前記誘電体層（１４、１６）の上に、前記導電層と分離
    して導体（１７）を形成するステップと、 前記導電層と前記導体（１７）に接触するように、これ
    らの導電層と導体（１７）の上に半絶縁材料層（１８）
    を堆積するステップと、 を有することを特徴とするキャパシタ（１０）の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 前記導体（１７）は、前記導電層の周囲
    に配置されるリングであることを特徴とする請求項６の
    方法。
  8. 【請求項８】 前記半絶縁材料層（１８）は、窒化シリ
    コン製であることを特徴とする請求項７の方法。
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