TWI817244B - 被動零件 - Google Patents
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Abstract
本發明提供包含不容易產生由熱應力引起的靜電電容的變動的電容器的被動零件。在絕緣性的基板的表面設置凹部。在凹部的至少一部分充填下部電極。在下部電極的表面設置介電膜。上部電極隔著介電膜而與下部電極對向。高度方向的下部電極的尺寸比介電膜的高度方向的尺寸大，上述高度方向是與基板的表面垂直的方向。
Description
本發明係關於被動零件。
隨著具有無線通訊功能的電子機器的迅速普及，在無線通訊中，開始利用極多的高頻帶。期望藉由一個通訊模組實現利用複數個頻帶（多頻段）的通訊、以及根據複數個無線通訊標準（多模）的通訊。為了抑制與多頻段以及多模式對應的通訊模組的大型化，搭載於通訊模組的零件的小型輕薄化以及零件的高積體化不斷發展。
為了將複數個零件高積體化地構裝於通訊模組，使用零件的三維構裝、向封裝基板的零件的埋入等技術。另外，也對雜訊濾波器、頻帶濾波器等進行了積體化的被動零件要求小型輕薄化、或者向封裝基板的埋入構裝對應等。
為了實現零件的小型輕薄化，提出包含玻璃基板與電容器的被動玻璃元件（POG）（專利文獻1）。該元件具備配置在玻璃基板上的下部電極、覆蓋其表面的介電膜、以及其上的上部電極。
專利文獻1：日本特表2018－534763號公報
若對專利文獻1所公開的構造的電容器施加熱負載，則由於下部電極與介電膜的線膨脹係數之差而產生熱應力。由於熱應力尤其集中於下部電極的邊緣部，所以容易在邊緣部在介電膜產生裂痕。若在介電膜產生裂痕，則電容器的靜電電容變動。在由電容器構成濾波器的情況下，由於濾波器的共振點也根據電容器的靜電電容的變動而變動，所以得不到所要的濾波器特性。
本發明的目的，在於提供包含不容易產生由熱應力引起的靜電電容的變動的電容器的被動零件。
根據本發明的一觀點，提供一種被動零件，具備：
絕緣性的基板，在表面設置有凹部；
下部電極，充填於上述凹部的至少一部分；
介電膜，設置於上述下部電極的表面；以及
上部電極，隔著上述介電膜而與上述下部電極對向，
高度方向的上述下部電極的尺寸比上述介電膜的高度方向的尺寸大，上述高度方向是與上述基板的表面垂直的方向。
藉由設成上述的構成，能夠降低對介電膜施加的熱應力。其結果，能夠降低由熱應力引起的靜電電容的變動。
［第一實施例］
參照圖1A、圖1B、以及圖1C，對第一實施例的被動零件進行說明。
圖1A是第一實施例的被動零件的俯視圖，圖1B以及圖1C分別是圖1A的一點鏈線1B－1B以及一點鏈線1C－1C的剖面圖。在絕緣性的基板20的一個表面設置有凹部20A。將設置有凹部20A的表面稱為上表面。在凹部20A內充填下部電極21。下部電極21與基板20的上表面相比向上方突出。
介電膜22覆蓋比基板20的上表面靠上方的下部電極21的側面、以及下部電極21的上表面。介電膜22還覆蓋基板20的上表面中包圍下部電極21的邊框狀的區域。在俯視時，在介電膜22的輪廓線的內側配置下部電極21。
絕緣膜25覆蓋基板20的上表面以及介電膜22。在絕緣膜25，設置到達介電膜22的開口25A。進而，在絕緣膜25以及介電膜22，設置到達下部電極21的開口22A。在俯視時開口25A的下端以及開口22A的下端包含於下部電極21。在開口25A的內部、以及開口25A的周圍的絕緣膜25的上表面配置上部電極23。上部電極23隔著介電膜22而與下部電極21對向。藉由下部電極21、介電膜22、以及上部電極23構成金屬／絕緣體／金屬構造（MIM構造）的電容器。
在開口22A的內部、以及開口22A的周圍的絕緣膜25的上表面配置下部電極引出配線26。下部電極引出配線26與下部電極21連接。
作為基板20，能夠使用以氧化矽為主要成分的非晶基板（玻璃基板）、以氮化矽、氧化鋁、氮化硼、或者氧化鉿為主要成分的陶瓷基板等。在基板所含有的特定的材料的含有率為50重量%以上的情況下，該特定的材料能夠稱為主要成分。
作為基板20，除此之外也可以使用使矽基板的表面熱氧化形成氧化矽層的基板、在GaAs的表面形成氧化物絕緣體膜或者氮化物絕緣體膜的基板等。氧化物絕緣體膜、氮化物絕緣體膜例如能夠使用化學氣相沉積（CVD）法形成。
作為介電膜22，能夠使用將氧化矽作為主要成分的絕緣材料、或者將氮化矽作為主要成分的絕緣材料等。下部電極21、上部電極23、下部電極引出配線26使用Cu、Au、將Cu作為主要成分的金屬、或者將Au作為主要成分的金屬。絕緣膜25使用環氧樹脂、聚醯亞胺等有機絕緣材料（絕緣性樹脂）。
接下來，對第一實施例的優異的效果進行說明。
在第一實施例的被動零件中，在下部電極21，從與下部電極引出配線26接觸的位置到最靠近上部電極23下方的區域、或者在其相反方向流過電流。在下部電極21較薄的情況下，由於下部電極21的電阻而電容器的Q值降低。在第一實施例中，由於下部電極21的一部分充填於凹部20A，所以與未設置凹部20A的構成相比下部電極21變厚。藉此，能夠使下部電極21低電阻化，使電容器的Q值提高。
若不形成凹部20A，而在基板20的上表面配置較厚的下部電極21，則下部電極21的側面所引起的段差變高。若段差變高，則容易產生向位於下部電極21的邊緣部分的介電膜22的熱應力的集中。該熱應力的集中成為在介電膜22產生裂痕的重要因素。若在介電膜22產生裂痕，則電容器的靜電電容變動。另外，若下部電極21的側面的段差變高，則介電膜22的被覆性（覆蓋範圍）降低。被覆性的降低成為耐濕性的降低的重要因素。
在第一實施例中，由於將下部電極21的下側的一部分配置在凹部20A內，所以從基板20的上表面到下部電極21的上表面為止的段差變低。藉此，能夠緩和向下部電極21的邊緣部分的熱應力的集中，並且抑制介電膜22的被覆性的降低。
接下來，對下部電極21與介電膜22的尺寸的較佳的範圍進行說明。
將與基板20的上表面垂直的方向定義為高度方向。將下部電極21的高度方向的尺寸表述為h1，並將介電膜22的高度方向的尺寸表述為h2。在第一實施例中，由於介電膜22的最下側的面與基板20的上表面相接，所以尺寸h2與從基板20的上表面到介電膜22的最高的位置，即配置在下部電極21的上表面的部分的上表面為止的高度相等。為了抑制裂痕的產生，並且抑制下部電極21的電阻的上升，較佳係使尺寸h1比尺寸h2大。
由於氧化矽以及氮化矽具有較高的絕緣性，所以藉由基板20使用以氧化矽或者氮化矽為主要成分的絕緣材料，能夠得到具有良好的高頻特性的電容器。以氮化矽為主要成分的陶瓷與非晶的氧化矽相比具有較高的導熱率。藉由基板20使用以氮化矽為主要成分的陶瓷，能夠提高散熱特性。藉此，在複數個被動元件積體化在一個基板20的情況下，能夠確保足夠的散熱性，並且實現高積體化。
另外，較佳係由主要成分相同的絕緣材料形成基板20與介電膜22。若基板20與介電膜22由主要成分相同的絕緣材料形成，則兩者之間的線膨脹係數之差變小，所以能夠抑制熱應力的產生。
若下部電極21使用作為高導電率材料的Cu或者Au，則下部電極21的電阻變小。另外，由Cu或者Au構成的下部電極21的形成能夠使用電解電鍍，所以能夠容易地使下部電極21厚膜化。
接下來，參照圖2A~圖3C的圖式對第一實施例的變形例的被動零件進行說明。圖2A~圖3C的圖式分別是第一實施例的變形例的被動零件的剖面圖。
在圖2A所示的變形例中，在下部電極21與基板20之間配置基底金屬層24。由Ti、含有Ti的合金、Ta、含有Ta的合金、Ni、含有Ni的合金、Zr、或者含有Zr的合金形成基底金屬層24。藉由配置基底金屬層24，能夠提高下部電極21與基板20的密接性。進而，能夠抑制構成下部電極21的金屬的向基板20的熱擴散。藉此，能夠提高電容器的品質。
在圖2B所示的變形例中，下部電極21的上表面與基板20的上表面大致成為同一平面。因此，配置介電膜22的基底表面大致變得平坦。此情況下，介電膜22的高度方向的尺寸h2與介電膜22本身的厚度相等。在本變形例中，由於不形成下部電極21與基板20之間的段差，所以能夠進一步提高緩和熱應力的集中的效果、以及抑制介電膜22的被覆性的降低的效果。
此外，下部電極21的上表面與基板20的上表面並不需要完全成為同一平面。在下部電極21的上表面與基板20的上表面的高度之差比配置在下部電極21的上表面的介電膜22的厚度小的情況下，能夠得到緩和熱應力的集中的足夠的效果、以及抑制介電膜22的被覆性的降低的足夠的效果。
在圖2C所示的變形例中，下部電極21的上表面比基板20的上表面低。即，在凹部20A的一部分充填下部電極21。介電膜22覆蓋下部電極21的上表面、凹部20A的側面中比下部電極21的上表面高的區域、以及基板20的上表面中凹部20A的周圍。此情況下，介電膜22的高度方向的尺寸h2與從下部電極21的上表面到覆蓋基板20的上表面的介電膜22的上表面為止的距離相等。在本變形例中，尺寸h1也比尺寸h2大。因此，能夠得到緩和熱應力的集中的效果、以及抑制介電膜22的被覆性的降低的效果。
在圖3A、圖3B、以及圖3C所示的變形例中，在俯視時介電膜22包含於下部電極21。即，介電膜22配置在下部電極21的上表面，未到達下部電極21的側面或凹部20A的側面。在圖3A所示的變形例中，下部電極21的上表面配置在比基板20的上表面高的位置。在圖3B所示的變形例中，下部電極21的上表面與基板20的上表面大致成為同一平面。在圖3C所示的變形例中，下部電極21的上表面配置在比基板20的上表面低的位置。
在這些變形例中，介電膜22配置於下部電極21的平坦的上表面，未到達上表面的邊緣。因此，介電膜22的高度方向的尺寸h2與介電膜22本身的厚度相等，下部電極21的高度方向的尺寸h1與下部電極21本身的厚度相等。
在第一實施例中，絕緣膜25（圖1B、圖1C）使用有機絕緣材料，並且其上表面被平坦化。相對於此，在圖3A、圖3B、圖3C所示的變形例中，絕緣膜25使用氮化矽等無機絕緣材料，其上表面未被平坦化。由於下部電極21的表面中未被介電膜22覆蓋的區域被由無機絕緣材料構成的絕緣膜25覆蓋，所以能夠確保足夠的耐濕性。
在圖3A、圖3B、以及圖3C所示的變形例中，由於在下部電極21的邊緣部分未配置介電膜22，所以熱應力不會集中於邊緣部分的介電膜。因此，也不產生起因於在介電膜22產生裂痕的電容的變動。另外，由於下部電極21的整體或者至少一部分充填到設置於基板20的凹部20A內，所以即使將下部電極21增厚，與不設置凹部20A的構成相比，在下部電極21的側面或者凹部20A的側面出現的段差也較低。因此，能夠抑制絕緣膜25的被覆性的降低。由於能夠抑制絕緣膜25的被覆性的降低，並且使下部電極21增厚，所以能夠使下部電極21的電阻降低。其結果，能夠使電容器的Q值提高。
［第二實施例］
接下來，參照圖4A~圖11C的圖式，對第二實施例的被動零件進行說明。在參照圖1A~圖3C進行了說明的第一實施例及其變形例中，在基板20設置一個電容器，但在第二實施例中，在一個基板設置電容器以及電感器等複數個被動元件。
圖4A是第二實施例的積體型的被動零件的等效電路圖。第二實施例的被動零件是包含六個電容器與五個電感器的帶通濾波器。在輸入端子In與輸出端子Out之間從輸入端子In側依序串聯連接電容器C1、電感器L1、以及電容器C2。在輸入端子In與接地端子GND之間，並聯連接電容器C3與電感器L2的串聯電路、以及電容器C4與電感器L3的串聯電路。在輸出端子Out與接地端子GND之間，並聯連接電容器C5與電感器L4的串聯電路、以及電容器C6與電感器L5的串聯電路。
圖4B是表示第二實施例的被動零件所包含的複數個被動元件的俯視時的位置關係的圖。在基板上，配置C1~C6的六個電容器、L1~L5的五個電感器、輸入端子In、輸出端子Out、以及兩個接地端子GND。這些被動元件由配置在基板上的複數個配線層所包含的導體圖案構成。在圖4B中，不區分複數個配線層各自所包含的導體圖案而重疊地示出。
圖5是配置了電容器C4、C6的區域及其附近的剖面圖。在絕緣性的基板50的上表面形成複數個凹部50A。作為基板50，例如使用含有氮化矽、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、氧化鉿等作為主要成分的陶瓷基板、將氧化矽作為主要成分的玻璃基板。除此之外，也可以使用由半導體材料與絕緣材料構成的複合基板。作為複合基板，例如能夠使用使Si基板的表面熱氧化形成氧化物絕緣體膜的基板、藉由化學氣相沉積（CVD）法等在GaAs等半導體基板上形成氧化物絕緣體膜或氮化物絕緣體膜的基板等。較佳係高頻用的被動零件的基板50使用氧化矽、氮化矽等絕緣性特別高的材料。另外，由於氮化矽具有較高的導熱性，所以適合於對被動元件投入較大的電力的用途。基板50的厚度根據對被動零件的高度的要求等決定，例如從50μm以上300μm以下的範圍進行選擇。
在圖5出現的兩個凹部50A內分別充填電容器C4的下部電極C4L以及電容器C6的下部電極C6L。如圖2B所示的第一實施例的變形例那樣，下部電極C4L、C6L的上表面與基板50的上表面大致成為同一平面。
下部電極C4L、C6L使用高導電率材料，例如Al、Au、Cu、或者含有這些金屬的合金等，以提高Q值。也可以在下部電極C4L、C6L等與基板50之間配置用於提高密接性的密接層、或者用於防止擴散的擴散防止層。作為密接層、擴散防止層，例如能夠使用高熔點金屬、或者含有高熔點金屬的合金。作為使用為密接層、擴散防止層的高熔點金屬，能夠列舉Ti、Ni、W、Ta等。
將介電膜C4D、C6D配置為覆蓋下部電極C4L、C6L各自的上表面。介電膜C4D、C6D例如使用含有氮化矽、氧化矽、氧化鋁、氮化鋁、氧化鉭等作為主要成分的無機絕緣材料。此外，為了緩和熱應力的集中，較佳係減小介電膜C4D、C6D等與基板50的線膨脹係數之差。為了減小該線膨脹率之差，較佳係由主要成分相同的絕緣材料形成介電膜C4D、C6D等與基板50。介電膜C4D、C6D的厚度根據所要的電容、耐電壓性、以及耐濕性等觀點決定，例如從30nm以上500nm以下的範圍進行選擇。
在俯視時，在由介電膜C4D、C6D的外周的輪廓線包圍的區域分別包含下部電極C4L、C6L。即，各下部電極C4L、C6L與介電膜C4D、C6D的位置關係與圖2B所示的下部電極21與介電膜22的位置關係相同。此外，作為各下部電極C4L、C6L與介電膜C4D、C6D的位置關係，也可以採用分別在圖1B、圖2A、圖2C、圖3A、圖3B、圖3C示出的下部電極21與介電膜22的位置關係。
在介電膜C4D上配置上部電極C4U。在介電膜C6D上配置上部電極C6U。進而，在俯視時與下部電極C6L重疊的區域配置下部電極引出配線C6La。下部電極引出配線C6La通過設置於介電膜C6D的開口與下部電極C6L連接。上部電極C4U、C6U、下部電極引出配線C6La使用與下部電極C4L、C6L相同的金屬材料。
在基板50上將第一層的層間絕緣膜51配置為覆蓋上部電極C4U、C6U、下部電極引出配線C6La等。層間絕緣膜51例如使用氮化矽等無機絕緣材料。
在第一層的層間絕緣膜51上配置第一層的配線層的複數個金屬圖案。在第一層的配線層包含有配線C134、C256、CL65、以及電感器L1用的金屬圖案。配線C134通過設置於層間絕緣膜51的開口與上部電極C4U連接。第一層的配線層的金屬圖案使用作為高導電率材料的Al、Au、Cu等。此外，較佳係使用比較廉價且能夠容易地厚膜化的Cu、或者將Cu作為主要成分的導電材料。
配線C134相當於圖4A所示的等效電路圖中將電容器C1、C3、C4相互連接的配線。配線C256通過設置於層間絕緣膜51的開口與上部電極C6U連接。配線C256相當於圖4A所示的等效電路圖中將電容器C2、C5、C6相互連接的配線。配線CL65通過設置於層間絕緣膜51的開口與下部電極引出配線C6La連接。配線CL65相當於圖4A所示的等效電路圖中將電容器C6與電感器L5連接的配線。
在第一層的配線層上依序積層第二層的層間絕緣膜52、第二層的配線層、第三層的層間絕緣膜53、第三層的配線層、第四層的層間絕緣膜54。在第二層的配線層以及第三層的配線層雙方包含配線CIn以及電感器L1用的金屬圖案。在第四層的層間絕緣膜54上配置有輸入端子In。第二層以及第三層的配線層所包含的配線CIn相當於圖4A所示的等效電路圖中將輸入端子In與電容器C1、C3、C4連接的配線。第二層以及第三層的配線層的金屬圖案使用與第一層的配線層的金屬圖案相同的材料。
第二層至第四層的層間絕緣膜52、53、54使用楊氏模量較低的有機絕緣材料，例如環氧樹脂、聚醯亞胺等樹脂。為了使Q值提高，構成電感器L1等的金屬圖案與電容器的電極相比更厚。因此，對於熱負載，構成電感器L1等的金屬圖案與層間絕緣膜52、53、54之間的熱應變增大。層間絕緣膜52、53、54使用楊氏模量較低的有機絕緣材料是為了吸收熱應變使應力降低。藉此，抑制品質的降低。
第二層至第四層的層間絕緣膜52、53、54的上表面被平坦化。藉由使層間絕緣膜52、53、54的上表面平坦化，能夠使配置在其上的配線層的金屬圖案微細化，並且形成較高的縱橫比的金屬圖案。
為了使層間絕緣膜52、53、54的線膨脹係數接近基板50的線膨脹係數，也可以使構成層間絕緣膜52、53、54的有機絕緣材料混有無機材料。為了提高各配線層的金屬圖案與其下的由樹脂構成的層間絕緣膜的密接性，也可以在兩者之間配置密接層。密接層能夠使用Ti、TiW、Ni等。另外，為了提高金屬圖案與其上的由樹脂構成的層間絕緣膜的密接性，也可以進行金屬圖案的表面粗化處理例如CZ處理。
輸入端子In等使用Cu、Al、Au等高導電率材料。為了確保與外部電路的焊接連接性，也可以利用NiAu、NiPdAu等防氧化膜覆蓋輸入端子In等的表面。另外，也可以在輸入端子In等的上表面配置NiSn、NiSnAg等焊料層。
接下來，參照圖6A至圖8B的圖式，對電容器的電極以及配置於各配線層的金屬圖案的形狀以及位置關係進行說明。
圖6A是充填到基板50的凹部50A（圖5）的下部電極的俯視圖。配置電容器C1、C2、C3、C4、C5、C6各自的下部電極C1L、C2L、C3L、C4L、C5L、C6L。
圖6B是六個電容器各自的介電膜的俯視圖。在與電容器C1、C2、C3、C4、C5、C6各自的下部電極C1L、C2L、C3L、C4L、C5L、C6L（圖6A）重疊的位置配置介電膜C1D、C2D、C3D、C4D、C5D、C6D。在各介電膜C1D、C2D、C3D、C4D、C5D、C6D設置用於從下部電極引出配線的開口。介電膜C1D與介電膜C4D連續，介電膜C2D與介電膜C6D連續。
圖7A是六個電容器各自的上部電極以及下部電極引出配線的俯視圖。在俯視時，分別在與設置於介電膜C1D、C2D、C3D、C4D、C5D、C6D（圖6B）的開口重疊的位置配置下部電極引出配線C1La、C2La、C3La、C4La、C5La、C6La。這些下部電極引出配線C1La、C2La、C3La、C4La、C5La、C6La分別與下部電極C1L、C2L、C3L、C4L、C5L、C6L（圖6A）連接。
進而，分別在俯視時與介電膜C1D、C2D、C3D、C4D、C5D、C6D（圖6B）重疊的位置配置上部電極C1U、C2U、C3U、C4U、C5U、C6U。藉由上部電極C1U、C2U、C3U、C4U、C5U、C6U、與配置在其下的下部電極C1L、C2L、C3L、C4L、C5L、C6L（圖6A），分別形成電容器C1、C2、C3、C4、C5、C6。
圖7B是第一層的配線層所包含的複數個金屬圖案的俯視圖。配置分別構成電感器L1、L2、L4的三個金屬圖案。構成電感器L1的金屬圖案的一端與下部電極引出配線C2La（圖7A）連接。構成電感器L2的金屬圖案的一端與下部電極引出配線C3La（圖7A）連接。構成電感器L4的金屬圖案的一端與下部電極引出配線C5La（圖7A）連接。
進而，在第一層的配線層配置配線C134、C256、CL11、CL43、以及CL65。配線C134將上部電極C1U、C3U、C4U（圖7A）相互連接。配線C256將上部電極C2U、C5U、C6U（圖7A）相互連接。配線CL11、CL43、CL65分別與下部電極引出配線C1La、C4La、C6La（圖7A）連接。
圖8A是第二層的配線層所包含的複數個金屬圖案的俯視圖。配置分別構成電感器L1、L2、L3、L4、L5的金屬圖案。構成電感器L1、L2、L4的金屬圖案的一端分別與第一層的配線層所包含的構成電感器L1、L2、L4的金屬圖案（圖7B）連接。構成電感器L3的金屬圖案的一端經由其下的配線層所包含的配線CL43（圖7B）與下部電極引出配線C4La（圖7A）連接。構成電感器L5的金屬圖案的一端經由其下的配線層所包含的配線CL65（圖7B）與下部電極引出配線C6La（圖7A）連接。
進而，在第二層的配線層配置配線CL11、CIn、COut。配線CL11、CIn、COut分別與第一層的配線層的配線CL11、C134、C256連接。
圖8B是第三層的配線層所包含的複數個金屬圖案的俯視圖。配置分別構成電感器L1、L2、L3、L4、L5的金屬圖案、輸入端子用焊墊CIn、輸出端子用焊墊COut、接地用焊墊L25GND、L34GND。構成電感器L1的金屬圖案的一端與構成第二層的配線層的電感器L1的金屬圖案（圖8A）連接，另一端經由第二層以及第一層的配線層的配線CL11（圖8A、圖7B）與下部電極引出配線C1La（圖7A）連接。
構成電感器L2的金屬圖案的一端與構成第二層的配線層的電感器L2的金屬圖案（圖8A）連接，另一端與接地用焊墊L25GND連續。構成電感器L5的金屬圖案的一端與構成第二層的配線層的電感器L5的金屬圖案（圖8A）連接，另一端與接地用焊墊L25GND連續。
構成電感器L3的金屬圖案的一端與構成第二層的配線層的電感器L3的金屬圖案（圖8A）連接，另一端與接地用焊墊L34GND連續。構成電感器L4的金屬圖案的一端與構成第二層的配線層的電感器L4的金屬圖案（圖8A）連接，另一端與接地用焊墊L34GND連續。
輸入端子用焊墊CIn經由第二層的配線層的配線CIn（圖8A）與第一層的配線層的配線C134（圖7B）連接。輸出端子用焊墊COut經由第二層的配線層的配線COut（圖8A）與第一層的配線層的配線C256（圖7B）連接。在輸入端子用焊墊CIn上配置輸入端子In（圖4A、圖5），在輸出端子用焊墊COut上配置輸出端子Out（圖4A）。在接地用焊墊L25GND、L34GND上分別配置接地端子GND（圖4A）。
如圖7B至圖8B所示，電感器L1、L2、L3、L4、L5分別由配置於複數個配線層的金屬圖案構成。
接下來，參照圖9A至圖11C的圖式，對第二實施例的被動零件的製造方法進行說明。圖9A至圖11C的圖式是第二實施例的被動零件的製造途中階段的剖面圖。在以下的說明中，對在圖9A至圖11C的剖面圖出現的構成要素的製成順序進行說明，但對於在剖面圖未出現的構成要素也按相同的順序製成。
如圖9A所示，在基板50的上表面形成複數個凹部50A。例如，藉由利用抗蝕劑圖案對不形成凹部50A的區域進行掩膜並對基板50的表層部進行蝕刻，來形成凹部50A。該蝕刻能夠使用反應性離子蝕刻（RIE）、感應耦合電漿（ICP）蝕刻等乾式蝕刻製程、或者使用了化學藥品的濕式蝕刻製程。此外，藉由基板50使用具有感光性的玻璃材料，也能夠不使用抗蝕劑圖案就執行蝕刻製程。
如圖9B所示，藉由在基板50上沉積金屬膜61，從而金屬膜61埋入凹部50A內。以下，對金屬膜61的沉積順序進行具體說明。
首先，使由TiW等構成的密接層成膜，並在其上形成Cu被膜。密接層以及Cu被膜的形成例如能夠使用濺鍍法。藉由使用Cu被膜作為電極對Cu進行電解電鍍，來形成金屬膜61。
如圖9C所示，除去充填到凹部50A內的金屬膜61以外的金屬膜61（圖9B）。金屬膜61的除去能夠使用化學研磨、機械研磨、化學機械研磨（CMP）等。藉此，在凹部50A內留下由金屬膜61構成的下部電極C4L、C6L。另外，下部電極C4L、C6L的上表面與基板50的上表面大致成為同一平面。此外，根據研磨條件，可能產生下部電極C4L、C6L的上表面比基板50的上表面稍高的狀態（相當於圖1B）、下部電極C4L、C6L的上表面比基板50的上表面稍低的狀態（相當於圖2C）。
如圖10A所示，在下部電極C4L、C6L上分別形成具有開口部的介電膜C4D、C6D。介電膜的成膜能夠使用電漿增強化學氣相沉積（PE－CVD）法。介電膜的圖案化能夠使用反應性離子蝕刻（RIE）。此外，在零件的設計上不產生不良情況的情況下，也可以在基板整個面留下開口部以外的介電膜。
如圖10B所示，在介電膜C4D上形成上部電極C4U，在介電膜C6D上形成上部電極C6U以及下部電極引出配線C6La。這些金屬膜的成膜能夠應用真空蒸鍍法。作為一個例子，使厚度50nm的Ti膜成膜，並在其上使厚度100nm的Au膜成膜。這些金屬膜的圖案化應用剝離法。
如圖10C所示，在基板50上將層間絕緣膜51形成為覆蓋上部電極C4U、C6U、下部電極引出配線C6La。層間絕緣膜51的形成應用PE－CVD法。
如圖11A所示，在層間絕緣膜51的需要的位置形成複數個開口51H。開口51H的形成應用光刻法以及RIE等乾式蝕刻。
如圖11B所示，在層間絕緣膜51上形成第一層的配線層的配線C134、C256、CL65、以及電感器L1的金屬圖案。以下，對形成金屬圖案的順序進行說明。
首先，在基板50的整個區域，藉由濺鍍法形成Ti膜與Cu膜的積層被膜。其後，利用抗蝕劑圖案覆蓋不配置金屬圖案的區域。使用積層被膜作為種子層，對Cu進行電解電鍍。其後，利用有機溶劑除去抗蝕劑圖案，並藉由濕式蝕刻除去露出的積層被膜。
如圖11C所示，在基板整個面形成層間絕緣膜52。以下，對形成層間絕緣膜52的順序進行說明。
首先，藉由真空層壓法積層混有感光材料的B階的環氧樹脂薄膜。藉由在光刻步驟後進行利用鹼性溶液的顯影，來在環氧樹脂薄膜的所要的位置形成開口。其後，藉由進行熱處理，來使B階的環氧樹脂薄膜硬化。
藉由反復配線層的形成與層間絕緣膜的形成，來形成第二層、第三層的配線層（圖5）以及第三層、第四層的層間絕緣膜53、54（圖5）、以及輸入端子In（圖5）等。在形成了輸入端子In之後，藉由無電解電鍍在端子表面形成由NiAu構成的防氧化膜。進而，從其下面藉由背面研磨法對基板50進行磨削加工直至成為所要的厚度。最後，藉由切割基板50使其單片化，從而完成第二實施例的被動零件。
接下來，對第二實施例的優異的效果進行說明。
第二實施例的被動零件的電容器C1、C2、C3、C4、C5、C6具有與參照圖1A至圖3C的圖式進行了說明的第一實施例或者其變形例的被動零件的電容器相同的構造。因此，在第二實施例中也與第一實施例同樣，能夠使電容器的Q值提高，並且抑制介電膜的被覆性的降低。
接下來，對第二實施例的變形例進行說明。
在第二實施例（圖5）中，使構成電感器L1等的配線層為三層，但根據被動零件所需要的電路構成，配線層的層數也可以為三層以外的複數層。也可以在形成了第一層的配線層的配線C134等之後，在形成第二層的層間絕緣膜52之前，利用由氮化矽等無機絕緣材料構成的被膜覆蓋第二層的層間絕緣膜52的基底表面的整個區域。由於藉由該被膜而耐濕性提高，所以能夠進一步使電容器的耐環境性能提高。
［第三實施例］
接下來，參照圖12A以及圖12B，對第三實施例的被動零件進行說明。以下，對與參照圖4A至圖11C的圖式進行了說明的第二實施例的被動零件共通的構成省略說明。
圖12A是第三實施例的被動零件所使用的基板50的剖面圖。
第三實施例的被動零件所使用的基板50具有不同的材料在基板50的厚度方向相接的第一界面50B。比第一界面50B深的基部50M例如由將氮化矽作為主要成分的絕緣材料形成，比第一界面50B淺的表層部50S例如由將氧化矽作為主要成分的絕緣材料形成。
圖12B是形成了凹部50A的基板50的剖面圖。凹部50A從基板50的上表面到達第一界面50B。藉由以基部50M的蝕刻速率相對於表層部50S的蝕刻速率足夠慢的蝕刻條件對表層部50S進行蝕刻，來形成凹部50A。由於能夠相對於基部50M有選擇地對表層部50S進行蝕刻，所以能夠提高凹部50A的加工的控制性。藉此，能夠高精度地控制電容器的下部電極的厚度。
［第四實施例］
接下來，參照圖13A以及圖13B，對第四實施例的被動零件進行說明。以下，對與參照圖12A以及圖12B進行了說明的第三實施例的被動零件共通的構成省略說明。
圖13A是第四實施例的被動零件所使用的基板50的剖面圖。在第四實施例中，基板50在比第一界面50B深的位置具有第二界面50C。基板50包含基部50M、表層部50S、以及配置在兩者之間的蝕刻停止層50E。基部50M與蝕刻停止層50E的界面相當於第二界面50C，蝕刻停止層50E與表層部50S的界面相當於第一界面50B。
表層部50S與蝕刻停止層50E由主要成分不同的絕緣材料形成，蝕刻停止層50E與基部50M由主要成分不同的絕緣材料形成。例如，可以利用主要成分相同的絕緣材料例如以氧化矽為主要成分的絕緣材料形成基部50M以及表層部50S，並利用以氮化矽為主要成分的絕緣材料形成蝕刻停止層50E。
圖13B是形成了凹部50A的基板50的剖面圖。作為用於形成凹部50A的表層部50S的蝕刻條件，採用能夠相對於蝕刻停止層50E有選擇地對表層部50S進行蝕刻的條件。藉此，在第一界面50B蝕刻停止。因此，與第三實施例（圖12A、圖12B）相同，能夠提高凹部50A的加工的控制性，能夠高精度地控制電容器的下部電極的厚度。
較佳係使第一界面50B與第二界面50C之間的蝕刻停止層50E的厚度比基板50的上表面與第一界面50B之間的表層部50S的厚度薄。藉由使蝕刻停止層50E較薄，能夠使由於不同種類的材料的線膨脹率之差而產生的熱變形或者熱應力降低。
［第五實施例］
接下來，參照圖14對第五實施例的被動零件進行說明。以下，對與參照圖4A至圖11C的圖式進行了說明的第二實施例的被動零件共通的構成省略說明。
圖14是第五實施例的被動零件的剖面圖。在第二實施例（圖5）中，第一層的層間絕緣膜51由無機絕緣材料的單層構成，但在第五實施例中，第一層的層間絕緣膜51由下層51A與上層51B這兩層構成。下層51A由將氮化矽作為主要成分的無機絕緣材料形成，上層51B由環氧樹脂或者聚醯亞胺等有機絕緣材料形成。上層51B的上表面被平坦化。
在第五實施例中，由於第一層的配線層的基底表面被平坦化，所以能夠提高第一層的配線層的配線C134、C256、CL65等的縱橫比。進而，由於下層51A由耐濕性較高的無機絕緣材料形成，所以能夠確保電容器等的足夠的耐濕性。
上述的各實施例為例示，當然能夠進行不同的實施例所示的構成的部分置換或者組合。複數個實施例的同樣的構成所帶來的同樣的作用效果不對每個實施例依次提及。進而，本發明並不限定於上述的實施例。例如，對本領域技術人員而言明確地能夠進行各種變更、改良、組合等。
20:基板
20A:凹部
21:下部電極
22:介電膜
22A:開口
23:上部電極
24:基底金屬層
25:絕緣膜
25A:開口
26:下部電極引出配線
50:基板
50A:凹部
50B:第一界面
50C:第二界面
50E:蝕刻停止層
50M:基部
50S:表層部
51:層間絕緣膜
51A:下層
51B:上層
51H:開口
52、53、54:層間絕緣膜
61:金屬膜
C1~C6:電容器
CL11、CL43、CL65、C134、C256:配線
CIn:輸入端子用焊墊(配線)
COut:輸出端子用焊墊(配線)
C1D、C2D、C3D、C4D、C5D、C6D:介電膜
C1L、C2L、C3L、C4L、C5L、C6L:下部電極
C1La、C2La、C3La、C4La、C5La、C6La:下部電極引出配線
C1U、C2U、C3U、C4U、C5U、C6U:上部電極
L1~L5:電感器
L25GND、L34GND:接地用焊墊
In:輸入端子
Out:輸出端子
GND:接地端子
[圖1A]是第一實施例的被動零件的俯視圖，[圖1B]以及[圖1C]分別是圖1A的一點鏈線1B－1B以及一點鏈線1C－1C的剖面圖。
[圖2A]、[圖2B]、[圖2C]分別是第一實施例的變形例的被動零件的剖面圖。
[圖3A]、[圖3B]、[圖3C]分別是第一實施例的變形例的被動零件的剖面圖。
[圖4A]是第二實施例的積體型的被動零件的等效電路圖，[圖4B]是表示第二實施例的積體型的被動零件所包含的複數個被動元件俯視時的位置關係的圖。
[圖5]是第二實施例的被動零件的配置了電容器C4、C6的區域及其附近的剖面圖。
[圖6A]是充填到基板的凹部的下部電極的俯視圖，[圖6B]是六個電容器各自的介電膜的俯視圖。
[圖7A]是六個電容器各自的上部電極以及下部電極引出配線的俯視圖，[圖7B]是第一層的配線層所包含的金屬圖案的俯視圖。
[圖8A]是第二層的配線層所包含的金屬圖案的俯視圖，[圖8B]是第三層的配線層所包含的金屬圖案的俯視圖。
[圖9A]、[圖9B]、[圖9C]是第二實施例的被動零件的製造途中階段的剖面圖。
[圖10A]、[圖10B]、[圖10C]是第二實施例的被動零件的製造途中階段的剖面圖。
[圖11A]、[圖11B]、[圖11C]是第二實施例的被動零件的製造途中階段的剖面圖。
[圖12A]是第三實施例的被動零件所使用的基板的剖面圖，[圖12B]是形成了凹部的基板的剖面圖。
[圖13A]是第四實施例的被動零件所使用的基板的剖面圖，[圖13B]是形成了凹部的基板的剖面圖。
[圖14]是第五實施例的被動零件的剖面圖。
20:基板
20A:凹部
21:下部電極
22:介電膜
22A:開口
23:上部電極
25:絕緣膜
25A:開口
26:下部電極引出配線
Claims (10)
- 一種被動零件，具備：絕緣性的基板，在表面設置有凹部；下部電極，充填於上述凹部的至少一部分；介電膜，設置於上述下部電極的表面；以及上部電極，隔著上述介電膜而與上述下部電極對向，高度方向的上述下部電極的尺寸比上述介電膜的高度方向的尺寸大，上述高度方向是與上述基板的表面垂直的方向，上述下部電極，與上述基板的上述表面相比向上方突出，上述下部電極的上表面、及上述下部電極之比上述基板的上述表面靠上方之側面沒有露出。
- 如請求項1之被動零件，其中，在俯視時，上述介電膜包含於上述下部電極。
- 如請求項1之被動零件，其中，上述下部電極的上表面與上述基板的表面的高度之差比配置在上述下部電極的上表面的上述介電膜的厚度小。
- 如請求項1至3中任一項之被動零件，其中，上述基板包含氧化矽或者氮化矽作為主要成分。
- 如請求項1至3中任一項之被動零件，其中，上述介電膜由主要成分與上述基板相同的絕緣材料形成。
- 如請求項1至3中任一項之被動零件，其中，上述基板具有不同的材料在上述基板的厚度方向相接的第一界面，上述凹部從上述基板的表面到達上述第一界面。
- 如請求項6之被動零件，其中， 與上述第一界面相比，上側的材料是以氧化矽為主要成分的絕緣材料，下側的材料是以氮化矽為主要成分的絕緣材料。
- 如請求項6之被動零件，其中，上述基板在比上述第一界面深的位置具有不同的材料在上述基板的厚度方向相接的第二界面，比上述第二界面深的區域、以及比上述第一界面淺的區域由主要成分相同的絕緣材料形成，上述第一界面與上述第二界面之間的層的厚度比上述基板的表面與上述第一界面之間的層的厚度薄。
- 如請求項1至3中任一項之被動零件，其中，上述下部電極由以Cu或者Au為主要成分的金屬形成。
- 如請求項8之被動零件，其進一步具備配置在上述下部電極與上述基板之間的基底金屬層，上述基底金屬層由Ti、含有Ti的合金、Ta、含有Ta的合金、Ni、含有Ni的合金、Zr、或者含有Zr的合金形成。
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