JP7027352B2

JP7027352B2 - コンデンサ

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Publication number: JP7027352B2
Application number: JP2019007776A
Authority: JP
Inventors: 進小幡; 圭一郎松尾; 光雄佐野; 和人樋口; 一生下川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JP2020119936A; US11862667B2; US20200235200A1

Description

本発明の実施形態は、コンデンサに関する。

多くの電気電子機器は、コンデンサを含んでいる。そのようなコンデンサは、例えば、シリコン基板に、導電層や誘電体層を形成することにより得られる。

特開平８－２１３５６５号公報

本発明が解決しようとする課題は、大きな電気容量を達成可能なコンデンサを提供することである。

一側面によれば、第１主面と第２主面とを有し、前記第１主面に複数の凹部が設けられ、前記複数の凹部の隣り合った２つによって各々が挟まれた１以上の部分に、前記第１主面側の領域が前記第２主面側の領域と比較してより大きな多孔度を有するように複数の孔が更に設けられた導電基板と、前記第１主面と前記複数の凹部の側壁及び底面と前記複数の孔の壁面とを覆った導電層と、前記導電基板と前記導電層との間に介在した誘電体層とを備えたコンデンサが提供される。

第１実施形態に係るコンデンサを概略的に示す断面図。図１に示すコンデンサの一部を拡大して示す断面図。図１に示すコンデンサの製造における一工程を概略的に示す断面図。図１に示すコンデンサの製造における他の工程を概略的に示す断面図。図４の工程によって得られる構造の一例を概略的に示す断面図。図１に示すコンデンサの製造における更に他の工程を概略的に示す断面図。図１に示すコンデンサの製造における更に他の工程を概略的に示す断面図。図７の工程によって得られる構造の一例を概略的に示す断面図。図１に示すコンデンサの製造における更に他の工程を概略的に示す断面図。図９に示す工程によって得られる構造の一例を示す電子顕微鏡写真。第２実施形態に係るコンデンサの一部を拡大して示す断面図。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るコンデンサを概略的に示す断面図である。図２は、図１に示すコンデンサの一部を拡大して示す断面図である。

図１に示すコンデンサ１は、導電基板１０と、導電層２０ｂと、誘電体層５０とを含んでいる。

なお、各図において、Ｘ方向は導電基板１０の主面に平行な方向であり、Ｙ方向は導電基板１０の主面に平行であり且つＸ方向に垂直な方向である。また、Ｚ方向は、導電基板１０の厚さ方向、即ち、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な方向である。

導電基板１０は、その全体に亘って導電性を有している。導電基板１０は、例えば、Ｐ型又はＮ型の不純物がドープされた半導体からなる半導体基板又は金属基板である。導電基板１０は、シリコン基板などのシリコンを含んだ基板であることが好ましい。そのような基板は、半導体プロセスを利用した加工が可能である。

導電基板１０は、第１主面Ｓ１と、その裏面である第２主面Ｓ２とを有している。
第１主面Ｓ１には、図１及び図２に示すように、複数の凹部Ｒが設けられている。ここでは、これら凹部Ｒは、第１方向であるＸ方向に各々が延びた形状を有しているトレンチである。凹部Ｒは、図１に示すように、第２方向であるＹ方向に配列している。

凹部Ｒの深さＤは、導電基板１０の厚さＴの１％乃至９０％の範囲内にあることが好ましく、１％乃至５０％の範囲内にあることがより好ましい。この割合を大きくすると、コンデンサ１の容量がより大きくなる。但し、この割合を大きくすると、コンデンサ１の機械的強度が低下する。

凹部Ｒの開口部の寸法は、０．３μｍ以上であることが好ましい。なお、凹部Ｒの開口部の寸法は、凹部Ｒの開口部の径又は幅である。ここでは、凹部Ｒの開口部の寸法は、その長さ方向に対して垂直な方向、即ち、導電基板１０の厚さ方向に垂直な平面への凹部Ｒの正射影の長さ方向に対して垂直な方向における寸法である。この寸法を小さくすると、より大きな電気容量を達成できる。但し、この寸法を小さくすると、凹部Ｒ内に、誘電体層５０と後述する第１層２０ｂ１とを含んだ積層構造を形成することが難しくなる。

隣り合った凹部Ｒ間の距離は、０．１μｍ以上であることが好ましい。この距離を小さくすると、より大きな電気容量を達成できる。但し、この距離を小さくすると、導電基板１０のうち凹部Ｒの隣り合った２つによって各々が挟まれた部分Ｐの破損を生じ易くなる。

凹部Ｒは、様々な形状を有し得る。例えば、凹部Ｒは、Ｚ方向に垂直な平面への正射影が、直線状の形状を有していてもよく、湾曲又は屈曲した形状を有していてもよく、円形又は正方形であってもよい。

また、ここでは、凹部Ｒの深さ方向に平行な断面は矩形状である。この断面は矩形状でなくてもよい。例えば、この断面は、先細りした形状を有していてもよい。

導電基板１０のうち凹部Ｒの隣り合った２つによって各々が挟まれた１以上の部分Ｐには、複数の孔Ｈが設けられている。これら孔Ｈは、部分Ｐに対して均一に設けられていない。部分Ｐには、孔Ｈは、その第１主面Ｓ１側の領域が、第２主面Ｓ２側の領域と比較してより大きな多孔度を有するように設けられている。

ここでは、部分Ｐの各々には、第１主面Ｓ１側の領域にのみ孔Ｈが設けられている。即ち、ここでは、部分Ｐの各々は、多孔質の第１領域ＲＳ１と、第１領域ＲＳ１と第２主面Ｓ２との間に介在した非多孔質の第２領域ＲＳ２とを含んでいる。

孔Ｈが部分Ｐのうち第１主面Ｓ１側の領域にのみ設けられている場合、凹部Ｒの深さ方向における第１領域ＲＳ１の寸法Ｌ１と、凹部Ｒの深さ方向における第２領域ＲＳ２の寸法Ｌ２との比は任意である。即ち、寸法Ｌ１と凹部Ｒの深さＤとの比や寸法Ｌ２と凹部Ｒの深さＤとの比は任意である。但し、寸法Ｌ１と深さＤとの比Ｌ１／Ｄを大きくすると、コンデンサ１の容量の増大が容易になるものの、コンデンサ１の製造過程で部分Ｐの破損を生じ易くなり、また、コンデンサ１の寄生抵抗が大きくなる。

比Ｌ１／Ｄは、１％乃至５０％の範囲内にあることが好ましく、３％乃至１０％の範囲内にあることがより好ましい。また、寸法Ｌ１は、１μｍ乃至５０μｍの範囲内にあることが好ましく、３μｍ乃至１０μｍの範囲内にあることがより好ましい。

第１主面Ｓ１側の領域が、第２主面Ｓ２側の領域と比較してより大きな多孔度を有していれば、孔Ｈは、第１主面Ｓ１側の領域だけでなく、第２主面Ｓ２側の領域にも設けられていてもよい。この場合、部分Ｐの多孔度は、凹部Ｒの深さ方向へ連続的に変化していてもよく、段階的に変化していてもよい。各部分Ｐにおいて、多孔度の最小値は、１％以下であることが好ましく、０％であることがより好ましい。また、各部分Ｐにおいて、多孔度の最大値は、１０％乃至９０％の範囲内にあることが好ましく、３０％乃至７０％の範囲内にあることがより好ましい。

なお、「多孔度」は、以下の方法によって得られる値である。先ず、凹部Ｒの深さ方向に平行な部分Ｐの断面を、走査電子顕微鏡により２万乃至１０万倍の倍率で撮影する。次いで、この画像において、孔Ｈの面積が部分Ｐの面積に占める割合を求める。このようにして得られた値を多孔度とする。

孔Ｈの各々は、止り孔であってもよく、貫通孔であってもよい。孔Ｈの各々は、分岐していてもよく、分岐していなくてもよい。孔Ｈの各々は、他の孔Ｈと繋がっていてもよく、繋がっていなくてもよい。

孔Ｈの平均径は、０．０５μｍ以上であることが好ましい。孔Ｈの径を小さくすると、より多くの孔Ｈを配置することができ、それ故、より大きな電気容量を達成することができる。但し、孔Ｈの径を小さくし過ぎると、孔Ｈ内に、誘電体層５０と後述する第１層２０ｂ１とを含んだ積層構造を形成することが難しくなる可能性がある。

導電層２０ｂは、第１主面Ｓ１と、凹部Ｒの側壁及び底面と、孔Ｈの壁面とを覆っている。導電層２０ｂは、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。ここでは、導電層２０ｂは、第１層２０ｂ１と第２層２０ｂ２との二層構造を有している。

第１層２０ｂ１は、導電性を有する層である。第１層２０ｂ１は、第１主面Ｓ１と、凹部Ｒの側壁及び底面と、孔Ｈの壁面とを覆っている。

ここでは、第１層２０ｂ１のうち第１主面Ｓ１並びに凹部Ｒの側壁及び底面と向き合った部分は、導電基板１０の表面に対してコンフォーマルである。即ち、ここでは、第１層２０ｂ１は、略均一な厚さを有する層である。第１層２０ｂ１のうち第１主面Ｓ１並びに凹部Ｒの側壁及び底面と向き合った部分は、導電基板１０の表面に対してコンフォーマルでなくてもよい。

第１層２０ｂ１は、誘電体層５０とともに、孔Ｈを埋め込んでいる。即ち、孔Ｈは、誘電体層５０と第１層２０ｂ１とによって、隙間を残すことなしに埋め込まれている。この構造を採用すると、第１層２０ｂ１を形成してから第２層２０ｂ２を形成するまでの期間において部分Ｐが破損する可能性を低減することができる。第１層２０ｂ１のうち孔Ｈ内に位置した部分は、孔Ｈの壁面に対してコンフォーマルであってもよい。

第２層２０ｂ２も、導電性を有する層である。第２層２０ｂ２は、第１層２０ｂ１を間に挟んで、第１主面Ｓ１と、凹部Ｒの側壁及び底面と、孔Ｈの壁面とに向き合っている。

第２層２０ｂ２は、誘電体層５０及び第１層２０ｂ１とともに、凹部Ｒを埋め込んでいる。第２層２０ｂ２のうち凹部Ｒの側壁及び底面に向き合った部分は、それらに対してコンフォーマルであってもよい。

導電層２０ｂは、誘電体層５０とともに、孔Ｈを埋め込んでいる。即ち、孔Ｈは、誘電体層５０と導電層２０ｂとによって、隙間を残すことなしに埋め込まれている。この構造を採用すると、導電層２０ｂを形成した後に部分Ｐが破損する可能性を低減することができる。導電層２０ｂのうち孔Ｈ内に位置した部分は、孔Ｈの壁面に対してコンフォーマルであってもよい。

また、導電層２０ｂは、誘電体層５０とともに、凹部Ｒを埋め込んでいる。導電層２０ｂのうち凹部Ｒの側壁及び底面に向き合った部分は、それらに対してコンフォーマルであってもよい。

導電層２０ｂを構成している各層は、例えば、導電性を高めるために不純物がドーピングされたポリシリコンからなる。導電層２０ｂを構成している各層は、ニッケル、銅、タングステンなどの金属又は合金からなる層であってもよい。

第１層２０ｂ１の材料と第２層２０ｂ２の材料とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。ここでは、第１層２０ｂ１及び第２層２０ｂ２は、Ｐ型又はＮ型の不純物がドープされたポリシリコンからなるとする。

第１層２０ｂ１の厚さは、０．０５μｍ乃至１μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ乃至０．３μｍの範囲内にあることがより好ましい。第１層２０ｂ１が薄いと、第１層２０ｂ１に不連続部を生じるか、又は、第１層２０ｂ１のシート抵抗が過剰に大きくなる可能性がある。第１層２０ｂ１が厚いと、誘電体層５０を十分な厚さに形成することが難しい場合がある。

誘電体層５０は、導電基板１０と導電層２０ｂとの間に介在している。誘電体層５０は、導電基板１０の表面、具体的には、第１主面Ｓ１、凹部Ｒの側壁及び底面、並びに孔Ｈの内壁に対してコンフォーマルである。誘電体層５０は、導電基板１０と導電層２０ｂとを互いから電気的に絶縁している。誘電体層５０は、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。

誘電体層５０は、例えば、無機誘電体からなる。無機誘電体としては、強誘電体（例えば、ＨｆＳｉＯ、ＨｆＳｉＯＮ、又はＨｆＯ_２）も用いることができるが、例えば、シリコン窒化物、シリコン酸化物、シリコン酸窒化物、チタン酸化物、アルミナ、及びタンタル酸化物などの常誘電体が好ましい。これらの常誘電体は、温度による誘電率の変化が小さい。そのため、常誘電体を誘電体層５０に使用すると、コンデンサ１の耐熱性を高めることができる。

誘電体層５０は、シリコン酸化物層を含んでいることが好ましい。シリコン酸化物層を含んだ誘電体層５０は、例えば、シリコン酸化物層であるか、又は、１以上のシリコン酸化物層と他の１以上の層とを含んだ多層構造を有している層である。この多層構造を有している層、例えば、シリコン酸化物層とシリコン窒化物層とを含んだ層、シリコン酸化物層とシリコン酸窒化物層とを含んだ層、又は、シリコン酸化物層と金属酸化物層とを含んだ層である。なお、導電基板１０としてシリコン基板を使用した場合、シリコン酸化物層、シリコン窒化物層及びシリコン酸窒化物層は、それぞれ、導電基板１０の表面領域を、酸化、窒化及び酸窒化することにより形成することができる。

誘電体層５０の厚さは、０．００５μｍ乃至０．５μｍの範囲内にあることが好ましく、０．０１μｍ乃至０．１μｍの範囲内にあることがより好ましい。誘電体層５０が薄いと、誘電体層５０に不連続部を生じ、導電基板１０と導電層２０ｂとが短絡する可能性がある。また、誘電体層５０を薄くすると、例え短絡していなくても耐圧が低くなり、電圧を印加した際に短絡する可能性が高まる。誘電体層５０を厚くすると、耐圧は高くなるが電気容量が小さくなる。

このコンデンサ１は、第１電極７０ａ及び第２電極７０ｂを更に含んでいる。
第１電極７０ａは、第１主面Ｓ１と向き合い、導電層２０ｂと電気的に接続されている。ここでは、第１電極７０ａは、導電層２０ｂ上に設けられている。また、第２電極７０ｂは、第２主面Ｓ２上に設けられている。

第１電極７０ａ及び第２電極７０ｂは、導電基板１０及び導電層２０ｂからそれぞれ電気的に絶縁され、導電層２０ｂ及び導電基板１０にそれぞれ電気的に接続されていれば、コンデンサ１の一方の主面にそれらの双方を設けてもよい。

第１電極７０ａ及び第２電極７０ｂは、単層構造を有していてもよく、多層構造を有していてもよい。第１電極７０ａ及び第２電極７０ｂを構成している各層は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル及びニッケル合金などの金属からなる。

このコンデンサ１は、例えば、以下の方法により製造する。
図３は、図１に示すコンデンサの製造における一工程を概略的に示す断面図である。図４は、図１に示すコンデンサの製造における他の工程を概略的に示す断面図である。図５は、図４の工程によって得られる構造の一例を概略的に示す断面図である。図６は、図１に示すコンデンサの製造における更に他の工程を概略的に示す断面図である。図７は、図１に示すコンデンサの製造における更に他の工程を概略的に示す断面図である。図８は、図７の工程によって得られる構造の一例を概略的に示す断面図である。図９は、図１に示すコンデンサの製造における更に他の工程を概略的に示す断面図である。

この方法では、先ず、図３に示す導電基板１０を準備する。ここでは、一例として、導電基板１０は、Ｐ型又はＮ型の不純物がドープされた単結晶シリコンウェハであるとする。単結晶シリコンウェハの面方位は特に問わないが、本例では、第１主面Ｓ１が（１００）面であるシリコンウェハを用いる。導電基板１０としては、第１主面Ｓ１が（１１０）面であるシリコンウェハを用いることもできる。

次に、ＭａｃＥｔｃｈ（Metal-Assisted Chemical Etching）により、導電基板１０に凹部Ｒを形成する。
即ち、先ず、図３に示すように、導電基板１０の第１主面Ｓ１上に、第１貴金属を含んだ第１触媒層８０ａを形成する。第１触媒層８０ａは、それぞれ、第１主面Ｓ１を部分的に覆うように形成する。

具体的には、先ず、導電基板１０の第１主面Ｓ１上に、第１マスク層９０ａを形成する。
第１マスク層９０ａは、凹部Ｒに対応した位置で開口している。第１マスク層９０ａは、第１主面Ｓ１のうち第１マスク層９０ａによって覆われた部分が、後述する第１貴金属と接触するのを防止する。

第１マスク層９０ａの材料としては、例えば、ポリイミド、フッ素樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、及びノボラック樹脂などの有機材料や、酸化シリコン及び窒化シリコンなどの無機材料が挙げられる。

第１マスク層９０ａは、例えば、既存の半導体プロセスによって形成することができる。有機材料からなる第１マスク層９０ａは、例えば、フォトリソグラフィによって形成することができる。無機材料からなる第１マスク層９０ａは、例えば、気相堆積法による無機材料層の成膜と、フォトリソグラフィによるマスクの形成と、エッチングによる無機材料層のパターニングとによって成形することができる。或いは、無機材料からなる第１マスク層９０ａは、導電基板１０の表面領域の酸化又は窒化と、フォトリソグラフィによるマスク形成と、エッチングによる酸化物又は窒化物層のパターニングとによって形成することができる。

次に、第１主面Ｓ１のうち第１マスク層９０ａによって覆われていない領域上に、第１触媒層８０ａを形成する。第１触媒層８０ａは、例えば、第１貴金属を含んだ不連続層である。ここでは、一例として、第１触媒層８０ａは、第１貴金属を含んだ第１触媒粒子８１ａからなる粒状層であるとする。

第１貴金属は、例えば、金、銀、白金、ロジウム、パラジウム、及びルテニウムの１以上である。第１触媒層８０ａ及び第１触媒粒子８１ａは、チタンなどの貴金属以外の金属を更に含んでいてもよい。

第１触媒層８０ａは、例えば、電解めっき、還元めっき、又は置換めっきによって形成することができる。第１触媒層８０ａは、貴金属粒子を含む分散液の塗布、又は、蒸着及びスパッタリング等の気相堆積法を用いて形成してもよい。これら手法の中でも、置換めっきは、第１主面Ｓ１のうち第１マスク層９０ａによって覆われていない領域に、第１貴金属を直接的且つ一様に析出させることができるため特に好ましい。

次に、第１貴金属の触媒としての作用のもとで導電基板１０をエッチングして、図１及び図５に示す凹部Ｒを導電基板１０に形成する。

具体的には、図４に示すように、導電基板１０を第１エッチング剤１００ａでエッチングする。例えば、導電基板１０を液状の第１エッチング剤１００ａに浸漬させて、第１エッチング剤１００ａを導電基板１０の第１主面Ｓ１と接触させる。

第１エッチング剤１００ａは、酸化剤と弗化水素とを含んでいる。
第１エッチング剤１００ａにおける弗化水素の濃度は、１ｍｏｌ/Ｌ乃至２０ｍｏｌ/Ｌの範囲内にあることが好ましく、５ｍｏｌ/Ｌ乃至１０ｍｏｌ/Ｌの範囲内にあることがより好ましい。弗化水素濃度が低い場合、高いエッチングレートを達成することが難しい。弗化水素濃度が高い場合、過剰なサイドエッチングを生じる可能性がある。

酸化剤は、例えば、過酸化水素、硝酸、ＡｇＮＯ_３、ＫＡｕＣｌ_４、ＨＡｕＣｌ_４、Ｋ_２ＰｔＣｌ_６、Ｈ_２ＰｔＣｌ_６、Ｆｅ（ＮＯ_３）_３、Ｎｉ（ＮＯ_３）_２、Ｍｇ（ＮＯ_３）_２、Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_８、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_８、ＫＭｎＯ_４及びＫ_２Ｃｒ_２Ｏ_７から選択することができる。有害な副生成物が発生せず、半導体素子の汚染も生じないことから、酸化剤としては過酸化水素が好ましい。

第１エッチング剤１００ａにおける酸化剤の濃度は、０．２ｍｏｌ/Ｌ乃至８ｍｏｌ/Ｌの範囲内にあることが好ましく、２ｍｏｌ/Ｌ乃至４ｍｏｌ/Ｌの範囲内にあることがより好ましい。

第１エッチング剤１００ａは、緩衝剤を更に含んでいてもよい。緩衝剤は、例えば、弗化アンモニウム及びアンモニアの少なくとも一方を含んでいる。一例によれば、緩衝剤は、弗化アンモニウムである。他の例によれば、緩衝剤は、弗化アンモニウムとアンモニアとの混合物である。
第１エッチング剤１００ａは、水などの他の成分を更に含んでいてもよい。

このような第１エッチング剤１００ａを使用した場合、導電基板１０のうち第１触媒粒子８１ａと近接している領域においてのみ、導電基板１０の材料、ここではシリコンが酸化される。そして、これによって生じた酸化物は、フッ化水素酸により溶解除去される。そのため、第１触媒粒子８１ａと近接している部分のみが選択的にエッチングされる。

第１触媒粒子８１ａは、エッチングの進行とともに第２主面Ｓ２へ向けて移動し、そこで上記と同様のエッチングが行われる。その結果、図４に示すように、第１触媒層８０ａの位置では、第１主面Ｓ１から第２主面Ｓ２へ向けて、第１主面Ｓ１に対して垂直な方向にエッチングが進む。このようにして、図５に示すように、第１主面Ｓ１に凹部Ｒを形成する。

その後、第１マスク層９０ａ及び第１触媒層８０ａを導電基板１０から除去する。第１マスク層９０ａ及び第１触媒層８０ａの少なくとも一方は、導電基板１０から除去しなくてもよい。

次に、図６に示すように、導電基板１０上に第２マスク層９０ｂを形成する。第２マスク層９０ｂは、部分Ｐの上面と、部分Ｐの側面のうち凹部Ｒの開口部に隣接した領域とが露出し、各凹部Ｒのうちその底部側の領域が埋め込まれるように形成する。第２マスク層９０ｂは、凹部Ｒの底面と、凹部Ｒの側壁のうち底面と隣接した領域とが、後述する貴金属と接触するのを防止する。

第２マスク層９０ｂの材料としては、例えば、第１マスク層９０ａについて例示したものを使用することができる。また、第２マスク層９０ｂは、例えば、第１マスク層９０ａについて例示した方法により形成することができる。

次に、部分Ｐの上面と、部分Ｐの側面のうち凹部Ｒの開口部に隣接した領域とに、第２触媒層８０ｂを形成する。第２触媒層８０ｂは、第２貴金属を含んだ不連続層である。具体的には、第２触媒層８０ｂは、第２貴金属を含んだ第２触媒粒子８１ｂからなる粒状層である。

第２貴金属としては、例えば、第１貴金属について例示したものを使用することができる。第２触媒層８０ｂ及び第２触媒粒子８１ｂは、チタンなどの貴金属以外の金属を更に含んでいてもよい。

第２触媒層８０ｂは、例えば、第１触媒層８０ａについて例示した方法により形成することができる。なお、第２触媒層８０ｂは、例えば、第２触媒粒子８１ｂ間に、第１触媒粒子８１ａ間の隙間と比較してより大きな隙間を生じるように形成する。

次に、第２貴金属の触媒としての作用のもとで導電基板１０をエッチングして、図１、図２及び図８に示す孔Ｈを導電基板１０に形成する。

具体的には、図７に示すように、導電基板１０を第２エッチング剤１００ｂでエッチングする。例えば、導電基板１０を液状の第２エッチング剤１００ｂに浸漬させて、第２エッチング剤１００ｂを、部分Ｐの上面と、部分Ｐの側面のうち凹部Ｒの開口部と隣接した領域とに接触させる。第２エッチング剤１００ｂとしては、例えば、第１エッチング剤１００ａについて例示したものを使用することができる。このようにして、図８に示すように、部分Ｐに孔Ｈを形成する。

その後、第２マスク層９０ｂ及び第２触媒粒子８１ｂを導電基板１０から除去する。第２触媒粒子８１ｂは、導電基板１０から除去しなくてもよい。

次に、導電基板１０上に、図９に示す誘電体層５０及び第１層２０ｂ１をこの順に形成する。

誘電体層５０は、例えば、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）によって形成することができる。或いは、誘電体層５０は、導電基板１０の表面を、酸化、窒化、又は酸窒化することにより形成することができる。

第１層２０ｂ１が、Ｐ型又はＮ型の不純物がドープされたポリシリコンからなる場合、そのような第１層２０ｂ１は、例えば、ＬＰＣＶＤ（low pressure chemical vapor deposition）によって形成することができる。

次いで、図１に示す、第２層２０ｂ２及び第１電極７０ａをこの順に形成し、更に、第２電極７０ｂを形成する。

第２層２０ｂ２が、Ｐ型又はＮ型の不純物がドープされたポリシリコンからなる場合、そのような第２層２０ｂ２は、例えば、ＬＰＣＶＤによって形成することができる。
第１電極７０ａ及び第２電極７０ｂは、例えば、スパッタリング又はめっきにより形成することができる。
以上のようにして、図１に示すコンデンサ１を得る。

図１０は、図９に示す工程によって得られる構造の一例を示す電子顕微鏡写真である。図１０に示す写真は、図９に示す部分ＰのＸ方向に垂直な断面を撮影することによって得られたものである。図１０から、部分Ｐには孔Ｈが設けられており、これら孔Ｈの各々は、誘電体層５０と第１層２０ｂ１との積層構造によって埋め込まれていることが分かる。

なお、上記の製造方法において、第１層２０ｂ１及び第２層２０ｂ２の少なくとも一方を金属層とする場合、そのような金属層は、例えば、電解めっき、還元めっき、又は置換めっきによって形成することができる。

めっき液は、被めっき金属の塩を含んだ液体である。めっき液としては、硫酸銅五水和物と硫酸とを含んだ硫酸銅めっき液、ピロリン酸銅とピロリン酸カリウムとを含んだピロリン酸銅めっき液、及び、スルファミン酸ニッケルと硼素とを含んだスルファミン酸ニッケルめっき液などの一般的なめっき液を使用することができる。

この金属層は、被めっき金属の塩と界面活性剤と超臨界又は亜臨界状態の二酸化炭素とを含んだめっき液を用いためっき法により形成することが好ましい。このめっき法では、界面活性剤は、超臨界二酸化炭素からなる粒子と、被めっき金属の塩を含んだ溶液からなる連続相との間に介在させる。即ち、めっき液中で、界面活性剤にミセルを形成させ、超臨界二酸化炭素はこれらミセルに取り込ませる。

通常のめっき法では、凹部Ｒの底部近傍や孔Ｈ内への被めっき金属の供給が不十分となることがある。これは、凹部Ｒの深さＤと幅又は径Ｗとの比Ｄ／Ｗや、孔Ｈの長さＬと径ｄとの比Ｌ／ｄが大きい場合に、特に顕著である。

超臨界二酸化炭素を取り込んだミセルは、狭い隙間にも容易に入り込むことができる。そして、これらミセルの移動に伴い、被めっき金属の塩を含んだ溶液も移動する。それ故、被めっき金属の塩と界面活性剤と超臨界又は亜臨界状態の二酸化炭素とを含んだめっき液を用いためっき法によれば、厚さが均一な金属層を容易に形成することができる。

また、上記の製造方法では、２回のエッチングを行うことにより、凹部Ｒと孔Ｈとを形成している。これにより、部分Ｐに、非多孔質領域と多孔質領域とを生じさせている。

この方法において、条件を変えながら２回目のエッチングを繰り返すと、部分Ｐに、非多孔質領域と、多孔度が互いに異なり、非多孔質領域からの距離が大きくなるほど多孔度が高まるように配列した２以上の多孔質領域とを生じさせることができる。例えば、図６及び図７を参照しながら説明した工程からなるサイクルを、第２マスク層９０ｂの厚さがサイクル毎に順次薄くなるように繰り返し行うと、非多孔質領域と、多孔度が互いに異なり、非多孔質領域からの距離が大きくなるほど多孔度が高まるように配列した２以上の多孔質領域とを生じさせることができる。

また、この方法において、例えば、第２触媒層８０ｂを形成する際に、第２マスク層９０ｂを形成せず、高粘度のめっき液を使用すると、凹部Ｒの側壁上における単位面積当たりの第２触媒粒子８１ｂの数が、凹部Ｒの開口部から底部へ向けて連続的に減少した第２触媒層８０ｂが得られる。このような第２触媒層８０ｂを利用してＭａｃＥｔｃｈを行うと、部分Ｐの多孔度が、第１主面Ｓ１側から第２主面Ｓ２側へ向けて連続的に減少した構造を得ることができる。

また、凹部Ｒと孔Ｈとは、エッチング条件を適切に設定することにより、１回のエッチングで同時に形成することも可能である。

このコンデンサ１では、誘電体層５０と第１層２０ｂ１とを含んだ積層構造は、第１主面Ｓ１上だけでなく、凹部Ｒの側壁及び底面上にも設けられている。それ故、このコンデンサ１は、大きな電気容量を達成し得る。

また、このコンデンサ１では、導電基板１０のうち凹部Ｒの隣り合った２つに挟まれた部分Ｐに孔Ｈが設けられている。そして、誘電体層５０と第１層２０ｂ１とを含んだ積層構造は、孔Ｈの壁面上にも設けられている。それ故、この構造を採用したコンデンサ１は、孔Ｈを省略したコンデンサと比較して、より大きな電気容量を達成し得る。

また、部分Ｐの全体に亘って多孔度が均一であるコンデンサでは、第２電極７０ｂと部分Ｐの第１主面Ｓ１側の領域との間での電荷の移動を生じ難く、寄生抵抗が大きい。これに対し、上記のコンデンサ１では、孔Ｈは、部分Ｐに、第１主面Ｓ１側の領域が第２主面Ｓ２側の領域と比較してより大きな多孔度を有するように設けられている。それ故、このコンデンサ１は、小さな寄生抵抗を達成し得る。

また、部分Ｐの全体に亘って多孔度が均一であるコンデンサは、特にその製造過程で、部分Ｐの破損を生じ易い。これに対し、上記のコンデンサ１では、孔Ｈは、部分Ｐに、第１主面Ｓ１側の領域が第２主面Ｓ２側の領域と比較してより大きな多孔度を有するように設けられている。それ故、このコンデンサ１は、例えば、その製造過程で部分Ｐの破損を生じ難く、高い歩留まりで製造可能である。

＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態に係るコンデンサの一部を拡大して示す断面図である。第２実施形態に係るコンデンサは、以下の点を除き、第１実施形態に係るコンデンサ１と同様である。

即ち、第２実施形態に係るコンデンサでは、導電基板１０は、基板本体１０ａと導電層２０ａとを含んでいる。

基板本体１０ａは、２つの主面を有している。基板本体１０ａの一方の主面には、凹部Ｒに対応して凹部が設けられている。また、基板本体１０ａのうち凹部Ｒの隣り合った２つに挟まれた部分には、孔Ｈに対応して孔が設けられている。

基板本体１０ａは、導電性を有していてもよく、導電性を有していなくてもよい。ここでは、一例として、基板本体１０ａは導電性を有しているとする。

導電層２０ａは、基板本体１０ａの凹部が設けられた主面と、これら凹部の側壁及び底面と、基板本体１０ａのうち凹部Ｒの隣り合った２つに挟まれた部分に設けられた孔の壁面とを覆っている。導電層２０ａは、基板本体１０ａの端面や凹部が設けられていない主面を更に覆っていてもよい。

導電層２０ａは、基板本体１０ａの表面に対してコンフォーマルである。即ち、導電層２０ａは、略金威圧な厚さを有する層であり、基板本体１０ａとともに、導電基板１０の表面に凹部Ｒ及び孔Ｈを形成している。

導電層２０ａの材料としては、例えば、導電層２０ｂについて例示したものを使用することができる。また、導電層２０ａは、イオンドーピングなどにより基板本体１０ａを低抵抗化して形成してもよい。一例によれば、導電層２０ａは、基板本体１０ａと比較して高い電気伝導度を有している。

導電層２０ａの厚さは、第１層２０ｂ１について上述した範囲内にあることが好ましい。導電層２０ａは、例えば、導電層２０ｂについて例示した方法により形成することができる。

この構造を採用したコンデンサは、第１実施形態に係るコンデンサ１と同様の効果を奏する。また、この構造を採用したコンデンサは、基板本体１０ａが導電性を有し、導電層２０ａが基板本体１０ａと比較して高い電気伝導度を有している場合、より小さな寄生抵抗を達成し得る。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具現化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…コンデンサ、１０…導電基板、１０ａ…基板本体、２０ａ…導電層、２０ｂ…導電層、２０ｂ１…第１層、２０ｂ２…第２層、５０…誘電体層、７０ａ…第１電極、７０ｂ…第２電極、８０ａ…第１触媒層、８０ｂ…第２触媒層、８１ａ…第１触媒粒子、８１ｂ…第２触媒粒子、９０ａ…第１マスク層、９０ｂ…第２マスク層、１００ａ…第１エッチング剤、１００ｂ…第２エッチング剤、Ｈ…孔、Ｐ…部分、Ｒ…凹部、ＲＳ１…第１領域、ＲＳ２…第２領域、Ｓ１…第１主面、Ｓ２…第２主面。

Claims

第１主面と第２主面とを有し、前記第１主面に複数の凹部が設けられ、前記複数の凹部の隣り合った２つによって各々が挟まれた１以上の部分に、前記第１主面側の領域が前記第２主面側の領域と比較してより大きな多孔度を有するように複数の孔が更に設けられた導電基板と、
前記第１主面と前記複数の凹部の側壁及び底面と前記複数の孔の壁面とを覆った導電層と、
前記導電基板と前記導電層との間に介在した誘電体層と
を備えたコンデンサ。
前記１以上の部分の各々には、前記第１主面側の領域にのみ前記孔が設けられている請求項１に記載のコンデンサ。
前記複数の凹部の各々はトレンチである請求項１又は２に記載のコンデンサ。
前記第１主面と向き合い、前記導電層と電気的に接続された第１電極と、
前記第２主面上に設けられた第２電極と
を更に備えた請求項１乃至３の何れか１項に記載のコンデンサ。
前記導電基板は、不純物がドープされたシリコン基板である請求項１乃至４の何れか１項に記載のコンデンサ。
前記誘電体層はシリコン酸化物層を含んだ請求項１乃至５の何れか１項に記載のコンデンサ。
前記導電層は、不純物がドープされたポリシリコン層を含んだ請求項１乃至６の何れか１項に記載のコンデンサ。
前記複数の孔の各々は、前記誘電体層と前記導電層とによって埋め込まれている請求項１乃至７の何れか１項に記載のコンデンサ。