本實用新型涉及例如RFID(Radio Frequency Identification：射頻識別)系統(tǒng)、近距離無線通信(NFC：Near Field Communication)系統(tǒng)等通信裝置所使用的可變電容器。

背景技術(shù)：

以往，在專利文獻(xiàn)1、2等中提出了借助施加控制電壓來改變介電常數(shù)的可變電容元件。這些可變電容元件采用金屬、鐵電體材料、金屬的層疊結(jié)構(gòu)(MIM結(jié)構(gòu))，具備有薄膜的鐵電體以便在低電壓下能夠得到較大的電容變化量。

專利文獻(xiàn)1：日本專利第4502609號公報

專利文獻(xiàn)2：日本專利第5000660號公報

具備鐵電體膜的可變電容元件的缺點在于，與MEMS的可變電容元件、可變電容二極管那樣的半導(dǎo)體的可變電容元件相比，耐ESD(Electro-Static Discharge：靜電放電)的特性較差。

雖然若使鐵電體膜的膜厚變薄則能夠提高控制靈敏度(電容值變化相對于控制電壓變化的比)，但是隨著鐵電體膜的薄膜化，耐ESD特性發(fā)生劣化。即，若產(chǎn)生超出耐ESD特性的ESD，則其浪涌施加于鐵電體膜，使鐵電體膜遭到絕緣破壞。因此，從耐ESD的觀點來看，在鐵電體膜的薄膜化中產(chǎn)生制約，因此，控制靈敏度也受其限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種耐ESD特性較高的可變電容器。

本實用新型的可變電容器的特征在于，具有：半導(dǎo)體基板；設(shè)置在該半導(dǎo)體基板的主面上的再布線層；以及包括第一輸入輸出端子、第二輸入輸出端子及接地端子的多個端子電極，

在上述再布線層形成有鐵電體薄膜型的可變電容元件部，該可變電容元件部由分別與上述第一輸入輸出端子以及上述第二輸入輸出端子連接的一對電容器電極、和在上述一對電容器電極之間配置的鐵電體薄膜構(gòu)成，

在上述半導(dǎo)體基板形成有連接于第一輸入輸出端子或第二輸入輸出端子與接地端子之間的ESD保護(hù)元件。

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，可變電容元件部形成于再布線層，ESD保護(hù)元件形成于半導(dǎo)體基板。由此，容易確保可變電容元件部與ESD保護(hù)元件部之間的絕緣，能夠構(gòu)成耐ESD特性優(yōu)異且控制靈敏度較高的小型的可變電容器。

優(yōu)選在上述半導(dǎo)體基板的主面設(shè)置有用于將ESD保護(hù)元件連接于接地端子與第一輸入輸出端子或第二輸入輸出端子的電極焊盤，該電極焊盤由W或WSi形成。由此，半導(dǎo)體基板的電極焊盤的耐熱性較高，能夠?qū)⒕哂行枰邷叵碌臒崽幚淼蔫F電體薄膜層的可變電容元件部組裝入再布線層。

優(yōu)選在俯視觀察時，上述可變電容元件部設(shè)置于不與ESD保護(hù)元件以及ESD保護(hù)元件的電極焊盤重疊的位置。由此，更加容易確?？勺冸娙菰颗cESD保護(hù)元件部之間的絕緣，并且能夠確?？勺冸娙菰康幕撞糠值钠教剐?，能夠提高可變電容元件部的可靠性。

優(yōu)選在上述可變電容元件部與控制電壓施加端子之間設(shè)置有電阻元件，電阻元件形成于再布線層中就設(shè)置有可變電容元件部的層而言與上述半導(dǎo)體基板相反的一側(cè)的層。由此，無需在外部設(shè)置電阻元件，能夠大幅地減少元件數(shù)。并且，由于該電阻元件在就設(shè)置有可變電容元件部層而言與半導(dǎo)體基板相反的一側(cè)的層，因而不會對可變電容元件部的平坦性帶來負(fù)面影響，能夠提高ESD保護(hù)元件部與電阻元件之間的絕緣性。

優(yōu)選在上述可變電容元件部與上述半導(dǎo)體基板之間設(shè)置有絕緣層。換言之，由于半導(dǎo)體基板與電容器電極之間形成絕緣層，因此能夠進(jìn)一步提高ESD保護(hù)部與可變電容元件部之間的絕緣性。

根據(jù)本實用新型，能夠得到控制靈敏度較高，具備耐ESD性并且小型的可變電容器。

附圖說明

圖1是第一實施方式所涉及的可變電容器91的電路圖。

圖2是可變電容器91的示意性剖視圖。

圖3A是示出可變電容器91的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖3B是接著圖3A示出可變電容器91的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖4是觀察可變電容器91的安裝面?zhèn)榷玫降母┮晥D。

圖5A是示出第二實施方式所涉及的可變電容器92的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖5B是接著圖5A示出可變電容器92的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖6是示出可變電容器92的內(nèi)部的元件配置的示意圖。圖6中(A)是示意性俯視圖，圖6中(B)是示意性主視圖。

圖7是第三實施方式所涉及的可變電容器93的剖視圖。

圖8A是示出可變電容器93的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖8B是接著圖8A示出可變電容器93的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖8C是接著圖8B示出可變電容器93的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖8D是接著圖8C示出可變電容器93的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖8E是接著圖8D示出可變電容器93的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

圖9是具備可變電容器的第四實施方式所涉及的通信電路的電路圖。

具體實施方式

第一實施方式

圖1是第一實施方式所涉及的可變電容器91的電路圖。該可變電容器91包括可變電容元件C1～C6、RF電阻元件R11～R19以及ESD保護(hù)元件ESDP1、ESDP2。

可變電容元件C1～C6根據(jù)施加于控制電壓輸入端子Vt與接地端子GND之間的控制電壓來決定電容值，并由此決定第一輸入輸出端子P1-第二輸入輸出端子P2之間的電容值。

各個可變電容元件C1～C6分別為由利用電場來改變介電常數(shù)的鐵電體膜以及夾持該鐵電體膜并施加電壓的電容器電極所構(gòu)成的鐵電體電容器。由于鐵電體膜根據(jù)所施加的電場的強(qiáng)度改變極化量從而改變介電常數(shù)，因此能夠根據(jù)控制電壓來決定電容值。經(jīng)由RF電阻元件R11～R19對各電容器電極施加控制電壓。RF電阻元件R11～R19的電阻值相等。這些RF電阻元件R11～R19分別對可變電容元件C1～C6施加控制電壓，并作為抑制施加于端子P1-P2之間的RF信號向控制電壓輸入端子Vt以及接地端子GND泄漏的扼流電阻來發(fā)揮作用。

在第一輸入輸出端子P1與接地端子GND之間連接有由穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的ESD保護(hù)元件ESDP1，在第二輸入輸出端子P2與接地端子GND之間連接有ESD保護(hù)元件ESDP2。即使由ESD產(chǎn)生的浪涌從外部進(jìn)入輸入輸出端子P1、P2，ESD的電流也會通過ESD保護(hù)元件ESDP1、ESDP2流向地面。因此，無需對可變電容元件C1～C6施加過電壓，就能夠保護(hù)可變電容元件C1～C6。

圖2是可變電容器91的示意性剖視圖。在圖2中，基板10是在表面形成有保護(hù)膜的Si基板。在該Si基板10的表面形成有ESD保護(hù)元件ESDP1、ESDP2。并在Si基板10上的再布線層50形成有可變電容元件部VC及電阻元件部RN。在再布線層50的表面形成有多個端子電極PE。這些端子電極PE被用作用于將可變電容器91安裝于印刷電路板的安裝端子。

圖3A、圖3B是示出上述可變電容器91的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。以下，參照該圖3A、圖3B按制造順序進(jìn)行說明。

(1)在Si基板10形成SiO₂膜12，并在應(yīng)當(dāng)形成ESD保護(hù)元件的區(qū)域利用離子注入法等形成雜質(zhì)擴(kuò)散的活性區(qū)域11。接著，形成由在活性區(qū)域11上導(dǎo)通的W(鎢)構(gòu)成的電極焊盤13，并在整個表面利用例如CVD法來形成SiN絕緣膜14。

SiO₂膜12及SiN絕緣膜14是為了防止如下所示的BST膜21和Si基板10的相互擴(kuò)散而設(shè)置的。

(2)在絕緣膜14上依次形成(Ba，Sr)TiO₃膜(以下稱為“BST膜”。)21、Pt電極膜22、BST膜23、Pt電極膜24以及BST膜25。這些BST膜通過旋轉(zhuǎn)涂敷工序及燒制工序而形成，Pt膜通過濺射來成膜。BST膜21作為針對SiN絕緣膜14緊貼層來利用。由于該BST膜21與電容無關(guān)，因此只要是作為針對SiN絕緣膜14的緊貼層來發(fā)揮作用的膜也可以是BST膜之外的膜。并且，上述Pt膜也能夠使用導(dǎo)電性良好且耐氧化性優(yōu)異的高熔點的其他貴金屬材料例如Au。

上述BST膜的燒制溫度為600℃～700℃，通過該熱，在上述電極焊盤13中的與活性區(qū)域11接觸的部分變?yōu)閃Si(鎢硅化物)。

(3)通過利用連續(xù)規(guī)定次數(shù)的光刻法對Pt電極膜22、24、BST膜23、25進(jìn)行刻畫圖案從而形成可變電容元件部VC。

(4)通過CVD法、濺射法形成SiO₂膜31，并利用自動涂料機(jī)來在其上涂覆PBO(聚苯并惡唑)膜并進(jìn)行燒制，從而形成作為有機(jī)保護(hù)層的PBO膜32。然后，通過電感耦合等離子體反應(yīng)性離子蝕刻(ICP-RIE)形成開口H。

(5)通過濺射在開口H內(nèi)以及PBO膜32的表面形成例如0.1μm/1.0μm/0.1μm的Ti/Cu/Ti膜。由此在開口H形成貫通孔41。然后對PBO膜32的表面的Ti/Cu/Ti膜進(jìn)行刻畫圖案從而形成布線圖案42。

(6)涂覆形成阻焊膜43。雖未在圖3B的剖面上示出，但在該阻焊膜上形成RF電阻元件的層。

(7)在阻焊膜43形成開口，在該開口內(nèi)及阻焊膜43的表面形成Ti/Cu/Ti膜。由此在開口形成貫通孔44。然后對Ti/Cu/Ti膜進(jìn)行刻畫圖案從而形成布線圖案45。進(jìn)一步在布線圖案45上形成端子電極46，并在再布線層的表面形成阻焊膜47。

圖4是觀察可變電容器91的安裝面?zhèn)榷玫降母┮晥D。如圖2、圖3A、圖3B所示，本實施方式的可變電容器91是CSP(Chip sizepackage：芯片尺寸封裝)的1個芯片元件。在該芯片的安裝面配置有輸入輸出端子P1、P2、控制電壓輸入端子Vt、以及接地端子GND。

以下列舉本實施方式的特征結(jié)構(gòu)及效果。

·在設(shè)置于Si基板10的主面的再布線層50形成有鐵電體薄膜型的可變電容元件部VC，在半導(dǎo)體基板的主面形成有連接于第一輸入輸出端子以及第二輸入輸出端子與接地端子之間的ESD保護(hù)元件。由此，容易確?？勺冸娙菰颗cESD保護(hù)元件部之間的絕緣，能夠構(gòu)成耐ESD特性優(yōu)異，并且控制靈敏度較高的小型的可變電容器。并且，通過半導(dǎo)體制造工序，能夠由1個芯片構(gòu)成帶有ESD保護(hù)元件的鐵電體薄膜型可變電容器。

·用于將ESD保護(hù)元件與接地端子以及一對輸入輸出端子連接的電極焊盤設(shè)置于半導(dǎo)體基板的主面，該電極焊盤由W或WSi所形成。因此，半導(dǎo)體基板的電極焊盤的耐熱性較高，能夠?qū)⑿枰邷叵碌臒崽幚淼蔫F電體薄膜層組裝入再布線層。

·在俯視觀察時可變電容元件部設(shè)置于不與ESD保護(hù)元件及電極焊盤13重疊的位置。換言之，在可變電容元件部的半導(dǎo)體基板側(cè)不形成ESD保護(hù)元件部。因此，能夠確?？勺冸娙菰康幕撞糠值钠教剐?，并由于BST膜的利用旋轉(zhuǎn)涂敷的涂覆厚度均勻，因此能夠形成均勻且平坦的BST膜，能夠得到穩(wěn)定的特性，并能夠提高可變電容元件部的可靠性。并且，更加容易確?？勺冸娙菰颗cESD保護(hù)元件部之間絕緣。

·連接于可變電容元件部VC與控制電壓施加端子之間的電阻元件部RN形成于再布線層50中比設(shè)置了可變電容元件部VC的層靠安裝面?zhèn)取Ｒ虼?，不會給可變電容元件部的平坦性帶來負(fù)面影響。并能夠提高ESD保護(hù)元件部與電阻元件之間的絕緣性。

·在可變電容元件部VC與半導(dǎo)體基板10之間設(shè)置有SiO₂膜12、SiN絕緣膜14以及BST膜21這3層絕緣層。換言之，通過在半導(dǎo)體基板10與Pt電極膜22之間形成多層絕緣層，從而能夠進(jìn)一步提高ESD保護(hù)元件部與可變電容元件部之間的絕緣性。

此外，除了W電極以外，只要是能夠承受BST膜的燒制溫度的金屬材料就可以使用。例如也可以由Mo、Pt來形成電極焊盤。

另外，ESD保護(hù)元件除了利用穩(wěn)壓二極管之外，還可以利用例如PN型二極管、MOS型二極管等利用半導(dǎo)體基板的各種半導(dǎo)體型二極管。

第二實施方式

圖5A、圖5B是示出第二實施方式所涉及的可變電容器92的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。電路圖與第一實施方式中圖1所示的相同。

以下，參照圖5A、圖5B對本實施方式所涉及的可變電容器的結(jié)構(gòu)及制造方法依次進(jìn)行說明。

(1)在N型Si基板10形成SiO₂膜12，在ESD保護(hù)元件的形成區(qū)域中通過離子注入法等形成雜質(zhì)擴(kuò)散的活性區(qū)域11。

(2)在SiO₂膜12上交互地層疊形成BST膜及Pt電極膜，通過對這些膜進(jìn)行刻畫圖案從而來形成可變電容元件部VC。并且，在SiO₂膜12表面通過CVD法、濺射法形成SiO₂膜31。

(3)通過ICP-RIE法在SiO₂膜31形成到達(dá)活性區(qū)域11的開口H。

(4)通過濺射在SiO₂膜31的表面形成Al膜。由此在開口H形成貫通孔41。然后對SiO₂膜31表面的Al膜進(jìn)行刻畫圖案從而來形成布線圖案42。

(5)通過利用自動涂料機(jī)在SiO₂膜31上涂覆PBO(聚苯并惡唑)膜并進(jìn)行燒制，從而形成作為有機(jī)保護(hù)層的PBO膜32。

(6)通過ICP-RIE法，分別形成布線圖案42及到達(dá)可變電容元件部VC的電極膜的開口H。

(7)利用濺射在開口H內(nèi)及PBO膜32的表面形成Ti/Cu/Ti膜。由此在開口H形成貫通孔41。然后通過對PBO膜32的表面的Ti/Cu/Ti膜進(jìn)行刻畫圖案來形成布線圖案45。

然后根據(jù)與圖3B的(6)之后相同的工序形成端子電極46。

圖6中(A)、(B)是示出可變電容器92的內(nèi)部的元件配置的示意圖。圖6中(A)是俯視圖，圖6中(B)是主視圖。本實施方式的可變電容器92在俯視觀察時，可變電容元件部VC設(shè)置于不與ESD保護(hù)元件ESDP1、ESDP2以及ESD保護(hù)元件的電極焊盤重疊的位置。并且，連接于可變電容元件部VC與控制電壓施加端子之間的電阻元件部RN形成于再布線層50中比設(shè)置了可變電容元件部VC的層靠安裝面?zhèn)取?/p>

根據(jù)本實施方式，由于在燒制可變電容元件部VC的BST膜之后形成布線圖案，因此無需在與活性區(qū)域11接觸的電極焊盤中使用W(鎢)，并由于布線圖案不使用Ti/Cu/Ti而能夠使用Al所以能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化。

第三實施方式

圖7是第三實施方式所涉及的可變電容器93的剖視圖。該可變電容器93包括有可變電容元件部VC、電阻元件部RN以及ESD保護(hù)元件ESDP2等。圖8A～圖8E是示出可變電容器93的結(jié)構(gòu)及制造方法的剖視圖。

以下，參照圖8A～圖8E對本實施方式的可變電容器的結(jié)構(gòu)及制造方法依次進(jìn)行說明。

(1)準(zhǔn)備N型Si基板10。

(2)在N型Si基板10形成SiO₂膜12P，并在Si基板10的ESD保護(hù)元件的形成區(qū)域通過離子注入法等形成雜質(zhì)擴(kuò)散的活性區(qū)域11P、11N。

(3)除去SiO₂膜12P。

(4)再次形成SiO₂膜12。

(5)形成BST膜與Pt電極膜交互地層疊而成的MIM層。這些膜是通過反復(fù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂敷工序和燒制工序而形成的。

(6)通過利用連續(xù)規(guī)定次數(shù)的光刻法對Pt電極膜、BST進(jìn)行刻畫圖案從而形成可變電容元件部VC。

(7)通過CVD法、濺射法形成SiO₂膜31。

(8)通過ICP-RIE法形成開口H。

(9)通過濺射Al并刻畫圖案來形成電極焊盤13。

(10)利用自動涂料機(jī)來涂覆PBO(聚苯并惡唑)膜并進(jìn)行燒制從而形成作為有機(jī)保護(hù)層的PBO膜32。然后，通過ICP-RIE法在PBO膜32上形成開口H。

(11)通過ICP-RIE法在SiO₂膜31以及可變電容元件部VC的上面的BST膜形成開口H。

(12)在開口H內(nèi)及PBO膜32的表面通過濺射形成Ti/Cu/Ti膜。由此在開口H形成貫通孔41。然后，通過對PBO膜32的表面的Ti/Cu/Ti膜進(jìn)行刻畫圖案從而形成布線圖案42。

(13)在PBO膜32的表面形成阻焊膜43，并在規(guī)定位置形成開口。

(14)通過在阻焊膜43的表面形成NiCr/Si膜，并通過刻畫圖案來形成電阻元件部RN。

(15)形成阻焊膜43并在規(guī)定位置形成開口。

(16)在阻焊膜43的表面形成Ti/Cu/Ti膜。

(17)通過形成鍍Au/Ni膜，并通過刻畫圖案來形成端子電極46。

(18)通過對Ti/Cu/Ti膜進(jìn)行蝕刻來形成布線圖案45。

(19)形成阻焊膜47并在端子電極46的位置開口。

然后，通過將晶片切斷為芯片，得到如圖7所示的可變電容器93。

在本實施方式中，連接于可變電容元件部VC與控制電壓施加端子之間的電阻元件部RN形成于再布線層50中比設(shè)置了可變電容元件部VC的層靠安裝面?zhèn)龋倚纬捎谠诟┮曈^察時與可變電容元件部VC及ESD保護(hù)元件ESDP1、ESDP2的形成區(qū)域重疊的區(qū)域。因此，不會對可變電容元件部的平坦性帶來負(fù)面影響，能夠構(gòu)成占有面積較小的可變電容器。

第四實施方式

在第四實施方式中示出具備可變電容器的通信電路。

圖9是具備可變電容器的通信電路的電路圖。該通信電路是NFC模塊的一個例子。通信電路具備RFIC111、天線線圈113、以及可變電容器91。在圖9中，天線線圈113是作為放射元件而發(fā)揮作用的部件，且與通信對象側(cè)線圈天線磁場耦合。

電容器C21、C22是RFIC111與天線線圈113的耦合度調(diào)整用的元件。并且電感器L11、L12以及電容器C11、C12、C20構(gòu)成發(fā)送濾波器。例如在通信電路以插卡模式進(jìn)行動作的情況下，由于RFIC111進(jìn)行被動動作，因此根據(jù)對RX端子的輸入信號生成電源電壓并讀取接收信號，在發(fā)送時對與TX端子連接的電路(負(fù)載)進(jìn)行負(fù)載調(diào)制。并且，例如在通信電路以讀寫器模式進(jìn)行動作的情況下，由于RFIC111進(jìn)行主動動作，因此在發(fā)送時釋放RX端子從TX端子發(fā)送發(fā)送信號，并在接收時釋放TX端子從RX端子輸入接收信號。RFIC111經(jīng)由DA轉(zhuǎn)換器112向可變電容器91施加控制電壓。如此通信電路根據(jù)動作模式改變從RFIC111觀察天線線圈113側(cè)的阻抗。根據(jù)動作模式以使天線電路的共振頻率達(dá)到最佳的方式(以從RFIC111觀察天線線圈側(cè)的阻抗一致的方式)來控制可變電容器91的電容值。

附圖標(biāo)記說明：C1…可變電容元件；C11、C12、C20、C21、C22…電容器；ESDP1、ESDP2…ESD保護(hù)元件；GND…接地端子；H…開口；L11、L12…電感器；P1…第一輸入輸出端子；P2…第二輸入輸出端子；PE…端子電極；R11～P19…RF電阻元件；RN…電阻元件部；VC…可變電容元件部；Vt…控制電壓輸入端子；10…半導(dǎo)體基板；11、11P、11N…活性區(qū)域；12、12P…SiO₂膜；13…電極焊盤；14…SiN絕緣膜；21、23、25…BST膜；22、24…Pt電極膜；31…SiO₂膜；32…PBO膜；41、44…貫通孔；42、45…布線圖案；43、47…阻焊膜；46…端子電極；50…再布線層；91～93…可變電容器；111…RFIC；112…DA轉(zhuǎn)換器；113…天線線圈。