(57)【要約】【課題】従来の２ノード手法と比較して、絶縁強度および信頼性の点で改善された性能を発揮するＨＶコンポーネントを提供すること。【解決手段】本明細書では、第１の電極と、第１の電極の下方に配置され、第１の電極から離間された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された誘電体層と、を含み、第１の電極が第２の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在する、高電圧デバイスが開示される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極の下方に配置され、前記第１の電極から離間された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された誘電体層と、
を備え、
前記第１の電極が前記第２の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在する、
高電圧デバイス。
【請求項２】
前記第１の電極が第１の部分および第２の部分を備え、前記第１の部分が前記第２の電極の上方に配置され、前記第２の部分が前記第２の電極の上方に配置されていない、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の電極および前記第２の電極がコンデンサプレートを含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第２の電極がトランスコイルを含む、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第２の電極の下に配置された半導体基板をさらに含む、請求項１から４までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記基板が電気的に浮遊している、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記基板が前記第２の電極に電気的に接続されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
前記第１の電極が、前記第２の電極よりも高い絶対電圧でバイアスされるように構成されている、請求項１から７までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１の電極に電気的に接続された第１のフィールドプレートをさらに備える、請求項１から８までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１のフィールドプレートが前記第１の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第２の電極に電気的に接続された第２のフィールドプレートをさらに備える、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第２のフィールドプレートが前記第２の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在する、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１の電極の上方に配置されたパッシベーション層をさらに含む、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記デバイスがＣＭＯＳ互換プロセスを使用して製造されている、請求項１から１３までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１５】
少なくとも１つの電極が垂直方向において丸みを帯びたコーナを含む、請求項１から１４までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記第１の電極の下側エッジのコーナが丸みを帯びた形状を有し、前記第２の電極の上側エッジのコーナが丸みを帯びた形状を有する、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
少なくとも１つの電極が横方向において丸みを帯びたコーナを含む、請求項１から１６までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１８】
少なくとも１つの電極が横方向の次元において実質的に円形形状を有する、請求項１から１７までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第１の電極および前記第２の電極が横方向の次元において幾何学的に類似した形状を有する、請求項１から１８までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記第１の電極および前記第２の電極が横方向の次元において同心状に配置されている、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
ガルバニック絶縁デバイスである、請求項１から２０までのいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項２２】
高電圧半導体ベースのデバイスを製造する方法であって、
第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極の下方に配置され、前記第１の電極から離間された第２の電極を形成するステップと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に配置された誘電体層を形成するステップと、を含み、
前記第１の電極が前記第２の電極よりも少なくとも１つの横方向にさらに延在する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロ電子デバイス用の高電圧（ＨＶ）コンポーネントまたはデバイスに関し、詳細には、限定するものではないが、ガルバニック絶縁デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの用途では、金属平板間の高い絶縁能力は、重要な要件とすることができる。ガルバニック絶縁用途では、絶縁強度の要件は、５ｋＶＲＭＳ（二乗平均平方根）を上回る可能性がある。利用可能なウエハ製造プロセスの絶縁（誘電体）層能力の限界により、そのようなレベルの絶縁を達成することは、困難または不可能とさえすることができる。これは、ＣＭＯＳプロセスにおける金属間誘電体層の積層が、絶縁厚さを数ミクロンのみに制限するためであり、この厚さは、十分に高い絶縁強度を達成するには不十分である。したがって、電界の再分配を支援し、デバイス上の高いピーク値の電界を回避し／低下させるために、デバイス設計を改善する必要がある。
【０００３】
米国特許第９，５８３，５５８号は、ＨＶコンポーネント（例えばＨＶコンデンサ）と低電圧（ＬＶ）側（ロジック、ゲートドライバなど）との間の横方向絶縁をサポートすることに関する。ＨＶ能力は、異なる誘電体材料から構成された誘電体スタックを使用して強化されている。米国特許第８，６４３，１３８号では、２つの絶縁コンデンサを直列に使用して絶縁破壊電圧を高めている。
【０００４】
図１は、ノードが垂直に積層された従来のＨＶコンポーネントの電界の等電位線のシミュレーションを示す。ＣＭＯＳプロセスでは、通常、半導体基板を使用して超小型電子回路を作成する。図１で示されるようなデバイスでは、半導体基板ａ１０７自体が、ＬＶノードのメインプレートａ１０２の広い横方向延長部分のような効果を有する。その結果、電圧が印加されたときに、静電ポテンシャルは、ＨＶノードａ１０１とＬＶノードａ１０２との間で対称に分布しない。特に、ノードのエッジでは、電位線は、ＨＶノードとＬＶノードでは曲がり方が異なる。ＨＶノードａ１０１のエッジａ１０１１の周りの曲がりは、ＬＶノードのエッジの周りの曲がりよりもはるかにきつい。さらに、ノード間の距離が短くなり、したがって電界の強度も増加すると電位線の曲がりもよりきつくなる。局所的な高電界は、誘電体の電気的絶縁破壊を引き起こし、その後、ＨＶコンポーネント全体の電気的絶縁破壊を引き起こす可能性がある。したがって、このデバイスでは、ＨＶノードのメインプレートａ１０１のエッジａ１０１１において絶縁破壊が引き起こされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９，５８３，５５８号
【特許文献２】米国特許第８，６４３，１３８号
【発明の概要】
【０００６】
態様および好ましい特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【０００７】
本開示は、ノード間に誘電体の厚さを追加したり、プロセスの複雑さを増したりすることなく、従来の２ノード手法と比較して、絶縁強度および信頼性の点で改善された性能を発揮するＨＶコンポーネント（例えば、コンデンサまたはトランス）に関する。
【０００８】
開示されたデバイスの利点は、以下を含む。
本デバイスは、標準的な後工程（ＢＥＯＬ）技術の範囲で実現することができ、
本デバイスは、同じ絶縁誘電体厚さの従来の手法と比較して、著しい絶縁強度の改善を達成し、
従来の設計と比較して、同じ絶縁クラスに対してより安価なプロセスコストが達成され、
開示されたデバイスの特徴は、任意の他の手法に適用／組み合わせることができ、例えば、一体化されたオンチップソリューションで使用することができる。
【０００９】
開示されたＨＶコンポーネントは、従来デバイスのノードの固有の非対称形状を克服し、ノードエッジで電界を平衡化する。電界のこの平衡化により、ＨＶノードとＬＶノードとの間に同じ誘電体厚さを使用しながら、ＨＶコンポーネントの絶縁強度が大幅に強化される。
【００１０】
ＨＶコンポーネントは、マイクロトランスまたは平行平板コンデンサとすることができ、非常に高い電圧に耐えることができる。
【００１１】
本開示の一態様によると、第１の電極と、第１の電極の下方に配置され、第１の電極から離間された第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に配置された誘電体層と、を備え、第１の電極が第２の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在する、高電圧デバイスが提供される。これにより、第１の電極が第２の電極を越えて延在しないデバイスと比較して、電極のエッジの電界を平衡化することができる。これにより、結果としてＨＶコンポーネントの絶縁強度が向上し、デバイスがより高い電圧に耐えることが可能になる。
【００１２】
第１の電極は、第１の部分および第２の部分を備えることができ、第１の部分は、第２の電極の上方に位置することができ、第２の部分は、第２の電極の上方に位置することができない。言い換えれば、第１の電極の一部は、第２の電極の上に位置することができ、第１の電極の一部は、第１の電極が第２の電極から張り出すように、第２の電極のエッジを越えて延在することができる。第２の電極上の第１の電極の張り出しは、静電ポテンシャルの非対称分布を補償する。第１の電極の第１の部分および第１の電極の第２の部分は、物理的に分離することができないが、第１の電極内の異なる領域を画定することができる。
【００１３】
第１の電極および第２の電極は、コンデンサプレートを含むことができる。この構成では、デバイスは、平行平板コンデンサとすることができる。
【００１４】
あるいは、第１の電極および第２の電極は、トランスコイルを含むことができる。この構成では、デバイスは、マイクロトランスとすることができる。
【００１５】
本デバイスは、第２の電極の下に配置された半導体基板をさらに備えることができる。基板は、電気的に浮遊することができる。あるいは、基板は、第２の電極に電気的に接続することができる。
【００１６】
第１の電極は、第２の電極よりも高い絶対電圧でバイアスされるように構成することができる。
【００１７】
本デバイスは、第１の電極に電気的に接続された第１のフィールドプレートをさらに備えることができる。第１のフィールドプレートを導入することにより、第１の電極のエッジでの電界をさらに低下させることが可能になる。第１のフィールドプレートは、第１の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在することができる。第１の電極のエッジを越えて第１のフィールドプレートを延在させることは、第１の電極のエッジでの電界をさらに低下させるのに役立つ。
【００１８】
本デバイスは、第２の電極に電気的に接続された第２のフィールドプレートをさらに備えることができる。第２のフィールドプレートを導入することにより、第１の電極のエッジでの電界を低下させたままで、第１の電極のエッジと第２の電極のエッジとの間の距離の高い値に対して、第２の電極のエッジでの電界が低下する。第２のフィールドプレートは、第２の電極に対して少なくとも１つの横方向にさらに延在することができる。第２の電極のエッジを越えた正の張り出しにより、第２のフィールドプレートは、第２の電極のエッジでの電界を低下させることができる。
【００１９】
本デバイスは、第１の電極の上方に配置されたパッシベーション層をさらに備えることができる。
【００２０】
本デバイスは、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）互換プロセスを使用して製造することができる。
【００２１】
有利には、少なくとも１つの電極は、垂直方向において丸みを帯びたコーナを含むことができる。丸みを帯びたコーナの導入により、そのコーナでの電界がさらに低下する。これは、コーナでの電界がコーナ半径の（マイナス１）乗に比例するためである。好ましくは、第１の電極の下側エッジのコーナは、丸みを帯びた形状を有することができ、第２の電極の上側エッジのコーナは、丸みを帯びた形状を有することができる。第１の電極の下側エッジおよび第２の電極の上側エッジのコーナは、最も高い電界を有するため、これらのコーナを丸めることにより、デバイスの高電圧能力がさらに向上する。
【００２２】
好ましくは、少なくとも１つの電極は、横方向において丸みを帯びたコーナを含むことができる。丸みを帯びたコーナの導入により、そのコーナでの電界がさらに低下する。
【００２３】
より好ましくは、少なくとも１つの電極は、横方向の次元において実質的に円形形状を有することができる。コーナでの電界は、コーナ半径の（マイナス１）乗に比例するため、円形形状は、電界の低下をさらに向上する。
【００２４】
有利には、第１の電極および第２の電極は、横方向の次元において幾何学的に類似した形状を有することができる。加えて、第１の電極および第２の電極は、横方向の次元において同心状に配置することができる。本構造のこれらの特徴は、不均一な電界の再分布を減らし、電界の「ホットスポット」を引き起こすことを回避する。
【００２５】
本デバイスは、ガルバニック絶縁デバイスとすることができる。
【００２６】
本開示のさらなる態様によると、高電圧半導体ベースのデバイスを製造する方法が提供される。本方法は、第１の電極を形成するステップと、第１の電極の下方に配置され、第１の電極から離間された第２の電極を形成するステップと、第１の電極と第２の電極との間に配置された誘電体層を形成するステップと、を含み、第１の電極が第２の電極よりも少なくとも１つの横方向にさらに延在している。
【００２７】
ここで、本開示の一部の好ましい実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来のＨＶコンポーネントの電界の等電位線のシミュレーションである。
【図２】本開示の一実施形態による、ＨＶコンポーネントの概略図である。
【図３（ａ）】ＨＶコンポーネント内の第１の（上部）電極と第２の（底部）電極との間の異なる張り出し値に対する静電ポテンシャルの分布のシミュレーションであって、対称的な第１および第２の電極を備えたコンポーネント内の静電ポテンシャル分布のシミュレーションである。
【図３（ｂ）】ＨＶコンポーネント内の第１の（上部）電極と第２の（底部）電極との間の異なる張り出し値に対する静電ポテンシャルの分布のシミュレーションであって、第２の（底部）電極が第１の（上部）電極を越えて延在する、コンポーネント内の静電ポテンシャル分布のシミュレーションである。
【図３（ｃ）】本開示の一実施形態による、第１の（上部）電極が第２の（底部）電極を越えて延在する、コンポーネント内の静電ポテンシャル分布のシミュレーションである。
【図４】本開示のさらなる実施形態による、ＨＶコンポーネントの概略図であり、コンポーネントが第２の電極上にフィールドプレートを備える。
【図５】本開示のさらなる実施形態による、ＨＶコンポーネントの概略図であり、コンポーネントが第１の電極上にフィールドプレートを備える。
【図６】図４のＨＶコンポーネントの幾何学的寸法を示す概略図である。
【図７】図５のＨＶコンポーネントの幾何学的寸法を示す概略図である。
【図８】図２の電極エッジにおける電界の、第２の電極と第１の電極との間の張り出しに対するシミュレートされた依存性の結果である。
【図９】異なる誘電体厚さおよび基板上の異なる高さについて、図２の第２の電極と第１の電極との間の張り出しの最適値をシミュレートした結果である。
【図１０（ａ）】本開示のさらなる実施形態による、コンデンサレイアウト設計の例の平面図であり、プレートが丸みを帯びたコーナを有するコンデンサレイアウトの実施形態である。
【図１０（ｂ）】本開示のさらなる実施形態による、コンデンサレイアウト設計の例の平面図であり、プレートが円形形状を有するコンデンサレイアウトの実施形態である。
【図１１】コーナ半径の定義を示す図である。
【図１２】一実施形態によるコンポーネント内の電界「ホットスポット」の位置を垂直方向に示す図である。
【図１３】本開示の実施形態によるメインプレートおよびフィールドプレートのコーナの異なる形状を示す図である。（ａ）は、コーナに垂直の丸みがないプレートである。（ｂ）は、対向するプレートに面する方向に向いたプレートの側面に丸みを帯びたコーナを有するプレートである。（ｃ）は、対向するプレートに面する方向に向いたプレートの側面に丸みを帯びたコーナを有するプレートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図２は、本開示の一実施形態による、ＨＶコンポーネントの概略図を示す。本実施形態では、コンポーネントは、第１の電極または第１のメインプレートａ１０１を含む高電圧（ＨＶ）ノードと、基板ａ１０７の上に形成された第２の電極または第２のメインプレートａ１０２を含む低電圧（ＬＶ）ノードと、を有する。一例において、電極は、トランスコイルとすることができ、または平行コンデンサのプレートとすることができる。第１の電極は、第２の電極よりも高い絶対電圧で構成されている。ＬＶノードのメインプレートａ１０２を越えて、ＨＶノードのメインプレートａ１０１の距離ｄ１０４の正の張り出しがある。これにより、静電ポテンシャルの非対称分布が補償される。ＬＶノードａ１０２と基板ａ１０７を同様の静電ポテンシャルに連結する接続部が存在することができ、または基板ａ１０７を浮遊させておくことができる。
【００３０】
図３は、第１の（上部）電極ａ１０１と第２の（底部）電極ａ１０２との間の異なる張り出しについての静電ポテンシャルの分布のシミュレーションを示す。
【００３１】
図３（ａ）は、対称的な第１の（上部）電極および第２の（底部）電極を備えたコンポーネントのシミュレーションを示す。ＨＶコンポーネント内では、静電ポテンシャルの分布は、ドープされた基板が底部電極の大きな延長部分として作用するため、垂直方向において対称ではない。ノードのエッジでは、電位線は、ＨＶノードとＬＶノードでは曲がり方が異なっている。ＨＶノードのエッジの周りの曲がりは、ＬＶノードのエッジの周りの曲がりよりもはるかにきつい。さらに、ノード間の距離が短くなり、したがって電界の強度も増加すると電位線の曲がりもよりきつくなる。本例では、電界は、上部電極のエッジで最大である。したがって、この点は、絶縁破壊に弱く、影響を受けやすい。高すぎる局所的な電界は、誘電体の電気的絶縁破壊を引き起こし、その後、ＨＶコンポーネント全体の電気的絶縁破壊を引き起こす可能性がある。
【００３２】
図３（ｂ）は、第２の（底部）電極が第１の（上部）電極を越えて延在するＨＶコンポーネントの静電ポテンシャル分布のシミュレーションを示す。このＨＶコンポーネントは、上部電極のエッジで電界がさらに高くなっているため、絶縁破壊の影響をより受けやすい。
【００３３】
図３（ｃ）は、本開示の実施形態による、第１の（上部）電極が第２の（底部）電極を越えて延在するＨＶコンポーネントの静電ポテンシャル分布のシミュレーションを示す。静電ポテンシャル分布は、電極エッジを互いに相対的にシフトさせることによって影響を受け、これは、フィールドプレート効果に起因する。図３（ｃ）では、上部電極のエッジでの電界が低下し、それによって、コンポーネントの電気的安定性が向上する。パッシベーションとバルク誘電体の違いは、パッシベーションが積層体の最後の層であるということである。パッシベーションは、上面のポテンシャル分布が制御されにくいため、バルクよりも弱い。パッシベーションは、一般にバルク材料よりも弱いため、コンポーネント内で電界分布を垂直方向において平衡化させることは、パッシベーションの電気的ストレスを解放するため、表面放電などの望ましくない影響を軽減するのにも役立つ。
【００３４】
図４は、本開示のさらなる実施形態による、ＨＶコンポーネントａ１００の概略図を示す。本実施形態では、コンポーネントは、誘電体媒体ａ１０５によって分離されたＨＶノードａ１０１およびＬＶノードａ１０２、ａ１０３、ａ１０４、ａ１０６を含む。誘電体ａ１０５は、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、または他の誘電体材料を含むことができ、あるいは、異なる誘電体の層の組合せとすることができる。誘電体ａ１０５は、ＨＶノードａ１０１とＬＶノードａ１０２との間のメインの絶縁層として作用し、異なるやり方で、例えば、連続的に堆積させた誘電体層の形態で、またはいくつかの金属間誘電体層の積層体として実施することができる。ＨＶノードａ１０１およびＬＶノードａ１０２、ａ１０３、ａ１０４、ａ１０６は、一般に、金属、ポリシリコン、または別の導電性材料から作られる。ＨＶコンポーネントａ１００は、チップａ２００の他の部分によって取り囲むことができ、またはディスクリートデバイスとして単独のままとさえすることができる。チップは、全体として基板ａ１０７上に配置することができ、または基板をなくすことができる。本実施形態では、ＬＶノードは、ＬＶメインプレートａ１０２、ＬＶフィールドプレートａ１０３、コンタクトパッドａ１０４への接続、およびプレートａ１０６間の接続を含む。コンタクトパッドａ１０４への接続は、別の層で実施されるが、フィールドプレートａ１０３と同じ層にすることもできる。メインプレートａ１０１は、パッシベーションａ１０９の開口部を介してワイヤボンディングによって直接接触することができる。追加のフィールドプレートは、「ホットスポット」から構造の他の部分に電界の再分布をもたらす。
【００３５】
図５は、本開示のさらなる実施形態によるＨＶコンポーネントａ１００の概略図を示す。本実施形態では、ＨＶノードは、メインプレートａ１０１およびフィールドプレートａ１０８を含む。フィールドプレートａ１０８は、パッシベーションａ１０９の開口部を介してワイヤボンディングによって直接接触することができる。ＬＶノードは、メインプレートａ１０２、フィールドプレートａ１０３、コンタクトパッドａ１０４への接続、およびプレートａ１０６間の接続を含む。ＨＶノードにフィールドプレートａ１０８を導入することによって、ＨＶノードのメインプレートエッジａ１０１１での電界のさらなる低下が達成される。フィールドプレートａ１０８の機能は、ＬＶフィールドプレートａ１０３について説明したものと同様であるが、この場合は、電界がＨＶノードのメインプレートａ１０１で低下する。図５では、ＨＶノードのフィールドプレートａ１０８は、ＬＶノードのフィールドプレートａ１０３と組み合わせて使用されているが、別々に使用することもできる。
【００３６】
図６は、図４のＨＶコンポーネントの幾何学的寸法を示す概略図を示す。ＨＶノードとＬＶノードとの間の誘電体ａ１０５の厚さｄ１００が図６に示されている。厚さｄ１００は、約３μｍ以上とすることができる。距離ｄ１０１は、ＬＶノードａ１０２のメインプレートの上部エッジとフィールドプレートａ１０３との間である。ＬＶフィールドプレートａ１０３の上部エッジと基板ａ１０７の表面との間の距離は、ｄ１０２によって表されている。ＬＶノードのメインプレートａ１０２を越えたＬＶフィールドプレートａ１０３の横方向の延長部分は、ｄ１０３として示されている。距離ｄ１０４は、ＬＶノードａ１０２のメインプレートのエッジを越えたＨＶノードａ１０１のメインプレートの横方向の延長部分を表す。ＬＶノードのフィールドプレートａ１０３により、ＨＶノードａ１０１のエッジでの電界を低下させたままで、ｄ１０４のより高い値に対してＬＶノードのメインプレートａ１０２のエッジでの電界を低下させることが可能になる。メインプレートａ１０２のエッジを越えた特定の正の張り出しｄ１０３により、フィールドプレートは、メインプレートａ１０２のエッジでの電界を低下させることができる。ａ１０１のエッジでの電界は、ｄ１０３が大きすぎない距離で構成されている限り、わずかにしか増加しない。言い換えれば、ＬＶノードのフィールドプレートａ１０３は、ＨＶノードよりも遠くに延在しない。
【００３７】
図７は、図５のＨＶコンポーネントの幾何学的寸法を示す概略図を示し、フィールドプレートａ１０８がＨＶノードに対して実装されている。ＨＶノードメインプレートａ１０１のエッジを越えたＨＶノードフィールドプレートａ１０８の延長部分がｄ１０５として示されている。ＨＶメインプレートａ１０１を越えたＨＶフィールドプレートａ１０８の張り出しｄ１０５の具体的な値は、他の要因のなかでもとりわけ、誘電体の厚さｄ１００、ＨＶメインプレートとフィールドプレートとの間の距離ｄ１０６、および基板ａ１０７のタイプを含むＨＶコンポーネントの全体的な設計に依存する。
【００３８】
図８は、ａ１０１およびａ１０２のエッジでの電界の、ＨＶノードａ１０１とＬＶノードａ１０２との間の張り出しｄ１０４に対するシミュレートされた依存性を示す。このグラフから、最適な張り出しは、２つの線の交点であったことがわかり、ある正の張り出しｄ１０４に対して電界が最も低くなるのがわかり、言い換えれば、ＨＶノードのメインプレートａ１０１がＬＶノードのメインプレートａ１０２から張り出している。張り出しｄ１０４の具体的な値は、基板ａ１０７上のＬＶノードのメインプレートａ１０２の高さｄ１０７、ならびに選択された基板ａ１０７の導電度および誘電体ａ１０５の厚さｄ１００に依存する。５μｍを上回るより大きな張り出しｄ１０４では、ＬＶノードのメインプレートａ１０２のエッジでの電界が高くなり、そこで絶縁破壊が引き起こされる。また、ａ１０１のエッジでの電界は、ｄ１０４の増加とともにさらに減少することがわかる。図８に示す例の場合、誘電体ａ１０５は、１１μｍの厚さｄ１００を有し、ＬＶノードのメインプレートａ１０２は、基板ａ１０７までの距離≒４μｍを有する第２の金属層に形成され、最適な張り出しｄ１０４は、約５μｍである。
【００３９】
図９は、異なる誘電体厚さｄ１００、および基板上の２つの異なる高さｄ１０７に対するｄ１０４の最適値を示す。この図から、より厚い誘電体およびより低い高さｄ１０７に対しては、ＨＶコンポーネントの最も高い絶縁強度を得るためには、より大きな張り出しｄ１０４が必要であることがわかる。
【００４０】
図１０は、コンデンサ設計の例の平面図を示す。この図は、図４に示す構造の断面を示す。すべてのコーナが丸みを帯びていることがわかる。図１０（ａ）は、コーナが丸みを帯びている第１の実施形態を示す。図１０（ｂ）は、円形形状を使用してノードおよびプレートを作製するさらなる実施形態を示す。電界の減少は、所与の構造サイズに対して丸みの最大半径が達成される場合に最も大きい。丸みの半径が図１１に示されている。これは、プレートのコーナでの電界がコーナ半径のマイナス１乗に比例し、言い換えれば、Ｅ≒１／Ｒであるからである。これは、導電性のノード、プレート、およびデバイスの他の部分（例えばノードとコンタクトパッドとの間の接続）の形状に当てはまる。
【００４１】
プレートおよびノードに円形形状を使用することは、実現可能にすることができないが、図１１に示すように、Ｒ１＞２０ｕｍおよびＲ２＞５ｕｍとして定義される丸みの半径に対して電界の改善が行われる可能性がある。
【００４２】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）の実施形態では、フィールドプレートの張り出しは、不均一な電界の再分布を回避し、電界の「ホットスポット」を引き起こさないように構造全体にわたって同じである。
【００４３】
図１２は、一実施形態によるコンポーネント内の電界「ホットスポット」の位置を垂直方向において示す。これらの位置は、最大の電界が見出され得る場所、およびコーナの丸みが電界を低下させる場所を示す。垂直方向における鋭いコーナを減らすことにより電界分布を改善する。
【００４４】
図１３は、メインプレートおよびフィールドプレートのコーナの様々な形状を示す。電界とコーナ半径の関係（Ｅ≒１／Ｒ）のために、図１３（ａ）の鋭いコーナは、電界分布を改善しない。図１３（ｂ、ｃ）に示すデバイス設計のように、対向するプレートまたはノードに面する方向に向けられたノードの側面のコーナを丸くすることにより、電界分布が改善される。半径Ｒ３が増加すると電界の減少が改善される。金属がプレートまたはノードに使用される場合、例えば、金属エッチングプロセスを調整することによって丸みを実現することができる。
【００４５】
当業者は、前述の説明および添付の特許請求の範囲において、「上に」、「張り出し」、「下に」、「横方向」など位置用語は、標準的な断面斜視図を示すものおよび添付の図面に示すものなどのデバイスの概念図を参照して作成されていることを理解されるであろう。これらの用語は、参照を容易にするために使用されているが、性質を限定することは意図されていない。したがって、これらの用語は、添付の図面に示すような向きにある場合のデバイスを指すと理解されるべきである。
【００４６】
本開示は、上記したような好ましい実施形態に関して説明されたが、これらの実施形態は、単に例示であって、特許請求の範囲は、これらの実施形態に限定されないことを理解されたい。当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲内に入ると考えられる開示を考慮して、修正および代替を作成することができるであろう。本明細書で開示もしくは図示された各特徴は、単独であるか、または本明細書で開示もしくは図示されたその他の特徴との任意の適切な組合せであるかどうかにかかわらず、本開示に組み込むことができる。
【符号の説明】
【００４７】
Ｒ３  半径
ａ１００  ＨＶコンポーネント
ａ１０１  ＨＶノード、第１のメインプレート、第１の電極
ａ１０１１  エッジ
ａ１０２  ＬＶノード、第２のメインプレート、第２の電極、ＬＶメインプレート
ａ１０３  ＬＶフィールドプレート
ａ１０４  コンタクトパッド
ａ１０５  誘電体
ａ１０６  プレート
ａ１０７  基板
ａ１０８  フィールドプレート
ａ１０９  パッシベーション
ａ２００  チップ
ｄ１００  厚さ
ｄ１０１  距離
ｄ１０２  距離
ｄ１０３  張り出し
ｄ１０４  張り出し、距離
ｄ１０５  張り出し
ｄ１０６  延長部分、距離
ｄ１０７  高さ
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
2020129657000001.pdf