JP2002530884A - Q値の高い改良されたキャパシタ - Google Patents
Q値の高い改良されたキャパシタInfo
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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Abstract
(57)【要約】
Q値の高い改良された容量性デバイスが、1つのモノリシック集積回路上に実現される。この新規なレイアウト技術は、上部導電性プレートと下部導電性プレートの金属コンタクト間の距離を低減してキャパシタの固有抵抗を低減することにより、キャパシタのQ値(Q)を改良する。このレイアウト技術は、下部導電性プレートからの金属コンタクトがストリップ間を通りかつ誘電層を通るよう、キャパシタの上部導電性プレートをストリップ状にレイアウトすることを必要とする。あるいは、エッチングにより上部導電性プレート中にアパチャを設けて、それにより、金属コンタクトが、アパチャを通って下部導電性プレートに接続するようにしてもよい。
Description
【0001】 (発明の属する技術分野) 本発明は概して、半導体デバイスの製造に関する。本発明は具体的には、高品
質のキャパシタを半導体デバイス上に製造するための新規なレイアウト技術を特
定する。
質のキャパシタを半導体デバイス上に製造するための新規なレイアウト技術を特
定する。
【0002】 (従来技術の説明) 共振回路または構成要素のQ値(すなわち電気工学記号「Q」)は、キャパシ
タ等の反応性構成要素(reactive component)において蓄積
されるエネルギーの、抵抗性構成要素(resistive componen
t)において散逸されるエネルギーに対する比として規定される。単純な抵抗器
−インダクタ−キャパシタの回路では、インダクタおよびキャパシタがエネルギ
ーを蓄積する一方、抵抗器がそのエネルギーの一部を散逸する。直観でわかるよ
うに、抵抗が大きい場合、あらゆる初期振動は急速に減衰してゼロになる。抵抗
が小さいと回路はより長く振動し続ける。キャパシタの場合、Qは以下のように
規定される。
タ等の反応性構成要素(reactive component)において蓄積
されるエネルギーの、抵抗性構成要素(resistive componen
t)において散逸されるエネルギーに対する比として規定される。単純な抵抗器
−インダクタ−キャパシタの回路では、インダクタおよびキャパシタがエネルギ
ーを蓄積する一方、抵抗器がそのエネルギーの一部を散逸する。直観でわかるよ
うに、抵抗が大きい場合、あらゆる初期振動は急速に減衰してゼロになる。抵抗
が小さいと回路はより長く振動し続ける。キャパシタの場合、Qは以下のように
規定される。
【0003】
【数1】 等式(1)に見られるように、Qは、抵抗に反比例している。キャパシタのQ
値に関連する主要成分は、デバイス内部の固有の直列抵抗である。高いQを達成
するためには、等式(1)に示すように、キャパシタ中の抵抗を最小限にするべ
きである。
値に関連する主要成分は、デバイス内部の固有の直列抵抗である。高いQを達成
するためには、等式(1)に示すように、キャパシタ中の抵抗を最小限にするべ
きである。
【0004】 当該分野の水準は、図1に示すように、下部プレート上のコンタクトが半導体
層を通って貫通できるようにほぼ同じ面積の上部および下部導電性プレートを横
方向にずらしたキャパシタのレイアウトを表している。この従来技術において、
直列抵抗は主に、上部および下部プレートコンタクト間の大きな距離に起因する
。
層を通って貫通できるようにほぼ同じ面積の上部および下部導電性プレートを横
方向にずらしたキャパシタのレイアウトを表している。この従来技術において、
直列抵抗は主に、上部および下部プレートコンタクト間の大きな距離に起因する
。
【0005】 そのため、コンタクト間の距離を低減し、それにより、等式(1)に示すよう
にキャパシタの固有抵抗成分(intrinsic resistive co
mponent)を低減する新規なレイアウトを提供する必要があった。直列抵
抗の低減を達成すれば、キャパシタのQ値が最適化され得る。
にキャパシタの固有抵抗成分(intrinsic resistive co
mponent)を低減する新規なレイアウトを提供する必要があった。直列抵
抗の低減を達成すれば、キャパシタのQ値が最適化され得る。
【0006】 (発明の要旨) 本発明の目的は、半導体デバイス上のキャパシタのための新規なレイアウト技
術を提供することである。
術を提供することである。
【0007】 本発明の別の目的は、キャパシタのQ値を改良する新規なレイアウト技術を提
供することである。
供することである。
【0008】 本発明の別の目的は、キャパシタに固有の直列抵抗を低減する新規なレイアウ
ト技術を提供することである。
ト技術を提供することである。
【0009】 本発明の別の目的は、コスト効率の良い製造を提供する新規なレイアウト技術
を提供することである。
を提供することである。
【0010】 本発明の1つの実施形態によれば、キャパシタのための改良されたレイアウト
技術は、少なくとも1つの下部導電性プレートと、前記少なくとも1つの下部プ
レートに結合された誘電層と、前記誘電層に結合された複数の上部導電性プレー
トと、前記少なくとも1つの下部導電性プレートに結合された複数の金属コンタ
クトであって、前記複数のコンタクトのうち少なくとも1つは、前記複数の上部
導電性プレートのうち2つにより形成されるギャップ間に位置する、複数の金属
コンタクトと、前記複数の上部導電性プレートに結合された第2の複数の金属コ
ンタクトとから構成される。
技術は、少なくとも1つの下部導電性プレートと、前記少なくとも1つの下部プ
レートに結合された誘電層と、前記誘電層に結合された複数の上部導電性プレー
トと、前記少なくとも1つの下部導電性プレートに結合された複数の金属コンタ
クトであって、前記複数のコンタクトのうち少なくとも1つは、前記複数の上部
導電性プレートのうち2つにより形成されるギャップ間に位置する、複数の金属
コンタクトと、前記複数の上部導電性プレートに結合された第2の複数の金属コ
ンタクトとから構成される。
【0011】 本発明の別の実施形態によれば、下部導電性プレートは、1つのプレートであ
り得る。
り得る。
【0012】 本発明の別の実施形態によれば、下部導電性プレートは、複数の導電性プレー
トであり得る。
トであり得る。
【0013】 本発明の別の実施形態によれば、Qの高いキャパシタのための改良されたレイ
アウト技術は、下部導電性プレートと、前記少なくとも1つの下部プレートに結
合された誘電層と、前記誘電層に結合する上部導電性プレートであって、複数の
アパチャを含む、上部導電性プレートと、前記下部導電性プレートに結合された
複数の金属コンタクトであって、前記複数の金属コンタクトのうち少なくとも1
つは、前記上部導電性プレートに接触することなく前記複数のアパチャのうち少
なくとも1つを貫通する、複数の金属コンタクトと、前記上部導電性プレートに
結合された第2の複数の金属コンタクトとを含む。
アウト技術は、下部導電性プレートと、前記少なくとも1つの下部プレートに結
合された誘電層と、前記誘電層に結合する上部導電性プレートであって、複数の
アパチャを含む、上部導電性プレートと、前記下部導電性プレートに結合された
複数の金属コンタクトであって、前記複数の金属コンタクトのうち少なくとも1
つは、前記上部導電性プレートに接触することなく前記複数のアパチャのうち少
なくとも1つを貫通する、複数の金属コンタクトと、前記上部導電性プレートに
結合された第2の複数の金属コンタクトとを含む。
【0014】 本発明の前述および他の目的、特徴ならびに利点は、添付図面に示す、以下の
本発明の好適な実施形態の説明からより詳細に明らかになる。
本発明の好適な実施形態の説明からより詳細に明らかになる。
【0015】 (好適な実施形態の詳細な説明) 図2を参照すると、Q値が高いキャパシタ100のための改良されたレイアウ
ト技術が示されている。この改良されたレイアウト技術は、フィールド酸化物5
上に堆積される共通下部プレート10と、複数の上部プレート20と、下部プレ
ート10および上部プレート20の間の共通誘電層30とを有するキャパシタを
含む。導電性材料の上部プレート20は、公知のフォトリソグラフィーおよびエ
ッチング技術により、列状またはストリップ状にレイアウトされる。
ト技術が示されている。この改良されたレイアウト技術は、フィールド酸化物5
上に堆積される共通下部プレート10と、複数の上部プレート20と、下部プレ
ート10および上部プレート20の間の共通誘電層30とを有するキャパシタを
含む。導電性材料の上部プレート20は、公知のフォトリソグラフィーおよびエ
ッチング技術により、列状またはストリップ状にレイアウトされる。
【0016】 非導電層50は、図中では単層として示されているが、いくつかの非導電層を
アマルガム化したものであり得、上部プレート20の導電性ストリップ間のアベ
ニューを充填し、そして、上部プレート20を被覆し、これにより、下部プレー
ト10と上部プレート20とを互いに、および、以後の導電性層から隔離する。
各上部プレート20は、1つ以上の金属コンタクト45を有し、下部プレート1
0は、上部プレートのストリップ20により形成されるアベニューを通って誘電
体30および非導電層50を貫通する複数のコンタクト40を有する。金属コン
タクト40および45は、回路の残り部分に接続され得る。
アマルガム化したものであり得、上部プレート20の導電性ストリップ間のアベ
ニューを充填し、そして、上部プレート20を被覆し、これにより、下部プレー
ト10と上部プレート20とを互いに、および、以後の導電性層から隔離する。
各上部プレート20は、1つ以上の金属コンタクト45を有し、下部プレート1
0は、上部プレートのストリップ20により形成されるアベニューを通って誘電
体30および非導電層50を貫通する複数のコンタクト40を有する。金属コン
タクト40および45は、回路の残り部分に接続され得る。
【0017】 図3を参照すると、同様の符号は同様の要素に対応しており、Qの高いキャパ
シタ100のための改良されたレイアウト技術の第2の実施形態は、フィールド
酸化物5上の複数の下部プレート11と、複数の上部プレート20と、下部プレ
ート11および上部プレート20の間の共通誘電層30とを含む。下部プレート
11および導電性材料の上部プレート20は、列状またはストリップ状にレイア
ウトされる。非導電層50は、図中では単層として示されているが、前述の実施
形態と同様にいくつかの非導電層をアマルガム化したものであり得、上部プレー
ト20の導電性ストリップ間のアベニューを充填し、そして、上部プレート20
を被覆し、これにより、下部プレート11と上部プレート20とを互いに、およ
び、以後の導電性層から隔離する。
シタ100のための改良されたレイアウト技術の第2の実施形態は、フィールド
酸化物5上の複数の下部プレート11と、複数の上部プレート20と、下部プレ
ート11および上部プレート20の間の共通誘電層30とを含む。下部プレート
11および導電性材料の上部プレート20は、列状またはストリップ状にレイア
ウトされる。非導電層50は、図中では単層として示されているが、前述の実施
形態と同様にいくつかの非導電層をアマルガム化したものであり得、上部プレー
ト20の導電性ストリップ間のアベニューを充填し、そして、上部プレート20
を被覆し、これにより、下部プレート11と上部プレート20とを互いに、およ
び、以後の導電性層から隔離する。
【0018】 各下部プレート11は、複数の上部プレート20間に形成されるアベニュー中
のアパチャを通って誘電体30および非導電層50を貫通する1つ以上の金属コ
ンタクト40に結合される。金属コンタクト45は、上部プレート20に結合さ
れる。金属コンタクト40および45はまた、半導体製造分野の当業者には公知
の多様な技術により回路の残り部分に接続され得る。
のアパチャを通って誘電体30および非導電層50を貫通する1つ以上の金属コ
ンタクト40に結合される。金属コンタクト45は、上部プレート20に結合さ
れる。金属コンタクト40および45はまた、半導体製造分野の当業者には公知
の多様な技術により回路の残り部分に接続され得る。
【0019】 図4Aを参照すると、同様の符号は同様の要素を示しており、Qの高いキャパ
シタ100のための改良されたレイアウト技術の別の実施形態は、1つの下部プ
レート10と、複数のアパチャ25および複数の表面金属コンタクト45を有す
る1つの上部プレート22と、下部プレート10および上部プレート22の間の
共通誘電層30とを有するキャパシタを含む。前述の実施形態において記載した
保護非誘電層50は、存在はするが、図示されていない。
シタ100のための改良されたレイアウト技術の別の実施形態は、1つの下部プ
レート10と、複数のアパチャ25および複数の表面金属コンタクト45を有す
る1つの上部プレート22と、下部プレート10および上部プレート22の間の
共通誘電層30とを有するキャパシタを含む。前述の実施形態において記載した
保護非誘電層50は、存在はするが、図示されていない。
【0020】 上部プレート22中のアパチャ25は、金属コンタクト40(図示せず)が、
上部プレート22に接触または短絡することなく下部プレート10に接触するの
を可能にする。以下に説明する或る種の製造技術において、例えば上部プレート
22がポリシリコンであり下部プレート10が基板である(すなわちMOSキャ
パシタである)場合、表面金属コンタクト45は、フィールドアイランド(fi
eld island)46すなわち二酸化ケイ素等の絶縁材料の薄膜上に位置
決めされる。
上部プレート22に接触または短絡することなく下部プレート10に接触するの
を可能にする。以下に説明する或る種の製造技術において、例えば上部プレート
22がポリシリコンであり下部プレート10が基板である(すなわちMOSキャ
パシタである)場合、表面金属コンタクト45は、フィールドアイランド(fi
eld island)46すなわち二酸化ケイ素等の絶縁材料の薄膜上に位置
決めされる。
【0021】 アパチャ25は、図4Aおよび4Bに示すように矩形であるが、当業者であれ
ば、他の多角形または円形の形状も可能であることを認識する。金属コンタクト
40(図示せず)および45は次に、半導体製造分野の当業者には公知の多様な
技術によって回路の残り部分に接続される。
ば、他の多角形または円形の形状も可能であることを認識する。金属コンタクト
40(図示せず)および45は次に、半導体製造分野の当業者には公知の多様な
技術によって回路の残り部分に接続される。
【0022】 上述の各実施形態において、下部プレート10、上部プレート20および誘電
層30の組成は、下記のように用途によって異なり得る。ただし、図2を各構成
の参照として用いる。1つの構成において、下部プレート10は、酸化された単
結晶シリコン基板上に堆積される多結晶シリコン層である。誘電層30は、下部
プレート10を形成するポリシリコン層上に設置される。誘電層30の特性につ
いては後述する。上部プレート20は、誘電層30上に堆積される第2の多結晶
シリコン層である。
層30の組成は、下記のように用途によって異なり得る。ただし、図2を各構成
の参照として用いる。1つの構成において、下部プレート10は、酸化された単
結晶シリコン基板上に堆積される多結晶シリコン層である。誘電層30は、下部
プレート10を形成するポリシリコン層上に設置される。誘電層30の特性につ
いては後述する。上部プレート20は、誘電層30上に堆積される第2の多結晶
シリコン層である。
【0023】 第2の構成において、下部プレート10は、キャパシタンス特性を提供するよ
うドーピングされる単結晶シリコン基板である。誘電層30はここでも、下部プ
レート10上に設置される。上部プレート20は、誘電層上に堆積される多結晶
シリコン層から構成される。
うドーピングされる単結晶シリコン基板である。誘電層30はここでも、下部プ
レート10上に設置される。上部プレート20は、誘電層上に堆積される多結晶
シリコン層から構成される。
【0024】 第3の構成において、下部プレート10は、酸化された単結晶シリコン基板上
に堆積される多結晶シリコン層である。誘電層30は、下部プレート10上に設
置される。上部プレート20は、金属組成物すなわちアルミニウム、銅または他
の導電性材料であり、誘電層30上に堆積される。
に堆積される多結晶シリコン層である。誘電層30は、下部プレート10上に設
置される。上部プレート20は、金属組成物すなわちアルミニウム、銅または他
の導電性材料であり、誘電層30上に堆積される。
【0025】 第4の構成において、下部プレート10は、キャパシタンス特性を提供するよ
うドーピングされる単結晶シリコン基板である。誘電層30はここでも、下部プ
レート10上に設置される。上部プレート20は、金属組成物すなわちアルミニ
ウム、銅または他の導電性材料であり、誘電層30上に堆積される。
うドーピングされる単結晶シリコン基板である。誘電層30はここでも、下部プ
レート10上に設置される。上部プレート20は、金属組成物すなわちアルミニ
ウム、銅または他の導電性材料であり、誘電層30上に堆積される。
【0026】 上記の多様な構成に記載の多結晶シリコン層(いわゆるポリシリコン、いわゆ
るポリ)は、半導体型の材料であり、結晶構造の一部として非晶質のような特性
を呈しても、呈さなくてもよい。上記の構成に記載の誘電層は、二酸化ケイ素、
窒化ケイ素、オキシ窒化物またはこれらの任意の組み合わせから構成され得る。
さらに、本発明は、実質的に上記と同じ結果を達成する下部および上部プレート
ならびに誘電層(例えば、シリコンオンインシュレータ)を形成するために用い
られる半導電性材料(すなわちポリシリコン)および導電性材料(すなわち金属
)のさらに別の構成も、本発明において想起されている。
るポリ)は、半導体型の材料であり、結晶構造の一部として非晶質のような特性
を呈しても、呈さなくてもよい。上記の構成に記載の誘電層は、二酸化ケイ素、
窒化ケイ素、オキシ窒化物またはこれらの任意の組み合わせから構成され得る。
さらに、本発明は、実質的に上記と同じ結果を達成する下部および上部プレート
ならびに誘電層(例えば、シリコンオンインシュレータ)を形成するために用い
られる半導電性材料(すなわちポリシリコン)および導電性材料(すなわち金属
)のさらに別の構成も、本発明において想起されている。
【0027】 ストリップ、アベニューおよびアパチャ等のレイアウト技術を含む図2〜図4
に示すような下部プレート10および上部プレート20をパターニングするのに
、半導体プロセス分野で周知のフォトリソグラフィーおよびエッチング技術が用
いられ得る。キャパシタ100のこれらの独特なレイアウト特徴によって、上部
プレート20(あるいは上部プレート22)に関連する金属コンタクト45と、
下部プレート10(あるいは下部プレート11)に関連する金属コンタクト40
との間の距離が制限され、それにより、固有抵抗成分が低減されて、キャパシタ
100のQ値が改良される。
に示すような下部プレート10および上部プレート20をパターニングするのに
、半導体プロセス分野で周知のフォトリソグラフィーおよびエッチング技術が用
いられ得る。キャパシタ100のこれらの独特なレイアウト特徴によって、上部
プレート20(あるいは上部プレート22)に関連する金属コンタクト45と、
下部プレート10(あるいは下部プレート11)に関連する金属コンタクト40
との間の距離が制限され、それにより、固有抵抗成分が低減されて、キャパシタ
100のQ値が改良される。
【0028】 本発明を、特に本発明の好適な実施形態に関して図示および記載してきたが、
当業者であれば、本発明において、形式および細部の変更が本発明の精神および
範囲を逸脱することなく可能であることを理解する。
当業者であれば、本発明において、形式および細部の変更が本発明の精神および
範囲を逸脱することなく可能であることを理解する。
【図1】 従来技術を示す図である。
【図2】 本発明の1つの実施形態の断面図である。
【図3】 本発明の第2の実施形態の断面図である。
【図4A】 本発明の第3の実施形態の斜視図である。
【図4B】 本発明の第3の実施形態の上面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤック, ランディー エル. アメリカ合衆国 アリゾナ 85048, フ ェニックス, サウス 25ティーエイチ ストリート 16238 (72)発明者 セント アマンド, ロジャー アメリカ合衆国 アリゾナ 85284, テ ンペ, イースト ラ ビエベ レーン 1807 Fターム(参考) 5F033 HH04 HH05 HH08 HH11 JJ01 JJ07 KK01 KK04 KK05 KK08 KK11 LL01 NN34 QQ08 QQ37 RR00 VV10 XX03 XX08 5F038 AC05 AC17 CA10 EZ20
Claims (22)
- 【請求項1】 Q値の高い改良されたキャパシタであって、該キャパシタは
、 少なくとも1つの下部導電性プレートと、 該少なくとも1つの下部プレートに結合された誘電層と、 該誘電層に結合する複数の上部導電性プレートと、 該少なくとも1つの下部導電性プレートに結合された複数の金属コンタクトで
あって、該複数のコンタクトのうち少なくとも1つは、該複数の上部導電性プレ
ートのうち2つにより形成されるギャップ間に位置する、複数の金属コンタクト
と、 該複数の上部導電性プレートに結合された第2の複数の金属コンタクトと、 を含み、該キャパシタは、1つのモノリシック集積回路上に実現される、キャ
パシタ。 - 【請求項2】 前記少なくとも1つの下部導電性プレートは、多結晶シリコ
ンおよび単結晶シリコン基板からなる群から選択される材料でできている、請求
項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項3】 前記誘電層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素およびオキシ窒化
物からなる群から選択される材料でできている、請求項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項4】 前記複数の上部導電性プレートは、多結晶シリコンおよび金
属からなる群から選択される材料でできている、請求項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項5】 前記少なくとも1つの下部導電性プレートは、1つの導電性
プレートから構成される、請求項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項6】 前記少なくとも1つの下部導電性プレートは、複数の下部導
電性プレートから構成される、請求項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項7】 前記複数の下部導電性プレートは、導電性材料のストリップ
として構成される、請求項6に記載のキャパシタ。 - 【請求項8】 前記複数の下部導電性プレートは、誘電材料により互いに隔
離される、請求項7に記載のキャパシタ。 - 【請求項9】 前記複数の下部導電性プレートの各々が、前記第1の複数の
金属コンタクトのうち1つに結合される、請求項8に記載のキャパシタ。 - 【請求項10】 前記複数の上部導電性プレートは、導電性材料のストリッ
プとして構成される、請求項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項11】 前記複数の上部導電性プレートは、誘電材料により互いに
隔離される、請求項10に記載のキャパシタ。 - 【請求項12】 前記複数の上部導電性プレートの各々が、前記第2の複数
の金属コンタクトのうち1つに結合される、請求項11に記載のキャパシタ。 - 【請求項13】 キャパシタに固有の直列抵抗が低減されている、請求項1
に記載のキャパシタ。 - 【請求項14】 前記キャパシタのQ値が改良されている、請求項1に記載
のキャパシタ。 - 【請求項15】 前記キャパシタは、1つのモノリシック集積回路上に実現
される、請求項1に記載のキャパシタ。 - 【請求項16】 Q値の高い改良されたキャパシタであって、該キャパシタ
は、 下部導電性プレートと、 該少なくとも1つの下部プレートに結合された誘電層と、 該誘電層に結合する上部導電性プレートであって、複数のアパチャを含む、上
部導電性プレートと、 該下部導電性プレートに結合された複数の金属コンタクトであって、該複数の
金属コンタクトのうち少なくとも1つは、該上部導電性プレートに接触すること
なく該複数のアパチャのうち少なくとも1つを貫通する、複数の金属コンタクト
と、 該上部導電性プレートに結合された第2の複数の金属コンタクトと、 を含み、該キャパシタは、1つのモノリシック集積回路上に実現される、キャ
パシタ。 - 【請求項17】 前記下部導電性プレートは、多結晶シリコンおよび単結晶
シリコン基板からなる群から選択される材料でできている、請求項16に記載の
キャパシタ。 - 【請求項18】 前記誘電層は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素およびオキシ窒
化物からなる群から選択される材料でできている、請求項16に記載のキャパシ
タ。 - 【請求項19】 前記上部導電性プレートは、多結晶シリコンおよび金属か
らなる群から選択される材料でできている、請求項16に記載のキャパシタ。 - 【請求項20】 キャパシタに固有の直列抵抗が低減されている、請求項1
6に記載のキャパシタ。 - 【請求項21】 前記キャパシタのQ値が改良されている、請求項16に記
載のキャパシタ。 - 【請求項22】 前記キャパシタは、1つのモノリシック集積回路上に実現
される、請求項16に記載のキャパシタ。
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