JP2006245188A

JP2006245188A - 複合コンデンサ

Info

Publication number: JP2006245188A
Application number: JP2005057225A
Authority: JP
Inventors: Koichi Fujita; 光一藤田; Takao Ishida; 多華生石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: JP4689302B2

Abstract

【課題】誘電体膜の膜厚が変化した場合であっても容量値の変動を抑制することのできるコンデンサを提供する。
【解決手段】第１の誘電体膜１の上には、出力側電極２が形成されている。また、第１の誘電体膜１の上には、出力側電極２を被覆するようにして第２の誘電体膜３が形成されている。出力側電極２の上方で第２の誘電体膜３の上には、第１の入力側電極４が形成されている。さらに、第２の誘電体膜３の上で第１の入力側電極４の両側には、第２の入力側電極５ａ，５ｂが形成されている。出力側電極２と第１の入力側電極４とで、ＭＩＭ型コンデンサが構成される。また、出力側電極２と第２の入力側電極５ａ，５ｂとで、櫛型コンデンサが構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合コンデンサに関する。

コンデンサ（半導体受動素子）としては、従来より、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型コンデンサおよび櫛型コンデンサが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。ＭＩＭ型コンデンサでは、誘電体膜が薄くなると容量が増大する傾向にある。反対に、櫛型コンデンサでは、誘電体膜が薄くなると容量が減少する傾向にある。

図９（ａ）は、従来のＭＩＭ型コンデンサの平面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）でＥ−Ｅ´線に沿う断面図である。これらの図において、誘電体膜４１の上には、出力側電極４２が形成されている。また、出力側電極４２を被覆するようにして、誘電体膜４１の上に誘電体膜４３が形成されている。さらに、誘電体膜４３の上には、入力側電極４４が形成されている。尚、誘電体膜４１は、半導体基板（図示せず）の上に形成されているものとする。

図１０は、図９（ａ）および（ｂ）に示すＭＩＭ型コンデンサについて、誘電体膜４３としてのシリコン窒化膜の膜厚Ｔ_５に対する容量値の変化を表したものである。図より、シリコン窒化膜の膜厚が薄くなると容量は増加し、シリコン窒化膜の膜厚が増加すると容量は減少することが分かる。

図１１（ａ）は、従来の櫛型コンデンサの平面図である。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）でＦ−Ｆ´線に沿う断面図である。これらの図において、誘電体膜５１の上には、入力側電極５２と出力側電極５３が交互に並んで配置されている。また、誘電体膜５１の上には、入力側電極５２および出力側電極５３を被覆するようにして誘電体膜５４が形成されている。このコンデンサでは、容量は、入力側電極５２と出力側電極５３の側面に蓄積される。尚、誘電体膜５１は、半導体基板（図示せず）の上に形成されているものとする。

図１２は、図１１（ａ）および（ｂ）に示す櫛型コンデンサについて、誘電体膜５４としてのシリコン窒化膜の膜厚Ｔ_６に対する容量値の変化を表したものである。図より、シリコン窒化膜の膜厚が薄くなると容量は減少し、シリコン窒化膜の膜厚が増加すると容量は増大することが分かる。

特開平７−２０２１２３号公報

こうしたコンデンサの容量の変動は、特に高周波で動作させた場合に、半導体素子の特性をばらつかせる原因となる。このため、安定な容量値を得るため、従来は、ＭＩＭ型コンデンサおよび櫛型コンデンサの何れの形状においても、誘電体膜の膜厚のばらつきを低減させることが試みられてきた。

しかしながら、誘電体膜の膜厚が薄くなると、膜厚のばらつきを制御することが困難となる。このため、容量値の安定化も図り難くなるという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、誘電体膜の膜厚が変化した場合であっても容量値の変動を抑制することのできるコンデンサを提供することにある。

本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。

本願の第１の発明は、第１の誘電体膜の上に形成された第１の出力側電極と、この第１の出力側電極を被覆して第１の誘電体膜の上に形成された第２の誘電体膜と、第１の出力側電極の上方で前記第２の誘電体膜の上に形成された第１の入力側電極と、第２の誘電体膜の上で第１の入力側電極の両側に形成された第２の入力側電極とを有し、第１の出力側電極と第１の入力側電極とでＭＩＭ型コンデンサを構成し、第１の出力側電極と第２の入力側電極とで櫛型コンデンサを構成していることを特徴とする複合コンデンサに関する。

また、本願の第２の発明は、第１の誘電体膜の上に形成された出力側電極と、第１の誘電体膜の上で出力側電極の両側に形成された第１の入力側電極と、出力側電極および第１の入力側電極を被覆して第１の誘電体膜の上に形成された第２の誘電体膜と、出力側電極の上方で第２の誘電体膜の上に形成され、第１の入力側電極に接続する第２の入力側電極とを有し、出力側電極と第２の入力側電極でＭＩＭ型コンデンサを構成し、出力側電極と第１の入力側電極で櫛型コンデンサを構成することを特徴とする複合コンデンサに関する。

さらに、本願の第３の発明は、第１の誘電体膜の上に形成された複数の第１の出力側電極と、第１の誘電体膜の上に形成されて、第１の出力側電極と交互に並んで配置された複数の入力側電極と、第１の誘電体膜の上に形成された第２の誘電体膜と、この第２の誘電体膜の上に形成されて、第１の出力側電極にコンタクトを介して接続する第２の出力側電極とを有し、この第２の出力側電極と入力側電極でＭＩＭ型コンデンサを構成し、第１の出力側電極と入力側電極で櫛型コンデンサを構成することを特徴とする複合コンデンサに関する。

本発明の複合コンデンサによれば、誘電体膜の膜厚が変化した場合であっても容量値の変動を抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図面において、同じ符号を付した部分は同じものであることを示している。また、各実施の形態における誘電体膜としては、例えば層間絶縁膜などが挙げられる。

実施の形態１．
図１（ａ）は、本実施の形態における複合コンデンサの平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。

これらの図に示すように、第１の誘電体膜１の上には、下部電極としての出力側電極２が形成されている。また、出力側電極２を被覆するようにして、第１の誘電体膜１の上に第２の誘電体膜３が形成されている。ここで、第１の誘電体膜１は、半導体基板（図示せず）の上に形成されているものとする。また、第２の誘電体膜３としては、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。

また、出力側電極２の上方で第２の誘電体膜３の上には、第１の入力側電極４が形成されている。また、第２の誘電体膜３の上で第１の入力側電極４の両側には、第２の入力側電極５ａ，５ｂが形成されている。ここで、第１の入力側電極４および第２の入力側電極５ａ，５ｂは上部電極である。

本実施の形態においては、出力側電極２と第１の入力側電極４とでＭＩＭ型コンデンサを構成している。また、出力側電極２と第２の入力側電極５ａ，５ｂとで櫛型コンデンサを構成している。すなわち、本実施の形態における複合コンデンサは、ＭＩＭ型コンデンサと櫛型コンデンサとからなっている。

図２は、図１（ａ）および（ｂ）に示す複合コンデンサについて、第２の誘電体膜３としてシリコン窒化膜を用いた場合のシリコン窒化膜の膜厚Ｔ_１に対する容量値の変化を表したものである。尚、比較のために、櫛型コンデンサとＭＩＭ型コンデンサをそれぞれ単独で用いた場合についても示している。

図２に示すように、櫛型コンデンサでは、シリコン窒化膜が厚くなるほど容量値は増大する。一方、ＭＩＭ型コンデンサでは、シリコン窒化膜が薄くなるほど容量値は増大する。したがって、これらのコンデンサを１つのコンデンサとして用いることによって、誘電体膜の膜厚の変化による容量値の変動を抑制することが可能となる。図２の例では、シリコン窒化膜の膜厚Ｔ_１が０．３μｍ〜０．５μｍの範囲内で、本実施の形態における複合コンデンサの容量値は略一定になる。

実施の形態２．
図３（ａ）は、本実施の形態における複合コンデンサの平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。

これらの図に示すように、第１の誘電体膜１１の上には、第１の出力側電極１２が形成されている。また、第１の出力側電極１２の上には、第１の出力側電極１２に接続する第２の出力側電極１３ａ，１３ｂが形成されている。そして、第１の出力側電極１２を被覆するようにして、第１の誘電体膜１１の上に第２の誘電体膜１４が形成されている。ここで、第１の誘電体膜１１は、半導体基板（図示せず）の上に形成されているものとする。また、第２の誘電体膜１４としては、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。

また、第１の出力側電極１２の上方で第２の誘電体膜１４の上には、第１の入力側電極１５が形成されている。また、第２の誘電体膜１４の上で且つ第２の出力側電極１３ａ，１３ｂを挟んで第１の入力側電極１５の両側には、第２の入力側電極１６ａ，１６ｂが形成されている。

さらに、第２の誘電体膜１４の上には、第２の出力側電極１３ａ，１３ｂ、第１の入力側電極１５および第２の入力側電極１６ａ，１６ｂを被覆するようにして、第３の誘電体膜１７が形成されている。第３の誘電体膜１７としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。

本実施の形態では、第１の出力側電極１２の側面と第２の入力側電極１６ａ，１６ｂの側面で櫛型コンデンサを構成している。また、第２の出力側電極１３ａ，１３ｂの側面と第１の入力側電極１５の側面でも櫛型コンデンサを構成している。さらに、第２の出力側電極１３ａ，１３ｂの側面と第２の入力側電極１６ａ，１６ｂの側面でも櫛型コンデンサを構成している。一方、第１の出力側電極１２と第１の入力側電極１５はＭＩＭ型コンデンサを構成している。

すなわち、本実施の形態は、実施の形態１の複合コンデンサに、第２の出力側電極１３ａ，１３ｂを追加した構成となっている。このようにすることによって、櫛型コンデンサを構成する電極の側面積を拡大することができるので、同一面積内でより高い容量を実現することが可能となる。また、本実施の形態によれば、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、入力側および出力側の電極の側面積が拡大するので、高容量化と小型化を同時に実現させることが可能となる。

図４は、図３（ａ）および（ｂ）に示す複合コンデンサについて、第２の誘電体膜１４としてシリコン窒化膜を用いた場合のシリコン窒化膜の膜厚Ｔ_２に対する容量値の変化を表したものである。尚、比較のために、櫛型コンデンサとＭＩＭ型コンデンサをそれぞれ単独で用いた場合についても示している。

図４に示すように、櫛型コンデンサでは、シリコン窒化膜が厚くなるほど容量値は増大する。一方、ＭＩＭ型コンデンサでは、シリコン窒化膜が薄くなるほど容量値は増大する。したがって、これらのコンデンサを１つのコンデンサとして用いることによって、誘電体膜の膜厚の変化による容量値の変動を抑制することが可能となる。図４の例では、シリコン窒化膜の膜厚Ｔ_２が０．３μｍ〜０．４μｍの範囲内で、本実施の形態における複合コンデンサの容量値は略一定となる。

実施の形態３．
図５（ａ）は、本実施の形態における複合コンデンサの平面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ´線に沿う断面図である。

これらの図に示すように、第１の誘電体膜２１の上には出力側電極２２が形成されている。また、第１の誘電体膜２１の上で出力側電極２２の両側には、第１の入力側電極２３ａ，２３ｂが形成されている。そして、出力側電極２２および第１の入力側電極２３ａ，２３ｂを被覆するようにして、第１の誘電体膜２１の上に第２の誘電体膜２４が形成されている。ここで、第１の誘電体膜２１は、半導体基板（図示せず）の上に形成されているものとする。また、第２の誘電体膜２４としては、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。

また、出力側電極２２の上方で且つ第２の誘電体膜２４の上には、第２の入力側電極２５が形成されている。さらに、第２の誘電体膜２４の上には、第２の入力側電極２５を被覆するようにして第３の誘電体膜２６が形成されている。第３の誘電体膜２６としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。尚、２７は、第１の入力側電極２３ａ，２３ｂと第２の入力側電極２５を接続するコンタクトである。

本実施の形態では、出力側電極２２と第１の入力側電極２３ａ，２３ｂで櫛型コンデンサを構成している。また、出力側電極２２と第２の入力側電極２５でＭＩＭ型コンデンサを構成している。

図６は、図５（ａ）および（ｂ）に示す複合コンデンサについて、第２の誘電体膜２４としてのシリコン窒化膜の膜厚Ｔ_３に対する容量値の変化を表したものである。尚、比較のために、櫛型コンデンサとＭＩＭ型コンデンサをそれぞれ単独で用いた場合についても示している。

図６に示すように、櫛型コンデンサでは、シリコン窒化膜が厚くなるほど容量値は増大する。一方、ＭＩＭ型コンデンサでは、シリコン窒化膜が薄くなるほど容量値は増大する。したがって、これらのコンデンサを１つのコンデンサとして用いることによって、誘電体膜の膜厚の変化による容量値の変動を抑制することが可能となる。図６の例では、シリコン窒化膜の膜厚Ｔ_３が０．３μｍ〜０．４μｍの範囲内で、本実施の形態における複合コンデンサの容量値は略一定となる。

実施の形態４．
図７（ａ）は、本実施の形態における複合コンデンサの平面図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ´線に沿う断面図である。

これらの図に示すように、第１の誘電体膜３１の上には、第１の出力側電極３２ａ，３２ｂが形成されている。また、第１の誘電体膜３１の上には、第１の出力側電極３２ａ，３２ｂと交互に並ぶようにして、入力側電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成されている。

また、第１の誘電体膜３１の上には、第１の出力側電極３２ａ，３２ｂを被覆するようにして第２の誘電体膜３４が形成されている。そして、第２の誘電体膜３４の上には、コンタクト３５ａ，３５ｂを介して第１の出力側電極３２ａ，３２ｂに接続する第２の出力側電極３６が形成されている。さらに、第２の誘電体膜３４の上には、第２の出力側電極３６を被覆するようにして第３の誘電体膜３７が形成されている。

第１の誘電体膜３１は、半導体基板（図示せず）の上に形成されているものとする。また、第２の誘電体膜３４としては、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。さらに、第３の誘電体膜３７としては、例えばシリコン酸化膜を用いることができる。

本実施の形態では、第１の出力側電極３２ａ，３２ｂの各側面と入力側電極３３ａ，３３ｂ，３３ｃの各側面とで櫛型コンデンサを構成している。また、図７（ａ）および（ｂ）で第１の出力側電極３２ａ，３２ｂに挟まれた入力側電極３３ｂと、第２の出力側電極３６とでＭＩＭ型コンデンサを構成している。

図８は、図７（ａ）および（ｂ）に示す複合コンデンサについて、第２の誘電体膜３４としてのシリコン窒化膜の膜厚Ｔ_４に対する容量値の変化を表したものである。尚、比較のために、櫛型コンデンサとＭＩＭ型コンデンサをそれぞれ単独で用いた場合についても示している。

図８に示すように、櫛型コンデンサでは、シリコン窒化膜が厚くなるほど容量値は増大する。一方、ＭＩＭ型コンデンサでは、シリコン窒化膜が薄くなるほど容量値は増大する。したがって、これらのコンデンサを１つのコンデンサとして用いることによって、誘電体膜の膜厚の変化による容量値の変動を抑制することが可能となる。図８の例では、シリコン窒化膜の膜厚Ｔ_４が０．３μｍ〜０．４μｍの範囲内で、本実施の形態における複合コンデンサの容量値は略一定となる。

以上述べたように、本発明によれば、ＭＩＭ型コンデンサと櫛型コンデンサを組み合わせるので、多層の配線電極によって形成されるコンデンサにおいて、電極間の誘電体膜の膜厚が変化した場合であっても容量値の変動を抑制することが可能となる。これにより、回路設計を容易にして歩留まりの向上を図ることができる。

尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

実施の形態１における複合コンデンサの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１の複合コンデンサについて、シリコン窒化膜の膜厚に対する容量値の変化を示す図である。実施の形態２における複合コンデンサの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図３の複合コンデンサについて、シリコン窒化膜の膜厚に対する容量値の変化を示す図である。実施の形態３における複合コンデンサの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図５の複合コンデンサについて、シリコン窒化膜の膜厚に対する容量値の変化を示す図である。実施の形態４における複合コンデンサの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図７の複合コンデンサについて、シリコン窒化膜の膜厚に対する容量値の変化を示す図である。従来のＭＩＭ型コンデンサの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図９のコンデンサについて、シリコン窒化膜の膜厚に対する容量値の変化を示す図である。従来の櫛型コンデンサの（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図１１のコンデンサについて、シリコン窒化膜の膜厚に対する容量値の変化を示す図である。

符号の説明

１第１の誘電体膜
２出力側電極
３第２の誘電体膜
４第１の入力側電極
５ａ，５ｂ第２の入力側電極
１１第１の誘電体膜
１２第１の出力側電極
１３ａ，１３ｂ第２の出力側電極
１４第２の誘電体膜
１５第１の入力側電極
１６ａ，１６ｂ第２の入力側電極
１７第３の誘電体膜
２１第１の誘電体膜
２２出力側電極
２３ａ，２３ｂ第１の入力側電極
２４第２の誘電体膜
２５第２の入力側電極
２６第３の誘電体膜
２７コンタクト
３１第１の誘電体膜
３２ａ，３２ｂ第１の出力側電極
３３ａ〜３３ｃ入力側電極
３４第２の誘電体膜
３５ａ，３５ｂコンタクト
３６第２の出力側電極
３７第３の誘電体膜
４１，４３誘電体膜
４２出力側電極
４４入力側電極
５１，５４誘電体膜
５２入力側電極
５３出力側電極

Claims

第１の誘電体膜の上に形成された第１の出力側電極と、
前記第１の出力側電極を被覆して前記第１の誘電体膜の上に形成された第２の誘電体膜と、
前記第１の出力側電極の上方で前記第２の誘電体膜の上に形成された第１の入力側電極と、
前記第２の誘電体膜の上で前記第１の入力側電極の両側に形成された第２の入力側電極とを有し、
前記第１の出力側電極と前記第１の入力側電極とでＭＩＭ型コンデンサを構成し、
前記第１の出力側電極と前記第２の入力側電極とで櫛型コンデンサを構成していることを特徴とする複合コンデンサ。
前記第１の出力側電極の上で前記第１の出力側電極に接続する第２の出力側電極をさらに有し、
前記第２の出力側電極と前記第１および第２の入力側電極で他の櫛型コンデンサを構成する請求項１に記載の複合コンデンサ。
第１の誘電体膜の上に形成された出力側電極と、
前記第１の誘電体膜の上で前記出力側電極の両側に形成された第１の入力側電極と、
前記出力側電極および前記第１の入力側電極を被覆して前記第１の誘電体膜の上に形成された第２の誘電体膜と、
前記出力側電極の上方で前記第２の誘電体膜の上に形成され、前記第１の入力側電極に接続する第２の入力側電極とを有し、
前記出力側電極と前記第２の入力側電極でＭＩＭ型コンデンサを構成し、
前記出力側電極と前記第１の入力側電極で櫛型コンデンサを構成することを特徴とする複合コンデンサ。
第１の誘電体膜の上に形成された複数の第１の出力側電極と、
前記第１の誘電体膜の上に形成されて、前記第１の出力側電極と交互に並んで配置された複数の入力側電極と、
前記第１の誘電体膜の上に形成された第２の誘電体膜と、
前記第２の誘電体膜の上に形成されて、前記第１の出力側電極にコンタクトを介して接続する第２の出力側電極とを有し、
前記第２の出力側電極と前記入力側電極でＭＩＭ型コンデンサを構成し、
前記第１の出力側電極と前記入力側電極で櫛型コンデンサを構成することを特徴とする複合コンデンサ。