JP2012151220A - Capacitive element, method of manufacturing the same, and semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、容量素子及びその製造方法並びに半導体集積回路に関し、より詳細には、高い周波数帯での導体損失の増加を抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を実現することが可能な容量素子及びその製造方法並びに半導体集積回路に関する。 The present invention relates to a capacitive element, a method for manufacturing the same, and a semiconductor integrated circuit, and more specifically, a capacitive element that can suppress an increase in conductor loss in a high frequency band and realize low-loss operation in a wide frequency range. And a method for manufacturing the same and a semiconductor integrated circuit.
一般に、容量素子は、多くのアナログ回路に不可欠な素子であり、実装基板や集積回路を問わず広く用いられている。また、容量素子は損失が低いことが望まれている。容量の損失は、大きく誘電損失と抵抗損失とに分けられ、それぞれの損失を低下させる様々な方策が検討されてきている。 In general, a capacitive element is an indispensable element for many analog circuits, and is widely used regardless of a mounting substrate or an integrated circuit. In addition, it is desired that the capacitive element has a low loss. Capacitance loss is roughly divided into dielectric loss and resistance loss, and various measures for reducing each loss have been studied.
誘電損失の低減には、誘電体材料、組成や製造方法の改善を図ることが考えられる。例えば、特許文献1のものは、配線層間に形成されるMIM(Metal−Insulator−Metal;金属−絶縁膜−金属)キャパシタを小型化し、同時に低温度係数と高信頼性を実現するようにしたもので、従来からの問題点であった点、つまり、第1に、高い誘電率をもつ誘電体材料は、一般的に構造欠陥が生じやすく、キャパシタとしての信頼性が劣るという点、また、第2に、高い誘電率を持つ材料は、誘電率の温度変化が大きくなり、従って、環境温度や動作状態の変化によって静電容量が変化して回路動作の変動が発生するという点、さらに、第3に、上記2つの問題点が、相互に矛盾する関係にあること、すなわち、構造欠陥を低減して信頼性を向上させると温度変化が大きくなり、温度変化を小さくすると信頼性は低下してしまう関係にあるという点が挙げられる。 In order to reduce the dielectric loss, it is conceivable to improve the dielectric material, composition and manufacturing method. For example, in Patent Document 1, a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor formed between wiring layers is miniaturized, and at the same time, a low temperature coefficient and high reliability are realized. The first problem is that a dielectric material having a high dielectric constant is generally susceptible to structural defects and is less reliable as a capacitor. Second, a material having a high dielectric constant has a large temperature change in the dielectric constant. Therefore, the capacitance changes due to a change in the environmental temperature and the operating state, and the circuit operation varies. 3. The above two problems are mutually contradictory, that is, if the structural defect is reduced and the reliability is improved, the temperature change increases, and if the temperature change is reduced, the reliability is And the like that is in the defeated and will relationship.
このような問題点を解決するための、特許文献1にあっては、キャパシタの誘電体膜を、酸化アルミニウムを主体とする第1誘電体膜と結晶化した酸化ニオブを主体とする第2誘電体膜との積層膜としたものである。 In order to solve such a problem, in Patent Document 1, the dielectric film of the capacitor is composed of a first dielectric film mainly composed of aluminum oxide and a second dielectric composed mainly of crystallized niobium oxide. It is a laminated film with a body film.
また、抵抗損失の低減には、電極導体の材質の改善や、電極の平面形状の最適化による損失改善が考えられる。例えば、特許文献2のものは、MIMキャパシタにおける低損失化や小型化と高信頼性化とを両立させるようにしたもので、MIMキャパシタの、信号の伝播方向に対して垂直な方向の実効的な幅と、信号の伝播方向に対して平行な方向の実効的な長さとの比が、抵抗成分の所望値に対応するように、幅と長さとを設定することで、損失を低減するようにしたものである。また、下部容量電極を薄くすることで、誘電体膜を薄くしても十分な信頼性を得るようにし、また、誘電体膜を薄くすることで、面積を小さくしても十分な容量が得られるようにして小型化を図ったものである。 Further, the resistance loss can be reduced by improving the material of the electrode conductor and improving the loss by optimizing the planar shape of the electrode. For example, in Patent Document 2, the MIM capacitor achieves both low loss, downsizing, and high reliability, and the MIM capacitor is effective in the direction perpendicular to the signal propagation direction. Loss is reduced by setting the width and length so that the ratio of the effective width and the effective length in the direction parallel to the signal propagation direction corresponds to the desired value of the resistance component It is a thing. In addition, by reducing the thickness of the lower capacitor electrode, sufficient reliability can be obtained even if the dielectric film is thinned. By reducing the thickness of the dielectric film, sufficient capacity can be obtained even if the area is reduced. In this way, the size is reduced.
しかしながら、近年では、トランジスタなどの能動素子の周波数特性が向上を続けており、それを用いた回路の動作周波数も高まる一方である。信号周波数が高くなるにつれ、抵抗が増加し、導体損失が増加する傾向にある。従って、低い周波数帯で低損失を実現できていた従来技術では、高い周波数帯ではその低損失化の効果が失われてしまうという問題があった。 However, in recent years, the frequency characteristics of active elements such as transistors have been continuously improved, and the operating frequency of circuits using them has been increasing. As the signal frequency increases, the resistance increases and the conductor loss tends to increase. Therefore, the conventional technique that has realized low loss in a low frequency band has a problem that the effect of reducing the loss is lost in a high frequency band.
図8(a),(b)は、従来の容量素子を説明するための構成図で、図8(a)は斜視図、図8(b)は図8(a)の実質的な伝導範囲を示す第2電極の断面図である。図中符号110は容量素子、111は第1電極、112は誘電体層、113は第2電極、113aは第2電極113の内部領域部、113bは第2電極113の表皮部を示している。なお、dは第2電極113の厚み、δは第2電極113の表皮部113bの厚みを示している。
FIGS. 8A and 8B are configuration diagrams for explaining a conventional capacitive element, FIG. 8A is a perspective view, and FIG. 8B is a substantial conduction range of FIG. 8A. It is sectional drawing of the 2nd electrode which shows this. In the figure,
この従来の容量素子110は、第1電極111と、この第1電極111上に設けられた誘電体層112と、この誘電体層112上に設けられた第2電極113とから構成されている。つまり、容量素子110は、誘電体層112を第1電極111と第2電極113とにより挟むようにしたサンドイッチ構造になっている。
The conventional
また、第2電極113は、図8(b)に示すように、厚みdを有するとともに内部領域部113aを有し、第2電極113の表皮部113bは厚みδを有している。つまり、第2電極113は、信号の伝播が可能な表皮部113bと、信号の伝播が不可能な内部領域部113aとを備えている。
Further, as shown in FIG. 8B, the
信号の伝播方向を紙面に垂直な方向とすると、信号は導体の表面付近のみを伝わるようになる。容量素子の第2電極113の抵抗を下げるために第2電極113の厚みdを増しても、高い周波数では第2電極113の内部領域部113aに信号は伝わらず、低周波の場合に比べて抵抗は増加して信号損失が大きくなる。第2電極113の材質が金の場合、信号の周波数が60GHzでは、表皮部の厚みδは約0.32μmとなる。従って、第2電極113の厚みdが0.64μm以上ある場合には、60GHzの信号が伝導しない領域が生じ、上述したように、高周波信号に対する損失が大きくなってしまうという問題点がある。
When the propagation direction of the signal is a direction perpendicular to the paper surface, the signal propagates only near the surface of the conductor. Even if the thickness d of the
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高い周波数帯での導体損失の増加を抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を実現することが可能な容量素子及びその製造方法並びに半導体集積回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to suppress an increase in conductor loss in a high frequency band and realize low-loss operation in a wide frequency range. It is an object of the present invention to provide a capacitor element, a manufacturing method thereof, and a semiconductor integrated circuit.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、第1電極と、該第1電極上に設けられた誘電体層と、該誘電体層上に設けられた第2電極とを備えた容量素子において、前記第1電極又は前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面あるいは前記誘電体層に接している内表面に凹凸部を備えていることを特徴とする容量素子。(図1;実施形態) The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 includes a first electrode, a dielectric layer provided on the first electrode, and the dielectric layer. In the capacitive element including the second electrode provided on the concave and convex portions on the outer surface of the first electrode or the second electrode that is not in contact with the dielectric layer or the inner surface that is in contact with the dielectric layer A capacitor element comprising: (FIG. 1; embodiment)
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面にリフトオフにより形成された凹凸部を備えていることを特徴とする。(図2;実施例1) The invention described in claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, an uneven portion formed by lift-off is provided on the outer surface of the second electrode that is not in contact with the dielectric layer. And (FIG. 2; Example 1)
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面にエッチングにより形成された凹凸部を備えていることを特徴とする。(図4;実施例2) The invention according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1, an uneven portion formed by etching is provided on the outer surface of the second electrode that is not in contact with the dielectric layer. And (FIG. 4; Example 2)
また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記第1電極の前記誘電体層に接していない外表面に凹凸部を備えていることを特徴とする。(図6;実施例3) According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an uneven surface is provided on the outer surface of the first electrode that is not in contact with the dielectric layer. (FIG. 6; Example 3)
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記第1電極及び前記第2電極が金属で、前記誘電体が絶縁体であることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the first electrode and the second electrode are metal, and the dielectric is an insulator. To do.
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記凹凸部の高さが、前記第1電極又は前記第2電極の厚みの10%以上90%以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the height of the uneven portion is 10% or more and 90% of the thickness of the first electrode or the second electrode. It is characterized by the following.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記第1電極が、半導体基板上に設けられていることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the first electrode is provided on a semiconductor substrate.
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の容量素子を備えたことを特徴とする半導体集積回路である。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor integrated circuit comprising the capacitive element according to any one of the first to seventh aspects.
また、請求項9に記載の発明は、第1電極と、該第1電極上に設けられた誘電体層と、該誘電体層上に設けられた第2電極とを備えた容量素子の製造方法において、第1電極を形成する第1の工程と、該第1の工程により形成された前記第1電極上に誘電体層を形成する第2の工程と、該第2の工程により形成された前記誘電体上に第2電極を形成する第3の工程とを有し、前記第1電極又は前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面あるいは前記誘電体層に接している内表面に凹凸部を形成する工程を含むことを特徴とする。(図1;実施形態) According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a capacitive element including a first electrode, a dielectric layer provided on the first electrode, and a second electrode provided on the dielectric layer. In the method, the first step of forming a first electrode, the second step of forming a dielectric layer on the first electrode formed by the first step, and the second step. A third step of forming a second electrode on the dielectric, and is in contact with the outer surface of the first electrode or the second electrode that is not in contact with the dielectric layer or with the dielectric layer. It includes a step of forming an uneven portion on the inner surface. (FIG. 1; embodiment)
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面にリフトオフによる凹凸部を形成することを特徴とする。(図3;実施例1)
The invention described in
また、請求項11に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面にエッチングによる凹凸部を形成することを特徴とする。(図5;実施例2) According to an eleventh aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, an uneven portion is formed by etching on the outer surface of the second electrode that is not in contact with the dielectric layer. (FIG. 5; Example 2)
また、請求項12に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記第1電極の前記誘電体層に接していない外表面に凹凸部を形成することを特徴とする。(図7;実施例3)
The invention described in
また、請求項13に記載の発明は、請求項9乃至12のいずれかに記載の発明において、前記第1電極及び前記第2電極が金属で、前記誘電体が絶縁体であることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項14に記載の発明は、請求項9乃至13のいずれかに記載の発明において、前記凹凸部の高さが、前記第1電極又は前記第2電極の厚みの10%以上90%以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 9 to 13, wherein the height of the uneven portion is 10% or more and 90% of the thickness of the first electrode or the second electrode. It is characterized by the following.
また、請求項15に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記第1電極又は前記第2電極の表面に凹凸部を形成する工程が、前記電極全体の領域に電極材料を積層する工程と、前記電極の一部の領域に電極材料を積層する工程とを含むことを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the invention according to the ninth aspect, the step of forming a concavo-convex portion on the surface of the first electrode or the second electrode includes laminating an electrode material over the entire region of the electrode. And a step of laminating an electrode material on a partial region of the electrode.
また、請求項16に記載の発明は、請求項15に記載の発明において、前記記第1電極又は前記第2電極の一部の領域が、複数の線状領域からなることを特徴とする。 The invention according to claim 16 is the invention according to claim 15, wherein a part of the first electrode or the second electrode is composed of a plurality of linear regions.
また、請求項17に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記記第1電極又は前記第2電極の表面に凹凸部を形成する工程が、前記電極全体の領域に電極材料を積層する工程と、積層された電極材料の一部を除去する工程とを含むことを特徴とする。 The invention according to claim 17 is the invention according to claim 9, wherein the step of forming a concavo-convex portion on the surface of the first electrode or the second electrode comprises applying an electrode material to the entire region of the electrode. The method includes a step of stacking and a step of removing a part of the stacked electrode material.
また、請求項18に記載の発明は、請求項17に記載の発明において、前記積層された電極材料の一部が、複数の線状領域からなることを特徴とする。 The invention according to claim 18 is characterized in that, in the invention according to claim 17, a part of the laminated electrode material comprises a plurality of linear regions.
また、請求項19に記載の発明は、請求項9乃至18のいずれかに記載の発明において、前記第1電極が、半導体基板上に形成されることを特徴とする。 The invention according to claim 19 is the invention according to any one of claims 9 to 18, wherein the first electrode is formed on a semiconductor substrate.
本発明によれば、第1電極と、第1電極上に設けられた誘電体層と、誘電体層上に設けられた第2電極とを備えた容量素子において、第1電極又は第2電極の誘電体層に接していない外表面あるいは誘電体層に接している内表面に凹凸部を備えているので、高い周波数帯での導体損失の増加を抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を実現することが可能な容量素子及びその製造方法並びに半導体集積回路を提供することが可能となる。 According to the present invention, in a capacitive element including a first electrode, a dielectric layer provided on the first electrode, and a second electrode provided on the dielectric layer, the first electrode or the second electrode Since the concave and convex portions are provided on the outer surface that is not in contact with the dielectric layer or on the inner surface that is in contact with the dielectric layer, the increase in the conductor loss in the high frequency band is suppressed, and the operation with low loss in a wide frequency range is achieved. It is possible to provide a capacitive element that can be realized, a manufacturing method thereof, and a semiconductor integrated circuit.
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
図1は、本発明に係る容量素子の実施形態を説明するための構成図で、図1(a)は斜視図、図1(b)は図1(a)の実質的な伝導範囲を示す第2電極の断面図である。図中符号10は容量素子、11は第1電極、12は誘電体層、13は第2電極、13aは第2電極13の内部領域部、13bは第2電極13の凸部(表皮部)、13cは第2電極13の凹部を示している。なお、δは第2電極13の表皮部13bの厚み、aは凸部幅、bは凸部高さ(凹部の溝の深さ)、cは凹部幅、dは第2電極13の厚みを示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an embodiment of a capacitive element according to the present invention, FIG. 1 (a) is a perspective view, and FIG. 1 (b) shows a substantial conduction range of FIG. 1 (a). It is sectional drawing of a 2nd electrode. In the figure,
本発明の容量素子10は、第1電極11と、この第1電極11上に設けられた誘電体層12と、この誘電体層12上に設けられた第2電極13とから構成されている。つまり、容量素子10は、誘電体層12を第1電極11と第2電極13とにより挟むようにしたサンドイッチ構造になっており、第2電極13の外表面、つまり、誘電体層12に接していない表面に凹凸部が設けられている。
The
また、第2電極13は、図1(b)に示すように、厚みdを有するとともに内部領域部13aを有し、第2電極13の表皮部13bは厚みδを有している。つまり、第2電極13は、信号の伝播が可能な表皮部13bと、信号の伝播が不可能な内部領域部13aとを備えている。さらに、第2電極13の表面(外表面)は、凹凸面になっており、凸部幅aと凹部幅cと凸部高さ(凹部の溝の深さ)bを有している。
Further, as shown in FIG. 1B, the
つまり、本発明の実施例1の容量素子10は、第1電極11と第2電極13と、この第1電極11と第2電極13とに挟まれた誘電体層12とからなる容量素子であって、この2つの電極のうち一方の電極の誘電体層12とは接していない表面(外表面)に凹凸部を備えたものである。
That is, the
<凹凸の定義>
第2電極13の表面の凹凸部は、高い周波数帯での導体損失の増加を効果的に抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を効果的に実現するため、第2電極13の厚みdの10%以上90%以下の凹凸部であることが好ましく、30%以上90%以下であることがより好ましい。すなわち、凸部の頂部と凹部の底部の差である厚みbが、第2電極13の厚みdの10%以上90%以下であることが好ましく、30%以上90%以下であることがより好ましい。
<Definition of irregularities>
The uneven portion on the surface of the
<凹凸の形状>
凸部の形状としては、ドット状の頂部を有するものや、直線状の頂部を有するものや、格子状の頂部を有するものなのが挙げられる。高い周波数帯での導体損失の増加を効果的に抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を効果的に実現する観点から、電気伝導方向に対して平行な方向に直線状の頂部を有するものが好ましい。
<Uneven shape>
Examples of the shape of the convex portion include those having a dot-like top, those having a linear top, and those having a lattice-like top. From the viewpoint of effectively suppressing the increase in conductor loss in a high frequency band and effectively realizing low-loss operation in a wide frequency range, some having a linear top in a direction parallel to the electric conduction direction preferable.
<凹凸の形成箇所>
図1に示した容量素子は、一方の第2電極13の外表面が凹凸部を有しているが、他方の第1電極11の外表面にも凹凸部を有している形態や、少なくとも一方又は両方の電極の誘電体層と接している表面(内表面)に凹凸部を有している形態のものであってもよいし、それらの組み合わせの形態であってもよい。高い周波数帯での導体損失の増加を効果的に抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を効果的に実現するためには、2つの電極の内表面及び外表面に凹凸部を有している形態が好ましい。容量素子としての静電容量を制御する観点からは2つの電極の外表面に凹凸部を有している形態が好ましい。容易なプロセスで形成する観点からは一方の電極の外表面に凹凸を有している形態が好ましい。
<Locations where irregularities are formed>
In the capacitive element shown in FIG. 1, the outer surface of one
<電極の構成>
電極としては、導電性を有するものであれば特に制限されないが、半導体基板上に本発明の容量素子を形成する場合、既存の半導体プロセスを使用することが可能な観点から、金属であることが好ましく、具体的には金,アルミニウム,銅,あるいはそれぞれを主成分とする合金などが挙げられるがこの限りではない。
<Configuration of electrode>
The electrode is not particularly limited as long as it has conductivity, but when the capacitor element of the present invention is formed on a semiconductor substrate, it may be a metal from the viewpoint that an existing semiconductor process can be used. Preferable examples include gold, aluminum, copper, and alloys mainly composed of each, but are not limited thereto.
<誘電体層の構成>
誘電体層としては、特に制限されないが、半導体基板上に本発明の容量素子を形成する場合、既存の半導体プロセスを使用することが可能な観点から、誘電率が高いものが好ましく、具体的にはSiNあるいはSiO2等が挙げられるがこの限りではない。
<Configuration of dielectric layer>
Although it does not restrict | limit especially as a dielectric material layer, When forming the capacitive element of this invention on a semiconductor substrate, a thing with a high dielectric constant is preferable from a viewpoint which can use the existing semiconductor process, Specifically, Examples include SiN or SiO 2, but not limited thereto.
<発明の作用効果>
図1(b)は、図1(a)に示した容量素子の凹凸を有する一方の第2電極13の断面図であるが、この図1(b)を用いて本発明の容量素子の動作について以下に説明する。
<Operational effects of the invention>
FIG. 1B is a cross-sectional view of one
電気信号が導体を伝わる際、信号の周波数が高くなると、表皮効果により信号は導体内部まで伝わることができなくなる。このとき、信号を伝播することが可能な表皮の厚さδは次式で表される。 When an electric signal is transmitted through a conductor, if the frequency of the signal is increased, the signal cannot be transmitted into the conductor due to the skin effect. At this time, the thickness δ of the skin capable of propagating a signal is expressed by the following equation.
ここで、δは信号を伝播することが可能な表皮の厚さ、ωは信号の角周波数、μは空間の透磁率、σは導体の導電率を示している。信号周波数が高くなるほど信号を伝播することが可能な表皮厚は薄くなる。 Here, δ is the thickness of the skin capable of propagating the signal, ω is the angular frequency of the signal, μ is the magnetic permeability of the space, and σ is the conductivity of the conductor. The higher the signal frequency, the thinner the skin that can propagate the signal.
図1(b)は、上述したように、図1(a)に示した容量素子の凹凸部を有する一方の第2電極13の断面図である。本発明の電極形状は、信号周波数が高くなり表皮厚が電極厚みに比べ薄くなった場合に、図1(b)に示すように、信号の伝播領域が減少しにくい、すなわち、抵抗が増加しにくい形状を取ることで、損失を低減することができる。
FIG. 1B is a cross-sectional view of one
図1(b)に示すように、凸部13bの幅をa、凸部の高さをb、凸部の間隔(凹部の幅)をc、電極全体の厚みをdとすると、信号が伝播する領域を広くする、信号が伝播することができない内部領域部13aを狭くするためには、主要信号周波数に対応する表皮厚をδとしたときに、凸部13bの幅aが2×δとほぼ等しくなり、凸部13bの高さbがd−2×δとほぼ等しくなり、凸部13bの間隔(凹部の幅)cができるだけ小さくなることが望ましい。
As shown in FIG. 1B, a signal propagates when the width of the
本発明の容量素子は、実装基板上に外付け配置される素子単体の形態であってもよいし、半導体基板上に組み込まれたオンチップキャパシタの形態であっても良い。本発明の容量素子がオンチップキャパシタであれば、容量素子が使用される半導体集積回路の動作周波数に適した形状・材料の容量素子を容易に設計が可能である。また、本発明の容量素子がオンチップキャパシタであれば、既存の半導体集積回路の製造プロセス上で作成することが可能である。 The capacitive element of the present invention may be in the form of a single element externally arranged on the mounting substrate, or may be in the form of an on-chip capacitor incorporated on the semiconductor substrate. If the capacitive element of the present invention is an on-chip capacitor, it is possible to easily design a capacitive element having a shape and material suitable for the operating frequency of a semiconductor integrated circuit in which the capacitive element is used. In addition, if the capacitive element of the present invention is an on-chip capacitor, it can be produced in the manufacturing process of an existing semiconductor integrated circuit.
<半導体集積回路の説明>
本発明の容量素子を備える半導体集積回路は、高い周波数帯での導体損失の増加を抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を実現することが可能である。
<Description of Semiconductor Integrated Circuit>
A semiconductor integrated circuit including the capacitive element of the present invention can suppress an increase in conductor loss in a high frequency band and can realize a low-loss operation in a wide frequency range.
<容量素子の製造方法>
上述した本発明の実施形態の容量素子の製造方法について説明する。
<Capacitance element manufacturing method>
A method for manufacturing the capacitive element according to the above-described embodiment of the present invention will be described.
本実施形態の容量素子10は、第1電極11を形成する工程と、この第1電極11上に誘電体層12を形成する工程と、この誘電体層12上に第2電極13を形成する工程とを有し、第1電極11及び第2電極13を形成する工程の少なくとも一方の工程が、電極の厚みの10%以上90%以下の凹凸部を電極の表面に形成する工程を含む容量素子の製造方法によって得ることが可能である。
In the
図2は、本発明に係る容量素子の実施例1を説明するための断面構成図である。図中符号20は容量素子、21は第1電極、22は誘電体層、23は第2電極、23aは第2電極23を構成する平板部、23bは第2電極23を構成する凸部、23cは第2電極23の凹部、24は半導体基板を示している。
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram for explaining Example 1 of the capacitive element according to the present invention. In the figure,
本発明の実施例1に係る容量素子20は、半導体基板24上に設けられた第1電極21と、この第1電極21上に設けられた誘電体層22と、この誘電体層22上に設けられた第2電極23を構成する平板部23a及び平板部23a上に設けられた凸部23bを有する第2電極23とから構成されている。つまり、容量素子20は、誘電体層22を第1電極21と第2電極23とにより挟むようにしたサンドイッチ構造になっており、第2電極23の外表面に凹凸部が設けられている。
The
図3(a)乃至(c)は、本発明に係る容量素子の実施例1の製造方法を説明するための工程図である。 3A to 3C are process diagrams for explaining the manufacturing method of the first embodiment of the capacitive element according to the present invention.
本発明の実施例1に係る容量素子は、半導体基板24上に第1電極21を形成する工程と、この第1電極21上に誘電体層22を形成する工程と、この誘電体層22上に第2電極23を形成する工程とを有し、第2電極23を形成する工程が、第2電極23の厚みの10%以上90%以下の凹凸を第2電極23の外表面に形成する工程を含む容量素子の製造方法である。
The capacitive element according to the first embodiment of the present invention includes a step of forming the
<リフトオフ>
まず、半導体基板24上に第1電極21を形成し、この第1電極21上に誘電体層22を形成し、この誘電体層22上の全体に第2電極23を構成する平板部23aを形成する(図3(a))。次に、平板部23a上にレジスト25を形成せしめた後に、第2電極の凸部を構成する電極23bを積層する(図3(b))。最後にレジスト25を除去することにより、平板部23aの表面に凹凸部を有する第2電極23を有する容量素子が得られる(図3(c))。つまり、第2電極23は、第2電極23を構成する凸部23bと第2電極23の凹部23cとを有している。
<Lift off>
First, the
このとき、レジスト25の厚みと平板部23a及び凸部23bの厚みを所望の大きさにすることにより、所望の凹凸を有する第2電極23を形成せしめることが可能である。
At this time, the
また、記第1電極21又は第2電極23の表面に凹凸部を形成する工程が、電極全体の領域に電極材料を積層する工程と、電極の一部の領域に電極材料を積層する工程とを含んでいる。
Moreover, the process of forming an uneven | corrugated | grooved part on the surface of the said
また、レジスト25を電気的伝播方向に対して平行な方向に延伸した複数の線形状(ストライプ状)に形成せしめることにより、高い周波数帯での導体損失の増加を効果的に抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を効果的に実現することが可能になる。 In addition, by forming the resist 25 in a plurality of linear shapes (stripe shapes) extending in a direction parallel to the electric propagation direction, it is possible to effectively suppress an increase in conductor loss in a high frequency band, and to achieve a wide frequency range. Thus, it is possible to effectively realize a low-loss operation.
図4は、本発明に係る容量素子の実施例2を説明するための断面構成図である。
図中符号30は容量素子、31は第1電極、32は誘電体層、33は第2電極、33aは第2電極23を構成する平板部、33bは第2電極33の凹部、34は半導体基板、35は平板部33aの領域、36はレジストを示している。
FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram for explaining Example 2 of the capacitive element according to the present invention.
In the figure,
本発明の実施例2に係る容量素子30は、半導体基板34上に設けられた第1電極31と、この第1電極31上に設けられた誘電体層32と、この誘電体層32上に設けられた第2電極を構成する平板部33a及び平板部33aに設けられた凹部33bを有する第2電極33とから構成されている。つまり、容量素子30は、誘電体層32を第1電極31と第2電極33とにより挟むようにしたサンドイッチ構造になっており、第2電極33の外表面に凹凸部が設けられている。
The
図5(a)乃至(c)は、本発明に係る容量素子の実施例2の製造方法を説明するための工程図である。 5A to 5C are process diagrams for explaining a manufacturing method of the second embodiment of the capacitive element according to the present invention.
本発明の実施例2に係る容量素子は、半導体基板34上に第1電極31を形成する工程と、この第1電極31上に誘電体層32を形成する工程と、この誘電体層32上に第2電極33を形成する工程とを有し、第2電極33を形成する工程が、第2電極33の厚みの10%以上90%以下の凹凸部を第2電極33の外表面に形成する工程を含む容量素子の製造方法である。
The capacitive element according to the second embodiment of the present invention includes a step of forming the
<エッチング>
まず、半導体基板34上に第1電極31を形成し、この第1電極31上に誘電体層32を形成し、この誘電体層32上の全体に第2電極を構成する平板部33aを形成する(図5(a))。次に、平板部33a上にレジスト36を形成せしめた後に、このレジスト36をマスクとして平板部33aが露出した領域35をエッチングする(図4(b))。最後にレジスト36を除去することにより、平板部33aの表面に凹凸部を有する第2電極33を有する容量素子が得られる(図4(c))。つまり、第2電極33は、第2電極33を構成する平板部33aに凹部33bを有している。
<Etching>
First, the
このとき、平板部33aの厚み及びエッチング量を所望の大きさにすることにより、所望の凹凸部を有する第2電極33を形成せしめることが可能となる。
At this time, by setting the thickness and etching amount of the
また、第1電極31又は第2電極33の表面に凹凸部を形成する工程が、電極全体の領域に電極材料を積層する工程と、積層された電極材料の一部を除去する工程とを含んでいる。
Further, the step of forming the concavo-convex portion on the surface of the
また、レジスト36を電気的伝播方向に対して平行な方向に延伸した複数の線形状(ストライプ状)に形成せしめることにより、高い周波数帯での導体損失の増加を効果的に抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を効果的に実現することが可能になる。 Further, by forming the resist 36 in a plurality of linear shapes (stripe shapes) extending in a direction parallel to the electric propagation direction, it is possible to effectively suppress an increase in conductor loss in a high frequency band, and to widen the frequency range. Thus, it is possible to effectively realize a low-loss operation.
図6は、本発明に係る容量素子の実施例3を説明するための断面構成図である。図中符号40は容量素子、41は第1電極、41aは第1電極41を構成する平板部、41bは第1電極の凸部、42は誘電体層、43は第2電極、44は半導体基板、45は絶縁体を示している。
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram for explaining Example 3 of the capacitive element according to the present invention. In the figure,
本発明の実施例3に係る容量素子40は、半導体基板44上に設けられた第1電極41と、この第1電極41上に設けられた誘電体層42と、この誘電体層42上に設けられた第2電極43とから構成されている。つまり、容量素子40は、誘電体層42を第1電極41と第2電極43とにより挟むようにしたサンドイッチ構造になっており、半導体基板44と接する第1電極41の外表面に凹凸部が設けられている。
The
図7(a)乃至(c)は、本発明に係る容量素子の実施例3の製造方法を説明するための工程図である。 7A to 7C are process diagrams for explaining a manufacturing method of the capacitive element according to the third embodiment of the present invention.
本発明の実施例3に係る容量素子は、半導体基板44上に第1電極41を形成する工程と、この第1電極41上に誘電体層42を形成する工程と、この誘電体層42上に第2電極43を形成する工程とを有し、第1電極41を形成する工程が、第1電極41の厚みの10%以上90%以下の凹凸部を第1電極41の外表面に形成する工程を含む容量素子の製造方法である。
The capacitive element according to the third embodiment of the present invention includes a step of forming the
<第1電極の外表面に形成(研磨)>
まず、半導体基板44上に絶縁体45を部分的に形成し、この絶縁体45及び半導体基板44上に第1電極41aを形成する(図5(a))。次に、この第1電極41の半導体基板44と接していない表面の凸部41bを均一化する(図5(b))。最後に誘電体層42及び第2電極43を積層することにより、半導体基板44と接する第1電極41の外表面に凹凸部を有する容量素子が得られる(図5(c))。
<Forming on the outer surface of the first electrode (polishing)>
First, the
このとき、第1電極41の厚み及び均一化の際のエッチング量を所望の大きさにすることにより、所望の凹凸部を有する第1電極41を形成せしめることが可能となる。また、表面の均一化の工程を行わない場合、誘電体層42と接する第1電極41及び第2電極43の内表面及び誘電体層42と接しない外表面のいずれにも凹凸部を形成せしめることが可能である。容量素子の静電容量を制御する観点からは表面均一化の工程を有することが好ましい。
At this time, it is possible to form the
また、絶縁体45を電気的伝播方向に対して平行な方向に延伸した複数の線形状(ストライプ状)に形成せしめることにより、高い周波数帯での導体損失の増加を効果的に抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を効果的に実現することが可能になる。
Further, by forming the
<その他の製造方法について>
なお、第1電極の内表面に凹凸部を形成せしめるためには、図3及び図5に示した実施例1,2において第2電極に対して行った工程を第1電極に適用することで実現可能であり、また、第2電極の内表面に凹凸部を形成せしめるためには、図7に示した実施例3において第1電極に対して行った工程を第2電極に適用することで実現可能である。
<About other manufacturing methods>
In addition, in order to form an uneven part on the inner surface of the first electrode, the process performed on the second electrode in Examples 1 and 2 shown in FIGS. 3 and 5 is applied to the first electrode. In order to form an uneven portion on the inner surface of the second electrode, the process performed on the first electrode in Example 3 shown in FIG. 7 is applied to the second electrode. It is feasible.
本発明は、高い周波数帯での導体損失の増加を抑え、幅広い周波数範囲で低損失な動作を実現することが可能な容量素子及びその製造方法並びに半導体集積回路に関するもので、低損失容量素子及びそれを有する半導体装置を実現できる。 The present invention relates to a capacitive element capable of suppressing an increase in conductor loss in a high frequency band and realizing low-loss operation in a wide frequency range, a manufacturing method thereof, and a semiconductor integrated circuit. A semiconductor device having the same can be realized.
10,20,30,40 容量素子
11,21,31,41 第1電極
12,22,32,42 誘電体層
13,23,33,43 第2電極
13a 第2電極の内部領域部
13b 第2電極の凸部(表皮部)
13c 第2電極の凹部
23a 第2電極を構成する平板部
23b 第2電極を構成する凸部
23c 第2電極の凹部
24,34,44 半導体基板
25 レジスト
33a 第2電極を構成する平板部
33b 第2電極の凹部
35 第2電極の平板部の領域
36 レジスト
41a 第1電極を構成する平板部
41b 第1電極の凸部
45 絶縁体
110 容量素子
111 第1電極
112 誘電体層
113 第2電極
113a 第2電極の内部領域部
113b 第2電極の表皮部
10, 20, 30, 40
Claims (19)
前記第1電極又は前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面あるいは前記誘電体層に接している内表面に凹凸部を備えていることを特徴とする容量素子。 In a capacitive element including a first electrode, a dielectric layer provided on the first electrode, and a second electrode provided on the dielectric layer,
A capacitor element comprising an uneven portion on an outer surface of the first electrode or the second electrode not in contact with the dielectric layer or an inner surface in contact with the dielectric layer.
第1電極を形成する第1の工程と、該第1の工程により形成された前記第1電極上に誘電体層を形成する第2の工程と、該第2の工程により形成された前記誘電体上に第2電極を形成する第3の工程とを有し、
前記第1電極又は前記第2電極の前記誘電体層に接していない外表面あるいは前記誘電体層に接している内表面に凹凸部を形成する工程を含むことを特徴とする容量素子の製造方法。 In a method for manufacturing a capacitive element comprising a first electrode, a dielectric layer provided on the first electrode, and a second electrode provided on the dielectric layer,
A first step of forming a first electrode; a second step of forming a dielectric layer on the first electrode formed by the first step; and the dielectric formed by the second step. A third step of forming a second electrode on the body,
A method of manufacturing a capacitive element, comprising: forming an uneven portion on an outer surface of the first electrode or the second electrode that is not in contact with the dielectric layer or an inner surface of the first electrode or the second electrode that is in contact with the dielectric layer. .
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JP2011007798A JP2012151220A (en) | 2011-01-18 | 2011-01-18 | Capacitive element, method of manufacturing the same, and semiconductor integrated circuit |
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Cited By (1)
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CN104916438A (en) * | 2015-05-10 | 2015-09-16 | 长兴华强电子有限公司 | High temperature and high pressure safety capacitor |
-
2011
- 2011-01-18 JP JP2011007798A patent/JP2012151220A/en not_active Withdrawn
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