JP6697676B2 - キャパシタ - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタに関する。

半導体集積回路に用いられる代表的なキャパシタ素子として、例えばＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）キャパシタがよく知られている。ＭＩＭキャパシタは、絶縁体を下部電極と上部電極とで挟んだ平行平板型の構造を有するキャパシタである。

例えば特許文献１には、絶縁特性及びリーク電流特性の劣化を防止する薄膜ＭＩＭキャパシタを提供する技術について開示されている。特許文献１に記載の薄膜ＭＩＭキャパシタは、基板と、該基板上に形成された貴金属からなる下部電極と、該下部電極上に形成された誘電体層薄膜と、該誘電体薄膜上に形成された貴金属からなる上部電極と、を有する。特許文献１に記載の薄膜ＭＩＭキャパシタでは、下部電極と誘電体薄膜との間に、卑金属薄膜が形成されており、卑金属薄膜、誘電体薄膜および上部電極の側面が、卑金属薄膜を構成する金属と同じであることを特徴としている。

特開２０１０−１０９０１４号公報

キャパシタは、上部電極及び下部電極を、外部と電気的に接続させるための外部端子が設けられている。しかし、特許文献１に記載された従来のキャパシタにおいては、キャパシタを構成する領域の上部電極及び下部電極と外部端子との間で発生する、ＥＳＬ（寄生インダクタンス）やＥＳＲ（等価直列抵抗）が考慮されていない。従って、従来のキャパシタには、Ｑ値が悪くなるという問題が生じていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、良好なＱ値を有するキャパシタを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るキャパシタは、基板と、基板上に形成された下部電極と、下部電極の一部を覆うように、その周縁の一部が下部電極と重なり、周縁のその他の部分が下部電極の外側に位置する上部電極と、少なくとも下部電極と上部電極との間に設けられた誘電膜と、下部電極上において、上部電極に覆われていない領域に設けられた第１外部端子と、上部電極上において、少なくとも一部が下部電極の外側に設けられた第２外部端子と、を備え、上部電極の周縁の一部は、第２外部端子へ近づく方向に凹んだ凹部を有する。

本発明によれば、良好なＱ値を有するキャパシタを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るキャパシタの構造を概略的に示す平面図である。 図１のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態に係るキャパシタの構造を概略的に示す平面図である。 図３のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態に係るキャパシタの構造を概略的に示す平面図である。 図５のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。

［第１実施形態］
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。

（１．キャパシタ１０の概略構成）
図１は本発明の第１実施形態に係るキャパシタ１０の構造を概略的に示す平面図である。また、図２は、図１のＡＡ´断面を示す図である。なお、図１及び図２においては、キャパシタ１０の構造における特徴の少なくとも一部を説明するのに必要な構成を抽出して記載しているが、キャパシタ１０が不図示の構成を備えることを妨げるものではない。例えば、キャパシタ１０は、各図に示す構成以外に、その表面を覆う絶縁膜を備えてもよい。

図１及び図２に示すように、キャパシタ１０は、基板３０１上に、下部電極３０２と、誘電膜３０３と、上部電極３０４と、外部端子４００（第１外部端子の一例である。）と、外部端子５００Ａ、５００Ｂ、及び５００Ｃ（第２外部端子の一例である。）とが一体的に形成される。

本実施形態に係るキャパシタ１０は、図１に示す、下部電極３０２と上部電極３０４とが重なる領域において、容量が形成される。なお、以下の説明では、上部電極３０４上における、下部電極３０２と重なった領域をキャパシタ形成領域Ｒと呼ぶ。

（１−１．基板３０１）
本実施形態に係る基板３０１は、キャパシタ１０の各構造が積層された表面（面３０１ａ）と、当該表面（面３０１ａ）に対向する裏面（不図示）と、表面（面３０１ａ）と裏面とをつなぐ面であって、互いに対向する２組の側面（面３０１ｃ、３０１ｄ、と面３０１ｅ、３０１ｆ）との６つの面を備える平板状の形状を有している。

面３０１ａは、平面視において、ｘ軸に沿った方向に長辺を有し、ｙ軸に沿った方向に短辺を有する略矩形の形状である。ここで、面３０１ｃ、３０１ｄは面３０１ａの短辺に接続する面であり、面３０１ｅ、３０１ｆは面３０１ａの長辺に接続する面である。

基板３０１は、例えば、アルミナ等のセラミックス基板、ガラスセラミックス基板、ガラス基板、サファイア、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＳｒＴｉＯ（チタン酸ストロンチウム）等の単結晶基板、Ｓｉ（シリコン）やＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）等の半導体基板等から形成される。

（１−２．下部電極３０２）
下部電極３０２は、本実施形態においては、平面視において、基板３０１の面３０１ａの外周に沿った形状である。すなわち、下部電極３０２の平面形状は、ｘ軸に沿った方向に長辺を有し、ｙ軸に沿った方向に短辺を有する矩形の形状である。なお、下部電極３０２の平面形状は、面３０１ａの外周に沿った矩形形状に限定されず、楕円形や、円形、星形、正方形、多角形等の形状でもよい。また、下部電極３０２は、例えばＡｌ（アルミニウム）等の導電性を有する材料から形成される。

（１−３．誘電膜３０３）
誘電膜３０３は、その周縁の一部が、下部電極３０２の一方の長辺から他方の長辺に亘り、下部電極３０２と重なる（下部電極３０２を横切る）ように形成される。また、誘電膜３０３は、周縁のその他の部分が下部電極３０２の外側に位置する。すなわち、誘電膜３０３は、下部電極３０２の一部の領域を除いた表面から、基板３０１の表面に亘って形成される。

本実施形態では、誘電膜３０３は、下部電極３０２における面３０１ｃ側の領域において、下部電極３０２の表面から、基板３０１の面３０１ｃ、３０１ｅ、３０１ｆに向かって、基板３０１の面３０１ａに亘って形成される。なお、誘電膜３０３は、基板３０１の面３０１ａ全面に形成されてもよいし、基板３０１の面３０１ａにおいて、面３０１ｄ側の領域を除く、面３０１ｃ、３０１ｅ、３０１ｆ側の端部まで形成されてもよい。ただし、いずれの場合でも、誘電膜３０３は、下部電極３０２の一部の領域、すなわち、下部電極３０２における、面３０１ｄ側の領域が露出するように形成される。
また、誘電膜３０３は、例えば窒化シリコン（例えばＳｉ₃Ｎ₄）等から成る。

（１−４．上部電極３０４）
上部電極３０４は、誘電膜３０３上に形成される。また、上部電極３０４は、誘電膜３０３を介して、その周縁の一部が、下部電極３０２の一方の長辺から他方の長辺に亘り、下部電極３０２と重なるように形成される。他方で、上部電極３０４の周縁のその他の部分は、下部電極３０２の外側に位置する。すなわち、上部電極３０４は、下部電極３０２における、一部の領域（誘電膜３０３によって覆われていない領域）以外の領域において、誘電膜３０３を介して、下部電極３０２の表面から誘電膜３０３の表面に亘って形成されている。具体的には、上部電極３０４は、誘電膜３０３を介して、下部電極３０２の一部を覆うように、面３０１ｄ側の端部の一部（周縁の一部の一例である。）が下部電極３０２と重なる。また、上部電極３０４は、面３０１ｃ、３０１ｅ、３０１ｆ側の端部（周縁のその他の部分の一例である）が下部電極３０２の外側に位置する。
上部電極３０４は、例えばＡｌ（アルミニウム）等の導電性を有する材料から形成される。

上部電極３０４の周縁は、後述する外部端子４００と、外部端子５００Ａとの間に挟まれた部分が、外部端子５００Ａへ近づく方向、より具体的には、外部端子４００から外部端子５００Ａへと向かう方向に凹んだ凹部を有する凹多角形形状である。

上部電極３０４の形状について詳細に説明する。
上部電極３０４は、面３０１ａ、３０１ｃ、３０１ｅ、３０１ｆに沿った仮想平面と略平行な端部を有し、面３０１ｄ側の端部に凹部を有する凹多角形形状を有している。凹部は、本実施形態では、平面視において、外部端子５００Ａ側の端部の長さが外部端子４００側の端部の長さよりも短い四角形、すなわち、台形の輪郭を有している。なお、上部電極３０４の凹部は、四角形に限定されず、円形や楕円形、多角形でもよい。

このように、本実施形態に係る上部電極３０４は、外部端子５００Ａとの間に挟まれた部分が、外部端子５００Ａへ近づく方向（例えば外部端子４００から外部端子５００Ａへと向かう方向）に凹んだ凹部を有する。キャパシタ形成領域Ｒから、外部端子４００、５００Ａまでの距離が遠い領域における等価回路を考慮すると、その領域の容量に外部端子４００、５００Ａまでの抵抗およびインダクタが直列に接続されていると考えることができる。このとき上部電極に上述した凹部が設けられていることで外部端子４００、５００Ａまでの距離が遠い領域におけるキャパシタ形成領域ＲのＥＳＲ、ＥＳＬを低減することができる。この結果、本実施形態に係るキャパシタ１０は、良好なＱ値を得ることができる。

（１−５．外部端子４００）
外部端子４００は、下部電極３０２を外部に電気的に接続させるための端子である。外部端子４００は、下部電極３０２の面３０１ｄ側の領域であって、下部電極３０２が上部電極３０４から露出している（上部電極３０４及び誘電膜３０３に覆われていない）領域に設けられる。本実施形態では、外部端子４００は、ｙ軸に沿った方向に長手方向に有する略矩形の形状をしている。なお、外部端子４００の形状は矩形に限定されず、円形や楕円形、多角形の形状でもよい。

外部端子４００は、下部電極３０２よりも抵抗率の小さい導電性材料で形成されることが好ましく、例えばＣｕ（銅）やＮｉ（ニッケル）等から形成される。

（１−６．外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ）
外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは、上述のキャパシタ形成領域Ｒの周縁のうち、上部電極３０４における凹部以外の部分近傍に設けられている。また、外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは、当該部分に沿うように、設けられている。図１では上部電極３０４は、外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃによって覆われていないが、上部電極３０４が全て覆われていても良い

外部端子５００Ａは、上部電極３０４を外部に電気的に接続させるための端子である。外部端子５００Ａは、上部電極３０４における、下部電極３０２と重なっていない領域であって、外部端子４００から最も離れた領域（上部電極３０４における面３０１ｃ側の端部の領域）に形成されているが、下部電極３０２と重なる領域に形成されていても良い。外部端子５００Ａは、ｙ軸方向に長手方向に有する略矩形の形状をしている。なお、外部端子５００Ａの形状は矩形に限定されず、円形や楕円形、多角形の形状でもよい。

外部端子５００Ｂと外部端子５００Ｃとは、上部電極３０４における、下部電極３０２と重なっていない領域であって、キャパシタ形成領域Ｒを挟んで位置する領域（上部電極３０４における、面３０１ｆ側の領域と、面３０１ｅ側の領域）において、互いに対向するように設けられる。外部端子５００Ｂは、外部端子５００Ａにおける、面３０１ｆ側の端部に略垂直に接続された矩形の形状を有している。他方、外部端子５００Ｃは、外部端子５００Ａにおける、面３０１ｅ側の端部（第２外部端子の他端の一例である。）に略垂直に接続された矩形の形状を有している。なお、外部端子５００Ｂ、５００Ｃの形状は略矩形に限定されず、円や楕円、多角形の形状でもよい。

外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは、上部電極３０４よりも抵抗率の小さい金属で形成されることが好ましく、例えばＣｕ（銅）やＮｉ（ニッケル）等から成る。

このように、本実施形態に係るキャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒの周縁のうち、上部電極３０４における凹部以外の周辺近傍に、外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃを備えている。外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは上部電極３０４よりも抵抗率の小さい金属で形成されている。このため、外部端子５００Ａから近い領域および外部端子５００Ａから遠く５００Ｂ又は５００Ｃに近い領域におけるＥＳＲ、ＥＳＬを小さくすることができる。また、外部端子５００Ａ、５００Ｂ，５００Ｂは設計時において、許容し得る限り厚くすることでさらにＥＳＲ，ＥＳＬを小さくすることができる。

［第２実施形態］
第２の実施形態以降では既述の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

図３は、本実施形態に係るキャパシタ１０の構成例を示す平面図である。また、図４は図３のＢＢ´断面を示す図である。以下に、本実施形態に係るキャパシタ１０の詳細構成のうち、第１実施形態との差異点を中心に説明する。なお、図１及び２に示したキャパシタ１０と同等の構成には、同等の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る誘電膜３０３は、外部端子５００Ａと上部電極３０４の面３０１ｄ側の端部との間に挟まれた部分が、外部端子５００Ａへ近づく方向に凹んだ凹部を有する。本実施形態においては、誘電膜３０３の凹部は、外部端子４００から外部端子５００Ａへと向かう方向に凹んでいる。誘電膜３０３の凹部は、上部電極３０４の凹部に倣った形状であり、具体的には、外部端子５００Ａ側の端部が外部端子４００側の端部よりも小さい台形の輪郭を有している。ただし、誘電膜３０３の凹部は、上部電極３０４の凹部に倣った形状に限定されず、円形や楕円形、多角形の形状の輪郭を有してもよい。

次に、本実施形態に係る下部電極３０２は、外部端子４００と誘電膜３０３の凹部との間の領域において、外部端子４００から誘電膜３０３の凹部に向かって延びる形状の厚膜部３１２を有している。さらに、厚膜部３１２は誘電膜３０３の凹部に向かうにつれて徐々に狭まる形状である。具体的には、厚膜部３１２は、面３０１ｄ側の端部が外部端子４００に接した三角柱の形状を有している。厚膜部３１２における面３０１ｃ側の端部は、誘電膜３０３の凹部内における、外部端子４００からもっとも離れた領域近傍に設けられることが好ましい。また、図４に示すように、厚膜部３１２は、外部端子４００よりも薄い形状である。厚膜部３１２は、下部電極３０２と同じ材料から成ることが好ましいが、これに限定されない。厚膜部３１２は、外部端子４００と同じ材料から形成されてもよい。

なお、厚膜部３１２の構成は、図３、図４に示した構成に限定されない。例えば、厚膜部３１２は、外部端子４００と接触する部分を有する多角形や、円形、楕円形等でもよい。

本実施形態に係るキャパシタ１０によると、下部電極３０２が厚膜部３１２を備えることにより、下部電極３０２のインダクタ、抵抗を小さくすることができ、キャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒに形成された容量に接続されるインダクタ成分の抵抗値を下げることができる。
その他の構成、効果は第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
図５は、本実施形態に係るキャパシタ１０の構成例を示す平面図である。また、図６は図５のＢＢ´断面を示す図である。以下に、本実施形態に係るキャパシタ１０の詳細構成のうち、第２実施形態との差異点を中心に説明する。なお、図１乃至４に示したキャパシタ１０と同等の構成には、同等の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る上部電極３０４の凹部は、平面視において、長方形の形状を有している。また、本実施形態に係る誘電膜３０３の凹部の形状は、上部電極３０４の凹部の形状に倣った形状を有している。

また、本実施形態に係る外部端子４００は、誘電膜３０３の凹部に近づく方向に延びる凸部４０２を備えている。図６に示すように、凸部４０２は、誘電膜３０３の凹部内に設けられる。凸部４０２における面３０１ｃ側の端部は、誘電膜３０３の凹部内における、外部端子４００からもっとも離れた領域近傍に設けられることが好ましい。凸部４０２は、本実施形態では、矩形の形状であるが、これに限定されず、例えば多角形や、円形、楕円形の形状であってもよい。

本実施形態に係るキャパシタ１０によると、外部端子４００が誘電膜３０３の凹部内に形成されることにより、キャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒに形成された容量に接続されるインダクタ成分の抵抗値を下げることができる。
その他の構成、効果は第１及び第２実施形態と同様である。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係るキャパシタ１０は、基板３０１上に形成された下部電極３０２と、下部電極３０２の一部を覆うように、その周縁の一部が下部電極３０２と重なり、周縁のその他の部分が下部電極３０２の外側に位置する上部電極３０４と、少なくとも下部電極３０２と上部電極３０４との間に設けられた誘電膜３０３と、下部電極３０２上において、上部電極３０４に覆われていない領域に設けられた外部端子４００と、上部電極３０４上において、少なくとも一部が下部電極３０２の外側に設けられた外部端子５００Ａと、を備え、上部電極３０４の周縁の一部は、外部端子５００Ａへ近づく方向に凹んだ凹部を有する。このような構成によって、本発明の位置実施形態に係るキャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒから、外部端子４００、５００Ａまでの距離が遠い領域を低減することができる。これによって、本実施形態に係るキャパシタ１０は、良好なＱ値を得ることができる。

また上部電極３０４の凹部は、外部端子４００と外部端子５００Ａとの間に位置することも好ましい。また上部電極３０４の凹部は、外部端子４００から外部端子５００Ａへ向かう方向に凹んだ形状を有することも好ましい。また上部電極３０４の凹部は、四角形の輪郭を有することも好ましい。このような構成によって、本発明の位置実施形態に係るキャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒから、外部端子４００、５００Ａまでの距離が遠い領域を低減することができる。これによって、本実施形態に係るキャパシタ１０は、より良好なＱ値を得ることができる。

また、外部端子５００Ａは、上部電極３０４と下部電極３０２とが重なるキャパシタ形成領域Ｒの周縁のうち、凹部を除いた部分近傍に設けられた、ことも好ましい。この好ましい態様によると、キャパシタ形成領域Ｒの周縁のうち、上部電極３０４における凹部以外の周辺近傍に、外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃを備えている。外部端子５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは上部電極３０４よりも抵抗率の小さい金属で形成されている。このため、キャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒに形成された容量に接続されるインダクタ成分の抵抗値を下げることができる。

また、誘電膜３０３は、その周縁の一部が外部端子４００と上部電極３０４の周縁の一部との間において下部電極３０２と重なるように位置しており、誘電膜３０３の周縁の一部は、外部端子５００Ａへ近づく方向に凹んだ凹部を有し、外部端子４００は、誘電膜３０３の凹部に近づく方向に延びる凸部４０２を有することも好ましい。この好ましい態様によると、外部端子４００が誘電膜３０３の凹部内に形成されることにより、キャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒに形成された容量に接続されるインダクタ成分の抵抗値を下げることができる。

また誘電膜３０３は、その周縁の一部が外部端子４００と上部電極３０４の周縁の一部との間において下部電極３０２と重なるように位置しており、誘電膜３０３の周縁の一部は、外部端子５００Ａへ近づく方向に凹んだ凹部を有しており、下部電極３０２は、外部端子４００と誘電膜３０３の凹部との間の領域において、外部端子４００から誘電膜３０３の凹部に向かう方向に延びる形状の厚膜部３１２を有することも好ましい。この好ましい態様によると、下部電極３０２が厚膜部３１２を備えることにより、キャパシタ１０は、キャパシタ形成領域Ｒに形成された容量に接続されるインダクタ成分の抵抗値を下げることができる。

以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０ キャパシタ
３０１ 基板
３０２ 下部電極
３０３ 誘電膜
３０４ 上部電極
４００ 外部端子
５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ 外部端子

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された下部電極と、
   前記下部電極の一部を覆うように、その周縁の一部が前記下部電極と重なり、前記周縁のその他の部分が前記下部電極の外側に位置する上部電極と、
   少なくとも前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた誘電膜と、
   前記下部電極上において、前記上部電極に覆われていない領域に設けられた第１外部端子と、
   前記上部電極の前記周縁上に設けられた第２外部端子であって、前記第２外部端子の一部が前記下部電極の外側に位置するとともに、他の一部が前記下部電極と重なる、第２外部端子と、
   を備え、
   前記上部電極の前記周縁の前記一部は、
   前記第２外部端子に近づく方向に凹んだ凹部を有する、
   キャパシタ。
2. 前記上部電極の前記凹部は、
   前記第１外部端子と前記第２外部端子との間に位置する、
   請求項１に記載のキャパシタ。
3. 前記上部電極の前記凹部は、
   前記第１外部端子から前記第２外部端子へ向かう方向に凹んだ形状を有する、
   請求項１または２に記載のキャパシタ。
4. 前記上部電極の前記凹部は、
   四角形の輪郭を有する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のキャパシタ。
5. 前記第２外部端子は、凹部を有し、
   前記第２外部端子の前記凹部は、前記上部電極の前記凹部を除いた周縁の部分に沿うように設けられた、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載のキャパシタ。
6. 前記上部電極の前記凹部は、前記第２外部端子の前記凹部の内側に及んでいる、
   請求項５に記載のキャパシタ。
7. 前記誘電膜は、その周縁の一部が前記第１外部端子と前記上部電極の前記周縁の前記一部との間において前記下部電極と重なるように位置しており、
   前記誘電膜の前記周縁の前記一部は、前記第２外部端子に近づく方向に凹んだ凹部を有し、
   前記第１外部端子は、前記誘電膜の凹部に近づく方向に延びる凸部を有し、
   前記第１外部端子の前記凸部は、前記誘電膜の前記凹部内に形成される請求項１乃至６の何れか一項に記載のキャパシタ。
8. 前記誘電膜は、その周縁の一部が前記第１外部端子と前記上部電極の前記周縁の前記一部との間において前記下部電極と重なるように位置しており、
   前記誘電膜の前記周縁の前記一部は、前記第２外部端子に近づく方向に凹んだ凹部を有しており、
   前記下部電極は、前記第１外部端子と前記誘電膜の凹部との間の領域において、前記第１外部端子から前記誘電膜の凹部に向かう方向に延びる形状の厚膜部を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のキャパシタ。
9. 前記誘電膜は、前記下部電極の表面から前記基板の表面にわたって形成され、
   前記第２外部端子の一部は、前記誘電膜と重なる領域であって前記下部電極と重なっていない領域に形成される、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のキャパシタ。
10. 前記第２外部端子は、前記上部電極よりも抵抗率の小さい金属で形成される、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載のキャパシタ。

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