JPH11168182A - 積層フリンジ集積回路コンデンサー - Google Patents

積層フリンジ集積回路コンデンサー

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JPH11168182A
JPH11168182A JP10277734A JP27773498A JPH11168182A JP H11168182 A JPH11168182 A JP H11168182A JP 10277734 A JP10277734 A JP 10277734A JP 27773498 A JP27773498 A JP 27773498A JP H11168182 A JPH11168182 A JP H11168182A
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conductors
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JP10277734A
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Ken A Nishimura
ケン・エイ・ニシムラ
Scott D Willingham
スコット・ディー・ウィリンガム
William J Mcfarland
ウィリアム・ジェイ・マクファーランド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来技術によるコンデンサーに比較して、その
有効容量を大きくし、寄生容量は小さくすることが可能
なコンデンサー構造を提供する。 【解決手段】従来の集積回路プロセスによって得られる
金属相互接続層において、基板上に構成するよう適合さ
れたコンデンサーである。コンデンサーは、第１の誘電
体層によって、基板から分離された第１の導電層と、第
２の誘電体層によって、第１の導電層から分離された第
２の導電層を備えている。第２の導電層は、整列した配
列をなす複数の電気的に分離した導体に分割される。導
体は一つおきに第１の端子に接続され、残りの導体は第
２の端子に接続される。第１の導電層は、第１の端子に
接続される少なくとも一つの導体を備えている。本発明
の１実施例では、第１の導電層はまた、整列した配列を
なす複数の電気的に分離した導体を備えており、導体は
一つおきに第１の端子に接続され、残りの導体は、第二
の端子に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路に関する
ものであり、とりわけ、集積回路に用いられるコンデン
サーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】伝統的なＩＣプロセスではインダクタン
スの製造ができないので、アナログ集積回路は、リアク
タンスを生じるコンデンサーに主に依存しなければなら
ない。従来のＩＣプロセスによってコンデンサーに課せ
られる制限のため、これらのプロセスを利用して実現可
能な回路のタイプが制約を受ける。
【０００３】伝統的なアナログＩＣプロセスでは、導体
の間に誘電体層を挟むことによってコンデンサーが構成
される。例えば、シリコン基板上にポリシリコン層を被
着させることによって、薄い酸化誘電体を伴う導体の働
きをすることが可能になる。ゲート酸化層は、非常に薄
く、このため、このタイプの構造は、固有容量が極めて
大きくなる。あいにく、ポリシリコン層及びそれに配置
される端子は、コンデンサーの両端間において、大きい
ＤＣバイアスが維持されない限り、非線形性の強いコン
デンサーをもたらすことになる、ＭＯＳ構造を形成す
る。こうしたバイアスは、最新の回路に用いられる低電
源電圧には適合しない。さらに、ＭＯＳコンデンサーは
分極されており、従って、コンデンサーの端子の極性が
反転するスイッチキャパシター回路のような回路には用
いることはできない。
【０００４】コンデンサーは、金属層の間に誘電体層を
挿入した金属相互接続層を利用して、金属−金属コンデ
ンサーを形成することによって構成することも可能であ
る。こうしたコンデンサーでは、ＭＯＳコンデンサーに
関連した上述の問題が回避されるが、金属−金属コンデ
ンサーには、それ自体に２つの欠点がある。層間誘電体
が、比較的厚く、このため、金属−金属コンデンサー
は、固有容量が比較的小さくなる。第２に、こうしたコ
ンデンサーは、ＩＣの端子の一方または両方と基板との
間における寄生容量すなわち「バックプレート（背面電
極）」キャパシタンスを欠点として有している。大部分
のプロセスにおいて、相互接続層間の誘電体の厚さは、
基板と底部相互接続層の間の誘電体の厚さにほぼ等し
い。従って、寄生容量は、有効容量にほぼ等しい。
【０００５】第３の金属相互接続層を備えたＩＣのプロ
セスが一般的になってきた。こうしたプロセスでは、積
層板構造を利用して、上述の金属−金属構造に比べて改
良されたコンデンサー構造を得ることが可能になる。こ
の場合、コンデンサーは、３つの金属層間に挟まれた２
つの誘電体層を備えている。外側の金属層が、電気的に
接続されて、コンデンサーの端子の一方を形成し、中間
層が、もう一方の端子を形成している。これにより、固
有容量は倍になるが、寄生容量はほぼ同じままになる。
従って、こうした構造では、有効容量対寄生容量の比が
ほぼ２：１になる。これは、２層コンデンサー構成に比
べると改良されたことになるが、依然としてコンデンサ
ー構造の改善に対する要求がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、本発明の目
的は、改良された集積コンデンサー構造を提供すること
にある。
【０００７】本発明の別の目的は、従来技術の金属−金
属プロセスで得られるものよりも大きな有効容量をもつ
コンデンサー構造を提供することにある。
【０００８】本発明のさらに別の目的は、その端子の一
方における寄生容量を減少させたコンデンサー構造を提
供することにある。
【０００９】本発明の以上の及びその他の目的について
は、本発明の以下の詳細な説明及び添付の図面から当業
者には明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、従来の集積回
路プロセスによって得られる金属相互接続層において、
基板上に構成するよう適合されたコンデンサーである。
このコンデンサーには、第１の誘電体層によって基板か
ら隔てられた第１の導電層、及び、第２の誘電体層によ
って第１の導電層から隔てられた第２の導電層が含まれ
ている。第２の導電層は、整列した配列をなす複数の電
気的に分離された導体に分割されている。導体は、１つ
おきに第１の端子に接続され、残りの導体は、第２の端
子に接続されている。第１の導電層には、第１の端子に
接続された少なくとも１つの導体が含まれている。本発
明の実施態様の１つにおいては、第１の導電層には、整
列した配列をなす複数の電気的に分離された導体も含ま
れており、導体は、１つおきに第１の端子に接続され、
残りの導体は第２の端子に接続されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明がその利点を得る方法につ
いては、図１を参照することによってより容易に理解す
ることができる。図１は、基板１１上に３つの金属層を
被着させるプロセスによって形成される、本発明による
コンデンサー１０における導体１２の透視図である。第
１の導電層（ここでは、金属層）における導体は１４で
示され、第２の導電層（ここでは、金属層）における導
体は１５で示され、上部の金属層における導体は１６で
示されている。基板１１と金属層１４の間のスペース
は、誘電体層２０が充填されるものと想定する。導体の
接続は、「Ａ」導体の全てが互いに接続され、「Ｂ」導
体の全てが互いに接続されるように実施されている。こ
の図面を簡略化するため、「Ａ」導体と「Ｂ」導体の間
の相互接続は省略されている。さらに、金属層と各層の
金属ライン（金属列）との間のスペースを充填する誘電
体層１８及び１９も図面から省略されている。
【００１２】Ａ導体とＢ導体の相互接続は、図２及び３
を参照することによってより容易に理解することが可能
になる。図２は、コンデンサー１０の平面図であり、図
３は、ライン２１−２２に沿ったコンデンサー１０の断
面図である。Ａ導体は、Ｂ導体からオフセットしている
ので、垂直バイアを用いて、同じタイプの個々の層にお
ける導体を互いに接続することが可能である。バイア
は、図２に点線で示されている。典型的なバイアが２３
及び２４で示されている。Ａ導体は、「端子Ａ」と表示
された第１の端子３１に接続され、Ｂ導体は、「端子
Ｂ」と表示された第２の端子３２に接続されている。
【００１３】「Ａ」導体と「Ｂ」導体の間の容量は、異
なる金属相互接続レベルの導体間における従来の平行板
容量と、同じ金属層の導体間におけるフリンジキャパシ
タンス（端容量）から生じる。「Ａ」導体及び「Ｂ」導
体は、コンデンサー本体内において、各「Ａ」導体が
「Ｂ」導体によって包囲されるように、また、その逆に
なるように配列される。金属ライン幅と厚さの相対的寸
法、及び、最新のＩＣプロセスによって得られる誘電体
の分離によって、導体Ｂ２とＡ３の間におけるような大
きいフリンジ電界が生じる。このフリンジキャパシタン
スは、同等な面積の平板構造と比較すると、金属のギャ
ップによる平行板容量の損失を克服して余りある。
【００１４】「Ａ」導体と基板１１の間及び「Ｂ」導体
と基板１１の間の寄生容量を最小限に抑えるのが有効で
ある。従来の平板コンデンサーは、基板と底板の間の平
行板容量のために、下方の金属板から基板への寄生容量
を生じる。図１に示す実施態様では、寄生コンデンサー
の底板の板面積を減少させる金属導体間のギャップのた
めに、寄生容量が減少する。さらに、最低レベルでの金
属ラインの交互接続によって、寄生容量がコンデンサー
のＡ端子とＢ端子の間に等しく分割される。最後に、基
板に対する金属ラインのエッジによって発生するフリン
ジキャパシタンスは、交互導体構成にすることにより、
Ｂ導体によって底部層におけるＡ導体が部分的にシール
ドされるので、減少する。
【００１５】図１に示す例は、３列の金属導体しか備え
ていないが、もちろん、金属導体を追加して、基板上に
おいて水平方向に構造を拡大し、高さが３つの導体で、
幅が任意の数の導体からなる構造を形成することも可能
である。
【００１６】本発明によって得られる改良は、１００ｍ
ｍ×１００ｍｍの３つの金属板から構成された従来の積
層板コンデンサーの容量と、板のそれぞれが、１００ｍ
ｍの長さを備えた４２の金属ラインを形成する導体に分
割される、本発明によるコンデンサーの容量を比較する
ことによって明らかにすることが可能である。図４に
は、両方のコンデンサーの等価回路が示されている。コ
ンデンサーのＡ端子とＢ端子の間の容量は、ＣABで表示
されている。Ａ端子と基板の間の寄生容量は、ＣAで表
示されている。Ｂ端子と基板の間の寄生容量は、ＣBで
表示されている。従来のコンデンサーの場合、ＣABは、
本発明の場合の１２２０ｆＦと比較すると、７５０ｆＦ
になることが分かった。従って、本発明によれば、従来
の構造よりも大きい固有容量が得られる。本発明によれ
ば、寄生容量の減少も可能になる。従来のコンデンサー
の場合、ＣA及びＣBは、それぞれ、２８０ｆＦ及び５ｆ
Ｆである。本発明の場合、これらの値は、両方とも１２
０ｆＦである。従って、本発明によれば、寄生容量の減
少も可能になる。
【００１７】環境によっては、コンデンサーの端子の一
方における寄生容量の存在が許容できない場合もある。
こうした場合、図１に示す本発明の実施態様は、問題と
なる端子に対応する底部層の金属ラインを除去すること
によって修正可能である。例えば、本発明によるコンデ
ンサーの透視図である図５に示すように、層１４のＢ導
体の全てを取り除くことが可能である。この結果、有効
容量の損失を生じるが、端子Ｂと基板の間における容量
のほぼ全てが除去される。上述の例の場合、Ｂ導体の全
てを取り除くことによって、ＣABが１２２０ｆＦから９
０７ｆＦに降下し、ＣA＝１９７ｆＦで、ＣB＝７．５ｆ
Ｆになる。留意すべきは、この有効容量の減少が生じて
も、本発明では、従来の積層板コンデンサーに比べて、
大幅に大きい有効容量と大幅に小さい寄生容量が得られ
るという点である。
【００１８】本発明の上述の実施態様では、ストリップ
（細片）が全て、互いに平行である矩形の金属ストリッ
プアレイを利用した。しかし、ストリップが平行ではな
い実施態様を構成することも可能である。次に、３層金
属プロセスを利用して、基板１１１上に形成した本発明
によるコンデンサー１００の透視図である、図６を参照
する。第１の金属層に形成されたストリップは１０１で
示され、典型的なストリップは１１４で示されている。
第２の金属層に形成されたストリップは１０２で示さ
れ、典型的なストリップは１１３で示されている。最後
に、第３の金属層に形成されたストリップが１０３で示
され、典型的なストリップは１１２で示されている。留
意すべきは、第２の層に形成されたストリップが、第１
及び第３の金属層に形成されたストリップに対して直角
をなすという点である。ストリップの接続は、「Ａ」導
体が全て互いに接続され、「Ｂ」導体が全て互いに接続
されるように実施される。各層のストリップは、導体が
「Ａ」導体と「Ｂ」導体間において交互になるように配
置される。
【００１９】現在利用可能な製造プロセスによって得ら
れるのが、３層の金属相互接続であるため、本発明の上
述の実施態様では、３層の導体を利用した。しかし、以
上の説明から、最少層数が２つであること、及び、集積
回路処理方式によって、より多くの金属相互接続層が可
能になれば、追加層の利用も可能になることが当業者に
は明らかであろう。
【００２０】本発明の上述の実施態様では、各金属層に
おいて金属ストリップが利用されたが、以上の説明から
他の形状の利用も可能であることが当業者には明らかで
あろう。従来のリソグラフィック技法を利用してストリ
ップのパターン化が容易であるため、ストリップが望ま
しい。しかし、隣接導体間の表面積を増大させる、より
複雑な形状を用いることによって、各層における隣接導
体間のフリンジ電界による容量を増大させることが可能
になる。
【００２１】以上の説明及び添付の図面から、当業者に
は本発明に対するさまざまな修正が明らかになるであろ
う。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によって
のみ制限されることになる。
【００２２】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
【００２３】１．基板［１１］上に構成されるコンデン
サー［１０、５０、１００］であって、第１の誘電体層
［２０］によって前記基板［１１］から隔てられた第１
の導電層［１４、１０１］と、第２の誘電体層［１９］
によって前記第１の導電層から隔てられた第２の導電層
［１５、１０２］から構成されており、前記第２の導電
層［１５、１０２］が、整列した配列をなす複数の電気
的に分離された導体［１２、１１２］に分割されること
と、前記導体が１つおきに第１の端子［３１］に接続さ
れ、残りの導体が、第２の端子［３２］に接続されてお
り、前記第１の導電層［１４、１０１］に、前記第１の
端子［３１］に接続された少なくとも１つの導体が含ま
れていることからなるコンデンサー。
【００２４】２．前記第１の導電層［１４、１０１］
が、整列した配列をなす複数の電気的に分離された導体
から構成されており、前記導体が１つおきに前記第１の
端子［３１］に接続され、残りの導体が前記第２の端子
［３２］に接続されることからなる上項１のコンデンサ
ー［１０、５０、１００］。
【００２５】３．前記第１の導電層［１４、１０１］に
おける前記導体のどれもが、前記第２の端子［３２］に
接続されていないことからなる上項１のコンデンサー
［１０、５０、１００］。
【００２６】４．前記導体が、矩形の金属ストリップか
ら構成されていることからなる上項１のコンデンサー
［１０、５０、１００］。
【００２７】５．前記第１の導電層［１４］における前
記金属ストリップが、前記第２の導電層［１５］におけ
る前記金属ストリップに対して平行であることからなる
上項４のコンデンサー［１０、５０、１００］。
【００２８】６．前記第１の導電層［１０１］における
前記金属ストリップが、前記第２の導電層［１０２］に
おける前記金属ストリップに対して垂直をなすことから
なる上項４のコンデンサー［１０、５０、１００］。
【００２９】７．前記第１の端子［３１］に接続された
前記第２の導電層における導体が、前記第１と第２の端
子間における容量を最大にするように選択されることか
らなる上項２のコンデンサー［１０、５０、１００］。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術の金属−金属
プロセスで得られる容量よりも大きな有効容量をもつコ
ンデンサー構造を提供することことができる。さらに本
発明によれば、コンデンサーの端子の一方における寄生
容量を減少させたコンデンサー構造を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンデンサーの導体の透視図であ
る。
【図２】図１に示すコンデンサーの平面図である。
【図３】図１に示すコンデンサーの断面図である。
【図４】本発明によるコンデンサーのための等価電気回
路の概略図である。
【図５】本発明によるコンデンサーのもう１つの実施態
様における導体の透視図である。
【図６】本発明によるコンデンサーの第３の実施態様に
おける導体の透視図である。
【符号の説明】
１０、５０、１００ コンデンサー １１、１１１ 基板 １２ 導体 １４ 第１の金属層における導体 １５ 第２の金属層における導体 １６ 上部の金属層における導体 １８、１９、２０ 誘電体層 ２３、２４ バイア ３１ 第１の端子 ３２ 第２の端子 １０１ 第１の金属ストリップ １０２ 第２の金属ストリップ １０３ 第３の金属ストリップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スコット・ディー・ウィリンガム アメリカ合衆国カリフォルニア州94087, サニーヴェイル，サウス・ウォルフェ・ロ ード・1484 (72)発明者 ウィリアム・ジェイ・マクファーランド アメリカ合衆国カリフォルニア州94061, レッド・ウッド・シティ，ラザフォード・ アヴェニュー・514

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板［１１］上に構成されるコンデンサー
    ［１０、５０、１００］であって、 第１の誘電体層［２０］によって前記基板［１１］から
    隔てられた第１の導電層［１４、１０１］と、 第２の誘電体層［１９］によって前記第１の導電層から
    隔てられた第２の導電層［１５、１０２］から構成され
    ており、 前記第２の導電層［１５、１０２］が、整列した配列を
    なす複数の電気的に分離された導体［１２、１１２］に
    分割されることと、前記導体が１つおきに第１の端子
    ［３１］に接続され、残りの導体が、第２の端子［３
    ２］に接続されており、前記第１の導電層［１４、１０
    １］に、前記第１の端子［３１］に接続された少なくと
    も１つの導体が含まれていることからなるコンデンサ
    ー。
JP10277734A 1997-09-30 1998-09-30 積層フリンジ集積回路コンデンサー Pending JPH11168182A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/940,847 US5978206A (en) 1997-09-30 1997-09-30 Stacked-fringe integrated circuit capacitors
US940847 1997-09-30

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JPH11168182A true JPH11168182A (ja) 1999-06-22

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ID=25475528

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10277734A Pending JPH11168182A (ja) 1997-09-30 1998-09-30 積層フリンジ集積回路コンデンサー

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US (1) US5978206A (ja)
EP (1) EP0905792B1 (ja)
JP (1) JPH11168182A (ja)
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