JPWO2016136564A1

JPWO2016136564A1 - キャパシタ

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Publication number: JPWO2016136564A1
Application number: JP2017502301A
Authority: JP
Inventors: 俊幸中磯; 卓小宮山
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2036-02-18
Also published as: US10424440B2; CN207149415U; US20170345577A1; JP6489202B2; WO2016136564A1

Abstract

第１領域（Ｚ１）および第２領域（Ｚ２）を有する下部共通電極（４０）と、第１領域（Ｚ１）に対向配置された第１上部電極（４１）と、第１領域（Ｚ１）と第１上部電極（４１）との間に配置された第１誘電体層（２１）と、第１上部電極（４１）と同じ層に設けられ、第２領域（Ｚ２）に対向配置された第２上部電極（４２）と、第２領域（Ｚ２）と第２上部電極（４２）との間に配置された第２誘電体層（２２）と、第１上部電極（４１）に接続された第１接続電極（５１）と、第１接続電極（５１）と同じ層に設けられ、第２上部電極（４２）に接続された第２接続電極（５２）と、下部共通電極（４０）が設けられた層とは別の層に設けられ、下部共通電極（４０）の第１領域（Ｚ１）と第２領域（Ｚ２）とを接続する補助電極（４３，４４）と、を備える。

Description

本発明は、電子機器に組み込まれるキャパシタに関し、特に低ESRに適したキャパシタに関する。

誘電体層およびそれを挟む内部電極が薄膜プロセスで形成された薄膜キャパシタは、一般に、小型でESL（等価直列インダクタンス）が低く、高周波回路におけるフィルタや整合回路に用いられる。

従来の薄膜キャパシタは、例えば特許文献１に示されるように、高誘電率の(Ba_xSr_1-x)TiO₃膜（以下、「BST膜」という。）の上部電極と下部電極とで挟み込む構造を備える。

BST膜は酸化性雰囲気中、８００℃以上１０００℃以下程度の高温で焼成される。そのため、内部電極にはスパッタリングによるPt（プラチナ）薄膜が用いられる。W（タングステン）も上記焼成条件に適しているが、導電率が低い点で低ESR性の観点からは適さない。

特開２０１０−２１２３４号公報

薄膜キャパシタは、非常に小型でありながら高容量のチップコンデンサとして用いることができる。しかし、例えばフィルタ回路のＱ値や挿入損失の特性には上記薄膜キャパシタのESR（等価直列抵抗）が大きな因子となる場合がある。薄膜キャパシタは、上述のとおり、上部電極および下部電極にPt薄膜を用いているので、これら電極の導電率の低さによって低ESR性が得られない。

ここで、下部電極に流れる電流配向の例を図１５に示す。図１５において、基板１０に下部共通電極４０が形成されている。この下部共通電極４０の上部に第１上部電極および第２上部電極が配置されている。第１領域Ｚ１は第１上部電極が対向する領域、第２領域Ｚ２は第２上部電極が対向する領域である。図１５中の矢印線は第１領域Ｚ１から第２領域Ｚ２へ流れる電流の経路の例を示す。第１領域Ｚ１と第２領域Ｚ２とが平面内で対向する箇所に電流は集中するが、第１領域および第２領域Ｚ２の外側へも電流経路は分布する。特に、下部共通電極４０の長手方向の両側の縁端部にも電流は集中する。そのため、下部共通電極４０の面内方向のシート抵抗が重要である。

本発明の目的は、導体部の形状および配置に工夫を加えて、ESRの低減により有効なキャパシタを提供することにある。

（１）本発明のキャパシタは、
第１下部電極と、
第２下部電極と、
前記第１下部電極に対向配置された第１上部電極と、
前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に配置された第１誘電体層と、
前記第２下部電極に対向配置された第２上部電極と、
前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に配置された第２誘電体層と、
前記第１上部電極に接続された第１接続電極と、
前記第１接続電極と同じ層に設けられ、前記第２上部電極に接続された第２接続電極と、
前記第１下部電極および前記第２下部電極が設けられた層とは別の層に設けられ、前記第１下部電極と前記第２下部電極とを接続する補助電極と、
を有する、ことを特徴とする。

上記構成により、第１下部電極および第２下部電極に対して補助電極が並列接続されるので、第１、第２の下部電極と補助電極とによる実効的なシート抵抗が低下する。これよりESRが低減される。

（２）上記（１）において、前記補助電極は前記第１下部電極および前記第２下部電極よりもシート抵抗が低いことが好ましい。これにより、補助電極が比較的小さくても、下部共通電極および補助電極による並列接続回路の抵抗値が効果的に下がるので、素子の大型化が避けられる。

（３）上記（１）または（２）において、前記補助電極の主要部は、前記第１接続電極および前記第２接続電極が設けられた層と同じ層に設けられる構成であることが好ましい。これにより、特に補助電極形成層を設けることなく、キャパシタを構成でき、大型化、高コスト化することはない。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記補助電極は、前記第１下部電極および前記第２下部電極にそれぞれ複数箇所で接続されることが好ましい。このことにより第１下部電極および第２下部電極から補助電極への電流のバイパス経路が多くなって、ESR低減効果が高まる。

（５）上記（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記補助電極は、前記第１上部電極および前記第２上部電極に設けられた開口を通って前記第１下部電極および前記第２下部電極に接続されることが好ましい。このことにより、第１下部電極および第２下部電極から補助電極の主要な電流路までの経路長を短縮化でき、ESR低減効果が高まる。

（６）上記（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記補助電極は、平面視で前記第１接続電極および前記第２接続電極の形成領域より外側に配置されることが好ましい。このことにより、縁端効果により第１下部電極および第２下部電極の縁端部に集中して流れようとする電流が補助電極に効果的にバイパスするので、小面積の補助導体であってもESR低減効果が高まる。

（７）上記（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記第１下部電極および前記第２下部電極はPtを主成分とする金属であり、前記第１接続電極、前記第２接続電極および前記補助電極はCuまたはAlを主成分とする金属であることが好ましい。これにより、誘電体層を挟み込む電極である第１、第２の下部電極および第１、第２の上部電極には、それに適した電極材料を用いつつ低ESR化できる。

（８）上記（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記第１下部電極、前記第２下部電極、前記第１上部電極、前記第２上部電極、前記第１接続電極、前記第２接続電極、前記補助電極、前記第１誘電体層および前記第２誘電体層を支持する基板を備え、
前記第１下部電極、前記第２下部電極、前記第１上部電極、前記第２上部電極、前記第１接続電極、前記第２接続電極および前記補助電極は、薄膜プロセスによって形成される金属薄膜であり、前記第１誘電体層および前記第２誘電体層は、薄膜プロセスによって形成される誘電体薄膜であることが好ましい。このことにより、小型で大容量のキャパシタが得られる。

（９）上記（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記第１下部電極および前記第２下部電極は同一層で連続していることが好ましい。これにより、下部電極に必要な層数が少なく、パターンが単純化され、小型化、製造容易性が高まる。

（１０）上記（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記第１下部電極および前記第２下部電極は分離されていてもよい。前記第１下部電極および前記第２下部電極は補助電極を介して電気的に接続される。

（１１）上記（１）〜（１０）のいずれかにおいて、前記第１誘電体層および前記第２誘電体層は強誘電体層であって、前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に印加される電圧によって前記第１下部電極と前記第１上部電極との間の容量が変化し、前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に印加される電圧によって前記第２下部電極と前記第２上部電極との間の容量が変化することが好ましい。これにより、低ESRの可変容量素子としてのキャパシタが構成される。

（１２）上記（１１）において、異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に印加される電圧および前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に印加される電圧が複数通りに異なる制御電圧を印加する制御電圧印加回路を備えることが好ましい。これにより、外部から印加される制御電圧で容量値が制御される可変容量素子としてのキャパシタが構成される。

本発明によれば、面内方向に多くの電流が流れる下部電極に対して補助電極が並列接続され、電流経路上の抵抗成分が低減されるので、低ESRのキャパシタが得られる。

図１は第１の実施形態に係るキャパシタ１０１の斜視図である。図２はキャパシタ１０１の概略分解斜視図である。図３はキャパシタ１０１の平面図である。図４（Ａ）は図３におけるＡ−Ａ部分の断面図、図４（Ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ部分の断面図、図４（Ｃ）は図３におけるＣ−Ｃ部分の断面図である。図５は、キャパシタ１０１のインピーダンスの周波数特性を示す図である。図６はキャパシタ１０１のＱ値の周波数特性を示す図である。図７は第２の実施形態に係るキャパシタ１０２の概略分解斜視図である。図８（Ａ）はキャパシタ１０２の平面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図である。図９は第３の実施形態に係るキャパシタ１０３の平面図である。図１０（Ａ）は図９におけるＡ−Ａ部分の断面図、図１０（Ｂ）は図９におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。図１１（Ａ）は、第４の実施形態に係るキャパシタ１０４Ａの主要部の断面図であり、図１１（Ｂ）はキャパシタ１０４Ａの主要部の部分平面図である。図１２（Ａ）は、第４の実施形態に係る別のキャパシタ１０４Ｂの主要部の断面図であり、図１２（Ｂ）はキャパシタ１０４Ｂの主要部の部分平面図である。図１３はキャパシタ１０４Ａの内部の全体の回路図である。図１４は適用回路に対するキャパシタ１０１の接続例を示す図である。図１５は従来のキャパシタにおける下部共通電極に流れる電流配向の例を示す図である。

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付す。第２の実施形態以降では第１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。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るキャパシタ１０１の斜視図である。図２はキャパシタ１０１の概略分解斜視図である。図３はキャパシタ１０１の平面図である。図４（Ａ）は図３におけるＡ−Ａ部分の断面図、図４（Ｂ）は図３におけるＢ−Ｂ部分の断面図、図４（Ｃ）は図３におけるＣ−Ｃ部分の断面図である。

キャパシタ１０１は、図１における上面が実装面であり、回路基板へ表面実装される。

キャパシタ１０１は、次に列挙する要素を備える。

（ａ）第１領域Ｚ１および第２領域Ｚ２を有する下部共通電極４０、
（ｂ）第１領域Ｚ１に対向配置された第１上部電極４１、
（ｃ）第１領域Ｚ１と第１上部電極４１との間に配置された第１誘電体層２１、
（ｄ）第１上部電極４１と同じ層に設けられ、第２領域Ｚ２に対向配置された第２上部電極４２、
（ｅ）第２領域Ｚ２と第２上部電極４２との間に配置された第２誘電体層２２、
（ｆ）第１上部電極４１に接続された第１接続電極５１、
（ｇ）第１接続電極５１と同じ層に設けられ、第２上部電極４２に接続された第２接続電極５２、
（ｈ）下部共通電極４０が設けられた層とは別の層に設けられ、下部共通電極４０の第１領域Ｚ１と下部共通電極４０の第２領域Ｚ２とを接続する補助電極４３，４４。

上記第１領域Ｚ１は下部共通電極４０の第１上部電極４１が対向する領域であり、第２領域Ｚ２は下部共通電極４０の第２上部電極４２が対向する領域である。下部共通電極４０の第１領域Ｚ１は、本発明の「第１下部電極」に相当し、下部共通電極４０の第２領域Ｚ２は、本発明の「第２下部電極」に相当する。

下部共通電極４０の第１領域Ｚ１、第１上部電極４１および第１誘電体層２１によって第１キャパシタ部が構成される。同様に、下部共通電極４０の第２領域Ｚ２、第２上部電極４２および第２誘電体層２２によって第２キャパシタ部が構成される。図２では第１キャパシタ部をコンデンサＣ１、第２キャパシタ部をコンデンサＣ２でそれぞれ表している。

第１上部電極４１は層間接続導体８１を介して第１接続電極５１に接続されている。同様に、第２上部電極４２は層間接続導体８２を介して第２接続電極５２に接続されている。そのため、第１接続電極５１と第２接続電極５２との間に、上記第１キャパシタ部（コンデンサＣ１）と上記第２キャパシタ部（コンデンサＣ２）の直列回路が接続された構成となっている。第１接続電極５１および第２接続電極５２は、例えば回路基板の表面に形成された実装電極に、導電性接合材を介してそれぞれ接続される。

下部共通電極４０は基板１０の第１主面に形成されている。上記第１キャパシタ部および第２キャパシタ部の周囲は絶縁層３で封止されている。絶縁層３の上面には、第１接続電極５１および第２接続電極５２を露出させ、その他の領域を覆う、ソルダーレジスト等による保護層３３が形成されている。

補助電極４３，４４は、下部共通電極４０が設けられた層よりも上層側に設けられており、本例では、第１接続電極５１および第２接続電極５２が設けられた層と同じ層に設けられている。

図２、図４（Ｂ）に表れているように、補助電極４３，４４は、第１上部電極４１および第２上部電極４２に設けられた開口を通って下部共通電極４０に接続されている。つまり、各補助電極はそれぞれ複数の層間接続導体を介して下部共通電極に接続されている。

また、図２、図３に表れているように、補助電極４３，４４は、平面視で第１接続電極５１および第２接続電極５２の形成領域より外側に配置されている。補助電極４３，４４は、第１上部電極４１，第２上部電極４２の配列方向に沿って延びる長尺状パターンである。言い換えると、後述の電流経路に沿って延びる帯状パターンである。その長さ寸法は、下部共通電極４０の長さ寸法はほぼ等しい。また、補助電極４３，４４は、第１上部電極４１の中心と第２上部電極４２の中心とを結ぶ仮想線に関して対称に配置されている。

図２、図３に表れているように、下部共通電極４０の第１領域Ｚ１には、層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄを介して補助電極４３，４４が接続されている。同様に、下部共通電極４０の第２領域Ｚ２には、層間接続導体７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄを介して補助電極４３，４４が接続されている。

基板１０は、表面に絶縁膜が形成されたSi基板である。下部共通電極４０、第１上部電極４１および第２上部電極４２はそれぞれPt薄膜である。第１誘電体層２１および第２誘電体層２２はBST薄膜である。補助電極４３，４４、層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ、第１接続電極５１および第２接続電極５２はいずれもCu薄膜である。これらはAl薄膜であってもよい。

キャパシタ１０１には、第１接続電極５１および第２接続電極５２から電流が出入りする。ここで、補助電極４３，４４が無いとすると、例えば、電流が第１接続電極５１から流入し、第２接続電極５２から流出する場合、第１接続電極５１→層間接続導体８１→第１上部電極４１→第１誘電体層２１→下部共通電極４０→第２誘電体層２２→第２上部電極４２→層間接続導体８２→第２接続電極５２の経路でのみ電流が流れる。

本実施形態のキャパシタ１０１では、補助電極４３，４４および層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄを備えるので、２つの電流経路が生じる。電流が第１接続電極５１から流入し、第２接続電極５２から流出する場合の電流経路は次のとおりである。

［電流経路１］
第１接続電極５１→層間接続導体８１→第１上部電極４１→第１誘電体層２１→下部共通電極４０→第２誘電体層２２→第２上部電極４２→層間接続導体８２→第２接続電極５２。

［電流経路２］
第１接続電極５１→層間接続導体８１→第１上部電極４１→第１誘電体層２１→下部共通電極４０→層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ→補助電極４３，４４→層間接続導体７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ→下部共通電極４０→第２誘電体層２２→第２上部電極４２→層間接続導体８２→第２接続電極５２。

すなわち、層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄおよび補助電極４３，４４によるバイパス電流経路が下部共通電極４０に並列接続される。

下部共通電極４０がPt薄膜であるのに対し、補助電極４３，４４はCu薄膜である。したがって、補助電極４３，４４は下部共通電極４０よりシート抵抗（面抵抗率）が低い。補助電極４３，４４の抵抗値をより小さくするため、補助電極４３，４４の厚みは下部共通電極４０の厚みより大きくしてもよい。また、層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄの電流経路方向での抵抗値は補助電極４３，４４の電流経路方向での抵抗値より低い、または同等である。したがって、上記電流経路２に流れる電流（バイパス電流）は、上記電流経路１より大きい、または同等である。

なお、第１誘電体層２１と第２誘電体層２２とは、図４（Ａ）に表れているように、分離されていてもよいが、連続した１つの誘電体層であってもよい。

図５は、キャパシタ１０１のインピーダンスの周波数特性を示す図である。図６はキャパシタ１０１のＱ値の周波数特性を示す図である。図５、図６において、特性カーブＡはキャパシタ１０１の特性、特性カーブＢは比較例の特性である。比較例は、補助電極４３，４４を設けない構造のキャパシタである。

図５に表れているように、本実施形態のキャパシタ１０１によれば、周波数約250MHzでインピーダンスは最低となる。この周波数でのインピーダンスがESRに相当し、ESRは約0.7Ωである。比較例のESRは約1.1Ωであるので、比較例に比べて約0.4Ω改善されている。

また、Ｑ値は、（インピーダンスの虚部）／（インピーダンス実部）で算出され、自己共振周波数よりも低周波数側では、Ｑ値≒１／（ωＣ・（ESR＋誘電体の誘電損失））となる。そのため、図６に示すように、実施例、比較例いずれも高周波になるにつれてＱ値は低くなるが、本実施形態のキャパシタ１０１はそのESRの低下に伴って、1MHzから11MHzまで、比較例に比べ、Ｑ値は16以上改善されている。

本発明のキャパシタ（本実施形態においてはキャパシタ１０１）は、例えば図１４に示すように、半導体集積回路３００の電源端子Ｖｄｄおよびグランド端子GNDの付近に接続されるデカップリングコンデンサ（バイパスコンデンサ）として用いられる。

本実施形態によれば、次のような特徴を備える。

（ａ）補助電極４３，４４は下部共通電極４０よりもシート抵抗が低いので、補助電極４３，４４が比較的小さくても、下部共通電極４０および補助電極４３，４４による並列接続回路の抵抗値が効果的に下がる。したがって、素子（キャパシタ）の大型化が避けられる。

（ｂ）補助電極４３，４４の主要部は、第１接続電極５１および第２接続電極５２が設けられた層と同じ層に設けられているので、特に補助電極形成用の層を設けることなく、キャパシタを構成でき、大型化、高コスト化することはない。

（ｃ）補助電極４３，４４は、下部共通電極４０の第１領域Ｚ１および第２領域Ｚ２にそれぞれ複数箇所で接続されているので、下部共通電極４０から補助電極４３，４４への電流のバイパス経路が多く、ESR低減効果が高い。

（ｄ）補助電極４３，４４は、第１上部電極４１および第２上部電極４２に設けられた開口を通って下部共通電極４０に接続されているので、下部共通電極４０から補助電極４３，４４の主要な電流路までの経路長を短縮化でき、ESR低減効果が高い。

（ｅ）補助電極４３，４４は、平面視で第１接続電極５１および第２接続電極５２の形成領域より外側に配置されているので、縁端効果により下部共通電極４０の縁端部（図２に示す縁端部ＥＧ３，ＥＧ４）に集中して流れようとする電流が補助電極４３，４４に効果的にバイパスするので、小面積の補助電極４３，４４であってもESR低減効果が高い。

（ｆ）下部共通電極４０はPtを主成分とする金属であり、第１接続電極５１、第２接続電極５２および補助電極４３，４４はCuまたはAlを主成分とする金属であるので、誘電体層２１，２２を挟み込む電極である下部共通電極および第１第２の上部電極には、それに適した電極材料を用いつつ低ESR化できる。

（ｇ）下部共通電極４０、第１上部電極４１、第２上部電極４２、第１接続電極５１、第２接続電極５２、補助電極４３，４４は、薄膜プロセスによって形成される金属薄膜であり、第１誘電体層２１および第２誘電体層２２は、薄膜プロセスによって形成される誘電体薄膜であるので、小型で大容量のキャパシタが得られる。

（ｈ）第１上部電極４１と第２上部電極４２とは同一層に形成されるので、これらは同一プロセス、同一材料、同一厚みで構成される。そのため、第１キャパシタ部、第２キャパシタ部の特性を容易に等しくできる。

なお、第１接続電極５１、第２接続電極５２の表面に、Cuのめっき膜、またはさらにNi/Auめっき膜を施してもよい。

本実施形態では、第1上部電極４１に第1接続電極５１が層間接続導体８１を介して直接的に接続された例を示したが、第1接続電極５１はキャパシタ素子等の他の素子を介して第1上部電極４１に接続（すなわち間接的に接続）されていてもよい。第２上部電極４２と第２接続電極５２との関係についても同様であり、第２接続電極５２は第２上部電極４２に間接的に接続されていてもよい。このように、上部電極と接続電極とが何らかの素子を介して間接的に接続されてもよいことは、以降に示す各実施形態においても同様である。

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、下部電極の構成が第１の実施形態で示した例とは異なるキャパシタについて示す。

図７は第２の実施形態に係るキャパシタ１０２の概略分解斜視図である。図８（Ａ）はキャパシタ１０２の平面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＡ−Ａ部分の断面図である。

キャパシタ１０１は、次に列挙する要素を備える。

（ａ）第１下部電極９１、第２下部電極９２、
（ｂ）第１下部電極９１に対向配置された第１上部電極４１、
（ｃ）第１下部電極９１と第１上部電極４１との間に配置された第１誘電体層２１、
（ｄ）第１上部電極４１と同じ層に設けられ、第２下部電極９２に対向配置された第２上部電極４２、
（ｅ）第２下部電極９２と第２上部電極４２との間に配置された第２誘電体層２２、
（ｆ）第１上部電極４１に接続された第１接続電極５１、
（ｇ）第１接続電極５１と同じ層に設けられ、第２上部電極４２に接続された第２接続電極５２、
（ｈ）第１下部電極９１および第２下部電極９２が設けられた層とは別の層に設けられ、第１下部電極９１と第２下部電極９２とを接続する補助電極４３，４４。

第１の実施形態で図２に示したキャパシタ１０１とは、下部共通電極４０に代えて第１下部電極９１および第２下部電極９２を備える点で異なる。その他の基本的な構成はキャパシタ１０１と同じである。

第１下部電極９１、第１上部電極４１および第１誘電体層２１によって第１キャパシタ部が構成される。同様に、第２下部電極９２、第２上部電極４２および第２誘電体層２２によって第２キャパシタ部が構成される。図７では第１キャパシタ部をコンデンサＣ１、第２キャパシタ部をコンデンサＣ２でそれぞれ表している。

第１下部電極９１は層間接続導体７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄを介して補助電極４３，４４に接続されている。同様に、第２下部電極９２は層間接続導体７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄを介して補助電極４３，４４に接続されている。そのため、第１下部電極９１と第２下部電極９２とは電気的に接続される。

本実施形態のように、第１下部電極９１と第２下部電極９２とは分離されていてもよい。また、第１下部電極９１と第２下部電極９２とは異なる層に形成されていてもよい。

本実施形態のように、下部電極を第１下部電極９１と第２下部電極９２とに分けると、下部電極を下部共通電極で構成する場合に比べて、ESR低減効果の面で不利であるが、第１下部電極９１および第２下部電極９２の面積を小さくできる。それにより、製造時の電極材料の収縮にともなう反りや歪みを少なくできる。

なお、第１下部電極９１と第２下部電極９２とは同一層に形成されるので、これらは同一プロセス、同一材料、同一厚みで構成される。そのため、第１キャパシタ部、第２キャパシタ部の特性を容易に等しくできる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、補助電極と下部共通電極とを積層方向に接続する層間接続構造が第１の実施形態とは異なる例を示す。

図９は第３の実施形態に係るキャパシタ１０３の平面図である。図１０（Ａ）は図９におけるＡ−Ａ部分の断面図、図１０（Ｂ）は図９におけるＢ−Ｂ部分の断面図である。

図１０（Ａ）に表れているように、第１接続電極５１は層間接続部５１Ｖが下方に延び、第１上部電極４１に接続されている。同様に、第２接続電極５２は層間接続部５２Ｖが下方に延び、第２上部電極４２に接続されている。

また、図１０（Ｂ）に表れているように、補助電極４３は層間接続部４３１Ａ，４３１Ｂ，４３２Ａ，４３２Ｂが下方に延び、下部共通電極４０に接続されている。同様に、補助電極４４は図９に表れている層間接続部４３１Ｃ，４３１Ｄ，４３２Ｃ，４３２Ｄが下方に延び、下部共通電極４０に接続されている。

第１キャパシタ部および第２キャパシタ部の構成は第１の実施形態で示したキャパシタ１０１と同様である。但し、キャパシタ１０３では、第１誘電体層２１、第２誘電体層２２は一体の（連続した）誘電体層で構成されている。

以降、図１０（Ａ）（Ｂ）を参照して、このキャパシタ１０３の製造方法を順に説明する。

（１）基板１０は、半導体基板または絶縁体基板であり、代表的には、表面にSiO₂膜およびSiN絶縁膜が形成されたSi基板である。この基板１０に、(Ba_xSr_1-x)TiO₃膜（BST膜）を密着層１１として形成する。

（２）密着層１１（BST膜）の表面に、下部共通電極４０としてのPt電極膜、誘電体層２１，２２としてのBST膜、第１上部電極４１および第２上部電極４２としてのPt電極膜を順に形成する。

例えば、上記BST膜はスピンコート工程と焼成工程とにより形成し、Pt電極膜はスパッタリング法により成膜する。密着層１１は、SiO₂絶縁膜に対する電極膜の密着性を向上させるための密着層として作用する膜であればBST膜以外でもよい。また、必ずしも密着層１１が必要なわけでもない。また、上記電極膜には、導電性が良好で耐酸化性に優れた高融点の他の貴金属材料、例えばAuを用いることもできる。

（３）無機絶縁層３０としてSiO₂膜をCVD法やスパッタリング法により形成し、その上に自動コーター等によってPBO（ポリベンゾオキサゾール）膜を塗布し、焼成することで、第１有機保護層３１としてのPBO膜を形成する。そして、例えば誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング（ICP-RIE）によって、PBO膜にコンタクトホールとなる開口を形成する。なお、無機絶縁層はSiO₂に限られるものではないし、第１有機保護層もPBO膜に限られるものではない。

（４）スパッタリング法等により、上記開口内およびPBO膜の表面に例えば0.1μm／1.0μm／0.1μmのTi/Cu/Ti膜を成膜する。

（５）上記Ti/Cu/Ti膜をパターンニングすることで、第１接続電極５１、第２接続電極５２、補助電極４３，４４を形成する。なお、各中間電極はスパッタリング法によるTi/Cu/Ti膜に限定されるものではなく、例えばめっき法によるCu膜等を利用してもよい。

（９）第２有機保護層３２としてソルダーレジスト膜を塗布形成する。

（１０）上記ソルダーレジスト膜に開口を形成し、その開口内にNiめっき、続いてAuめっきを行うことで、表面がNi/Auめっきされた第１端子電極６１および第２端子電極６２を形成する。なお、めっき膜はNi/Auに限られるものではなく、Ni/Sn等のめっき膜であってもよい。

このように、本実施形態のキャパシタは、薄膜プロセスを利用した薄膜キャパシタである。この薄膜キャパシタにおいて、第１上部電極４１および第２上部電極４２Ｃ等を、Ptを主成分とする高融点金属で構成すれば、誘電体層２１，２２である高誘電率材料のBSTを酸化性雰囲気中、８００℃以上１０００℃以下程度の高温で焼成できる。

補助電極４３，４４はCuを主成分とする金属膜のように比抵抗の小さな材料で構成し、しかも膜厚を厚くすれば、下部共通電極４０（Pt）よりシート抵抗を低くすることができる。なお、補助電極４３，４４はCu以外にAlを主成分とする金属であってもよい。このことにより、誘電体層２１，２２を挟み込む電極である第１上部電極４１、第２上部電極４２および下部共通電極４０には、それらに適した電極材料を用いつつキャパシタを低ESR化できる。

本実施形態では、第１接続電極５１および第２接続電極５２に、CuまたはCu表面にNi/Auめっき膜が形成された金属膜による第１端子電極６１および第２端子電極６２が形成されているので、端子電極の導電率を高く、且つ耐環境性が高い。

なお、補助電極４３，４４の上面にCuめっき膜、更にはその表面にNi/Auめっき膜を形成してもよい。そのことによって、補助電極４３，４４のシート抵抗を更に低減できる。

本実施形態では、下部共通電極４０の下地として、連続した密着層１１が形成された例を示したが、下部電極が第１下部電極と第２下部電極とに分離されている場合には、第１下部電極の下地の密着層と第２下部電極の下地の密着層とは分離されていてもよい。

なお、本実施形態では、図１０（Ａ）に表れているように、第１接続電極５１の表面に形成された第１端子電極６１、および第２接続電極５２の表面に形成された第２端子電極６２をそれぞれ外部接続用の電極として用いるが、第１端子電極６１、第２端子電極６２を設けることなく、第１接続電極５１、第２接続電極５２を外部接続用の電極として用いてもよい。

また、外部接続用の電極は、最表面層（本実施形態では第２有機保護層３２）より突出していなくてもよく、最表面層（第２有機保護層３２）と同一面であってもよい。また、第１の実施形態で図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示したように、最表面層（保護層３３）より凹んでいてもよい。

《第４の実施形態》
第４の実施形態では、制御電圧によって容量値が定める可変容量素子の例を示す。

図１１（Ａ）は可変容量素子としてのキャパシタ１０４Ａの主要部の断面図である。図１１（Ｂ）はキャパシタ１０４Ａの内部の部分平面図である。但し、図１１（Ｂ）においては、後に示す耐湿保護膜ＰＣ１を除いた状態で表している。

図１１（Ａ）（Ｂ）において基板ＳＩは表面にSiO₂膜が形成されたSi基板である。この基板ＳＩ上に強誘電体膜ＦＳ１、キャパシタ電極ＰＴ１、強誘電体膜ＦＳ２、キャパシタ電極ＰＴ２、強誘電体膜ＦＳ３の順に強誘電体膜とPt膜が交互に形成されてキャパシタ部が構成されている。

これらの強誘電体膜ＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３およびキャパシタ電極ＰＴ１，ＰＴ２の積層膜の上部には耐湿保護膜ＰＣ１が被覆されている。この耐湿保護膜ＰＣ１の上部には更に有機保護膜ＰＣ２が形成されている。

有機保護膜ＰＣ２の上部には配線膜ＴＩ１が形成されている。また、この配線膜ＴＩ１によって、第１接続電極５１，５３、第２接続電極５２，５４、および補助電極４３，４４が形成される。これら接続電極５１〜５４はコンタクトホールを介してキャパシタ電極ＰＴ２の所定箇所に接続される。また、補助電極４３，４４はコンタクトホールを介してキャパシタ電極ＰＴ１の所定箇所に接続される。配線膜ＴＩ１は、耐湿保護膜ＰＣ１および有機保護膜ＰＣ２の周囲を覆うように形成されている。

図１１（Ｂ）に表れている、第１上部電極４１、第２上部電極４２は、上記キャパシタ電極ＰＴ２で構成されている。また、下部共通電極４０は、上記キャパシタ電極ＰＴ１で構成されている。

配線膜ＴＩ１の表面には層間絶縁膜ＳＲ１が形成されている。この層間絶縁膜ＳＲ１の表面に抵抗膜パターンＲＥ１が形成されている。この抵抗膜パターンＲＥ１の表面は層間絶縁膜ＳＲ２で被覆されていて、この層間絶縁膜ＳＲ２の表面に抵抗膜パターンＲＥ２が形成されている。この抵抗膜パターンＲＥ２の表面は層間絶縁膜ＳＲ３で被覆されている。

これらの抵抗膜パターンＲＥ１，ＲＥ２の抵抗膜は、薄膜プロセス（フォトリソグラフィおよびエッチング技術を利用したプロセス）または厚膜プロセス（スクリーン印刷等の印刷技術を利用したプロセス）で形成されている。各抵抗素子の抵抗値は、抵抗膜パターンの幅、長さおよび厚みによって定められる。

層間絶縁膜ＳＲ３の表面には配線膜ＴＩ２が形成されている。また、この配線膜ＴＩ２は、層間絶縁膜ＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３に形成されたコンタクトホールを介して配線膜ＴＩ１に接続されている。

層間絶縁膜ＳＲ３の表面にはソルダーレジスト膜ＳＲ４が被覆されている。そして、このソルダーレジスト膜ＳＲ４の開口で且つ配線膜ＴＩ２の表面には外部接続電極ＥＥが形成されている。

前記強誘電体膜ＦＳ１は基板ＳＩおよび耐湿保護膜ＰＣ１に対する密着用・拡散防止用の絶縁膜である。また、強誘電体膜ＦＳ３は耐湿保護膜ＰＣ１に対する密着用の絶縁膜である。前記キャパシタ電極ＰＴ１，ＰＴ２に使用される導電性材料としては、導電性が良好で耐酸化性に優れた高融点の貴金属材料、例えば、Pt，Auを用いることができる。

また、前記強誘電体膜ＦＳ１，ＦＳ２，ＦＳ３に使用される薄膜材料としては、高誘電率を有する誘電体材料が使用される。具体的には、(Ba,Sr)TiO₃ (BST)、SrTiO₃、BaTiO₃、Pb(Zr,Ti)O₃等のペロブスカイト化合物、SrBi₄Ti₄O₁₅等のビスマス層状化合物等を使用することができる。

また、配線膜ＴＩ１，ＴＩ２は、Ti／Cu／Tiの三層からなり、Ti層は例えば１００ｎｍに形成され、Cu層は、例えば１０００ｎｍに形成される。

また、外部接続電極ＥＥは、Au／Niの二層からなり、第１層のNi層は、例えば２０００ｎｍに形成され、第２層のAu層は例えば２００ｎｍに形成される。

前記耐湿保護膜ＰＣ１は有機保護膜ＰＣ２から放出される水分がキャパシタ部に浸入するのを防止する。この耐湿保護膜ＰＣ１としては、SiNx、SiO₂、Al₂O₃、TiO₂等を使用することができる。また、有機保護膜ＰＣ２は外部からの機械的応力を吸収する。この有機保護膜ＰＣ２としては、PBO（ポリベンゾオキサゾール）樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を使用することができる。

前記抵抗膜パターンＲＥ１，ＲＥ２の抵抗材料は例えばニクロムである。

図１１（Ａ）（Ｂ）に示す構造によって、接続電極５１，５２，５３，５４を介して直列接続された容量素子（後に示す容量素子Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６）が構成される。

図１２（Ａ）（Ｂ）は、可変容量素子としてのキャパシタ１０４Ｂの主要部の断面図である。図１１（Ａ）（Ｂ）に示したキャパシタ１０４Ａとは、下部電極の構成が異なる。キャパシタ１０４Ｂでは、第１下部電極９１、第２下部電極９２が分離されている。その他の構成はキャパシタ１０４Ａと同じである。

図１３はキャパシタ１０４Ａの内部の回路図である。抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１７，Ｒ２１〜Ｒ２５は上記抵抗膜パターンＲＥ１，ＲＥ２で構成される抵抗である。キャパシタ１０４Ａは制御電圧印加回路１４Ｒおよび可変容量部１４Ｃを備えている。可変容量部１４ＣはＡ点−Ｂ点間への印加電圧に応じてポートＰ１１−Ｐ１２間の容量値が定まる。制御電圧印加回路１４ＲのポートＰ２１〜Ｐ２５には、制御回路のＧＰＩＯポート（GPIO0〜GPIO4）が接続される。これらのポートＰ２１〜Ｐ２５には、抵抗素子Ｒ２１〜Ｒ２５の一方端が接続され、抵抗素子Ｒ２１〜Ｒ２５の他方端がＡ点で共通接続されている。例えば、抵抗素子Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４，Ｒ２５の抵抗値の比率は１：２：４：８：１６に定められている。

ポートＰ２１〜Ｐ２５は選択的にハイレベル（電源電圧）またはローレベル（グランド電圧）に設定される。可変容量部１４ＣのポートＰｃはグランドに接続される。したがって、ポートＰ２１〜Ｐ２５のレベルに応じて、抵抗素子Ｒ２１〜Ｒ２５は抵抗分圧回路として作用し、その分圧比と電源電圧とに応じた制御電圧が可変容量部１４ＣのＡ点−Ｂ点間に印加される。

可変容量部１４Ｃにおいて、容量素子Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６のそれぞれの両端にはＲＦ抵抗素子Ｒ１１〜Ｒ１７を介して制御電圧が印加される。容量素子Ｃ１１〜Ｃ１６は、対向する電極間に強誘電体膜が挟み込まれた強誘電体キャパシタである。強誘電体膜は印加される電界の強度に応じて分極量が変化して、見かけ上の誘電率が変化するので、制御電圧によって容量値を定められる。

なお、図１１（Ａ）（Ｂ）、図１２（Ａ）（Ｂ）に示した例では、制御電圧印加回路１４Ｒを構成する抵抗素子がキャパシタ１０４Ａ，１０４Ｂ内に一体化されているが、制御電圧印加回路１４Ｒを構成する抵抗素子はキャパシタ１０４Ａ，１０４Ｂの外部の設けてもよい。すなわち、図１３に示した可変容量部１４Ｃを一つの部品として構成してもよい。

《他の実施形態》
以上に示した各実施形態では補助電極４３，４４をそれぞれ１層で構成したが、これらを複数層で構成されていてもよい。また、補助電極４３と補助電極４４は異なる層に形成されていてもよい。

以上に示した各実施形態では２つの補助電極４３，４４を設けたが、一方のみを設けてもよい。また、補助電極４３，４４は平面内で連続して導通していてもよい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。例えば、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。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

ＥＧ３，ＥＧ４…縁端部
Ｚ１…第１領域
Ｚ２…第２領域
３…絶縁層
１０…基板
１１…密着層
２１…第１誘電体層
２２…第２誘電体層
３０…無機絶縁層
３１…第１有機保護層
３２…第２有機保護層
３３…保護層
４０…下部共通電極
４１…第１上部電極
４２…第２上部電極
４３，４４…補助電極
５１…第１接続電極
５２…第２接続電極
５１Ｖ，５２Ｖ…層間接続部
６１…第１端子電極
６２…第２端子電極
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ，７１Ｄ，７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ…層間接続導体
８１，８２…層間接続導体
９１…第１下部電極
９２…第２下部電極
１０１，１０２，１０３，１０４Ａ，１０４Ｂ…キャパシタ
３００…半導体集積回路
４３１Ａ，４３１Ｂ，４３２Ａ，４３２Ｂ…層間接続部
４３１Ｃ，４３１Ｄ，４３２Ｃ，４３２Ｄ…層間接続部

（１）本発明のキャパシタは、
第１下部電極と、
第２下部電極と、
前記第１下部電極に対向配置された第１上部電極と、
前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に配置された第１誘電体層と、
前記第２下部電極に対向配置された第２上部電極と、
前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に配置された第２誘電体層と、
前記第１上部電極に接続された第１接続電極と、
前記第１接続電極と同じ層に設けられ、前記第２上部電極に接続された第２接続電極と、
前記第１下部電極および前記第２下部電極が設けられた層とは別の層に設けられ、前記第１下部電極と前記第２下部電極とを接続する補助電極と、
を有し、
前記第１下部電極が第１層間接続導体を介して前記補助電極に接続されるとともに、前記第２下部電極が第２層間接続導体を介して前記補助電極に接続されて、
前記補助電極が前記第１下部電極および前記第２下部電極に対して並列接続される、ことを特徴とする。

Claims

第１下部電極と、
第２下部電極と、
前記第１下部電極に対向配置された第１上部電極と、
前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に配置された第１誘電体層と、
前記第２下部電極に対向配置された第２上部電極と、
前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に配置された第２誘電体層と、
前記第１上部電極に接続された第１接続電極と、
前記第１接続電極と同じ層に設けられ、前記第２上部電極に接続された第２接続電極と、
前記第１下部電極および前記第２下部電極が設けられた層とは別の層に設けられ、前記第１下部電極と前記第２下部電極とを接続する補助電極と、
を有する、キャパシタ。
前記補助電極は前記第１下部電極および前記第２下部電極よりもシート抵抗が低い、請求項１に記載のキャパシタ。
前記補助電極の主要部は、前記第１接続電極および前記第２接続電極が設けられた層と同じ層に設けられる、請求項１または２に記載のキャパシタ。
前記補助電極は、前記第１下部電極および前記第２下部電極にそれぞれ複数箇所で接続される、請求項１から３のいずれかに記載のキャパシタ。
前記補助電極は、前記第１上部電極および前記第２上部電極に設けられた開口を通って前記第１下部電極および前記第２下部電極に接続される、請求項１から４のいずれかに記載のキャパシタ。
前記補助電極は、平面視で前記第１接続電極および前記第２接続電極の形成領域より外側に配置される、請求項１から５のいずれかに記載のキャパシタ。
前記第１下部電極および前記第２下部電極はPtを主成分とする金属であり、前記第１接続電極、前記第２接続電極および前記補助電極はCuまたはAlを主成分とする金属である、請求項１から６のいずれかに記載のキャパシタ。
前記第１下部電極、前記第２下部電極、前記第１上部電極、前記第２上部電極、前記第１接続電極、前記第２接続電極、前記補助電極、前記第１誘電体層および前記第２誘電体層を支持する基板を備え、
前記第１下部電極、前記第２下部電極、前記第１上部電極、前記第２上部電極、前記第１接続電極、前記第２接続電極および前記補助電極は、薄膜プロセスによって形成される金属薄膜であり、前記第１誘電体層および前記第２誘電体層は、薄膜プロセスによって形成される誘電体薄膜である、請求項１から７のいずれかに記載のキャパシタ。
前記第１下部電極および前記第２下部電極は同一層で連続している、請求項１から８のいずれかに記載のキャパシタ。
前記第１下部電極および前記第２下部電極は分離されている、請求項１から８のいずれかに記載のキャパシタ。
前記第１誘電体層および前記第２誘電体層は強誘電体層であり、前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に印加される電圧によって前記第１下部電極と前記第１上部電極との間の容量が変化し、前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に印加される電圧によって前記第２下部電極と前記第２上部電極との間の容量が変化する、請求項１から１０のいずれかに記載のキャパシタ。
異なる抵抗値を有する複数の抵抗素子を含み、前記第１下部電極と前記第１上部電極との間に印加される電圧および前記第２下部電極と前記第２上部電極との間に印加される電圧が複数通りに異なる制御電圧を印加する制御電圧印加回路を備える、請求項１１に記載のキャパシタ。