(57)【要約】【課題】自己遮蔽および小さな静電容量値において正確な静電容量比を実現できる、かみ合わせ型金属‐絶縁体‐金属（ＭＩＭ）キャパシタを提供する。【解決手段】絶縁体によって分離される、複数のかみ合わせ型フィンガにまで延びる２つの端子を有し、金属板が、フィンガの上方よび下方の層を占有して、一方の端子のフィンガに接続される。その結果、一方の端子に対して自己遮蔽を提供する。追加の遮蔽がキャパシタから絶縁された一連の追加の遮蔽によって採用されてもよい。自己遮蔽および追加の遮蔽は、ＭＩＭキャパシタのアレイで実現されてもよい。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１層に形成された複数の平行な金属フィンガにまで延びる第１端子であって、これら平行な金属フィンガのうちの２つがフィンガの最も外側に位置する、第１端子と、
１つ以上の金属フィンガにまで延び、誘電体によって前記第１端子から分離されている第２端子であって、これら金属フィンガは、前記第１層に形成され、前記第１端子のフィンガ同士の間の空間に位置し、前記第１端子のフィンガに平行である、第２端子と、
前記第１層の上方および下方の層を占有し、少なくとも１つの誘電層によって前記第１層から分離されている複数の金属板であって、少なくとも前記最も外側の金属フィンガにまで前記第１層と平行に延び、前記最も外側の金属フィンガに接続されている、複数の金属板とを備えた、かみ合わせ型の金属‐絶縁体‐金属キャパシタ。
【請求項２】
請求項１において、前記最も外側の金属フィンガは補助的金属フィンガに連結され、前記最も外側の金属フィンガおよび前記補助的金属フィンガは、前記最も外側の金属フィンガ以外の金属フィンガを包囲している、キャパシタ。
【請求項３】
請求項１において、さらに、
前記複数の金属板の上方および下方の層を占有し、前記複数の金属板の上方および下方の少なくとも１つの誘電層によって前記金属板から分離されている遮蔽層を備え、前記遮蔽層は前記金属フィンガから電気的に絶縁されている、キャパシタ。
【請求項４】
請求項３において、さらに、
一連の積み重ねられた金属帯と前記遮蔽層を接続するバイアを備え、
前記一連の金属帯およびバイアならびに遮蔽層は前記複数の金属板を包囲する遮蔽体を構成する、キャパシタ。
【請求項５】
請求項３において、前記遮蔽層は、前記複数の金属板の上方よび下方において少なくとも２つの誘電層によって前記複数の金属板から分離されている、キャパシタ。
【請求項６】
請求項３において、前記遮蔽層が金属板である、キャパシタ。
【請求項７】
請求項３において、前記遮蔽層の１つは拡散領域である、キャパシタ。
【請求項８】
請求項１において、前記第２端子は、各金属フィンガの最大漏れ電界を超える長さまで、前記第１端子の前記複数の金属フィンガを超えて延出しており、前記第２端子のフィンガは、前記最大漏れ電界を超える領域で前記第２端子と一体に連結されている、キャパシタ。
【請求項９】
請求項１において、前記第２端子は、前記複数の金属フィンガによって生成される漏れ電界を超える長さまで、前記複数の金属フィンガを超えて延出しており、前記第２端子のフィンガは、前記複数の金属板の間の領域におい一体に連結されている、キャパシタ。
【請求項１０】
少なくとも２つのキャパシタであって、各キャパシタは、
（i）第１金属層に形成され、第１端子に連結された複数の平行な金属フィンガ、および、
（ii）前記第１層の上方および下方の層を占有し、少なくとも１つの誘電層によって前記第１層から分離されている複数の金属板であって、各金属板は相互に間隔を空けており、少なくとも最も外側の金属フィンガにまで前記第１層と平行に延び、前記最も外側の金属フィンガに接続されている、複数の金属板を有する、少なくとも２つのキャパシタと、
前記第１金属層に形成され、各キャパシタの前記複数の金属フィンガの間で少なくとも１つのキャパシタ共通の金属フィンガにまで延びている第２端子であって、前記第２端子は誘電体によって前記複数の金属フィンガから分離されている第２端子とを備えた、キャパシタアレイ。
【請求項１１】
請求項１０において、前記第２端子は、前記金属フィンガから最大漏れ電界を超える長さまで、前記各キャパシタの前記複数の平行な金属フィンガを超えて延出しており、前記第２端子のフィンガは前記最大漏れ電界を超える領域で一体に連結されている、キャパシタアレイ。
【請求項１２】
請求項１０において、前記第２端子は、複数のキャパシタ共通の金属フィンガを有し、前記複数のキャパシタ共通の金属フィンガは、前記複数のキャパシタのうちの少なくとも１つのキャパシタの前記複数の金属板の間の領域において一体に連結されている、キャパシタアレイ。
【請求項１３】
請求項１２において、前記少なくとも１つのキャパシタは、前記最も外側の金属フィンガに連結された補助的金属フィンガを有し、前記最も外側の金属フィンガおよび前記補助的金属フィンガは、３つの側面において前記共通の金属フィンガを包囲する、キャパシタアレイ。
【請求項１４】
第１層に形成され、誘電体によって分離されている複数の平行な金属フィンガと、
前記複数の平行な金属フィンガの一部分からなる第１サブセットに連結された第１端子と、
前記複数の平行な金属フィンガの他部分からなる第２サブセットに連結された第２端子であって、前記第２サブセットが前記第１サブセットのフィンガ同士の間の空間に位置し、前記誘電体によって前記第１端子から電気的に絶縁されている、第２端子と、
前記第１層の上方および下方の層を占有し、少なくとも１つの誘電層によって前記第１層から分離されている複数の金属板であって、少なくもと最も外側の金属フィンガにまで前記第１層と平行に延び、前記最も外側の金属フィンガに接続されている、複数の金属板とを備えた、かみ合わせ型の金属‐絶縁体‐金属キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、2006年6月2日に出願された米国仮特許出願第60/810,257号の利益を主張し、この出願の全内容は参照により本明細書に引用したものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明はキャパシタ、具体的には「かみ合わせ型」（嵌合型）金属‐絶縁体‐金属キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００３】
金属‐絶縁体‐金属（ＭＩＭ）キャパシタは、ハイブリッドおよびモノリシック電子回路に広く使用されている。このようなキャパシタは、水平方向の金属板を有して垂直方向を向いているか、垂直方向の金属板を有して横方向を向いているか、またはこれらが混在したものである。すなわち垂直方向に分離された板と水平方向に分離された板の両方の間のキャパシタンスを用いる。いくつかの用途では、キャパシタ性能を最適化するために特殊な絶縁層が設けられる。他の用途では、金属の相互接続を分離する金属間誘電体（inter-metal dielectric）のような既存の誘電体が使用される。以下に説明されるキャパシタは、この種類の金属間誘電体を採用し、混合した方向、つまり垂直方向と横方向の間を向いている。
【０００４】
図１Ａに示されているキャパシタ１００と同様の「かみ合わせ型」ＭＩＭキャパシタ構造は、半導体およびハイブリッドプロセスの両方において広く使用されてきた。これらのキャパシタ構造体は、多くの用途において許容できる寄生要素（寄生抵抗、寄生インダクタンス）を有して良好に制御される静電容量を提供するが、一方で、その他の理由から既に存在するプロセス要素のみ、つまり、相互接続のための金属と、基板および／または絶縁体のための誘電体とのみを採用する。この種類のキャパシタは、多数の「フィンガ」から構成されていると説明されていることが多い。図１Ａに示されているキャパシタ１００では、キャパシタ端子１は４つのフィンガに接続され、キャパシタ端子２は３つのフィンガに接続されている。図１ＡのキャパシタにおいてＡ‐Ａ’線に沿った断面は図１Ｂに示されており、各フィンガは１および２として表示されて、各端子１，２に接続されている。この構造体における端子１と端子２の間の静電容量は主に水平方向であり、漏れ電界成分は垂直方向に広がっている。
【０００５】
キャパシタ１００の端子２は、「Ｌ」と表記された長さに沿って、３つのフィンガの各両側に、端子１に対する静電容量を有する。さらに、３、４および５などのフィンガ端部が静電容量の大きさに影響を与える。端子２のフィンガ数よりも端子１のフィンガ数を１つ多い状態を維持しながら、このキャパシタ設計におけるフィンガ数を、より多くまたはより少なく実現すると、以下の式で端子１と端子２の間の全体静電容量が表される。
【０００６】
【数１】
2009540541.tif 000003
【０００７】
ただし、ＮＦは端子２のフィンガ数であり、Ｃ０はフィンガの単位長さの静電容量であり、Ｃ３は符号３のような端子２のフィンガ端部の静電容量であり、Ｃ４は符号４のような外側角部の静電容量であり、Ｃ５は符号５のような端子１のフィンガ端部の静電容量である。図１に示された例では、ＮＦ＝３である。
【０００８】
式１における第１項（ＮｐＬＣ０）は、フィンガ数ＮＦおよび長さＬの両方に比例し、これら両方は利便性の高い設計パラメータである。残りの項は並べられているフィンガの端効果を表す。これら残りの項は設計者の制御の影響は受けにくく、むしろプロセスの詳細に依存する。式１は第２項から第４項を組み換えることによって単純化される。
【０００９】
【数２】
2009540541.tif 000004
【００１０】
ただしＣ０は同じくフィンガの単位長さの静電容量であり、Ｃｌはフィンガの静電容量であって、フィンガの長さに無関係であり、Ｃ２は固定の「オフセット」静電容量であって、ＮＦおよびＬの両方に無関係である（Ｃ２は正または負のいずれであってもよい）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
Ａ．先行技術の問題の認識
回路設計におけるキャパシタの望ましい特性の１つは、公称上等しい各キャパシタが整合（マッチング）することである。良好に整合された値のキャパシタを高信頼性で製造できる場合、「ユニット（単体）」整合のキャパシタ、つまりそれ自体が整合性を有するキャパシタのアレイを使用して静電容量比に依存する多くの回路を構成できる。図１Ａに示されるようなキャパシタは、単位長さ当たりの静電容量Ｃ０および端効果の両方が一般に所与のプロセスバッチ内で完全に再現可能である点において、この種類の整合に適している。長さＬがフィンガの間隔よりも大幅に大きい場合、式２の第１項が全体静電容量を決定づけ、これによりＣのバッチ間でのばらつきを適度な値に抑える。
【００１２】
多くの用途では、ＭＩＭキャパシタにより提供される単位面積当たりの静電容量を最大にすることが望ましい。２つ以上の金属層を用いるプロセスでは、追加層を用いて様々な方法で、追加静電容量を提供する。この様々な方法には、一般に、交互に積み重ねられている、図１Ａに示されるような「かみ合わせ型」構造体が含まれる。このような多層ＭＩＭキャパシタは、説明した整合特性（マッチング特性）の多くを維持できる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
Ｂ．本発明の好ましい実施形態の概要
本発明は、「かみ合わせ型」金属‐絶縁体‐金属キャパシタ（嵌合型金属‐絶縁体‐金属キャパシタ）に関する。いくつかの実施形態では、かみ合わせ型キャパシタは、単一金属層で形成され、誘電体によって分離された３以上の奇数の平行金属フィンガを備える。奇数のフィンガがキャパシタの第１電気端子に接続され、偶数のフィンガがキャパシタの第２電気端子に接続される。連続する金属板が、少なくとも最も外側のフィンガまで延びており、フィンガを含む層の上方および下方に位置する金属層を構成し、誘電体の層によってフィンガから分離されている。そして、これら金属板は最も外側のフィンガに接続されている。この構成により、第１端子は第２端子の全側面を遮蔽して、キャパシタの自己遮蔽を実現する。
【００１４】
別の実施形態では、追加の遮蔽がキャパシタの上方および下方の層によって実現されてもよい。遮蔽層は端子から電気的に絶縁され、キャパシタを囲む一連の金属層およびバイアによって接続されてもよい。キャパシタ端子は予測可能な静電容量（所望の静電容量）を提供するために様々な方式で構成されてもよい。
【００１５】
さらに別の実施形態では、キャパシタのアレイは、共通端子を共有する複数の自己遮蔽ＭＩＭキャパシタを有してもよい。
【００１６】
上記の内容は、添付図面に示される本発明の例の実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。図面では、同一参照符号はそれぞれの図全体を通して同一部分を指す。図面は必ずしも縮尺どおりでなく、本発明の実施形態を説明することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】従来技術の「かみ合わせ」型ＭＩＭキャパシタのブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａの従来技術のキャパシタの断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による自己遮蔽式の「かみ合わせ」型ＭＩＭキャパシタのブロック図である。
【図２Ｂ】図２Ａのキャパシタの断面図である。
【図３Ａ】追加の遮蔽層を備える自己遮蔽式キャパシタのブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ａのキャパシタの断面図である。
【図４】追加の遮蔽層との間隔を大きくしたキャパシタの断面図である。
【図５】延長されたフィンガを備えるキャパシタのブロック図である。
【図６】延長されたフィンガを備えるキャパシタのブロック図である。
【図７Ａ】共通の内側端子フィンガを備えるキャパシタアレイのブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ａのアレイにおけるキャパシタの断面図である。
【図７Ｃ】図７Ａのキャパシタのアレイの電気接続図である。
【図８Ａ】キャパシタアレイの一端において終端フィンガを備えるアレイ終端キャパシタのブロック図である。
【図８Ｂ】キャパシタアレイの一端において延長されたフィンガを備えるアレイ終端キャパシタのブロック図である。
【図９Ａ】キャパシタアレイの一端において延長されたフィンガを備えるアレイ終端キャパシタのブロック図であり、延長されたフィンガは共通端子に接続される。
【図９Ｂ】キャパシタアレイの一端におけるアレイ終端キャパシタのブロック図であり、キャパシタは共通の端子に接続されるフィンガを有する。
【図９Ｃ】キャパシタアレイの一端におけるアレイ終端キャパシタのブロック図であり、キャパシタはフィンガに対して垂直に延びる２次フィンガを介して接続されるフィンガを有する。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の好ましい実施形態の説明は以下のとおりである。
【００１９】
電子回路の電力消費を最小化する要求が増えている。電力消費を低減する方法の１つは、回路に使用されるキャパシタのサイズを小さくすることである。これにより、より小さい充電量で信号を表現することになる。この場合、良好な整合および良好に制御された静電容量比を維持しながら、極めて小さい値のキャパシタを製造することが望ましい。上述の単体キャパシタ自体の整合方法は、大きなキャパシタ値には適しているが、所望の単体キャパシタ自体が少数のフィンガとプロセスの最小寸法に近いＬとを要する場合は、あまり効果的ではない。この場合、端効果がより大きくなり、整合性の低下、静電容量の予測可能性の低下、およびバッチ間の全体静電容量の大きなばらつきをもたらす。したがって、ＭＩＭキャパシタ設計は、良好な整合、良好に制御された静電容量比、およびバッチ間のばらつきが小さい、極めて小さい静電容量を提供することが望ましい。
【００２０】
多くの回路設計では、キャパシタ端子と他の回路ノードとの間のいわゆる「寄生」容量を最小化することが望ましい。回路の共通部（「グラウンド」）に対する寄生容量によって、回路ノイズが増加し、回路速度が低下する。また、他の回路ノードに対する寄生容量によって、ノイズおよび意図しない信号結合に起因するエラーが生じる。したがって、グラウンドに対する静電容量は最小化され、かつ、他の回路ノードから遮蔽されたＭＩＭキャパシタ設計を提供することが望ましい。
【００２１】
本発明の実施形態は、ここに列挙した、望ましい特性のそれぞれを備えるＭＩＭキャパシタを提供する。本発明の第１構成は、１つのキャパシタ端子において寄生容量をほぼなくすことと、ほぼ完全な遮蔽を提供することとである。
【００２２】
この実施形態は図２Ａおよび２Ｂを用いて説明される。最初に、図２Ａに示される「かみ合わせ」型ＭＩＭキャパシタ２００を考察する。ここで、第１端子２１から複数のフィンガ２７が延出し、最も外側のフィンガは、第２端子２２の下側角部にまで延び、さらにこれら下側角部の周りを囲んでいる。これら延長部（補助的金属フィンガ）は図２Ａの符号２５および２６として特定される。さらに、図２Ａのハッチング部分を覆う平板２３および２４を構成するように、金属の２つの追加層を使用する。図２ＡのＢ‐Ｂ’線に沿った断面を図２Ｂに示す。ここでは、より明確にこれらの２つの追加の金属平板２３、２４を示す。これら金属平板は、図示される領域の内側または外側のいずれかで、例えばバイア２９によって端子２１に電気的に接続される。なお、図２Ａおよび２Ｂにおいて、第１端子２１のフィンガ２７と第２端子のフィンガ２８との間に存在し、図において第１端子２１と第２端子２２とは別のハッチングで示されている部分は、誘電体によって占有されている。
【００２３】
これらの新しい構成の効果は、フィンガ２８を有する端子２２を端子２１が水平および垂直方向の両方においてほぼ完全に囲む（包囲する）ことである。平板２３および２４は垂直方向の遮蔽を提供し、端子２１の外側のフィンガおよび他の要素は水平方向の遮蔽を提供する。その結果、端子２２は、グラウンドおよび他の回路ノードからほぼ完全に遮蔽される。端子２２の静電容量はほぼ完全に端子２１との間のものであり、いずれの他の回路ノードに対しても静電容量をほとんど有さない。外部端子２２の接続部（図２Ａにおいて、主長方形（main rectangular）キャパシタ領域の下方に突出している）のみが遮蔽されていない。一方のキャパシタ板（２２）の他方のキャパシタ板（２１）によるこの遮蔽を、ここでは「自己遮蔽」と称する。多くの用途では、一方のキャパシタ板のみが良好な遮蔽および低い寄生容量を有することが必要とされる。図２Ａおよび２Ｂの自己遮蔽設計はこれらの要件を満たす。
【００２４】
所与の領域については、図２Ａおよび２Ｂのキャパシタ２００は、板２３および２４の垂直電界の寄与分が追加され、ならびに端子１の延長部２５および２６を有することから、図１Ａおよび１Ｂのキャパシタ１００よりもわずかに大きい静電容量を提供する。しかし、式２に表わされるとおり、設計パラメータＮＦおよびＬに対する静電容量の依存性は依然として有効である。３つの静電容量係数Ｃ０、Ｃ１およびＣ２が、形状が修正されていることによって、異なる値を有する。
【００２５】
キャパシタ端子２１も遮蔽される必要がある用途では、図３Ａおよび３Ｂに示されるとおり、２つの追加金属層を使用して必要な遮蔽を提供する。図３Ａでは、図２Ａの全体がキャパシタ３０として再現される。端子３１および３２が図２Ａの端子２１および２２にそれぞれ対応し、平板３３および３４が図２Ａの平板２３および２４にそれぞれ対応する。キャパシタ３０は、遮蔽「壁」（遮蔽体）３７によって囲まれ、遮蔽板（遮蔽層）３５および３６によって上面および底面が覆われる。Ｃ‐Ｃ‘線に沿った断面図が図３Ｂに示され、この図３Ｂは、キャパシタ３０に対する「壁」３７ならびに遮蔽板３５および３６の構造を示す。垂直「壁」３７は、キャパシタ３０によって使用される３つの金属層における金属線（金属帯）３９と、これら金属線３９および上側板３５および底側板３６を接続するバイア３８のようなバイア列とから構成される。この壁３７は１つの金属層のみによって貫通され、図３Ａに見られるように、この金属層が端子３１への接続および３２への接続を支持する。
【００２６】
図３Ｂに示される金属層（相互接続のために必要とされる）を使用する代わりに、底側の遮蔽板３６がポリシリコンまたは拡散層で実現されてもよい。したがって、図３Ａおよび３Ｂの完全に遮蔽されるキャパシタを実現するのに必要とされる金属層の最少数は４である。
【００２７】
壁３７ならびに平板３５および３６は、外部の回路ノードからの端子３１の遮蔽効果を提供する。しかし、副次的効果として、これらの壁および平板は、通常はグラウンド電位である遮蔽に対して、端子３１からの寄生容量、さらに端子３２からの僅かな寄生容量を加える。対照的に、図２Ａおよび２Ｂの端子２２の遮蔽は、端子２１自体によって提供され（自己遮蔽）、端子２２に対して寄生容量を加えない。このため、端子３１に対して加えられた遮蔽は、妥協を要することを意味する。
【００２８】
追加の金属層は、これら金属間の誘電層と共に利用可能である場合、この追加の寄生容量は低減可能である。図４に、このような構造体の断面図（図３Ｂと同様）を示す。上述した、底部遮蔽板４６に拡散層を使用する例も図４に示されている。このように、寄生容量を最小化するために、利用可能な金属層をできるだけ多く使用してもよい。
【００２９】
図２、３および４の自己遮蔽式キャパシタすべては、「内部」端子（例えば、２２）および「外部」端子（例えば、２１）を有する。これらのキャパシタは本質的に非対象である。内部端子は外部端子によって完全に遮蔽され、寄生容量は無視できる程度である。外部端子は、遮蔽されていなくても、寄生容量を追加する明らかな追加遮蔽を有してもよい。多くの用途では、この非対称性は許容範囲内であり、ほぼゼロの寄生容量および内部端子のほぼ完全な遮蔽に価値がある。
【００３０】
これまでに特定した以外の望ましい特性は、小さい値のキャパシタで、正確な整合および高精度の比率を備える点である。本発明の改良された「かみ合わせ」型ＭＩＭキャパシタは、以下に示すとおりこれらの構成を提供できる。
【００３１】
再度式２を考察して、第１項（ＮＦＬＣ０）は理想的な静電容量比の特性を提供する。静電容量は、離散値パラメータであるフィンガの数ＮＦ、および連続値パラメータであるフィンガの長さＬに依存する。したがって、式２の他の項が無視できる場合、任意の静電容量比を高精度で実現でき、最小静電容量はプロセス設計基準によってのみ制限される。式２の最後の項（Ｃ２）のみを無視できる場合、正確な整数の静電容量比を備えるキャパシタは、Ｌを一定に維持しながら、ＮＦを変更することによって実現できる。この特性は、整数の静電容量比が一般的に使用されるＡ／Ｄコンバータのような多くの用途で有用である。
【００３２】
実際上は、この第２条件（Ｃ２を無視できるという条件）は、図２Ａの自己遮蔽式キャパシタ設計に近いＭＩＭキャパシタ構造体セットにおいてほぼ満足している。図５および６に例を示す。図３および４に示す追加遮蔽は、簡単化のために、図５および６では省略されているが、追加の遮蔽が必要とされる場合にはこれらの構造体に追加される。
【００３３】
図５は、ＮＦ＝３である、図２Ａと同様のキャパシタ５００を示す。Ｄ‐Ｄ’線に沿った断面は図２Ｂの断面と同一である。しかし、この実施形態では、外部端子２１のフィンガの取り囲む延長部（図２Ａの２５および２６）は、キャパシタ５００から省かれている。上側板および底側板５８は、ハッチング領域によって示されるとおり、端子５１のフィンガの先端と同一位置で終端する。端子５２の３つのフィンガ５３、５４および５５は、端子５１のフィンガの先端を超えて長さＬＥＸＴだけ延出している。ＬＥＸＴは長さＬＦよりも大きくなるように選択される。ここで、長さＬＦは、端子５１のフィンガの先端ならびに上側板および底側板を超えた領域のフィンガ長さ方向における、漏れ電界の最大値（最大漏れ電界）を表す。
【００３４】
このキャパシタ５００では、各フィンガは、５６のような「内部」端部つまり遮蔽されて内側に位置する端部および５７のような「外部」端部つまり遮蔽されずに外側に面している端部を有する。これらのフィンガ端部による静電容量は、各フィンガの形状が同一であり、また端子５２のフィンガがＬＦを超えて延出していることから、各フィンガについてほぼ同一である。式２において、Ｃ２はすべてのフィンガについて必ずしも同一ではないフィンガ端効果から生じているものであるため、図５の設計においてＣ２は無視できることが分かる。言い換えると、この設計における静電容量は以下の式を有する。
【００３５】
【数３】
2009540541.tif 000005
【００３６】
この静電容量は、オフセットがなく、ＮＦに比例する上述の望ましい特性を有する。したがって、図５に示されるキャパシタを用いて、複数のキャパシタ間の正確な整数比を有する静電容量比を実現できる。
【００３７】
端子５２のフィンガが延出部を有し、図２Ａの２５および２６のような端子５１による取り囲む部分がないことから、この構造体は、図２に比較して自己遮蔽の完全性は劣る。しかし、Ｌの値が最小限の金属寸法よりも極めて大きいため、これら自己遮蔽の不完全性は、比較的影響が小さく、また多くの用途では追加の遮蔽（図３および４に示されているような）または周囲の回路の注意深い配置によって、無害とされることができる。
【００３８】
図６は同様の特性を有する別のキャパシタ６００を示す。ここでもレイアウトは図２Ａと同様であり、Ｅ‐Ｅ’線から見た断面は、図２Ｂの断面と同一である。図２Ａの端子２１のフィンガによる取り囲む延長部は図６では省かれており、上側板および底側板６９は、端子６１のフィンガの先端と同一位置で終端する。図５と同様に、端子６２のフィンガ６２、６６および６７は、端子６１のフィンガの先端を超えてＬＥＸＴだけ延出している。ここで、ＬＥＸＴ＞ＬＦである。図５とは異なり、端子６２のフィンガ間の接続はこのキャパシタの上部で金属線６５によってなされる。また、フィンガ６３および６４、すなわち端子６１の内部フィンガは、例えば６８のようなバイアによって上側板および底側板に接続され、これら板は次に端子６１に接続される。外部端子６１のフィンガにも同様にバイアが設けられ、フィンガ当たりの整合された静電容量を保証する。
【００３９】
端子６２の外部フィンガの形状は内部フィンガとは異なるが、図６の端子６２のフィンガ端部の静電容量はほぼ同一である。したがって、図５と同様に、端子６１と６２との間の全体静電容量は式３に極めて優れた近似を示し、その結果、ＮＦに正確に比例する静電容量を提供する。この構造体も図２に比較して自己遮蔽の完全性は劣る。図５のキャパシタと同様に、Ｌが最小限の金属寸法よりも極めて大きい場合、この遮蔽の損失は小さく、同様の手段によって無害とされることができる。
【００４０】
図２、３および４のキャパシタ設計と同様に、図５および６（ならびに以下の図７、８および９）の設計も任意の数のフィンガを実現できる。
【００４１】
多くの用途では、共通端子の複数のキャパシタが必要とされる。全てではない、いくつかのこのようなキャパシタが、良好な整合性または正確な静電容量比を有する必要がある場合、図２から６で具体化されている概念を適用して、これらの要件を満たすと同時に、自己遮蔽も提供できる。図７Ａから７Ｃは、構成の組み合わせを提示する複数キャパシタのアレイの基本的概念を示す。特定の詳細事項は図８および９と共に以下に説明される。
【００４２】
図７Ａは、４つのキャパシタのアレイ７００の平面図である。キャパシタ７５および７６は全体を示すが、キャパシタ７７および７８は部分的にしか示していない。アレイ７００は、以下に説明されるとおり、追加キャパシタを用いて拡張できる。端子７２は４つのキャパシタ７５〜７８のすべてに共通である。端子７２は３つのフィンガ７２Ａ〜７２Ｃから構成され、４つのキャパシタすべてを介して延出し、図示のとおり連続していてもよい。つまり、フィンガ７２Ａ〜７２Ｃは、キャパシタ共通のフィンガを構成する。端子７２の３つのフィンガ間の接続はこの図には示されていないが、以下に説明される。図７Ｃはアレイ７００の構造体の回路図を示す。
【００４３】
キャパシタ７５をこの設計の代表として、Ｆ‐Ｆ’線に沿った断面図を図７Ｂに示す。この断面部分が図２Ｂの断面部分と同一であることが分かる。フィンガ７１Ａ〜７１Ｄおよび上側板および底側板７３Ａ、７３Ｂがバイア７４によってこのキャパシタの端子７１に接続されている。一方、フィンガ７２Ａ〜７２Ｃは端子７２を構成する。端子７１は外部端子であり、端子７２は内部端子である。この内部端子７２は、図２の端子２１と同様に、端子７１によって囲まれ、その結果、良好に遮蔽され極めて低い寄生容量を呈する。キャパシタ７５のフィンガに沿った方向の長さはＬ７５であり、ＮＦ＝３個のフィンガを有する。キャパシタ７６もキャパシタ７５と同一断面であり、またＮＦ＝３で、長さＬ７６である。
【００４４】
キャパシタ７５および７６（およびこのアレイ７００内の他のすべてのキャパシタ）は、長さＬＧの隙間によって分離されている。内部端子７２のフィンガはこれらの隙間を通じて連続しているが、すべての外部端子の金属は中断されている。内部端子と外部端子の間の電界が隙間に入り込むため、つまり電界が漏れるため、有効な電気的長さは、物理的な長さＬ７５、Ｌ７６などを超えてΔＬＦだけ増加する。ΔＬＦは、プロセスの特性、ならびにキャパシタのレイアウトに使用されるフィンガの幅、フィンガの間隔および隙間の長さの特性を示している。ＬＧは、最適には、キャパシタを製造するのに使用されるプロセスにおいて許可される最小限の金属空間である。フィンガの間隔およびＬＧの両方がプロセスによって許可される最小限の値と等しい場合、ΔＬＦはＬＧにほぼ等しく、ＬおよびＬＦとは無関係に、同一回路において異なるキャパシタ間でΔＬＦは良好に整合される。
【００４５】
キャパシタ７５の外部端子フィンガ（外部端子のフィンガ）７１Ｂ、７１Ｃおよび７１Ｄは、図示のように、バイアによって端子７１に接続されている。同一のバイアがフィンガ７１Ａに設けられていることから、バイアによって追加される小さい静電容量は各フィンガに対して同一である。この追加される静電容量は、フィンガの有効な電気的長さの僅かな増加分ΔＬＶと見なされる。
【００４６】
隙間およびバイアにおける電界が漏れること(漏れ電界)の総合的な影響は、以下の式で表わされる。
【００４７】
【数４】
2009540541.tif 000006
【００４８】
ただし、ＬＥＦＦは物理的長さＬのキャパシタの有効な電気的長さである。
【００４９】
有効な電気的長さを考慮することにより、キャパシタ７５および７６は、上述した種類の端効果をいずれも有さないと考えることができる。端子７２の各フィンガは、凸凹部分を有することなくキャパシタからキャパシタに連続する。端効果がないことにより、このようなキャパシタの静電容量は以下の式により与えられる。
【００５０】
【数５】
2009540541.tif 000007
【００５１】
この種類のキャパシタは、ＮＦを選択することにより、正確な離散値の静電容量比に設計できる。Ｌを選択することによって、フィンガ当たりの静電容量が選び出される。ΔＬは所与の製造プロセスについて一定していることから、様々なＬの値を採用することによって、高信頼性の静電容量比の正確性もまた得られる。Ｌは離散的ではなく連続的なパラメータであるため、非整数の静電容量比が可能となる。
【００５２】
ΔＬを最小限の金属間隔程度にすることにより、この設計は、良好な整合性および静電容量比の極めて小さいキャパシタ値を提供する。例として、０．１８マイクロメートル世代の典型的なＣＭＯＳプロセスでは、１％の静電容量比の正確性は、典型的には、５フェムトファラッド（ｆＦ）と小さいキャパシタにおいて得られる。
【００５３】
図７のキャパシタアレイの設計では、７０のような隙間は、外部端子７１、７９などによる端子７２の自己遮蔽の完全性を僅かに低減する。しかし、典型的なプロセスにおける金属の厚みはＬＧよりも大きいため、この影響は極めて小さい。図３および４に関連して説明した追加遮蔽、またはさらに隙間のみを覆う同様の部分的遮蔽は、端子７２に無視できる程度の寄生容量のみを追加するが、外部信号との結合を排除する。その結果、図７のキャパシタアレイの設計は、求められる、整合性および静電容量比の正確性の利点ならびに自己遮蔽の利点の両方を提供する。上述のとおり、この設計は、これらの利点を提供する１個、２個またはそれ以上のキャパシタを含むことで実現される。フィンガの数は異なるが、その他は図７と同様である複数のキャパシタのアレイを採用して、正確な離散値の静電容量比を備える一群のキャパシタを提供することができる。
【００５４】
図７Ａに示すようなキャパシタアレイを終端することは、端部ユニットに対して異なる設計を要求する。内部端子７２の個別のフィンガを接続することは、同様に個別の設計を要求する。これらの２つの特別な要件は、これら理想的なキャパシタに対して理想から外れる特性を与える。この理想から外れる特性は、式２または３（より理想的な式５から外れる）に従う静電容量をもたらすフィンガの端効果もしくは自己遮蔽の完全性の低減のいずれか、または両方の影響を含む。それにも関らず、多くの実際の設計では、このような理想から外れるキャパシタを７５および７６のような極めて良好な整合性のキャパシタセットと組み合わせて、無視できる程度の妥協で有効な機能を実行する。
【００５５】
図８Ａ、８Ｂおよび９Ａ〜９Ｃは、図７のキャパシタと同様のキャパシタアレイを終端するのに適するキャパシタを示している。上述のキャパシタと同様に、図示のフィンガの数は単に例示であり、ＮＦは１から要求される任意の数を範囲に含んでもよい。
【００５６】
図８Ａおよび８Ｂは、図７Ａのキャパシタと同様にアレイを終端するキャパシタ設計の例を示し、内部端子フィンガ（内部端子のフィンガ）を接続していない。図８Ａは終端キャパシタ設計を示し、端子８４が、共通端子７２（図７Ａ）のフィンガ７２Ａ〜７２Ｃを取り囲む（包囲する）多数のフィンガ８５にまで延びている。そして、フィンガ８５に連結された補助的フィンガが、フィンガ８５と共に内部端子フィンガを誘電体を介して包囲している。この設計はＮＦとの正確な比例関係（すなわち静電容量は式３に従う）に加えて、完全な自己遮蔽を提供する。このキャパシタは図２Ａのキャパシタの上端部分と類似している。
【００５７】
図８Ｂは、自己遮蔽の有効性を多少犠牲にするが、内部端子フィンガへの外部接続を可能にする、終端キャパシタ設計を示している。キャパシタ８６は図６のキャパシタの下端部分に類似し、また式３に従う。図７Ａに関連して説明したとおり、図示のバイア８８は、８１および８２のような孤立した（隔離された）外部端子フィンガを外部端子８３に接続するのに必要である。これらのバイアは、内部フィンガと外部フィンガの間に小さい静電容量（各内部端子フィンガに対して等しい）を加え、これによりＮＦに比例するＣを維持する。
【００５８】
図９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、図７Ａのアレイ７００のようなキャパシタアレイを終端することと、内部端子フィンガ間の接続を提供することとの両方に役立つ設計を示す。図９Ａは、図５のキャパシタの下側端部と同様のキャパシタ９４を示しており、内部フィンガはＬＦを超えて延出している。図５の設計のように、式３に従って、静電容量はＮＦに正確に比例する。同様に、ＮＦの比例関係のために自己遮蔽性を多少犠牲にする。内部端子フィンガの延長された領域およびこれらの間の接続９１は、外部端子によって遮蔽されない。図８Ｂのキャパシタと同様に、図９Ａのキャパシタは、孤立した外部端子フィンガに接続するためのバイアを有し、内部端子フィンガごとに小単位の静電容量を加える。
【００５９】
図９Ｂは図２Ａのキャパシタの下端部分と同様の終端キャパシタ設計を示す。図２Ａと同様に、ほぼ完全な自己遮蔽を提供する。キャパシタ９５は、定数項Ｃ２を含む、式２に従う静電容量を有する。したがってこの設計では、ＣはＮＦに正比例しない。この設計は、共通端子７２のフィンガを接続する線９３と、孤立した外部端子フィンガを接続する、図８Ｂに関連して説明したのと同様のバイアとを有する。
【００６０】
図９Ｃは、図６のキャパシタの下端部分の概念と同様である、終端キャパシタ設計を示す。キャパシタ９６は式３に従い、静電容量がＮＦに比例しながら、内部端子フィンガを接続している。端子７２のフィンガ間の接続９２と、端子９７の孤立したフィンガへの接続を提供するバイアとは両方とも、キャパシタ９６に対する式３におけるＣｌ項に寄与する。図９Ａの設計と比較すると、このキャパシタは自己遮蔽領域内の内部端子フィンガ間の接続９２を提供し、その結果、遮蔽されていない寄生容量を低減する。しかし、内部端子フィンガがＬＦを超えて延出しているため、この設計の自己遮蔽は、図９Ｂのキャパシタ９５に比較して完全性が劣る。
【００６１】
本発明は、本発明の好ましい実施形態に関連して詳細に示され説明されているが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部に様々な変更が可能であることは理解されるであろう。
【符号の説明】
【００６２】
２１（３１，５１，６１，７１）  第１端子
２２（３２，５２，６２，７２）  第２端子
２３，２４（３３，３４）        金属板
【図１Ａ】
2009540541.tif 000008
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
2009540541.tif 000010
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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