(57)【要約】  集積回路の中にキャパシタを作製する方法。本発明の基本形態にかかるキャパシタは、容量を増大させるために強いフリンジング電界を利用する。これは平面に平行な平板ではなくて、集積回路の中の２つの面の間に垂直な、重畳している導電性電極を持ったキャパシタを作製することによって達成される。本発明のキャパシタは水平な平板、すなわち平行な平板を付加的に備えていてもよい。本方法によるキャパシタも開示されている。
2007521638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップの第１の平面内にある第１の導電性接続点と該チップの第２の平面内にある第２の導電性接続点との間に容量を形成するオンチップキャパシタの配置方法であって、
前記第１の導電性接続点から前記第２の平面へ向けて、第３の平面まで延伸している第１のタイプの導電性延伸部を少なくとも１つ作製する工程と、
前記第２の導電性接続点から前記第１の平面へ向けて、第４の平面まで延伸している第２のタイプの導電性延伸部を少なくとも１つ作製する工程と、を備え、
前記第４の平面は前記第１の平面と前記第２の平面との間に位置し、前記第３の平面は前記第４の平面と前記第２の平面との間に位置し、
前記第１のタイプの導電性延伸部と前記第２のタイプの導電性延伸部とは誘電体を介して隔離され、該延伸部間には電界が形成されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のタイプの導電性延伸部を複数個作製する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２のタイプの導電性延伸部を複数個作製する工程を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の平面は第１の金属層の一方の面であり、前記第２の平面は第２の金属層の一方の面であり、該第１と第２の金属層は異なる金属層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第３と第４の平面は第３の金属層の異なる面であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第３の平面は第３の金属層の一方の面であり、前記第４の平面は第４の金属層の一方の面であり、該第３と第４の金属層は異なる金属層であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のタイプの導電性延伸部を金属層から分岐させ、前記第１のタイプの導電性延伸部を金属層で終端させる工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のタイプの導電性延伸部を少なくとも更に１つの金属層を通して延伸させる工程を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２のタイプの導電性延伸部を金属層から分岐させ、前記第２のタイプの導電性延伸部を金属層で終端させる工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のタイプの導電性延伸部を少なくとも更に１つの金属層を通して延伸させる工程を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
導電板を備えるチップ上の前記第１の平面内にある前記第１の導電性接続点を延伸させる工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
導電板を備えるチップ上の前記第２の平面内にある前記第２の導電性接続点を延伸させる工程を更に備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ１つ以上と、他の受動素子の少なくとも１つとを配列して共振回路を作製する工程を備えることを特徴とするオンチップ共振回路の作製方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ１つ以上を伝送線路の中に配列する工程を備えることを特徴とするオンチップ伝送線路の作製方法。
【請求項１５】
チップの第１の平面内にある第１の導電性接続点と該チップの第２の平面内にある第２の導電性接続点との間に容量を形成するオンチップキャパシタであって、
前記第１の導電性接続点から前記第２の平面へ向けて、第３の平面まで延伸している、少なくとも１つの第１のタイプの導電性延伸部と、
前記第２の導電性接続点から前記第１の平面へ向けて、第４の平面まで延伸している、少なくとも１つの第２のタイプの導電性延伸部と、を備え、
前記第４の平面は前記第１の平面と前記第２の平面との間に位置し、前記第３の平面は前記第４の平面と前記第２の平面との間に位置し、
前記第１のタイプの導電性延伸部と前記第２のタイプの導電性延伸部とは誘電体を介して隔離され、該延伸部間には電界が形成されていることを特徴とするオンチップキャパシタ。
【請求項１６】
前記第１のタイプの導電性延伸部を複数個更に備えることを特徴とする請求項１５に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項１７】
前記第２のタイプの導電性延伸部を複数個更に備えることを特徴とする請求項１５または１６に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項１８】
前記第１の平面は第１の金属層の一方の面であり、前記第２の平面は第２の金属層の一方の面であり、前記第１と第２の金属層は異なる金属層であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項１９】
前記第３と第４の平面は第３の金属層の異なる面であることを特徴とする請求項１８に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２０】
前記第３の平面は第３の金属層の一方の面であり、前記第４の平面は第４の金属層の一方の面であり、該第３と第４の金属層は異なる金属層であることを特徴とする請求項１８に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２１】
前記第１のタイプの導電性延伸部が金属層から発生し、金属層で終端していることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２２】
前記第１のタイプの導電性延伸部が少なくとも更に１つの金属層を通して延伸していることを特徴とする請求項２１に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２３】
前記第２のタイプの導電性延伸部が金属層から分岐し、金属層で終端していることを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２４】
前記第２のタイプの導電性延伸部が少なくとも更に１つの金属層を通して延伸していることを特徴とする請求項２３に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２５】
チップ上の前記第１の平面内にある前記第１の導電性接続点が導電板を備えることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２６】
チップ上の前記第２の平面内にある前記第２の導電性接続点が導電板を備えることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタ。
【請求項２７】
請求項１５乃至２６のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタを１つ以上備えることを特徴とするオンチップ共振回路。
【請求項２８】
請求項１５乃至２６のいずれか１項に記載のオンチップキャパシタを１つ以上備えることを特徴とするオンチップ伝送線路。
【請求項２９】
請求項２８に記載の伝送線路を備える伝送線路部品であって、共振器、マッチングネットワーク、またはパワースプリッタであることを特徴とする伝送線路部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はキャパシタ、特にサブミクロンＣＭＯＳ技術による集積回路におけるキャパシタ、共振器、及びフィルタに関し、より具体的には単位面積当たりの容量の大きいシリコンチップを作製する方法と、上記方法を用いて作製されるキャパシタ，共振器，及び伝送線路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波領域及びそれ以上の高周波回路として集積回路を用いることが望まれている。速度／周波数を上昇させるには、ＣＭＯＳと関連する技術において特徴的な寸法であるゲート長を現在の１．０μｍよりもずっと小さくすることが必要である。この場合、シリコンチップの単位面積当たりの価格、すなわち＄／ｍｍ２が劇的に増大することとなる。
【０００３】
従来より、ＣＭＯＳやバイポーラといった高集積密度で低価格の標準的なシリコン技術を利用することが試みられてきた。そのようなシリコン技術は１０−２０Ω−ｃｍ以下という低抵抗率を有するものである。そのようなシリコンをマイクロ波集積回路、たとえば高速ディジタル集積回路の作製に使用する場合、低抵抗率シリコン基板に関係する受動素子の高損失性が問題となる。受動素子とは、たとえば、伝送線路、配線、インダクタ、およびキャパシタなどである。
【０００４】
従来から２つの異なるタイプのオンチップキャパシタが標準的なシリコン技術に用いられてきた。第１のタイプは標準的なシリコン集積回路に用いられる金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）キャパシタで、キャパシタ電極板の厚さが薄く、かつ伝導率が低いため、高い損失と低い自己共振周波数とを持つ。ＭＩＭキャパシタは信頼性に問題があるといわれている。第２のタイプは金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属（ＭＩＭＩＭ）キャパシタであるが、同様の欠点を持っている。ＣＭＯＳやバイポーラのような集積回路において、とくに低抵抗率の集積回路におけるキャパシタの作製法には改善すべき余地が残されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的はキャパシタを作製する方法を規定することであり、上記欠点を克服するキャパシタを規定することである。
【０００６】
本発明の他の目的は必要面積が最小となるキャパシタを作製する方法を規定することであり、その様なキャパシタを規定することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は伝送線路のような受動素子を作製する方法を規定することであり、低損失の伝送線路などの受動素子を規定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、本発明に従って集積回路の中にキャパシタを作製する方法によって達成される。本発明の基本形態によれば、上記キャパシタは容量を大きくするために強いフリンジング電界を利用する。これは集積回路の２つの平面間に、平面に平行な平板ではなく、垂直な、重畳部分を持つ導電性電極を持ったキャパシタを作製することによって達成できる。本発明によるキャパシタは水平な、すなわち平行な平板を更に備えていてもよい。上記方法によるキャパシタもまた開示される。
【０００９】
上記の目的は、オンチップキャパシタを配置する方法によっても達成される。上記オンチップキャパシタは上記チップの第１の平面内にある第１の導電性接続点と、上記チップの第２の平面内にある第２の導電性接続点との間で容量を形成する。本発明によれば、上記の方法は、少なくとも１つの第１のタイプの導電性延伸部を上記第１の導電性接続点から上記第２の平面の方向へ第３の平面まで形成する工程を備える。上記第１のタイプの延伸部は常に上記第１の平面より分岐して、上記第２の平面へ向かって延伸している。上記方法は、少なくとも１つの第２のタイプの導電性延伸部を上記第２の導電性接続点から上記第１の平面に向かって第４の平面まで形成する工程を更に備える。上記第２のタイプの延伸部は常に上記第２の平面から分岐して上記第１の平面に向かって延伸している。上記第４の平面は上記第１の平面と上記第２の平面との間に位置する。上記第３の平面は上記第４の平面と上記第２の平面との間に位置する。上記第１の導電性延伸部と上記第２の導電性延伸部とは誘電体を介して隔離され、これにより上記導電性延伸部間には電界が形成される。上記導電性延伸部はこのように重畳部分を持っていて、適当に接近しているが、所定の距離だけ離れているので、上記誘電体が放電したり絶縁破壊を起こしたりすることはない。好適例では、上記第１及び第２のタイプの延伸部はその分岐点となっている平面の法線に対して略平行に伸びている。
【００１０】
好適例においては、本方法は上記第１及び／または第２のタイプの導電性延伸部を更に複数個備えている。この場合には、上記第１及び第２の導電性接続点はそれぞれ、導電領域の形をとるのがよい。上記第１の平面は第１の金属層の一方の面であり、上記第２の平面は上記第１の金属層とは異なる第２の金属層の一方の面であってもよい。ある変形例によれば、上記第３及び第４の平面は第３の金属層の異なる面であってもよい。他の変形例によれば、上記第３の平面は第３の金属層の一方の面であり、上記第４の平面は上記第３の金属層とは異なる第４の金属層の一方の面であってもよい。
【００１１】
上記方法の或る変形例では、上記方法は上記第１及び／または第２のタイプの導電性延伸部を１つの金属層からスタートさせ、上記第１及び／または第２のタイプの導電性延伸部を１つの金属層にて終端させる工程を更に備える。この例では、上記方法は上記第１のタイプの導電性延伸部を更なる少なくとも１つの金属層を通して延伸させる工程を更に備えることが好適である。
【００１２】
上記キャパシタの容量を増大させるために、本方法は、チップ上の上記第１の平面にある上記第１の導電性接続点を導電板形成のために延伸する工程を備え、及び／または上記チップ上の上記第２の平面にある上記第２の導電性接続点を導電板形成のために延伸する工程を更に備えるのが好適である。
【００１３】
上記導電性延伸部は中実または中空の貫通孔として作製するのが好適である。
【００１４】
本発明による上記様々な方法の特徴のうちの１つ以上を、それらの特徴が相互に矛盾しない範囲で、任意の態様で組み合わせることができる。
【００１５】
上記の目的はオンチップ共振回路を作製する方法によって達成することもできる。この方法は、上記方法のうちの任意の１つの方法によって作製される１つ以上のキャパシタと、少なくとも１つの他の受動素子とを配置して共振回路を作製する工程を備える。
【００１６】
上記の目的はオンチップ伝送線路を作製する方法によって達成することもできる。この方法は、上記方法のうちの任意の１つの方法によって作製される１つ以上のキャパシタを伝送線路に配置する工程を備える。
【００１７】
上記の目的は、本発明によれば、上記チップ上の第１の平面にある第１の導電性接続点と、上記チップ上の第２の平面にある第２の導電性接続点との間に容量を有するオンチップキャパシタによって達成することもできる。本発明によれば上記オンチップキャパシタは、上記第１の導電性接続点から上記第２の平面へ向けて、第３の平面まで延伸している第１のタイプの導電性延伸部を少なくとも１つ備えている。上記第１のタイプは必ず上記第１の平面から分岐して上記第２の平面へと延伸している。上記オンチップキャパシタは更に、上記第２の導電性接続点から上記第１の平面へ向けて、第４の平面まで延伸している第２のタイプの導電性延伸部を少なくとも１つ備えている。上記第４の平面は上記第１の平面と上記第２の平面との間に位置している。上記第３の平面は上記第４の平面と上記第２の平面との間に位置している。上記第１の導電性延伸部と上記第２の導電性延伸部とは誘電体を介して絶縁されており、これにより該延伸部間には電界が形成される。上記第１及び第２のタイプの延伸部はそれらが延伸し始める平面の法線に対してほぼ平行に延伸しているのが好適である。
【００１８】
上記オンチップキャパシタはさらに、上記第１及び／または第２のタイプの導電性延伸部を複数個備えるのが好適である。この場合、上記第１及び第２の導電性接続点はそれぞれ導電領域の形態をとるのがよい。上記第１の平面は第１の金属層の一方の面であり、上記第２の平面は、第１の金属層とは別の第２の金属層の一方の面であってもよい。いくつかの実施例においては、第３と第４の平面は、第３の金属層の異なる面であってもよい。他の実施例においては、上記第３の平面は第３の金属層の一方の面であり、上記第４の平面は第３の金属層とは別の第４の金属層の一方の面であってもよい。
【００１９】
いくつかの実施例においては、上記第１及び／または第２のタイプの導電性延伸部は金属層から分岐して金属層で終端するのが好適である。これら実施例のうちのいくつかにおいては、上記第１及び／または第２のタイプの導電性延伸部は少なくとも１つの更なる金属層を通って延伸しているのが好適である。
【００２０】
いくつかの実施例においては、チップの第１の平面にある上記第１の導電性接続点は導電板を備えていてもよい。いくつかの、または他の実施例においては、チップの第２の平面にある第２の導電性接続点は導電板を備えていてもよい。
【００２１】
上記導電性延伸部は中実または中空の貫通孔であるのが好適である。
【００２２】
本発明によるオンチップキャパシタの上記種々の実施例の特徴は相互に矛盾が生じない限りにおいて、組み合わせて、どのような態様をとることもできる。
【００２３】
上記の目的はまた、本発明によれば、上記実施例のいずれか１つに記載のキャパシタを１つ以上備えている共振回路をもつオンチップ共振回路によって達成される。
【００２４】
上記の目的はまた、本発明によれば、上記実施例のいずれか１つに記載のキャパシタを１つ以上備えている伝送線路をもつオンチップ伝送線路によって達成される。
【００２５】
上記の目的はまた、本発明によれば、上記実施例のいずれか１つに記載の伝送線路を備えている、共振器、マッチングネットワーク、またはパワースプリッタなどのような伝送線路部品によって達成される。
【００２６】
本発明によるオンチップキャパシタ、伝送線路及び他の受動素子を作製する方法とその実施例を提供することによって、先行技術の方法や部品では得ることのできない複数の利点を得ることができる。本発明の主な目的はサブミクロンＣＭＯＳおよびバイポーラシリコンプロセスと相性のいい高密度高Ｑキャパシタ、共振器、及び関連するマイクロ波部品を設計する新手法を提案することである。本発明によれば、これは多層シリコンの処理において主に貫通孔を利用することによって、貫通孔及び任意の平板間において強いフリンジング電界を発生させ、これにより単位面積当たりの容量を増大させることで実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明により上記の方法とデバイスを明らかにするために、その利用例のいくつかを図１−８を用いて説明する。
【００２８】
図１は第１の平板１１０と第２の平板１２０からなる平板キャパシタの一例を示す。上記平板１１０、１２０は、所定の距離１５０だけ離れている。上記平板１１０、１２０間の上記空間は、空気のような気体や真空または固体材料からなる誘電体を備えている。上記平板間の容量は、上記平板１１０、１２０の面積、上記平板１１０、１２０間の距離１５０及び上記平板１１０、１２０間の空間内の誘電体１００により決まる。
【００２９】
上記のようなオンチップキャパシタを作製する方法はいくつかある。図１ＢはＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）集積化平板キャパシタを示す。オンチップキャパシタはシリコンウェーハの上に作製され、シリコンウェーハ上において、いくつかの金属層１１０、１２１、１２２が誘電体を中に挟んだ形で構築される。ＭＩＭ型のキャパシタは２つの特別に作られた薄い金属平板１７１、１７２を備え、その間に容量が形成される。各特別な金属平板１７１、１７２は対応する普通の金属層部１２１、１２２へ繋がる貫通孔１６１、１６２を備えている。図１Ｃはオンチップキャパシタの更に別のタイプを示す。図１ＣはＭＩＭＩＭ（金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属）集積化平板キャパシタを示す。ＭＩＭＩＭ集積化平板キャパシタはＭＩＭ型のような特別な金属平板を必要とはしない。ＭＩＭＩＭ型キャパシタはシリコンウェーハ１０５の上面に誘電体１００をはさみこむ形で上記平板を作るために、通常の金属層１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２を利用する。ＭＩＭＩＭも所望の容量を実現するために比較的大きな面積を必要とするという難点がある。
【００３０】
キャパシタ平板が向かい合う面上にではなく、同一面上に近接して配置されるという、全く異なるタイプのキャパシタが提案されている。図２はそのようなキャパシタ、すなわち交差指型状のキャパシタの構成を示す上面図である。交差指型状のキャパシタは金属層の第１の部分２１１と同じ金属層の第２の部分２１２とを備える。容量は、近接した小型平板を構成する上記平板／フィンガーの側面よってその一部が形成され、他は上記平板／フィンガー間のフリンジング電界によって形成される。この形のキャパシタは単一の金属層の中に作られるという利点がある一方、相対的に大きな表面積を必要とする。
【００３１】
本発明は限られた表面積内に最適なキャパシタを作製することである。これは、容量が形成される深さ方向において、間に電界が形成される面を形成することで達成される。図３Ａは本発明によるキャパシタ構造の１つの基本実施例の側面図を示している。上記基本実施例は、第１の平面の一部に第１の導電性接続点を有する第１の金属層３１０と、第２の平面の一部に第２の導電性接続点を有する第２の金属層３２０とを備えた単純なチップ構造を示している。上記第１の金属層３１０と第２の金属層３２０は所定の距離３００だけ離れている。本発明によれば、上記キャパシタ構造は上記第１の導電性接続点３１０から上記第２の平面へ向けて延伸する、少なくとも１つの第１のタイプの導電性延伸部３６５と、上記第２の導電性接続点３２０から上記第１の平面へ向けて延伸する、少なくとも１つの第２のタイプの導電性延伸部３６６と、を備える。上記導電性延伸部３６５と３６６は所定の距離３５２だけ離れており、延伸方向に所定の距離３５４だけ重畳部分をもっている。本発明によれば、容量は、上記金属層３１０、３２０の平面にほぼ直角に延伸している上記導電性延伸部３６５、３６６の間に形成される。延伸部の断面積が大きいほど、延伸部の重畳部分が長いほど、延伸部が互いに近接しているほど、上記第１と第２の導電性接続点間における容量は大きくなる。
【００３２】
上記金属層は第１及び第２の導電性接続点３１０、３２０を提供するだけでなく、容量を増大させるために導電性平面としても機能させるほうが有利である。図３Ｂは上記導電性延伸部３６５、３６６に加えて、更にキャパシタ平面／導電性平面３１５、３２５を持つ、本発明によるキャパシタ構造の１つの好適な基本実施例の側面図である。実現される容量は、前に説明したように、上記誘電体３００、上記キャパシタ平板の有効面積、及びその間の実効的距離に依存する。本発明によれば上記導電性延伸部３６５、３６６はチップ構造へ向かって延伸しているキャパシタ平板を形成している。上記導電性延伸部３６５、３６６から得られる上記実効キャパシタ平板面積は上記延伸部の形状と重畳部分の重なり３５４の量とに依存する。図３Ｂに示すように、実現される全容量は主に、第１及び第２の導電性平板３１５、３２５間の容量性結合３９１、上記第２の導電性延伸部３６６と上記第１の導電性平板３１５との間の容量性結合３９３、上記第１のタイプの導電性延伸部３６５と第２のタイプの導電性延伸部３６６との間の容量性結合３９４、および上記第１のタイプの導電性延伸部３６５と上記第２の導電性平板３２５との間の容量性結合３９５の組み合わせによって得られる。
【００３３】
図３Ｃは本発明によるキャパシタの、図３ＢのＡ−Ａで切断した断面図を示しており、第１の導電性平板３１５上には、第１の導電性延伸部３６５と第２の導電性延伸部の１断面の第１の例が示されている。本発明は特別なタイプの断面または断面積に依存するものでもなく、それにだけ制限されるものでもなく、また、第１と第２のタイプの導電性延伸部は同一種の断面または断面積を持つ必要もない。図３Ｄは第１の導電性平板３１５及び第２の導電性平板３２５と、第１のタイプの導電性延伸部３６５及び第２のタイプの導電性延伸部３６６とを有する、本発明の好適な基本実施例のキャパシタ構造の３次元図を示している。図３Ｅは第１の導電性平板上の別形態の導電性延伸部３６５、３６６を示す断面図である。
【００３４】
集積回路の２つの金属層間に導電性延伸部を作製することは困難であり、費用がかかるため、通常は本発明を実行するための好適な方法ではない。本発明を作製する方法としては、上記導電性延伸部を貫通孔の形で作製する方法が好適である。貫通孔は充填してもよいし、すなわち固体であってもよいし、中空すなわち導電性の管形状であってもよい。図４Ａは３つの金属層チップ構造からなる、本発明による好適な基本キャパシタ構造の側面図を示している。このコンパクトな構造は、第１の導電板を備えた第１の金属層４１６と第２の導電板を備えた第３の金属層４３６との間の誘電体４００と、第２の金属層４２６、４２７の貫通孔の終端部として機能する部分とを備えている。上記第１と第２のタイプの導電性延伸部はこのように、少なくとも一部は金属層間の貫通孔である。この例では、第１のタイプの導電性延伸部は、第１の金属層４１６及び第２の金属層４２６の間にある貫通孔４６５と、貫通孔４６５の終端部である第２の金属層４２６の一部とを備えている。第２のタイプの導電性延伸部は、第２の金属層４２６及び第３の金属層４３６の間にある貫通孔４６６と、貫通孔４６６の終端部である第２の金属層４２７の一部とを備えている。この例では、上記容量は主に、第１の導電板４１６と第２の導電板４３６との間の容量性結合４９１と、上記第２の導電性延伸部の第２の金属層４２７と第１の導電板４１６との間の容量性結合４９３と、重畳部分の第１及び第２の導電性延伸部間の、この例では上記第１及び第２の導電性延伸部の上記貫通孔が終端する第２の金属層４２６、４２７間の容量性結合と、上記第１の導電性延伸部の第２の金属層４２６と第２の導電板４３６との間の容量性結合とによって得られる。
【００３５】
図４Ｂは図４Ａの中間金属層に沿った断面図を示しており、同図には、上記第１の導電性延伸部の第２の金属層部４２６と、上記第２の導電性延伸部の第２の金属層部４２７と、上記第１の導電性延伸部の貫通孔部４６５と、上記第２の導電性延伸部の貫通孔部４６６が示されている。
【００３６】
本発明はチップ構造が備える金属層の数に制限を加えるものではない。図４Ｃは４金属層チップ構造中の本発明によるキャパシタ構造の側面図を示している。前と同様に、上記構造は第１の金属層４１８と、中間の金属層、この例では第２の金属層４２８、４２９と第３の金属層４３８、４３９と、最後の金属層である第４の金属層４４８と、これら金属層間にある誘電体４００とを備えている。第１の金属層４１８と最後の金属層、すなわち第４の金属層４４８はキャパシタ接続のための導電性接続点を提供しているのに加えて、容量を増加させるための導電板を備えている点に特徴がある。この例では第１のタイプの導電性延伸部は第１の金属層４１８と第２の金属層４２８との間の第１の貫通孔４６５と、第１の貫通孔４６５が終端する第２の金属層４２８の部分と、第２の金属層４２８と第３の金属層４３８との間の第２の貫通孔４６７と、第２の貫通孔４６７が終端する第３の金属層４３８とを備えている。第２のタイプの導電性延伸部は第３の金属層４３９と第４の金属層４４８との間の第１の貫通孔４６６と、第１の貫通孔４６６が終端する第３の金属層４３９の部分と、第２の金属層４２９と第３の金属層４３９との間の第２の貫通孔４６８と、第２の貫通孔４６８が終端する第２の金属層４２９とを備えている。他の金属層を導入することにより、第１及び第２のタイプの上記導電性延伸部の重畳部分が、第２の貫通孔４６７、４６８に加えて第２の金属層４２８、４２９と第３の金属層４３８、４３９の分だけ増加する。これによりキャパシタの効率が劇的に増加する。
【００３７】
上述したように、本発明は第１及び第２のタイプの導電性延伸部に関して特定の数に制限されるものではない。図５Ａは４金属層チップ構造における本発明による、より複雑なキャパシタ構造の側面図である。この構造は４金属層５１１、５２１、５２２、５３１、５３２、５４１と、貫通孔５６１、５６２、５７２、５７３と充填材の誘電体５００とを持っている点において図４Ｃの構造と同様である。しかしながら図５Ａに示す構造は第１及び第２のタイプの導電性延伸部を複数有している。
【００３８】
図５Ａの側面図のそれぞれの位置によって、異なる多くのキャパシタ配置を表すことができる。上記第１及び第２のタイプの導電性延伸部は平均して分布されており、直線的に配置されたり、円状に配置されたりといったように、任意の形に配置される。配置の差異はたとえば遮蔽目的によるものであったり、空間制限によるものであったりする。図５Ｂから５Ｄは図５Ａの中間金属層のひとつに沿った断面図であり、上記導電性延伸部の異なった配置での一例を示している。配置を的確に同定できるように、図５Ｂから５Ｄは第１のタイプの導電性延伸部の第１の貫通孔５６１と、上記第１のタイプの導電性延伸部の貫通孔にとっての中間終端として機能する第２の金属層５２１と、さらに第２のタイプの導電性延伸部の第２の貫通孔５７２と、上記第２のタイプの導電性延伸部の貫通孔にとっての終端として機能する第２の金属層５２２とを示している。
【００３９】
図６Ａと６Ｂは導電性延伸部の更に異なる配置の一例の断面図である。同図には、上述と同様に、第１のタイプの導電性延伸部の第１の貫通孔６６１と、上記第１のタイプの導電性延伸部の貫通孔にとっての中間終端として機能する第２の金属層６２１とが示され、さらに第２のタイプの導電性延伸部の第２の貫通孔６７２と、上記第２のタイプの導電性延伸部の貫通孔にとっての終端として機能する第２の金属層６２２とが示されている。
【００４０】
本発明によれば、上記構造の部分を、他の受動素子及び能動素子を作製するために利用することができる。図７Ａと７Ｂは本発明にかかる構造中に設けた共振回路の例を示す。基本的には第１の貫通孔７６１によって第１の金属層７１１に接続した上記第２の金属層にＲＬ素片７８１を加える。上記ＲＬ素片７８１は、第３の貫通孔７７３と、第３の金属層７３１と、第２の貫通孔７７２を通して第４の金属層７４１にも接続される。上記第２の金属層７２２と第３の金属層７３２は第１及び第２のタイプの導電性延伸部を形成する貫通孔の終端または中間終端を形成する。
【００４１】
キャパシタを形成する本発明にかかる構造は、伝送線路に用いるのが有利であり、その可能性が一層広がる。伝送線路の特性インピーダンス、すなわち単位長あたりのインピーダンスは、特性インダクタンスに正比例し、特性容量に反比例する。ということは、特性インダクタンスが増加すると特性インピーダンスが増加し、特性容量が増加すると特性インピーダンスが減少する。電気的長さは特性インダクタンスに正比例し、特性容量に正比例する。ということは、特性インダクタンスの増加は電気的長さを増加させることとなり、特性容量の増加は電気的長さを増加させることになる。伝送線路の特性容量を制御できるということは、更に、このように固有の特性を持った伝送線路を形成するときに有力な手法となる。図８は本発明にかかる伝送線路構造を示しており、第１の導電性延伸部８６５が第１の金属細片８８６に沿って少なくともほぼ等間隔に配置され、第２の導電性延伸部８６６が第２の金属細片８８４に沿って少なくともほぼ等間隔に配置されている。第１の導電性延伸部８６５と第２の導電性延伸部８６６との間には容量性結合が存在する。上記伝送線路の特性容量はこれにより増大させたり制御したりすることができる。
【００４２】
まとめとして、本発明は基本的には効率のよいオンチップキャパシタを提供する方法として記述できる。少なくとも２つの金属層平面から少なくともほぼ垂直に延伸し、間に誘電体を挟んでいる導電性延伸部を作り、その間に容量性結合を作ることによって達成される。本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、付記した特許請求の範囲の技術範囲内で変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】平板キャパシタの一例を示す図である。
【図１Ｂ】ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）集積化平板キャパシタを示す図である。
【図１Ｃ】ＭＩＭＩＭ（金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属）集積化平板キャパシタを示す図である。
【図２】交差指型状のキャパシタ構図を示す図である。
【図３Ａ】本発明によるキャパシタ構造の一基本実施例の側面図である。
【図３Ｂ】本発明によるキャパシタ構造の好適な一基本実施例の側面図である。
【図３Ｃ】本発明によるキャパシタ構造の、図３ＢのＡ−Ａで切断した断面図である。
【図３Ｄ】本発明によるキャパシタ構造の好適な一基本実施例の３次元図である。
【図３Ｅ】導電性延伸部の別形態の断面図である。
【図４Ａ】３金属層構造の、本発明の好適な基本キャパシタ構造の側面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの中間金属層に沿った断面図である。
【図４Ｃ】４金属層チップ構造の、本発明によるキャパシタ構造の側面図である。
【図５Ａ】４金属層チップ構造の、本発明によるより複雑なキャパシタ構造の側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの中間金属層の１つに沿った断面図であって、導電性延伸部の異なる配置例を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ａの中間金属層の１つに沿った断面図であって、導電性延伸部の異なる配置例を示す図である。
【図５Ｄ】図５Ａの中間金属層の１つに沿った断面図であって、導電性延伸部の異なる配置例を示す図である。
【図６Ａ】導電性延伸部の更に異なる配置例の断面図である。
【図６Ｂ】導電性延伸部の更に異なる配置例の断面図である。
【図７Ａ】本発明にかかる一構造の共振回路の例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明にかかる一構造の共振回路の例を示す図である。
【図８】本発明にかかる伝送線路を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００（図１Ａ）  誘電体
１１０（図１Ａ）  第１の平板
１２０（図１Ａ）  第２の平板
１５０（図１Ａ）  第１と第２の平板間の距離
１００（図１Ｂ）  誘電体
１０５（図１Ｂ）  シリコンウェーハ
１１０（図１Ｂ）  第１の、普通の金属層
１２１（図１Ｂ）  第２の、普通の金属層の第１の部分
１２２（図１Ｂ）  第２の、普通の金属層の第２の部分
１６１（図１Ｂ）  第２の、普通の金属層の第１の部分と第１の特別な薄膜金属平板の間の貫通孔
１６２（図１Ｂ）  第２の、普通の金属層の第２の部分と第２の特別な薄膜金属平板の間の貫通孔
１７１（図１Ｂ）  第１の特別な薄膜金属平板
１７２（図１Ｂ）  第２の特別な薄膜金属平板
１００（図１Ｃ）  誘電体
１０５（図１Ｃ）  シリコンウェーハ
１１１（図１Ｃ）  第１の金属層の第１の部分
１１２（図１Ｃ）  第１の金属層の第２の部分
１２１（図１Ｃ）  第２の金属層の第１の部分
１２２（図１Ｃ）  第２の金属層の第２の部分
１３１（図１Ｃ）  第３の金属層の第１の部分
１３２（図１Ｃ）  第３の金属層の第２の部分
２１１（図２）  金属層の第１の部分
２１２（図２）  金属層の第２の部分
３００（図３Ａ）  誘電体
３１０（図３Ａ）  第１の金属層、第１の平面内の第１の導電性接続点
３２０（図３Ａ）  第２の金属層、第２の平面内の第２の導電性接続点
３５２（図３Ａ）  第１導電性延伸部と第２導電性延伸部間の距離
３５４（図３Ａ）  第１導電性延伸部と第２導電性延伸部間の重畳部分の距離
３６５（図３Ａ）  第１の導電性接続点から第２の平面へ伸びる第１の導電性延伸部
３６６（図３Ａ）  第２の導電性接続点から第１の平面へ伸びる第２の導電性延伸部
３００（図３Ｂ）  誘電体
３１５（図３Ｂ）  第１の金属層、第１の平面内の第１の導電板
３２５（図３Ｂ）  第２の金属層、第２の平面内の第２の導電板
３６５（図３Ｂ）  第１の導電性接続点から第２の平面へ伸びる第１の導電性延伸部
３６６（図３Ｂ）  第２の導電性接続点から第１の平面へ伸びる第２の導電性延伸部
３９１（図３Ｂ）  第１の導電板と第２の導電板間の容量性結合
３９３（図３Ｂ）  第２の導電性延伸部と第１の導電板間の容量性結合
３９４（図３Ｂ）  第１の導電性延伸部と第２の導電性延伸部間の容量性結合
３９５（図３Ｂ）  第１の導電性延伸部と第２の導電板間の容量性結合
３１５（図３Ｃ）  第１の導電板
３６５（図３Ｃ）  第１の導電性延伸部の断面
３６６（図３Ｃ）  第２の導電性延伸部の断面
３１５（図３Ｄ）  第１の導電板
３２５（図３Ｄ）  第２の導電板
３６５（図３Ｄ）  第１の導電性延伸部
３６６（図３Ｄ）  第２の導電性延伸部
３１５（図３Ｅ）  第１の導電板
３６５（図３Ｅ）  第１の導電性延伸部の他の形態の断面
３６６（図３Ｅ）  第２の導電性延伸部の他の形態の断面
４００（図４Ａ）  誘電体
４１６（図４Ａ）  第１の金属層、第１の導電板
４２６（図４Ａ）  第２の金属層の１部、第１の金属層／第１の導電板から伸びている貫通孔の終端部
４２７（図４Ａ）  第２の金属層の１部、第３の金属層／第２の導電板から伸びている貫通孔の終端部
４３６（図４Ａ）  第３の金属層で第２の導電板
４６５（図４Ａ）  第１の導電性延伸部の１部、第１の金属層と第２の金属層の間の貫通孔
４６６（図４Ａ）  第２の導電性延伸部の１部、第２の金属層と第３の金属層の間の貫通孔
４９１（図４Ａ）  第１の導電板と第２の導電板間の容量性結合
４９３（図４Ａ）  第２の導電性延伸部の第２の金属層と第１の導電板間の容量性結合
４９４（図４Ａ）  第１の導電性延伸部と第２の導電性延伸部間の重畳部分の容量性結合、この例では第１の導電性延伸部及び第２の導電性延伸部の貫通孔が終端する第２の金属層内の容量性結合
４９５  第１の導電性延伸部の第２の金属層と第２の導電板間の容量性結合
４２６（図４Ｂ）  第１の導電性延伸部の第２の金属層
４２７（図４Ｂ）  第２の導電性延伸部の第２の金属層
４６５（図４Ｂ）  第１の導電性延伸部の貫通孔部
４６６（図４Ｂ）  第２の導電性延伸部の貫通孔部
４００（図４Ｃ）  誘電体
４１８（図４Ｃ）  第１の金属層、第１の導電板
４２８（図４Ｃ）  第２の金属層、第１の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
４２９（図４Ｃ）  第２の金属層、第２の導電性延伸部の貫通孔の終端部
４３８（図４Ｃ）  第３の金属層、第１の導電性延伸部の貫通孔の終端部
４３９（図４Ｃ）  第３の金属層、第２の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
４４８（図４Ｃ）  第４の金属層、第２の導電板
４６５（図４Ｃ）  第１の導電性延伸部の第１の貫通孔部
４６６（図４Ｃ）  第２の導電性延伸部の第１の貫通孔部
４６７（図４Ｃ）  第１の導電性延伸部の第２の貫通孔部
４６８（図４Ｃ）  第２の導電性延伸部の第２の貫通孔部
５００（図５Ａ）  誘電体
５１１（図５Ａ）  第１の金属層、第１の導電板
５２１（図５Ａ）  第２の金属層、第１の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
５２２（図５Ａ）  第２の金属層、第２の導電性延伸部の貫通孔の終端部
５３１（図５Ａ）  第３の金属層、第１の導電性延伸部の貫通孔の終端部
５３２（図５Ａ）  第３の金属層、第２の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
５４１（図５Ａ）  第４の金属層、第２の導電板
５６１（図５Ａ）  第１の導電性延伸部の第１の貫通孔部
５６２（図５Ａ）  第１の導電性延伸部の第２の貫通孔部
５７２（図５Ａ）  第２の導電性延伸部の第２の貫通孔部
５７３（図５Ａ）  第２の導電性延伸部の第１の貫通孔部
５２１（図５Ｂ〜図５Ｄ）  第２の金属層、第１の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
５２２（図５Ｂ〜図５Ｄ）  第２の金属層、第２の導電性延伸部の貫通孔の終端部
５６１（図５Ｂ〜図５Ｄ）  第１の導電性延伸部の第１の貫通孔部
５７２（図５Ｂ〜図５Ｄ）  第２の導電性延伸部の第２の貫通孔部
６２１（図６Ａ、図６Ｂ）  第２の金属層、第１の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
６２２（図６Ａ、図６Ｂ）  第２の金属層、第２の導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
６６１（図６Ａ、図６Ｂ）  第１の導電性延伸部の第１の貫通孔部
６７２（図６Ａ、図６Ｂ）  第２の導電性延伸部の第２の貫通孔部
７１１（図７Ａ、図７Ｂ）  第１の金属層／第１の導電板
７２２（図７Ａ、図７Ｂ）  第２の金属層、第４の金属層／第２の導電板から伸びる導電性延伸部の貫通孔の終端部
７３１（図７Ａ、図７Ｂ）  第３の金属層、ＲＬへ繋がる導電性延伸部の中間終端部
７３２（図７Ａ、図７Ｂ）  第３の金属層、第４の金属層／第２の導電板から伸びる導電性延伸部の貫通孔の中間終端部
７４１（図７Ａ、図７Ｂ）  第４の金属層／第２の導電板
７６１（図７Ａ、図７Ｂ）  第１の金属層から第２の金属層のＲＬへと繋がる第１の貫通孔部
７７２（図７Ａ、図７Ｂ）  第４の金属層から第３の金属層を経由してＲＬへと繋がる第２の貫通孔部
７７３（図７Ａ、図７Ｂ）  第４の金属層からの第１の貫通孔部
７８１（図７Ａ、図７Ｂ）  第２の金属層のＲＬ素片
８６５（図８）  第１の金属細片から伸びている第１の導電性延伸部
８６６（図８）  第２の金属細片から伸びている第２の導電性延伸部
８８４（図８）  第２の金属細片
８８６（図８）  第１の金属細片
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【図２】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2007521638.tif 000013
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