(57)【要約】【課題】容量素子の単位面積当たりの容量を増加させる。【解決手段】複数の第１電極１１０は互いに離間している。第２電極１２０は複数の第１電極１１０と同一の第１配線層１０２に位置している。図３に示すように複数の第１電極１１０は、第１の六角形の各頂点及び中心に、それぞれの中心が重なるように配置されており、第２電極１２０は、複数の第１電極１１０それぞれの全周に対向している。第１の六角形は、同一形状の２つの二等辺三角形を、底辺が互いに対向する向きに配置することにより、６つの頂点の位置が定められている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに離間している複数の第１電極と、
前記複数の第１電極と同一層に位置している少なくとも一つの第２電極と、
を有する容量素子を備え、
前記複数の第１電極は、第１の六角形の各頂点及び中心に位置しており、
前記第２電極は、前記複数の第１電極それぞれの全周に対向しており、
前記第１の六角形は、同一形状の２つの第１の二等辺三角形を、底辺が互いに対向する向きに配置することにより、６つの頂点の位置が定められている半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
長辺が４ａであり短辺が３ａである長方形の２つの前記短辺それぞれに、底辺の長さが３ａで高さが２ａである前記第１の二等辺三角形の前記底辺を重ねることにより前記第１の六角形が形成されている半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記複数の第１電極及び前記第２電極と同一層に形成された配線を備え、
前記配線の最小ピッチがａである半導体装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の半導体装置において、
前記複数の第１電極それぞれが配置されている領域の形状は、一辺がａの正方形の対向する２辺それぞれに、底辺の長さがａで高さがａの第２の二等辺三角形の底辺を重ねた第２の六角形であり、
前記第１電極は、前記第２の六角形を全周にわたって同じ幅ほど小さくした形状である半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記第２電極は複数に分かれており、それぞれが前記第１電極と同一形状を有しており、
前記第１電極と前記第２電極は、同じ辺が互いに対向している半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第２電極は複数の開口を有しており、かつ前記開口それぞれの中に前記第１電極が位置している半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記複数の第１電極は円形であり、
前記第２電極は複数の円形の開口を有しており、かつ前記開口それぞれの中に前記第１電極が位置している半導体装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の半導体装置において、
前記第２電極と同一層に形成されており、前記第２電極に接続する第２電極用引出配線を備える半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置において、
それぞれが前記複数の第１電極及び前記第２電極を有する複数の第１配線層と、
互いに異なる前記第１配線層に位置する前記複数の第１電極を接続する複数の第１ビアと、
を備える半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体装置において、
互いに異なる前記第１配線層に位置する前記第２電極を接続する第２ビアをさらに備える半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置において、
前記複数の第１配線層の間、前記複数の第１配線層の上層、又は前記複数の第１配線層の下層に位置する第２配線層を備え、
前記第２配線層は、
互いに離間している複数の第３電極と、
複数の開口を有している第４電極と、
前記第４電極に接続する第４電極用引出配線を
を備え、
前記複数の開口は、前記第１の六角形の各頂点と、前記第１の六角形の中心とに位置しており、かつ平面視で前記第２電極に重なっており、
前記第３電極は、前記複数の開口それぞれの中に位置しており、
前記第４電極は、平面視で前記複数の第１電極に重なっており、
さらに、いずれかの前記第１配線層が有する前記複数の第３電極それぞれを前記第２電極に接続する複数の第３ビアと、
いずれかの前記第１配線層が有する前記複数の第１電極を前記第４電極に接続する第４ビアと、
を備える半導体装置。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記複数の第１電極及び前記第２電極を有する複数の第１配線層と、
前記複数の第１配線層と交互に位置するように設けられた複数の第２配線層と、
を備え、
前記第２配線層は、
互いに離間しており、前記第１の六角形の各頂点及び中心に位置しており、かつ平面視で前記第２電極に重なっている複数の第３電極と、
平面視で前記第２電極の一部及び前記複数の第１電極に重なっており、前記複数の第３電極それぞれの全周に対向している第４電極と、
を備え、
さらに前記複数の第３電極それぞれを前記第２電極に接続する複数の第３ビアと、
前記第４電極を前記複数の第１電極に接続する第４ビアと、
を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量素子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には、必要な回路を構築するために容量素子が形成されている場合が多い。容量素子には、配線層を用いて形成されるものがある。配線層を用いて容量素子を形成する場合、２つの電極を櫛歯状にして、これら２つの電極の櫛歯部分を互い違いに配置する場合が多い。また特許文献１及び２には、第１電極の周囲に格子状の第２電極を配置した容量素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４０５１８号公報
【特許文献２】米国特許第７５６４６７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年は半導体装置の微細化が進んでいる。このため、容量素子も単位面積当たりの容量を増加させることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、互いに離間している複数の第１電極と、
前記複数の第１電極と同一層に位置している少なくとも一つの第２電極と、
を有する容量素子を備え、
前記複数の第１電極は、第１の六角形の各頂点及び中心に位置しており、
前記第２電極は、前記複数の第１電極それぞれの全周に対向しており、
前記第１の六角形は、同一形状の２つの二等辺三角形を、底辺が互いに対向する向きに配置することにより、６つの頂点の位置が定められている半導体装置が提供される。
【０００６】
本発明によれば、複数の第１電極と第２電極は互いに同一の層に位置している。このため、第１電極と第２電極の側面のうち互いに対向している部分が容量として機能する。そして複数の第１電極は第１の六角形の各頂点及び中心に位置しており、第２電極は複数の第１電極それぞれの全周に対向している。そして第１の六角形は、同一形状の２つの二等辺三角形を、底辺が互いに対向する向きに配置することにより、６つの頂点の位置が定められている。このようにすると、単位面積で考えた場合、第１電極と第２電極の側面のうち互いに対向している部分が多くなる。従って、単位面積当たりの容量を増加させることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、容量素子の単位面積当たりの容量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す平面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ´断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ´断面図である。
【図３】図１の点線αで囲んだ部分の拡大図である。
【図４】第１電極及び第２電極の平面形状を説明するための拡大図である。
【図５】第２の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す平面図である。
【図６】（ａ）は図５のＡ−Ａ´断面図であり、（ｂ）は図５のＢ−Ｂ´断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す断面図である。
【図９】図８の変形例を示す断面図である。
【図１０】第５の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す断面図である。
【図１１】第２配線層の平面レイアウトを示す平面図である。
【図１２】第６の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す平面図である。
【図１３】比較例に係る容量素子の構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す平面図である。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ´断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ´断面図である。図３は、図１の点線αで囲んだ部分の拡大図である。図４は、第１電極１１０及び第２電極１２０の平面形状を説明するための拡大図である。この容量素子は、複数の第１電極１１０及び第２電極１２０を有している。複数の第１電極１１０は互いに離間している。第２電極１２０は複数の第１電極１１０と同一の第１配線層１０２に位置している。図３に示すように複数の第１電極１１０は、第１の六角形の各頂点及び中心に、それぞれの中心が重なるように配置されており、第２電極１２０は、複数の第１電極１１０それぞれの全周に対向している。第１の六角形は、同一形状の２つの二等辺三角形を、底辺が互いに対向する向きに配置することにより、６つの頂点の位置が定められている。以下、詳細に説明する。
【００１１】
本実施形態において第２電極１２０は、複数に分かれており、それぞれが第１電極１１０と同一形状を有している。第１電極１１０と第２電極１２０は、同じ辺が互いに対向している。
【００１２】
具体的には、図４に示すように、容量素子が形成されている領域は、平面視で複数の六角形に分割されており、六角形の各領域に第１電極１１０又は第２電極１２０が配置されている。この領域は、一辺がａの正方形の対向する２辺それぞれに、底辺の長さがａで高さがａの二等辺三角形の底辺を重ねた形状を有している。そして第１電極１１０及び第２電極１２０は、この六角形を全周にわたって同じ幅ほど小さくした形状を有している。すなわち第１電極１１０及び第２電極１２０は、相対的に長く互いに平行に対向している２つの第１の辺と、相対的に短い４つの第２の辺とにより構成されている。ここでａは、第１電極１１０及び第２電極１２０が形成されている第１配線層１０２における配線１５０の最小配線ピッチに等しい。すなわちａ＝（（配線１５０の幅）＋（隣り合う配線のスペース））である。
【００１３】
また図３に示すように、第１電極１１０の配置を決めている第１の六角形を構成する二等辺三角形は、底辺の長さが３ａであり、底辺からの高さが２ａである。そしてこの二等辺三角形の底辺を、長辺が４ａであり短辺が３ａである長方形の２つの短辺それぞれに重ねることにより、第１の六角形が形成されている。
【００１４】
図中Ｘ方向すなわち二等辺三角形の底辺に平行な方向（行方向）では、第１電極１１０及び２つの第２電極１２０がこの順に繰り返し配置されている。第１電極１１０と第２電極１２０の中心間距離、及び２つの第２電極１２０の中心間距離は、いずれもａである。そして互いに並んでいる２つの行は、互いに行方向に１．５ａほどずれており、かつ中心間距離が２ａになっている。第１電極１１０及び第２電極１２０によって構成される複数の行の中心間距離は、２ａである。
【００１５】
また図中Ｙ方向すなわち長さ４ａの長辺と平行な方向（列方向）で見た場合、同一の列を構成する電極は第１電極１１０のみ、又は第２電極１２０のみとなっている。そしてこれら電極の中心間距離は、いずれも４ａである。第１電極１１０又は第２電極１２０によって構成される複数の列の中心間距離は、ａである。
【００１６】
このようにすることで、第１電極１１０及び第２電極１２０は、相対的に長い第１の辺が互いに対向し、かつ相対的に短い第２の辺が互いに対向する。上記したように、第１電極１１０及び第２電極１２０は、正方形の４辺のうち互いに対向する２辺それぞれに、二等辺三角形の底辺を重ねた形状を有している。このため、第１電極１１０の第１の辺と第２電極１２０の第１の辺は互いに平行になり、また第１電極１１０の第２の辺と第２電極１２０の第２の辺も互いに平行になる。
【００１７】
なお複数の第１電極１１０は、それぞれビア１１２を介して引出配線１１４に接続しており、複数の第２電極１２０は、それぞれビア１２２を介して引出配線１２４に接続している。引出配線１１４は、例えば第１配線層１０２の一つ上の配線層に形成されており、引出配線１２４は、例えば第１配線層１０２の一つ下の配線層に形成されている。
【００１８】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、複数の第１電極１１０と第２電極１２０は互いに同一の層に位置している。このため、第１電極１１０と第２電極１２０の側面のうち互いに対向している部分が容量として機能する。そして複数の第１電極１１０は第１の六角形の各頂点及び中心に位置しており、第２電極１２０は複数の第１電極１１０の全ての辺の全ての部分に対向している。そして第１の六角形は、同一形状の２つの二等辺三角形を、底辺が互いに対向する向きに配置することにより、６つの頂点の位置が定められている。このようにすると、単位面積で見た場合に、第１電極１１０と第２電極１２０の側面のうち互いに対向している部分が多くなる。従って、単位面積当たりの容量を増加させることができる。
【００１９】
ここで図１３に示す比較例を用いて具体的に説明する。図１３に示す例では、第１電極の周囲に格子状の第２電極を配置することにより容量素子が形成されている。この例において、容量素子は一辺が２ａの正方形を単位構造としている。この単位構造の面積は４ａ２である。また単位構造において容量として機能する部分の長さは、第１電極の周囲長であるため４ａである。このため、比較例において単位面積当たりの容量は、４ａ／４ａ２＝１／ａになる。
【００２０】
これに対して図３に示す例では、容量素子の単位構造は上記した第１の六角形であり、その面積は３ａ×６ａ＝１８ａ２である。一方、この単位構造において容量として機能する部分の長さは、第１電極１１０の周囲長の３倍である。第１電極１１０の周囲長は２ａ＋４×√（５／４）＝６．４７ａである。このため、実施形態おいて単位面積当たりの容量は、（６．４７ａ×３）／１８ａ２＝１．０８／ａになる。従って、比較例における単位面積当たりの容量よりも大きい。
【００２１】
また、第１電極１１０には図中上から下に電流が流れ、第２電極１２０には図中下から上に電流が流れる。従って、第１電極１１０及び第２電極１２０に流れる電流によって発生する磁束は互いに打ち消しあう方向を向いているため、寄生インダクタンスが増加することを抑制できる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す平面図である。図６（ａ）は図５のＡ−Ａ´断面図であり、図６（ｂ）は図５のＢ−Ｂ´断面図である。この容量素子は、以下の点を除いて第１の実施形態に係る容量素子と同様の構成である。
【００２３】
まず第２電極１２０はシート状であり、複数の開口１２６を有している。開口１２６の形状は、一辺がａの正方形の対向する２辺それぞれに、底辺の長さがａで高さがａの二等辺三角形の底辺を重ねた形状を有している。そして第１電極１１０は、複数の開口１２６それぞれの中に開口１２６と同心となるように配置されている。
【００２４】
また、引出配線１２４は第１配線層１０２すなわち第２電極１２０と同一層に形成されており、第２電極１２０の縁に直接接続している。このため、本実施形態では、第１の実施形態に示したビア１２２が形成されていない。
【００２５】
本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また第２電極１２０はシート状であるため、引出配線１２４を第２電極１２０と同一層に形成することができる。従って、容量素子を形成するために必要な配線層の数を少なくすることができる。
【００２６】
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す断面図であり、第１の実施形態における図２（ａ）に相当している。本実施形態に係る半導体装置は、第１配線層１０２を複数有している点を除いて、第１の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
【００２７】
詳細には、複数の第１配線層１０２は、引出配線１１４が形成されている配線層と、引出配線１２４が形成されている配線層との間に位置している。各第１配線層１０２は、それぞれ複数の第１電極１１０及び複数の第２電極１２０を有している。平面視で見た場合、各第１配線層１０２の第１電極１１０は互いに重なっており、かつ各第１配線層１０２の第２電極１２０も互いに重なっている。
【００２８】
また最も引出配線１１４に近い第１配線層１０２に位置する第１電極１１０は、ビア１１２を介して引出配線１１４に接続しており、最も引出配線１２４に近い第１配線層１０２に位置する第２電極１２０は、ビア１２２を介して引出配線１２４に接続している。そして各第１配線層１０２に位置する第１電極１１０は、ビア１１１を介して互いに接続しており、各第１配線層１０２に位置する第２電極１２０は、ビア１２１を介して互いに接続している。このため、いずれの第１電極１１０も引出配線１１４に接続しており、またいずれの第２電極１２０も引出配線１２４に接続している。
【００２９】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また複数の第１配線層１０２を用いて容量素子を形成しているため、容量素子の容量を大きくすることができる。
【００３０】
（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す断面図である。本実施形態に係る容量素子は、以下の点を除いて第３の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。
【００３１】
第１配線層１０２の平面形状は、第２の実施形態において図５に示した形状と同じである。そして各第１配線層１０２には第２電極１２０に接続する引出配線１２４が形成されている。
【００３２】
なお本実施形態において、図９に示すようにビア１２１を形成しなくても良い。この場合、各第１配線層１０２の引出配線１２４は、図示していない部分で互いに接続している。
【００３３】
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また引出配線１２４を第２電極１２０と同一層に形成することができるため、容量素子を形成するために必要な配線層の数を少なくすることができる。
【００３４】
（第５の実施形態）
図１０は、第５の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す断面図であり、第４の実施形態における図８に相当している。本実施形態に係る容量素子は、第２配線層１０４及びビア１３１，１４１を有している点、並びに引出配線１１４及びビア１１２が形成されていない点を除いて、第４の実施形態に係る容量素子と同様の構成である。
【００３５】
第２配線層１０４は、２つの第１配線層１０２の間に位置している。すなわち本実施形態では、第２配線層１０４と第１配線層１０２が交互に位置している。そして第２配線層１０４には、第３電極１３０、第４電極１４０、および引出配線１４４が形成されている。
【００３６】
図１１は、第２配線層１０４の平面レイアウトを示す平面図である。第４電極１４０はシート状であり、複数の開口１３６を有している。開口１３６は、第１電極１１０と同様に、第１の六角形の頂点及び中心に、それぞれの中心が重なるように、互いに離間して配置されている。第１の六角形は、上記したように、底辺の長さが３ａであり、底辺からの高さが２ａである二等辺三角形の底辺を、長辺が４ａであり短辺が３ａである長方形の２つの短辺それぞれに重ねることにより、その形状が定められている。
【００３７】
開口１３６の形状は、一辺がａの正方形の対向する２辺それぞれに、底辺の長さがａで高さがａの二等辺三角形の底辺を重ねた形状を有している。そして第３電極１３０は、複数の開口１３６それぞれの中に同心となるように配置されている。第３電極１３０は、開口１３６を全周にわたって同じ幅ほど小さくした形状を有している。このため複数の第３電極１３０は、それぞれの全周が第４電極１４０に対向している。また図１０に示すように、開口１３６及び第３電極１３０は、平面視で第２電極１２０に重なっており、第４電極１４０は、平面視で第２電極１２０の一部及び複数の第１電極１１０に重なっている。より具体的には、平面視で、第３電極１３０と第１電極１１０の位置関係は、第１の実施形態における第２電極１２０と第１電極１１０の位置関係と同様である。
【００３８】
また引出配線１４４は第４電極１４０の縁に直接接続している。
【００３９】
そして図１０に示すように、ビア１３１は第２電極１２０と第３電極１３０を接続しており、ビア１４１は第１電極１１０と第４電極１４０を接続している。このため、第１電極１１０及び第４電極１４０はいずれも引出配線１４４に接続しており、第２電極１２０及び第３電極１３０はいずれも引出配線１２４に接続している。
【００４０】
本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また第１電極１１０及び第４電極１４０はいずれも引出配線１４４に接続している。このため第１電極１１０の引出配線を配線層１０２，１０４とは別の層に形成する必要がなくなり、容量素子を形成するために必要な配線層の数が少なくなる。
【００４１】
また第４電極１４０は、平面視で第２電極１２０の一部に重なっている。従って、第４電極１４０と第２電極１２０の間にも容量が形成されるため、容量素子の容量をさらに大きくすることができる。
【００４２】
（第６の実施形態）
図１２は、第６の実施形態に係る半導体装置が有する容量素子の構成を示す平面図であり、第２の実施形態における図５に対応している。本実施形態に係る容量素子は、開口１２６及び第１電極１１０が円形である点、及び第１の六角形が正六角形である点を除いて、第２の実施形態に係る容量素子と同様の構成である。なお引出配線１２４は図示を省略している。
【００４３】
詳細には、第１電極１１０は、直径ａの円形の領域の中に配置されており、その径はａよりわずかに小さい。第１電極１１０と開口１２６は同心になっている。また第１の六角形の一辺は√３ａである。
【００４４】
本実施形態において、単位構造は第１の六角形であり、その面積は３ａ×√３ａ×１．５＝７．８ａ２である。一方、この単位構造において容量として機能する部分の長さは、第１電極１１０の周囲長の３倍である。このため、本実施形態において単位面積当たりの容量は、３ａπ／７．８ａ２＝１．３／ａである。従って、第２の実施形態と同様に、図１３に示した例と比較して単位面積あたりの容量は大きくなる。
【００４５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０２ 第１配線層
１０４ 第２配線層
１１０ 第１電極
１１１ ビア
１１２ ビア
１１４ 引出配線
１２０ 第２電極
１２１ ビア
１２２ ビア
１２４ 引出配線
１２６ 開口
１３０ 第３電極
１３１ ビア
１３６ 開口
１４０ 第４電極
１４１ ビア
１４４ 引出配線
１５０ 配線
【図１】
2012023206.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2012023206.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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