JP2000277691A

JP2000277691A - 集積回路装置

Info

Publication number: JP2000277691A
Application number: JP11078668A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Mihira; 平嘉孝三; Kanji Egawa; 川貫治江
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】小さな面積で、比較的大容量の電気容量素子
を形成することを可能にすると共に、電気容量値を容易
に可変できるようにする。【解決手段】複数の櫛歯状の金属細線を、ひとつの層
上に形成する、第１の金属配線３と、複数の櫛歯状の金
属細線を、前記第１の金属配線３を構成する金属細線
に、個々に略平行に沿うように、前記層と同一層上に形
成した第２の金属配線４と、を有し、各金属細線間の間
隙により、第１の金属配線３と第２の金属配線４の間に
電気容量素子を形成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路装置に係
り、特に半導体集積回路内に配置される電気容量素子の
構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体集積回路においては、
内部にトランジスタ等の能動素子に加えて、抵抗素子、
電気容量素子などの受動素子を形成している。

【０００３】図１１は、従来の集積回路装置の電気容量
素子部の平面図であり、図１２は、同断面図である。

【０００４】図において示すように、金属等の導体で構
成される第１層１と、同じく金属等の導体で構成される
第２層２が厚さ方向に対向して配置され、第１層１と第
２層２の間には、絶縁体で構成される層間膜８が配置さ
れる。つまり、半導体集積回路上で、第１層１、層間膜
８、第２層２がそれぞれ個別の層上に形成されている。

【０００５】以上のような構成により、層間膜８を挟ん
で形成された第１層１と第２層２により電気容量素子が
形成される。

【０００６】さて、図１１、図１２のような構成で得ら
れる電気容量は、平行平板の電気容量値の計算式から、Ｃ＝εＳ／ｄとなる。但し、εは層間膜８の誘電率、Ｓは第１層１と
第２層２の対向する領域の面積、ｄは層間膜８の厚さで
ある。

【０００７】従って、層間膜８の誘電率εを８．８５４
ｅ−１２（Ｆ／ｍ）、比誘電率を３．８、層間膜８によ
る層間膜厚ｄを０．７５（μｍ）として、電気容量１
（ｐＦ）を得ようとすると、第２層２の面積Ｓは、２２
３００（μｍ2）となり、集積回路のスケールで見ると
非常に大きな面積となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の集積回路装置は、二つの金属層１、２を、層間膜８
を挟んで対向配置して、必要な電気容量値を得るように
構成されていたので、電気容量素子を形成しようとする
とどうしても大きな面積を必要とし、チップ面積を増大
させ、コストアップの要因となっていた。

【０００９】また、従来の集積回路装置では、任意の電
気容量を得るべく、これを可変させようとすると、複数
個の電気容量素子を平面上に２次元に配置し、これを切
り替えるという構成となるため、更にチップ面積やコス
トの増大を招くことになってしまうという問題点があっ
た。

【００１０】従って、本発明の目的は、上記のような従
来技術の問題点を解消し、小さな面積で、比較的大容量
の電気容量素子を形成することを可能にすると共に、電
気容量値を容易に可変できるような構成の集積回路装置
を実現することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の第１の金属配線と複数の第２の金
属配線とを交互に配列したユニットを備え、面方向に隣
接する前記第１及び第２の金属配線間の電気容量から形
成される電気容量素子を備えたことを特徴とする集積回
路装置を提供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施形を説明する。実施形１．図１は、１ユニットとしての、本発明の実施
形１の集積回路装置の電気容量素子部の平面図であり、
図２は、同断面図である。

【００１３】各図において示すように、第１の金属配線
３と第２の金属配線４は、同一の平面上に交互に配置さ
れる。つまり、半導体集積回路素子上で、１層分の金属
配線層上に、第１の金属配線３と第２の金属配線４が交
互に配置され、その結果、第１の金属配線３と第２の金
属配線４による電気容量素子が形成される。

【００１４】ここで、第１の金属配線３と第２の金属配
線４の、金属配線長Ｌを１５０（μｍ）、金属配線層膜
厚Ｄを０．５（μｍ）、第１の金属配線３と第２の金属
配線４の間の金属配線間隔Ｇを０．４（μｍ）とし、誘
電率εを８．８５６ｅ−１２（Ｆ／ｍ）、比誘電率を
３．８とすると、第１の金属配線３の１本と第２の金属
配線４の１本との間の１つのスペースによって得られる
電気容量値は、６．３１（ｆＦ）となる。

【００１５】従って、第１の金属配線３と第２の金属配
線４により１（ｐＦ）の電気容量値を得ようとすると、
１５９個のスペースが必要である。つまり、第１の金属
配線３と第２の金属配線４を合わせて１０６本を配置す
れば、１（ｐＦ）の電気容量値が得られるということに
なる。

【００１６】さて、金属配線幅Ｗを、第１の金属配線
３、第２の金属配線４共に０．４（μｍ）とすると、必
要な面積Ｓは、Ｓ＝（Ｇ＋Ｗ）×Ｌ×１５９＋Ｗ×Ｌ＝１９１４０（μ
ｍ²）となる。

【００１７】つまり、従来の３層構造の電気容量素子で
１（ｐＦ）を得るために必要であった面積Ｓ＝２２３０
０（μｍ²）と比較すると、３１６０（μｍ²）少ない面
積で済む。

【００１８】なお、図１、図２のような構成において、
第１の金属配線３どうし、第２の金属配線４どうしは、
それぞれ電気的に結合される必要がある。そのために、
本実施例１では、図３の平面図に示すように、第１の金
属配線３、第２の金属配線４をそれぞれ櫛形状とし、そ
れぞれを交互にかみ合わせとなるように配置すること
で、同じ金属層上で電気的な結合を得ている。実施形２．上記実施形１では、第１の金属配線３と第２
の金属配線４を、１層の金属層上に形成する場合を例示
したが、実施形２では、図３に示す電気容量素子を、１
層目、２層目の２つの層にそれぞれ形成してこれらの２
つの層を対向させることによって作っている。これによ
り、電気容量値を概略２倍に増大することができる。

【００１９】従って、この実施例２では、実施形１と比
較して、同じ電気容量値を得るためには、必要な面積を
半分程度まで低減することが可能となる。実施形３．図５及び図６は、このユニットから構成し
た、本発明の実施形３の集積回路装置の電気容量素子部
の平面図および断面図である。

【００２０】なお、図５においては、わかりやすくする
ため多少各部材をずらして表わしているが、実際にはず
れはてはいない。

【００２１】さて、上述した実施形２では、図３に示し
たものを２つの厚さ方向に重ねることにより、２層構造
の電気容量素子を形成する場合を例示したが、実施形３
は、図３に示すものと図４に示すものを２層として重ね
ることにより、図５、図６に示すものとしたものであ
る。図４に示すものにおいては、１層目の第１の金属配
線３、第２の金属配線４に対して、２層目では、それぞ
れが互い違いになるように、２層目第１の金属配線２３
と２層目第２の金属配線２４を形成している。

【００２２】上述のようにして得られる電気容量素子
は、図５の平面図、図６の断面図からわかるように、層
間膜８を挟んで対向する第１の金属配線３と２層目第２
の金属配線２４の間と、層間膜８を挟んで対向する第２
の金属配線４と２層目第１の金属配線２３の間のそれぞ
れに、層間にまたがる電気容量が得られることになる。
つまり、各層内で得られる電気容量の加えて、層間での
電気容量も加算されるため、実施形２と比較して、電気
容量値を１．５倍程度まで引き上げることが可能とな
る。

【００２３】その結果、実施形２に比較して、同じ電気
容量値を得るに当っても、面積を更に３５％程度低減す
ることが可能となり、実施形１に比較すれば、実に必要
面積を３分の１程度まで低減できる。実施形４．図７は、本発明の実施形４の集積回路装置の
電気容量素子部の部分平面図である。

【００２４】図において示すように、第１の金属配線３
は図３と同じように、櫛形状となっているが、基端例の
第２の金属配線４は、櫛歯の部分の先端例の第２の金属
配線４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと電気的に切り離されてお
り、スイッチ群５を構成するスイッチ５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄを介して、個別に接続および分離を制御可能に
構成される。なお、スイッチ群５のスイッチ５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄは、それぞれコントロール信号Ｓａ、Ｓ
ｂ、Ｓｃ、Ｓｄにより、個別にオン、オフ制御される。

【００２５】この実施形４の構成によれば、第１の金属
配線３に対向する第２の金属配線４ａ、４ｂ、４ｃ、４
ｄの数を、コントロール信号Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄに
より増減することができるので、第１の金属配線３と第
２の金属配線４の間で得られる電気容量値を可変するこ
とができる。

【００２６】つまり、スイッチ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ
のオンの個数を増加させることにより、電気容量値を増
加させることが可能であり、スイッチ５ａ、５ｂ、５
ｃ、５ｄのオンの個数を低減させることにより、電気容
量値を低減させることが可能となる。

【００２７】なお、本実施形では、第２の金属配線４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのそれぞれに１対１でスイッチ５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを対応付けて設けているが、第２
の金属配線４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを適宜均等数ずつ、
またはある規則に基づいて異なる数ずつ、まとめてグル
ープ化し、スイッチ群５の各スイッチにより、これらの
グループと第２の金属配線４の間のオン、オフを制御す
ることにより、半導体集積回路上で能動素子により構成
されるスイッチ群５の素子数を低減することが可能であ
り、スイッチ数を減らしたにもかかわらず、きめ細かな
電気容量値の調整が可能である。実施形５．図８は、本発明の実施形５の集積回路装置の
電気容量素子部の部分平面図である。図において示すよ
うに、第１の金属配線３と第２の金属配線４を形成する
製造途中の段階で、第１の金属配線３と、第１の金属配
線３ａ、３ｂの間を電気的に切り離しておき、第１の金
属配線３と、第１の金属配線３ｃ、３ｄ、３ｅの間は電
気的につないだ状態にしておく。第１の金属配線３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅが微細な金属配線として形成さ
れていることは言うまでもない。

【００２８】この段階で、第１の金属配線３と第２の金
属配線４によって形成される電気容量素子の電気容量値
は、ある値に設定される。

【００２９】さて、以上のような状態で、電気容量が必
要な値より不足している場合、ＦＩＢ加工により、図９
の部分平面図に示すように、例えば第１の金属配線３と
第１の金属配線３ｂの間に金属配線追加部６を形成し
て、電気容量値を増大させる。これは、第１の金属配線
３ｂが細い金属配線で構成されるために、容易に実施可
能である。

【００３０】一方、電気容量が必要な値より多い場合、
ＦＩＢ加工により、図１０の部分平面図に示すように、
例えば、第１の金属配線３と第１の金属配線３ｃの間の
金属を除去して、金属配線削除部７とし、電気容量値を
低減させる。これは、第１の金属配線３ｃが細い金属配
線で構成されるために、容易に実施可能である。

【００３１】以上述べたように、本実施形５によれば、
第１の金属配線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅが微細な
金属配線として形成されており、ＦＩＢ加工により、配
線の接続や切断が容易に行えることを利用して、工程の
途中で、電気容量素子の電気容量値を容易に増減調整す
ることが可能となる。

【００３２】その結果、金属配線幅、金属配線スペー
ス、金属配線膜厚等、プロセスのばらつきにより所望の
電気容量値が得られない場合にも、ＦＩＢ加工により電
気容量値を調整できるので、アナログセルの特性を良好
に保つことが可能である。

【００３３】以上、各実施形を通じて列挙してきたよう
に、本発明の集積回路装置では、細いパターンの金属配
線を層内および層間で電気容量を形成するように配置す
ることにより、電気容量素子を形成しているので、従来
のように２層にまたがる金属層間で電気容量素子を形成
する場合に比較して、小さな面積で大きな電気容量値を
実現することができるようになった。その結果、半導体
集積回路のチップ面積の低減とコストダウンが容易にな
った。

【００３４】更に、細いパターンの金属配線を適宜組み
合わせて半導体集積回路上の能動素子を用いてスイッチ
することにより、その電気容量値をダイナミックに切り
替え制御することが可能であり、半導体集積回路の用途
性を大幅に高めることが可能になった。

【００３５】また、電気容量素子の製造途中において
も、細いパターンの配線の接続、切断をＦＩＢ加工等で
行うことにより、電気容量値の調整を容易に行うことが
可能であるので、半導体集積回路の電気的な特性を向上
させ、歩留を改善することが可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の集積回路装
置は、細い金属配線を多数組み合わせることにより、層
内および層間で、電気容量素子を形成するように構成し
たので、少ない素子面積で、容量の大きな素子を実現で
きるばかりでなく、容易に電気容量値を変更可能な構造
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形１の集積回路装置の電気容量素
子部の部分平面図である。

【図２】図１の断面図である。

【図３】図１、図２における第１、第２の金属配線の平
面図である。

【図４】本発明の実施形３の集積回路装置の電気容量素
子部に適用される第１、第２の金属配線の平面図であ
る。

【図５】本発明の実施形３の集積回路装置の電気容量素
子部の部分平面図である。

【図６】図５のVI−VI線断面図である。

【図７】本発明の実施形４の集積回路装置の電気容量素
子部の部分平面図である。

【図８】本発明の実施形５の集積回路装置の電気容量素
子部の部分平面図である。

【図９】図８の構成において、金属配線追加部が入った
場合の平面図である。

【図１０】図８の構成において、金属配線削除部が入っ
た場合の平面図である。

【図１１】従来の集積回路装置の電気容量素子部の部分
平面図である。

【図１２】図１１の断面図である。

【符号の説明】

１第１層２第２層３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、２３第１の金属
配線４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、２４第２の金属配線５スイッチ群５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄスイッチ６金属配線追加部７金属配線削除部８層間膜９金属配線未配線領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の第１の金属配線と複数の第２の金属
配線とを交互に配列したユニットを備え、面方向に隣接
する前記第１及び第２の金属配線間の電気容量から形成
される電気容量素子を備えたことを特徴とする集積回路
装置。
【請求項２】複数の前記ユニットを厚さ方向に重ねて配
設し、これらのユニットは、厚さ方向に隣り合う各１対
の前記ユニット間においては、一方のユニットの前記第
１の金属配線と他方のユニットの前記第２の金属配線と
が互いに対向して電気容量を形成するように、面方向に
位相がずれるように配設され、一対のユニット間におけ
る前記電気容量に基づいて形成される電気容量素子をさ
らに備えたことを特徴とする請求項１に記載の集積回路
装置。
【請求項３】前記各ユニットにおいて、前記第１及び第
２の金属配線は櫛形の入れ子構造となっていることを特
徴とする前記請求項１又は２に記載の集積回路装置。
【請求項４】前記第１及び第２の金属配線の少なくとも
一方は、途中に断続可能なスイッチを有し、このスイッ
チのオン、オフにより前記第１及び第２の金属配線の長
さを変化させて、前記電気容量素子の電気容量を可変と
したことを特徴とする請求項３に記載の集積回路装置。
【請求項５】前記第１及び第２の金属配線の少なくとも
一方は、途中に断線部分を有して断線した状態のもの
と、前記断線部分を有しない連続したものの少なくとも
一方を備え、前記第１及び第２の金属配線は、前記断線
部分には追加部分を追加形成することにより、断線部分
を有しないものにおいては断線部分を形成することによ
り、第１及び第２の金属配線の電気容量を変化させるこ
とができるように構成されたことを特徴とする請求項３
に記載の集積回路装置。