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JP2008112974A - Semiconductor capacitor - Google Patents

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JP2008112974A
JP2008112974A JP2007229315A JP2007229315A JP2008112974A JP 2008112974 A JP2008112974 A JP 2008112974A JP 2007229315 A JP2007229315 A JP 2007229315A JP 2007229315 A JP2007229315 A JP 2007229315A JP 2008112974 A JP2008112974 A JP 2008112974A
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wiring
layer
zigzag
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semiconductor
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JP2007229315A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshibumi Nakatani
俊文 中谷
Takashi Maruyama
貴司 丸山
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor capacitive element in which a capacitance per unit area is large, and the manufacture variations in the capacitance is small, and a Q value is high, and a self-resonant frequency is high. <P>SOLUTION: Each of a first wiring layer and a second wiring layer includes a wire group on an input side and a wire group on an output side. A lead-out wire included in the wire group on the input side in the first wiring layer and a lead-out wire included in the wire group on the input side in the second wiring layer are disposed so as to overlap with each other when viewed from a direction of lamination of the wiring layers. A lead-out wire included in the wire group on the output side in the first wiring layer and a lead-out wire included in the wire group on the output side in the second wiring layer are disposed so as to overlap with each other when viewed from the direction of lamination of the wiring layers. The wires which generate capacitances three-dimensionally intersect with each other when viewed from the direction of lamination of the wiring layers. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積回路に内蔵されるメタル配線を用いた半導体容量素子に関し、より特定的には、大容量であり半導体プロセスに必要なマスク枚数が少ない半導体容量素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor capacitor using a metal wiring built in a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor capacitor having a large capacity and a small number of masks required for a semiconductor process.

半導体集積回路において、容量素子は必要不可欠である。容量素子に求められる特性としては、1つ目に、単位面積当たりの静電容量が多いことがあげられる。単位面積当たりの静電容量が多いとチップサイズが小さくでき、低コスト化が可能となるからである。2つ目に、Q値が高いことがあげられる。Q値が高いと損失が減り、回路の雑音特性が改善するからである。3つ目に、特性のばらつきが小さいことがあげられる。特性のばらつきが小さいと回路のばらつきマージンを小さくすることができ、低消費電力化等が図れるからである。   In a semiconductor integrated circuit, a capacitor is indispensable. The first characteristic required for the capacitive element is that the capacitance per unit area is large. This is because if the capacitance per unit area is large, the chip size can be reduced and the cost can be reduced. Second, the Q value is high. This is because if the Q value is high, the loss is reduced and the noise characteristics of the circuit are improved. Third, there is little variation in characteristics. This is because if the variation in characteristics is small, the variation margin of the circuit can be reduced and power consumption can be reduced.

半導体容量素子には、MOS容量、MIM容量、フリンジ容量等がある。これらの容量素子は、上記した3つの特性に関してそれぞれ一長一短があり、用途に応じて使い分けられている。この内で、フリンジ容量は、単位面積当たりの静電容量は他と比較して小さいが、RF(Radio Frequency)における高いQ値特性と低いばらつき特性とを有する。更に、薄膜の誘電体層を用いるための追加マスクが必要なMIM容量に比べて、使用するマスク枚数を減らせるというメリットがある。   Semiconductor capacitor elements include MOS capacitors, MIM capacitors, fringe capacitors, and the like. These capacitive elements have merits and demerits with respect to the above-described three characteristics, and are selectively used depending on the application. Among these, the fringe capacitance has a small Q value per unit area as compared with others, but has a high Q value characteristic and a low variation characteristic in RF (Radio Frequency). Furthermore, there is an advantage that the number of masks to be used can be reduced as compared with an MIM capacitor that requires an additional mask for using a thin dielectric layer.

図21は、特許文献1に記載された従来の1層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子110の構成図である。また、図21の(1)は平面図であり、(2)は断面図である。半導体容量素子110において、入力側のメタル配線4−1と出力側のメタル配線4−2との間に、図21に向かって左右方向の電界結合によって静電容量が発生する。そして、半導体容量素子110は、櫛形が合わさった構造とすることによって、単位面積当たりの静電容量を増やしている。   FIG. 21 is a configuration diagram of a semiconductor capacitor element 110 which is an example of a conventional one-layer fringe capacitor described in Patent Document 1. In FIG. Further, (1) in FIG. 21 is a plan view, and (2) is a sectional view. In the semiconductor capacitor 110, capacitance is generated between the input side metal wiring 4-1 and the output side metal wiring 4-2 by electric field coupling in the left-right direction toward FIG. 21. The semiconductor capacitance element 110 has a structure in which comb shapes are combined to increase the capacitance per unit area.

図22は、特許文献2に記載された従来の多層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子115の構成図である。また、半導体容量素子115は、図21の半導体容量素子110を縦方向に積み上げて、上下の各メタル配線をビアで接続した構成である。この構成によって、半導体容量素子115では、メタル配線同士の水平方向の電界結合に加えて、ビア同士の水平方向の電界結合が加算されるため、単位面積当たりの静電容量が増える。   FIG. 22 is a configuration diagram of a semiconductor capacitor element 115 which is an example of a conventional multilayer fringe capacitor described in Patent Document 2. In FIG. The semiconductor capacitor 115 has a configuration in which the semiconductor capacitors 110 of FIG. 21 are stacked in the vertical direction and the upper and lower metal wirings are connected by vias. With this configuration, in the semiconductor capacitor 115, in addition to the horizontal electric field coupling between the metal wirings, the horizontal electric field coupling between the vias is added, so that the capacitance per unit area increases.

図23は、特許文献3に記載された従来の多層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子120の構成図である。また、半導体容量素子120では、下層のメタル配線4−1の上層にメタル配線4−4が配置され、下層のメタル配線4−2の上層にメタル配線4−3が配置される。この構成によって、半導体容量素子120では、隣接するメタル配線の水平方向の電界結合に加えて、上層のメタル配線と下層のメタル配線との間の電界結合が加算される。この結果として、半導体容量素子120では、単位面積当たりの静電容量が増える。   FIG. 23 is a configuration diagram of a semiconductor capacitor element 120 which is an example of a conventional multilayer fringe capacitor described in Patent Document 3. In the semiconductor capacitor 120, the metal wiring 4-4 is disposed above the lower metal wiring 4-1, and the metal wiring 4-3 is disposed above the lower metal wiring 4-2. With this configuration, in the semiconductor capacitor 120, in addition to the horizontal electric field coupling between adjacent metal wirings, the electric field coupling between the upper metal wiring and the lower metal wiring is added. As a result, in the semiconductor capacitor 120, the capacitance per unit area increases.

図24は、特許文献4に記載された従来の多層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子125の構成図である。図24に示す通り、半導体容量素子125は、下層のメタル配線A1、B1、A2、B2が互いに平行に配置され、その上層に、メタル配線A1、B1、A2、B2と垂直の方向にメタル配線A3、B3、A4、B4が互いに平行に配置され、更にその上層に、メタル配線A3、B3、A4、B4と垂直の方向にメタル配線A5、B5、A6、B6が互いに平行に配置される構成である。ここで、図25は、半導体容量素子125の構成によって、単位面積当たりの静電容量が増える理由を説明するための図である。図25に示す通り、メタル配線B3の側面から下層のメタル配線A1及び上層のメタル配線A5へ斜めに電気力線が走る。つまり、メタル配線B3の側面とメタル配線A1の上面及びメタル配線A5の下面との間で静電容量が発生する。この結果として、半導体容量素子125では、単位面積当たりの静電容量が大きくなる。
特許第3209253号明細書 特表2003−530699号公報 特開平7−283076号公報 特開平11―168182号公報
FIG. 24 is a configuration diagram of a semiconductor capacitor element 125 which is an example of a conventional multilayer fringe capacitor described in Patent Document 4. In FIG. As shown in FIG. 24, in the semiconductor capacitor 125, the lower-layer metal wirings A1, B1, A2, and B2 are arranged in parallel to each other, and the metal wiring in the direction perpendicular to the metal wirings A1, B1, A2, and B2 is disposed on the upper layer. A3, B3, A4, B4 are arranged in parallel to each other, and further, metal wirings A5, B5, A6, B6 are arranged in parallel to each other in a direction perpendicular to the metal wirings A3, B3, A4, B4. It is. Here, FIG. 25 is a diagram for explaining the reason why the capacitance per unit area increases due to the configuration of the semiconductor capacitive element 125. As shown in FIG. 25, electric lines of force run obliquely from the side surface of the metal wiring B3 to the lower metal wiring A1 and the upper metal wiring A5. That is, capacitance is generated between the side surface of the metal wiring B3, the upper surface of the metal wiring A1, and the lower surface of the metal wiring A5. As a result, in the semiconductor capacitor 125, the capacitance per unit area is increased.
Japanese Patent No. 3209253 Special table 2003-530699 gazette JP-A-7-283076 Japanese Patent Laid-Open No. 11-168182

図21の半導体容量素子110は、単位面積当たりの静電容量が小さい。図22の半導体容量素子115は、単位面積当たりの静電容量は大きいが、隣接するビア間の静電容量を用いるために、静電容量の量産ばらつきが大きくなる。図23の半導体容量素子120は、メタル配線の上層下層間で生じる静電容量を利用して単位面積当たりの静電容量を大きくしているが、図24の半導体容量素子125のように、メタル配線の側面から下層及び上層のメタル配線へ走る電気力線による静電容量は発生しない(図25を参照)。このことによって、図23の半導体容量素子120では、図22の半導体容量素子115及び図24の半導体容量素子125と比べて単位面積当たりの静電容量は小さくなる。   The semiconductor capacitance element 110 in FIG. 21 has a small capacitance per unit area. The semiconductor capacitance element 115 in FIG. 22 has a large capacitance per unit area. However, since the capacitance between adjacent vias is used, the mass production variation of capacitance increases. The semiconductor capacitance element 120 of FIG. 23 uses the capacitance generated between the upper and lower layers of the metal wiring to increase the capacitance per unit area. However, like the semiconductor capacitance element 125 of FIG. No electrostatic capacitance is generated by electric lines of force that run from the side of the wiring to the lower and upper metal wirings (see FIG. 25). Accordingly, the capacitance per unit area of the semiconductor capacitor 120 in FIG. 23 is smaller than that of the semiconductor capacitor 115 in FIG. 22 and the semiconductor capacitor 125 in FIG.

図24の半導体容量素子125は、単位面積当たりの静電容量は大きく、また、静電容量の量産ばらつきは小さい。図26は、半導体容量素子125をメタル配線の積層方向から視た図である。図26のF、G、H、Iは、半導体容量素子125の4つの側面を示し、側面Fと側面Hとが向き合い、側面Gと側面Iとが向き合う。図26に示す通り、入力側の櫛形のメタル配線140に含まれる取り出し配線145は、側面Fに沿って設けられ、出力側の櫛形のメタル配線141に含まれる取り出し配線146は、側面Fと向き合う側面Hに沿って設けられる。また、メタル配線140及び141の下層に設けられる櫛形のメタル配線142及び143において、入力側のメタル配線143に含まれる取り出し配線147は、側面Gに沿って設けられ、出力側のメタル配線142に含まれる取り出し配線148は、側面Gと向き合う側面Iに沿って設けられる。入力側において、上層の取り出し配線145と下層の取り出し配線147とは、取り出し配線149によって接続されて半導体容量素子125の外部へ引き出される。同様に、出力側において、上層の取り出し配線146と下層の取り出し配線148とは、取り出し配線150によって接続されて半導体容量素子125の外部へ引き出される。   The semiconductor capacitance element 125 in FIG. 24 has a large capacitance per unit area and a small variation in production of capacitance. FIG. 26 is a diagram of the semiconductor capacitor 125 viewed from the stacking direction of the metal wiring. F, G, H, and I in FIG. 26 show four side surfaces of the semiconductor capacitor 125, where the side surface F and the side surface H face each other, and the side surface G and the side surface I face each other. As shown in FIG. 26, the extraction wiring 145 included in the comb metal wiring 140 on the input side is provided along the side surface F, and the extraction wiring 146 included in the comb metal wiring 141 on the output side faces the side surface F. It is provided along the side surface H. In the comb-shaped metal wirings 142 and 143 provided below the metal wirings 140 and 141, the extraction wiring 147 included in the input-side metal wiring 143 is provided along the side surface G, and is connected to the output-side metal wiring 142. The included extraction wiring 148 is provided along the side surface I facing the side surface G. On the input side, the upper extraction wiring 145 and the lower extraction wiring 147 are connected to each other by the extraction wiring 149 and led out of the semiconductor capacitor element 125. Similarly, on the output side, the upper extraction wiring 146 and the lower extraction wiring 148 are connected by the extraction wiring 150 and drawn out of the semiconductor capacitor element 125.

以上に説明した通り、半導体容量素子125は、櫛形のメタル配線に含まれる取り出し配線が設けられる側面が、メタル配線の層毎に入れ換わる構成である。このことによって、図26に示す通り、配線長の長い取り出し配線149及び150が必要となる。この結果として、取り出し配線のチップ占有面積が増加し、加えて、取り出し配線の寄生抵抗及び寄生インダクタンスが増加する。例えば、1辺の長さが100umの四角形状の半導体容量素子125では、入力側及び出力側の取り出し配線149及び150の長さは、それぞれ、約100umも必要になるので、数Ωの寄生抵抗及び0.数nHの寄生インダクタンスが発生する。この結果として、半導体容量素子125では、寄生抵抗及び寄生インダクタンスの増加によってQ値が低くなり、また、自己共振周波数が低くなるという問題があった。   As described above, the semiconductor capacitance element 125 has a configuration in which the side surface provided with the extraction wiring included in the comb-shaped metal wiring is replaced for each layer of the metal wiring. As a result, as shown in FIG. 26, extraction wirings 149 and 150 having a long wiring length are required. As a result, the chip occupation area of the extraction wiring increases, and in addition, the parasitic resistance and parasitic inductance of the extraction wiring increase. For example, in the case of a rectangular semiconductor capacitance element 125 having a side length of 100 μm, the lengths of the extraction wirings 149 and 150 on the input side and the output side need to be about 100 μm, respectively. And 0. A parasitic inductance of several nH is generated. As a result, the semiconductor capacitor 125 has a problem that the Q value is lowered due to the increase in parasitic resistance and parasitic inductance, and the self-resonance frequency is lowered.

なお、取り出し配線149及び150の配線長を短くするために、図27に示す通り、各層の櫛形のメタル配線に含まれる取り出し配線同士が隣接する角の部分に取り出し配線149及び150をそれぞれ接続する方法が考えられる。しかし、この方法では、取り出し配線145〜148の端部に取り出し配線149又は150を接続する必要があるので、取り出し配線145〜148の中央部に取り出し配線149又は150を接続する場合(図26を参照)と比べて取り出し配線145〜148に生じる寄生抵抗及び寄生インダクタンスは増加してしまう。この結果として、図27に示すように取り出し配線149及び150の配線長を短くしても、半導体容量素子125では、寄生抵抗及び寄生インダクタンスの増加によってQ値が低くなり、また、自己共振周波数が低くなるという問題が生じる。   In order to shorten the wiring length of the extraction wirings 149 and 150, as shown in FIG. 27, the extraction wirings 149 and 150 are connected to the corner portions where the extraction wirings included in the comb-shaped metal wirings of each layer are adjacent to each other. A method is conceivable. However, in this method, it is necessary to connect the extraction wiring 149 or 150 to the ends of the extraction wirings 145 to 148. Therefore, when the extraction wiring 149 or 150 is connected to the center of the extraction wirings 145 to 148 (see FIG. 26). The parasitic resistance and the parasitic inductance generated in the extraction wirings 145 to 148 are increased compared to the reference). As a result, even if the wiring lengths of the extraction wirings 149 and 150 are shortened as shown in FIG. 27, the semiconductor capacitor 125 has a low Q value due to an increase in parasitic resistance and parasitic inductance, and the self-resonance frequency is reduced The problem of being lowered arises.

それ故に、本発明の目的は、単位面積あたりの静電容量が大きく、静電容量の製造ばらつきが小さく、また、Q値が高く、自己共振周波数の高い半導体容量素子を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor capacitor element having a large capacitance per unit area, a small manufacturing variation of the capacitance, a high Q value, and a high self-resonant frequency.

本発明は、N(Nは、2以上の整数)個の配線層を積み上げた構造の半導体容量素子に向けられている。そして、上記目的を達成させるために、本発明の半導体容量素子は、K(Kは、1〜N−1の何れか)番目の配線層に設けられるK層メタル配線と、K+1番目の配線層に設けられるK+1層メタル配線とを備え、K層メタル配線及びK+1層メタル配線は、それぞれ、第1の単位直線配線が規則的に結合して成る複数の第1の所定形状配線と当該複数の第1の所定形状配線を第1の端子に接続する取出し配線とを備える第1配線群と、第2の単位直線配線が規則的に結合して成る複数の第2の所定形状配線と当該複数の第2の所定形状配線を第2の端子に接続する取出し配線とを備える第2配線群とを含み、複数の第1の所定形状配線と複数の第2の所定形状配線とは、同一の配線層において、等間隔を空けて交互に配列され、K層の第1配線群の取出し配線とK+1層の第1配線群の取出し配線とは、配線層の積層方向において重なる位置に配置されて互いに接続され、K層の第2配線群の取出し配線とK+1層の第2配線群の取出し配線とは、配線層の積層方向において重なる位置に配置されて互いに接続され、配線層の積層方向において、K層の第1の単位直線配線とK+1層の第2の単位直線配線とはそれぞれ立体的に交差し、配線層の積層方向において、K+1層の第1の単位直線配線とK層の第2の単位直線配線とはそれぞれ立体的に交差する。   The present invention is directed to a semiconductor capacitor element having a structure in which N (N is an integer of 2 or more) wiring layers are stacked. In order to achieve the above object, the semiconductor capacitance element of the present invention includes a K layer metal wiring provided in a Kth (K is any one of 1 to N−1) wiring layer, and a K + 1th wiring layer. The K + 1 layer metal wiring and the K + 1 layer metal wiring are respectively provided with a plurality of first predetermined shape wirings formed by regularly coupling first unit straight lines and the plurality of the plurality of first predetermined shape wirings. A plurality of second predetermined shape wirings formed by regularly connecting first unit wirings, a first wiring group including an extraction wiring for connecting the first predetermined shape wiring to the first terminal, and the plurality of second predetermined shape wirings; A plurality of first predetermined shape wirings and the plurality of second predetermined shape wirings are identical to each other. In the wiring layer, the first and second layers of the K layer are alternately arranged at equal intervals. The extraction wiring of the line group and the extraction wiring of the first wiring group of the (K + 1) layer are arranged at positions overlapping in the stacking direction of the wiring layers and connected to each other, and the extraction wiring of the second wiring group of the K layer and the first wiring group of the (K + 1) layer are connected. The lead-out wirings of the two wiring groups are arranged at positions overlapping in the wiring layer stacking direction and connected to each other, and in the wiring layer stacking direction, the first unit straight wiring of the K layer and the second unit straight line of the K + 1 layer The wiring intersects three-dimensionally, and the first unit straight wiring in the K + 1 layer and the second unit straight wiring in the K layer intersect three-dimensionally in the stacking direction of the wiring layers.

また、第1の所定形状配線は、第1の単位直線配線がジグザグ形状に結合して成るジグザグ形状配線であり、第2の所定形状配線は、第2の単位直線配線がジグザグ形状に結合して成るジグザグ形状配線であってもよい。   Further, the first predetermined shape wiring is a zigzag wiring formed by coupling the first unit straight wiring in a zigzag shape, and the second predetermined shape wiring is a second unit straight wiring coupled in a zigzag shape. The zigzag wiring formed may be used.

また、K層メタル配線は、更に、ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に、配列されたジグザグ形状配線の両端のジグザグ形状配線と等間隔を空けて隣接するジグザグ形状のフローティング配線をそれぞれ備え、K+1層メタル配線は、更に、ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に、配列されたジグザグ形状配線の両端のジグザグ形状配線と等間隔を空けて隣接するジグザグ形状のフローティング配線をそれぞれ備えてもよい。   Further, the K layer metal wiring further includes zigzag floating wirings adjacent to the outer periphery of the region where the zigzag wirings are arranged at equal intervals with the zigzag wirings at both ends of the arranged zigzag wirings. The K + 1 layer metal wiring further includes zigzag floating wirings adjacent to the outer periphery of the region where the zigzag wirings are arranged at equal intervals with the zigzag wirings at both ends of the arranged zigzag wirings. Also good.

また、配線層の積層方向において、K層の第1の端子に接続されるジグザグ形状配線とK+1層の第1の端子に接続されるジグザグ形状配線とが重なる部分を、それぞれ接続するビアと、配線層の積層方向において、K層の第2の端子に接続されるジグザグ形状配線とK+1層の第2の端子に接続されるジグザグ形状配線とが重なる部分を、それぞれ接続するビアとを更に備えてもよい。   Further, in the stacking direction of the wiring layer, vias that respectively connect portions where the zigzag wiring connected to the first terminal of the K layer and the zigzag wiring connected to the first terminal of the K + 1 layer overlap, In the stacking direction of the wiring layers, there are further provided vias that connect portions where the zigzag wiring connected to the second terminal of the K layer and the zigzag wiring connected to the second terminal of the K + 1 layer overlap each other. May be.

また、K層のジグザグ形状配線の折れ曲がり部分の内、当該ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に位置する外周折れ曲がり部分に配線層の積層方向において対応するK+1層の位置に設けられるフローティング配線と、K+1層のジグザグ形状配線の折れ曲がり部分の内、当該ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に位置する外周折れ曲がり部分に配線層の積層方向において対応するK層の位置に設けられるフローティング配線と、K層の外周折れ曲がり部分とK+1層のフローティング配線とをそれぞれ接続するビアと、K+1層の外周折れ曲がり部分とK層のフローティング配線とをそれぞれ接続するビアとを更に備えてもよい。   Further, among the bent portions of the K layer zigzag wiring, the floating wiring provided at the position of the K + 1 layer corresponding to the outer peripheral bent portion located in the outer periphery of the region where the zigzag wiring is arranged A floating wiring provided at the position of the K layer corresponding to the outer peripheral bent portion located in the outer periphery of the region where the zigzag wiring is arranged in the bent portion of the K + 1 layer zigzag wiring; A via connecting each of the K-layer outer periphery bent portion and the K + 1 layer floating wiring and a via connecting each of the K + 1 layer outer bent portion and the K layer floating wiring may be further provided.

また、K+1層のフローティング配線及びK層のフローティング配線の形状は、正方形であってもよく、三角形であってもよく、五角形であってもよい。   The shapes of the K + 1 layer floating wiring and the K layer floating wiring may be square, triangular, or pentagonal.

また、第1の所定形状配線は、4つの第1の単位直線配線が四角形状に結合して成る四角形状配線であり、第2の所定形状配線は、2つの第2の単位直線配線がクロス形状に結合して成るクロス形状配線であり、K層の四角形状配線とK+1層の四角形状配線とは、それぞれビアで接続されて第1の端子に接続され、K層のクロス形状配線とK+1層のクロス形状配線とは、それぞれビアで接続されて第2の端子に接続されてもよい。   Further, the first predetermined shape wiring is a quadrangular wiring formed by connecting four first unit straight wirings into a quadrangular shape, and the second predetermined shape wiring is a cross between two second unit straight wirings. The K-shaped quadrangular wiring and the (K + 1) -thick quadrangular wiring are respectively connected by vias and connected to the first terminal, and the K-layer cross-shaped wiring and the K + 1 wiring are connected to the first terminal. The cross-shaped wirings of the layers may be connected to the second terminals by vias, respectively.

また、交差の角度は、それぞれ90°であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the angle of intersection is 90 degrees.

上記のように、本発明によれば、ジグザグ形状等の配線を用いて複数の配線層に設けられる入力側配線及び出力側配線に含まれる取り出し配線をそれぞれ同位置に揃えて配置することができる。このことによって、本発明によれば、単位面積あたりの静電容量が大きく、静電容量の製造ばらつきが小さく、また、Qが高く、自己共振周波数の高い半導体容量素子を実現できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to arrange the input-side wirings provided in the plurality of wiring layers and the extraction wirings included in the output-side wirings to be aligned at the same position by using the zigzag-shaped wirings. . Thus, according to the present invention, it is possible to realize a semiconductor capacitor element having a large capacitance per unit area, a small manufacturing variation of the capacitance, a high Q, and a high self-resonance frequency.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る半導体容量素子10の構成例を示す図である。図1に示す通り、半導体容量素子10は、実線で示された第1の配線層と、点線で示された第2の配線層とを備える。第1の配線層は、信号入力側(以下、単に、入力側という)のメタル配線11と、信号出力側(以下、単に、出力側という)のメタル配線12と、入力側の取り出し配線17と、出力側の取り出し配線18とを備える。なお、入力側と出力側とを
、反対にしてもよい。入力側のメタル配線11は、入力側の取り出し配線13を含み、出力側のメタル配線12は、出力側の取り出し配線14を含む。取り出し配線13の中央には、半導体容量素子10の入力側の端子(図示せず)接続される取り出し配線17が接続され、取り出し配線14の中央には、半導体容量素子10の出力側の端子(図示せず)に接続される取り出し配線18が接続される。第2の配線層は、入力側のメタル配線15と出力側のメタル配線16とを備える。入力側のメタル配線15は、入力側の取り出し配線23(図示せず)を含み、出力側のメタル配線16は、出力側の取り出し配線24(図示せず)を含む。第1の配線層と第2の配線層とは重なり、入力側のメタル配線11とメタル配線15とは、電導体であるビア19及び20によって接続される。同様に、出力側のメタル配線12とメタル配線16とは、電導体であるビア21及び22によって接続される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the semiconductor capacitor 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor capacitor 10 includes a first wiring layer indicated by a solid line and a second wiring layer indicated by a dotted line. The first wiring layer includes a metal wiring 11 on the signal input side (hereinafter simply referred to as input side), a metal wiring 12 on the signal output side (hereinafter simply referred to as output side), and an extraction wiring 17 on the input side. And an output-side extraction wiring 18. Note that the input side and the output side may be reversed. The input side metal wiring 11 includes an input side extraction wiring 13, and the output side metal wiring 12 includes an output side extraction wiring 14. An extraction wiring 17 connected to an input side terminal (not shown) of the semiconductor capacitor 10 is connected to the center of the extraction wiring 13, and an output side terminal of the semiconductor capacitance element 10 ( A take-out wiring 18 connected to (not shown) is connected. The second wiring layer includes an input side metal wiring 15 and an output side metal wiring 16. The input side metal wiring 15 includes an input side extraction wiring 23 (not shown), and the output side metal wiring 16 includes an output side extraction wiring 24 (not shown). The first wiring layer and the second wiring layer overlap, and the input-side metal wiring 11 and the metal wiring 15 are connected by vias 19 and 20 that are conductors. Similarly, the output side metal wiring 12 and the metal wiring 16 are connected by vias 21 and 22 which are conductors.

図2は、半導体容量素子10が備える第1の配線層に設けられるメタル配線について説明するための図である。図2に示す通り、メタル配線11は、直線が左右交互に折れ曲がった形状(以下、ジグザグ形状という)の2本の配線(以下、ジグザグ形状配線という)が、取り出し配線13によって接続された構成である。なお、ジグザグ形状配線は、図2の矢印で示す1単位の直線形状配線(単位直線配線)が規則的に結合して形成される配線と考えることもできる。同様に、メタル配線12は、2本のジグザグ形状配線が、取り出し配線14によって接続された構成である。ジグザグ形状配線のジグザグ形状の折れ曲がりの角度は、90°である。また、メタル配線11のジグザグ形状配線とメタル配線12のジグザグ形状配線とは、図2に示す通り、第1の配線層に、ジグザグ形状の周期を揃え、等間隔を空けて交互に配置される。   FIG. 2 is a diagram for explaining the metal wiring provided in the first wiring layer provided in the semiconductor capacitor 10. As shown in FIG. 2, the metal wiring 11 has a configuration in which two wirings (hereinafter referred to as a zigzag shape) in which straight lines are bent alternately left and right (hereinafter referred to as a zigzag shape) are connected by an extraction wiring 13. is there. Note that the zigzag wiring can be considered as a wiring formed by regularly combining one unit of linear wiring (unit linear wiring) indicated by an arrow in FIG. Similarly, the metal wiring 12 has a configuration in which two zigzag wirings are connected by an extraction wiring 14. The angle of the zigzag-shaped bending of the zigzag-shaped wiring is 90 °. Further, the zigzag wiring of the metal wiring 11 and the zigzag wiring of the metal wiring 12 are alternately arranged at equal intervals in the first wiring layer with the same zigzag period as shown in FIG. .

図3は、半導体容量素子10が備える第2の配線層が備える配線について説明するための図である。図3に示す通り、メタル配線15は、2本のジグザグ形状配線が、取り出し配線23によって接続された構成であり、メタル配線16は、2本のジグザグ形状配線が、取り出し配線24によって接続された構成である。ジグザグ形状配線のジグザグ形状の折れ曲がりの角度は、90°である。また、メタル配線15のジグザグ形状配線とメタル配線16のジグザグ形状配線とは、図3に示す通り、第2の配線層に、ジグザグ形状の周期を揃え、等間隔を空けて交互に配置される。   FIG. 3 is a diagram for explaining wirings included in the second wiring layer included in the semiconductor capacitor 10. As shown in FIG. 3, the metal wiring 15 has a configuration in which two zigzag wirings are connected by an extraction wiring 23, and the metal wiring 16 has two zigzag wirings connected by an extraction wiring 24. It is a configuration. The angle of the zigzag-shaped bending of the zigzag-shaped wiring is 90 °. Further, the zigzag wiring of the metal wiring 15 and the zigzag wiring of the metal wiring 16 are alternately arranged in the second wiring layer at equal intervals with the same zigzag period as shown in FIG. .

ここで、図1を再び参照して、半導体容量素子10における、第1の配線層のジグザグ形状配線(図2を参照)と第2の配線層のジグザグ形状配線(図3を参照)との位置関係を説明する。図1に示す通り、実線で示された第1の配線層に配置されるメタル配線11及び12のジグザグ形状配線と、点線で示された第2の配線層に配置されるメタル配線15及び16のジグザグ形状配線とは、第1及び第2の配線層の積層方向において、ジグザグ形状の周期を半周期ずらせて配置される。   Here, referring again to FIG. 1, the zigzag wiring of the first wiring layer (see FIG. 2) and the zigzag wiring of the second wiring layer (see FIG. 3) in the semiconductor capacitor 10. The positional relationship will be described. As shown in FIG. 1, the zigzag wiring of the metal wirings 11 and 12 arranged in the first wiring layer shown by the solid line and the metal wirings 15 and 16 arranged in the second wiring layer shown by the dotted line. The zigzag wiring is arranged with the period of the zigzag shape shifted by a half period in the stacking direction of the first and second wiring layers.

以上に説明した構成によって、図1に示す通り、第1の配線層に配置される入力側のメタル配線11が備えるジグザグ形状配線と、第2の配線層に配置される出力側のメタル配線16が備えるジグザグ形状配線とは、第1及び第2の配線層の積層方向において、複数の直交部分を有する。同様に、第1の配線層に配置される出力側のメタル配線12が備えるジグザグ形状配線と、第2の配線層に配置される入力側のメタル配線15が備えるジグザグ形状配線とは、第1及び第2の配線層の積層方向において、複数の直交部分を有する。このことによって、半導体容量素子10は、従来の半導体容量素子125(24及び図26を参照)において、図25を用いて説明した効果と同様の効果を得ることができる。具体的には、第1の配線層に配置される入力側のメタル配線11が備えるジグザグ形状配線の側面と、第2の配線層に配置される出力側のメタル配線16が備えるジグザグ形状配線の上面との間で静電容量が発生する。また、第2の配線層に配置される出力側のメタル配線16が備えるジグザグ形状配線の側面と、第1の配線層に配置される入力側のメタル配線11が備えるジグザグ形状配線の下面との間で静電容量が発生する。同様に、第1の配線層に配置される出力側のメタル配線12が備えるジグザグ形状配線の側面と、第2の配線層に配置される入力側のメタル配線15が備えるジグザグ形状配線の上面との間で静電容量が発生する。また、第2の配線層に配置される入力側のメタル配線15が備えるジグザグ形状配線の側面と、第1の配線層に配置される出力側のメタル配線12が備えるジグザグ形状配線の下面との間で静電容量が発生する。この結果として、半導体容量素子10では、従来の半導体容量素子125と同様に、単位面積当たりの静電容量を増加させることができる。   With the configuration described above, as shown in FIG. 1, the zigzag wiring included in the input-side metal wiring 11 arranged in the first wiring layer and the output-side metal wiring 16 arranged in the second wiring layer are provided. The zigzag wiring included in the circuit has a plurality of orthogonal portions in the stacking direction of the first and second wiring layers. Similarly, the zigzag wiring provided in the output-side metal wiring 12 arranged in the first wiring layer and the zigzag wiring provided in the input-side metal wiring 15 arranged in the second wiring layer are: And a plurality of orthogonal portions in the stacking direction of the second wiring layer. As a result, the semiconductor capacitor 10 can obtain the same effects as those described with reference to FIG. 25 in the conventional semiconductor capacitor 125 (see FIG. 24 and FIG. 26). Specifically, the side surfaces of the zigzag wiring provided in the input side metal wiring 11 arranged in the first wiring layer and the zigzag wiring provided in the output side metal wiring 16 arranged in the second wiring layer are provided. Capacitance is generated between the upper surface. Further, the side surface of the zigzag wiring provided in the output side metal wiring 16 arranged in the second wiring layer and the lower surface of the zigzag wiring provided in the input side metal wiring 11 arranged in the first wiring layer. Capacitance is generated between them. Similarly, the side surface of the zigzag wiring included in the output-side metal wiring 12 disposed in the first wiring layer, and the upper surface of the zigzag wiring included in the input-side metal wiring 15 disposed in the second wiring layer, Capacitance is generated between the two. Further, the side surface of the zigzag wiring provided in the input side metal wiring 15 arranged in the second wiring layer and the lower surface of the zigzag wiring provided in the output side metal wiring 12 arranged in the first wiring layer. Capacitance is generated between them. As a result, in the semiconductor capacitor 10, the capacitance per unit area can be increased as in the conventional semiconductor capacitor 125.

ここで、図1〜3に示す通り、半導体容量素子10では、従来の半導体容量素子125とは異なり、第1及び第2の配線層の積層方向において、入力側の取り出し配線13及び23は同一の側面(位置)に設けられ、また、出力側の取り出し配線14及び24は同一の側面(位置)に設けられる。また、入力側の取り出し配線13と23とはビア19及び20によって接続され、出力側の取り出し配線14と24とはビア21及び22によって接続される。このことによって、半導体容量素子10は、入力側の取り出し配線13に取り出し配線17を接続すればよく、また、出力側の取り出し部分14に取り出し配線18を接続すればよい。この結果として、半導体容量素子10は、図26に示す従来の半導体容量素子125と比べて、取り出し配線の配線長を低減することができるので、取り出し配線に生じる寄生抵抗及び寄生インダクタンスを抑制することができる。   Here, as shown in FIGS. 1 to 3, in the semiconductor capacitor 10, unlike the conventional semiconductor capacitor 125, the input-side extraction wires 13 and 23 are the same in the stacking direction of the first and second wiring layers. Further, the output side extraction wires 14 and 24 are provided on the same side surface (position). Further, the input side extraction wirings 13 and 23 are connected by vias 19 and 20, and the output side extraction wirings 14 and 24 are connected by vias 21 and 22. Thus, the semiconductor capacitor 10 may be connected to the extraction wiring 17 on the input-side extraction wiring 13 and connected to the extraction wiring 14 on the output side. As a result, the semiconductor capacitance element 10 can reduce the wiring length of the extraction wiring as compared with the conventional semiconductor capacitance element 125 shown in FIG. 26, so that parasitic resistance and parasitic inductance generated in the extraction wiring are suppressed. Can do.

更に、半導体容量素子10は、取り出し配線13の中央部に取り出し配線17を接続し、取り出し配線14の中央部に取り出し配線18を接続している。このことによって、半導体容量素子10は、取り出し配線149を取り出し配線145及び147の端部に接続し、取り出し配線150を取り出し配線146及び148の端部に接続した図27に示す半導体容量素子125と比べて、取り出し配線13、14、23及び24に生じる寄生抵抗及び寄生インダクタンスを低減することができる。   Further, in the semiconductor capacitor 10, the extraction wiring 17 is connected to the central portion of the extraction wiring 13, and the extraction wiring 18 is connected to the central portion of the extraction wiring 14. As a result, the semiconductor capacitor 10 is connected to the ends of the extraction wires 145 and 147 and the extraction wiring 150 is connected to the ends of the extraction wires 146 and 148, and the semiconductor capacitance element 125 shown in FIG. In comparison, parasitic resistance and parasitic inductance generated in the extraction wirings 13, 14, 23, and 24 can be reduced.

加えて、半導体容量素子10は、容量を発生させる部分(ジグザグ形状配線の部分)にビアを打っていない。ビアを打つ場合にはジグザグ形状配線を太くする必要があるため、単位面積当たりの容量が小さくなる。このことから、半導体容量素子10によれば、発生容量の面積効率のよい容量素子が実現できる。   In addition, the semiconductor capacitor element 10 does not have vias in portions that generate capacitance (portions of zigzag wiring). When a via is formed, since the zigzag wiring needs to be thickened, the capacity per unit area is reduced. From this, according to the semiconductor capacitive element 10, it is possible to realize a capacitive element with high area efficiency of the generated capacitance.

以上に説明した通り、半導体容量素子10は、従来の半導体容量素子125と同様に、単位面積あたりの静電容量が大きく、静電容量の製造ばらつきが小さい。これに加えて、半導体容量素子10は、従来の半導体容量素子125よりも、寄生抵抗及び寄生インダクタンスを低減することができる。この結果として、半導体容量素子10によれば、単位面積あたりの静電容量が大きく、静電容量の製造ばらつきが小さく、また、Q値が高く、自己共振周波数の高い半導体容量素子を提供することができる。   As described above, the semiconductor capacitor 10 has a large capacitance per unit area and a small manufacturing variation of the capacitance, similarly to the conventional semiconductor capacitor 125. In addition, the semiconductor capacitor 10 can reduce parasitic resistance and parasitic inductance compared to the conventional semiconductor capacitor 125. As a result, according to the semiconductor capacitive element 10, it is possible to provide a semiconductor capacitive element that has a large capacitance per unit area, a small manufacturing variation of the capacitance, a high Q value, and a high self-resonance frequency. Can do.

なお、図1では、半導体容量素子10のジグザグ形状配線の先端は鋭角形状となっている。半導体プロセスによっては、鋭角形状の配線はルール違反となる場合がある。この場合には、例えば、図4に示す様に、半導体容量素子10は、ジグザグ形状配線の先端の鋭角形状部分をカットした形状とされてもよい。また、以上では、第1の配線層のジグザグ形状配線と第2の配線層のジグザグ形状配線とが90°で立体的に交差する構成(図1を参照)を示したが、図5又は図6に示すように、第1の配線層のジグザグ形状配線と第2の配線層のジグザグ形状配線とが90°以上又は90°以下で立体的に交差する構成としてもよい。また、以上では、第1の配線層及び第2の配線層から成る2層の半導体容量素子について説明したが、配線層は3層以上であってもよい。この場合には、単位面積当たりの静電容量を更に大きくすることができる。また、以上では、各配線層に設けられるジグザグ形状配線の数を4本として説明したが、各配線層に設けられるジグザグ形状配線の数は、4本には限られない。また、以上では、第1及び第2の配線層の積層方向において、第1の配線層に配置される入力側のメタル配線11が備えるジグザグ形状配線と、第2の配線層に配置される出力側のメタル配線16が備えるジグザグ形状配線とが、複数箇所で立体的に交差し、また、第1の配線層に配置される出力側のメタル配線12が備えるジグザグ形状配線と、第2の配線層に配置される入力側のメタル配線15が備えるジグザグ形状配線とが、複数箇所で立体的に交差している。しかし、この交差箇所は、1つ以上あればよく、更には、交差せずに重なっているだけでもよい。なお、この場合には、複数の交差箇所を有する場合よりも、ジグザグ形状配線の側面に生じる静電容量の総量は小さくなる。   In FIG. 1, the tip of the zigzag wiring of the semiconductor capacitor 10 has an acute angle shape. Depending on the semiconductor process, an acute-angle wiring may violate the rule. In this case, for example, as shown in FIG. 4, the semiconductor capacitor 10 may have a shape obtained by cutting an acute-angled portion at the tip of the zigzag wiring. In the above description, the zigzag wiring of the first wiring layer and the zigzag wiring of the second wiring layer are three-dimensionally intersected at 90 ° (see FIG. 1). As shown in FIG. 6, the zigzag wiring of the first wiring layer and the zigzag wiring of the second wiring layer may be three-dimensionally intersected at 90 ° or more and 90 ° or less. In the above description, the two-layer semiconductor capacitor element including the first wiring layer and the second wiring layer has been described. However, the wiring layer may have three or more layers. In this case, the capacitance per unit area can be further increased. In the above description, the number of zigzag wirings provided in each wiring layer has been described as four. However, the number of zigzag wirings provided in each wiring layer is not limited to four. Further, in the above, in the stacking direction of the first and second wiring layers, the zigzag wiring included in the input-side metal wiring 11 disposed in the first wiring layer and the output disposed in the second wiring layer. The zigzag wiring provided in the side metal wiring 16 intersects three-dimensionally at a plurality of locations, and the zigzag wiring provided in the output side metal wiring 12 arranged in the first wiring layer and the second wiring The zigzag wiring provided in the input side metal wiring 15 arranged in the layer intersects three-dimensionally at a plurality of locations. However, it is sufficient that there are one or more intersections, and furthermore, the intersections may be overlapped without intersecting. In this case, the total amount of capacitance generated on the side surface of the zigzag wiring is smaller than in the case of having a plurality of intersections.

また、図7に示す通りに、メタル配線11及び12のジグザグ形状配線と同形状であって、メタル配線11及び12のどちらにも接続されないフローティング配線25及び26を、メタル配線11及び12のジグザグ形状配線が配列された領域の外周の位置であって、両端のジグザグ形状配線と等間隔を空けて隣接して、それぞれ第1の配線層に配置し、同様に、メタル配線15及び16のジグザグ形状配線と同形状のフローティング配線27及び28を、第2の配線層に配置してもよい。このことによって、静電容量を発生させるメタル配線部分の平坦化が図れるので、半導体容量素子10の静電容量のばらつきが低減できる。   Further, as shown in FIG. 7, floating wirings 25 and 26 that are the same shape as the zigzag wiring of the metal wirings 11 and 12 and are not connected to either of the metal wirings 11 and 12 are replaced with zigzags of the metal wirings 11 and 12. The positions of the outer periphery of the area where the shape wirings are arranged, adjacent to the zigzag wirings at both ends with an equal interval, and arranged in the first wiring layer, respectively. Similarly, the zigzag of the metal wirings 15 and 16 is arranged. Floating wirings 27 and 28 having the same shape as the shape wiring may be arranged in the second wiring layer. As a result, the metal wiring portion that generates the electrostatic capacitance can be flattened, so that the variation in the electrostatic capacitance of the semiconductor capacitive element 10 can be reduced.

以下では、図1の半導体容量素子10に発生する静電容量について説明する。図8は、図1の半導体容量素子10に発生する静電容量について説明するための図である。半導体容量素子10に発生する静電容量は、図8の(a)〜(d)に示す4種類の静電容量に大別される。なお、図8の(a)〜(d)には、それぞれ、ジグザグ形状配線の平面図、断面図及び発生する静電容量を示している。図8(a)に示す静電容量は、第1の配線層の配線同士及び第2の配線層の配線同士に生じる同一層方向の線間容量である。図8(b)に示す静電容量は、第1の配線層の配線と第2の配線層の配線との間に生じる積層方向の線間容量である。図8(c)に示す静電容量は、互いに交差する第1の配線層の配線及び第2の配線層の配線の一方の側面と他方の上面(又は下面)との間に生じる交差配線間のフリンジ容量である。図8(d)に示す静電容量は、平行な位置関係にある第1の配線層の配線及び第2の配線層の配線の一方の側面と他方の上面(又は下面)との間に生じる平行配線間のフリンジ容量である。   Below, the electrostatic capacitance which generate | occur | produces in the semiconductor capacitive element 10 of FIG. 1 is demonstrated. FIG. 8 is a diagram for explaining the capacitance generated in the semiconductor capacitor 10 of FIG. The capacitance generated in the semiconductor capacitance element 10 is roughly classified into four types of capacitances shown in FIGS. 8A to 8D show a plan view, a cross-sectional view, and a generated capacitance of the zigzag wiring, respectively. The capacitance shown in FIG. 8A is a line capacitance in the same layer direction generated between the wirings of the first wiring layer and between the wirings of the second wiring layer. The electrostatic capacitance shown in FIG. 8B is a line-to-line capacitance generated between the wiring of the first wiring layer and the wiring of the second wiring layer. The capacitance shown in FIG. 8C is between the cross wirings generated between one side surface and the other upper surface (or lower surface) of the wirings of the first wiring layer and the second wiring layer that intersect each other. Fringe capacity. The electrostatic capacitance shown in FIG. 8D is generated between one side surface and the other upper surface (or lower surface) of the wiring of the first wiring layer and the wiring of the second wiring layer which are in a parallel positional relationship. This is the fringe capacity between parallel wires.

ここで、従来の半導体容量素子125(図24を参照)には、図8の(a)〜(c)に示す静電容量は生じるが、図8(d)に示す静電容量は生じない。つまり、本発明の半導体容量素子10には、従来の半導体容量素子125と比べて、更に、図8(d)に示す静電容量が生じる。   Here, in the conventional semiconductor capacitance element 125 (see FIG. 24), the capacitances shown in FIGS. 8A to 8C are generated, but the capacitance shown in FIG. 8D is not generated. . That is, the capacitance shown in FIG. 8D is further generated in the semiconductor capacitive element 10 of the present invention as compared with the conventional semiconductor capacitive element 125.

以下では、第1の配線層の配線と第2の配線層の配線との交差角度(以下、単に、交差角度という)の最適値について考察する。第1の配線層(上層)の配線と第2の配線層(下層)の配線とが両配線層の積層方向から視て角度θで交差する場合を計算する。図9は、半導体容量素子10の単位セルを示す図である。図9(a)は単位セルの正面図を示し、図9(b)は単位セルの断面図を示す。図9(a)の太線の四辺形で囲まれた部分が単位セルである。また、第1の配線層(上層)の配線は実線で示し、第2の配線層(下層)の配線は点線で示す。ここで、第1及び第2の配線層の配線の幅をW1 とし、厚さをTとする。第1の配線層の配線同士の間隔及び第2の配線層の配線同士の間隔をS1 とする。第1の配線層の配線と第2の配線層の配線との間隔をHとする。この場合、単位セルの面積は、式1で計算される。

Figure 2008112974
Hereinafter, the optimum value of the intersection angle (hereinafter simply referred to as the intersection angle) between the wiring of the first wiring layer and the wiring of the second wiring layer will be considered. A case is calculated in which the wiring of the first wiring layer (upper layer) and the wiring of the second wiring layer (lower layer) intersect at an angle θ when viewed from the stacking direction of both wiring layers. FIG. 9 is a diagram showing a unit cell of the semiconductor capacitor 10. FIG. 9A shows a front view of the unit cell, and FIG. 9B shows a cross-sectional view of the unit cell. A portion surrounded by a thick quadrilateral in FIG. 9A is a unit cell. Further, the wiring of the first wiring layer (upper layer) is indicated by a solid line, and the wiring of the second wiring layer (lower layer) is indicated by a dotted line. Here, the width of the wiring of the first and second wiring layers is W 1 and the thickness is T. Let S 1 be the spacing between the wirings in the first wiring layer and the spacing between the wirings in the second wiring layer. Let H be the distance between the wiring in the first wiring layer and the wiring in the second wiring layer. In this case, the area of the unit cell is calculated by Equation 1.
Figure 2008112974

式1を用いて、単位セル当たりの図8(a)に示す同一層方向の線間容量Csideは、式2で計算される。なお、εγ は比誘電率であり、ε0 は真空中の誘電率である。

Figure 2008112974
Using equation 1, the line capacitance C side in the same layer direction shown in FIG. 8A per unit cell is calculated by equation 2. Note that ε γ is a relative dielectric constant, and ε 0 is a dielectric constant in a vacuum.
Figure 2008112974

単位セル当たりの図8(b)に示す積層方向の線間容量Cplate は、式3で計算される。

Figure 2008112974
The line capacity C plate in the stacking direction shown in FIG. 8B per unit cell is calculated by Equation 3.
Figure 2008112974

図8(c)に示す交差配線間のフリンジ容量と図8(d)に示す平行配線間のフリンジ容量とは、合わせて、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeとして計算する。フリンジ容量Cfringeの交差角度依存性は、交差角度θが鋭角の場合と鈍角の場合とで異なる。従って、以下では、場合分けを行って説明する。 The fringe capacity between the cross wirings shown in FIG. 8C and the fringe capacity between the parallel wirings shown in FIG. 8D are calculated together as the fringe capacity C fringe per unit cell. The dependence of the fringe capacity C fringe on the crossing angle differs depending on whether the crossing angle θ is an acute angle or an obtuse angle. Therefore, in the following, description will be made with classification.

まず、交差角度θが鋭角の場合について説明する。図10は、交差角度θが鋭角の場合において、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを計算するための図である。図10(a)は、図9(a)に示す単位セルの配線を、説明の便宜のために、1本の第1の配線層の配線(以下、配線1という)及び1本の第2の配線層の配線(以下、配線2という)のみとして表した正面図である。図10(a)に示す通り、O点を原点とし互いに直交するl軸とh軸とを定義する。l軸及びh軸は、第1の配線層に位置し、l軸は、配線1の側面に沿う。なお、図10(b)は、図10(a)のF−F断面の図である。 First, the case where the intersection angle θ is an acute angle will be described. FIG. 10 is a diagram for calculating the fringe capacity C fringe per unit cell when the intersection angle θ is an acute angle. FIG. 10A shows the wiring of the unit cell shown in FIG. 9A as one wiring of the first wiring layer (hereinafter referred to as wiring 1) and one second wiring for convenience of explanation. It is the front view represented as wiring (henceforth wiring 2) only of this wiring layer. As shown in FIG. 10A, an l axis and an h axis that are orthogonal to each other with the point O as the origin are defined. The l-axis and the h-axis are located in the first wiring layer, and the l-axis is along the side surface of the wiring 1. In addition, FIG.10 (b) is a figure of the FF cross section of Fig.10 (a).

以下では、図10(a)に示すように、l軸に沿った5つの領域(領域1〜5)に対して、それぞれ、単位長さ当たりのフリンジ容量を計算する。領域1〜5は、式4で表すことができる。

Figure 2008112974
配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlを、領域1〜5において求めて8倍することで、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを式5に示すように計算する。
Figure 2008112974
In the following, as shown in FIG. 10A, the fringe capacity per unit length is calculated for each of five regions (regions 1 to 5) along the l axis. Regions 1 to 5 can be represented by Equation 4.
Figure 2008112974
By determining the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the regions 1 to 5 and multiplying it by eight, the fringe capacitance C fringe per unit cell is obtained. Calculate as shown in Equation 5.
Figure 2008112974

まず、領域1及び5における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlを計算する。領域1では、配線1のl軸に沿った側面(断面)に配線1自身が接続されていると考えることができる。領域5では、配線1のh軸方向側に配線2はない(図10(a)を参照)。このため、領域1及び5における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlは、式6で計算される。

Figure 2008112974
但し、配線1のh軸方向の側面と、配線2を除く第2の配線層の配線の上面と間のフリンジ容量は、十分小さく無視できるものとする。 First, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the regions 1 and 5 is calculated. In the region 1, it can be considered that the wiring 1 itself is connected to a side surface (cross section) along the l-axis of the wiring 1. In the region 5, there is no wiring 2 on the h axis direction side of the wiring 1 (see FIG. 10A). For this reason, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the regions 1 and 5 is calculated by Expression 6.
Figure 2008112974
However, the fringe capacity between the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring in the second wiring layer excluding the wiring 2 is sufficiently small and can be ignored.

次に、領域2における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlを計算する。ここで、図10(a)及び(b)に示すように、O点から任意の距離離れたF−F断面図における、配線2の断面の幅をW2 とし、h軸方向に生じる配線1と配線2とのスペースをS2 とする。この場合、領域2では、図10(a)から解るように、式7が成り立つ。

Figure 2008112974
そして、領域2における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlは、式8で計算される。
Figure 2008112974
Next, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 2 is calculated. Here, as shown in FIGS. 10A and 10B, the width of the cross section of the wiring 2 in the FF cross section at an arbitrary distance from the point O is W 2, and the wiring 1 generated in the h-axis direction And the space between the wiring 2 and S 2 . In this case, in the region 2, as is understood from FIG.
Figure 2008112974
Then, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 2 is calculated by Expression 8.
Figure 2008112974

次に、領域3における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlを計算する。領域3では、S2 は式9で表される。

Figure 2008112974
また、領域3では、W2 は式10で表される。
Figure 2008112974
そして、領域3における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlは、式8で計算される。 Next, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 3 is calculated. In region 3, S 2 is expressed by Equation 9.
Figure 2008112974
In region 3, W 2 is expressed by Equation 10.
Figure 2008112974
Then, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 3 is calculated by Expression 8.

次に、領域4における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlを計算する。領域4では、図10(a)から解るように、S2 =0となる。また、領域4では、W2 は式11で表される。

Figure 2008112974
そして、領域4における、配線1のh軸方向の側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量は、式8にS2 =0を代入した式12で計算される。
Figure 2008112974
Next, the fringe capacitance dC / dl between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 4 is calculated. In the region 4, as can be seen from FIG. 10A, S 2 = 0. In region 4, W 2 is expressed by Equation 11.
Figure 2008112974
Then, the fringe capacity between the minute section dl on the side surface in the h-axis direction of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 4 is calculated by Expression 12 in which S 2 = 0 is substituted into Expression 8.
Figure 2008112974

以上で計算した領域1〜5におけるフリンジ容量dC/dlを用いて、式5の計算をすることによって、交差角度θが鋭角の場合の単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを計算できる。 By calculating the expression 5 using the fringe capacity dC / dl in the regions 1 to 5 calculated above, the fringe capacity C fringe per unit cell when the intersection angle θ is an acute angle can be calculated.

次に、交差角度θが鈍角の場合について説明する。図11は、交差角度θが鈍角の場合において、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを計算するための図である。図11(a)は、図9(a)に示す単位セルの配線を、説明の便宜のために、1本の第1の配線層の配線(以下、配線1という)及び1本の第2の配線層の配線(以下、配線2という)のみとして表した正面図である。図11(a)に示す通り、O点を原点とし互いに直交するl軸とh軸とを定義する。l軸及びh軸は、第1の配線層に位置し、l軸は、配線1の側面に沿う。なお、図11(b)は、図11(a)のG−G断面の図である。図11(c)は、図11(a)のG’−G’断面の図である。 Next, the case where the intersection angle θ is an obtuse angle will be described. FIG. 11 is a diagram for calculating the fringe capacity C fringe per unit cell when the intersection angle θ is an obtuse angle. FIG. 11A shows the wiring of the unit cell shown in FIG. 9A as one wiring of the first wiring layer (hereinafter referred to as wiring 1) and one second wiring for convenience of explanation. It is the front view represented as wiring (henceforth wiring 2) only of this wiring layer. As shown in FIG. 11A, an l-axis and an h-axis that are orthogonal to each other with the point O as the origin are defined. The l-axis and the h-axis are located in the first wiring layer, and the l-axis is along the side surface of the wiring 1. In addition, FIG.11 (b) is a figure of the GG cross section of Fig.11 (a). FIG.11 (c) is a figure of the G'-G 'cross section of Fig.11 (a).

以下では、図11(a)に示すように、l軸に沿った2つの領域(領域1及び2)に対して、それぞれ、単位長さ当たりのフリンジ容量を計算する。ここで、θ’=180°−θとする。領域1及び2は、式13で表すことができる。

Figure 2008112974
配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量dC/dlを、領域1及び2において求めて8倍することで、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを式14に示すように計算する。
Figure 2008112974
In the following, as shown in FIG. 11A, the fringe capacity per unit length is calculated for each of two regions (regions 1 and 2) along the l-axis. Here, θ ′ = 180 ° −θ. Regions 1 and 2 can be represented by Equation 13.
Figure 2008112974
The fringe capacitance dC / dl between the minute interval dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 is obtained in the regions 1 and 2 and multiplied by 8 to obtain the fringe capacitance C fringe per unit cell. Is calculated as shown in Equation 14.
Figure 2008112974

まず、領域2における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量を計算する。領域2では、配線1のl軸に沿った側面からh軸方向には、配線1自身がある。このことによって、配線1のl軸に沿った側面から出る電気力線は、ブロックされる。この結果として、領域2における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量は、式15で計算される。

Figure 2008112974
First, in the region 2, the fringe capacitance between the minute interval dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 is calculated. In the region 2, the wiring 1 itself exists in the h-axis direction from the side surface along the l-axis of the wiring 1. As a result, the electric lines of force that emerge from the side surface along the l-axis of the wiring 1 are blocked. As a result, the fringe capacity between the minute interval dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 2 is calculated by Expression 15.
Figure 2008112974

次に、領域1における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量を計算する。ここで、領域1を、図11(a)に示すように、3つの領域(領域1−1〜領域1−3)に分割する。領域1−1〜領域1−3は、式16で表すことができる。

Figure 2008112974
但し、領域1−2及び領域1−3は、θ’の大きさによっては、領域1には存在しない。図11(a)に示した位置関係(θ’の大きさ)では、領域1−2の一部及び領域1−3は、領域1に存在しないが、説明の便宜のために、存在するものとして図11(a)に示している。 Next, the fringe capacitance between the minute interval dl on the side surface along the l axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 1 is calculated. Here, the region 1 is divided into three regions (regions 1-1 to 1-3) as shown in FIG. Region 1-1 to region 1-3 can be expressed by Equation 16.
Figure 2008112974
However, the region 1-2 and the region 1-3 do not exist in the region 1 depending on the magnitude of θ ′. In the positional relationship (the magnitude of θ ′) shown in FIG. 11A, a part of the region 1-2 and the region 1-3 are not present in the region 1, but are present for convenience of explanation. This is shown in FIG.

領域1−1における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量を計算する。ここで、図11(a)及び(b)に示すように、領域1−1のG−G断面図における、配線2の断面の幅をW2 とし、h軸方向に生じる配線1と配線2とのスペースをS2 とする。この場合、領域1−1では、式17が成り立つ。

Figure 2008112974
そして、領域1−1における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量は、図10(a)の領域2の説明で用いた式8で計算される。 The fringe capacitance between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 1-1 is calculated. Here, as shown in FIGS. 11A and 11B, the width of the cross-section of the wiring 2 in the GG cross-sectional view of the region 1-1 is W 2, and the wiring 1 and the wiring 2 generated in the h-axis direction. Let S 2 be the space. In this case, Expression 17 holds in the area 1-1.
Figure 2008112974
The fringe capacity between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the area 1-1 is expressed by the equation 8 used in the description of the area 2 in FIG. Calculated.

領域1−2における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量を計算する。領域1−2では、図11(a)から解るように、式18が成り立つ。

Figure 2008112974
そして、領域1−2における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量は、図10(a)の領域4の説明で用いた式12で計算される。 The fringe capacitance between the minute section dl on the side surface along the l axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 1-2 is calculated. In the area 1-2, as is understood from FIG. 11A, Expression 18 is established.
Figure 2008112974
Then, the fringe capacitance between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 1-2 is expressed by the equation 12 used in the description of the region 4 in FIG. Calculated.

領域1−3における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量を計算する。ここで、図11(a)及び(c)に示すように、領域1−3において、配線2は、2つに分断されている。領域1−3において、配線1から近い方の配線2を配線2aとし、配線1から遠い方の配線2を配線2bとする。以下では、配線2aと配線2bとに分けて計算を行う。   The fringe capacitance between the minute interval dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 in the region 1-3 is calculated. Here, as shown in FIGS. 11A and 11C, the wiring 2 is divided into two in the region 1-3. In the area 1-3, the wiring 2 closer to the wiring 1 is defined as a wiring 2a, and the wiring 2 far from the wiring 1 is defined as a wiring 2b. In the following, calculation is performed separately for the wiring 2a and the wiring 2b.

まず、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2aの上面との間のフリンジ容量を計算する。図11(c)に示すように、S2 及びW2 について、式19が成り立つ。

Figure 2008112974
そして、領域1−3における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2aの上面との間のフリンジ容量は、図10(a)の領域4の説明で用いた式12で計算される。 First, the fringe capacitance between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2a is calculated. As shown in FIG. 11C, Equation 19 holds for S 2 and W 2 .
Figure 2008112974
Then, the fringe capacitance between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2a in the region 1-3 is expressed by the equation 12 used in the description of the region 4 in FIG. Calculated.

次に、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2bの上面との間のフリンジ容量を計算する。図11(c)に示すように、S2 及びW2 について、式20が成り立つ。

Figure 2008112974
そして、領域1−3における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2bの上面との間のフリンジ容量は、図10(a)の領域2の説明で用いた式8で計算される。 Next, the fringe capacitance between the minute interval dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2b is calculated. As shown in FIG. 11C, Expression 20 holds for S 2 and W 2 .
Figure 2008112974
The fringe capacity between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2b in the area 1-3 is expressed by the equation 8 used in the description of the area 2 in FIG. Calculated.

領域1−3における、配線1のl軸に沿った側面の微小区間dlと配線2の上面との間のフリンジ容量は、以上で計算した配線2aについてのフリンジ容量と配線2bについてのフリンジ容量との合計となる。   In the region 1-3, the fringe capacitance between the minute section dl on the side surface along the l-axis of the wiring 1 and the upper surface of the wiring 2 is calculated by the fringe capacity for the wiring 2a and the fringe capacity for the wiring 2b calculated above. It becomes the sum of.

そして、領域1についてのフリンジ容量は、領域1−1〜領域1−3についてのフリンジ容量の合計となる。   And the fringe capacity | capacitance about the area | region 1 becomes the sum total of the fringe capacity | capacitance about the area | region 1-1-the area | region 1-3.

以上で計算した領域1及び2におけるフリンジ容量dC/dlを用いて、式14の計算をすることによって、交差角度θが鈍角の場合の単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを計算できる。 The fringe capacity C fringe per unit cell when the intersection angle θ is an obtuse angle can be calculated by calculating the expression 14 using the fringe capacity dC / dl in the regions 1 and 2 calculated above.

以上に説明した計算結果として、半導体容量素子10に発生する単位面積当たりの静電容量C0(θ)は、式21で計算される。

Figure 2008112974
As a calculation result described above, the capacitance C 0 (θ) per unit area generated in the semiconductor capacitor 10 is calculated by Equation 21.
Figure 2008112974

図12は、交差角度θを0°から180°まで変化させた場合の半導体容量素子10に発生する単位面積当たりの静電容量C0(θ)の計算結果を示す図である。なお、図12には、比較のため、従来の半導体容量素子125(図24を参照)に発生する単位面積当たりの静電容量の計算結果を示す。図12に示す通り、本発明の半導体容量素子10と従来の半導体容量素子125とでは、単位面積当たりの静電容量の最大値は、ほぼ同等である。しかしながら、交差角度θ=90°及びその近傍では、本発明の半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量の方が大きい。 FIG. 12 is a diagram illustrating a calculation result of the capacitance C 0 (θ) per unit area generated in the semiconductor capacitor 10 when the intersection angle θ is changed from 0 ° to 180 °. For comparison, FIG. 12 shows a calculation result of the capacitance per unit area generated in the conventional semiconductor capacitance element 125 (see FIG. 24). As shown in FIG. 12, the maximum value of the capacitance per unit area is substantially equal between the semiconductor capacitor 10 of the present invention and the conventional semiconductor capacitor 125. However, at the intersection angle θ = 90 ° and in the vicinity thereof, the capacitance per unit area of the semiconductor capacitive element 10 of the present invention is larger.

図13は、W1 及びS1 をそれぞれ変化させた場合の半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量C0(θ)の計算結果を示す図である。図14は、T及びHをそれぞれ変化させた場合の半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量C0(θ)の計算結果を示す図である。図13(a)は、W1 を0.5倍、1倍及び2倍した場合の単位面積当たりの静電容量C0(θ)を示し、図13(b)は、S1 を0.5倍、1倍及び2倍した場合の単位面積当たりの静電容量C0(θ)を示す。図14(a)は、Tを0.5倍、1倍及び2倍した場合の単位面積当たりの静電容量C0(θ)を示し、図14(b)は、Hを0.5倍、1倍及び2倍した場合の単位面積当たりの静電容量C0(θ)を示す。図13及び図14に示す通り、W1 、S1 、T及びHが変化しても、半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量C0(θ)は、交差角度θ=90°で最大又は最大に極めて近い値となる。従って、W1 、S1 、T及びHが変化した場合であっても、交差角度θ=90°及びその近傍では、本発明の半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量の方が、従来の半導体容量素子125の単位面積当たりの静電容量よりも大きい。 FIG. 13 is a diagram illustrating a calculation result of the capacitance C 0 (θ) per unit area of the semiconductor capacitor 10 when W 1 and S 1 are changed. FIG. 14 is a diagram illustrating a calculation result of the capacitance C 0 (θ) per unit area of the semiconductor capacitor 10 when T and H are changed. 13 (a) shows, the W 1 0.5 times, shows the 1-fold and 2-fold and the capacitance C 0 per unit area when the (theta), FIG. 13 (b), the S 1 0. The electrostatic capacity C 0 (θ) per unit area when 5 times, 1 time and 2 times are shown. 14A shows the capacitance C 0 (θ) per unit area when T is multiplied by 0.5, 1 and 2, and FIG. 14B shows H by 0.5. The electrostatic capacity C 0 (θ) per unit area when it is multiplied by 1 and 2 is shown. As shown in FIGS. 13 and 14, even if W 1 , S 1 , T, and H change, the capacitance C 0 (θ) per unit area of the semiconductor capacitive element 10 is the crossing angle θ = 90 °. It becomes the maximum or a value very close to the maximum. Therefore, even when W 1 , S 1 , T, and H change, at the crossing angle θ = 90 ° and in the vicinity thereof, the capacitance per unit area of the semiconductor capacitive element 10 of the present invention is It is larger than the capacitance per unit area of the conventional semiconductor capacitance element 125.

ここで、容量装置の設計及び製造は、一般に、交差角度θ=90°とした場合が容易である。従来の半導体容量素子125では、製造等が容易である交差角度θ=90°において、単位面積当たりの静電容量が大きく減少している。一方で、上記した通り、本発明の半導体容量素子10では、製造等が容易である交差角度θ=90°において、単位面積当たりの静電容量は最大又は最大に極めて近い値となる。この結果として、本発明の半導体容量素子10は、従来の半導体容量素子125よりも実用的といえる。   Here, in general, the capacity device is designed and manufactured easily when the crossing angle θ is 90 °. In the conventional semiconductor capacitance element 125, the capacitance per unit area is greatly reduced at the intersection angle θ = 90 °, which is easy to manufacture. On the other hand, as described above, in the semiconductor capacitive element 10 of the present invention, the capacitance per unit area becomes a maximum value or a value very close to the maximum at an intersection angle θ = 90 °, which is easy to manufacture. As a result, it can be said that the semiconductor capacitor 10 of the present invention is more practical than the conventional semiconductor capacitor 125.

(第2の実施形態)
図15は、第2の実施形態に係る半導体容量素子50の構成例を示す図である。図15に示す通り、半導体容量素子50は、第1の実施形態に係る半導体容量素子10の構成に対して、第1の配線層に設けられる入力側のメタル配線11のジグザグ形状の折れ曲がり部分と、第2の配線層に設けられる入力側のメタル配線15のジグザグ形状の折れ曲がり部分とをそれぞれ接続するビア51〜59を更に備え、また、第1の配線層に設けられる出力側のメタル配線12のジグザグ形状の折れ曲がり部分と、第2の配線層に設けられる出力側のメタル配線16のジグザグ形状の折れ曲がり部分とをそれぞれ接続するビア60〜68を更に備える構成である。なお、半導体容量素子50について、半導体容量素子10と同じ構成要素には、同一の参照符号を付して、その説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration example of the semiconductor capacitor 50 according to the second embodiment. As shown in FIG. 15, the semiconductor capacitor 50 includes a zigzag bent portion of the input-side metal wiring 11 provided in the first wiring layer, compared to the configuration of the semiconductor capacitor 10 according to the first embodiment. And vias 51 to 59 for connecting the zigzag bent portions of the input-side metal wiring 15 provided in the second wiring layer, respectively, and the output-side metal wiring 12 provided in the first wiring layer. This zigzag bent portion is further provided with vias 60 to 68 that connect the zigzag bent portion of the output-side metal wiring 16 provided in the second wiring layer, respectively. In the semiconductor capacitance element 50, the same components as those of the semiconductor capacitance element 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

以上の構成によって、半導体容量素子50は、第1の実施形態に係る半導体容量素子10と比べて、第1の配線層のメタル配線と第2の配線層のメタル配線とを接続するビア51〜68相互の電界結合が加算されるため、単位面積当たりの静電容量を更に増加させることができる。   With the above configuration, the semiconductor capacitor 50 has vias 51 to 51 that connect the metal wiring of the first wiring layer and the metal wiring of the second wiring layer as compared with the semiconductor capacitor 10 according to the first embodiment. Since 68 electric field couplings are added, the capacitance per unit area can be further increased.

なお、以上では、メタル配線のジグザグ形状の折れ曲がり部分にビアを備えたが、第1及び第2の配線層の積層方向において、第1の配線層に設けられる入力側のメタル配線11のジグザグ形状配線と、第2の配線層に設けられる入力側のメタル配線15のジグザグ形状配線とが重なる部分をビアで接続し、同様に、第1の配線層に設けられる出力側のメタル配線12のジグザグ形状配線と、第2の配線層に設けられる出力側のメタル配線16のジグザグ形状配線とが重なる部分をビアで接続してもよい。   In the above description, vias are provided in the zigzag bent portion of the metal wiring. However, the zigzag shape of the input-side metal wiring 11 provided in the first wiring layer in the stacking direction of the first and second wiring layers. The portions where the wiring and the zigzag wiring of the input side metal wiring 15 provided in the second wiring layer overlap are connected by vias, and similarly, the zigzag of the output side metal wiring 12 provided in the first wiring layer is connected. A portion where the shape wiring overlaps with the zigzag wiring of the output side metal wiring 16 provided in the second wiring layer may be connected by a via.

図16は、半導体容量素子50の第1の変形例の構成を示す図である。以下に、図16を参照して、第1の変形例の構成について説明する。第1の変形例は、半導体容量素子50(図15を参照)の構成に加えて、以下の構成を備える。   FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a first modification of the semiconductor capacitor 50. The configuration of the first modification will be described below with reference to FIG. The first modification includes the following configuration in addition to the configuration of the semiconductor capacitor 50 (see FIG. 15).

第1の変形例は、第1の配線層に配列されるジグザグ形状配線が備える、正方形形状の折れ曲がり部分の内、このジグザグ形状配線が配列された領域の外周に位置する外周折れ曲がり部分69〜74に接続されるビア81〜86を備える。また、第1の変形例は、外周折れ曲がり部分69〜74の形状と同一の正方形形状のフローティング配線75〜80を、第2の配線層上であって、第1の配線層の外周折れ曲がり部分69〜74が、第1及び第2の配線層の積層方向に照射される平行光によって、第2の配線層に投影される位置にそれぞれ備える。そして、フローティング配線75〜80は、ビア81〜86にそれぞれ接続される。つまり、第1の変形例では、第1の配線層の各外周折れ曲がり部分69〜74は、各ビア81〜86によって、各フローティング配線75〜80と接続される。同様に、第1の変形例は、第2の配線層に配列されるジグザグ形状配線が備える、正方形形状の折れ曲がり部分の内、このジグザグ形状配線が配列された領域の外周に位置する外周折れ曲がり部分87〜92に接続されるビア93〜98を備える。また、第1の変形例は、外周折れ曲がり部分87〜92の形状と同一の正方形形状のフローティング配線99〜104を、第1の配線層上であって、第2の配線層の外周折れ曲がり部分87〜92が、第1及び第2の配線層の積層方向に照射される平行光によって、第1の配線層に投影される位置に、それぞれ備える。そして、フローティング配線99〜104は、ビア93〜98にそれぞれ接続される。つまり、第1の変形例では、第2の配線層の各外周折れ曲がり部分87〜92は、各ビア93〜98によって、各フローティング配線99〜104と接続される。   In the first modified example, the outer peripheral bent portions 69 to 74 located on the outer periphery of the region where the zigzag wiring is arranged, out of the square bent portions provided in the zigzag wiring arranged in the first wiring layer. Vias 81 to 86 connected to the. Further, in the first modification, the floating wirings 75 to 80 having the same square shape as that of the outer peripheral bent portions 69 to 74 are arranged on the second wiring layer and the outer peripheral bent portion 69 of the first wiring layer. To 74 are respectively provided at positions projected onto the second wiring layer by the parallel light irradiated in the stacking direction of the first and second wiring layers. The floating wirings 75 to 80 are connected to the vias 81 to 86, respectively. In other words, in the first modification, the respective outer peripheral bent portions 69 to 74 of the first wiring layer are connected to the respective floating wirings 75 to 80 by the respective vias 81 to 86. Similarly, in the first modified example, the outer periphery bent portion located in the outer periphery of the area where the zigzag wiring is arranged, among the bent portions of the square shape provided in the zigzag wiring arranged in the second wiring layer. Vias 93 to 98 connected to 87 to 92 are provided. Further, in the first modification, the floating wirings 99 to 104 having the same square shape as that of the outer peripheral bent portions 87 to 92 are arranged on the first wiring layer and the outer peripheral bent portion 87 of the second wiring layer. To 92 are respectively provided at positions projected onto the first wiring layer by the parallel light irradiated in the stacking direction of the first and second wiring layers. The floating wirings 99 to 104 are connected to the vias 93 to 98, respectively. In other words, in the first modification, the outer peripheral bent portions 87 to 92 of the second wiring layer are connected to the floating wirings 99 to 104 by the vias 93 to 98, respectively.

このような構成によって、フローティング配線75〜80とフローティング配線75〜80に隣接するメタル配線15又は16のジグザグ形状配線とによって生じる電解結合と、フローティング配線99〜104とフローティング配線99〜104に隣接するメタル配線11又は12のジグザグ形状配線とによって生じる電解結合とが加算される。この結果として、半導体容量素子50の第1の変形例は、半導体容量素子50(図15を参照)よりも、単位面積当たりの静電容量を更に増加させることができる。   With such a configuration, electrolytic coupling generated by the floating wirings 75 to 80 and the zigzag wiring of the metal wiring 15 or 16 adjacent to the floating wirings 75 to 80, and the floating wirings 99 to 104 and the floating wirings 99 to 104 are adjacent. The electrolytic coupling generated by the zigzag wiring of the metal wiring 11 or 12 is added. As a result, the first modification of the semiconductor capacitor 50 can further increase the capacitance per unit area as compared with the semiconductor capacitor 50 (see FIG. 15).

図17は、半導体容量素子50の第2の変形例の構成を示す図である。図17に示す通り、第2の変形例では、図16に示す第1の変形例のフローティング配線75〜80及び99〜104の形状を、正方形形状から三角形形状にしている。そして、フローティング配線75〜80は、フローティング配線75〜80と同一の配線層(第2の配線層)に設けられる隣接するジグザグ形状配線から所定の間隔を空けつつ、最も面積が大きい三角形形状とされる。同様に、フローティング配線99〜104は、フローティング配線99〜104と同一の配線層(第1の配線層)に設けられる隣接するジグザグ形状配線から所定の間隔を空けつつ、最も面積が大きい三角形形状とされる。   FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a second modification of the semiconductor capacitor 50. As shown in FIG. 17, in the second modification, the shapes of the floating wirings 75 to 80 and 99 to 104 in the first modification shown in FIG. 16 are changed from a square shape to a triangular shape. The floating wirings 75 to 80 have a triangular shape having the largest area while keeping a predetermined distance from the adjacent zigzag wirings provided in the same wiring layer (second wiring layer) as the floating wirings 75 to 80. The Similarly, the floating wirings 99 to 104 have a triangular shape having the largest area while keeping a predetermined distance from an adjacent zigzag wiring provided in the same wiring layer (first wiring layer) as the floating wirings 99 to 104. Is done.

このような構成によって、第2の変形例のフローティング配線75〜80及び99〜104の面積は、第1の変形例のフローティング配線75〜80及び99〜104の面積よりも大きくなる(図16及び図17を参照)。このことによって、第2の変形例における、フローティング配線75〜80とフローティング配線75〜80に隣接するメタル配線15又は16のジグザグ形状配線とによって生じる電解結合と、フローティング配線99〜104とフローティング配線99〜104に隣接するメタル配線11又は12のジグザグ形状配線とによって生じる電解結合とは、第1の変形例よりも大きくなる。この結果として、半導体容量素子50の第2の変形例は、半導体容量素子の第1の変形例(図16を参照)よりも、単位面積当たりの静電容量を更に増加させることができる。   With such a configuration, the areas of the floating wirings 75 to 80 and 99 to 104 of the second modification are larger than the areas of the floating wirings 75 to 80 and 99 to 104 of the first modification (FIG. 16 and FIG. 16). See FIG. As a result, in the second modified example, the electrolytic coupling caused by the floating wirings 75 to 80 and the zigzag wiring of the metal wiring 15 or 16 adjacent to the floating wirings 75 to 80, the floating wirings 99 to 104, and the floating wiring 99. The electrolytic coupling caused by the zigzag wiring of the metal wiring 11 or 12 adjacent to .about.104 is larger than that of the first modification. As a result, the second modification example of the semiconductor capacitor element 50 can further increase the capacitance per unit area as compared with the first modification example of the semiconductor capacitor element (see FIG. 16).

なお、上記した第2の変形例では、図17に示す通り、フローティング配線75〜80及び99〜104の三角形形状の2つの内角は、90°より小さくなる。ここで、半導体プロセスによっては、このような形状はルール違反となる場合がある。図18は、半導体容量素子50の第3の変形例の構成を示す図である。そこで、例えば、図18に示す通り、フローティング配線75〜80及び99〜104の形状を、三角形形状の90°より小さい内角を有する2つの角を切断した、5角形形状とすることによって、第3の変形例では、第2の変形例とほぼ同等の効果を得つつ、半導体プロセスのルール違反を回避できる。   In the second modification described above, as shown in FIG. 17, the two inner angles of the triangular shapes of the floating wirings 75 to 80 and 99 to 104 are smaller than 90 °. Here, depending on the semiconductor process, such a shape may violate the rule. FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a third modification of the semiconductor capacitor 50. Therefore, for example, as shown in FIG. 18, the floating wirings 75 to 80 and 99 to 104 have a pentagonal shape obtained by cutting two corners having an inner angle smaller than 90 ° of the triangular shape. In this modification, it is possible to avoid a violation of the rules of the semiconductor process while obtaining substantially the same effect as in the second modification.

(第3の実施形態)
図19は、本発明の第3の実施形態に係る半導体容量素子200の構成例を示す図である。図19(a)に示す通り、半導体容量素子200は、実線で示された第1の配線層と、点線で示された第2の配線層とを備える。図19(b)は、第1の配線層の配線を示す。図19(c)は、第2の配線層の配線を示す。半導体容量素子200は、第1の実施形態の半導体容量素子10(図1を参照)に対して、メタル配線11をメタル配線11−1に置換え、メタル配線12をメタル配線12−1に置換え、メタル配線15をメタル配線15−1に置換え、メタル配線16をメタル配線16−1に置換えた構成である。図20は、メタル配線11−1、12−1、15−1及び16−1を示す図である。図20(a)はメタル配線11−1及び12−1を示し、図20(b)はメタル配線15−1及び16−1を示す。図20(a)及び(b)に示す通り、メタル配線11−1、12−1、15−1及び16−1は、それぞれ、メタル配線11、12、15及び16のジグザグ形状配線の形状を変えた配線である。また、図20(a)及び(b)において、第1の配線層に位置する配線は実線で示し、第2の配線層に位置する配線は点線で示す。なお、半導体容量素子200において、半導体容量素子10と同様の構成要素については、同様の参照符号を付して、重複する説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor capacitor element 200 according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 19A, the semiconductor capacitor element 200 includes a first wiring layer indicated by a solid line and a second wiring layer indicated by a dotted line. FIG. 19B shows the wiring of the first wiring layer. FIG. 19C shows the wiring of the second wiring layer. The semiconductor capacitor element 200 is different from the semiconductor capacitor element 10 of the first embodiment (see FIG. 1) in that the metal wiring 11 is replaced with a metal wiring 11-1, the metal wiring 12 is replaced with a metal wiring 12-1, In this configuration, the metal wiring 15 is replaced with the metal wiring 15-1, and the metal wiring 16 is replaced with the metal wiring 16-1. FIG. 20 is a diagram illustrating the metal wirings 11-1, 12-1, 15-1, and 16-1. 20A shows the metal wirings 11-1 and 12-1, and FIG. 20B shows the metal wirings 15-1 and 16-1. As shown in FIGS. 20A and 20B, the metal wirings 11-1, 12-1, 15-1 and 16-1 have the zigzag wiring shape of the metal wirings 11, 12, 15 and 16, respectively. The wiring is changed. In FIGS. 20A and 20B, the wiring located in the first wiring layer is indicated by a solid line, and the wiring located in the second wiring layer is indicated by a dotted line. In the semiconductor capacitive element 200, the same components as those of the semiconductor capacitive element 10 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

以下では、メタル配線11−1、12−1、15−1及び16−1の形状について説明する。図20(a)に示す通り、メタル配線11−1は、四角形の配線(以下、四角配線という)301、302、303及び304を含む。なお、四角配線は、図20(a)の黒矢印に示す1単位の直線形状の配線(単位直線配線)が4つ規則的に結合した配線と考えることもできる。四角配線301は、第1の配線層に位置し、取り出し配線13と繋がっている。四角配線302は、第2の配線層に位置し、ビア204によって四角配線301と接続される。四角配線303は、第1の配線層に位置し、ビア205によって四角配線302と接続される。四角配線304は、第2の配線層に位置し、ビア206によって四角配線303と接続される。ここで、四角配線301及び304は、スペースの制約のために、四角形が切断された形状となっている。   Below, the shape of metal wiring 11-1, 12-1, 15-1, and 16-1 is demonstrated. As shown in FIG. 20A, the metal wiring 11-1 includes rectangular wirings (hereinafter referred to as square wirings) 301, 302, 303, and 304. Note that the square wiring can be considered as a wiring in which four linear wirings (unit linear wiring) of one unit indicated by a black arrow in FIG. The square wiring 301 is located in the first wiring layer and is connected to the extraction wiring 13. The square wiring 302 is located in the second wiring layer and is connected to the square wiring 301 by the via 204. The square wiring 303 is located in the first wiring layer and is connected to the square wiring 302 by the via 205. The square wiring 304 is located in the second wiring layer and is connected to the square wiring 303 by the via 206. Here, the square wirings 301 and 304 have a shape in which a quadrangle is cut due to space restrictions.

メタル配線12−1は、図20(a)の白矢印に示す1単位の直線形状の配線(単位直線配線)がクロスして結合した形状の配線(以下、クロス配線という)401、402、403及び404を含む。クロス配線401は、第1の配線層に位置し、取り出し配線14と繋がっている。クロス配線402は、第2の配線層に位置し、ビア203によってクロス配線401と接続される。クロス配線403は、第1の配線層に位置し、ビア202によってクロス配線402と接続される。クロス配線404は、第2の配線層に位置し、ビア201によってクロス配線403と接続される。ここで、クロス配線401及び404は、スペースの制約のために、クロス形状が切断された形状となっている。   The metal wiring 12-1 is a wiring (hereinafter referred to as a cross wiring) 401, 402, 403 having a shape in which one unit of linear wiring (unit linear wiring) indicated by a white arrow in FIG. And 404. The cross wiring 401 is located in the first wiring layer and is connected to the extraction wiring 14. The cross wiring 402 is located in the second wiring layer and is connected to the cross wiring 401 by the via 203. The cross wiring 403 is located in the first wiring layer and is connected to the cross wiring 402 by the via 202. The cross wiring 404 is located in the second wiring layer and is connected to the cross wiring 403 by the via 201. Here, the cross wirings 401 and 404 have a shape in which the cross shape is cut due to space restrictions.

次に図20(b)に示す通り、メタル配線15−1は、四角配線305、306、307及び308を含む。四角配線305は、第2の配線層に位置し、取り出し配線23と繋がっている。四角配線306は、第1の配線層に位置し、ビア207によって四角配線305と接続される。四角配線307は、第2の配線層に位置し、ビア208によって四角配線306と接続される。四角配線308は、第1の配線層に位置し、ビア209によって四角配線307と接続される。ここで、四角配線305及び308は、スペースの制約のために、四角形が切断された形状となっている。   Next, as shown in FIG. 20B, the metal wiring 15-1 includes square wirings 305, 306, 307 and 308. The square wiring 305 is located in the second wiring layer and is connected to the extraction wiring 23. The square wiring 306 is located in the first wiring layer and is connected to the square wiring 305 by the via 207. The square wiring 307 is located in the second wiring layer and is connected to the square wiring 306 by the via 208. The square wiring 308 is located in the first wiring layer and is connected to the square wiring 307 by the via 209. Here, the square wirings 305 and 308 have a shape in which a square is cut due to space restrictions.

メタル配線16−1は、クロス配線405、406、407及び408を含む。クロス配線405は、第2の配線層に位置し、取り出し配線24と繋がっている。クロス配線406は、第1の配線層に位置し、ビア212によってクロス配線405と接続される。クロス配線407は、第2の配線層に位置し、ビア211によってクロス配線406と接続される。クロス配線408は、第1の配線層に位置し、ビア210によってクロス配線407と接続される。ここで、クロス配線405及び408は、スペースの制約のために、クロス形状が切断された形状となっている。   The metal wiring 16-1 includes cross wirings 405, 406, 407 and 408. The cross wiring 405 is located in the second wiring layer and is connected to the extraction wiring 24. The cross wiring 406 is located in the first wiring layer and is connected to the cross wiring 405 by the via 212. The cross wiring 407 is located in the second wiring layer and is connected to the cross wiring 406 by the via 211. The cross wiring 408 is located in the first wiring layer and is connected to the cross wiring 407 by the via 210. Here, the cross wirings 405 and 408 have a shape in which the cross shape is cut due to space limitations.

次に、メタル配線11−1及び15−1の四角配線と、メタル配線12−1及び16−1のクロス配線との位置関係について説明する。図19(b)に示す第1の配線層の配線について、説明する。図19(b)に示す通り、第1の配線層において、四角配線とクロス配線とは、所定の間隔Sを空けて交互に配列される。より具体的には、四角配線を構成する単位直線配線とクロス配線を構成する単位直線配線とは、所定の間隔Sを空けて平行に配置される。図19(c)に示す第2の配線層の配線についても、図19(b)に示す第1の配線層の配線と同様に、四角配線とクロス配線とは、所定の間隔Sを空けて交互に配列される。また、図19(a)、図20(a)及び図20(b)に示す通り、第1の配線層の四角配線を構成する単位直線配線と第2の配線層のクロス配線を構成する単位直線配線とは、配線層の積層方向から視て立体的に交差する。同様に、第2の配線層の四角配線を構成する単位直線配線と第1の配線層のクロス配線を構成する単位直線配線とは、配線層の積層方向から視て立体的に交差する。   Next, the positional relationship between the square wiring of the metal wirings 11-1 and 15-1 and the cross wiring of the metal wirings 12-1 and 16-1 will be described. The wiring of the first wiring layer shown in FIG. 19B will be described. As shown in FIG. 19B, in the first wiring layer, the square wiring and the cross wiring are alternately arranged with a predetermined interval S therebetween. More specifically, the unit straight line constituting the square line and the unit straight line constituting the cross line are arranged in parallel with a predetermined interval S therebetween. Similarly to the wiring of the first wiring layer shown in FIG. 19B, the wiring of the second wiring layer shown in FIG. 19C also has a predetermined interval S between the square wiring and the cross wiring. Alternatingly arranged. Also, as shown in FIGS. 19A, 20A, and 20B, the unit linear wiring that forms the square wiring of the first wiring layer and the unit that forms the cross wiring of the second wiring layer. The straight wiring intersects three-dimensionally when viewed from the stacking direction of the wiring layers. Similarly, the unit straight line constituting the square wiring of the second wiring layer and the unit straight line constituting the cross wiring of the first wiring layer intersect three-dimensionally as viewed from the stacking direction of the wiring layers.

ここで、半導体プロセスが微細化すると、電界効果トランジスタのゲートが静電破壊し易くなる。これは、IC中のメタル配線長が長い場合には、そのメタル配線がアンテナの役割を果たして外部からの静電気を受信してしまうからである。そのため、同一配線層におけるメタル配線長に、制限が設けられる場合がある。   Here, when the semiconductor process is miniaturized, the gate of the field effect transistor is easily broken electrostatically. This is because when the metal wiring length in the IC is long, the metal wiring serves as an antenna and receives static electricity from the outside. For this reason, there may be a limitation on the metal wiring length in the same wiring layer.

半導体容量素子200は、配線長の長いジグザグ形状配線(図1を参照)を用いず、配線長の短い四角配線及びクロス配線(図19及び図20を参照)を用いている。このことから、第3の実施形態に係る半導体容量素子200は、ジグザグ形状配線を用いる第1の実施形態に係る半導体容量素子10よりも、同一配線層におけるメタル配線長を短縮することができる。この結果として、第3の実施形態に係る半導体容量素子200は、第1の実施形態に係る半導体容量素子10と同様の効果を得つつ、更に、メタル配線がアンテナの役割を果たすことで生じる静電破壊を回避して、メタル配線長の制限を満たすことができる。   The semiconductor capacitor 200 does not use a zigzag wiring having a long wiring length (see FIG. 1) but uses a square wiring and a cross wiring (see FIGS. 19 and 20) having a short wiring length. Therefore, the semiconductor capacitor element 200 according to the third embodiment can shorten the metal wiring length in the same wiring layer as compared with the semiconductor capacitor element 10 according to the first embodiment using the zigzag wiring. As a result, the semiconductor capacitor element 200 according to the third embodiment obtains the same effect as the semiconductor capacitor element 10 according to the first embodiment, and further, static electricity generated by the metal wiring serving as an antenna. It is possible to avoid the electric breakdown and satisfy the limit of the metal wiring length.

なお、第1の配線層の単位直線配線と第2の配線層の単位直線配線とは、配線層の積層方向から視て90°で立体的に交差するのが好ましいが、これに限定されるものではない。また、以上では、第1の配線層及び第2の配線層から成る2層の半導体容量素子について説明したが、配線層は3層以上であってもよい。この場合には、単位面積当たりの静電容量を更に大きくすることができる。また、各配線層に設けられる四角配線及びクロス配線の数は、以上に説明した数には限られない。   The unit straight wiring of the first wiring layer and the unit straight wiring of the second wiring layer preferably cross three-dimensionally at 90 ° when viewed from the stacking direction of the wiring layers, but are not limited thereto. It is not a thing. In the above description, the two-layer semiconductor capacitor element including the first wiring layer and the second wiring layer has been described. However, the wiring layer may have three or more layers. In this case, the capacitance per unit area can be further increased. Further, the number of square wirings and cross wirings provided in each wiring layer is not limited to the number described above.

本発明は、半導体集積回路に内蔵されたメタル配線間の半導体容量素子等に利用可能であり、特に、半導体容量素子の単位面積あたりの静電容量を大きくし、静電容量の製造ばらつきを小さくし、また、Q値を高くし、自己共振周波数を高くさせたい場合等に有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a semiconductor capacitor element between metal wirings built in a semiconductor integrated circuit, and in particular, increases the capacitance per unit area of the semiconductor capacitor element and reduces the manufacturing variation of the capacitance. In addition, it is useful for increasing the Q value and increasing the self-resonance frequency.

第1の実施形態に係る半導体容量素子10の構成例を示す図1 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor capacitor 10 according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10が備える第1の配線層に設けられる配線について説明するための図The figure for demonstrating the wiring provided in the 1st wiring layer with which the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment is provided. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10が備える第2の配線層が備える配線について説明するための図The figure for demonstrating the wiring with which the 2nd wiring layer with which the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment is provided is equipped. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の別の構成例を示す図The figure which shows another structural example of the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の別の構成例を示す図The figure which shows another structural example of the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の別の構成例を示す図The figure which shows another structural example of the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の別の構成例を示す図The figure which shows another structural example of the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10に発生する静電容量について説明するための図The figure for demonstrating the electrostatic capacitance which generate | occur | produces in the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の単位セルを示す図The figure which shows the unit cell of the semiconductor capacitive element 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の交差角度θが鋭角の場合において、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを計算するための図FIG. 7 is a diagram for calculating the fringe capacitance C fringe per unit cell when the crossing angle θ of the semiconductor capacitor 10 according to the first embodiment is an acute angle. 第1の実施形態に係る半導体容量素子10の交差角度θが鈍角の場合において、単位セル当たりのフリンジ容量Cfringeを計算するための図FIG. 6 is a diagram for calculating the fringe capacitance C fringe per unit cell when the crossing angle θ of the semiconductor capacitor 10 according to the first embodiment is an obtuse angle. 交差角度θを0°から180°まで変化させた場合の半導体容量素子10に発生する単位面積当たりの静電容量C0(θ)の計算結果を示す図The figure which shows the calculation result of electrostatic capacitance C0 ((theta)) per unit area which generate | occur | produces in the semiconductor capacitive element 10 when crossing angle (theta) is changed from 0 degree to 180 degrees. 1 及びS1 をそれぞれ変化させた場合の半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量C0(θ)の計算結果を示す図Graph showing the calculation results of the W 1 and the capacitance C 0 per unit area of the semiconductor capacitive element 10 when each changing the S 1 (θ) T及びHをそれぞれ変化させた場合の半導体容量素子10の単位面積当たりの静電容量C0(θ)の計算結果を示す図The figure which shows the calculation result of electrostatic capacitance C0 ((theta)) per unit area of the semiconductor capacitive element 10 when T and H are each changed. 第2の実施形態に係る半導体容量素子50の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the semiconductor capacitance element 50 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体容量素子50の第1の変形例の構成を示す図The figure which shows the structure of the 1st modification of the semiconductor capacitance element 50 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体容量素子50の第2の変形例の構成を示す図The figure which shows the structure of the 2nd modification of the semiconductor capacitance element 50 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る半導体容量素子50の第3の変形例の構成を示す図The figure which shows the structure of the 3rd modification of the semiconductor capacitance element 50 which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体容量素子200の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the semiconductor capacitive element 200 which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体容量素子200のメタル配線11−1、12−1、15−1及び16−1を示す図The figure which shows the metal wiring 11-1, 12-1, 15-1, and 16-1 of the semiconductor capacitive element 200 which concerns on 3rd Embodiment. 特許文献1に記載の従来の1層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子110の構成図Configuration diagram of a semiconductor capacitor element 110 which is an example of a conventional one-layer fringe capacitor described in Patent Document 1 特許文献2に記載の従来の多層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子115の構造図Structure diagram of a semiconductor capacitor element 115 as an example of a conventional multi-layer fringe capacitor described in Patent Document 2 特許文献3に記載の従来の多層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子120の構成図Configuration diagram of a semiconductor capacitor element 120 as an example of a conventional multilayer fringe capacitor described in Patent Document 3 特許文献4に記載の従来の多層のフリンジ容量の一例である半導体容量素子125の構成図Configuration diagram of a semiconductor capacitor element 125 as an example of a conventional multi-layer fringe capacitor described in Patent Document 4 従来の半導体容量素子125の構成によって、単位面積当たりの静電容量が増える理由を説明するための図The figure for demonstrating the reason for the electrostatic capacitance per unit area increasing with the structure of the conventional semiconductor capacitive element 125. 従来の半導体容量素子125をメタル配線の積層方向から視た図A view of a conventional semiconductor capacitor element 125 as viewed from the direction of metal wiring lamination 従来の半導体容量素子125をメタル配線の積層方向から視た図A view of a conventional semiconductor capacitor element 125 as viewed from the direction of metal wiring lamination

符号の説明Explanation of symbols

10、50、110、115、120、125、200 半導体容量素子
11、12、15、16、75〜80、99〜104、140〜143、4−1、4−2、4−3、4−4、A1〜A6、B1〜B6 メタル配線
13、14、17、18、23、24、145〜150 取り出し配線
19〜21、51〜68、81〜86、93〜98、201〜212 ビア
25〜28 フローティング配線
69〜74、87〜92 折れ曲がり部分
301〜308 四角配線
401〜408 クロス配線
10, 50, 110, 115, 120, 125, 200 Semiconductor capacitor element 11, 12, 15, 16, 75-80, 99-104, 140-143, 4-1, 4-2, 4-3, 4- 4, A1-A6, B1-B6 Metal wiring 13, 14, 17, 18, 23, 24, 145-150 Extraction wiring 19-21, 51-68, 81-86, 93-98, 201-212 Via 25- 28 Floating wiring 69-74, 87-92 Bent part 301-308 Square wiring 401-408 Cross wiring

Claims (11)

N(Nは、2以上の整数)個の配線層を積み上げた構造の半導体容量素子であって、
K(Kは、1〜N−1の何れか)番目の配線層に設けられるK層メタル配線と、
K+1番目の配線層に設けられるK+1層メタル配線とを備え、
前記K層メタル配線及び前記K+1層メタル配線は、それぞれ、
第1の単位直線配線が規則的に結合して成る複数の第1の所定形状配線と当該複数の第1の所定形状配線を第1の端子に接続する取出し配線とを備える第1配線群と、
第2の単位直線配線が規則的に結合して成る複数の第2の所定形状配線と当該複数の第2の所定形状配線を第2の端子に接続する取出し配線とを備える第2配線群とを含み、
前記複数の第1の所定形状配線と前記複数の第2の所定形状配線とは、同一の前記配線層において、等間隔を空けて交互に配列され、
前記K層の第1配線群の取出し配線と前記K+1層の第1配線群の取出し配線とは、前記配線層の積層方向において重なる位置に配置されて互いに接続され、
前記K層の第2配線群の取出し配線と前記K+1層の第2配線群の取出し配線とは、前記配線層の積層方向において重なる位置に配置されて互いに接続され、
前記配線層の積層方向において、前記K層の前記第1の単位直線配線と前記K+1層の前記第2の単位直線配線とはそれぞれ立体的に交差し、
前記配線層の積層方向において、前記K+1層の前記第1の単位直線配線と前記K層の前記第2の単位直線配線とはそれぞれ立体的に交差することを特徴とする、半導体容量素子。
A semiconductor capacitor element having a structure in which N (N is an integer of 2 or more) wiring layers are stacked,
K layer metal wiring provided in the Kth (K is any one of 1 to N-1) wiring layer;
K + 1 layer metal wiring provided in the (K + 1) th wiring layer,
The K layer metal wiring and the K + 1 layer metal wiring are respectively
A first wiring group comprising a plurality of first predetermined shape wirings formed by regularly combining first unit straight wirings and an extraction wiring for connecting the plurality of first predetermined shape wirings to a first terminal; ,
A second wiring group comprising a plurality of second predetermined shape wirings formed by regularly joining the second unit straight wirings and an extraction wiring for connecting the plurality of second predetermined shape wirings to the second terminal; Including
The plurality of first predetermined shape wires and the plurality of second predetermined shape wires are alternately arranged at equal intervals in the same wiring layer,
The extraction wiring of the first wiring group of the K layer and the extraction wiring of the first wiring group of the K + 1 layer are arranged at positions overlapping in the stacking direction of the wiring layers and connected to each other,
The extraction wiring of the second wiring group of the K layer and the extraction wiring of the second wiring group of the K + 1 layer are arranged at positions overlapping in the stacking direction of the wiring layer, and are connected to each other.
In the stacking direction of the wiring layer, the first unit straight wiring of the K layer and the second unit straight wiring of the K + 1 layer each intersect three-dimensionally.
In the stacking direction of the wiring layer, the first unit straight line in the K + 1 layer and the second unit straight line in the K layer each intersect three-dimensionally.
前記第1の所定形状配線は、前記第1の単位直線配線がジグザグ形状に結合して成るジグザグ形状配線であり、
前記第2の所定形状配線は、前記第2の単位直線配線がジグザグ形状に結合して成るジグザグ形状配線であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体容量素子。
The first predetermined shape wiring is a zigzag wiring formed by joining the first unit straight lines in a zigzag shape,
2. The semiconductor capacitor according to claim 1, wherein the second predetermined shape wiring is a zigzag wiring formed by joining the second unit straight lines in a zigzag shape.
前記交差の角度は、それぞれ90°であることを特徴とする、請求項2に記載の半導体容量素子。   The semiconductor capacitance element according to claim 2, wherein each of the intersection angles is 90 °. 前記K層メタル配線は、更に、前記ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に、前記配列されたジグザグ形状配線の両端のジグザグ形状配線と等間隔を空けて隣接するジグザグ形状のフローティング配線をそれぞれ備え、
前記K+1層メタル配線は、更に、前記ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に、前記配列されたジグザグ形状配線の両端のジグザグ形状配線と等間隔を空けて隣接するジグザグ形状のフローティング配線をそれぞれ備えることを特徴とする、請求項2に記載の半導体容量素子。
The K layer metal wiring further includes zigzag floating wirings adjacent to the outer periphery of the region where the zigzag wirings are arranged at equal intervals with the zigzag wirings at both ends of the arranged zigzag wirings. Prepared,
The K + 1 layer metal wiring further includes zigzag floating wirings adjacent to the outer periphery of the region where the zigzag wirings are arranged at equal intervals with the zigzag wirings at both ends of the arranged zigzag wirings. The semiconductor capacitance element according to claim 2, further comprising:
前記配線層の積層方向において、前記K層の前記第1の端子に接続されるジグザグ形状配線と前記K+1層の前記第1の端子に接続されるジグザグ形状配線とが重なる部分を、それぞれ接続するビアと、
前記配線層の積層方向において、前記K層の前記第2の端子に接続されるジグザグ形状配線と前記K+1層の前記第2の端子に接続されるジグザグ形状配線とが重なる部分を、それぞれ接続するビアとを更に備えることを特徴とする、請求項2に記載の半導体容量素子。
In the stacking direction of the wiring layer, the portions where the zigzag wiring connected to the first terminal of the K layer and the zigzag wiring connected to the first terminal of the (K + 1) layer overlap are respectively connected. With vias,
In the stacking direction of the wiring layers, the portions where the zigzag wiring connected to the second terminal of the K layer and the zigzag wiring connected to the second terminal of the (K + 1) layer overlap are respectively connected. The semiconductor capacitor according to claim 2, further comprising a via.
前記K層のジグザグ形状配線の折れ曲がり部分の内、当該ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に位置する外周折れ曲がり部分に前記配線層の積層方向において対応する前記K+1層の位置に設けられるフローティング配線と、
前記K+1層のジグザグ形状配線の折れ曲がり部分の内、当該ジグザグ形状配線が配列された領域の外周に位置する外周折れ曲がり部分に前記配線層の積層方向において対応する前記K層の位置に設けられるフローティング配線と、
前記K層の外周折れ曲がり部分と前記K+1層のフローティング配線とをそれぞれ接続するビアと、
前記K+1層の外周折れ曲がり部分と前記K層のフローティング配線とをそれぞれ接続するビアとを更に備えることを特徴とする、請求項2に記載の半導体容量素子。
Among the bent portions of the K layer zigzag wiring, the floating wiring provided at the position of the K + 1 layer corresponding to the outer peripheral bent portion located in the outer periphery of the region where the zigzag wiring is arranged in the stacking direction of the wiring layers. When,
Floating wiring provided at the position of the K layer corresponding to the outer peripheral bent portion located in the outer periphery of the region where the zigzag wiring is arranged in the bent portion of the K + 1 layer zigzag wiring. When,
Vias connecting the outer peripheral bent portion of the K layer and the floating wiring of the K + 1 layer, respectively;
The semiconductor capacitance element according to claim 2, further comprising vias that respectively connect the outer peripheral bent portion of the K + 1 layer and the floating wiring of the K layer.
前記K+1層のフローティング配線及び前記K層のフローティング配線の形状が正方形であることを特徴とする、請求項6に記載の半導体容量素子。   The semiconductor capacitor according to claim 6, wherein the K + 1 layer floating wiring and the K layer floating wiring are square in shape. 前記K+1層のフローティング配線及び前記K層のフローティング配線の形状が三角形であることを特徴とする、請求項6に記載の半導体容量素子。   7. The semiconductor capacitor according to claim 6, wherein the shape of the K + 1 layer floating wiring and the K layer floating wiring is triangular. 前記K+1層のフローティング配線及び前記のK層フローティング配線の形状が五角形であることを特徴とする、請求項6に記載の半導体容量素子。   The semiconductor capacitor according to claim 6, wherein the K + 1 layer floating wiring and the K layer floating wiring are pentagonal in shape. 前記第1の所定形状配線は、4つの前記第1の単位直線配線が四角形状に結合して成る四角形状配線であり、
前記第2の所定形状配線は、2つの前記第2の単位直線配線がクロス形状に結合して成るクロス形状配線であり、
前記K層の前記四角形状配線と前記K+1層の前記四角形状配線とは、それぞれビアで接続されて前記第1の端子に接続され、
前記K層の前記クロス形状配線と前記K+1層の前記クロス形状配線とは、それぞれビアで接続されて前記第2の端子に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の半導体容量素子。
The first predetermined shape wiring is a quadrangular wiring formed by combining the four first unit straight wirings into a quadrangular shape,
The second predetermined shape wiring is a cross-shaped wiring formed by combining two second unit straight wirings in a cross shape,
The quadrangular wiring of the K layer and the quadrangular wiring of the K + 1 layer are each connected by a via and connected to the first terminal,
2. The semiconductor capacitor according to claim 1, wherein the cross-shaped wiring of the K layer and the cross-shaped wiring of the K + 1 layer are connected to each other by a via and connected to the second terminal. .
前記交差の角度は、それぞれ90°であることを特徴とする、請求項10に記載の半導体容量素子。   The semiconductor capacitor according to claim 10, wherein the crossing angles are 90 °.
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