專利名稱：具有通孔的水平交指型電容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件，更具體而言，涉及具有通孔的水平交指型電容器。
背景技術：
半導體集成電路(IC)產業經歷了快速發展。IC材料和設計方面的技術進步產生了多個IC代，其中，每個代都具有比上一個代更小且更復雜的電路。然而，這些進步增加了加工和制造IC的復雜性，因此，為了實現這些進步，需要IC加工和制造方面的類似發展。在集成電路發展過程中，功能密度(即，每芯片面積中互連器件的數量)通常都在增加，而幾何尺寸(即，使用制造工藝可以制造的最小元件(或線))減小了。
在半導體IC上可以形成各種有源或無源元件。例如，半導體電容器可以形成為無源電子元件。傳統上，半導體電容器可以具有金屬對金屬(MOM)結構。當器件尺寸繼續減小時，傳統半導體電容器的MOM結構可能遇到諸如面積消耗過多、電容密度低、和/或制造成本高的問題。
因此，雖然現有的半導體電容器器件通常已經足以實現它們的預期用途，但是在各個方面尚不是完全令人滿意的。發明內容
為了解決現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種半導體器件，包括具有表面的襯底，所述表面由第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定；以及設置在所述襯底上的電容器，所述電容器具有包括多個第一導電部件的陽極元件和包括多個第二導電部件的陰極元件，其中，所述第一導電部件和所述第二導電部件每一個都包括: 沿著所述第一軸延伸的兩條金屬線，以及至少一個金屬通孔，所述至少一個金屬通孔沿著與所述襯底的所述表面垂直的第三軸延伸并互連所述兩條金屬線；以及所述第一導電部件沿著所述第二軸和所述第三軸均與所述第二導電部件相互交錯。
根據本發明所述的半導體器件，其中所述金屬通孔包括沿著所述第一軸的第一尺寸和沿著所述第二軸的第二尺寸，所述第一尺寸基本上等于所述第二尺寸。根據本發明所述的半導體器件，其中所述金屬通孔包括沿著所述第一軸的第一尺寸和沿著所述第二軸的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。根據本發明所述的半導體器件，其中具有多個互連層的互連結構被設置在所述襯底上方，以及所述兩條金屬線歸于兩個相鄰的金屬層并且沿著所述第三軸彼此間隔開。根據本發明所述的半導體器件，其中所述金屬線每一條都具有大于沿著所述第二軸的第二尺寸的沿著所述第一軸的第一尺寸。根據本發明所述的半導體器件，其中，所述第一導電部件和所述第二導電部件沿著所述第一軸形成剖面圖中二維陣列；以及所述陣列包括沿著所述第二軸對準的第一導電部件和第二導電部件的子集以及沿著所述第三軸對準的第一導電部件和第二導電部件 的另一子集。根據本發明所述的半導體器件，其中，所述陽極元件進一步包括與所述第一導電部件連接的第一側部；所述陰極元件進一步包括與所述第二導電部件連接的第二側部；所述第一側部和所述第二側部每一個都沿著所述第二軸和所述第三軸橫越；以及所述第一導電部件和所述第二導電部件被設置在所述第一側部和所述第二側部之間。根據上面所述的半導體器件，其中所述第一側部和所述第二側部每一個都包括多條金屬線，每條金屬線都歸于互連結構的不同金屬層；以及多個金屬通孔組，每個金屬通孔組都沿著所述第三軸互連所述多條金屬線中的兩條。根據本發明所述的半導體器件，進一步包括屏蔽結構，所述屏蔽結構完全圍繞所述電容器并且被配置成接地。根據上面所述的半導體器件，其中，所述屏蔽結構包括底部；第一側部和第二側部，沿著所述第一軸間隔開；以及第三側部和第四側部，沿著所述第二軸間隔開，其中，所述電容器被所述底部、所述第一側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部封閉。根據上面所述的半導體器件，其中所述屏蔽結構包括頂部，其中所述頂部和所述底部每一個都包括歸于互連結構的金屬層的相應導電元件。根據上面所述的半導體器件，其中所述導電元件包括多條金屬線，每條金屬線都沿著所述第一軸和所述第二軸之一延伸。根據本發明所述的半導體器件，其中所述第一側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部中的每一個都包括通過多個金屬通孔沿著所述第三軸互連的多條金屬線，并且其中所述金屬線中的每一條都沿著所述第二軸延伸。根據本發明的另一方面，還提供了一種半導體器件，包括具有表面的襯底，所述表面由所述第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定；以及電容器，被設置在所述襯底上，所述電容器具有包括多個第一導電部件的陽極元件和包括多個第二導電部件的陰極元件，其中，所述第一導電部件沿著所述第二軸與所述第二導電部件相互交錯，并且所述第一導電部件和所述第二導電部件每一個都包括多條金屬線，該多條金屬線沿著所述第一軸延伸；和多個金屬通孔，每個金屬通孔都沿著與所述襯底的所述表面垂直的第三軸互連所述多條金屬線中的兩條，以及所述金屬通孔中的每一個都包括沿著所述第一軸的第一尺寸和沿著所述第二軸的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。
根據本發明所述的半導體器件，其中具有多個互連層的互連結構被設置在所述襯底上方，并且所述金屬線每一條都歸于相應的互連層，以及所述金屬線均具有大于沿著所述第二軸的第二尺寸的沿著所述第一軸的第一尺寸。
根據本發明所述的半導體器件，其中所述陽極元件進一步包括與所述第一導電部件連接的第一側部；所述陰極元件進一步包括與所述第二導電部件連接的第二側部；所述第一側部和所述第二側部每一個都沿著所述第二軸和所述第三軸橫越；以及所述第一導電部件和所述第二導電部件被設置在所述第一側部和所述第二側部之間。
根據本發明所述的半導體器件，進一步包括屏蔽結構，所述屏蔽結構被配置成接地，其中，所述屏蔽結構包括頂部和底部；第一側部和第二側部，沿著所述第一軸間隔開； 以及第三側部和第四側部，沿著所述第二軸間隔開，其中，所述電容器被所述頂部、所述底部、所述第一側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部封閉。
根據本發明所述的半導體器件，其中所述頂部和所述底部每一個都包括歸于互連結構的金屬層的相應導電元件；所述第一側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部中的每一個都包括通過第二多個金屬通孔沿著所述第三軸互連的第二多條金屬線；以及所述第二金屬線每一條都沿著所述第二軸延伸。
根據本發明的又一方面，還提供了一種制造半導體器件的方法，該方法包括提供具有表面的襯底，所述表面由第一軸和垂直于所述第一軸的第二軸限定；以及在所述襯底的所述表面的上方形成互連結構，所述互連結構具有導線層和互連所述導線層的導電通孔層，其中，形成所述互連結構的步驟包括形成具有所述導線子集和所述導電通孔子集的電容器，所述電容器具有陽極元件，所述陽極元件包括多個第一導電部件和連接所述第一導電部件的第一側部；和陰極元件，所述陰極元件包括多個第二導電部件和連接所述第二導電部件的第二側部，其中所述第一導電部件和所述第二導電部件每一個都沿著所述第一軸延伸，形成沿著所述第二軸與所述第二導電部件相互交錯的所述第一導電部件，所述第一側部和所述第二側部每一個都沿著所述第二軸和與所述表面垂直的第三軸橫越，以及在所述第一側部和所述第二側部之間設置所述第一導電部件和所述第二導電部件。
根據本發明所述的方法，其中，形成所述電容器的步驟進一步包括形成屏蔽結構， 所述屏蔽結構具有頂部和底部；第一側部和第二側部，沿著所述第一軸間隔開；以及第三側部和第四側部，沿著所述第二軸間隔開，其中，通過所述頂部、所述底部、所述第一側部、 所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部封閉所述電容器。
根據本發明所述的方法，其中，形成所述電容器的步驟包括形成所述金屬通孔，所述金屬通孔每一個都具有沿著所述第一軸的第一尺寸和沿著所述第二軸的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。
當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明的各方面。 應該強調的是，根據工業中的標準實踐，對各種部件沒有按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮少。
圖I為示出根據本發明的各個方面制造半導體器件的方法的流程圖。
圖2至3為在不同制造階段的半導體器件的示意性部分剖面側視圖。
圖4為一個實施例中的半導體電容器的部分立體圖。圖5為圖4的半導體電容器的剖面圖。圖6為圖4的半導體電容器的一部分的剖面圖。圖7為一個實施例中圖4的半導體電容器的一部分的剖面圖。圖8為另一個實施例中圖13的半導體電容器的一部分的剖面圖。圖9為另一個實施例中的半導體電容器的立體圖。
圖10為一個實施例中具有電容器和屏蔽結構的半導體器件的立體圖。圖11為根據一個實施例的圖10的半導體器件中的屏蔽結構的立體圖。圖12為根據一個實施例的圖10的半導體器件中的屏蔽結構的示意性俯視圖。圖13為另一個實施例中的半導體電容器的部分立體圖。圖14為另一個實施例中的半導體電容器的立體圖。圖15為另一個實施例中的具有電容器和屏蔽結構的半導體器件的立體圖。圖16為根據一個實施例的圖15的半導體器件中的屏蔽結構的立體圖。圖17為另一個實施例中的半導體電容器的部分立體圖。圖18為另一個實施例中的半導體電容器的部分立體圖。圖19為另一個實施例中的具有電容器和屏蔽結構的半導體器件的立體圖。圖20為根據一個實施例的圖19的半導體器件中的屏蔽結構的立體圖。
具體實施例方式可以理解為了實施各個實施例的不同部件，以下發明提供了許多不同的實施例或實例。為簡化本發明在下面描述元件和布置的特定實例。當然這些僅僅是實例并不打算限定。例如，以下描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接觸形成的實施例，并且還可以包括其中在第一和第二部件之間可以形成額外的部件，使得第一和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發明在各個實例中可以重復參照數字和/或字母。該重復是為了簡明和清楚，而且其本身沒有規定各種實施例和/或所討論的結構之間的關系。在圖I中示出了用于制造包括電容器結構的半導體器件的方法20的流程圖。圖2和圖3為根據本發明的各個方面制造的半導體器件30的示意性部分剖面側視圖。參考圖I至圖3共同描述半導體器件30及其制造方法20。半導體器件30可以包括集成電路(IC)芯片、芯片上系統(SoC)、或者其部分，半導體器件可以包括各種無源和有源微電子器件，如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管、雙極結型晶體管(BJT)、橫向擴散MOS(LDMOS)、大功率MOS晶體管、或者其他類型的晶體管。應該理解，為了更好地理解本發明的發明概念，已經簡化了這里所討論的附圖。因此，應該注意，可以在圖I的方法20之前、期間、以及之后提供其他工藝，并且在這里僅對其他一些工藝進行簡述。參考圖I和圖2，方法20從框22開始，其中，提供了襯底32。在一個實施例中，襯底32為硅襯底，該硅襯底摻雜有P型摻雜劑如硼，或者摻雜有N型摻雜劑如砷或磷。襯底32可以由以下材料制成其他一些適當的元素半導體，如金剛石或鍺；適當的化合物半導體，如碳化娃、砷化銦、或者磷化銦；或者適當的合金半導體，如碳化娃鍺、磷砷化鎵、或者磷化鎵銦。此外，襯底32可以包括外延層(印i層)，可以是應變的以增強性能，并且可以包括絕緣體上娃(SOI)結構。
盡管為了簡明起見而沒有具體示出，但是在襯底32中可以形成多個電子元件。例如，在襯底中可以形成FET晶體管器件的源極和漏極區。可以通過一個或多個離子注入或擴散工藝形成源極和漏極區。作為另一實例，可以在襯底中形成諸如淺溝槽隔離(STI)結構或深溝槽隔離(DTI)結構的隔離結構，從而為各種電子元件提供隔離。可以通過在襯底 32中蝕刻凹槽(或溝槽)來形成這些隔離結構，并且此后，使用介電材料如氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、摻氟硅酸鹽(FSG)、和/或本領域中公知的低k介電材料填充該凹槽。
襯底32具有上表面34。表面34為由X軸和Y軸限定的二維平面，其中，X軸和Y 軸彼此垂直或正交。還可以將X軸和Y軸分別稱作X方向和Y方向。
參考圖I和圖3，方法20繼續到框24，其中，在襯底32的上表面34的上方形成互連結構36。換句話說，沿著與表面34垂直的Z軸或Z方向在表面34上方設置互連結構36。 互連結構36包括多個經圖案化的介電層和互連導電層。這些互連導電層在電路、輸入/輸出、和在襯底32中形成的各種摻雜部件之間提供互連(例如，布線)。更具體地，互連結構 36可以包括多個互連層，該互連層還被稱作金屬層(例如，Ml、M2、M3等)。互連層中的每一層都包括多個互連部件，該互連部件還被稱作金屬線。金屬線可以為鋁互連線或者銅互連線，并且可以包括導電材料，如鋁、銅、鋁合金、銅合金、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化物、或者其組合。金屬線可以通過包括物理汽相沉積(PVD)、化學汽相沉積(CVD)、濺射、電鍍、或者其組合的工藝形成。
互連結構36包括層間介電(ILD)層,該層間介電層在第一金屬層和襯底之間提供隔離，并包括金屬間介電(IMD)層,該金屬間介電層在金屬層之間提供隔離。ILD和IMD層可以包括介電材料，如氧化物材料。互連結構36還包括多個通孔/接觸件，該多個通孔/ 接觸件在位于襯底上的不同金屬層和/或部件之間提供電連接。為了簡明起見，這里沒有具體示出位于互連層中的金屬線、互連金屬線的通孔/接觸件、以及隔離它們的介電材料。
以在互連結構中形成電容器的方式形成互連結構36。電容器由互連結構的至少一些導線和至少一些通孔形成。形成具有陽極元件和陰極元件的電容器。陽極元件包括多個第一導電部件。陰極元件包括多個第二導電部件。第一導電部件和第二導電部件每一個都包括沿著X軸延伸的兩條金屬線；和至少一個金屬通孔，該金屬通孔沿著與襯底的表面垂直的Z軸延伸，并互連兩條金屬線。第一導電部件沿著X軸和Z軸均與第二導電部件相互交錯。
根據本發明的各個方面，在互連結構36中形成交指型電容器結構。或者換種說法，互連結構36的各個元件構成這里所公開的交指型電容器。為了簡明，在圖3中沒有示出電容器結構，但是在圖4至圖20中更詳細地示出了其各個實施例，并且將通過下文進行更詳細的討論。
現在，參考圖4，根據本發明的各方面示出了交指型電容器結構40的實施例的部分(局部)立體圖。電容器結構40包括陽極元件42和陰極元件44。陽極元件42和陰極元件44分別用作電容器結構40的陽極端和陰極端，從而使得可以通過陽極端和陰極端施加電壓。換種說法，當電容器結構40在工作(用作電容器)中時，在所有陽極元件42施加一電壓，而在所有陰極元件44施加不同的電壓。陽極元件42和陰極元件44可以被視為相反電極或者可以被說成是具有不同的極性。還應該理解，陽極元件42和陰極元件44的相對結構不是關鍵的。例如，在其他實施例，可以轉動、調換、或切換陽極元件42和陰極元件 44。
還應該理解，互連結構36的介電材料用作電容器結構40的陽電極和陰電極之間的電介質。在圖4中，介電材料將陽極元件42的各個部分與陰極元件44的各個部分分開并電隔離。根據需要和電容器結構40待實施的功能，可以謹慎選擇互連結構36的介電材料，以實現期望的電容。例如，可以根據以下方程式計算平行板電容器的電容
C = ετε0 —d
其中，C為電容;A為兩板的重疊面積；ε r為位于板之間的材料的介電常數；ε (!為介電常數(^ 8. 854 X KT12F πΓ1);以及d為板之間的間距。鑒于此，如果期望高電容電容器，則可以選擇具有高介電常數的互連結構介電材料。
陽極元件42和陰極元件44每一個都包括多個(或陣列)導電部件(或導電疊層)。尤其是，陽極 元件42包括多個第一導電部件42a。陰極元件44包括多個第二導電部件44a。根據本發明的多方面，這些導電疊層42a和44a每一個都包括沿第一軸延伸的兩條金屬線；和至少一個金屬通孔，該金屬通孔沿著Z軸延伸并互連兩條金屬線。第一導電部件 42a沿著Y軸和Z軸均與第二導電部件44a相互交錯。
參考圖5至圖8進一步描述電容器結構40。圖5為從虛線AA'切割的電容器結構40的剖面圖。具體地，圖5中的剖面圖取自圖4中的虛線AA^。電容器40包括多個第一導電部件42a和多個第二導電部件44a，多個第一導電部件42a和多個第二導電部件44a 在Y軸和Z軸所限定的平面中被配置成陣列。第一導電部件42a沿著Y軸和Z軸均與第二導電部件44a相互交錯。換種說法，陣列包括沿著Y軸對準的第一導電部件42a和第二導電部件44a的第一子集。第一子集中的第一導電部件42a沿著Y軸與第一子集中的第二導電部件44a相互交錯。該陣列進一步包括沿著Z軸對準的第一導電部件42a和第二導電部件44a的第二子集。第二子集中的第一導電部件42a沿著Z軸與第二子集中的第二導電部件44a相互交錯。
參考圖6和圖8進一步示出了電容器40中的第一導電部件42a和第二導電部件 44a中的每一個。圖6為當沿著X軸觀看時導電部件50的剖面圖。圖7為當沿Y軸觀看時導電部件50的剖面圖。圖8為當沿Y軸觀看時導電部件50的剖面圖。在各個實施例中， 導電部件50為根據本發明的各方面所構成的第一導電部件42a和第二導電部件44b之一。
在一個實施例中，參考圖6和圖7,導電部件50包括第一金屬線52、第二金屬線 54、以及連接第一金屬線52和第二金屬線54的一個或多個通孔部件。第一金屬線52和第二金屬線54歸于相應的金屬層。例如，第一金屬線52歸于金屬層Mn,以及第二金屬線54 歸于位于金屬層Mn上面的另一金屬層Mn+1。第一金屬線和第二金屬線沿著X軸取向。第一金屬線52和第二金屬線54中的每一個都包括沿著X方向限定的長度和沿著Y方向限定的寬度。長度基本上大于寬度。在本實施例中，導電部件50包括多個通孔部件56，該通孔部件56被配置成沿著Z軸連接第一導電部件52和第二導電部件54。通孔部件56每一個都包括在X方向上的第一尺寸和在Y方向上的第二尺寸。第一尺寸基本上等于第二尺寸。
在另一個實施例中，參考圖6和圖8,導電部件50包括第一金屬線52、第二金屬線54、以及連接第一金屬線52和第二金屬線54的一個部件。第一金屬線52和第二金屬線54分別歸于相應的金屬層,如Mn和Mn+1。第一金屬線和第二金屬線沿著X軸取向。第一金屬線52和第二金屬線54中的每一個都包括沿著X方向限定的長度和沿著Y方向限定的寬度。長度基本上大于寬度。在本實施例中，導電部件50包括通孔部件56，該通孔部件56被配置成沿著Z方向連接第一導電部件52和第二導電部件54。通孔部件56包括在X方向上的第一尺寸和在Y方向上的第二尺寸。第一尺寸基本上大于第二尺寸。因此，在該實施例中，通孔部件56也被稱作伸長通孔部件或通孔條。現在，參考圖9，在另一個實施例中，根據本發明的各方面示出了交指型電容器結構60的部分立體圖。電容器結構60包括陽極元件42和陰極元件44。陽極元件42和陰極元件44分別用作電容器結構60的陽極端和陰極端，從而使得可以通過陽極端和陰極端施加電壓。陽極元件42和陰極元件44可以被視為相反電極或者可以被說成是具有不同的極性。在其他實施例中，可以轉動、調換、或切換陽極元件42和陰極元件44。
在圖9中所示的實施例中，陽極元件42和陰極元件44每一個都包括多個導電部件。具體來說，陽極元件42包括多個第一導電部件42a。陰極元件44包括多個第二導電部件44a。第一導電部件42a沿著Y軸和Z軸均與第二導電部件44a相互交錯。根據本發明的各方面，這些導電疊層42a和44a每一個都包括沿著第一軸延伸的兩條金屬線；和至少一個金屬通孔，該金屬通孔沿著Z軸延伸并且互連兩條金屬線。在一個實施例中，導電疊層42a和44a的至少一個子集與圖7中的導電部件50類似。在另一個實施例中，導電疊層42a和44a的至少一個子集與圖8中的導電部件50類似。陽極元件42還包括側部62，以及陰極元件44還包括側部64。側部62和64均包括通過通孔垂直(在Z方向上)互連的多條金屬線，其中，金屬線在Y方向上延伸。位于側部62和64中的金屬線歸于相應的金屬層。在多個金屬層中形成側部62和64。作為在圖9中所示出的一個實例，在6個連續金屬層中形成側部62和64。在一個實施例中，側部62和64均在由Y軸和Z軸限定的平面內橫越。此外，當在X方向上觀看時，側部62和64被限定在與導電部件42a和44a的陣列對準的區域中。導電部件42a在X方向上延伸并連接至側部62。導電部件44a在X方向上延伸并連接至側部64。應該理解，在其他實施例中，陽極元件42可以具有設置在右側并連接至導電部件42a的側部62，和陰極元件44可以具有設置在左側并連接至導電部件44a的側部64。在其他實施例中，側部還可以具有可選的形狀和設計。 圖10為一個或多個實施例中根據本發明的各方面構成的具有交指型電容器72和圍繞電容器72的屏蔽結構74的半導體結構70的部分立體圖。在一個實施例中，電容器72與圖9的電容器60類似。具體來說，電容器結構72包括陽極元件42和陰極元件44。陽極元件42和陰極元件44分別用作電容器結構72的陽極端和陰極端，從而使得可以通過陽極端和陰極端施加電壓。陽極元件42和陰極元件44均包括多個導電部件。具體來說，陽極元件42包括多個第一導電部件42a。陰極元件44包括多個第二導電部件44a。第一導電部件42a沿著Y軸和Z軸均與第二導電部件44a相互交錯。在一個實例中，導電部件42a和44a每一個都可以具有圖6的導電部件50的結構。半導體結構70包括圍繞電容器72的屏蔽結構74，該屏蔽結構74被配置成提供屏蔽功能，從而使得電容器72電屏蔽襯底和接近電容器72的其他導電部件(如互連結構的一部分)。因此，基本上降低了感應能耗并且基本上提高了電容器72的品質因數。在一個實施例中，屏蔽結構74電接地。
參考圖11和圖12進一步描述了屏蔽結構74。圖11為屏蔽結構74的立體圖。圖 12為屏蔽結構74的俯視圖，其中，為了簡明起見，去除了詳細結構。參考圖11和圖12，屏蔽結構74包括垂直部件76和水平部件78，該垂直部件76和水平部件78被配置成提供其中設置電容器72的封閉空間。具體來說，垂直部件76包括沿著Y方向間隔開的第一側部 76a和第二側部76b。第一側部76a和第二側部76b沿著X方向和Z方向橫越。垂直部件 76進一步包括沿著X方向間隔開的第三側部76c和第四側部76d。第三側部76c和第四側部76d沿著Y方向和Z方向橫越。水平部件78包括沿著Z方向間隔開的頂部78a和底部 78b。頂部78a和底部78b沿著X方向和Y方向橫越。電連接第一側部76a、第二側部76b、 第三側部76c、第四側部76d、頂部78a、和底部78b，并將該第一側部76a、第二側部76b、第三側部76c、第四側部76d、頂部78a、和底部78b配置成封閉內部的電容器72，以發揮屏蔽效應。
側部76a和76b每一個都包括通過通孔垂直(在Z方向上)互連的多條金屬線， 其中，金屬線在X方向上延伸。側部76c和76d每一個都包括通過通孔垂直(在Z方向上) 互連的多條金屬線，其中，金屬線在Y方向上延伸。頂部78a和底部78b每一個都包括在X 方向上或者可選地在Y方向上延伸的多條金屬線。頂部78a的金屬線為位于相同金屬層中的金屬線，并且底部78b的金屬線為位于相同金屬層(但是與頂部78a的金屬層不同的金屬層)中的金屬線。在其他實施例中，垂直部件76和水平部件78還可以具有可選的形狀和設計。例如，位于側部76a、76b、76c、以及76d中的通孔部件可以被設計成在X方向和Y方向上具有相等的尺寸。可選地，這些通孔部件可以被設計成在俯視圖中具有伸長形狀或被設計成通孔條。例如，位于第一側部76a和第二側部76b中的通孔部件包括沿著X方向的第一尺寸和沿著Y方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。在另一實例中， 位于第三側部76c和第四側部76d中的通孔部件包括沿著Y方向的第一尺寸和沿著X方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。
圖13為另一個實施例中的電容器結構80的部分立體圖。電容器結構80與在圖 4中的電容器結構40類似。電容器結構80包括陽極元件42和陰極元件44。陽極元件42 和陰極元件44每一個都包括多個導電部件。具體來說，陽極元件42包括多個第一導電部件42a。陰極部件44包括多個第二導電部件44a。根據本發明的各個方面，這些導電部件 42a和44a每一個都包括沿著X軸延伸的兩條金屬線；和一個金屬通孔82，該金屬通孔82 沿著Z軸延伸并互連兩條金屬線。將通孔部件82設計成在俯視圖中具有伸長形狀。第一導電部件42a沿著Y軸和Z軸均與第二導電部件44a相互交錯。
圖14為另一實施例中的電容器結構84的部分立體圖。電容器結構84與圖13中的電容器結構80類似，但是進一步包括側部。陽極元件42還包括側部62，并且陰極元件 44還包括側部64。側部62和64均包括通過伸長通孔86垂直(在Z方向上)互連的多條金屬線，其中，金屬線在Y方向上延伸。位于側部62和64中的金屬線歸于相應的金屬層。 在多個金屬層中形成側部62和64。作為圖14中所示出的一個實例，在6個連續金屬層中形成側部62和64。在一個實施例中，側部62和64每一個都在由Y軸和Z軸所限定的平面中橫越。此外，當沿著X方向觀看時，側部62和64被限定在與導電部件42a和44a的陣列對準的區域中。伸長的通孔部件86與伸長的通孔部件82類似，但是沿著Y方向取向。具體來說，伸長的通孔部件86包括沿著Y方向的第一尺寸和沿著X方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。圖15為包括電容器結構84和圍繞電容器84的屏蔽結構89的半導體結構88的部分立體圖。在圖16中以立體圖進一步示出了屏蔽結構89，并且該屏蔽結構89與在圖11中的屏蔽結構74類似。在可選實施例中，屏蔽結構89使用類似于圖14中的通孔部件86的伸長的通孔部件。在另一個實施例中，屏蔽結構89電接地。圖17為另一個實施例中的電容器結構90的部分立體圖。電容器結構90與圖13中的電容器結構80類似。電容器結構90包括陽極元件42和陰極元件44。陽極元件42和 陰極元件44每一個都包括多個導電部件。具體來說，陽極元件42包括多個第一導電部件42a。陰極元件44包括多個第二導電部件44a。然而，這些導電部件42a和44a每一個都包括沿著X軸延伸的多條金屬線；和沿著Z軸延伸并互連鄰近的金屬線的金屬通孔82。將通孔部件82設計成在俯視圖中具有伸長形狀。伸長的通孔部件82包括沿著X方向的第一尺寸和沿著Y方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。此外，第一導電部件42a沿著Y軸與第二導電部件44a相互交錯。圖18為另一個實施例中的電容器結構92的部分立體圖。電容器結構92與圖17中的電容器結構90類似，但是進一步包括側部。陽極元件42還包括側部62，以及陰極元件44還包括側部64。側部62和64每一個都包括通過通孔86垂直(在Z方向上)互連的多條金屬線，其中，金屬線在Y方向上延伸。在一個實施例中，設計通孔部件86還具有伸長的形狀。位于側部62和64中的金屬線歸于相應的金屬層。在多個金屬層中形成側部62和64。作為圖18中所示出的一個實例，在6個連續金屬層中形成側部62和64。在一個實施例中，側部62和64每一個都在由Y軸和Z軸所限定的平面中橫越。此外，當沿著X方向觀看時，側部62和64被限定在與導電部件42a和44a的陣列相對準的區域中。伸長的通孔部件86與伸長的通孔部件82類似。具體來說，伸長的通孔部件86包括沿著Y方向的第一尺寸和沿著X方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。圖19為包括電容器結構92 (如圖18中所示)和圍繞電容器92的屏蔽結構96的半導體結構94的部分立體圖。在圖20中以立體圖進一步示出了屏蔽結構96，并且該屏蔽結構96與圖11的屏蔽結構74類似。在可選實施例中，屏蔽結構96使用類似于圖18中的通孔部件86的伸長的通孔部件。在另一個實施例中，屏蔽結構96電接地。雖然已經描述了各個實施例，但是根據本發明可以使用具有以相互交錯的方式配置的導電部件的電容器或者具有伸長的通孔部件的電容器的其他實施例。在一個實例中，屏蔽結構可以包括側部、頂部和底部的子集。在另一實例中，在陽極元件和陰極元件的導電部件、陽極元件和陰極元件的側部、屏蔽結構、或者其組合中可以使用伸長的通孔。應該理解，可以實施額外的工藝，從而完成電容器結構的制造。例如，這些額外的工藝可以包括沉積鈍化層、封裝、以及測試。為了簡明起見，這里沒有對這些額外的工藝進行描述。根據本發明的更廣泛的形式之一公開了半導體器件。在一個實施例中，半導體器件包括具有表面的襯底，該表面由第一軸和與第一軸垂直的第二軸限定；和設置在襯底上的電容器，該電容器具有陽極元件和陰極元件，該陽極元件包括多個第一導電部件，該陰極元件包括多個第二導電部件。第一導電部件和第二導電部件每一個都包括沿著第一軸延伸的兩條金屬線；和至少一個金屬通孔，該至少一個金屬通孔沿著與襯底的表面垂直的第三軸延伸并互連兩條金屬線；并且第一導電部件沿著第二軸和第三軸均與第二導電部件相互交錯。
在一個實施例中，金屬通孔包括沿著第一軸的第一尺寸和沿著第二軸的第二尺寸，第一尺寸基本上等于第二尺寸。在另一個實施例中，金屬通孔包括沿著第一軸的第一尺寸和沿著第二軸的第二尺寸，第一尺寸基本上大于第二尺寸。
在另一個實施例中，具有多個互連層的互連結構被設置在襯底上方，和兩條金屬線歸于兩個鄰近的金屬層并沿著第三軸彼此間隔開。金屬線每一個都具有大于沿著第二軸的第二尺寸的沿著第一軸的第一尺寸。
在另一個實施例中，第一導電部件和第二導電部件沿著第一軸形成在剖面圖中的二維陣列；并且該陣列包括沿著第二軸對準的第一導電部件和第二導電部件的子集以及沿著第三軸對準的第一導電部件和第二導電部件的另一子集。
在另一個實施例中，陽極元件進一步包括與第一導電部件連接的第一側部；陰極元件進一步包括與第二導電部件連接的第二側部；第一側部和第二側部每一個都沿著第二軸和第三軸橫越；并且第一導電部件和第二導電部件被設置在第一側部和第二側部之間。在又一個實施例中，第一側部和第二側部每一個都包括多條金屬線，該多條金屬線每一條都歸于互連結構的不同金屬層；和多個金屬通孔組，每個金屬通孔組沿著第三軸互連多條金屬線中的兩條。
在另一個實施例中，半導體器件進一步包括屏蔽結構，該屏蔽結構完全圍繞電容器并且被配置為接地。在又一個實施例中，屏蔽結構包括底部；沿著第一軸間隔開的第一側部和第二側部；以及沿著第二軸間隔開的第三側部和第四側部，其中，電容器被頂部、底部、第一側部、第二側部、第三側部、以及第四側部封閉。
在各個實施例中，屏蔽結構包括頂部，其中，頂部和底部每一個都包括歸于互連結構的金屬層的相應導電元件。導電元件可以包括多條金屬線，該多條金屬線中的每一條都沿著第一軸和第二軸之一延伸。
在另一個實施例中，第一側部、第二側部、第三側部、以及第四側部中的每一個都包括通過多個金屬通孔沿著第三軸互連的多條金屬線，并且其中，每一條金屬線都沿著第二軸延伸。
本發明還提供了半導體器件的另一個實施例。該半導體器件包括具有表面的襯底，該表面由第一軸和與第一軸垂直的第二軸限定；和設置在襯底上的電容器，該電容器具有包括多個第一導電部件的陽極元件和包括多個第二導電部件的陰極元件。第一導電部件沿著第二軸與第二導電部件相互交錯。第一導電部件和第二導電部件每一個都包括沿著第一軸延伸的多條金屬線；和多個金屬通孔，每一個金屬通孔都沿著與襯底的表面垂直的第三軸互連金屬線中的兩條。金屬通孔中的每一個都包括沿著第一軸的第一尺寸和沿著第二軸的第二尺寸，第一尺寸基本上大于第二尺寸。
在一個實施例中，在襯底上方設置具有多個互連層的互連結構，以及每條金屬線都歸于相應的金屬層，并且每條金屬線都具有大于沿著第二軸的第二尺寸的沿著第一軸的第一尺寸。
在另一個實施例中，陽極元件進一步包括與第一導電部件連接的第一側部；陰極元件進一步包括與第二導電部件連接的第二側部；第一側部和第二側部每一個都沿著第二軸和第三軸橫越，并且第一導電部件和第二導電部件被設置在第一側部和第二側部之間。在另一個實施例中，半導體器件進一步包括被配置成接地的屏蔽結構。該屏蔽結構包括頂部和底部；沿著第一軸間隔開的第一側部和第二側部；以及沿著第二軸間隔開的第三側部和第四側部。電容器被頂部、底部、第一側部、第二側部、第三側部、以及第四側部封閉。在又一個以上實施例中，頂部和底部每一個都包括歸于互連結構的金屬層的相應導電元件。第一側部、第二側部、第三側部、以及第四側部中的每一個都包括通過第二多個金屬通孔沿著第三軸互連的第二多條金屬線。第二金屬線每一條都沿著第二軸延伸。本發明還提供了制造半導體器件的方法的另一個實施例。該方法包括提供具有表面的襯底，該表面由第一軸和垂直于第一軸的第二軸限定；并且在襯底表面的上方形成互連結構，該互連結構具有導線層以及互連導線層的導電通孔層(level)。形成互連結構的步 驟包括形成具有導線子集和導電通孔子集的電容器，該電容器具有陽極元件，該陽極元件包括多個第一導電部件和連接第一導電部件的第一側部；和陰極元件，該陰極元件包括多個第二導電部件和連接第二導電部件的第二側部。第一導電部件和第二導電部件每一個都沿著第一軸延伸。形成沿著第二軸與第二導電部件相互交錯的第一導電部件。第一側部和第二側部每一個都沿著第二軸和垂直于該表面的第三軸橫越。在第一側部和第二側部之間設置第一導電部件和第二導電部件。在方法的一個實施例中，形成電容器的步驟進一步包括形成屏蔽結構，該屏蔽結構具有頂部和底部；沿著第一軸間隔開的第一側部和第二側部；以及沿著第二軸間隔開的第三側部和第四側部。通過頂部、底部、第一側部、第二側部、第三側部、以及第四側部封閉電容器。在另一個實施例中，形成電容器的步驟包括形成金屬通孔，每個金屬通孔具有沿著第一軸的第一尺寸和沿著第二軸的第二尺寸，第一尺寸基本上大于第二尺寸。上面論述了若干實施例的部件，使得本領域技術人員可以更好地理解隨后的詳細描述。本領域技術人員應該理解，可以很容易地使用本發明作為基礎來設計或更改其他用于達到與本文所介紹的實施例相同的目的和/或實現相同優點的工藝和結構。本領域技術人員還應該意識到，這種等效結構并不背離本發明的主旨和范圍，并且在不背離本發明的主旨和范圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。
權利要求
1.一種半導體器件,包括 具有表面的襯底，所述表面由第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定；以及電容器，被設置在所述襯底上，所述電容器具有包括多個第一導電部件的陽極元件和包括多個第二導電部件的陰極元件，其中，所述第一導電部件和所述第二導電部件每ー個都包括 兩條金屬線，沿著所述第一軸延伸，以及 至少ー個金屬通孔，沿著與所述襯底的所述表面垂直的第三軸延伸并互連所述兩條金屬線；以及 所述第一導電部件沿著所述第二軸和所述第三軸均與所述第二導電部件相互交錯。
2.根據權利要求I所述的半導體器件，其中 所述第一導電部件和所述第二導電部件沿著所述第一軸形成剖面圖中二維陣列；以及所述陣列包括沿著所述第二軸對準的第一導電部件和第二導電部件的子集以及沿著所述第三軸對準的第一導電部件和第二導電部件的另一子集。
3.根據權利要求I所述的半導體器件，其中 所述陽極元件進ー步包括與所述第一導電部件連接的第一側部； 所述陰極元件進ー步包括與所述第二導電部件連接的第二側部； 所述第一側部和所述第二側部每一個都沿著所述第二軸和所述第三軸橫越；以及 所述第一導電部件和所述第二導電部件被設置在所述第一側部和所述第二側部之間。
4.根據權利要求3所述的半導體器件，其中 所述第一側部和所述第二側部每ー個都包括多條金屬線，每條金屬線都歸于互連結構的不同金屬層；以及 多個金屬通孔組，每個金屬通孔組都沿著所述第三軸互連所述多條金屬線中的兩條。
5.根據權利要求I所述的半導體器件，進ー步包括屏蔽結構，所述屏蔽結構完全圍繞所述電容器并且被配置成接地。
6.根據權利要求5所述的半導體器件，其中，所述屏蔽結構包括 底部； 第一側部和第二側部，沿著所述第一軸間隔開；以及 第三側部和第四側部，沿著所述第二軸間隔開，其中，所述電容器被所述底部、所述第ー側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部封閉。
7.根據權利要求6所述的半導體器件，其中，所述第一側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部中的每ー個都包括通過多個金屬通孔沿著所述第三軸互連的多條金屬線，并且其中，所述金屬線中的每一條都沿著所述第二軸延伸。
8.—種半導體器件,包括 具有表面的襯底，所述表面由所述第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定；以及電容器，被設置在所述襯底上，所述電容器具有包括多個第一導電部件的陽極元件和包括多個第二導電部件的陰極元件，其中，所述第一導電部件沿著所述第二軸與所述第二導電部件相互交錯，并且所述第一導電部件和所述第二導電部件每ー個都包括 多條金屬線，該多條金屬線沿著所述第一軸延伸；和多個金屬通孔，每個金屬通孔都沿著與所述襯底的所述表面垂直的第三軸互連所述多條金屬線中的兩條，以及所述金屬通孔中的每一個都包括沿著所述第一軸的第一尺寸和沿著所述第二軸的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。
9.根據權利要求8所述的半導體器件，進一步包括屏蔽結構，所述屏蔽結構被配置成接地，其中，所述屏蔽結構包括 頂部和底部； 第一側部和第二側部，沿著所述第一軸間隔開；以及 第三側部和第四側部，沿著所述第二軸間隔開，其中，所述電容器被所述頂部、所述底部、所述第一側部、所述第二側部、所述第三側部、以及所述第四側部封閉。
10.一種制造半導體器件的方法，包括 提供具有表面的襯底，所述表面由第一軸和垂直于所述第一軸的第二軸限定；以及 在所述襯底的所述表面的上方形成互連結構，所述互連結構具有導線層和互連所述導線層的導電通孔層，其中，形成所述互連結構的步驟包括 形成具有所述導線子集和所述導電通孔子集的電容器，所述電容器具有陽極元件，所述陽極元件包括多個第一導電部件和連接所述第一導電部件的第一側部；和陰極元件，所述陰極元件包括多個第二導電部件和連接所述第二導電部件的第二側部，其中 所述第一導電部件和所述第二導電部件每一個都沿著所述第一軸延伸， 形成沿著所述第二軸與所述第二導電部件相互交錯的所述第一導電部件， 所述第一側部和所述第二側部每一個都沿著所述第二軸和與所述表面垂直的第三軸橫越，以及 在所述第一側部和所述第二側部之間設置所述第一導電部件和所述第二導電部件。
全文摘要
本發明提供了一種半導體器件。該半導體器件包括具有表面的襯底，該表面由第一軸和與第一軸垂直的第二軸限定；以及設置在襯底上的電容器，該電容器具有包括多個第一導電部件的陽極元件和包括多個第二導電部件的陰極元件。第一導電部件和第二導電部件每一個都包括沿著第一軸延伸的兩條金屬線。至少一個金屬通孔沿著與襯底的表面垂直的第三軸延伸并且互連兩條金屬線。第一導電部件沿著第二軸和第三軸均與第二導電部件相互交錯。本發明提供了具有通孔的水平交指型電容器。
文檔編號H01L23/522GK102983117SQ201210020208
公開日2013年3月20日 申請日期2012年1月21日 優先權日2011年9月7日
發明者卓秀英 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司