具有局部過孔的金屬-絕緣體-金屬管芯上電容器的制造方法

具有局部過孔的金屬-絕緣體-金屬管芯上電容器的制造方法
【專利摘要】說明了具有局部過孔的金屬－絕緣體－金屬管芯上電容器。在一個示例中，在半導體管芯中形成第一和第二電源網格層。電源網格層具有電源軌。在電源網格層之間的管芯的金屬層中形成第一和第二金屬板。全過孔從所述第一電源網格層的第一極性的電源軌延伸到第二金屬板的第一側，并從與金屬板的所述第一側相對的所述第二金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層的第一極性的電源軌。局部過孔從所述第二電源網格層的第一極性的電源軌延伸，在所述第二金屬板的所述第二側終止。
【專利說明】具有局部過孔的金屬一絕緣體一金屬管芯上電容器

【技術領域】
[0001]本公開內容涉及管芯中電容器領域，更具體地，涉及用于這種電容器的電氣連接。

【背景技術】
[0002]半導體管芯包括管芯中的電源網格層，其接收外部功率，并將功率傳播出去給管芯的一個或多個布線和電路層中的各種電路。由電源網格提供的功率遭受到各種不同來源的噪聲，其可以擾亂電路的正常操作。噪聲可以是電壓和電流變化的形式，以及額外的信號的形式。由于在數字電路中的時鐘控制型活動引起大部分噪聲，可以借助與電源線并聯的電容器濾除噪聲。
[0003]如果電源噪聲高于所期望的，那么就在管芯的層內制造管芯上解耦電容器。金屬-絕緣體-金屬(MiM)電容器是管芯上解耦電容器的一個示例，使用它是因為它嵌入到管芯的金屬層中，無需額外的管芯面積。
[0004]MiM電容器需要多個通孔型過孔。通孔型過孔將MiM極板連接到在極板的任一側上，即上層和下層，的相鄰電源網格層。通孔型過孔充當在MiM與電源網格的其余部分之間的電流路徑。在用于這些上和下層的布線重疊的任何位置，這個或者任何其他類型的垂直連接都可以構成管芯內的連接。通孔型過孔如同任何其他連接過孔一樣，專為每一個管芯拓撲結構而被設計到管芯中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]在附圖的圖中示例性而非限制性地示出了本發明的實施例，在附圖中，相似的參考標記指代相似的元件。
[0006]圖1是顯示系統的電氣特性的具有母板和封裝管芯的計算設備的圖示。
[0007]圖2A是根據本發明實施例的MiM電容器的透視分解圖。
[0008]圖2B是圖2A的MiM電容器的側視橫截面圖。
[0009]圖2C是根據本發明另一個實施例的MiM電容器的側視橫截面圖。
[0010]圖3A是根據本發明實施例的顯示電氣特性的圖2A的MiM電容器的透視分解圖。
[0011]圖3B是圖3A的MiM電容器的電路圖。
[0012]圖4A是根據本發明實施例的MiM電容器的多個層的上頂視圖。
[0013]圖4B是根據本發明實施例的形成MiM電容器的過程流程圖。
[0014]圖5是根據本發明實施例的結合金屬-絕緣體-金屬電容器結構的計算設備的方框圖。

【具體實施方式】
[0015]許多管芯的管芯上功率傳輸網絡嚴重依賴于MiM電容器來在管芯中穩定電壓并減小噪聲。隨著操作頻率增大且管芯尺寸減小，將MiM電容器設計為更為困難的規格，以在期望頻率產生期望級別的電容。對于給定管芯面積，借助對于過孔和布線間隔的設計規則來限制來自MiM電容器的有效高頻電容。同時以連續設計增大開關晶體管的數量并減小其尺寸。這限制了連接電容器的過孔的可用空間。
[0016]MiM電容器具有頻率跌落(roll-off)特性，使得有效電容由于串聯電阻效應而隨較高頻率而減小。使用兩個因素可以控制MiM電容器的頻率響應。首先是在直流或低頻的電容。其次是3dB截止頻率，即在電容減小3dB處的頻率。通過增大電容器的數量或尺寸，可以增大在操作頻率可獲得的電容量。這增大了直流的電容。通過將3dB截止頻率推向較高頻率也能夠增大可獲得的電容量。
[0017]增大直流和低頻的電容值需要更大的管芯空間和過孔的更仔細的布線，以將電容器極板連接到要濾除的適當電壓。可以以各種不同方式來進行增大3dB截止頻率。一個方案是增大通孔型過孔的數量。通孔型過孔將MiM極板連接到相鄰電源網格層，這充當在MiM與電源網格其余部分之間的電流路徑。這會減小MiM電容器的等效阻性分量，因此將3dB截止頻率向較高頻率移動。
[0018]為了增大通孔型過孔的數量，增大相應層的重疊區域以使得通過電容器的垂直過孔可以連接到在電容器任一側上的兩個層。必須為每一個新管芯重新設計重疊區域。對于重疊的區域的要求對必須如何布線兩個連接層提出了限制。
[0019]也可以改進MiM電容器的高頻特性，而無需重新布線相應層以在兩層之間容納過孔。除了從電源層到電路層的一些數量的通孔型過孔以外，可以使用局部過孔。局部過孔可以實施為盲過孔，僅連接內部層。例如，過孔可以將電容器極板僅連接到電源網格中的下一層。它還允許在過孔的設置中相當大的自由度，因為在電源網格與電容器極板之間的層常常具有很少(如果有的話)的布線，以與局部過孔連接。
[0020]在電源網格與電容器極板之間的局部過孔減小了 MiM電容器的等效阻性分量。減小的阻性分量增大了在較高頻率的電容，將3dB截止頻率向較高頻率移動。
[0021]圖1是具有位于母板上的封裝管芯的電氣系統的圖示。系統可以是各種不同類型的任意一個，并包括母板、系統板或邏輯板102，其耦合到電壓調節器104。電壓調節器從電源110接收功率，并產生驅動連接到母板的組件所需的電壓。這典型地包括各種不同的直流和開關電壓。電壓調節器典型地焊接在母板上，但可以可替換地通過導線、焊料隆起焊盤或任何其他方式連接。功率通過母板發送到系統的任何適當的組件，其依賴于來自母板的功率。母板包括解耦電容器112，用以對從電源接收的并由母板發送到適當組件的電源進行濾波。
[0022]例如使用C4(控制熔塌芯片連接)凸塊將管芯106耦合到封裝襯底108，盡管也可以使用任何其他類型的管芯技術，包括直接焊接連接、導線和插接系統。封裝襯底108又使用球柵陣列或任何其他適合的連接系統連接到母板102。將功率從電源110提供到電壓調節器104到母板102到封裝108，并由此到管芯106。盡管這是用于向管芯提供功率的常用方案，但可以使用各種其他供電路徑。管芯具有顯示為多個電流吸收器114的有源電路和到顯示為多個電容器116的寄生電容的路徑。
[0023]圖2A是圖1的管芯106內的四個示例性層的透視分解圖的圖示，兩個電源網格層240、242和兩個金屬板層144、246。作為不例而提供了四層,可以不作為電源網格或金屬板一直延伸通過管芯。電源網格層還可以包括數據、命令或其他類型的布線。金屬板可以局限于管芯的特定區域的小區域。盡管僅顯示了兩個金屬板，但在其他層中也可以有金屬板。類似地，盡管在金屬板每一側僅顯示了一個電源網格層，但在每一側也可以有更多的層。盡管許多管芯在每一側上具有5或10層，但可以有更多或更少的層。用于這些層的命名和設計對于不同管芯設計或不同的命名系統可以是完全不同。
[0024]第一層或頂部電源網格層是金屬層的示例，所述金屬層由電介質層圍繞并用于通過多個電源軌布線不同電壓和極性的電源。電源軌通過層分布，用以向其他層中的相應位置提供電源。頂部電源網格層可以是與封裝襯底最接近的第一層，可以直接從C4凸塊接收電源，但可以使用不同的電源層。如所示的，頂部電源網格層支持用于提供給管芯的至少Vcc和Vss極性的布線層。在這個及其他層上也可以支持其他極性和電壓。
[0025]電容器204由兩個金屬板Vss層244和Vcc層246構成。這些極板嵌入到管芯內，并由未示出的電介質206層分離。將極板顯示為矩形，但取決于用于其他結構的布線、要求和期望的性能，它們可以是任何期望的形狀。兩個極板借助上Vss層與下Vcc層的連接構成電容器。過孔將極板連接到在極板任一側上的電壓，如以下更詳細說明的。在這個示例中，這個MiM電容器設置在金屬板任一側上的Vcc與Vss軌之間，用以濾除來自用于管芯的電源電壓的噪聲及其他成分。
[0026]頂部層240的Vcc電源軌稱合到全過孔,其通過Vss層延伸,連接到Vcc層的第一偵牝繼續通過Vcc層的另一側，并連接到也在Vcc的下電源網格層242中的結構。全過孔構成與電容器的一個極板的連接，但不連接到電容器的另一個極板。Vcc指代耦合到多個CMOS(互補金屬氧化物半導體)集電極的電壓，并對應于用于這個管芯的正電壓。下電源網格層242是用于管芯的有源CMOS電路和布線的幾個電源網格層之一。下層由過孔通過電容器的單個極板連接到上層。
[0027]電容器的第二極板由在一端連接到在頂部電源網格層240的Vss的類似全過孔(未示出)稱合，連接到第一極板、Vss板,在不連接的情況下通過第二極板、Vcc板,并連接至IJ下層242的在Vss的不同部分。Vss指代耦合到多個CMOS晶體管源極的電壓，并對應于用于該管芯的負或地電壓。借助全過孔將Vcc連接到第一極板，將Vss連接到第二極板，為兩個極板的每一個都提供了相反極性的電源電壓。
[0028]下電源網格層顯示為具有在Vss208的結構和在Vcc210的結構。典型地，會存在更多的電源網格層。在一些情況下，將層標記為M9到M1，但對于其他設計，命名可以不同。可以將上填充和隔離層涂敷在Ml層上，也可以使用封裝覆蓋層以密封包含管芯的封裝。
[0029]除了連接到每一個電容器極板的上下兩側的全過孔以外，局部過孔216也耦合到第一電容器極板。局部過孔從下布線層242的Vcc區208延伸到Vcc基板246，但不超過該極板，也不到達相對的電源網格層240。這些過孔可以設置在可以構成到下層242的良好連接的任何位置處，不用考慮上層240的相應Vcc層的位置。另外，取決于設計，在上Vss極板244與頂部電源網格層240之間可以有或者沒有多個其他的層。必須設置全過孔以避免與任意這些層沖突。局部過孔不從金屬板延伸到頂部電源網格層，所以在這兩層之間的任何層的通路都不會影響局部過孔216的設置。
[0030]圖2B是圖2A的過孔和四層的側視橫截面分解圖的圖示。顯示了相同的四層。還顯示了相同的全通孔型過孔202和局部過孔216。這些過孔構成與電源網格層和金屬板層的相同的Vcc和Vss部分的連接。Vss局部過孔(未示出)也可以應用于下電源網格層242與Vss極板244之間。另外或作為替代，Vss局部過孔可以插入到頂部電源網格層240與金屬Vss極板之間用于Vss網絡，如圖2C所示的。
[0031]通過在第一電源網格層與MiM電容器的一個極板之間增加這些局部過孔，連接到MiM電容器的過孔的總數增大。這會減小MiM電容器的等效阻性分量，因此將3dB截止頻率向較高頻率移動。局部過孔提供了許多優點。可以擴展MiM的電容的頻率范圍。可以以比全過孔更少的成本和更短的時間，將局部過孔設計到管芯中。除了為MiM過孔提供以外，可以優先布線電源網格層上的跡線。
[0032]由于半導體技術隨著每一個項目而改變，電源網格布局改變，則MiM電容器層布線必須也改變。于是必須重新評估MiM電容器特性，重新為每一個新管芯設計電容器。增大的開關頻率需要來自MiM電容器的甚至更高的電容，在高頻范圍中需要電容器設計更為精確。
[0033]圖2C顯示了用于Vcc極板的局部過孔和全過孔的示例，其中，局部過孔從金屬板的相對側連接。這種局部過孔可以代替或增加到圖2B中所示的局部過孔。類似的方案可以用于Vss極板(未不出)。在圖2C的不例中，顯不了相同的四層，兩個電源層240、242和兩個金屬板層244、246。Vcc金屬板層246由全過孔202連接到極板任一側上的電源網格層。全過孔連接到Vcc極板246,但不連接到Vss極板244。
[0034]局部過孔226連接到頂部電源網格層240的Vcc電源軌，穿過上Vss金屬板244，并連接到Vcc層246。與圖2B中所示的相同的局部過孔216也將下電源網格層242連接到Vcc層。這在無需對準Vcc電源軌的情況下允許到金屬板更多的連接。如在圖2A和2B中的，沒有為Vss網絡顯示連接，但它們可以以相同的方式構成。
[0035]圖3A是圖1的管芯內的四層的透視圖的圖示，顯示了全過孔和局部過孔的電氣等效模型。如圖3A所示的，在Vcc極板246與頂部電源網格層240之間，全過孔具有阻性分量310和感性分量312。類似地，在Vcc極板與下電源網格層242之間，全過孔也具有阻性分量314和感性分量316。在圖3B的電路圖中將這些分量組合在一起顯示為簡單的電阻和電感。圖3B是作為電路圖的圖3A的全過孔和局部過孔的圖示，顯示了來自全過孔和局部過孔的R(電阻)和L(電感)分量。
[0036]結合圖2A、2B和2C中所示的，局部過孔216并聯連接到全過孔202。局部過孔也具有阻性分量318和感性分量320，其與全過孔的并聯。通過增加局部過孔，管芯上輸電源網格絡(TON)的電阻和電感值改變。如圖3B中所示的，額外的局部過孔設置了與常規過孔的阻性和感性分量并聯的額外阻性和感性分量。結果，減小了 MiM電容器連接的總電阻和電感值。這個特性為在高頻的MiM電容器提供了更好的性能。
[0037]截止頻率與RC時間常數成反比。增加局部過孔減小了管芯的R值，以致于RC時間常數減小，增大了截止頻率。此外，由于電容器的主要因素從電容轉換為電阻，減小了頻率響應的跌落。因此，借助減小的電阻值，在較高頻率發生到電阻的轉換。
[0038]從金屬板的一側上的一個電源層到金屬板的另一側上的另一個電源網格層的全過孔僅可以設置在相同極性電源軌的布線重疊的位置處。這允許全垂直連接，如圖2A所示的。典型地，構成不完全垂直的過孔是極為困難的。因此，只有當在一層中的Vcc通路與在另一層中的Vcc通路垂直對準時，才可以構成連接。為了允許更多的過孔，可以改變電源網格層的布線以更好地對準，并提供更多的通孔型過孔。由于通路和層設計規則的約束，當增加重疊區域時，考慮在過孔之間的間隔與從過孔到金屬邊緣的距離。這使得為了電容器而調整通路變得極為困難。
[0039]為了在沒有由于重新布線電源網格層而施加的增大的成本及其他限制的情況下改進MiM電容器的高頻特性，可以使用局部過孔。局部過孔可以實施為連接內部層的盲孔。如圖2B所示的，局部過孔位于金屬板層與金屬板的一側上的電源網格層之間，不與其他層連接。因此，局部過孔不影響在電源網格層或在相對側上的任何其他層上的布線。
[0040]圖4A是圖2A的四層的局部上正視圖的圖示，其中，并排放置了層。圖4A還顯示了本文所述的可能的垂直過孔的位置。考慮頂部電源網格層402，存在Vcc跡線404和Nss跡線406。全過孔顯示為單獨的上視圖414，如同它們構成一層。而過孔414是垂直的，在結構中的任意點按照正視圖或橫截面來顯示。視圖會是相同的。在上層402上存在兩條Vcc跡線404，以使得在過孔層414上可以存在兩行Vcc過孔。這個過孔必須具有到下電源網格層412上的布線的相應連接點。如在這個示例中所示的，頂部電源網格層402具有水平Vcc布線404，下電源網格層412具有水平布線208。全過孔可以位于這兩個布線交叉的位置。這些過孔顯示為過孔層414的點422。
[0041 ] 盡管這些Vcc過孔連接到電容器的Vcc極板410，但它們延伸通過電容器的Vss極板408中的孔。也顯示了 Vss極板中的孔。類似地，圖4A顯示了過孔層414中的Vss過孔424，其在下電源網格層412的Vss布線210之間延伸，通過Vcc極板410中的孔，連接到Vss極板408，隨后進一步延伸到達頂部電源網格層402中的Vss布線406。
[0042]可以在多個位置添加Vcc局部過孔。由于MiM的Vcc極板410覆蓋幾乎整個可用區域，可以在沿著下電源網格層412的Vcc垂直布線線路208的任何位置添加額外的局部過孔。空白虛線框428顯示了局部過孔426在過孔層414上的設置的示例。如所示的，過孔的數量可以增大50%或者更多。局部過孔連接下電源網格層與Ncc金屬板層，與頂部電源網格層402沒有任何連接，如上解釋的。取決于層和電容器的其他參數，這可以將3dB電容截止頻率增大25%或者更多。
[0043]如由過孔層414所示的，密集的局部過孔的設置可以用于在電源網格層上容納密集的布線。這克服了設計規則的限制，其指定了最小跡線寬度和間隔。可以在不影響跡線寬度或間隔的情況下增加局部過孔，其可以提供由全過孔提供的相同的高頻MiM性能改進。
[0044]圖4B是形成具有上述電容器結構的管芯的過程流程圖。過程在450以襯底或內建層開始。取決于特定實現方式，稍后可以去除這個層。在一些最初的層后，在452處在管芯上形成電子晶體管電路。可以有許多電路布線層或者一層。另外，可以有在這些布線層中或附近形成的諸如CMOS晶體管的半導體組件和其他組件。可以基于管芯類型及其預期的使用來確定用于在管芯的襯底上形成電路和相關布線層的操作的具體類型。這些層可以包括額外的布線層、隔離、保護和覆蓋層。在454處，形成具有電源軌的一個或多個電源網格層。電源軌具有至少第一和第二極性，或許更多，這取決于特定實現方式。還可以存在各種不同電壓。可以使用光刻法、沉積、金屬印刷和與晶體管層一樣的其他技術來形成多個這種層。
[0045]在456處，形成電介質層，以隔離電源軌。可以使用各種不同沉積技術的任意一個來形成電介質。在458處，借助鉆孔、蝕刻、鏜孔或任何其他技術形成局部和全過孔，以露出通過電介質層的頂部到下電源網格層的各自電源軌的路徑。隨后可以以銅或另一種導電材料鍍覆或填充過孔，以建立與電源軌的電氣連接。
[0046]在460處,在過孔、電介質和電源網格層上形成管芯的第一金屬層中的第一金屬板。金屬板會構成與過孔的電氣連接，并建立用于局部過孔的連接。盡管將這個金屬板稱為第一金屬板，但這指的是它對于電容器結構的位置。可以有在管芯的多個不同層出于其他目的而形成的其他金屬板。可以基于期望的電容來確定極板的特定形狀、厚度和其他參數。
[0047]在462處,在第一金屬板上形成另一個電介質層,在464處,全過孔從第一金屬板延伸到電介質的頂部。也將填充或鍍覆它們以使得其在第一金屬板與在電介質上形成的第二金屬板之間導電。
[0048]在466處，在電介質層上的管芯的第二金屬層中形成第二金屬板。第二金屬板是第二個，因為其構成與在462處形成的電介質層相對的電容器的另一個極板。在用于第一金屬板的全過孔的情況下，這個極板可以借助孔來形成，其隨后以電介質填充，以將過孔與極板隔離，例如如圖2A所示的。對于連接到第二極板而不連接到第一極板的過孔，在第一金屬板中會形成通孔型過孔。
[0049]在468處，在第二金屬板上形成另一個電介質層，以將電容器與管芯的任何其他組件隔離。在470處，完成全過孔，以構成在下電源網格層、一個金屬板層與在472處形成的頂部電源網格層之間的連接。填充全過孔以將在第一或另一個電源網格層上的布線連接到如上的適當金屬板。
[0050]在472處，在電介質上形成頂部電源網格層，構成與全過孔、任何局部過孔的連接，并構成任何數據連接過孔，它們要連接到與封裝襯底的外部連接。取決于具體管芯，可以存在一個或多個頂部電源網格層。
[0051]作為在形成每一個層之后形成過孔的可替換方案，可以借助鉆孔通過包括兩個金屬板的全部中間層到達第一極性的下電源網格層的電源軌構成過孔來形成多個全過孔。可以修改用于形成過孔的具體技術以適于不同類型的管芯和不同的制造技術。
[0052]盡管全過孔延伸通過兩個金屬板，但局部過孔從連接第一極性的電源軌的一個電源網格層延伸，在不電氣連接到另一個電源網格層的相應的一個金屬板終止。
[0053]在474處，對于所述實施例不重要的額外層可以添加到管芯，隨后在476處拋光管芯。可以基于管芯的類型及其預期的使用來確定用于拋光管芯的操作的具體類型。在這個示例中，在管芯上形成額外的層。這可以包括額外的布線層、隔離、保護和覆蓋層。在478處，封裝管芯以便安裝到電子設備中。如本文所述的，完成的管芯顯示了更密集的布線層和高頻電容。
[0054]圖5示出了根據本發明的一個實現方式的計算設備500。計算設備500容納板502,例如圖1的母板102。板502可以包括多個組件,包括但不限于,處理器504和至少一個通信芯片506。處理器504物理且電耦合到板502。在一些實現方式中，至少一個通信芯片506也物理且電耦合到板502。在進一步的實現方式中，通信芯片506可以束處理器504的部分。
[0055]取決于其應用，計算設備500可以包括其他組件，其會或不會物理且電耦合到板502。這些其他組件包括但不限于，易失性存儲器(例如，DRAM) 508、非易失性存儲器(例如ROM) 509、閃存(未不出)、圖形處理器512、數字信號處理器(未不出)、加密處理器(未不出)、芯片組514、天線516、諸如觸摸屏顯示器的顯示器518、觸摸屏控制器520、電池522、音頻編碼解碼器(未示出)、視頻編碼解碼器(未示出)、功率放大器524、全球定位系統(GPS)設備526、指南針528、加速度計(未示出)、陀螺儀(未示出)、揚聲器530、相機532和大容量儲存設備510 (例如，硬盤驅動器、光盤(CD)(未示出)、數字多用途盤(DVD)(未示出)等等)。這些組件另一連接到系統板502，安裝到系統板，或者于任意其他組件組合。
[0056]通信芯片506實現了無線和/或有線通信，用于往來于計算設備500傳送數據。術語“無線”及其派生詞可以用于描述可以通過非固態介質借助使用調制電磁輻射傳送數據的電路、設備、系統、方法、技術、通信信道等。該術語并非暗示相關設備不包含任何導線，盡管在一些實施例中它們可以不包含。通信芯片506可以實施多個無線或有線標準或協議中的任意一個，包括但不限于，W1-Fi (IEEE802.11 族)、WiMAX (IEEE802.16 族)、IEEE802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA, DECT、藍牙、其以太網派生物，以及被指定為3G、4G、5G及之后的任何其他無線和有線協議。計算設備500可以包括多個通信芯片506。例如，第一通信芯片506可以專用于近距離無線通信，例如W1-Fi和藍牙，第二通信芯片506可以專用于遠距離無線通信，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO 等。
[0057]計算設備500的處理器504包括封裝在處理器504內的集成電路管芯。如果期望的，在本發明的一些實現方式中，處理器、存儲器設備、通信設備或其他組件的集成電路管芯包括使用用全過孔和局部過孔連接的MiM電容器封裝的一個或多個管芯。術語“處理器”可以指代任何設備或設備的部分，其處理來自寄存器和/或存儲器的電子數據，將該電子數據轉變為可以存儲在寄存器和/或存儲器中的其他電子數據。
[0058]在多個實現方式中，計算設備500可以是膝上型電腦、上網本電腦、筆記本電腦、超級本電腦、智能電話、平板電腦、個人數字助理(PDA)、超移動PC、移動電話、臺式計算機、服務器、打印機、掃描器、監視器、機頂盒、娛樂控制單元、數碼相機、便攜式音樂播放器、或數碼攝像機。在進一步的實現方式中，計算設備500可以是處理數據的任何其他電子設備。
[0059]可以將實施例實施為一個或多個存儲器芯片、控制器、CPU(中央處理單元)、使用母板互連的微芯片或集成電路、專用集成電路(ASIC)和/或現場可編程門陣列(FPGA)的部分。
[0060]對“一個實施例”、“示例性實施例”、“多個實施例”等的提及指示如此說明的本發明的實施例可以包括特定特征、結構或特性，但每一個實施例不一定都包括該特定特征、結構或特性。此外，一些實施例可以具有一些、全部或不具有針對其他實施例所述的特征。
[0061]以下說明和權利要求書中使用了術語“耦合的”及其派生詞。“耦合的”用于指示兩個或多個元件協作或彼此相互作用，但它們在其之間可以具有或不具有居間的物理或電氣組件。
[0062]如在權利要求書中使用的，除非指出有所不同，使用序數詞“第一”、“第二”、“第三”等來說明共同的元件,僅僅指示提及的相似元件的不同實例，并非旨在暗示如此說明的元件必須在時間、空間、排序或任何其他方式上處于給定的順序。
[0063]附圖和在前說明給出了實施例的示例。本領域技術人員會意識到，一個或多個所述元件可以組合到單個功能元件中。可替換地，特定元件可以分割為多個功能元件。來自一個實施例的元件可以添加到另一個實施例。例如，可用改變本文所述的過程的順序，不限于本文所述的方式。而且，不必以所示的順序實施任何流程圖的操作；也不必執行全部操作。此外，與其他操作無關的那些操作可以與其他操作并行執行。實施例的范圍絕非由這些特定示例來限定。許多變化都是可能，不論是否是說明書中明確給出的，例如在結構、尺寸和材料的使用中的區別。實施例的范圍至少與由以下權利要求書給出的一樣寬泛。
[0064]以下示例屬于進一步的實施例。不同實施例的多個特征可以借助包括一些特征并排除其他特征來多樣化地組合，以適于各種不同應用。一些實施例屬于一種半導體管芯，具有第一電源網格層，所述第一電源網格層具有第一和第二極性的電源軌，和第二電源網格層，所述第二電源網格層具有第一和第二極性的電源軌。電容器結構包括在電源網格層之間的管芯的第一金屬層中的第一金屬板，在所述第一金屬板與所述第二電源網格層之間的管芯的第二金屬層中的第二金屬板，在所述第一金屬板與所述第一電源網格層之間的電介質，在所述第二金屬板與所述第二電源網格層之間的電介質，多個全過孔，所述多個全過孔從所述第一電源網格層的第一極性的電源軌延伸到第二金屬板的第一側，并從與金屬板的所述第一側相對的所述第二金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層的第一極性的電源軌，及多個局部過孔，所述多個局部過孔從所述第二電源網格層的第一極性的電源軌延伸，在所述第二金屬板的所述第二側終止。
[0065]在進一步的實施例中，所述多個全過孔的每一個都延伸通過所述第一金屬板而不電氣連接到所述第一金屬板。進一步的實施例包括在第一和第二金屬板之間的電介質層，用以形成金屬一絕緣體一金屬的管芯內電容器。在進一步的實施例中，所述多個局部過孔的每一個都是盲孔。在進一步的實施例中，第一極性是Vcc。在進一步的實施例中，所述第二電源網格層耦合到CMOS (互補金屬氧化物半導體)電路，及第二極性是Vss。
[0066]進一步的實施例包括多個第二全過孔，所述多個第二全過孔從第一電源網格層的第二極性的電源軌延伸到第一金屬板的第一側，并從與所述第一金屬板的第一側相對的所述第一金屬板的第二側延伸到所述第一電源網格層。
[0067]進一步的實施例包括多個第二局部過孔，所述多個第二局部過孔從所述第一電源網格層的第二極性的布線延伸，在所述第一金屬板終止。
[0068]一些實施例屬于一種裝置，其包括形成于半導體管芯中的第一電源網格層，所述第一電源網格層具有第一和第二極性的電源軌，形成于半導體管芯中的第二電源網格層，所述第二電源網格層具有第一和第二極性的電源軌，在電源網格層之間的管芯的第一金屬層中的第一金屬板，在所述第一金屬板與所述第二電源網格層之間的管芯的第二金屬層中的第二金屬板，在所述第一金屬板與所述第一電源網格層之間的電介質，在所述第二金屬板與所述第二電源網格層之間的電介質，多個全過孔，所述多個全過孔從所述第一電源網格層的第一極性的電源軌延伸到第二金屬板的第一側，并從與金屬板的所述第一側相對的所述第二金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層的第一極性的電源軌，及多個局部過孔，所述多個局部過孔從所述第二電源網格層的第一極性的電源軌延伸，在所述第二金屬板的所述第二側終止。
[0069]進一步的實施例包括在第一和第二金屬板之間的電介質層，用以形成金屬一絕緣體一金屬的管芯內電容器。在進一步的實施例中，第一極性是Vcc。進一步的實施例包括CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路層，耦合到所述第二電源網格層，及其中，第二極性是Vss0進一步的實施例包括封裝襯底，通過多個焊球耦合到所述第一電源網格層。進一步的實施例包括多個第二局部過孔，所述多個第二局部過孔從所述第一電源網格層的第二極性的電源軌延伸，在所述第一金屬板的第一側終止。進一步的實施例包括多個第二局部過孔，所述多個第二局部過孔從所述第一電源網格層的第二極性的電源軌延伸，在所述第二金屬板的第一側終止。
[0070]在一些實施例中，一種在半導體中形成電容器結構的方法包括形成第一電源網格層，具有第一和第二極性的電源軌，在所述第一電源網格層上形成電介質，形成多個第一導電過孔，所述多個第一導電過孔通過電介質到達所述第一電源網格層，形成第一金屬板，所述第一金屬板在電介質上的管芯的第一金屬層中，并連接到導電過孔，在第一金屬板上形成第二電介質層，形成多個第二導電過孔，所述多個第二導電過孔通過第二電介質以連接到所述多個第一導電過孔的部分，形成第二金屬板，所述第二金屬板在電介質層上的管芯的第二金屬層中，并連接到多個第二導電過孔，在第二金屬板上形成第三電介質層，在第二電介質層上形成第二電源網格層，將多個第二導電過孔連接到第二電源網格層。
[0071]在進一步的實施例中，形成多個第二過孔包括形成過孔，所述過孔在不與第二金屬板電氣連接的情況下，從所述第一電源網格層延伸到第一金屬板的第一側，并從與金屬板的所述第一側相對的所述第一金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層。
[0072]在進一步的實施例中，形成多個第一過孔包括形成過孔，以在不電氣連接到所述第二電源網格層的情況下，連接到所述第一電源網格層和第一金屬板，所述多個第一過孔的部分在所述第一金屬板終止
[0073]在進一步的實施例中，形成多個第一導電過孔包括鉆孔通過電介質到達第一電源網格層的電源軌形成過孔。在進一步的實施例中，形成多個第一導電過孔包括在鉆孔后鍍覆所述過孔。
【權利要求】
1.一種電容器結構，位于具有第一電源網格層和第二電源網格層的半導體管芯中，所述第一電源網格層具有第一極性和第二極性的電源軌，所述第二電源網格層具有所述第一極性和所述第二極性的電源軌，所述電容器結構包括: 所述管芯的第一金屬層中的第一金屬板，位于所述電源網格層之間； 所述管芯的第二金屬層中的第二金屬板，位于所述第一金屬板與所述第二電源網格層之間； 位于所述第一金屬板與所述第一電源網格層之間的電介質； 位于所述第二金屬板與所述第二電源網格層之間的電介質； 多個全過孔，所述多個全過孔從所述第一電源網格層的所述第一極性的電源軌延伸到所述第二金屬板的第一側，并從所述第二金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層的所述第一極性的電源軌，所述第二金屬板的所述第二側與所述金屬板的所述第一側相對；以及 多個局部過孔，所述多個局部過孔自所述第二電源網格層的所述第一極性的所述電源軌延伸，并在所述第二金屬板的所述第二側終止。
2.根據權利要求1所述的電容器結構，其中，所述多個全過孔中的每一個過孔都延伸通過所述第一金屬板，而不與所述第一金屬板電氣連接。
3.根據權利要求1所述的電容器結構，進一步包括位于所述第一金屬板和所述第二金屬板之間的電介質層，以形成管芯內的金屬一絕緣體一金屬電容器。
4.根據權利要求1所述的電容器結構，其中，所述多個局部過孔中的每一個過孔都是盲孔。
5.根據權利要求1所述的電容器結構，其中，所述第一極性是Vcc。
6.根據權利要求5所述的電容器結構，其中，所述第二電源網格層耦合到CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路，且所述第二極性是Vss。
7.根據權利要求1所述的電容器結構，進一步包括多個第二全過孔，所述多個第二全過孔從所述第一電源網格層的所述第二極性的電源軌延伸到所述第一金屬板的第一側，并從所述第一金屬板的第二側延伸到所述第一電源網格層，所述第一金屬板的所述第二側與所述第一金屬板的所述第一側相對。
8.根據權利要求1所述的電容器結構，進一步包括多個第二局部過孔，所述多個第二局部過孔自所述第一電源網格層的所述第二極性的布線延伸，并在所述第一金屬板處終止。
9.一種裝置，包括: 形成于半導體管芯中的第一電源網格層，所述第一電源網格層具有第一極性和第二極性的電源軌； 形成于半導體管芯中的第二電源網格層，所述第二電源網格層具有所述第一極性和所述第二極性的電源軌； 所述管芯的第一金屬層中的第一金屬板，位于所述電源網格層之間； 所述管芯的第二金屬層中的第二金屬板，位于所述第一金屬板與所述第二電源網格層之間； 位于所述第一金屬板與所述第一電源網格層之間的電介質； 位于所述第二金屬板與所述第二電源網格層之間的電介質； 多個全過孔，所述多個全過孔從所述第一電源網格層的所述第一極性的電源軌延伸到第二金屬板的第一側，并從所述第二金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層的所述第一極性的電源軌，所述第二金屬板的所述第二側與所述金屬板的所述第一側相對；以及多個局部過孔，所述多個局部過孔從所述第二電源網格層的所述第一極性的所述電源軌延伸，并在所述第二金屬板的所述第二側終止。
10.根據權利要求9所述的裝置，進一步包括位于所述第一金屬板和所述第二金屬板之間的電介質層，以形成管芯內的金屬一絕緣體一金屬電容器。
11.根據權利要求9所述的裝置，其中，所述第一極性是Vcc。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，進一步包括CMOS(互補金屬氧化物半導體)電路層，所述CMOS電路層耦合到所述第二電源網格層，并且其中，所述第二極性是Vss。
13.根據權利要求12所述的裝置，進一步包括封裝襯底，所述封裝襯底通過多個焊球耦合到所述第一電源網格層。
14.根據權利要求12所述的裝置，進一步包括多個第二局部過孔，所述多個第二局部過孔自所述第一電源網格層的所述第二極性的所述電源軌延伸，并在所述第一金屬板的所述第一側終止。
15.根據權利要求9所述的裝置，進一步包括多個第二局部過孔，所述多個第二局部過孔從所述第一電源網格層的所述第一極性的所述電源軌延伸，并在所述第二金屬板的所述第一側終止。
16.—種在半導體中形成電容器結構的方法，所述方法包括: 形成第一電源網格層，所述第一電源網格層具有第一極性和第二極性的電源軌； 在所述第一電源網格層之上形成電介質； 形成多個第一導電過孔，所述多個第一導電過孔穿過所述電介質至所述第一電源網格層； 在所述管芯的第一金屬層中形成第一金屬板，所述第一金屬板在所述電介質之上且連接到所述導電過孔； 在第一金屬板之上形成第二電介質層； 形成多個第二導電過孔，所述多個第二導電過孔穿過所述第二電介質以連接到所述多個第一導電過孔的一部分； 形成第二金屬板，所述第二金屬板在所述電介質層之上且在所述管芯的第二金屬層中并連接到所述多個第二導電過孔； 在所述第二金屬板之上形成第三電介質層； 在第二電介質層之上形成第二電源網格層；以及 將所述多個第二導電過孔連接到所述第二電源網格層。
17.根據權利要求16所述的方法，其中，形成多個第二過孔包括:形成從所述第一電源網格層延伸到所述第一金屬板的第一側并從所述第一金屬板的第二側延伸到所述第二電源網格層，而不與所述第二金屬板電氣連接的過孔，所述第一金屬板的所述第二側與所述金屬板的所述第一側相對。
18.根據權利要求16所述的方法，其中，形成多個第一過孔包括:形成用以連接到所述第一電源網格層和所述第一金屬板的過孔，其中，所述多個第一過孔的一部分終止在所述第一金屬板處而不與所述第二電源網格層電氣連接。
19.根據權利要求16所述的方法，其中，形成多個第一導電過孔包括:穿過所述電介質鉆孔過孔至所述第一電源網格層的電源軌。
20.根據權利要求19所述的方法，其中，形成多個第一導電過孔包括:在鉆孔之后對所述過孔進行鍍覆。
【文檔編號】H01L23/522GK104253106SQ201410291017
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2013年6月26日
【發明者】J·具, S·L·許 申請人:英特爾公司