專利名稱：電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容器，特別是亞微米CMOS技術(shù)集成電路中的電容器、諧振器和濾波器，更為具體地，涉及形成硅芯片的高單位面積電容的方法，以及實(shí)施該方法的電容器、諧振器、濾波器和傳輸線。
背景技術(shù)：
能夠?qū)⒓呻娐酚糜谖⒉ǚ秶蚋哳l率的高頻電路是一個(gè)期望。增大速度/頻率的期望則需要特征尺寸減小，在CMOS及相關(guān)技術(shù)中，目前柵長度遠(yuǎn)小于1.0μm。這導(dǎo)致硅芯片的單位面積價(jià)格(即$/mm2)急劇降低。
已經(jīng)嘗試使用高集成密度、低成本標(biāo)準(zhǔn)硅技術(shù)，例如CMOS和雙極。這種硅技術(shù)具有低的電阻率，小于10至20ohm cm。為了使用這種硅制作微波集成電路，例如高速數(shù)字集成電路，將會(huì)出現(xiàn)和低電阻率硅襯底相關(guān)聯(lián)的無源元件的高損耗。無源元件例如為傳輸線、互連、電感器和電容器。
傳統(tǒng)上在標(biāo)準(zhǔn)硅技術(shù)中使用了兩種不同類型的芯片上電容器。在標(biāo)準(zhǔn)硅集成電路中使用的第一類型的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，由于電容器極板厚度小且電導(dǎo)率低而具有高的損耗和低自諧振頻率。此外MIM電容器的可靠性問題也被爭(zhēng)論。第二類型的金屬-絕緣體-金屬-絕緣體-金屬(MIMIM)電容器具有相似的缺點(diǎn)。如何在諸如CMOS或雙極的集成電路中，特別是低電阻率集成電路中實(shí)現(xiàn)電容器，似乎還存在改善的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是定義形成電容器的方法，并定義克服前述缺點(diǎn)的電容器。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是定義形成電容器的方法，并定義需要最小單位面積的電容器。
本發(fā)明的又一個(gè)目標(biāo)是定義形成諸如傳輸線的無源元件的方法，并定義具有低損耗的諸如傳輸線的無源元件。
通過在集成電路中形成電容器的方法而實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的前述目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明的基本版本，電容器使用密集的邊緣場(chǎng)以形成電容。通過在集成電路的兩個(gè)平面之間形成具有垂直交疊導(dǎo)電電極(而非平行于該平面的極板)的電容器而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的電容器另外包含水平(即平行)極板。還公開了根據(jù)該方法的電容器。
通過布置芯片上電容器的方法也實(shí)現(xiàn)了前述目標(biāo)。芯片上電容器在芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)與芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)之間形成電容。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括從第一導(dǎo)電點(diǎn)向著第二平面到達(dá)第三平面形成至少一個(gè)第一類型的導(dǎo)電延伸。第一類型的延伸總是起始于第一平面并朝第二平面延伸。該方法進(jìn)一步包括從第二導(dǎo)電連接點(diǎn)向著第一平面到達(dá)第四平面形成至少一個(gè)第二類型的導(dǎo)電延伸。第二類型的延伸總是起始于第二平面并朝第一平面延伸。該第四平面位于第一平面和第二平面之間。第三平面位于第四平面和第二平面之間。第一導(dǎo)電延伸通過電介質(zhì)與第二導(dǎo)電延伸隔離，使得能夠在這兩個(gè)延伸之間形成電場(chǎng)。這些導(dǎo)電延伸因此交疊并恰當(dāng)?shù)叵嗷タ拷瞧溟g距離使得不出現(xiàn)電介質(zhì)的飛弧或擊穿。第一類型和第二類型的延伸恰當(dāng)?shù)匮刂饕叫杏谄渌由斐鰜淼钠矫娴姆ň€方向延伸。
該方法恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步包含形成多個(gè)第一類型與/或第二類型的導(dǎo)電延伸。在這些情形中，在合適的情況下，第一和第二導(dǎo)電點(diǎn)分別采取導(dǎo)電區(qū)域的形式。有時(shí)第一平面為第一金屬層的一側(cè)，第二平面為第二金屬層的一側(cè)，第一和第二金屬層為不同的金屬層。在一些版本中，第三和第四平面為第三金屬層的不同側(cè)。在其它版本中第三平面為第三金屬層的一側(cè)，第四平面為第四金屬層的一側(cè)，第三和第四金屬層為不同的金屬層。
在該方法的一些版本中，該方法進(jìn)一步包括，使第一類型和/或第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸起始于一金屬層中，且使第一類型和/或第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸終止于一金屬層中。在這些版本中，有時(shí)該方法進(jìn)一步包含使第一類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸延伸穿過至少一個(gè)另外的金屬層。
為了提高電容器的電容，該方法恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步包括延伸該芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)以包含導(dǎo)電極板，與/或包括延伸該芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)以包含導(dǎo)電極板。
這些導(dǎo)電延伸被恰當(dāng)?shù)刂瞥赏?，為?shí)心或空心的。
可以按任何預(yù)期方式組合根據(jù)本發(fā)明的上述不同方法的一個(gè)或多個(gè)特征，只要這些特征不矛盾。
還通過形成芯片上諧振電路的方法實(shí)現(xiàn)前述目標(biāo)。該方法包含根據(jù)任一前述方法布置一個(gè)或多個(gè)電容器以及至少一個(gè)其它無源元件，從而形成諧振電路。
還通過形成芯片上傳輸線的方法實(shí)現(xiàn)前述目標(biāo)。該方法包含根據(jù)前述方法在傳輸線中布置一個(gè)或多個(gè)電容器。
還由具有芯片的第一平面內(nèi)第一導(dǎo)電連接點(diǎn)與芯片的第二平面內(nèi)第二導(dǎo)電連接點(diǎn)之間的電容的芯片上電容器，實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的前述目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，該芯片上電容器包含從第一導(dǎo)電點(diǎn)向著第二平面到達(dá)第三平面的至少一個(gè)第一類型的導(dǎo)電延伸。第一類型的導(dǎo)電延伸總是起始于第一平面并朝第二平面延伸。該芯片上電容器進(jìn)一步包含從第二導(dǎo)電連接點(diǎn)向著第一平面到達(dá)第四平面的至少一個(gè)第二類型的導(dǎo)電延伸。第二類型的導(dǎo)電延伸總是起始于第二平面并朝第一平面延伸。第四平面位于第一平面和第二平面之間。第三平面位于第四平面和第二平面之間。第一導(dǎo)電延伸通過電介質(zhì)與第二導(dǎo)電延伸隔離，使得能夠在這些延伸之間形成電場(chǎng)。第一類型和第二類型的延伸恰當(dāng)?shù)匮刂饕叫杏谄渌由斐鰜淼钠矫娴姆ň€方向進(jìn)行延伸。
該芯片上電容器恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)一步包含多個(gè)第一類型與/或第二類型的導(dǎo)電延伸。在這些情形中，在可應(yīng)用的情況下，第一和第二導(dǎo)電點(diǎn)分別采取導(dǎo)電區(qū)域的形式。第一平面為第一金屬層的一側(cè)，第二平面為第二金屬層的一側(cè)，第一和第二金屬層為不同的金屬層。在一些實(shí)施例中，第三和第四平面為第三金屬層的不同側(cè)。在其它實(shí)施例中第三平面為第三金屬層的一側(cè)，第四平面為第四金屬層的一側(cè)，第三和第四金屬層為不同的金屬層。
第一與/或第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸在一些實(shí)施例中起始于一金屬層并終止于一金屬層中。在這些實(shí)施例的一些中，第一與/或第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸延伸穿過至少一個(gè)另外的金屬層。
該芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)在一些實(shí)施例中包含導(dǎo)電極板。該芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)在相同或其它的實(shí)施例中包含導(dǎo)電極板。
這些導(dǎo)電延伸恰當(dāng)?shù)貫橥?，該通路為?shí)心或空心。
可以按照任何預(yù)期方式組合根據(jù)本發(fā)明的芯片上電容器的前述不同實(shí)施例的特征，只要不出現(xiàn)沖突。
還通過芯片上諧振電路實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的前述目標(biāo)，其中該諧振電路包含根據(jù)任一前述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)電容器。
還通過芯片上傳輸線實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的前述目標(biāo)，其中該傳輸線包含根據(jù)任一前述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)電容器。
還通過諸如諧振器、匹配網(wǎng)絡(luò)、或功率分配器的基于傳輸線元件實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的前述目標(biāo)，其中該基于傳輸線的元件包含根據(jù)任一前述實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)傳輸線。
通過提供根據(jù)本發(fā)明的形成芯片上電容器、傳輸線、和其它無源元件的方法及其實(shí)施例，可以獲得優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法和元件的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的主要目的是提出和亞微米CMOS及雙極硅工藝相兼容的高密度和Q因子電容器、諧振器、及相關(guān)微波元件的新設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明，主要是這樣實(shí)現(xiàn)的利用多層硅工藝中的通路，在該通路和電容器的可選極板之間產(chǎn)生密集的邊緣場(chǎng)，從而提高單位面積的電容。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將通過描述而變得明顯。


現(xiàn)在參考附圖，出于解釋性而非限制的目的而更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中圖1A示出了平板電容器的示例。
圖1B示出了MIM(金屬-絕緣體-金屬)集成平板電容器。
圖1C示出了MIMIM(金屬-絕緣體-金屬-絕緣體-金屬)集成平板電容器。
圖2示出了叉指電容器布局的俯視圖。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選基礎(chǔ)實(shí)施例的側(cè)視圖。
圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的穿過圖3B的A-A的截面圖。
圖3D示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選基礎(chǔ)實(shí)施例的三維視圖。
圖3E示出了導(dǎo)電延伸的備選形式的截面視圖。
圖4A示出了三金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選基礎(chǔ)電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖4B示出了沿圖4A的中間金屬層的截面視圖。
圖4C示出了四金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖5A示出了四金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的更復(fù)雜電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖5B至5D示出了沿圖5A的一個(gè)中間金屬層的截面視圖，示出了導(dǎo)電延伸的不同布局示例。
圖6A和6B示出了該導(dǎo)電延伸的不同布局示例的另外的截面視圖。
圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中諧振電路的示例。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的傳輸線結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
為了闡明根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，現(xiàn)在將參考圖1至8描述其使的一些示例。
圖1A示出了一個(gè)平板電容器的示例，該電容器包含第一極板110和第二極板120。極板110、120相距設(shè)定距離150。極板110和120之間的空間包含電介質(zhì)100，該電介質(zhì)可以為諸如空氣的氣體、真空、或固體材料。由極板110和120的面積、極板110和120之間的距離150、以及極板110和120之間的空間內(nèi)的電介質(zhì)100給出極板之間的電容。
如前所述，有許多形成芯片上電容的方法。圖1B示出了MIM(金屬-絕緣體-金屬)集成平板電容器。在硅晶片105上形成芯片上電容器，在該晶片上構(gòu)建幾個(gè)金屬層110、121、122，其間具有電介質(zhì)100。MIM類型電容器包含兩個(gè)特別制造的薄金屬極板171、172，其間形成電容。每個(gè)特殊金屬極板171、172包含到相應(yīng)的普通金屬層部分121、122的通路161、162。在圖1C中示出了另一種芯片上電容器。圖1C示出了MIMIM(金屬-絕緣體-金屬-絕緣體-金屬)集成平板電容器。MIMIM集成平板電容器不像MIM電容器那樣需要特殊的金屬極板。MIMIM類型電容器利用普通的金屬層111、112、121、122、131、132在硅晶片105上形成其間有電介質(zhì)100的極板。MIMIM也存在這樣的問題對(duì)于預(yù)期電容需要相對(duì)大的單位面積。
這里提出了一種完全不同類型的電容器，其中電容器極板在同一平面內(nèi)相鄰排列，而不是一個(gè)極板位于另一個(gè)極板之上。圖2示出了這種電容器的俯視圖，為叉指電容器布局，其包含第一部分金屬層211和第二部分相同金屬層212。通過形成相互靠近的微型極板的極板/手指的厚度以及極板/手指之間的邊緣場(chǎng)，部分地實(shí)現(xiàn)該電容。這種類型的電容具有可構(gòu)造在單個(gè)金屬層內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)，但是需要相對(duì)大的表面積。
本發(fā)明在有限的表面積內(nèi)形成最佳電容。通過利用其中形成電容器的結(jié)構(gòu)的深度來形成可在其間產(chǎn)生電場(chǎng)的表面，實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)實(shí)施例的側(cè)視圖。使用簡(jiǎn)單的芯片結(jié)構(gòu)說明該基礎(chǔ)實(shí)施例，該芯片結(jié)構(gòu)包含至少部分地在第一平面內(nèi)形成第一導(dǎo)電點(diǎn)的第一金屬層310，以及至少部分地在第二平面內(nèi)形成第二導(dǎo)電點(diǎn)的第二金屬層320。通過電介質(zhì)300隔離第一金屬層310和第二金屬層320。根據(jù)本發(fā)明，該電容器結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)從第一導(dǎo)電點(diǎn)320向第二平面延伸的第一類型導(dǎo)電延伸365，和至少一個(gè)從第二導(dǎo)電點(diǎn)310向第一平面延伸的第二類型導(dǎo)電延伸366。導(dǎo)電延伸365、366間隔距離352，并沿所述延伸交疊距離354。根據(jù)本發(fā)明，在基本上垂直于金屬層310、320的平面延伸的導(dǎo)電延伸365、366之間形成電容。延伸的截面積越大，沿延伸的交疊越長，延伸之間相互靠得越近，則第一和第二導(dǎo)電點(diǎn)之間看到的所得電容越高。
代替僅使用第一和第二導(dǎo)電點(diǎn)310、320，優(yōu)選使這些金屬層形成對(duì)電容有貢獻(xiàn)的導(dǎo)電極板。圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選基礎(chǔ)實(shí)施例的側(cè)視圖，除了導(dǎo)電延伸365、366之外還具有另外的電容器極板/導(dǎo)電極板315、325。如前所述，所獲得的電容將取決于電介質(zhì)300、電容器極板的有效面積、以及電容器極板之間的有效距離。根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電延伸365、366形成延伸到芯片結(jié)構(gòu)內(nèi)的電容器極板。由導(dǎo)電延伸365、366獲得的有效電容器極板面積將取決于延伸的幾何結(jié)構(gòu)以及交疊量354。從圖3B可以看出，獲得的總電容將主要通過下述電容性耦合的組合得到第一導(dǎo)電極板315和第二導(dǎo)電極板325之間的電容性耦合391、第二類型導(dǎo)電延伸366和第一導(dǎo)電極板315之間的電容性耦合393、第一類型導(dǎo)電延伸365和第二類型導(dǎo)電延伸366之間的電容性耦合394、以及第一類型導(dǎo)電延伸365和第二導(dǎo)電極板325之間的電容性耦合395。
圖3C示出了沿根據(jù)本發(fā)明電容器結(jié)構(gòu)的圖3B的A-A的截面視圖，其中第一導(dǎo)電延伸365和第二導(dǎo)電延伸366的截面的第一示例被示成位于第一導(dǎo)電極板315上。本發(fā)明不依賴于或受限于任何特殊類型的截面或截面積，第一和第二類型導(dǎo)電延伸甚至不需要具有相同類型的截面或截面積。圖3D示出了根據(jù)本發(fā)明電容器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選基礎(chǔ)實(shí)施例的三維視圖，該電容器結(jié)構(gòu)具有第一導(dǎo)電極板315和第二導(dǎo)電極板325、第一類型導(dǎo)電延伸365和第二類型導(dǎo)電延伸366。圖3E示出了第一導(dǎo)電極板315上的導(dǎo)電延伸365、366的備選形式的截面視圖。
在集成電路的兩個(gè)金屬層之間制造導(dǎo)電延伸困難，因此成本昂貴，通常不是執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選方法。本發(fā)明的優(yōu)選制造方法是以通路的形式制作導(dǎo)電延伸?？商畛湓撏罚礊閷?shí)心的，或者該通路為空心的，即采取導(dǎo)電管的形式。圖4A示出了三金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選基礎(chǔ)電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。該緊湊結(jié)構(gòu)包含位于包含第一導(dǎo)電極板(用作第二金屬層426、427的通路的端部的部分)的第一金屬層416和包含第二導(dǎo)電極板的第三金屬層436之間的電介質(zhì)400。第一和第二類型導(dǎo)電延伸因此至少部分地成為金屬層之間的通路。在本示例中，第一類型導(dǎo)電延伸將包含第一金屬層416及第二金屬層426之間的通路465，以及通路465終止處的第二金屬層426的部分。第二類型導(dǎo)電延伸將包含第二金屬層426和第三金屬層436之間的通路466，以及通路466終止處的第二金屬層427的部分。在本示例中，主要由下述電容性耦合獲得電容第一導(dǎo)電極板416和第二導(dǎo)電極板436之間的電容性耦合491、第二導(dǎo)電延伸的第二金屬層427與第一導(dǎo)電極板416之間的電容性耦合493、交疊區(qū)域中(在本示例中，第一和第二導(dǎo)電延伸的通路終止處的第二金屬層426、427中)的第一導(dǎo)電延伸和第二導(dǎo)電延伸之間的電容性耦合494、以及第一導(dǎo)電延伸的第二金屬層426和第二導(dǎo)電極板436之間的電容性耦合495。
圖4B示出了沿圖4A的中間金屬層的截面視圖，其中示出了第一導(dǎo)電延伸的第二金屬層部分426、第二導(dǎo)電延伸的第二金屬層部分427、第一導(dǎo)電延伸的通路部分465、以及第二導(dǎo)電延伸的通路部分466。
本發(fā)明在芯片結(jié)構(gòu)所包含的金屬層數(shù)目方面沒有限制。圖4C示出了四金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。和前述相同，該結(jié)構(gòu)包含第一金屬層418、中間金屬層(在本示例中為第二金屬層428、429和第三金屬層)、最后的第四金屬層448、以及這些金屬層之間的電介質(zhì)400。優(yōu)選地，第一金屬層418和最后金屬層即第四金屬層448除了提供用于電容器連接的導(dǎo)電點(diǎn)之外，還包含導(dǎo)電極板以增加電容。在本示例中，第一類型導(dǎo)電延伸將包含第一金屬層418和第二金屬層428之間的第一通路465、第一通路465終止處的第二金屬層428的部分、第二金屬層428和第三金屬層438之間的第二通路467、以及第二通路467終止處的第三金屬層438的部分。第二類型導(dǎo)電延伸將包含第三金屬層439和第四金屬層448之間的第一通路466、第一通路466終止處的第三金屬層439的部分、第二金屬層429和第三金屬層439之間的第二通路468、以及第二通路468終止處的第四金屬層439的部分。通過引入另一個(gè)金屬層，第一類型導(dǎo)電延伸和第二類型導(dǎo)電延伸的交疊增加，從而包含第二金屬層428、429和第三金屬層438、439以及第二通路467、468。這將大幅增大電容器的效率。
如前所述，本發(fā)明的第一類型與/或第二類型導(dǎo)電延伸的數(shù)目沒有任何具體限制。圖5A示出了四金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的更加復(fù)雜的電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。該結(jié)構(gòu)和圖4C的結(jié)構(gòu)相似，具有四個(gè)金屬層511、521、522、531、532、541，通路561、562、572、573，以及用作填充物的電介質(zhì)500。然而，圖5A所示的結(jié)構(gòu)使用多個(gè)第一類型和第二類型導(dǎo)電延伸。
根據(jù)圖5A的側(cè)視圖所處的位置，其可代表許多不同的電容器布局。第一和第二類型導(dǎo)電延伸可均勻地分布、放置成多個(gè)行、放置成圓形或任何期望配置。布局的不同例如可能是由于屏蔽目的或空間限制。圖5B至5D示出了沿圖5A的中間金屬層之一的截面視圖，示出了導(dǎo)電延伸的不同布局示例。為了能夠正確識(shí)別這些布局，圖5B至5D示出了第一類型導(dǎo)電延伸561的第一通路部分、用作第一類型導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部的相應(yīng)第二金屬層521的部分、另外的第二類型導(dǎo)電延伸572的第二通路部分、以及用作第二類型導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部的相應(yīng)第二金屬層522的部分。
圖6A和6B示出了導(dǎo)電延伸的不同布局示例的另外的截面視圖，和前述相同，示出了第一類型導(dǎo)電延伸661的第一通路部分、用作第一類型導(dǎo)電延伸的通路的中間端部的相應(yīng)第二金屬層621的部分，還示出了第二類型導(dǎo)電延伸672的第二通路部分、以及用作第二類型導(dǎo)電延伸的通路的中間端部的相應(yīng)第二金屬層622的部分。
根據(jù)本發(fā)明，該結(jié)構(gòu)的部分可用于制作其它無源元件和有源元件。圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中諧振電路的示例?；旧?，向通過第一通路761連接到第一金屬層711的第二金屬層添加RL分段781。RL分段781還通過第一通路773、第三金屬層731的部分、和第二通路772連接到第四金屬層741。第二金屬層722和第三金屬層732的其它部分形成各通路的端部或中間端部，從而形成第一和第二類型導(dǎo)電延伸。
根據(jù)本發(fā)明的電容性結(jié)構(gòu)由于其性能被分布而可有利地用于傳輸線。傳輸線的特征阻抗即單位長度阻抗與特征電感直接成正比，并反比于特征電容。這意味著特征電感的增大會(huì)增大特征阻抗，特征電容的增大會(huì)減小特征阻抗。電學(xué)長度直接正比于特征電感，并直接正比于特征電容。這意味著特征電感的增大會(huì)增大電學(xué)長度，特征電容的增大也會(huì)增大電學(xué)長度。進(jìn)一步控制傳輸線特征電容的能力因此成為形成具有特定特征的傳輸線的強(qiáng)有力工具。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的傳輸線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有至少沿第一金屬條886基本上均勻放置的第一導(dǎo)電延伸865以及至少沿第二金屬條884基本上均勻放置的第二導(dǎo)電延伸866。在第一導(dǎo)電延伸865和第二導(dǎo)電延伸866之間存在分布式電容性耦合。該傳輸線的特征電容因此可得到增大/控制。
概而言之，可基本上將本發(fā)明描述成提供有效的芯片上電容器的方法。通過形成導(dǎo)電延伸而實(shí)現(xiàn)該方法，所述導(dǎo)電延伸從至少兩個(gè)金屬層平面至少基本上垂直地延伸，且和金屬層之間的電介質(zhì)交疊從而在其間形成電容性耦合。本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而可以在所附專利權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。
圖1A示出了平板電容器的示例。
100電介質(zhì)110第一極板120第二極板150第一極板和第二極板之間的距離圖1B示出了MIM(金屬-絕緣體-金屬)集成平板電容器。
100電介質(zhì)105硅晶片110第一普通金屬層121第二普通金屬層的第一部分122第二普通金屬層的第二部分161第二普通金屬層的第一部分和第一特殊薄金屬極板之間的(多個(gè))通路162第二普通金屬層的第二部分和第二特殊薄金屬極板之間的(多個(gè))通路171第一特殊薄金屬極板172第二特殊薄金屬極板圖1C示出了MIMIM(金屬-絕緣體-金屬-絕緣體-金屬)集成平板電容器。
100電介質(zhì)105硅晶片111第一金屬層的第一部分112第一金屬層的第二部分121第二金屬層的第一部分122第二金屬層的第二部分131第三金屬層的第一部分132第三金屬層的第二部分圖2示出了叉指電容器布局的俯視圖。
211金屬層的第一部分212金屬層的第二部分圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)實(shí)施例的側(cè)視圖。
300電介質(zhì)310第一金屬層，第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電點(diǎn)320第二金屬層，第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電點(diǎn)352第一和第二導(dǎo)電延伸之間的距離354第一和第二導(dǎo)電延伸的交疊距離365從第一導(dǎo)電點(diǎn)向第二平面的第一導(dǎo)電延伸366從第二導(dǎo)電點(diǎn)向第一平面的第二導(dǎo)電延伸圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選基礎(chǔ)實(shí)施例的側(cè)視圖。
300電介質(zhì)315第一金屬層，第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電極板325第二金屬層，第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電極板365從第一導(dǎo)電點(diǎn)向第二平面的第一導(dǎo)電延伸366從第二導(dǎo)電點(diǎn)向第一平面的第二導(dǎo)電延伸391第一和第二導(dǎo)電極板之間的電容性耦合393第二導(dǎo)電延伸和第一導(dǎo)電極板之間的電容性耦合394第一和第二導(dǎo)電延伸之間的電容性耦合395第一導(dǎo)電延伸和第二導(dǎo)電極板之間的電容性耦合圖3C示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的圖3B的A-A的截面?zhèn)纫晥D。
315第一導(dǎo)電極板365第一導(dǎo)電延伸的截面366第二導(dǎo)電延伸的截面圖3D示出了根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的優(yōu)選基礎(chǔ)實(shí)施例的三維視圖。
315第一導(dǎo)電極板325第二導(dǎo)電極板365第一導(dǎo)電延伸366第二導(dǎo)電延伸圖3E示出了導(dǎo)電延伸的備選形式的截面視圖。
315第一導(dǎo)電極板365第一導(dǎo)電延伸的備選形式的截面366第二導(dǎo)電延伸的備選形式的截面圖4A示出了三金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選基礎(chǔ)電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
400電介質(zhì)416第一金屬層和第一導(dǎo)電極板426第二金屬層的部分，從第一金屬層/第一導(dǎo)電極板延伸的(多個(gè))通路的端部427第二金屬層的部分，從第三金屬層/第二導(dǎo)電極板延伸的(多個(gè))通路的端部436第三金屬層和第二導(dǎo)電極板465第一導(dǎo)電延伸的部分，第一和第二金屬層之間的通路466第二導(dǎo)電延伸的部分，第二和第三金屬層之間的通路491第一和第二導(dǎo)電極板之間的電容性耦合493第二導(dǎo)電延伸的第二金屬層和第一導(dǎo)電極板之間的電容性耦合494交疊區(qū)域中第一和第二導(dǎo)電延伸之間的電容性耦合，在本示例中在第一和第二導(dǎo)電延伸的通路終止處的第二金屬層中495第一導(dǎo)電延伸的第二金屬層和第二導(dǎo)電極板之間的電容性耦合圖4B示出了沿圖4A的中間金屬層的截面視圖。
426第一導(dǎo)電延伸的第二金屬層部分
427第二導(dǎo)電延伸的第二金屬層部分465第一導(dǎo)電延伸的通路部分466第二導(dǎo)電延伸的通路部分圖4C示出了四金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
400電介質(zhì)418第一金屬層、第一導(dǎo)電極板428第二金屬層，第一導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部429第二金屬層，第二導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的端部438第三金屬層，第一導(dǎo)電延伸的通路的端部439第三金屬層，第二導(dǎo)電延伸的通路的中間端部448第四金屬層，第二導(dǎo)電極板465第一導(dǎo)電延伸的第一通路部分466第二導(dǎo)電延伸的第一通路部分467第一導(dǎo)電延伸的第二通路部分468第二導(dǎo)電延伸的第二通路部分圖5A示出了四金屬層芯片結(jié)構(gòu)中根據(jù)本發(fā)明的更復(fù)雜電容器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
500電介質(zhì)511第一金屬層、第一導(dǎo)電極板521第二金屬層，第一導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部522第二金屬層，第二導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的端部531第三金屬層，第一導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的端部532第三金屬層，第二導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部541第四金屬層，第二導(dǎo)電極板561第一導(dǎo)電延伸的第一通路部分562第一導(dǎo)電延伸的第二通路部分572第二導(dǎo)電延伸的第二通路部分573第二導(dǎo)電延伸的第一通路部分圖5B至5D示出了沿圖5A的一個(gè)中間金屬層的截面視圖，示出了導(dǎo)電延伸的不同布局示例。
521第二金屬層，第一導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部522第二金屬層，第二導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的端部561第一導(dǎo)電延伸的第一通路部分572第二導(dǎo)電延伸的第二通路部分圖6A和6B示出了導(dǎo)電延伸的不同布局示例的另外的截面視圖。
621第二金屬層，第一導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部622第二金屬層，第二導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的端部661第一導(dǎo)電延伸的第一通路部分672第二導(dǎo)電延伸的第二通路部分圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中諧振電路的示例。
711第一金屬層/第一導(dǎo)電極板722第二金屬層，從第四金屬層/第二導(dǎo)電極板延伸的導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的端部731第三金屬層，延伸到RL的導(dǎo)電延伸的中間端部732第三金屬層，從第四金屬層/第二導(dǎo)電極板延伸的導(dǎo)電延伸的(多個(gè))通路的中間端部741第四金屬層/第二導(dǎo)電極板761從第一金屬層到第二金屬層的RL的第一通路部分772從第四金屬層經(jīng)過第三金屬層到第二金屬層的RL的第二通路部分773從第四金屬層延伸的第一通路部分781第二金屬層的RL分段圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的傳輸線結(jié)構(gòu)。
865從第一金屬條延伸的(多個(gè))第一導(dǎo)電延伸866從第二金屬條延伸的(多個(gè))第二導(dǎo)電延伸884第二金屬條886第一金屬條
權(quán)利要求
1.一種布置芯片上電容器的方法，在芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)與芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)之間形成電容，其特征在于該方法包括從第一導(dǎo)電點(diǎn)向著第二平面到達(dá)第三平面形成至少一個(gè)第一類型的導(dǎo)電延伸；以及從第二導(dǎo)電連接點(diǎn)向著第一平面到達(dá)第四平面形成至少一個(gè)第二類型的導(dǎo)電延伸，該第四平面位于第一平面和第二平面之間，且該第三平面位于第四平面和第二平面之間；且其特征在于第一導(dǎo)電延伸通過電介質(zhì)與第二導(dǎo)電延伸隔離，使得能夠在所述延伸之間形成電場(chǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包含形成多個(gè)第一類型導(dǎo)電延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包含形成多個(gè)第二類型導(dǎo)電延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一個(gè)的方法，其特征在于第一平面為第一金屬層的一側(cè)，第二平面為第二金屬層的一側(cè)，第一和第二金屬層為不同的金屬層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于第三和第四平面為第三金屬層的不同側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于第三平面為第三金屬層的一側(cè)，第四平面為第四金屬層的一側(cè)，第三和第四金屬層為不同的金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一個(gè)的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括使第一類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸起始于一金屬層中，且使第一類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸終止于一金屬層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包含使第一類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸延伸穿過至少一個(gè)另外的金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一個(gè)的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包括使第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸起始于一金屬層中，且使第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸終止于一金屬層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包含使第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸延伸穿過至少一個(gè)另外的金屬層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一個(gè)的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包含延伸該芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)以包含導(dǎo)電極板。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一個(gè)的方法，其特征在于該方法進(jìn)一步包含延伸該芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)以包含導(dǎo)電極板。
13.一種形成芯片上諧振電路的方法，其特征在于該方法包含根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一個(gè)布置一個(gè)或多個(gè)電容器以及布置至少一個(gè)其它無源元件，從而形成諧振電路。
14.一種形成芯片上傳輸線的方法，其特征在于該方法包含在傳輸線中根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一個(gè)布置一個(gè)或多個(gè)電容器。
15.一種芯片上電容器，具有芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)與芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)之間的電容，其特征在于該芯片上電容器包含從第一導(dǎo)電點(diǎn)向著第二平面到達(dá)第三平面的至少一個(gè)第一類型導(dǎo)電延伸，并包含從第二導(dǎo)電連接點(diǎn)向著第一平面到達(dá)第四平面的至少一個(gè)第二類型導(dǎo)電延伸，該第四平面位于第一平面和第二平面之間，第三平面位于第四平面和第二平面之間；且其特征在于第一導(dǎo)電延伸通過電介質(zhì)與第二導(dǎo)電延伸隔離，使得能夠在這些延伸之間形成電場(chǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的芯片上電容器，其特征在于該芯片上電容器進(jìn)一步包含多個(gè)第一類型導(dǎo)電延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的芯片上電容器，其特征在于該芯片上電容器進(jìn)一步包含多個(gè)第二類型導(dǎo)電延伸。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任意一個(gè)的芯片上電容器，其特征在于第一平面為第一金屬層的一側(cè)，第二平面為第二金屬層的一側(cè)，第一和第二金屬層為不同的金屬層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的芯片上電容器，其特征在于第三和第四平面為第三金屬層的不同側(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的芯片上電容器，其特征在于第三平面為第三金屬層的一側(cè)，第四平面為第四金屬層的一側(cè)，第三和第四金屬層為不同的金屬層。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至20中任意一個(gè)的芯片上電容器，其特征在于第一類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸起始于一金屬層中且終止于一金屬層中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的芯片上電容器，其特征在于第一類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸延伸穿過至少一個(gè)另外的金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至22中任意一個(gè)的芯片上電容器，其特征在于第二類型的該導(dǎo)電延伸或?qū)щ娧由炱鹗加谝唤饘賹又星医K止于一金屬層中。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的芯片上電容器，其特征在于第二類型的該導(dǎo)電延伸或多個(gè)導(dǎo)電延伸延伸穿過至少一個(gè)另外的金屬層。
25.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任意一個(gè)的芯片上電容器，其特征在于該芯片的第一平面內(nèi)的第一導(dǎo)電連接點(diǎn)包含導(dǎo)電極板。
26.根據(jù)權(quán)利要求15至24中任意一個(gè)的芯片上電容器，其特征在于該芯片的第二平面內(nèi)的第二導(dǎo)電連接點(diǎn)包含導(dǎo)電極板。
27.一種芯片上諧振電路，其特征在于該諧振多路包含根據(jù)權(quán)利要求15至26中任意一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)電容器。
28.一種芯片上傳輸線，其特征在于該傳輸線包含根據(jù)權(quán)利要求15至26中任意一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)電容器。
29.諸如諧振器、匹配網(wǎng)絡(luò)、或功率分配器的基于傳輸線的元件，其特征在于該基于傳輸線的元件包含根據(jù)權(quán)利要求28的傳輸線。
全文摘要
在集成電路中形成電容器的方法。根據(jù)本發(fā)明的基本版本，電容器使用密集的邊緣場(chǎng)以形成電容。通過形成在集成電路的兩個(gè)平面之間具有垂直交疊導(dǎo)電電極(而非平行于該平面的極板)的電容器而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的電容器另外包含水平即平行極板。還公開了根據(jù)該方法的電容器。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1886833SQ200380110898
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者S·格弗吉安, T·勒文, H·茲拉希, B·莫特拉格 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司