專利名稱：電容器組的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集成電路元件的結(jié)構(gòu)，且特別是涉及一種電容器組的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電容器是集成電路(integrated circuit)中主要的電路元件之一。目前，業(yè)界用于邏輯模擬元件的電容器為金屬-絕緣層-金屬(metal-insulator-metal，MIM)電容器以及金屬-氧化層-金屬(metal-oxide-metal，MOM)電容器等。其中，MOM電容器的工藝可與一般內(nèi)連線工藝整合，而不需額外的光掩模；MIM電容器在制作過程中則需額外的光掩模及圖案化工藝，所以成本較高。
然而，不論是MIM電容器或MOM電容器的工藝都會受到一些變異因素的影響(例如機器設(shè)備的磨損、材料的消耗等因素)，導致各電容器的電容值不一致而產(chǎn)生相對變異度(relative variation)，使得產(chǎn)品效能降低。電容器之間的電容值相對變異度一般包含兩部分，即短距離(short-range)的局部(local)電容變異量與長距離(long-range)的全面(global)電容變異量。舉例來說，同一晶方上的兩個電容器經(jīng)由電容值比對(match)的測量后，可發(fā)現(xiàn)其電容值并不相同，而會有所謂的不匹配(mismatch)問題。對短距離的二電容器而言，其間的電容值相對變異度主要來自局部電容變異量。
局部電容變異量通?？赏ㄟ^增加電容器面積而減少，其原因以圖7說明如下，其例示短距離內(nèi)電容器的電容值隨位置的變化。圖7中，a、b二位置間的局部電容變異量為ΔC，其為a、b二位置的電容值的差值；A、B二區(qū)域間的局部電容變異量為ΔC’，其是A區(qū)域的電容平均值與B區(qū)域的電容平均值的差值，而ΔC’小于ΔC。從圖7明顯可知，增加電容器面積即可有效降低局部電容變異量。對MIM電容器而言，增加電容器的面積即可有效降低局部電容變異量；但對MOM電容器而言，增加電容器的面積并無法有效降低局部電容變異量。而且，隨著電容器的面積增加，電容器之間的全面電容變異量也會增加，而會提高制作效能(performance)一致的產(chǎn)品的難度。
綜上所述，對具有電容器的集成電路產(chǎn)品而言，其電容器電容值的統(tǒng)計變異量對其質(zhì)量是相當重要的。因此，如何能夠降低所制作的電容器之間的電容變異量，已成為目前集成電路工藝的當務(wù)之急。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是在提供一種電容器組的結(jié)構(gòu)，能夠降低電容器之間的電容變異量，以提高產(chǎn)品的效能。
本實用新型所提出的一種電容器組的結(jié)構(gòu)包括配置于基板上同一位置的至少二電容器，此二電容器為第一電容器與第二電容器。其中，第一電容器包括彼此并聯(lián)的多個第一電容單元，第二電容器包括彼此并聯(lián)的多個第二電容單元，且這些第一電容單元與第二電容單元交錯排列成一陣列。
依照本實用新型的實施例，上述第一電容單元與第二電容單元例如是僅在一平面上排成二維陣列，此平面可與基板的表面平行或垂直。
依照本實用新型的實施例，上述第一電容單元與第二電容單元也可以排列成三維陣列。其中，第一與第二電容單元可以僅在由兩個維度方向所構(gòu)成的一平面上交錯排列。此時第一電容單元與第二電容單元排列的方式例如是在與基板表面垂直的方向上重復排列相同的電容單元，且在與基板表面平行的水平面上交錯排列第一第二電容單元；或是在與基板表面平行的一水平方向上重復排列相同的電容單元，且在與此水平方向垂直的一垂直面上交錯排列第一第二電容單元。另外，第一電容單元與第二電容單元亦可在對應上述三維陣列的三個坐標平面上皆交錯排列。此三維陣列的三個維度方向可彼此正交，包括與基板表面垂直的一垂直方向及與基板表面平行的二水平方向。
依照本實用新型的實施例所述，上述的第一電容單元與第二電容單元的數(shù)量與電容值可皆相同。另外，第一與第二電容器例如是金屬-氧化層-金屬(MOM)電容器，或是金屬-絕緣層-金屬(MIM)電容器。
再者，于上述本實用新型的電容器組的結(jié)構(gòu)中，每一第一電容單元例如包括第一電極、第二電極及其間的介電材料，且每一第二電容單元例如包括第三電極、第四電極及其間的介電材料。所有第一電容單元的第一電極彼此電連接，且第二電極彼此電連接；所有第二電容單元的第三電極彼此電連接，且第四電極彼此電連接。另外，當上述第一第二電容器為金屬-氧化層-金屬電容器時，各第一、第二、第三、第四電極例如皆呈梳狀。
本實用新型將至少兩個電容器各自分割(partition)成多個電容單元，并將各電容器的電容單元交錯排列成二維或三維的網(wǎng)狀(mesh)結(jié)構(gòu)，以降低電容器之間的相對變異度(含局部電容變異量與全面電容變異量)。因此，本實用新型可有效防止電容器之間的電容不匹配問題，并使產(chǎn)品的效能更趨向一致。
為讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖詳細說明如下。


圖1～3繪示本實用新型三實施例的電容器組的結(jié)構(gòu)。
圖4A～4D繪示本實用新型的電容單元結(jié)構(gòu)的四個實例。
圖5繪示采圖2的電容單元排列方式及圖4A的電極形狀的電容器組中，同一層的電容單元之間的連接方式的一例。
圖6A～6B繪示采圖2的電容單元排列方式及圖4A的電極形狀的電容器組中，二層的電容單元之間的連接方式的一例。
圖7例示短距離內(nèi)電容器的電容值隨位置的變化。
圖8例示長距離內(nèi)電容器的電容值隨位置的變化。
簡單符號說明10基板100、200、300電容器組102、102’、602a、602b、602c、602d、602e、602f、602g、602h第一電容單元104、104’、604a、604b、604c、604d、604e、604f、604g、604h第二電容單元106、106’、106”、108、108’、108”表示電性連結(jié)的虛線402、404、406、408金屬-氧化層-金屬電容單元402a、402c、502、504、506、508、510、512、514、516、606、608、610、612、614、616、618、620、622、624、626、628、630、632、634、636電極402b氧化層
802、804曲線具體實施方式
本實用新型的降低電容器之間的電容變異量的基本概念為，將電容器組的第一電容器分割(partition)成彼此并聯(lián)的多個第一電容單元，將第二電容器分割成彼此并聯(lián)的多個第二電容單元，并使第一電容單元與第二電容器單元交錯排列成一陣列。在一優(yōu)選實施例中，第一電容器與第二電容器的電容值相同，第一電容單元與第二電容單元的數(shù)量相同，且各個電容單元的電容值皆相同。
請參照圖8，其例示長距離內(nèi)電容器的電容值隨位置的變化(曲線802)，而曲線804表示對應全面電容變異量的長距離電容值變化趨勢。在X1、X2二位置之間，由短距離電容變化所造成的相對變異度為ΔC1，其為L1與L2的差值；而由長距離電容變化所造成的相對變異度為ΔC2，其為G1與G2的差值。由圖中可知，ΔC2小于ΔC1，亦即是縮短距離(等同于縮小面積)可使全面電容變異量降低。因此，當將電容器組的第一與第二電容器分別分割成多個第一與第二電容單元時，其可降低各電容器之間的全面電容變異量。
另外，雖然下述各實施例皆是以電容值相同的二個電容器所組成的電容器組為例做說明，但依此類推，本實用新型的電容器組亦可以是由電容值相同的二個以上的電容器所組成的，只要有適當?shù)倪B線設(shè)計以使同一電容器的各電容單元并聯(lián)即可。
以下說明本實用新型各實施例的電容器組的結(jié)構(gòu)。圖1繪示本實用新型一實施例的電容器組的結(jié)構(gòu)。
請參照圖1，本實施例的電容器組100的結(jié)構(gòu)包括多個第一電容單元102與多個第二電容單元104，配置于基板10上。第一電容單元102與第二電容單元104的數(shù)量及各個電容單元的電容值皆相同，第一電容器單元102彼此并聯(lián)成第一電容器，且第二電容單元104彼此并聯(lián)成第二電容器。在此實施例中，第一電容單元102與第二電容單元104在三維陣列的三個坐標平面上皆交錯排列，此三坐標平面可以是圖1所示的XY、XZ、YZ平面，其中X、Y方向為與基板10的表面平行的兩個水平方向，Z方向則為與基板10的表面垂直的方向，而X、Y、Z三方向彼此正交。另外，第一電容單元102彼此電連接的方式可如虛線106所示，而第二電容單元104彼此電連接的方式可如虛線108所示。
圖2繪示本實用新型另一實施例的電容器組的結(jié)構(gòu)。在此實施例中，第一電容單元102與第二電容單元104排列的方式是在與基板10的表面垂直的Z方向上重復堆棧相同的電容單元，且在與基板10的表面平行的XY平面上交錯排列第一電容單元102與第二電容單元104。另外，第一電容單元102彼此電連接的方式可如虛線106’所示，而第二電容器單元104彼此電連接的方式可如虛線108’所示。
圖3繪示本實用新型又一實施例的電容器組的結(jié)構(gòu)。在此實施例中，第一電容器單元102與第二電容器單元104排列的方式是在與基板10的表面平行的一水平方向(如X方向或Y方向)重復排列相同的電容單元，且在與此水平方向垂直的一垂直面(如YZ平面或XZ平面)上交錯排列。另外，第一電容單元102彼此電連接的方式可如虛線106”所示，而第二電容單元104彼此電連接的方式可如虛線108”所示。
上述各實施例皆是以4個第一電容單元與4個第二電容單元交錯排列而成的2×2×2三維陣列為例，說明本實用新型的電容器組的立體網(wǎng)狀(mesh)結(jié)構(gòu)。然而，依此類推，本實用新型的電容器組的結(jié)構(gòu)亦可例如是N1×N2×N3的三維陣列，其中N1、N2、N3為大于等于2的整數(shù)，但不同時為2。
當然，本實用新型的電容器組的結(jié)構(gòu)也可以是僅在一平面上交錯排列第一第二電容單元而得的二維陣列，即M1×M2(M1，M2≥2)的陣列，其中該平面可與基板表面平行或垂直。在與基板表面平行的平面上排列的二維陣列例如是圖1或圖2中單一層內(nèi)的4個第一/第二電容單元所排成的陣列，在與基板表面垂直的平面上排列的二維陣列則例如是圖3中同一XZ平面上4個第一/第二電容單元所排成的陣列。
另外，第一電容器與第二電容器例如是金屬-氧化層-金屬(MOM)電容器，或金屬-絕緣層-金屬(MIM)電容器。實施例中的第一電容單元102可由第一電極、第二電極及其間的介電材料所組成，而第二電容單元104可由第三電極、第四電極及其間的介電材料所組成。其中，第一電極、第二電極、第三電極與第四電極例如是金屬層，而介電材料例如是氧化硅或其它絕緣材料。
以第一電容器與第二電容器為MOM電容器的情形為例，其第一/二電容單元102/104例如是圖4A～4D所示的MOM電容單元402、404、406或408，或是其它電極形狀的MOM電容單元。其中，MOM電容單元402包括梳狀的電極402a、梳狀的另一電極402c與其間的氧化層402b，而MOM電容單元404、406、408同樣包括形狀互補的二電極與其間的氧化層。本實用新型并不對上述MOM電容單元的電極層數(shù)、面積及電容值做特別限定，其視設(shè)計需求與所要的電容值而定。
下文將以圖2所示的電容單元排列方式及圖4A所示的電容單元的電極形狀為例，說明要如何使第一電容單元彼此并聯(lián)，同時使第二電容單元彼此并聯(lián)。請參照圖5，其繪示此例中同一層的4個電容單元的上視圖。如圖5所示，對角排列的第一電容單元102、102’彼此并聯(lián)，其連接方式為第一電容單元102的電極502與第一電容單元102’的電極508連接，且第一電容單元102的電極504與第一電容單元102’的電極506連接；同為對角排列的第二電容單元104、104’彼此并聯(lián)，其連接方式為第二電容單元104的電極510與第二電容單元104’的電極516連接，且第二電容單元104的電極512與第二電容單元104’的電極514。此處第一電容單元102與102’之間的連線與第二電容單元104、104’之間的連線交錯，其形成方法如將第一電容單元102與102’(或第二電容單元104與104’)之間的連線制作在第一第二電容單元的同一層，并將第二電容單元104與104’(或第一電容單元102與102’)之間的連線制作在第一第二電容單元的下一層或上一層。
在采用圖2的電容單元排列方式及圖4A的電容單元的電極形狀的另一實施例中，第一第二電容單元之間的連接方式如下。請參照圖6A與圖6B，其繪示此例中二層的電容單元的上視圖。如圖6A所示，上層結(jié)構(gòu)包括兩兩呈對角排列的第一電容單元602a、602c、602b、602d，以及兩兩呈對角排列的第二電容單元604c、604a、604d、604b。第一電容單元602a、602b、602c、602d彼此并聯(lián)，其連接方式是第一電容單元602a的電極606與相鄰的第一電容單元602c的電極614連接，另一電極608則與后者的另一電極616連接；第一電容單元602b的電極610與相鄰的第一電容單元602d的電極618連接，另一電極612則與后者的另一電極620連接；而不相鄰的第一電容單元602a與602b各自的電極608與612通過繞道這8個電容單元之外的導線連接，不相鄰的第一電容單元602c與602d各自的電極614與618亦通過繞道這8個電容單元之外的導線連接。如圖6B所示，下層結(jié)構(gòu)包括兩兩呈對角排列的第一電容單元602e、602g、602f、602h以及兩兩呈對角排列的第二電容單元604g、604e、604h、604f。第二電容單元604e、604f、604g、604h彼此并聯(lián)，其連接方式是第二電容單元604e的電極622與相鄰的第二電容單元604g的電極630連接，另一電極624則與后者的另一電極632連接；第二電容單元604f的電極626與相鄰的第二電容單元604h的電極634連接，另一電極628則與后者的另一電極636連接；而不相鄰的第二電容單元604e與604f各自的電極624與628通過繞道這8個電容單元之外的導線連接，不相鄰的第二電容單元604g與604h各自的電極630與634亦通過繞道這8個電容單元之外的導線連接。同時，上層的第一電容單元602a、602b、602c、602d分別以金屬插塞(未繪示)連接下層的第一電容單元602e、602f、602g、602h，而上層的第二電容單元604a、604b、604c、604d分別以金屬插塞(未繪示)連接下層的第二電容單元604e、604f、604g、604h。在每一對上下相連的電容單元中，上層電容單元的兩個電極分別以金屬插塞連接下層電容單元的對應電極。
綜上所述，由于本實用新型的電容器組中的電容器是由分割而成的面積較小的電容單元并聯(lián)組成，所以與具相同總面積的現(xiàn)有電容器相較下，其電容器之間的全面電容變異量可有效降低。另外，由于本實用新型是將多個電容單元交錯排列成二維或三維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此可同時降低電容器之間的局部電容變異量與全面電容變異量，如此一來可避免電容不匹配的問題，并提高產(chǎn)品效能的一致性。
雖然本實用新型以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本實用新型，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍應當以后附的權(quán)利要求所界定者為準。
權(quán)利要求1.一種電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括配置于基板上同一位置的至少二電容器，該二電容器包括第一電容器，包括彼此并聯(lián)的多個第一電容單元；及第二電容器，包括彼此并聯(lián)的多個第二電容單元，其中該些第一電容單元與該些第二電容單元交錯排列成陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該陣列為排列在平面上的二維陣列。
3.如權(quán)利要求2所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該平面與該基板的表面平行或垂直。
4.如權(quán)利要求1所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該陣列為三維陣列。
5.如權(quán)利要求4所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該些第一電容單元與該些第二電容單元僅在由兩個維度方向所構(gòu)成的平面上交錯排列。
6.如權(quán)利要求5所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該些第一電容單元與該些第二電容單元排列的方式包括在與該基板的表面垂直的方向上重復排列相同的電容單元，且在與該基板的表面平行的水平面上交錯排列該些第一電容單元與該些第二電容單元。
7.如權(quán)利要求5所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該些第一電容單元與該些第二電容單元排列的方式包括在與該基板的表面平行的水平方向上重復排列相同的電容單元，且在與該水平方向垂直的垂直面上交錯排列該些第一電容單元與該些第二電容單元。
8.如權(quán)利要求4所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該些第一電容單元與該些第二電容單元在對應該三維陣列的三個坐標平面上皆交錯排列。
9.如權(quán)利要求8所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該三維陣列的三個維度方向彼此正交，包括與該基板的表面垂直的一垂直方向及與該基板的表面平行的二水平方向。
10.如權(quán)利要求1所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該些第一電容單元與該些第二電容單元的數(shù)量與電容值皆相同。
11.如權(quán)利要求1所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一電容器與該第二電容器為金屬-氧化層-金屬電容器，或是金屬-絕緣層-金屬電容器。
12.如權(quán)利要求1所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，每一第一電容單元包括第一電極、第二電極及配置于該第一電極與該第二電極間的介電材料；每一第二電容單元包括第三電極、第四電極及配置于該第三電極與該第四電極間的該介電材料；該些第一電容單元的該些第一電極彼此電連接，且該些第二電極彼此電連接；以及該些第二電容單元的該些第三電極彼此電連接，且該些第四電極彼此電連接。
13.如權(quán)利要求12所述的電容器組的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一電容器與該第二電容器為金屬-氧化層-金屬電容器，且各該第一、第二、第三、第四電極皆呈梳狀。
專利摘要一種電容器組的結(jié)構(gòu)，包括位于基板上同一位置的至少二電容器，此二電容器為第一電容器與第二電容器。其中，第一電容器包括彼此并聯(lián)的多個第一電容單元，第二電容器包括彼此并聯(lián)的多個第二電容單元，且第一電容單元與第二電容單元交錯排列成一陣列。
文檔編號H01L27/01GK2929965SQ200620129459
公開日2007年8月1日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者梁其翔, 楊健國, 曾華洲, 柯鈞耀, 范政文, 蔣裕和, 曾志裕 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司