專利名稱：垂直相互交叉的半導體電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導體集成電路(IC)行業(yè)經(jīng)歷了快速成長。IC材料和設(shè)計方面的技術(shù)進步產(chǎn)生了幾代1C，每代都具有比前一代更小和更復雜的電路。然而，這些進步增加了處理和制造IC的復雜性，并且對于將被實現(xiàn)的這些進步，需要類似發(fā)展IC處理和制造。在集成電路演進的過程中，功能密度(即，每芯片面積的互連器件的數(shù)量)通常增加，同時幾何尺寸(即，可以使用制造處理創(chuàng)建的最小部件(或線))減小。多種有源或無源電子組件可以形成在半導體IC上。例如，半導體電容器可以被形成為無源電子組件。傳統(tǒng)地，半導體電容器可以具有金屬上金屬(metal-on-metal,MOM)結(jié) 構(gòu)。當器件尺寸繼續(xù)減小時，用于傳統(tǒng)半導體電容器的MOM結(jié)構(gòu)可能遇到諸如過多面積消耗、低電容密度、和/或高制造成本的問題。從而，雖然現(xiàn)有半導體電容器器件通常適于它們想要的目的，但是它們不能整體上滿足各個方面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種半導體器件，包括基板，具有由第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定的表面；以及電容器，設(shè)置在所述基板的所述表面之上，所述電容器具有陽極組件和陰極組件，所述陽極組件包括多個第一導電堆疊件，所述陰極組件包括多個第二導電堆疊件；其中所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件中的每個都沿著垂直于所述基板的所述表面的第三軸延伸；以及所述第一導電堆疊件沿著所述第一軸和所述第二軸與所述第二導電堆疊件相互交叉。優(yōu)選地，所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件中的每個都包括通過多個通孔沿著所述第三軸互連的多條金屬線。優(yōu)選地，具有多個互連層的互連結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基板之上，并且其中，所述金屬線中的每條都屬于所述互連結(jié)構(gòu)的相應互連層。優(yōu)選地，所述金屬線中的每條沿著所述第一軸和所述第二軸都具有比所述通孔更大的尺寸。優(yōu)選地，所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件在俯視圖中形成二維陣列，并且其中，所述陣列包括沿著所述第一軸對準的第一導電堆疊件和第二導電堆疊件的子集以及沿著所述第二軸對準的第一導電堆疊件和第二導電堆疊件的另一子集。優(yōu)選地，所述陽極組件和所述陰極組件之一進一步包括頂部，并且所述陽極組件和所述陰極組件中的另一個進一步包括底部，并且其中，所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件設(shè)置在所述頂部和所述底部之間。
優(yōu)選地，所述頂部和所述底部中的每個都包括屬于互連結(jié)構(gòu)的金屬層的各個導電元件。優(yōu)選地，所述導電元件包括單個金屬板。優(yōu)選地，所述導電元件包括多條延長金屬線，每條所述延長金屬線均沿著以下之一延伸所述第一軸和所述第二軸。優(yōu)選地，所述陽極組件和陰極組件中的每個都包括側(cè)部，所述側(cè)部包括通過多個通孔沿著所述第三軸互連的多條延長金屬線，并且其中，所述延長金屬線中的每條都沿著以下之一延伸所述第一軸和所述第二軸。優(yōu)選地，所述陽極組件和陰極組件的所述側(cè)部沿著所述第一軸和所述第二軸完全包圍所述多個第一導電堆疊件和所述多個第二導電堆疊件。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種半導體器件，包括基板，橫跨X-方向和與所述 X-方向正交的Y-方向；以及互連結(jié)構(gòu)，在與所述X-方向和所述Y-方向正交的Z-方向上形成在所述基板之上，所述互連結(jié)構(gòu)包括通過多個通孔在所述Z-方向上互連在一起的多條金屬線，所述互連結(jié)構(gòu)包括電容器，所述電容器包括陽極組件和陰極組件；其中所述陽極組件包括在所述Z-方向上延伸的延長陽極堆疊件的陣列；所述陰極組件包括在所述Z-方向上延伸的延長陰極堆疊件的陣列；以及所述陽極堆疊件的陣列在所述X方向和所述Y方向上與所述陰極堆疊件的陣列相互交叉。優(yōu)選地，所述陽極堆疊件的陣列以使得相互緊鄰設(shè)置的所述堆疊件具有相反極性的方式與所述陰極堆疊件的陣列相互交叉。優(yōu)選地，所述陽極堆疊件和所述陰極堆疊件中的每個都包括所述金屬線的相應子集和所述通孔的相應子集，并且其中，所述陽極堆疊件和所述陰極堆疊件中的每個的橫截面輪廓都具有之字形。優(yōu)選地，所述陽極組件和所述陰極組件中的每個都包括側(cè)部，所述側(cè)部包括通過所述通孔的相應子集互連在一起的所述金屬線的相應子集，并且其中，所述金屬線中的每個都具有延長的形狀，并且每個都在以下之一延伸所述X-方向和所述Y-方向。優(yōu)選地，所述陽極組件和所述陰極組件中的每個都包括以下之一頂部和底部，并且其中，所述頂部和所述底部中的每個都包括所述金屬線的子集。優(yōu)選地，所述金屬線的所述子集包括以下之一單個金屬板、以及沿著所述X方向和Y方向中的一個方向延伸的多條延長金屬線。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種制造半導體器件的方法，包括提供具有由第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定的表面的基板；以及在所述基板的表面之上形成互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)具有由多個通孔互連的多條導電線，其中，形成所述互連結(jié)構(gòu)包括通過至少一些所述導電線和至少一些所述通孔形成電容器，所述電容器具有陽極組件和陰極組件，所述陽極組件包括多個第一導電元件，所述陰極組件包括多個第二導電元件；其中所述第一導電元件和所述第二導電元件中的每個都沿著與所述基板的所述表面垂直的第三軸延伸；以及其中，所述第一導電元件被形成為沿著所述第一軸和所述第二軸與所述第二導電元件相互交叉。優(yōu)選地，以使得所述第一導電元件和所述第二導電元件中的每個都與具有相反極性的另一導電元件緊鄰設(shè)置的方式形成所述電容器。
優(yōu)選地，以所述第一導電元件和所述第二導電元件中的每個都包括所述導電線的相應子集以及沿著所述第三軸互連所述導電線的所述子集的所述通孔的相應子集的方式形成所述電容器。


當讀取附圖時，本披露的多個方面從以下詳細說明最好地理解。要強調(diào)，根據(jù)行業(yè)中的標準實踐，多種特征不按比例繪制。事實上，為了清楚地論述，多種特征的尺寸可以任意增加或減少。圖I是示出根據(jù)本披露的多個方面的制造半導體器件的方法的流程圖。圖2-圖3是在制造的不同階段的半導體器件的橫截面圖。圖4是半導體電容器的透視圖。
圖5A和圖5B分別是半導體電容器的一部分的俯視圖和透視圖。圖6A和圖6B分別是半導體電容器的橫截面圖和透視圖。圖7A和圖7B分別是半導體電容器的詳細橫截面圖和透視圖。圖8-圖12分別是半導體電容器的可選實施例的透視圖。
具體實施例方式將理解，以下披露提供了多個不同實施例或?qū)嵗糜趯崿F(xiàn)多種實施例的不同特征。以下描述組件和布置的特定實例，以簡化本披露。當然，這些僅是實例，并且不用于限制。例如，以下說明書中的第一特征在第二特征之上或上形成可以包括第一和第二特征直接接觸形成的實施例，并且還可以包括附加特征可以形成在第一和第二特征之間，使得第一和第二特征不直接接觸的實施例。另外，本披露在多種實例中可以重復參考數(shù)字和/或字符。該重復用于簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所披露的多種實施例和/或配置之間的關(guān)系。在圖I中示出用于制造包括電容器結(jié)構(gòu)的半導體器件的方法20的流程圖。半導體器件可以包括集成電路(IC)芯片、芯片上系統(tǒng)(SoC)、或其部分，其可以包括多種無源和有源微電子器件，諸如，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(jié)型晶體管(BJT)、橫向擴散的MOS(LDMOS)晶體管、高功率MOS晶體管、或其他類型晶體管。將理解，在此披露的附圖被簡化用于更好地理解本披露的發(fā)明思想。從而，應該注意，在圖I的方法20之前、期間和之后，可以提供附加處理，并且在此僅簡單地描述一些其他處理。參考圖1，方法20開始于框25，其中，提供基板。基板具有由第一軸和與第一軸垂直的第二軸限定的表面。方法20開始于框30,其中，互連結(jié)構(gòu)形成在基板的表面之上。互連結(jié)構(gòu)包括通過多個通孔互連的多條導電線?；ミB結(jié)構(gòu)以使得電容器形成在互連結(jié)構(gòu)中的方式形成。電容器通過至少一些導電線和至少一些互連結(jié)構(gòu)的通孔形成。電容器被形成為具有陽極組件和陰極組件。陽極組件包括多個第一導電堆疊件。陰極組件包括多個第二導電堆疊件。第一導電堆疊件和第二導電堆疊件中的每個都沿著與基板的表面垂直的第三軸延伸。第一和第二導電堆疊件被形成為沿著第一軸和第二軸相互交叉。在一個實施例中，每個導電堆疊件都包括沿著第三軸延伸的延長堆疊件。每個延長堆疊件都包括多個通孔和相互對準并且通過多個通孔互連在一起的多條金屬線。圖2和圖3是根據(jù)本披露的多個方面制造的半導體器件的示意性部分橫截面?zhèn)纫晥D。參考圖2，根據(jù)圖I的方法20制造半導體器件。半導體器件包括基板40。在一個實施例中，基板40是摻雜有P型攙雜物(諸如，硼)的硅基板，或摻雜有N型攙雜物(諸如，砷或磷)的硅基板?；?0可以由一些其他合適基本半導體，諸如，金剛石或鍺；合適化合物半導體，諸如，碳化硅、砷化銦、或磷化銦；或合適合金半導體，諸如，碳化硅鍺、鎵砷磷、或鎵銦磷制成。而且，基板40可以包括外延層(印i層)，其可以被變形用于性能增強，并且可以包括絕緣體上娃(SOI)結(jié)構(gòu)。雖然為了簡化的原因未特別示出，但是多個電子組件可以形成在基板中。例如，F(xiàn)ET晶體管器件的源極和漏極區(qū)可以形成在基板中。源極區(qū)和漏極區(qū)可以通過一個或多個離子注入或擴散處理形成。作為另一實例，隔離結(jié)構(gòu)(諸如，淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu))可以形成在基板中，以提供對多種電子組件的隔離。這些隔離結(jié)構(gòu)可以通過在基板40中蝕刻凹槽(或溝槽)并且之后用介電材料(諸如，本領(lǐng)域中已知的氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅、摻氟硅化物(FSG)、和/或低_k介電材料)填充凹槽形成?；?0具有上表面50。表面50是由X-軸和Y-軸限定的二維平面，其中，X-軸和Y-軸相互垂直或者正交。X-軸和Y-軸還可以分別稱為X-方向和Y-方向?，F(xiàn)在參考圖3，互連結(jié)構(gòu)60形成在基板40的上表面50之上。換句話說，互連結(jié)構(gòu)60在Z-軸或與表面50垂直的Z-方向上設(shè)置在表面50之上?；ミB結(jié)構(gòu)60包括多個圖案化介電層和互連導電層。這些互連導電層在電路、輸入/輸出、和形成在基板40中的多種摻雜部件之間提供互連件(例如，布線)。更詳細地，互連結(jié)構(gòu)60可以包括多個互連層，還稱為金屬層(例如，Ml、M2、M3等)。互連層中的每個都包括多個互連部件，還稱為金屬線。金屬線可以是鋁互連線或者銅互連線，并且可以包括導電材料，諸如，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、或其結(jié)合。金屬線可以通過包括物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、濺射、電鍍或其結(jié)合的處理形成?；ミB結(jié)構(gòu)60包括在互連層之間提供隔離的層間電介質(zhì)(ILD)。ILD可以包括介電材料，諸如，氧化物材料?；ミB結(jié)構(gòu)60還包括多個通孔/觸點，其在基板上的不同互連層和/或部件之間提供電連接。為了簡單起見，在此不特別示出互連層中的金屬線、互連金屬線的通孔、和隔離它們的電介質(zhì)材料。根據(jù)本披露的多個方面，相互交叉的電容器結(jié)構(gòu)形成在互連結(jié)構(gòu)60中?；蛘邠Q句話說，互連結(jié)構(gòu)60的多種組件構(gòu)成在此披露的相互交叉的電容器。為了簡單起見，電容器結(jié)構(gòu)在圖3中未示出，但是其的多種實施例在圖4和圖8-圖10中更詳細地示出，并且將通過以下段落更詳細地論述?，F(xiàn)在參考圖4，示出根據(jù)本披露的多個方面的相互交叉的電容器結(jié)構(gòu)100A的實施例的部分(局部)透視圖。電容器結(jié)構(gòu)100A包括陽極組件110和陰極組件120A。陽極組件IlOA和陰極組件120A分別用作電容器結(jié)構(gòu)100A的陽極和陰極端子，使得電壓可以通過陽極和陰極端子提供。換句話說，當電容器結(jié)構(gòu)100A在操作中時(用作電容器)，將貫穿陽極組件IlOA施加一個電壓，同時將貫穿陰極組件120A施加不同電壓。陽極和陰極組件IlOA和120A可以被認為是相反電極，或者可以說具有不同極性。還將理解，陽極和陰極組件IlOA和120A的相對位置不是關(guān)鍵的。例如，在其他實施例中，陽極和陰極組件IlOA和120A可以被旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)、或切換。還將理解，互連結(jié)構(gòu)60的電介質(zhì)材料用作電容器結(jié)構(gòu)100A的陽極和陰極電極之間的電介質(zhì)。在圖4中，電介質(zhì)材料將陽極組件IlOA的多個部分與陰極組件120A的多個部分分離并且電隔離。根據(jù)需要和將由電容器結(jié)構(gòu)100A執(zhí)行的功能，互連結(jié)構(gòu)100A的電介質(zhì)材料可以被謹慎地選擇，以實現(xiàn)理想電容。例如，用于平行板行電容器的電容可以通過以下等式計算
權(quán)利要求
1.一種半導體器件,包括 基板，具有由第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定的表面；以及 電容器，設(shè)置在所述基板的所述表面之上，所述電容器具有陽極組件和陰極組件，所述陽極組件包括多個第一導電堆疊件，所述陰極組件包括多個第二導電堆疊件； 其中 所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件中的每個都沿著垂直于所述基板的所述表面的第三軸延伸；以及 所述第一導電堆疊件沿著所述第一軸和所述第二軸與所述第二導電堆疊件相互交叉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體器件，其中，所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件中的每個都包括通過多個通孔沿著所述第三軸互連的多條金屬線， 其中，具有多個互連層的互連結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述基板之上，并且其中，所述金屬線中的每條都屬于所述互連結(jié)構(gòu)的相應互連層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體器件，其中，所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件在俯視圖中形成二維陣列，并且其中，所述陣列包括沿著所述第一軸對準的第一導電堆疊件和第二導電堆疊件的子集以及沿著所述第二軸對準的第一導電堆疊件和第二導電堆疊件的另一子集。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體器件，其中，所述陽極組件和所述陰極組件之一進一步包括頂部，并且所述陽極組件和所述陰極組件中的另一個進一步包括底部，并且其中，所述第一導電堆疊件和所述第二導電堆疊件設(shè)置在所述頂部和所述底部之間， 其中，所述頂部和所述底部中的每個都包括屬于互連結(jié)構(gòu)的金屬層的各個導電元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導體器件，其中，所述陽極組件和陰極組件中的每個都包括側(cè)部，所述側(cè)部包括通過多個通孔沿著所述第三軸互連的多條延長金屬線，并且其中，所述延長金屬線中的每條都沿著以下之一延伸所述第一軸和所述第二軸。
6.一種半導體器件，包括 基板，橫跨X-方向和與所述X-方向正交的Y-方向；以及 互連結(jié)構(gòu)，在與所述X-方向和所述Y-方向正交的Z-方向上形成在所述基板之上，所述互連結(jié)構(gòu)包括通過多個通孔在所述Z-方向上互連在一起的多條金屬線，所述互連結(jié)構(gòu)包括電容器，所述電容器包括陽極組件和陰極組件； 其中 所述陽極組件包括在所述Z-方向上延伸的延長陽極堆疊件的陣列； 所述陰極組件包括在所述Z-方向上延伸的延長陰極堆疊件的陣列；以及 所述陽極堆疊件的陣列在所述X方向和所述Y方向上與所述陰極堆疊件的陣列相互交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體器件，其中，所述陽極堆疊件的陣列以使得相互緊鄰設(shè)置的所述堆疊件具有相反極性的方式與所述陰極堆疊件的陣列相互交叉，或者 所述陽極堆疊件和所述陰極堆疊件中的每個都包括所述金屬線的相應子集和所述通孔的相應子集，并且其中，所述陽極堆疊件和所述陰極堆疊件中的每個的橫截面輪廓都具有之字形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體器件，其中，所述陽極組件和所述陰極組件中的每個都包括以下之一頂部和底部，并且其中，所述頂部和所述底部中的每個都包括所述金屬線的子集， 其中，所述金屬線的所述子集包括以下之一單個金屬板、以及沿著所述X方向和Y方向中的一個方向延伸的多條延長金屬線。
9.一種制造半導體器件的方法，包括 提供具有由第一軸和與所述第一軸垂直的第二軸限定的表面的基板；以及在所述基板的表面之上形成互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)具有由多個通孔互連的多條導電線，其中，形成所述互連結(jié)構(gòu)包括通過至少一些所述導電線和至少一些所述通孔形成電容器，所述電容器具有陽極組件和陰極組件，所述陽極組件包括多個第一導電元件，所述陰極組件包括多個第二導電元件； 其中 所述第一導電元件和所述第二導電元件中的每個都沿著與所述基板的所述表面垂直的第三軸延伸；以及 其中，所述第一導電元件被形成為沿著所述第一軸和所述第二軸與所述第二導電元件相互交叉。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，以使得所述第一導電元件和所述第二導電元件中的每個都與具有相反極性的另一導電元件緊鄰設(shè)置的方式形成所述電容器，或者 以所述第一導電元件和所述第二導電元件中的每個都包括所述導電線的相應子集以及沿著所述第三軸互連所述導電線的所述子集的所述通孔的相應子集的方式形成所述電容器。
全文摘要
本披露提供了半導體器件。半導體器件包括橫跨X-方向和與X-方向正交的Y-方向的基板。半導體器件包括在與X-方向和Y-方向正交的Z-方向上形成在基板之上的互連結(jié)構(gòu)?；ミB結(jié)構(gòu)包括通過多個通孔在Z-方向上互連在一起的多條金屬線。互連結(jié)構(gòu)包括電容器，電容器包括陽極組件和陰極組件。陽極組件包括在Z-方向上延伸的延長陽極堆疊件的陣列。陰極組件包括在Z-方向上延伸的延長陰極堆疊件的陣列。陽極堆疊件的陣列在X方向和Y方向上與陰極堆疊件的陣列相互交叉。
文檔編號H01L21/02GK102820279SQ201110405039
公開日2012年12月12日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者卓秀英 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司