專利名稱：具有無(wú)方向的去耦合電容器的半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及具有無(wú)方向的去耦合電容器的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件用在各種電子應(yīng)用中，例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、以及其他電子設(shè)備作為實(shí)例。通常，通過(guò)在半導(dǎo)體襯底的上方順序沉積材料的絕緣層或介電層、導(dǎo)電層、以及半導(dǎo)體層，使用光刻法將各種材料層圖案化從而在其上形成電路元件和元件來(lái)制造半導(dǎo)體器件。在一些半導(dǎo)體器件中，將電源線和地線布線至位于集成電路中的邏輯門和其他 器件。來(lái)自電源的電流流經(jīng)電源線、邏輯門、并且最后接地。在邏輯門的切換期間，在較短的時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生大量的電流變化。將去耦電容器用于在電流切換期間吸收這些毛刺(glitches)。去耦電容器還用于保持在電源電壓和地線之間的恒定電壓。當(dāng)需要防止所供給電壓的瞬間降低時(shí)，將該去稱電容器用作電荷庫(kù)(charge reservoir),該電荷庫(kù)另外為電路提供電流。將所使用的一種類型的去稱電容器(decoupling capacitor)稱作金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器。MIM電容器具有兩個(gè)金屬層和位于該兩個(gè)金屬層之間的介電絕緣層。在兩個(gè)金屬層之間形成電容。通常在半導(dǎo)體器件的上互連層中制造MM電容器。本領(lǐng)域中需要的是改善去耦MIM電容器的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，包括電壓源線；電壓回路線；至少一個(gè)集成電路；以及至少一個(gè)去耦電容器，連接在電壓源線和電壓回路線之間，其中，至少一個(gè)去耦電容器定向的方向與至少一個(gè)集成電路定向的方向不同。其中，至少一個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较?，其中，至少一個(gè)去I禹電容器被定向?yàn)榈诙较颍诙较蚺c第一方向不同，其中，第一方向包括約O度，并且其中，第二方向包括約90度和約270度。其中，至少一個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较?，其中，至少一個(gè)去I禹電容器被定向?yàn)榈诙较颍诙较蚺c第一方向不同，其中，第一方向包括約O度，并且其中，第二方向包括約45度。其中，至少一個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较?，該第一定向的方向與晶體管的柵極長(zhǎng)度的方向垂直，晶體管形成至少一個(gè)集成電路。其中，至少一個(gè)去耦電容器包括串聯(lián)連接在電源線和電壓回路線之間的兩個(gè)去率禹電容器。其中，至少一個(gè)集成電路包括微處理器、邏輯電路、存儲(chǔ)電路、和/或晶體管。其中，至少一個(gè)去耦電容器包括并聯(lián)連接的多個(gè)去耦電容器。
此外，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括電壓源線；電壓回路線；工件；多個(gè)集成電路，被設(shè)置在工件上方，多個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较?；多個(gè)金屬化層，被設(shè)置在多個(gè)集成電路上方；以及多個(gè)去耦電容器，連接在電壓源線和電壓回路線之間，并且被設(shè)置在多個(gè)金屬化層內(nèi)，多個(gè)去耦電容器被定向?yàn)橹辽僖粋€(gè)第二方向，其中，至少一個(gè)第二方向與第一方向不同。其中，多個(gè)去I禹電容器包括第一組去I禹金屬-絕緣體-金屬M(fèi)IM電容器和第二組去率禹MIM電容器,第一組去I禹MIM電容器被定向的方向與第二組去I禹MIM電容器的方向不同。其中，多個(gè)去耦電容器進(jìn)一步包括至少一個(gè)第三組去偶電容器，至少一個(gè)第三組去率禹電容器中的每個(gè)被定向的方向與第一組去I禹電容器和第二組去I禹電容器的方向不同。其中，多個(gè)去耦電容器中的至少一個(gè)被設(shè)置為接近多個(gè)集成電路中的至少一個(gè)。其中，多個(gè)去耦MIM電容器中的至少兩個(gè)串聯(lián)連接在半導(dǎo)體器件的一對(duì)電源節(jié)點(diǎn) 之間。其中，第一方向根據(jù)與相應(yīng)多個(gè)集成電路的晶體管柵極相關(guān)聯(lián)的方向而確定，并且第二方向根據(jù)多個(gè)去耦電容器的相應(yīng)延長(zhǎng)邊而確定。其中，多個(gè)去耦電容器包括多個(gè)第一去耦電容器，進(jìn)一步包括設(shè)置在多個(gè)金屬化層內(nèi)的多個(gè)第二去I禹電容器，多個(gè)第二去I禹電容器被定向?yàn)榈谝环较?。此外，還提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，方法包括提供工件；在工件上方形成至少一個(gè)集成電路；以及在工件上方形成至少一個(gè)去耦電容器，其中，至少一個(gè)去耦電容器定向的方向與至少一個(gè)集成電路定向的方向不同。其中，形成至少一個(gè)集成電路包括形成至少一個(gè)晶體管的柵極和柵極電介質(zhì)。其中，形成至少一個(gè)去耦電容器包括在半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)金屬化層中形成至少一個(gè)去耦電容器的至少一部分。其中，形成至少一個(gè)集成電路以及形成至少一個(gè)去耦電容器包括同時(shí)形成至少一個(gè)集成電路和至少一個(gè)去耦電容器。該方法進(jìn)一步包括在形成至少一個(gè)去耦電容器以前，確定用于至少一個(gè)去耦電容器的最佳位置，從而最小化至少一個(gè)去耦電容器的應(yīng)力電壓。該方法進(jìn)一步包括在形成至少一個(gè)集成電路和形成至少一個(gè)去耦電容器以前，確定用于至少一個(gè)去耦電容器的最佳位置，從而減少半導(dǎo)體器件上的至少一個(gè)集成電路和至少一個(gè)去耦電容器所需要的面積。


為了更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖，其中，將多個(gè)去耦MIM電容器定向?yàn)榕c半導(dǎo)體器件的集成電路定向的方向不同的方向；圖2示出了根據(jù)實(shí)施例去耦MIM電容器可以定向的角度；圖3示出了半導(dǎo)體器件的集成電路的定向；圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的去耦MIM電容器的定向；以及
圖5示出了根據(jù)實(shí)施例形成在半導(dǎo)體器件中的去耦MIM電容器的橫截面圖。除非另有說(shuō)明，在不同附圖中的相應(yīng)數(shù)值和標(biāo)號(hào)通常指的是相應(yīng)部件。為了清楚地示出實(shí)施例的相關(guān)方面繪制附圖，并且沒(méi)有必要按比例繪制。
具體實(shí)施例方式下面，詳細(xì)討論本發(fā)明的實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本公開(kāi)的范圍。本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于半導(dǎo)體器件的去耦電容器的新設(shè)計(jì)，尤其是，去耦MIM電容器。首先，參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出了半導(dǎo)體器件100的俯視圖。分別將多個(gè)去耦MM電容器IlOa和IlOb定向?yàn)榕c半導(dǎo)體器件100的集成電路106定向的方向130不同的方向132和134。例如，通過(guò)物理形狀可確定集成電路106和MM電容器IlOa和IlOb的定向。 半導(dǎo)體器件100包括集成電路區(qū)域102，在該集成電路區(qū)域中形成多個(gè)集成電路106。如在更詳細(xì)的示圖中以114所示的，例如，集成電路區(qū)域102的一些部分可以包括集成電路106的陣列108。集成電路106可以包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、邏輯電路、存儲(chǔ)電路、和/或晶體管。例如，可選地，集成電路106可以包括其他類型的器件和電氣元件。集成電路106可以包括集成電路106的陣列108的一個(gè)或多個(gè)模塊,在一些實(shí)施例中，該集成電路包括不同類型的集成電路106。如所示的，半導(dǎo)體器件100包括一個(gè)或多個(gè)去耦MM電容器區(qū)域104a、104b、以及104c。在更詳細(xì)的示圖中以分別116a和116b所示的，將分別位于去耦MIM電容器區(qū)域104a和104b中的去耦MM電容器IlOa和IlOb定向?yàn)榕c位于集成電路區(qū)域102中的集成電路106定向的方向130不同的方向132和134。在所示的實(shí)例中，將集成電路106定向?yàn)榈谝环较?30，并且將位于去耦MM電容器區(qū)域104a中的去耦MIM電容器IlOa定向?yàn)榉较?32，該方向132為從方向130旋轉(zhuǎn)約90度的角120b的方向。將去耦MM電容器區(qū)域104b的去耦MM電容器IlOb定向?yàn)榉较?34，該方向134為從方向130旋轉(zhuǎn)約270度的角120b的方向。這些旋轉(zhuǎn)方向僅為實(shí)例；可選地，在一些實(shí)施例中，去耦MM電容器I IOa和IlOb可以定向的方向132和134可以包括旋轉(zhuǎn)的任何角120a或120b(除了 O度以外)。例如，集成電路106可以定向的方向130可以包括約O度，并且方向132和134可以在從大于約O度至小于約360度范圍內(nèi)變動(dòng)。例如，可以將位于去耦MIM電容器區(qū)域116c中的一些去耦MIM電容器IlOc定向?yàn)榕c集成電路106定向的方向相同的方向130。優(yōu)選地，可以分別選擇去耦MM電容器110a、110b、以及IlOc的各個(gè)區(qū)域104a、104b、以及104c的定向，從而將半導(dǎo)體器件100的性能最優(yōu)化并且實(shí)現(xiàn)高效空間布局。圖2示出了根據(jù)實(shí)施例去耦MM電容器110a、110b、或IlOc (在圖2中沒(méi)有示出；參見(jiàn)圖I)可以定向的角120。圖3示出了半導(dǎo)體器件100的集成電路106的定向。集成電路106可以包括具有含如在俯視圖中所示的橢圓形的半導(dǎo)體或?qū)w材料的部分，該橢圓形具有尺寸Cl1的延長(zhǎng)邊和尺寸d2的較短邊?；旧涎豖軸對(duì)準(zhǔn)包括集成電路106的尺寸Cl1的延長(zhǎng)邊，例如，在方向130上包括與在半導(dǎo)體器件100的俯視圖中的X軸相關(guān)的夾角為約O度。在一個(gè)實(shí)施例中，將集成電路的定向確定為與位于集成電路中的晶體管的柵長(zhǎng)度垂直的方向。圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的去耦MM電容器IlOa(或者110b，沒(méi)有示出)的定向。去耦MIM電容器IIOa可以包括包括具有在半導(dǎo)體器件100的俯視圖中所示的橢圓形的導(dǎo)電材料的一部分，該橢圓形具有包括尺寸d3的延長(zhǎng)邊和包括尺寸d4的較短邊?；旧涎胤较?32對(duì)準(zhǔn)包括去耦MIM電容器IlOa的尺寸d3的延長(zhǎng)邊，在所示的一些實(shí)施例中，該方向132包括與X軸相關(guān)的約45度的夾角120a?？蛇x地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，角120a可以包括實(shí)現(xiàn)其他方向134和136的其他角度，作為用于去耦MIM電容器IlOa的可能定向的其他實(shí)例示出其他方向134和136。再次參考圖I，可選地，去耦MM電容器110a、110b、以及IlOc的形狀可以包括除了所示的橢圓形以外的其他形狀。例如，去耦MM電容器110a、110b、以及I IOc可以包括在透視圖(未示出)中的圓柱形、杯形、溝槽形、棒形、以及指形。例如，去耦MIM電容器110a、110b、以及IlOc可以包括在半導(dǎo)體器件的俯視圖中的矩形、正方形、圓形、或者橢圓形的形狀?？蛇x地，本實(shí)施例的去耦MM電容器110a、110b、以及IlOc可以包括其他形狀。
本發(fā)明的實(shí)施例包括半導(dǎo)體器件100，該半導(dǎo)體器件包括本文中所述的無(wú)方向去耦MM電容器104a、104b、以及104c ;并且還包括制造該半導(dǎo)體器件的方法。圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的去耦MM電容器110的橫截面圖。為了制造半導(dǎo)體器件100，提供了工件140。例如，工件140可以包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底包括硅或者其他半導(dǎo)體材料，并且可以通過(guò)絕緣層覆蓋該工件。工件140還可以包括其他有源元件或電路(未示出)。例如，工件140可以包括位于單晶硅上方的硅氧化物。工件140可以包括其他導(dǎo)電層或其他半導(dǎo)體元件，例如，晶體管、二極管等?？梢允褂弥T如GaAs、InP、Si/Ge、或者SiC的化合物半導(dǎo)體代替娃。例如，工件140可以包括絕緣體上娃(SOI)或者絕緣體上鍺(GOI)。例如(未示出)，工件140可以包括形成在該工件上的電氣電路和/或電子部件的一層或多層，并且可以包括導(dǎo)線、通孔、電容器、二極管、晶體管、電阻器、電感器、和/或其他電氣元件。制造半導(dǎo)體器件100的方法包括在工件140的上方，例如，在集成電路區(qū)域102中形成至少一個(gè)集成電路106，并且在工件140上方，例如，在去耦MM電容器區(qū)域104中，形成至少一個(gè)去耦MIM電容器110。半導(dǎo)體器件100包括至少一條電源線144?？梢詫⑷ヱ頜M電容器110中一個(gè)或多個(gè)連接在電源線144的電壓源線146和電壓回路線(voltagereturn line) 148之間。在一些實(shí)施例中，電壓回路線148包括接地節(jié)點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，如在于2008年9月17日提交的名稱為“具有去耦電容器的半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)”屬于同一受讓人的序列號(hào)為12/212，096和于2010年3月18日作為美國(guó)出版號(hào)為US 2010/0065944A1出版的未決的美國(guó)專利申請(qǐng)(其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考)中所述的，將多個(gè)去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc中的至少兩個(gè)串聯(lián)連接在半導(dǎo)體器件100的一對(duì)電源節(jié)點(diǎn)(即，電壓源線146和電壓回路線148)之間。可以串聯(lián)連接去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc中的兩個(gè)，從而例如將電源電壓劃分為一半，并且因此，降低了電容器110、110a、110b、以及IlOc的電壓應(yīng)力(voltage stress)。在其他實(shí)施例中，作為另一實(shí)例,將去耦MM電容器將110、110a、110b、以及IlOc中的至少兩個(gè)串聯(lián)連接在半導(dǎo)體器件100的一對(duì)電源節(jié)點(diǎn)之間。在一些實(shí)施例中，形成集成電路106包括形成至少一個(gè)晶體管的柵極和柵極電介質(zhì)。在其他實(shí)施例中，形成去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc包括在半導(dǎo)體器件100的至少一個(gè)金屬化層中形成去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc中在至少一個(gè)的至少一部分。如圖5所示，可以在半導(dǎo)體器件100的絕緣材料層142a和142b內(nèi)形成MIM電容器110、110a、110b、以及110c。在其他實(shí)施例中，例如，形成集成電路106和形成去耦MIM電容器110、110a、110b、以及IlOc可以包括同時(shí)形成集成電路106和去耦MM電容器110、110a、110b、以及 110c。例如，在形成去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc以前，可以確定用于新型去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc的最佳位置，從而最小化去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc的應(yīng)力電壓。為了減少對(duì)于位于半導(dǎo)體器件100上方的集成電路106和去耦MM電容器110、110a、110b、以及I IOc所需要的面積，還可以確定用于去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc的最佳位置。本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括提供形成和制造無(wú)方向去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc的方法，該方法允許半導(dǎo)體器件100的大量布局和布置靈活性設(shè)計(jì)。通過(guò)使用最優(yōu)化去耦MIM電容器110、110a、110b、以及IlOc模塊(例如，在圖I中所示的 去耦MIM電容器區(qū)域104a、104b、以及104c)來(lái)減少芯片面積，其中，去耦MM電容器110、110a、110b、以及IlOc的布局是無(wú)方向的。在制造和封裝工藝流程中容易實(shí)現(xiàn)新型設(shè)計(jì)方法和半導(dǎo)體器件100結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)集成電路和至少一個(gè)去耦電容器，其中，將至少一個(gè)去耦電容器定向?yàn)榕c至少一個(gè)集成電路定向的方向不同的方向。根據(jù)另一實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括工件；和設(shè)置在該工件上方的多個(gè)集成電路，將該多個(gè)集成電路定向?yàn)榈谝环较颉⒍鄠€(gè)金屬化層設(shè)置在多個(gè)集成電路的上方。將多個(gè)去率禹電容器設(shè)置在多個(gè)金屬化層內(nèi)，該多個(gè)去I禹電容器定向?yàn)橹辽僖粋€(gè)第二方向。至少一個(gè)第二方向與第一方向不同。根據(jù)又一實(shí)施例，制造半導(dǎo)體器件的方法包括提供工件；和在該工件的上方形成至少一個(gè)集成電路。方法包括在工件的上方形成至少一個(gè)去耦電容器。將至少一個(gè)去率禹電容器定向?yàn)榕c至少一個(gè)集成電路定向的方向不同的方向。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該容易理解，可以改變本文所述的多個(gè)部件、功能、工藝、以及材料，而保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過(guò)本發(fā)明的公開(kāi)，現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與本文所述相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 電壓源線； 電壓回路線； 至少一個(gè)集成電路；以及 至少一個(gè)去耦電容器，連接在所述電壓源線和所述電壓回路線之間，其中，所述至少一個(gè)去I禹電容器定向的方向與所述至少一個(gè)集成電路定向的方向不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较?，其中，所述至少一個(gè)去耦電容器被定向?yàn)榈诙较?，所述第二方向與所述第一方向不同，其中，所述第一方向包括約O度，并且其中，所述第二方向包括約90度和約270度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较?，其中，所述至少一個(gè)去耦電容器被定向?yàn)榈诙较?，所述第二方向與所述第一方向不同，其中，所述第一方向包括約O度，并且其中，所述第二方向包括約45度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较颍摰谝欢ㄏ虻姆较蚺c晶體管的柵極長(zhǎng)度的方向垂直，所述晶體管形成所述至少一個(gè)集成電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)去耦電容器包括串聯(lián)連接在所述電源線和所述電壓回路線之間的兩個(gè)去耦電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)集成電路包括微處理器、邏輯電路、存儲(chǔ)電路、和/或晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述至少一個(gè)去耦電容器包括并聯(lián)連接的多個(gè)去稱電容器。
8.一種半導(dǎo)體器件，包括 電壓源線； 電壓回路線； 工件； 多個(gè)集成電路，被設(shè)置在所述工件上方，所述多個(gè)集成電路被定向?yàn)榈谝环较颍? 多個(gè)金屬化層，被設(shè)置在所述多個(gè)集成電路上方；以及 多個(gè)去耦電容器，連接在所述電壓源線和所述電壓回路線之間，并且被設(shè)置在所述多個(gè)金屬化層內(nèi)，所述多個(gè)去耦電容器被定向?yàn)橹辽僖粋€(gè)第二方向，其中，所述至少一個(gè)第二方向與所述第一方向不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述多個(gè)去耦電容器包括第一組去耦金屬-絕緣體-金屬M(fèi)IM電容器和第二組去稱MIM電容器,所述第一組去稱MIM電容器被定向的方向與所述第二組去耦MM電容器的方向不同。
10.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 提供工件； 在所述工件上方形成至少一個(gè)集成電路；以及 在所述工件上方形成至少一個(gè)去耦電容器，其中，所述至少一個(gè)去耦電容器定向的方向與所述至少一個(gè)集成電路定向的方向不同。
全文摘要
公開(kāi)了具有無(wú)方向去耦電容器的半導(dǎo)體器件和制造該半導(dǎo)體器件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)集成電路和至少一個(gè)去耦電容器。將至少一個(gè)去耦電容器定向?yàn)榕c至少一個(gè)集成電路定向的方向不同的方向。
文檔編號(hào)H01L29/92GK102891142SQ20121004472
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者涂國(guó)基, 曾國(guó)權(quán), 江文銓, 王銓中 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司