CN100359692C

CN100359692C - 多层叉合金属电容结构

Info

Publication number: CN100359692C
Application number: CNB031202438A
Authority: CN
Inventors: 蔡则伦; 贾育台; 郭治群
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2003-03-04
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: CN1527385A

Abstract

一种多层叉合(Interdigitated)金属电容结构，其每一层由两个极性不同的梳状结构金属电极彼此叉合而构成，并且任两相邻层中的金属电极的梳状结构互相垂直，并借由梳状结构边上的通孔(Via)连接同极性金属电极。其中，任两金属电极之间被介电材料所隔开。

Description

多层叉合金属电容结构

技术领域

本发明涉及一种多层叉合(Interdigitated)金属电容结构，特别涉及一种相邻层的电极彼此垂直的多层叉合金属电容结构。

背景技术

随着集成电路的集成度不断提高，使得广泛应用在集成电路上的被动组件，例如电容器等，也随之不断的朝提升集成度的趋势发展。为适应这一趋势，目前已发展出一种由数层金属堆栈而成的多层叉合电容结构。由于这种多层叉合电容结构可由多层金属电极堆栈而成，因此具有较高的集成度，使得单位面积具有较高的电容密度。此外，由于这种多层叉合电容结构在制作上可使用现有光罩与工艺步骤，因此可降低工艺成本。

请参照图1，图1绘示现有多层叉合金属电容结构的俯视示意图。由于目前的多层叉合金属电容结构的每一层的梳状结构都互相平行并且上下堆栈，因此在图1中的多层叉合金属电容结构俯视图可代表最上层的叉合金属电容结构的俯视图，也可代表每一层叉合金属电容结构的俯视图。此层叉合金属电容结构主要由电极104与电极112所构成，其中电极112为正极，而电极104为负极。电极104包括柄部100与多个梳状部102，其中这些梳状部102彼此平行并且相隔一定距离并接合于柄部100的一边上。同样的，电极112也是由柄部108与多个梳状部110所构成，其中这些梳状部110互相平行并且彼此之间相隔一定距离而接合于柄部108的一边上。

此外，电极104的柄部100的下方还具有多个通孔(Via)106位于两层电容结构之间的介电材料层(未绘示)中，用来电性连接电极104与其正下方的同极性电极(请参见图2，仅绘示其中的梳状部118)。而且，电极112的柄部108的下方也具有多个通孔114位于两层电容结构之间的介电材料层，用来电性连接电极112与其正下方的同极性电极(请参见图2，仅绘示其中的梳状部116)。电极104的梳状部102与电极112的梳状部110相互叉合，而使梳状部102与梳状部110交错排列。另外，电极104与电极112之间还填充有介电材料(未绘示)，而电极104、电极112以及介于电极104与电极112之间的介电材料则构成一层叉合电容结构。

接着，请参照图2，图2绘示沿图1的多层叉合金属电容结构的I-I剖面线所获得的剖面示意图，其中为了清楚表示电极的堆栈方式，并未绘示出两层电极之间的介电材料层。由于同极性的电极的梳状部互相平行并且上下堆栈，因此最上层的电极112的梳状部1 10以及电极104的梳状部102分别堆栈在其下一层的电极的梳状部116以及梳状部118上，而梳状部116以及梳状部118则分别堆栈在其下一层的电极的梳状部120以及梳状部122上。

由于每一层叉合电容的梳状结构电极都需互相平行堆栈，因此在制作上很容易因工艺误差而导致电极位置产生偏移，因此工艺窗(Process Window)会缩小，并且工艺难度也会大幅增加。而电极位置的偏移不仅会导致层与层之间的电容值产生变化，还会影响整个电容结构的总电容值。

发明内容

鉴于上述现有多层叉合金属电容结构中，任两相邻层中的金属电极的梳状结构必须平行并且叠合，这样一来，极易在制作过程中发生对准误差，而导致层与层之间的电容值发生变化，进而影响总电容值。

因此，本发明的主要目的之一就是提供一种多层叉合金属电容结构，其任两相邻层的电极的梳状结构互相垂直，因而可不用如同现有技术一样需要使每一层都准确对准。因此，不仅工艺简单易于实施，而且具有较广的工艺窗。

本发明的又一目的就是提供一种上下两相邻层的电极梳状结构互相垂直的多层叉合金属电容结构，可有效改善对准误差问题。因此，可降低因上下层电极对准误差所造成的电容值变化。

为实现上述目的，本发明提供了一种多层叉合金属电容结构，至少包括数个奇数层；数个偶数层分别位于每两个奇数层之间，其中每一个奇数层与每一个偶数层都至少包括一第一型电极以及一第二型电极，而且此第一型电极以及第二型电极都至少包括一第一部分以及相互平行的数个第二部分，这些第二部分相隔一预设距离分别接合在第一部分的一边上，而第一型电极的这些第二部分与第二型电极的第二部分互相平行叉合，而且每一个偶数层的第一型电极与第二型电极的第二部分垂直于每一个奇数层的第一型电极与第二型电极的第二部分；数个通孔分别位于相邻的奇数层与偶数层之间，用来分别电性连接每一个奇数层的第一型电极与每一个偶数层的第一型电极，以及每一个奇数层的第二型电极与每一个偶数层的第二型电极；以及数个介电层分别位于每一个奇数层的第一型电极与第二型电极之间、每一个偶数层的第一型电极与第二型电极之间、以及相邻的奇数层与偶数层之间。

由于，奇数层的第一型电极与第二型电极的相互平行的第二部分与偶数层的第一型电极与第二型电极的相互平行的第二部分垂直，因此，不仅具有较大的工艺窗，还可获得较稳定的电容值。

附图简要说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图中，

图1为现有多层叉合金属电容结构的俯视示意图；

图2为沿图1的多层叉合金属电容结构的I-I剖面线所获得的剖面示意图；

图3为本发明的一较佳实施例的多层叉合金属电容结构的立体图，其中为了清楚说明仅绘示此多层叉合金属电容结构的其中两层电容结构，而且并未绘示两层电容结构间的介电层；

图4为本发明的一较佳实施例的多层叉合金属电容结构奇数层的俯视示意图；

图5为本发明的一较佳实施例的多层叉合金属电容结构偶数层的俯视示意图；以及

图6为沿图3的多层叉合金属电容结构的II-II面线所获得的剖面示意图。

具体实施方式

本发明揭露一种多层叉合金属电容结构，其两相邻层的金属电容的梳状结构互相垂直，因此可获得较大的工艺窗，并可降低整体电容值的变化。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3至图6的图示。

请参照图3，图3绘示本发明的一较佳实施例的多层叉合金属电容结构的立体图，其中为了清楚说明仅绘示此多层叉合金属电容结构的其中两层电容结构，并且并未绘示两层电容结构间的介电层。并且请一起参照图4以及图5，其中图4绘示本发明的一较佳实施例的多层叉合金属电容结构奇数层的俯视示意图，图5绘示本发明的一较佳实施例的多层叉合金属电容结构偶数层的俯视示意图。在奇数层216中，至少包括电极204以及电极212。其中，电极204至少包括柄部200以及数个互相平行的梳状部202。此外，柄部200呈L型，且由分别与梳状部202垂直以及平行的两部分所接合而成。而这些梳状部202以一预设距离的间隔接合于柄部200的其中一部分的一边上。相同的，电极212至少包括柄部208以及数个互相平行的梳状部210。其中，柄部208呈L型，且由分别与梳状部210垂直以及平行的两部分所接合而成。而且，这些梳状部210也是以一预设距离的间隔接合于柄部208的其中一部分的一边上。

此外，电极204的梳状部202与电极212的梳状部210相互叉合，而使梳状部202与梳状部210呈交错排列，如图4所示。而为了清楚表示电极204与电极212的结构与排列，因此在图3与图4中并未绘示出电极204与电极212之间所填充的介电材料。其中，电极204、电极212以及介于电极204与电极212之间的介电材料构成此奇数层216的叉合电容结构。

同样的，在偶数层218中，至少包括电极224以及电极230。其中，电极224至少包括呈L型的柄部220以及数个互相平行的梳状部222。其中，柄部220由分别与梳状部222垂直以及平行的两部分所接合而成。而且，这些平行的梳状部222以一预设距离的间隔分别接合在柄部220的其中一部分的一边上。电极230至少包括L型的柄部226以及数个互相平行的梳状部228。其中，L型的柄部220与L型的柄部226均由两部分所接合而成。而这些平行的梳状部228同样以一预设距离的间隔分别接合于柄部226的其中一部分的一边上。

此外，在偶数层218中，电极224的梳状部222与电极230的梳状部228彼此叉合，而使梳状部222与梳状部228相互交错排列，如图5所示。在图3与图5中，并未绘示出电极224与电极230之间所填充的介电材料，是为了更清楚表示电极224与电极230的结构与排列。其中，电极224、电极230以及电极224与电极230之间的介电材料构成偶数层218的叉合电容结构。

在奇数层216与偶数层218中，电极204与电极224的极性相同，而电极212与电极230的极性相同，并且电极204以及电极224的极性与电极212以及电极230的极性不同。也就是，当电极204与电极224的极性为正极时，电极212与电极230的极性为负极；而当电极204与电极224的极性为负极时，电极212与电极230的极性则为正极。

奇数层216与偶数层218的堆栈方式使奇数层216的电极204的梳状部202与电极212的梳状部210垂直于偶数层218的电极224的梳状部222与电极230的梳状部228，如图3所示。其中，奇数层216与偶数层218利用位于奇数层216与偶数层218间的介电材料层中的通孔206与通孔214来进行奇数层216与偶数层218的同极性电极的电性连接。通孔206可接合奇数层216的电极204中与梳状部202垂直的柄部200以及偶数层218的电极224中与梳状部222平行的柄部220；而通孔214可接合奇数层216的电极212中与梳状部210垂直的柄部208以及偶数层218的电极230中与梳状部228平行的柄部226，如图3所示。然而，通孔206也可接合奇数层216的电极204中与梳状部202平行的柄部200以及偶数层218的电极224中与梳状部222垂直的柄部220；而通孔214可接合奇数层216的电极212中与梳状部210平行的柄部208以及偶数层218的电极230中与梳状部228垂直的柄部226，本发明并不限于此。

也就是说，当通孔206的一端接在奇数层216的电极204中与梳状部202垂直的柄部200时，通孔206的另一端则接在偶数层218的电极224中与梳状部222平行的柄部220；而当通孔206的一端接在奇数层216的电极204中与梳状部202平行的柄部200时，通孔206的另一端则接在偶数层218的电极224中与梳状部222垂直的柄部220。同样的，当通孔214的一端接在奇数层216的电极212中与梳状部210垂直的柄部208时，通孔214的另一端则接在偶数层218的电极230中与梳状部228平行的柄部226；而当通孔214的一端接在奇数层216的电极212中与梳状部210平行的柄部208时，通孔214的另一端则接在偶数层218的电极230中与梳状部228垂直的柄部226。

请参照图6，图6绘示沿图3的多层叉合金属电容结构的II-II剖面线所获得的剖面示意图。奇数层216的电极204的梳状部202与电极212的梳状部210交错排列，偶数层218的剖面结构则根据剖面线所在的位置而决定，可以是电极230的一部分、电极224的一部分或者是介于电极230与电极224之间的介电材料层。举例来说，在图3中的II-II剖面线位于偶数层218的电极230的正上方，于是在此II-II剖面线下所获得的偶数层的剖面结构为电极230的梳状部228的其中之一以及柄部226的一部分。

本发明的一特征就是本发明的多层叉合金属电容结构的奇数层与偶数层的电极的梳状部分互相垂直，因此与现有多层叉合金属电容结构相比之下，具有较大的工艺窗，并且较容易制作。

值得注意的一点是，在上述的实施例中，奇数层与偶数层的叉合电极的方向并非绝对，可依照工艺需求一起调整奇数层与偶数层的叉合电极的方向，仅需使奇数层与偶数层的叉合电极的梳状部呈垂直堆栈就可以，以上所述仅作为举例说明，并非用来限定本发明。

综合以上所述，本发明的一优点就是因为本发明的多层叉合金属电容结构任两相邻层的电极的梳状结构互相垂直，因此具有较广的工艺窗，并且工艺简单易于实施。

本发明的又一优点就是因为本发明的多层叉合金属电容结构中，上下两相邻层的电极梳状结构互相垂直。因此可有效改善对准误差问题，达到改善因上下电极对准误差所导致的电容值变化的目的。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1、一种多层叉合金属电容结构，至少包括：

数个奇数层；

数个偶数层分别位于每两个奇数层之间，其中每一奇数层与每一偶数层都至少包括一第一型电极以及一第二型电极，并且该第一型电极以及该第二型电极都至少包括一第一部分以及平行的数个第二部分相隔一预设距离分别接合在该第一部分的一边上，而该第一型电极的这些第二部分与该第二型电极的这些第二部分互相平行叉合，并且每一偶数层的该第一型电极与该第二型电极的这些第二部分垂直于每一奇数层的该第一型电极与该第二型电极的这些第二部分；

数个通孔分别位于相邻的这些奇数层与这些偶数层之间，用来分别电性连接每一奇数层的该第一型电极与每一偶数层的该第一型电极，以及每一奇数层的该第二型电极与每一偶数层的该第二型电极；以及

数个介电层分别位于每一奇数层的该第一型电极与该第二型电极之间、每一偶数层的该第一型电极与该第二型电极之间以及相邻的这些奇数层与这些偶数层之间。

2、根据权利要求1所述的多层叉合金属电容结构，其中每一奇数层的该第一型电极与该第二型电极的该第一部分以及每一偶数层的该第一型电极与该第二型电极的该第一部分都具有一第一结构以及一第二结构，并且该第一结构与该第二结构呈L型接合。

3、根据权利要求2所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔位于每一奇数层的该第一型电极的该第一部分的该第一结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第一结构上。

4、根据权利要求3所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔接合每一偶数层的该第一型电极的该第一部分的该第二结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第二结构。

5、根据权利要求2所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔位于每一奇数层的该第一型电极的该第一部分的该第一结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第二结构。

6、根据权利要求5所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔接合每一偶数层的该第一型电极的该第一部分的该第二结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第一结构。

7、根据权利要求2所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔位于每一奇数层的该第一型电极的该第一部分的该第二结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第一结构上。

8、根据权利要求7所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔接合每一偶数层的该第一型电极的该第一部分的该第一结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第二结构。

9、根据权利要求2所述的多层叉合金属电容结构，其中这些通孔位于每一奇数层的该第一型电极的该第一部分的该第二结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第二结构上，并且这些通孔接合每一偶数层的该第一型电极的该第一部分的该第一结构，以及该第二型电极的该第一部分的该第一结构。

10、根据权利要求1所述的多层叉合金属电容结构，其中在每一奇数层以及每一偶数层中，当该第一型电极为正极时，该第二型电极为负极；而当该第一型电极为负极，则该第二型电极为正极。