CN100490154C - 电容器结构 - Google Patents

Abstract

一种电容器结构，包括多层导电层、介电层及多个接触窗。多层导电层彼此堆叠配置，各导电层具有第一导电图案与第二导电图案。介电层配置在第一导电图案与第二导电图案之间，以及配置在相邻二层导电层之间。多个接触窗配置在介电层中，分别电性连接相邻二层导电层中的第一导电图案及电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案。其中，电性连接相邻二层导电层中的第一导电图案的接触窗为第一长条状接触窗，第一长条状接触窗延伸于相邻二层导电层中的第一导电图案之间，且第一长条状接触窗的边界位于第一导电图案的边界范围内。

Description

电容器结构

技术领域

本发明涉及一种电容器结构，尤其涉及一种具有高单位面积电容值的电容器结构。

背景技术

电容器是一种在集成电路中不可或缺的构件，在电容器的设计与工艺中，必须要考虑到电容器的电容值与设置面积，因此需要提出较佳的电容器设计与工艺。

一般来说，电容器主要可分为三种：金属-绝缘层-金属(metal-insulator-meta，MIM)电容器、金属线-金属线(metal-line to metal-line，MOM)电容器以及金属-绝缘层-多晶硅(metal-insulator-silicon，MIS)电容器。其中，MIM电容器与MOM电容器在深亚微米IC中的使用相当普遍，然而其单位面积电容值却偏低。另外，若使用高介电常数的材料，则虽然可以得到高的电容密度，但是其具有工艺繁琐费时与成本较高的问题存在，而且此电容器的可靠度较低。

随着半导体元件集成度的增加，元件的尺寸逐渐缩小，相对的使做为电容器的空间愈来愈小，也因此降低了电容器的电容值。而在进入深亚微米(deep sub-micron)的工艺后，电容器的电容值降低的问题更为严重。

因此，如何在现行的集成电路工艺中提出一种具有高集成度且高电容量的电容器结构，以在储存电容器所占的平面逐渐缩小的情况下，仍可有效增加电极的表面积，以提升电容器性能，乃是目前集成电路设计中的首要课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是提供一种电容器结构，其具有较高的单位面积电容值。

本发明的另一目的是提供一种电容器结构，能避免电容器中各导电材料之间产生桥接现象。

本发明的又一目的是提供一种电容器结构，其具有较佳的匹配程度。

本发明的再一目的是提供一种电容器结构，以提高电容器的电容值。

本发明提出一种电容器结构，包括多层导电层、介电层及多个接触窗。多层导电层彼此堆叠配置，各导电层具有第一导电图案与第二导电图案。介电层配置在第一导电图案与第二导电图案之间，以及配置在相邻二层导电层之间。多个接触窗配置在介电层中，分别电性连接相邻二层导电层中的第一导电图案及电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案。其中，电性连接相邻二层导电层中的第一导电图案的接触窗为第一长条状接触窗，第一长条状接触窗延伸于相邻二层导电层中的第一导电图案之间，且第一长条状接触窗的边界位于第一导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案的接触窗包括第二长条状接触窗，第二长条状接触窗延伸于相邻二层导电层中的第二导电图案之间，且第二长条状接触窗的边界位于第二导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案的接触窗包括柱状接触窗。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，导电层的材质包括金属。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，接触窗的材质包括金属。

本发明另提出一种电容器结构，包括多层导电层、介电层及多个接触窗。多层导电层彼此堆叠配置，各导电层具有第一梳状导电图案与第二梳状导电图案，且各第一梳状导电图案与各第二梳状导电图案的梳齿部交错对应配置。介电层配置在第一梳状导电图案与第二梳状导电图案之间，以及配置在相邻二层导电层之间。多个接触窗配置在介电层中，分别电性连接相邻二层导电层中的第一梳状导电图案及电性连接相邻二层导电层中的第二梳状导电图案。其中，电性连接相邻二层导电层中的第一梳状导电图案的接触窗为第一梳状接触窗，第一梳状接触窗的图案与第一梳状导电图案的图案相对应，且第一梳状接触窗的边界位于第一梳状导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二梳状导电图案的接触窗包括第二梳状接触窗，第二梳状接触窗的图案与第二梳状导电图案的图案相对应，且第二梳状接触窗的边界位于第二梳状导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二梳状导电图案的接触窗包括柱状接触窗。

本发明又提出一种电容器结构，包括多层导电层、介电层及多个接触窗。多层导电层彼此堆叠配置，各导电层具有彼此交错对应配置的第一螺旋状导电图案与第二螺旋状导电图案。介电层配置在第一螺旋状导电图案与第二螺旋状导电图案之间，以及配置在相邻二层导电层之间。多个接触窗配置在介电层中，分别电性连接相邻二层导电层中的第一螺旋状导电图案及电性连接相邻二层导电层中的第二螺旋状导电图案。其中，电性连接相邻二层导电层中的第一螺旋状导电图案的接触窗为第一螺旋状接触窗，第一螺旋状接触窗的图案与第一螺旋状导电图案的图案相对应，且第一螺旋状接触窗的边界位于第一螺旋状导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二螺旋状导电图案的接触窗包括第二螺旋状接触窗，第二螺旋状接触窗的图案与第二螺旋状导电图案的图案相对应，且第二螺旋状接触窗的边界位于第二螺旋状导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二螺旋状导电图案的接触窗包括柱状接触窗。

本发明再提出一种电容器结构，包括多层导电层、介电层及多个接触窗。多层导电层彼此堆叠配置，各导电层具有一第一导电图案与一第二导电图案，第一导电图案具有开口，且第二导电图案配置于开口中。介电层配置在第一导电图案与第二导电图案之间，以及配置在相邻二层导电层之间。多个接触窗配置在介电层中，分别电性连接相邻二层导电层中的第一导电图案及电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案。其中，电性连接相邻二层导电层中的第一导电图案的接触窗为环状接触窗，环状接触窗的图案与第一导电图案的图案相对应，且环状接触窗的边界位于第一导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案的接触窗包括长条状接触窗，长条状接触窗延伸于相邻二层导电层中的第二导电图案之间，且长条状接触窗的边界位于第二导电图案的边界范围内。

依照本发明的一优选实施例所述，在上述的电容器结构中，电性连接相邻二层导电层中的第二导电图案的接触窗包括柱状接触窗。

由于本发明的电容器结构用以连接相邻二导电层的接触窗为长条状接触窗，且延伸于相邻二层导电层中的第二导电图案之间，或为具有与导电层中的导电图案相对应的图案的接触窗，故可以提升单位面积的电容值。此外，长条状接触窗或具有与导电层中的导电图案相对应的图案的接触窗的边界位于相邻二导电层中的导电图案的边界范围内，所以能避免电容器中各导电材料之间产生桥接现象，且具有较佳的匹配程度。另一方面，藉由接触窗的配置，本发明的电容器可以由两层以上的导电层所构成，如此更可进一步提高电容器的单位面积的电容值。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所绘示为本发明一实施例的电容器结构的上视图；

图2所绘示为沿图1中A-A’剖面线的电容器结构的剖面图；

图3所绘示为本发明另一实施例的电容器结构的上视图；

图4所绘示为本发明一实施例的梳状电容器结构的上视图；

图5所绘示为本发明另一实施例的梳状电容器结构的上视图；

图6所绘示为本发明一实施例的螺旋状电容器结构的上视图；

图7所绘示为本发明另一实施例的螺旋状电容器结构的上视图；

图8所绘示为本发明又一实施例的电容器结构的上视图；

图9所绘示为本发明再一实施例的电容器结构的上视图；

图10所绘示为图8的立体示意图；

图11所绘示为图9的立体示意图。

主要元件符号说明

100、200、300、400：衬底

102、202、302、402：导电层

102a、102b、402a、402b：导电图案

104、204、304、404：介电层

106、206、306、406：接触窗

106a、106b、406b：长条状接触窗

106c、206c、306c、406c：柱状接触窗

202a、202b：梳状导电图案

206a、206b：梳状接触窗

302a、302b：螺旋状导电图案

306a、306b：螺旋状接触窗

406a：环状接触窗

408：开口

具体实施方式

图1所绘示为本发明一实施例的电容器结构的上视图。图2所绘示为沿图1中A-A’剖面线的电容器结构的剖面图。图3所绘示为本发明另一实施例的电容器结构的上视图。

首先，请同时参照图1及图2，电容器结构包括设置于衬底100上的多层导电层102、介电层104及多个接触窗106。衬底100例如是硅衬底。

导电层102彼此堆叠配置，每一导电层102具有导电图案102a与导电图案102b。导电层102的材质例如是金属等导电材质。在此所指的多层导电层102，其膜层数至少为二层，而本领域技术人员，可视集成电路设计上的需求来调整所需的导电层102的数量。

介电层104配置在导电图案102a与导电图案102b之间，以及配置在相邻二层导电层102之间。介电层104的材质例如是氧化硅或氮化硅等的介电材质。

接触窗106配置在介电层104中，分别电性连接相邻二层导电层102中的导电图案102a及电性连接相邻二层导电层102中的导电图案102b。接触窗106的材质例如是金属等适当材质。其中，电性连接相邻二层导电层102中的导电图案102a的接触窗106例如是长条状接触窗106a，长条状接触窗106a延伸于相邻二层导电层102中的导电图案102a之间，且长条状接触窗106a的边界位于导电图案102a的边界范围内。

此外，电性连接相邻二层导电层102中的导电图案102b的接触窗106例如是长条状接触窗106b，长条状接触窗106b延伸于相邻二层导电层102中的导电图案102b之间，且长条状接触窗106b的边界位于导电图案102b的边界范围内。

接着，请参照图3，在另一实施例中，电性连接相邻二层导电层102中的导电图案102b的接触窗106例如是柱状接触窗106c。

由于用以连接相邻二导电层102的接触窗106为长条状接触窗106a、106b，且分别延伸于相邻二层导电层102中的导电图案102a、102b之间，能增加电容器的表面积，故可以提升单位面积的电容值。此外，长条状接触窗106a、106b的边界分别位于相邻二导电层102中的导电图案102a、102b的边界范围内，能避免在制作电容器的过程中，各导电材料之间产生桥接现象，且具有较佳的匹配程度。而且，藉由接触窗106的配置，本发明的电容器可以由二层以上的导电层102所构成，如此更可进一步提高电容器的单位面积的电容值。

以下，举例说明本发明的电容器结构的各种不同型态。

图4所绘示为本发明一实施例的梳状电容器结构的上视图。图5所绘示为本发明另一实施例的梳状电容器结构的上视图。

首先，请先参照图4，电容器结构设置于衬底200上的多层导电层202、介电层204及多个接触窗206。衬底200例如是硅衬底。

导电层202彼此堆叠配置，每一导电层202具有梳状导电图案202a与梳状导电图案202b，且梳状导电图案202a与梳状导电图案202b的梳齿部交错对应配置。导电层202的材质例如是金属等导电材质。在此所指的多层导电层202，其膜层数至少为二层，而本领域技术人员，可视集成电路设计上的需求来调整所需的导电层202的数量。

介电层204配置在梳状导电图案202a与梳状导电图案202b之间，以及配置在相邻二层导电层202之间。介电层204的材质例如是氧化硅或氮化硅等的介电材质。

接触窗206配置在介电层204中，分别电性连接相邻二层导电层202中的梳状导电图案202a及电性连接相邻二层导电层中的梳状导电图案202b。接触窗206的材质例如是金属等适当材质。其中，电性连接相邻二层导电层202中的梳状导电图案202a的接触窗206例如是梳状接触窗206a，梳状接触窗206a的图案与梳状导电图案202a的图案相对应，且梳状接触窗206a的边界位于梳状导电图案202a的边界范围内。

此外，电性连接相邻二层导电层202中的梳状导电图案202b的接触窗206例如是梳状接触窗206b，梳状接触窗206b的图案与梳状导电图案202b的图案相对应，且梳状接触窗206b的边界位于梳状导电图案202b的边界范围内。

接着，请参照图5，在另一实施例中，电性连接相邻二层导电层202中的梳状导电图案202b的接触窗206例如是柱状接触窗206c。

由于本发明将作为电极之用的二导电图案以梳状的方式对应配置，以提高单位面积中同一层导电层的个别电极的绕线长度，所以可以提高电容器的单位面积的电容值。

图6所绘示为本发明一实施例的螺旋状电容器结构的上视图。图7所绘示为本发明另一实施例的螺旋状电容器结构的上视图。

首先，请参照图6，电容器结构设置于衬底300上的多层导电层302、介电层304及多个接触窗306。衬底300例如是硅衬底。

导电层302彼此堆叠配置，每一导电层302具有彼此交错对应配置的螺旋状导电图案302a与螺旋状导电图案302b。导电层302的材质例如是金属等导电材质。在此所指的多层导电层302，其膜层数至少为二层，而本领域技术人员，可视集成电路设计上的需求来调整所需的导电层302的数量。此外，螺旋状导电图案302a与螺旋状导电图案302b除了可以是如图6中的矩形螺旋图案或是其他种类的矩形螺旋图案之外，也可以是其他形状的螺旋图案，例如圆弧形、椭圆形、三角形、多边形、不规则形等形状的螺旋图案。

介电层304配置在螺旋状导电图案302a与螺旋状导电图案302b之间，以及配置在相邻二层导电层302之间。介电层304的材质例如是氧化硅或氮化硅等的介电材质。

接触窗306配置在介电层304中，分别电性连接相邻二层导电层302中的螺旋状导电图案302a及电性连接相邻二层导电层302中的螺旋状导电图案302b。接触窗306的材质例如是金属等适当材质。其中，电性连接相邻二层导电层302中的螺旋状导电图案302a的接触窗306例如是螺旋状接触窗306a，螺旋状接触窗306a的图案与螺旋状导电图案302a的图案相对应，且螺旋状接触窗306a的边界位于螺旋状导电图案302a的边界范围内。

此外，电性连接相邻二层导电层302中的螺旋状导电图案302b的接触窗306例如是螺旋状接触窗306b，螺旋状接触窗306b的图案与螺旋状导电图案302b的图案相对应，且螺旋状接触窗306b的边界位于螺旋状导电图案302b的边界范围内。

接着，请参照图7，在另一实施例中，电性连接相邻二层导电层302中的螺旋状导电图案302b的接触窗306包括柱状接触窗306c。

由于本发明将作为电极之用的二导电图案以螺旋状的方式对应配置，以提高单位面积中同一层导电层的个别电极的绕线长度，所以可以提高电容器的单位面积的电容值。

图8所绘示为本发明又一实施例的电容器结构的上视图。图9所绘示为本发明再一实施例的电容器结构的上视图。图10所绘示为图8的立体示意图。图11所绘示为图9的立体示意图。

首先，请参照图8，电容器结构设置于衬底400上的多层导电层402、介电层404及多个接触窗406。衬底400例如是硅衬底。

导电层402彼此堆叠配置，每一导电层402具有导电图案402a与导电图案402b，导电图案402a具有开口408，导电图案402b配置于开口408中。导电层402的材质例如是金属等导电材质。在此所指的多层导电层402，其膜层数至少为二层，而本领域技术人员，可视集成电路设计上的需求来调整所需的导电层402的数量。

介电层404配置在导电图案402a与导电图案402b之间，以及配置在相邻二层导电层402之间。介电层404的材质例如是氧化硅或氮化硅等的介电材质。

接触窗406配置在介电层404中，分别电性连接相邻二层导电层402中的导电图案402a及电性连接相邻二层导电层402中的导电图案402b。接触窗406的材质例如是金属等适当材质。其中，电性连接相邻二层导电层402中的导电图案402a的接触窗406例如是环状接触窗406a，环状接触窗406a的图案与导电图案402a的图案相对应，且环状接触窗406a的边界位于导电图案402a的边界范围内。

此外，电性连接相邻二层导电层402中的导电图案402b的接触窗406例如是长条状接触窗406b，长条状接触窗406b延伸于相邻二层导电层402中的导电图案402b之间，且长条状接触窗406b的边界位于导电图案402b的边界范围内。

接着，请参照图9，在另一实施例中，电性连接相邻二层导电层402中的导电图案402b的接触窗例如是柱状接触窗406c。

此外，值得注意的是，虽然在图8及图9所绘示导电图案402a只有一个开口408，但并不用以限制本发明。本领域技术人员可轻易推知，导电图案402a也可具有二个以上的开口408而形成网状导电图案(请参照图10及图11)，且如此一来用以连接相邻二导电图案402a的接触窗406也会呈现网状的型态。

由于本发明作为电极之用的一导电图案为环状或网状等型态，另一导电图案配置于所对应开口中，以提高单位面积中同一层导电层的个别电极的绕线长度，所以可以提高电容器的单位面积的电容值。

综上所述，本发明至少具有下列优点：

1.本发明的电容器结构用以连接相邻二导电层的接触窗为长条状接触窗或为具有与导电层中的导电图案相对应的图案的接触窗，故可以提升单位面积的电容值。

2.在本发明的电容器结构中，长条状接触窗或具有与导电层中的导电图案相对应的图案的接触窗的边界位于相邻二导电层中的导电图案的边界范围内，所以能避免电容器中各导电材料之间产生桥接现象，且具有较佳的匹配程度。

3.本发明的电容器结构藉由接触窗的配置，可以由两层以上的导电层所构成，如此更可进一步提高电容器的单位面积的电容值。

4.在本发明的电容器结构中，作为电极之用的二导电图案能以各种几何图案进行对应配置，以提高单位面积中同一层导电层的个别电极的绕线长度，所以可以提高电容器的单位面积的电容值。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (5)

1.一种电容器结构，包括：

多层导电层，彼此堆叠配置，各该些导电层具有一第一导电图案与一第二导电图案，该第一导电图案具有一开口，且该第二导电图案配置于该开口中；

一介电层，配置在该些第一导电图案与该些第二导电图案之间，以及配置在相邻二层导电层之间；以及

多个接触窗，配置在该介电层中，分别电性连接相邻二层导电层中的该些第一导电图案及电性连接相邻二层导电层中的该些第二导电图案，其中

电性连接相邻二层导电层中的该些第一导电图案的该接触窗为一环状接触窗，该环状接触窗的图案与该第一导电图案的图案相对应，且该环状接触窗的边界位于该第一导电图案的边界范围内。

2.根据权利要求1所述的电容器结构，其中电性连接相邻二层导电层中的该些第二导电图案的该接触窗包括一长条状接触窗，该长条状接触窗延伸于相邻二层导电层中的该些第二导电图案之间，且该长条状接触窗的边界位于该第二导电图案的边界范围内。

3.根据权利要求1所述的电容器结构，其中电性连接相邻二层导电层中的该些第二导电图案的该接触窗包括一柱状接触窗。

4.根据权利要求1所述的电容器结构，其中该导电层的材质包括金属。

5.根据权利要求1所述的电容器结构，其中该些接触窗的材质包括金属。

Images