DE102008047865B4 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung - Google Patents

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung Download PDF

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Abstract

Schaltungsanordnung (500) mit – einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen (102, 104, 106, 108, 110, 112, 202, 204, 206, 208, 302, 304, 306, 308, 402, 404, 406, 408), die sich parallel zu einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats erstrecken, – mit einer Kapazitätsstruktur (502), die in mindestens zwei der Mehrzahl von Metallisierungsebenen ausgebildet ist, wobei die Kapazitätsstruktur (502) in einer ersten Metallisierungsebene (104, 202, 304, 404) eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen (104_10, 202_10, 304_10, 404_10) und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen (104_20, 202_20, 304_20, 404_20) umfasst, wobei die Kapazitätsstruktur (502) in einer zweiten Metallisierungsebene (102, 204, 302, 402) eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen (102_10, 204_10, 302_10, 402_10) und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen (102_20, 204_20, 302_20, 402_20) umfasst, wobei die ersten leitfähigen Elemente (104_10, 202_10, 304_10, 404_10) der ersten Metallisierungsebene (104, 202, 304, 404) und die ersten leitfähigen Elemente (102_10, 204_10, 302_10, 402_10) der zweiten...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Kapazitätsstruktur, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung.
  • Vor allem in integrierten Halbleiterschaltungen finden Kapazitätsstrukturen eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Eine Kapazitätsstruktur kann als passives Bauelement in analogen Schaltungen eingesetzt werden, beispielsweise in einem Analog-Digital-Wandler, einem Digital-Analog-Wandler, einer Oszillatorschaltung oder einem Filter mit geschalteten Kondensatoren, im Englischen als „switched capacitor filter” bezeichnet. Des Weiteren kann eine Kapazitätsstruktur verwendet werden, um eine Leitung zu stabilisieren, wenn Störeinflüsse auf die Leitung einwirken. Beispielsweise können Störeinflüsse bewirken, dass Spannungsschwankungen auf einer Versorgungsspannungsleitung auftreten.
  • In einer integrierten Halbleiterschaltung kann ein Spannungsabfall, im Englischen als „IR-drop” bezeichnet, auftreten. Von einer Versorgungsspannung, die an die integrierte Halbleiterschaltung von außen angelegt wird, kommt nur ein Teil bei einem zu schaltenden Transistor an. Je niedriger die Versorgungsspannung und je höher die Leistungsaufnahme der integrierten Halbleiterschaltung ist, desto geringer ist die Spannung, die an dem zu schaltenden Transistor ankommt. Zusätzlich dazu können kurze Schaltzeiten einen dynamischen „IR-drop” bewirken. Eine Kapazitätsstruktur, die nahe an dem schaltenden Transistor angebracht ist, kann die Versorgungsspannung des Transistors stabilisieren und einem dynamischen „IR-drop” entgegenwirken. Dabei nimmt die Kapazitätsstruktur bei einer Spannungsspitze Ladungen aus der integrierten Halbleiterschaltung auf. Bei einem Spannungseinbruch gibt die Kapazitätsstruktur die vorher aufgenommene Ladung wieder an die integrierte Halbleiterschaltung ab. Eine derartige Kapazitätsstruktur wird als Blockkondensator oder als Stützkondensator bezeichnet.
  • Die US 6066537 A offenbart eine Kapazitätsstruktur mit einer ersten Platte, einer zweiten Platte und einer dritten Platte, die über einem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Das Halbleitersubstrat hat einen ersten Leitfähigkeitstyp und in dem Halbleitersubstrat ist eine Wanne mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp eindiffundiert, um zu verhindern, dass Störungen und Signale von extern in die Kapazitätsstruktur einkoppeln.
  • Die WO 2007/134904 A1 offenbart eine Kapazitätsschaltung, die auf einem Halbleiterchip angeordnet ist, mit einer VNCAP-Kapazität und einer MOS-Kapazität. Die VNCAP-Kapazität hat einen festen Kapazitätswert und die MOS-Kapazität hat einen variablen Kapazitätswert. Die MOS-Kapazität ist parallel zu der VNCAP-Kapazität geschaltet, um den Gesamtkapazitiätswert der Kapazitätsschaltung einstellen zu können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Leistungscharakteristik und eine Kapazitätsstruktur mit einer hohen Kapazitätsdichte aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Schaltungsanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 28 gelöst.
  • Die Schaltungsanordnung weist eine Mehrzahl von Metallisierungsebenen auf, die sich parallel zu einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats erstrecken. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin eine Kapazitätsstruktur auf, die in mindestens zwei der Mehrzahl von Metallisierungsebenen ausgebildet ist. Die Kapazitätsstruktur umfasst in einer ersten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen. Die Kapazitätsstruktur umfasst weiterhin in einer zweiten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen. Die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene und die ersten leitfähigen Elemente der zweiten Metallisierungsebene sind einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet. Die zweiten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene und die zweiten leitfähigen Elemente der zweiten Metallisierungsebene sind einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet. Die Schaltungsanordnung weist weiterhin eine Schaltungseinheit und ein Schaltungselement auf. Das Schaltungselement ist in der ersten Metallisierungsebene angeordnet und überdeckt sich mit einem in der zweiten Metallisierungsebene liegenden, ersten oder zweiten leitfähigen Element der Kapazitätsstruktur zumindest teilweise. Das Schaltungselement ist mit der Schaltungseinheit gekoppelt.
  • Innerhalb der Schaltungsanordnung ist ein Bereich, in dem die Kapazitätsstruktur vorgesehen ist, nicht blockiert, d. h. es kann ein Schaltungselement in diesem Bereich angeordnet sein. Selbst wenn sich die Kapazitätsstruktur in diesem Bereich über alle Metallisierungsebenen der Schaltungsanordnung erstreckt, kann ein Schaltungselement flexibel innerhalb der Kapazitätsstruktur angeordnet sein. Es können somit in diesem Bereich in jeder Metallisierungsebene sowohl ein Schaltungselement, als auch ein leitfähiges Element, das einer Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet ist, angeordnet sein. Die Kapazitätsstruktur kann sich auch nur über zwei Metallisierungsebenen der Schaltungsanordnung erstrecken, wobei das Schaltungselement flexibel in einer der beiden oder in beiden Metallisierungsebenen angeordnet sein kann. Die Flexibilität bei der Anordnung des Schaltungselements ermöglicht eine verbesserte Leistungscharakteristik und einen verringerten Flächenbedarf der Schaltungsanordnung.
  • Ein Bereich, der innerhalb der Kapazitätsstruktur in einer Metallisierungsebene oberhalb und/oder in einer Metallisierungsebene unterhalb des Schaltungselements liegt, kann zur Anordnung eines leitfähigen Elements genutzt werden, das einer Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet ist und das zur Gesamtkapazität der Kapazitätsstruktur beiträgt. Die Bereiche oberhalb und/oder unterhalb des Schaltungselements sind somit nicht für leitfähige Elemente der Kapazitätsstruktur gesperrt. Dadurch wird eine hohe Kapazitätsdichte ermöglicht.
  • Das Schaltungselement ist in die Kapazitätsstruktur integriert, die eine Mehrzahl von leitfähigen Elementen umfasst, die in einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen ausgebildet sind. Bei einer Analyse der Schaltungsanordnung ist das Schaltungselement nicht oder nur schwer zu entdecken, da die Mehrzahl von leitfähigen Elementen der Kapazitätsstruktur kaschierend auf das Schaltungselement wirken. Für einen Wettbewerber ist es somit schwer die Schaltungsanordnung zu analysieren, um sie nachzubauen. Ferner eignet sich die Schaltungsanordnung für eine Integration eines sicherheitskritischen Schaltungselements in der Kapazitätsstruktur, da ein Angreifer nur schwer Kenntnisse über den detaillierten Aufbau des sicherheitskritischen Schaltungselements erlangen kann.
  • Verschiedene Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • In einer Ausgestaltung ist das Schaltungselement eine Leitung. Die Leitung kann durch die Kapazitätsstruktur hindurch geführt werden, um die Schaltungseinheit mit einer weiteren Schaltungseinheit zu koppeln.
  • Die Leitung muss nicht um die Kapazitätsstruktur herum geführt werden, sondern kann durch die Kapazitätsstruktur hindurch geführt werden. Dadurch wird eine Anordnung einer kurzen Leitung ermöglicht, die wenig Verdrahtungsfläche benötigt und eine kurze Signallaufzeit und somit eine hohe Taktfrequenz ermöglicht.
  • In einer Ausgestaltung ist die Leitung eine Signalleitung und in einer anderen Ausgestaltung ist die Leitung eine Versorgungsspannungsleitung. Das Schaltungselement kann beispielsweise eine Mehrzahl von Leitungen eines Schaltungsblocks umfassen.
  • In einer Ausgestaltung ist der Schaltungsblock ein analoger Schaltungsblock. In einer anderen Ausgestaltung ist der Schaltungsblock ein digitaler Schaltungsblock. In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Schaltungsblock einen analogen Schaltungsteil und einen digitalen Schaltungsteil.
  • In einer Weiterbildung ist der Schaltungsblock innerhalb der zweiten Metallisierungsebene in einem Bereich angeordnet, der sich mit einem Bereich des Halbleitersubstrats überdeckt, wobei der Bereich des Halbleitersubstrats dotierte Gebiete aufweist, die aktive Bauelemente des Schaltungsblocks bilden. Mit anderen Worten ausgedrückt, kann eine Prozessoreinheit oder eine Signalverarbeitungseinheit in die Kapazitätsstruktur integriert sein.
  • Hinsichtlich einer räumlichen Ausgestaltung kann die Kapazitätsstruktur rechteckförmig ausgebildet sein. Die rechteckförmige Kapazitätsstruktur erstreckt sich in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung, wobei die erste Richtung orthogonal zu der zweiten Richtung verläuft. Der Schaltungsblock erstreckt sich ebenfalls in die erste Richtung und in die zweite Richtung. In der ersten Richtung ist eine Abmessung des Schaltungsblocks geringer ist als eine Abmessung der rechteckförmigen Kapazitätsstruktur. In der zweiten Richtung ist eine Abmessung des Schaltungsblocks gleich oder geringer als eine Abmessung der rechteckförmigen Kapazitätsstruktur.
  • In einer Ausgestaltung ist mindestens eine Leitung der Mehrzahl von Leitungen des Schaltungsblocks mit der Kapazitätsstruktur gekoppelt. Ferner kann das Schaltungselement von der Kapazitätsstruktur elektrisch isoliert sein.
  • In einer Weiterbildung sind die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene mit den ersten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene über Durchkontaktierungen verbunden. Die zweiten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene sind mit den zweiten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene ebenfalls über Durchkontaktierungen verbunden.
  • In einer Weiterbildung sind die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene über ein erstes Verbindungselement miteinander verbunden. Das erste Verbindungselement ist in einer Metallisierungsebene der Kapazitätsstruktur und innerhalb eines Bereichs der Kapazitätsstruktur angeordnet.
  • In einer Ausgestaltung ist die erste Metallisierungsebene benachbart zu der zweiten Metallisierungsebene angeordnet.
  • In einer Weiterbildung umfasst die Kapazitätsstruktur in einer dritten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen. Die ersten leitfähigen Elemente der dritten Metallisierungsebene sind der ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet und die zweiten leitfähigen Elemente der dritten Metallisierungsebene sind der zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet. Das Schaltungselement überdeckt sich mit einem in der dritten Metallisierungsebene liegenden, ersten oder zweiten leitfähigen Element der Kapazitätsstruktur zumindest teilweise. Die zweite Metallisierungsebene ist unterhalb der ersten Metallisierungsebene angeordnet und die dritte Metallisierungsebene ist oberhalb der ersten Metallisierungsebene angeordnet.
  • In einer Ausgestaltung bildet die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen in der zweiten Metallisierungsebene eine regelmäßige Struktur.
  • In einer Ausgestaltung bilden die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen in der ersten Metallisierungsebene eine regelmäßige Struktur, die durch das Schaltungselement unterbrochen wird.
  • In einer Ausgestaltung ist die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen der ersten Metallisierungsebene als erste Streifen ausgebildet und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen der ersten Metallisierungsebene ist als zweite Streifen ausgebildet. Die ersten Streifen und die zweiten Streifen sind parallel zueinander angeordnet sind und jeweils einer der ersten Streifen wechselt sich mit einem der zweiten Streifen ab.
  • In einer Ausgestaltung ist die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene als erste Streifen ausgebildet und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene ist als zweite Streifen. Die ersten Streifen und die zweiten Streifen sind parallel zueinander angeordnet und jeweils einer der ersten Streifen wechselt sich mit einem der zweiten Streifen ab.
  • In einer Ausgestaltung erstrecken sich die ersten Streifen und die zweiten Streifen der ersten Metallisierungsebene in eine erste Richtung und die ersten Streifen und die zweiten Streifen der zweiten Metallisierungsebene erstrecken sich in eine zweite Richtung. Die erste Richtung verläuft orthogonal zu der zweiten Richtung.
  • In einer Weiterbildung sind die ersten Streifen der ersten Metallisierungsebene oder der zweiten Metallisierungsebene über ein in einer Metallisierungsebene liegendes Verbindungselement miteinander verbunden. Die ersten Streifen der ersten Metallisierungsebene oder der zweiten Metallisierungsebene erstrecken sich in eine erste Richtung und das Verbindungselement erstreckt sich in eine zweite Richtung. Die erste Richtung verlauft orthogonal zu der zweiten Richtung.
  • In einer Ausgestaltung bildet die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen der ersten Metallisierungsebene einen gitterförmigen Bereich und die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen der ersten Metallisierungsebene ist in Zwischenräumen des gitterförmigen Bereichs angeordnet.
  • In einer Ausgestaltung ist die Schaltungsanordnung eine integrierte Halbleiterschaltung.
  • Ein System weist einen analogen Schaltungsteil, einen digitalen Schaltungsteil und einen Hochfrequenz-Schaltungsteil auf. Mindestens einer der Schaltungsteile weist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auf.
  • In einer Ausgestaltung ist das System ein Ein-Chip-System.
  • In einer Ausgestaltung weist der digitale Schaltungsteil einen Prozessor auf.
  • Ausführungsbeispiele werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombinationen einer Ausführungsform mit Merkmalen und Merkmalskombinationen einer anderen Ausführungsform geeignet zu kombinieren, um zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen. Es zeigen:
  • 1A–1F eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind;
  • 2A–2D eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind;
  • 3A–3D eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind;
  • 4A–4D eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind;
  • 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
  • 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 600; und
  • 7 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Schaltungsanordnung.
  • Die 1A–1F zeigen eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind. Die Kapazitätsstruktur ist in einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108, 110, 112 ausgebildet, wobei sich die Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108, 110, 112 parallel zu einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats (nicht dargestellt) erstrecken. Die 1A–1F zeigen die Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108, 110, 112 jeweils in einer Draufsicht. 1A zeigt einen Ausschnitt einer ersten Metallisierungsebene 102, die auf bzw. über dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist. Die 1B–1F zeigen jeweils einen Ausschnitt einer zweiten Metallisierungsebene 104, einer dritten Metallisierungsebene 106, einer vierten Metallisierungsebene 108, einer fünften Metallisierungsebene 110 und einer sechsten Metallisierungsebene 112, die übereinander ausgebildet sind.
  • Bei der ersten bis sechsten Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108, 110, 112 handelt es sich um jeweils benachbarte Metallisierungsebenen, d. h. die erste Metallisierungsebene 102 ist benachbart zu der zweiten Metallisierungsebene 104 angeordnet, die zweite Metallisierungsebenen 104 ist benachbart zu der dritten Metallisierungsebene 106 angeordnet, usw. Zwei benachbarte Metallisierungsebenen sind durch eine nicht dargestellte Isolationsschicht voneinander elektrisch isoliert. Die erste Metallisierungsebene 102 ist von dem Halbleitersubstrat ebenfalls durch eine nicht dargestellte Isolationsschicht isoliert. Die in den 1A–1F gezeigten Ausschnitte der Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108, 110, 112 liegen übereinander und überdecken sich. In den 1B–1F sind zusätzlich zu den Metallisierungsebenen 104, 106, 108, 110, 112 Durchkontaktierungen 114, 120, 126, 132, 134 in einer Draufsicht gezeigt. Die Durchkontaktierungen 114, 120, 126, 132, 134 schaffen, durch die Isolationsschicht hindurch, eine elektrische Verbindung einer Metallisierungsebene mit der jeweils darunterliegenden, benachbarten Metallisierungsebene.
  • 1A zeigt einen Ausschnitt der ersten Metallisierungsebene 102, die eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen 102_10 und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen 102_20 umfasst. Die ersten leitfähigen Elemente 102_10 sind einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet und die zweiten leitfähigen Elemente 102_20 sind einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet. Die ersten leitfähigen Elemente 102_10 sind als erste Streifen ausgebildet und die zweiten leitfähigen Elemente 102_20 sind als zweite Streifen ausgebildet. Die ersten Streifen 102_10 umfassen Streifen 102_11, 102_12, 102_13, 102_14, 102_15, 102_16. Die zweiten Streifen 102_20 umfassen Streifen 102_21, 102_22, 102_23, 102_24, 102_25, 102_26. Die ersten Streifen 102_10 und die zweiten Streifen 102_20 sind in der ersten Metallisierungsebene 102 parallel zueinander angeordnet und jeweils einer der ersten Streifen 102_10 wechselt sich mit einem der zweiten Streifen 102_20 ab.
  • Jeder der ersten Streifen 102_10 und jeder der zweiten Streifen 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 weist eine Längenausdehnung bzw. eine Länge in eine x-Richtung und eine Breitenausdehnung bzw. eine Breite in eine y-Richtung auf, wobei die x-Richtung orthogonal zu der y-Richtung verläuft. Die Länge der ersten und zweiten Streifen 102_10, 102_20 ist größer als ihre Breite. In y-Richtung sind die ersten Streifen 102_10 und die zweiten Streifen 102_20 alternierend angeordnet, d. h. jeweils einer der ersten Streifen 102_10 wechselt sich mit einem der zweiten Streifen 102_20 ab. Die ersten Streifen 102_10 und die zweiten Streifen 102_20 bilden eine regelmäßige Struktur in der ersten Metallisierungsebene 102. Die ersten Streifen 102_10 und die zweiten Streifen 102_20 sind innerhalb der ersten Metallisierungsebene 102 durch ein Isolationsmaterial (nicht dargestellt) voneinander elektrisch isoliert.
  • 1B zeigt einen Ausschnitt der zweiten Metallisierungsebene 104, die eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen 104_10 und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen 104_20 umfasst. Ähnlich wie bei der ersten Metallisierungsebene 102 sind die ersten leitfähigen Elemente 104_10 als erste Streifen und die zweiten leitfähigen Elemente 104_20 als zweite Streifen ausgebildet. Die ersten Streifen 104_10 umfassen Streifen 104_11, 104_12, 104_13, 104_14, 104_15, 104_16. Die zweiten Streifen 104_20 umfassen Streifen 104_21, 104_22, 104_23, 104_24, 104_25, 104_26. Die ersten Streifen 104_10 und die zweiten Streifen 104_20 sind in der zweiten Metallisierungsebene 104 parallel zueinander angeordnet, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen 104_10 mit einem der zweiten Streifen 104_20 abwechselt. Die ersten Streifen 102_10 der ersten Metallisierungsebene 102 überdecken sich mit den ersten Streifen 104_10 der zweiten Metallisierungsebene 104 und die zweiten Streifen 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 überdecken sich mit den zweiten Streifen 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104. Die ersten Streifen 104_10 der zweiten Metallisierungsebene 104 sind über Durchkontaktierungen 114 mit den ersten Streifen 102_10 der ersten Metallisierungsebene 102 elektrisch verbunden. Die zweiten Streifen 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 sind ebenfalls über Durchkontaktierungen 114 mit den zweiten Streifen 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 elektrisch verbunden. Jeder Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 ist über eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 114 mit dem jeweils darunter liegenden Streifen 102_10, 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 elektrisch verbunden.
  • Die zweite Metallisierungsebene 104 umfasst Schaltungselemente 116, 118, die als Leitungen ausgebildet sind. Die Schaltungselemente 116, 118 sind mit einer Schaltungseinheit gekoppelt, die in den 1A–1F nicht dargestellt ist und die mit Bezug auf 5 näher beschrieben wird.
  • Die Leitung 116 weist eine Längenausdehnung bzw. eine Länge entlang der y-Richtung und eine Breitenausdehnung bzw. Breite entlang der x-Richtung auf. Die Länge der Leitung 116 ist größer als ihre Breite. Die Leitung 116 ist gerade, verläuft orthogonal zu den Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 und überdeckt sich teilweise mit den Streifen 102_10, 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102.
  • Die Leitung 118 ist L-förmig, wobei ein Teil der Leitung 118 orthogonal zu den Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 verläuft und ein weiterer Teil der Leitung 118 parallel zu den Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 verläuft. Die Leitung 118 überdeckt sich teilweise mit den Streifen 102_10, 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102.
  • Innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 104 besteht keine Verbindung der Schaltungselemente 116, 118 mit den Streifen 104_10, 104_20. Des Weiteren sind die Schaltungselemente 116, 118 nicht über eine Durchkontaktierung mit den Streifen 102_10, 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 verbunden.
  • Die ersten Streifen 104_10 und die zweiten Streifen 104_20 bilden eine regelmäßige Struktur in der zweiten Metallisierungsebene 104. Diese regelmäßige Struktur wird durch die Schaltungselemente 116, 118 unterbrochen. Die Schaltungselemente 116, 118 unterteilen die Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 in Teilbereiche. Das Schaltungselement 116 unterteilt jeden der Streifen 104_10, 104_20 in Teilbereiche und das Schaltungselement 118 unterteilt einen Teil der Streifen 104_10, 104_20 in Teilbereiche. Die Teilbereiche eines Streifens der zweiten Metallisierungsebene 104 sind über die Durchkontaktierungen 114 und über einen Streifen der ersten Metallisierungsebene 102, der sich mit den Teilbereichen des Streifens der zweiten Metallisierungsebene 104 überdeckt, miteinander verbunden. Beispielsweise wird der Streifen 104_11 durch das Schaltungselement 116 in zwei Teilbereiche unterteilt. Die zwei Teilbereiche sind über die Durchkontaktierungen 114 und über den Streifen 102_11 der ersten Metallisierungsebene 102 miteinander verbunden.
  • 1C zeigt einen Ausschnitt der dritten Metallisierungsebene 106, die eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen 106_10 und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen 106_20 umfasst. Ähnlich wie bei der ersten Metallisierungsebene 102, sind die ersten leitfähigen Elemente 106_10 als erste Streifen und die zweiten leitfähigen Elemente 106_20 als zweite Streifen ausgebildet. Die ersten Streifen 106_10 umfassen Streifen 106_11, 106_12, 106_13, 106_14, 106_15, 106_16. Die zweiten Streifen 106_20 umfassen Streifen 106_21, 106_22, 106_23, 106_24, 106_25, 106_26. Die ersten Streifen 106_10 und die zweiten Streifen 106_20 sind in der dritten Metallisierungsebene 106 parallel zueinander angeordnet, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen 106_10 mit einem der zweiten Streifen 106_20 abwechselt. Die ersten Streifen 106_10 der dritten Metallisierungsebene 106 überdecken sich mit den ersten Streifen 102_10 der ersten Metallisierungsebene 102 und den ersten Streifen 104_10 der zweiten Metallisierungsebene 104. Die zweiten Streifen 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106 überdecken sich mit den zweiten Streifen 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 und den zweiten Streifen 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104. Die ersten Streifen 106_10 der dritten Metallisierungsebene 106 sind über Durchkontaktierungen 120 mit den ersten Streifen 104_10 der zweiten Metallisierungsebene 104 elektrisch verbunden. Die zweiten Streifen 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106 sind ebenfalls über Durchkontaktierungen 120 mit den zweiten Streifen 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 elektrisch verbunden. Jeder Streifen 106_10, 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106 ist über eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 120 mit dem jeweils darunter liegenden Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 elektrisch verbunden.
  • In 1C sind mit gestrichelter Linie Bereiche 122, 124 gekennzeichnet, die der Lage der Schaltungselemente 116, 118 in der zweiten Metallisierungsebene 104 entsprechen. In diesen Bereichen 122, 124 überdecken sich die Schaltungselemente 116, 118 teilweise mit den Streifen 106_10, 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106. Ferner weisen die Streifen 106_10, 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106 in den Bereichen 122, 124 keine Durchkontaktierungen auf, d. h. die Schaltungselemente 116, 118 sind von der dritten Metallisierungsebene 106 elektrisch isoliert. Mit Bezug auf 1B wurde bereits beschrieben, dass keine Verbindung der Schaltungselemente 116, 118 mit den Streifen 104_10, 104_20 der zweiten Metallisierungsebene 104 und auch keine Verbindung der Schaltungselemente 116, 118 mit den Streifen 102_10, 102_20 der ersten Metallisierungsebene 102 besteht. Die Schaltungselemente 116, 118 sind somit von der Kapazitätsstruktur elektrisch isoliert.
  • 1D zeigt einen Ausschnitt der vierten Metallisierungsebene 108, die eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen 108_10 und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen 108_20 umfasst. Ähnlich wie bei den unterhalb der vierten Metallisierungsebene 108 liegenden Metallisierungsebenen 102, 104, 106 sind die ersten leitfähigen Elemente 108_10 als erste Streifen und die zweiten leitfähigen Elemente 108_20 als zweite Streifen ausgebildet. Die ersten Streifen 108_10 umfassen Streifen 108_11, 108_12, 108_13, 108_14, 108_15, 108_16. Die zweiten Streifen 108_20 umfassen Streifen 108_21, 108_22, 108_23, 108_24, 108_25, 108_26. Die ersten Streifen 108_10 und die zweiten Streifen 108_20 sind in der vierten Metallisierungsebene 108 parallel zueinander angeordnet, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen 108_10 mit einem der zweiten Streifen 108_20 abwechselt. Die ersten Streifen 108_10 der vierten Metallisierungsebene 108 überdecken sich mit den unterhalb der vierten Metallisierungsebene 108 liegenden ersten Streifen 102_10, 104_10, 106_10. Die zweiten Streifen 108_20 der vierten Metallisierungsebene 108 überdecken sich mit den unterhalb der vierten Metallisierungsebene 108 liegenden zweiten Streifen 102_20, 104_20, 106_20. Die Streifen 108_10, 108_20 der vierten Metallisierungsebene 108 sind über Durchkontaktierungen 126 mit den Streifen 106_10, 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106 elektrisch verbunden.
  • In 1D sind Teilbereiche der ersten Streifen 108_10 durch ein in der vierten Metallisierungsebene 108 liegendes Verbindungselement 128 miteinander verbunden. Weiterhin sind Teilbereiche der zweiten Streifen 106_20 durch ein in der vierten Metallisierungsebene 108 liegendes Verbindungselement 130 miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 128, 130 weisen eine Längenausdehnung in y-Richtung und eine Breitenausdehnung in x-Richtung auf, wobei ihre Längenausdehnung größer ist als ihre Breitenausdehnung. Innerhalb der vierten Metallisierungsebene 108 verlaufen die Verbindungselemente 128, 130 zum einen parallel zueinander und zum anderen orthogonal zu den Streifen 108_10, 108_20.
  • Während mittels der Durchkontaktierungen 114, 120, 126 eine Verbindung der Streifen einer Metallisierungsebene mit den Streifen der jeweils darunterliegenden Metallisierungsebene geschaffen ist, bewirken die Verbindungselemente 128, 130 eine Verbindung der Streifen bzw. eine Verbindung von Teilbereichen der Streifen innerhalb einer Metallisierungsebene. Über das Verbindungselement 128 sind die ersten Streifen bzw. Teilbereiche der ersten Streifen der Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108 indirekt miteinander verbunden und über das Verbindungselement 130 sind die zweiten Streifen bzw. Teilbereiche der zweiten Streifen der der Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108 indirekt miteinander verbunden. Beispielsweise sind durch das Verbindungselement 128 über die Durchkontaktierungen 126 die ersten Streifen 106_10 der dritten Metallisierungsebene 106 miteinander verbunden. Durch das Verbindungselement 130 sind über die Durchkontaktierungen 126 die zweiten Streifen 106_20 der dritten Metallisierungsebene 106 miteinander verbunden.
  • 1E zeigt einen Ausschnitt der fünften Metallisierungsebene 110, die eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen 110_10, die als erste Streifen ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen 110_20, die als zweite Streifen ausgebildet sind, umfasst. Die ersten Streifen 110_10 umfassen Streifen 110_11, 110_12, 110_13. Die zweiten Streifen 110_20 umfassen Streifen 110_21, 110_22, 110_23. Die ersten Streifen 110_10 und die zweiten Streifen 110_20 sind parallel zueinander angeordnet, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen 110_10 mit einem der zweiten Streifen 110_20 abwechselt.
  • Die Streifen der ersten bis vierten Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108 weisen alle eine gleiche Breite auf. Die Streifen 110_10, 110_20 der fünften Metallisierungsebene 110 weisen eine größere Breite als die Streifen der darunterliegenden Metallisierungsebenen auf. Alle Streifen 110_10, 110_20 der fünften Metallisierungsebene 110 weisen die gleiche Breite auf, wobei diese gleiche Breite doppelt so groß ist wie die Breite der Streifen der ersten bis vierten Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108.
  • Die Streifen 110_10, 110_20 erstrecken sich in die x-Richtung und verlaufen somit parallel zu den Streifen der Metallisierungsebenen 102, 104, 106, 108. Die Streifen 110_10, 110_20 sind über Durchkontaktierungen 132 mit den Verbindungselementen 128, 130 der vierten Metallisierungsebene 108 verbunden. Über das Verbindungselement 128 sind die ersten Streifen 110_10 der vierten Metallisierungsebene 110 indirekt miteinander verbunden. Über das Verbindungselement 130 sind die zweiten Streifen 110_20 der vierten Metallisierungsebene 110 indirekt miteinander verbunden.
  • 1F zeigt einen Ausschnitt der sechsten Metallisierungsebene 112, die eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen 112_10, die als erste Streifen ausgebildet sind, und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen 112_20, die als zweite Streifen ausgebildet sind, umfasst. Die ersten Streifen 112_10 umfassen Streifen 112_11, 112_12, 112_13. Die zweiten Streifen 112_20 umfassen Streifen 112_21, 112_22, 112_23. Ähnlich wie bei der fünften Metallisierungsebene 110 sind die ersten Streifen 112_10 und die zweiten Streifen 112_20 parallel zueinander angeordnet, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen 112_10 mit einem der zweiten Streifen 112_20 abwechselt. Alle Streifen der fünften und sechsten Metallisierungsebene 110, 112 weisen die gleiche Breite auf und die Streifen der sechsten Metallisierungsebene 112 überdecken sich mit den Streifen der fünften Metallisierungsebene 110. Die ersten Streifen 112_10 der sechsten Metallisierungsebene 112 sind über Durchkontaktierungen 134 mit den ersten Streifen 110_10 der fünften Metallisierungsebene 110 elektrisch verbunden. Die zweiten Streifen 112_20 der sechsten Metallisierungsebene 112 sind ebenfalls über Durchkontaktierungen 134 mit den zweiten Streifen 110_20 der fünften Metallisierungsebene 110 verbunden. Jeder Streifen 112_10, 112_20 der sechsten Metallisierungsebene 112 ist über eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 134 mit dem jeweils darunterliegenden Streifen 110_10, 110_20 der fünften Metallisierungsebene 110 verbunden.
  • Die ersten Streifen bzw. die Teilbereiche der ersten Streifen der ersten bis sechsten Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108, 110, 112 sind über die Durchkontaktierungen 114, 120, 126, 132, 134 bzw. über das Verbindungselement 128 miteinander verbunden und bilden die erste Elektrode der Kapazitätsstruktur. Die zweiten Streifen bzw. die Teilbereiche der zweiten Streifen der ersten bis sechsten Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108, 110, 112 sind über die Durchkontaktierungen 114, 120, 126, 132, 134 bzw. über das Verbindungselement 130 miteinander verbunden und bilden die zweite Elektrode der Kapazitätsstruktur.
  • Die in 1B dargestellten Leitungen 116, 118 weisen die gleiche Breite wie die Streifen der ersten bis vierten Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108 auf. Bei einer Ausführungsform unterscheidet sich die Breite der Leitungen 116, 118 von der Breite der Streifen, aus denen die Kapazitätsstruktur aufgebaut ist. Beispielsweise weisen die Leitungen 116, 118 eine größere Breite auf als die Streifen der Kapazitätsstruktur. Die Breite der Leitungen 116, 118 kann somit, unabhängig von der Ausgestaltung der Kapazitätsstruktur, an die Anforderungen bzw. an die Eigenschaften des Signals, das auf der Leitung 116, 118 übertragen wird, angepasst werden.
  • Die Leitungen 116, 118 weisen eine gerade Form auf bzw. sind L-förmig. Bei einer Ausführungsform sind die Leitungen beliebig geformt. Beispielsweise kann eine Leitung, die durch die Kapazitätsstruktur hindurchgeführt ist, mehrere Stellen aufweisen, an denen sie rechtwinklig abbiegt.
  • Bei der in den 1A–1F dargestellten Ausführungsform sind die Leitungen 116, 118 lediglich in einer Metallisierungsebene, nämlich in der zweiten Metallisierungsebene 104, dargestellt. Bei einer Ausführungsform sind eine oder mehrere Leitungen in mindestens zwei Metallisierungsebenen der Kapazitätsstruktur angeordnet. Des Weiteren können in einer Metallisierungsebene auch mehrere Leitungen nebeneinander liegen. Beispielsweise kann innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 104 parallel zu der Leitung 116 eine weitere Leitung angeordnet sein, wobei sich zwischen der Leitung 116 und der weiteren Leitung keine Teilbereiche der Streifen befinden. Die Leitung 116 und die weitere Leitung liegen somit innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 104 direkt nebeneinander und sind nicht durch Teile der Streifen voneinander getrennt.
  • Die Leitung 116 ist innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 104 mit einem Abstand D zu den Streifen angeordnet. Der Abstand D kann an die Anforderungen bzw. an die Eigenschaften des Signals, das auf der Leitung 116 übertragen wird, angepasst werden. Beispielsweise sind lange Leitungen oder Leitungen, die zur Übertragung von analogen Signalen dienen, empfindlicher gegenüber Störeinflüssen als kurze Leitungen oder Leitungen, auf denen digitale Signale übertragen werden. Durch eine Vergrößerung des Abstands D kann eine Übertragung von Störungen, die von der Kapazitätsstruktur ausgehen, auf die Leitung 116 verhindert bzw. reduziert werden.
  • Die 2A–2D zeigen eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind. Ähnlich wie bei der mit Bezug auf die 1A–1F beschriebenen Ausführungsform umfasst die in den 2A–2D dargestellte Ausführungsform eine Kapazitätsstruktur, die in einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen 202, 204, 206, 208 ausgebildet ist, wobei sich die Metallisierungsebenen 202, 204, 206, 208 parallel zu einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats (nicht dargestellt) erstrecken. Die 2A–2D zeigen die Metallisierungsebenen 202, 204, 206, 208 jeweils in einer Draufsicht. Die Kapazitätsstruktur weist in jeder Metallisierungsebene 202, 204, 206, 208 eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen auf. Die ersten leitfähigen Elemente gehören einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur an und die zweiten leitfähigen Elemente gehören einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur an. Die leitfähigen Elemente sind als Streifen bzw. als Teilbereiche von Streifen ausgebildet, die innerhalb einer Metallisierungsebene parallel zueinander angeordnet sind. Die ersten leitfähigen Elemente sind als erste Streifen ausgebildet und die zweiten leitfähigen Elemente sind als zweite Streifen ausgebildet. Die ersten Streifen einer Metallisierungsebene sind mit den ersten Streifen der darunter liegenden, benachbarten Metallisierungsebene über Durchkontaktierungen verbunden und die zweiten Streifen einer Metallisierungsebenen sind mit den zweiten Streifen der darunter liegenden, benachbarten Metallisierungsebene ebenfalls über Durchkontaktierungen verbunden. Der Aufbau der Kapazitätsstruktur entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in den 1A–1F gezeigten Kapazitätsstruktur. Deshalb wird im Zusammenhang mit den 2A–2D auf eine detaillierte Beschreibung der Kapazitätsstruktur verzichtet.
  • 2A zeigt einen Ausschnitt einer ersten Metallisierungsebene 202, die erste Streifen 202_10 und zweite Streifen 202_20 umfasst. Die ersten Streifen 202_10 umfassen Streifen 202_11, 202_12, 202_13, 202_14, 202_15, 202_16 und die zweiten Streifen umfassen Streifen 202_21, 202_22, 202_23, 202_24, 202_25, 202_26.
  • Die erste Metallisierungsebene 202 umfasst weiterhin ein Schaltungselement 216, das in 2A schematisch dargestellt ist. Das Schaltungselement 216 ist ein Schaltungsblock, der in der ersten Metallisierungsebene 202 eine Mehrzahl von Leitungen (nicht dargestellt) aufweist. Der Schaltungsblock 216 kann ein analoger Schaltungsblock, beispielsweise ein Analog-Digital-Wandler, eine spannungsgesteuerte Oszillatorschaltung oder ein digitaler Schaltungsblock, beispielsweise ein Prozessor oder eine Standard-Zelle, sein. Bei einer Ausführungsform umfasst der Schaltungsblock 216 sowohl einen analogen Schaltungsteil als auch einen digitalen Schaltungsteil.
  • Der Bereich des in 2A dargestellten Schaltungsblocks 216 überdeckt sich mit einem Bereich des Halbleitersubstrats, in dem das Halbleitersubstrat dotierte Gebiete aufweist, die dem Schaltungsblock 216 zugeordnet sind. Die dotierten Gebiete bilden aktive Bauelemente des Schaltungsblocks 216 und sind mit den Leitungen des Schaltungsblocks 216, die in der ersten Metallisierungsebene 202 liegen, über Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) verbunden. Die aktiven Bauelemente sind beispielsweise Transistoren, wobei die Transistoren über die in der ersten Metallisierungsebene 202 liegenden Leitungen des Schaltungsblocks 216 miteinander verbunden sind. Der Schaltungsblock 216 ist ferner mit einer Schaltungseinheit (nicht dargestellt) gekoppelt, wie mit Bezug auf 5 näher beschrieben wird.
  • Der Schaltungsblock 216 ist mit einem Teilbereich des Streifens 202_12 elektrisch verbunden, Somit besteht eine Verbindung zwischen der Kapazitätsstruktur und dem Schaltungsblock 216. Die Kapazitätsstruktur kann beispielsweise dazu verwendet werden, um eine Versorgungsspannung des Schaltungsblocks 216 zu stabilisieren. Durch ein Einbetten des Schaltungsblocks 216 in die Kapazitätsstruktur wird bewirkt, dass die Kapazitätsstruktur nahe an dem Schaltungsblock 216 angebracht ist. Somit kann die Versorgungsspannung des Schaltungsblocks 216 wirkungsvoll stabilisiert werden und einem dynamischen Spannungsabfall an dem Schaltungsblock 216 kann entgegengewirkt werden.
  • 2B zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Metallisierungsebene 204, der sich mit dem in 2A dargestellten Ausschnitt überdeckt. In der zweiten Metallisierungsebene 204 umfasst die Kapazitätsstruktur erste Streifen 204_10 und zweite Streifen 204_20. Die ersten Streifen 204_10 umfassen Streifen 204_11, 204_12, 204_13, 204_14, 204_15, 204_16 und die zweiten Streifen 204_20 umfassen Streifen 204_21, 204_22, 204_23, 204_24, 204_25, 204_26. Die Streifen 204_10, 204_20 der zweiten Metallisierungsebene 204 sind über Durchkontaktierungen 214 mit den Streifen 202_10, 202_20 der ersten Metallisierungsebene 202 elektrisch verbunden.
  • In 2B ist mit gestrichelter Linie ein Bereich 222 gekennzeichnet, der senkrecht über dem Schaltungselement 216 liegt. In diesem Bereich 222 überdeckt sich das Schaltungselement 216 teilweise mit den ersten Streifen 204_10 und den zweiten Streifen 204_20 der zweiten Metallisierungsebene 204. Ferner befinden sich in diesem Bereich 222 keine Durchkontaktierungen, d. h. das Schaltungselement 216 ist nicht direkt mit den Streifen 204_10, 204_20 der zweiten Metallisierungsebene 204 über Durchkontaktierungen verbunden.
  • 2C zeigt einen Ausschnitt einer dritten Metallisierungsebene 206, der sich mit den in den 2A + 2B dargestellten Ausschnitten überdeckt. In der dritten Metallisierungsebene 206 umfasst die Kapazitätsstruktur erste Streifen 206_10 und zweite Streifen 206_20. Die ersten Streifen 206_10 umfassen Streifen 206_11, 206_12, 206_13, 206_14, 206_15, 206_16 und die zweiten Streifen 206_20 umfassen Streifen 206_21, 206_22, 206_23, 206_24, 206_25, 206_26. Die Streifen 206_10, 206_20 der dritten Metallisierungsebene 206 sind über Durchkontaktierungen 220 mit den Streifen 204_10, 204_20 der zweiten Metallisierungsebene 204 elektrisch verbunden.
  • 2D zeigt einen Ausschnitt einer vierten Metallisierungsebene 208, der sich mit den in den 2A–2C dargestellten Ausschnitten überdeckt. In der vierten Metallisierungsebene 208 umfasst die Kapazitätsstruktur erste Streifen 208_10 und zweite Streifen 208_20. Die ersten Streifen 208_10 umfassen Streifen 208_11, 208_12, 208_13, 208_14, 208_15, 208_16 und die zweiten Streifen 208_20 umfassen Streifen 208_21, 208_22, 208_23, 208_24, 208_25, 208_26. Die Streifen 208_10, 208_20 der vierten Metallisierungsebene 208 sind über Durchkontaktierungen 226 mit den Streifen 206_10, 206_20 der zweiten Metallisierungsebene 206 elektrisch verbunden. Mittels eines Verbindungselements 228 sind die ersten Streifen 202_10, 204_10, 206_10, 208_10 bzw. Teilbereiche der ersten Streifen 202_10, 204_10, 206_10, 208_10 innerhalb einer Metallisierungsebene 202, 204, 206, 208 miteinander verbunden. Mittels eines Verbindungselements 230 sind die zweiten Streifen 202_20, 204_20, 206_20, 208_20 bzw. Teilbereiche der zweiten Streifen 202_20, 204_20, 206_20, 208_20 innerhalb einer Metallisierungsebene 202, 204, 206, 208 miteinander verbunden.
  • Die in den 2A–2D dargestellte Kapazitätsstruktur ist rechteckförmig, d. h. der Bereich, in dem die Kapazitätsstruktur angeordnet ist, erstreckt sich in eine x-Richtung und in eine y-Richtung, wobei die y-Richtung orthogonal zu der x-Richtung verläuft. Auch der Schaltungsblock 216 erstreckt sich in die x-Richtung und in die y-Richtung. Der Schaltungsblock 216 weist in x-Richtung eine geringere Abmessung auf als die Kapazitätsstruktur. In y-Richtung sind die Abmessungen der Kapazitätsstruktur und des Schaltungsblock 216 im Wesentlichen identisch, so dass jeder Streifen 202_10, 202_20 der ersten Metallisierungsebene 202 von dem Schaltungsblock 216 in zwei Teilbereiche unterteilt wird. Bei einer Ausführungsform weist der Schaltungsblock 216 in y-Richtung eine geringere Abmessung auf als die Kapazitätsstruktur. Aufgrund der geringeren Abmessung des Schaltungsblocks 216 kann es in der ersten Metallisierungsebene 202 Streifen geben, die nicht durch den Schaltungsblock 216 unterteilt sind. Beispielsweise ist der Schaltungsblock 216 derart angeordnet, dass an seinen beiden Enden in y-Richtung die Streifen durchgehend sind, d. h. die Streifen 202_11 und 202_26 sind nicht unterbrochen. Der Schaltungsblock 216 ist somit in die Kapazitätsstruktur integriert.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Schaltungsblock 216 zusätzlich zu den Leitungen in der ersten Metallisierungsebene 202 auch Leitungen in einer weiteren Metallisierungsebene, beispielsweise in der zweiten Metallisierungsebene 204 auf. Die Leitungen der zweiten Metallisierungsebene 204 können über Durchkontaktierungen mit den Leitungen des Schaltungsblocks 216 der ersten Metallisierungsebene 202 verbunden sein. Bei dieser Ausführungsform sind Streifen 204_10, 204_20 der zweiten Metallisierungsebene 204 von Leitungen des Schaltungsblocks 216 unterbrochen.
  • Bei der in den 2A–2D dargestellten Ausführungsform ist ein Streifen 202_12 der ersten Metallisierungsebene 202 mit dem Schaltungselement 216 verbunden. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Schaltungselement 216 innerhalb der ersten Metallisierungsebene 202 von der Kapazitätsstruktur elektrisch isoliert, d. h. keiner der Streifen 202_10, 202_20 ist innerhalb der ersten Metallisierungsebene 202 mit dem Schaltungselement 216 verbunden. Wenn das Schaltungselement 216 auch nicht über Durchkontaktierungen mit den Streifen der zweiten Metallisierungsebene 202 verbunden ist, so ist das Schaltungselement 216 von der Kapazitätsstruktur vollständig isoliert. Bei einer weiteren Ausführungsform sind Leitungen, die dem Schaltungselement 216 angehören und die in der ersten Metallisierungsebene 202 angeordnet sind, über Durchkontaktierungen 214 mit mindestens einem Streifen 204_10, 204_20 der zweiten Metallisierungsebene 204 verbunden.
  • Die mit Bezug auf die 1A–1F und die 2A–2D dargestellten Kapazitätsstrukturen sind aus leitfähigen Elementen, die als Streifen ausgebildet sind, aufgebaut. Derartige Kapazitätsstrukturen können auf vielerlei Arten abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Anzahl, Lage, Form und Größe der Durchkontaktierungen, der Verbindungselemente und der Streifen verändert werden. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Verbindungselementen vorgesehen sein und die Mehrzahl von Verbindungselementen kann in verschiedenen Metallisierungsebenen angeordnet sein.
  • Bei einer Ausführungsform sind die leitfähigen Elemente der Kapazitätsstruktur in lediglich zwei Metallisierungsebenen ausgebildet. Dabei ist ein Schaltungselement in einer ersten Metallisierungsebene angeordnet. Das Schaltungselement überdeckt sich mit den Streifen einer zweiten Metallisierungsebene zumindest teilweise, wobei die zweite Metallisierungsebene benachbart zu der ersten Metallisierungsebene angeordnet ist.
  • Bei einer Ausführungsform sind die leitfähigen Elemente der Kapazitätsstruktur in lediglich drei Metallisierungsebenen ausgebildet. Dabei ist ein Schaltungselement in einer ersten Metallisierungsebene angeordnet. Das Schaltungselement überdeckt sich zumindest teilweise mit den Streifen einer zweiten Metallisierungsebene und zumindest teilweise mit den Streifen einer dritten Metallisierungsebene. Die zweite Metallisierungsebene ist unterhalb der ersten Metallisierungsebene angeordnet und die dritte Metallisierungsebene ist oberhalb der zweiten Metallisierungsebene angeordnet, wobei die zweite Metallisierungsebene benachbart zu der ersten Metallisierungsebene angeordnet ist und die dritte Metallisierungsebene ebenfalls benachbart zu der ersten Metallisierungsebene angeordnet ist.
  • Bei den in den 1A–1F und den 2A–2D dargestellten Kapazitätsstrukturen verlaufen alle Streifen in die x-Richtung. Bei einer Ausführungsform kreuzen sich die Streifen in mindestens einer Metallisierungsebene mit den Streifen in den anderen Metallisierungsebenen. Beispielsweise verlaufen die Streifen in mindestens einer Metallisierungsebene orthogonal zu den Streifen in den anderen Metallisierungsebenen. Mit Bezug auf die 1A–1F können sich beispielsweise die Streifen der sechsten Metallisierungsebene 112 in die y-Richtung erstrecken, während sich die Streifen der anderen Metallisierungsebene 102, 104, 106, 108, 110 in die x-Richtung erstrecken. Bei dieser Ausführungsform kann auf Verbindungselemente, wie sie in 1D und 2D dargestellt sind, verzichtet werden.
  • Die 3A–3D zeigen eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur, bei der sich Streifen einer Metallisierungsebene in eine x-Richtung und bei der sich Streifen einer weiteren Metallisierungsebene in eine y-Richtung erstrecken, wobei die x-Richtung orthogonal zu der y-Richtung verlauft.
  • Die 3A zeigt einen Ausschnitt einer ersten Metallisierungsebene 302, die erste Streifen 302_10 und zweite Streifen 302_20 umfasst. Die Streifen 302_10, 302_20 verlaufen alle in die x-Richtung.
  • Die 3B zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Metallisierungsebene 304, die erste Streifen 304_10 und zweite Streifen 304_20 umfasst. Die Streifen 304_10, 304_20 verlaufen alle in die y-Richtung.
  • Die 3C zeigt einen Ausschnitt einer dritten Metallisierungsebene 306, die erste Streifen 306_10 und zweite Streifen 306_20 umfasst. Die Streifen 306_10, 306_20 verlaufen alle in die x-Richtung.
  • Die 3D zeigt einen Ausschnitt einer vierten Metallisierungsebene 308, die erste Streifen 308_10 und zweite Streifen 308_20 umfasst. Die Streifen 308_10, 308_20 verlaufen alle in die y-Richtung.
  • Die ersten Streifen 302_10, 304_10, 306_10, 308_10 der Metallisierungsebenen 302, 304, 306, 308 sind über Durchkontaktierungen 314, 320, 326 miteinander verbunden. Die zweiten Streifen 302_20, 304_20, 306_20, 308_20 der Metallisierungsebenen 302, 304, 306, 308 sind ebenfalls über die Durchkontaktierungen 314, 320, 326 miteinander verbunden.
  • Die zweite Metallisierungsebene 304 umfasst ein Schaltungselement 316, wie es bereits mit Bezug auf 1B beschrieben wurde. Ein Bereich 322 der dritten Metallisierungsebene 306, in dem sich das Schaltungselement 316 mit den Streifen 306_10, 306_20 der dritten Metallisierungsebene 306 teilweise überdeckt, weist keine Durchkontaktierungen auf.
  • Bei dieser Ausführungsform kann auf Verbindungselemente, wie sie in 1D und 2D dargestellt sind, verzichtet werden. Die Streifen 302_10, 302_20, 306_10, 306_20, die sich in x-Richtung erstrecken, stellen Verbindungselemente dar für die Streifen 304_10, 304_20, 308_10, 308_20, die sich in y-Richtung erstrecken.
  • Die in den 3A–3D dargestellte Ausführungsform eignet sich für Technologien, die alternierend in den Metallisierungsebenen verschiedene Vorzugsrichtungen aufweisen. Die Vorzugsrichtungen sind durch die Lithographie bedingt. Streifen, die sich entlang der jeweiligen Vorzugsrichtung einer Metallisierungsebene erstrecken, besitzen günstige Design Rules.
  • Die 4A–4D zeigen eine schematische Darstellung einer Kapazitätsstruktur und eines Schaltungselements, die Teil einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind. Die Kapazitätsstruktur ist in einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen 402, 404, 406, 408 ausgebildet. Die Metallisierungsebenen 402, 404, 406, 408 erstrecken sich parallel zu einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats (nicht dargestellt) und weisen in jeder Metallisierungsebene 402, 404, 406, 408 eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen auf. Die ersten leitfähigen Elemente bilden eine erste Elektrode der Kapazitätsstruktur und die zweiten leitfähigen Elemente bilden eine zweite Elektrode der Kapazitätsstruktur.
  • 4A zeigt einen Ausschnitt einer ersten Metallisierungsebene 402, in der sich erste leitfähige Elemente in eine x-Richtung erstrecken und in der sich erste leitfähige Elemente in eine y-Richtung erstrecken, wobei die x-Richtung orthogonal zu der y-Richtung verläuft. Die ersten leitfähigen Elemente der x-Richtung kreuzen sich mit den ersten leitfähigen Elementen der y-Richtung in einer Mehrzahl von Kreuzungspunkten. Die ersten leitfähigen Elemente, die sich in die x-Richtung erstrecken, stellen Verbindungselemente dar für die ersten leitfähigen Elemente, die sich in die y-Richtung erstrecken. Entsprechend stellen die ersten leitfähigen Elemente, die sich in die y-Richtung erstrecken, Verbindungselemente für die ersten leitfähigen Elemente dar, die sich in die x-Richtung erstrecken. Die ersten leitfähigen Elemente bilden einen zusammenhängenden, gitterförmigen Bereich 402_10, der rechteckförmige Zwischenräume aufweist. In den Zwischenräumen sind rechteckförmige, zweite leitfähige Elemente 402_20 angeordnet.
  • 4B zeigt einen Ausschnitt einer zweiten Metallisierungsebene 404, der sich mit dem in 4A dargestellten Ausschnitt überdeckt. In der zweiten Metallisierungsebene 404 bilden zweite leitfähige Elemente einen gitterförmigen Bereich 404_20, der ähnlich zu dem gitterförmigen Bereich 404_10 der ersten Metallisierungsebene 402 aufgebaut ist. In Zwischenräumen des gitterförmigen Bereichs 404_20 sind rechteckförmige, erste leitfähige Elemente 404_10 angeordnet.
  • Der gitterförmige Bereich 404_20 und die ersten leitfähigen Elemente 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404 sind in der x-y-Ebene, d. h. innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 404, gegenüber dem gitterförmigen Bereich 402_10 und den zweiten leitfähigen Elementen 402_20 der ersten Metallisierungsebene 402 versetzt angeordnet und zwar derart, dass sich die ersten leitfähigen Elemente 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404 mit den Kreuzungspunkten des gitterförmigen Bereichs 402_10 der ersten Metallisierungsebene 402 zumindest teilweise überdecken. Die ersten leitfähigen Elemente 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404 sind mit dem gitterförmigen Bereich 402_10 der ersten Metallisierungsebene 402 über Durchkontaktierungen 414 verbunden. Des Weiteren ist der gitterförmige Bereich 404_20 der zweiten Metallisierungsebene 404 mit den zweiten leitfähigen Elementen 402_20 der ersten Metallisierungsebene 402 über Durchkontaktierungen 414 verbunden.
  • Die zweite Metallisierungsebene 404 weist ein Schaltungselement 416 auf, das mit einer Schaltungseinheit gekoppelt ist, die mit Bezug auf 4 näher beschrieben wird. Das Schaltungselement 416 kann, wie mit Bezug auf 1B beschrieben, eine Leitung oder, wie mit Bezug auf 2A beschrieben, ein Schaltungsblock sein. Das Schaltungselement 416 ist innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 404 sowohl von der ersten leitfähigen Elementen 404_10 als auch von den zweiten leitfähigen Elementen 404_20 elektrisch isoliert. Bei einer Ausführungsform ist das Schaltungselement 416 zumindest mit einem Teil der ersten leitfähigen Elemente 404_10 und/oder mit zumindest einem Teil der zweiten leitfähigen Elemente 404_20 innerhalb der zweiten Metallisierungsebene 404 verbunden.
  • 4C zeigt einen Ausschnitt einer dritten Metallisierungsebene 406, der sich mit den in den 4A + 4B dargestellten Ausschnitten überdeckt. In der dritten Metallisierungsebene 406 bilden erste leitfähige Elemente einen gitterförmigen Bereich 406_10. In Zwischenräumen des gitterförmigen Bereichs 406_10 sind rechteckförmige, zweite leitfähige Elemente 406_20 angeordnet. Die Anordnung des gitterförmigen Bereichs 406_10 und der zweiten leitfähigen Elemente 406_20 entspricht der Anordnung des gitterförmigen Bereichs 402_10 und der zweiten leitfähigen Elemente 402_20 der ersten Metallisierungsebene 402. Der gitterförmige Bereich 406_10 der dritten Metallisierungsebene 406 überdeckt sich mit dem gitterförmigen Bereich 402_10 der ersten Metallisierungsebene 402. Die zweiten leitfähigen Elemente 406_20 der dritten Metallisierungsebene 406 überdecken sich mit den zweiten leitfähigen Elemente 402_20 der ersten Metallisierungsebene 402. Kreuzungspunkte des gitterförmigen Bereichs 406_10 der dritten Metallisierungsebene 406 sind über Durchkontaktierungen 420 mit den senkrecht unter den Kreuzungspunkten angeordneten, ersten leitfähigen Elementen 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404 verbunden. Die zweiten leitfähigen Elemente 406_20 der dritten Metallisierungsebene 406 sind ebenfalls über Durchkontaktierungen 420 mit den senkrecht unter den zweiten leitfähigen Elementen 406_20 angeordneten Kreuzungspunkten des gitterförmigen Bereichs 404_20 der zweiten Metallisierungsebene 404 verbunden.
  • In 4C ist mit gestrichelter Linie ein Bereich 422 gekennzeichnet, der senkrecht über dem Schaltungselement 416 liegt. In diesem Bereich weisen der gitterförmige Bereich 406_10 und die zweiten leitfähigen Elemente 406_20 keine Durchkontaktierungen auf, d. h. das Schaltungselement 416 ist von der dritten Metallisierungsebene 406 elektrisch isoliert. In einer Ausführungsform befinden sich in dem Bereich 422 keine zweiten leitfähigen Elemente 406_20.
  • 4D zeigt einen Ausschnitt einer vierten Metallisierungsebene 408, der sich mit den in den 4A–4C dargestellten Ausschnitten überdeckt. In der vierten Metallisierungsebene 408 bilden zweite leitfähige Elemente einen gitterförmigen Bereich 408_20. In Zwischenräumen des gitterförmigen Bereichs 408_20 sind rechteckförmige, erste leitfähige Elemente 408_10 angeordnet. Die Anordnung des gitterförmigen Bereichs 408_20 und der ersten leitfähigen Elemente 408_10 entspricht im Wesentlichen der Anordnung des gitterförmigen Bereichs 404_20 und der ersten leitfähigen Elemente 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404. Der gitterförmige Bereich 408_20 der vierten Metallisierungsebene 408 überdeckt sich mit dem gitterförmigen Bereich 404_20 der zweiten Metallisierungsebene 404. Die ersten leitfähigen Elemente 408_10 der vierten Metallisierungsebene 408 überdecken sich mit den ersten leitfähigen Elemente 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404. Kreuzungspunkte des gitterförmigen Bereichs 408_20 der vierten Metallisierungsebene 408 sind über Durchkontaktierungen 426 mit den senkrecht unter den Kreuzungspunkten angeordneten, zweiten leitfähigen Elementen 406_20 der dritten Metallisierungsebene 406 verbunden. Die ersten leitfähigen Elemente 408_10 der vierten Metallisierungsebene 408 sind ebenfalls über Durchkontaktierungen 426 mit den senkrecht unter den ersten leitfähigen Elementen 408_10 angeordneten Kreuzungspunkten des gitterförmigen Bereichs 406_10 der dritten Metallisierungsebene 406 verbunden.
  • Bei der mit Bezug auf die 4A–4D beschriebenen Kapazitätsstruktur gehören die gitterförmigen Bereiche 402_10, 406_10 und die ersten leitfähigen Elemente 404_10, 408_10 einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur an. Die gitterförmigen Bereiche 404_20, 408_20 und die zweiten leitfähigen Elemente 402_20, 406_20 gehören einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur an. Die gitterförmigen Bereiche 402_10, 404_20, 406_10, 408_20 sind aus leitfähigen Elementen gebildet. Die gitterförmige Anordnung der leitfähigen Elemente innerhalb einer Metallisierungsebene bewirkt, dass die leitfähigen Elemente als Verbindungselemente dienen. Durch die gitterförmige Anordnung wird zum einen bewirkt, dass die leitfähigen Elemente eines gitterförmigen Bereichs innerhalb einer Metallisierungsebene miteinander verbunden sind. Zum anderen wird bewirkt, dass leitfähige Elemente einer anderen Metallisierungsebene, die der gleichen Elektrode der Kapazitätsstruktur angehören, indirekt miteinander verbunden sind. Beispielsweise sind die ersten leitfähigen Elemente 404_10 der zweiten Metallisierungsebene 404, die in Zwischenräumen angeordnet sind, durch den gitterförmigen Bereich 402_10 der ersten Metallisierungsebene 402 und über die Durchkontaktierungen 414 indirekt miteinander verbunden. In einem weiteren Beispiel wird der gitterförmige Bereich 404_20 der zweiten Metallisierungsebene 404 durch das Schaltungselement 416 in Teilbereiche unterteilt. Die Teilbereiche sind über die Durchkontaktierungen 420, 426 und über den gitterförmigen Bereich 408_20 der vierten Metallisierungsebene 408, der sich mit den Teilbereichen des gitterförmigen Bereichs 404_20 der zweiten Metallisierungsebene 404 zumindest teilweise überdeckt, indirekt miteinander verbunden.
  • Die ersten leitfähigen Elemente 404_10 und die zweiten leitfähigen Elemente 404_20 bilden eine regelmäßige Struktur in der zweiten Metallisierungsebene 404. Diese regelmäßige Struktur wird durch das Schaltungselement 416 unterbrochen. Das Schaltungselement 416 unterteilt die zweiten leitfähigen Elemente 404_20 der zweiten Metallisierungsebene 404 in Teilbereiche. Die Teilbereiche sind über die Durchkontaktierungen 420, 426 und über den gitterförmigen Bereich 408_20 der vierten Metallisierungsebene 408 miteinander verbunden.
  • Die mit Bezug auf die 4A–4D dargestellte Kapazitätsstruktur kann auf vielerlei Arten abgewandelt werden. Beispielsweise kann die Anzahl, Lage, Form und Größe der Durchkontaktierungen verändert werden. Des Weiteren kann die Lage, Form und Größe der leitfähigen Elemente 402_20, 404_10, 406_20, 408_10, die in den Zwischenräumen der gitterförmigen Bereiche 402_10, 404_20, 406_10, 408_20 angeordnet sind, verändert werden. In einer Ausführungsform sind runde leitfähige Elemente 402_20, 404_10, 406_20, 408_10 in kreisförmigen Zwischenräumen der gitterförmigen Bereiche 402_10, 404_20, 406_10, 408_20 angeordnet.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Schaltungsanordnung 500 umfasst eine Kapazitätsstruktur 502, ein Schaltungselement 504 und eine Schaltungseinheit 506, die mit dem Schaltungselement 504 gekoppelt ist. Die Kapazitätsstruktur 502 entspricht beispielsweise einer der mit Bezug auf die 1A–1F, die 2A–2D, die 3A–3D oder die 4A–4D beschriebenen Kapazitätsstrukturen, die in einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen ausgebildet ist. Das Schaltungselement 504 entspricht beispielsweise einem der mit Bezug auf 1B, 2A, 3B, 4B beschriebenen Schaltungselemente 116, 118, 216, 316, 416. Das Schaltungselement 504 befindet sich in einer Metallisierungsebene, in der auch leitfähige Elemente der Kapazitätsstruktur angeordnet sind.
  • Wie bereits mit Bezug auf die 1A–1F beschrieben wurde, kann das Schaltungselement 504 als Leitung, die durch die Kapazitätsstruktur 502 hindurch geführt ist, ausgestaltet sein. Die Leitung 504 ist an einem ersten Ende 508 mit der Schaltungseinheit 506 und an einem zweiten Ende 510 mit einer weiteren Schaltungseinheit (nicht dargestellt) verbunden. Die Leitung 504 ist beispielsweise eine Signalleitung, die ein Signal von der Schaltungseinheit 506 zu der weiteren Schaltungseinheit führt. Die Schaltungseinheit 506 ist beispielsweise ein logischer Funktionsblock, der ein Signal ausgibt, das über die Leitung 504 einem weiteren logischen Funktionsblock zugeführt wird, der das Signal weiterverarbeitet. Über die Signalleitung können sowohl analoge als auch digitale Signale übertragen werden.
  • In einer Ausführungsform ist die Leitung 504 eine Versorgungsspannungsleitung, die an dem ersten Ende 508 mit der Schaltungseinheit 506, die beispielsweise als Pad ausgestaltet ist, gekoppelt ist. Die Versorgungsspannungsleitung 504 ist an dem zweiten Ende 510 mit einer weiteren Schaltungseinheit gekoppelt. Über das Pad 506 wird der Schaltungsanordnung 500 eine Versorgungsspannung zugeführt. Die Versorgungsspannung wird von dem Pad 506 über die Versorgungsspannungsleitung 504 durch die Kapazitätsstruktur 502 hindurch geführt und der weiteren Schaltungseinheit, die mit der Versorgungsspannung betrieben wird, zugeführt.
  • In einer Ausführungsform ist das Schaltungselement 504 mit der Schaltungseinheit 506 direkt gekoppelt und es befindet sich kein Zwischenelement zwischen dem ersten Ende 508 des Schaltungselements 504 und der Schaltungseinheit 506.
  • Das Schaltungselement 504 kann als Schaltungsblock, der innerhalb der Kapazitätsstruktur 502 angeordnet ist, ausgestaltet sein. Wie bereits mit Bezug auf die 2A–2D beschrieben wurde, kann der Schaltungsblock einen analogen und/oder digitalen Schaltungsteil umfassen. Der Schaltungsblock kann mit der Kapazitätsstruktur verbunden sein. In einer Ausführungsform dient die Kapazitätsstruktur als Blockkondensator bzw. als Stützkondensator, um den Schaltungsblock vor Spannungsschwankungen, beispielsweise vor Spannungseinbrüchen der Versorgungsspannung, zu schützen. Da die Kapazitätsstruktur nahe an dem Schaltungsblock angeordnet ist, treten geringe bzw. keine parasitären Zuleitungsinduktivitäten und somit nur ein geringer bzw. kein Spannungsabfall an der Zuleitung auf. In einer weiteren Ausführungsform dient die Kapazitätsstruktur als passives Bauelement bzw. als funktionale Kapazität. Beispielsweise umfasst der Schaltungsblock einen LC-Oszillator und die Kapazitätsstruktur bildet eine Kapazität eines LC-Schwingkreises, der Bestandteil des LC-Oszillators ist.
  • Bei den mit Bezug auf die 1A–1F, die 2A–2D, die 3A–3D, die 4A–4D und 5 dargestellten Ausführungsformen kann ein Schaltungselement in jeder beliebigen Metallisierungsebene der Kapazitätsstruktur angeordnet sein. Die Kapazitätsstruktur ist derart aufgebaut, dass die leitfähigen Elemente, die einer Elektrode der Kapazität zugeordnet sind und die in verschiedenen Metallisierungsebenen angeordnet sind, miteinander verbunden sind. Selbst wenn ein Teil der leitfähigen Elemente der Kapazitätsstruktur innerhalb einer Metallisierungsebene durch das Schaltungselement durchtrennt sind, ist über Durchkontaktierungen bzw. Verbindungselemente gewährleistet, dass die leitfähigen Elemente einer Elektrode miteinander verbunden sind.
  • Ein oder mehrere Schaltungselemente können flexibel innerhalb eines Bereichs, in dem sich die Kapazitätsstruktur befindet, angeordnet sein. Beispielsweise muss eine Leitung nicht um die Kapazitätsstruktur herum geführt werden, sondern kann durch die Kapazitätsstruktur hindurch geführt werden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht somit eine Anordnung von kurzen Leitungen, die eine kurze Signallaufzeit aufweisen, wenig Verdrahtungsfläche benötigen und einen geringen Spannungsverlust verursachen, d. h. energieeffizient sind.
  • Ein Bereich, der in einer Metallisierungsebene oberhalb und/oder in einer Metallisierungsebene unterhalb des Schaltungselements liegt, wird nicht blockiert und es können dort leitfähige Elemente angeordnet sein, die einer Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet sind und die zur Gesamtkapazität der Kapazitätsstruktur beitragen. Beispielsweise können sich leitfähige Elemente einer Kapazitätsstruktur, die in einer Metallisierungsebene angeordnet sind, teilweise mit dem Schaltungselement überdecken, das in einer benachbarten Metallisierungsebene der Kapazitätsstruktur angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist somit einen hohen Kapazitätswert bei geringem Flächen- bzw. Volumenbedarf auf.
  • In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung Bestandteil einer integrierten Halbleiterschaltung. In der integrierten Hableiterschaltung kann eine Mehrzahl von Kapazitätsstrukturen angeordnet sein, durch die eine Leitung hindurchgeführt ist bzw. in der ein Schaltungsblock angeordnet ist. Die Kapazitätsstrukturen können sich in unterschiedlichen Domänen der integrierten Halbleiterschaltung befinden, wobei die Domänen voneinander elektrisch isoliert sind. Bei den Domänen handelt es sich beispielsweise um Spannungsdomänen, wobei sich die Versorgungsspannungen der Spannungsdomänen unterscheiden.
  • Beim Entwurf einer integrierten Halbleiterschaltung können Kapazitätsstrukturen in einem automatisierten Entwurfsschritt in freien Bereichen innerhalb der Halbleiterschaltung angeordnet sein. Dabei werden freie Bereiche innerhalb der integrierten Halbleiterschaltung mit Kapazitätsstrukturen aufgefüllt. Die Kapazitätsstrukturen können platziert werden, nachdem eine Platzierung von funktionalen Schaltungsblöcken innerhalb der der integrierten Halbleiterschaltung erfolgt ist.
  • Nach dem Platzieren einer Kapazitätsstruktur können in einem automatisierten Entwurfsschritt Aussparungen bzw. Kanäle innerhalb der Kapazitätsstruktur in einer oder mehreren Metallisierungsebenen erzeugt werden. In diesen Aussparungen bzw. Kanälen können dann Schaltungselemente angeordnet werden, die mit einer Schaltungseinheit gekoppelt sind. Beispielsweise können Leitungen in einem automatischen Entwurfsschritt durch die Kanäle hindurch geführt werden, um einen Ausgang einer Schaltungseinheit mit einem Eingang einer weiteren Schaltungseinheit zu verbinden.
  • Nach dem Anordnen der Schaltungselemente kann eine Anpassung der Durchkontaktierungen an die Anordnung der Schaltungselemente erfolgen. Beispielsweise kann eine Anordnung der Durchkontaktierungen so angepasst werden, dass ein Schaltungselement nicht mit einem Element der Kapazitätsstruktur verbunden ist, das in der Metallisierungsebene oberhalb oder unterhalb des Schaltungselements angeordnet ist. Im Bereich des Schaltungselements befinden sich somit keine Durchkontaktierungen und das Schaltungselement ist von der Kapazitätsstruktur elektrisch isoliert.
  • Nach dem Bilden der Aussparungen bzw. Kanäle kann geprüft werden, ob die Elemente der Kapazitätsstruktur, die einer gemeinsamen Elektrode der Kapazitätsstruktur angehören, eine zusammenhängende Struktur bilden. Daraufhin können ein oder mehrere Aussparungen bzw. Kanäle entfernt werden, so dass die Elemente, die einer gemeinsamen Elektrode angehören, miteinander verbunden sind. Es können auch ein oder mehrere Verbindungselemente innerhalb der Kapazitätsstruktur in einer oder mehreren Metallisierungsebenen eingefügt werden, die eine Verbindung der Elemente, die einer gemeinsamen Elektrode angehören, herstellen.
  • Die Kapazitätsstruktur kann in einem automatisierten Entwurfsschritt mit einer Leitung der integrierten Halbleiterschaltung verbunden werden. Beispielsweise kann die Kapazitätsstruktur mit einer Versorgungsspannungsleitung verbunden werden, um dem dynamischen Spannungsabfall auf dieser Versorgungsspannungsleitung entgegenzuwirken. Die Kapazitätsstruktur kann auch mit einer Signalleitung verbunden werden, um die Signalleitung gegenüber Störeinflüssen zu stabilisieren. In einer Ausführungsform wird die Kapazitätsstruktur mit einem Schaltungsblock verbunden. Beispielsweise kann die Kapazitätsstruktur als passives Bauelement eines „switched capacitor filter”, dienen.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 600. Das System 600 umfasst einen analogen Schaltungsteil 602, einen digitalen Schaltungsteil 604 und einen Hochfrequenz-Schaltungsteil 606. Mindestens einer der Schaltungsteile, beispielsweise der analoge Schaltungsteil 602, weist eine mit Bezug auf die 5 beschriebenen Schaltungsanordnung 500 auf. Das System 600 ist beispielsweise ein Mobilfunk-System, bei dem der Hochfrequenz-Schaltungsteil 606 beispielsweise einen HF-Transceiver umfasst, der digitale Schaltungsteil 604 beispielsweise einen Prozessor umfasst und der analoge Schaltungsteil 602 beispielsweise ein Filter umfasst. Das System 600 kann als Ein-Chip-System ausgestaltet sein.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Herstellen einer Schaltungsanordnung in einem Halbleitersubstrat mit einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen, die sich parallel zu einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken.
  • In 702 wird eine Kapazitätsstruktur in mindestens zwei der Mehrzahl von Metallisierungsebenen ausgebildet. Die Kapazitätsstruktur umfasst in einer ersten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen. Die Kapazitätsstruktur umfasst weiterhin in einer zweiten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen. Die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene und die ersten leitfähigen Elemente der zweiten Metallisierungsebene sind einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet. Die zweiten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene und die zweiten leitfähigen Elemente der zweiten Metallisierungsebene sind einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet.
  • In 704 wird ein Schaltungselement in der ersten Metallisierungsebene ausgebildet. Das Schaltungselement überdeckt sich zumindest teilweise mit einem in der zweiten Metallisierungsebene liegenden, ersten oder zweiten leitfähigen Element der Kapazitätsstruktur.
  • In 706 wird das Schaltungselement mit einer Schaltungseinheit der Schaltungsanordnung gekoppelt.

Claims (28)

  1. Schaltungsanordnung (500) mit – einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen (102, 104, 106, 108, 110, 112, 202, 204, 206, 208, 302, 304, 306, 308, 402, 404, 406, 408), die sich parallel zu einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats erstrecken, – mit einer Kapazitätsstruktur (502), die in mindestens zwei der Mehrzahl von Metallisierungsebenen ausgebildet ist, wobei die Kapazitätsstruktur (502) in einer ersten Metallisierungsebene (104, 202, 304, 404) eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen (104_10, 202_10, 304_10, 404_10) und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen (104_20, 202_20, 304_20, 404_20) umfasst, wobei die Kapazitätsstruktur (502) in einer zweiten Metallisierungsebene (102, 204, 302, 402) eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen (102_10, 204_10, 302_10, 402_10) und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen (102_20, 204_20, 302_20, 402_20) umfasst, wobei die ersten leitfähigen Elemente (104_10, 202_10, 304_10, 404_10) der ersten Metallisierungsebene (104, 202, 304, 404) und die ersten leitfähigen Elemente (102_10, 204_10, 302_10, 402_10) der zweiten Metallisierungsebene (102, 204, 302, 402) einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur (502) zugeordnet sind, wobei die zweiten leitfähigen Elemente (104_20, 202_20, 304_20, 404_20) der ersten Metallisierungsebene (104, 202, 304, 404) und die zweiten leitfähigen Elemente (102_20, 204_20, 302_20, 402_20) der zweiten Metallisierungsebene (102, 204, 302, 402) einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur (502) zugeordnet sind, – mit einer Schaltungseinheit (506), und – mit einem Schaltungselement (116, 118, 216, 316, 416, 504), das in der ersten Metallisierungsebene (104, 202, 304, 404) angeordnet ist, wobei das Schaltungselement nicht Bestandteil der Kapazitätsstruktur (502) ist, wobei sich das Schaltungselement (116, 118, 216, 316, 416, 504) mit einem in der zweiten Metallisierungsebene (102, 204, 302, 402) liegenden, ersten oder zweiten leitfähigen Element (102_10, 204_10, 302_10, 402_10, 102_20, 204_20, 302_20, 402_20) der Kapazitätsstruktur (502) zumindest teilweise überdeckt, wobei das Schaltungselement (116, 118, 216, 316, 416, 504) mit der Schaltungseinheit (506) gekoppelt ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Schaltungselement eine Leitung ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Leitung eine Signalleitung ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Leitung eine Versorgungsspannungsleitung ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaltungselement eine Mehrzahl von Leitungen eines Schaltungsblocks umfasst.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Schaltungsblock ein analoger Schaltungsblock ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Schaltungsblock ein digitaler Schaltungsblock ist.
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Schaltungsblock einen analogen Schaltungsteil und einen digitale Schaltungsteil umfasst.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Schaltungsblock innerhalb der zweiten Metallisierungsebene in einem Bereich angeordnet ist, der sich mit einem Bereich des Halbleitersubstrats überdeckt, wobei der Bereich des Halbleitersubstrats dotierte Gebiete aufweist, die aktive Bauelemente des Schaltungsblock bilden.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Kapazitätsstruktur rechteckförmig ist, wobei sich die rechteckförmige Kapazitätsstruktur in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung erstreckt, wobei die erste Richtung orthogonal zu der zweiten Richtung verläuft, wobei sich der Schaltungsblock in die erste Richtung und in die zweite Richtung erstreckt, wobei eine Abmessung des Schaltungsblocks in der ersten Richtung geringer ist als eine Abmessung der rechteckförmigen Kapazitätsstruktur in der ersten Richtung, wobei eine Abmessung des Schaltungsblocks in der zweiten Richtung gleich oder geringer ist als eine Abmessung der rechteckförmigen Kapazitätsstruktur in der zweiten Richtung.
  11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei ferner mindestens eine Leitung der Mehrzahl von Leitungen des Schaltungsblocks mit der Kapazitätsstruktur gekoppelt ist.
  12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schaltungselement von der Kapazitätsstruktur elektrisch isoliert ist.
  13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene mit den ersten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene über Durchkontaktierungen (114, 214, 314, 414) verbunden sind, wobei die zweiten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene mit den zweiten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene über Durchkontaktierungen (114, 214, 314, 414) verbunden sind.
  14. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene über ein erstes Verbindungselement (128, 228) miteinander verbunden sind, wobei das erste Verbindungselement (128, 228) in einer Metallisierungsebene der Kapazitätsstruktur und innerhalb eines Bereichs der Kapazitätsstruktur angeordnet ist.
  15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Metallisierungsebene benachbart zu der zweiten Metallisierungsebene angeordnet ist.
  16. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kapazitätsstruktur in einer dritten Metallisierungsebene (106, 306, 406) eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen (106_10, 306_10, 406_10) und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen (106_20, 306_20, 406_20) umfasst, wobei die ersten leitfähigen Elemente (106_10, 306_10, 406_10) der dritten Metallisierungsebene (106, 306, 406) der ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet sind, wobei die zweiten leitfähigen Elemente (106_20, 306_20, 406_20) der dritten Metallisierungsebene (106, 306, 406) der zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet sind, wobei sich das Schaltungselement mit einem in der dritten Metallisierungsebene (106, 306, 406) liegenden, ersten oder zweiten leitfähigen Element (106_10, 306_10, 406_10, 106_20, 306_20, 406_20) der Kapazitätsstruktur zumindest teilweise überdeckt, wobei die zweite Metallisierungsebene unterhalb der ersten Metallisierungsebene angeordnet ist, wobei die dritte Metallisierungsebene (106, 306, 406) oberhalb der ersten Metallisierungsebene angeordnet ist.
  17. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen in der zweiten Metallisierungsebene eine regelmäßige Struktur bilden.
  18. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen in der ersten Metallisierungsebene eine regelmäßige Struktur bilden, die durch das Schaltungselement unterbrochen wird.
  19. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen der ersten Metallisierungsebene als erste Streifen (104_11–104_16, 202_11–202_16, 304_11 + 304_12) ausgebildet ist, wobei die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen der ersten Metallisierungsebene als zweite Streifen (104_21–104_26, 202_21–202_26, 304_21–304_24) ausgebildet ist, wobei die ersten Streifen (104_11–104_16, 202_11–202_16, 304_11 + 304_12) und die zweiten Streifen (104_21–104_26, 202_21–202_26, 304_21–304_24) parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen (104_11–104_16, 202_11–202_16, 304_11 + 304_12) mit einem der zweiten Streifen (104_21–104_26, 202_21–202_26, 304_21–304_24) abwechselt.
  20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene als erste Streifen (102_11–102_16, 204_11–204_16, 302_11 + 302_12) ausgebildet ist, wobei die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen der zweiten Metallisierungsebene als zweite Streifen (102_21–102_26, 204_21–204_26, 302_21 + 302_22) ausgebildet ist, wobei die ersten Streifen (102_11 – 102_16, 204_11–204_16, 302_11 + 302_12) und die zweiten Streifen (102_21–102_26, 204_21–204_26, 302_21 + 302_22) parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich jeweils einer der ersten Streifen (102_11–102_16, 204_11–204_16, 302_11 + 302_12) mit einem der zweiten Streifen (102_21–102_26, 204_21–204_26, 302_21 + 302_22) abwechselt.
  21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, wobei sich die ersten Streifen und die zweiten Streifen der ersten Metallisierungsebene in eine erste Richtung erstrecken, wobei sich die ersten Streifen und die zweiten Streifen der zweiten Metallisierungsebene in eine zweite Richtung erstrecken, wobei die erste Richtung orthogonal zu der zweiten Richtung verläuft.
  22. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die ersten Streifen der ersten Metallisierungsebene oder der zweiten Metallisierungsebene über ein in einer Metallisierungsebene liegendes Verbindungselement (128, 228) miteinander verbunden sind, wobei sich die ersten Streifen der ersten Metallisierungsebene oder der zweiten Metallisierungsebene in eine erste Richtung erstrecken, wobei sich das Verbindungselement (128, 228) in eine zweite Richtung erstreckt, wobei die erste Richtung orthogonal zu der zweiten Richtung verläuft.
  23. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen (404_20) der ersten Metallisierungsebene (404) einen gitterförmigen Bereich bildet, wobei die Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen (404_10) der ersten Metallisierungsebene (404) in Zwischenräumen des gitterförmigen Bereichs angeordnet ist.
  24. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltungsanordnung eine integrierte Halbleiterschaltung ist.
  25. System (600) mit einem analogen Schaltungsteil (602), einem digitalen Schaltungsteil (604) und einem Hochfrequenz-Schaltungsteil (606), wobei mindestens einer der Schaltungsteile (602, 604, 606) eine Schaltungsanordnung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 24 aufweist.
  26. System nach Anspruch 25, wobei das System ein Ein-Chip-System ist.
  27. System nach einem der Ansprüche 25 bis 26, wobei der digitale Schaltungsteil einen Prozessor aufweist.
  28. Verfahren (700) zum Herstellen einer Schaltungsanordnung in einem Halbleitersubstrat mit einer Mehrzahl von Metallisierungsebenen, die sich parallel zu einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, umfassend: – Ausbilden einer Kapazitätsstruktur in mindestens zwei der Mehrzahl von Metallisierungsebenen (702), wobei die Kapazitätsstruktur in einer ersten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen umfasst, wobei die Kapazitätsstruktur in einer zweiten Metallisierungsebene eine Mehrzahl von ersten leitfähigen Elementen und eine Mehrzahl von zweiten leitfähigen Elementen umfasst, wobei die ersten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene und die ersten leitfähigen Elemente der zweiten Metallisierungsebene einer ersten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet sind, wobei die zweiten leitfähigen Elemente der ersten Metallisierungsebene und die zweiten leitfähigen Elemente der zweiten Metallisierungsebene einer zweiten Elektrode der Kapazitätsstruktur zugeordnet sind, – Ausbilden eines Schaltungselements in der ersten Metallisierungsebene (704), wobei das Schaltungselement nicht Bestandteil der Kapazitätsstruktur ist, wobei sich das Schaltungselement mit einem in der zweiten Metallisierungsebene liegenden, ersten oder zweiten leitfähigen Element der Kapazitätsstruktur zumindest teilweise überdeckt, und – Koppeln des Schaltungselements mit einer Schaltungseinheit der Schaltungsanordnung (706).
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WO2007134904A1 (en) * 2006-05-18 2007-11-29 International Business Machines Corporation Adjustable on-chip sub-capacitor design

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