DE102013113678B4

DE102013113678B4 - Dreidimensionaler integrierter Schaltungskondensator

Info

Publication number: DE102013113678B4
Application number: DE102013113678.8A
Authority: DE
Inventors: Cheng-Wei Luo; Hsiao-Tsung Yen
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: US9202785B2; US20150130023A1; DE102013113678A1

Abstract

Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300), die Folgendes umfasst:
eine erste leitende Schicht (102);
eine zweite leitende Schicht (104) über der ersten leitenden Schicht (102);
eine Halbleiterschicht (116) über der zweiten leitenden Schicht (104), wobei die Halbleiterschicht (116) ein Inter-Layer-Via (118), ILV, durch die Halbleiterschicht (116) aufweist;
eine dritte leitende Schicht (106) über der Halbleiterschicht (116);
eine vierte leitende Schicht (124) über der dritten leitenden Schicht (106);
eine erste leitende Platte (110), die Finger in mindestens zwei Schichten aus der ersten leitenden Schicht (102), der zweiten leitenden Schicht (104), der dritten leitenden Schicht (106) und der vierten leitenden Schicht (124) aufweist;
eine zweite leitende Platte (112), die Finger in mindestens zwei Schichten aus der ersten leitenden Schicht (102), der zweiten leitenden Schicht (104), der dritten leitenden Schicht (106) und der vierten leitenden Schicht (124) aufweist; und
eine Isolierschicht zwischen der ersten leitenden Platte (110) und der zweiten leitenden Platte,
wobei die zweite leitende Platte (112) mit der Halbleiterschicht (116) elektrisch verbunden ist, so dass ein Abschnitt der IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300), der das ILV (118) umfasst, ein Metall-Oxid-Halbleiter-Kondensator, MOSCAP, ist, während Abschnitte über und unter dem MOSCAP Metall-Oxid-Metall-Kondensatoren, MOMCAPs, sind.

Description

HINTERGRUND
Die integrierte Schaltungs-(IC-)Branche hat eine breite Vielfalt von digitalen Einrichtungen zu sinkenden Kosten hergestellt, um Probleme in einer Vielzahl von unterschiedlichen Bereichen zu lösen. Dies wurde zumindest teilweise aufgrund von erhöhter Integrationsdichte erreicht. Die Integrationsdichte der verschiedenen integrierten Schaltungskomponenten, wie etwa Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren, hat von der fortlaufenden Verringerung der minimalen Merkmalgröße profitiert, die es ihrerseits erlaubt, dass mehr Komponenten auf einer vorgegebenen Fläche integriert werden können. Da die Verringerung der minimalen Merkmalgröße durch photolithographische Verbesserungen immer schwieriger wird, wurden jüngste Verbesserungen der Integrationsdichte mit neuen dreidimensionalen integrierten Schaltungs-(3DIC-)Strukturen erreicht, die mehrere Schichten aufweisen. Während die höhere Integrationsdichte es ermöglicht hat, dass verschiedene Hochfrequenz-(HF-)Schaltungen und Analog-Digital-Umsetzer-(ADC-)Schaltungen die Integrationsdichte verbessern, haben sich jedoch die entsprechenden Anforderungen an Kondensatoren, die von diesen HF- und ADC-Schaltungen verwendet werden, auch erhöht. Es wäre vorteilhaft, Probleme, die mit Kondensatoren in 3D-ICs verbunden sind, zu verringern oder zu lösen. US 2010/0 230 735 A1 zeigt einen über einem MOSCAP angeordneten MOMCAP. US 2013/0 256 834 A1 zeigt gestapelte MOMCAPs, der über TSVs mit einem MIMCAP verbunden ist. US 2011/0 086 487 A1 zeigt parallelgeschaltete MIM- und MOSCAPs. US 2013/0 194032 A1 zeigt gestapelte Kondensator-Chips bestehend aus einer Vielzahl an Kondensatoren und TSVs, über die die Kondensatoren mit ICs verbunden sind. DE 11 2010 003 418 T5 zeigt einen verflochtenen vertikalen Parallelkondensator. DE 11 2010 004 326 T5 zeigt einen integrierten Entkopplungskondensator in einem Halbleitersubstrat, bei dem eine leitfähige Durchkontaktierung durch das Substrat als innere Elektrode und eine säulenförmige dotierte Halbleiterzone als äußere Elektrode verwendet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen sind als Beispiele in den Figuren der beigefügten Zeichnungen gezeigt, in denen Elemente, die die gleichen Bezugszeichen haben, überall gleiche Elemente bezeichnen. Es wird betont, dass in Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Merkmale nicht im Maßstab gezeichnet sein müssen und nur dem Zweck der Beschreibung dienen. In Wirklichkeit können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale in den Zeichnungen beliebig zur Klarheit der Beschreibung vergrößert oder verkleinert werden.
1A ist eine Draufsicht von drei Schichten eines dreidimensionalen IC-Kondensators, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
1B ist eine Teil-Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
1C ist eine Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
2 ist eine Seitenansicht mit einer zugehörigen Perspektivansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen.
3 ist eine Seitenansicht mit einer zugehörigen Perspektivansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen.
4A ist eine Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators.
4B ist eine Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und der folgenden Beschreibung.
Diese Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen soll in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, die als Teil der gesamten Beschreibung angesehen werden sollen. In der Beschreibung sollten relative Begriffe, wie „vor”, „nach”, „über”, „unter”, „oben”, „unten”, „oberer”, „unterer” sowie Ableitungen daraus (z. B. „horizontal”, „nach unten”, „nach oben” etc.) so verstanden werden, dass sie sich auf die Orientierung beziehen, wie sie dort beschrieben ist oder wie sie in der beschriebenen Zeichnung gezeigt ist. Diese relativen Begriffe dienen der Bequemlichkeit der Beschreibung, und erfordern es nicht, dass das System in einer bestimmten Orientierung konstruiert oder betrieben wird. Begriffe, die Befestigung, Verbindung und Ähnliches betreffen, wie etwa „verbunden” und „verknüpft” beziehen sich auf eine Beziehung, in der Komponenten an einander entweder direkt oder indirekt durch dazwischen geschaltete Komponenten befestigt sind, außer es ist ausdrücklich anders beschrieben.
Anwendungen, die höhere Vorrichtungs-Integrationsdichte-Strategien anwenden, wie etwa Chip-Scale-Package auf Waferebene (WLCSP) und andere dreidimensionale integrierte Schaltungs-(3DIC-)Packaging-Techniken, erfordern dementsprechend eine höhere Kapazitätsdichte. Der Bedarf nach höherer Kapazität ist insbesondere bei verschiedenen Hochfrequenz-(HF-)Schaltungen und Analog-Digital-Umsetzer-(ADC-)Schaltungen akut, damit sie eine verbesserte Integration aufweisen. Des Weiteren ist eine Feinsteuerung über den Kapazitätswert sowohl für HF- als auch ADC-Anwendungen nützlich. Zumindest in manchen Ausführungsformen werden ein oder mehrere dieser Probleme, die mit dem Bereitstellen von höherer Kapazitätsdichte verbunden sind, durch eine dreidimensionale integrierte Schaltungs-(3DIC-)Kondensatorstruktur verringert und/oder gelöst. Indem Probleme, die mit dem Bereitstellen einer höheren Kapazitätsdichte verbunden sind, verringert oder gelöst werden, können sich Vorrichtungsgeometrien weiter verkleinern.
1A ist eine Draufsicht von drei verschiedenen Schichten eines dreidimensionalen IC-Kondensators 100, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. In manchen Ausführungsformen umfasst der integrierte Schaltungskondensator 100 eine erste leitende Schicht 102 unter einer zweiten leitenden Schicht 104 unter einer dritten leitenden Schicht 106. In manchen Ausführungsformen gibt es mehr als drei leitende Schichten. In manchen Ausführungsformen gibt es weniger als drei leitende Schichten. Jede der leitenden Schichten 102, 104, 106 ist durch eine bekannte photolithographische Technik strukturiert. Wie unten beschrieben ist, sind elektrische Ladungen 108 über Abschnitten der ersten leitenden Schicht 102, der zweiten leitenden Schicht 104 und der dritten leitenden Schicht 106 gezeigt. Die erste leitende Schicht 102 ist durch die photolithographische Technik so strukturiert, dass eine erste leitende Platte 110, die längliche Abschnitte aufweist (im Folgenden auch als „Finger” bezeichnet), und eine zweite leitende Platte 112 ausgebildet wird, die auch Finger aufweist. In manchen Ausführungsformen sind die erste leitende Platte 110 und die zweite leitende Platte 112 aus einem leitenden Material ausgebildet, das aus Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Legierungen davon oder anderen geeigneten Leitern ausgewählt ist. Jede der leitenden Schichten 102, 104, 106 wird nach einander von der Unterseite nach oben mit einer oder mehreren Isolierschichten zwischen den leitenden Schichten ausgebildet, um den hier beschriebenen Kondensator 100 zu bilden. Die erste leitende Platte 110 und die zweite leitende Platte sind durch eine oder mehrere Isolierschichten getrennt, die eine ausreichend große Dielektrizitätskonstante (k) aufweisen, um den Kondensator 100 zu bilden.
Eine Isolierschicht 126, die in 1C gezeigt ist, ist über der ersten leitenden Schicht 102 ausgebildet, und Verbindungs-Vias 114 (Durchkontaktierungen), die in den 1B und 1C gezeigt sind, sind in der Isolierschicht ausgebildet. In manchen Ausführungsformen sind manche Verbindungs-Vias 114 durch Inter-Layer-Vias („Zwischenschicht-Vias”, ILVs) ersetzt. In manchen Ausführungsformen sind manche Verbindungs-Vias 114 durch Through-Substrate-Vias („Durch-Substrat-Vias”, TSVs) ersetzt. In manchen Ausführungsformen sind manche Verbindungs-Vias 114 durch Inter-Tier-Vias („Zwischen-Ebenen-Vias”, ITVs) ersetzt. Die zweite leitende Schicht 104 ist über der ersten leitenden Schicht 102 ausgebildet und ist mit der ersten leitenden Schicht durch das Ablagern von leitendem Material in die Verbindungs-Vias 114 elektrisch verbunden. Eine Halbleiterschicht 116, die in den 1B und 1C gezeigt ist, ist über der zweiten leitenden Schicht 104 ausgebildet, und Inter-Layer-Vias (ILVs) 118 sind in der Halbleiterschicht 116 ausgebildet. Die Halbleiterschicht 116 ist nicht auf einen bestimmten Halbleiter beschränkt und kann aus einem einzigen Element, wie etwa Silizium (Si), oder einem Verbundhalbleiter, wie etwa Gallium-Nitrid (GaN), bestehen. Die Halbleiterschicht 116 ist p-dotiert. In manchen Ausführungsformen ist die Halbleiterschicht 116 n-dotiert.
Die dritte leitende Schicht 106 ist über der zweiten leitenden Schicht 104 ausgebildet und ist mit der zweiten leitenden Schicht 104 durch das Ablagern von leitendem Material in die ILVs 118 und Verbindungs-Vias 114 elektrisch verbunden. Die Vias 114 verbinden selektiv Teile der ersten leitenden Schicht 102, der zweiten leitenden Schicht 104 und der dritten leitenden Schicht 106 elektrisch so, dass die erste leitende Platte 110 in dem dreidimensionalen IC-Kondensator 100 ausgebildet wird. Andere Vias 114 verbinden selektiv Teile der ersten leitenden Schicht 102, der zweiten leitenden Schicht 104 und der dritten leitenden Schicht 106 elektrisch so, dass die zweite leitende Platte 112 in dem dreidimensionalen IC-Kondensator 100 ausgebildet wird. Unterschiedliche Konfigurationen der ersten Platte 110 und der zweiten Platte 112 sind unten beschrieben.
Zum Zweck der Beschreibung sind die erste leitende Platte 110 und die zweite leitende Platte 112 so gezeigt, dass sie elektrische Ladungen 108 haben. Die erste leitende Platte 110 ist so gezeigt, dass sie eine positive elektrische Ladung 108 hat, und die zweite leitende Platte 112 ist so gezeigt, dass sie eine negative elektrische Ladung 108 hat. In manchen Ausführungsformen hat die erste leitende Platte 110 eine negative elektrische Ladung 108 und die zweite leitende Platte 112 hat eine positive elektrische Ladung 108. Der Isolator in dem Kondensator 100 ist ein Oxid und der Kondensator 100 weist Metall-Oxid-Metall-Kondensator-(MOMCAP-)Abschnitte zwischen der ersten leitenden Platte 110 und der zweiten leitenden Platte 112 in den leitenden Schichten 102, 104, 106 auf. Der Kondensator 100 umfasst auch Metall-Oxid-Halbleiter-(MOSCAP-)Abschnitte, die die ILVs 118 aufweisen.
1B ist eine Teil-Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators 100, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Das ILV 118 ist mit der ersten leitenden Platte 110 in der dritten leitenden Schicht 106 über das Verbindungs-Via 114 elektrisch verbunden. Ähnlich ist die zweite leitende Platte 112 in der dritten leitenden Schicht 106 mit einer p-dotierten Halbleiterschicht 116 über p-Wannen („wells”) (oder p-Implantate) 120 und die Verbindungs-Vias 114 elektrisch verbunden. In manchen Ausführungsformen sind die Halbleiterschicht 116 und die p-Wannen 120 vom n-Typ. Eine Isolierschicht 122 trennt die Halbleiterschicht 116 und das ILV 118.
1C ist eine Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators 100, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Kondensator 100 umfasst die erste leitende Schicht 102 unter der zweiten leitenden Schicht 104, die zweite leitende Schicht 104 unter der dritten leitenden Schicht 106 und die dritte leitende Schicht 106 unter einer vierten leitenden Schicht 124.
Die erste leitende Platte 110 in der dritten leitenden Schicht 106 ist über das Verbindungs-Via 114 mit dem ILV 118 elektrisch verbunden. Das ILV 118 durchquert die Halbleiterschicht 116. Die zweite leitende Platte 112 in der dritten leitenden Schicht 106 ist über das Verbindungs-Via 114 mit der p-Wanne 120 und der p-dotierten Halbleiterschicht 116 elektrisch verbunden. Eine Isolierschicht 122 trennt die Halbleiterschicht 116 und das ILV 118. Ein Abschnitt des Kondensators 100, der das ILV 118 umfasst, ist ein MOSCAP, während Abschnitte über und unter dem MOSCAP MOMCAPs sind. Der Kondensator 100 umfasst Isolierschichten 126, die über einem Substrat 128 ausgebildet sind.
In manchen Ausführungsformen sind die leitenden Schichten 102, 104, 106, 108 aus einem leitenden Material ausgebildet, das aus Kupfer, Aluminium, Gold und Silber, Legierungen daraus oder anderen geeigneten Leitern ausgewählt ist. In manchen Ausführungsformen sind die Isolierschichten 122, 126 aus Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Low-k-Dielektrika mit niedriger Dielektrizitätskonstante, wie etwa mit Kohlenstoff dotierten Oxiden, Extremely-Low-k-Dielektrika, wie etwa mit porösem Kohlenstoff dotiertem Siliziumdioxid, oder einer Kombination daraus ausgebildet.
2 ist eine Seitenansicht mit einer zugehörigen Perspektivansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators 200, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Kondensator umfasst die erste leitende Schicht 102 unter der zweiten leitenden Schicht 104, die zweite leitende Schicht 104 unter der dritten leitenden Schicht 106 und die dritte leitende Schicht 106 unter der vierten leitenden Schicht 124.
Die erste leitende Platte 110 in der dritten leitenden Schicht 106 ist über das Verbindungs-Via 114 mit dem ILV 118 elektrisch verbunden. Das ILV 118 durchquert die Halbleiterschicht 116. Die zweite leitende Platte 112 in der dritten leitenden Schicht 106 ist über das Verbindungs-Via 114 mit der p-Wanne 120 und der p-dotierten Halbleiterschicht 116 elektrisch verbunden. Eine Isolierschicht 122 trennt die Halbleiterschicht 116 und das ILV 118. Ein Abschnitt des Kondensators 200, der das ILV 118 umfasst, ist ein MOSCAP, während Abschnitte über und unter dem MOSCAP MOMCAPs sind. Der Kondensator 200 umfasst Isolierschichten 126, die über einem Substrat 128 ausgebildet sind.
Der Kondensator 200 umfasst einen kapazitiven Bereich 230 angrenzend an einen kapazitiven Bereich 232. Der kapazitive Bereich 232 liegt angrenzend an einen kapazitiven Bereich 234. Der kapazitive Bereich 234 liegt angrenzend an einen kapazitiven Bereich 236. Die kapazitiven Bereiche 230, 232, 234, 236 sind in einer Seitenansicht in dem Abschnitt oben rechts der 2 gezeigt und sind in einer Perspektivansicht in einem Abschnitt unten links der 2 gezeigt. Die erste leitende Platte 110 und die zweite leitende Platte 112 in den kapazitiven Bereichen 230, 232, 234, 236 haben horizontale und vertikale Finger. Der kapazitive Bereich 230 umfasst einen U-förmigen ersten leitenden Plattenabschnitt 238, der einen horizontalen Finger in der ersten leitenden Schicht 102, einen horizontalen Finger in der vierten leitenden Schicht 124 und einen vertikalen Finger in den vier leitenden Schichten 102, 104, 106, 124 aufweist, der mit den horizontalen Fingern elektrisch verbunden ist. Der kapazitive Bereich 230 umfasst einen T-förmigen zweiten leitenden Plattenabschnitt 240, der einen horizontalen Finger in der zweiten leitenden Schicht 104, einen horizontalen Finger in der dritten leitenden Schicht 106 und einen vertikalen Finger in den vier leitenden Schichten 102, 104, 106, 124 aufweist, der mit den horizontalen Fingern elektrisch verbunden ist. Der T-förmige Abschnitt 240 passt in den U-förmigen Abschnitt 238, wie in 2 gezeigt ist, und ist durch Isolierschichten 122, 126 getrennt. In manchen Ausführungsformen hat jeder kapazitive Bereich, wie etwa der kapazitive Bereich 230 und der kapazitive Bereich 234, einen U-förmigen Abschnitt 238 und einen T-förmigen Abschnitt 240.
Der kapazitive Bereich 232 umfasst einen T-förmigen ersten leitenden Plattenabschnitt 242, der einen horizontalen Finger in der zweiten leitenden Schicht 104, einen horizontalen Finger in der dritten leitenden Schicht 106 und einen vertikalen Finger in den vier leitenden Schichten 102, 104, 106, 124 aufweist, der mit den horizontalen Fingern elektrisch verbunden ist. Der kapazitive Bereich 232 umfasst einen U-förmigen zweiten leitenden Plattenabschnitt 244, der einen horizontalen Finger in der ersten leitenden Schicht 102, einen horizontalen Finger in der vierten leitenden Schicht 124 und einen vertikalen Finger in den vier leitenden Schichten 102, 104, 106, 124 aufweist, der mit den horizontalen Fingern elektrisch verbunden ist. Der T-förmige Abschnitt 242 passt in den U-förmigen Abschnitt 244, wie in 2 gezeigt ist, und ist durch Isolierschichten 122, 126 getrennt. In manchen Ausführungsformen hat jeder andere kapazitive Bereich, wie etwa der kapazitive Bereich 232 und der kapazitive Bereich 236, einen T-förmigen Abschnitt 242 und einen U-förmigen Abschnitt 244. In manchen Ausführungsformen gibt es mehr als vier kapazitive Bereiche 230, 232, 234, 236, die Anzahl von kapazitiven Bereichen ist jedoch nicht auf irgendeinen bestimmten Zahlenwert eingeschränkt.
Der Kondensator 200 hat kapazitive Bereiche 230, 232, 234, 236, die zwischen den U-förmigen Abschnitten 238, 244 und den T-förmigen Abschnitten 240, 242 alternieren, um eine dreidimensionale integrierte Schaltungsstruktur zu bilden, die MOSCAP- und MOMCAP-Abschnitte aufweist.
3 ist eine Seitenansicht mit einer zugehörigen Perspektivansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators 300, in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Kondensator umfasst die erste leitende Schicht 102 unter der zweiten leitenden Schicht 104, die zweite leitende Schicht 104 unter der dritten leitenden Schicht 106 und die dritte leitende Schicht 106 unter der vierten leitenden Schicht 124.
Die erste leitende Platte 110 in der dritten leitenden Schicht 106 ist über das Verbindungs-Via 114 mit dem ILV 118 elektrisch verbunden. Das ILV 118 durchquert die Halbleiterschicht 116. Die zweite leitende Platte 112 ist über die p-Wanne 120 und das Verbindungs-Via 114 in der dritten leitenden Schicht 106, durch die p-dotierte Halbleiterschicht 116, zu dem Verbindungs-Via 114 und der p-Wanne 120 in der zweiten leitenden Schicht 104 mit der zweiten leitenden Platte 112 in der zweiten leitenden Schicht 104 elektrisch verbunden. Eine Isolierschicht 122 trennt die Halbleiterschicht 116 und das ILV 118. Ein Abschnitt des Kondensators 300, der das ILV 118 umfasst, ist ein MOSCAP während Abschnitte über und unter dem MOSCAP MOMCAPs sind. Der Kondensator 300 umfasst eine Isolierschicht 126, die über einem Substrat 128 ausgebildet ist.
Der Kondensator 300 umfasst einen kapazitiven Bereich 330 angrenzend an einen kapazitiven Bereich 332. Der kapazitive Bereich 332 liegt angrenzend an einen kapazitiven Bereich 334. Die kapazitiven Bereiche 330, 332, 334 sind in einer Seitenansicht in einem Abschnitt oben rechts der 3 und in einer Perspektivansicht in einem Abschnitt unten links der 3 gezeigt. Die erste leitende Platte 110 und die zweite leitende Platte 112 mit den kapazitiven Bereichen 330, 332, 334 haben vertikale und/oder horizontale Finger. Der kapazitive Bereich 330 umfasst einen rechteckigen ersten leitenden Plattenabschnitt 336, der einen horizontalen Finger in der ersten leitenden Schicht 102, einen horizontalen Finger in der vierten leitenden Schicht 124 und vertikale Finger in den vier leitenden Schichten 102, 104, 106, 124 aufweist, die mit den horizontalen Fingern elektrisch verbunden sind. Der kapazitive Bereich 330 umfasst einen stabförmigen zweiten leitenden Plattenabschnitt 338, der einen horizontalen Finger in der zweiten leitenden Schicht 104 und einen horizontalen Finger in der dritten leitenden Schicht 106 aufweist. Der stabförmige Abschnitt 338 passt in den rechteckigen Abschnitt 336, wie in 3 gezeigt ist, und ist durch die Isolierschichten 122, 126 getrennt. Die kapazitiven Bereiche 330, 332, 334 weisen jeweils einen ähnlichen rechteckigen Abschnitt 336 und stabförmigen Abschnitt 338 auf. In manchen Ausführungsformen gibt es mehr als drei kapazitive Bereiche 330, 332, 334; die Anzahl von kapazitiven Bereichen ist jedoch nicht auf irgendeinen bestimmten Zahlenwert eingeschränkt.
Der Kondensator 300 weist kapazitive Bereiche 330, 332, 334 auf, die die rechteckigen Abschnitte 336 und die stabförmigen Abschnitte 338 umfassen, die eine dreidimensionale integrierte Schaltungsstruktur bilden, die MOSCAP- und MOMCAP-Abschnitte aufweist. In manchen Ausführungsformen verwenden Schaltungen, die von einem Kondensator mit niedrigem Verlust und hohem elektrischen Wirkungsgrad (hohem Q) profitieren, den Kondensator 300 wegen der hohen Q-Charakteristika des Kondensators.
4A ist eine Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators 400, welcher die Erfindung nicht betrifft. Der Kondensator 400 umfasst eine leitende Gate-Schicht 402 in einer Isolierschicht 404. Sowohl die leitende Gate-Schicht 402 als auch die Isolierschicht 404 liegen über einem Substrat 406. Eine erste Halbleiterschicht 408 liegt mit einem Abstand unter der Gate-Schicht 402. Eine zweite Halbleiterschicht 410 liegt mit einem Abstand über der Gate-Schicht 402. Ein erstes Via 412 verbindet die Gate-Schicht 402 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 414 in der ersten Halbleiterschicht 408. Das ILV 414 ist von der ersten Halbleiterschicht 408 durch die Isolierschicht 416 getrennt. Ein zweites Via 418 verbindet die Gate-Schicht 402 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 420 in der zweiten Halbleiterschicht 410. Das ILV 420 ist von der zweiten Halbleiterschicht 410 durch eine Isolierschicht 422 getrennt.
Ein drittes Via 424 verbindet die Gate-Schicht 402 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 426 in der ersten Halbleiterschicht 408. Das ILV 426 ist von der ersten Halbleiterschicht 408 durch die Isolierschicht 416 getrennt. Ein viertes Via 428 verbindet die Gate-Schicht 402 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 430 in der zweiten Halbleiterschicht 410. Das ILV 430 ist von der zweiten Halbleiterschicht 410 durch die Isolierschicht 422 getrennt. Die Vias 412, 418, 424, 428 können ein Via-Array sein.
Eine erste leitende Platte 432 umfasst die leitende Gate-Schicht 402, die Vias 412, 418, 424, 428 und die ILVs 414, 420, 426, 430. Eine zweite leitende Platte 434 umfasst die erste Halbleiterschicht 408 und die zweite Halbleiterschicht 410. Der Kondensator 400 wird durch die erste leitende Platte 432 und die zweite leitende Platte 434 gebildet. Der Kondensator hat MOSCAP-Abschnitte, die entlang der Gate-Schicht 402 einen horizontalen Abstand haben und vertikal über und unter der Gate-Schicht 402 einen Abstand haben.
4B ist eine Seitenansicht eines dreidimensionalen IC-Kondensators 400 V (vertikal), welcher die Erfindung nicht betrifft. Der Kondensator 400 V umfasst eine erste leitende Gate-Schicht 402 unter einer zweiten leitenden Gate-Schicht 403 in einer Isolierschicht 404. Sowohl die leitende Gate-Schicht 402 als auch die Isolierschicht 404 liegen über dem Substrat 406. Eine erste Halbleiterschicht 408 liegt mit einem Abstand unter der Gate-Schicht 402. Eine zweite Halbleiterschicht 410 liegt mit einem Abstand über der ersten Gate-Schicht 402. Eine dritte Halbleiterschicht 411 liegt mit einem Abstand über der zweiten Gate-Schicht 403. Ein erstes Via 412 verbindet die erste Gate-Schicht 402 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 414 in der ersten Halbleiterschicht 408. Das ILV 414 ist von der ersten Halbleiterschicht 408 durch die Isolierschicht 416 getrennt. Ein zweites Via 418 verbindet die erste Gate-Schicht 402 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 420 in der zweiten Halbleiterschicht 410. Das ILV 420 ist von der zweiten Halbleiterschicht 410 durch eine Isolierschicht 422 getrennt.
Ein drittes Via 424 verbindet das ILV 420 elektrisch mit der zweiten Gate-Schicht 403. Eine vierte p-Wanne 428 verbindet die zweite Gate-Schicht 403 elektrisch mit einem Inter-Layer-Via (ILV) 426 in der dritten Halbleiterschicht 411. Das ILV 426 ist von der dritten Halbleiterschicht 411 durch eine Isolierschicht 427 getrennt. Die Vias 412, 418, 424, 428 können ein Via-Array sein.
Eine erste leitende Platte 432 umfasst die erste leitende Gate-Schicht 402, die zweite leitende Gate-Schicht 403, die Vias 412, 418, 424, 428 und die ILVs 414, 420, 426. Eine zweite leitende Platte 434 umfasst die erste Halbleiterschicht 408, die zweite Halbleiterschicht 410 und die dritte Halbleiterschicht 411. Der Kondensator 400 V wird durch die erste leitende Platte 432 und die zweite leitende Platte 434 gebildet. Der Kondensator 400 V hat MOSCAP-Abschnitte, die über und unter der ersten Gate-Schicht 402 und der zweiten Gate-Schicht 403 einen vertikalen Abstand haben.

Claims

Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300), die Folgendes umfasst: eine erste leitende Schicht (102); eine zweite leitende Schicht (104) über der ersten leitenden Schicht (102); eine Halbleiterschicht (116) über der zweiten leitenden Schicht (104), wobei die Halbleiterschicht (116) ein Inter-Layer-Via (118), ILV, durch die Halbleiterschicht (116) aufweist; eine dritte leitende Schicht (106) über der Halbleiterschicht (116); eine vierte leitende Schicht (124) über der dritten leitenden Schicht (106); eine erste leitende Platte (110), die Finger in mindestens zwei Schichten aus der ersten leitenden Schicht (102), der zweiten leitenden Schicht (104), der dritten leitenden Schicht (106) und der vierten leitenden Schicht (124) aufweist; eine zweite leitende Platte (112), die Finger in mindestens zwei Schichten aus der ersten leitenden Schicht (102), der zweiten leitenden Schicht (104), der dritten leitenden Schicht (106) und der vierten leitenden Schicht (124) aufweist; und eine Isolierschicht zwischen der ersten leitenden Platte (110) und der zweiten leitenden Platte, wobei die zweite leitende Platte (112) mit der Halbleiterschicht (116) elektrisch verbunden ist, so dass ein Abschnitt der IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300), der das ILV (118) umfasst, ein Metall-Oxid-Halbleiter-Kondensator, MOSCAP, ist, während Abschnitte über und unter dem MOSCAP Metall-Oxid-Metall-Kondensatoren, MOMCAPs, sind.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei die erste leitende Platte (110) weiter Folgendes umfasst: ein Verbindungs-Via (114) über dem ILV (118), das elektrisch mit diesem verbunden ist; und ein Verbindungs-Via unter dem ILV (118), das elektrisch mit diesem verbunden ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt der ersten leitenden Platte (110) mit dem ILV (118) elektrisch verbunden ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) ein Teil einer Hochfrequenz-, HF-, Schaltung ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) ein Teil eines Bandpassfilters ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) ein Teil eines Analog-Digital-Umwandlers, ADC, ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste leitende Platte (110) U-förmig und die zweite leitende Platte (112) T-förmig ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste leitende Platte (110) in einem ersten kapazitiven Bereich U-förmig und die zweite leitende Platte (112) T-förmig ist und in einem zweiten kapazitiven Bereich die erste leitende Platte (110) T-förmig und die zweite leitende Platte (112) U-förmig ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste leitende Platte (110) rechteckig und die zweite leitende Platte (112) stabförmig ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300), die Folgendes umfasst: eine erste leitende Schicht (104); eine Halbleiterschicht (116) über der ersten leitenden Schicht (104), wobei die Halbleiterschicht (116) mehrere Inter-Layer-Vias (118), ILVs, durch die Halbleiterschicht (116) aufweist; eine zweite leitende Schicht (106) über der Halbleiterschicht (116); eine erste leitende Platte (110), wobei die erste leitende Platte (110) Verbindungs-Vias (114) über den mehreren ILVs (118), die elektrisch mit diesen verbunden sind, und Verbindungs-Vias unter den mehreren ILVs (118), die elektrisch mit diesen verbunden sind, umfasst, wobei die erste leitende Platte (110) weiterhin erste Finger unter den Verbindungs-Vias in der ersten leitenden Schicht (104) und/oder erste Finger über den Verbindungs-Vias in der zweiten leitenden Schicht (106) aufweist, wobei die ersten Finger jeweils mit mehreren ILVs (118) elektrisch verbunden sind; eine zweite leitende Platte (112), die zweite Finger in der ersten leitenden Schicht (104) und/oder der zweiten leitenden Schicht (106) aufweist, wobei die zweiten Finger mit der Halbleiterschicht (116) elektrisch verbunden sind; und eine Isolierschicht zwischen der ersten leitenden Platte (110) und der zweiten leitenden Platte (112); einen Metall-Oxid-Halbleiter-Kondensator, MOSCAP, der einen Metallabschnitt, einen Oxidabschnitt und einen Halbleiterabschnitt aufweist, wobei der Metallabschnitt die mehreren ILVs (118) umfasst, der Oxidabschnitt mindestens einen Teil der Isolierschicht umfasst und der Halbleiterabschnitt mindestens einen Teil der Halbleiterschicht (116) umfasst.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach Anspruch 10, wobei ein Abschnitt der ersten leitenden Platte (110) in der zweiten leitenden Schicht (106) mit den mehreren ILVs (118) elektrisch verbunden ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste leitende Platte (110) U-förmig und die zweite leitende Platte (112) T-förmig ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste leitende Platte (110) in einem ersten kapazitiven Bereich U-förmig und die zweite leitende Platte (112) T-förmig ist und in einem zweiten kapazitiven Bereich die erste leitende Platte (110) T-förmig und die zweite leitende Platte (112) U-förmig ist.
Dreidimensionale IC-Kondensatorstruktur (100, 200, 300) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste leitende Platte (110) rechteckig und die zweite leitende Platte (112) stabförmig ist.