DE112010003418B4

DE112010003418B4 - Kondensator mit ineinander greifenden Strukturen

Info

Publication number: DE112010003418B4
Application number: DE112010003418.4T
Authority: DE
Inventors: Roger A Booth Jr.; Douglas D Coolbaugh; Ebenezer E Eshun; Zhong-Xiang He
Original assignee: GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: WO2011031512A3; JP5657002B2; US20110049674A1; TW201140785A; GB2485693A; JP2013503487A; CN102473710A; CN102473710B; GB2485693B; US8378450B2; DE112010003418T5; GB201201195D0; WO2011031512A2

Abstract

Bauelementstruktur, welche das Folgende umfasst:
- mindestens eine dielektrische Schicht (100), die auf einem Substrat angeordnet ist;
- mindestens eine erste und eine zweite ineinander greifende Struktur, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind, wobei die ineinander greifenden Strukturen einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen und jede der ersten und zweiten ineinander greifenden Struktur mindestens zwei erste Metallleitungen (10), mindestens eine zweite Metallleitung (20) und ringförmig angeordnete dritte Metallleitungen (110) umfasst, die die mindestens zwei ersten Metallleitungen elektrisch verbinden und von denen zwei unterschiedliche Längsrichtungen als eine Längsrichtung der mindestens zwei ersten Metallleitungen aufweisen, wobei die ersten, zweiten und dritten Metallleitungen einer ineinander greifenden Struktur jeweils in der selben horizontalen Ebene liegen;
- mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der dritten Metallleitungen (110) der ersten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der dritten Metallleitungen (110) der zweiten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht; und
- mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung (22), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) der ersten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) der zweiten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht;
- wobei die mindestens zwei ersten Metallleitungen (10) und die dritten Metallleitungen (110) der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen resistiv miteinander verbunden sind und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen isoliert sind und die mindestens eine zweite Metallleitung (20) der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen resistiv miteinander verbunden sind;
- und wobei die erste ineinandergreifende Struktur eine erste der
dritten Metallleitungen umfasst, die mit einem Endabschnitt jeder der mindestens zwei ersten Metallleitungen in Kontakt steht, und eine zweite der
dritten Metallleitungen umfasst, die mit dem anderen Endabschnitt jeder der mindestens zwei ersten Metallleitungen in Kontakt steht;
- und wobei die erste ineinander greifende Struktur eine zweite Metallleitung umfasst, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand parallel zu der ersten Seitenwand aufweist, und eine erste Metallleitung der ersten ineinander greifenden Struktur näher der ersten Seitenwand als der zweiten Seitenwand ist und die zweite Metallleitung mit allen anderen Elementen in der ersten ineinander greifenden Struktur nicht in Kontakt steht,
- und wobei mindestens eine erste Metallleitung (10) in der ersten ineinander greifenden Struktur Seitenwandflächen aufweist, die orthogonal zu Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung in der zweiten ineinander greifenden Struktur stehen,
- und wobei die ersten Metallleitungen der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen nicht in Kontakt mit einer vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung stehen,
- und wobei zumindest die ersten und die zweite der dritten Metallleitungen mit einer der ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierungen in Kontakt stehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kondensatorstrukturen und insbesondere Kondensatorstrukturen, welche ineinander greifende Leitungen aufweisen, und Verfahren zur Herstellung derselben.
Hintergrund der Erfindung
Bei Back-End-Of-Line(BEOL)-Metallkondensatoren des Standes der Technik werden Leitungen verwendet, die in eine Schicht eines dielektrischen Materials eingebettet sind. Die Leitungen werden als Metallleitungen, welche die Leitungsgräben in der Schicht des dielektrischen Materials füllen, zu derselben Zeit gebildet, wenn andere Metallleitungen für Metallverbindungsstrukturen gebildet werden. Der Abstand zwischen den Leitungen ist typischerweise eine kritische Abmessung, d.h. die kleinste Abmessung, die durch lithographische Verfahren gedruckt werden kann. Da solche BEOL-Metallkondensatoren in denselben Verarbeitungsschritten gebildet werden, die durchgeführt werden, um andere Metallverbindungsstrukturen zu bilden, können solche BEOL-Metallkondensatoren hergestellt werden, ohne dass sie zusätzliche Verarbeitungskosten verursachen.
Aufgrund des relativ großen Trennabstands zwischen den Metallleitungen benötigt ein solcher BEOL-Metallkondensator eine relativ große Fläche. Obwohl eine kleinere Fläche für solche BEOL-Metallkondensatoren wünschenswert wäre, kann die Breite der Leitungen nicht verringert werden, ohne das Risiko elektrischer Kurzschlüsse zwischen den Metalldurchkontaktierungen, welche die Leitungen mit leitenden Strukturen in verschiedenen Ebenen elektrisch verbinden, und anderen in der Nähe angeordneten leitenden Strukturen zu erhöhen. Insbesondere werden Metalldurchkontaktierungen gewöhnlich in einem oberen Abschnitt mit einem breiteren Durchmesser als in einem unteren Abschnitt gebildet, wodurch die Fläche der Metalldurchkontaktierung vergrößert wird und demzufolge die Möglichkeit elektrischer Kurzschlüsse erhöht wird, wenn eine Metalldurchkontaktierung direkt unter einer Metallleitung angeordnet ist.
Da durch das Vorliegen einer Metalldurchkontaktierung direkt unter einer Metallleitung gewöhnlich die physische Breite der Metallleitung größer wird und die Möglichkeit elektrischer Kurzschlüsse zwischen einer Metalldurchkontaktierung und benachbarten leitenden Strukturen erhöht wird, stoßen BEOL-Metallkondensatoren des Standes der Technik bei der maßstäblichen Verkleinerung an eine Grenze, die durch das Vorliegen der Metalldurchkontaktierungen ausgelöst wird.
Druckschrift US 2004/0174655 A1 offenbart eine ineinandergreifende Kapazitätsstruktur für integrierte Schaltkreise. Die Kapazitätsstruktur weist mehrere übereinander angeordnete Strukturen auf, die jeweils durch zwei kammartig ausgebildete elektrische Leiter gebildet werden, die mit ihren Kammstrukturen ineinander greifen. Die übereinander angeordneten Strukturen sind abwechselnd um 90° um eine Hochachse zueinander verdreht. Die elektrischen Leiter gleicher Polarität sind jeweils über vertikale Durchkontaktierungen miteinander verbunden. Vergleiche hierzu auch das später beschriebene dritte Ausführungsbeispiel.
Druckschrift US 2006/0086965 A1 offenbart ein aus mehreren ineinandergreifenden Strukturen gebildetes Kapazitätselement. Das Kapazitätselement weist ebenfalls mehrere übereinander angeordnete Strukturen auf, die jeweils durch zwei kammartig ausgebildete elektrische Leiter gebildet werden. In den Ausführungsbeispielen gemäß den 12 und 13 sind die übereinander angeordneten Strukturen abwechselnd um 90° um eine Hochachse zueinander verdreht. Die elektrischen Leiter gleicher Polarität sind jeweils über vertikale Durchkontaktierungen miteinander an Kreuzungspunkten verbunden. in 14 sind zusätzlich rahmenfömige Abschnitte vorgesehen. Die vertikalen Durchkontaktierungen sollen außerdem zur Kapazitätserhöhung beitragen.
Die US 2006/0 261 439 A1 lehrt ebenfalls einen Kondensator mit ineinander greifenden Strukturen, die sich in übereinander liegenden Ebenen kreuzen und bei denen eine rahmenförmige Verbindung vorgesehen ist. Die Anzahl der Kontakte soll klein gehalten werden, um Ausrichtungsfeheler zu vermeiden. An der rahmenförmigen Verbindung sind Durchkontakte nur an zwei unmittelbar benachbarten, zueinander senkrechten Abschnitten dargestellt.
Die Druckschrift DE 102 17 566 A1 lehrt ein Halbleiterbauelement mit integrierter, eine Mehrzahl an Metallisierungsebenen aufweisenden Kapazitätsstruktur. Dabei sind an einer Metallisierungsebene Stäbe mit metallischen Bereichen ausgebildet. Die metallischen Bereiche sind in Aussparungen von gitterförmigen Metallisierungsebenen eingeführt. Die Aussparungen sind größer ausgebildet als die Stäbe, wobei der dadurch entstehende Zwischenraum mit einem Dielektrikum ausgefüllt ist. Ebenso ist eine dielektrische Schicht zwischen der einer Metallisierungsebene und der Metallisierungsebene eingebracht.
Die Druckschrift US 2004/0031982 A1 lehrt ebenfalls eine Kapazität mit ineinander greifenden Strukturen. Eine derartige Struktur weist vier Zelleinheiten mit kammartig ineinander greifenden elektrischen Leitern auf, die in einem Quadrat angeordnet sind. Eine Kapazität wird durch die stapelartige Anordnung mehrerer derartiger Strukturen gebildet, wobei die unmittelbar aufeinander folgenden Strukturen um 90° zueinander verdreht sind.
Die Druckschrift US 2005/0259379 A1 offenbart eine aus ineinander greifenden Strukturen gebildete Kapazitätsstruktur. Die Kapazitätsstruktur wird durch die vertikal abwechselnde Anordnung von ersten und zweiten Strukturtypen gebildet, wobei beide Strukturtypen mehrere Zelleinheiten aufweisen und ein Strukturtyp eine ringartig ausgebildete, äußere Metallleitung aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Kondensatorstruktur zu schaffen, bei der Kurzschlüsse vermieden werden und der Gesamtwiderstand gering gehalten wird.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch die Bauelementstrutkur nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Figurenliste

1A und 1B sind horizontale Querschnittsansichten einer ersten beispielhaften Bauelementstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform zum besseren Verständnis von Teilaspekten der Erfindung entlang den horizontalen Ebenen A-A' bzw. B-B' der 1C und 1D.
1C, 1D und 1E sind vertikale Querschnittsansichten der ersten beispielhaften Bauelementstruktur gemäß der ersten Ausführungsform entlang den vertikalen Ebenen C-C', D-D' bzw. E-E' der 1A und 1B.
2A bis 2C sind horizontale Querschnittsansichten einer zweiten beispielhaften Bauelementstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform, die erfindungsgemäß ist, entlang den horizontalen Ebenen A-A', B-B' bzw. C-C' der 2D.
2D ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Bauelementstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der vertikalen Ebene D-D' der 2A bis 2C.
3A ist eine horizontale Querschnittsansicht einer der ineinander greifenden Strukturen eines dritten Typs in einer dritten beispielhaften Bauelementstruktur gemäß einer dritten, nicht erfindungsgemäßen, Ausführungsform.
3B ist eine horizontale Querschnittsansicht einer anderen der ineinander greifenden Strukturen eines dritten Typs in der dritten beispielhaften Bauelementstruktur.
4 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer ineinander greifenden Struktur eines vierten Typs in einer vierten beispielhaften Bauelementstruktur gemäß einer vierten, nicht erfindungegemäßen Ausführungsform.
5 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer ineinander greifenden Struktur eines fünften Typs in einer fünften beispielhaften Bauelementstruktur gemäß einer fünften, nicht erfindungegemäßen, Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie oben erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung Kondensatorstrukturen, welche ineinander greifende Leitungen aufweisen, und Verfahren zur Herstellung derselben, welche hierin unter Zuhilfenahme begleitender Figuren beschrieben werden. Über die verschiedenen Zeichnungen hinweg werden dieselben Bezugszahlen oder Buchstaben verwendet, um gleiche oder äquivalente Elemente zu kennzeichnen. Detaillierte Beschreibungen bekannter Funktionen und Konstruktionen, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unnötig verschleiern würden, sind aus Gründen der Verdeutlichung weggelassen worden. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Wie hierin verwendet, ist ein Strukturelement mit einem anderen Strukturelement „resistiv verbunden“, wenn das Strukturelement direkt mit dem anderen Strukturelement in Kontakt steht oder zwischen dem Strukturelement und dem anderen Strukturelement ein durchgängiger leitfähiger Weg durch mindestens ein leitfähiges Element vorliegt. Ein Strukturelement ist von einem anderen Strukturelement „elektrisch isoliert“, wenn zwischen dem Strukturelement und dem anderen Strukturelement kein durchgängiger leitfähiger Weg vorliegt. Ein Strukturelement steht mit einem anderen Strukturelement „in Kontakt“, wenn kein Strukturelement dazwischen angeordnet ist und zwischen dem Strukturelement und dem anderen Strukturelement ein physischer Kontakt vorliegt. Ein Strukturelement steht mit einem anderen Strukturelement „in vertikalem Kontakt“, wenn eine Grenzfläche zwischen dem Strukturelement und dem anderen Strukturelement im Wesentlichen horizontal verläuft. Ein Strukturelement steht mit einem anderen Strukturelement „in horizontalem Kontakt“, wenn eine Grenzfläche zwischen dem Strukturelement und dem anderen Strukturelement im Wesentlichen vertikal verläuft. Ein Strukturelement weist einen „Abstand“ von einem anderen Element auf, wenn das Strukturelement mit dem anderen Strukturelement nicht in direktem Kontakt steht. Eine ineinander greifende Struktur ist eine Struktur, welche mindestens zwei Teilstrukturen aufweist, wobei jede der Teilstrukturen mindestens einen Teil umfasst, der sich seitlich erstreckt, und wobei Seitenwände benachbarter Teilstrukturen entlang der seitlich verlaufenden Richtung nah beieinander angeordnet sind. Ein Elementpaar eines Typs ist „vertikal benachbart“, wenn zwischen dem Elementpaar desselben Typs kein Element desselben Typs angeordnet ist.
Bezug nehmend auf FIG. 1A bis 1E, umfasst eine erste beispielhafte Bauelementstruktur mindestens eine dielektrische Schicht 100, mehrere darin eingebettete ineinander greifende Strukturen, mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung. Die mindestens eine dielektrische Schicht 100 ist typischerweise auf einem (nicht dargestellten) Substrat ausgebildet, bei welchem es sich um ein Halbleitersubstrat, ein Isolatorsubstrat, ein leitfähiges Substrat oder eine Kombination dieser handeln kann. Wenn die mindestens eine dielektrische Schicht 100 auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, kann auf dem Halbleitersubstrat mindestens ein Halbleiterbauelement ausgebildet sein. In der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 kann mindestens eine Metallverbindungsstruktur gebildet werden, welche mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene umfasst, d.h. mindestens eine Metallleitung, die in einer Verbindungsebene gebildet wird, wobei Verfahren angewendet werden, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, z.B. Abscheiden von dielektrischen Materialien, lithographisches Strukturieren der dielektrischen Materialien und Bilden von Durchkontaktierungslöchern und Leitungsgräben, Abscheiden von leitfähigen Materialien und Planarisieren.
Bei der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 handelt es sich um eine oder mehrere dielektrische Schicht(en), welche jeweils ein dielektrisches Material umfassen. Jedes dielektrische Material kann ein herkömmliches dielektrisches Material auf Oxidbasis umfassen, welches eine Dielektrizitätskonstante k von ungefähr 3,6 bis ungefähr 3,9 aufweist, oder ein dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k, welches eine Dielektrizitätskonstante k von 3,0 oder weniger, vorzugsweise weniger als ungefähr 2,8, insbesondere weniger als ungefähr 2,5 aufweist. Nicht beschränkende Beispiele für das herkömmliche dielektrische Material auf Oxidbasis sind undotiertes Silicatglas (USG), Fluorsilicatglas (FSG), Borphosphorsilicatglas (BPSG) und Phosphorsilicatglas (PSG). Bei dem dielektrischen Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k kann es sich um ein aufgeschleudertes dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k oder ein durch chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) aufgebrachtes dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k handeln. Ein Beispiel für ein aufgeschleudertes dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k ist ein wärmehärtbarer Polyarylenether, welcher im Allgemeinen auch als „Silicon Low-K“ oder „SiLK™“ bezeichnet wird. Mit dem Begriff „Polyarylen“ sind hierin Aryleinheiten oder inert substituierte Aryleinheiten bezeichnet, welche durch Bindungen, kondensierte Ringe oder inerte Verbindungsgruppen wie Sauerstoff, Schwefel, Sulfon-, Sulfoxid-, Carbonylgruppen usw. miteinander verbunden sind. Die Zusammensetzung und Abscheidungsverfahren für das durch CVD aufgebrachte dielektrisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel kann es sich bei dem durch CVD aufgebrachten dielektrischen Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k um ein SiCOH-Dielektrikum handeln, welches eine Matrix eines hydrierten oxidierten Silicium-Kohlenstoff-Materials (SiCOH) enthält, welches Si-, C-, O- und H-Atome in einem kovalent gebundenen dreidimensionalen Netzwerk umfasst. Sowohl das aufgeschleuderte dielektrische Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k als auch das durch CVD aufgebrachte dielektrische Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k kann porös sein, wodurch die Dielektrizitätskonstante der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 verringert wird. Die mindestens eine dielektrische Schicht 100 kann einen Stapel von mindestens zweien aus dem herkömmlichen dielektrischen Material auf Oxidbasis, dem aufgeschleuderten dielektrischen Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k und dem durch CVD aufgebrachten dielektrischen Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante k umfassen. Die mindestens eine dielektrische Schicht 100 fungiert als Knotendielektrikum für die Kondensatorstruktur der vorliegenden Erfindung.
Die mehreren ineinander greifenden Strukturen sind in die mindestens eine dielektrische Schicht 100 eingebettet. Jede ineinander greifende Struktur ist auf einer Leitungsebene einer Metallverbindungsstruktur ausgebildet. Die mehreren ineinander greifenden Strukturen umfassen mindestens eine ineinander greifende Struktur eines ersten Typs und können mindestens eine ineinander greifende Struktur eines zweiten Typs umfassen. Die erste beispielhafte Bauelementstruktur umfasst mindestens zwei ineinander greifende Strukturen, die auf verschiedenen Ebenen, d.h. an verschiedenen vertikalen Stellen, angeordnet sind und durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen verbunden sind. Die erste beispielhafte Bauelementstruktur kann mindestens zwei ineinander greifende Strukturen eines ersten Typs oder mindestens eine ineinander greifende Struktur eines ersten Typs und mindestens eine ineinander greifende Struktur eines zweiten Typs umfassen. Alle ineinander greifenden Strukturen weisen einen vertikalen Abstand voneinander auf. Jede ineinander greifende Struktur umfasst mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung und mindestens eine dritte Metallleitung.
Eine ineinander greifende Struktur des ersten Typs umfasst mindestens eine erste Metallleitung des ersten Typs 10, mindestens eine zweite Metallleitung des ersten Typs 20 und zwei dritte Metallleitungen des ersten Typs 110. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 und der beiden dritten Metallleitungen des ersten Typs 110 kann eine rechteckige horizontale Querschnittsfläche aufweisen. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) kann von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 innerhalb derselben ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) einen konstanten seitlichen Abstand aufweisen.
Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 kann durchgehend eine konstante Breite aufweisen, d.h. von einem Endabschnitt, an welchem die erste Metallleitung des ersten Typs 10 seitlich mit einer der mindestens einen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in Kontakt steht, bis zu dem anderen Endabschnitt, an welchem die erste Metallleitung des ersten Typs 10 seitlich mit einer anderen der mindestens einen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in Kontakt steht. Jeder Endabschnitt der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 steht seitlich mit einer der mindestens einen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in Kontakt. Die konstante Breite einer ersten Metallleitung des ersten Typs 10 wird hierin als konstante erste Leitungsbreite w bezeichnet, bei welcher es sich um eine kritische Abmessung handeln kann, d.h. die kleinste Abmessung für eine Leitungsbreite in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur, die durch lithographische Verfahren gedruckt werden kann.
Jede der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 kann durchgehend eine konstante Breite aufweisen, welche hierin als konstante zweite Leitungsbreite w' bezeichnet wird, welche vorzugsweise größer ist als die kritische Abmessung für eine Leitungsbreite in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur. Vorzugsweise ist die zweite Leitungsbreite w' größer als die erste Leitungsbreite w und größer als der Durchmesser der vertikalen leitfähigen Durchkontaktierungen, die mit dieser verbunden sind.
Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 kann über die Länge der ersten Metallleitung des ersten Typs 10 in einem konstanten Abstand d von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 getrennt sein. Bei dem konstanten Abstand d kann es sich um eine kritische Abmessung für einen Abstand zwischen benachbarten Leitungen in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur handeln.
Jede der zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 ist seitlich von der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 umgeben und steht seitlich nicht mit einer leitfähigen Struktur in Kontakt. Jede der zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) ist elektrisch von allen anderen Elementen innerhalb der ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) isoliert.
Jede ineinander greifende Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) umfasst zwei der dritten Metallleitungen des ersten Typs 110, die miteinander nicht in Kontakt stehen. Die beiden dritten Metallleitungen des ersten Typs 110 in jeder ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) sind integriert konstruiert, d.h. sie liegen in einem einzigen durchgängigen Stück vor und weisen dieselbe Materialzusammensetzung auf. Alle der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 und der beiden dritten Metallleitungen des ersten Typs 110 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) sind integriert konstruiert. Alle der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 und der beiden dritten Metallleitungen des ersten Typs 110 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) können dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen und umfassen zumindest ein leitfähiges Material, welches aus einem Metall und einer Metallverbindung ausgewählt sein kann. Nicht beschränkende Beispiele für das Metall und die Metallverbindung sind W, Cu, Al, WN, TiN, TaN und eine Kombination derselben. Vorzugsweise bestehen alle der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 und der mindestens einen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) aus leitfähigen Materialien.
Die gesamte obere Fläche und die gesamte untere Fläche, d.h. die Gesamtheit der oberen Fläche und die Gesamtheit der unteren Fläche, und ein Seitenwandflächen-Paar jeder der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 stehen mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. Somit stehen alle Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, die nicht mit einer dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in Kontakt stehen, mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. Alle oberen Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 und der mindestens einen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) können koplanar sein, d.h. innerhalb derselben horizontalen Ebene liegen. Alle unteren Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 und der mindestens einen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) können koplanar sein.
Eine ineinander greifende Struktur des zweiten Typs umfasst mindestens eine erste Metallleitung des zweiten Typs 30, mindestens eine zweite Metallleitung des zweiten Typs 40, eine dritte Metallleitung des zweiten Typs 130 und eine vierte Metallleitung des zweiten Typs 140. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30, der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40, der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 und der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 kann eine rechteckige horizontale Querschnittsfläche aufweisen. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 in einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) kann von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 innerhalb derselben ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) einen konstanten seitlichen Abstand aufweisen.
Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 kann durchgehend eine konstante Breite aufweisen, d.h. von einem Endabschnitt, der eine vertikale Endfläche aufweist, die mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt steht, bis zu dem anderen Endabschnitt, an welchem die erste Metallleitung des zweiten Typs 30 seitlich mit einer dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 in Kontakt steht. Ein Endabschnitt der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 steht seitlich mit der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 in Kontakt. Bei der konstanten Breite einer ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 kann es sich um eine konstante erste Leitungsbreite w handeln, bei welcher es sich um eine kritische Abmessung handeln kann. Vorzugsweise ist die konstante Breite einer ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 dieselbe wie die konstante Breite einer ersten Metallleitung des ersten Typs 10 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20).
Jede der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 kann durchgehend eine konstante Breite aufweisen, bei welcher es sich um die konstante zweite Leitungsbreite w' handeln kann.
Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 kann über die Länge der ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 in einem konstanten Abstand d von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 getrennt sein. Bei dem konstanten Abstand d kann es sich um eine kritische Abmessung für einen Abstand zwischen benachbarten Leitungen in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur handeln. Vorzugsweise ist der konstante Abstand zwischen einer ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 und einer zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 derselbe wie der konstante Abstand zwischen einer ersten Metallleitung des ersten Typs 10 und einer zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20).
Ein Ende jeder zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 steht mit der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 in Kontakt. Jede der zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 in einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) ist resistiv mit der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb der ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) verbunden.
Alle der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 und der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) sind integriert konstruiert. Alle der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 und der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) sind integriert konstruiert. Alle der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30, der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40, der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 und der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) können dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen und umfassen zumindest ein leitfähiges Material, welches aus einem Metall und einer Metallverbindung ausgewählt sein kann. Nicht beschränkende Beispiele für das Metall und die Metallverbindung sind W, Cu, Al, WN, TiN, TaN und eine Kombination derselben. Vorzugsweise bestehen alle der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30, der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40, der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 und der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) aus leitfähigen Materialien.
Die gesamte obere Fläche und die gesamte untere Fläche und ein Seitenwandflächen-Paar jeder der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 stehen mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. Somit stehen alle Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30, die nicht mit einer dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 in Kontakt stehen, mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. Alle oberen Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30, der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40, der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 und der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) können koplanar sein, d.h. innerhalb derselben horizontalen Ebene liegen. Alle unteren Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30, der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40, der dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 und der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) können koplanar sein.
Die mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung und die mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung sorgen für eine vertikale elektrische Verbindung zwischen verschiedenen Elementen ineinander greifender Strukturen, die auf benachbarten vertikalen Ebenen angeordnet sind. Die mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung umfasst mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung des ersten Typs 112 und mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung des zweiten Typs 132. Die mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung umfasst mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung des ersten Typs 22 und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung des zweiten Typs 42.
Jede der mindestens einen ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des ersten Typs 112, weist eine obere Fläche auf, welche vertikal mit einer dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) in einer Ebene in Kontakt steht, und weist eine untere Fläche auf, welche vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in einer anderen ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) in einer anderen Ebene in Kontakt steht. Jede der mindestens einen ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des zweiten Typs 132 weist eine obere Fläche oder eine untere Fläche auf, die vertikal mit einer dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) in einer Ebene in Kontakt steht, und weist eine untere Fläche oder eine obere Fläche auf, welche vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 in einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) in einer anderen Ebene in Kontakt steht. Somit steht eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung des ersten Typs 112 vertikal mit zwei dritten Metallleitungen des ersten Typs 110 in Kontakt, und eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung des zweiten Typs 132 steht vertikal mit einer dritten Metallleitung des ersten Typs 110 und einer dritten Metallleitung des zweiten Typs 130 in Kontakt.
Jede der mindestens einen zweiten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des ersten Typs 22, weist eine obere Fläche auf, welche vertikal mit einer zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) in einer Ebene in Kontakt steht, und weist eine untere Fläche auf, welche vertikal mit einer anderen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 in einer anderen ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) in einer anderen Ebene in Kontakt steht. Jede der mindestens einen zweiten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des zweiten Typs 42 weist eine obere Fläche oder eine untere Fläche auf, die vertikal mit einer zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) in einer Ebene in Kontakt steht, und weist eine untere Fläche oder eine obere Fläche auf, welche vertikal mit einer zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 in einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) in einer anderen Ebene in Kontakt steht. Somit steht eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung des ersten Typs 22 vertikal mit zwei zweiten Metallleitungen des ersten Typs 20 in Kontakt, und eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung des zweiten Typs 42 steht vertikal mit einer zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 und einer zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 in Kontakt.
Die erste beispielhafte Bauelementstruktur ist ein vertikaler Stapel mehrerer ineinander greifender Strukturen, welche mindestens eine ineinander greifende Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) und gegebenenfalls mindestens eine ineinander greifende Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) umfassen. Jede ineinander greifende Struktur in der ersten beispielhaften Bauelementstruktur ist über die mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112, 132) und die mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung (22, 42) mit mindestens einer anderen ineinander greifenden Struktur elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist jede der ineinander greifenden Strukturen des zweiten Typs (30, 130, 40, 140), falls vorhanden, in der obersten Ebene und/oder in der untersten Ebene der ersten beispielhaften Bauelementstruktur angeordnet.
In der ersten beispielhaften Bauelementstruktur verlaufen alle Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung (10, 30) außer den vertikalen Endflächen der mindestens einen ersten Metallleitung des zweiten Typs 30 parallel zueinander.
Bei der ersten beispielhaften Bauelementstruktur handelt es sich um eine Kondensatorstruktur. Alle Leitungen der mindestens einen ersten Metallleitung (10, 30) und der mindestens einen dritten Metallleitung (110, 130) sind resistiv miteinander verbunden und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung (20, 40) isoliert, und alle Leitungen der mindestens einen zweiten Metallleitung (20, 40) sind resistiv miteinander verbunden. Alle Leitungen der mindestens einen ersten Metallleitung (10, 30) und der mehreren dritten Metallleitungen (110, 130) bilden eine Elektrode der Kondensatorstruktur. Alle Leitungen der mindestens einen zweiten Metallleitung (20, 40) und gegebenenfalls der mindestens einen vierten Metallleitung 140 sind resistiv miteinander verbunden, um eine andere Elektrode der Kondensatorstruktur zu bilden.
Jede der ineinander greifenden Strukturen kann in derselben Ebene innerhalb der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 gleichzeitig mit mindestens einer Metallleitung einer Verbindungsebene gebildet werden. Die mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene kann Leitungen einer Verbindungsebene des ersten Typs 420, die in derselben Ebene wie eine ineinander greifende Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) gebildet werden, und Leitungen einer Verbindungsebene des zweiten Typs 440 umfassen, die in derselben Ebene wie eine ineinander greifende Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) gebildet werden. Die mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene weist eine obere Fläche auf, die mit einer oberen Fläche einer Leitung der mindestens einen ersten Metallleitung (10, 30) und einer Leitung der mindestens einen zweiten Metallleitung (20, 40) koplanar ist. Eine Metallverbindungsstruktur, welche die mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene umfasst, kann resistiv mit einem Halbleiterbauelement auf einem Substrat verbunden sein, auf welchem die mindestens eine dielektrische Schicht 100 ausgebildet ist.
Jede der mindestens einen Metallleitung einer Verbindungsebene (420, 440) kann gleichzeitig mit der Bildung einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) oder einer ineinander greifenden Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) durch Abscheidung und Planarisierung einer Metallschicht in Gräben gebildet werden, die sich in der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 befinden. Jede Verbindungs-Metalldurchkontaktierung (422, 442) kann gleichzeitig mit der Bildung von leitfähigen Durchkontaktierungen des ersten Typs (112, 22) in derselben Ebene oder leitfähigen Durchkontaktierungen des zweiten Typs (132, 42) in derselben Ebene gebildet werden.
Bezug nehmend auf FIG. 2A bis 2D, umfasst eine zweite beispielhafte Bauelementstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine dielektrische Schicht 100, mehrere darin eingebettete ineinander greifende Strukturen, mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112, 132) und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung (22, 42), wie in der ersten Ausführungsform.
Die mehreren ineinander greifenden Strukturen sind wie in der ersten Ausführungsform in die mindestens eine dielektrische Struktur 100 eingebettet. Ferner ist jede ineinander greifende Struktur wie in der ersten Ausführungsform in einer Leitungsebene einer Metallverbindungsstruktur ausgebildet. Die zweite beispielhafte Bauelementstruktur umfasst mindestens zwei ineinander greifende Strukturen des ersten Typs, die auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind und durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen verbunden sind, und kann gegebenenfalls mindestens eine ineinander greifende Struktur des zweiten Typs umfassen. Alle ineinander greifenden Strukturen weisen einen vertikalen Abstand voneinander auf. Jede ineinander greifende Struktur umfasst mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung und eine dritte Metallleitung.
Eine ineinander greifende Struktur des ersten Typs umfasst mindestens eine erste Metallleitung des ersten Typs 10, mindestens eine zweite Metallleitung des ersten Typs 20 und eine dritte Metallleitung des ersten Typs 110. Die mindestens eine erste Metallleitung des ersten Typs 10 und die mindestens eine zweite Metallleitung des ersten Typs 20 weisen dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften auf wie in der ersten Ausführungsform. Alle dritten Metallleitungen des ersten Typs 110 weisen dieselben Zusammensetzungseigenschaften auf wie in der ersten Ausführungsform.
In jeder ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) ist die dritte Metallleitung 110 an einem Rand der ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) angeordnet und umschließt seitlich die mindestens eine erste Metallleitung des ersten Typs 10 und die mindestens eine zweite Metallleitung des ersten Typs 20 in der ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20). Die dritte Metallleitung des ersten Typs 110 kann eine gleiche Länge und Breite aufweisen oder nicht, d.h. die Länge eines Paars paralleler äußerer Seitenwände der dritten Metallleitung des ersten Typs 110 kann dieselbe sein wie die Länge eines anderen Paars paralleler äußerer Seitenwände der dritten Metallleitung des ersten Typs 110 oder nicht. Die dritte Metallleitung des ersten Typs 110 (ausschließlich der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10, die seitlich mit der dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in Kontakt steht) ist integriert konstruiert und ist topologisch zu einem Torus homöomorph, also ringförmig. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 steht an zwei Stellen seitlich mit einer dritten Metallleitung des ersten Typs 110 in Kontakt. Keine der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 steht mit einer leitfähigen Struktur in Kontakt.
In der zweiten beispielhaften Bauelementstruktur weist jedes vertikal benachbarte Paar ineinander greifender Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) unterschiedliche Orientierungen der Längsrichtung der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 und der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 auf. Insbesondere weist mindestens eine erste Metallleitung des ersten Typs 10 in einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) Seitenwandflächen auf, die orthogonal zu Seitenwandflächen mindestens einer ersten Metallleitung des ersten Typs 10 in einer vertikal benachbarten ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) verlaufen. Ein Paar ineinander greifender Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) ist „vertikal benachbart“, wenn zwischen dem Paar ineinander greifender Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) keine weitere ineinander greifende Struktur angeordnet ist. Somit wechseln sich in einem vertikalen Stapel ineinander greifender Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20), die durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen des ersten Typs (112, 22) verbunden sind, die Orientierungen der Ebenen der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 über jedes Paar vertikal benachbarter ineinander greifender Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) zwischen zwei Orientierungen ab. Gegebenenfalls kann mindestens eine ineinander greifende Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140), welche dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften wie in der ersten Ausführungsform aufweist, mit einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) der oberen Ebene und/oder einer ineinander greifenden Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) der unteren Ebene verbunden sein.
Ein solches Abwechseln der Orientierungen der Ebenen der mindestens einen ersten Metallleitung des ersten Typs 10 erhöht die kapazitive Kopplung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Kondensatorstruktur von Schicht zu Schicht. Die erste Elektrode umfasst alle der mindestens einen ersten Metallleitung (10, 30), die mehreren dritten Metallleitungen (110, 130) und mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112, 132). Die zweite Elektrode umfasst alle der mindestens einen zweiten Metallleitung (20, 40), die mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung des ersten Typs 22, die mindestens eine vertikale leitfähige Durchkontaktierung des zweiten Typs 42 und gegebenenfalls die mindestens eine vierte Metallleitung 140.
Bezug nehmend auf 3A und 3B wird eine dritte beispielhafte Bauelementstruktur dargestellt, die mehrere ineinander greifende Strukturen eines dritten Typs umfasst. Die dritte beispielhafte Bauelementstruktur umfasst mindestens eine dielektrische Schicht 100, die auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet ist, mehrere ineinander greifende Strukturen des dritten Typs, die in die mindestens eine dielektrische Schicht 100 eingebettet sind und einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen, mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung 312 und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung 322.
Eine ineinander greifende Struktur des dritten Typs umfasst mindestens eine erste Metallleitung eines dritten Typs 50, mindestens eine zweite Metallleitung des dritten Typs 60 und eine dritte Metallleitung des dritten Typs 310 und eine vierte Metallleitung des dritten Typs 320. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 und der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 kann eine rechteckige horizontale Querschnittsfläche aufweisen. Die dritte Metallleitung des dritten Typs 310 und die vierte Metallleitung des dritten Typs 320 können eine L-förmige horizontale Querschnittsfläche aufweisen. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 in einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) kann einen konstanten seitlichen Abstand d von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 in derselben ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) aufweisen.
Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 kann durchgehend eine konstante Breite aufweisen, d.h. von einem Endabschnitt, der eine vertikale Endfläche aufweist, welche mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt steht, bis zu dem anderen Endabschnitt, an welchem die mindestens eine erste Metallleitung des dritten Typs 50 seitlich mit einer dritten Metallleitung des dritten Typs 310 in Kontakt steht. Ein Endabschnitt der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 steht seitlich mit einer dritten Metallleitung des dritten Typs 310 in Kontakt. Die konstante Breite einer ersten Metallleitung des dritten Typs 50 wird hierin als konstante erste Leitungsbreite w bezeichnet, bei welcher es sich um eine kritische Abmessung handeln kann, d.h. die kleinste Abmessung für eine Leitungsbreite in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur, die durch lithographische Verfahren gedruckt werden kann.
Jede der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 kann durchgehend eine konstante Breite aufweisen, d.h. von einem Endabschnitt, der eine vertikale Endfläche aufweist, welche mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt steht, bis zu dem anderen Endabschnitt, an welchem die mindestens eine zweite Metallleitung des dritten Typs 60 seitlich mit einer vierten Metallleitung des dritten Typs 320 in Kontakt steht. Ein Endabschnitt der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 steht seitlich mit einer vierten Metallleitung des dritten Typs 320 in Kontakt. Die konstante Breite einer zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 wird hierin als konstante zweite Leitungsbreite bezeichnet, welche dieselbe sein kann wie die konstante erste Leitungsbreite w oder nicht. Vorzugsweise ist die konstante erste Leitungsbreite w dieselbe wie die konstante zweite Leitungsbreite, und es handelt sich um eine kritische Abmessung für eine Leitungsbreite in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur.
Jede der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 kann über die Länge der ersten Metallleitung des dritten Typs 50 einen konstanten seitlichen Abstand d von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 aufweisen. Bei dem konstanten Abstand d kann es sich um eine kritische Abmessung für einen Abstand zwischen benachbarten Leitungen in einer verschachtelten Parallelleitungsstruktur handeln.
Alle der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 und der dritten Metallleitung des dritten Typs 310 in einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) sind integriert konstruiert. Alle der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 und der vierten Metallleitung des dritten Typs 320 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) sind integriert konstruiert. Alle der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50, der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60, der dritten Metallleitung des dritten Typs 310 und der vierten Metallleitung des dritten Typs 320 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) können dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen, wobei das Material zumindest ein leitfähiges Material umfasst, welches aus einem Metall und einer Metallverbindung ausgewählt sein kann. Nicht beschränkende Beispiele für das Metall und die Metallverbindung sind W, Cu, Al, WN, TiN, TaN und eine Kombination derselben. Vorzugsweise bestehen alle der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50, der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60, der dritten Metallleitung des dritten Typs 310 und der vierten Metallleitung des dritten Typs 320 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) aus leitfähigen Materialien.
Die gesamte obere Fläche und die gesamte untere Fläche, d.h. die Gesamtheit der oberen Fläche und die Gesamtheit der unteren Fläche, und ein Seitenwandflächen-Paar jeder der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 stehen mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. Somit stehen alle Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50, die nicht mit einer dritten Metallleitung des dritten Typs 310 in Kontakt stehen, mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. In ähnlicher Weise stehen alle Flächen der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60, die nicht mit einer vierten Metallleitung des dritten Typs 320 in Kontakt stehen, mit der mindestens einen dielektrischen Schicht 100 in Kontakt. Alle oberen Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50, der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60, der dritten Metallleitung des dritten Typs 310 und der vierten Metallleitung des dritten Typs 320 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) können koplanar sein, d.h. innerhalb derselben horizontalen Ebene liegen. Alle unteren Flächen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50, der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60, der dritten Metallleitung des dritten Typs 310 und der vierten Metallleitung des dritten Typs 320 innerhalb einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) können koplanar sein.
Die dritte beispielhafte Bauelementstruktur umfasst mindestens zwei ineinander greifende Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind und durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen verbunden sind. Alle ineinander greifenden Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) weisen einen vertikalen Abstand voneinander auf. Die vertikalen leitfähigen Durchkontaktierungen des dritten Typs umfassen mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung des dritten Typs 312 und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung des dritten Typs 322. Jede der ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 312 weist eine obere Fläche auf, die oberhalb vertikal mit einer dritten Metallleitung des dritten Typs 310 in Kontakt steht, und eine untere Fläche, die unterhalb vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung des dritten Typs 310 in Kontakt steht. Jede der zweiten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 322 weist eine obere Fläche auf, die oberhalb vertikal mit einer vierten Metallleitung des dritten Typs 320 in Kontakt steht, und eine untere Fläche, die unterhalb vertikal mit einer anderen vierten Metallleitung des dritten Typs 320 in Kontakt steht.
In der dritten beispielhaften Bauelementstruktur weist jedes vertikal benachbarte Paar ineinander greifender Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) unterschiedliche Orientierungen der Längsrichtung der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 und der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60 auf. Insbesondere weist mindestens eine erste Metallleitung des dritten Typs 50 in einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) Seitenwandflächen auf, die senkrecht zu der Richtung des Abstands d in derselben ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) verlaufen und orthogonal zu Seitenwandflächen mindestens einer ersten Metallleitung des dritten Typs 50 in einer vertikal benachbarten ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) verlaufen. Ein Paar ineinander greifender Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) ist „vertikal benachbart“, wenn zwischen dem Paar ineinander greifender Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) keine weitere ineinander greifende Struktur angeordnet ist. Somit wechseln sich in einem vertikalen Stapel ineinander greifender Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen des dritten Typs (312, 322) verbunden sind, die Orientierungen der Ebenen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 über jedes Paar vertikal benachbarter ineinander greifender Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) zwischen zwei Orientierungen ab.
Ein solches Abwechseln der Orientierungen der Ebenen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 erhöht die kapazitive Kopplung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Kondensatorstruktur von Schicht zu Schicht.
Die erste Elektrode umfasst alle der ersten Metallleitungen des dritten Typs 50, alle der dritten Metallleitungen des dritten Typs 310 und alle der mindestens einen ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 312, welche resistiv miteinander verbunden sind. Die zweite Elektrode umfasst alle der mindestens einen zweiten Metallleitung des dritten Typs 60, alle der vierten Metallleitungen des dritten Typs 320 und alle der mindestens einen zweiten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 322, welche resistiv miteinander verbunden sind.
Wie in den vorigen Ausführungsformen können in der dritten beispielhaften Bauelementstruktur mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene (420, 440) und eine Verbindungs-Metalldurchkontaktierung (422, 442) ausgebildet sein, auch wenn diese Strukturen in 3A und 3B nicht ausdrücklich dargestellt sind. Jede der mindestens einen Metallleitung einer Verbindungsebene (420, 440) kann gleichzeitig mit der Bildung einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) durch Abscheidung und Planarisierung einer Metallschicht in Gräben gebildet werden, die sich in der ersten dielektrischen Schicht 100 befinden. Jede Verbindungs-Metalldurchkontaktierung (422, 442) kann gleichzeitig mit der Bildung von leitfähigen Durchkontaktierungen des dritten Typs (312, 322) in derselben Ebene gebildet werden.
Ausführungsformen, bei welchen sich mehrere Einheiten der dritten beispielhaften Bauelementstruktur seitlich wiederholen, ohne dass ein direkter Kontakt zwischen mehreren dritten Metallleitungen des dritten Typs 310 und/oder mehreren vierten Metallleitungen des dritten Typs 320 besteht, sind hierin ausdrücklich vorgesehen.
Bezug nehmend auf 4 wird eine ineinander greifende Struktur eines vierten Typs dargestellt. Mehrere ineinander greifende Strukturen des vierten Typs können vertikal gestapelt sein, um eine vierte beispielhafte Bauelementstruktur zu bilden.
Die ineinander greifende Struktur des vierten Typs kann durch seitliche Wiederholung mehrerer Einheiten einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) der dritten Ausführungsform gebildet werden, wobei für einen direkten Kontakt zwischen mehreren dritten Metallleitungen des dritten Typs 310 und/oder mehreren vierten Metallleitungen des dritten Typs 320 gesorgt ist. Einige Einheiten einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die in eine ineinander greifende Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') eingefügt sind, können gegenüber einer anderen Einheit der ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) um 90 Grad gedreht sein. In diesem Fall sind Seitenwandflächen einer von mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 in einer ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), welche hierin als „erste Seitenwandflächen“ bezeichnet werden, orthogonal zu einigen anderen Seitenwandflächen einer anderen der mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 in der ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), welche hierin als „zweite Seitenwandflächen“ bezeichnet werden. In einigen Fällen kann die ineinander greifende Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') mehrere Einheiten einer Zelleneinheit U umfassen, welche alle Elemente einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) der dritten Ausführungsform umfasst. Die Zelleneinheit U kann sich wiederholen und dabei um ganze Vielfache von 90 Grad um eine Flächennormale eines Substrats gedreht sein, bei welcher es sich um eine vertikale Achse handelt, die auf dem Substrat senkrecht steht, d.h. der Richtung senkrecht zu der Ebene der 4 entspricht.
Die mehreren dritten Metallleitungen des dritten Typs 310 der mehreren ineinander greifenden Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) werden in einer dritten Metallleitung des vierten Typs 310' zusammengeführt. In ähnlicher Weise werden die mehreren vierten Metallleitungen des dritten Typs 320 der mehreren ineinander greifenden Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) in einer vierten Metallleitung des vierten Typs 320' zusammengeführt. Zum Beispiel kann eine dritte Metallleitung des vierten Typs 310' in einer ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') an einem Rand der ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') angeordnet sein und seitlich die mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50, die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 und die vierte Metallleitung des vierten Typs 320' umschließen. Die dritte Metallleitung des vierten Typs 310' (ausschließlich der mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50) ist integriert konstruiert und ist topologisch zu einem Torus homöomorph. Eine vierte Metallleitung des vierten Typs 320' kann die Form eines Fadenkreuzes aufweisen und ist integriert konstruiert.
Die mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 der ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') können dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften aufweisen wie die mindestens eine erste Metallleitung des dritten Typs 50 einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320). Die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 der ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') können dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften aufweisen wie die mindestens eine zweite Metallleitung des dritten Typs 60 einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320).
Die vierte beispielhafte Bauelementstruktur umfasst mindestens eine dielektrische Schicht 100, die auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet ist, mehrere ineinander greifende Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), die in die mindestens eine dielektrische Schicht 100 eingebettet sind und einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen, mehrere erste vertikale leitfähige Durchkontaktierungen des dritten Typs 312 und mehrere zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierungen des dritten Typs 322. Wie in der dritten Ausführungsform weist jede der ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 312 eine obere Fläche auf, die vertikal mit einer dritten Metallleitung des vierten Typs 310' in einer ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer Ebene in Kontakt steht, und eine untere Fläche, die vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung des vierten Typs 310' in einer anderen ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer anderen Ebene in Kontakt steht. In ähnlicher Weise weist jede der zweiten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 322 eine obere Fläche auf, die vertikal mit einer dritten Metallleitung des vierten Typs 310' in einer ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer Ebene in Kontakt steht, und eine untere Fläche, die vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung des vierten Typs 310' in einer anderen ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer anderen Ebene in Kontakt steht.
Ineinander greifende Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), die auf verschiedenen Ebenen in der vierten beispielhaften Bauelementstruktur angeordnet sind, können identische Ausgestaltungen aufweisen oder nicht. In einem Fall sind alle ineinander greifenden Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer vierten beispielhaften Bauelementstruktur vertikale Wiederholungen einer einzigen ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') ohne Drehung. In einem anderen Fall überlappt eine Fläche einer ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), welche ein erstes Paar paralleler Seitenwandflächen einer ersten Metallleitung des dritten Typs 50 aufweist, vertikal (d.h. überlappt in einer Durchsicht von oben nach unten) eine Fläche einer anderen ineinander greifenden Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), welche ein zweites Paar paralleler Seitenwandflächen einer anderen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 aufweist, die orthogonal zu den Seitenwandflächen des ersten Paars sind. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine vierte beispielhafte Bauelementstruktur einen vertikalen Stapel mehrerer ineinander greifender Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), so dass sich die Orientierungen der Ebenen der Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 über jedes Paar vertikal benachbarter ineinander greifender Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320') zwischen zwei Orientierungen abwechseln. Durch diese Ausführungsform wird die Kapazität der vierten beispielhaften Bauelementstruktur, bei welcher es sich um eine Kondensatorstruktur handelt, erhöht, indem die kapazitive Kopplung von Schicht zu Schicht erhöht wird.
Die vierte beispielhafte Struktur, bei welcher ein Stapel ineinander greifender Strukturen des vierten Typs verwendet wird, sorgt aus zwei Gründen für ein verbessertes Hochfrequenzverhalten der Kapazität, also einen geringeren Rückgang der Kapazität bei hohen Frequenzen, im Vergleich zu der dritten beispielhaften Struktur. Erstens ist der Strom während des Hochfrequenzbetriebs der vierten beispielhaften Struktur als Kondensator über ein größeres Metallvolumen verteilt, welches die dritte Metallleitung des vierten Typs 310' und die vierte Metallleitung des vierten Typs 320' umfasst, verglichen mit den Volumen der dritten Metallleitung des dritten Typs 310 und der vierten Metallleitung des dritten Typs 320 der dritten Ausführungsform. Zweitens können die Größen der ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 und der zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 in der vierten beispielhaften Struktur im Vergleich zur dritten beispielhaften Struktur verringert werden und dabei eine vergleichbare Kapazität aufweisen, weil die Größe jeder der ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 und der zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 so eingestellt werden kann, dass sie einen geringeren Anteil der Gesamtkapazität erzeugen. Wenn zum Beispiel eine vierte beispielhafte Struktur ein Äquivalent von vier dritten beispielhaften Strukturen umfasst, weist jeder der Finger, welche die ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 und die zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 in der vierten beispielhaften Struktur darstellen, ungefähr die Hälfte der Länge eines Fingers einer dritten beispielhaften Struktur auf, die bei niedriger Frequenz eine gleiche Kapazität aufweist. Die Verringerung der Länge der Finger in dem Aufbau der vierten beispielhaften Struktur führt zu einer Verringerung des Gesamtwiderstandes der Finger in der vierten beispielhaften Struktur und somit zu verbesserten Hochfrequenzeigenschaften der vierten beispielhaften Struktur im Vergleich zu einer dritten beispielhaften Struktur, welche eine vergleichbare Kapazität bei niedriger Frequenz aufweist.
Bezug nehmend auf 5 wird eine ineinander greifende Struktur eines fünften Typs dargestellt. Mehrere ineinander greifende Strukturen des fünften Typs können vertikal gestapelt sein, um eine fünfte beispielhafte Bauelementstruktur gemäß einer fünften Ausführungsform zu bilden.
Die ineinander greifende Struktur des fünften Typs kann durch seitliche Wiederholung mehrerer Einheiten einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) der dritten Ausführungsform gebildet werden, wobei für einen direkten Kontakt zwischen mehreren dritten Metallleitungen des dritten Typs 310 und/oder mehreren vierten Metallleitungen des dritten Typs 320 gesorgt ist, wie in der vierten Ausführungsform. Alle Einheiten einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die in eine ineinander greifende Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') eingefügt sind, weisen dieselbe Orientierung auf oder sind spiegelsymmetrisch. Im Gegensatz zur vierten Ausführungsform erfolgen zwischen Einheiten der ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) keine 90-Grad-Drehungen. Alle Seitenwandflächen der mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 in einer ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') verlaufen parallel zueinander. Da die Seitenwandflächen der mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 parallel zu der nächsten Seitenwandfläche einer ersten Metallleitung des dritten Typs 50 verlaufen, verlaufen alle Seitenwandflächen der mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 und alle Seitenwandflächen der mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 in einer ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') parallel zueinander.
In einigen Fällen kann die ineinander greifende Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') mehrere Einheiten einer Zelleneinheit U umfassen. Solche mehreren Einheiten der Zelleneinheit U können eine Wiederholung der Zelleneinheit ohne Drehung sein. Gegebenenfalls können Wiederholungseinheiten der Zelleneinheit U spiegelsymmetrisch zu der Zelleneinheit U sein.
Die mehreren dritten Metallleitungen des dritten Typs 310 der mehreren ineinander greifenden Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) werden in einer dritten Metallleitung des vierten Typs 310' zusammengeführt. In ähnlicher Weise werden die mehreren vierten Metallleitungen des dritten Typs 320 der mehreren ineinander greifenden Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) in einer vierten Metallleitung des vierten Typs 320' zusammengeführt. Zum Beispiel kann eine dritte Metallleitung des vierten Typs 310' in einer ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') an einem Rand der ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') angeordnet sein und seitlich die mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50, die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 und die vierte Metallleitung des vierten Typs 320' umschließen. Die dritte Metallleitung des fünften Typs 310 (ausschließlich der mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50) ist integriert konstruiert und ist topologisch zu einem Torus homöomorph. Eine vierte Metallleitung des vierten Typs 320' kann die Form eines Fadenkreuzes aufweisen und ist integriert konstruiert.
Die mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 der ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') können dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften aufweisen wie die mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320). Die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 der ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') können dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften aufweisen wie die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 einer ineinander greifenden Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320).
Die fünfte beispielhafte Bauelementstruktur umfasst mindestens eine dielektrische Schicht 100, die auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet ist, mehrere ineinander greifende Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320'), die in die mindestens eine dielektrische Schicht 100 eingebettet sind und einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen, mehrere erste vertikale leitfähige Durchkontaktierungen des dritten Typs 312 und mehrere zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierungen des dritten Typs 322. Wie in der vierten Ausführungsform weist jede der ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 312 eine obere Fläche auf, die vertikal mit einer dritten Metallleitung des vierten Typs 310' in einer ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer Ebene in Kontakt steht, und eine untere Fläche, die vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung des vierten Typs 310' in einer anderen ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer anderen Ebene in Kontakt steht. In ähnlicher Weise weist jede der zweiten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung des dritten Typs 322 eine obere Fläche auf, die vertikal mit einer vierten Metallleitung des vierten Typs 320' in einer ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer Ebene in Kontakt steht, und eine untere Fläche, die vertikal mit einer anderen vierten Metallleitung des vierten Typs 320' in einer anderen ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer anderen Ebene in Kontakt steht.
Ineinander greifende Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320'), die auf verschiedenen Ebenen in der fünften beispielhaften Bauelementstruktur angeordnet sind, können identische Ausgestaltungen aufweisen oder nicht. In einem Fall sind alle ineinander greifenden Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer fünften beispielhaften Bauelementstruktur vertikale Wiederholungen einer einzigen ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') ohne Drehung. In einem anderen Fall überlappt eine Fläche einer ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320'), welche ein erstes Paar paralleler Seitenwandflächen einer ersten Metallleitung des dritten Typs 50 aufweist, vertikal (d.h. überlappt in einer Durchsicht von oben nach unten) eine Fläche einer anderen ineinander greifenden Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320'), welche ein zweites Paar paralleler Seitenwandflächen einer anderen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 aufweist, die orthogonal zu den Seitenwandflächen des ersten Paars sind. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine fünfte beispielhafte Bauelementstruktur einen vertikalen Stapel mehrerer ineinander greifender Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320'), so dass sich die Orientierungen der Ebenen der Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung des dritten Typs 50 über jedes Paar vertikal benachbarter ineinander greifender Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320') zwischen zwei Orientierungen abwechseln. Durch diese Ausführungsform wird die Kapazität der fünften beispielhaften Bauelementstruktur, bei welcher es sich um eine Kondensatorstruktur handelt, gesteigert, indem die kapazitive Kopplung von Schicht zu Schicht erhöht wird.
Die fünfte beispielhafte Struktur, bei welcher ein Stapel ineinander greifender Strukturen des fünften Typs verwendet wird, sorgt aus denselben Gründen wie bei der vierten beispielhaften Struktur für ein verbessertes Hochfrequenzverhalten der Kapazität im Vergleich zu der dritten beispielhaften Struktur.
Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Halbleiterbauelemente von Nutzen, insbesondere für die Struktur eines vertikalen Parallelkondensators in solchen Einheiten und das Verfahren zum Bilden derselben.

Claims

Bauelementstruktur, welche das Folgende umfasst: - mindestens eine dielektrische Schicht (100), die auf einem Substrat angeordnet ist; - mindestens eine erste und eine zweite ineinander greifende Struktur, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind, wobei die ineinander greifenden Strukturen einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen und jede der ersten und zweiten ineinander greifenden Struktur mindestens zwei erste Metallleitungen (10), mindestens eine zweite Metallleitung (20) und ringförmig angeordnete dritte Metallleitungen (110) umfasst, die die mindestens zwei ersten Metallleitungen elektrisch verbinden und von denen zwei unterschiedliche Längsrichtungen als eine Längsrichtung der mindestens zwei ersten Metallleitungen aufweisen, wobei die ersten, zweiten und dritten Metallleitungen einer ineinander greifenden Struktur jeweils in der selben horizontalen Ebene liegen; - mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der dritten Metallleitungen (110) der ersten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der dritten Metallleitungen (110) der zweiten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht; und - mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung (22), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) der ersten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) der zweiten ineinander greifenden Struktur in Kontakt steht; - wobei die mindestens zwei ersten Metallleitungen (10) und die dritten Metallleitungen (110) der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen resistiv miteinander verbunden sind und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen isoliert sind und die mindestens eine zweite Metallleitung (20) der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen resistiv miteinander verbunden sind; - und wobei die erste ineinandergreifende Struktur eine erste der dritten Metallleitungen umfasst, die mit einem Endabschnitt jeder der mindestens zwei ersten Metallleitungen in Kontakt steht, und eine zweite der dritten Metallleitungen umfasst, die mit dem anderen Endabschnitt jeder der mindestens zwei ersten Metallleitungen in Kontakt steht; - und wobei die erste ineinander greifende Struktur eine zweite Metallleitung umfasst, die eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand parallel zu der ersten Seitenwand aufweist, und eine erste Metallleitung der ersten ineinander greifenden Struktur näher der ersten Seitenwand als der zweiten Seitenwand ist und die zweite Metallleitung mit allen anderen Elementen in der ersten ineinander greifenden Struktur nicht in Kontakt steht, - und wobei mindestens eine erste Metallleitung (10) in der ersten ineinander greifenden Struktur Seitenwandflächen aufweist, die orthogonal zu Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung in der zweiten ineinander greifenden Struktur stehen, - und wobei die ersten Metallleitungen der ersten und zweiten ineinander greifenden Strukturen nicht in Kontakt mit einer vertikalen leitfähigen Durchkontaktierung stehen, - und wobei zumindest die ersten und die zweite der dritten Metallleitungen mit einer der ersten vertikalen leitfähigen Durchkontaktierungen in Kontakt stehen.
Bauelementstruktur nach Anspruch 1, wobei jede der mindestens einen ersten Metallleitung (10) einen konstanten seitlichen Abstand von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) aufweist.
Bauelementstruktur nach Anspruch 2, wobei jede der mindestens einen ersten Metallleitung (10) durchgängig eine erste konstante Breite aufweist.
Bauelementstruktur nach Anspruch 2, wobei eine gesamte obere Fläche und eine gesamte untere Fläche und ein Seitenwandflächenpaar jeder der mindestens einen ersten Metallleitung (10) mit der mindestens einen dielektrischen Schicht (100) in Kontakt stehen.
Bauelementstruktur nach Anspruch 2, wobei alle Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung (10) außer den vertikalen Endflächen parallel zueinander verlaufen.
Bauelementstruktur nach Anspruch 2, wobei alle dritten Metallleitungen (110) in einer der mehreren ineinander greifenden Strukturen in einem einzigen durchgängigen Stück vorliegen und dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Bauelementstruktur nach Anspruch 1, wobei alle ersten Metallleitungen (10) und alle dritten Metallleitungen (110) in einer der mehreren ineinander greifenden Strukturen miteinander zusammenhängen und dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Bauelementstruktur nach Anspruch 1, welche ferner das Folgende umfasst: - ein Halbleiterbauelement, die auf dem Substrat angeordnet ist; und - eine Metallverbindungsstruktur, die mindestens eine andere Metallleitung umfasst, welche eine obere Fläche aufweist, die mit einer oberen Fläche einer der mindestens einen ersten Metallleitung koplanar ist, wobei die Metallverbindungsstruktur mit dem Halbleiterbauelement resistiv verbunden ist.
Verfahren zum Bilden einer Bauelementstruktur, welches das Folgende umfasst: - Bilden einer Halbleitereinheit auf dem Substrat; - Bilden mindestens einer dielektrischen Schicht (100) auf dem Substrat; - Bilden mindestens einer Metallverbindungsstruktur, welche mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene umfasst;Bilden einer Bauelementstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die eine Kondensatorstruktur bildet, wobei Metallleitungen einer ineinander greifenden Struktur und einer Metallverbindungsstruktur gemeinsam gebildet werden.