DE112010003418T5

DE112010003418T5 - Verflochtener vertikaler Parallelkondensator

Info

Publication number: DE112010003418T5
Application number: DE112010003418T
Authority: DE
Inventors: Roger A Booth Jr.; Douglas D Coolbaugh; Ebenezer E Eshun; Zhong-Xiang He
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2010-08-26
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: US8378450B2; GB2485693B; JP2013503487A; DE112010003418B4; US20110049674A1; GB201201195D0; JP5657002B2; WO2011031512A3; CN102473710A; CN102473710B; GB2485693A; WO2011031512A2; TW201140785A

Abstract

Eine verflochtene Struktur kann mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung, die parallel zu der mindestens einen ersten Metallleitung verläuft und von der mindestens einen ersten Metallleitung getrennt ist, und eine dritte Metallleitung umfassen, die mit Enden der mindestens einen ersten Metallleitung in Kontakt steht und von der mindestens einen zweiten Metallleitung getrennt ist. Die mindestens eine erste Metallleitung steht vertikal mit keiner Metalldurchkontaktierung in Kontakt, und mindestens eine zweite Metallleitung kann vertikal mit mindestens einer Metalldurchkontaktierung in Kontakt stehen. Mehrere Schichten verflochtener Strukturen können vertikal gestapelt sein. Alternativ kann eine verflochtene Struktur mehrere erste Metallleitungen und mehrere zweite Metallleitungen umfassen, wobei keine Metallleitung vertikal mit einer Metalldurchkontaktierung in Kontakt steht. Mehrere Einheiten einer verflochtenen Struktur können sich seitlich wiederholen und einander benachbart sein, mit oder ohne Drehung, und/oder vertikal gestapelt sein, um einen Kondensator zu bilden.

Description

Querverweis auf verwandte Patentanmeldung
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht den Vorteil der US-Patentanmeldung 12/548484 der Bezeichnung „Interdigitated Vertical Parallel Capacitor”, eingereicht am 27. August 2009, deren Inhalt in ihrer Gesamtheit hierin einbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Kondensatorstrukturen und insbesondere Kondensatorstrukturen, welche verflochtene 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.
Kurzdarstellung der Erfindung
Es wird eine verflochtene Struktur bereitgestellt, welche mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung, die parallel zu der mindestens einen ersten Metallleitung verläuft und von dieser getrennt ist, und eine dritte Metallleitung umfasst, die mit Enden der mindestens einen ersten Metallleitung in Kontakt steht und von der mindestens einen zweiten Metallleitung getrennt ist. Die mindestens eine erste Metallleitung steht vertikal mit keiner Metalldurchkontaktierung in Kontakt, die mindestens eine zweite Metallleitung kann jedoch vertikal mit mindestens einer Metalldurchkontaktierung in Kontakt stehen. Die mindestens eine erste Metallleitung steht seitlich mit der dritten Metallleitung in Kontakt, welche vertikal mit mindestens einer anderen Metalldurchkontaktierung in Kontakt stehen kann. Jede der mindestens einen ersten Metallleitungen ist in einem konstanten Trennabstand, bei welchem es sich um eine kritische Abmessung für den Leitungsabstand mehrerer paralleler Leitungen handeln kann, von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung getrennt. Jede der mindestens einen ersten Metallleitung kann eine konstante Breite aufweisen, bei welcher es sich um eine kritische Abmessung für die Leitungsbreite mehrerer paralleler Leitungen handeln kann.
Mehrere Schichten einer verflochtenen Struktur können vertikal übereinander gestapelt sein, so dass Metallleitungen, die nicht vertikal mit einer Metalldurchkontaktierung in Kontakt stehen, zwischen vertikal benachbarten Schichten in derselben Richtung oder zwischen vertikal benachbarten Schichten in zueinander senkrechten Richtungen orientiert sein können. Die mindestens eine erste Metallleitung und die dritten Metallleitungen in den mehreren Schichten der verflochtenen Struktur bilden eine Elektrode eines vertikalen Parallelkondensators, und die mindestens eine zweite Metallleitung in den mehreren Schichten und mindestens eine vierte Metallleitung, die seitlich mit einigen der mindestens einen zweiten Metallleitung in Kontakt steht, bilden eine andere Elektrode des vertikalen Parallelkondensators.
Es wird zudem eine weitere verflochtene Struktur bereitgestellt, welche mehrere erste Metallleitungen und mehrere zweite Metallleitungen umfasst, wobei keine Metallleitung vertikal mit einer Metalldurchkontaktierung in Kontakt steht. Jede der mehreren ersten Metallleitungen ist seitlich von den mehreren zweiten Metallleitungen getrennt. Die mehreren ersten Metallleitungen stehen seitlich mit einer dritten Metallleitung in Kontakt, und die mehreren zweiten Metallleitungen stehen seitlich mit einer vierten Metallleitung in Kontakt. Jede der mehreren ersten Metallleitungen ist in einem konstanten Trennabstand, bei welchem es sich um eine kritische Abmessung für den Leitungsabstand mehrerer paralleler Leitungen handeln kann, von mindestens einer der mehreren zweiten Metallleitungen getrennt. Jede der mehreren ersten Metallleitungen und der mehreren zweiten Metallleitungen kann eine konstante Breite aufweisen, bei welcher es sich um eine kritische Abmessung für die Leitungsbreite mehrerer paralleler Leitungen handeln kann.
Mehrere Einheiten der verflochtenen Struktur können sich, mit oder ohne Drehung, seitlich wiederholen und aneinander grenzen, um eine seitliche Matrix verflochtener Strukturen zu bilden. Mehrere verflochtene Strukturen können vertikal übereinander gestapelt sein, so dass erste und zweite mehrere Metallleitungen in jeder Schicht zwischen vertikal benachbarten Schichten in derselben Richtung oder zwischen vertikal benachbarten Schichten in zueinander senkrechten Richtungen orientiert sein können. Die verflochtenen Strukturen können sich seitlich und vertikal wiederholen, wobei einige Metalldurchkontaktierungen über mehrere Ebenen mit dritten Metallleitungen in Kontakt stehen und andere Metalldurchkontaktierungen über mehrere Ebenen mit vierten Metallleitungen in Kontakt stehen. Die mehreren ersten Metallleitungen und die dritten Metallleitungen in den mehreren Schichten der verflochtenen Struktur bilden eine Elektrode eines vertikalen Parallelkondensators, und die mehreren zweiten Metallleitungen in den mehreren Schichten und vierte Metallleitungen bilden eine andere Elektrode des vertikalen Parallelkondensators.
Gemäß einer Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Einheitsstruktur bereitgestellt, welche das Folgende umfasst: mindestens eine dielektrische Schicht, die auf einem Substrat angeordnet ist; mehrere verflochtene Strukturen, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind und vertikal einen Abstand voneinander aufweisen, wobei jede der mehreren verflochtenen Strukturen mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung und mindestens eine dritte Metallleitung umfasst; mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung, welche jeweils eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der mindestens einen dritten Metallleitung in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der mindestens einen dritten Metallleitung in Kontakt steht; und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung, welche jeweils eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der mindestens einen zweiten Metallleitung in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der mindestens einen zweiten Metallleitung in Kontakt steht, wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung und der mindestens einen dritten Metallleitung resistiv miteinander verbunden sind und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung isoliert sind und alle der mindestens einen zweiten Metallleitungen resistiv miteinander verbunden sind.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung wird eine andere Einheitsstruktur bereitgestellt, welche das Folgende umfasst: mindestens eine dielektrische Schicht, die auf einem Substrat angeordnet ist; mehrere verflochtene Strukturen, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind und vertikal einen Abstand voneinander aufweisen, wobei jede der mehreren verflochtenen Strukturen mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung, eine dritte Metallleitung und eine vierte Metallleitung umfasst; mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung, welche jeweils eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer dritten Metallleitung in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung in Kontakt steht; und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung, welche jeweils eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer vierten Metallleitung in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen vierten Metallleitung in Kontakt steht, wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung und der mehreren dritten Metallleitungen resistiv miteinander verbunden sind und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung isoliert sind und alle der mindestens einen zweiten Metallleitung und der mehreren vierten Metallleitungen resistiv miteinander verbunden sind.
Außerdem wird ein Verfahren zum Bilden einer Einheitsstruktur bereitgestellt, welches das Folgende umfasst: Bilden einer Halbleitereinheit auf einem Substrat; Bilden mindestens einer dielektrischen Schicht auf dem Substrat; Bilden mindestens einer Metallverbindungsstruktur, die mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene umfasst; Bilden einer Einheitsstruktur, welche das Folgende umfasst: mehrere verflochtene Strukturen, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind und einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen, wobei jede der verflochtenen Strukturen mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung und eine dritte Metallleitung umfasst, wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung und der mehreren dritten Metallleitungen resistiv miteinander verbunden sind, um eine Elektrode einer Kondensatorstruktur zu bilden, und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung isoliert sind, und alle der mindestens einen zweiten Metallleitung resistiv miteinander verbunden sind, um eine andere Elektrode einer Kondensatorstruktur zu bilden; mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung, die elektrisch mit der mindestens einen ersten Metallleitung und den mehreren dritten Metallleitungen verbunden ist; und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung, die elektrisch mit der mindestens einen zweiten Metallleitung verbunden ist; wobei eine der mindestens einen ersten Metallleitung und die mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene gleichzeitig durch Abscheiden und Planarisieren einer Metallschicht in Gräben gebildet werden, die in der mindestens einen dielektrischen Schicht angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B sind horizontale Querschnittsansichten einer ersten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang den horizontalen Ebenen A-A' bzw. B-B' der 1C und 1D.
1C, 1D und 1E sind vertikale Querschnittsansichten der ersten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang den vertikalen Ebenen C-C', D-D' bzw. E-E' der 1A und 1B.
2A bis 2C sind horizontale Querschnittsansichten einer zweiten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang den horizontalen Ebenen A-A', B-B' bzw. C-C' der 2D.
2D ist eine vertikale Querschnittsansicht der zweiten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang der vertikalen Ebene D-D' der 2A bis 2C.
3A ist eine horizontale Querschnittsansicht einer der verflochtenen Strukturen eines dritten Typs in einer dritten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3B ist eine horizontale Querschnittsansicht einer anderen der verflochtenen Strukturen eines dritten Typs in der dritten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer verflochtenen Struktur eines vierten Typs in einer vierten beispielhaften Einheitsstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine horizontale Querschnittsansicht einer verflochtenen Struktur eines fünften Typs in einer fünften beispielhaften Einheitsstruktur gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Wie oben erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung Kondensatorstrukturen, welche verflochtene 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 verflochtene 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 1A bis 1E, umfasst eine erste beispielhafte Einheitsstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine dielektrische Schicht 100, mehrere darin eingebettete verflochtene 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 eine Halbleitereinheit 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^TM” 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 verflochtenen Strukturen sind in die mindestens eine dielektrische Schicht 100 eingebettet. Jede verflochtene Struktur ist auf einer Leitungsebene einer Metallverbindungsstruktur ausgebildet. Die mehreren verflochtenen Strukturen umfassen mindestens eine verflochtene Struktur eines ersten Typs und können mindestens eine verflochtene Struktur eines zweiten Typs umfassen. Die erste beispielhafte Einheitsstruktur umfasst mindestens zwei verflochtene Strukturen, die auf verschiedenen Ebenen, d. h. an verschiedenen vertikalen Stellen, angeordnet sind und durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen verbunden sind. Die erste beispielhafte Einheitsstruktur kann mindestens zwei verflochtene Strukturen eines ersten Typs oder mindestens eine verflochtene Struktur eines ersten Typs und mindestens eine verflochtene Struktur eines zweiten Typs umfassen. Alle verflochtenen Strukturen weisen einen vertikalen Abstand voneinander auf. Jede verflochtene Struktur umfasst mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung und mindestens eine dritte Metallleitung.
Eine verflochtene 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 verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) kann von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des ersten Typs 20 innerhalb derselben verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) ist elektrisch von allen anderen Elementen innerhalb der verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) isoliert.
Jede verflochtene 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) können koplanar sein.
Eine verflochtene 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 verflochtenen Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) kann von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung des zweiten Typs 40 innerhalb derselben verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) ist resistiv mit der vierten Metallleitung des zweiten Typs 140 innerhalb der verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtener 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 Einheitsstruktur ist ein vertikaler Stapel mehrerer verflochtener Strukturen, welche mindestens eine verflochtene Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) und gegebenenfalls mindestens eine verflochtene Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140) umfassen. Jede verflochtene Struktur in der ersten beispielhaften Einheitsstruktur 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 verflochtenen Struktur elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist jede der verflochtenen Strukturen des zweiten Typs (30, 130, 40, 140), falls vorhanden, in der obersten Ebene und/oder in der untersten Ebene der ersten beispielhaften Einheitsstruktur angeordnet.
In der ersten beispielhaften Einheitsstruktur 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.
Sei der ersten beispielhaften Einheitsstruktur 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 verflochtenen 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 verflochtene Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) gebildet werden, und Leitungen einer Verbindungsebene des zweiten Typs 440 umfassen, die in derselben Ebene wie eine verflochtene 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 einer Halbleitereinheit 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 verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) oder einer verflochtenen 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 2A bis 2D, umfasst eine zweite beispielhafte Einheitsstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine dielektrische Schicht 100, mehrere darin eingebettete verflochtene 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 verflochtenen Strukturen sind wie in der ersten Ausführungsform in die mindestens eine dielektrische Struktur 100 eingebettet. Ferner ist jede verflochtene Struktur wie in der ersten Ausführungsform in einer Leitungsebene einer Metallverbindungsstruktur ausgebildet. Die zweite beispielhafte Einheitsstruktur umfasst mindestens zwei verflochtene Strukturen des ersten Typs, die auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind und durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen verbunden sind, und kann gegebenenfalls mindestens eine verflochtene Struktur des zweiten Typs umfassen. Alle verflochtenen Strukturen weisen einen vertikalen Abstand voneinander auf. Jede verflochtene Struktur umfasst mindestens eine erste Metallleitung, mindestens eine zweite Metallleitung und eine dritte Metallleitung.
Eine verflochtene 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 verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) ist die dritte Metallleitung 110 an einem Rand der verflochtenen 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 verflochtenen 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 Einheitsstruktur weist jedes vertikal benachbarte Paar verflochtener 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) verlaufen. Ein Paar verflochtener Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) ist „vertikal benachbart”, wenn zwischen dem Paar verflochtener Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) keine weitere verflochtene Struktur angeordnet ist. Somit wechseln sich in einem vertikalen Stapel verflochtener 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 verflochtener Strukturen des ersten Typs (10, 110, 20) zwischen zwei Orientierungen ab. Gegebenenfalls kann mindestens eine verflochtene Struktur des zweiten Typs (30, 130, 40, 140), welche dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften wie in der ersten Ausführungsform aufweist, mit einer verflochtenen Struktur des ersten Typs (10, 110, 20) der oberen Ebene und/oder einer verflochtenen 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 Einheitsstruktur dargestellt, die mehrere verflochtene Strukturen eines dritten Typs umfasst. Die dritte beispielhafte Einheitsstruktur umfasst mindestens eine dielektrische Schicht 100, die auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet ist, mehrere verflochtene 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 verflochtene 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) können koplanar sein.
Die dritte beispielhafte Einheitsstruktur umfasst mindestens zwei verflochtene Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind und durch vertikale leitfähige Durchkontaktierungen verbunden sind. Alle verflochtenen 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 Einheitsstruktur weist jedes vertikal benachbarte Paar verflochtener 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) Seitenwandflächen auf, die senkrecht zu der Richtung des Abstands d in derselben verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) verlaufen. Ein Paar verflochtener Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) ist „vertikal benachbart”, wenn zwischen dem Paar verflochtener Strukturen des dritten Typs (50, 310, 60, 320) keine weitere verflochtene Struktur angeordnet ist. Somit wechseln sich in einem vertikalen Stapel verflochtener 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 verflochtener 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 Einheitsstruktur 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 verflochtenen 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 Einheitsstruktur 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 verflochtene Struktur eines vierten Typs dargestellt. Mehrere verflochtene Strukturen des vierten Typs können vertikal gestapelt sein, um eine vierte beispielhafte Einheitsstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Die verflochtene Struktur des vierten Typs kann durch seitliche Wiederholung mehrerer Einheiten einer verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die in eine verflochtene Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') eingefügt sind, können gegenüber einer anderen Einheit der verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), welche hierin als „zweite Seitenwandflächen” bezeichnet werden. In einigen Fällen kann die verflochtene Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') mehrere Einheiten einer Zelleneinheit U umfassen, welche alle Elemente einer verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') an einem Rand der verflochtenen 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 homöamorph. 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320). Die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 der verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320).
Die vierte beispielhafte Einheitsstruktur umfasst mindestens eine dielektrische Schicht 100, die auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet ist, mehrere verflochtene 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer anderen Ebene in Kontakt steht.
Verflochtene Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320'), die auf verschiedenen Ebenen in der vierten beispielhaften Einheitsstruktur angeordnet sind, können identische Ausgestaltungen aufweisen oder nicht. In einem Fall sind alle verflochtenen Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320') in einer vierten beispielhaften Einheitsstruktur vertikale Wiederholungen einer einzigen verflochtenen Struktur des vierten Typs (50, 310', 60, 320') ohne Drehung. In einem anderen Fall überlappt eine Fläche einer verflochtenen 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 verflochtenen 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 Einheitsstruktur einen vertikalen Stapel mehrerer verflochtener 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 verflochtener Strukturen des vierten Typs (50, 310', 60, 320') zwischen zwei Orientierungen abwechseln. Durch diese Ausführungsform wird die Kapazität der vierten beispielhaften Einheitsstruktur, 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 verflochtener 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 verflochtene Struktur eines fünften Typs dargestellt. Mehrere verflochtene Strukturen des fünften Typs können vertikal gestapelt sein, um eine fünfte beispielhafte Einheitsstruktur gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Die verflochtene Struktur des fünften Typs kann durch seitliche Wiederholung mehrerer Einheiten einer verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320), die in eine verflochtene 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 verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320) keine 90-Grad-Drehungen. Alle Seitenwandflächen der mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 in einer verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') parallel zueinander.
In einigen Fallen kann die verflochtene 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') an einem Rand der verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') können dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften aufweisen wie die mehreren ersten Metallleitungen des dritten Typs 50 einer verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320). Die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 der verflochtenen Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') können dieselben Struktur- und Zusammensetzungseigenschaften aufweisen wie die mehreren zweiten Metallleitungen des dritten Typs 60 einer verflochtenen Struktur des dritten Typs (50, 310, 60, 320).
Die fünfte beispielhafte Einheitsstruktur umfasst mindestens eine dielektrische Schicht 100, die auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet ist, mehrere verflochtene 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen 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 verflochtenen Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer anderen Ebene in Kontakt steht.
Verflochtene Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320'), die auf verschiedenen Ebenen in der fünften beispielhaften Einheitsstruktur angeordnet sind, können identische Ausgestaltungen aufweisen oder nicht. In einem Fall sind alle verflochtenen Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320') in einer fünften beispielhaften Einheitsstruktur vertikale Wiederholungen einer einzigen verflochtenen Struktur des fünften Typs (50, 310', 60, 320') ohne Drehung. In einem anderen Fall überlappt eine Fläche einer verflochtenen 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 verflochtenen 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 Einheitsstruktur einen vertikalen Stapel mehrerer verflochtener 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 verflochtener Strukturen des fünften Typs (50, 310', 60, 320') zwischen zwei Orientierungen abwechseln. Durch diese Ausführungsform wird die Kapazität der fünften beispielhaften Einheitsstruktur, 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 verflochtener 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.
Obwohl die Erfindung in Form von speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist es in Anbetracht der vorstehenden Beschreibung zu erkennen, dass für den Fachmann zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Variationen ersichtlich sind. Dementsprechend soll die Erfindung all solche Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, welche unter den Umfang und die Idee der Erfindung und die folgenden Patentansprüche fallen.
Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Halbleitereinheiten von Nutzen, insbesondere für die Struktur eines vertikalen Parallelkondensators in solchen Einheiten und das Verfahren zum Bilden derselben.

Claims

Einheitsstruktur, welche das Folgende umfasst: mindestens eine dielektrische Schicht (100), die auf einem Substrat angeordnet ist; mehrere verflochtene Strukturen, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind, wobei die mehreren verflochtenen Strukturen einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen und jede der mehreren verflochtenen Strukturen mindestens eine erste Metallleitung (10), mindestens eine zweite Metallleitung (20) und mindestens eine dritte Metallleitung (110) umfasst; mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer der mindestens einen dritten Metallleitung (110) in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der mindestens einen dritten Metallleitung (110) 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) in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) in Kontakt steht; wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung (10) und der mindestens einen dritten Metallleitung (110) resistiv miteinander verbunden sind und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) isoliert sind und alle der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) resistiv miteinander verbunden sind.
Einheitsstruktur nach Anspruch 1, wobei jede der mindestens einen ersten Metallleitung (10) einen konstanten seitlichen Abstand von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) aufweist (1A).
Einheitsstruktur nach Anspruch 2, wobei jede der mindestens einen ersten Metallleitung (10) durchgängig eine erste konstante Breite aufweist (1A).
Einheitsstruktur nach Anspruch 3, wobei jede der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) durchgängig eine zweite konstante Breite aufweist (1A) und wobei die Gesamtheit einer Seitenwand jeder der mindestens einen ersten Metallleitung (10) durchgängig den konstanten seitlichen Abstand von einer Seitenwand einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) aufweist.
Einheitsstruktur nach Anspruch 2, wobei jeder Endabschnitt der mindestens einen ersten Metallleitung (10) seitlich mit einer der mindestens einen dritten Metallleitung (110) in Kontakt steht.
Einheitsstruktur 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.
Einheitsstruktur nach Anspruch 2, wobei mindestens eine erste Metallleitung (10) in einer der mehreren verflochtenen Strukturen Seitenwandflächen aufweist, die orthogonal zu Seitenwandflächen mindestens einer ersten Metallleitung in einer anderen der mehreren verflochtenen Strukturen sind.
Einheitsstruktur nach Anspruch 2, wobei alle Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung (10) parallel zueinander verlaufen.
Einheitsstruktur nach Anspruch 2, wobei eine der mehreren verflochtenen Strukturen zwei der dritten Metallleitungen (110) umfasst, welche nicht miteinander in Kontakt stehen.
Einheitsstruktur nach Anspruch 2, wobei alle der mindestens einen dritten Metallleitung (110) in einer der mehreren verflochtenen Strukturen integriert konstruiert sind und dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Einheitsstruktur nach Anspruch 1, wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung (10) und der mindestens einen dritten Metallleitung (110) in einer der mehreren verflochtenen Strukturen miteinander zusammenhängen und dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen (2B).
Einheitsstruktur nach Anspruch 1, welche ferner das Folgende umfasst: eine Halbleitereinheit, 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 der Halbleitereinheit resistiv verbunden ist.
Einheitsstruktur, welche das Folgende umfasst: mindestens eine dielektrische Schicht (100), die auf einem Substrat angeordnet ist; mehrere verflochtene Strukturen, die in die mindestens eine dielektrische Schicht (100) eingebettet sind, wobei die mehreren verflochtenen Strukturen einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen und jede der mehreren verflochtenen Strukturen mindestens eine erste Metallleitung (50), mindestens eine zweite Metallleitung (60), eine dritte Metallleitung (310) und eine vierte Metallleitung (320) umfasst; mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (312), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer dritten Metallleitung (310) in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen dritten Metallleitung (310) in Kontakt steht; und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung (322), welche eine obere Fläche aufweist, die vertikal mit einer vierten Metallleitung (320) in Kontakt steht, und eine untere Fläche aufweist, die vertikal mit einer anderen vierten Metallleitung (320) in Kontakt steht; wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung (50) und der mehreren dritten Metallleitungen (310) resistiv miteinander verbunden sind und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) isoliert sind und alle der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) und der mehreren vierten Metallleitungen (320) resistiv miteinander verbunden sind.
Einheitsstruktur nach Anspruch 13, wobei jede der mindestens einen ersten Metallleitung (50) einen konstanten seitlichen Abstand von einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) aufweist.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei jede der mindestens einen ersten Metallleitung (50) durchgängig eine erste konstante Breite aufweist.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei jede der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) durchgängig eine zweite konstante Breite aufweist und wobei die Gesamtheit einer Seitenwand jeder der mindestens einen ersten Metallleitung (50) durchgängig den konstanten seitlichen Abstand von einer Seitenwand einer der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) aufweist.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei ein Endabschnitt jeder der mindestens einen ersten Metallleitung (50) in einer verflochtenen Struktur seitlich mit einer dritten Metallleitung (310) in der verflochtenen Struktur in Kontakt steht und ein Endabschnitt jeder der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) in der verflochtenen Struktur seitlich mit einer vierten Metallleitung (320) in der verflochtenen Struktur in Kontakt steht.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei eine Gesamtheit Einer oberen Fläche und eine Gesamtheit einer unteren Fläche und ein Paar paralleler Seitenwandflächen und eine vertikale Endfläche jeder der mindestens einen ersten Metallleitung (50) mit der mindestens einen dielektrischen Schicht in Kontakt stehen und eine gesamte obere Fläche und eine gesamte untere Fläche und ein Paar paralleler Seitenwandflächen und eine vertikale Endfläche jeder der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) mit der mindestens einen dielektrischen Schicht in Kontakt stehen.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei mindestens eine erste Metallleitung (50) in einer der mehreren verflochtenen Strukturen Seitenwandflächen aufweist, die zu Seitenwandflächen mindestens einer ersten Metallleitung (50) in einer anderen der mehreren verflochtenen Strukturen orthogonal sind, wobei die eine der mehreren verflochtenen Strukturen einen vertikalen Abstand von der anderen der mehreren verflochtenen Strukturen aufweist.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei alle Seitenwandflächen der mindestens einen ersten Metallleitung (50) und alle Seitenwandflächen der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) in einer der mehreren verflochtenen Strukturen parallel zueinander verlaufen.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei erste Seitenwandflächen einer der mindestens einen ersten Metallleitung (50) in einer verflochtenen Struktur zu zweiten Seitenwandflächen einer anderen der mindestens einen ersten Metallleitung (50) in der verflochtenen Struktur orthogonal sind.
Einheitsstruktur nach Anspruch 14, wobei eine dritte Metallleitung (310') in einer der mehreren verflochtenen Strukturen an einem Rand der einen der mehreren verflochtenen Strukturen angeordnet ist und seitlich die mindestens eine erste Metallleitung, die mindestens eine zweite Metallleitung und die vierte Metallleitung umschließt.
Einheitsstruktur nach Anspruch 13, wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung (50) und der dritten Metallleitung (310) in einer der mehreren verflochtenen Strukturen integriert konstruiert sind und dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen und alle der mindestens einen zweiten Metallleitung (60) und der vierten Metallleitung (320) in der einen der mehreren verflochtenen Strukturen integriert konstruiert sind und dieselbe Materialzusammensetzung aufweisen.
Einheitsstruktur nach Anspruch 13, welche ferner das Folgende umfasst: eine Halbleitereinheit, 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 der Halbleitereinheit resistiv verbunden ist.
Verfahren zum Bilden einer Einheitsstruktur, 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 Einheitsstruktur, welche das Folgende umfasst: mehrere verflochtene Strukturen, die in die mindestens eine dielektrische Schicht eingebettet sind, wobei die mehreren verflochtenen Strukturen einen vertikalen Abstand voneinander aufweisen und jede der mehreren verflochtenen Strukturen mindestens eine erste Metallleitung (10), mindestens eine zweite Metallleitung (20) und eine dritte Metallleitung (110) umfasst, wobei alle der mindestens einen ersten Metallleitung (10) und der mehreren dritten Metallleitungen (110) resistiv miteinander verbunden sind, um eine Elektrode einer Kondensatorstruktur zu bilden, und elektrisch von der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) isoliert sind und alle der mindestens einen zweiten Metallleitung (20) resistiv miteinander verbunden sind, um eine andere Elektrode der Kondensatorstruktur zu bilden; mindestens eine erste vertikale leitfähige Durchkontaktierung (112), die elektrisch mit der mindestens einen ersten Metallleitung und den mehreren dritten Metallleitungen verbunden ist; und mindestens eine zweite vertikale leitfähige Durchkontaktierung (22), die elektrisch mit der mindestens einen zweiten Metallleitung verbunden ist; wobei eine der mindestens einen ersten Metallleitung und die mindestens eine Metallleitung einer Verbindungsebene gleichzeitig durch Abscheidung und Planarisierung einer Metallschicht in Gräben gebildet werden, die sich in der mindestens einen dielektrischen Schicht befinden.