TWI223892B

TWI223892B - Semiconductor device having integrated capacitor structure and its manufacturing method

Info

Publication number: TWI223892B
Application number: TW092105722A
Authority: TW
Inventors: Thomas Benetik; Erwin Ruderer
Original assignee: Infineon Technologies Ag
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-11-11
Also published as: US7768054B2; JP2005528784A; WO2003090280A1; US20050208728A1; EP1497861B1; TW200305996A; DE10217567A1; EP1497861A1; DE50307293D1

Description

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--案號 92105722 五、發明說明（Γ) 本發一的半導體元件具有一半導體基材，在此半導體基材上有一個絕緣層，此絕緣層内有一個電容結構。此外本發明還提出一種製造這種半導體元件的方法。大部分混有數位一類比電路的類比電路元件都需要具有高電容值、高度線性關係、以及高品質的電容器。為/了盡可能壓低元件的製造成本，需盡可能減少電容結構製造流程的步驟。此外，為了配合元件及積體電路微型化的趨勢還而要盡可能降低電谷結構佔用的面積。專利說明奎 DE 1 985091 5 C1提出一種現行使用的電容結構，在這種^ 稱為三明治式的電容結構的半導體基材上具有兩個彼此被一個介電層（絕緣層）隔開的導電塗層。位於介電層（絕緣層）上方的導電塗層經由至少一個導電空橋與電容結構的 =條，接線中的至少一條連接。經由至少一條連接電容結的尚歐姆線路將這兩條連接線連接在一起， = 的寄生電感獲得大幅度的補償。之哥夺〜構容極結的個條此此金專構金介與接均屬利說。在屬片電層該金觸，形成片彼，書US 5583359提出另外一種積體電路用的電 ^種電容結構中，許多片構成多層電容器之電彼此堆疊在一起，且金屬片與金屬片之間均以 (絕緣層）隔開。每一片金屬片的每一個面都屬片絕緣的金屬線。這些金屬線經由v丨a接位於堆疊金屬片之奇數位置的所有金屬片連接，而位於堆疊金屬片之偶數位置的一_^^成導電連接。由於位於偶數位置的金

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屬片被接在第一條連接數上，接在第二條連接線上，因此相位，並以成雙成對的方式構成容結構的表面是由這些金屬片成電極的方式是將製作成條狀而位於奇數位置的金屬片被鄰的金屬片會具有不同的電平板電容器的電極。因此電的表面所構成。另外一種構線路的金屬片並聯在一起。專利說明書US 520872 5 構。在這種電容結構中，半起的第一種條狀線路。在第電層（絕緣層）設有數量相同垂直相鄰的線路及橫向相鄰位，因此在上下線路之間及間都會產生電容。也提出一種與此類似的電容結導體基材上設有許多並聯在一一種條狀線路上方隔著一個介的第二種條狀線路。這樣由於的線路彼此均具有不同的電在同一個平面上的相鄰線路之另外一種已知的電容結構是由Aparici〇，R•及

Hajimiri， Α·在Capacity Limits and Matching

Properties of Lateral Flux Integrated Capacitors (IEEE Custom Integrated Circuits Conference, San Diego May 6--9，20 0 1 )所提出。在這種電容結構中，垂直設置的棒狀結構以對稱方式排列。每一個棒狀結構都是由依序相互堆疊在一起的金屬區和Via區構成。每一個棒狀結構的金屬光點均接在一個共同的電位上。相鄰棒狀^ 構的金屬光點則具有不同的電位。Via區與棒狀結構的兩° 個相鄰的金屬區接觸。電容密度是由棒狀結構之金屬區的最小尺寸所界定。由於金屬區的尺寸遠大於via區的尺

第6頁 1223892 -i^2105722-曰倏正五、發明說明（3,) ' 寸，因此對於製造金屬區所用的遮蔽罩的要求不同於對掣造Via區所用的遮蔽罩的要求。由於金屬區的尺寸有必須< 達到某一最小尺寸的要求，因此棒狀結構的尺寸也無法任意的縮小，所以就元件微型化及縮小電容結構佔用面積的趨勢而言，這種電容結構的電容密度會受到很大的限制。利用前面提及的各種方式製造具電容結構的半導體元件的一個最大缺點是製造成本過高。特別是利用另外增加的兩個金屬層構成的平板電容器所形成的電容結構不論是在製造的困難度或製造成本上都很不利，這是因為除了構成平板電容器外，這兩個金屬層在元件或電路内都沒有其，，用。此外，三明治式電容結構還有的一個很大的缺點就是對其在晶片上佔用的面積的利用效益很低，也就是說相較於其在晶片上佔用的面積而言，三明治式電容結構口、能提供很低的有效電容，因此會使半導體基材具有相當/高比例的寄生電容。由於寄生電容所佔的比例相當高，^ : 要提高三明治式電容結構的有效電容會受到很大的限制。本發明的目的在於提出一種具積體電容結構之半導體凡件及其製造方法，且這種具積體電容結構之半導體元件必須同時具備容易製造及較佳的有效電容與寄生電例的優點。电谷的比具有申請專利範圍1的特徵的半導體元件及具有申請 ifL?圍17的特徵的製造方法即可達到本發明的目的。月 1223892

在本發明的半導體元件的半導體基材上有一個侗 J數個絕緣層構成的層狀絕緣層系統。在這個層狀：緣廣統内形成-個電容結構。t容結構的電容表面〆個分是由至少兩個金屬層的部分面積所構成。金屬層與半導體基材平行，並與-條連；“成

本發明的一個重要特點是在電容結構的絕緣層系統内至少設有一個位於金屬層之間的導電區。除了第一個電容表面區之外，由於此至少一個導電區的設置，電容結構還具有第二個電容表面區，因此得以將整個電容表面擴大。此導電區僅與一個金屬層有形成導電連接。· K 按知别面δ兒明的方式只需相當簡單的製程即可製造出本發明的電容結構’而且可以使電容結構的有效電容與寄生電容的比例關係獲得很大的改善。另外—個優點是，導電區的設置幾乎不會增加整個電容結構需要的水平面積，因此也可以使有效電容與所需佔用的晶片面積的比例關係獲得很大的改善。本發明的一種有利的實施方式是將導電區製作成一個均勻連貫的隆起結構。這種實施方式在導電區未具有經金屬層的結構化而形成的金屬區的情況下，具有最大的優點。這是因為如此一來就可以構成沒有因金屬層的結構化

第8頁 1223892 案號 92105722 年曰修正五、發明說明（5) $ 而形成的中間金屬區的導電區。這種實施方式形成的均，勻的Via結構具有很大的優點。這種實施方式形成的Via結構遠小於Aparicio, R·及Hajimiri, A·在Capacity Limits and Matching Properties of Lateral Flux Integrated Capacitors( IEEE Custom Integrated Circuits Conference, San Diego May 6 — 9， 200 1 )提出的由中間金屬區及Via區堆疊而成的結構。尤其是在一種所謂的雙

Damescene 製程（Dual -Damescene -Prozess)中，只需一個步驟即可形成均勻的V i a結構，因此這些結構就可以被很密集的依次排g在一起，而且在需要佔用的水平面積幾乎沒有增加的情況下，電極的電容表面可以被大幅提高。雙

Damescene 製程（Dua 卜Damescene-Prozess)並不是同時製造多個相疊在一起的Via ,而是製造出一個Via金屬層代化的雙Damescene 製程（Dual-Damescene-prozess)"是依序蝕刻出待製造的Via及金屬執道的通孔及/或溝槽，疋接著再同時以金屬（例如：銅）將通孔及/或溝槽填滿。為出被介電層（絕緣層）整個穿過的Via，可以利用一個:= 步驟（Via光刻）來形成電容結構的介電層（絕緣層）。綠由接下來的Via餘刻步驟即可將所需的&結構钱刻至介二層 (絕緣層）。#另外一種經由一個Via遮蔽罩及曰蔽罩（用來製造金屬軌道的溝槽區）製造出被介電精確性對於電容的形成並不會造成影響，以；it 方面可以提高電容的精確度，另一方々各私万面為產生線形結構而

第9頁权置的金屬遮蔽罩無法用來形&狀結槿。與此相比，由 1223892 __案號 92105722_______ί-Β_絛正 --- 五、發明說明（6) 於二度空^的繞射效應，為產生點狀結構而設置的通孔層金屬遮蔽罩需要更高的曝光強度，以便產生相應的結構，因此通孔遮蔽罩必須具有規定大小的通孔。為了產生點狀結構，原本需另外形成只在一個方向上具有最小間距的金屬線形通孔（縱向通孔），以便可以用來產生電容。但是利用本發明的這種實施方式，可以不必形成縱向通孔，只需形成在二個方向上均具有最小間距且可以應用在交替輪換的電容器面積的Via即可。另外一種有利的方式是將導電區設置在垂直於金屬層的位置。這樣可以盡可能擴大導電區的表面，以便對有效電容產生最大的貢獻。在皆為均形成導朝向二一個金相隔一設置在電區彼的第二之間，屬層上去就會本發明勻的板電連接個金屬屬層上個固定第二個此亦相種棒狀並朝第的導電發現第的另外一狀結構。。可以將層的方向。設置在的間距。金屬層上隔一個固導電區的一個金屬區就會彼一種棒狀種有利這兩片導電區的實施方式中金屬板都至少製作成棒狀。延伸的第一種棒狀導第一個金屬層上的棒同樣的，將多個坌-。設置定的間位置最層的方此交錯導電區在第二個金屬距。設置在第好是介於第一，兩個金屬層與一個導電區另外可將多個電區設置在第狀導電.區彼此種棒狀導電區層上的棒狀導二個金屬層上種棒狀導電區設置在兩個金垂直方向看過二個金屬層表向延伸。這樣排列，因此從定是位於第

第10頁 1223892 i號 92105799 修正五、發明說明（7) 面而第二種棒狀導電區一定是位於第-個金屬.層 :種特別有利的方式是使第一種棒狀導電區的長度為一種棒狀導電區的長度為L2，且L1及L2之和大於^ 距離。這樣就可以說第一種棒狀導電區和種棒狀導電區在某種程度上是彼此嚙合在一起。由於 =二J棒狀導電區的侧面區域位於第二種棒狀導電區的侧面區域的對面，因此可以使整個電容表面有效電容。延旳徒冋 _ 在有兩個一個金的第二設置一設置在於其對同樣的區亦均方向延設置多最好也固定間係位於本發明的另由多條彼此屬層的第一種線路的設個導電區。構成第一個面之構成第 ’設置在構朝位於其對伸。一種有外一種有平行設置種線路的置方式完最好是將金屬層的二個金屬成第二個面之構成利的方式個彼此相隔一個固定是在每一條距的棒狀導第二種線電區。第第一種線路的棒狀導利的實施方式中，電容結構具的線路構成的金屬層。構成第設置方式與構成第二個金屬層全相同。在每一條線路上均可這些導電區製作成棒狀，並使第一種線路上的導電區均朝位層的第二種線路的方向延伸，金屬層的第二種線路上的導電第一個金屬層的第一種線路的疋，在母一條第一種線路上均間距的棒狀導電區。同樣的，路上均設置多個彼此相隔一個一種線路的棒狀導電區的位置電區之間’並朝第一種線路的 1223892 ^號 9210572? 五、發明說明（8) 方向延伸。因此，0 及第二種線路的“ = ；：種=的棒狀導電區的長度u 康#古々从了！狀導電區的長度L2之間的關係與上一種狀ΐ電i (第一及二的關係一樣，就可以說第-種線路的棒 t - +狀導電區）和第二種線路的棒狀導電區二人電區）在某種程度上是彼此唾合在一起（形施方式的優點。乂種實細方式也同樣具有上-種實、本發明的另外一種實施方式的特徵是，第一個金屬層為一均勻的板狀結構，第二個金屬層為一類似柵狀的結構。在第一個金屬層（板狀層）上至少設有一個朝第二個金屬層（拇狀層）的方向延伸的棒狀導電區。一種特別有利的方式是使棒狀導電區至少有一部分伸入第二個金屬層（栅狀層）的缺口内，因為這樣可以擴大電容表面，使有效電容所佔的比例變大。在本發明的另外一種實施方式中，除了具有上一個實施例中的兩個金屬層外，還另外設置第三個金屬層。第三個金屬層也是柵狀結構（第二個柵狀層），並設置在與第一個柵狀層（第二個金屬層）相隔—定距離的平行位置了兩個柵狀層之間經由連接線形成導電連接。設置在第一個金屬層（板狀層）上的至少一個棒狀導電區完全穿過第一個栅狀層上的缺口，且至少有一部分伸入第二個柵狀層（第三個金屬層）的缺口内。這種實施方式可以進一步擴大電容表 @，使有效t&所佔的比例變大，而且電容結構所需佔用 1223 挪

修正的晶片面積幾乎沒丁又頁任何增加本發明的另外_ Α 構之半導體元件的方ΐ77是提出一種製造具有積體電容結的一個絕緣層内。'木路。電容結構係設置在半導體基材上結構的至少兩個金的-：重要特點*，在具有電容區’且這個導電區ίί之間設有—個位於絕緣層内的導電導電連接。 °°僅〜兩個金屬層中的一個金屬層有形成是將導電區製作成均勻連貫的經由一個金屬層的結構化而形隆成種特別有利的方式起結構，且導電區未具有的金屬區。、種特別有利的方式是將導電區製作成Via結構〇以經由内，接菩旦、，t個蝕刻步驟將蝕刻進行至絕緣層的通孔成Via，即可势作屮道♦广^ j A螞）將通孔填滿，以形益兩此插糾方丨\ 導私區或具有Via結構的導電區。由蝕刻㈣及製作金屬' 個金屬遮蔽罩界定合屬舳、蓄从μ V ^ ^ u ~ 製竹中、s力、、的範圍）組成的蝕刻作業即可此電令結構可以達到很高的電容密度。半從屬於主申請專利範圍導體元件及其製造方法的的其他申請範圍均為本發明之進一步的有利實施方式。

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92105722 五、發明說明（ί〇) 本發明之半導體元件的第一種實施方式（第丨一個圖中未繪出的f導體基材，在這個半導體基材上右中未繪出的絕緣層系統。這個絕緣層系統 ^ 圖絕緣：構成，也可以是由數個絕緣層構成。絕J層内；：個電容結構（K)。f本發明的第一種實施方構⑴的第—個金屬層⑴係—片均句連貫的金屬板Γ第一個金屬層（1)平行的第二個金屬層（2) 一 /、第的金屬板。第-個金屬層⑴與圖中切;^ 條勻連貫線連接，第二個金屬層（2)與圖中未繪出的第二條= 連接，因此兩個金屬層（1，2)具有不同線成電極。在板狀的第一個金屬層（丨）上μ ’、，为別構狀導電區Ua--⑴。長度均為…棒‘以接與板狀的第一個金屬層（1)形成導電 )直均句連貫的VU結構。棒狀導電區(la=:形f-個層⑴的方向延伸，但並未與金二個 1第厂個金屬接。复屬層（2)形成導電連在2方向上，棒狀導電區（la)/(lb)、棒狀。丫…”棒狀導電區（lf)/(lg)、棒狀導 (10/(10彼此均間隔一個固定的間距a。 :區「3，：,，他方向上相對於棒另狀=^^ d，le，lh，U，1D平移a/2的距離，這樣棒狀（ lc/lh、棒狀導電區la/lf、棒狀導電區丨 % 區lb/lg/le在x方向上就會位於同一條直知狀導電 1223892 案號 92105722 曰修正五、發明說明（11) 同樣的，i板狀的第二個金屬層（2 )上亦設有多個長度构為L2的棒狀導電區（2a--2 j)。棒狀導電區（2a- — 2 j)彼此亦相隔一個固定的間距a，但其設置在金屬層（2 )上的位置係介於棒狀導電區（la--lj)之間，並朝金屬層（丨）的方向延伸。因此棒狀導電區（2a，2b，2c)與棒狀導電區（la，ib) 在x方向上的位置是一樣的，但是在z方向上則不同（彼此之間有一個平移量）。同樣的情況也會出現在棒狀導電區 (lc--lj)與棒狀導電區（2d--2j)之間。棒狀導電區（la--1 j)的長度L1及棒狀導電區（2 a —2 j) 的長度L2均小於金屬層（1)及金屬層（2)的間距b，但是u 與L 2相加則大於b。這樣相鄰的兩個棒狀導電區（例如1 a及 2 a )的侧面區就會彼此相對而立，而且因為相鄰的兩個棒狀導電區（例如la及2a)具有不同的電位，所以會形成一個電容表面，這個電容表面的電容則成為有效電容的一部分0 棒狀導電區（la--1 j)及棒狀導電區（2a- —2 j)可以分別具有不同的長度。重要的是金屬層（丨）的棒狀導電區及與其相鄰的金屬層（2 )的兩個棒狀導電區的長度加起來必須大於金屬層（1)及金屬層（2)的間距b。這樣才能夠使金屬層（1 )的棒狀導電區（la--1 j )的側面區板狀金屬層（丨）之及與其相鄰的金屬層（2)的棒狀導電區（2a- — 2 j)的側面區會彼此相對而立，以便形成一個可以使有效電容加大的電容表面。在這種實施方式中，具有棒狀導電區（2a —

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五、發明說明（12) / 導體基材相距較遠的板狀金屬層（2)具有相對於半導體美材最小的寄生電容。止第2圖為第1圖沿BB線的斷面圖。在第2圖中，板狀金屬層（1 )及板狀金屬層（2 )分局具有彼此相隔一個固定間距 a的棒狀導電區（if，lg)及棒狀導電區（2f--2h)。從第2圖的斷面圖可看出彼此交錯的棒狀導電區（lf，lg)及棒狀導電區（2f--2h)形成一個嚙合結構。構成第1圖之電容結構的總有效電容的一部分的第一種電容部分（C1 )係在構^°成均勻的V i a結構的棒狀導電區（1 f1 g ; 2 f - - 2 h )之間形成。同樣也是構成總有效電容的一部分的第二種電容部分（C2) 則是在棒狀導電區（1 f，1 g)及板狀金屬層（丨）、以及棒狀導電區（2f--2h)及板狀金屬層（丨）之間形成。同樣也是構成總有效電容的一部分的第三種電容部分（c 3)則是經由板狀金屬層（1)及板狀金屬層（2 )形成。第3圖為第1圖之電容結構沿^線的斷面圖。第3圖中電容部分（Cl ’C2，C3)的形成方式與第2圖相同。第4圖為第1圖沿cc線的斷面圖。從第4圖中可以看出 5又置在板狀金屬層（1)上的棒狀導電區及設置在板狀金屬層（2)上的棒狀導電區（2a_ —2 j)所具有的對稱性。母一個棒狀導電區（丨a ——丨〗）均至少與兩個棒狀導電區 (2 a--2 j)相鄰，同樣的，每一個棒狀導電區（2a一亦均至少與兩個棒狀導電區（la- —1;})相鄰，從而形成圖式中未

第16頁 1223892 _案號92105722___年月五、發明說明（13) $ 繪出的電容部分（c 1 )。

々第5圖顯示本發明之半導體元件的第二種實施方式。和第冑實施方式樣，第二種實施方式的電容結構(κ) 也是形成於未在圖中繪出的一個絕緣層内，或是形成於未在圖中繪出的由數個絕緣層組成的絕緣層系統内，而且絕緣層（或是絕緣層系統）係位於未在圖中繪出的半導體基材上。金屬層（3，4)係分別由多個彼此平行的線路（3卜-36) 及線路（4卜-46)構成，且線路（31 —-36)的設置方式完全與線路（4卜-46)相同。線路（31 , 33，35，42 , 44，46)分別、 f一條未在圖中繪出的第一種連接線形成導電連接，這些第一種連接線均連接至第一種電位。線路（32，34 ， 41，43，45)分別與一條未在圖中繪出的第二種連接線形成導電連接，這些第二種連接線均連接至第二種電位。在每一條線路（3卜-36 ; 41--46)上均設有一個均勻的棒狀電區（31a--36a ;41a —46a)。棒狀導電區（31a —— 36a)均垂直於線路（41--46)的方向延伸。同樣的，棒狀導電區 (41a--46a)亦均朝垂直於線路（3丨一別）的方向延伸。°° 1瞧、第5圖所繪出的棒狀導電區（313 — 363;41^_4^)^ 為多種可能方式中的一冑，實務上可視需要再加以擴充。例如，—在每一條線路（3卜-36 ; 4卜—46)上均可設置多個此相隔一個固定間距的棒狀導電區。棒狀導電區（31a — 36a)均設置在z方向上的第一個固定位置，棒狀導電3區 (41a--46a)均設置在2方向上的第二個固定位置，因二棒

第17頁 1223892 ---鎌92105722_年月日倏正__ 五、發明說明（14) i 狀導電區（31a--36a)與棒狀導電區（41a--4 6a)在z方向上的位置相差一個固定的平移量。棒狀導電區（31a —— 36a)可以具有相同的長度，也可以分別具有不同的長度。同樣的’棒狀導電區（41a--46a)也可以具有相同的長度，也可以分別具有不同的長度。重要的是，一個棒狀導電區 (31a--3 6 a)的長度加上一個棒狀導電區（4ia — —46a)的長度必須大於金屬層（3 )的線路與金屬層（4 )的線路之間的距離 d。只要適當的選定線路（3卜—36 ; 4卜-46)連接的電位，即可使線路（31，33，35，42，44，46)及其所屬的棒狀導電區（31a，33a，35a，42a，44a，46a)具有相對於設置在金屬層（3 )下方的半導體基材的最小寄生電容。同樣的，也可以選定其他適當的電位，使線路（32，34，36，41， 43，45)及其所屬的棒狀導電區（32a，34a，36a，41a， 43a，4 5a)具有相對於半導體基材的最小寄生電容。第6圖為第5圖之電容結構（κ)沿㈤線的斷面圖。在第5 圖中已經e尤明過’金屬層（3 )及金屬層（4 )的相鄰線路係連接至不同的電位。因此相鄰的棒狀導電區（31a—36a ; 41a--46a)具有不同的電位，從而產生構成電容結構的總有效電容的一部分的四種電容部分。第一種電容部分（c7) 是由棒狀導電區（31 a--36a)之間相對而立的側面區所形成。同樣的，如第7圖所示，在棒狀導電區（41a_ —46a)之間相對而立的側面區也會形成第一種電容部分（C1)。第7 圖為第5圖之電容結構（κ)沿dd線的斷面圖。如第6圖所不，第二種電容部分（C2)是由棒狀導電區（31a_ —36α偽_ 第18頁 1223892

案號92〗n?V799 五、發明說明（15) 路（41 --46ί)之間相對而立 7圖所示，在棒狀導電巴η'所形成。同樣的’如，第相對而立的表面區也合开彡士、〇〜 < 間 ffl « - &曰形成弟二種電容部分（C2)。如帛6 圖及第7圖所不，第三種電弟b 金屬層⑷内線路⑶―二:广二(，由在金屬層⑺及成。 36，41--46)的相鄰的表面區所形 ^圖為第5圖之電容結構⑴沿gg 圖圖中可看出，第四種電容部分C4是由第一图 :狀導電區(31a--36a)及第二個金曰巴 a:-46a)之間相對而立的表面區(例如:棒以Γ (成。及棒狀導電區（46a)之間相對而立的表面區）所形第9圖為第5圖之電容結構⑴沿FF線的斷面圖。從第9 圖中可以清楚的看出棒狀導電區（31a一一 36a ; 4“ — :稱性。如第9圖所示，棒狀導電區的數量 )的向擴增，因此線路（31_ —36 ;4卜_46)的數量並不限兩^第方5 圖至第8圖所繪出的數量，而是可以視需要擴增。 _第1 0圖的透視圖顯示本發明的另外一種實施方式。在這種貝施方式中，電谷結構（K)具有一個位於未在圖中繪出的絕緣層或絕緣層系統内的板狀結構的第一個金屬層 (5 )。這個絕緣層或絕緣系統係設置在未在圖中繪出的

Μ 國

1223892 -盡號 92105722 车月日修正五、發明說明（16) " " --- 一個金屬層（1)平行，並相距一個固定的距離。在第一個金屬層（5)上設有均勻的棒狀導電區（5a — - 5f)。棒狀導^ 區（5a--5f)至少有一部分伸入具有栅狀結構的第二個金屬層（6)内。第11圖為第1 0圖之電容結構（K )沿HH線的斷面圖。在第11圖中可看到構成電容結構的有效電容的一部分的第一種電容部分（C1)及第二種電容部分（C2)。第一種電容部分 (C1)是由棒狀導電區（5a —— 5c)及金屬層（6)的柵狀結構3之間相對而立的表面區所形成。第二種電容部分（C 2)是由栅狀金屬層（6)及金屬層（5)之間相對而立的表面區所^成。相對於設置在第一個金屬層（5)下方的半導體基材，柵狀金屬層（6)具有一最小寄生電容。在這種實施方式中，重，的並不是第一個金屬層（5)或第二個金屬層（6)具有最小 2生電容，而是第一個金屬層（5)及第二個金屬層。 $對於半導體基材的寄生電容之和需為最小。因此在足種實施方式中，也可以將柵狀金屬層（6)作為電容結 =工方電極，這樣柵狀金屬層（6)的位置就會比金^ 更靠近半導體基材。屬曰第12圖為第10圖之電容結構（1〇的上視圖。棒狀，（5a--5f)分別伸入金屬層（6)的缺口内，並與各缺口 = :::邊緣都相距大致相同的距離。"12圖所示、，在棒 :電區(5a--5f )與缺口邊緣之間的4個相對而立在 ^形成一個電容部分（C1)。在^式中，也可以 II 鍵从K.i!陬關_丨 ...__ 第20頁 1223892

修正將栅狀金廬層（6)的缺口製作成圓形或橢圓形，而棒狀導電區（5a--5f)的斷面亦可製作成圓形或橢圓形。第13圖所示的實施方式是將上一種實施方式作進一步的擴充。在這種實施方式中，除了金屬層（5，6)之外電容結構還具有第三個金屬層（7)。與金屬層平行的第三個金屬層（7)也具有栅狀結構，且其設置方式與金屬層完全相同。金屬層（6，7)經由連接線（61)形成導電連接。棒狀導電區（5a--5j)穿過栅狀金屬層的缺口，且至少有一部分伸入柵狀金屬層（7 )的缺口内。第1 4圖為第1 3圖之電容結構（κ )沿11線的斷面圖。從第14圖中可看出，此種實施方式可形成構成電容結構（κ) 的有效電谷的一部分的電容部分（Ci，C2，C3)。第一種電容部分（C1)是由棒狀導電區（5a — — 5c)及柵狀金屬層（6，7) 之間相對而立的表面區所形成。第二種電容部分（C2)是由棒狀導電區（5a~-5c)及連接線（61)之間相對而立的表面區所形成。第一種電容部分（C3)是由金屬層（5)及柵狀金屬層（6)之間相對而立的表面區所形成。在這種實施方式中，均勻的棒狀導電區係以金屬材料 (例如：銅或鎢）製成。以上所舉的本發明的各種實施方式均可以用間單的製造步驟及相當低廉的成本造造出電容結構（κ)，這種容結

第21頁 1223892 i號92癌7?9 五、發明說明（18) 構（κ)可以在幾乎不增加所佔用的晶片面積的情況下具有很大的電容表面，這對於改善有效電容與寄生電容之比例關係有很大的幫助。特別是可以經由均句的（也就是不存在經由金屬層的結構化而形成的中間金屬層）棒狀電區提高電容結構的電容密度。本發明並不限於以上實施方式的電容結構（κ)。電容，，（κ)的構造方式尚有其他許多可能的選擇。例如一種 =能的方式是，以第10及13圖的金屬層（6)作為電容結構 ^的第一個金屬層，以第5圖的金屬層（3)作為電容結構 C )的第二個金屬層，並在這兩個金屬層上設置導電區。另外一種可能的方式是使電容結構的兩個金屬層均為 ^13 ^的栅狀金屬層（6)，且其設置方式為使第一個栅狀盈f層之栅狀結構的各個交又點均剛好位於第二個柵狀金 : 結構的各個交叉點的正下方。&兩個柵狀金屬 i4 Γ.棒狀導電區，且這些棒狀導電區係設置在金屬二今S 2結構的交又點上並伸人位於對面的另外一個栅狀金屬層的缺口内。 1U w

1223892 _案號92105722_年月日__ 圖式簡單說明 / 第1圖：本發明之半導體元件的第一種實施方式的透視, 圖。第2圖：第1圖之實施方式的第一個斷面圖。第3圖：第1圖之實施方式的第二個斷面圖。第4圖：第1圖之實施方式的第三個斷面圖。第5圖：本發明之半導體元件的第二種實施方式的透視圖。第6圖：第5圖之實施方式的第一個斷面圖。第7圖：第5圖之實施方式的第二個斷面圖。第8圖：第5圖之實施方式的第三個斷面圖。第9圖 ··第5圖之實施方式的第四個斷面圖。第10圖：本發明之半導體元件的第三種實施方式的透視圖。第11圖：第10圖之實施方式的第一個斷面圖。第12圖：第10圖之實施方式的第二個斷面圖。第13圖：本發明之半導體元件的第四種實施方式的透視圖。第14圖：第13圖之實施方式的一個斷面圖。元件符號說明 K 電容結構 LI，L2 長度 1，2，3，4，5，6，7金屬層 d 距離

Cl ， C2 ， C3 ， C4 電容

第23頁 1223892 _案號92105722_年月日修正_ 圖式簡單說明 la-- lj ， 2a-2j ， 31a--36a ， 41a--46a ， 5a- 棒狀導電區 31 ， 32 ， 33 ， 34 ， 35 ， 36 ， 41 ， 42 ， 43 ， 44 ， 45 ， 46 路 5,f 線

Claims

1223892 日 ΛΜ 921057^ 六、申請專利範圍 1 · 一種半導體元件： —一具有一半導體基材，在此半導體基材上，層，育一個絕緣 ――具有一個設置在絕緣層内的電容結構，至少具有兩個用來形成電容表面的第一個部^八固電容結構 (卜-7)，這些金屬層與半導體基材表面平行=的金屬層接線中的一條形成導電連接，並與兩條連本發明的特徵為： —-電容結構至少具有一個導電區— — 31a -36a，41a--46a，5a —5f)，這個用來形成，的第二個部分的導電區（la--l j，2a--2j，3la〜電容表面 41a —46a，5a —5f)係、設置在絕緣層内的金屬=6a，間，々〜7)之一一導電區（la--lj，2a —— 2j，31a —— 36a，4U、 5f)僅與一個金屬層（1--7)形成導電連接。 a，5a — 2·如申請專利範圍第1項的半導體元件，其特區，2a —2j，31a__36a，41a_ —46a徵為：導電個均勻連貫的隆起結構，特別是一個Via結構。bf)係一馨 3 ·如申請專利範圍第1或第2項的半導體元件，其特徵為：導電區（la —1 j，2a_ —2j·，31a —36a，41a —…: 5a —5f)未具有經金屬層（1—-7)中任何一個金屬層的結構化而形成的金屬區。 4·如前述申請專利範圍中第1項的半導體元件，其特徵為··導電區（la —lj，2a--2j，31a — 36a，41a--46a，

第25頁 1223892 MM 9210R799 六、申請專利範圍 5a--5f)垂直於金屬層（1__7)。如前述申請專利範圍中第丨項的半導體元， ί電HU層(;，2)均為板狀結構，並分別與ϋ 電£(la -1 j , 2a_ — 2 形成導電連接。 6.如申請專利範圍第5項的半導體元件，其特徵固金屬層（1)連接多個第一種棒狀導電區（1 id P、、，個金屬層（2)連接多個第二種棒狀導電區（2a —— 2彳）。 7相^^請專利範圍第6項的半導體元件，其特徵為m 隔一個固定間距3的第一種棒狀導電區（1υ〇係$ 由第「個金屬層⑴上，並朝第二個金屬層⑵的方向。又延申，彼此相隔一個固定間距a的第二種棒狀導電區— 2J)係以位於第一種棒狀導電區（u一u)之間的方 #第二個金屬層⑵上，並朝第一個金屬層⑴的方向又延 8*如申請專利範圍第7項的半導體元件，其特徵為：第一種棒狀導電區（la_-1i)的長度為L1，第二種棒狀導電區 (2a 2j)的長度為L2 ’L2可以大於、等於、或是小於L1，且—個第一種棒狀導電區（la--U)的長度以及―個第二棒狀導電區（2a--2 j)的長度L2之和大於兩個金屬声之間的距離（b)。曰W ~ ^如申請專利範圍第！項的半導體元件，其特徵為：兩個金屬層（3，4)均由至少兩條彼此平行設置的導電線路 (31--3 6 ; 4卜-46)構成，且構成第一個金屬層的第一種導電線路（3卜-36)的設置方式與構成第二個金屬層（4) 曰修正第一第彼此第26頁 1223892

的第二種_電線路（4卜-46)的設置方式完全相同。 10·如申請專利範圍第9項的半導體元件，其特徵為·在 1 —條第一種導電線路（3卜-36)及每一條第'二種導電線路 (41—46)上均至少設置一個導電區（31a —36a ; 4la — 4 6a)。 11·如申請專利範圍第10項的半導體元件，其特徵為··在每二條第一種導電線路（31--36)上均設置多個彼二相隔一固疋間距c的第一種棒狀導電區（3 1 a —-36a)，且第一種棒狀導電區（3 la--36a)係朝第二種導電線路（41一46)的方♦向 =伸；同樣的，在每一條第二種導電線路（4卜—46)上亦二多個彼此相隔一固定間距c、但位置與第一種棒狀導電區（31a--36a)交錯的第二種棒狀導電區（41a —4^)，且，於第一種棒狀導電區（31a —36a)之間的第二種棒狀導電區（41 a--46a)係朝第一種導電線路（3 ^ — 的方向延伸。如申吻專利範圍第1 1項的半導體元件，其特徵為： =種棒狀導電區（31a-—36a)的長度為。，第二種棒狀導兩 = (41a —46a)的長度為L2，L2T以大於、等於、或是小二二且一個第一種棒狀導電區（31a —_36a)的長度L1及一個第-，棒狀導電區（31a—36a)的長度L2之和大於導電線路 ( 36，41— — 46)之間的距離（d)。 13.如申請專利範圍第1項的半導體元件，其特徵個金屬層（5)為一均勻的板狀結構，第二個金一栅狀結構。 @噌V b )為 14.如申請專利範圍第13項的半導體元件，其特徵為：在

1223892 魏92105722_年月日倏正六、申請專利範圍具有板狀結構的第一個金屬層（5 )上至少設有一個朝具有栅狀結構的第二個金屬層（6)的方向延伸的棒狀導電^ (5a 5f) ’且棒狀導電區（5a--5f)至少有一部分伸入°°且拇狀結構的第二個金屬層（6 )的缺口内。八 15·如申請專利範圍第13項的半導體元件，其特徵且有柵狀結構的第三個金屬層（7 )設置在與第二個金‘、距離的平行位置，同時第二個金屬層(6)及第：個金屬層（7)之間經由連接線（61)形成導電連接。 -個 1 狀6導專：範ΐ第Γ的半導體元件，其特徵為：棒狀導電Q(5a--5f)完全穿過第二個金屬層（6)上的且至少有一部分伸入第三個金屬層（7)的缺口内。、， I7’其：，ί造半導體元件的方法，這種半導體元件的丰V 體Λ材上的絕緣層内有一個電容結構，這、導 (Ό至少具有兩個平行於半導體基材表面的金結構 7)，此種方法的特徵為··在絕曰卜-間設有-個導電區。卜 46a，5a-5f)，而且這個導電區（13__1] 236^413-- 36a，41a--46a ’5a--5n 僅與金屬層（1— 〕’31a — 層形成導電連接。 ^的―個金屬 _ 二,申請專利範圍第17項的方法， (la-lj ，2a--2j，3la —_36a，41a__46a 為.導電區均勻連貫的隆起結構，而且導電區（la— 係一個 31a--36a，41a--46a，5a_5f)未具有經金二厂2j，任何-個金屬相結構化而形成的金屬區、屬層第28頁 1223892 _案號92105722_年月日__ 六、申請專利範圍 19. 如申請專利範圍第1 7或第1 8項的方法，其特徵為：，在絕緣層内的導電區（1&--1】，23--2】，318--368,41&--46a，5a--50 為一Via 結構。 2 0. 如申請專利範圍第1 7項的方法，其特徵為：導電區 (la--lj，2a--2j，31a--36a，41a--46a，5a — 5f)垂直於金屬層（1--7)。

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