专利名称：共质心对称结构电容的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容，特别是涉及一种利用同层金属线与线之间的侧向电 场以构成电容结构的共质心对称结构电容。
背景技术：
现今片上系统(soc)技术发展日趋成熟，IC电路整合复杂，单位面积所容纳的组件数量随之增加，许多以往因面积过大而需外接的被动组件，如电容、 电感等，必须被整合进单一芯片中。在集成电路布局，使用不同层金属来形成平板电容，此种利用垂直方向电 场，随着有效线宽越来越小，其所占用的芯片面积也会随之上升。此外，在线 宽縮小的情况下，在有限的面积或体积中，要达到相同的电容量，也是集成电 路布局的一大技术问题，因此公知技术公开了许多的解决方案。例如美国第5208725号专利公开一种电容结构，该电容结构具有第一导电 层与第二导电层，每一导电层由数条条状结构组成，每一条状结构相互平行。 其主要的技术特征在于使用指状结构，并利用侧向与垂直电场，提高电容密度。美国第6037621号专利公开一种电容结构，具有上金属层与下金属层，上 下金属层之间配置有一岛状金属阵列，每一金属岛连接到上金属层与下金属层 其中之一，其主要的技术特征利用金属与金属间的导孔(Via)实现金属岛状 阵列，并利用侧向与垂直电场，提高电容密度。美国第6297524号专利所公开的电容结构，由第一导电层与至少一第二导电层组成，该导电层为可导电的同心环状线，并以同心环状的方式堆栈，每一 导电层则由可导电的导孔(VIA)连接。该专利的主要技术特征利用同心环状 结构，并使用侧向电场，并借助导孔(Via)贯穿上下层金属，以提高电容密 度。美国第6410954号专利所公开的电容结构，由第一导电层与至少一第二导 电层组成，该导电层为开环状结构的同心线，第二导电层覆盖于第一导电层。该专利的主要技术特征同样利用同心环状结构，并借助上下金属交错，利用侧 向与垂直电场，以提高电容密度。美国早期公开第20040036143号申请案提出一种电容结构，其在一基板上 以内外两片垂直板，并以外垂直板定义出一网格结构，同时设置一水平板，以 避免基板与内外垂直板之间所产生的寄生电容。其主要的技术特征在于采用网 格结构，利用侧向电场，以提高电容密度。美国第6737698号专利所公开的电容结构，其主要的技术特征在于使用屏 蔽结构，将电场限制在两个屏蔽之间。美国第6765778号专利所公开的电容结构，其由数组堆栈组成，其中第二 堆栈最靠近第一堆栈，而第三堆栈为第二靠近第一堆栈，这三个堆栈定义了一 个等边三角形的顶点，这个三角形形成于一与该堆栈垂直的平面中。其主要的 技术特征在于以六角垂直堆栈结构，并使用侧向电场，以提高电容密度。美国早期公开第20040174655号申请案公开一种电容结构，其主要由两层 指状结构相互交错组成，其主要的技术特征在于使用指状结构，借助使上下层 指状成直角交错，降低层间金属的不匹配状态，以提高电容密度。美国早期公开第20050280060号申请案提出一种电容结构，其由内盒状电 容与外盒状电容以同心巢状方式配置，其主要的技术特征在于利用同心环状结 构，利用侧向电场以提高电容密度。发明内容本发明的目的在于提供一种共质心对称结构电容，利用同层金属线与线的 侧向电场来实现电容,在有效线宽降低的情况下，可以提高单位体积的电容量， 借以提高电容密度。为了实U:述目的，本发明提供了一种共质心对称结构电容，其一实施例 由第一金属层、第二金属层、第三金属层以及第四金属层组成。第一金属层相 邻于第二金属层，第三金属层相邻于第一金属层，第四金属层相邻于第二金属 层，且第一金属层对称于第四金属层，第二金属层对称于第三金属层。其中每 一金属层均具有两组金属线，每一组分别具有数条金属线，每一组的每一金属 线以相互交错方式配置。本发明所公开的共质心对称结构电容的一实施例由第一金属层与第二金属层组成，第二金属层以对称于该第一金属层的方式配置。其中每一金属层均 具有两组金属线，每一组分别具有数条金属线，每一组的每一金属线以相互交 错方式配置。但第二金属层的交错方式与第一金属层不同。根据本发明所公开的电容结构，可在有限体积下达到最有效率的利用，改 善一般采用平板电容在芯片中所占用体积或面积过大的问题。此外，本发明所公开的对称电容结构，除了有助于布局时的匹配(match) 外，还能够借助对称的相反电流产生反向磁场，进而降低电感，使自振频率提 高，以增进电容的效能。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1为本发明所公开的共质心对称结构电容的一实施例结构示意图； 图2为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示意图； 图3为应用本发明所公开的共质心对称结构电容的一实施例； 图4A和图4B为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示 意图；图5A和图5B为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示 意图；图6为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示意图； 图7为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示意图；图8为应用本发明所公开的共质心对称结构电容的一实施例；图9A和图9B为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示 意图；图IOA和图IOB为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构 示意图；图UA至图IIG为本发明所公开的共质心对称结构电容的制造流程； 图12A至图12G为本发明所公开的共质心对称结构电容的制造流程。 其中，附图标记100 共质心对称结构电容110 第一金属层111 第一组金属线112 第二组金属线120 第二金属层121 第三组金属线122 第四组金属线130 第三金属层131 第五组金属线132 第六组金属线140 第四金属层141 第七组金属线142 第八组金属线151 金属层152 金属层153 金属层154 连接层155 连接层156 金属层157 金属层158 金属层200 共质心对称结构电容210 第一金属层220 第二金属层211 第一组金属线212 第二组金属线221 第三组金属线222 第四组金属线251 金属层252 金属层253 金属层254连接层255连接层256金属层257金属层258金属层300基板310第一金属层320连接层330金属层400基板410第一金属层420连接层430金属层具体实施方式
请参考图1，为本发明所公开的共质心对称结构电容的结构示意图。如图所示，本发明所公开的共质心对称结构电容100由第一金属层110、 第二金属层120、第三金属层130以及第四金属层140组成。第一金属层110 相邻于第二金属层120,第三金属层130相邻于第一金属层110，第四金属层 140相邻于第二金属层120，且第一金属层110对称于第四金属层140，第二 金属层120对称于第三金属层130。第一金属层IIO，具有第一组金属线111与第二组金属线112，分别具有 数条金属线，第一组金属线111的每一金属线与第二组金属线112的每一金属 线以交错方式配置。第二金属层120相邻于第一金属层110，具有第三组金属线121与第四组 金属线122，分别具有数条金属线，第三组金属线121的每一金属线与第四组 金属线122的每一金属线以交错方式配置。第三金属层130相邻于第一金属层110，具有第五组金属线131与第六组 金属线132，分别具有数条金属线，第五组金属线131的每一金属线与第六组 金属线132的每一金属线以交错方式配置。第四金属层140相邻于第二金属层120，具有第七组金属线141与第八组 金属线142，分别具有数条金属线，第七组金属线141的每一金属线与第八组 金属线142的每一金属线以交错方式配置。本发明所公开的电容结构，在同一层金属层中，以共质心对称的方式配置 电极以构成电容结构，以图1为例，第一金属层110与第四金属层140以对称 于一对角线的方式配置，也就是第一金属层110与第四金属层140对称于一矩 形的质心。第二金属层120与第三金属层130以对称于一对角线的方式配置， 也就是第二金属层120与第三金属层130对称于一矩形的质心。而第一金属层 110与第四金属层140的每一金属线以直角的部分相对，第二金属层120与第 三金属层130的每一金属线以直角的部分相对。在图1中的实施例，每一金属层的金属线大致为L形。但是其它形状，例 如弧形，也可应用于本发明的结构。请参考图2，为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示 意图。其与图1类似，由第一金属层110、第二金属层120、第三金属层130 以及第四金属层140组成，每一金属层同样具有数条金属线，每一金属层的金 属线大致为L形，然而第一金属层110与第四金属层140的每一金属线以L 形的开口部分相对，第二金属层120与第三金属层130的每一金属线以L形的 开口部分相对。重复排列图l或图2的结构，可形成图3的电容结构阵列。请参考图4A和图4B，为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施 例结构示意图。在图1或图2的实施例中，第一金属层110、第二金属层120、 第三金属层130以及第四金属层140位于同一层金属层中，且仅具有一金属层， 而在图4A和图4B的实施例中，其具有数层金属层，每一金属层具有图l或图 2的结构，每一金属层则由连接层连接。如图4A和图4B所示，其由三层金属层151、 152、 153形成电容结构，连 接层154连接金属层151与金属层152，连接层155连接金属层152与金属层 153。通过图4A和图4B所示的实施例，可将位于不同金属层的电容串联起来， 以增加电容量。连接层154与连接层155分别具有数个导孔(VIA)，以连接 不同金属层间相对应的金属线。请参考图5A和图5B，为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示意图。其由三层金属层156、 157、 158形成电容结构，每一金属层具 有图1或图2的结构，除了在同一层金属层可形成电容效应外，不同层金属间也可形成电容效应。金属层156、 157、 158均具有如图l所示的第一金属层llO、第二金属层 120、第三金属层130以及第四金属层140，不同的是，金属层156与金属层 157上的金属线的交错配置方式相反。请参考图6，为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施例结构示 意图。如图所示，本发明所公开的共质心对称结构电容200由第一金属层210 以及第二金属层220组成，第一金属层210对称于第二金属层220。第一金属层210具有第一组金属线211与第二组金属线212，分别具有数 条金属线，第一组金属线211的每一金属线与第二组金属线212的每一金属线 以交错方式配置。第二金属层220具有第三组金属线221与第四组金属线222，分别具有数 条金属线，第三组金属线221的每一金属线与第四组金属线222的每一金属线 以交错方式配置，但与第一金属层21的交错方式不同。在图6中的实施例，每一金属层的金属线大致为U形。但是其它形状，例 如弧形，也可应用于本发明的结构。第一金属层210以对称于第二金属层220的方式配置，在图6中的实施例， 第一金属层210的U形开口与第二金属层220的U形开口相对。在图7中的实 施例，第一金属层210的U形底部与第二金属层220的U形底部相对。重复排列图6或图7的结构，可形成图8的电容结构阵列。请参考图9A和图9B，为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实施 例结构示意图。其具有数层金属层，每一金属层具有图6或图7的结构，每一 金属层由连接层连接。如图9A和图9B所示，其由三层金属层251、 252、 253形成电容结构，连 接层254连接金属层251与金属层252，连接层255连接金属层252与金属层 253。通过图9A和图9B所示的实施例，可将位于不同金属层的电容串联起来， 以增加电容量。连接层254与连接层255分别具有数个导孔(VIA)，以连接 不同金属层间相对应的金属线。请参考图IOA和图IOB，为本发明所公开的共质心对称结构电容的另一实 施例结构示意图。其由三层金属层256、 257、 258形成电容结构，每一金属层 具有图6或图7的结构，除了在同一层金属层可形成电容效应外，不同层金属 间也可形成电容效应。请参考图10A和图IOB，为图4A和图4B所示的实施例的制造方法。本发明所公开的共质心对称结构电容，可利用标准的CMOS工艺来完成， 请参考图IIA至图IIG，为本发明所公开的面心立方结构电容的示例性工艺。 图llA至图llG以图4A的n，线的剖面为例作说明。请参考图11A，此电容形成于一基板300上，在一实施例中，基板300上 可能形成有其它的组件或线路，为简化说明，这些组件或线路不加入说明与图 示。先形成第一金属层310，其具有图l所示的结构，第一金属层110、第二 金属层120、第三金属层130以及第四金属层140组成。第一金属层110相邻 于第二金属层120，第三金属层130相邻于第一金属层110，第四金属层140 相邻于第二金属层120，且第一金属层110对称于第四金属层140，第二金属 层120对称于第三金属层130。接着在第一金属层310的空隙中填入介电材料。在另一实施例，也可先形成一介电层，并在此介电层上以相应于图4A和 图4B的掩模进行曝光显影，将要形成第一金属层110、第二金属层120、第三 金属层130以及第四金属层140的部分蚀刻出来，再将金属材料沉积到相对应 的位置。接着形成连接层320，请参考图IIC至图IIE，先形成一介电层，并将对 应于第一金属层110、第二金属层120、第三金属层130以及第四金属层140 的位置蚀刻掉，再填入金属。最后在重复图11A与图11B的步骤，以形成一金 属层330。请参考图12A至图12G，为本发明所公开的面心立方结构电容的示例性工 艺。图12A至图12G是以图9A的n，线的剖面为例作说明，请参考图12A，此电容形成于一基板400上，在一实施例中，基板400上 可能形成有其它的组件或线路，为简化说明，这些组件或线路不加入说明与图示。先形成第一金属层410，其具有图l所示的结构，第一金属层210与第二金属层220。接着在第一金属层410的空隙中填入介电材料。在另一实施例，也可先形成一介电层，并在此介电层上以相应于图8的掩 模进行曝光显影，将要形成第一金属层210与第二金属层220的部分蚀刻出来， 再将金属材料沉积到相对应的位置。接着形成连接层420，请参考图12C至图12E，先形成一介电层，并将对 应于第一金属层210与第二金属层220的位置蚀刻掉，再填入金属。最后再重 复图12A与图12B的步骤，以形成一金属层430。本发明所公开的电容结构，借助同层金属线与线之间侧向电场来实现电 容，因此，随着有效线宽的降低，将可提升单位面积下的电容量。也就是，在 相同的电容值下，本发明所公开的电容结构可有效减少布局所需要的面积，进 而降低芯片制造所需的成本。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这 些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1. 一种共质心对称结构电容，其特征在于，包括有一第一金属层，具有一第一组金属线与一第二组金属线，该第一与该第二组分别具有数条金属线，且该第一组金属线的每一金属线与该第二组金属线的每一金属线以交错方式配置；一第二金属层，相邻于该第一金属层，具有一第三组金属线与一第四组金属线，该第三与该第四组分别具有数条金属线，且该第三组金属线的每一金属线与该第四组金属线的每一金属线以交错方式配置；一第三金属层，相邻于该第一金属层，具有一第五组金属线与一第六组金属线，该第五与该第六组分别具有数条金属线，该第五组金属线的每一金属线与该第六组金属线的每一金属线以交错方式配置，其中该第二金属层与该第三金属层以对称于一对角线的方式配置；以及一第四金属层，相邻于该第二金属层，具有一第七组金属线与一第八组金属线，该第七与该第八组分别具有数条金属线，且该第七组金属线的每一金属线与该第八组金属线的每一金属线以交错方式配置，其中该第一金属层与该第四金属层以对称于另一对角线的方式配置。
2、 根据权利要求1所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一组 至该第八组金属线的每一条金属线为L形。
3、 根据权利要求2所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一金 属层与该第四金属层的每一金属线以直角的部分相对，该第二金属层与该第三 金属层的每一金属线以直角的部分相对。
4、 根据权利要求2所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一金 属层与该第四金属层的每一金属线以L形的开口部分相对，该第二金属层与该 第三金属层的每一金属线以L形的开口部分相对。
5、 根据权利要求1所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一组 至该第八组金属线的每一条金属线为弧形。
6、 根据权利要求5所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一金 属层与该第四金属层的每一金属线以弧形的凸出部分相对，该第二金属层与该 第三金属层的每一金属线以弧形的凸出部分相对。
7、 根据权利要求5所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一金 属层与该第四金属层的每一金属线以弧形的开口部分相对，该第二金属层与该 第三金属层的每一金属线以弧形的开口部分相对。
8、 根据权利要求1所述的共质心对称结构电容，其特征在于，还包括有 --层以上个金属层，其中每一金属层具有该第一金属层、该第二金属层、该第 三金属层与该第四金属层；以及一层以上个连接层，用以连接每一该金属层。
9、 一种共质心对称结构电容，其特征在于，包括有 一第一金属层，具有一第一组金属线与一第二组金属线，该第一与该第二组分别具有数条金属线，且该第一组金属线的每一金属线与该第二组金属线的 每一金属线以交错方式配置；以及一第二金属层，以对称于该第一金属层的方式配置，具有第三组金属线与 第四组金属线，该第三与该第四组分别具有数条金属线，且该第三组金属线的 每一金属线与该第四组金属线的每一金属线以交错方式配置，与该第一金属层 的该金属线的交错方式不同。
10、 根据权利要求9所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一组 与该第二组金属线的每一条金属线为U形。
11、 根据权利要求IO所述的共质心对称结构电容，其特征在于，该第一金属层的U形开口与该第二金属层的U形开口相对，该第一金属层的U形底部 与该第二金属层的U形底部相对。
12、 根据权利要求9所述的共质心对称结构电容，其特征在于，还包括有 一层以上个金属层，其中每一金属层具有该第一金属层与该第二金属层；以及一层以上个连接层，用以连接每一该金属层。
全文摘要
本发明公开了一种共质心对称结构电容，由第一金属层、第二金属层、第三金属层以及第四金属层组成。第一金属层相邻于第二金属层，第三金属层相邻于第一金属层，第四金属层相邻于第二金属层，且第一金属层对称于第四金属层，第二金属层对称于第三金属层。其中每一金属层均具有两组金属线，每一组分别具有数条金属线，每一组的每一金属线以相互交错方式配置。
文档编号H01L27/00GK101241896SQ20071000044
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月7日 优先权日2007年2月7日
发明者郑键桦, 陈以勋, 鲜思康 申请人:财团法人工业技术研究院