专利名称：垂直相互交叉的半导体电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路领域。
背景技术：
半导体集成电路(IC)行业经历了快速成长。IC材料和设计方面的技术进步产生了几代1C，每代都具有比前一代更小和更复杂的电路。然而，这些进步增加了处理和制造IC的复杂性，并且对于将被实现的这些进步，需要类似发展IC处理和制造。在集成电路演进的过程中，功能密度(即，每芯片面积的互连器件的数量)通常增加，同时几何尺寸(即，可以使用制造处理创建的最小部件(或线))减小。多种有源或无源电子组件可以形成在半导体IC上。例如，半导体电容器可以被形成为无源电子组件。传统地，半导体电容器可以具有金属上金属(metal-on-metal,MOM)结 构。当器件尺寸继续减小时，用于传统半导体电容器的MOM结构可能遇到诸如过多面积消耗、低电容密度、和/或高制造成本的问题。从而，虽然现有半导体电容器器件通常适于它们想要的目的，但是它们不能整体上满足各个方面。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种半导体器件，包括基板，具有由第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定的表面；以及电容器，设置在所述基板的所述表面之上，所述电容器具有阳极组件和阴极组件，所述阳极组件包括多个第一导电堆叠件，所述阴极组件包括多个第二导电堆叠件；其中所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件中的每个都沿着垂直于所述基板的所述表面的第三轴延伸；以及所述第一导电堆叠件沿着所述第一轴和所述第二轴与所述第二导电堆叠件相互交叉。优选地，所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件中的每个都包括通过多个通孔沿着所述第三轴互连的多条金属线。优选地，具有多个互连层的互连结构设置在所述基板之上，并且其中，所述金属线中的每条都属于所述互连结构的相应互连层。优选地，所述金属线中的每条沿着所述第一轴和所述第二轴都具有比所述通孔更大的尺寸。优选地，所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件在俯视图中形成二维阵列，并且其中，所述阵列包括沿着所述第一轴对准的第一导电堆叠件和第二导电堆叠件的子集以及沿着所述第二轴对准的第一导电堆叠件和第二导电堆叠件的另一子集。优选地，所述阳极组件和所述阴极组件之一进一步包括顶部，并且所述阳极组件和所述阴极组件中的另一个进一步包括底部，并且其中，所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件设置在所述顶部和所述底部之间。
优选地，所述顶部和所述底部中的每个都包括属于互连结构的金属层的各个导电元件。优选地，所述导电元件包括单个金属板。优选地，所述导电元件包括多条延长金属线，每条所述延长金属线均沿着以下之一延伸所述第一轴和所述第二轴。优选地，所述阳极组件和阴极组件中的每个都包括侧部，所述侧部包括通过多个通孔沿着所述第三轴互连的多条延长金属线，并且其中，所述延长金属线中的每条都沿着以下之一延伸所述第一轴和所述第二轴。优选地，所述阳极组件和阴极组件的所述侧部沿着所述第一轴和所述第二轴完全包围所述多个第一导电堆叠件和所述多个第二导电堆叠件。根据本发明另一方面，提供一种半导体器件，包括基板，横跨X-方向和与所述 X-方向正交的Y-方向；以及互连结构，在与所述X-方向和所述Y-方向正交的Z-方向上形成在所述基板之上，所述互连结构包括通过多个通孔在所述Z-方向上互连在一起的多条金属线，所述互连结构包括电容器，所述电容器包括阳极组件和阴极组件；其中所述阳极组件包括在所述Z-方向上延伸的延长阳极堆叠件的阵列；所述阴极组件包括在所述Z-方向上延伸的延长阴极堆叠件的阵列；以及所述阳极堆叠件的阵列在所述X方向和所述Y方向上与所述阴极堆叠件的阵列相互交叉。优选地，所述阳极堆叠件的阵列以使得相互紧邻设置的所述堆叠件具有相反极性的方式与所述阴极堆叠件的阵列相互交叉。优选地，所述阳极堆叠件和所述阴极堆叠件中的每个都包括所述金属线的相应子集和所述通孔的相应子集，并且其中，所述阳极堆叠件和所述阴极堆叠件中的每个的横截面轮廓都具有之字形。优选地，所述阳极组件和所述阴极组件中的每个都包括侧部，所述侧部包括通过所述通孔的相应子集互连在一起的所述金属线的相应子集，并且其中，所述金属线中的每个都具有延长的形状，并且每个都在以下之一延伸所述X-方向和所述Y-方向。优选地，所述阳极组件和所述阴极组件中的每个都包括以下之一顶部和底部，并且其中，所述顶部和所述底部中的每个都包括所述金属线的子集。优选地，所述金属线的所述子集包括以下之一单个金属板、以及沿着所述X方向和Y方向中的一个方向延伸的多条延长金属线。根据本发明的再一方面，提供一种制造半导体器件的方法，包括提供具有由第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定的表面的基板；以及在所述基板的表面之上形成互连结构，所述互连结构具有由多个通孔互连的多条导电线，其中，形成所述互连结构包括通过至少一些所述导电线和至少一些所述通孔形成电容器，所述电容器具有阳极组件和阴极组件，所述阳极组件包括多个第一导电元件，所述阴极组件包括多个第二导电元件；其中所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每个都沿着与所述基板的所述表面垂直的第三轴延伸；以及其中，所述第一导电元件被形成为沿着所述第一轴和所述第二轴与所述第二导电元件相互交叉。优选地，以使得所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每个都与具有相反极性的另一导电元件紧邻设置的方式形成所述电容器。
优选地，以所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每个都包括所述导电线的相应子集以及沿着所述第三轴互连所述导电线的所述子集的所述通孔的相应子集的方式形成所述电容器。
当读取附图时，本披露的多个方面从以下详细说明最好地理解。要强调，根据行业中的标准实践，多种特征不按比例绘制。事实上，为了清楚地论述，多种特征的尺寸可以任意增加或减少。图I是示出根据本披露的多个方面的制造半导体器件的方法的流程图。图2-图3是在制造的不同阶段的半导体器件的横截面图。图4是半导体电容器的透视图。
图5A和图5B分别是半导体电容器的一部分的俯视图和透视图。图6A和图6B分别是半导体电容器的横截面图和透视图。图7A和图7B分别是半导体电容器的详细横截面图和透视图。图8-图12分别是半导体电容器的可选实施例的透视图。
具体实施例方式将理解，以下披露提供了多个不同实施例或实例，用于实现多种实施例的不同特征。以下描述组件和布置的特定实例，以简化本披露。当然，这些仅是实例，并且不用于限制。例如，以下说明书中的第一特征在第二特征之上或上形成可以包括第一和第二特征直接接触形成的实施例，并且还可以包括附加特征可以形成在第一和第二特征之间，使得第一和第二特征不直接接触的实施例。另外，本披露在多种实例中可以重复参考数字和/或字符。该重复用于简单和清楚的目的，并且其本身不指示所披露的多种实施例和/或配置之间的关系。在图I中示出用于制造包括电容器结构的半导体器件的方法20的流程图。半导体器件可以包括集成电路(IC)芯片、芯片上系统(SoC)、或其部分，其可以包括多种无源和有源微电子器件，诸如，电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极结型晶体管(BJT)、横向扩散的MOS(LDMOS)晶体管、高功率MOS晶体管、或其他类型晶体管。将理解，在此披露的附图被简化用于更好地理解本披露的发明思想。从而，应该注意，在图I的方法20之前、期间和之后，可以提供附加处理，并且在此仅简单地描述一些其他处理。参考图1，方法20开始于框25，其中，提供基板。基板具有由第一轴和与第一轴垂直的第二轴限定的表面。方法20开始于框30,其中，互连结构形成在基板的表面之上。互连结构包括通过多个通孔互连的多条导电线。互连结构以使得电容器形成在互连结构中的方式形成。电容器通过至少一些导电线和至少一些互连结构的通孔形成。电容器被形成为具有阳极组件和阴极组件。阳极组件包括多个第一导电堆叠件。阴极组件包括多个第二导电堆叠件。第一导电堆叠件和第二导电堆叠件中的每个都沿着与基板的表面垂直的第三轴延伸。第一和第二导电堆叠件被形成为沿着第一轴和第二轴相互交叉。在一个实施例中，每个导电堆叠件都包括沿着第三轴延伸的延长堆叠件。每个延长堆叠件都包括多个通孔和相互对准并且通过多个通孔互连在一起的多条金属线。图2和图3是根据本披露的多个方面制造的半导体器件的示意性部分横截面侧视图。参考图2，根据图I的方法20制造半导体器件。半导体器件包括基板40。在一个实施例中，基板40是掺杂有P型搀杂物(诸如，硼)的硅基板，或掺杂有N型搀杂物(诸如，砷或磷)的硅基板。基板40可以由一些其他合适基本半导体，诸如，金刚石或锗；合适化合物半导体，诸如，碳化硅、砷化铟、或磷化铟；或合适合金半导体，诸如，碳化硅锗、镓砷磷、或镓铟磷制成。而且，基板40可以包括外延层(印i层)，其可以被变形用于性能增强，并且可以包括绝缘体上娃(SOI)结构。虽然为了简化的原因未特别示出，但是多个电子组件可以形成在基板中。例如，FET晶体管器件的源极和漏极区可以形成在基板中。源极区和漏极区可以通过一个或多个离子注入或扩散处理形成。作为另一实例，隔离结构(诸如，浅沟槽隔离(STI)结构或深沟槽隔离(DTI)结构)可以形成在基板中，以提供对多种电子组件的隔离。这些隔离结构可以通过在基板40中蚀刻凹槽(或沟槽)并且之后用介电材料(诸如，本领域中已知的氧 化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺氟硅化物(FSG)、和/或低_k介电材料)填充凹槽形成。基板40具有上表面50。表面50是由X-轴和Y-轴限定的二维平面，其中，X-轴和Y-轴相互垂直或者正交。X-轴和Y-轴还可以分别称为X-方向和Y-方向。现在参考图3，互连结构60形成在基板40的上表面50之上。换句话说，互连结构60在Z-轴或与表面50垂直的Z-方向上设置在表面50之上。互连结构60包括多个图案化介电层和互连导电层。这些互连导电层在电路、输入/输出、和形成在基板40中的多种掺杂部件之间提供互连件(例如，布线)。更详细地，互连结构60可以包括多个互连层，还称为金属层(例如，Ml、M2、M3等)。互连层中的每个都包括多个互连部件，还称为金属线。金属线可以是铝互连线或者铜互连线，并且可以包括导电材料，诸如，铝、铜、铝合金、铜合金、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物、或其结合。金属线可以通过包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射、电镀或其结合的处理形成。互连结构60包括在互连层之间提供隔离的层间电介质(ILD)。ILD可以包括介电材料，诸如，氧化物材料。互连结构60还包括多个通孔/触点，其在基板上的不同互连层和/或部件之间提供电连接。为了简单起见，在此不特别示出互连层中的金属线、互连金属线的通孔、和隔离它们的电介质材料。根据本披露的多个方面，相互交叉的电容器结构形成在互连结构60中。或者换句话说，互连结构60的多种组件构成在此披露的相互交叉的电容器。为了简单起见，电容器结构在图3中未示出，但是其的多种实施例在图4和图8-图10中更详细地示出，并且将通过以下段落更详细地论述。现在参考图4，示出根据本披露的多个方面的相互交叉的电容器结构100A的实施例的部分(局部)透视图。电容器结构100A包括阳极组件110和阴极组件120A。阳极组件IlOA和阴极组件120A分别用作电容器结构100A的阳极和阴极端子，使得电压可以通过阳极和阴极端子提供。换句话说，当电容器结构100A在操作中时(用作电容器)，将贯穿阳极组件IlOA施加一个电压，同时将贯穿阴极组件120A施加不同电压。阳极和阴极组件IlOA和120A可以被认为是相反电极，或者可以说具有不同极性。还将理解，阳极和阴极组件IlOA和120A的相对位置不是关键的。例如，在其他实施例中，阳极和阴极组件IlOA和120A可以被旋转、翻转、或切换。还将理解，互连结构60的电介质材料用作电容器结构100A的阳极和阴极电极之间的电介质。在图4中，电介质材料将阳极组件IlOA的多个部分与阴极组件120A的多个部分分离并且电隔离。根据需要和将由电容器结构100A执行的功能，互连结构100A的电介质材料可以被谨慎地选择，以实现理想电容。例如，用于平行板行电容器的电容可以通过以下等式计算
权利要求
1.一种半导体器件,包括 基板，具有由第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定的表面；以及 电容器，设置在所述基板的所述表面之上，所述电容器具有阳极组件和阴极组件，所述阳极组件包括多个第一导电堆叠件，所述阴极组件包括多个第二导电堆叠件； 其中 所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件中的每个都沿着垂直于所述基板的所述表面的第三轴延伸；以及 所述第一导电堆叠件沿着所述第一轴和所述第二轴与所述第二导电堆叠件相互交叉。
2.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件中的每个都包括通过多个通孔沿着所述第三轴互连的多条金属线， 其中，具有多个互连层的互连结构设置在所述基板之上，并且其中，所述金属线中的每条都属于所述互连结构的相应互连层。
3.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件在俯视图中形成二维阵列，并且其中，所述阵列包括沿着所述第一轴对准的第一导电堆叠件和第二导电堆叠件的子集以及沿着所述第二轴对准的第一导电堆叠件和第二导电堆叠件的另一子集。
4.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述阳极组件和所述阴极组件之一进一步包括顶部，并且所述阳极组件和所述阴极组件中的另一个进一步包括底部，并且其中，所述第一导电堆叠件和所述第二导电堆叠件设置在所述顶部和所述底部之间， 其中，所述顶部和所述底部中的每个都包括属于互连结构的金属层的各个导电元件。
5.根据权利要求I所述的半导体器件，其中，所述阳极组件和阴极组件中的每个都包括侧部，所述侧部包括通过多个通孔沿着所述第三轴互连的多条延长金属线，并且其中，所述延长金属线中的每条都沿着以下之一延伸所述第一轴和所述第二轴。
6.一种半导体器件，包括 基板，横跨X-方向和与所述X-方向正交的Y-方向；以及 互连结构，在与所述X-方向和所述Y-方向正交的Z-方向上形成在所述基板之上，所述互连结构包括通过多个通孔在所述Z-方向上互连在一起的多条金属线，所述互连结构包括电容器，所述电容器包括阳极组件和阴极组件； 其中 所述阳极组件包括在所述Z-方向上延伸的延长阳极堆叠件的阵列； 所述阴极组件包括在所述Z-方向上延伸的延长阴极堆叠件的阵列；以及 所述阳极堆叠件的阵列在所述X方向和所述Y方向上与所述阴极堆叠件的阵列相互交叉。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述阳极堆叠件的阵列以使得相互紧邻设置的所述堆叠件具有相反极性的方式与所述阴极堆叠件的阵列相互交叉，或者 所述阳极堆叠件和所述阴极堆叠件中的每个都包括所述金属线的相应子集和所述通孔的相应子集，并且其中，所述阳极堆叠件和所述阴极堆叠件中的每个的横截面轮廓都具有之字形。
8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述阳极组件和所述阴极组件中的每个都包括以下之一顶部和底部，并且其中，所述顶部和所述底部中的每个都包括所述金属线的子集， 其中，所述金属线的所述子集包括以下之一单个金属板、以及沿着所述X方向和Y方向中的一个方向延伸的多条延长金属线。
9.一种制造半导体器件的方法，包括 提供具有由第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定的表面的基板；以及在所述基板的表面之上形成互连结构，所述互连结构具有由多个通孔互连的多条导电线，其中，形成所述互连结构包括通过至少一些所述导电线和至少一些所述通孔形成电容器，所述电容器具有阳极组件和阴极组件，所述阳极组件包括多个第一导电元件，所述阴极组件包括多个第二导电元件； 其中 所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每个都沿着与所述基板的所述表面垂直的第三轴延伸；以及 其中，所述第一导电元件被形成为沿着所述第一轴和所述第二轴与所述第二导电元件相互交叉。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，以使得所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每个都与具有相反极性的另一导电元件紧邻设置的方式形成所述电容器，或者 以所述第一导电元件和所述第二导电元件中的每个都包括所述导电线的相应子集以及沿着所述第三轴互连所述导电线的所述子集的所述通孔的相应子集的方式形成所述电容器。
全文摘要
本披露提供了半导体器件。半导体器件包括横跨X-方向和与X-方向正交的Y-方向的基板。半导体器件包括在与X-方向和Y-方向正交的Z-方向上形成在基板之上的互连结构。互连结构包括通过多个通孔在Z-方向上互连在一起的多条金属线。互连结构包括电容器，电容器包括阳极组件和阴极组件。阳极组件包括在Z-方向上延伸的延长阳极堆叠件的阵列。阴极组件包括在Z-方向上延伸的延长阴极堆叠件的阵列。阳极堆叠件的阵列在X方向和Y方向上与阴极堆叠件的阵列相互交叉。
文档编号H01L21/02GK102820279SQ201110405039
公开日2012年12月12日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年6月10日
发明者卓秀英 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司