具有通孔的水平交指型电容器的制作方法

专利名称：具有通孔的水平交指型电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，更具体而言，涉及具有通孔的水平交指型电容器。
背景技术：
半导体集成电路(IC)产业经历了快速发展。IC材料和设计方面的技术进步产生了多个IC代，其中，每个代都具有比上一个代更小且更复杂的电路。然而，这些进步增加了加工和制造IC的复杂性，因此，为了实现这些进步，需要IC加工和制造方面的类似发展。在集成电路发展过程中，功能密度(即，每芯片面积中互连器件的数量)通常都在增加，而几何尺寸(即，使用制造工艺可以制造的最小元件(或线))减小了。
在半导体IC上可以形成各种有源或无源元件。例如，半导体电容器可以形成为无源电子元件。传统上，半导体电容器可以具有金属对金属(MOM)结构。当器件尺寸继续减小时，传统半导体电容器的MOM结构可能遇到诸如面积消耗过多、电容密度低、和/或制造成本高的问题。
因此，虽然现有的半导体电容器器件通常已经足以实现它们的预期用途，但是在各个方面尚不是完全令人满意的。发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体器件，包括具有表面的衬底，所述表面由第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定；以及设置在所述衬底上的电容器，所述电容器具有包括多个第一导电部件的阳极元件和包括多个第二导电部件的阴极元件，其中，所述第一导电部件和所述第二导电部件每一个都包括: 沿着所述第一轴延伸的两条金属线，以及至少一个金属通孔，所述至少一个金属通孔沿着与所述衬底的所述表面垂直的第三轴延伸并互连所述两条金属线；以及所述第一导电部件沿着所述第二轴和所述第三轴均与所述第二导电部件相互交错。
根据本发明所述的半导体器件，其中所述金属通孔包括沿着所述第一轴的第一尺寸和沿着所述第二轴的第二尺寸，所述第一尺寸基本上等于所述第二尺寸。根据本发明所述的半导体器件，其中所述金属通孔包括沿着所述第一轴的第一尺寸和沿着所述第二轴的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。根据本发明所述的半导体器件，其中具有多个互连层的互连结构被设置在所述衬底上方，以及所述两条金属线归于两个相邻的金属层并且沿着所述第三轴彼此间隔开。根据本发明所述的半导体器件，其中所述金属线每一条都具有大于沿着所述第二轴的第二尺寸的沿着所述第一轴的第一尺寸。根据本发明所述的半导体器件，其中，所述第一导电部件和所述第二导电部件沿着所述第一轴形成剖面图中二维阵列；以及所述阵列包括沿着所述第二轴对准的第一导电部件和第二导电部件的子集以及沿着所述第三轴对准的第一导电部件和第二导电部件 的另一子集。根据本发明所述的半导体器件，其中，所述阳极元件进一步包括与所述第一导电部件连接的第一侧部；所述阴极元件进一步包括与所述第二导电部件连接的第二侧部；所述第一侧部和所述第二侧部每一个都沿着所述第二轴和所述第三轴横越；以及所述第一导电部件和所述第二导电部件被设置在所述第一侧部和所述第二侧部之间。根据上面所述的半导体器件，其中所述第一侧部和所述第二侧部每一个都包括多条金属线，每条金属线都归于互连结构的不同金属层；以及多个金属通孔组，每个金属通孔组都沿着所述第三轴互连所述多条金属线中的两条。根据本发明所述的半导体器件，进一步包括屏蔽结构，所述屏蔽结构完全围绕所述电容器并且被配置成接地。根据上面所述的半导体器件，其中，所述屏蔽结构包括底部；第一侧部和第二侧部，沿着所述第一轴间隔开；以及第三侧部和第四侧部，沿着所述第二轴间隔开，其中，所述电容器被所述底部、所述第一侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部封闭。根据上面所述的半导体器件，其中所述屏蔽结构包括顶部，其中所述顶部和所述底部每一个都包括归于互连结构的金属层的相应导电元件。根据上面所述的半导体器件，其中所述导电元件包括多条金属线，每条金属线都沿着所述第一轴和所述第二轴之一延伸。根据本发明所述的半导体器件，其中所述第一侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部中的每一个都包括通过多个金属通孔沿着所述第三轴互连的多条金属线，并且其中所述金属线中的每一条都沿着所述第二轴延伸。根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体器件，包括具有表面的衬底，所述表面由所述第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定；以及电容器，被设置在所述衬底上，所述电容器具有包括多个第一导电部件的阳极元件和包括多个第二导电部件的阴极元件，其中，所述第一导电部件沿着所述第二轴与所述第二导电部件相互交错，并且所述第一导电部件和所述第二导电部件每一个都包括多条金属线，该多条金属线沿着所述第一轴延伸；和多个金属通孔，每个金属通孔都沿着与所述衬底的所述表面垂直的第三轴互连所述多条金属线中的两条，以及所述金属通孔中的每一个都包括沿着所述第一轴的第一尺寸和沿着所述第二轴的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。
根据本发明所述的半导体器件，其中具有多个互连层的互连结构被设置在所述衬底上方，并且所述金属线每一条都归于相应的互连层，以及所述金属线均具有大于沿着所述第二轴的第二尺寸的沿着所述第一轴的第一尺寸。
根据本发明所述的半导体器件，其中所述阳极元件进一步包括与所述第一导电部件连接的第一侧部；所述阴极元件进一步包括与所述第二导电部件连接的第二侧部；所述第一侧部和所述第二侧部每一个都沿着所述第二轴和所述第三轴横越；以及所述第一导电部件和所述第二导电部件被设置在所述第一侧部和所述第二侧部之间。
根据本发明所述的半导体器件，进一步包括屏蔽结构，所述屏蔽结构被配置成接地，其中，所述屏蔽结构包括顶部和底部；第一侧部和第二侧部，沿着所述第一轴间隔开； 以及第三侧部和第四侧部，沿着所述第二轴间隔开，其中，所述电容器被所述顶部、所述底部、所述第一侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部封闭。
根据本发明所述的半导体器件，其中所述顶部和所述底部每一个都包括归于互连结构的金属层的相应导电元件；所述第一侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部中的每一个都包括通过第二多个金属通孔沿着所述第三轴互连的第二多条金属线；以及所述第二金属线每一条都沿着所述第二轴延伸。
根据本发明的又一方面，还提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括提供具有表面的衬底，所述表面由第一轴和垂直于所述第一轴的第二轴限定；以及在所述衬底的所述表面的上方形成互连结构，所述互连结构具有导线层和互连所述导线层的导电通孔层，其中，形成所述互连结构的步骤包括形成具有所述导线子集和所述导电通孔子集的电容器，所述电容器具有阳极元件，所述阳极元件包括多个第一导电部件和连接所述第一导电部件的第一侧部；和阴极元件，所述阴极元件包括多个第二导电部件和连接所述第二导电部件的第二侧部，其中所述第一导电部件和所述第二导电部件每一个都沿着所述第一轴延伸，形成沿着所述第二轴与所述第二导电部件相互交错的所述第一导电部件，所述第一侧部和所述第二侧部每一个都沿着所述第二轴和与所述表面垂直的第三轴横越，以及在所述第一侧部和所述第二侧部之间设置所述第一导电部件和所述第二导电部件。
根据本发明所述的方法，其中，形成所述电容器的步骤进一步包括形成屏蔽结构， 所述屏蔽结构具有顶部和底部；第一侧部和第二侧部，沿着所述第一轴间隔开；以及第三侧部和第四侧部，沿着所述第二轴间隔开，其中，通过所述顶部、所述底部、所述第一侧部、 所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部封闭所述电容器。
根据本发明所述的方法，其中，形成所述电容器的步骤包括形成所述金属通孔，所述金属通孔每一个都具有沿着所述第一轴的第一尺寸和沿着所述第二轴的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。


当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各方面。 应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩少。
图I为示出根据本发明的各个方面制造半导体器件的方法的流程图。
图2至3为在不同制造阶段的半导体器件的示意性部分剖面侧视图。
图4为一个实施例中的半导体电容器的部分立体图。图5为图4的半导体电容器的剖面图。图6为图4的半导体电容器的一部分的剖面图。图7为一个实施例中图4的半导体电容器的一部分的剖面图。图8为另一个实施例中图13的半导体电容器的一部分的剖面图。图9为另一个实施例中的半导体电容器的立体图。
图10为一个实施例中具有电容器和屏蔽结构的半导体器件的立体图。图11为根据一个实施例的图10的半导体器件中的屏蔽结构的立体图。图12为根据一个实施例的图10的半导体器件中的屏蔽结构的示意性俯视图。图13为另一个实施例中的半导体电容器的部分立体图。图14为另一个实施例中的半导体电容器的立体图。图15为另一个实施例中的具有电容器和屏蔽结构的半导体器件的立体图。图16为根据一个实施例的图15的半导体器件中的屏蔽结构的立体图。图17为另一个实施例中的半导体电容器的部分立体图。图18为另一个实施例中的半导体电容器的部分立体图。图19为另一个实施例中的具有电容器和屏蔽结构的半导体器件的立体图。图20为根据一个实施例的图19的半导体器件中的屏蔽结构的立体图。
具体实施例方式可以理解为了实施各个实施例的不同部件，以下发明提供了许多不同的实施例或实例。为简化本发明在下面描述元件和布置的特定实例。当然这些仅仅是实例并不打算限定。例如，以下描述中第一部件在第二部件上或者上方的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例，并且还可以包括其中在第一和第二部件之间可以形成额外的部件，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明在各个实例中可以重复参照数字和/或字母。该重复是为了简明和清楚，而且其本身没有规定各种实施例和/或所讨论的结构之间的关系。在图I中示出了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。图2和图3为根据本发明的各个方面制造的半导体器件30的示意性部分剖面侧视图。参考图I至图3共同描述半导体器件30及其制造方法20。半导体器件30可以包括集成电路(IC)芯片、芯片上系统(SoC)、或者其部分，半导体器件可以包括各种无源和有源微电子器件，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MOS(LDMOS)、大功率MOS晶体管、或者其他类型的晶体管。应该理解，为了更好地理解本发明的发明概念，已经简化了这里所讨论的附图。因此，应该注意，可以在图I的方法20之前、期间、以及之后提供其他工艺，并且在这里仅对其他一些工艺进行简述。参考图I和图2，方法20从框22开始，其中，提供了衬底32。在一个实施例中，衬底32为硅衬底，该硅衬底掺杂有P型掺杂剂如硼，或者掺杂有N型掺杂剂如砷或磷。衬底32可以由以下材料制成其他一些适当的元素半导体，如金刚石或锗；适当的化合物半导体，如碳化娃、砷化铟、或者磷化铟；或者适当的合金半导体，如碳化娃锗、磷砷化镓、或者磷化镓铟。此外，衬底32可以包括外延层(印i层)，可以是应变的以增强性能，并且可以包括绝缘体上娃(SOI)结构。
尽管为了简明起见而没有具体示出，但是在衬底32中可以形成多个电子元件。例如，在衬底中可以形成FET晶体管器件的源极和漏极区。可以通过一个或多个离子注入或扩散工艺形成源极和漏极区。作为另一实例，可以在衬底中形成诸如浅沟槽隔离(STI)结构或深沟槽隔离(DTI)结构的隔离结构，从而为各种电子元件提供隔离。可以通过在衬底 32中蚀刻凹槽(或沟槽)来形成这些隔离结构，并且此后，使用介电材料如氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、掺氟硅酸盐(FSG)、和/或本领域中公知的低k介电材料填充该凹槽。
衬底32具有上表面34。表面34为由X轴和Y轴限定的二维平面，其中，X轴和Y 轴彼此垂直或正交。还可以将X轴和Y轴分别称作X方向和Y方向。
参考图I和图3，方法20继续到框24，其中，在衬底32的上表面34的上方形成互连结构36。换句话说，沿着与表面34垂直的Z轴或Z方向在表面34上方设置互连结构36。 互连结构36包括多个经图案化的介电层和互连导电层。这些互连导电层在电路、输入/输出、和在衬底32中形成的各种掺杂部件之间提供互连(例如，布线)。更具体地，互连结构 36可以包括多个互连层，该互连层还被称作金属层(例如，Ml、M2、M3等)。互连层中的每一层都包括多个互连部件，该互连部件还被称作金属线。金属线可以为铝互连线或者铜互连线，并且可以包括导电材料，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、或者其组合。金属线可以通过包括物理汽相沉积(PVD)、化学汽相沉积(CVD)、溅射、电镀、或者其组合的工艺形成。
互连结构36包括层间介电(ILD)层,该层间介电层在第一金属层和衬底之间提供隔离，并包括金属间介电(IMD)层,该金属间介电层在金属层之间提供隔离。ILD和IMD层可以包括介电材料，如氧化物材料。互连结构36还包括多个通孔/接触件，该多个通孔/ 接触件在位于衬底上的不同金属层和/或部件之间提供电连接。为了简明起见，这里没有具体示出位于互连层中的金属线、互连金属线的通孔/接触件、以及隔离它们的介电材料。
以在互连结构中形成电容器的方式形成互连结构36。电容器由互连结构的至少一些导线和至少一些通孔形成。形成具有阳极元件和阴极元件的电容器。阳极元件包括多个第一导电部件。阴极元件包括多个第二导电部件。第一导电部件和第二导电部件每一个都包括沿着X轴延伸的两条金属线；和至少一个金属通孔，该金属通孔沿着与衬底的表面垂直的Z轴延伸，并互连两条金属线。第一导电部件沿着X轴和Z轴均与第二导电部件相互交错。
根据本发明的各个方面，在互连结构36中形成交指型电容器结构。或者换种说法，互连结构36的各个元件构成这里所公开的交指型电容器。为了简明，在图3中没有示出电容器结构，但是在图4至图20中更详细地示出了其各个实施例，并且将通过下文进行更详细的讨论。
现在，参考图4，根据本发明的各方面示出了交指型电容器结构40的实施例的部分(局部)立体图。电容器结构40包括阳极元件42和阴极元件44。阳极元件42和阴极元件44分别用作电容器结构40的阳极端和阴极端，从而使得可以通过阳极端和阴极端施加电压。换种说法，当电容器结构40在工作(用作电容器)中时，在所有阳极元件42施加一电压，而在所有阴极元件44施加不同的电压。阳极元件42和阴极元件44可以被视为相反电极或者可以被说成是具有不同的极性。还应该理解，阳极元件42和阴极元件44的相对结构不是关键的。例如，在其他实施例，可以转动、调换、或切换阳极元件42和阴极元件 44。
还应该理解，互连结构36的介电材料用作电容器结构40的阳电极和阴电极之间的电介质。在图4中，介电材料将阳极元件42的各个部分与阴极元件44的各个部分分开并电隔离。根据需要和电容器结构40待实施的功能，可以谨慎选择互连结构36的介电材料，以实现期望的电容。例如，可以根据以下方程式计算平行板电容器的电容
C = ετε0 —d
其中，C为电容;A为两板的重叠面积；ε r为位于板之间的材料的介电常数；ε (!为介电常数(^ 8. 854 X KT12F πΓ1);以及d为板之间的间距。鉴于此，如果期望高电容电容器，则可以选择具有高介电常数的互连结构介电材料。
阳极元件42和阴极元件44每一个都包括多个(或阵列)导电部件(或导电叠层)。尤其是，阳极 元件42包括多个第一导电部件42a。阴极元件44包括多个第二导电部件44a。根据本发明的多方面，这些导电叠层42a和44a每一个都包括沿第一轴延伸的两条金属线；和至少一个金属通孔，该金属通孔沿着Z轴延伸并互连两条金属线。第一导电部件 42a沿着Y轴和Z轴均与第二导电部件44a相互交错。
参考图5至图8进一步描述电容器结构40。图5为从虚线AA'切割的电容器结构40的剖面图。具体地，图5中的剖面图取自图4中的虚线AA^。电容器40包括多个第一导电部件42a和多个第二导电部件44a，多个第一导电部件42a和多个第二导电部件44a 在Y轴和Z轴所限定的平面中被配置成阵列。第一导电部件42a沿着Y轴和Z轴均与第二导电部件44a相互交错。换种说法，阵列包括沿着Y轴对准的第一导电部件42a和第二导电部件44a的第一子集。第一子集中的第一导电部件42a沿着Y轴与第一子集中的第二导电部件44a相互交错。该阵列进一步包括沿着Z轴对准的第一导电部件42a和第二导电部件44a的第二子集。第二子集中的第一导电部件42a沿着Z轴与第二子集中的第二导电部件44a相互交错。
参考图6和图8进一步示出了电容器40中的第一导电部件42a和第二导电部件 44a中的每一个。图6为当沿着X轴观看时导电部件50的剖面图。图7为当沿Y轴观看时导电部件50的剖面图。图8为当沿Y轴观看时导电部件50的剖面图。在各个实施例中， 导电部件50为根据本发明的各方面所构成的第一导电部件42a和第二导电部件44b之一。
在一个实施例中，参考图6和图7,导电部件50包括第一金属线52、第二金属线 54、以及连接第一金属线52和第二金属线54的一个或多个通孔部件。第一金属线52和第二金属线54归于相应的金属层。例如，第一金属线52归于金属层Mn,以及第二金属线54 归于位于金属层Mn上面的另一金属层Mn+1。第一金属线和第二金属线沿着X轴取向。第一金属线52和第二金属线54中的每一个都包括沿着X方向限定的长度和沿着Y方向限定的宽度。长度基本上大于宽度。在本实施例中，导电部件50包括多个通孔部件56，该通孔部件56被配置成沿着Z轴连接第一导电部件52和第二导电部件54。通孔部件56每一个都包括在X方向上的第一尺寸和在Y方向上的第二尺寸。第一尺寸基本上等于第二尺寸。
在另一个实施例中，参考图6和图8,导电部件50包括第一金属线52、第二金属线54、以及连接第一金属线52和第二金属线54的一个部件。第一金属线52和第二金属线54分别归于相应的金属层,如Mn和Mn+1。第一金属线和第二金属线沿着X轴取向。第一金属线52和第二金属线54中的每一个都包括沿着X方向限定的长度和沿着Y方向限定的宽度。长度基本上大于宽度。在本实施例中，导电部件50包括通孔部件56，该通孔部件56被配置成沿着Z方向连接第一导电部件52和第二导电部件54。通孔部件56包括在X方向上的第一尺寸和在Y方向上的第二尺寸。第一尺寸基本上大于第二尺寸。因此，在该实施例中，通孔部件56也被称作伸长通孔部件或通孔条。现在，参考图9，在另一个实施例中，根据本发明的各方面示出了交指型电容器结构60的部分立体图。电容器结构60包括阳极元件42和阴极元件44。阳极元件42和阴极元件44分别用作电容器结构60的阳极端和阴极端，从而使得可以通过阳极端和阴极端施加电压。阳极元件42和阴极元件44可以被视为相反电极或者可以被说成是具有不同的极性。在其他实施例中，可以转动、调换、或切换阳极元件42和阴极元件44。
在图9中所示的实施例中，阳极元件42和阴极元件44每一个都包括多个导电部件。具体来说，阳极元件42包括多个第一导电部件42a。阴极元件44包括多个第二导电部件44a。第一导电部件42a沿着Y轴和Z轴均与第二导电部件44a相互交错。根据本发明的各方面，这些导电叠层42a和44a每一个都包括沿着第一轴延伸的两条金属线；和至少一个金属通孔，该金属通孔沿着Z轴延伸并且互连两条金属线。在一个实施例中，导电叠层42a和44a的至少一个子集与图7中的导电部件50类似。在另一个实施例中，导电叠层42a和44a的至少一个子集与图8中的导电部件50类似。阳极元件42还包括侧部62，以及阴极元件44还包括侧部64。侧部62和64均包括通过通孔垂直(在Z方向上)互连的多条金属线，其中，金属线在Y方向上延伸。位于侧部62和64中的金属线归于相应的金属层。在多个金属层中形成侧部62和64。作为在图9中所示出的一个实例，在6个连续金属层中形成侧部62和64。在一个实施例中，侧部62和64均在由Y轴和Z轴限定的平面内横越。此外，当在X方向上观看时，侧部62和64被限定在与导电部件42a和44a的阵列对准的区域中。导电部件42a在X方向上延伸并连接至侧部62。导电部件44a在X方向上延伸并连接至侧部64。应该理解，在其他实施例中，阳极元件42可以具有设置在右侧并连接至导电部件42a的侧部62，和阴极元件44可以具有设置在左侧并连接至导电部件44a的侧部64。在其他实施例中，侧部还可以具有可选的形状和设计。 图10为一个或多个实施例中根据本发明的各方面构成的具有交指型电容器72和围绕电容器72的屏蔽结构74的半导体结构70的部分立体图。在一个实施例中，电容器72与图9的电容器60类似。具体来说，电容器结构72包括阳极元件42和阴极元件44。阳极元件42和阴极元件44分别用作电容器结构72的阳极端和阴极端，从而使得可以通过阳极端和阴极端施加电压。阳极元件42和阴极元件44均包括多个导电部件。具体来说，阳极元件42包括多个第一导电部件42a。阴极元件44包括多个第二导电部件44a。第一导电部件42a沿着Y轴和Z轴均与第二导电部件44a相互交错。在一个实例中，导电部件42a和44a每一个都可以具有图6的导电部件50的结构。半导体结构70包括围绕电容器72的屏蔽结构74，该屏蔽结构74被配置成提供屏蔽功能，从而使得电容器72电屏蔽衬底和接近电容器72的其他导电部件(如互连结构的一部分)。因此，基本上降低了感应能耗并且基本上提高了电容器72的品质因数。在一个实施例中，屏蔽结构74电接地。
参考图11和图12进一步描述了屏蔽结构74。图11为屏蔽结构74的立体图。图 12为屏蔽结构74的俯视图，其中，为了简明起见，去除了详细结构。参考图11和图12，屏蔽结构74包括垂直部件76和水平部件78，该垂直部件76和水平部件78被配置成提供其中设置电容器72的封闭空间。具体来说，垂直部件76包括沿着Y方向间隔开的第一侧部 76a和第二侧部76b。第一侧部76a和第二侧部76b沿着X方向和Z方向横越。垂直部件 76进一步包括沿着X方向间隔开的第三侧部76c和第四侧部76d。第三侧部76c和第四侧部76d沿着Y方向和Z方向横越。水平部件78包括沿着Z方向间隔开的顶部78a和底部 78b。顶部78a和底部78b沿着X方向和Y方向横越。电连接第一侧部76a、第二侧部76b、 第三侧部76c、第四侧部76d、顶部78a、和底部78b，并将该第一侧部76a、第二侧部76b、第三侧部76c、第四侧部76d、顶部78a、和底部78b配置成封闭内部的电容器72，以发挥屏蔽效应。
侧部76a和76b每一个都包括通过通孔垂直(在Z方向上)互连的多条金属线， 其中，金属线在X方向上延伸。侧部76c和76d每一个都包括通过通孔垂直(在Z方向上) 互连的多条金属线，其中，金属线在Y方向上延伸。顶部78a和底部78b每一个都包括在X 方向上或者可选地在Y方向上延伸的多条金属线。顶部78a的金属线为位于相同金属层中的金属线，并且底部78b的金属线为位于相同金属层(但是与顶部78a的金属层不同的金属层)中的金属线。在其他实施例中，垂直部件76和水平部件78还可以具有可选的形状和设计。例如，位于侧部76a、76b、76c、以及76d中的通孔部件可以被设计成在X方向和Y方向上具有相等的尺寸。可选地，这些通孔部件可以被设计成在俯视图中具有伸长形状或被设计成通孔条。例如，位于第一侧部76a和第二侧部76b中的通孔部件包括沿着X方向的第一尺寸和沿着Y方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。在另一实例中， 位于第三侧部76c和第四侧部76d中的通孔部件包括沿着Y方向的第一尺寸和沿着X方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。
图13为另一个实施例中的电容器结构80的部分立体图。电容器结构80与在图 4中的电容器结构40类似。电容器结构80包括阳极元件42和阴极元件44。阳极元件42 和阴极元件44每一个都包括多个导电部件。具体来说，阳极元件42包括多个第一导电部件42a。阴极部件44包括多个第二导电部件44a。根据本发明的各个方面，这些导电部件 42a和44a每一个都包括沿着X轴延伸的两条金属线；和一个金属通孔82，该金属通孔82 沿着Z轴延伸并互连两条金属线。将通孔部件82设计成在俯视图中具有伸长形状。第一导电部件42a沿着Y轴和Z轴均与第二导电部件44a相互交错。
图14为另一实施例中的电容器结构84的部分立体图。电容器结构84与图13中的电容器结构80类似，但是进一步包括侧部。阳极元件42还包括侧部62，并且阴极元件 44还包括侧部64。侧部62和64均包括通过伸长通孔86垂直(在Z方向上)互连的多条金属线，其中，金属线在Y方向上延伸。位于侧部62和64中的金属线归于相应的金属层。 在多个金属层中形成侧部62和64。作为图14中所示出的一个实例，在6个连续金属层中形成侧部62和64。在一个实施例中，侧部62和64每一个都在由Y轴和Z轴所限定的平面中横越。此外，当沿着X方向观看时，侧部62和64被限定在与导电部件42a和44a的阵列对准的区域中。伸长的通孔部件86与伸长的通孔部件82类似，但是沿着Y方向取向。具体来说，伸长的通孔部件86包括沿着Y方向的第一尺寸和沿着X方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。图15为包括电容器结构84和围绕电容器84的屏蔽结构89的半导体结构88的部分立体图。在图16中以立体图进一步示出了屏蔽结构89，并且该屏蔽结构89与在图11中的屏蔽结构74类似。在可选实施例中，屏蔽结构89使用类似于图14中的通孔部件86的伸长的通孔部件。在另一个实施例中，屏蔽结构89电接地。图17为另一个实施例中的电容器结构90的部分立体图。电容器结构90与图13中的电容器结构80类似。电容器结构90包括阳极元件42和阴极元件44。阳极元件42和 阴极元件44每一个都包括多个导电部件。具体来说，阳极元件42包括多个第一导电部件42a。阴极元件44包括多个第二导电部件44a。然而，这些导电部件42a和44a每一个都包括沿着X轴延伸的多条金属线；和沿着Z轴延伸并互连邻近的金属线的金属通孔82。将通孔部件82设计成在俯视图中具有伸长形状。伸长的通孔部件82包括沿着X方向的第一尺寸和沿着Y方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。此外，第一导电部件42a沿着Y轴与第二导电部件44a相互交错。图18为另一个实施例中的电容器结构92的部分立体图。电容器结构92与图17中的电容器结构90类似，但是进一步包括侧部。阳极元件42还包括侧部62，以及阴极元件44还包括侧部64。侧部62和64每一个都包括通过通孔86垂直(在Z方向上)互连的多条金属线，其中，金属线在Y方向上延伸。在一个实施例中，设计通孔部件86还具有伸长的形状。位于侧部62和64中的金属线归于相应的金属层。在多个金属层中形成侧部62和64。作为图18中所示出的一个实例，在6个连续金属层中形成侧部62和64。在一个实施例中，侧部62和64每一个都在由Y轴和Z轴所限定的平面中横越。此外，当沿着X方向观看时，侧部62和64被限定在与导电部件42a和44a的阵列相对准的区域中。伸长的通孔部件86与伸长的通孔部件82类似。具体来说，伸长的通孔部件86包括沿着Y方向的第一尺寸和沿着X方向的第二尺寸，其中，第一尺寸基本上大于第二尺寸。图19为包括电容器结构92 (如图18中所示)和围绕电容器92的屏蔽结构96的半导体结构94的部分立体图。在图20中以立体图进一步示出了屏蔽结构96，并且该屏蔽结构96与图11的屏蔽结构74类似。在可选实施例中，屏蔽结构96使用类似于图18中的通孔部件86的伸长的通孔部件。在另一个实施例中，屏蔽结构96电接地。虽然已经描述了各个实施例，但是根据本发明可以使用具有以相互交错的方式配置的导电部件的电容器或者具有伸长的通孔部件的电容器的其他实施例。在一个实例中，屏蔽结构可以包括侧部、顶部和底部的子集。在另一实例中，在阳极元件和阴极元件的导电部件、阳极元件和阴极元件的侧部、屏蔽结构、或者其组合中可以使用伸长的通孔。应该理解，可以实施额外的工艺，从而完成电容器结构的制造。例如，这些额外的工艺可以包括沉积钝化层、封装、以及测试。为了简明起见，这里没有对这些额外的工艺进行描述。根据本发明的更广泛的形式之一公开了半导体器件。在一个实施例中，半导体器件包括具有表面的衬底，该表面由第一轴和与第一轴垂直的第二轴限定；和设置在衬底上的电容器，该电容器具有阳极元件和阴极元件，该阳极元件包括多个第一导电部件，该阴极元件包括多个第二导电部件。第一导电部件和第二导电部件每一个都包括沿着第一轴延伸的两条金属线；和至少一个金属通孔，该至少一个金属通孔沿着与衬底的表面垂直的第三轴延伸并互连两条金属线；并且第一导电部件沿着第二轴和第三轴均与第二导电部件相互交错。
在一个实施例中，金属通孔包括沿着第一轴的第一尺寸和沿着第二轴的第二尺寸，第一尺寸基本上等于第二尺寸。在另一个实施例中，金属通孔包括沿着第一轴的第一尺寸和沿着第二轴的第二尺寸，第一尺寸基本上大于第二尺寸。
在另一个实施例中，具有多个互连层的互连结构被设置在衬底上方，和两条金属线归于两个邻近的金属层并沿着第三轴彼此间隔开。金属线每一个都具有大于沿着第二轴的第二尺寸的沿着第一轴的第一尺寸。
在另一个实施例中，第一导电部件和第二导电部件沿着第一轴形成在剖面图中的二维阵列；并且该阵列包括沿着第二轴对准的第一导电部件和第二导电部件的子集以及沿着第三轴对准的第一导电部件和第二导电部件的另一子集。
在另一个实施例中，阳极元件进一步包括与第一导电部件连接的第一侧部；阴极元件进一步包括与第二导电部件连接的第二侧部；第一侧部和第二侧部每一个都沿着第二轴和第三轴横越；并且第一导电部件和第二导电部件被设置在第一侧部和第二侧部之间。在又一个实施例中，第一侧部和第二侧部每一个都包括多条金属线，该多条金属线每一条都归于互连结构的不同金属层；和多个金属通孔组，每个金属通孔组沿着第三轴互连多条金属线中的两条。
在另一个实施例中，半导体器件进一步包括屏蔽结构，该屏蔽结构完全围绕电容器并且被配置为接地。在又一个实施例中，屏蔽结构包括底部；沿着第一轴间隔开的第一侧部和第二侧部；以及沿着第二轴间隔开的第三侧部和第四侧部，其中，电容器被顶部、底部、第一侧部、第二侧部、第三侧部、以及第四侧部封闭。
在各个实施例中，屏蔽结构包括顶部，其中，顶部和底部每一个都包括归于互连结构的金属层的相应导电元件。导电元件可以包括多条金属线，该多条金属线中的每一条都沿着第一轴和第二轴之一延伸。
在另一个实施例中，第一侧部、第二侧部、第三侧部、以及第四侧部中的每一个都包括通过多个金属通孔沿着第三轴互连的多条金属线，并且其中，每一条金属线都沿着第二轴延伸。
本发明还提供了半导体器件的另一个实施例。该半导体器件包括具有表面的衬底，该表面由第一轴和与第一轴垂直的第二轴限定；和设置在衬底上的电容器，该电容器具有包括多个第一导电部件的阳极元件和包括多个第二导电部件的阴极元件。第一导电部件沿着第二轴与第二导电部件相互交错。第一导电部件和第二导电部件每一个都包括沿着第一轴延伸的多条金属线；和多个金属通孔，每一个金属通孔都沿着与衬底的表面垂直的第三轴互连金属线中的两条。金属通孔中的每一个都包括沿着第一轴的第一尺寸和沿着第二轴的第二尺寸，第一尺寸基本上大于第二尺寸。
在一个实施例中，在衬底上方设置具有多个互连层的互连结构，以及每条金属线都归于相应的金属层，并且每条金属线都具有大于沿着第二轴的第二尺寸的沿着第一轴的第一尺寸。
在另一个实施例中，阳极元件进一步包括与第一导电部件连接的第一侧部；阴极元件进一步包括与第二导电部件连接的第二侧部；第一侧部和第二侧部每一个都沿着第二轴和第三轴横越，并且第一导电部件和第二导电部件被设置在第一侧部和第二侧部之间。在另一个实施例中，半导体器件进一步包括被配置成接地的屏蔽结构。该屏蔽结构包括顶部和底部；沿着第一轴间隔开的第一侧部和第二侧部；以及沿着第二轴间隔开的第三侧部和第四侧部。电容器被顶部、底部、第一侧部、第二侧部、第三侧部、以及第四侧部封闭。在又一个以上实施例中，顶部和底部每一个都包括归于互连结构的金属层的相应导电元件。第一侧部、第二侧部、第三侧部、以及第四侧部中的每一个都包括通过第二多个金属通孔沿着第三轴互连的第二多条金属线。第二金属线每一条都沿着第二轴延伸。本发明还提供了制造半导体器件的方法的另一个实施例。该方法包括提供具有表面的衬底，该表面由第一轴和垂直于第一轴的第二轴限定；并且在衬底表面的上方形成互连结构，该互连结构具有导线层以及互连导线层的导电通孔层(level)。形成互连结构的步 骤包括形成具有导线子集和导电通孔子集的电容器，该电容器具有阳极元件，该阳极元件包括多个第一导电部件和连接第一导电部件的第一侧部；和阴极元件，该阴极元件包括多个第二导电部件和连接第二导电部件的第二侧部。第一导电部件和第二导电部件每一个都沿着第一轴延伸。形成沿着第二轴与第二导电部件相互交错的第一导电部件。第一侧部和第二侧部每一个都沿着第二轴和垂直于该表面的第三轴横越。在第一侧部和第二侧部之间设置第一导电部件和第二导电部件。在方法的一个实施例中，形成电容器的步骤进一步包括形成屏蔽结构，该屏蔽结构具有顶部和底部；沿着第一轴间隔开的第一侧部和第二侧部；以及沿着第二轴间隔开的第三侧部和第四侧部。通过顶部、底部、第一侧部、第二侧部、第三侧部、以及第四侧部封闭电容器。在另一个实施例中，形成电容器的步骤包括形成金属通孔，每个金属通孔具有沿着第一轴的第一尺寸和沿着第二轴的第二尺寸，第一尺寸基本上大于第二尺寸。上面论述了若干实施例的部件，使得本领域技术人员可以更好地理解随后的详细描述。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与本文所介绍的实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域技术人员还应该意识到，这种等效结构并不背离本发明的主旨和范围，并且在不背离本发明的主旨和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。
权利要求
1.一种半导体器件,包括 具有表面的衬底，所述表面由第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定；以及电容器，被设置在所述衬底上，所述电容器具有包括多个第一导电部件的阳极元件和包括多个第二导电部件的阴极元件，其中，所述第一导电部件和所述第二导电部件每ー个都包括 两条金属线，沿着所述第一轴延伸，以及 至少ー个金属通孔，沿着与所述衬底的所述表面垂直的第三轴延伸并互连所述两条金属线；以及 所述第一导电部件沿着所述第二轴和所述第三轴均与所述第二导电部件相互交错。
2.根据权利要求I所述的半导体器件，其中 所述第一导电部件和所述第二导电部件沿着所述第一轴形成剖面图中二维阵列；以及所述阵列包括沿着所述第二轴对准的第一导电部件和第二导电部件的子集以及沿着所述第三轴对准的第一导电部件和第二导电部件的另一子集。
3.根据权利要求I所述的半导体器件，其中 所述阳极元件进ー步包括与所述第一导电部件连接的第一侧部； 所述阴极元件进ー步包括与所述第二导电部件连接的第二侧部； 所述第一侧部和所述第二侧部每一个都沿着所述第二轴和所述第三轴横越；以及 所述第一导电部件和所述第二导电部件被设置在所述第一侧部和所述第二侧部之间。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中 所述第一侧部和所述第二侧部每ー个都包括多条金属线，每条金属线都归于互连结构的不同金属层；以及 多个金属通孔组，每个金属通孔组都沿着所述第三轴互连所述多条金属线中的两条。
5.根据权利要求I所述的半导体器件，进ー步包括屏蔽结构，所述屏蔽结构完全围绕所述电容器并且被配置成接地。
6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中，所述屏蔽结构包括 底部； 第一侧部和第二侧部，沿着所述第一轴间隔开；以及 第三侧部和第四侧部，沿着所述第二轴间隔开，其中，所述电容器被所述底部、所述第ー侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部封闭。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，所述第一侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部中的每ー个都包括通过多个金属通孔沿着所述第三轴互连的多条金属线，并且其中，所述金属线中的每一条都沿着所述第二轴延伸。
8.—种半导体器件,包括 具有表面的衬底，所述表面由所述第一轴和与所述第一轴垂直的第二轴限定；以及电容器，被设置在所述衬底上，所述电容器具有包括多个第一导电部件的阳极元件和包括多个第二导电部件的阴极元件，其中，所述第一导电部件沿着所述第二轴与所述第二导电部件相互交错，并且所述第一导电部件和所述第二导电部件每ー个都包括 多条金属线，该多条金属线沿着所述第一轴延伸；和多个金属通孔，每个金属通孔都沿着与所述衬底的所述表面垂直的第三轴互连所述多条金属线中的两条，以及所述金属通孔中的每一个都包括沿着所述第一轴的第一尺寸和沿着所述第二轴的第二尺寸，所述第一尺寸基本上大于所述第二尺寸。
9.根据权利要求8所述的半导体器件，进一步包括屏蔽结构，所述屏蔽结构被配置成接地，其中，所述屏蔽结构包括 顶部和底部； 第一侧部和第二侧部，沿着所述第一轴间隔开；以及 第三侧部和第四侧部，沿着所述第二轴间隔开，其中，所述电容器被所述顶部、所述底部、所述第一侧部、所述第二侧部、所述第三侧部、以及所述第四侧部封闭。
10.一种制造半导体器件的方法，包括 提供具有表面的衬底，所述表面由第一轴和垂直于所述第一轴的第二轴限定；以及 在所述衬底的所述表面的上方形成互连结构，所述互连结构具有导线层和互连所述导线层的导电通孔层，其中，形成所述互连结构的步骤包括 形成具有所述导线子集和所述导电通孔子集的电容器，所述电容器具有阳极元件，所述阳极元件包括多个第一导电部件和连接所述第一导电部件的第一侧部；和阴极元件，所述阴极元件包括多个第二导电部件和连接所述第二导电部件的第二侧部，其中 所述第一导电部件和所述第二导电部件每一个都沿着所述第一轴延伸， 形成沿着所述第二轴与所述第二导电部件相互交错的所述第一导电部件， 所述第一侧部和所述第二侧部每一个都沿着所述第二轴和与所述表面垂直的第三轴横越，以及 在所述第一侧部和所述第二侧部之间设置所述第一导电部件和所述第二导电部件。
全文摘要
本发明提供了一种半导体器件。该半导体器件包括具有表面的衬底，该表面由第一轴和与第一轴垂直的第二轴限定；以及设置在衬底上的电容器，该电容器具有包括多个第一导电部件的阳极元件和包括多个第二导电部件的阴极元件。第一导电部件和第二导电部件每一个都包括沿着第一轴延伸的两条金属线。至少一个金属通孔沿着与衬底的表面垂直的第三轴延伸并且互连两条金属线。第一导电部件沿着第二轴和第三轴均与第二导电部件相互交错。本发明提供了具有通孔的水平交指型电容器。
文档编号H01L23/522GK102983117SQ201210020208
公开日2013年3月20日 申请日期2012年1月21日 优先权日2011年9月7日
发明者卓秀英 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司