专利名称：具有对角馈线的改善的金属上金属电容器的制作方法
具有对角馈线的改善的金属上金属电容器
背景技术：
在混合信号和RF电路的设计中要求高质量的电容器以补偿谐振器中的片上电感器的有限质量或者提供去耦合(以防止RF耦合在功率线或者接地线上)。经常使用金属上金属(MOM)电容器并且使用标准IC互连层构建这些电容器。也可以将这些电容器称为金属-金属梳状或者边缘电容器。当前的电容器设计包括所有传导路径为直角的曼哈顿类型(Manhattan-style) 电容器和垂直平行板(Vertical Parallel Plate, VPP)电容器，该曼哈顿类型电容器包括位于每一层102、103中的交织的(woven)金属指状物101，如图1所示。也提出了使设备中的电流路径的取向随机化并且缩短该电流路径的长度的分形电容器。下面描述的实施例并不局限于解决公知的金属上金属电容器的任意或者全部缺陷的实施方式。
发明内容
提供发明内容部分以引入下面在具体实施方式
中进一步描述的简化形式的概念选择。该发明内容部分并非旨在标识请求保护的主题的关键特征或者基本特征，也并非旨在用于辅助确定请求保护的主题的范围。现在描述对于改善的金属上金属电容器设计的设计。该设计包括位于每一个金属层中的基本上对角的馈线。每一个金属层包括相互交织的两组金属指状物。每一组指状物包括指状物的两个子集并且彼此成直角设置该指状物的子集。位于两组中的第一组中的指状物都连接到对角馈线，而位于另一组中的指状物经由设备外围处的指状物连接到一起。 在相邻层中重复该设计，其中该设计在相邻金属层中可以相同或者旋转180°。第一方面提供一种金属上金属电容器单元设计，所述金属上金属电容器单元设计包括多个金属层，每一个金属层包括一设计，该设计包括两组相互交叉的指状物，其中每一组指状物包括指状物的第一子集和指状物的第二子集，并且其中所述第一子集中的指状物与所述第二子集中的指状物基本上垂直；以及所述第一组指状物所连接到的成角度的馈线。所述成角度的馈线可以包括基本上对角的馈线。所述成角度的馈线可以比所述指状物中的任意一个更宽。所述设计可以在相邻金属层之间旋转180°。所述金属上金属电容器单元设计可以进一步包括多个通孔以提供相邻层之间的连接，所述通孔位于所述单元的外围处的指状物中。第二方面提供一种金属上金属电容器设计，包括如上所述的多个单元，设置所述多个单元以使得相邻单元旋转90°，并且所述金属上金属电容器设计进一步包括顶部金属层以及设置以连接所述多个单元中的每一个的多个通孔。位于所述顶部金属层中的所述多个通孔可以与所述成角度的馈线对准。第三方面提供一种金属上金属电容器，包括如上所述的金属上金属电容器设计并
3且其中相邻金属层通过电介质层分隔开。进一步的方面提供一种基本上如参照附图中的图2-5中的任意一个所描述的金属上金属电容器以及基本上如参照附图中的图2-5中的任意一个所描述的金属上金属电容器设计。对于本领域技术人员来说很明显的是，可以适当组合优选特征，并且可以将所述优选特征与本发明的任意方面组合。
将参照附图通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中图1是曼哈顿类型电容器的示意图；图2示出了改善的MOM电容器设计的示意图；图3示出了图2的一部分的放大图；图4示出了改善的MOM电容器设计的进一步的示例的示意图；并且图5示出了通过平铺(tile)单独的电容器单元创建的电容器的示意图。在整个附图中使用相同的附图标记表示类似的特征。
具体实施例方式下面仅通过示例的方式描述本发明的实施例。这些示例代表申请人目前已知的实施本发明的最佳方式，尽管这些最佳方式不是能够实现本发明的仅有的方式。说明书阐述了所述示例的功能以及用于构建和操作所述示例的步骤顺序。然而，可以通过不同的示例实现相同或者等效的功能和顺序。许多现有的电容器设计不适合于使用深亚-IOOnm硅技术的制造在每一个节点处来自金属间电容的相对贡献降低，并且诸如VPP电容器的一些设计由于用于增加电容密度的沿着金属指状物的通孔而受到时变介电击穿(TDDB)灵敏度的限制。而且，如果要求与规则的指状物设备(即曼哈顿电容器)相当的电容密度，则分形和准分形(quasi-fractal) 的设计在亚-IOOnm技术中在很大程度上是不可制造的。类似图1所示的设计并且在不同层中的指状物重叠处增加了通孔的交织的MOM电容器是不期望的，因为尽管降低了电阻， 但是通孔也降低了设备的可靠性(按照与VPP电容器类似的方式)。图2示出了包括对角馈线200的改善的MOM电容器设计的示意图。图2示出了两个相邻金属层(层η和层n+1)的布局21、22以及这两层的叠加23。可以看出，每一层的布局相同；然而在该示例中，相邻层之间的设计取向旋转了 180°。在其它示例中，相邻层中的取向可以相同或者可以对设计进行不同的角度的旋转。将意识到，如下面更加详细讨论的，这些相邻层由电介质层分隔开并且使用通孔连接这些层。使用形成在每一个金属层中的两组相互交叉(或者相互交织)的指状物形成图2 所示的电容器。指状物是长而窄的并且组内的全部指状物都连接到一起，即它们形成单个金属岛。第一组中的指状物201都连接到对角馈线200(即它们与馈线一体形成)，而第二组中的指状物202都经由电容器外围处的指状物203、204连接。在每一组指状物内，指状物的第一子集相对于指状物的第二子集以90° (或者基本上垂直)取向，尽管全部指状物都位于相同的平面内-形成指状物的金属层的平面。金属层的构图可以使用公知的IC处理技术。如在图3中的叠加层的放大视图300中所示，金属的不同层通过通孔301连接到一起。这些通孔位于电容器外围周围的指状物203-206中并且为了适应这些通孔，在不危害电容器的可靠性的情况下，与内部指状物相比较可以增大这些指状物的宽度。在示例实施方式中，外围处的这些指状物可以比内部指状物宽20nm。如图2所示，对角馈线200可以比电容器中的任意一个指状物宽。使用比指状物 (例如内部指状物或者外围指状物)宽的对角馈线降低了设备的整体串联电阻。然而，在其它变体中，对角馈线可以与内部和/或外围指状物具有相同的宽度(例如，如图4中的示例 401和402所示)。图2所示的设计至少包括附接到每一组指状物并且位于设备的拐角处的大面积金属207、208。如果需要，该大面积金属为通孔提供空间，尽管图2的变体可以省去这一特征。如图2所示，改善的电容器设计具有降低的寄生电阻和电感。与公知的曼哈顿类型的交织电容器相比较，这增加了电容器在自谐振频率以下的质量⑴)因数并且也增加了特定电容器的自谐振频率。尽管图2示出了 45°的对角馈线，但是在进一步的变体中，可以按照不同的角度 (例如，如图4中的示例402和403所示)或者基本上对角地设置馈线，例如以30°和60° 之间的角度。成角度的馈线(例如大致45°的馈线)的使用降低了电容器内的窄的(且为电阻的)指状物的平均长度，这产生上述的性能改善(例如平均长度可以降低大致50%)。 在许多示例中，成角度的馈线会经过电容器的中心，尽管在其它示例中，成角度的馈线会与中心偏离(如图4的示例402所示)。图3示出了对于可制造性而言的虚拟硅302的使用以及聚屏蔽(poly-shield) 303 的使用，其避免信号注入到基底中；然而这仅仅是举例而言并且上述的电容器设计不依赖于虚拟硅和/或聚屏蔽的使用。在一些示例中，作为替代可以将IC工艺中可获得的其它设备设置在电容器下方。尽管图2和图3所示的设计示出了使用正方形构建的对角馈线(S卩，使得该馈线包括与设备的一个边缘平行的金属边缘)，但是在其它示例中，可以使用成角度的金属边缘，例如，如在图4的简化示意图中所示。图4示出了三个示例，一个示例包括对角馈线411 (示例401)而两个示例包括不是沿着对角线的成角度的馈线412、413(示例402和 403)。在一个示例402中，成角度的馈线412不经过设备的中心(由示例403中的箭头423 标记)。可以选择这里描述的改善的MOM电容器中的通孔(例如图3中的通孔301)，使其具有与公知电容器类似的尺寸并且设置在与公知电容器类似的位置，以使结构的可靠性不发生改变。例如，通孔可以设置在设备边缘处的并且会比内部指状物稍宽的指状物中。然而，在其它设计中，可以改变或者优化通孔的位置和/或尺寸。这里描述的改善的MOM电容器设计提供MOM电容器，该MOM电容器具有与交织的 (曼哈顿)电容器相当的电容密度并且该设计与亚-IOOnm设计规则兼容且可以使用标准 IC处理来制造。如图5所示，上面描述的设计可以提供单个单元501，然后可以将该单个单元501
5平铺，如在示例502和510中所示，以实现指状物长度的进一步降低和/或产生更大的电容器。尽管示例502、510示出了在相邻平铺层之间以90°旋转平铺的单元501，但这不是必需的。在平铺单个单元的情况下，可以使用顶部金属层511，以利用位于较宽对角馈线504 上的通孔503和/或位于单元拐角处和/或平铺设计的中心的较大面积金属上的通孔505 连接到设备。在顶部金属层和MOM之间设置直接连接提供了到设备的非常低的阻抗连接而没有面积开销。较宽的对角(或者成角度)的馈线使得能够以有效方式进行该直接连接， 而电容密度的损失最小。在一些实施方式中，可以制造顶部金属层以使得轨线(track)和通孔的尺寸比在较低层中使用的那些大得多(例如大于20倍以上)(例如，以便形成指状物和/或将指状物连接到一起)。在一示例中，在45nm技术中，与可以用于顶部金属层的4μπι节距(例如在RFCMOS工艺中使用超厚金属层)相比较，用于MOM的金属节距可以是0. 14 Um0通过在相邻平铺层之间旋转单个单元设计(如在示例502、510中所示)，降低了要求连接到下方的精细结构层的轨线(或者线路)的数量。如图5所示，在2X2示例中，在使用90°旋转的情况下在顶部金属层511中仅需要三条线路；然而，如果不旋转相邻的平铺层，则将需要四条线路。在对于顶部金属层使用CMOS工艺或者具有增加的最小轨线宽度的其它工艺的情况下，线路数量的降低尤其有利。公知的曼哈顿类型电容器不能与使用通过IC工艺(其示例包括CMOS、双极-Si或者SiGe技术、BICMOS、BCDMOS, III/V、集成无源设备)制造的顶部金属层的直接连接相适应，因为MOM中的轨线太窄而不能容纳通孔。可以通过对于用于创建单独金属层的工艺的设计规则来设置单个单元501的最小尺寸。例如，对于45nm工艺，能够使用的最小轨线和间隔是70nm。取决于指状物的数量， 这设置了单元的最小尺寸。尽管图5示出了按照正方形布置平铺的四个单元，但是将意识到，这仅是举例而言，并且可以平铺更多/更少的单元来创建电容器。上述示例示出了为正方形的电容器和电容器单元(例如单元501)。将意识到，也可以使用这里描述的设计制造不是正方形的电容器(例如矩形电容器)。在设计非正方形单元(或者单独电容器)的情况下，成角度的馈线可以基本上是处于45°或者另一角度的对角线。随着处理技术的发展，可以制造具有较小的最小尺寸的MOM电容器。这样的电容器将具有增加的寄生电阻并且因此通过使用这里描述的对角(或者成角度)的馈线提供的优点会更加显著。而且，随着使用更高的频率和/或设计更加复杂的设备(例如涉及单个 IC上的更多无线电设备)，要求的去耦合的量可能增加并且因此将对所使用的去耦合电容器提出更多要求。这里描述的改善的MOM电容器设计提供对于这样问题的一种解决方案。对于本领域的普通技术人员来说很明显，在不丧失所追求的效果的情况下，可以扩展或者修改这里给出的任何范围或者设备值。可以将上面描述并且在附图中示出的任一示例的方案与其它示例的方案组合以创建更进一步的示例。将理解的是，上面描述的益处和优点可以与一个实施例相关或者与几个实施例相关。所述实施例并非局限于解决任意一个或者全部所述问题的实施例或者具有任意一个或者全部所述益处和优点的实施例。
对“一”项的任何引用指代这些项中的一个或者多个。这里使用术语“包括”来表示包含所标识的方法块或者元件，但是这样的块或者元件不包括排他性的列表，并且一种方法或者装置可以包含附加的块或者元件。将理解的是，仅通过举例的方式给出了优选实施例的以上描述，并且本领域的普通技术人员能够做出各种变型。尽管上面以一定程度的具体性或者参照一个或者多个单独实施例描述了各种实施例，但是本领域的普通技术人员能够在不偏离本发明的精神或者范围的情况下对所公开的实施例进行许多的修改。
权利要求
1.一种包括多个金属层的金属上金属电容器单元设计，每一个金属层包括一设计，该设计包括两组相互交叉的指状物，其中每一组指状物包括指状物的第一子集和指状物的第二子集，并且其中所述第一子集中的指状物基本上垂直于所述第二子集中的指状物；以及所述第一组指状物所连接到的成角度的馈线。
2.根据权利要求1所述的金属上金属电容器单元设计，其中所述成角度的馈线包括基本上对角的馈线。
3.根据前述权利要求中的任意一项所述的金属上金属电容器单元设计，其中所述成角度的馈线比所述指状物中的任意一个更宽。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的金属上金属电容器单元设计，其中所述设计在相邻层之间旋转180°。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的金属上金属电容器单元设计，进一步包括多个通孔，以在相邻层之间提供连接，所述通孔设置在所述单元的外围处的指状物中。
6.一种金属上金属电容器设计，包括多个根据前述权利要求中的任意一项所述的单元，设置成使相邻单元旋转90°，并且所述金属上金属电容器设计进一步包括顶部金属层以及设置用以连接所述多个单元中的每一个单元的多个通孔。
7.根据权利要求6所述的金属上金属电容器设计，其中位于所述顶部金属层中的所述多个通孔与所述成角度的馈线对准。
8.一种金属上金属电容器，包括根据前述权利要求中的任意一项所述的金属上金属电容器设计，并且其中相邻的金属层通过电介质层分隔开。
9.一种金属上金属电容器，所述金属上金属电容器基本上如参照附图中的图2-5中的任意一个所述。
10.一种金属上金属电容器设计，所述金属上金属电容器设计基本上如参照附图中的图2-5中的任意一个所述。
全文摘要
本发明描述一种用于改善的金属上金属电容器设计的设计。所述设计包括位于每一个金属层中的基本上对角的馈线(411，412，413)。每一个金属层(21，22，23)包括相互交织的两组金属指状物。每一组指状物包括指状物的两个子集并且所述指状物的子集设置成彼此成直角。位于两组中的第一组中的指状物全部连接到所述对角馈线，而位于另一组中的指状物经由位于所述设备的外围处的指状物连接到一起。在相邻层中重复所述设计，其中在相邻金属层之间所述设计可以相同或者旋转(例如180°)。
文档编号H01L21/02GK102197456SQ200980141970
公开日2011年9月21日 申请日期2009年9月14日 优先权日2008年10月21日
发明者R·赫贝霍尔茨 申请人:剑桥硅无线电通信有限公司