專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬在金屬上的組件以及多層次金屬在金屬上的組件群的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是有關(guān)于一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，且特別有關(guān)于集成電路組件中一種制造金屬在金屬上(metal-over-metal；MOM)的組件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在集成電路設(shè)計(jì)中，有許多高效能、芯片電容器(on-chip capacitor)的應(yīng)用，而其中包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(dynamic random access memories)、壓控諧振器(voltage control oscillators)、鎖相回路(phase-lock loops)、運(yùn)算放大器(operational amplifier)以及切換電容(switching capacitor)等，而此類(lèi)的芯片電容器也可使用于數(shù)字與模擬集成電路(digital andanalog integrated circuits)中以去耦(decouple)并將噪聲排除自其余的電子系統(tǒng)。
集成電路的電容器構(gòu)造的發(fā)展已由最初的含有兩導(dǎo)電層的平行板電容器(parallel plate capacitor)發(fā)展至溝槽電容(trench capacitor)設(shè)計(jì)、金屬在金屬上的電容器設(shè)計(jì)、以及最近的金屬叉指(interdigitated metalfinger)結(jié)構(gòu)。平行板電容器一般包含已圖案化定義上下電極的第一與第二層導(dǎo)電材料，并具有一為上下電極中間層的薄電容介質(zhì)(capacitordielectric)；平行板電容器的結(jié)構(gòu)藉由一位于厚場(chǎng)氧化層(field oxide)下的介電層(dielectric layer)與基底隔離。下電極板一般包含一導(dǎo)電材料層，通常為多晶硅(polysilicon)，以形成集成電路的其它結(jié)構(gòu)，例如晶體管的柵電極或射極(emitter)結(jié)構(gòu)。第二電極板(上電極板)隨即藉由一第二導(dǎo)電層而定義，其通常為另一多晶硅層。電容介質(zhì)一般為薄二氧化硅或氮化硅層。此平行板電容器結(jié)構(gòu)的一眾所皆知的缺點(diǎn)即對(duì)每一組件來(lái)說(shuō)需具有相對(duì)較大的芯片面積，因而對(duì)先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)而言其面積使用效率較差。
現(xiàn)有的溝槽電容藉由沉積導(dǎo)電層與介電層于基底所界定的溝槽區(qū)域中，其一般特征為蝕刻一橢圓或圓形垂直柱狀于基底中，并于溝渠中形成同心排列的垂直電極。溝渠電容往下垂直開(kāi)發(fā)至基底中以建造每一電容組件，從而降低芯片的，總橫向尺寸，并轉(zhuǎn)而減低成本。然而當(dāng)特征尺寸(feature size)縮小時(shí)，溝槽電容的尺度難以縮小為其主要缺點(diǎn)。當(dāng)溝渠開(kāi)口窄且深寬比(aspect ratio)大時(shí)將導(dǎo)致所延長(zhǎng)的溝渠蝕刻時(shí)間受限于進(jìn)出溝渠時(shí)的蝕刻化學(xué)的擴(kuò)散，故欲想節(jié)約蝕刻溝槽所花費(fèi)的成本則愈發(fā)地困難。
更近以來(lái)，叉指電容結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已開(kāi)發(fā)了介于電極間的側(cè)向與垂直的電場(chǎng)，因此相較于早先的電容設(shè)計(jì)而言，其創(chuàng)造了每單位面積更高的電流容量。不幸的是，此些設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)上的限制，因此不利于設(shè)計(jì)圖庫(kù)中使用且限制了電路設(shè)計(jì)的彈性。
業(yè)者需要一種方法以提供一單元(unit cell)電容結(jié)構(gòu)可藉由同時(shí)開(kāi)發(fā)側(cè)向與垂直的電場(chǎng)組成以達(dá)高單位電流容量的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中所受的限制，本實(shí)用新型揭露的是提供一用以建構(gòu)金屬在金屬上(MOM)的組件的單元組合組件(modular unit or cell)。在一實(shí)施例中，此MOM組件可僅具有一單一組件層別，而該組件具有至少一組件單元(devicecell)位于一包含一框架部分(frame piece)以及由該框架部分所圍繞的一中心部分(center piece)的第一層別。該中心部分具有一定義框架與中心部分為四個(gè)空間象限的十字型(cross-shape)中心處；中心部分具有一或一個(gè)以上中心指狀物，每一中心指狀物是由其至少四個(gè)末端中的一末端于一象限中延伸；而框架部分也同樣具有一或一個(gè)以上框架指狀物自此處延伸，每一框架指狀物是位于至少一象限中，并且不與位于同象限的中心指狀物重迭。
在另一實(shí)施例中，則可使用多個(gè)組件層別，每一層別是藉由介電材料(dielectric material)的中間層以垂直隔離。又一實(shí)施例中，電容結(jié)構(gòu)可包含由組件單元所組成的數(shù)組(array)，其可于一單一層別或多個(gè)層別中形成。
MOM組件可輕易地與鋁或銅金屬制程結(jié)合，而不需額外的制程步驟，此外，此電容結(jié)構(gòu)將提供多個(gè)可結(jié)合至一處理單元(process cell)的布局與互聯(lián)的選擇。使用此一MOM組件作為一基本電容的組件可用以實(shí)現(xiàn)高單位的電流容量。


圖1A是說(shuō)明本實(shí)用新型所揭露的一實(shí)施例，其顯示用以建立MOM或POP電容組件的兩層別當(dāng)中之一。
圖1B是說(shuō)明本實(shí)用新型所揭露的一實(shí)施例，其顯示用以建立MOM或POP電容組件的兩層別中的第二層別。
圖2A是闡述圖1A所示層別的孔洞布局的實(shí)施例，其用以連接一上或下層具有相同時(shí)針?lè)较螂姌O的平行電極。
圖2B是闡明一圖1B所示層別的孔洞布局的實(shí)施例，其用以連接一上或下層具有相反時(shí)針?lè)较螂姌O的平行電極。
圖3A是闡明一圖1A所示層別的孔洞布局的實(shí)施例，其用以連接每一時(shí)針?lè)较虻钠叫须姌O至一位于上或下層具有相反時(shí)針?lè)较虻碾姌O。
圖3B是闡明一圖1B所示層別的孔洞布局的實(shí)施例，其用以連接每一時(shí)針?lè)较虻钠叫须姌O至一位于上或下層具有相反時(shí)針?lè)较虻碾姌O。
圖3C是闡述圖1A及圖1B所示的孔洞布局的重迭，其用來(lái)連接每一時(shí)針?lè)较虻钠叫须姌O至一位于上或下層具有相反時(shí)針?lè)较虻碾姌O以完成該一電容組件單元。
圖4是闡述一由上述單位組件所組成的一組件群數(shù)組。
符號(hào)說(shuō)明100、112～電容結(jié)構(gòu)；102、114～中心部分的電極；104～介電層；106、116～框架部分的電極；108～中心部分；110～中心指狀物；111～框架指狀物；200、206、300、306～層別；202～中心部分的孔洞位置；
204、304、310、312～孔洞位置；302～框架部分的孔洞位置；308～堆棧的MOM的組件；400～堆棧電容組件群；402～電容個(gè)體單元。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供一種MOM組件。熟習(xí)此技藝的人士均知多個(gè)可用于形成電容器的電極板的導(dǎo)電性材料，每一電極板可包含一相異的導(dǎo)電性材料例如為銅、鋁、氮化鈦包鈦(titanium nitride clad titanium)、摻雜的多晶硅(doped poly silicon)、或另一導(dǎo)電材料系統(tǒng)。此處為求簡(jiǎn)化，無(wú)論使用何種金屬型態(tài)，后述的組件均稱(chēng)為MOM組件。
參照?qǐng)D1A，其闡述本實(shí)用新型一實(shí)施例中的一電容結(jié)構(gòu)100的簡(jiǎn)單圖標(biāo)，該電容結(jié)構(gòu)100是包含一第一電極102、一介電層104、以及一第二電極106。如圖所示，該第二電極組件106是由一框架部分所形成，而該第一電極組件則由一中心部分所形成并由該框架部分所圍繞，且具有一十字型中心處108以定義該框架與中心部分間為四個(gè)空間象限。如圖中所示，中心部分具有四個(gè)中心指狀物110，每一中心指狀物是由其至少四個(gè)末端中的一末端于一象限中延伸。該框架部分106也同樣具有四個(gè)框架指狀物111自此處延伸，每一框架指狀物是位于一象限中且不與位于同象限的中心指狀物重迭。
應(yīng)可理解，盡管該中心處、中心指狀物、框架部分、以及框架指狀物為方便說(shuō)明是依據(jù)其個(gè)別的實(shí)體而分開(kāi)敘述，該中心指狀物與中心處可為一單一對(duì)象；同樣地，該框架指狀物與框架部分可形成如一單一對(duì)象。
圖1B是闡述一本實(shí)用新型所涵蓋的第二實(shí)施例中一電容結(jié)構(gòu)112的簡(jiǎn)單圖標(biāo)，該電容結(jié)構(gòu)112是包含一第一電極114、一介電層104、以及一第二電極116。如圖所示，該第二電極組件116是由一框架部分所形成，而該第一電極組件114則由一中心部分所形成并為該框架部分所圍繞，且具有一十字型中心處以定義該框架與中心部分間的四個(gè)空間象限。如圖中所示，中心部分具有四個(gè)中心指狀物，每一中心指狀物是由其至少四個(gè)末端中的一末端于一象限中延伸。該框架部分也同樣具有四個(gè)框架指狀物從此處延伸，每一框架指狀物是位于一象限中且不與位于同象限的中心指狀物重迭。為熟習(xí)此技藝人士的所知，于結(jié)構(gòu)100與112中將中心部分與框架部分的電極板連接可形成一平面電容結(jié)構(gòu)(planar capacitor structure)。圖1A中所示的結(jié)構(gòu)與圖1B所示的結(jié)構(gòu)相似，僅框架指狀物及中心指狀物的排列方式相異；為說(shuō)明方便，將圖1A中所示的結(jié)構(gòu)表示為一逆時(shí)針設(shè)計(jì)，而圖1B的結(jié)構(gòu)則表示為一順時(shí)針設(shè)計(jì)。將如后所述，此兩種不同的設(shè)計(jì)可一并組成于一MOM組件中。
更者，為達(dá)更高的電流容量，可將結(jié)構(gòu)100及112以多個(gè)層別堆棧成一大體垂直的型式，而該些層別是藉由介于電極板間的一或多個(gè)孔洞以形成內(nèi)聯(lián)機(jī)。當(dāng)兩金屬層垂直平行排列，假設(shè)該兩金屬層均同為順時(shí)針或逆時(shí)針設(shè)計(jì)，雖然其中心與框架部分是藉由絕緣層所隔離但其于空間中仍為重迭，因此孔洞可接著形成于中心及框架部分中的任何位置，此乃最簡(jiǎn)單的堆棧金屬層以建立一MOM結(jié)構(gòu)的組件的設(shè)計(jì)方法。
此外，順時(shí)針與逆時(shí)針設(shè)計(jì)的金屬盤(pán)可交替地堆棧以便中心部分的電極可連接至框架部分的電極；具備此能力是非常有益的，因?yàn)橥獠康倪B接便可均經(jīng)由框架部分的銜接而達(dá)成，而不需經(jīng)由框架部分到達(dá)難以接近的中心部分。
參照?qǐng)D2A及圖2B，其闡述一連接不同金屬層的電極板的電容結(jié)構(gòu)中的孔洞內(nèi)聯(lián)機(jī)的設(shè)計(jì)圖示。中心部分的電極102是藉由介電質(zhì)104與框架部分的電極106隔離，而位于200層中心部分的孔洞位置202是與位于另一206層框架部分116的孔洞位置204形成內(nèi)聯(lián)機(jī)，而透過(guò)一介電質(zhì)104的中間層將200層與206層隔離。當(dāng)然，熟習(xí)此技藝的人士均知該介電質(zhì)材料可為數(shù)種材料之一，例如為二氧化硅、氮化硅、氟化硅(FSG)、氧化鉭(tantalumpentoxide)、鐵電材料(ferroelectric material)、或高介電材料如氧化鋁、氧化鉿等。而同為熟悉此技藝的人士所知，自一堆棧層至另一堆棧層間的介電層104，可依據(jù)其施于建構(gòu)組件的制程技術(shù)而針對(duì)介電層組成、厚度或兩者作改變。如圖2A中所示的電容結(jié)構(gòu)為一逆時(shí)針?lè)较蛟O(shè)計(jì)，而圖2B中所示的電容結(jié)構(gòu)則為一順時(shí)針?lè)较蛟O(shè)計(jì)；由圖中可知當(dāng)將其堆棧在一起時(shí)，圖2A中的中心部分是與圖2B中的框架部分銜接，由于結(jié)構(gòu)中總有框架部分，因此可將其對(duì)準(zhǔn)，這在生產(chǎn)中為非常實(shí)用的。
圖3A及圖3B是闡述一實(shí)施例中電容結(jié)構(gòu)300以及與電容結(jié)構(gòu)300具有相反方向的電極的孔洞內(nèi)聯(lián)機(jī)的設(shè)計(jì)圖式。中心部分的電極102是由介電質(zhì)104與框架部分的電極106隔離，而位于300層中心部分102的孔洞位置202將透過(guò)一隔離300層與306層的介電質(zhì)104中間層與位于306層的框架部分116的孔洞位置204形成內(nèi)聯(lián)機(jī)；同樣地，位于300層框架部分的電極106的孔洞位置302將透過(guò)一隔離300層與306層的介電質(zhì)104中間層與位于306層中心部分的電極108的孔洞位置304形成內(nèi)聯(lián)機(jī)。
圖3C為顯示堆棧的MOM組件308臺(tái)面的上方俯視圖。其中300層與306層是依垂直方向相互堆棧以構(gòu)成一大致垂直的電容結(jié)構(gòu)，孔洞位置310為相對(duì)于電容一時(shí)針?lè)较虻碾姌O板的內(nèi)聯(lián)機(jī)，且孔洞位置312則為相對(duì)于電容結(jié)構(gòu)中第二時(shí)針?lè)较螂姌O板的內(nèi)聯(lián)機(jī)。
圖1A至圖3C的所示僅為電容器的一單位組合組件，而在實(shí)際應(yīng)用上則需要一個(gè)以上的單元。請(qǐng)看圖4，其顯示一由個(gè)體單元402所組成的堆棧電容組件群400，該些單元是排列于三度空間中產(chǎn)生一模塊電容器列陣以適于將其納入一電路設(shè)計(jì)工具的圖庫(kù)中。圖4也同時(shí)闡述了當(dāng)所排列的單元308與其毗鄰的單位共享公用的單位內(nèi)部外圍部分，其達(dá)成了在集積密度(packingdensity)以及橫向電容(lateral capacitance)上的增進(jìn)。
當(dāng)制造一多層次MOM的組件群，一或一以上MOM組件是首先形成于一第一層別上，使用標(biāo)準(zhǔn)金屬的微影(photolithographical)以及蝕刻或沉積制程，并施加一化學(xué)機(jī)械研磨法(CMP)以將金屬平坦化，之后披覆一介電層于該第一層別上，再之后于第二層別上形成一或一個(gè)以上MOM組件，其是與位于第一層別中MOM組件相互垂直排列。MOM組件中，其第一及第二層別是于之后有所連接以致兩層別中具有相同電壓的組件部分相互連接。
如上所述及所示，當(dāng)實(shí)施該組件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)可容易變更尺寸、排列與合并以排除額外設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)(design rule check；DRC)的需求，并可兼容于現(xiàn)有的集成電路制程中而不需額外的制程步驟。由于每一金屬層均可分別處理，因此可使用化學(xué)機(jī)械研磨法使其具有較平坦的表面；更者，此單元電容結(jié)構(gòu)可提供內(nèi)聯(lián)機(jī)設(shè)計(jì)上極大的彈性以整合在電路設(shè)計(jì)布局中。
雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種金屬在金屬上的組件，其具有至少一組件單元位于一第一層別上，其特征在于，每一單元包含一框架部分；以及一中心部分，其受到該框架部分所圍繞，并具有一十字型中心處定義該框架與中心部分為四個(gè)空間象限；其中該中心部分具有一或一個(gè)以上中心指狀物，該每一中心指狀物是由其至少四個(gè)末端中的一末端于一象限中延伸；其中該框架部分也同樣具有一或一個(gè)以上框架指狀物自此處延伸，每一框架指狀物是位于一象限中，并且不與位于同象限的中心指狀物重迭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，一第一套的兩中心指狀物相互平行，且延伸至一第一與第二的相反方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，一第二套的兩延伸中心指狀物相互平行，且延伸至一第三與第四的相反方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，該框架指狀物平行于同一象限中的中心指狀物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，該第一與第二套的中心指狀物相互垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，該中心指狀物垂直于其所延伸自該十字型中心部分的一第一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，該框架指狀物位于該中心指狀物的內(nèi)部，以致其更接近該中心部分的中心點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，更包括位于該第一層別上的組件單元有一或一個(gè)以上的接點(diǎn)，其用以連接與第一層別垂直排列的一第二層別上至少一金屬在金屬上的組件單元，其中位于該第一層別的中心指狀物連接至位于第二層別上的金屬在金屬上的組件單元的一框架指狀物，且位于第一層別上的框架指狀物連接至一位于第二層別的金屬在金屬上的組件單元的一中心指狀物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，該框架指狀物的至少一邊連接至一外接點(diǎn)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬在金屬上的組件，其特征在于，該框架部分為一第一電壓值，且該中心部分為一第二電壓值。
11.一種多層次金屬在金屬上的組件群，其具有位于一第一層別上之一或更多金屬在金屬上的組件，并連接至位于一第二層別上之一或更多金屬在金屬上的組件，其特征在于，該每一金屬在金屬上的組件包含一框架部分；以及一中心部分，其受到該框架部分所圍繞，并具有一十字型中心處定義該框架與中心部分為四個(gè)空間象限；其中該中心部分具有一或一個(gè)以上中心指狀物，該每一中心指狀物由其至少四個(gè)末端中的一末端于一象限中延伸；其中該框架部分也同樣具有一或一個(gè)以上框架指狀物自此處延伸，每一框架指狀物是位于一象限中，并且不與位于同象限的中心指狀物重迭。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，更包含一或更多接點(diǎn)位于該中心與框架部分的指狀物上，其用以連接該第一層別的每一組件至該第二層別的至少一組件中。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，自第一層別的一第一組件中心部分一末端所延伸的一中心指狀物是位于與該第一組件連接自第二層別的一第二組件中心部分的相同末端所延伸的中心指狀物位于不同的象限中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，該第一組件與該第二組件的中心指狀物是依相反方向延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，該第一組件的框架部分與該第二組件的中心部分為一第一電壓值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，該第一組件的中心部分與該第二組件的框架部分為一第二電壓值。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，該框架指狀物相較于同象限中的中心指狀物更接近該十字型中心處。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，位于該第一層別的組件框架指狀物是經(jīng)由接點(diǎn)連接至位于該第二層別中與該第一層別垂直排列的組件中心指狀物。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多層次金屬在金屬上的組件群，其特征在于，位于該第一層別的組件中心指狀物是經(jīng)由接點(diǎn)連接至位于該第二層別中與該第一層別垂直排列的組件框架指狀物。
專(zhuān)利摘要一種金屬在金屬上(MOM)的組件。該組件具有至少一組件單元位于一包含一框架部分以及一受到該框架部分所圍繞的中心部分的第一層別上；該中心部分具有一十字型中心處以定義該框架與中心部分為四個(gè)空間象限。該中心部分具有一或一個(gè)以上中心指狀物，每一中心指狀物由其至少四個(gè)末端中的一末端于一象限中延伸；該框架部分也同樣具有一或一個(gè)以上的框架指狀物自此處延伸，每一框架指狀物位于一象限中且不與位于同象限的中心指狀物重迭。
文檔編號(hào)H01L23/52GK2731716SQ200420084368
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者張家龍, 陳俊宏 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司