集成电路中的电容器结构的制作方法

本公开的示例大体涉及集成电路，具体来说涉及集成电路中的电容器结构。

背景技术：

在集成电路(ic)中出于各种目的使用电容器。金属指状电容器(metalfingercapacitor)(亦称“指状电容器”)是应用在集成电路中的示例性电容器。电感电容谐振回路(lctank)或谐振器(resonator)是集成在ic中的一种电路，其可以使用指状电容器。在低频段，例如小于10千兆赫(ghz)的频段，由于电感器的品质因数(q)通常比指状电容器(c)的q低2-3倍，因此电感器(l)是影响lc谐振器性能的主导因素。在高频段，例如大于30千兆赫(ghz)的频段，指状电容器的q骤降，低于电感器的q，对于这种高频段，指状电容器的q成为了主要制约因素。由于技术按比例变化(scaling)仍在继续，如何在不增加ic中需要的表面积的前提下提高指状电容器的q仍然是一项挑战。

技术实现要素：

介绍了集成电路(ic)中的电容器结构。在一个示例性的实施例中，集成电路(ic)中的电容器包括︰第一指状电容器，其形成在ic的至少一层中，包括第一和第二总线；第二指状电容器，其形成在ic的所述至少一层中，包括第一和第二总线，其中第二指状电容器的第二总线的纵向边缘与第一指状电容器的第一总线的纵向边缘相邻并由介电间隙分隔；第一金属段形成于所述至少一层上方的第一层中，第一金属段与第一指状电容器的第一总线电耦接，并增加第一指状电容器的第一总线的宽度和高度。

在另一示例性实施例中，集成电路(ic)包括：衬底；衬底上的至少一层包括形成于其中的由介电间隙分隔的指状电容器，每个指状电容器都包括第一和第二总线，其中：对于每一对相邻的指状电容器，第一指状电容器的第一总线的纵向边缘与第二指状电容器的第二总线的纵向边缘相邻并由相应的介电间隙分隔；指状电容器的第一总线电耦接在一起形成电容器的第一节点，指状电容器的第二总线电耦接在一起形成电容器的第二节点；所述至少一层上方的第一层，其具有形成于其中的第一金属段，每个第一金属段分别与相应的一个第一指状电容器的第一总线电耦接，并增加该第一指状电容器的第一总线的宽度和高度。

在另一示例性实施例中，一种在集成电路(ic)中形成电容器的方法包括：在ic的至少一层中形成具有第一、第二总线的第一指状电容器；在所述至少一层中形成具有第一、第二总线的第二指状电容器，第二指状电容器的第二总线的纵向边缘与第一指状电容器的第一总线的纵向边缘相邻并由介电间隙分隔；在ic的所述至少一层上方的第一层形成第一金属段，第一金属段与第一指状电容器中的第一总线电耦接，第一金属段增加第一指状电容器的第一总线的宽度和高度。

以上这些方面和特征以及更多特点将在下文具体实施方式中得到详细阐述。

附图说明

为了可以详细地理解上述特征的方式，可以通过参考示例实施方式来实现对上面简要概述的内容更具体的描述，其中一些示例实施方式在附图中示出。然而应当注意，附图仅示出了典型的示例实现，因此不应被认为是对其范围的限制。

图1为根据一个示例性实施例的描绘了ic的一部分的俯视图；

图2为根据一个示例性实施例的电容器的俯视图；

图3为根据一个示例性实施例的图2中电容器的局部横截面图；

图4为根据一个示例性实施例的图2中电容器的局部等轴视图；

图5为根据另一示例性实施例的电容器的俯视图；

图6为根据一个示例性实施例的图5中电容器的局部横截面图；

图7为根据一个示例性实施例的图5中电容器的局部等轴视图；

图8为使用可以根据本文所述电容器结构制造的电容器的示例性电路框图；

图9是描绘了根据一个示例性实施例的电容结构性能的图表；

图10为描绘了根据一个示例性实施例在ic中形成电容器的方法的流程图。

为了帮助理解，在可能的情况下用相同数字代表各个图中相同的元素。可以想见，一个示例中的元素可以很好地被用于其他示例。

具体实施方式

本公开描述了集成电路(ic)中的电容器结构。在一个示例性实施例中，指状电容器形成在ic的至少一层中并由介电间隙分隔，每一个指状电容器包括一对总线，其被耦接到交错的金属指(interdigitatedmetalfinger)。例如，指状电容器包括多个第一总线，其耦接在一起形成电容器的第一节点，还包括多个第二总线，其耦接在一起形成电容器的第二节点。对于给定的一对相邻指状电容器，第一指状电容器中第一总线的纵向边缘与相邻指状电容器的第二总线的纵向边缘相邻并由介电间隙分隔。金属段形成于ic的至少一层上方的第一层，并与指状电容器的第一总线电耦接。金属段增加了第一总线的宽度和高度。在一个示例中，金属段与第一总线的至少一部分以及介电间隙的至少一部分重叠。在另一示例中，金属段与第一总线的至少一部分以及相邻指状电容器中第二总线的至少一部分重叠。在另一示例中，金属段与第一指状电容器的第一总线、介电间隙以及相邻指状电容器的第二总的共同延伸。

以这样的方式，在不增加ic中指状电容器的表面积的情况下，每个指状电容器的第一总线的宽度和高度增加。指状电容器宽度和高度的增加减小了串联电阻(例如电容器的寄生电阻)，其使得电容器的品质因数(q)提高。同时，由于金属段位于已有的电容器区域中的另一层上，提高电容器的q不需要额外增加其表面积。

在另一示例性实施例中，在ic第一层上方形成一个或多个附加层。每个附加层可以包括与第一层中第一金属段电耦接的金属段。第一层上方的附加层中形成的每个金属段都可以进一步增加指状电容器的第一总线的宽度和高度。一般来说，第一层上方的附加层中形成的每个金属段可与指状电容器区域的至少一部分重叠。在一个示例中，形成在第一层上方的附加层中的每个金属段可以与指状电容器的区域共同延伸。以这样的方式，在没有增加ic中指状电容器表面积的情况下，每个指状电容器中第一总线的宽度和高度进一步增加。这些附加金属段使得电容器的q进一步提高。可以参考以下描述和附图来理解电容器结构示例中的所述的和额外的方面。

图1是根据一个示例性实施例的描绘ic100的一部分的俯视图。ic100包括衬底102和组成电容器120的多个电容结构。这些电容结构可以包括使用ic的一层或多层形成的指状电容器104(下文将进行示例描述)。每个指状电容器104包括沿第一轴(图中为“y轴”)的宽度110和沿第二轴(图中为“x轴”)的长度114。尽管大体所示为指状电容器104的宽度小于长度，但是应当理解，在一些示例中，其宽度可以大于或等于长度。因此，术语“宽度”和“长度”，“横向”和“纵向”、“厚度”、“高度”和“抬高”是便于参考而非作为尺度限制。在本例中，长度或纵向为x轴方向，宽度或横向为y轴方向。在一些图中，高度、厚度或抬高为垂直于x轴和y轴的z轴方向。

指状电容器104被介电间隙118分隔，每个介电间隙118具有一宽度112。在每个间隙118限定的空间中包含电容结构104的层中没有形成有金属。相反，介电间隙118含有绝缘材料，其位于相邻指状电容器的金属部分之间。指状电容器104共同组成电容器120，其具有宽度108和长度114。电容器120可以在ic中重复出现，以提供多个这样的电容器120。

指状电容器104上方有至少一个附加层(通常用106表示)。附加层106包括金属段(如下示例所述)，其延伸了电容结构104中总线的宽度和高度(如下所述)。总线宽度和高度的增加降低了电容器120的串联电阻，并且提高了电容器120的q。由于金属段形成于电容器104上方的附加层中，因此金属段没有增加电容器120在衬底102的x-y平面中所占的表面积。

图2为根据一个示例性实施例的电容器120a的俯视图。电容器120a为电容器120的一个实施例，其中包括三个指状电容器104a、104b和104c。大体来说，每个指状电容器104包括第一总线和第二总线，第一指与第一总线电耦接，第二指与第二总线电耦接，并与第一指交错。因此，指状电容器104a包括第一总线(“总线202a”)，第二总线(“总线204a”)，第一指(“指208a”)和第二指(“指210a”)。指状电容器104b包括第一总线(“总线202b”)，第二总线(“总线204b”)，第一指(“指208b”)和第二指(“指210b”)。指状电容器104c包括第一总线(“总线202c”)，第二总线(“总线204c”)，第一指(“指208c”)和第二指(“指210c”)。总线202a到202c和204a到204c分别被集合地表示为总线202和204，同样地，指208a到208c和210a到210c分别集合地表示为指208和210。总线202和204都具有宽度212。在示例中，示出的总线202和204的宽度相同，但是在其它一些示例中，总线202、204中的一些的宽度会大于总线202、204中的另一些。另外，示例中的每个指状电容器104具有4个指208和4个指210，而电容结构104一般可以包含任意数量的指208和210。

指状电容器104位于衬底102上，这样一个电容结构的第一总线纵向边缘与相邻电容结构第二总线的纵向边缘相邻，并通过介电间隙分隔。本例中，总线202a的纵向边缘与总线204b的纵向边缘相邻，总线202b的纵向边缘与总线204c的纵向边缘相邻。介电间隙118-1将总线202a与204b分隔，介电间隙118-2将总线202b与204c分隔。尽管介电间隙118通常显示为等宽，但是在其它示例中一些电容结构间的间隙比其它间隙更宽。

在一个示例中，指状电容器104的第一总线可以被电耦接在一起形成电容器120a中的第一节点，指状电容器104的第二总线可以被电耦接在一起形成电容器120a中的第二节点。图2中的虚线表示电耦接第一总线和电耦接第二总线的导线，它们可以形成于衬底102的任意一层中。

金属段214-1和214-2形成于具有指状电容器104a到104c的层的上方的一层中。在图2中，金属段214-1和214-2的一些部分被切开以展示细节。通常，金属段形成于电容结构104上方的每个金属段214都与一个电容结构的第一总线电耦接并增加其宽度和高度。本例中，金属段214-1与总线202a电耦接，金属段214-2与总线202b电耦接。本例中，金属段214-1与总线202a、间隙118-1以及总线204b共同延伸，金属段214-2与总线202b、间隙118-2以及总线204c共同延伸。在此使用的术语“共同延伸”表示其在同一区域上延伸，其意在包括实质上共同延伸或大体上共同延伸，只要在ic制造工艺误差(tolerance)的范围内。在其他示例中，如下文根据图3所述，金属段214-1与214-2的延伸可以小于第一总线、介电间隙和第二总线的总面积。

图3为根据一个示例性实施例的电容器120a的局部横截面。图4为根据一个示例性实施例的电容器120a的局部等轴视图。图3中的局部横截面示出了电容器120a在y-z平面上的一部分。图4中的局部等轴视图示出了x-y-z空间中电容器120a的一部分。图3中的局部横截面示出了总线202a，总线204b和总线202b。本例中，总线202a、204b和202b用到了衬底102上的三层而形成，这三层分别表示为m6、m7和m8。也就是说，指状电容器104的总线可以形成于衬底102上的第六、第七和第八金属层中，其它层可以形成于电容器120a的下方，例如有其它用途的其它金属或多晶硅层。为了更清楚地示明，图3和图4中，金属层之间的绝缘层没有示出。而指状电容器104被显示为有三层，大体来说指状电容器104可形成于至少一层中。同时，此处以m6、m7、m8层为例，实际上指状电容器104可以形成于衬底102上的层堆叠结构的任意层中。

总线202a包括m6、m7和m8层上通过通孔218电耦接的部分。总线204b包括m6、m7和m8层上通过通孔220电耦接的部分。总线202b包括m6、m7和m8层上通过通孔222电耦接的部分。总线202a包括左侧纵向边缘228l和右侧纵向边缘228r，总线202b包括左侧纵向边缘230l和右侧纵向边缘230r。总线202a的右侧纵向边缘228r与总线202b的左侧纵向边缘230l相邻，并由介电间隙118-1分隔。

指210b包括m8和m6层上的金属段。指208b包括m7层上的金属段。一般情况下，指208b和210b可以形成于m6到m8层中的任意一层并呈交错状。其他电容结构104中的指208和210可以以类似的方式配置。

金属段214-1形成于m8层上方的m9层中，并且通过通孔216与总线202a电耦接。类似地，金属段214-2形成于所述m9层中，并通过通孔224与总线202b电耦接。金属段214-1与总线202a、总线204b以及总线202a与总线204b之间的间隙118-1重叠。本例中，金属段214-1被示出为与总线202a、间隙118-1和总线204b共同延伸。也就是说，金属段214-1的左侧纵向边缘226l与总线202a的左侧纵向边缘228l对齐，并且金属段214-1的右侧纵向边缘226r与总线204b的右侧纵向边缘230r对齐。金属段214-1与衬底102或者衬底102上其它金属层之间通过介电间隙118-1的寄生电容很小，在多数应用中可以忽略不计。通过与总线202a、间隙118-1和总线204b共同延伸，金属段214-1最大限度地减小了串联电阻，并使得增加的寄生电容达到最小。术语“对齐”可以意在包括实质上对齐或大体上对齐，只要在ic制造技术的容许误差内。

根据设计规格和生产限制，其他配置亦有可能。例如，金属段214-1可以与总线202a、介电间隙118-1或总线204b的全部或部分重叠。通常来说，金属段214-1的左侧纵向边缘226l可以与总线202a的左侧纵向边缘228l对齐或者向左或向右偏出总线202a的左侧纵向边缘228l。金属段214-1的右侧纵向边缘226r可以与总线204b的左侧纵向边缘230l对齐，或者可以向左或向右偏出总线204b的左侧纵向边缘230l。m9层上的其它金属段可以以与金属段214-1类似的方式配置。

图5为根据另一示例性实施例的电容器120b的俯视图。电容器120b包含电容器120的另一个实施例。电容器120b可以包括至少一个金属段，其形成于金属段214-1和214-2上方的至少一层中。本例中，电容器120b包括金属段502-1和502-2，其形成于具有金属段214-1和214-2的层的上方的两层中。金属段502-1和502-2与指状电容器104的区域重叠。在一个示例中，金属段502-1和502-2至少与指状电容器104共同延伸(例如，图中金属段502-1和502-2被示出为至少与指状电容器104a到104c共同延伸)。

图6为根据一示例性实施例的电容器120b的局部横截面，图7为根据一示例性实施例的电容器120b的局部等轴视图。图6中的局部横截面示出了y-z平面上的部分电容器120b的一部分，图7中的局部等轴视图示出了x-y-z空间中电容器120b的一部分。图6中的局部横截面示出了位于金属段214-1和214-2上方的m10和m11层中的金属段502-1和502-2。金属段502-1与金属段214-1和214-2通过通孔506电耦接。金属段502-2与502-1通过通孔504电耦接。金属段502可以形成于其它层中，取决于哪一层被用于形成指状电容器104。

图8为示例性电路800的框图，电路800使用了可根据本公开所述的电容结构形成的电容器。电路800包括lc谐振器802，其与一有源电路804耦接。举例来说，电路800可为压控振荡器(voltagecontrolledoscillator,vco)。lc谐振器802包括电感器(l)806和电容器(c)808。如上所述，高频段下(如30ghz及以上)，电容器808的q成为制约谐振器802性能的主要因素，电容器808可以根据本发明描述的任意结构进行制造，其减小了串联电阻，并因此提高q。

图9为描述了根据一示例性实施例的电容结构的性能的图表900。轴902代表对数尺度上的q，轴904代表线性尺度上的频率。曲线906示出了传统金属指状电容器的q与频率的关系，曲线908示出了本公开的示例中电容器的q与频率的关系。随着频率增加，本公开中电容器的q相对于传统金属指状电容器的q的提高增大。例如，在20ghz时，q提升了20％；在30ghz时，q提升了26％；在40ghz时，品质因数提升了28％。图表900仅仅是一个示例，q的实际改善受到多种因素，以及采用所述哪一种示例性实施例的影响。总之，总线宽度和高度的增加使得串联电阻减小，从而提高了q。

图10为描绘了根据一示例性实施例形成ic中电容器的方法1000的流程图。方法1000的在步骤1002处开始，在ic的至少一层中形成第一指状电容器。在步骤1004中，在ic的至少一层中形成第二指状电容器，其与第一指状电容器相邻并通过介电间隙分隔。第一和第二指状电容器都包括第一和第二总线。第一指状电容器的第一总线的纵向边缘与第二指状电容器的第二总线的纵向边缘相邻并通过介电间隙分隔。在步骤1006中，在ic中具有指状电容器的层的上方的第一层中形成金属段，金属段与第一指状电容器的第一总线电耦接并增加其宽度和高度。在可选步骤1008中，在ic中第一层上方的一个或多个附加层中形成一个或多个附加金属段。附加金属段与第一金属段电耦接并进一步地增加第一总线的宽度和高度。方法1000中的步骤可以通过用于在半导体衬底上沉积金属和绝缘层的已知ic制造技术实施。尽管此处方法1000涉及制造一对指状电容器，但是方法1000可以被实施以制造具有同一结构的相邻的多对指状电容器。

此处描述的示例性电路一般涉及集成电路，尤其是，涉及集成电路中的电容结构。

在一个示例中，集成电路(ic)中的电容器可以包括：第一指状电容器，其形成在ic的至少一层中，具有第一和第二总线；第二指状电容器，其形成在ic的所述至少一层中，具有第一和第二总线，其中第二指状电容器的第二总线的纵向边缘与第一指状电容器的第一总线的纵向边缘相邻并由介电间隙分隔；第一金属段，其形成于所述至少一层上方的第一层，第一金属段与第一指状电容器的第一总线电耦接，并增加第一指状电容器中第一总线的宽度和高度。

在一些所述电容器中，第一金属段与介电间隙的至少一部分重叠。

在一些所述电容器中，第一金属段与第一指状电容器的第一总线、介电间隙、第二指状电容器的第二总线共同延伸。

所述电容器还可以包括：用来电耦接第一金属段和第一指状电容器的第一总线的通孔。

所述电容器还可以包括：至少一个附加金属段，其形成于第一层上方的至少一个附加层，每个所述至少一个附加金属段与第一金属段电耦接，每个所述至少一个附加金属段都进一步增加了第一指状电容器中第一总线的宽度和高度。

在一些所述电容器中，每个附加金属段都至少与第一和第二指状电容器共同延伸。

在一些所述电容器中，所述至少一个附加金属段包括第二金属段，且其中电容器还包括将第二金属段与第一金属段电耦接的通孔。

在一些所述电容器中，第一、第二指状电容器中的第一总线被电耦接以提供电容器的第一节点，第一、第二指状电容器中的第二总线电耦接以提供电容器的第二节点。

另一示例提供了一种集成电路(ic)，这种ic可以包括：衬底，衬底上至少一层，其具有指状电容器形成于其中，并由介电间隙分隔，每个指状电容器都包括第一和第二总线，其中：相邻的每一对指状电容器中，第一指状电容器的第一总线的纵向边缘与相邻指状电容器的第二总线的纵向边缘相邻并由分别的一个介电间隙分隔；指状电容器的第一总线电耦接在一起形成电容器的第一节点，电容器的第二总线电耦接在一起形成电容器的第二节点；所述至少一层上方的第一层具有第一金属段形成于其中，每个第一金属段与相应一个指状电容器的第一总线电耦接并增加其宽度和高度。

在一些所述ic中，每个所述第一金属段与相应的一个介电间隙的至少一部分重叠。

在一些所述ic中，对于相邻的每一对指状电容器，相应的一个第一金属段与第一指状电容器的第一总线、相应的一个介电间隙和相邻指状电容器的第二总线共同延伸。

一些所述ic还包括：将每个第一金属段与相应的一个指状电容器中的第一总线电耦接的通孔。

一些所述ic还包括：金属段第一层上方的至少一个附加层，其包括相应的至少一个附加金属段，每个所述至少一个附加金属段与第一金属段电耦接，每个所述至少一个附加金属段进一步增加了每个第一指状电容器中第一总线的宽度和高度。

在一些所述ic中，每个所述至少一个附加金属段与指状电容器共同延伸。

在一些所述ic中，所述至少一个附加金属段包括第二金属段，且其中该ic还包括：将第二金属段与第一金属段电耦接的通孔。

此处描述的一种示例方法大体涉及在集成电路(ic)中形成电容器。这种方法可以包括：在ic的至少一层中形成具有第一、第二总线的第一指状电容器；在ic的所述至少一层中形成具有第一、第二总线的第二指状电容器，第二指状电容器第二总线的纵向边缘与第一指状电容器第一总线的纵向边缘相邻并以由介电间隙分隔；在ic的所述至少一层上方的第一层上形成第一金属段，第一金属段与第一指状电容器的第一总线电耦接，并增加第一指状电容器中第一总线的宽度和高度。

在一些所述方法中，第一金属段与介电间隙的至少一部分重叠。

在一些所述方法中，第一金属段与第一指状电容器的第一总线、介电间隙和第二指状电容器的第二总线共同延伸。

一些所述方法还包括：金属段在第一层上方的至少一个附加层形成至少一个附加金属段，每个所述至少一个附加金属段与第一金属段电耦接，每个所述至少一个附加金属段进一步增加了第一指状电容器的第一总线的宽度和高度。

在一些所述方法中，每个所述至少一个附加金属段与至少与第一、第二指状电容器共同延伸。

在一些所述方法中，第一、第二指状电容器的第一总线电耦接形成电容器的第一节点，并且第一、第二指状电容器的第二总线电耦接形成电容器的第二节点。

虽然上述内容针对具体示例，但是其他和进一步的示例在不偏离其基本范围的情况下也可以被得出，本公开的范围由权利要求书决定。