本發(fā)明通常涉及可變電容器。尤其，本發(fā)明涉及芯片上可變電容器。

背景技術(shù)：

cmosfinfet技術(shù)用以制造操作于多個頻帶的低功率電路。目前，針對芯片上可變電容器的選擇非常有限。傳統(tǒng)上，cmos芯片上電容器是不可變的，對于當前的多頻帶芯片具有有限可調(diào)諧范圍。有限可調(diào)諧性限制可重構(gòu)電路設(shè)計，并需要多個被動裝置，從而增加芯片布局面積?？芍貥?gòu)裝置的性能被芯片上的有限可調(diào)諧裝置限制。目前使用半導體可變電容器以及基于mems可變電容器?？稍跇藴蔯mos制程中獲得的半導體可變電容器包括-(i)變?nèi)荻O管，(ii)金屬-氧化物-半導體(metal-oxide-semiconductor；mos)變?nèi)莨埽?iii)開關(guān)金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal；mim)電容器。變?nèi)荻O管及mos變?nèi)莨芫哂懈遯值(在1ghz大于100)，但這些變?nèi)莨艿恼{(diào)諧比小(<5:1)。開關(guān)mim電容器(由與金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(mosfet)的溝道串聯(lián)的mim電容器組成)具有第三終端(該mosfet的柵極)，其控制電容，因此更加線性。開關(guān)mim電容器可被設(shè)計為大調(diào)諧比(>5:1)，但q值隨該調(diào)諧比增加而減小。發(fā)生此折中是因為對于大調(diào)諧比，該mosfet要小，以最大限度地降低寄生電容，但小mosfet具有高溝道電阻，其劣化q值。該些半導體可變電容器中沒有一種可同時獲得大調(diào)諧比(>10:1)和高q值(在1ghz大于100)。mems可變電容器-可靠性不能保證，因為rfmems可能因介電質(zhì)充電、機械蠕變或疲勞或者因與重復機械接觸相關(guān)的劣化而失效。盡管具有優(yōu)越的性能，但mems可變電容器未被廣泛用于rf電路中，因為大多數(shù)mems可變電容器不與cmos單片集成。由于將mems可變電容器作為分立組件包括于rf電路中確實過于昂貴而無法保證其使用，因此需要單片集成。此要求富有挑戰(zhàn)性，因為集成的需求使mems制造變得復雜。除標準cmos制程加工以外，mems所必需的結(jié)構(gòu)及犧牲層需要額外加工，尤其當需要與cmos集成時。可使用低溫微加工(micromachining)以直接在現(xiàn)有cmos制程的頂部上制造mems裝置。或者，mems可被制造于獨立的襯底上并覆晶結(jié)合至cmos芯片上。

因此，在半導體制造中對具有可變電容的電容器的需求仍然存在。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點并提供額外的優(yōu)點，在一個態(tài)樣中提供一種提供芯片上電容的方法。該方法包括提供一個或多個半導體裝置的初始互連結(jié)構(gòu)，該初始互連結(jié)構(gòu)包括介電材料層。該方法還包括在該介電材料層中形成具有不同且連續(xù)的截面尺寸的相同截面形狀的至少兩個過孔，該至少兩個過孔的至少其中一個具有第一截面形狀；以及在該至少兩個過孔各者中形成具有不同電容的幾何電容器。

依據(jù)另一個態(tài)樣，提供一種半導體互連結(jié)構(gòu)。該半導體互連結(jié)構(gòu)包括：一個或多個半導體裝置的互連結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)包括介電材料層，具有不同且連續(xù)的截面尺寸的至少兩個過孔位于該介電材料層中，該至少兩個過孔具有幾何截面形狀；以及成形電容器，位于各過孔中，與該至少兩個過孔的該幾何截面形狀匹配，該電容器的電容隨截面尺寸增加而增加。

依據(jù)又一個態(tài)樣，提供一種半導體結(jié)構(gòu)。該半導體結(jié)構(gòu)包括：位于襯底上的一個或多個半導體裝置；以及半導體互連結(jié)構(gòu)，位于與其電性耦接的該一個或多個半導體裝置上方，該半導體互連結(jié)構(gòu)包括具有不同且連續(xù)的截面尺寸的至少兩個成形電容器，該至少兩個成形電容器具有幾何截面形狀以及隨截面尺寸增加而增加的電容。

從下面結(jié)合附圖所作的本發(fā)明的各種態(tài)樣的詳細說明將很容易了解本發(fā)明的這些以及其它目的、特征及優(yōu)點。

附圖說明

圖1顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣的一個或多個半導體裝置(未圖示)的初始半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子的剖視圖，該初始互連結(jié)構(gòu)包括金屬層及介電層。

圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，針對可變同軸電容器在介電層中形成過孔以后，圖1的初始半導體互連結(jié)構(gòu)100的一個例子。

圖3顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在該過孔中形成外部金屬層并使其延伸于該介電層上方以后，圖2的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子。

圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在形成中間介電材料層并使該中間層延伸于該外部金屬層的表面上方以后，圖3的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子。

圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在該過孔中形成內(nèi)部金屬層并使該金屬層延伸于該延伸的中間介電材料層上方以后，圖4的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子。

圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，具有三種不同尺寸的圖5的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子，各自僅在該內(nèi)部金屬層的頂部寬度方面不同于彼此，所有其它維度不變，從而導致各同軸電容器的不同電容，各同軸電容器具有在約75度與約90度之間的過孔角度。

圖7顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣的圖6的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子的自頂向下視圖，其顯示從同軸電容器的中心至該內(nèi)部金屬層的外部邊緣的第一半徑，以及從該中心至該中間介電材料層的外部邊緣的第二半徑。

圖8顯示半導體結(jié)構(gòu)的一個例子的剖視圖，該半導體結(jié)構(gòu)包括具有通過介電材料隔開的一個或多個半導體裝置的襯底，同軸電容器以及頂部及底部金屬層位于該半導體裝置上方并與其電性耦接，該同軸電容器包括內(nèi)部金屬層、中間介電層以及外部金屬層。

圖9顯示依據(jù)本發(fā)明具有方形截面形狀的方形電容器的一個例子的剖視圖，該方形電容器的電容可通過適合置于并接觸該方形電容器的所有邊的圓形截面同軸電容器乘以校正因子來近似，該同軸電容器包括外部環(huán)形邊界以及內(nèi)部環(huán)形邊界，且該方形電容器包括外部方形層、中間方形層以及內(nèi)部方形層，該外部環(huán)形邊界適合置于并接觸該外部方形層的所有邊且該內(nèi)部環(huán)形邊界適合置于并接觸該內(nèi)部方形層的所有邊。

圖10顯示依據(jù)本發(fā)明具有六邊形截面形狀的六邊形電容器的一個例子的剖視圖，該六邊形電容器的電容可通過適合置于該六邊形電容器內(nèi)的圓形截面同軸電容器乘以校正因子來近似，該同軸電容器包括外部環(huán)形邊界以及內(nèi)部環(huán)形邊界，且該六邊形電容器包括外部六邊形層、中間六邊形層以及內(nèi)部六邊形層，該外部環(huán)形邊界適合置于并接觸該外部六邊形層的所有邊且該內(nèi)部環(huán)形邊界適合置于并接觸該內(nèi)部六邊形層的所有邊。

圖11顯示依據(jù)本發(fā)明具有八邊形截面形狀的八邊形電容器的一個例子的剖視圖，該八邊形電容器的電容可通過適合置于該八邊形電容器內(nèi)的圓形截面同軸電容器乘以校正因子來近似，該同軸電容器包括外部環(huán)形邊界以及內(nèi)部環(huán)形邊界，且該八邊形電容器包括外部八邊形層、中間八邊形層以及內(nèi)部八邊形層，該外部環(huán)形邊界適合置于并接觸該外部八邊形層的所有邊且該內(nèi)部環(huán)形邊界適合置于并接觸該內(nèi)部八邊形層的所有邊。

具體實施方式

下面通過參照附圖中所示的非限制例子來更加充分地解釋本發(fā)明的態(tài)樣及其特定的特征、優(yōu)點以及細節(jié)。省略對已知材料、制造工具、制程技術(shù)等的說明，以免在細節(jié)上不必要地模糊本發(fā)明。不過，應當理解，用以說明本發(fā)明態(tài)樣的詳細說明及具體例子僅作為示例，而非限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會從本發(fā)明中了解在基礎(chǔ)的發(fā)明概念的精神和/或范圍內(nèi)的各種替代、修改、添加和/或布局。

這里在說明書及權(quán)利要求書中所使用的近似語言可用以修飾任意量化表達，可允許該量化表達變動而不會導致與其相關(guān)的基本功能的改變。因此，由一個或多個術(shù)語例如“約”修飾的值不限于所指定的精確值。在一些實例中，該近似語言可對應用以測量值的儀器的精度。

這里所使用的術(shù)語僅是出于說明特定例子的目的，并非意圖限制本發(fā)明。除非上下文中明確指出，否則這里所使用的單數(shù)形式“一個”以及“該”也意圖包括復數(shù)形式。還應當理解，術(shù)語“包括”(以及任意形式的包括)、“具有”(以及任意形式的具有)以及“包含”(以及任意形式的包含)都是開放式連接動詞。因此，“包括”、“具有”或“包含”一個或多個步驟或元件的方法或裝置具有那些一個或多個步驟或元件，但并不限于僅僅具有那些一個或多個步驟或元件。類似地，“包括”、“具有”或“包含”一個或多個特征的一種方法的步驟或一種裝置的元件具有那些一個或多個特征，但并不限于僅僅具有那些一個或多個特征。而且，以特定方式配置的裝置或結(jié)構(gòu)至少以那種方式配置，但也可以未列出的方式配置。

當這里所使用的術(shù)語“連接”用以指兩個物理元件時，是指該兩個物理元件之間的直接連接。不過，術(shù)語“耦接”可指直接連接或者通過一個或多個中間元件的連接。

這里所使用的術(shù)語“可”以及“可能是”表示在一系列條件下發(fā)生的可能性；具有特定的屬性、特性或功能；以及/或者修飾另一動詞，通過表達與該修飾動詞相關(guān)聯(lián)的一種或多種能力、功能或可能性的方式進行修飾。因此，考慮到在某些情況下，被修飾的術(shù)語可能有時不適當、不能夠或不合適，“可”以及“可能是”的使用表示被修飾的術(shù)語明顯是適當?shù)?、有能力的或適合所示性能、功能或用途。例如，在一些情況下，事件或性能可以預期，而在其它情況下，該事件或性能無法發(fā)生-這個區(qū)別由術(shù)語“可”以及“可能是”體現(xiàn)。

除非另外指出，否則這里所使用的術(shù)語“約”與一個值例如測量結(jié)果、尺寸等一起使用時，是指加或減該值的百分之五的可能變動。此外，除非另外指出，否則這里所述的半導體制造的給定態(tài)樣若為一種方法的部分，則可通過使用傳統(tǒng)制程及技術(shù)來實施，若說明半導體結(jié)構(gòu)，則可包括適合該條件的傳統(tǒng)材料。

下面參照附圖，為有利于理解，該些附圖并非按比例繪制，其中，不同附圖中所使用的相同附圖標記表示相同或類似的組件。

圖1顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣的一個或多個半導體裝置(未圖示)的初始半導體互連結(jié)構(gòu)100的一個例子的剖視圖，該初始互連結(jié)構(gòu)包括金屬層102及介電層104。

例如，通過使用已知制程及技術(shù)，可以傳統(tǒng)方式制造該初始結(jié)構(gòu)。另外，除非另外指出，否則傳統(tǒng)制程及技術(shù)可用以實現(xiàn)本發(fā)明的制程的單獨步驟。不過，盡管為簡單起見僅顯示部分，但應當理解，實際上，在同一塊體襯底上通常包括許多此類結(jié)構(gòu)。

該介電層可包括例如具有在22與25之間的介電常數(shù)的二氧化鉿hfo2，具有在22與25之間的介電常數(shù)的二氧化鋯zro2，鈦酸鍶srtio3(250至300)，二氧化鈦tio2(80)，鈦酸鍶鋇baxsrytio3(1000至1250)，或其一個或多個組合。

圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，針對可變同軸電容器在介電層104中形成過孔106以后，圖1的初始半導體互連結(jié)構(gòu)100的一個例子。

圖3顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在過孔106中形成外部金屬層108并使其延伸于介電層104上方以后，圖2的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子。

圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在形成中間介電材料層110并使該中間層延伸于該外部金屬層108的表面112上方以后，圖3的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子。

圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，在該過孔中形成內(nèi)部金屬層114并使該金屬層延伸于該延伸的中間介電材料層110上方以后，圖4的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子。

本發(fā)明所使用的金屬包括例如銅，層狀鉭及氮化鉭，層狀鈦及氮化鈦，鎢，鈷，鋁或鎳。

圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣，具有三種不同尺寸116、118及120的圖5的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子，各自僅在內(nèi)部金屬層114的頂部寬度122、124及126方面不同于彼此，所有其它維度不變，從而導致各同軸電容器的不同電容，各同軸電容器具有在約75度(128)與約90度(132)之間的過孔角度128、130及132。

圖7顯示依據(jù)本發(fā)明的一個或多個態(tài)樣的圖6的半導體互連結(jié)構(gòu)的一個例子的自頂向下視圖，其顯示從同軸電容器116的中心136至內(nèi)部金屬層114的外部邊緣的第一半徑134，以及從該中心至中間介電材料層110的外部邊緣的第二半徑138。

圖8顯示半導體結(jié)構(gòu)139的一個例子的剖視圖，該半導體結(jié)構(gòu)包括具有通過介電材料148隔開的一個或多個半導體裝置(這里為裝置142、144及146)的襯底140，同軸電容器150以及頂部151及底部153金屬層位于該半導體裝置上方并與其電性耦接，該同軸電容器包括內(nèi)部金屬層152、中間介電層154以及外部金屬層156。

圖9顯示依據(jù)本發(fā)明具有方形截面形狀的方形電容器150的一個例子的剖視圖，該方形電容器的電容可通過適合置于并接觸該方形電容器的所有邊的圓形截面同軸電容器152乘以校正因子來近似，該同軸電容器包括外部環(huán)形邊界154以及內(nèi)部環(huán)形邊界156，且該方形電容器包括外部方形層158、中間方形層160以及內(nèi)部方形層162，該外部環(huán)形邊界適合置于并接觸該外部方形層的所有邊且該內(nèi)部環(huán)形邊界適合置于并接觸該內(nèi)部方形層的所有邊。

圖10顯示依據(jù)本發(fā)明具有六邊形截面形狀的六邊形電容器164的一個例子的剖視圖，該六邊形電容器的電容可通過適合置于該六邊形電容器內(nèi)的圓形截面同軸電容器166乘以校正因子來近似，該同軸電容器包括外部環(huán)形邊界168以及內(nèi)部環(huán)形邊界170，且該六邊形電容器包括外部六邊形層172、中間六邊形層174以及內(nèi)部六邊形層176，該外部環(huán)形邊界適合置于并接觸該外部六邊形層的所有邊且該內(nèi)部環(huán)形邊界適合置于并接觸該內(nèi)部六邊形層的所有邊。

圖11顯示依據(jù)本發(fā)明具有八邊形截面形狀的八邊形電容器178的一個例子的剖視圖，該八邊形電容器的電容可通過適合置于該八邊形電容器內(nèi)的圓形截面同軸電容器180乘以校正因子來近似，該同軸電容器包括外部環(huán)形邊界182以及內(nèi)部環(huán)形邊界184，且該八邊形電容器包括外部八邊形層186、中間八邊形層188以及內(nèi)部八邊形層190，該外部環(huán)形邊界適合置于并接觸該外部八邊形層的所有邊且該內(nèi)部環(huán)形邊界適合置于并接觸該內(nèi)部八邊形層的所有邊。

在第一態(tài)樣中，以上揭示一種方法。該方法包括提供一個或多個半導體裝置的初始互連結(jié)構(gòu)，該初始結(jié)構(gòu)包括介電材料層。該方法還包括在該介電材料層中形成具有相同截面形狀的過孔，該些過孔具有不同且連續(xù)的幾何截面尺寸；以及在該些過孔中形成具有不同電容的電容器。

在一個例子中，第一截面形狀可包括例如圓形，且該多個過孔的至少其中一個的各幾何電容器可包括例如同軸電容器。

在一個例子中，形成該同軸電容器可包括例如由擴散阻擋材料和/或金屬在該過孔內(nèi)形成外部層，形成具有高于3.9的介電常數(shù)的中間介電材料層，以及形成中心金屬層。

在一個例子中，各同軸電容器的電容可例如由自其中心至該中心金屬層的外部邊緣所測得的半徑確定，且所有該電容器的所有其它維度不變。

在一個例子中，該第一態(tài)樣的該方法中的該第一截面形狀可包括例如方形。

在一個例子中，在該多個過孔的該至少其中一個中的各方形電容器的電容可例如通過適合置于并接觸該方形的所有邊的同軸電容器的電容乘以校正因子來近似。在一個例子中，該校正因子可為例如從約0.01至約2。

在一個例子中，各同軸電容器可包括例如外部金屬層、中間介電材料層以及中心金屬層，且各同軸電容器的電容可例如由自其中心至該中心金屬層的外部邊緣所測得的半徑確定，且所有該同軸電容器的所有其它維度不變。

在一個例子中，該第一態(tài)樣的該方法中的該第一截面形狀可包括例如六邊形。

在一個例子中，在該多個過孔的該至少其中一個中的各六邊形電容器的電容可例如通過適合置于并接觸該六邊形的所有邊的同軸電容器的電容乘以校正因子來近似。在一個例子中，該校正因子可為例如從約0.01至約2。

在一個例子中，各同軸電容器可包括例如外部金屬層、中間介電材料層以及中心金屬層，且各同軸電容器的電容可例如由自其中心至該中心金屬層的外部邊緣所測得的半徑確定，且所有該同軸電容器的所有其它維度不變。

在一個例子中，該第一態(tài)樣的該方法中的該第一截面形狀可包括例如八邊形。

在一個例子中，在該多個過孔的該至少其中一個中的各八邊形電容器的電容可例如通過適合置于并接觸該八邊形的所有邊的同軸電容器的電容乘以校正因子來近似。在一個例子中，該校正因子可為例如從約0.01至約2。

在一個例子中，各同軸電容器包括外部金屬層、中間介電材料層以及中心金屬層，且各同軸電容器的電容可例如由自其中心至該中心金屬層的外部邊緣所測得的半徑確定，且所有該同軸電容器的所有其它維度不變。

在第二態(tài)樣中，以上揭示一種半導體互連結(jié)構(gòu)。該半導體互連結(jié)構(gòu)包括：一個或多個半導體裝置的互連結(jié)構(gòu)，該互連結(jié)構(gòu)包括介電材料層，具有不同且連續(xù)的截面尺寸的多個過孔位于該介電材料層中，該至少兩個過孔具有幾何截面形狀；以及成形電容器，位于各過孔中，與該多個過孔的該幾何截面形狀匹配，該電容器的電容隨截面尺寸增加而增加。

在一個例子中，該幾何截面形狀可包括例如圓形截面形狀、方形截面形狀、六邊形截面形狀以及八邊形截面形狀的其中一種。

在第三態(tài)樣中，以上揭示一種半導體結(jié)構(gòu)。該半導體結(jié)構(gòu)包括位于襯底上的一個或多個半導體裝置；以及半導體互連結(jié)構(gòu)，位于與其電性耦接的該一個或多個半導體裝置上方，該半導體互連結(jié)構(gòu)包括具有不同且連續(xù)的截面尺寸的多個成形電容器，該多個成形電容器具有幾何截面形狀以及隨截面尺寸增加而增加的電容。

在一個例子中，該幾何截面形狀可包括例如圓形截面形狀、方形截面形狀、六邊形截面形狀以及八邊形截面形狀的其中一種。

盡管這里已說明并顯示本發(fā)明的數(shù)個態(tài)樣，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可實施替代態(tài)樣來達到相同的目的。因此，所附權(quán)利要求意圖涵蓋落入本發(fā)明的真實精神及范圍內(nèi)的所有此類替代態(tài)樣。