[发明专利]具有几何截面的芯片上可变电容器

说明书

技术领域

本发明通常涉及可变电容器。尤其，本发明涉及芯片上可变电容器。

背景技术

CMOS FinFET技术用以制造操作于多个频带的低功率电路。目前，针对芯片上可变电容器的选择非常有限。传统上，CMOS芯片上电容器是不可变的，对于当前的多频带芯片具有有限可调谐范围。有限可调谐性限制可重构电路设计，并需要多个被动装置，从而增加芯片布局面积。可重构装置的性能被芯片上的有限可调谐装置限制。目前使用半导体可变电容器以及基于MEMS可变电容器。可在标准CMOS制程中获得的半导体可变电容器包括-(i)变容二极管，(ii)金属-氧化物-半导体(metal-oxide-semiconductor；MOS)变容管，(iii)开关金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal；MIM)电容器。变容二极管及MOS变容管具有高Q值(在1GHz大于100)，但这些变容管的调谐比小(<5:1)。开关MIM电容器(由与金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的沟道串联的MIM电容器组成)具有第三终端(该MOSFET的栅极)，其控制电容，因此更加线性。开关MIM电容器可被设计为大调谐比(>5:1)，但Q值随该调谐比增加而减小。发生此折中是因为对于大调谐比，该MOSFET要小，以最大限度地降低寄生电容，但小MOSFET具有高沟道电阻，其劣化Q值。该些半导体可变电容器中没有一种可同时获得大调谐比(>10:1)和高Q值(在1GHz大于100)。MEMS可变电容器-可靠性不能保证，因为RF MEMS可能因介电质充电、机械蠕变或疲劳或者因与重复机械接触相关的劣化而失效。尽管具有优越的性能，但MEMS可变电容器未被广泛用于RF电路中，因为大多数MEMS可变电容器不与CMOS单片集成。由于将MEMS可变电容器作为分立组件包括于RF电路中确实过于昂贵而无法保证其使用，因此需要单片集成。此要求富有挑战性，因为集成的需求使MEMS制造变得复杂。除标准CMOS制程加工以外，MEMS所必需的结构及牺牲层需要额外加工，尤其当需要与CMOS集成时。可使用低温微加工(micromachining)以直接在现有CMOS制程的顶部上制造MEMS装置。或者，MEMS可被制造于独立的衬底上并覆晶结合至CMOS芯片上。

因此，在半导体制造中对具有可变电容的电容器的需求仍然存在。

发明内容

为克服现有技术的缺点并提供额外的优点，在一个态样中提供一种提供芯片上电容的方法。该方法包括提供一个或多个半导体装置的初始互连结构，该初始互连结构包括介电材料层。该方法还包括在该介电材料层中形成具有不同且连续的截面尺寸的相同截面形状的至少两个过孔，该至少两个过孔的至少其中一个具有第一截面形状；以及在该至少两个过孔各者中形成具有不同电容的几何电容器。

依据另一个态样，提供一种半导体互连结构。该半导体互连结构包括：一个或多个半导体装置的互连结构，该互连结构包括介电材料层，具有不同且连续的截面尺寸的至少两个过孔位于该介电材料层中，该至少两个过孔具有几何截面形状；以及成形电容器，位于各过孔中，与该至少两个过孔的该几何截面形状匹配，该电容器的电容随截面尺寸增加而增加。

依据又一个态样，提供一种半导体结构。该半导体结构包括：位于衬底上的一个或多个半导体装置；以及半导体互连结构，位于与其电性耦接的该一个或多个半导体装置上方，该半导体互连结构包括具有不同且连续的截面尺寸的至少两个成形电容器，该至少两个成形电容器具有几何截面形状以及随截面尺寸增加而增加的电容。

从下面结合附图所作的本发明的各种态样的详细说明将很容易了解本发明的这些以及其它目的、特征及优点。

附图说明

图1显示依据本发明的一个或多个态样的一个或多个半导体装置(未图示)的初始半导体互连结构的一个例子的剖视图，该初始互连结构包括金属层及介电层。

图2显示依据本发明的一个或多个态样，针对可变同轴电容器在介电层中形成过孔以后，图1的初始半导体互连结构100的一个例子。

图3显示依据本发明的一个或多个态样，在该过孔中形成外部金属层并使其延伸于该介电层上方以后，图2的半导体互连结构的一个例子。

图4显示依据本发明的一个或多个态样，在形成中间介电材料层并使该中间层延伸于该外部金属层的表面上方以后，图3的半导体互连结构的一个例子。

图5显示依据本发明的一个或多个态样，在该过孔中形成内部金属层并使该金属层延伸于该延伸的中间介电材料层上方以后，图4的半导体互连结构的一个例子。