專利名稱：半導體器件和制造半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件和制造半導體器件的方法。具體地，本發(fā)明涉及包括電感 器和電容器的高頻半導體器件。
背景技術：
近年來，由單片微波集成電路(MMIC)等代表的半導體器件的高集成度及其尺寸 減小已經(jīng)得到發(fā)展。具體地，構成各個半導體器件的諸如布線和電感器的無源元件占據(jù)半 導體器件上很大的面積。因此，需要諸如布線和電感器的無源元件的更高的集成度和進一 步的尺寸減小。日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2006-245273和2004-304183公布了一種用于 當電感器被形成在半導體襯底上時減少電感器占據(jù)的面積的技術。圖IlA和圖IlB是示出 在日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2006-245273中公布的電感器的說明圖。在日本未經(jīng) 審查的專利申請公開No. 2006-245273中公布的電感器包括第一層的螺旋傳輸線11、第二 層的傳輸線12、以及第三層的螺旋傳輸線13。傳輸線11的輸出部分被連接至結點conl處 的傳輸線12的輸入部分。傳輸線12的第一輸出部分被連接至結點COn2處的傳輸線13的 輸入部分。傳輸線12的第二輸出部分被連接至被形成在結點Con4處的半導體襯底上的電 容器15的一端。

發(fā)明內容
本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如下所述的問題?，F(xiàn)在參考圖9，圖9是示出具有兩個電感器的兩 個電感器電路的電路圖，所述兩個電電感器串聯(lián)地連接，并且在兩個電感器的每個結點處 與電容器相連接。圖10示出用于實際上實現(xiàn)圖9中所示的電路的器件的構造。圖10中所 示的電感器+電容器部件包括下層線23和上層線24。下層線23和上層線24中的每一個 構成螺旋電感器。這些線被形成在襯底21上。此外，層間絕緣膜22被形成在下層線23和 上層線24之間。下層線23、層間絕緣膜22、以及上層線24構成MIM電容器。同樣，在布線 部件中，下層線25和上層線26被形成。甚至在包括螺旋電感器和MIM電容器的電路構造 中，必須最小化布局的面積。參考圖10，為了增加由下層線23、層間絕緣膜22、以及上層線24構成的電容器的 電容，需要減少層間絕緣膜22的厚度。然而，當減少層間絕緣膜22的厚度時，還減少了布 線部件中的下層線25和上層線26之間的距離。這導致在下層線25和上層線26之間生成 的寄生電容的增加。另一方面，如日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2006-245273中所公布，電容器15 被形成在除了每個都構成螺旋電感器的線11和13的區(qū)域之外的區(qū)域(即，當在與襯底表 面垂直的方向中查看時，沒有與線11和13的區(qū)域重疊的區(qū)域)中。結果，在沒有減少層間 絕緣膜22的厚度的情況下能夠增加電容器的電容。然而，在這樣的情況下，出現(xiàn)下述問題， 即，當電容器被形成在除了電感器線的區(qū)域之外的區(qū)域中時，電容器和電感器占據(jù)的面積
4被增加。本發(fā)明的第一示例性方面是半導體器件，其包括第一線；層間絕緣膜，該層間絕 緣膜被形成在第一線上，并且具有被形成在與第一線相對應的位置處的凹槽；以及第二線， 該第二線被形成在層間絕緣膜的凹槽中。第一線、第二線、以及被形成在第一線和第二線之 間的絕緣膜構成電容器，并且第一線和第二線中的至少一個構成電感器。通過上述構造，能夠減少構成電容器的第一線和第二線之間的距離，從而使能夠 增加電容器的電容。此外，電容器和電感器能夠被形成在如下區(qū)域中，在其中，當在與襯底 表面垂直的方向中查看時電容器和電感器相互重疊，這導致襯底上的電容器和電感器占據(jù) 的面積的減少。本發(fā)明的第二示例性方面是制造半導體器件的方法，其包括在襯底上形成第一 線；在第一線上形成層間絕緣膜；以及在層間絕緣膜上形成第二線。在本發(fā)明的第二示例 性方面的方法中，層間絕緣膜具有被形成在與第一線相對應的位置處的凹槽。此外，第一 線、第二線、以及被形成在第一線和第二線之間的絕緣膜構成電容器。此外，第一線和第二 線中的至少一個構成電感器。通過上述制造方法，能夠減少構成電容器的第一線和第二線之間的距離，從而使 能夠增加電容器的電容。此外，電容器和電感器能夠被形成在如下區(qū)域中，在其中，當在與 襯底表面垂直的方向中進行查看時電容器和電感器相互重疊，這導致襯底上的電容器和電 感器占據(jù)的面積的減少。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，能夠增加電容器的電容，同時減少襯底上的電容器 和電感器占據(jù)的面積。


結合附圖，從某些示例性實施例的以下描述中，以上和其它示例性方面、優(yōu)點和特 征將更加明顯，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的半導體器件的截面圖；圖2A是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導體器件的下層線的布局示例的平面 圖；圖2B是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導體器件的上層線的布局示例的平面 圖；圖2C是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導體器件的下層線和上層線的布局示例 的平面圖；圖3是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導體器件的頻率和S參數(shù)之間的關系的 圖；圖4是示出根據(jù)第一示例性實施例的半導體器件的頻率和電感之間的關系的圖；圖5是用于解釋從S參數(shù)計算電感的方法的圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的半導體器件的截面圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的半導體器件的截面圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的半導體器件的截面圖；圖9是示出電感器和電容器的等效電路圖10是用于解釋本發(fā)明的問題的圖；以及圖IlA和圖IlB是用于解釋本發(fā)明的背景的圖。
具體實施例方式[第一示例性實施例]下面將會參考附圖描述本發(fā)明的第一示例性實施例。圖1是示出根據(jù)此示例性實施例的半導體器件的截面圖。根據(jù)此示例性實施例的 半導體器件包括被形成在襯底1上的下層線3 (第一線)、層間絕緣膜2、以及上層線4 (第 二線)。層間絕緣膜2被形成在下層線3上，并且具有被形成在與下層線3相對應的位置處 的凹槽。上層線4被形成在層間絕緣膜2的凹槽中。下層線3、上層線4、以及被形成在下 層線3和上層線4之間的絕緣膜(層間絕緣膜2)構成電容器。此外，下層線3和上層線4 中的至少一個構成電感器。在本示例性實施例的半導體器件中，凹槽被形成在層間絕緣膜2中與下層線3相 對應的位置處。在這樣的情況下，術語“與下層線3相對應的位置”指的是當在與襯底表面 垂直的方向中查看時與下層線3重疊的位置。只要由下層線3、上層線4、以及層間絕緣膜3 構成的電容器的電容隨著下層線3和上層線4之間的距離減少而增加，則被形成在層間絕 緣膜2中的凹槽可以具有比下層線3的寬度大或者小的寬度。通過上述構造，能夠減少構成電容器的第一線和第二線之間的距離，從而使能夠 增加電容器的電容。另外，電容器和電感器能夠被形成在其中當在與襯底表面垂直的方向 中查看時電容器和電感器相互重疊的區(qū)域中，這導致襯底上的電感器和電容器占據(jù)的面積 的減少。此外，根據(jù)本示例性實施例的半導體器件包括電感器+電容器部件，以及布線部 件。布線部件包括被形成在襯底1上的下層線7 (第三線)、被形成在下層線7上的層間絕 緣膜2、以及被形成在層間絕緣膜2上的上層線8 (第四線)。在本示例性實施例的半導體器件中，凹槽僅被形成在電感器+電容器部件的層間 絕緣膜中。通過此構造，在沒有改變布線部件的下層線7和上層線8之間的距離的情況下， 能夠減少電感器+電容器部件的上層線4和下層線3之間的距離。結果，在沒有增加在下 層線7和上層線8之間生成的寄生電容的情況下，能夠增加電容器的電容。此外，在本示例性實施例的半導體器件中，下層線3和上層線4中的至少一個構成 電感器。換言之，下層線3和上層線4兩者都可以構成電感器，或者下層線3和上層線4中 的任何一個可以構成電感器。因為層間絕緣膜被形成在下層線上，所以下層線通常被形成 為具有比上層線小的厚度。在這樣的情況下，上層線4具有比下層線3小的電阻。因此，在 本示例性實施例的半導體器件中，上層線4可以優(yōu)選地被用作電感器。根據(jù)本示例性實施例的半導體器件的電感器的示例包括螺旋電感器，該螺旋電感 器是以螺旋的方式形成的線；和曲折(meander)電感器，該曲折電感器是以曲折的形狀形 成的線。注意的是，在本示例性實施例的半導體器件中，只要線被布置以用作電感器，則線 的形狀不限于螺旋形狀和曲折形狀。例如，使用WSi、TiN, Pt、Au、Ti、Al、或者Cu或者合金或者這些金屬的任何組合的 層壓結構，能夠形成圖1中所示的下層線3和上層線4。例如，使用SiO2或者SiN能夠形成
6GaAs或者Si能夠形成襯底1。用于形成半導體器件的上述材料僅僅是示例性的，只要能呈現(xiàn)出根據(jù)本發(fā)明的示 例性實施例的效果，則能夠對其進行任意地選擇。接下來，作為根據(jù)本示例性實施例的半導體器件的示例，圖2示出其中螺旋電感 器是由上層線4構成，并且電容器是由下層線3、層間絕緣膜2、以及上層線4構成的示例。 圖2A示出下層線3的圖案的圖。圖2B示出上層線4的圖案的圖。圖2C是示出在下層線 3和上層線4相互重疊的情況下的狀態(tài)的圖。根據(jù)本示例性實施例的半導體器件的螺旋電感器是由圖2B中所示的上層線4構 成。螺旋電感器的一端通過端口 1被連接至另一個電路。螺旋電感器的另一端通過端口2 被連接至另一電路。螺旋電感器的另一端通過導通孔5被連接至下層線，并且下層線通過 導通孔5被連接至具有端口 2的上層線。根據(jù)本示例性實施例的半導體器件的電容器是由圖2A中所示的下層線3、圖2B中 所示的上層線4、以及層間絕緣膜構成。在這樣的情況下，當下層線和上層線的圖案被形成 使得盡可能地接近地匹配時，電容器的電容增加。參考圖2A，下層線的圖案被形成為使得沒 有接觸具有導通孔5的線?，F(xiàn)在參考圖3和圖4，其分別示出當本示例性實施例的半導體器件具有圖1中所示 的橫截面結構和圖2A至圖2C中所示的布線布局時，S參數(shù)和頻率特性之間的關系的計算 結果以及電感和頻率特性之間的關系的計算結果的。2. 5維電磁仿真器被用于計算。電感 是根據(jù)S參數(shù)計算的值。根據(jù)本示例性實施例的電路用作包括電容器和電感器的所謂的低 通濾波器。圖3和圖4的仿真結果示出如下的特性，其中，S參數(shù)和電感在低頻區(qū)幾乎不減 少并且在高頻區(qū)很大地減少。在這樣的情況下，假定圖1中所示的上層線4和下層線3中的每一個的寬度是 10 μ m,并且例如下層線3的厚度是0. 7 μ m。還假定在布線部件中，下層線7的上表面和層 間絕緣膜2的表面之間的距離是0. 8 μ m，并且襯底1和層間絕緣膜2的組合厚度是50 μ m。 此外，如圖2C中所示，線被形成有300 μ mX 160 μ m的布局，并且線的寬度分別是8 μ m和 10 μ m。在下面示出從S參數(shù)計算電感的方法。在兩端子對電路中，其中如圖5中所示串 行地連接阻抗Z，如下地計算阻抗。首先，當初級側處的電壓和電路和二級側處的電壓和電 流被定義為如圖5中所示，通過基爾霍夫(K)定律給出如下等式。/ -IhJlj -HzH…⑴
1ZZ當以矩陣的形式表示等式時，獲得下面的等式。 fi,) lfi -IYF1)…
_5] UJ^u ι IJ …(2)另一方面，基于Y參數(shù)的定義獲得下面的等式。 (I \ (Y Y \(v\
ιiIl i12 ￥ /"3、=...(3)
L J / r κ r
\J2j yj2\ 1Hjv 2j當對右側處的矩陣的兩個元素進行比較時，能夠獲得下面的等式。
7
假定Z表示一系列的電感器，滿足Z = j ω L，并且能夠獲得下面的等式。 因此，能夠得出下面的等式。 在這樣的情況下，使用S參數(shù)能夠獲得Y參數(shù)。在本示例性實施例的半導體器件中，能夠減少構成電容器的下層線3和上層線4 之間的距離，從而使能夠增加電容器的電容。此外，電容器和電感器能夠被形成在其中當在 與襯底表面垂直的方向中查看時電容器和電感器相互重疊的區(qū)域中，這導致襯底上由電容 器和電感器占據(jù)的面積的減少。[第二示例性實施例]下面將會參考圖6描述本發(fā)明的第二示例性實施例。注意的是，相同的附圖標記 表示與圖1中所示的第一示例性實施例相類似的組件，并且省略關于其的重復描述。在本示例性實施例中，下層線3具有比第一示例性實施例大的寬度。即，在本示例 性實施例的半導體器件中，下層線3的寬度被設置為大于被形成在層間絕緣膜2中的凹槽 的寬度(即，其中上層線4被填充的空間的寬度)，如圖6中所示。通過此構造，即使當在形 成下層線3和層間絕緣膜2的凹槽的情況下出現(xiàn)匹配錯誤時，也能夠使相對的電極(即，下 層線3和上層線4)的區(qū)域變得均勻。結果，能夠使電容器的電容變?yōu)楹愣ǖ?。雖然已經(jīng)描述了下層線3具有比上層線4的寬度大的寬度，如圖6中所示，但是在 本示例性實施例中即使當上層線4的寬度被設置為大于下層線3的寬度時也能夠獲得相同 的效果。在這樣的情況下，具有比下層線3的寬度大的寬度的凹槽被形成在層間絕緣膜2 中，并且在這樣形成的凹槽中填充了上層線4。[第三示例性實施例]現(xiàn)在將會參考圖7描述本發(fā)明的第三示例性實施例。注意的是，相同的附圖標記 表示與圖1中所示第一示例性實施例的相類似的組件，并且省略了關于其的重復描述。在本示例性實施例中，不同于層間絕緣膜2的絕緣膜6被用作用于形成電容器的 絕緣膜。在本示例性實施例中，在下層線3的形成之后，當凹槽被形成在層間絕緣膜2時， 凹槽被形成為能夠達到下層線3。然后，絕緣膜6被形成在層間絕緣膜2的凹槽中。另外，上 層線4被形成在絕緣膜6上。例如，具有高介電常數(shù)的氧化硅、氮化硅、或者鈦酸鍶(SrTiO3) 能夠被用于絕緣膜6。雖然絕緣膜6被直接形成在圖7中的下層線3的上面，層間絕緣膜2的某些部分 可以保持在下層線3和絕緣膜6之間。通過本示例性實施例的構造，能夠減少下層線3和上層線4之間的距離，從而使能 夠增加電容器的電容。此外，當具有高于層間絕緣膜2的介電常數(shù)的材料被用于絕緣膜6 時，能夠進一步增加電容器的電容。
8
換言之，假定通過C表示電容；通過S表示面積；通過d表示電介質的厚度；通過 ε C1表示真空的介電常數(shù)；并且通過ε^表示相對介電常數(shù)，建立C= ε r ε 0S/do因此，通 過減少下層線3和上層線4之間的距離能夠減少厚度d。此外，當具有高介電常數(shù)的材料被 用于絕緣膜6時，能夠增加相對介電常數(shù)、。因此，本示例性實施例的構造能夠增加電容 器的電容C。[第四示例性實施例]下面將會參考圖8描述本發(fā)明的第四示例性實施例。注意的是，相同的附圖標記 表示與圖1中所示第一示例性實施例的相類似的組件，并且省略了關于其的重復描述。同樣，在本示例性實施例中，不同于層間絕緣膜2的絕緣膜6被用作用于形成電容 器的絕緣膜。在本示例性實施例中，在下層線3的形成之后，在層間絕緣膜2被形成之前，絕緣 膜6被形成在下層線3上。在這樣的情況下，具有高介電常數(shù)的氧化硅、氮化硅、或者鈦酸 鍶(Sr TiO3)能夠被用于絕緣膜6。在絕緣膜6的形成之后，層間絕緣膜2被形成。然后，凹槽被形成在與層間絕緣膜 2的低層電極相對應的位置上。在這樣的情況下，凹槽被形成為能夠達到絕緣膜6。然后， 在層間絕緣膜2的凹槽中填充上層線4。雖然上層線4被直接形成在圖8中的絕緣膜6的上面，層間絕緣膜2的某些部分 可以保持在絕緣膜6和上層線4之間。通過本示例性實施例的構造，能夠減少下層線3和上層線4之間的距離，從而使能 夠增加電容器的電容。此外，當具有高于層間絕緣膜2的介電常數(shù)的材料被用于絕緣膜6 時，能夠進一步增加電容器的電容。此外，與下層線3和上層線4中的每一個的寬度相關的第二示例性實施例還能夠 應用于第三和第四示例性實施例。即，在第三和第四示例性實施例中，下層線3的寬度可以 被設置為大于上層線4的寬度，或者上層線4的寬度可以被設置為大于下層線3的寬度。本領域的技術人員能夠根據(jù)需要組合第一至第四示例性實施例。雖然已經(jīng)按照若干示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本領域的技術人員將理解本 發(fā)明可以在權利要求的精神和范圍內進行各種修改的實踐，并且本發(fā)明并不限于上述的示 例。此外，權利要求的范圍不受到上述的示例性實施例的限制。此外，應當注意的是，申請人意在涵蓋所有權利要求要素的等同形式，即使在后期 的審查過程中對權利要求進行過修改亦是如此。
權利要求
一種半導體器件，包括第一線；層間絕緣膜，所述層間絕緣膜被形成在所述第一線上，并且具有被形成在與所述第一線相對應的位置處的凹槽；以及第二線，所述第二線被形成在所述層間絕緣膜的凹槽中，其中所述第一線、所述第二線、以及被形成在所述第一線和所述第二線之間的絕緣膜構成電容器，并且所述第一線和所述第二線中的至少一個構成電感器。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，進一步包括無源元件部件，所述無源元件部件包括所述電容器和所述電感器；以及 布線部件，所述布線部件包括第三線、被形成在所述第三線上的層間絕緣膜、以及被形 成在所述層間絕緣膜上的第四線，其中，所述凹槽僅被形成在所述無源元件部件的所述層間絕緣膜中。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，所述第二線是電感器。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，構成所述電容器的所述絕緣膜是所述層 間絕緣膜。
5.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，構成所述電容器的所述絕緣膜是不同于 所述層間絕緣膜的絕緣膜。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，所述電感器和所述電容器構成低通濾波ο
7.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，所述電感器是螺旋電感器。
8.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，所述第一線的寬度被設置為大于被形成 在所述層間絕緣膜中的所述凹槽的寬度。
9.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件，其中，被形成在所述層間絕緣膜中的所述凹槽 的寬度被設置為大于所述第一線的寬度。
10.一種制造半導體器件的方法，包括 在襯底上形成第一線；在所述第一線上形成層間絕緣膜；以及 在所述層間絕緣膜上形成第二線，其中所述層間絕緣膜具有被形成在與所述第一線相對應的位置處的凹槽， 所述第一線、所述第二線、以及被形成在所述第一線和所述第二線之間的絕緣膜構成 電容器，并且所述第一線和所述第二線中的至少一個構成電感器。
11.根據(jù)權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，構成所述電容器的所述絕 緣膜是所述層間絕緣膜。
12.根據(jù)權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，構成所述電容器的絕緣膜 被形成在所述第一線上，所述絕緣膜不同于所述層間絕緣膜。
13.根據(jù)權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述第一線的寬度被設置 為大于被形成在所述層間絕緣膜中的所述凹槽的寬度。
14.根據(jù)權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，被形成在所述層間絕緣膜 中的所述凹槽的寬度被設置為大于所述第一線的寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體器件和制造半導體器件的方法。提供了一種半導體器件，該半導體器件能夠增加電容器的電容，同時減少襯底上由電容器和電感器占據(jù)的面積。該半導體器件包括第一線；層間絕緣膜，該層間絕緣膜被形成在第一線上，并且具有被形成在與第一線相對應的位置處的凹槽；以及第二線，該第二線被形成在層間絕緣膜的凹槽中。第一線、第二線、以及被形成在第一線和第二線之間的絕緣膜構成電容器。第一線和第二線中的至少一個構成電感器。
文檔編號H01L21/77GK101916759SQ20091025360
公開日2010年12月15日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者厚母敬生 申請人:恩益禧電子股份有限公司