一种低损耗片上电容器的制作方法

1.本技术涉及半导体集成电路技术领域，更具体地说，是涉及一种低损耗片上电容器。


背景技术：

2.片上电容器（on-chip capacitors）在高频射频（radio frequency，rf）电路中的容量和损耗方面是非常重要的考虑因素。随着毫米波（mm-wave）和太赫兹（terahertz）系统的工作频率越来越高以及半导体工艺制程的减小，单器件所占用的版图面积越来越小，需要片上电容器在更小的版图面积下产生更大的电容量及较高的品质因数。
3.金属-氧化物-金属（metal-oxide-metal，mom）电容是集成电路中常用的片上电容，主要利用同层金属的插指结构构造电容，具有电容密度高、线性度好等特点。然而，传统的mom电容器为了增大电容密度，通常采用比较薄、距离较近的金属层形成电容，若采用多层结构则每一层的结构相似，利用这种结构构造大容量的电容时交指的长度过长，存在损耗比较大的问题；此外，毫米波和太赫兹电路中的电感、传输线、互连线等器件与传统的mom电容互连时，需要在不同金属层之间以通孔进行连接，从而增加了电路的寄生参数，影响电路的性能。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种低损耗片上电容器，以解决至少一个上述提出的技术问题。
5.为实现上述目的，本技术提供的低损耗片上电容器，包括第一电极组件和第二电极组件；所述第一电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第一连接件相连；所述第二电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第二连接件相连；所述第一电极组件的金属层的数量与所述第二电极组件的金属层的数量相等，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构；所述第一电极组件的最顶层金属层和所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度不小于预设的第一厚度阈值，所述第一电极组件的其他金属层和所述第二电极组件的其他层金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，所述第一厚度阈值大于所述第二厚度阈值。
6.优选地，所述第一电极组件中除最顶层金属层之外的其他金属层，与所述第二电极组件中除最顶层金属层之外的其他金属层，在竖直方向上也形成相互交指的结构。
7.优选地，所述第一电极组件的各金属层设有相对应的通孔，所述第一连接件为金属连接柱，所述第一电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的通孔的多个金属连接柱相连；所述第二电极组件的各金属层设有相对应的通孔，所述第二连接件为金属连接
柱，所述第二电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的通孔的多个金属连接柱相连。
8.优选地，所述第一电极组件的最顶层金属层包括一个第一矩形金属条以及在所述第一矩形金属条的一侧垂直往外延伸的多个第一栅指；所述第二电极组件的最顶层金属层包括一个第二矩形金属条以及在所述第二矩形金属条的一侧垂直往外延伸的多个第二栅指；所述多个第一栅指与所述多个第二栅指在水平方向上形成相互交指的结构。
9.优选地，所述第一电极组件中除最顶层金属层之外的其他每一金属层，包括多个平铺的第一鱼骨型金属组件；所述第一鱼骨型金属组件包括第一金属主干以及在所述第一金属主干两侧垂直往外延伸的多个第三栅指；每层的每一个第一金属主干与一个第一栅指在竖直方向上对齐；所述第二电极组件中除最顶层金属层之外的其他每一金属层，包括多个平铺的第二鱼骨型金属组件；所述第二鱼骨型金属组件包括第二金属主干以及在所述第二金属主干两侧垂直往外延伸的多个第四栅指；每层的每一个第二金属主干与一个第二栅指在竖直方向上对齐。
10.优选地，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层一一对应；每一金属层中左右相邻的第一鱼骨型金属组件和第二鱼骨型金属组件通过相对侧的各第三栅指和各第四栅指实现水平方向上的相互交指。
11.优选地，上下相邻的金属层中，第一鱼骨型金属组件和第二鱼骨型金属组件通过同一侧的各第三栅指和各第四栅指实现竖直方向上的相互交指。
12.优选地，所述第一栅指和所述第一金属主干上均设有相对应的第一通孔，所述第一连接件为金属连接柱，所述第一电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的第一通孔的多个金属连接柱相连；所述第二栅指和所述第二金属主干上均设有相对应的第二通孔，所述第二连接件为金属连接柱，所述第二电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的第二通孔的多个金属连接柱相连。
13.优选地，所述第一电极组件中相邻的金属层之间为氧化物填充层；所述第二电极组件中相邻的金属层之间为氧化物填充层。
14.优选地，所述第一厚度阈值及所述第二厚度阈值的具体数值依据所述低损耗片上电容器所采用的工艺而定。
15.经由上述的技术方案可知，本技术的低损耗片上电容器包括第一电极组件和第二电极组件。其中，所述第一电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第一连接件相连；同样地，所述第二电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第二连接件相连。所述第一电极组件的金属层的数量与所述第二电极组件的金属层的数量相等，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构，通过所述结构，使得所述第一电极组件与所述第二电极组件具备电容功能。所述第一电极组件的最顶层金属层和所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度不小于预设的第一厚度阈值，所述第
一电极组件的其他金属层和所述第二电极组件的其他层金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，所述第一厚度阈值大于所述第二厚度阈值。由此可知，所述第一电极组件以及所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度相对比较大，而所述第一电极组件以及所述第二电极组件的其他金属层的厚度相对比较小。这样的好处是，一方面，由于第一电极组件的各金属层相互连通，且第二电极组件的各金属层也相互连通，低损耗片上电容器的总电阻等于各金属层的寄生电阻并联的结果，由于最顶层金属层的厚度相对较大，寄生电阻较小，因此，低损耗片上电容器的总电阻即损耗也较小；另一方面，所述第一电极组件以及所述第二电极组件的其他金属层的厚度相对比较小，可以形成小而密的金属交指，从而产生较大的电容容量；再一方面，由于最顶层金属层的厚度相对较大，而毫米波和太赫兹电路中的电感、传输线、互连线等器件通常采用厚金属层作为信号线，因此电感、传输线等rf半导体片上器件可以直接通过所述最顶层金属层接入电容，这使得本技术的低损耗片上电容器具有较好的互连性以及接口兼容性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例公开的低损耗片上电容器的立体示意图；图2为本技术实施例公开的低损耗片上电容器的一个俯视图；图3为本技术实施例公开的低损耗片上电容器在切面一的截面图；图4为本技术实施例公开的低损耗片上电容器在切面二的截面图；图5为本技术实施例公开的低损耗片上电容器的最顶层金属层的俯视图；图6为本技术实施例公开的低损耗片上电容器中包含各层金属层的俯视图；图7示例了本技术实施例公开的第一电极组件中高电容密度部分；图8示例了本技术实施例公开的第一鱼骨型金属组件；图9示例了本技术实施例公开的第一鱼骨型金属组件及第二鱼骨型金属组件；图10示例了本技术实施例公开的第一鱼骨型金属组件及第二鱼骨型金属组件的相互交指结构。
具体实施方式
18.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.下面介绍本技术实施例提供的低损耗片上电容器。请同时参阅图1至图3，本技术实施例提供的低损耗片上电容器可以包括第一电极组件100和第二电极组件200。
20.其中，第一电极组件100包括多个金属层，第一电极组件100上的各金属层通过多个第一连接件相连。
21.第二电极组件200包括多个金属层，第二电极组件200上的各金属层通过多个第二连接件相连。
22.第一电极组件100的金属层的数量与第二电极组件200的金属层的数量相等，第一电极组件100的各金属层与第二电极组件200的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构。
23.第一电极组件100以及第二电极组件200的最顶层金属层001的厚度不小于预设的第一厚度阈值，第一电极组件100以及第二电极组件200的其他金属层002中的每一金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，其中，第一厚度阈值大于第二厚度阈值。
24.本技术的低损耗片上电容器包括第一电极组件和第二电极组件。其中，所述第一电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第一连接件相连；同样地，所述第二电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第二连接件相连。所述第一电极组件的金属层的数量与所述第二电极组件的金属层的数量相等，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构，通过所述结构，使得所述第一电极组件与所述第二电极组件具备电容功能。所述第一电极组件的最顶层金属层和所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度不小于预设的第一厚度阈值，所述第一电极组件的其他金属层和所述第二电极组件的其他层金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，所述第一厚度阈值大于所述第二厚度阈值。由此可知，所述第一电极组件以及所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度相对比较大，而所述第一电极组件以及所述第二电极组件的其他金属层的厚度相对比较小。这样的好处是，一方面，由于第一电极组件的各金属层相互连通，且第二电极组件的各金属层也相互连通，低损耗片上电容器的总电阻等于各金属层的寄生电阻并联的结果，由于最顶层金属层的厚度相对较大，寄生电阻较小，因此，低损耗片上电容器的总电阻即损耗也较小；另一方面，所述第一电极组件以及所述第二电极组件的其他金属层的厚度相对比较小，可以形成小而密的金属交指，从而产生较大的电容容量；再一方面，由于最顶层金属层的厚度相对较大，而毫米波和太赫兹电路中的电感、传输线、互连线等器件通常采用厚金属层作为信号线，因此电感、传输线等rf半导体片上器件可以直接通过所述最顶层金属层接入电容，这使得本技术的低损耗片上电容器具有较好的互连性以及接口兼容性。
25.在本技术的一些实施例中，第一电极组件100中相邻的金属层之间为氧化物填充层，同样地，第二电极组件200中相邻的金属层之间也为氧化物填充层，在各金属层与各氧化物层共同构成mom（metal-oxide-metal，金属-氧化物-金属）电容。
26.在本技术的一些实施例中，前面提及的第一厚度阈值及第二厚度阈值的具体数值依据所述低损耗片上电容器所采用的工艺而定。
27.示例性地，在某种工艺下，该第一厚度阈值可以为3.5μm，该第一厚度阈值可以为0.145μm。在这种厚度配置下，第一电极组件100的最顶层金属层和第二电极组件200的最顶层金属层的厚度不小于3.5μm，第一电极组件100的其他金属层和第二电极组件200的其他层金属层的厚度不大于0.145μm，具体的厚度值可根据实际需要而定，可以理解，第一电极组件100和第二电极组件200的最顶层金属层形成低损耗电容部分；第一电极组件100和第二电极组件200的其他金属层形成高电容密度部分。这种配置使得低损耗片上电容器顶层的厚度能够适配于rf半导体片上器件的其他连接件，降低整体电阻损耗的同时，提高了接
口兼容性以及电容容量。
28.在本技术的一些实施例中，如图4所示，第一电极组件100中除最顶层金属层之外的其他金属层，与第二电极组件200中除最顶层金属层之外的其他金属层，在竖直方向上也形成相互交指的结构。
29.在本技术的一些实施例中，第一电极组件100的各金属层设有相对应的通孔，第一连接件为金属连接柱，第一电极组件100的各金属层通过贯穿于每一金属层的通孔的多个金属连接柱相连。
30.同样地，第二电极组件200的各金属层设有相对应的通孔，第二连接件为金属连接柱，第二电极组件200的各金属层通过贯穿于每一金属层的通孔的多个金属连接柱相连。
31.在本技术的一些实施例中，请同时参阅图1、图2和图5所示，第一电极组件100的最顶层金属层包括一个第一矩形金属条101以及在第一矩形金属条101的一侧垂直往外延伸的多个第一栅指102。
32.第二电极组件200的最顶层金属层包括一个第二矩形金属条201以及在第二矩形金属条201的一侧垂直往外延伸的多个第二栅指202。
33.各第一栅指102与各第二栅指202在水平方向上形成相互交指的结构。
34.在本技术的一些实施例中，请同时参阅图6至图9，第一电极组件100中除最顶层金属层之外的其他每一金属层，包括多个平铺的第一鱼骨型金属组件120；第一电极组件100的最顶层金属层的每一个第一栅指102，均对应有分布于其底下各金属层的第一鱼骨型金属组件120。
35.其中，第一鱼骨型金属组件120包括第一金属主干121以及在第一金属主干121两侧垂直往外延伸的多个第三栅指122。
36.每层的第一金属主干121均与第一电极组件100的最顶层金属层的一个第一栅指102在竖直方向上对齐。
37.同样地，与第一电极组件100相仿，第二电极组件200中除最顶层金属层之外的其他每一金属层，包括多个平铺的第二鱼骨型金属组件220；第二电极组件200的最顶层金属层的每一个第二栅指202，均对应有分布于其底下各金属层的第二鱼骨型金属组件220。
38.其中，第二鱼骨型金属组件220包括第二金属主干221以及在第二金属主干221两侧垂直往外延伸的多个第四栅指222。
39.每层的第二金属主干221均与第二电极组件200的最顶层金属层的一个第二栅指202在竖直方向上对齐。
40.在本技术的一些实施例中，第一电极组件100的各金属层与第二电极组件200的各金属层一一对应，如图9和图10所示，每一金属层中左右相邻的第一鱼骨型金属组件120和第二鱼骨型金属组件220通过相对侧的各第三栅指122和各第四栅指222实现水平方向上的相互交指。
41.在本技术的一些实施例中，上下相邻的金属层中，第一鱼骨型金属组件120和第二鱼骨型金属组件220通过同一侧的各第三栅指122和各第四栅指222实现竖直方向上的相互交指。
42.具体地，请同时参阅图7，图7出示了第一电极组件100中多个金属层中的第一鱼骨型金属组件120，从图中可见，每一层的第一鱼骨型金属组件120中的第一金属主干121在竖
直方向上对齐，而各相邻层的第三栅指122则相互错开一个指位。第二电极组件200的结构与第一电极组件100的结构相仿，因此，第一电极组件100与第二电极组件200组合后，则可以构成如图4所示的在水平方向以及竖直方向上均相互交指的结构。
43.在本技术的一些实施例中，请同时参阅图7和图9，第一栅指102和第一金属主干121上均设有相对应的第一通孔123，前面提及的第一连接件为金属连接柱，第一电极组件100的各金属层通过贯穿于每一金属层的第一通孔123的多个金属连接柱300相连。
44.同样地，第二栅指202和第二金属主干221上均设有相对应的第二通孔223，前面提及的第二连接件为金属连接柱，第二电极组件200的各金属层通过贯穿于每一金属层的第二通孔223的多个金属连接柱相连。
45.综上所述：本技术的低损耗片上电容器包括第一电极组件和第二电极组件。其中，所述第一电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第一连接件相连；同样地，所述第二电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第二连接件相连。所述第一电极组件的金属层的数量与所述第二电极组件的金属层的数量相等，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构，通过所述结构，使得所述第一电极组件与所述第二电极组件具备电容功能。所述第一电极组件的最顶层金属层和所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度不小于预设的第一厚度阈值，所述第一电极组件的其他金属层和所述第二电极组件的其他层金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，所述第一厚度阈值大于所述第二厚度阈值。由此可知，所述第一电极组件以及所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度相对比较大，而所述第一电极组件以及所述第二电极组件的其他金属层的厚度相对比较小。这样的好处是，一方面，由于第一电极组件的各金属层相互连通，且第二电极组件的各金属层也相互连通，片上电容器的总电阻等于各金属层的寄生电阻并联的结果，由于最顶层金属层的厚度相对较大，寄生电阻较小，因此，片上电容器的总电阻即损耗也较小；另一方面，所述第一电极组件以及所述第二电极组件的其他金属层的厚度相对比较小，可以形成小而密的金属交指，从而产生较大的电容容量；再一方面，由于最顶层金属层的厚度相对较大，而毫米波和太赫兹电路中的电感、传输线、互连线等器件通常采用厚金属层作为信号线，因此电感、传输线等rf半导体片上器件可以直接通过所述最顶层金属层接入电容，这使得本技术的片上电容器具有较好的互连性以及接口兼容性。
46.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
47.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
48.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种低损耗片上电容器，其特征在于，包括第一电极组件和第二电极组件；所述第一电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第一连接件相连；所述第二电极组件包括多个金属层，各金属层通过多个第二连接件相连；所述第一电极组件的金属层的数量与所述第二电极组件的金属层的数量相等，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构；所述第一电极组件的最顶层金属层和所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度不小于预设的第一厚度阈值，所述第一电极组件的其他金属层和所述第二电极组件的其他层金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，所述第一厚度阈值大于所述第二厚度阈值。2.根据权利要求1所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一电极组件中除最顶层金属层之外的其他金属层，与所述第二电极组件中除最顶层金属层之外的其他金属层，在竖直方向上也形成相互交指的结构。3.根据权利要求1或2所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一电极组件的各金属层设有相对应的通孔，所述第一连接件为金属连接柱，所述第一电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的通孔的多个金属连接柱相连；所述第二电极组件的各金属层设有相对应的通孔，所述第二连接件为金属连接柱，所述第二电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的通孔的多个金属连接柱相连。4.根据权利要求1或2所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一电极组件的最顶层金属层包括一个第一矩形金属条以及在所述第一矩形金属条的一侧垂直往外延伸的多个第一栅指；所述第二电极组件的最顶层金属层包括一个第二矩形金属条以及在所述第二矩形金属条的一侧垂直往外延伸的多个第二栅指；所述多个第一栅指与所述多个第二栅指在水平方向上形成相互交指的结构。5.根据权利要求4所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一电极组件中除最顶层金属层之外的其他每一金属层，包括多个平铺的第一鱼骨型金属组件；所述第一鱼骨型金属组件包括第一金属主干以及在所述第一金属主干两侧垂直往外延伸的多个第三栅指；每层的每一个第一金属主干与一个第一栅指在竖直方向上对齐；所述第二电极组件中除最顶层金属层之外的其他每一金属层，包括多个平铺的第二鱼骨型金属组件；所述第二鱼骨型金属组件包括第二金属主干以及在所述第二金属主干两侧垂直往外延伸的多个第四栅指；每层的每一个第二金属主干与一个第二栅指在竖直方向上对齐。6.根据权利要求5所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层一一对应；每一金属层中左右相邻的第一鱼骨型金属组件和第二鱼骨型金属组件通过相对侧的各第三栅指和各第四栅指实现水平方向上的相互交指。7.根据权利要求6所述的低损耗片上电容器，其特征在于，上下相邻的金属层中，第一鱼骨型金属组件和第二鱼骨型金属组件通过同一侧的各第三栅指和各第四栅指实现竖直
方向上的相互交指。8.根据权利要求6所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一栅指和所述第一金属主干上均设有相对应的第一通孔，所述第一连接件为金属连接柱，所述第一电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的第一通孔的多个金属连接柱相连；所述第二栅指和所述第二金属主干上均设有相对应的第二通孔，所述第二连接件为金属连接柱，所述第二电极组件的各金属层通过贯穿于每一金属层的第二通孔的多个金属连接柱相连。9.根据权利要求1或2所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一电极组件中相邻的金属层之间为氧化物填充层；所述第二电极组件中相邻的金属层之间为氧化物填充层。10.根据权利要求1或2所述的低损耗片上电容器，其特征在于，所述第一厚度阈值及所述第二厚度阈值的具体数值依据所述低损耗片上电容器所采用的工艺而定。

技术总结
本申请公开了一种低损耗片上电容器，包括第一电极组件和第二电极组件；第一电极组件及第二电极组件均包括多个金属层，各金属层通过多个连接件相连；所述第一电极组件的金属层的数量与所述第二电极组件的金属层的数量相等，所述第一电极组件的各金属层与所述第二电极组件的各金属层在水平方向上形成相互交指的结构；所述第一电极组件的最顶层金属层和所述第二电极组件的最顶层金属层的厚度不小于预设的第一厚度阈值，所述第一电极组件的其他金属层和所述第二电极组件的其他层金属层的厚度不大于预设的第二厚度阈值，所述第一厚度阈值大于所述第二厚度阈值。本申请的低损耗片上电容器具有较小的损耗、较大的电容容量以及较好的接口兼容性。好的接口兼容性。好的接口兼容性。


技术研发人员：董锐冰 刘树功 柴玉汶 邢阳
受保护的技术使用者：广东大湾区空天信息研究院
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/7/12