金属-绝缘体-金属电容器及其形成方法与流程

1.本公开总体涉及金属-绝缘体-金属电容器及其形成方法。


背景技术：

2.通常，电容器包括位于电介质或其他电介质层的相对侧的两个导电电极，并且可以基于用于形成电容器的材料进行分类。例如，在金属-绝缘体-金属(mim)电容器中，顾名思义，电极基本上包括金属材料并且绝缘体可以包括电介质层。mim电容器的优势在于它们在施加到其上的相对宽的电压范围内具有相对恒定的电容值。mim电容器还表现出相对较小的寄生电阻。
3.在集成电路设计中，片上电容器用于各种应用，包括动态随机存取存储器(dram)、压控振荡器(vco)、锁相环、运算放大器和其他电路设计。片上电容器也可以用作去耦电容器，其被配置为减轻可能由集成电路上的逻辑器件的开关引起的开关噪声。


技术实现要素：

4.根据本公开的一个方面，提供了一种具有金属-绝缘体-金属mim电容器的集成电路ic器件，所述mim电容器包括：顶部电极极板；底部电极极板；多个中间电极极板，堆叠在所述顶部电极极板和所述底部电极极板之间；以及多个电介质层，将所述顶部电极极板、所述底部电极极板中的每一个和所述多个中间电极极板中的每一个与所述mim电容器的相邻的电极极板分开，其中，所述多个中间电极极板中的每一个的厚度大于所述顶部电极极板和所述底部电极极板的厚度。
5.根据本公开的另一方面，提供了一种用于在集成电路ic器件上的第一导电过孔和第二导电过孔之间制造金属-绝缘体-金属mim电容器的方法，包括：确定所述ic器件的封装谐振频率是否大于阈值频率；基于所述mim电容器的电极极板的默认极板计数以及所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的默认距离来确定所述mim电容器的电容；在所述ic器件的封装谐振频率不大于所述阈值频率且所述mim电容器的电容不满足预定性能标准时，增加所述mim电容器的电极极板的极板计数；以及在所述ic器件的封装谐振频率大于所述阈值频率且所述mim电容器的电容不满足所述mim电容器的设计要求时，减小所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的距离。
6.根据本公开的又一方面，提供了一种制造包括金属-绝缘体-金属mim电容器的集成电路ic器件的方法，包括：在绝缘材料层之上形成底部电极极板；在所述底部电极极板之上形成第一电介质材料层；在所述第一电介质材料层之上形成多个中间电极极板，其中，所述中间电极极板中的每一个的厚度大于所述底部电极极板的厚度；在所述多个中间电极极板之上形成第二电介质材料层；在所述第二电介质材料层之上形成顶部电极极板，其中，所述顶部电极极板的厚度小于所述中间电极极板中的每一个的厚度；以及横向临近所述mim电容器的电极极板形成一对导电过孔，其中，该对导电过孔中的每一个导电地耦合到所述mim电容器的至少两个电极极板。
附图说明
7.在结合附图阅读时，可以通过下面的具体实施方式来最佳地理解本公开的各方面。应当注意的是，根据行业的标准实践，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚起见，各种特征的尺寸可能被任意地增大或减小了。
8.图1a是包括位于两个导电过孔之间的金属-绝缘体-金属(mim)电容器的集成电路(ic)器件的一部分的示例性结构的垂直截面图。
9.图1b是示意性地示出mim电容器的总电容的图1a的示例性结构的垂直截面图。
10.图1c是图1a和图1b所示的mim电容器的中心区域的放大垂直截面图。
11.图2是示出在200mhz的封装谐振频率下作为中间电极极板的厚度的函数的mim电容器的归一化电容的曲线图。
12.图3是示出具有不同中间电极极板厚度的三个mim电容器的作为封装谐振频率的函数的有效电容的曲线图。
13.图4是包括mim电容器和多个导电过孔的集成电路(ic)器件的一部分的示例性结构的水平截面图。
14.图5是示出根据本公开的实施例的导电过孔的阵列的布置的示例性结构的水平截面图。
15.图6是示出根据本公开的实施例的导电过孔的阵列的另一种布置的示例性结构的水平截面图。
16.图7是示出根据本公开的实施例的导电过孔的阵列的又一种布置的示例性结构的水平截面图。
17.图8是示出根据本公开的实施例的导电过孔的阵列的又一种布置的示例性结构的水平截面图。
18.图9a和图9b是图8的示例性结构沿着线a-a’的垂直截面图，其示出了根据本公开的各种实施例的导电过孔之间的mim电容器的不同配置。
19.图10是示出具有40mhz和200mhz谐振频率的ic器件封装件的作为过孔到过孔距离的函数的mim电容器的导纳(admittance)的曲线图。
20.图11a是示出根据本公开的实施例的设计耦合在ic器件中的第一过孔和第二过孔之间的mim电容器的方法的流程图。
21.图11b是示意性地示出可以用于执行图11a的方法的处理设备的框图。
22.图12是示出根据本公开的实施例的具有200mhz谐振频率的ic器件封装件的作为过孔到过孔距离的函数的具有不同板厚度的mim电容器的导纳的曲线图。
23.图13是示出根据本公开的实施例的具有200mhz谐振频率的ic器件封装件的作为过孔到过孔距离的函数的具有不同板开口尺寸的mim电容器的导纳的曲线图。
24.图14是示出根据本公开的实施例的具有不同mim电容器的ic器件的作为过孔到过孔距离的函数的最小v
dd
的曲线图。
25.图15是示出针对不同的mim电容器配置的作为过孔到过孔距离的函数的ic器件的操作速度的增益百分比的曲线图。
26.图16是示出针对不同的mim电容器配置的作为过孔到过孔距离的函数的ic器件的最小环频率(ring frequency)的曲线图。
27.图17a-图17q是示出根据本公开的各种实施例的在形成mim电容器期间的示例性结构的顺序垂直截面图。
28.图18是示出本公开的方法的一般处理步骤的流程图。
具体实施方式
29.下面的公开内容提供了用于实现所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅是示例而不旨在进行限制。例如，下面的描述中，在第二特征之上或在第二特征上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可在第一特征和第二特征之间形成附加特征使得第一特征和第二特征可不直接接触的实施例。此外，本公开在各个示例中可以重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身并不表示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
30.此外，本文可能使用了空间相关术语(例如，“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等)，以易于描述如图中所示的一个要素或特征与另外(一个或多个)要素或(一个或多个)特征的关系。这些空间相关术语旨在涵盖器件在使用或操作中处于除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文使用的空间相关描述符可类似地进行相应解释。
31.本公开涉及半导体器件，并且更具体地，涉及具有金属-绝缘体-金属(mim)电容器的半导体器件。mim电容器是一种包括由一薄层电介质材料隔开的顶部金属极板和底部金属极板的电容器。mim电容器的优势在于，它们在施加于其上的相对宽的电压范围内具有相对恒定的电容值。mim电容器也表现出相对较小的寄生电阻。在集成电路设计中，诸如mim电容器之类的片上电容器可以用于各种应用，包括动态随机存取存储器(dram)、压控振荡器(vco)、锁相环、运算放大器和其他电路设计。片上电容器也可以用作去耦电容器，其可以降低可能由集成芯片内的逻辑器件的开关而引起的电源线上的噪声。例如，片上电容器可以用于降低由于由集成电路(即，芯片)内的输入/输出(i/o)和核心电路的同时开关所引起的电源线上的电压降而引起的开关噪声。在没有去耦电容器的情况下，该开关噪声可能增加信号延迟，从而降低集成电路的工作频率，并且还可能导致集成电路内的逻辑电路中的无意状态转换。
32.需要增加电容器的电容，因为这种增加的电容可以提高性能。电容可以(以法拉为单位)表示为其中ε是电介质材料的介电常数(绝对的，非相对的)，a是极板重叠的面积(以平方米为单位)，并且d是极板之间的距离(以米为单位)。因此，随着极板重叠的面积的增加，电容也可以以直接关系增加。因此，一种增加电容的解决方案是增加金属极板的面积。然而，在半导体器件制造的背景下，增加极板的面积会降低最终可在衬底上制造的器件的面积密度，因为增加的mim占用空间(footprint)将耗尽其他器件的可用空间。
33.本公开的各种实施例涉及包括金属-绝缘体-金属(mim)电容器的集成电路(ic)器件，该电容器具有顶部电极极板、底部电极极板和位于顶部电极极板与底部电极极板之间的多个中间电极极板。多个电介质层可以将mim电容器的每个电极极板与mim电容器的相邻极板分开。每个中间电极极板的厚度可以大于顶部电极极板和底部电极极板的厚度。通过
在mim电容器的顶部电极极板和底部电极极板之间提供多个中间电极极板，并将最大的极板厚度分配给中间极板，可以在ic器件的给定区域中增加电容密度，这可以提供更高性能的ic器件，同时不会增加mim电容器的整体占用空间。因此，可以为其他器件提供额外的空间。
34.图1a是包括位于两个导电过孔101和103之间的金属-绝缘体-金属(mim)电容器105的集成电路(ic)器件100的一部分的示例性结构的垂直截面图。参考图1a，在各种实施例中，mim电容器105可以位于ic器件100的互连结构中。互连结构可以包括多个金属互连特征，例如金属线107、108、109和110以及过孔101、103，它们可以部分或完全嵌入在(一种或多种)电介质材料118、119、120、121中。互连结构的金属互连特征可以电连接到ic器件100的器件结构。器件结构可以是半导体器件结构，例如逻辑晶体管、存储器单元、二极管、光电传感器等。在一些实施例中，可以使用前段制程(feol)工艺在半导体材料衬底(图1a中未示出)之上和/或之中形成器件结构。在各种实施例中，包括金属特征101、103、107、108、109、110和一个或多个mim电容器105的互连结构可以形成在半导体材料衬底之上，并且使用后段制程(beol)工艺在其上形成器件结构。
35.再次参考图1a，ic器件100的互连结构可以包括多个金属层m1、m2(每个金属层包含金属特征107、108、109和110)，以及在相应金属层m1、m2之间的电介质材料层119和120。电介质材料层118、119、120和121可以由合适的电介质材料构成，例如氧化硅(sio2)、氮化硅(sin、si3n4)、碳化硅(sic)、未掺杂的硅酸盐玻璃(usg)、掺杂的硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、无定形氟化碳、其多孔变体或其组合。其他电介质材料在本公开的预期范围内。电介质材料层120可以由与电介质材料层118和119不同的电介质材料构成。在各种实施例中，电介质材料层120可以是蚀刻停止层，其具有与相邻的电介质材料层118和119的(一种或多种)材料不同的蚀刻特性(例如，更高的抗蚀刻性)。在一个非限制性实施例中，电介质材料层119可以包括氧化硅，并且电介质材料层120可以包括氮化硅。电介质材料层119可以具有厚度t
height
，该厚度大于电介质材料层120的厚度。
36.多个导电过孔101、103可以延伸穿过电介质材料层119、120以电耦合不同金属层m1、m2的金属特征107、108、109和110。在各种实施例中，导电过孔101、103可以包括沿着每个导电过孔的侧壁和底表面的阻挡层104，以及阻挡层104内部的金属填充材料106。阻挡层104可以包括tin、tan、wn、tic、tac和wc或其组合的层。用于阻挡层104的其他合适的材料在本公开的预期范围内。金属填充材料106可以包括合适的导电材料，例如，铜(cu)、钨(w)、铝(al)、铝铜(alcu)、铝硅铜(alsicu)、钴(co)、钌(ru)、钼(mo)、钽(ta)、钛(ti)、其合金、其组合等。其他导电材料在本公开的预期范围内。
37.金属特征107、108、109和110可以由与导电过孔101、103相同的(一种或多种)导电材料构成，或者可以由不同的(一种或多种)导电材料构成。此外，金属特征107、108、109还可以可选地包括在金属特征107、108、109和110的一个或多个外表面之上的阻挡层(图1a中未示出)以及阻挡层内部的金属填充材料。
38.尽管图1a所示的互连结构的示例性部分包括两个金属层m1和m2，但是应当理解，根据各种实施例的互连结构可以包括多于两个的金属层。
39.在各种实施例中，mim电容器105可以位于ic器件100的互连结构的两个金属层m1和m2之间。在图1a所示的示例性实施例中，mim电容器105可以位于下层金属层m1和上覆的金
属层m2之间。在一些实施例中，上覆于mim电容器105上的金属层m2可以是再分布层。再分布层可以是ic器件(即，芯片)上的金属层，其再分布集成电路的输入-输出焊盘，使得可以在ic器件100的另一位置进行电连接。以此方式，再分布层可以提供对输入-输出焊盘的更方便的访问。使用再分布层的另一示例可以是在ic器件100周围散布(即，分布)接触点，使得可以施加焊球，并且安装的热应力可以散布(即，分布)在整个管芯中。在各种实施例中，形成再分布层的金属层m2可以包括多个金属特征107、108、和位于金属特征107、108的上表面和侧表面之上以及电介质材料层119的上表面之上的电介质材料层121。在各种实施例中，电介质材料层121可以由与电介质材料层119不同的电介质材料构成。在一个非限制性实施例中，电介质材料层119可以包括氧化硅，并且电介质材料层121可以包括氮化硅。尽管图1a的示例性实施例示出了再分布层(m2)和下层金属层(m1)之间的mim电容器，但是应当理解，根据各种实施例的mim电容器105可以位于ic器件100的互连结构的任何金属层之间。
40.mim电容器105可以包括多个垂直堆叠的金属层，其也可以被称为电极极板。参考图1a，mim电容器105可以包括分别最接近金属层m1和m2的一对外部电极极板125a、125b。最上面的外部电极极板125b也可以称为顶部电极极板，并且最下面的外部电极极板125a也可以称为底部电极极板。mim电容器105还包括多个中间电极极板127a、127b和127c，它们可以位于顶部电极极板125b和底部电极极板125a之间。尽管图1a的示例性实施例示出了位于顶部电极极板125b和底部电极极板125a之间的三个中间电极极板127a、127b和127c，但是应当理解，根据各种实施例的mim电容器105可以在顶部电极极板125b和底部电极极板125a之间包括多于或少于三个中间电极极板。在一些实施例中，根据各种实施例的mim电容器105可以在顶部电极极板125b和底部电极极板125a之间包括至少两个中间电极极板127。
41.mim电容器105的电极极板125(125a、125b)和127(127a、127b、127c)中的每一个可以通过电介质材料层129与mim电容器105的相邻电极极板125、127分离。电极极板125、127之间的电介质材料层129可以由与电介质材料层119不同的电介质材料构成。在一些实施例中，电介质材料层129可以由高k电介质材料构成。高k电介质材料的示例包括但不限于氧化铪(hfo2)、氧化铪硅(hfsio)、氧化铪钽(hftao)、氧化铪钛(hftio)、氧化铪锆(hfzro)、氧化锆(zro2)、氧化钛(tio2)、氧化铝(al2o3)、氧化铪氧化铝(hfo
2-al2o3)、氧化钽(ta2o5)，sio
x
/siny/sio
x
或铁电体。其他合适的电介质材料在本公开的预期范围内。
42.如上所述，mim电容器105可以位于两个导电过孔101、103之间。在各种实施例中，mim电容器105的电极极板125和127中的每一个可以导电地耦合到相邻的导电过孔101和103中的一个。在图1a所示的示例性实施例中，包括中间电极极板127a和中间电极极板127c的第一组电极极板导电地耦合到导电过孔101，并且包括外部电极极板125a、中间电极极板127b和外部电极极板125b的第二组电极极板导电地耦合到导电过孔103。在各种实施例中，mim电容器105的相邻电极极板可以分别交替地耦合到第一过孔101和第二过孔103。
43.在图1a所示的实施例中，mim电容器105包括奇数个中间电极极板127，使得外部电极极板125a和125b都耦合到同一导电过孔103，并且耦合到另一导电过孔101的中间极板127a、127c的数量大于与外部电极极板125a、125b一样耦合到导电过孔103的中间极板127b的数量。在替代实施例中，中间极板的总数可以是偶数。在这样的实施例中，外部电极极板125a和125b可以各自耦合到不同的导电过孔101、103，并且耦合到导电过孔101和103中的每一个的中间电极极板127的数量可以相等。
44.电极极板125和127可以由合适的导电材料构成，该导电材料可以是与导电过孔101和103的材料相同的材料或不同的材料。用于电极极板125和127的合适的导电材料可以包括但不限于，铜(cu)、钨(w)、铝(al)、铝铜(alcu)、铝硅铜(alsicu)、钴(co)、钌(ru)、钼(mo)、钽(ta)、钛(ti)、其合金、其组合等。其他导电材料在本公开的预期范围内。此外，至少一些导电极板125和/或127可以进一步包括位于导电极板125、127的一个或多个外表面之上的阻挡层，该阻挡层可以由合适的金属氮化物和/或金属碳化物材料构成。
45.在各种实施例中，在ic器件100的操作期间，可以将不同的电压施加到mim电容器105的相对侧的导电过孔101和103。在一个非限制性示例中，导电过孔101/103中的一个可以电耦合到地，并且另一导电过孔101/103可以电耦合到不同的非零电压，该非零电压可以是电源电压。在一些实施例中，导电过孔101/103中的一个可以连接到正电源电压(例如，v
dd
)，并且另一导电过孔101/103可以连接到地电压(例如，v
ss
)。导电过孔101/103中的一个可以用于将正电源电压(例如，v
dd
)耦合到ic器件100的一个或多个场效应晶体管(fet)的(一个或多个)源极端子，并且另一导电过孔101/103可以用于将ic器件100的一个或多个场效应晶体管的(一个或多个)漏极端子耦合到地电压(例如，v
ss
)。
46.图1b是示意性地示出mim电容器105的总电容(c
mim
)的示例性结构的垂直截面图。mim电容器105可以包括中心区域130，在中心区域130中的所有电极极板125、127在垂直(z轴)方向上重叠。mim电容器105可以具有外部电极极板125a和中间电极极板127a之间的第一电容c1、中间电极极板127a和中间电极极板127b之间的第二电容c2、中间电极极板127b和中间电极极板127c之间的第三电容c3、以及中间电极极板127c和外部电极极板125b之间的第四电容c4。第一过孔101和第二过孔103之间的总电容c
mim
可以是这些电容的总和，或者c
mim
＝c1 c2 c3 c4。
47.对最大电容c
mim
有若干限制，其可以使用如图1a和图1b所示的mim电容器105在第一过孔101和第二过孔103之间实现。如上所述，可通过增加电极极板重叠的面积来增加mim电容器105的总电容。然而，增加电极极板重叠面积也可能需要增加导电过孔101、103之间的横向间距(即，沿着图1b中的x轴方向)。这可能对ic器件100的设计和性能产生许多不良影响，例如，降低ic器件100的密度和/或需要更大的芯片面积。此外，增加过孔间距可能会导致电路经历更大的电压降和/或更低的工作频率。另一种可以用于增加总电容的技术是增加垂直堆叠中的电极极板的总数。然而，添加额外的电极极板需要额外的处理步骤，这可能会增加制造时间和成本。此外，由于沿着垂直(z轴)方向的可用空间受到电介质层119的厚度t
height
的限制，因此可以堆叠在导电过孔101和103之间的电极极板的数量是有限的。
48.根据本公开的各种实施例，具有增加的电容的mim电容器105可以包括具有比外部电极极板125的厚度更大的厚度的中间电极极板127。通过将mim电容器105的总极板厚度的更大份额分配给中间电极极板127，可以在不增加mim电容器105的整体尺寸的情况下增加mim电容器105的总电容c
mim
。增加中间电极极板127的厚度可降低中间极板中的电阻，并增加mim电容器105的总电容c
mim
。这在图1c中示意性地示出，图1c是图1a和图1b中所示的mim电容器105的中心区域130的放大截面图。如图1c示意性地所示，随着中间电极极板127的电阻的减小，电流增加，从而每个极板的电荷积累增加。中间电极极板127上电荷积累的增加发生在极板127的两侧，每一侧都与mim电容器105的另一电极极板相邻。这种增加的电荷积累可以增加中间电极极板127的两侧的电容。相比之下，每个外部电极极板125仅与一个另
一极板相邻。因此，外部极板125上电荷积累的增加可能仅增加外部极板125的单侧的电容。因此，通过为中间电极极板127提供最大的极板厚度，可以增加mim电容器105的总电容c
mim
。
49.在各种实施例中，每个中间电极极板127a、127b、127c的厚度(t
int.plate
)可以大于mim电容器105的外部电极极板125a、125b的厚度(t
out.plate
)。在实施例中，中间电极极板127a、127b、127c的厚度(t
int.plate
)可以至少为50nm，例如在50nm和100nm之间，并且外部电极极板125a、125b的厚度(t
out.plate
)可以小于50nm，例如在10nm和45nm之间。电介质材料层129的厚度(t
insulator
)可以小于电极极板125a、125b、127a、127b、127c的厚度。在各种实施例中，导电过孔101和103的宽度102可以在约1μm到约10μm之间的范围内，但是可以使用更厚或更薄的导电过孔。
50.再次参考图1a，中间电极极板127a、127b和127c中的每一个可以包括与导电过孔101、103接触的第一水平延伸段131、延伸到mim电容器105的中心区域130(参见图1b)中的第二水平延伸段133、以及在第一水平延伸段131和第二水平延伸段133之间延伸的垂直延伸段132。第二水平延伸段133的上表面可以高于第一水平延伸段131的上表面。在实施例中，外部电极极板中的至少一个(例如，如图1a所示的底部电极极板125a)可以在导电过孔101、103与mim电容器105的中心区域130之间在水平方向上连续地延伸。在一些实施例中，外部电极极板中的至少一个(例如，如图1a所示的顶部电极极板125b)可以包括与导电过孔101、103接触的第一水平延伸段、延伸到mim电容器105的中心区域130中的第二水平延伸段、以及在第一和第二水平延伸段之间延伸的垂直延伸段。间隙134可以存在于每个电极极板125a、125b、127a、127b、127c的外围边缘与相应电极极板125a、125b、127a、127b、127c未导电地耦合到的导电过孔101、103之间。
51.图2是示出在200mhz的封装谐振频率下作为中间电极极板的厚度的函数的mim电容器的归一化电容的曲线图。如图2所示，增加中间电极极板的厚度可以使电容增加约20％。图3是示出具有不同中间电极极板厚度的三个mim电容器的作为封装谐振频率的函数的有效电容的曲线图。参考图3，在200mhz的封装谐振频率下，最高有效电容是具有最厚中间电极极板的mim电容器(曲线301)，其次是具有中等厚度中间电极极板的mim电容器(曲线303)，以及具有最薄中间电极极板的mim电容器(曲线305)。
52.图4是包括mim电容器105和多个导电过孔101和103的集成电路(ic)器件100的一部分的示例性结构的水平截面图。参考图4，例如图1a-图1c所示的mim电容器105以水平截面图(即，以x-y平面)示出。mim电容器105在多个导电过孔之间延伸，包括中心导电过孔101和围绕中心导电过孔101的四个外围导电过孔103a、103b、103c和103d。中心过孔101可以连接到第一电压，并且外围导电过孔103a、103b、103c和103d可以连接到不同于第一电压的第二电压。mim电容器105可以是单元电容器，其包括导电地耦合到中心导电过孔101的第一多个电极极板和导电地耦合到外围导电过孔103a、103b、103c和103d的第二多个电极极板。在一些实施例中，中心导电过孔101可以连接到正电源电压(例如，v
dd
)并且外围导电过孔103a、103b、103c和103d可以连接到地电压(例如，v
ss
)。图4还以水平(x-y)平面示出了过孔开口的宽度401和过孔101、103的宽度403。图4附加地示出了电极极板的外围边缘与相应电极极板未导电地耦合到的(一个或多个)导电过孔101、103a、103b、103c之间的间隙134。在图4所示的实施例中，位于连接到第一电压的中心导电过孔101和连接到第二电压的外围导电过孔103a、103b、103c、103d之间的过孔到过孔间距405是均匀的。
53.图5是示出根据本公开的实施例的导电过孔101、103的阵列的布置的示例性结构的水平截面图。参考图5，过孔101、103可以布置为矩形阵列图案。交替行的过孔101、103可以连接到不同的电压。如图5所示，例如，过孔101-1至101-8可以连接到第一电压，并且过孔103-1至103-8可以连接到不同于第一电压的第二电压。在一些实施例中，过孔101-1至101-8可以连接到正电源电压(例如，v
dd
)，并且过孔103-1至103-8可以连接到地电压(例如，v
ss
)。多个mim电容器(图5中未示出)可以位于连接到不同电压的相邻过孔101、103之间。在图5的过孔阵列中，连接到不同电压的相邻过孔101和103之间的过孔到过孔间距是不均匀的。具体地，沿着y轴方向间隔开的相邻过孔(例如，过孔101-2和103-2)具有第一过孔到过孔间距d1，而在对角线方向上间隔开的相邻过孔(例如，过孔101-2和103-1)具有大于d1的第二过孔到过孔间距d2。
54.图6是示出根据本公开的实施例的导电过孔101、103的阵列的另一种布置的示例性结构的水平截面图。参考图6，过孔101、103可以布置为矩形阵列图案。图6的布置与图5所示的布置的不同之处在于，在x轴和y轴方向两者上的交替过孔101、103可以连接到不同的电压。在一些实施例中，过孔101-1至101-8可以连接到正电源电压(例如，v
dd
)，并且过孔103-1至103-8可以连接到地电压(例如，v
ss
)。多个mim电容器(图6中未示出)可以位于连接到不同电压的相邻过孔101、103之间。通过在x和y方向上交替过孔101和103，连接到不同电压的相邻过孔之间的过孔到过孔间距d1可以是均匀的。
55.图7是示出根据本公开的实施例的导电过孔101、103的阵列的又一种布置的示例性结构的水平截面图。参考图7，过孔101、103可以布置为矩形阵列图案，包括连接到不同电压的过孔101、103的交替行。每一行中的过孔101、103可以从相邻的(一个或多个)行中的过孔101、103偏移。具体地，连接到第一电压的过孔101可以在x轴方向上偏移，使得它们位于连接到第二电压的过孔103之间。在一些实施例中，过孔101-1至101-16可以连接到正电源电压(例如，v
dd
)，并且过孔103-1至103-9可以连接到地电压(例如，v
ss
)。多个mim电容器(图7中未示出)可以位于连接到不同电压的相邻过孔101、103之间。通过提供连接到不同电压的过孔101、103的交替行并且使每行中的过孔从相邻行中的过孔偏移，连接到不同电压的相邻过孔之间的过孔到过孔间距d3可以是均匀的。此外，图7的布置中的过孔到过孔间距d3可以小于图5和图6的实施例中的过孔到过孔间距d1和d2，并且更多数量的过孔101、103可以设置在ic器件100的相同区域中。
56.图8是示出根据本公开的实施例的导电过孔101、103的阵列的又一种布置的示例性结构的水平截面图。参考图8，过孔101、103可以布置为矩形阵列图案，其中每行中的过孔101、103从相邻(一个或多个)行中的过孔101、103偏移。此外，每行内的交替过孔101、103可以连接到不同的电压。在一些实施例中，过孔101-1至101-13可以连接到正电源电压(例如，v
dd
)，并且过孔103-1至103-12可以连接到地电压(例如，v
ss
)。多个mim电容器(图8中未示出)可以位于连接到不同电压的相邻过孔101、103之间。在这种布置中，连接到不同电压的过孔之间可能有两个不同的过孔到过孔间距d1和d3。具体地，沿着x轴或y轴方向间隔开的相邻过孔(例如，过孔103-1和101-2)具有第一过孔到过孔间距d1，而在对角线方向上间隔开的相邻过孔(例如，过孔103-1和101-3)具有小于d1的第二过孔到过孔间距d3。
57.图9a和图9b是图8的示例性结构沿着线a-a’的垂直截面图，其示出了导电过孔101-10、103-10和101-11之间的mim电容器105的不同配置。参考图9a，导电过孔101-10和
103-10之间的mim电容器105a可以具有与导电过孔103-10和101-11之间的mim电容器105b相同的配置。具体地，在mim电容器105a中，中间电极极板127a和127c可以从导电过孔101-10延伸到mim电容器105a的中心区域130，而外部电极极板125a和125b以及中间电极极板127b可以从相邻的导电过孔103-10延伸到mim电容器105a的中心区域130。mim电容器105b可以具有类似的配置，其中中间电极极板127a和127c可以从导电过孔103-10延伸到mim电容器105b的中心区域130，而外部电极极板125a和125b以及中间电极极板127b可以从相邻的导电过孔101-11延伸到mim电容器105a的中心区域130。
58.图9b示出了其中mim电容器105a和105b具有对称配置的替代实施例。具体地，图9b中位于导电过孔101-10和103-10之间的mim电容器105a包括从导电过孔101-10延伸到mim电容器105a的中心区域130的中间电极极板127a和127c，以及从相邻的导电过孔103-10延伸到mim电容器105a的中心区域130的外部电极极板125a和125b和中间电极极板127b。位于导电过孔103-10和101-11之间的mim电容器105b可以具有相对于mim电容器105a对称的配置，其中外部电极极板125a和125b以及中间电极极板127b从导电过孔103-10延伸到mim电容器105b的中心区域130，并且中间电极极板127a和127c从导电过孔101-11延伸到mim电容器105b的中心区域130。通常，在具有相同(即，非对称)mim电容器105a的配置中，在导电过孔101、103的第一侧与导电过孔101、103导电地接触的(一个或多个)电极极板可以不同于在导电过孔101、103的与第一侧相对的第二侧与导电过孔101、103导电地接触的(一个或多个)电极极板，并且在对称配置中，(一个或多个)相同的电极极板可以与导电过孔101、103的第一侧和第二侧两者导电地接触。在各种实施例中，图4-图8中所示的任何过孔布局中的mim电容器105可以具有相同配置、对称配置、或相同配置和对称配置的组合。
59.如图4-图8中示意性地示出的，不同的过孔布局可以在连接到不同电压的导电过孔101和103之间提供不同的过孔到过孔距离(例如，d1、d2和d3)。针对位于过孔101和103之间的mim电容器105，过孔到过孔距离可能影响电容器的性能。较短的过孔到过孔距离可以减小mim电容器105的有效电容器面积。然而，这可能会被由于较短的过孔到过孔距离所导致的电容器总电阻的降低而部分地抵消。在各种实施例中，当在整个芯片设计中使用mim电容器结构时，可能存在最佳的过孔到过孔距离以获得最大电容。在一些实施例中，过孔到过孔距离可以在约2μm和约15μm之间，例如在约5μm和约10μm之间。
60.过孔到过孔距离对mim电容器性能的影响也可以是其中集成有ic器件100(即，管芯)的封装件的谐振频率的函数。图10是示出具有40mhz(曲线1001)和200mhz(曲线1003)谐振频率的ic器件封装件的作为过孔到过孔距离的函数的mim电容器105的导纳的曲线图。如图10所示，具有较高谐振频率(曲线1003)的封装件中的mim电容器的最大有效电容处于比具有较低谐振频率(曲线1001)的封装件中的mim电容器的最大有效电容(其处于约为8μm的过孔到过孔距离)更低的过孔到过孔距离(例如，约5μm)。
61.图11a是示出根据本公开的实施例的设计耦合在ic器件100中的第一过孔101和第二过孔103之间的mim电容器105的方法1100的流程图。在各种实施例中，图11a的方法可以使用诸如图11b的框图中示意性地示出的处理设备200之类的处理设备(例如，计算机)来实现。参考图11b，根据各种实施例的处理设备200可以包括耦合到处理单元206(例如，中央处理单元)的输入设备202(例如，键盘、鼠标、触摸屏设备等)和输出设备204(例如，显示设备、打印机等)。处理单元206可以包括控制单元208以及算术和逻辑单元(alu)210，并且可以耦
合到被配置有处理器可执行指令以用于执行方法1100的操作的存储器设备212(例如，随机存取存储器(ram))。参考图11a，方法1100可以开始于块201。在确定块203中，可以确定ic器件100的封装谐振频率是否大于阈值谐振频率。在各种实施例中，阈值谐振频率可以在约50mhz和约100mhz之间。在一个非限制性示例中，阈值谐振频率可以为约50mhz。
62.再次参考图11a，响应于确定封装谐振频率不大于阈值频率(即，确定块203＝“否”)，方法1100可以进行到块205。在块205中，方法1100可以包括基于mim电容器的总极板计数i来确定mim电容器的电容(c
mim
)，其中i≥2。在各种实施例中，极板计数可以是默认极板计数。在一些实施例中，默认极板计数可以等于二。在各种实施例中，还可以基于第一过孔101和第二过孔103之间的默认过孔到过孔距离来确定mim电容器的电容(c
mim
)。在各种实施例中，默认过孔到过孔距离可以大于5μm，例如在约7μm和约30μm之间。在一个非限制性示例中，默认过孔到过孔距离可以为约10μm。在一些实施例中，可以部分地基于mim电容器的允许设计面积来确定默认过孔到过孔距离。在实施例中，可以通过仿真来确定mim电容器的电容(c
mim
)。
63.再次参考图11a，在确定块207中，可以确定mim电容器的电容(c
mim
)是否满足预定性能标准。在一些实施例中，性能标准可以与ic器件100的操作速度有关。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)满足预定性能标准(即，确定块207＝“是”)，则方法1100可以进行到块221，并且可以在块221中基于默认极板计数和过孔到过孔距离来确定mim电容器105的最终设计。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)不满足预定性能标准(即，确定块207＝“否”)，则方法1100可以进行到块209。在块209中，mim电容器设计的极板数量i可以增加1，并且然后方法1100可以返回到块205。在块205中，可以基于增加的极板计数i和默认过孔到过孔距离来确定mim电容器的电容，并且在确定块207中，可以确定具有增加的极板计数的mim电容器的电容(c
mim
)是否满足预定性能标准。在各种实施例中，方法1100可以包括在块209中将mim电容器的极板计数i重复地增加一个极板，在块205中确定mim电容器的电容，以及在确定块207中确定是否满足性能标准，直到确定mim电容器的设计满足性能标准(即，确定块207＝“是”)为止。然后，方法1100可以进行到块221并且可以基于经迭代的极板计数和默认过孔到过孔距离来确定mim电容器105的最终设计。
64.再次参考方法1100的确定块203，响应于确定封装谐振频率大于阈值频率(即，确定块203＝“是”)，方法1100可以进行到块211。在块211中，方法1100可以包括基于极板计数i(其中i≥2)和过孔到过孔距离d来确定mim电容器的电容(c
mim
)。在各种实施例中，极板计数可以是默认极板计数。在一些实施例中，默认极板计数可以等于二。在各种实施例中，过孔到过孔距离d可以是默认过孔到过孔距离。在各种实施例中，默认过孔到过孔距离可以大于5μm，例如在约7μm和约30μm之间，但是更大和更小的默认过孔到过孔距离在本公开的预期范围内。在一个非限制性示例中，默认过孔到过孔距离可以为约10μm。在一些实施例中，可以部分地基于mim电容器的允许设计面积来确定默认过孔到过孔距离。在实施例中，可以通过仿真来确定mim电容器的电容(c
mim
)。
65.再次参考图11a，在确定块213中，可以确定mim电容器的电容(c
mim
)是否满足预定性能标准。在一些实施例中，性能标准可以与ic器件100的操作速度有关。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)满足预定性能标准(即，确定块213＝“是”)，则方法1100可以进行到块221，并且在块221中，可以基于默认极板计数和默认过孔到过孔距离来确定mim电容器105
的最终设计。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)不满足预定性能标准(即，确定块213＝“否”)，则方法1100可以进行到确定块215。
66.在确定块215中，可以确定过孔到过孔距离d是否小于阈值距离。在各种实施例中，阈值距离可以小于10μm，例如在约3μm和约9μm之间。在一个非限制性示例中，阈值过孔到过孔距离d可以为约5μm。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)不满足预定性能标准(即，确定块215＝“否”)，则方法1100可以进行到块217。在块217中，过孔到过孔距离d可被减少预定量(例如，在0.1μm和3μm之间，例如减少1μm)，并且方法1100然后可以返回到块211。在块211中，可以基于经减小的过孔到过孔距离来确定mim电容器的电容，并且在确定块213中，可以确定具有经减小的过孔到过孔距离d的mim电容器的电容(c
mim
)是否满足预定性能标准。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)满足预定性能标准(即，确定块213＝“是”)，则方法1100可以进行到块221，并且在块221中，可以基于默认极板计数和经减小的过孔到过孔距离来确定mim电容器105的最终设计。响应于确定mim电容器的电容(c
mim
)不满足预定性能标准(即，确定块213＝“否”)，则方法1100可以进行到确定块215以确定经减小的过孔到过孔距离是否小于阈值距离。
67.在各种实施例中，方法1100可以包括在块215中响应于确定过孔到过孔距离d不小于阈值距离(即，确定块215＝“否”)来重复地减小过孔到过孔距离d，在块211中确定具有经减小的过孔到过孔距离d的mim电容器的电容，以及在确定块213中确定是否满足性能标准，直到确定mim电容器的设计满足性能标准(即，确定块213＝“是”)或确定过孔到过孔距离d小于阈值距离(即，确定块215＝“是”)为止。
68.响应于确定过孔到过孔距离d小于阈值距离(即，确定块215＝“是”)，然后方法1100可以进行到块219。在块219中，mim电容器设计的极板数量i可以增加1，并且然后方法1100可以返回到块211。在块211中，可以基于经增加的极板计数i和过孔到过孔距离来确定mim电容器的电容，并且在确定块213中，可以确定具有经增加的极板计数和过孔到过孔距离的mim电容器的电容(c
mim
)是否满足预定性能标准。在各种实施例中，方法1100可以包括在块219中将mim电容器的极板计数i重复地增加一个极板，在块211中确定mim电容器的电容，以及在确定块213中确定是否满足性能标准，直到确定mim电容器的设计满足性能标准(即，确定块213＝“是”)为止。然后，方法1100可以进行到块221并且可以基于经迭代的极板计数和小于阈值距离的过孔到过孔距离来确定mim电容器105的最终设计。
69.图12是示出具有200mhz谐振频率的ic器件封装件的作为过孔到过孔距离的函数的mim电容器105的导纳的曲线图。曲线1201、1202、1203、1204、1205和1206示出了具有厚度增加且电阻减小的中间电极极板127的mim电容器105的导纳。如图12所示，较厚的中间极板127提供了较低的电阻和增加的导纳。如上所述，mim电容器中的较低的电阻可以增加有效电容。
70.在一些实施例中，mim电容器105的电容特性也可以作为极板开口的尺寸(即，穿过电容器电极极板的过孔开口的尺寸)的函数而变化。图13是示出具有200mhz谐振频率的ic器件封装件的作为过孔到过孔距离的函数的mim电容器105的导纳的曲线图。每条曲线示出了具有不同尺寸的极板开口的mim电容器的导纳。曲线1301示出了具有最大极板开口(tpc_o＝5.6μm极板开口宽度)的mim电容器，而曲线1310示出了具有最小极板开口(tpc_o＝3.8μm极板开口宽度)的mim电容器。如图13所示，较小的极板开口可以增加mim电容器105的导
纳。
71.图14是示出根据本公开的实施例的具有mim电容器105的ic器件100的作为过孔到过孔距离的函数的最小v
dd
的曲线图。图14验证了mim电容器105的高电容密度可以减轻芯片电压降的水平。在图14的曲线图中，1伏v
dd
被施加到具有不同mim电容器配置的ic器件100的晶体管，并且在不同的过孔到过孔距离处测量每种mim设计的电压降。曲线1401示出了没有mim电容器的ic器件100的电压降，曲线1402示出了2极板mim电容器的电压降，曲线1403示出了3极板mim电容器的电压降，曲线1404示出了4极板mim电容器的电压降，以及曲线1405示出了5极板mim电容器的电压降。如图14所示，5极板mim电容器获得了最低电压降。
72.图15是示出针对不同的mim电容器配置的作为过孔到过孔距离的函数的ic器件100的操作速度的增益百分比的曲线图。曲线1501示出了具有2极板mim电容器的ic器件100的速度增益百分比，曲线1502示出了具有3极板mim电容器的ic器件100的速度增益百分比，曲线1503示出了具有4极板mim电容器的ic器件100的速度增益百分比，以及曲线1504示出了具有5极板mim电容器的ic器件100的速度增益百分比。如图15所示，根据本公开的各种实施例的5极板mim电容器可以为ic器件100提供约10％的性能提升。操作速度的这种提高可能部分是由于5极板mim电容器的较小的电压降(即，较高的最小v
dd
)。图15还示出了约5μm的过孔到过孔距离可以获得最大的器件性能提升。
73.图16是示出针对不同的mim电容器配置的作为过孔到过孔距离的函数的ic器件100的最小环频率的曲线图。最小环频率可以代表ic器件100的工作频率。曲线1601示出了具有厚中间极板的5极板mim电容器105的最小环频率，曲线1602示出了具有厚中间极板的4极板mim电容器105的最小环频率，以及曲线1603示出了具有比曲线1602所示电容器更薄的中间极板的4极板mim电容器105的最小环频率。如图16所示，较低的电极极板电阻和较高的极板计数可以提供更快的设计频率。
74.图17a-图17q是示出根据本公开的各种实施例的在形成mim电容器105期间的示例性结构的顺序垂直截面图。参考图17a，第一电介质材料层120、第二电介质材料层119a和第一金属层501可以共形地沉积在ic器件100的互连结构的金属层m1之上。第一电介质材料层120和第二电介质材料层119a可以由合适的电介质材料组成，例如氧化硅(sio2)、氮化硅(sin、si3n4)、碳化硅(sic)、未掺杂的硅酸盐玻璃(usg)、掺杂的硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、无定形氟化碳、其多孔变体或其组合。其他电介质材料在本公开的预期范围内。在一个实施例中，电介质材料层119a可以包括氧化硅，并且电介质材料层120可以包括氮化硅。在一些实施例中，电介质材料层119a可以包括使用合适的前体(例如，teos)经由等离子体增强cvd(pe-cvd)沉积的氧化硅。
75.第一金属层501可以包括合适的导电材料，例如铜(cu)、钨(w)、铝(al)、铝铜(alcu)、铝硅铜(alsicu)、钴(co)、钌(ru)、钼(mo)、钽(ta)、钛(ti)、其合金、其组合等。其他导电材料在本公开的预期范围内。
76.可以使用任何合适的沉积工艺来沉积第一电介质层120、第二电介质层119a和第一金属层501。在本文中，“合适的沉积工艺”可以包括化学气相沉积(cvd)工艺、物理气相沉积(pvd)工艺、原子层沉积(ald)工艺、高密度等离子体cvd(hdpcvd)工艺、低压cvd工艺、金属有机cvd(mocvd)工艺、等离子体增强cvd(pecvd)工艺、溅射工艺、激光烧蚀等。
77.再次参考图17a，可以在第一金属层501的上表面之上形成图案化掩模502。图案化
掩模502可以被光刻图案化以形成穿过掩模502的至少一个开口，该开口暴露第一金属层501的上表面。
78.图17b是示出第二电介质层119a之上的mim电容器的底部电极极板125a的示例性结构的垂直截面图。参考图17b，可以通过图案化掩模502来执行各向异性蚀刻工艺以去除第一金属层501的一些部分并且形成mim电容器的底部电极极板125a。在蚀刻工艺之后，可以使用合适的工艺来去除图案化掩模502，例如通过灰化或用溶剂溶解。
79.图17c是示例性结构的垂直截面图，其示出了在第二电介质层119a的上表面之上以及在底部电极极板125a的侧表面和上表面之上的电介质材料层503，以及在电介质材料层503的上表面之上的第二金属层504。参考图17c，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在第二电介质层119a的上表面、底部电极极板125a的侧表面之上、以及底部电极极板125a的上表面之上共形地沉积电介质材料层503。在实施例中，电介质材料层503可以由与第二电介质材料层119a不同的电介质材料组成。在一些实施例中，电介质材料层503可以由高k电介质材料组成。高k电介质材料的示例包括但不限于氧化铪(hfo2)、氧化铪硅(hfsio)、氧化铪钽(hftao)、氧化铪钛(hftio)、氧化铪锆(hfzro)、氧化锆(zro2)、氧化钛(tio2)、氧化铝(al2o3)、二氧化铪-氧化铝(hfo
2-al2o3)、氧化钽(ta2o5)、sio
x
/siny/sio
x
或铁电体。其他合适的电介质材料在本公开的预期范围内。
80.再次参考图17c，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在电介质材料层503之上共形地沉积第二金属层504。第二金属层504可以包括合适的导电材料，并且可以由与底部电极极板125a相同的(一种或多种)材料或不同的(一种或多种)材料组成。第二金属层504的厚度可以大于底部电极极板125a的厚度。
81.图17d是示例性结构的垂直截面图，其示出了在第二金属层504的上表面之上的图案化掩模505。图案化掩模505可以被光刻图案化以形成穿过掩模505的至少一个开口，该开口暴露第二金属层504的上表面。
82.图17e是示例性结构的垂直截面图，其示出了在电介质层503之上的mim电容器的第一中间电极极板127a。参考图17e，可以通过图案化掩模505来执行各向异性蚀刻工艺以去除第二金属层504的一些部分并且形成mim电容器的第一中间电极极板127a。第一中间电极极板127a可以通过电介质层503与底部电极极板125a分开，并且第一中间电极极板127a的厚度可以大于底部电极极板125a的厚度。在蚀刻工艺之后，可以使用合适的工艺来去除图案化掩模505，例如通过灰化或用溶剂溶解。
83.图17f是示例性结构的垂直截面图，其示出了形成在第一中间电极极板127a和底部电极极板125a之上的电介质材料层506和第三金属层507，以及形成在第三金属层507之上的图案化掩模508。参考图17f，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在第一中间电极极板127a的上表面和侧表面之上、以及电介质材料层503的暴露的上表面之上共形地沉积电介质材料层506。在实施例中，电介质材料层506可以由合适的电介质材料组成，例如如上所述的高k电介质材料。
84.再次参考图17f，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在电介质材料层506之上共形地沉积第三金属层507。第三金属层507可以包括合适的导电材料，并且可以由与底部电极极板125a和/或第一中间电极极板127a相同的(一种或多种)材料或不同的(一种或多种)材料组成。第三金属层507的厚度可以大于底部电极极板125a的厚度。图案化掩模508可以
形成在第三金属层507之上，并且可以被光刻图案化以形成穿过掩模508的至少一个开口，该开口暴露第三金属层507的上表面。
85.图17g是示例性结构的垂直截面图，其示出了在电介质层506之上的mim电容器的第二中间电极极板127b。参考图17g，可以通过图案化掩模508来执行各向异性蚀刻工艺以去除第三金属层507的一些部分并且形成mim电容器的第二中间电极极板127b。第二中间电极极板127b可以通过电介质材料层506与第一中间电极极板127a分开，并且可以通过电介质材料层503和506与底部电极极板125a分开。第二中间电极极板127b的厚度可以大于底部电极极板125a的厚度。在蚀刻工艺之后，可以使用合适的工艺来去除图案化掩模508，例如通过灰化或用溶剂溶解。
86.图17h是示例性结构的垂直截面图，其示出了形成在第二中间电极极板127b和第一中间电极极板127a之上的电介质材料层509。参考图17h，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在第一中间电极极板127a上的电介质材料层506的暴露表面之上、以及第二中间电极极板127b的侧表面和上表面之上共形地沉积电介质材料层509。在实施例中，电介质材料层509可以由合适的电介质材料构成，例如如上所述的高k电介质材料。
87.图17i是示例性结构的垂直截面图，其示出了在电介质材料层509之上的第四金属层510。可以使用如上所述的合适的沉积工艺在电介质材料层509之上共形地沉积第四金属层510。第四金属层510可以包括合适的导电材料，并且可以由与底部电极极板125a、第一中间电极极板127a、和/或第二中间电极极板127b相同的(一种或多种)材料或不同的(一种或多种)材料组成。
88.图17j是在用于从电介质材料层509的上表面之上去除第四金属层510的一些部分的平坦化工艺之后的示例性结构的垂直截面图。参考图17j，可以使用诸如化学机械平坦化(cmp)工艺之类的平坦化工艺来去除第四金属层510的一些部分并且暴露电介质材料层509的上表面。
89.图17k是示例性结构的垂直截面图，其示出了形成在第四金属层510和电介质材料层509之上的电介质材料层511和第五金属层512，以及形成在第五金属层512之上的图案化掩模513。参考图17k，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在第四金属层510和电介质材料层509的暴露表面之上共形地沉积电介质材料层511。在实施例中，电介质材料层511可以由合适的电介质材料组成，例如如上所述的高k电介质材料。可以使用如上所述的合适的沉积工艺在电介质材料层511之上共形地沉积第五金属层512。第五金属层512可以包括合适的导电材料，并且可以由与底部电极极板125a、第一中间电极极板127a、和/或第二中间电极极板127b相同的(一种或多种)材料或不同的(一种或多种)材料组成。第五金属层512的厚度可以大于底部电极极板125a的厚度。图案化掩模513可以形成在第五金属层512之上，并且可以被光刻图案化以形成穿过掩模513的至少一个开口，该开口暴露第五金属层512的上表面。
90.图17l是示例性结构的垂直截面图，其示出了在电介质层511之上的mim电容器的第三中间电极极板127c。参考图17l，可以通过图案化掩模513来执行各向异性蚀刻工艺以去除第五金属层512的一些部分并且形成mim电容器的第三中间电极极板127c。第三中间电极极板127c可以通过电介质材料层509和511与第二中间电极极板127b分开。第三中间电极极板127c的厚度可以大于底部电极极板125a的厚度。在蚀刻工艺之后，可以使用合适的工
艺来去除图案化掩模513，例如通过灰化或用溶剂溶解。
91.图17m是示例性结构的垂直截面图，其示出了形成在第三中间电极极板127c之上的电介质材料层514和第六金属层515，以及形成在第六金属层515之上的图案化掩模516。参考图17m，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在第三中间电极极板127c的上表面和侧表面之、上以及电介质材料层511的暴露的上表面之上共形地沉积电介质材料层514。在实施例中，电介质材料层514可以由合适的电介质材料组成，例如如上所述的高k电介质材料。
92.再次参考图17m，可以使用如上所述的合适的沉积工艺在电介质材料层514之上共形地沉积第六金属层515。第六金属层515可以包括合适的导电材料，并且可以由与底部电极极板125a、第一中间电极极板127a、第二中间电极极板127b、和/或第三中间电极极板127c相同的(一种或多种)材料或不同的(一种或多种)材料组成。第六金属层515的厚度可以小于第一中间电极极板127a、第二中间电极极板127b和第三中间电极极板127c的厚度。图案化掩模516可以形成在第六金属层515之上，并且可以被光刻图案化以形成穿过掩模516的至少一个开口，该开口暴露第三金属层515的上表面。
93.图17n是示例性结构的垂直截面图，其示出了在电介质层514之上的mim电容器的顶部电极极板125b。参考图17n，可以通过图案化掩模516来执行各向异性蚀刻工艺以去除第六金属层515的一些部分并且形成mim电容器的顶部电极极板125b。顶部电极极板125b可以通过电介质材料层514与第三中间电极极板127c分开。顶部电极极板125b的厚度可以小于第一中间电极极板127a、第二中间电极极板127b和第三中间电极极板127c的厚度。在蚀刻工艺之后，可以使用合适的工艺来去除图案化掩模516，例如通过灰化或用溶剂溶解。
94.图17o是示例性结构的垂直截面图，其示出了在顶部电极极板125b之上的电介质层119b、和在电介质层119b之上的图案化掩模517。参考图17o，电介质层119b可以沉积在第六金属层515、电介质材料层514和顶部电极极板125b的暴露的上表面之上。电介质层119b可以可选地经历平坦化工艺以提供电介质层119b的平坦化上表面。可以使用如上所述的合适的沉积工艺来沉积电介质层119b。在实施例中，电介质层119b可以由与电介质层119a相同的材料组成。在一些实施例中，电介质层119b可以包括氧化硅。其他合适的电介质材料在本公开的预期范围内。
95.再次参考图17o，图案化掩模517可以形成在电介质层119b之上，并且可以被光刻图案化以形成穿过掩模517的至少一个开口，该开口暴露电介质材料层119b的上表面。
96.图17p是示例性结构的垂直截面图，其示出了穿过电介质材料层119b、119a、120和mim电容器结构的电极极板125b、127c、127b、127a、125a形成的过孔开口518，以暴露下层金属层m1的金属特征109、110。参考图17p，可以通过图案化掩模517来执行各向异性蚀刻工艺以去除电介质材料层119b、119a、120和电极极板125b、127c、127b、127a、125a的一些部分并形成过孔开口518b和518b。过孔开口518a可以在过孔开口518a的侧壁上暴露中间电极极板127c和127a的一些部分，并且过孔开口518b可以在过孔开口518b的侧壁上暴露顶部电极极板125b、中间电极极板127b和底部电极极板125a的一些部分。在蚀刻工艺之后，可以使用合适的工艺来去图案化掩模517，例如通过灰化或用溶剂溶解。
97.图17q是示例性结构的垂直截面图，其示出了在过孔开口518a和518b中形成的导电过孔101和103、以及形成在导电过孔101、103和电介质层119b之上的上金属层m2，以形成包括mim电容器结构105的ic器件100，例如上面参考图1a-图1c所描述的。
98.图18示出了根据本公开的各种实施例的制造包括mim电容器结构105的ic器件100的一般方法600。参考图17a、图17b和图18，在方法600的步骤601中，可以在绝缘材料层119a之上形成底部电极极板125a。参考图17c和图18，在方法600的步骤603中，可以在底部电极极板125a之上形成第一电介质材料层503。参考图17c-图17l和图18，在方法600的步骤605中，可以在电介质材料层503之上形成多个中间电极极板127a、127b和127c，其中，中间电极极板127a、127b和127c中的每一个的厚度大于底部电极极板125a的厚度。参考图17m和图18，在方法600的步骤607中，可以在多个中间电极极板127a、127b和127c之上形成第二电介质材料层514。参考图17m、图17n和图18，在方法600的步骤609中，可以在第二电介质材料层514之上形成顶部电极极板125b，其中顶部电极极板125b的厚度小于中间电极极板127a、127b和127c中的每一个的厚度。参考图17o、图17p和图17q，在方法600的步骤611中，可以横向临近电极极板125a、127a、127b、127c和125b形成一对导电过孔101、103，其中，导电过孔101和103中的每一个可以导电地耦合到至少两个电极极板125a、127a、127b、127c和125b。
99.参考所有附图并根据本公开的各种实施例，具有金属-绝缘体-金属(mim)电容器105的集成电路(ic)器件100包括顶部电极极板125b、底部电极极板125a、堆叠在顶部和底部电极极板125b、125a之间的多个中间电极极板127a、127b、127c，以及将顶部电极极板125b、底部电极极板125a和中间电极极板127a、127b、127c中的每一个与mim电容器105的相邻的电极极板分开的多个电介质层129，其中，中间电极极板127a、127b、127c中的每一个的厚度大于顶部电极极板125b和底部电极极板125a的厚度。
100.在一个实施例中，ic器件100还包括第一导电过孔101和第二导电过孔103，其中mim电容器105位于第一导电过孔101和第二导电过孔103之间。
101.在另一实施例中，第一导电过孔101和第二导电过孔103连接到不同的电压。
102.在另一实施例中，第一导电过孔101连接到电源电压并且第二导电过孔连接到地电压。
103.在另一实施例中，mim电容器105的中间电极极板127的总数为奇数，顶部电极极板125b和底部电极极板125a导电地耦合到第一导电过孔101，并且导电地耦合到第二导电过孔103的中间电极极板127的数量大于导电地耦合到第一导电过孔101的中间电极极板127的数量。
104.在另一实施例中，mim电容器105的中间电极极板127的总数为偶数，顶部电极极板125b导电地耦合到第一导电过孔101，底部电极极板125a导电地耦合到第二导电过孔103，并且导电地耦合到第一导电过孔101的中间电极极板127的数量等于导电地耦合到第二过孔103的中间电极极板127的数量。
105.在另一实施例中，第一导电过孔101和第二导电过孔103具有相同的开口尺寸，并且第一和第二导电过孔的开口尺寸在1μm和10μm之间。
106.在另一实施例中，mim电容器105包括第一mim电容器105a，ic器件100还包括第三导电过孔101，以及位于第二导电过孔103和第三导电过孔101之间的第二mim电容器105b，其中，第二mim电容器105b包括顶部电极极板125b、底部电极极板125a、堆叠在顶部和底部电极极板125b、125a之间的多个中间电极极板127，以及将顶部电极极板125b、底部电极极板125a和中间电极极板127中的每一个与第二mim电容器105b的相邻电极极板分开的多个电介质层129，并且其中，中间电极极板127中的每一个的厚度大于顶部电极极板125b和底
部电极极板125a的厚度。
107.在另一实施例中，第二mim电容器105b具有与第一mim电容器105a相同的结构。
108.在另一实施例中，第二mim电容器105b具有相对于第一mim电容器105a对称的结构。
109.在另一实施例中，第一导电过孔101和第二导电过孔103之间的过孔到过孔距离不同于第二导电过孔103和第三导电过孔101之间的过孔到过孔距离。
110.在另一实施例中，mim电容器105的中间电极极板127中的每一个的厚度在50nm和100nm之间，并且顶部电极极板125b和底部电极极板125a的厚度在10nm和45nm之间。
111.在另一实施例中，mim电容器105包括中心区域130，在该中心区域130中，顶部电极极板125b、多个中间电极极板127和底部电极极板125a在垂直方向上重叠，并且其中，中间电极极板127中的每一个包括与第一导电过孔101和第二导电过孔103中的一个接触的第一水平延伸段131、延伸到mim电容器105的中心区域130中的第二水平延伸段133、以及在第一水平延伸段131和第二水平延伸段133之间延伸的垂直延伸段132。
112.附加实施例涉及一种用于在集成电路(ic)器件100上的第一导电过孔101和第二导电过孔103之间制造金属-绝缘体-金属(mim)电容器105的方法，该方法包括确定ic器件100的封装谐振频率是否大于阈值频率，基于mim电容器105的电极极板的默认极板计数以及第一导电过孔101和第二导电过孔103之间的默认距离来确定mim电容器105的电容，在ic器件100的封装谐振频率不大于阈值频率且mim电容器105的电容不满足预定性能标准时，增加mim电容器105的电极极板125、127的极板计数，以及在ic器件100的封装谐振频率大于阈值频率且mim电容器105的电容不满足mim电容器105的设计要求时，减小第一过孔101和第二过孔103之间的距离。
113.在一个实施例中，阈值频率在50mhz和100mhz之间。
114.在另一实施例中，该方法还包括：在第一过孔101和第二过孔103之间的经减小的距离小于第一过孔101和第二过孔103之间的预定阈值距离，且mim电容器105的电容不满足预定性能标准时，增加mim电容器105的极板计数。
115.在另一实施例中，第一过孔和第二过孔之间的阈值距离在3μm和9μm之间。
116.附加实施例涉及一种制造包括金属-绝缘体-金属(mim)电容器105的集成电路(ic)器件100的方法，该方法包括在绝缘材料层119a之上形成底部电极极板125a，在底部电极极板125a之上形成第一电介质材料层503，在第一电介质材料层503之上形成多个中间电极极板127a、127b、127c，其中，中间电极极板127a、127b、127c中的每一个的厚度大于底部电极极板125a的厚度，在多个中间电极极板127a、127b、127c之上形成第二电介质材料层514，在第二电介质材料层514之上形成顶部电极极板125b，其中，顶部电极极板125b的厚度小于中间电极极板127a、127b、127c中的每一个的厚度，以及横向临近mim电容器的电极极板形成一对导电过孔101、103，其中，导电过孔中的每一个导电地耦合到mim电容器105的至少两个电极极板125、127。
117.在一个实施例中，导电过孔101、103中的每一个与ic器件100的互连结构的下层第一金属层m1的金属特征109、110接触，该方法还包括：在mim电容器105之上形成互连结构的第二金属层m2，其中，导电过孔101、103中的每一个在互连结构的第一金属层m1和第二金属层m2的金属特征107、108、109、110之间延伸。
118.在另一实施例中，第二金属层m2是再分布层。
119.上文概述了若干实施例的特征，以使本领域技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为基础，用于设计或者修改其他工艺和结构，以实现与本文引入的实施例相同的目的和/或达到与本文引入的实施例相同的优点。本领域技术人员还应当认识到，这些等同构造并不脱离本公开的精神和范围，并且他们可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下进行各种改变、替换和变更。
120.示例1.一种具有金属-绝缘体-金属mim电容器的集成电路ic器件，所述mim电容器包括：顶部电极极板；底部电极极板；多个中间电极极板，堆叠在所述顶部电极极板和所述底部电极极板之间；以及多个电介质层，将所述顶部电极极板、所述底部电极极板中的每一个和所述多个中间电极极板中的每一个与所述mim电容器的相邻的电极极板分开，其中，所述多个中间电极极板中的每一个的厚度大于所述顶部电极极板和所述底部电极极板的厚度。
121.示例2.根据示例1所述的ic器件，还包括：第一导电过孔；以及第二导电过孔，其中，所述mim电容器位于所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间。
122.示例3.根据示例2所述的ic器件，其中，所述第一导电过孔和所述第二导电过孔连接到不同的电压。
123.示例4.根据示例3所述的ic器件，其中，所述第一导电过孔连接到电源电压，并且所述第二导电过孔连接到地电压。
124.示例5.根据示例2所述的ic器件，其中，所述mim电容器的中间电极极板的总数为奇数，所述顶部电极极板和所述底部电极极板导电地耦合到所述第一导电过孔，并且导电地耦合到所述第二导电过孔的中间电极极板的数量大于导电地耦合到所述第一导电过孔的中间电极极板的数量。
125.示例6.根据示例2所述的ic器件，其中，所述mim电容器的中间电极极板的总数为偶数，所述顶部电极极板导电地耦合到所述第一导电过孔，所述底部电极极板导电地耦合到所述第二导电过孔，并且导电地耦合到所述第一导电过孔的中间电极极板的数量等于导电地耦合到所述第二导电过孔的中间电极极板的数量。
126.示例7.根据示例2所述的ic器件，其中，所述第一导电过孔和所述第二导电过孔具有相同的开口尺寸，并且所述第一导电过孔和所述第二导电过孔的开口尺寸在1μm至10μm之间。
127.示例8.根据示例1所述的ic器件，其中，所述mim电容器包括第一mim电容器，所述ic器件还包括：第三导电过孔；以及第二mim电容器，位于所述第二导电过孔和所述第三导电过孔之间，其中，所述第二mim电容器包括：顶部电极极板；底部电极极板；多个中间电极极板，堆叠在所述顶部电极极板和所述底部电极极板之间；以及多个电介质层，将所述顶部电极极板、所述底部电极极板中的每一个和所述多个中间电极极板中的每一个与所述第二mim电容器的相邻电极极板分开，其中，所述多个中间电极极板中的每一个的厚度大于所述顶部电极极板和所述底部电极极板的厚度。
128.示例9.根据示例8所述的ic器件，其中，所述第二mim电容器具有与所述第一mim电容器相同的结构。
129.示例10.根据示例8所述的ic器件，其中，所述第二mim电容器具有相对于所述第一
mim电容器对称的结构。
130.示例11.根据示例8所述的ic器件，其中，所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的过孔到过孔距离不同于所述第二导电过孔和所述第三导电过孔之间的过孔到过孔距离。
131.示例12.根据示例1所述的ic器件，其中，所述mim电容器的多个中间电极极板中的每一个的厚度在50nm和100nm之间，并且所述顶部电极极板和所述底部电极极板的厚度在10nm和45nm之间。
132.示例13.根据示例1所述的ic器件，其中，所述mim电容器包括中心区域，在所述中心区域中，所述顶部电极极板、所述多个中间电极极板和所述底部电极极板在垂直方向上重叠，并且其中，所述多个中间电极极板中的每一个包括与所述第一导电过孔和所述第二导电过孔中的一个接触的第一水平延伸段、延伸到所述mim电容器的所述中心区域中的第二水平延伸段、以及在所述第一水平延伸段和所述第二水平延伸段之间延伸的垂直延伸段。
133.示例14.一种用于在集成电路ic器件上的第一导电过孔和第二导电过孔之间制造金属-绝缘体-金属mim电容器的方法，包括：确定所述ic器件的封装谐振频率是否大于阈值频率；基于所述mim电容器的电极极板的默认极板计数以及所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的默认距离来确定所述mim电容器的电容；在所述ic器件的封装谐振频率不大于所述阈值频率且所述mim电容器的电容不满足预定性能标准时，增加所述mim电容器的电极极板的极板计数；以及在所述ic器件的封装谐振频率大于所述阈值频率且所述mim电容器的电容不满足所述mim电容器的设计要求时，减小所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的距离。
134.示例15.根据示例14所述的方法，其中，所述阈值频率在50mhz和100mhz之间。
135.示例16.根据示例14所述的方法，还包括：在所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的经减小的距离小于所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的预定阈值距离，且所述mim电容器的电容不满足预定性能标准时，增加所述mim电容器的极板计数。
136.示例17.根据示例15所述的方法，其中，所述第一导电过孔和所述第二导电过孔之间的所述阈值距离在3μm和9μm之间。
137.示例18.一种制造包括金属-绝缘体-金属mim电容器的集成电路ic器件的方法，包括：在绝缘材料层之上形成底部电极极板；在所述底部电极极板之上形成第一电介质材料层；在所述第一电介质材料层之上形成多个中间电极极板，其中，所述中间电极极板中的每一个的厚度大于所述底部电极极板的厚度；在所述多个中间电极极板之上形成第二电介质材料层；在所述第二电介质材料层之上形成顶部电极极板，其中，所述顶部电极极板的厚度小于所述中间电极极板中的每一个的厚度；以及横向临近所述mim电容器的电极极板形成一对导电过孔，其中，该对导电过孔中的每一个导电地耦合到所述mim电容器的至少两个电极极板。
138.示例19.根据示例18所述的方法，其中，该对导电过孔中的每一个与所述ic器件的互连结构的下层第一金属层的金属特征接触，所述方法还包括：在所述mim电容器之上形成所述互连结构的第二金属层，其中，该对导电过孔中的每一个在所述互连结构的所述下层第一金属层和所述第二金属层的金属特征之间延伸。
139.示例20.根据示例19所述的方法，其中，所述第二金属层包括再分布层。