專利名稱：一種新型mim電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深亞微米級金屬/絕緣體/金屬(Metal insulator Metal)(以下 簡稱MIM)結(jié)構(gòu)電容器，特別涉及一種新型多層叉合固定電容器。
背景技術(shù)：
金屬-絕緣體-金屬(MIM)在半導(dǎo)體制造中是一種常用的固定電容元件，尤其 常用于深層次微米半導(dǎo)體制造。多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器在工藝制造中在 同層金屬間以及上下層金屬間利用梳狀結(jié)構(gòu)形成并聯(lián)電容，金屬層之間的通孔 (VIA)用于導(dǎo)通連接。由于金屬連線最小寬度和最小間距受限于工藝制程，導(dǎo)致 單位版圖面積下電容值無法進一步提高。
傳統(tǒng)的多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器的結(jié)構(gòu)如圖la和lb所示，上層導(dǎo)體 圖形IO、 ll構(gòu)成電容的兩個電極，正對的金屬側(cè)面通過絕緣層形成電容，梳狀 叉合結(jié)構(gòu)可以增加相對的側(cè)面面積從而增大電容。下層導(dǎo)體圖形12、 13通過通 孔15分別與上層導(dǎo)體圖形10、 11相連形成并聯(lián)電容在上下層之間的延伸，下 層電極12、 13之間同樣是梳狀交叉排列結(jié)構(gòu)，更下層之間亦然。傳統(tǒng)工藝制程 中通孔15通常為孔狀，僅用于上下金屬互連層間起連接作用。MIM電容元件的 單位面積電容值與電極10與11、 12與13之間間距成反比，與層間絕緣電介質(zhì) 的介電系數(shù)(s)成正比，由于工藝制程的限制這些參數(shù)很難再有顯著改變而提高 單位面積電容值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過在多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器的金屬層之間利 用條狀通孔側(cè)壁形成額外的并聯(lián)電容，以提高單位版圖面積的電容值。
本發(fā)明提供了一種多層叉合結(jié)構(gòu)的MIM電容器，包括-
第一互連層，包括埋置于第一絕緣層中的第一導(dǎo)體圖形和第二導(dǎo)體圖形， 上述第一導(dǎo)體圖形和第二導(dǎo)體圖形分別包括兩個或兩個以上的梳狀部和柄部， 第一導(dǎo)體圖形的梳狀部與第二導(dǎo)體圖形的梳狀部相互間隔交叉排列，由上述絕 緣層間隔開而彼此不接觸；
第二互連層，包括埋置于第二絕緣層中的第三導(dǎo)體圖形和第四導(dǎo)體圖形， 上述第三導(dǎo)體圖形和第四導(dǎo)體圖形分別包括兩個或兩個以上的梳狀部和柄部， 第三導(dǎo)體圖形的梳狀部與第四導(dǎo)體圖形的梳狀部相互間隔交叉排列，由上述絕 緣層間隔開而彼此不接觸；
第三絕緣層，位于第一互連層與第二互連層之間，包括埋置于絕緣層中的 通孔或第一條狀通孔，上述條狀通孔位于第一互連層的梳狀部之下和第二互連 層的梳狀部之上；
上述第一互連層的第一導(dǎo)體圖形版圖結(jié)構(gòu)基本與第二互連層第三導(dǎo)體圖形 相同，第一互連層的第二導(dǎo)體圖形版圖結(jié)構(gòu)基本與第二互連層第四導(dǎo)體圖形相 同，上述第一導(dǎo)體圖形通過至少一個通孔或條狀通孔連接上述第三導(dǎo)體圖形構(gòu) 成并聯(lián)電容器的同一個電極，上述第二導(dǎo)體圖形通過至少一個通孔或條狀通孔 連接上述第四導(dǎo)體圖形構(gòu)成并聯(lián)電容器的同一個電極。
上述第一導(dǎo)體圖形與上述第二導(dǎo)體圖形形成梳狀電極結(jié)構(gòu)，交錯叉合并且 連續(xù)延伸，彼此之間由上述第一絕緣層間隔開而彼此不接觸。
上述第三導(dǎo)體圖形與上述第四導(dǎo)體圖形形成梳狀電極結(jié)構(gòu)，交錯叉合并且 連續(xù)延伸，彼此之間由上述第二絕緣層間隔開而彼此不接觸。
作為優(yōu)選，上述第一導(dǎo)體圖形與上述第三導(dǎo)體圖形的形狀及大小相同，上 述第二導(dǎo)體圖形與上述第四導(dǎo)體圖形的形狀及大小相同。
上述第一條狀通孔在其頂部與所述第一導(dǎo)體圖形相接觸，在其底部與第三 導(dǎo)體圖形相接觸；或者上述第一條狀通孔在其頂部與所述第二導(dǎo)體圖形相接觸， 在其底部與第四導(dǎo)體圖形相接觸，上述條狀通孔彼此之間由上述第三絕緣層間 隔開而彼此不接觸。作為優(yōu)選，上述條狀通孔的數(shù)目與導(dǎo)體圖形梳狀部的數(shù)目 相同。
作為優(yōu)選，上述第一互連層，第一條狀通孔，第二互連層在垂直方向連續(xù) 延伸，形成第二條狀通孔第三互連層等等。
本發(fā)明的有益效果在于，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，在梳狀部之間增加條狀通孔， 達到在無須改變工藝制程方法的條件下，在相同的版圖面積下顯著提高電容。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細(xì)說明。對于所屬 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，從對本發(fā)明的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其他目 的、特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖la是現(xiàn)有技術(shù)中的多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器。
圖lb是圖la所示的MIM電容器的I-I剖面圖。
圖2a是本發(fā)明一較佳實施例的多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器。
圖2b是圖2a所示的MIM電容器的II-II剖面圖。
圖3a-3b是現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明較佳實施例的MIM電容器排列剖面圖。
圖3c-3d是另一現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明較佳實施例的MIM電容器排列剖面圖。
圖4是圖2a所示的MIM電容器的版圖布局。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明所述的一種新型電容元件作進一步的 詳細(xì)說明。
本發(fā)明一較佳實施例的多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器如圖2a和2b所示， 第一互連層包括埋置于第一絕緣層(圖中未表示)中的第一電極20和第二電 極21，各電極分別包括梳狀部和柄部，第一電極20的梳狀部與第二電極21的 梳狀部相互間隔交叉排列，各個梳狀部都叉入相對應(yīng)的電極的梳狀部與梳狀部 之間，但各個相鄰的梳狀部彼此不接觸，梳狀部與相對應(yīng)的電極的柄部也不接 觸，由第一絕緣層間隔開，在圖中第一電極20和第二電極21都表示為4個梳 狀部，實際情況下可以是任意個數(shù)；
第二互連層包括埋置于第二絕緣層(圖中未表示)中的第三電極22和第四 電極23，第三電極22和第四電極23分別包括梳狀部和柄部，第三電極22的梳 狀部與第四電極23的梳狀部相互間隔交叉排列，各個梳狀部都叉入相對應(yīng)的電 極的梳狀部與梳狀部之間，但各個相鄰的梳狀部彼此不接觸，梳狀部與相對應(yīng) 的電極的柄部也不接觸，由第二絕緣層間隔開，在圖中第三電極22和第四電極 23都表示為4個梳狀部，實際情況下可以是任意個數(shù)。在圖中只畫出第一互連 層和第二互連層，MIM電容器也可以有多層叉合結(jié)構(gòu)，例如4層。
第三絕緣層，位于第一互連層與第二互連層之間，包括埋置于絕緣層(圖 中未表示)中的通孔25或第一條狀通孔26，條狀通孔26在其頂部與第一電極 20相接觸同時在其底部與第三電極22相接觸；或者在其頂部與第二電極21相 接觸同時在其底部與第四電極23相接觸，在圖中條狀通孔26彼此之間由第三 絕緣層隔開，表示為8根，連接上下各8個梳狀部，實際情況下可以是任意個 數(shù)。8跟條狀通孔26的側(cè)面彼此正對，由第三絕緣層隔開，在原本只有20和 21， 22和23側(cè)面正對的基礎(chǔ)上，增加了正對面積，從而增大了電容。
圖3a-3d分別比較了幾種不同的多層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器在不同情況 下的電容增加情況，當(dāng)然，此處為粗略計算，但可以據(jù)此得到電容增加的結(jié)論。 假設(shè)電介質(zhì)介電常數(shù)為s，金屬電極的最小寬度為w，最小間距為s，金屬電極 層厚度h，層間距為d，梳狀部長度為L，柄部長度為W，共用m層金屬電極， 圖中表示為4層，條狀通孔的長度可以與梳狀部長度相等，此處不作限制。此 處的計算只考慮相距最近金屬面之間的電容，用平行板電容計算公式計算。
如圖所示，計算版圖設(shè)計上最為關(guān)注的面積為WXL的電容器的電容值， 圖3a所示的傳統(tǒng)電容器只有層內(nèi)電容，其版圖設(shè)計上的單位面積電容值為
c=證, ("
圖3b所示，本發(fā)明一較佳實施例的改進的m層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器， 由于各層的正負(fù)電極位置基本一致，因此在各層之間的梳狀部處都增加了條狀 通孔，在本實施例中增加的條狀通孔為三層，從而使得側(cè)面的正對面積和電容 增加，其單位面積電容值為
圖3c所示的傳統(tǒng)電容器因為上層與下層的正負(fù)電極位置交錯，有層內(nèi)電容 和層間電容，其版圖設(shè)計上的單位面積電容值為
圖3d所示，本發(fā)明一較佳實施例的改進的m層梳狀叉合結(jié)構(gòu)MIM電容器， 因為第一層與第二層的正負(fù)電極位置互相對應(yīng)，第三層與第四層的正負(fù)電極位 置互相對應(yīng)，而第二層與第三層的正負(fù)電極位置交錯，因此在第一層與第二層 之間、第三層與第四層之間的梳狀部處增加了條狀通孔，從而使得側(cè)面的電容 增加，其單位面積電容值為
5^>v +力 2c/ (y+力 2s(w +力
通常情況下，在制造過程中，金屬層間距d大于金屬層厚度h,從以上公式
中可以得出，如圖3b和圖3d所示的一較佳實施例的MIM電容器結(jié)構(gòu)所得到的 單位面積電容大約是如圖3a和3c所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩倍.
如圖2a所示的本發(fā)明一較佳實施例的版圖布局如圖4所示，其中第一電極 和第二電極20、 21和第三電極和第四電極22、 23均可由同樣的版圖30經(jīng)工藝 制造得到，而中間連接層的通孔和條狀通孔25、 26則由版圖35經(jīng)工藝制造得 到。
由于本發(fā)明只需改變通孔的掩模版圖，增加條狀通孔，因此仍然用一般的 通孔形成工藝即可同時形成通孔和條狀通孔，并不需要增加額外的制造步驟， 條狀通孔位于兩層金屬互連層的中間，其側(cè)面即可形成更多的正對面，從而顯 著提高電容值。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如 果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換的，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種多層叉合結(jié)構(gòu)的MIM電容器，其特征在于，包括第一互連層，包括埋置于第一絕緣層中的第一導(dǎo)體圖形和第二導(dǎo)體圖形，上述第一導(dǎo)體圖形和第二導(dǎo)體圖形分別包括一個或一個以上的梳狀部和柄部，第一導(dǎo)體圖形的梳狀部與第二導(dǎo)體圖形的梳狀部相互間隔交叉排列，由上述絕緣層間隔開而彼此不接觸；第二互連層，包括埋置于第二絕緣層中的第三導(dǎo)體圖形和第四導(dǎo)體圖形，上述第三導(dǎo)體圖形和第四導(dǎo)體圖形分別包括一個或一個以上的梳狀部和柄部，第三導(dǎo)體圖形的梳狀部與第四導(dǎo)體圖形的梳狀部相互間隔交叉排列，由上述絕緣層間隔開而彼此不接觸；第三絕緣層，位于第一互連層與第二互連層之間，包括埋置于絕緣層中的通孔或第一條狀通孔，上述條狀通孔位于第一互連層的梳狀部之下和第二互連層的梳狀部之上；上述第一互連層的第一導(dǎo)體圖形版圖結(jié)構(gòu)基本與第二互連層第三導(dǎo)體圖形相同，第一互連層的第二導(dǎo)體圖形版圖結(jié)構(gòu)基本與第二互連層第四導(dǎo)體圖形相同，上述第一導(dǎo)體圖形通過至少一個通孔或條狀通孔連接上述第三導(dǎo)體圖形構(gòu)成并聯(lián)電容器的同一個電極，上述第二導(dǎo)體圖形通過至少一個通孔或條狀通孔連接上述第四導(dǎo)體圖形構(gòu)成并聯(lián)電容器的同一個電極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于上述第一導(dǎo)體圖形 與上述第二導(dǎo)體圖形形成梳狀電極結(jié)構(gòu)，交錯叉合并且連續(xù)延伸，彼此之間由 上述第一絕緣層間隔開而彼此不接觸。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于上述第三導(dǎo)體圖形 與上述第四導(dǎo)體圖形形成梳狀電極結(jié)構(gòu)，交錯叉合并且連續(xù)延伸，彼此之間由 上述第二絕緣層間隔開而彼此不接觸。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于上述第一導(dǎo)體圖形 與上述第三導(dǎo)體圖形的形狀及大小相同，上述第二導(dǎo)體圖形與上述第四導(dǎo)體圖 形的形狀及大小相同。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于上述第一條狀通孔 在其頂部與所述第一導(dǎo)體圖形相接觸，在其底部與第三導(dǎo)體圖形相接觸；或者 上述第一條狀通孔在其頂部與所述第二導(dǎo)體圖形相接觸，在其底部與第四導(dǎo)體 圖形相接觸，上述條狀通孔彼此之間由上述第三絕緣層間隔開而彼此不接觸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIM電容器，其特征在于上述第一互連層， 第一條狀通孔，第二互連層在垂直方向連續(xù)延伸，形成第二條狀通孔第三互連層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多層叉合結(jié)構(gòu)的MIM電容器。一種多層叉合結(jié)構(gòu)的MIM電容器，包括第一互連層，第二互連層，第三絕緣層；第一互連層的第一導(dǎo)體圖形版圖結(jié)構(gòu)基本與第二互連層第三導(dǎo)體圖形相同，第一互連層的第二導(dǎo)體圖形版圖結(jié)構(gòu)基本與第二互連層第四導(dǎo)體圖形相同，第一導(dǎo)體圖形通過至少一個通孔或第一條狀通孔連接第三導(dǎo)體圖形構(gòu)成并聯(lián)電容器的同一個電極。第二導(dǎo)體圖形通過至少一個通孔或第一條狀通孔連接第四導(dǎo)體圖形構(gòu)成并聯(lián)電容器的同一個電極。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明在梳狀部之間增加穿過第三絕緣層的條狀通孔，從而增加了電容器的正對面積，達到在無須改變工藝制程的條件下，在相同的版圖面積下顯著提高電容。
文檔編號H01L27/00GK101388390SQ200710154110
公開日2009年3月18日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日
發(fā)明者夏洪旭, 俊 石 申請人:和艦科技(蘇州)有限公司