專利名稱：半導(dǎo)體電容裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，尤其是一種金屬-氧化物-金屬 (Metal-Oxide-Metal, MOM)電容裝置。
背景技術(shù)：
電容元件常用于如射頻IC、單片微波IC等集成電路中作為電子無(wú)源器件。MOM電 容是一種性能優(yōu)良的電容器，相比MIMWetal-Insulator-Metal，金屬-介電層-金屬)電 容而言，MOM電容具有更高的經(jīng)濟(jì)性以及集成度，MOM電容可以直接形成在互連金屬層中， 不僅制作工藝易于與現(xiàn)有互連金屬層的制作工藝融合，而且不需要為電極板以及介電層設(shè) 計(jì)單獨(dú)的掩模版以及掩模工藝。在集成電路設(shè)計(jì)中，電容裝置通常會(huì)占據(jù)相當(dāng)大的面積，為了縮小整個(gè)集成電路 的尺寸，相應(yīng)需要對(duì)MOM電容的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改良以提高其電容量密度，從而使得較小面 積中的MOM電容能夠得到更大的電容量。參見(jiàn)圖la、lb、lc，出示了第一種改良的電容裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖lc，它包括6 層金屬層Ml、M2、M3、M4、M5、M6形成的疊層結(jié)構(gòu)，并且相鄰金屬層之間具有介電層VI、V2、 V3、V4、V5以將各金屬層隔離；參見(jiàn)圖la，金屬層Ml中包括氧化層(13)、形成在氧化層(13) 中的第一電極(11)、第二電極(12)，第一電極與第二電極均呈梳狀，包括梳齒與梳柄，且第 一電極的梳齒與第二電極的梳齒交錯(cuò)分布。在本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，6層金屬層M1、M2、M3、M4、M5、M6的結(jié)構(gòu)完全相同(圖中僅顯示 金屬層M2的結(jié)構(gòu)，其與金屬層Ml的結(jié)構(gòu)完全相同)，相鄰金屬層中的第一電極上的梳齒相 互對(duì)應(yīng)，相鄰金屬層中的第二電極的梳齒也相互對(duì)應(yīng)。多個(gè)在第一電極的梳柄的插塞GO) 將各金屬層的第一電極電連接，多個(gè)在第二電極的梳柄的插塞GO)將各金屬層的第二電 極電連接。參見(jiàn)圖2a、2b、2c，出示了第二種改良的電容裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，與第一種結(jié)構(gòu)大體 上相同，只是插塞G0)不僅連接電極的梳柄，而且還連接電極的梳齒。參見(jiàn)圖3a、;3b、3C，出示了第三種改良的電容裝置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其M1、M3、M5的結(jié)構(gòu)完 全相同，M2、M4、M6的結(jié)構(gòu)完全相同，但是相鄰金屬層上的第一電極的梳齒與第二電極的梳 齒相對(duì)應(yīng)，例如，圖3a中的金屬層Ml中第一電極(11)的梳齒與圖北中的金屬層M2中的第 二電極的梳齒相對(duì)應(yīng)。多個(gè)在第一電極的梳柄的插塞(4)將各金屬層的第一電極電連接， 多個(gè)在第二電極的梳柄的插塞(4)將各金屬層的第二電極電連接。采用上述三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電容裝置分別具有以下電容量第一種電容裝置電容量=單層電極耦合的電容量*金屬層數(shù)；第二中電容裝置電容量=第一種電容裝置電容量+插塞產(chǎn)生的電容量；其中，插 塞產(chǎn)生的電容量=單層插塞耦合的電容量*介電層數(shù)；第三種電容裝置電容量=第一種電容裝置電容量+電極錯(cuò)位產(chǎn)生的電容量，其 中，電極錯(cuò)位產(chǎn)生的電容量=相鄰層之間電極錯(cuò)位產(chǎn)生的電容量* (金屬層數(shù)-1)。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同樣具有6層金屬層，具有相同尺寸及材質(zhì)的第一電極、第二電極、 氧化層、介電層的上述三種電容裝置的電容量，其電容分別為第一種電容裝置電容量=2. 87fF/um2 ；第二種電容裝置電容量=3. 27fF/um2 ；第三種電容裝置電容量=3. 26fF/um2?？梢?jiàn)第二種、第三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能提升電容裝置整體的電容量，然而，現(xiàn)有技術(shù)就在 此止步不前，現(xiàn)有技術(shù)中不存在更優(yōu)化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是對(duì)現(xiàn)有MOM電容拓?fù)溥M(jìn)行更進(jìn)一步的優(yōu)化，提高電 容裝置整體的電容量。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種半導(dǎo)體電容裝置，至少包括依次疊置的第一金
屬層、第一介電層、第二金屬層；所述第一金屬層包括沿第一分布方向分布且彼此平行的復(fù)數(shù)條第一金屬條，第一 分布方向與第一金屬條的延伸方向垂直；所述第二金屬層包括沿第二分布方向分布且彼此平行的復(fù)數(shù)條第二金屬條，第二 分布方向與第二金屬條的延伸方向垂直，且第二分布方向與第一分布方向空間相離；沿著第一分布方向分布的第奇數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第奇 數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通、沿著第一分布方向分布的第偶數(shù)條第一金屬條與沿著第二 分布方向分布的第偶數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通，或者沿著第一分布方向分布的第奇數(shù) 條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第偶數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通、沿著第一分 布方向分布的第偶數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第奇數(shù)條第二金屬條通過(guò) 插塞導(dǎo)通。優(yōu)選的，在第二金屬層上設(shè)置有第二介電層，第二介電層上設(shè)置有第三金屬層，所 述第三金屬層的結(jié)構(gòu)與第一金屬層相同，所述插塞貫穿第二介電層并連通第三金屬層。在第三金屬層上設(shè)置有第三介電層，第三介電層上設(shè)置有第四金屬層，所述第四 金屬層的結(jié)構(gòu)與第二金屬層相同，所述插塞貫穿第三介電層并連通第四金屬層。第一分布方向與第二分布方向空間垂直。第二金屬層中的第一條第二金屬條以及最末偶數(shù)條第二金屬條上連接有電源引 線。所述第一金屬條、第二金屬條的材質(zhì)為銅。所述第一介電層的材質(zhì)為氧化硅。由于上述技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)該電容裝置的電容量由以下三 個(gè)部分組成每一層金屬層中金屬條之間的耦合電容，插塞之間形成的耦合電容，相鄰金屬 層的金屬條錯(cuò)位形成的耦合電容。相比現(xiàn)有技術(shù)而言，可以更進(jìn)一步的提高電容裝置的電容量。


通過(guò)附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖la、圖lb、圖lc，為第一種電容裝置拓?fù)鋱D，其中圖Ia顯示了金屬層M1，圖Ib 顯示了金屬層M2，圖Ic為沿圖Ia的A-A方向的電容裝置剖視圖；圖2a、圖2b、圖2c，為第二種電容裝置拓?fù)鋱D，其中圖加顯示了金屬層M1，圖2b 顯示了金屬層M2，圖2c為沿圖加的B-B方向的電容裝置剖視圖；圖3a、圖北、圖3c，為第三種電容裝置拓?fù)鋱D，其中圖3a顯示了金屬層M1，圖北 顯示了金屬層M2，圖3c為沿圖3a的C-C方向的電容裝置剖視圖；圖如為第一實(shí)施例電容裝置的俯視圖，圖4b為圖如中的Ml的俯視圖，圖如為 圖如中的M2的俯視圖，圖4d為沿圖如的D-D方向的電容裝置剖視圖；圖5為第二實(shí)施例電容裝置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施例參見(jiàn)圖4a、4b、4c、4d所示的第一實(shí)施例。該電容裝置為一 MOM電容，包括至少兩 層疊置的金屬層、夾設(shè)在相鄰金屬層之間的介電層，以下首先以金屬層為兩層進(jìn)行說(shuō)明。參見(jiàn)圖4d，圖示電容裝置包括第一金屬層Ml、第二金屬層M2以及夾設(shè)在二者之間 的第一介電層VI。參見(jiàn)圖4d以及圖4b，所述第一金屬層Ml包括第一氧化層10以及形成在所述第一
氧化層10中的多條第一金屬條P1、P2、P3、P4、P5......P2i_l、P2i，其中i為自然數(shù)，i的
數(shù)值在可實(shí)施的范圍內(nèi)，根據(jù)電容裝置的設(shè)計(jì)而不同，例如可以為5、10等，第一金屬條的 數(shù)目還可以為奇數(shù)，即只到P2i-1，本實(shí)施例均不作限定。圖4b中，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，只顯示了 第一金屬條，而未顯示第一氧化層，多條第一金屬條沿第一分布方向分布且彼此平行，該第 一分布方向在本實(shí)施例中為自左向右，而第一金屬條的延伸方向?yàn)樽陨隙拢c第一分布 方向垂直。參見(jiàn)圖4d以及圖如，所述第二金屬層M2包括第二氧化層20以及形成在所述第二
氧化層20中的多條第二金屬條Q1、Q2、Q3、Q4......Q2j_l、Q2j，其中j為自然數(shù)，j的數(shù)值
在可實(shí)施的范圍內(nèi)，根據(jù)電容裝置的設(shè)計(jì)而不同，例如可以為5、10等，第一金屬條的數(shù)目 還可以為奇數(shù)，本實(shí)施例均不作限定。圖4c中，為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，只顯示了第二金屬條，而未 顯示第二氧化層，多條第二金屬條沿第二分布方向分布且彼此平行，該第二分布方向在本 實(shí)施例中為自上而下，而第二金屬條的延伸方向?yàn)樽宰蠖?，與第二分布方向垂直。在本實(shí)施例中，第一分布方向與第二分布方向在空間上相垂直。通過(guò)插塞40將各條第一金屬條、第二金屬條相導(dǎo)通連接，所述插塞位于第一金屬 條、第二金屬條的空間垂線上，但并不是每條第一金屬條都與所有第二金屬條相導(dǎo)通，而是
有選擇的去連接。參見(jiàn)圖4a，Pl與Q1、Q3......Q2J-1相導(dǎo)通；P2與Q2、Q4......Q2j相導(dǎo)
通；......；Ρ2 -1 與 Q1、Q3......Q2J-1 相導(dǎo)通；P2i 與 Q2、Q4......Q2j 相導(dǎo)通；S卩第一
金屬條中的第奇數(shù)條與第二金屬條的第奇數(shù)條相導(dǎo)通、第一金屬條中的第偶數(shù)條與第二金
屬條的第偶數(shù)條相導(dǎo)通。雖然本實(shí)施例中顯示Pl與Ql、Q3......Q2J-1均相導(dǎo)通，但在實(shí)
際設(shè)計(jì)過(guò)程中，還可以有選擇的連接，Pl不必要與Ql、Q3......Q2J-1中的所有都導(dǎo)通。
作為上述連接關(guān)系的等同替換，還可以是第一金屬條中的第奇數(shù)條與第二金屬條 的第偶數(shù)條相導(dǎo)通、第一金屬條中的第偶數(shù)條與第二金屬條的第奇數(shù)條相導(dǎo)通。當(dāng)需要在該電容裝置上制作電源引線時(shí)，可以在第二金屬條Ql上以及第二金屬 條的最末偶數(shù)條Q2j上制作電源引線。這樣可以使得電容分布比較均勻。在本實(shí)施例中， 第一金屬條、第二金屬條的材質(zhì)可以為銅或者摻有鋁的銅。第一氧化層10、第二氧化層20 的材質(zhì)可以為二氧化硅、摻雜的二氧化硅。第一介電層Vl的材質(zhì)可以與第一氧化層、第二 氧化層相同。圖示雖然只顯示了一個(gè)具有兩層金屬層的電容裝置，但是并不能理解為對(duì)本發(fā)明 的限制。當(dāng)需要制作第三層金屬層M3時(shí)，只需要在第二金屬層M2上制作第二介電層V2，在 第二介電層V2中對(duì)應(yīng)第一介電層Vl中插塞的位置制作插塞，然后在第二介電層V2上制作 第三金屬層M3，第三金屬層M3具有與第一金屬層Ml完全相同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要制作第四金 屬層M4時(shí)，只需要在第三金屬層M3上制作第三介電層V3，在第三介電層V3中對(duì)應(yīng)第二介 電層V2中插塞的位置制作插塞，然后在第三介電層V3上制作第四金屬層M4，第四金屬層 M4具有與第二金屬層M2完全相同的結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要更多金屬層時(shí)，依此類推，總之奇數(shù)層金 屬層的結(jié)構(gòu)相同、偶數(shù)層金屬層的結(jié)構(gòu)相同。通過(guò)圖如所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所得到的電容裝置，其電容量由以下三個(gè)部分組成每
一層金屬層中金屬條之間的耦合電容(例如金屬層Ml中PI、P2、P3、P4、P5......P2i_l、
P2i之間)，介電層中插塞之間形成的耦合電容，相鄰金屬層的金屬條錯(cuò)位(例如P3與Q2 之間)形成的耦合電容。相比現(xiàn)有技術(shù)而言，可以更進(jìn)一步的提高電容裝置的電容量。對(duì)于一個(gè)采用了本實(shí)施例結(jié)構(gòu)的具有六層金屬層的電容裝置，當(dāng)其具有與背景技 術(shù)中第一種電容裝置相同的介電層、氧化層(厚度、材質(zhì)均相同)，金屬條的寬度、第一電極 的寬度、第二電極的寬度均相同，金屬條的總長(zhǎng)度與第一電極加上第二電極的金屬總長(zhǎng)度 相等時(shí)，其電容量能達(dá)到3. 50fF/um2,相比第一種電容裝置超出22 %，相比第二種電容裝 置、第三種電容裝置超出7%。第二實(shí)施例在某些應(yīng)用場(chǎng)合中，受到空間的限制，相鄰金屬層中的金屬條的分布方向未必空 間垂直。例如圖5所示的電容裝置，其結(jié)構(gòu)與圖如大致相同，區(qū)別在于，第二金屬條的分布 方向并非自上而下，而是自左上方向右下方分布，第二金屬條的分布方向與第一金屬條的 分布方向具有75°的空間角，而非90°。圖5所示的電容裝置適合平行四邊形的布局。當(dāng) 然，隨著空間結(jié)構(gòu)不同，第二金屬條的分布方向與第一金屬條的分布方向可以具有其它的 空間角以適應(yīng)布局需要。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體電容裝置，至少包括依次疊置的第一金屬層、第一介電層、第二金屬層； 所述第一金屬層包括沿第一分布方向分布且彼此平行的復(fù)數(shù)條第一金屬條，第一分布方向與第一金屬條的延伸方向垂直；所述第二金屬層包括沿第二分布方向分布且彼此平行的復(fù)數(shù)條第二金屬條，第二分布 方向與第二金屬條的延伸方向垂直，且第二分布方向與第一分布方向空間相離；沿著第一分布方向分布的第奇數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第奇數(shù)條 第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通、沿著第一分布方向分布的第偶數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布 方向分布的第偶數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通，或者沿著第一分布方向分布的第奇數(shù)條第 一金屬條與沿著第二分布方向分布的第偶數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通、沿著第一分布方 向分布的第偶數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第奇數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞 導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體電容裝置，其特征在于在第二金屬層上設(shè)置有第二 介電層，第二介電層上設(shè)置有第三金屬層，所述第三金屬層的結(jié)構(gòu)與第一金屬層相同，所述 插塞貫穿第二介電層并連通第三金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體電容裝置，其特征在于在第三金屬層上設(shè)置有第三 介電層，第三介電層上設(shè)置有第四金屬層，所述第四金屬層的結(jié)構(gòu)與第二金屬層相同，所述 插塞貫穿第三介電層并連通第四金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體電容裝置，其特征在于第一分布方向與第二分布方 向空間垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體電容裝置，其特征在于第二金屬層中的第一條第二 金屬條以及最末偶數(shù)條第二金屬條上連接有電源引線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體電容裝置，其特征在于所述第一金屬條、第二金屬條 的材質(zhì)為銅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體電容裝置，其特征在于所述第一介電層的材質(zhì)為氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體電容裝置，至少包括依次疊置的第一金屬層、第一介電層、第二金屬層；第一金屬層包括沿第一分布方向分布且彼此平行的復(fù)數(shù)條第一金屬條，所述第二金屬層包括沿第二分布方向分布且彼此平行的復(fù)數(shù)條第二金屬條；沿著第一分布方向分布的第奇數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第奇數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通、沿著第一分布方向分布的第偶數(shù)條第一金屬條與沿著第二分布方向分布的第偶數(shù)條第二金屬條通過(guò)插塞導(dǎo)通。該電容裝置的電容量由三個(gè)部分組成每一層金屬層中金屬條之間的耦合電容，插塞之間形成的耦合電容，相鄰金屬層的金屬條錯(cuò)位形成的耦合電容。本發(fā)明可以更進(jìn)一步的提高電容裝置的電容量。
文檔編號(hào)H01L23/522GK102110684SQ20091020070
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者朱輝 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司