一種立體包裹式金屬-氧化層-金屬電容的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種立體包裹式金屬-氧化層-金屬電容。其內(nèi)層極板由多層金屬工藝作為第一金屬層堆疊組成，外層極板也由多層金屬工藝作為第二、三金屬層堆疊組成。該結(jié)構(gòu)的第一金屬層被第二、三金屬層以一種三維立體式的方式包裹覆蓋，由兩者之間的空隙由氧化層填充，形成該電容的有效電介質(zhì)。該電容在有效縮小晶片面積的同時，能夠達到滿足千分之一的無源器件匹配精度要求，大小可以控制在1f法拉第以上。
【專利說明】—種立體包裹式金屬-氧化層-金屬電容

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠應(yīng)用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器/數(shù)模轉(zhuǎn)換器的金屬-氧化層-金屬電容。

【背景技術(shù)】
[0002]集成電路隨著摩爾定律不斷發(fā)展，現(xiàn)代CMOS已經(jīng)進入幾十納米如65納米、40納米以及更先進的工藝制造技術(shù)。通信技術(shù)對于高速的需求，以及便攜式設(shè)備對低功耗的需求使得集成電路設(shè)計走向高速與低功耗相融合的方案。模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為鏈接集成電路中模擬與數(shù)字的橋梁，人們對于其兼容高速與低功耗性能的要求日益迫切。在這種挑戰(zhàn)下，傳統(tǒng)的各種模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用場合以及也發(fā)生了重要變化，人們利用先進的工藝制造技術(shù)的同時，并在原有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新來彌補其對于高性能的要求。
[0003]近些年來，逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由于其天然適應(yīng)先進制造工藝的優(yōu)勢，在現(xiàn)如今的模數(shù)轉(zhuǎn)換器大家庭中的地位愈加重要。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器很好的滿足了低功耗的要求，其能效能夠控制在100fJ/convers1n - step,甚至1fJ的量級，同時在先進制造工藝的支撐下，其轉(zhuǎn)換速度也提升至lOOMS/s量級。這種結(jié)構(gòu)很好的適應(yīng)了人們對于高速和低功耗的需要。而電容陣列結(jié)構(gòu)作為傳統(tǒng)逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要組成部分，其速度和功耗將直接影響到整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器。對于該模數(shù)轉(zhuǎn)換器，若電容陣列的電容值越小，其在速度和功耗方面的優(yōu)勢將會越明顯。
[0004]而傳統(tǒng)的電容有兩種形式，一種是金屬-絕緣層-金屬電容(MIM)，另一種是金屬-氧化層-金屬電容(MOM)。MIM電容采用具有特殊材料的絕緣層作為電解質(zhì)，電容密度高，且占據(jù)了較大的芯片面積，該結(jié)構(gòu)不能達到很低的電容值。而傳統(tǒng)MOM電容采用插值狀三維結(jié)構(gòu)，增加了電路布線時的寄生，提高版圖難度，從而引入不確定的寄生電容因素。因此本發(fā)明專利的驅(qū)動力在于設(shè)計一種既能達到小容值(IfF量級)，又能兼顧其相對匹配精度、面積使用效率和走線簡易程度的電容結(jié)構(gòu)，對于高速低功耗模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)至關(guān)重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能效高、布局簡單的立體包裹式金屬-氧化物-金屬電容，能克服傳統(tǒng)M頂電容結(jié)構(gòu)所帶來的電容值過大而不具有高能效的困擾，并克服傳統(tǒng)MOM電容結(jié)構(gòu)所帶來的布局布線困擾以及這種困擾帶來的不必要寄生電容的影響。該電容是能應(yīng)用于一定精度AD/DA的IfF量級的電容。該電容能夠保證及相對增大有效電容值，并能廣泛使用于AD/DA的電路連接關(guān)系中。
[0006]本發(fā)明所提供的立體包裹式金屬-氧化物-金屬電容主要包括第一金屬層101、第二金屬層102和第三金屬層103，其中:
所述第一金屬層101，由多層金屬組成，為立體的T形結(jié)構(gòu)，作為電容的內(nèi)層極板；
所述第二金屬層102和第三金屬層103，分別由多層金屬組成。第二金屬層102作為側(cè)壁，第三金屬層103作為頂蓋設(shè)置于兩個第二金屬層102上方，通過通孔相互連接，形成一個中空的方形立體結(jié)構(gòu)，作為該電容的外層極板；
所述第一金屬層101的T形結(jié)構(gòu)端頭部鑲嵌于第二金屬層102和第三金屬層103形成的中空的立方體結(jié)構(gòu)之中，即電容的外層極板完全將內(nèi)層極板包裹；
所述第二金屬層102和第三金屬層103連接成一體,其同第一金屬層101之間設(shè)置有氧化層隔斷104。如圖1和圖4所示。
[0007]本發(fā)明中，第一金屬層被第二、三金屬層以一種三維立體式的方式包裹覆蓋，兩者之間的空隙由氧化層隔斷填充，形成該電容的有效電介質(zhì)。該三維立體包裹式的電容在有效縮小晶片面積的同時，能夠達到滿足千分之一的無源器件匹配精度要求，大小可以控制在If法拉第以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剖面圖。
[0009]圖2是本發(fā)明的實例剖面圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖和仰視圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的三維立體剖面圖。
[0012]圖中標號:101為第一金屬層，102為第二金屬層,103為第三金屬層，104為氧化層。

【具體實施方式】
[0013]為了進一步闡述本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖及一定實例，對該電容結(jié)構(gòu)的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)及功能等，做出詳細說明。
[0014]第一金屬層101中依次設(shè)置由具體工藝實現(xiàn)的第三層金屬M3、第四層金屬M4A、第五層金屬M5A和第六層金屬M6A ;每一層金屬通過通孔連接。
[0015]第二金屬層102中依次設(shè)置由具體工藝實現(xiàn)的第四層金屬M4B、第五層金屬M5B和第六層金屬M6B ;每一層金屬通過通孔連接。
[0016]第三金屬層103中設(shè)置由具體工藝實現(xiàn)的第七層金屬M7。
[0017]第四層金屬M4A與第四層金屬M4B分割獨立；第五層金屬M5A與第五層金屬M5B分割獨立；第六層金屬M6A與第六層金屬M6B分割獨立。
[0018]第四層金屬M4B、第五層金屬M5B和第六層金屬M6B均為一方形環(huán)狀體。
[0019]氧化層01為隔斷第四層及第五層層間金屬的絕緣介質(zhì)層。
[0020]氧化層02為隔斷第五層與第六層金屬間的絕緣介質(zhì)層。
[0021]氧化層03為隔斷第六層層間金屬的絕緣介質(zhì)層。
[0022]氧化層04為隔斷第六層與第七層金屬間的絕緣介質(zhì)層。
[0023]第三層金屬M3作為該電容的某一極板引線,直接與第四層金屬M4A、第五層金屬M5A、第六層金屬M6A由通孔相連接,并組成一個整體,成為一個柱狀的第一金屬層101。即第三層金屬M3、第四層金屬M4A、第五層金屬M5A、第六層金屬M6A由通孔連接成一整體，并構(gòu)成該電容的某一極板。第四層金屬M4B、第五層金屬M5B、第六層金屬M6B通過通孔垂直連接成一具有鏤空底部的方形環(huán)狀體，這一整體構(gòu)成了該電容結(jié)構(gòu)的第二金屬層102。另夕卜，第七層金屬M7作為一個頂部的封閉金屬層，構(gòu)成了第三金屬層103，覆蓋了整個電容的頂部，通過通孔與第六層金屬M6B相連接。第二金屬層與第三金屬層一同構(gòu)成了電容的另一個極板。如圖2所示。
[0024]第二金屬層的環(huán)狀結(jié)構(gòu)與第一金屬層的柱狀結(jié)構(gòu)由氧化層01、氧化層02、氧化層03相隔斷。第三金屬層與第一金屬層由氧化層04隔斷。這些氧化層形成了本電容的電介質(zhì)填充，由于氧化層的介電常數(shù)較小，本電容的電容值也較小，從而能夠到達IfF量級，又由于其包裹式結(jié)構(gòu)，能夠減少外界寄生電容對第一電容層(即該電容的有效電容)的影響，使得該結(jié)構(gòu)的電容對寄生電容有很強的不敏感性。如圖2所示。
[0025]圖3是根據(jù)上述電容結(jié)構(gòu)描述，給出的一種可能的俯視圖及仰視圖實例。從頂部看只有第七層金屬M7以及連接到第六層金屬M6B的通孔；從底部看，第四層金屬M4B和第五層金屬M5B同屬于外層極板，第三層金屬M3屬于內(nèi)層極板。而圖4是根據(jù)上述電容結(jié)構(gòu)描述，給出的一種可能的俯視圖及仰視圖實例的三維立體剖面圖，這些可以促進對本發(fā)明轉(zhuǎn)里的電容結(jié)構(gòu)的進一步理解。
[0026]值得注意的是，以上通過具體實例是根據(jù)對本發(fā)明結(jié)構(gòu)的精神進行的舉例說明，本發(fā)明所涉及的電容結(jié)構(gòu)，不局限于由M3-M6組成的第一金屬層、由M4-M6組成的第二金屬層和由M7構(gòu)成的第三金屬層，也不局限于圖3描述的正方形狀、正多邊形狀環(huán)狀結(jié)構(gòu)。在不脫離本發(fā)明精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種立體包裹式金屬-氧化物-金屬電容，其特征在于主要包括第一金屬層(101 )、第二金屬層(102)和第三金屬層(103),其中: 所述第一金屬層(101)，由多層金屬組成，為立體的T形結(jié)構(gòu)，作為電容的內(nèi)層極板； 所述第二金屬層(102)和第三金屬層(103)，分別由多層金屬組成；第二金屬層(102)作為側(cè)壁，第三金屬層(103)作為頂蓋設(shè)置于兩個第二金屬層(102)上方，通過通孔相互連接，形成一個中空的方形立體結(jié)構(gòu)，作為該電容的外層極板； 所述第一金屬層(101)的T形結(jié)構(gòu)端頭部鑲嵌于第二金屬層(102)和第三金屬層(103)形成的中空的立方體結(jié)構(gòu)之中，即電容的外層極板完全將內(nèi)層極板包裹； 所述第二金屬層(102)和第三金屬層(103)連接成一體,其同第一金屬層(101)之間設(shè)置有氧化層隔斷(104)。
【文檔編號】H01L23/522GK104201170SQ201410386049
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】任俊彥, 向濟璇, 陳遲曉, 陳華斌, 王晶晶, 許俊, 葉凡, 李寧 申請人:復(fù)旦大學(xué)