一种mom电容结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种MOM电容结构，包括多个电容单元，所述电容单元为双螺旋式电容结构。本实用新型的MOM电容结构不仅存在X方向上的电容，同时最大限度地增加了Y、Z方向的电容，从而增加了电容的密度，增大了电容值。
【专利说明】—种MOM电容结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉集成电路制造领域，特别涉及一种MOM电容结构。
【背景技术】
[0002]随着半导体集成电路的制造技术的不断进步，半导体器件性能不断提升的同时也伴随着器件小型化和微型化的进程。电容结构是集成电路的重要组成单元，集成电路芯片中的电容结构多种多样，如:M0S (metal-oxi de-semi conductor field金属-氧化物_半导体)场效应管电容；PIP (polysilicon-1nsulator-polysilicon多晶娃-绝缘体-多晶娃)电容，可变结电容以及后段互联中的MIM(metal-1nsulator_metal金属-绝缘体-金属)电容和M0M(metal-oxide_metal金属-氧化物-金属)电容。
[0003]目前最常用的后段互联电容结构有两种:MM电容和MOM电容。MM电容和MOM电容存在于后段互联层结构不占用器件层的面积，且电容的线性特征要远好于其他类型的电容。其中，MIM电容尽管结构简单，但形成至少两层金属板需要很多额外的工艺步骤，从而增加了很多制造中的成本。而MOM电容主要利用上下层金属导线和同层金属之间形成的整体电容，该种电容的优点是其可以用现有的互联制造工艺来实现，即可以同时完成MOM电容与铜互联结构，且电容密度较高，还可以通过堆叠多层MOM电容来实现较大的电容值，因此在高阶制造有更为广泛应用。
[0004]如图1和图2所示，现有技术中MOM电容结构为梳指状电容，为垂直堆叠结构，由多个金属层Ml、M2、M3、M4形成,每一层结构包括交叉排布的极板11和极板12,并且,不同金属层形成的极板11通过插塞131相互电连接，不同金属层形成的极板12通过插塞132相互电连接。其中，极板11包括多个指状条112和用于连接多个指状条112的汇总条111，同样，极板12包括多个指状条122和用于连接多个指状条122的汇总条121。指状条112和122呈叉指状排布，对于同一层金属形成的极板而言，同一层相邻的指状条112和指状条122形成一个分电容结构；对于相邻层金属形成的极板而言，相邻层且相邻的指状条112和指状条122形成一个分电容结构，相邻层且相邻的汇总条111或汇总条121形成一个分电容结构，总的电容等于各分电容的电容之和。
[0005]现有工艺中，因为MOM电容要与互联结构同时完成，所以MOM电容的氧化绝缘层的厚度由金属线的厚度和互联结构的介质层厚度决定，无法独立更改。因此，在传统工艺中较难实现MOM电容值的提高和调整。然而，随着芯片性能对大电容的需求，如何在有限的面积下获得具有大电容值电容成为一个非常有吸引力的课题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于在单位面积里增加电容结构的电容密度，增大电容值。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种MOM电容结构，包括多个电容单元，所述电容单元为双螺旋式电容结构。
[0008]可选的，每个所述电容单元包括多层第一极板、多层第二极板以及形成于第一极板和第二极板之间的介质层。
[0009]可选的，同一层的第一极板和第二极板之间夹角为负10度到10度,最佳的,二者平行排列。
[0010]可选的，相邻层的第一极板之间以及相邻层的第二极板之间均交叉排列，相邻层的第一极板之间以及相邻层的第二极板之间均通过金属插塞电性连接；相邻电容单元的第一极板和第二极板交替排列。
[0011]可选的,相邻层的第一极板或第二极板呈90度相堆叠,金属插塞与第一极板和第二极板垂直排列。
[0012]可选的，所述第一极板和第二极板分别形成两个螺旋，此两个螺旋相互交叠围绕第一极板和第二极板的中心轴线方向垂直延伸，形成一个垂直双螺旋的结构。
[0013]可选的，第一极板和第二极板分别形成两个螺旋，此两个螺旋相互交叠围绕第一极板和第二极板的中心轴线方向水平延伸，形成一个水平双螺旋的结构。
[0014]可选的，同层金属层内的第一极板和第二极板并列排列。 [0015]与现有技术相比，本实用新型提供的MOM电容结构为双螺旋结构，在X方向上，单元内和相邻单元间都存在电容，在Y方向上，单元内和相邻单元间增加了电容，Z方向上，单元内和相邻单元间增加了电容。这就使得单位面积上的电容密度增大，从而增加了电容器的电容值。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是现有技术中MOM电容结构的俯视图；
[0017]图2是现有技术中MOM电容结构的剖面图；
[0018]图3是本实用新型实施例一的MOM电容结构单元的立体图；
[0019]图4是本实用新型实施例一的MOM电容结构的俯视图；
[0020]图5是本实用新型实施例二的MOM电容结构单元的立体图；
[0021]图6是本实用新型实施例二的MOM电容结构的俯视图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合示意图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
[0023]此外，在本实用新型的说明中，为了不模糊本实用新型的创造性方面，将某些细节省去，省去的细节也在本领域技术人员的理解范围内。
[0024]需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0025]【实施例一】
[0026]图3是本实施例的MOM电容结构的立体图，图4是本实施例的MOM电容结构的俯视图。
[0027]如图3和图4所示，本实施例提供的MOM电容结构包括多个电容单元20，所述每个电容单元20均为垂直双螺旋式电容结构，不仅在X方向存在电容，Y方向和Z方向也增加了电容，这就使得单位面积上的电容密度增大，从而增加了电容器的电容值。
[0028]具体地说，所述电容单元20包括多层第一极板21、多层第二极板22以及形成于第一极板21和第二极板22之间的介质层(图中未示出)；同一层的第一极板21和第二极板22夹角为负10度到10度，最佳角度为O度，即同一层的第一极板21和第二极板22平行排列；相邻层的第一极板21之间以及相邻层的第二极板22之间均交叉排列，相邻层的第一极板21之间以及相邻层的第二极板22之间均通过金属插塞23电性连接，相邻的电容单元20的第一极板21和第二极板22交替排列，如此就形成了双螺旋式电容结构。
[0029]本实施例中共包括六层第一极板21和第二极板22，如图3所示，从下至上依次为第一层极板Ml、第二层极板M2，第三层极板M3、第四层极板M4、第五层极板M5以及第六层极板M6，其中，第一层极板Ml包括第一层的第一极板21和第一层的第二极板22，以此类推，第二层极板M2包括第二层的第一极板21和第二层的第二极板22。
[0030]较佳的，相邻层的第一极板21之间以及相邻层的第二极板22之间垂直排列，例如，第一层极板Ml的第一极板21和第二层极板M2的第一极板21呈90度相堆叠,第一层极板Ml的第二极板22和第二层极板M2的第二极板22也呈90度相堆叠。并且，金属插塞23与第一极板21和第二极板22垂直排列，保证单位空间内排布尽可能多的电容电极。相邻两层的第一极板21与第二极板22以及两极板之间的电介质堆叠形成Z方向的分电容。
[0031]本实施例中，如图3所示，为了在最小的空间内堆叠尽可能多的极板，第一极板21和第二极板22分别形成两个螺旋，此两个螺旋相互交叠围绕第一极板21和第二极板22的中心轴线方向旋转而上，形 成一个垂直双螺旋的结构，最大程度的在Z方向额外增加了耦合电容。
[0032]如图4所示，本实施例提供的MOM电容结构包括多个电容单元20，多个电容单元20等间距排列，并且，同一个电容单元20内同一层的第一极板21与第二极板22的间距与相邻的电容单元的间距相等。也就是说，每一层极板包括多个互相平行、并列、等间距的第一极板21和第二极板22，所述第一极板21和所述第二极板22相互交替排列，同一金属层内任意两个相邻极板的极性相反。所述第一极板21和所述第二极板22之间填充有隔离介电层。第一极板21和第二极板22金属线宽尽可能地小，但应保证在设计规则范围内，这样就使在同一金属层内，单位面积里使用最小的金属面积，而又尽可能多地分布了金属极板，以增加耦合电容数量。在X方向上，单元间或单元内的第一极板21和第二极板22及两极板之间的介质共同形成X方向的分电容；在Y方向上，单元间或单元内的第一极板21和第二极板22及两极板之间的介质共同形成Y方向的分电容。即，在相同金属层内，任何一个极板都与与之极性相反的4个极板相邻，并形成4个耦合电容。
[0033]【实施例二】
[0034]图5是本实施例的MOM电容结构的立体图，图6是本实施例的MOM电容结构的俯视图。
[0035]如图5和图6所示，本实施例提供的MOM电容结构包括多个电容单元30，所述每个电容单元30均为水平双螺旋式电容结构，不仅在X方向存在电容，Y方向和Z方向也增加了电容，这就使得单位面积上的电容密度增大，从而增加了电容器的电容值。
[0036]具体地说，所述电容单元30包括多层第一极板31、多层第二极板32以及形成于第一极板31和第二极板32之间的介质层(图中未不出)，同一层的第一极板31和第二极板32夹角为负10度到10度，最佳角度为O度，即同一层的第一极板31和第二极板32平行排列。相邻层的第一极板31之间以及相邻层的第二极板32之间均交叉排列，相邻层的第一极板31之间以及相邻层的第二极板32之间均通过金属插塞33电性连接，相邻的电容单元30的第一极板31和第二极板32交替排列，如此就形成了双螺旋式电容结构。本实用新型的电容单元30也可以在竖直方向重复堆叠，堆叠时同样需要满足相邻的电容单元30的第一极板31和第二极板32交替排列。
[0037]本实施例中共包括两层第一极板31和第二极板32，，如图5所示，从下至上依次为第一层极板Ml'、第二层极板M2'，其中，第一层极板Ml'包括多个第一层的第一极板31和多个第一层的第二极板32，以此类推，第二层极板M2丨包括多个第二层的第一极板31和多个第二层的第二极板32。
[0038]较佳的，相邻层的第一极板31之间以及相邻层的第二极板32之间垂直排列，例如，第一层极板Ml'的第一极板31和第二层极板M2 '的第一极板31呈90度相堆叠，第一层极板Ml'的第二极板32和第二层极板M2 '的第二极板32也呈90度相堆叠。并且，金属插塞33与第一极板31和第二极板32垂直排列,保证单位空间内排布尽可能多的电容电极。相邻两层的第一极板31与第二极板32以及两极板之间的电介质堆叠形成Z方向的分电容。
[0039]本实施例中，如图5所示，为了在最小的空间内堆叠尽可能多的极板，第一极板31和第二极板32分别形成两个螺旋，此两个螺旋相互交叠围绕第一极板31和第二极板32的中心轴线方向水平延伸，形成一个水平双螺旋的结构，最大程度的在Z方向额外增加了耦合电容。
[0040]如图6所示，本实施例提供的MOM电容结构包括多个电容单元30，多个电容单元30等间距排列，并且，同一个电容单元30内同一层的第一极板31与第二极板32的间距与相邻的电容单元的间距相等。也就是说，每一层极板包括多个互相平行、并列、等间距的第一极板31和第二极板32,所述第一极板31和所述第二极板32相互交替排列，同一层极板内任意两个相邻极板的极性相反。所述第一极板31和所述第二极板32之间填充有隔离介电层。第一极板31和第二极板32金属线宽尽可能地小，但应保证在设计规则范围内，这样就使在同一层内，单位面积里使用最小的金属面积，而又尽可能多地分布了金属极板，以增加耦合电容数量。在X方向上，第一极板31和第二极板32及两极板之间的介质共同形成X方向的分电容；在Y方向上，第一极板31和第二极板32及两极板之间的介质共同形成Y方向的分电容。即，在相同金属层内，任何一个极板都与与之极性相反的4个极板相邻，并形成4个耦合电容。
[0041]综上所述，本实用新型的这种双螺旋结构在垂直或水平方向重复形成MOM电容结构，所有分电容之和相加就是电容结构的电容。与传统的梳指型MOM电容相比，本实用新型的结构最大限度地增加了 Y、Z方向的电容，从而增加了电容的密度，即增加了电容值。
[0042]显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种MOM电容结构，包括多个电容单元，其特征在于，所述电容单元为双螺旋式电容结构。
2.如权利要求1所述的MOM电容结构，其特征在于，所述电容单元包括多层第一极板、多层第二极板以及形成于第一极板和第二极板之间的介质层。
3.如权利要求1所述的MOM电容结构，其特征在于，相邻电容单元的第一极板和第二极板交替排列。
4.如权利要求3所述的MOM电容结构，其特征在于，同一层的第一极板和第二极板之间夹角为负10度到10度。
5.如权利要求4所述的MOM电容结构，其特征在于，同一层的第一极板和第二极板平行排列。
6.如权利要求4所述的MOM电容结构，其特征在于，相邻层的第一极板之间以及相邻层的第二极板之间均交叉排列，相邻层的第一极板之间以及相邻层的第二极板之间均通过金属插塞电性连接。
7.如权利要求6所述的MOM电容结构，其特征在于，相邻层的第一极板之间以及相邻层的第二极板之间垂直排列，并且所述金属插塞与所述第一极板和第二极板垂直排列。
8.如权利要求6所述的MOM电容结构，其特征在于，所述第一极板和第二极板分别形成两个螺旋，此两个螺旋相互交叠围绕第一极板和第二极板的中心轴线方向垂直延伸，形成一个垂直双螺旋的结构。
9.如权利要求7所述的MOM电容结构，其特征在于，所述多个电容单元的第一极板和第二极板并列排列。
10.如权利要求6所述的MOM电容结构，其特征在于，所述第一极板和第二极板分别形成两个螺旋，此两个螺旋相互交叠围绕第一极板和第二极板的中心轴线方向水平延伸，形成一个水平双螺旋的结构。
【文档编号】H01L23/522GK203774309SQ201320804612
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】陈威 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司