专利名称：层叠mim电容器结构以及半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域，更具体地说，本发明涉及一种层叠MIM电容器结构以及采用了该层叠MIM电容器结构的半导体器件。
背景技术：
所谓的金属一绝缘体一金属MlM(Metal-Insulator-Metal)电容器作为电容元件被广泛应用在各种电路中。这种MIM电容器通常集成在多层互连结构中，从而MIM电容器形成多层互连结构的一部分。图I示出传统的MIM电容器的示例。如图I所示，传统的MM电容器结构由金属、绝缘体、金属三层薄膜组成的夹心结构，具体地说，传统的MIM电容器结构包括一个金属层M2 (作为MIM电容器的下极板)、另一个金属层M3、上极板B2以及绝缘电介质层A2。MTM电容器的上极板B2由一层光罩定义出，上、下两个平行电极板(金属层Ml、上极板BI)之间为绝缘电介质层A2，由此构成一个固定电容元件。进一步地,金属层M2和金属层M3间的通孔C 3从第一金属层Ml引出一个节点来连接电容的下极板(金属层M2)。另一方面，金属层M2和上极板B2间的通孔C2引出一个节点来连接电容的上极板B2。图2示出传统的层叠MIM电容器的示例。如图2所述，传统的层叠MM电容器实际上是将两个MM电容器结构层叠起来。例如，如图2所述，可以在图I所示的MIM电容器结构下直接叠加一个MIM电容器结构，其中上一个MM电容器结构的下层金属用作下一个MM电容器结构的上层金属。但是，对于现有技术的MIM电容器以及层叠MIM电容器,一方面，电容器的电容值会随着外加电压的改变而改变(由系数Vcc表示)；另一方面，电容器的电容值会随着温度的改变而改变(由系数Tcc表示)；公知的，电容值随着所加的电压或者温度变化而导致的变化越小电路的性能和稳定性越好，也就是Vcc和Tcc的绝对值越小越好，由于根据现有技术的层叠MM电容器的系数Vcc和系数Tcc还较大，因此，会影响根据现有技术的层叠MIM 电容的性能和稳定性，提供一种更小的Vcc和Tcc的电容越发重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种更佳性能更好稳定性的层叠MIM电容器结构、以及该层叠MIM电容器结构的半导体器件。根据本发明的第一方面，提供了一种层叠MIM电容器结构，其包括层叠的第一 MIM 电容器和第二 MIM电容器；其中,第一 MIM电容器包括作为第一 MIM电容器的下极板的第一金属层、布置在第一金属层上表面的第一电介质层、布置在第一电介质层上表面的第一上极板、以及通过第一通孔与第一上极板连接的第二金属层；并且其中，第二 MM电容器包括作为第二 MIM电容器的下极板的第二金属层、布置在第二金属层上表面的第二电介质层、布置在第二电介质层上表面的第二上极板、以及通过第二通孔与第二上极板连接的第三金属层；其中，第一电介质层和第二电介质层之一米用二氧化娃作为材料，而第一电介质层和第二电介质层中的另一个采用氮化硅作为材料。优选地，在上述层叠MM电容器结构中，所述第一通孔和所述第二通孔中填充有导电金属。优选地，在上述层叠MM电容器结构中，第一 MM电容器和第二 MM电容器彼此并联。优选地，在上述层叠MM电容器结构中，第一金属层与第三金属层通过第四通孔、 第五通孔、以及与第二金属层处于同一金属布线层的金属连线导电地连接在一起。优选地，在上述层叠MM电容器结构中，所述第四通孔和第五通孔中填充有导电金属。根据本发明的第二方面，提供了一种采用了根据本发明第一方面所述的层叠MIM 电容器结构的半导体器件。通过利用根据本发明的层叠MM电容器结构，使得上下两个电容器的材料不同， 可以使得这两种不同材料的参数Vcc和参数Tcc的分别相互抵消，从而使得最后的层叠电容的Vcc和Tcc的绝对值更小，由此得到性能更佳和更稳定的层叠MIM电容器结构。并且， 通过使得根据本发明的层叠MM电容器结构的两个MM电容器并联，在有效地使两个MM 电容器的参数Vcc和参数Tcc更小的同时，而且可以提供具有大电容值的层叠MIM电容器， 相比于普通层叠MM电容器具有更佳的性能和更好的稳定性。
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图I示出现有技术的MIM电容器的示例。图2示出现有技术的层叠MIM电容器的示例。图3示出根据本发明实施例的层叠MIM电容器的示例。图4示出根据本发明实施例的层叠MIM电容器的具体结构的示例。需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施例方式为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。图3示出根据本发明实施例的层叠MIM电容器的示例。如图3所示，根据本发明实施例的层叠MIM电容器包括层叠的第一MIM电容器和第二 MIM电容器。其中，第一 MIM电容器包括作为第一 MIM电容器的下极板的第一金属层Ml、布置在第一金属层Ml上表面的第一电介质层Al、布置在第一电介质层Al上表面的第一上极板 BI、以及通过第一通孔Cl与第一上极板BI连接的第二金属层M2。
其中，第一通孔Cl中填充有诸如钨或者铜之类的导电金属。并且，其中第二 MM电容器包括作为第二 MM电容器的下极板的第二金属层M2、 布置在第二金属层M2上表面的第二电介质层A2、布置在第二电介质层A2上表面的第二上极板B2、以及通过第二通孔C2与第二上极板B2连接的第三金属层M3。其中，第二通孔C2中填充有诸如钨或者铜之类的导电金属。进一步地,在本发明实施例的层叠MIM电容器中，第一电介质层Al和第二电介质层A2采用不同的电介质材料。更具体地说，第一电介质层Al和第二电介质层A2之一采用二氧化娃作为材料，而第一电介质层Al和第二电介质层A2中的另一个米用氮化娃作为材料。 即，当第一电介质层Al采用二氧化硅作为材料时，第二电介质层A2采用氮化硅作为材料。当第二电介质层A2采用二氧化硅作为材料时，第一电介质层Al采用氮化硅作为材料。实际上,可以从图3中看出，第一 MIM电容器和第二 MIM电容器共用第二金属层 M2。更具体地说，第二 MM电容器的下极板(第二金属层M2)通过第一通孔Cl与第一 MM 电容器的上极板BI导电地连接在一起。此外，优选地，可通过第三通孔C3将第二金属层M2引导至上层金属层(例如，在具体实施例中，该上层金属层与后面将要描述的第三金属层M3处于同一金属布线层)，以便于集成电路的连接，由此可作为第一 MIM电容器和第二 MIM电容器一个公共连接端。下述表格示出了以二氧化硅作为电介质层的材料的情况下以及以氮化硅作为电介质层的材料的情况下MIM电容器的性能。
材料电容(ffW)Vcc (ppm/V2)Tcc (ppm/C)BVS1O2I-189-27.4>20SiNI3.7128>20如上述表格所示，在以二氧化硅作为电介质层的材料的情况下，参数Vcc的值大约为-I. 89(ppm/V2) (ppm/V2，ppm表示示百万分之一，V表示电压单位伏特)而以氮化硅作为电介质层的材料的情况下参数Vcc的值大约为3. 71 (ppm/V2);两者情况相反。在以二氧化娃作为电介质层的材料的情况下，参数Tcc的值大约为-27. 4(ppm/C) (ppm/C,ppm表示百万分之一，C表示温度的单位摄氏度)，而以氮化硅作为电介质层的材料的情况下参数Tcc的值大约为28(ppm/C);两者情况也相反。因此，对于层叠MM电容器结构，通过使得上下两个电容器的材料不同，可以使得参数Vcc和参数Tcc的效果相互抵消，由此得到性能更佳 (即，随电压和温度的变化，电容改变量更小)的层叠MIM电容器结构。图4示出本发明实施例的层叠MIM电容器的更具体的结构的示例。在图3的结构的基础上，图4所述的更具体的连接结构还利用第四通孔C4和第五通孔C5经由与第二金属层M2处于同一金属布线层的金属连线M21，将第一金属层Ml (第一 MIM电容器的下极板)与第三金属层M3导电地连接在一起。具体地说，第四通孔C4和第五通孔C5分别导电地连接至与第二金属层M2处于同一金属布线层的金属连线M21 ;从而，第四通孔C4和第五通孔C5导电地连接在一起。
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由于第三金属层M3通过第二通孔C2导电地连接至第二 MM电容器的上级板B2。 所以，实际上，第四通孔C4、第二金属层M2以及第五通孔C5共同形成连接线路，将第一 MIM 电容器的下极板与第二 MM电容器的上级板导电地连接在一起。同样，第四通孔C4和第五通孔C5中填充有诸如钨或者铜之类的导电金属。可以看出，第四通孔C4和第五通孔C5通过第二金属层M2所在的金属连线M21相互连接，但是第四通孔C4并不连接第二金属层M2。此外，第一 MM电容器的上级板BI通过第一通孔Cl与第二 MM电容器的下极板 (第二金属层M2)导电地连接在一起。因此，在图4所示的结构中，实际上第一 MM电容器和第二 MM电容器彼此并联； 并且，并联是根据本发明实施例的层叠M頂电容器的一般常用形式，上述层叠MM电容器的并联形式有效地减小了相同电容值要求下的电容器尺寸。通过使第一 MIM电容器和第二 MIM电容器彼此并联，因此该并联后的电容器的最终参数(VCC、TCC)是并联的两个电容器的各自参数的平均，由此两者相互抵消，即，当并联的两个电容器的各自的参数一个为正一个为负时，平均后的参数的绝对值就会变小(以参数Tcc为例，如上述表格所示，一个电容器的Tcc参数为-27. 4，另一个电容器的Tcc参数为 28，平均后的绝对值接近O)。所以，通过使第一 MIM电容器和第二 MIM电容器彼此并联，最终的系数Vcc和系数Tcc变小。而且，在图4所示的结构中，还可以提供具有大电容值的层叠MM电容器。根据本发明的另一实施例，本发明还提供了一种采用了上述层叠MM电容器结构的半导体器件。需要说明的是，术语“上极板”和“下极板”仅仅用于区分电容器的两个极板，但是这些术语并不是用于限制电容极板的位置或方位。可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种层叠MIM电容器结构,其特征在于包括层叠的第一 MIM电容器和第二 MIM电容器；其中，第一 MIM电容器包括作为第一 MIM电容器的下极板的第一金属层、布置在第一金属层上表面的第一电介质层、布置在第一电介质层上表面的第一上极板、以及通过第一通孔与第一上极板连接的第二金属层；并且其中，第二 MM电容器包括作为第二 MM电容器的下极板的第二金属层、布置在第二金属层上表面的第二电介质层、布置在第二电介质层上表面的第二上极板、以及通过第二通孔与第二上极板连接的第三金属层；其中，第一电介质层和第二电介质层之ー米用ニ氧化娃作为材料，而第一电介质层和第二电介质层中的另ー个采用氮化硅作为材料。
2.根据权利要求I所述的层叠MIM电容器结构，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔中填充有导电金属。
3.根据权利要求I或2所述的层叠MIM电容器结构,其特征在于,第一MIM电容器和第 ニ MIM电容器彼此并联。
4.根据权利要求3所述的层叠MM电容器结构，其特征在于，第一金属层与第三金属层通过第四通孔、第五通孔、以及与第二金属层处于同一金属布线层的金属连线导电地连接在一起。
5.根据权利要求4所述的层叠MIM电容器结构，其特征在于，所述第四通孔和第五通孔中填充有导电金属。
6.一种采用了根据权利要求I至5之一所述的层叠MM电容器结构的半导体器件。
全文摘要
本发明提供了一种层叠MIM电容器结构以及半导体器件。本发明的层叠MIM电容器结构包括层叠的第一MIM电容器和第二MIM电容器；其中，第一MIM电容器包括作为第一MIM电容器的下极板的第一金属层、布置在第一金属层上表面的第一电介质层、布置在第一电介质层上表面的第一上极板、以及通过第一通孔与第一上极板连接的第二金属层；并且其中，第二MIM电容器包括作为第二MIM电容器的下极板的第二金属层、布置在第二金属层上表面的第二电介质层、布置在第二电介质层上表面的第二上极板、以及通过第二通孔与第二上极板连接的第三金属层；其中，第一电介质层和第二电介质层之一采用二氧化硅作为材料，而第一电介质层和第二电介质层中的另一个采用氮化硅作为材料。
文档编号H01L29/94GK102610660SQ201210093909
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者黎坡 申请人:上海宏力半导体制造有限公司