Mom电容及其制作方法
【专利摘要】一种MOM电容及其制作方法。所述MOM电容包括：半导体衬底；位于半导体衬底上的介质层；多个层叠设置的第一电极，位于所述介质层中，同一层中的第一电极呈指状结构；多个层叠设置的第二电极，位于所述介质层中，同一层中的第二电极呈指状结构；同一层中所述第一电极和所述第二电极相对交错排布；相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构；相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构。本发明可以进一步提高MOM电容的电容值。
【专利说明】MOM电容及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种MOM电容及其制作方法。
【背景技术】
[0002]在半导体集成电路中，与晶体管电路制作在同一芯片上的集成电容被广泛地应用。其形式主要有金属-绝缘体-金属(metal-1nsulator-metal,MIM)电容和金属-氧化物-金属(metal-oxide-metal, MOM)电容两种。其中，MIM电容使用上下层金属作为电容极板，电容量主要由电容所占面积决定，因此，在需要大电容的场合中使用M頂电容会引起成本大大增加；而MOM电容采用指状结构和叠层相结合的方法可以在相对较小的面积上制作容量更大的电容。此外，在制作MOM电容时，无需额外的光刻胶层和掩模，从而制作工艺相对于MM电容也更简单，成本更低。
[0003]MOM指状结构电容在同一金属层内制作电容的两个电极，每个电极延伸出数个指状极板，两个电极的指状极板相互平行且以相互交错的形式放置，这些交错放置的指状极板之间以当前层的层间介质作为绝缘层形成MOM电容。为了增加电容量，还可以用相同的结构制作在当前MOM电容的上层金属或下层金属之中而形成叠层的结构，同一电极不同层的金属可以通过钨材料的金属插塞连接形成一个整体。由于所述金属插塞的尺寸比较小，因此与金属插塞相关的电容可以忽略不计。
[0004]参考图1至图4所示,现有MOM电容包括:
[0005]多个层叠设置的指状结构的第一电极20，每个第一电极20包括多个平行的第一指状极板23，且所述第一指状极板23的一端连接在一起；
[0006]多个层叠设置的指状结构的第二电极30，每个第二电极30包括多个平行的第二指状极板33，且所述第二指状极板33的一端连接在一起；
[0007]位于同一层中的第一电极20和第二电极30相对交错排布,且第一电极20和第二电极30之间通过绝缘材料10进行分隔；
[0008]相邻层之间的第一电极20之间采用第一接触插塞40连接，相邻层之间的第二电极30之间采用第二接触插塞50连接。
[0009]更多与MOM电容相关的技术可以参考申请公布号为CN102903612A、申请公布日为2013年I月30日的中国专利申请文件。
[0010]随着器件小型化的发展，如何在不增加器件体积的前提下，进一步增加MOM电容的电容值就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
【发明内容】
[0011]本发明解决的问题是提供一种MOM电容及其制作方法，可以进一步提高MOM电容的电容值。
[0012]为解决上述问题，本发明提供一种MOM电容，包括:
[0013]半导体衬底；[0014]位于所述半导体衬底上的介质层；
[0015]多个层叠设置的第一电极，位于所述介质层中，同一层中的第一电极呈指状结构；
[0016]多个层叠设置的第二电极，位于所述介质层中，同一层中的第二电极呈指状结构；
[0017]同一层中所述第一电极和所述第二电极相对交错排布；
[0018]相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构；
[0019]相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构。
[0020]可选的，所述第一金属平板结构的形状、尺寸与所述第一电极的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构的形状、尺寸与所述第二电极的形状、尺寸相同。
[0021]可选的，所述第一电极和所述第二电极的材料为铝。
[0022]可选的，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的材料为钨。
[0023]可选的，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的厚度范围包括0.1 μ m ?10 μ m0
[0024]为解决上述问题，本发明还提供了一种MOM电容的制作方法，包括:
[0025]提供半导体衬底；
[0026]在所述半导体衬底上形成介质层，且在所述介质层中形成多个层叠设置的第一电极和多个层叠设置的第二电极，同一层中的第一电极呈指状结构，同一层中的第二电极呈指状结构，同一层中所述第一电极和所述第二电极相对交错排布；相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构；相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构。
[0027]可选的，采用互连线工艺形成所述第一金属平板结构和第二金属平板结构。
[0028]可选的，所述第一金属平板结构的形状、尺寸与所述第一电极的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构的形状、尺寸与所述第二电极的形状、尺寸相同。
[0029]可选的，所述第一电极和所述第二电极的材料为铝，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的材料为钨。
[0030]可选的，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的厚度范围包括0.1 μ m ?10 μ m0
[0031]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:将相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构，将相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构，由于第一金属平板结构和第二金属平板结构的面积相对于原有金属插塞的面积有比较大的提高，因此可以增加整个MOM电容中金属极板的面积，最终在不改变MOM电容体积的前提下，可以有效提高MOM电容的电容值。
[0032]进一步，所述第一金属平板结构的形状、尺寸与所述第一电极的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构的形状、尺寸与所述第二电极的形状、尺寸相同，从而MOM电容的电容值可以近似提高(N-1) /N倍，其中N为第一电极和第二电极的层数。
[0033]进一步，采用互连线工艺形成所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构，从而可以充分利用现有工艺，无需额外的工艺，且不需要增加新的光刻工艺，最终方法简单，成本低。【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是现有技术中MOM电容的俯视结构示意图；
[0035]图2是沿图1中的AA方向得到的剖视结构示意图；
[0036]图3是沿图1中的BB方向得到的剖视结构示意图；
[0037]图4是沿图1中的CC方向得到的剖视结构示意图；
[0038]图5是本发明实施例中MOM电容的俯视结构示意图；
[0039]图6是沿图5中的DD方向得到的剖视结构示意图；
[0040]图7是沿图5中的EE方向得到的剖视结构示意图；
[0041]图8是沿图5中的FF方向得到的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]正如背景部分所述，现有MOM电容中同一电极进行层叠设置，同一电极的不同层之间采用圆柱体的接触插塞进行连接，由于接触插塞的面积非常小，因此由接触插塞产生的电容值相对于电极之间产生的电容值可以忽略不计。但是随着半导体技术的发展，需要在不改变MOM电容体积的前提下，进一步提高MOM电容的电容值。
[0043]根据平板电容的计算公式:电容值=真空介电常数XkX面积/极板间距，即电容量与绝缘层介质的相对介电常数k以及金属极板面积成正比，与两极板间的距离成反比。由于特定工艺中，k值固定，金属间距受设计规则和工艺限制，又在不改变MOM电容体积的前提下，指状极板的长度、数量及层叠数目均不能发生变化。
[0044]针对上述问题，本发明提供了一种MOM电容及其制作方法，其将同一电极的相邻层之间设置金属平板结构，由于金属平板结构相对于原有金属插塞的面积有比较大的提高，因此由金属平板结构产生的电容值不能忽略，从而相当于增加整个MOM电容中金属极板的面积，最终在不改变MOM电容体积的前提下，可以有效提高MOM电容的电容值。
[0045]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0046]参考图5至图8所述，本实施例提供了一种MOM电容，包括:
[0047]半导体衬底(图未示)；
[0048]位于半导体衬底上的介质层100 ；
[0049]多个层叠设置的第一电极200，位于所述介质层100中，同一层中的第一电极200呈指状结构；
[0050]多个层叠设置的第二电极300，位于所述介质层100中，同一层中的第二电极300呈指状结构；
[0051]同一层中所述第一电极200和所述第二电极300相对交错排布；
[0052]相邻层之间的第一电极200设置有第一金属平板结构400 ；
[0053]相邻层之间的第二电极300设置有第二金属平板结构500。
[0054]本实施例中将相邻层之间的第一电极200设置有面积比较大的第一金属平板结构400，将相邻层之间的第二电极300设置有面积比较大的第二金属平板结构500，从而可以增加整个MOM电容中金属极板的面积，最终在不改变MOM电容体积的前提下，可以有效提高MOM电容的电容值。[0055]具体的，每一层中的第一电极200可以包括多个平行的第一指状极板230，且所述第一指状极板230的一端连接在一起；每一层中的第二电极300可以包括多个平行的第二指状极板330，且所述第二指状极板330的一端连接在一起。此外，同一层中的第一电极200和第二电极300以第一指状极板230和第二指状极板300相互交叉的方式相对交错排列，且第一电极200和第二电极300之间通过介质层100的绝缘材料进行分隔。
[0056]需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一电极200和第二电极300也可以采用其他结构，其不影响本发明的保护范围。
[0057]所述半导体衬底可以为硅衬底等。
[0058]所述介质层100可以采用绝缘氧化物材料，如:氧化硅。
[0059]所述第一电极200的材料可以为铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料。
[0060]所述第二电极300的材料可以为铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料。
[0061]所述第一金属平板结构400的材料可以为钨等金属材料。
[0062]所述第二金属平板结构500的材料可以为钨等金属材料。
[0063]本实施例中所述第一电极200和第二电极300的材料均为招,所述第一金属平板结构400和第二金属平板结构500的材料均为钨。
[0064]所述第一金属平板结构400和所述第二金属平板结构500的厚度范围可以包括
0.Ιμπι ?ΙΟμπι,如:0.1μηι、0.5μηι、1μηι、3.5μηι、5μηι、8μηι 或 ΙΟμπι 等。
[0065]所述第一电极200和所述第二电极300的层数可以为N，则所述第一金属平板结构400的层数和所述第二金属平板结构500的层数为N-1，其中N为大于或等于2的整数。
[0066]本实施例中所述第一金属平板结构400的形状、尺寸可以与所述第一电极200的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构500的形状、尺寸可以与所述第二电极300的形状、尺寸相同，从而MOM电容的电容值可以近似提高(N-1) /N倍。
[0067]需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一金属平板结构400的形状和/或尺寸与所述第一电极200的形状和/或尺寸也可以不同，所述第二金属平板结构500的形状和/或尺寸与所述第二电极300的形状和/或尺寸也可以不同。
[0068]本实施例中第一金属平板结构400的作用不仅在于连接不同层之间的第一电极200，而且还可以产生寄生电容，该寄生电容可以增加整个MOM电容的电容值；第二金属平板结构500的作用也不仅在于连接不同层之间的第二电极300，而且也可以产生寄生电容，该寄生电容也可以增加整个MOM电容的电容值，从而通过增大第一金属平板结构400和第二金属平板结构500的面积，最终在不改变整个MOM电容的体积的前提下，可以极大地增加MOM电容的电容值。
[0069]本发明还提供了一种MOM电容的制作方法，包括以下步骤:
[0070]提供半导体衬底；
[0071]在所述半导体衬底上形成介质层，且在所述介质层中形成多个层叠设置的第一电极和多个层叠设置的第二电极，同一层中的第一电极呈指状结构，同一层中的第二电极呈指状结构，同一层中所述第一电极和所述第二电极相对交错排布；相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构；相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构。
[0072]所述半导体衬底可以为硅衬底等。
[0073]所述介质层可以采用绝缘氧化物材料，如:氧化硅。[0074]所述第一电极的材料可以为铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料。
[0075]所述第二电极的材料可以为铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料。
[0076]所述第一金属平板结构的材料可以为钨等金属材料。
[0077]所述第二金属平板结构的材料可以为钨等金属材料。
[0078]本实施例中所述第一电极和第二电极的材料均为铝，所述第一金属平板结构和第二金属平板结构的材料均为钨。
[0079]在一个例子中，可以先在半导体衬底上形成电极材料层(如:铝层)，然后通过曝光刻蚀工艺使电极材料层形成一层第一电极和一层第二电极，接着沉积介质材料，从而在半导体衬底上形成第一层的第一电极和第一层的第二电极。
[0080]在另一个例子中，可以先在半导体衬底上形成介质材料层，然后在介质材料层中分别形成与一层第一电极对应的第一沟槽和与一层第二电极对应的第二沟槽，接着在第一沟槽和第二沟槽中沉积形成电极材料(如:铜)以形成第一层的第一电极和第一层的第二电极。
[0081]本实施例可以采用任一互连线工艺形成所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构，其对于本领域技术人员是熟知的，在此不再赘述，从而可以充分利用现有工艺，无需额外的工艺，且不需要增加新的光刻工艺，最终方法简单，成本低。
[0082]本实施例中所述第一金属平板结构和第二金属平板结构的形成方法可以参考第一电极和第二电极的形成方法。
[0083]所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的厚度范围可以包括0.1 μ m?10 μ m,如:0.I μ m、0.5 μ m、I μ m、3.5 μ m、5 μ m、8 μ m 或 10 μ m 等。
[0084]所述第一电极和所述第二电极的层数可以为N，则所述第一金属平板结构的层数和所述第二金属平板结构的层数为N-1，其中N为大于或等于2的整数。
[0085]本实施例中所述第一金属平板结构的形状、尺寸可以与所述第一电极的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构的形状、尺寸可以与所述第二电极的形状、尺寸相同，从而MOM电容的电容值可以近似提高(N-1)/N倍。
[0086]需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一金属平板结构的形状和/或尺寸与所述第一电极的形状和/或尺寸也可以不同，所述第二金属平板结构的形状和/或尺寸与所述第二电极的形状和/或尺寸也可以不同。
[0087]本实施例将相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构，将相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构，由于第一金属平板结构和第二金属平板结构的面积相对于原有金属插塞的面积有比较大的提高，因此可以增加整个MOM电容中金属极板的面积，最终在不改变MOM电容体积的前提下，可以有效提高MOM电容的电容值。此外，方法简单，成本低。
[0088]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种MOM电容，其特征在于，包括: 半导体衬底； 位于所述半导体衬底上的介质层； 多个层叠设置的第一电极，位于所述介质层中，同一层中的第一电极呈指状结构； 多个层叠设置的第二电极，位于所述介质层中，同一层中的第二电极呈指状结构； 同一层中所述第一电极和所述第二电极相对交错排布； 相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构； 相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构。
2.如权利要求1所述的MOM电容，其特征在于，所述第一金属平板结构的形状、尺寸与所述第一电极的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构的形状、尺寸与所述第二电极的形状、尺寸相同。
3.如权利要求1所述的MOM电容，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为招。
4.如权利要求1所述的MOM电容，其特征在于，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的材料为钨。
5.如权利要求1所述的MOM电容，其特征在于，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的厚度范围包括0.1 μ m?10 μ m。
6.一种MOM电容的制作方法，其特征在于，包括: 提供半导体衬底； 在所述半导体衬底上形成介质层，且在所述介质层中形成多个层叠设置的第一电极和多个层叠设置的第二电极，同一层中的第一电极呈指状结构，同一层中的第二电极呈指状结构，同一层中所述第一电极和所述第二电极相对交错排布；相邻层之间的第一电极设置有第一金属平板结构；相邻层之间的第二电极设置有第二金属平板结构。
7.如权利要求6所述的MOM电容的制作方法，其特征在于，采用互连线工艺形成所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构。
8.如权利要求6所述的MOM电容的制作方法，其特征在于，所述第一金属平板结构的形状、尺寸与所述第一电极的形状、尺寸相同；所述第二金属平板结构的形状、尺寸与所述第二电极的形状、尺寸相同。
9.如权利要求6所述的MOM电容的制作方法，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为铝，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的材料为钨。
10.如权利要求6所述的MOM电容的制作方法，其特征在于，所述第一金属平板结构和所述第二金属平板结构的厚度范围包括0.1 μ m?10 μ m。
【文档编号】H01L23/522GK103700645SQ201410006902
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】张海福 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司