專利名稱：具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種金屬-金屬電容器，特別是有關(guān)于一種形成金屬-金屬電容器于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層的方法。
(2)背景技術(shù)所謂″金屬-金屬電容器″是泛指其兩組電極板皆為金屬所制成的電容器。在現(xiàn)有技術(shù)中，所述的金屬-金屬電容器，與內(nèi)連接線一樣，是形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之內(nèi)以便與內(nèi)連接線匹配，如圖1所示。
圖1是一種以現(xiàn)有技術(shù)所形成集成電路的部分的示意圖。從圖1中可以看出，由下電極板110、介電層120與上電極板130所組成的金屬-金屬電容器140是形成于具有多組內(nèi)連接線100的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之內(nèi)。由于金屬-金屬電容器140是形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之內(nèi)，所以金屬-金屬電容器140的兩組電極板的大小將會(huì)因?yàn)橹瞥痰臈l件而受到限制，進(jìn)而限制了金屬-金屬電容器140的電容量。另一方面，將金屬-金屬電容器形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)內(nèi)必須經(jīng)過至少三道光罩，在無形中也增加了整個(gè)制程的復(fù)雜性。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種更有效的具有金屬-金屬電容器的集成電路結(jié)構(gòu)與形成方法，以能提高制程的效率以及金屬-金屬電容器的電容量。
根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，包含一第一金屬層，該第一金屬層位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層；一介電層，該介電層位于該第一金屬層之上；一第二金屬層，該第二金屬層位于該介電層之上；一保護(hù)層，該保護(hù)層形成于該第二金屬層與該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上；及一接合墊，該接合墊穿過該保護(hù)層。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特點(diǎn)是，至少包含形成一第一金屬層，該第一金屬層是位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層；形成一介電層于該第一金屬層之上；形成一第二金屬層該介電層之上；形成一接合墊該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，其中該接合墊與該第二金屬層是彼此分離的；以及 形成一保護(hù)層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第二金屬層上。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特點(diǎn)是，至少包含形成一第一金屬層，該第一金屬層位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層；形成一介電層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第一金屬層之上；形成一第一光罩于該介電層之上；以該第一光罩為遮罩對(duì)該介電層進(jìn)行過度蝕刻，使得蝕刻的后該介電層完全為該第一光罩所覆蓋，且蝕刻的后該介電層的面積小于該第一光罩；移除該第一光罩；形成一第二金屬層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該介電層之上；形成一第二光罩于該第二金屬層之上；以該第二光罩為遮罩對(duì)該第二金屬層進(jìn)行蝕刻，以形成一接合墊于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上與形成一上極板于該介電層上，且該金屬連接線與該上極板是彼此分離；移除該第二光罩；以一保護(hù)層覆蓋于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第二金屬層上；使用該第一光罩為遮罩來蝕刻該保護(hù)層，以形成可露出該接合墊的一開口；以及移除該第一光罩。
本發(fā)明藉由將金屬-金屬電容器形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層，使得金屬-金屬電容器的電極板有足夠的空間可以延伸，進(jìn)而可以放大所述金屬-金屬電容器的電容量。而且，在有效地形成金屬-金屬電容器于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層的時(shí)候，也同時(shí)可以形成接合墊于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上。另外，在本發(fā)明的方法中，同樣的一組光罩除了可以用來蝕刻金屬-金屬電容器中的介電層之外，還可以在后來的制程中用來蝕刻位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的保護(hù)層，以形成一組可以露出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的接合墊的接觸窗。也就是說，本發(fā)明的制程可以比現(xiàn)有技術(shù)的方法省下一道光罩。
(4)


本發(fā)明的所述目的與優(yōu)點(diǎn)，將以下列的實(shí)施例以及附圖進(jìn)行詳細(xì)說明如下，其中
圖1是一根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所形成的金屬-金屬電容器的示意圖；圖2是一根據(jù)本發(fā)明所揭示技術(shù)所形成的金屬-金屬電容器的示意圖；以及圖3至圖8是一根據(jù)本發(fā)明所揭示技術(shù)所形成的金屬-金屬電容器與接合墊的流程圖。
(5)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一些實(shí)施例予以詳細(xì)描述如下。然而，除了詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實(shí)施例施行，且本發(fā)明的范圍不受其限定，其是以所附的權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
另外，半導(dǎo)體元件的不同部分并沒有依照尺寸繪圖。某些尺度與其他相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。
如圖2所示為本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的一種形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的金屬-金屬電容器結(jié)構(gòu)。參考圖2，在一組半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150的最上層中具有一組第一金屬層160，其中所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150具有多組內(nèi)連線元件155。第一金屬層160可以是Cu，或是以類似的材料所組成。在第一金屬層160上具有一層介電層170，其中所述的介電層170可以是氧化硅，或氮化硅。在介電層170上包含一組作為所述金屬-金屬電容器的上極板的第二金屬層180。所述第二金屬層180的成分可以是Cu，Al或是類似的成分。所述的金屬-金屬電容器是位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150的最上層，換言之，在所述金屬-金屬電容器的上方除了最后形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150與第二金屬層180上的保護(hù)層190之外，再?zèng)]有其他的元件或裝置。然而，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150上還可以包含一組與第二金屬層180同時(shí)形成的接合墊(未顯示于圖2中)。
金屬-金屬電容器的電容量將會(huì)隨著所述金屬-金屬電容器的電極板的延伸而增加。在所述的實(shí)施例中，由于所述的金屬-金屬電容器是形成于一組半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上，所以所述金屬-金屬電容器的電極板有足夠的空間可以延伸。另一方面，在現(xiàn)有技術(shù)中，金屬-金屬電容器是形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之內(nèi)，且金屬-金屬電容器的電極板的可延伸范圍將會(huì)限制所述金屬-金屬電容器的電容量。
參考圖3至圖8，本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例為一種形成金屬-金屬電容器于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的方法。首先，提供一層用來作為所述金屬-金屬電容器的下極板的第一金屬層160，其中所述的第一金屬層160是位于一組半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150的最上層之中。所述第一金屬層160的成分可以是Cu，且第一金屬層160可以是經(jīng)由鑲嵌法(damascene)來形成。所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150具有多組諸如內(nèi)連接線(interconnection)，金屬氧化物半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor；MOS)之類的元件。接著沉積一層覆蓋介電層165于所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150與第一金屬層160之上，如圖3所示。其中所述覆蓋介電層165的組成可以是氮化硅，或是氧化硅。
接下來是本發(fā)明中的一個(gè)重要步驟。如圖3中所示，形成一組第一光罩200于覆蓋介電層165之上，并接著對(duì)覆蓋介電層165進(jìn)行″過度蝕刻″(overetch)。換言之，除了以第一光罩200為遮罩對(duì)覆蓋介電層170進(jìn)行垂直于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150表面的蝕刻之外，還包含以平行于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150表面的方向來蝕刻部分的覆蓋介電層165，直到蝕刻后的覆蓋介電層165完全被第一光罩200所覆蓋，且蝕刻后的覆蓋介電層165所涵蓋的面積小于第一光罩200所涵蓋的面積。此時(shí)的覆蓋介電層165已經(jīng)轉(zhuǎn)變成一組覆蓋于第一金屬層160之上的介電層170，如圖4所示。
在完成對(duì)覆蓋介電層165的蝕刻后，沉積一層第二金屬層180于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150與介電層170之上。接著再以一組第二光罩210來形成所需要的第二金屬層180的位置，如圖5所示。其中所述第二金屬層180的成分可以是Cu，Al，或是諸如此類的材料。
在所述以第二光罩210來形成所需要的第二金屬層180的位置的制程中，大致上根據(jù)第二金屬層180的材料而至少可以分成下列幾種情況。如果第二金屬層180的組成材料為Al，則所述的制程可以是在形成第二金屬層180之后，覆蓋第二光罩210于第二金屬層180之上，并在第二光罩210的遮罩下對(duì)第二金屬層進(jìn)行蝕刻。如果第二金屬層180的組成材料為Cu，則所述的制程可以是先利用第二光罩210在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150上形成所需要的第二金屬層180的位置。接著再形成Cu金屬層于半導(dǎo)體底材150上。最后再以諸如化學(xué)機(jī)械拋光法(chemical mechanical polishing；CMP)之類的方法來移除除了所需要的第二金屬層180的位置以外的Cu金屬層。
在以第二光罩210來形成所需要的第二金屬層180的位置之后，將會(huì)形成一組上極板220于該介電層170之上以及形成一組接合墊(bonding pad)230于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150之上，且所述的上極板220與接合墊230間是彼此分離的，如圖6所示。
參考圖7，在形成金屬-金屬電容器后，沉積一層保護(hù)層190于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150之上。保護(hù)層190可以是由一層磷硅玻璃(PSG)、氮化硅或是類似的介電材料所組成。在接下來的步驟中又再度使用了一次第一光罩200。亦即在第一光罩200的覆蓋下對(duì)保護(hù)層190進(jìn)行蝕刻的步驟。在完成所述的蝕刻步驟后，保護(hù)層190將會(huì)依然覆蓋于金屬-金屬電容器之上，并形成一組開口于接合墊230之上以暴露出接合墊230，使得在后續(xù)的制程中可以填入一些導(dǎo)電材料至所述的開口240中以形成一組半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)150與外界連接的連接線元件。
在前述的現(xiàn)有技術(shù)中，金屬-金屬電容器是形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之中。如果將金屬-金屬電容器的位置提升至半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上，則以現(xiàn)有技術(shù)的制程來形成金屬-金屬電容器時(shí)，至少需要三道光罩。其中第一道光罩是用以形成介電層，第二道光罩是用以形成金屬-金屬電容器的電極板，而第三道光罩是用以形成覆蓋在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的保護(hù)層。然而，在所述的實(shí)施例中，本發(fā)明在形成一組金屬-金屬電容器于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之上的制程中只需要兩道光罩即可完成。其中第一道光罩除了可以用來形成金屬-金屬電容器的介電層之外，還可以用來形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的保護(hù)層，而第二道光罩則是用來形成金屬-金屬電容器的上極板之外，還可以用來形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接合墊。因此，本發(fā)明的方法可以在形成金屬-金屬電容器的制程中省下一道光罩。
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，形成金屬-金屬電容器與形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的接合墊是兩種不同的制程。然而，接合墊與金屬-金屬電容器的上極板在本質(zhì)上可以是由相同的材料所組成。所以，在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，在以一道光罩來形成金屬-金屬電容器的上極板于介電層上的時(shí)候，還可以同時(shí)在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成所要求的接合墊。換言之，本發(fā)明的方法可以結(jié)合金屬-金屬電容器與接合墊的制程。
綜合以上所述，本發(fā)明揭示了一種金屬-金屬電容器的結(jié)構(gòu)及其形成方法。本發(fā)明可以延伸金屬-金屬電容器的電容量，并可以在形成金屬-金屬電容器的制程中省下一道光罩。此外，在本發(fā)明中，可以在形成金屬-金屬電容器的時(shí)候，同時(shí)形成接合墊。所以，本發(fā)明可以提升半導(dǎo)體制程的效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或等效替換，均應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含一第一金屬層，該第一金屬層位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層；一介電層，該介電層位于該第一金屬層之上；一第二金屬層，該第二金屬層位于該介電層之上；一保護(hù)層，該保護(hù)層形成于該第二金屬層與該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上；及一接合墊，該接合墊穿過該保護(hù)層。
2.如權(quán)利要求1所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含多組內(nèi)連線。
3.如權(quán)利要求1所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一金屬層的材料包含銅。
4.如權(quán)利要求3所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的第一金屬層是以鑲嵌法來形成。
5.如權(quán)利要求1所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該接合墊位于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，且該接合墊與該第二金屬層是彼此分離。
6.一種具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，至少包含形成一第一金屬層，該第一金屬層是位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層；形成一介電層于該第一金屬層之上；形成一第二金屬層該介電層之上；形成一接合墊該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，其中該接合墊與該第二金屬層是彼此分離的；以及形成一保護(hù)層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第二金屬層上。
7.如權(quán)利要求6所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含多組內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求6所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述的第一金屬層的材料包含銅。
9.如權(quán)利要求8所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述的第一金屬層是以嵌入法來形成。
10.如權(quán)利要求6所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述形成該介電層的步驟包含形成一覆蓋介電層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第一金屬層上；形成一第一光罩于該覆蓋介電層上；以該第一光罩為遮罩對(duì)該介電層進(jìn)行過度蝕刻，以形成該介電層，其中該介電層完全為該第一光罩所覆蓋，且該介電層的面積小于該第一光罩；及移除該第一光罩。
11.如權(quán)利要求10所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，還包含形成該第一光罩于該保護(hù)層上；及蝕刻該保護(hù)層，以暴露出該接合墊。
12.如權(quán)利要求6所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，該接合墊與該第二金屬層是同時(shí)形成。
13.一種具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，至少包含形成一第一金屬層，該第一金屬層位于一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層；形成一介電層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第一金屬層之上；形成一第一光罩于該介電層之上；以該第一光罩為遮罩對(duì)該介電層進(jìn)行過度蝕刻，使得蝕刻的后該介電層完全為該第一光罩所覆蓋，且蝕刻的后該介電層的面積小于該第一光罩；移除該第一光罩；形成一第二金屬層于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該介電層之上；形成一第二光罩于該第二金屬層之上；以該第二光罩為遮罩對(duì)該第二金屬層進(jìn)行蝕刻，以形成一接合墊于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上與形成一上極板于該介電層上，且該金屬連接線與該上極板是彼此分離；移除該第二光罩；以一保護(hù)層覆蓋于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該第二金屬層上；使用該第一光罩為遮罩來蝕刻該保護(hù)層，以形成可露出該接合墊的一開口；以及移除該第一光罩。
14.如權(quán)利要求13所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包含多組內(nèi)連線結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求13所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述的第一金屬層的材料包含銅。
16.如權(quán)利要求15所述的具有金屬-金屬電容器的集成電路的形成方法，其特征在于，所述的第一金屬層是以嵌入法來形成。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)形成于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)最上層之上的金屬－金屬電容器及其形成方法。其中所述金屬－金屬電容器之下極板是位于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層。所述金屬－金屬電容器的上極板與所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與外界連接的接合墊可以在同一制程中形成。藉由所述的過程，可以有效地形成一組金屬－金屬電容器于一組半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層。另外，在所述的過程中，除了可以省下一道光罩之外，還因?yàn)榻饘伲饘匐娙萜魇切纬捎诎雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)的最上層，所以可依據(jù)制程需要來延伸金屬－金屬電容器的電極板，進(jìn)而提升金屬－金屬電容器的電容量。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1474454SQ0310740
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者王政烈, 林建廷, 陳文吉 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司