專利名稱：包括金屬－絕緣體－金屬電容器排列的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器排列的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
例如，在制造多個(gè)半導(dǎo)體器件的典型工藝中，制備硅晶片，并且硅晶片的表面被分割成由形成在硅晶片中的格狀劃線限定的多個(gè)半導(dǎo)體芯片區(qū)。然后，通過(guò)各種公知方法來(lái)處理硅晶片，使得每個(gè)半導(dǎo)體芯片區(qū)制作成半導(dǎo)體器件，并且在每個(gè)半導(dǎo)體器件上形成多層布線結(jié)構(gòu)。此后，硅晶片進(jìn)行劃片工藝，使得多個(gè)半導(dǎo)體器件(也就是說(shuō)，裸芯片)被單獨(dú)地切割并相互分離。
當(dāng)在硅晶片上的每個(gè)半導(dǎo)體器件中引進(jìn)諸如模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器、抽樣保持電路等各種集成電路時(shí)，必須在多層布線結(jié)構(gòu)中建立具有大容量特點(diǎn)的電容器的排列，這是因?yàn)榇笕萘侩娙萜魇巧鲜龈鞣N集成電路中的必要元件。作為大容量電容器，在本領(lǐng)域中已知金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器，例如，如在JP-2004-511899中所公開的。
MIM電容器包括在多層布線結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)材料中形成的多對(duì)電極結(jié)構(gòu)。電極結(jié)構(gòu)彼此基本上相同，并以規(guī)則的間隔相互平行排列。每個(gè)電極結(jié)構(gòu)包括條狀金屬層，其形成在形成多層布線結(jié)構(gòu)的各絕緣中間層中；以及通孔栓塞，其形成在每層絕緣中間層中以由此使條狀金屬層相互電連接。每對(duì)中的兩個(gè)電極結(jié)構(gòu)定義一個(gè)電容器，然后這些電容器進(jìn)一步并聯(lián)連接以由此定義了大容量電容器。
當(dāng)在多層布線結(jié)構(gòu)中建立包括至少兩個(gè)大容量電容器或MIM電容器的MIM電容器排列時(shí)，在能確保上述各種集成電路的適當(dāng)操作之前，需要進(jìn)行MIM電容器排列的建立，使得兩個(gè)MIM電容器的容量盡可能相互一致。不過(guò)，因?yàn)镸IM電容器排列的建立不可避免地受到工藝波動(dòng)，如下文中詳細(xì)講述的，所以很難或不可能取得MIM電容器的容量之間的一致。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器排列的半導(dǎo)體器件，構(gòu)造該金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器排列使得盡可能消除工藝波動(dòng)的影響。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)，和在多層布線結(jié)構(gòu)中建立的MIM電容器排列，其中MIM電容器排列包括以規(guī)則間隔相互平行依次排列的第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)，第一、第二、第五和第六電極結(jié)構(gòu)相互電連接從而定義第一電容器，第三和第四電極結(jié)構(gòu)相互電連接從而定義第二電容器。
第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)可以包括至少一個(gè)條狀金屬層，該至少一個(gè)條狀金屬層形成在包括在多層布線結(jié)構(gòu)中的絕緣中間層中。此外，第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)可以包括至少兩個(gè)條狀金屬層，該至少兩個(gè)條狀金屬層形成在包括在多層布線結(jié)構(gòu)中的各絕緣中間層中并且相互電連接。
優(yōu)選地，第一和第五電極結(jié)構(gòu)由具有第一節(jié)點(diǎn)的第一導(dǎo)線相互連接，第二和第六電極結(jié)構(gòu)由具有第二節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)線相互連接，第三電極結(jié)構(gòu)連接到具有第三節(jié)點(diǎn)的第三導(dǎo)線，以及第四電極結(jié)構(gòu)連接到具有第四節(jié)點(diǎn)的第四導(dǎo)線，由此能夠獨(dú)立地將電壓施加到第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)。當(dāng)將高電壓和低電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將低電壓和高電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)。此外，當(dāng)將低電壓和高電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將高電壓和低電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)。這樣，能夠有效地抑制MIM電容器排列中寄生電容的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)，和在多層布線結(jié)構(gòu)中建立的MIM電容器排列，其中MIM電容器排列包括以規(guī)則間隔相互平行依次排列的第一、第二和第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)，第一和第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)并聯(lián)地相互電連接從而定義第一電容器，第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)相互連接從而定義第二電容器。
在本發(fā)明的該第二個(gè)方面中，每個(gè)電極結(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)條狀金屬層，該至少一個(gè)條狀金屬層形成在包括在多層布線結(jié)構(gòu)中的絕緣中間層中。此外，每個(gè)電極結(jié)構(gòu)可以包括至少兩個(gè)條狀金屬層，該至少兩個(gè)條狀金屬層形成在包括在多層布線結(jié)構(gòu)中的各絕緣中間層中并且相互電連接。
優(yōu)選地，第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線，第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線，第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)連接具有第三和第四節(jié)點(diǎn)的各第三和第四導(dǎo)線，由此能夠獨(dú)立地將電壓施加到第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)。
優(yōu)選地，包括在第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到第二導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)與包括在第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到第三導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)相鄰，以及包括在第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到第四導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)與包括在第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到第二導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)相鄰。在這種情況下，當(dāng)將高電壓和低電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將低電壓和高電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)。此外，當(dāng)將低電壓和高電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將高電壓和低電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)。這樣，能夠有效地抑制MIM電容器排列中寄生電容的產(chǎn)生。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)，和在多層布線結(jié)構(gòu)中建立的MIM電容器排列，其中MIM電容器排列包括第一和第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)，依次排列第一和第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)使其保持彼此平行的關(guān)系，并以規(guī)則的間隔相互間隔開。
在本發(fā)明的該第三個(gè)方面中，每個(gè)曲折電極結(jié)構(gòu)可以包括至少一個(gè)曲折金屬層，該至少一個(gè)曲折金屬層形成在包括在多層布線結(jié)構(gòu)中的絕緣中間層中。此外，每個(gè)曲折電極結(jié)構(gòu)可以包括至少兩個(gè)曲折金屬層，該至少兩個(gè)曲折金屬層形成在包括在多層布線結(jié)構(gòu)中的各絕緣中間層中并且相互電連接。
優(yōu)選地，第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線，以及第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)到連接具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線，由此能夠獨(dú)立地將電壓施加到第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)。
優(yōu)選地，包括在第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)中并連接到第二導(dǎo)線的曲折電極結(jié)構(gòu)與包括在第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)中并連接到第三導(dǎo)線的曲折電極結(jié)構(gòu)相鄰。在這種情況下，當(dāng)將高電壓和低電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將低電壓和高電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)。此外，當(dāng)將低電壓和高電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)時(shí)，優(yōu)選將高電壓和低電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)。這樣，能夠有效地抑制MIM電容器排列中寄生電容的產(chǎn)生。
參考附圖，通過(guò)下面進(jìn)行的描述，將更加清楚地理解上述目的和其它目的，其中圖1是第一現(xiàn)有技術(shù)的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器排列的示意透視圖；圖2是包括兩個(gè)MIM電容器的第二現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列的示意透視圖；圖3是用于說(shuō)明在第二現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列的絕緣中間層中形成八個(gè)條狀金屬層的工藝的說(shuō)明圖；圖4A是由圖3的圓環(huán)CC所包圍的部分的局部放大圖；圖4B是用于說(shuō)明由圖3的工藝形成的條狀金屬層的不規(guī)則性的說(shuō)明圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明包括MIM電容器排列的半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的示意透視圖；圖6是沿圖5的VI-VI線截取的MIM電容器排列的截面圖；圖7是沿圖6的VII-VII線截取的MIM電容器排列的截面圖；圖8是沿圖6的IIX-IIX線截取的MIM電容器排列的截面圖；圖9是沿圖10的IX-IX線截取的截面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明包括MIM電容器排列的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例；以及圖10是沿圖9的X-X線截取的截面圖。
具體實(shí)施例方式
在介紹本發(fā)明的實(shí)施例之前，為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考以下的圖1、2、3、4A和4B來(lái)說(shuō)明包括金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器排列的半導(dǎo)體器件的現(xiàn)有技術(shù)。
圖1示出了第一現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列，如JP-2004-511899中所公開的。
該第一現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列，一般由參考標(biāo)記10來(lái)指示，包括兩對(duì)電極結(jié)構(gòu)第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)12A和12B；以及第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)12C和12D。盡管圖1中沒有示出，但第一現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列建立在多層布線結(jié)構(gòu)的絕緣體材料中，該多層布線結(jié)構(gòu)形成在制作在硅晶片上的芯片區(qū)中的半導(dǎo)體器件之上，而絕緣體材料形成了多層布線結(jié)構(gòu)的絕緣中間層。
電極結(jié)構(gòu)12A、12B、12C和12D基本上彼此相同，并且相互以規(guī)則的間隔平行排列。
電極結(jié)構(gòu)12A包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層14A1、14A2、14A3和14A4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層14A1、14A2、14A3和14A4相互電連接的通孔栓塞16A、16B、16C、16D和16E。
電極結(jié)構(gòu)12B包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層14B1、14B2、14B3和14B4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層14B1、14B2、14B3和14B4相互電連接的通孔栓塞16A、16B、16C、16D和16E。
電極結(jié)構(gòu)12C包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層14C1、14C2、14C3和14C4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層14C1、14C2、14C3和14C4相互電連接的通孔栓塞16A、16B、16C、16D和16E。
電極結(jié)構(gòu)12D包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層14D1、14D2、14D3和14D4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層14D1、14D2、14D3和14D4相互電連接的通孔栓塞16A、16B、16C、16D和16E。
如圖1中所示，第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)12A和12B電連接到地線GND和電源線VDD，從而定義第一電容器12A/B。類似的，第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)12C和12D電連接到地線GND和電源線VDD，從而定義第二電容器12C/D。第一和第二電容器12A/B和12C/D并聯(lián)地電連接到地線GND和電源線VDD，從而定義MIM電容器或大容量電容器18。也就是說(shuō)，大容量電容器18的特征在于容量等于第一和第二電容器12A/B和12C/D兩者的容量之和。
圖2示出了包括兩個(gè)MIM電容器的第二現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列。
該第二現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列，一般由參考標(biāo)記20來(lái)指示，包括四對(duì)電極結(jié)構(gòu)第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)22A和22B；第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)22C和22D；第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)22E和22F；以及第四對(duì)電極結(jié)構(gòu)22G和22H。類似于第一現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列10，MIM電容器排列20建立在多層布線結(jié)構(gòu)的絕緣體材料中，多層布線結(jié)構(gòu)形成在制作在硅晶片上的芯片區(qū)中的半導(dǎo)體器件之上，而絕緣體材料形成了多層布線結(jié)構(gòu)的絕緣中間層。
電極結(jié)構(gòu)22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G和22H基本上彼此相同，并且以規(guī)則的間隔彼此平行排列。
電極結(jié)構(gòu)22A包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24A1、24A2、24A3和24A4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24A1、24A2、24A3和24A4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22B包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24B1、24B2、24B3和24B4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24B1、24B2、24B3和24B4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22C包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24C1、24C2、24C3和24C4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24C1、24C2、24C3和24C4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22D包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24D1、24D2、24D3和24D4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24D1、24D2、24D3和24D4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22E包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24E1、24E2、24E3和24E4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24E1、24E2、24E3和24E4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22F包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24F1、24F2、24F3和24F4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24F1、24F2、24F3和24F4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22G包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24G1、24G2、24G3和24G4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24G1、24G2、24G3和24G4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
電極結(jié)構(gòu)22H包括在各絕緣中間層中形成的四個(gè)條狀金屬層24H1、24H2、24H3和24H4，以及在每層絕緣中間層中(除最下面的絕緣中間層以外)形成的以便使條狀金屬層24H1、24H2、24H3和24H4相互電連接的通孔栓塞26A、26B、26C、26D和26E。
如圖2中所示，第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)22A和22B電連接到地線GND1和電源線VDD1，從而定義第一電容器22A/B。類似地，第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)22C和22D電連接到地線GND1和電源線VDD1，從而定義第二電容器22C/D。第一和第二電容器22A/B和22C/D并聯(lián)地電連接到地線GND1和電源線VDD1，從而定義第一大容量電容器28A。也就是說(shuō)，第一大容量電容器28A的特征在于容量等于第一和第二電容器22A/B和22C/D兩者的容量之和。
另一方面，第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)22E和22F電連到接地線GND2和電源線VDD2，從而定義第三電容器22E/F。類似地，第四對(duì)電極結(jié)構(gòu)22G和22H電連接到地線GND2和電源線VDD2，從而定義第四電容器22G/H。第三和第四電容器22E/F和22G/H并聯(lián)地電連接到地線GND2和電源線VDD2，從而定義第二大容量電容器28B。也就是說(shuō)，第二大容量電容器28B的特征在于容量等于第三和第四電容器22E/F和22G/H兩者的容量之和。
在第二現(xiàn)有技術(shù)的MIM電容器排列中，盡管第一和第二大容量電容器28A和28B應(yīng)基本上具有彼此相同的容量，但是第一和第二大容量電容器28A和28B的容量之間會(huì)存在不能接受的變化，這是因?yàn)殡姌O結(jié)構(gòu)22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G和22H的形成不可避免地受到工藝波動(dòng)，如下面參考圖3、4A和4B所討論的。
圖3示出了一個(gè)典型的工藝，其中八個(gè)條狀金屬層24A2、24B2、24C2、24D2、24E2、24F2、24G2和24H2形成在多層金屬布線結(jié)構(gòu)的絕緣中間層中。
盡管圖3中沒有示出，但具有在其上定義的布線布案的最下面的布線層形成在定義硅晶片上的芯片區(qū)的半導(dǎo)體襯底之上。在形成最下面的布線層之后，在最下面的布線層上形成二氧化硅層作為絕緣層。然后，利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝拋光并平面化二氧化硅層，并且利用濺射工藝、光刻工藝、蝕刻工藝等等使八個(gè)條狀金屬層24A1、24B1、24C1、24D1、24E1、24F1、24G1和24H1形成在二氧化硅層上。
在形成八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1之后，利用化學(xué)氣相(CVD)工藝在相關(guān)的二氧化硅層上進(jìn)一步形成二氧化硅層，并且利用CMP工藝來(lái)拋光和平面化，結(jié)果形成具有八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1的絕緣中間層。
注意，盡管具有八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1的絕緣中間層經(jīng)過(guò)CMP工藝，但由于在其中形成的八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1的存在，相關(guān)的絕緣中間層的表面不可避免地波狀起伏。
在形成具有八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1的絕緣中間層之后，利用CVD工藝，在具有八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1的絕緣中間層之上形成二氧化硅層30(圖3)作為絕緣層。那么，盡管利用CMP工藝拋光和平面化二氧化硅層30，但由于具有八個(gè)條狀金屬層24A1至24H1的絕緣中間層的波狀起伏的表面，二氧化硅層30的表面不可避免地波狀起伏，如圖3中所示。注意，在該圖中，夸大地示例了二氧化硅層30的波狀起伏。
在形成二氧化硅層30之后，利用濺射工藝，在二氧化硅層30的波狀起伏的表面上將金屬層32形成為鋁層，然后在金屬層32上形成光刻膠層34。隨后，光刻膠層34經(jīng)過(guò)用于形成八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2的光刻工藝。
具體地，首先，在光刻膠層34之上的位置中定位光掩模36。注意，在圖3中，為便于示例，盡管光掩模36示例為鄰近二氧化硅層30的波狀起伏的表面，但在實(shí)際中，它遠(yuǎn)離光刻膠層34。
如圖4A中所示，其中圖4A是由圖3的圓環(huán)CC所包圍的部分的局部放大圖，光掩模36形成有八個(gè)拉長(zhǎng)的矩形開口38A、38B、38C、38D、38E、38F、38G和38H，其對(duì)應(yīng)各八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2。
在定位光掩模36之后，光刻膠層34經(jīng)過(guò)公知的曝光工藝，其中對(duì)應(yīng)于拉長(zhǎng)的矩形開口38A至38H的條狀區(qū)域圖形被聚焦并投射在光刻膠層34上。也就是說(shuō)，在曝光工藝中，通過(guò)開口38A至38H使條狀區(qū)域定義為光刻膠層34上的露出區(qū)域。然后，顯影并蝕刻光刻膠層34，以便在金屬層32上留下光刻膠層34的露出的條狀區(qū)域，由此制作了光刻膠掩模。隨后，利用光刻膠掩模來(lái)蝕刻金屬層32，結(jié)果在二氧化硅層30上形成了八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2，如圖4B中所示。注意，在圖4B中，盡管示例了二氧化硅層30的表面為平坦表面，但其在顯微鏡下是波狀起伏的，如圖3和4A中所示。
接著，盡管圖4B中沒有示出，利用CVD工藝，在二氧化硅層30上進(jìn)一步形成二氧化硅層，并用CMP工藝來(lái)拋光和平面化，結(jié)果形成具有八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2的絕緣中間層。通過(guò)重復(fù)上述工藝，在具有八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2的絕緣中間層上依次形成具有八個(gè)條狀金屬層24A3至24H3和24A4至24H4的各絕緣中間層。
注意，盡管上述說(shuō)明沒有涉及如何形成通孔栓塞16A至16E，但可以按公知的方式進(jìn)行通孔栓塞16A至16E的形成。
如圖4A中所示，二氧化硅層30和光掩模36之間的距離隨二氧化硅層30的起伏表面而變化。也就是說(shuō)，在圖4A中所示的例子中，距離L1大于距離L2，其中距離L1是在拉長(zhǎng)的矩形開口38A處的二氧化硅層30和光掩模36之間測(cè)得的，距離L2是在拉長(zhǎng)的矩形開口38H處的二氧化硅層30和光掩模36之間測(cè)得的，并且二氧化硅層30和光掩模36之間的距離從距離L1向距離L2逐漸減少。
這樣，在曝光工藝中，根據(jù)二氧化硅層30和光掩模36之間的距離的變化，對(duì)應(yīng)于拉長(zhǎng)的矩形開口38A至38H的條狀區(qū)域圖像被散焦在光刻膠層34上。具體地，通過(guò)拉長(zhǎng)的矩形開口38A投射在光刻膠層34上的條狀區(qū)域圖像被最大散焦，而通過(guò)拉長(zhǎng)的矩形開口38H投射在光刻膠層34上的條狀區(qū)域圖像被最小散焦。這樣，條狀金屬層24A2被形成為具有最小寬度，而條狀金屬層24H2被形成為具有最大寬度。也就是說(shuō)，八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2的寬度依次逐漸變大，如圖4B中夸張地所示。換句話說(shuō)，兩個(gè)相鄰的條狀金屬層24A2至24H2之間的間隙g1、g2、g3、g4、g5、g6和g7依次逐漸變窄。
當(dāng)假設(shè)間隙g1至g7以常數(shù)比率P依次逐漸減少時(shí)，間隙g2至g7可以如下表示g2＝p1g1g3＝p2g1g4＝p3g1g5＝p4g1g6＝p5g1g7＝p6g1從上文中明顯看出，當(dāng)完成具有八個(gè)條狀金屬層24A2至24H2的絕緣中間層的形成時(shí)，用二氧化硅的電介質(zhì)材料填充間隙g1至g7。這樣，能夠用第一對(duì)條狀金屬層24A2和24B2、第二對(duì)條狀金屬層24C2和24D2、第三對(duì)條狀金屬層24E2和24F2和第四對(duì)條狀金屬層24G2和24H2來(lái)定義四個(gè)各電容器。
當(dāng)由第一對(duì)條狀金屬層24A2和24B2定義的電容器和由第二對(duì)條狀金屬層24C2和24D2并聯(lián)地電連接從而定義第一并聯(lián)連接的電容器時(shí)，以及當(dāng)由第三對(duì)條狀金屬層24E2和24F2定義的電容器和由第四對(duì)條狀金屬層24G2和24H2并聯(lián)地電連接從而定義第二并聯(lián)連接的電容器時(shí)，第一和第二并聯(lián)連接的電容器的各容量C1和C2表示如下C1＝εS/[(1+p2)g1]C2＝εS/[(p4+p6)g1]
在此ε是填充間隙g1至g7的電介質(zhì)材料的介電常數(shù)；以及S是兩個(gè)相鄰條狀金屬層24A2和24B2；24C2和24D2；24E2和24F2；和24G2和24H2之間的相對(duì)面積。
因此，C1對(duì)C2的比率計(jì)算如下C1/C2＝[εS/[(1+p2)g1]]/[εS/[(p4+p6)g1]]＝[1/[(1+p2)]]/[1/[(p4+p6)]]＝(p4+p6)/(1+p2)＝p4(1+p2)/(1+p2)＝p4例如，當(dāng)假設(shè)間隙g1、g2、g3、g4、g5、g6和g7逐漸依次減少0.1％時(shí)，即當(dāng)假設(shè)常數(shù)比P為0.999時(shí)，比率C1/C2大約為0.96。當(dāng)然注意，盡管比率C1/C2理想地應(yīng)為1，但事實(shí)上，由于上述的工藝波動(dòng)，比率C1/C2不能為1。形成在絕緣中間層中的條狀金屬層的數(shù)量越大，比率C1/C2的波動(dòng)越大。
因而，很難或不能夠形成MIM電容器排列，使得MIM電容器或大容量電容器28A和28B的容量基本上彼此相等。
第一實(shí)施例圖5、6、7和8示出了根據(jù)本發(fā)明包括MIM電容器排列的半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例。
在圖5、7和8中，參考標(biāo)記SS指示定義硅晶片上的芯片區(qū)之一的半導(dǎo)體襯底，并且僅示例了一部分半導(dǎo)體襯底SS。盡管圖5和6中沒有示出，但在利用各種公知的方法，通過(guò)處理硅晶片在半導(dǎo)體襯底SS中制造半導(dǎo)體器件之后，在半導(dǎo)體襯底SS之上形成多層布線結(jié)構(gòu)MWC(圖7和8)。
如圖7和8中所示，多層布線結(jié)構(gòu)MWC包括在半導(dǎo)體襯底SS上形成的最下面的布線層LWL、在最下面的布線層LWL上形成的中間布線層IWL、和在中間布線層IWL上形成的總布線層GWL。在本實(shí)施例中，中間布線層IWL包括在最下面的絕緣層LWL上依次形成的四個(gè)絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4，總布線層GWL包括在中間布線層IWL上依次形成的多個(gè)絕緣中間層。注意，在圖7和8中，僅示例了總布線層GWL的絕緣中間層之一，并用參考標(biāo)記GIL1來(lái)表示。
盡管圖7和8中沒有示出，但最下面的布線層LWL具有在其上形成的電路布案，并且通過(guò)在最下面的布線層中形成的接觸栓塞的中介作用，該電路布案電連接到半導(dǎo)體器件的芯片區(qū)的表面上定義的電極焊盤和各種有效區(qū)。此外，在中間布線層IWL中，每個(gè)絕緣中間層MIL1至MIL4具有在其上形成的電路布案，并且通過(guò)在每個(gè)絕緣中間層MIL2至MIL4中形成的通孔栓塞的中介作用，該電路布案相互電連接。類似地，在總布線層GWL中，每個(gè)絕緣中間層(GIL1)具有在其上形成的電路布案，并且通過(guò)在每個(gè)絕緣中間層(GIL1)中形成的通孔栓塞的中介作用，該電路布案相互電連接。
根據(jù)第一設(shè)計(jì)規(guī)則，進(jìn)行最下面的布線層LWL上的電路布線圖案的形成。此外，在中間布線層IWL中，根據(jù)第二設(shè)計(jì)規(guī)則，進(jìn)行絕緣中間層上的各電路布案的形成。此外，在總布線層GWL中，根據(jù)第三設(shè)計(jì)規(guī)則，進(jìn)行絕緣中間層上的各電路布案的形成。根據(jù)第一、第二和第三設(shè)計(jì)規(guī)則，電路布案的導(dǎo)線的最小寬度彼此不同。也就是說(shuō)，在第一設(shè)計(jì)規(guī)則中的導(dǎo)線的最小寬度小于在第二設(shè)計(jì)規(guī)則中的導(dǎo)線的最小寬度，以及在第二設(shè)計(jì)規(guī)則中的導(dǎo)線的最小寬度小于在第三設(shè)計(jì)規(guī)則中的導(dǎo)線的最小寬度。
在本實(shí)施例中，從圖7和8明顯看出，MIM電容器排列40建立在由第二設(shè)計(jì)規(guī)則所支配的中間布線層IWL中。如圖5和6中所最佳示出的，MIM電容器排列40包括四對(duì)電極結(jié)構(gòu)第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)42A和42B；第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)42C和42D；第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)42E和42F；以及第四對(duì)電極結(jié)構(gòu)42G和42H。
電極結(jié)構(gòu)42A、42B、42C、42D、42E、42F、42G和42H基本上彼此相同，并且以規(guī)則的間隔相互平行排列，如圖5和6中所示。
電極結(jié)構(gòu)42A包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44A1、44A2、44A3和44A4(圖7和8)，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層(圖7和8)中形成的使得條狀金屬層44A1、44A2、44A3和44A4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
電極結(jié)構(gòu)42B包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44B1、44B2、44B3和44B4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44B1、44B2、44B3和44B4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
電極結(jié)構(gòu)42C包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44C1、44C2、44C3和44C4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44C1、44C2、44C3和44C4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
電極結(jié)構(gòu)42D包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44D1、44D2、44D3和44D4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44D1、44D2、44D3和44D4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和146E。
電極結(jié)構(gòu)42E包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44E1、44E2、44E3和44E4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44E1、44E2、44E3和44E4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
電極結(jié)構(gòu)42F包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44F1、44F2、44F3和44F4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44F1、44F2、44F3和44F4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
電極結(jié)構(gòu)42G包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44G1、44G2、44G3和44G4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44G1、44G2、44G3和44G4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
電極結(jié)構(gòu)42H包括在中間布線層IWL的各絕緣中間層MIL1、MIL2、MIL3和MIL4中形成的四個(gè)條狀金屬層44H1、44H2、44H3和44H4，以及在絕緣中間層MIL2、MIL3和MIL4的每一層中形成的使得條狀金屬層44H1、44H2、44H3和44H4相互電連接的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。
如圖5中所示，第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)42A和42B電連接到具有節(jié)點(diǎn)N1和N2的各導(dǎo)線CL1和CL2，從而定義第一電容器42A/B。也就是，通過(guò)在節(jié)點(diǎn)N1和N2之間產(chǎn)生電勢(shì)差，第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)42A和42B用做第一電容器42A/B。此外，第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)42C和42D電連接到具有節(jié)點(diǎn)N3和N4的各導(dǎo)線CL3和CL4，從而定義第二電容器42C/D。也就是，通過(guò)在節(jié)點(diǎn)N3和N4之間產(chǎn)生電勢(shì)差，第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)42C和42D用做第二電容器42C/D。
類似于第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)42A和42B，第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)42E和42F電連接到具有節(jié)點(diǎn)N1和N2的各導(dǎo)線CL1和CL2，從而定義第三電容器42E/F。也就是，第一和第三電容器42A/B和42E/F相對(duì)于導(dǎo)線CL1和CL2并聯(lián)地電連接，從而定義第一大容量電容器。該第一大容量電容器(42A/B和42E/F)的特征在于容量等于第一和第三電容器42A/B和42E/F兩者的容量之和。
類似于第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)42C和42D，第四對(duì)電極結(jié)構(gòu)42G和42H電連接到具有節(jié)點(diǎn)N3和N4的各導(dǎo)線CL3和CL4，從而定義第四電容器42G/H。也就是，第二和第四電容器42C/D和42G/H相對(duì)于導(dǎo)線CL3和CL4并聯(lián)地連接，從而定義第二大容量電容器。該第二大容量電容器(42C/D和42G/H)的特征在于容量等于第二和第四電容器42C/D和42G/H兩者的容量之和。
MIM電容器排列40實(shí)質(zhì)上可以按參考圖3、4A和4B所描述的基本相同的方式來(lái)建立。
具體地，在芯片區(qū)或半導(dǎo)體襯底SS上形成具有在其上定義的布線布案的最下面的布線層LWL。
在形成最下面的布線層LWL之后，在最下面的布線層LWL上形成二氧化硅層作為絕緣層。然后，利用CMP工藝拋光和平面化二氧化硅層，以及利用濺射工藝在已拋光的二氧化硅層上形成金屬層。隨后，利用光刻工藝和蝕刻工藝構(gòu)圖金屬層，以便在二氧化硅層上形成八個(gè)條狀金屬層44A1、44B1、44C1、44D1、44E1、44F1、44G1和44H1。
在形成八個(gè)條狀金屬層44A1至44H1之后，利用CVD工藝在相關(guān)的二氧化硅層上進(jìn)一步形成二氧化硅層，以及利用CMP工藝來(lái)拋光和平面化，結(jié)果形成具有在其中形成的八個(gè)條狀金屬層44A1至44H1的絕緣中間層MIL1。
接著，在絕緣中間層MIL1上形成二氧化硅層，并通過(guò)光刻工藝、蝕刻工藝、濺射工藝、CMP工藝等等，在二氧化硅層中形成通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E。隨后，通過(guò)濺射工藝，在相關(guān)的二氧化硅層上形成金屬層，并通過(guò)光刻工藝和蝕刻工藝來(lái)構(gòu)圖，以便在二氧化硅層上形成八個(gè)條狀金屬層44A2、44B2、44C2、44D2、44E2、44F2、44G2和44H2。
在形成八個(gè)條狀金屬層44A2至44H2之后，利用CVD工藝，在相關(guān)的二氧化硅層上進(jìn)一步形成二氧化硅層，并利用CMP工藝來(lái)拋光和平面化，結(jié)果形成具有在其中形成的八個(gè)條狀金屬層44A2至44H2的絕緣中間層MIL2。
然后，按與形成具有八個(gè)條狀金屬層44A2至44H2的絕緣中間層MIL2基本相同的方式，進(jìn)行具有在其中形成了八個(gè)條狀金屬層44A3至44H3和44A4至44H4的各絕緣中間層MIL3和MIL4的形成。注意，在完成中間布線層IWL的形成之后，通過(guò)利用各種公知的方法進(jìn)行總布線層GWL的形成。
假設(shè)，在參考圖3、4A和4B所說(shuō)明的相同的條件下，進(jìn)行八個(gè)條狀金屬層44A2至44H2的形成，那么八個(gè)條狀金屬層44A2至44H2的寬度逐漸依次變大。換句話說(shuō)，類似于圖4B的情況，兩個(gè)相鄰的條狀金屬層44A2和44B2；44B2和44C2；44C2和44D2；44D2和44E2；44E2和44F2；44F2和44G2；44G2和44H2之間的間隙(g1、g2、g3、g4、g5、g6和g7)逐漸依次變窄。
在這種情況下，能夠用第一對(duì)條狀金屬層44A2和44B2、第二對(duì)條狀金屬層44C2和44D2、第三對(duì)條狀金屬層44E2和44F2和第四對(duì)條狀金屬層44G2和44H2來(lái)定義四個(gè)各電容器。
當(dāng)由第一對(duì)條狀金屬層44A2和44B2定義的電容器和由第三對(duì)條狀金屬層44E2和44F2定義的電容器并聯(lián)地電連接從而定義第一并聯(lián)電容器時(shí)，以及當(dāng)由第二對(duì)條狀金屬層44C2和44D2定義的電容器和由第四對(duì)條狀金屬層44G2和44H2并聯(lián)地電連接從而定義第二并聯(lián)電容器時(shí)，第一和第二并聯(lián)電容器的各容量CF和CS表示如下CF＝εS/[(g1+p4g1)]CS＝εS/[(p2g1+p6g1)]當(dāng)然，在這些等式中，假設(shè)，電介質(zhì)材料(圖4B)的介電常數(shù)ε等于絕緣中間層MIL2的介電常數(shù)，并且假設(shè)兩個(gè)相鄰的條狀金屬層24A2和24B2；24C2和24D2；24E2和24F2；和24G2和24H2(圖4B)之間的相對(duì)面積S等于兩個(gè)相鄰的條狀金屬層44A2和44B2；44C2和44D2；44E2和44F2；和44G2和44H2之間的相對(duì)面積。
因此，CF對(duì)CS的比率計(jì)算如下CF/CS＝[εS/[(g1+p4g1)]]/[εS/[(p2g1+p6g1)]]＝[1/[(g1+p4g1)]]/[1/[(p2g1+p6g1)]]＝(p2+p6)/(1+p4)＝p2(1+p2)/(1+p2)＝p2類似于圖4B的情況，當(dāng)假設(shè)間隙(g1、g2、g3、g4、g5、g6和g7)逐漸依次減少0.1％時(shí)，即當(dāng)假設(shè)常數(shù)比P為0.999時(shí)，比率CF/CS大約為0.998。
發(fā)現(xiàn)比率CF/CS比上述比率C1/C2(0.996)大近似0.2％。也就是說(shuō)，與上述現(xiàn)有技術(shù)的容量比率C1/C2(圖4A)相比，根據(jù)本發(fā)明的容量比率CF/CS大約提高了0.2％。隨著形成在絕緣中間層中的條狀金屬層的數(shù)量變得越大，這種提高會(huì)更加顯著。簡(jiǎn)而言之，根據(jù)本發(fā)明，與圖3中所示的第二現(xiàn)有技術(shù)的MIM排列相比，能夠更加減少工藝波動(dòng)的影響。
在上述第一實(shí)施例中，當(dāng)在節(jié)點(diǎn)N1和N2之間以及在節(jié)點(diǎn)N3和N4之間產(chǎn)生各電勢(shì)差時(shí)，可以獨(dú)立地控制電勢(shì)差。也就是說(shuō)，可以獨(dú)立地控制第一大容量電容器(42A/B和42E/F)和第二大容量電容器(42C/D和42G/H)。
此外，例如，當(dāng)將高電壓和低電壓施加到各節(jié)點(diǎn)N1和N2以在其之間產(chǎn)生電勢(shì)差時(shí)，優(yōu)選將低電壓和高電壓施加到各節(jié)點(diǎn)N3和N4，因?yàn)槟軌蛴行б种圃陔姌O結(jié)構(gòu)42B和42C之間以及在電極結(jié)構(gòu)42D和42E之間產(chǎn)生各寄生電容。也就是說(shuō)，對(duì)兩個(gè)相鄰的電極42B和42C施加各低電壓，對(duì)兩個(gè)相鄰的電極42D和42E施加各高電壓，結(jié)果抑制了電極結(jié)構(gòu)42B和42C之間以及在電極結(jié)構(gòu)42D和42E之間產(chǎn)生各寄生電容。當(dāng)然注意，當(dāng)將低電壓和高電壓施加到各節(jié)點(diǎn)N1和N2時(shí)，高電壓和低電壓應(yīng)該被施加到各節(jié)點(diǎn)N3和N4。
在上述第一實(shí)施例中，盡管MIM電容器排列建立在由上述第二設(shè)計(jì)規(guī)則控制的中間布線層IWL中，但其還可以建立在由上述第三設(shè)計(jì)規(guī)則控制的總布線層GNL中，在上述第三設(shè)計(jì)規(guī)則中，導(dǎo)線的最小寬度比在第二設(shè)計(jì)規(guī)則中導(dǎo)線的最小寬度大。
在上述第一實(shí)施例中，盡管四個(gè)條狀金屬層(44A1至44A4；44B1至44B4；44C1至44C4；44D1至44D4；44E1至44E4；44F1至44F4；44G1至44G4；44H1至44H4)通過(guò)插入在其之間的通孔栓塞46A、46B、46C、46D和46E直接相互連接，但也可以按其他方式進(jìn)行四個(gè)條狀金屬層之間的電連接。例如，四個(gè)條狀金屬層可以具有從其中延伸的各導(dǎo)線，并且這些導(dǎo)線可以適當(dāng)?shù)剡B接到導(dǎo)線C1。
第二實(shí)施例圖9和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明包括MIM電容器排列的半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例。注意，圖9示出了沿圖10的IX-IX線截取的MIM電容器排列的截面圖，以及圖10示出了沿圖9的X-X線截取的截面圖。
在圖10中，參考標(biāo)記SS′指示定義硅晶片上的芯片區(qū)之一的半導(dǎo)體襯底，并且僅示例了一部分半導(dǎo)體襯底SS′。盡管圖9和10中沒有示出，但通過(guò)利用各種公知的方法處理硅晶片來(lái)在半導(dǎo)體襯底SS′中制造半導(dǎo)體器件之后，在半導(dǎo)體襯底SS′上形成多層布線結(jié)構(gòu)MWC′。
如圖10中所示，多層布線結(jié)構(gòu)MWC′包括在半導(dǎo)體襯底SS′上形成的最下面的布線層LWL′、在最下面的布線層LWL′上形成的中間布線層IWL′。注意，盡管圖10中沒有示例，但在中間布線層IWL′上形成總布線層。
類似于上述第一實(shí)施例，一般由參考標(biāo)記50指示的MIM電容器排列建立在中間布線層IWL′中。中間布線層LWL′包括多個(gè)絕緣中間層，圖10中僅示例了其中兩個(gè)并且用參考標(biāo)記MIL1′和MIL2′來(lái)指示。
MIM電容器排列50包括兩對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)52A和52B；和第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)52C和52D。
曲折電極結(jié)構(gòu)52A包括在中間布線層IWL′的各絕緣中間層(MIL1′、MIL2′...)中形成的曲折金屬層(僅示例了其中之一并用參考標(biāo)記54A來(lái)指示)，以及在每層絕緣中間層(除最下面的絕緣中間層MIL1以外)中形成的從而使條狀金屬層(54A)相互電連接的通孔栓塞56A。
曲折電極結(jié)構(gòu)52B包括在中間布線層IWL′的各絕緣中間層(MIL1′、MIL2′...)中形成的曲折金屬層(僅示例了其中之一并用參考標(biāo)記54B來(lái)指示)，以及在每層絕緣中間層(除最下面的絕緣中間層MIL1以外)中形成的從而使條狀金屬層(54B)相互電連接的通孔栓塞56B。
曲折電極結(jié)構(gòu)52C包括在中間布線層IWL′的各絕緣中間層(MIL1′、MIL2′...)中形成的曲折金屬層(僅示例了其中之一并用參考標(biāo)記54C來(lái)指示)，以及在每層絕緣中間層(除最下面的絕緣中間層MIL1以外)中形成的從而使條狀金屬層(54C)相互電連接的通孔栓塞56C。
曲折電極結(jié)構(gòu)52D包括在中間布線層IWL′的各絕緣中間層(MIL1′、MIL2′...)中形成的曲折金屬層(僅示例了其中之一并用參考標(biāo)記54D來(lái)指示)，以及在每層絕緣中間層(除最下面的絕緣中間層MIL1以外)中形成的從而使條狀金屬層(54D)相互電連接的通孔栓塞56D。
在本第二實(shí)施例中，可以如下建立MIM電容器排列50首先，在芯片區(qū)或半導(dǎo)體襯底SS′上形成具有在其上定義了布線布案的最下面的布線層LWL′。
在形成最下面的布線層LWL′之后，在最下面的布線層LWL′上形成二氧化硅層作為絕緣層。然后，利用CMP工藝拋光和平面化二氧化硅層，以及利用濺射工藝在已拋光的二氧化硅層上形成金屬層。隨后，利用光刻工藝和蝕刻工藝構(gòu)圖金屬層，從而在二氧化硅層上形成四個(gè)曲折金屬層54A、54B、54C、54D。
在形成四個(gè)曲折金屬層54A、54B、54C、54D之后，利用CVD工藝在相關(guān)的二氧化硅層上進(jìn)一步形成二氧化硅層，以及利用CMP工藝來(lái)拋光和平面化，結(jié)果形成具有在其中形成的四個(gè)曲折金屬層54A、54B、54C、54D的絕緣中間層MIL1′。
接著，在絕緣中間層MIL1′上形成二氧化硅層，并通過(guò)光刻工藝、蝕刻工藝、濺射工藝、CMP工藝等等，在二氧化硅層中形成通孔栓塞56A、56B、56C和56D。隨后，通過(guò)濺射工藝，在相關(guān)的二氧化硅層上形成金屬層，并通過(guò)光刻工藝和蝕刻工藝來(lái)構(gòu)圖，從而在相關(guān)的二氧化硅層上形成四個(gè)曲折金屬層(圖10中未示出)。此后，利用CVD工藝，在相關(guān)的二氧化硅層上進(jìn)一步形成二氧化硅層，并利用CMP工藝來(lái)拋光和平面化，結(jié)果形成具有在其中形成的四個(gè)曲折金屬層的絕緣中間層MIL2′。
按與絕緣中間層MIL2′基本相同的方式，進(jìn)一步在絕緣中間層MIL2′上依次形成具有四個(gè)曲折金屬層的其它絕緣中間層，結(jié)果形成中間布線層IWL′。此后，通過(guò)利用各種公知的方法在中間布線層IWL′上形成總布線層。
在本第二實(shí)施例中，從圖9和10清楚看出，曲折金屬層54A和54D被構(gòu)造成彼此基本上相同，并且曲折金屬層54B和54C被構(gòu)造成彼此基本上相同。此外，排列曲折金屬層54A、54B、54C和54D使得彼此保持平行關(guān)系，并且以規(guī)則的間隔彼此間隔開。此外，曲折金屬層54A和54B之間的相對(duì)面積基本上等于曲折金屬層54C和54D之間的相對(duì)面積。
如圖10中所示，第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)52A和52B電連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)N1′和N2′的各第一和第二導(dǎo)線C1′和C2′，從而定義第一大容量電容器52A/B。此外，第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)52C和52D電連接到具有第三和第四節(jié)點(diǎn)N3′和N4′的各第三和第四導(dǎo)線C3′和C4′，從而定義第二大容量電容器52C/D。
在形成絕緣中間層(MIL1′，MIL2′)的每一層時(shí)，盡管利用CMP工藝拋光和平面化相關(guān)的絕緣中間層，但相關(guān)的絕緣中間層的表面不可避免地波狀起伏，如上所述。結(jié)果，由于相關(guān)的波狀起伏的絕緣中間層而使曲折金屬層(54A、54B、54C和54D)的寬度在顯微鏡觀察下發(fā)生改變。這樣，第一大容量電容器52A/B的容量不能與第二大容量電容器52C/D的容量一致。但是，根據(jù)上述第二實(shí)施例，由于MIM電容器排列50的曲折性，能夠使第一和第二電容器(52A和52B；52C和52D)的容量之間的不一致的程度小。
具體地，例如，從圖9和10明顯看出，由于第一對(duì)曲折金屬層54A和54B以及第二對(duì)曲折金屬層54C和54D都在絕緣中間層MIL1′上延伸使得彼此完全接近，基于絕緣中間層MIL′的波狀起伏的影響可以同樣地施加在第一對(duì)曲折金屬層54A和54B以及第二對(duì)曲折金屬層54C和54D上，由此可以使第一和第二電容器(52A和52B；52C和52D)的容量之間的不一致的程度小。
此外，根據(jù)第二實(shí)施例，由于MIM電容器排列的曲折性，第一和第二電容器(52A和52B；52C和52D)的每一個(gè)具有更大容量的特點(diǎn)。
類似于上述第一實(shí)施例，例如，當(dāng)將高電壓和低電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)N1′和N2′時(shí)，優(yōu)選將低電壓和高電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)N3′和N4′。此外，當(dāng)將低電壓和高電壓施加到各第一和第二節(jié)點(diǎn)N1′和N2′時(shí)，優(yōu)選將高電壓和低電壓施加到各第三和第四節(jié)點(diǎn)N3′和N4′。這樣，能夠有效地抑制曲折電極結(jié)構(gòu)52B和52C之間產(chǎn)生寄生電容。
此外，在上述第二實(shí)施例中，盡管MIM電容器排列50建立在中間布線層IWL中，但其還可以形成在總布線層中。
最后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，上述說(shuō)明是方法和器件的優(yōu)選實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)；和在所述多層布線結(jié)構(gòu)中建立的金屬-絕緣體-金屬電容器排列，其中所述金屬-絕緣體-金屬電容器排列包括以規(guī)則間隔相互平行依次排列的第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)，所述第一、第二、第五和第六電極結(jié)構(gòu)相互電連接從而定義第一電容器，所述第三和第四電極結(jié)構(gòu)相互電連接從而定義第二電容器。
2.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括至少一個(gè)條狀金屬層，該至少一個(gè)條狀金屬層形成在包括在所述多層布線結(jié)構(gòu)中的絕緣中間層中。
3.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括至少兩個(gè)條狀金屬層，該至少兩個(gè)條狀金屬層形成在包括在所述多層布線結(jié)構(gòu)中的各絕緣中間層中并且相互電連接。
4.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第五電極結(jié)構(gòu)由具有第一節(jié)點(diǎn)的第一導(dǎo)線相互連接；所述第二和第六電極結(jié)構(gòu)由具有第二節(jié)點(diǎn)的第二導(dǎo)線相互連接；所述第三電極結(jié)構(gòu)連接到具有第三節(jié)點(diǎn)的第三導(dǎo)線；以及所述第四電極結(jié)構(gòu)連接到具有第四節(jié)點(diǎn)的第四導(dǎo)線，其中獨(dú)立地將電壓施加到所述第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4中所述的半導(dǎo)體器件，其中將高電壓和低電壓施加到所述各第一和第二節(jié)點(diǎn)，并將低電壓和高電壓施加到所述各第三和第四節(jié)點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求4中所述的半導(dǎo)體器件，其中將低電壓和高電壓施加到所述各第一和第二節(jié)點(diǎn)，并將高電壓和低電壓施加到所述各第三和第四節(jié)點(diǎn)。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)；和在所述多層布線結(jié)構(gòu)中建立的金屬-絕緣體-金屬電容器排列，其中所述金屬-絕緣體-金屬電容器排列包括以規(guī)則間隔相互平行依次排列的第一、第二和第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)，所述第一和第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)并聯(lián)地相互電連接從而定義第一電容器，所述第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)相互連接成第二電容器。
8.如權(quán)利要求7中所述的半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)所述電極結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)條狀金屬層，該至少一個(gè)條狀金屬層形成在包括在所述多層布線結(jié)構(gòu)中的絕緣中間層中。
9.如權(quán)利要求7中所述的半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)所述電極結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)條狀金屬層，該至少兩個(gè)條狀金屬層形成在包括在所述多層布線結(jié)構(gòu)中的各絕緣中間層中并且相互電連接。
10.如權(quán)利要求7中所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線；所述第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線；以及所述第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)連接到具有第三和第四節(jié)點(diǎn)的各第三和第四導(dǎo)線，其中獨(dú)立地將電壓施加到所述第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求10中所述的半導(dǎo)體器件，其中包括在所述第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第二導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)與包括在所述第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第三導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)相鄰；以及包括在所述第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第四導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)與包括在所述第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第二導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)相鄰，將高電壓和低電壓施加到所述各第一和第二節(jié)點(diǎn)，將低電壓和高電壓施加到所述各第三和第四節(jié)點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求10中所述的半導(dǎo)體器件，其中包括在所述第一對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第二導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)與包括在所述第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第三導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)相鄰；以及包括在所述第二對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第四導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)與包括在所述第三對(duì)電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第二導(dǎo)線的電極結(jié)構(gòu)相鄰，將低電壓和高電壓施加到所述各第一和第二節(jié)點(diǎn)，將高電壓和低電壓施加到所述各第三和第四節(jié)點(diǎn)。
13.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)；和在所述多層布線結(jié)構(gòu)中建立的金屬-絕緣體-金屬電容器排列，其中所述金屬-絕緣體-金屬電容器排列包括第一和第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)，依次排列所述第一和第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)使其保持彼此平行的關(guān)系，并以規(guī)則的間隔相互間隔開。
14.如權(quán)利要求13中所述的半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)所述曲折電極結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)曲折金屬層，該至少一個(gè)曲折金屬層形成在包括在所述多層布線結(jié)構(gòu)中的絕緣中間層中。
15.如權(quán)利要求13中所述的半導(dǎo)體器件，其中每個(gè)所述曲折電極結(jié)構(gòu)包括至少兩個(gè)曲折金屬層，該至少兩個(gè)曲折金屬層形成在包括在所述多層布線結(jié)構(gòu)中的各絕緣中間層中并且相互電連接。
16.如權(quán)利要求13中所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線；以及所述第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)連接到具有第一和第二節(jié)點(diǎn)的各第一和第二導(dǎo)線，其中獨(dú)立地將電壓施加到所述第一、第二、第三和第四節(jié)點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求16中所述的半導(dǎo)體器件，其中包括在所述第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第二導(dǎo)線的曲折電極結(jié)構(gòu)與包括在所述第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第三導(dǎo)線的曲折電極結(jié)構(gòu)相鄰，將高電壓和低電壓施加到所述各第一和第二節(jié)點(diǎn)，將低電壓和高電壓施加到所述各第三和第四節(jié)點(diǎn)。
18.如權(quán)利要求16中所述的半導(dǎo)體器件，其中包括在所述第一對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第二導(dǎo)線的曲折電極結(jié)構(gòu)與包括在所述第二對(duì)曲折電極結(jié)構(gòu)中并連接到所述第三導(dǎo)線的曲折電極結(jié)構(gòu)相鄰，將低電壓和高電壓施加到所述各第一和第二節(jié)點(diǎn)，將高電壓和低電壓施加到所述各第三和第四節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件具有半導(dǎo)體襯底、在半導(dǎo)體襯底上形成的多層布線結(jié)構(gòu)、和在多層布線結(jié)構(gòu)中建立的金屬－絕緣體－金屬(MIM)電容器排列。MIM電容器排列包括以規(guī)則間隔相互平行依次排列的第一、第二、第三、第四、第五和第六電極結(jié)構(gòu)。第一、第二、第五和第六電極結(jié)構(gòu)相互電連接從而定義第一電容器，第三和第四電極結(jié)構(gòu)相互電連接從而定義第二電容器。
文檔編號(hào)H01L27/00GK1779967SQ200510116170
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
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