CN101419969A - 金属-氧化物-金属电容结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属－氧化物－金属电容结构。此电容结构包括：一介电层、一第一网状金属层以及一第二网状金属层。第一及第二网状金属层嵌入于介电层，且第二网状金属层平行堆叠于第一网状金属层上方。每一网状金属层具有排列成一阵列的多个开口。第一网状金属层中的网交点分别对应第二网状金属层中的开口，且第二网状金属层中的网交点分别对应于第一网状金属层中的开口。本发明所述的金属－氧化物－金属电容结构，可有效改善制程梯度变异及线性度，而进一步提升集成电路的效能。
Description
技术领域
本发明有关于一种集成电路设计，特别是有关于一种可具有极小梯度变化(minimized gradient variation)特性及线性度(linearity)的金属-氧化物-金属电容(MOM)结构。
背景技术
许多数字及模拟部件及电路已成功地运用于半导体集成电路，例如射频(radio-freq uency，RF)电路或混合信号集成电路(mixed-signal integrated circuit，MSIC)。上述部件包含了被动元件，例如电阻、电容或电感等等。典型的半导体集成电路包含一硅基底。一层以上的介电层设置于基底上，且一层以上的金属层设置于介电层中。这些金属层可通过现行的半导体制程技术而形成晶片内建部件，例如晶片内建(on-chip)金属-绝缘-金属(metal-insulator-metal，MIM)电容元件或是金属-氧化物-金属(metal-oxide-metal，MOM)。
典型的金属-绝缘-金属(MIM)电容元件包括一金属层及一导电平板，该导电平板位于上述金属层下方且相互平行，以及一介电材料层，其介于上述导电平板与上述金属层之间。此电容结构的缺点在于其需要额外的光罩成本来制作原有金属层下方的导电平板，导致制造成本的增加。
为了降低MIM电容元件所需的晶片的制作成本，大多改用MOM电容元件。由于MOM电容元件的单位面积电容值没有MIM电容元件大，所以为了提高单位面积的电容值，多数的MOM电容元件采用堆叠指叉式(stacked interdigital finger)电容元件。上述的电容元件具有垂直平行板结构(vertical parallelplate structure)而形成具有大面积的侧向MOM电容值而使得单位面积具有较高的电容值。图1A绘示出现有用于集成电路的指叉式电容结构100。指叉式电容结构100包括由多个平行排列的平板电极110及120以及介于其间的介电层(未绘示)所构成。平板电极110由多个堆叠的金属层110a以及位于其间用以电性连接金属层110a的介层插塞(via plug)110b所构成，而平板电极120由多个堆叠的金属层120a以及位于其间用以电性连接金属层120a的介层插塞120b所构成。再者，一金属层(未绘示)连接于每一位于顶层(uppermost)的金属层110a的一相同端且电性连接至一节点A(未绘示)。同样地，另一金属层(未绘示)连接于每一位于顶层的金属层120a的一相同端且电性连接至一节点B(未绘示)，如图1B所示。由于相邻的平板电极110及120形成大面积的侧向电容，因此单位面积具有较高的电容值。再者，作为电容电极的金属层110a及120a通常可用于标准CMOS制程，毋需额外的光罩成本，故可降低制造成本。
然而，上述具有指叉式结构的电容元件中的平板电极110及120分别在一边，例如，在一维方向是对称的，而在其他维度是不对称的，而使得指叉式电容结构100遭受制程梯度变异的问题及线性度不佳的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种MOM电容结构，其中MOM电容通过多个网状金属电极堆叠形成一网格结构(latticestructure)，而使MOM电容元件具有二维及三维对称结构，因而改善电容匹配特性及线性度。
本发明提供一种MOM电容结构。此电容结构包括：一介电层、一第一网状金属层及一第二网状金属层。介电层设置于一基底上。第一网状金属层嵌入于介电层的一第一层位且具有排列成一阵列的多个第一开口，而第二网状金属层嵌入于高于介电层的第一层位的一第二层位且具有排列成一阵列的多个第二开口。其中，第一网状金属层中的多个第一网交点分别对应于第二开口，且第二网状金属层中的多个第二网交点分别对应于第一开口。
本发明提供一种MOM电容结构。此电容结构包括：设置于一基底上的一介电层及平行堆叠于其内的多个网状金属层。每一网状金属层具有排列成一阵列的多个开口。每一奇数网状金属层中的多个网交点分别对应于每一偶数网状金属层中的开口，且每一偶数网状金属层中的多个网交点分别对应于每一奇数网状金属层中的开口。奇数网状金属层电性连接至一第一节点，而偶数网状金属层电性连接至一第二节点。
本发明所述的金属-氧化物-金属电容结构，可有效改善制程梯度变异及线性度，而进一步提升集成电路的效能。
附图说明
图1A是绘示出现有用于集成电路的指叉式电容结构局部立体透视示意图。
图1B是绘示出图1A的平面示意图。
图2是绘示出根据本发明实施例的金属-氧化物-金属(MOM)电容结构局部立体透视示意图。
图3是绘示出图5中一奇数网状金属层局部平面示意图。
图4是绘示出图5中一偶数网状金属层局部平面示意图。
图5是绘示出堆叠第3及4图中网状金属层的平面示意图。
图6是绘示出图5中堆叠的网状金属层的立体透视示意图。
具体实施方式
本发明关于一种改良的电容结构，适用于不同的集成电路设计，例如混合信号电路、射频电路及模拟电路。以下配合图2至图5说明本发明实施例的用于集成电路的电容结构。请参照图2，其绘示出根据本发明实施例的金属-氧化物-金属(MOM)电容结构局部立体透视示意图。MOM电容结构300包括：一介电层202、嵌入其中的多个网状(net-shaped)金属层210及220、以及用以电性连接奇数网状金属层210及偶数网状金属层220的内连线结构。
介电层202可设置于一基底200上，作为内层介电层(interlayer dielectric，ILD)层或金属层间介电(intermetaldielectric，IMD)层。再者，介电层202可为一单层结构或是多层结构。再者，介电层202可由相同或不同的材料所构成，例如可由氧化硅或氮化硅所构成。在本实施例中，介电层202是由氧化物所构成的多层结构。然而，为了简化图式，此处仅以一单层结构示之。基底200可为一硅基底或其他半导体基底，其可包括不同的元件，诸如晶体管、电阻或其他所常用的半导体元件。为了简化图式，此处仅绘示出一平整基底。
奇数网状金属层210及偶数网状金属层220依序嵌入于介电层202的不同层位。亦即，奇数网状金属层210及偶数网状金属层220以一间距交替平行堆叠于介电层202内。需注意的是网状金属层的数量至少为二个，然而可以理解的是实际上网状金属层的数量取决于电路设计。此处为了方便说明，本实施例仅绘示四层网状金属层作为范例说明。此处，标号“210”表示位于基底200上奇数网状金属层，而标号“220”表示位于基底200上偶数网状金属层。奇数网状金属层210及偶数网状金属层220可由铜金属、铝金属或其合金所构成，且可通过现有镶嵌技术而形成。再者，在本实施例中，奇数网状金属层210彼此具有相同的形状与尺寸，且在基底所在平面上的投影彼此完全重叠排列。偶数网状金属层220彼此也具有相同的形状与尺寸，且在基底所在平面上的投影彼此完全重叠排列。再者，奇数网状金属层210与偶数网状金属层220可具有相同或不相同的尺寸。
另外，奇数网状金属层210通过内连线结构彼此电性连接，且电性连接至一第一节点(未绘示)。同样地，偶数网状金属层220通过内连线结构彼此电性连接，且电性连接至不同于一第一节点的一第二节点(未绘示)。第一节点及第二节点作为MOM电容结构300的二个端点，使相邻的网状金属层具有不同的极性。在本实施例中，内连线结构由多个接触垫210b及220b以及多个介层插塞(via plug)240所构成且将于本文稍后说明。再者，为了使图式更加清楚，图2仅选择性绘示出些许的介层插塞240，且省略些许的接触垫220b。
请参照图3，其绘示出图2中奇数网状金属层210其中之一的局部平面示意图。网状金属层210具有排列成一阵列的多个开口210a。多个接触垫210b对应嵌入于每一开口210a内的介电层202，且与网状金属层210位于相同的层位。亦即，多个接触垫210b与网状金属层210可由同一金属层定义而成。每一接触垫210b可具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。在本实施例中，每一接触垫210b是以方形作为范例说明。再者，每一接触垫210b大体位于对应的开口210a的中心位置。
接着，请参照图4，其绘示出图2中偶数网状金属层220其中之一的局部平面示意图。相似于网状金属层210，网状金属层220具有排列成一阵列的多个开口220a。多个接触垫220b对应嵌入于每一开口220a内的介电层202，且与网状金属层220位于相同的层位。亦即，多个接触垫220b与网状金属层220可由同一金属层定义而成。每一接触垫220b同样可具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。在本实施例中，每一接触垫220b是以方形作为范例说明。再者，每一接触垫220b大体位于对应的开口220a的中心位置。
在本实施例中，特别的是图3中奇数网状金属层210中的多个网交点(虚线区域)210c分别对应于图4中偶数网状金属层220中的开口220a，且偶数网状金属层220中的多个网交点(虚线区域)220c分别对应于奇数网状金属层210中的开口210a。
请参照图2至图5，其中图5绘示出堆叠图3及图4中网状金属层的平面示意图。由于奇数网状金属层210中的网交点210c分别对应于偶数网状金属层220中的开口220a，以及偶数网状金属层220中的网交点220c分别对应于奇数网状金属层210中的开口210a，使位于偶数网状金属层220的开口220a内的接触垫220b分别大体对准于奇数网状金属层210的网交点210c，且使位于奇数网状金属层210的开口210a内的接触垫210b分别大体对准于偶数网状金属层220的网交点220c。
多个介层插塞240设置于相邻的奇数网状金属层210及偶数网状金属层220之间的介电层202，以将位于偶数网状金属层220的开口220a内的接触垫220b分别连接于奇数网状金属层210的网交点210c，且将位于奇数网状金属层210的开口210a内的接触垫210b分别连接于偶数网状金属层220的网交点220c，如图2及图5所示。如此一来，MOM电容元件通过奇数网状金属层210及偶数网状金属层220而堆叠形成一网格结构(latticestructure)，使其具有二维及三维对称结构。
由多个接触垫210b及220b以及多个介层插塞(via plug)240所构成的内连线结构可通过现有镶嵌技术而形成。因此，根据本发明实施例的MOM电容结构，同样可通过现行的半导体制程技术而形成晶片内建部件，以有效降低制作成本。
再者，上述堆叠的MOM电容结构可沿水平方向延伸且可沿垂直方向重复排列而构成一多重MOM电容结构。
在上述多重MOM电容结构中，相邻的网状金属层可形成一个电容。再者，介层插塞可分别与相邻的网状金属层形成二个电容。另外，接触垫与相邻的网状金属层也可形成一个电容，如图6所示。因此，上述电容结构的单位面积具有高的电容值，而增加MOM电容件的总电容值。
另外，不同于现有指叉式电容结构，根据本发明实施例的具有二维及三维对称网格结构的MOM电容结构，可有效改善制程梯度变异及线性度，而进一步提升集成电路的效能。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
100：指叉式电容结构
110、120：平板电极
110a、120a：金属层
110b、120b：介层插塞
200：基底
202：介电层
210、220：网状金属层
210a、220a：开口
210b、220b：接触垫
210c、220c：网交点
300：MOM电容结构。
Claims (19)
1.一种金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，包括：
一介电层，设置于一基底上；
一第一网状金属层，嵌入于该介电层的一第一层位，且具有排列成一阵列的多个第一开口；以及
一第二网状金属层，嵌入于高于该介电层的该第一层位的一第二层位，且具有排列成一阵列的多个第二开口，其中该第一网状金属层中的多个第一网交点分别对应于所述第二开口，且该第二网状金属层中的多个第二网交点分别对应于所述第一开口。
2.根据权利要求1所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，该第一网状金属层电性连接至一第一节点，而该第二网状金属层电性连接至一第二节点。
3.根据权利要求1所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，该第一网状金属层与该第二网状金属层具有相同的尺寸。
4.根据权利要求1所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，更包括：
多个第一接触垫，对应嵌入于所述第一开口内的该介电层的该第一层位，使所述第一接触垫分别对准于所述第二网交点；
多个第一介层插塞，分别连接所述第一接触垫与对应的所述第二网交点；
多个第二接触垫，对应嵌入于所述第二开口内的该介电层的该第二层位，使所述第二接触垫分别对准于所述第一网交点；以及
多个第二介层插塞，分别连接所述第二接触垫与对应的所述第一网交点。
5.根据权利要求4所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第一接触垫具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。
6.根据权利要求4所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第一接触垫位于对应的该第一开口的中心。
7.根据权利要求4所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第二接触垫具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。
8.根据权利要求4所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第二接触垫位于对应的该第二开口的中心。
9.根据权利要求4所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，更包括：
一第三网状金属层，嵌入于高于该介电层的该第二层位的一第三层位，且具有排列成一阵列的多个第三开口，其中该第三网状金属层与该第一网状金属层具有相同的形状及尺寸，且该第三网状金属层与该第一网状金属层在该基底所在平面上的投影完全重叠；
多个第三接触垫，对应嵌入于所述第三开口内的该介电层的该第三层位，使所述第三接触垫分别对准于所述第二网交点及所述第一接触垫；以及
多个第三介层插塞，分别连接所述第三接触垫与对应的所述第二网交点。
10.根据权利要求9所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第三接触垫具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。
11.根据权利要求9所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第三接触垫位于对应的该第三开口的中心。
12.根据权利要求9所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，更包括：
一第四网状金属层，嵌入于高于该介电层的该第三层位的一第四层位，且具有排列成一阵列的多个第四开口，其中该第四网状金属层与该第二网状金属层具有相同的形状及尺寸，且该第四网状金属层与该第二网状金属层在该基底所在平面上的投影完全重叠；
多个第四接触垫，对应嵌入于所述第四开口内的该介电层的该第四层位，使所述第四接触垫分别对准于该第三网状金属层的多个第三网交点及所述第二接触垫；以及
多个第四介层插塞，分别连接所述第四接触垫与对应的所述第三网交点。
13.根据权利要求12所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第四接触垫具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。
14.根据权利要求12所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一第四接触垫位于对应的该第四开口的中心。
15.一种金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，包括：
一介电层，设置于一基底上；以及
多个网状金属层，平行堆叠于该介电层内，且每一网状金属层具有排列成一阵列的多个开口；
其中每一奇数网状金属层中的多个网交点分别对应于每一偶数网状金属层中的所述开口且每一偶数网状金属层中的多个网交点分别对应于每一奇数网状金属层中的所述开口；
其中所述奇数网状金属层电性连接至一第一节点，而所述偶数网状金属层电性连接至一第二节点。
16.根据权利要求15所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，更包括：
多个接触垫，对应嵌入于所述网状金属层的所述开口内的该介电层，使位于所述偶数网状金属层的所述开口内的所述接触垫分别对准于所述奇数网状金属层的多个网交点，且使位于所述奇数网状金属层的所述开口内的所述接触垫分别对准于所述偶数网状金属层的多个网交点；以及
多个介层插塞，将位于所述偶数网状金属层的所述开口内的所述接触垫分别连接于相邻于所述奇数网状金属层的多个网交点，且将位于所述奇数网状金属层的所述开口内的所述接触垫分别连接于相邻于所述偶数网状金属层的多个网交点。
17.根据权利要求16所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一接触垫具有矩形、方形、多边形或圆形的俯视轮廓。
18.根据权利要求16所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，每一接触垫位于对应的该开口的中心。
19.根据权利要求15所述的金属-氧化物-金属电容结构，其特征在于，所述网状金属层具有相同的尺寸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090429 |