CN1479375A - 电容器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不用增加光掩膜和制造工序即可轻易制作的电容器，本发明的电容器具有起着第一电极作用的多个过接脚1a～1c和起着第二电极作用的多个过接脚2a～2c。过接脚1a～1c沿x方向排列，同样，过接脚2a～2c也沿x方向排列。电容器形成在半导体装置的多层连线结构内，过接脚1a～1c和过接脚2a～2c相互对置，它们之间夹着一部分层间绝缘膜。夹在过接脚1a～1c和过接脚2a～2c之间的层间绝缘膜部分起着电容器的电介质膜的作用。

Description

电容器
技术领域
本发明涉及电容器的结构，尤其涉及形成在半导体集成电路的多层连线结构内的MIM(金属-绝缘-金属)型电容器的结构。
背景技术
模拟器件由电阻、线圈、电容等构成，逻辑器件由MOS晶体管等构成。近年来人们研究了将模拟器件与逻辑器件形成在一个芯片内，实现所谓的模拟/逻辑器件单芯片化。
在常规的模拟/逻辑器件单芯片化的半导体装置中，形成MIM型电容器时需要增加光掩膜。例如，加工电容器的下部电极需要一片，加工电容器的上部电极也需要一片，共需要增加两张光掩膜。
另外，特开2001-167974号公报、特开2001-237375号公报、特开2000-228497号公报记载了有关具有电容器的半导体装置的技术。
但是，这种常规的电容器制造方法因增多了光掩膜数和制造工序，制造成本提高了。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，即，提供一种不用增加光掩膜和制造工序就能够容易制作的电容器。
根据本发明的第一方面的电容器是形成在半导体装置的多层连线结构内的电容器，包括：层间绝缘膜；第一过接脚，形成在层绝缘膜内，起着电容器的第一电极的作用；第二过接脚，形成在层绝缘膜内，起着电容器的第二电极的作用，与第一过接脚之间夹着一部分层绝缘膜对置；第一连线，只连接第一过接脚的上部或底部；第二连线，只连接第二过接脚的上部或底部。
根据本发明的第二方面的电容器，第一连线连接在第一过接脚的上部，第二连线连接在第二过接脚的底部。
根据本发明的第三方面的电容器，第一及第二过接脚分别在具有多层连线结构的多个连线层中连续地形成。
根据本发明的第四方面的电容器，第一过接脚与第二过接脚在规定方向上的间距比第一连线与第二连线在规定方向上的间距窄。
根据本发明的第五方面的电容器，具有多个第一及第二过接脚，第一及第二连线的上部呈多个分支连接在主杆的结构，第一连线的多个分支分别与第二连线的多个分支相互交替配置，第一连线的多个分支分别连接在多个第一过接脚上，第二连线的多个分支分别连接在多个第二过接脚上。
根据本发明的第六方面的电容器，具有多个第二过接脚，多个第二过接脚围绕第一过接脚配置。
附图说明
图1是本发明实施方案1的电容器结构模型的斜视图；
图2是图1所示电容器的剖面结构图；
图3是本发明实施方案1的电容器的变形例模型图；
图4是本发明实施方案2的电容器结构模型图；
图5是本发明实施方案3的电容器结构的剖面图；
图6是本发明实施方案4的电容器结构的模型图；
图7是本发明实施方案4的电容器的变形例的模型图；
图8是本发明实施方案5的电容器结构的剖面图；
图9是将图8所示电容器的制作方法按工序顺序示出的剖面图；
图10是将图8所示电容器的制作方法按工序顺序示出的剖面图；
图11是本发明实施方案6的电容器的第一结构的俯视图；
图12是图11所示电容器的剖面结构图；
图13是本发明实施方案6的电容器的第二结构的俯视图；
图14是图13所示电容器的剖面结构图。标号说明
1a～1c，1a1～1a3，2a～2c，2a1～2a3，20a，20b  过接脚
3，4                                               连线
51～54，121，122                              层间绝缘膜
21a，21b，22a，22b                                 过孔
本发明的优选实施方案
实施方案1
图1是本发明的第一实施方案的电容器结构模型的斜视图。电容器具有多个起着第一电极作用的过接脚1a～1c和起着第二电极作用的过接脚2a～2c。过接脚1a～1c沿x方向排列，过接脚2a～2c同样也沿x方向排列。电容器形成在半导体装置的多层连线结构内，过接脚1a～1c与过接脚2a～2c相互对置，两者之间夹着一部分层间绝缘膜(图中未示)。例如，过接脚1a与2a在图中的Y方向排列，并相互对置。夹在过接脚1a～1c与过接脚2a～2c之间的层间绝缘膜起着电容器的电介质膜的作用。在本实施方案1中，过接脚1a～1c和过接脚2a～2c都由钨或铝等金属制成，由此而构成了MIM型电容器。
过接脚1a～1c连接在连线3上，过接脚2a～2c连接在连线4上。连线3、4都沿x方向延伸。另外，本实施方案1的连线3、4由铝等金属制成。连线3的上部与过按脚1a～1c的各底部连接，连线4的上部与过接脚2a～2c的各底部连接。连线3、4分别用于控制电容器的第一电极及第二电极的电位。过接脚1a～1c、2a～2c的各上部不与连线连接。
另外，在图1中虽然举了连线3、4分别与三个过接脚1a～1c、2a～2c连接的例子，但是过接脚的个数不限于此，只要是1个以上的过接脚分别与连线3、4连接即可。
图2是从x方向看的图1所示电容器结构的剖面图，显示了过接脚1a、2a的形成位置。图2除了电容器的形成区域外，还示出了晶体管的形成区域。但是，图2的晶体管的形成区域没有示出晶体管本身，只示出了连接晶体管的布线。
半导体装置具有多个连线L1～L4按此顺序层积而成的多层连线结构。连线层L1～L4分别具有由硅氧化模等形成的层间绝缘膜51～54。在电容器形成区域的连线层L3中形成了图1所示的电容器。过接脚1a与过接脚2a相互对置，中间夹着层间绝缘膜53的一部分。夹在过接脚1a与过接脚2a之间的层间绝缘膜53部分起着电容器的电介质膜的作用。
在晶体管形成区域的连线层L1~L4中，分别形成了由钨或铝等金属制成的过接脚61～64。另外，在连线层L2~L4中分别形成了由铝等金属制成的连线72～74。
连线3、4、73都形成在层间绝缘膜52上，可由同一工序形成。而过接脚1a、2a、63都形成在层间绝缘膜53内，由同一工序形成。
图3是本实施方案1的电容器的变形例模型图。在图1、2所示的例子中连线3、4分别与过接脚1a、2a的各底部连接，但也可如图3所示那样分别与过接脚1a、2a的各上部连接。这时，过接脚1a、2a的各底部不与连线相接。如图3所示，在相互对置的过接脚1a与过接脚2a之间构成了电容C1。
这样，本实施方案1的电容器用形成在多层连线结构内的过接脚1a～1c和2a～2c构成了MIM型电容器。所以在将连接晶体管的过接脚形成在多层连线结构内的工序中可以通过改变光掩膜的图形同时形成过接脚1a～1c、2a～2c。所以可以不增加光掩膜和制造工序也能容易地制作电容器。
另外，控制电容器的第一及第二电极的各电位的连线3、4只连接过接脚1a～1c、2a～2c的各上部或底部。所以与上部和底部都连接连线时相比可以减少应形成在多层连线结构内的连线数量。其结果可以抑制在制造工序中因异物等原因造成的不良，从而提高成品率。
实施方案2
图4是与图3对应的本发明实施方案2的电容器结构模型图。连线3连接在过接脚1a的底部，而连线4则连接在过接脚2a的上部。参照图2、4可知，图4所示的连线3与图2所示的连线73可以由同一工序形成，图4所示的连线4与图2所示的连线74也可以由同一工序形成。另外，也可以与图4所示的例子相反，将连线3连接在过接脚1a的上部，将连线4连接在过接脚2a的底部。
这样，本实施方案2的电容器的连线3与连线4没有形成在同一连线层内。因为布线3的侧面与连线4的侧面没有相互接触的危险，所以可以使过接脚1a与过接脚2a之间的距离比上述实施方案1的小。其结果，形成在过接脚1a与过接脚2a之间的电容C2比图3所示的电容C1大，与上述实施方案1相比，能够获得大容量的电容器。
实施方案3
在上述实施方案1、2中说明了形成在使用了钨等金属过接脚和铝等金属连线的多层连线结构内的电容器，而在本实施方案3中说明形成在使用了铜(Cu)的波形花纹结构的多层连线结构内的电容器。
图5是本发明实施方案3的电容器的结构剖面图。图5只示出了半导体装置的电容器形成区域的结构。连线层L1的层间绝缘膜121由绝缘膜81～111按该顺序层积而成。同样，连线层L2的层间绝缘膜122由绝缘膜82～112按图5所示的顺序层积而成。在绝缘膜112的上面形成了连线层L3的绝缘膜83。
绝缘膜81～83、101、102是P-TEOS(Plasma Tetra Ethyl OrthoSilicate)、PEOX(Plasma Enhanced Oxide)、PESiN(Plasma Enhan cedNitride)、SiON、HDP(High Density Plasma)、Ta2O5、SOG(Spin OnGlass)、O3-TEOS、BST(Ba，Sr，Tio3)、SiC、SIOC等的单层膜或由这些膜组合而成的层积膜。另外，绝缘膜91、92、111、112的材质是SiN、SiC等。
连线层L1内形成了具有阻挡片131及铜膜141的第一双波形花纹结构连线部。连线层L2内形成了具有阻挡片13a2及铜膜14a2的第二双波形花纹结构过接脚部。阻挡片14a2与铜膜141的上部相接。另外，布线层L2内形成了具有阻挡片13b2及铜膜14b2的第三双波形花纹结构连线部及过接脚部。
第二双波形花纹结构过接脚部起着电容器的第一电极的作用，第三双波形花纹结构过接脚部起着电容器的第二电极的作用。夹在第一电极和第二电极之间的层间绝缘膜122部分起着电介质膜的作用。另外，第一双波形花纹结构连线部及第三双波形花纹结构连线部分别起着控制电容器第一电极及第二电极的电位的作用。
阻挡片131、13a2、13b2是Ti、Ta、W、Mo、TiN、TiW、TaN、MoN、W-N、W-Si-N、Ta-Si-N、W-B-N、Ti-Si-N等的单层膜或由这些膜组合而成的层积膜。
与上述实施方案1、2相同，电容器形成区域的双波形花纹结构可以通过改变光掩膜的形状与晶体管形成区域(图5中未示)的双波形花纹结构用同一工序形成。
另外在以上的说明中，说明了基于上述实施方案2的本实施方案3的发明内容的实施方式，但也可以基于上述实施方案1实施本实施方案3的发明内容。
如本实施方案3的电容器，在采用了波形花纹结构的多层连线结构内形成电容器时也能获得与上述实施方案1、2相同的效果。
实施方案4
图6是本发明实施方案4的电容器结构模型图。在上述实施方案1～3的电容器中，如图2所示，起着电容器的第一电极及第二电极作用的过接脚1a、2a都形成在一个连线层L3内。而本实施方案4的电容器如图6所示，形成在层积的多个连线层中的过接脚1a1～1a3、2a1～2a3在上下方向连续相接，分别构成了第一及第二电极。这里所谓的“上下方向”是指多个连线层的层积方向。连线3、4只连接过接脚1a1、2a1的各底面，连续的过接脚之间(例如过接脚1a1与过接脚1a2之间)没有形成连线。
另外，在图6中，示出了由三层的过接脚1a1～1a3、2a1～2a3分别形成电容器的第一及第二电极的例子，但过接脚的层积数只要大于2就可以。但是过接脚层积数的上限为多层连线结构具有的连线层数。
图7是与图6对应的本实施方案4的电容器的变形例的模型图。在图6中说明了基于上述实施方案1的本实施方案4的电容器结构，但也可以如图7所示，基于上述实施方案2实施本实施方案4的发明。另外，虽没有图示，但也可以基于上述实施方案3实施本实施方案4的发明。
这样，本实施方案4的电容器在上下方向堆积多个过接脚1a1～1a3、2a1～2a3，分别形成了第一电极及第二电极，所以能够获得大容量电容器。
实施方案5
图8是本发明实施方案5的电容器结构的剖面图。过接脚20a、20b分别取代了图2所示的过接脚1a、1b。过接脚20a、20b都由钨或铝等金属制成，分别起着电容器的第一及第二电极的作用。夹在过接脚20a和过接脚20b之间的层间绝缘膜53部分起着电容器电介质膜的作用。过接脚20a、20b分别与连线3、4相接。过接脚20a和20b在Y方向的间距W2比连线3和连线4在Y方向的间距W1窄。
图9、10是将图8所示的电容器的制作方法按工序顺序示出的剖面图。如图9所示，首先在层间绝缘膜52上形成连线3、4。然后，覆盖连线3、4，在层间绝缘膜52上形成层间绝缘膜53。接着，利用照相制版法及各向异性干蚀刻法在层间绝缘膜53内形成直径为K1的过孔21a、21b。过孔21a、21b的底部分别由连线3、4的上部决定。另外，过孔21a和21b在Y方向的间距W3比间距W1宽。
如图10所示，接着，用湿蚀刻法或湿清洗法将层间绝缘膜53从其表面去除规定的厚度。这样，限定过孔21a、21b侧壁的部分层间绝缘膜53被去除，结果直径为K1的过孔21a、21b被直径为K2(K2＞K1)的过孔22a、22b取代。过孔22a和22b在Y方向的间距为W2。然后，用钨或铝等金属膜充填过孔22a、22b即可形成图8所示的过接脚20a、20b。
另外，在以上的说明中，说明了基于上述实施方案1的本实施方案5的发明的实施方式，但也可以基于上述实施方案2～4实施本实施方案5的发明。
这样，在本实施方案5的电容器及其制造方法中，过接脚20a和过接脚20b之间的间距W2比上述实施方案1～4的过接脚之间的间距窄。例如，在图9所示的间距W3是形成过接脚20a、20b时的照相制版的曝光限度时，可以使过接脚20a、20b之间的间距W2比曝光限度窄。结果能够获得大容量电容器。
实施方案6
图11是本实施方案6的电容器的第一结构的俯视图。连线3、4的上部都呈多个(图11为3根)分支连接在主杆的梳齿状结构。连线3的各分支与连线4的各分支相互交替配置。连线3的各分支与多个(图11为3根)过接脚1a连接。同样，连线4的各分支与多个(图11为3根)过接脚1b连接。
图12是沿图11所示的线A1-A2的剖面结构图。各过接脚1a的底部与连线3的各分支的上部连接，各过接脚1b的上部与连线4的各分支的底部连接。各过接脚1a与各过接脚1b相互对置，它们之间夹着一部分层间绝缘膜(图11、12未示)，各过接脚1a和各过接脚1b之间分别构成电容C2。
图13是本实施方案6的电容器的第二结构的俯视图。过接脚1a的周围配置了多个(图13为8个)过接脚1b。过接脚1a与连线3相接，多个过接脚1b与连线4连接。
图14是沿图13所示的线A2-A2的剖面结构图。过接脚1a的底部与连线3的上部连接，各过接脚1b的上部与连线4的底部连接。过接脚1a与各过接脚1b相互对置，它们之间夹着一部分层间绝缘膜(图13、14未示)，过接脚1a和各过接脚1b之间分别构成电容C2。
另外，在以上的说明中，说明了基于上述实施方案2的本实施方案6的发明内容的实施方式，但上述第一结构也可以基于上述实施方案1、3～5而实施，上述第二结构也可以基于上述实施方案3～5而实施。
这样，在本实施方案6的电容器中，一个过接脚1a与配置在其周围的多个过接脚1b之间分别构成了电容C2，所以能够获得大容量的电容器。发明效果
如本发明第一方面的电容器利用形成在多层连线结构内的第一及第二过接脚而构成。所以在将连接晶体管的过接脚形成在多层连线结构内的工序中，通过改变光掩膜的图形可以同时形成第一及第二过接脚。所以，不增加光掩膜和制造工序也能容易地制作出此电容器。
而且，控制电容器第一及第二电极的各电位的第一及第二连线只与第一及第二过接脚的各上部或各底部连接。所以，与上部和底部都与连线连接时相比，可以减少应形成在多层连线结构内的连线数量。结果，可以抑制制造过程中因异物等原因造成的不良，从而提高成品率。
如本发明第二方面的电容器，因为第一连线与第二连线没有形成在同一连线层内，所以第一连线的侧面与第二连线的侧面没有相互接触的危险。所以，与在同一连线层内形成第一连线与第二连线时相比，可以使第一过接脚与第二过接脚之间的距离更小。结果，由第一过接脚与第二过接脚之间构成的电容变大，从而获得大容量的电容器。
如本发明第三方面的电容器，用在上下方向积累多个过接脚的方法分别构成了电容器的第一及第二电极，所以可以获得大容量电容器。
如本发明第四方面的电容器，其第一过接脚与第二过接脚之间的间距窄，所以可以获得大容量电容器。
如本发明第五方面的电容器，其第一过接脚与配置在其周围的多个第二过接脚之间分别构成了电容，所以可以获得大容量电容器。
如本发明第六方面的电容器，其第一过接脚与配置在其周围的多个第二过接脚之间分别构成了电容，所以可以获得大容量电容器。

Claims (6)

1.一种形成在半导体的多层连线结构内的电容器，包括：
层间绝缘膜(53)；
第一过接脚(1a)，形成在上述层间绝缘膜内，起着上述电容器的第一电极的作用；
第二过接脚(2a)，形成在上述层间绝缘膜内，起着上述电容器的第二电极的作用，与上述第一过接脚之间夹着上述层间绝缘膜的一部分对置；
第一连线(3)，只与上述第一过接脚的上部或底部连接；
第二连线(4)，只与上述第二过接脚的上部或底部连接。
2.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，上述第一连线与上述第一过接脚的上述上部连接，上述第二连线与上述第二过接脚的上述底部连接。
3.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，上述第一及第二过接脚分别在具有上述多层连线结构的多个连线层中连续地形成。
4.如权利要求1所述的电容器，其特征在于，上述第一过接脚(20a)与上述第二过接脚(20b)在规定方向上的间距W2比上述第一连线与第二连线在上述规定方向上的间距W1窄。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的电容器，其特征在于，具有多个上述第一及第二过接脚；上述第一及第二连线的上部都呈多个分支连接主杆的结构；上述第一连线的上述多个分支分别与上述第二连线的分支相互交替配置；上述第一连线的上述多个分支分别与多个上述第一过接脚连接；上述第二连线的上述多个分支分别与多个上述第二过接脚连接。
6.如权利要求1～4中任意一项所述的电容器，其特征在于，具有多个上述第二过接脚，多个上述第二过接脚围绕上述第一过接脚设置。
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