具有低寄生電容的金屬氧化層金屬電容的製作方法

2023-05-29 18:55:51

專利名稱：具有低寄生電容的金屬氧化層金屬電容的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬-氧化層-金屬電容，尤指一種正電極對其它點具有低寄生電容的金屬-氧化層-金屬電容。
背景技術：
金屬-氧化層-金屬(Metal-Oxide-Metal，MOM)電容是常見的一種半導體電容， 可提供高電容密度，廣泛用於混合信號電路及射頻電路中。相較於金屬-絕緣層-金屬 (Metal-Insulator-Metal,MIM)電容，形成金屬-氧化層-金屬電容的工藝少一道光掩模， 工藝較簡易、經濟。
請參考圖1及圖2，圖1為已知叉合式(Interdigitated)金屬-氧化層-金屬電容10的奇數金屬層11的平面圖，圖2為金屬-氧化層-金屬電容10的偶數金屬層12 的平面圖。金屬-氧化層-金屬電容10以導線做為電極，導線的材料可為金屬或多晶矽 (Polystalline Silicon)。每一金屬層的電極圖案如手指狀叉合，相鄰導線具有相異電性， 在附圖中以+及-標示。在金屬層11中，導線111、113、115連接於匯流線117，導線112、 114、116連接於匯流線118 ；在金屬層12中，導線122、124、1 連接於匯流線128，導線121、 123、125連接於匯流線127。相同電性的導線透過匯流線上的介層洞(Via)，如斜線區域所示，相互電性連接。
由圖1及圖2可知，每一導線與同層中相鄰的導線的電性相異，並且與鄰層中相鄰的導線的電性相異，因此，金屬-氧化層-金屬電容10的縱剖面可表示如圖3。在金屬-氧化層-金屬電容10中，正電性導線對地或對電路中其它點的寄生電容，與負電性導線對地或對電路中其它點的寄生電容的大小相同。請注意，在常見的電路如類比數字轉換器、數字類比轉換器、取樣保持電路或濾波電路中，運算放大器的輸入端對寄生電容相當敏感，寄生電容應該要儘可能的小，以避免影響運算放大器的工作性能。然而，對金屬-氧化層-金屬電容10而言，其中正電性導線對地或對其它點的寄生電容沒有經過設計使其變小，因此不適用於運算放大器的輸入端。
除了叉合式金屬-氧化層-金屬電容10之外，已知半導體工藝亦可形成其它形式的金屬-氧化層-金屬電容。請參考圖4，圖4為已知平行板式(Parallel Plate)金屬-氧化層-金屬電容40的縱剖面圖。金屬-氧化層-金屬電容40由面積相同的金屬層41 45與介電層交疊形成，介電層於圖4中省略標示。每一金屬層為平板電極，相異電性的平板電極交錯排列。與叉合式金屬-氧化層-金屬電容10相似之處在於，在平行板式金屬-氧化層-金屬電容40中，正電性平板電極對地或對電路中其它點的寄生電容，與負電性平板電極對地或對其它點的寄生電容的大小相同，較不適用於運算放大器的輸入端。
另外，以實際工藝而言，在蝕刻形成金屬-氧化層-金屬電容40中各個平板電極時，平板電極的邊緣不若圖4所示一般整齊，而是參差不齊。每一平板電極的邊緣對其上層平板電極的邊緣的寄生電容，與該平板電極的邊緣對其下層平板電極的邊緣的寄生電容不相同，不平整的電極邊緣所造成的寄生電容降低了金屬-氧化層-金屬電容40的精確度。 再者，當運算放大器的輸入端使用金屬-氧化層-金屬電容40時，不平整的電極邊緣所造成的寄生電容值的變異性，可能導致用來設計運算放大器的增益的電容匹配不良，使得運算放大器的增益偏離理想值。發明內容
因此，本發明的主要目的即在於提供一種金屬-氧化層-金屬電容，其正電極相對於負電極具有較低的寄生電容。
本發明披露一種金屬-氧化層-金屬電容，包含有第一金屬層，具有第一電性；第二金屬層，具有該第一電性；以及至少一第三金屬層，設於該第一金屬層及該第二金屬層之間，該至少一第三金屬層中每一第三金屬層包含具有該第一電性的多條第一導線以及具有第二電性的多條第二導線，並且該每一第三金屬層的兩側分別為該多條第一導線其中的第一導線。
本發明另披露一種金屬-氧化層-金屬電容，包含有多個第一金屬層，具有第一電性；以及至少一第二金屬層，具有第二電性，該至少一第二金屬層中每一第二金屬層設於該多個第一金屬層中兩相鄰的第一金屬層之間，並且該每一第二金屬層的面積小於相鄰的該第一金屬層的面積。


圖1為已知叉合式金屬-氧化層-金屬電容的奇數金屬層的平面圖。
圖2為圖1的叉合式金屬-氧化層-金屬電容的偶數金屬層的平面圖。
圖3為圖1的叉合式金屬-氧化層-金屬電容的縱剖面圖。
圖4為已知平行板式金屬-氧化層-金屬電容的縱剖面圖。
圖5為本發明實施例的叉合式金屬-氧化層-金屬電容的縱剖面圖。
圖6為圖5的金屬-氧化層-金屬電容的奇數金屬層的平面圖。
圖7為圖5的金屬-氧化層-金屬電容的偶數金屬層的平面圖。
圖8及圖9為本發明實施例的叉合式金屬-氧化層-金屬電容的縱剖面圖。
圖10為本發明實施例平行板式金屬-氧化層-金屬電容的縱剖面圖。
圖11為圖10的金屬-氧化層-金屬電容的平面透視圖。
圖12為本發明實施例平行板式金屬-氧化層-金屬電容的平面透視圖。
其中，附圖標記說明如下
10、40、50、80、90、100、120金屬-氧化層-金屬電容
11、12、41 45、51、52、L1 LN金屬層
111 118、121 128、511 529、531、533、導線
53具體實施方式
請參考圖5，圖5為本發明實施例叉合式金屬-氧化層-金屬電容50的縱剖面圖。 金屬-氧化層-金屬電容50包含有金屬層Ll LN，其中第1層(底層)及第N層(頂層) 為平板電極，第2層至第(N-I)層中每一層是以導線做為電極，導線所帶的電性以+及-標示。金屬層之間為介電層，在附圖中省略標示。以下附圖所示各個金屬層的導線數量僅為本發明的實施例，不局限本發明的範疇。金屬-氧化層-金屬電容50的底層及頂層為負電性的平板電極，而不是正、負電性交錯排列的導線，並且於第2層至第(N-I)層的每一層中， 位於兩側的導線皆為負電性，除兩側以外則是正電性導線與負電性導線交錯排列。每一正電性導線與同一金屬層中的負電性導線左右相鄰，並且與相鄰金屬層中的負電性導線上下相鄰。
請參考圖6及圖7，圖6及圖7分別為圖5的金屬-氧化層-金屬電容50的第2 層至第(N-I)層其中的奇數金屬層51及偶數金屬層52的平面圖。在金屬層51中，負電性導線511、513、515、517、519、521連接於匯流線523，正電性導線512、514、516連接於匯流線518。在金屬層52中，負電性導線525、527、529、531、533連接於匯流線535，正電性導線 520、522、524、5沈連接於匯流線528。所有金屬層中的正電性導線通過匯流線上的介層洞， 如斜線區域所示，相互電性連接；所有金屬層中的負電性導線亦通過匯流線上的介層洞電性連接，並且與底層及頂層的負電性平板電極電性連接。此外，每一奇數金屬層兩側的負電性導線上設有介層洞，用來電性連接相鄰的奇數金屬層的兩側。
由上可知，金屬-氧化層-金屬電容50以底層及頂層的負電性平板電極及其它金屬層兩側的負電性導線，將內部的正電性導線包圍，因此，正電性導線對地及對其它點的寄生電容，受到外圍的負電性平板電極及導線的遮蔽而減少。如此一來，金屬-氧化層-金屬電容50較已知叉合式金屬-氧化層-金屬電容更適用於對寄生電容敏感的電路，如運算放大器的輸入端。
請注意，金屬-氧化層-金屬電容50為本發明的實施例，本領域普通技術人員當可據以做不同的變化及修飾。請參考圖8，圖8為本發明實施例叉合式金屬-氧化層-金屬電容80的縱剖面圖。金屬-氧化層-金屬電容80類似金屬-氧化層-金屬電容50，不同之處在於金屬-氧化層-金屬電容80的底層及頂層不是平板電極，而是負電性導線。金屬-氧化層-金屬電容80以底層、頂層及各金屬層兩側的負電性導線，將內部的正電性導線包圍，以減少正電性導線對地及對其它點的寄生電容，惟其對於寄生電容的減少效果不如金屬-氧化層-金屬電容50。本領域普通技術人員可根據金屬-氧化層-金屬電容80 的縱剖面圖，推知各金屬層的平面圖及工藝方法，在此不贅述。
請參考圖9，圖9為本發明實施例叉合式金屬-氧化層-金屬電容90的縱剖面圖。 金屬-氧化層-金屬電容90包含有金屬層Ll LN，其中底層及頂層為平板電極，第2層至第(N-I)層中每一層以導線做為電極。金屬-氧化層-金屬電容90類似圖5的金屬-氧化層-金屬電容50，不同之處在於第2層至第(N-I)層的每一層中，除了兩側必須是負電性導線，其餘導線的電性交錯排列不是以一條導線為單位，而是以兩條導線為單位。金屬-氧化層-金屬電容90同樣是以底層及頂層的負電性平板電極及其它金屬層兩側的負電性導線，將內部的正電性導線包圍，因此減少了正電性導線對地及對其它點的寄生電容，適用於運算放大器的輸入端。
進一步來說，在本發明實施例的叉合式金屬-氧化層-金屬電容中，第2層至第(N-I)層中每一層除了兩側的負電性導線外，其餘的負電性導線可視為多個群組的集合，所有的正電性導線亦可視為多個群組的集合。由圖5及圖9的實施例歸納得知，每一正電性導線群組包含有至少一正電性導線，每一負電性導線群組包含有至少一負電性導線。每一正電性導線群組與同一金屬層中的負電性導線群組左右相鄰，並且與相鄰金屬層中的負電性導線群組上下相鄰。
請參考圖10，圖10為本發明實施例平行板式金屬-氧化層-金屬電容100的縱剖面圖。金屬-氧化層-金屬電容100由金屬層Ll LN與介電層交疊形成，介電層未標示於圖10中。每一金屬層為平板電極，相異電性的平板電極交錯排列，奇數金屬層L1、L3、 L5、…、LN為負電性平板電極，偶數金屬層L2、L4、L5、…、L(N-I)為正電性平板電極。每一正電性平板電極的面積，小於上下相鄰的兩負電性平板電極的面積。請參考第11圖，圖 11為金屬-氧化層-金屬電容100的平面透視圖，其中以實線標示者為奇數金屬層；以虛線標示者為偶數金屬層。如圖11所示，每一正電性平板電極於同一側拉出另一電極區域， 通過介層洞(如斜線區域所示)與其它正電性平板電極相互電性連接；每一負電性平板電極亦於同一側通過介層洞與其它負電性平板電極相互電性連接。
由圖10及圖11可知，平行板式金屬-氧化層-金屬電容100的底層及頂層皆為負電性平板電極，並且其中每一正電性平板電極的面積皆小於相鄰的負電性平板電極的面積。如此一來，正電性平板電極對地及對其它點的寄生電容，受到外圍的負電性平板電極的遮蔽而減少。相較於已知平行板式金屬-氧化層-金屬電容40，平行板式金屬-氧化層-金屬電容100更適用於對寄生電容敏感的電路，如運算放大器的輸入端。
請注意，圖10及圖11所示的金屬-氧化層-金屬電容100為二點式電容，本發明中縮小正電性平板電極以降低寄生電容的概念，亦可用來形成三點式電容。請參考圖12，圖 12為本發明實施例金屬-氧化層-金屬電容120的平面透視圖。金屬-氧化層-金屬電容 120為三點式電容，其中以實線標示者為奇數金屬層，即負電性平板電極；以虛線標示者為偶數金屬層，即正電性平板電極；斜線區域為介層洞。本領域普通技術人員可根據圖10所示的概念，得到如圖12的三點式電容設計，在此不詳述。
綜上所述，在本發明提出的叉合式金屬-氧化層-金屬電容及平行板式金屬-氧化層-金屬電容中，帶正電性的電極對地或對其它點的寄生電容較已知技術大幅降低，因此本發明的金屬-氧化層-金屬電容更適合用於類比數字轉換器、數字類比轉換器或取樣保持電路中的運算放大器電路中。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種金屬-氧化層-金屬電容，包含有 多個第一金屬層，具有第一電性；以及至少一第二金屬層，具有第二電性，該至少一第二金屬層中每一第二金屬層設於該多個第一金屬層中兩相鄰的第一金屬層之間，並且該每一第二金屬層的面積小於相鄰的該第一金屬層的面積。
2.如權利要求1所述的金屬-氧化層-金屬電容，其中該多個第一金屬層為平板電極。
3.如權利要求1所述的金屬-氧化層-金屬電容，其中該至少一第二金屬層為平板電極。
4.如權利要求1所述的金屬-氧化層-金屬電容，其中該多個第一金屬層相互電性連接。
5.如權利要求1所述的金屬-氧化層-金屬電容，其中該至少一第二金屬層相互電性連接。
全文摘要
本發明公開了金屬-氧化層-金屬電容，包含有第一金屬層，具有負電性；第二金屬層，具有負電性；以及至少一第三金屬層，設於該第一金屬層及該第二金屬層之間，該至少一第三金屬層中每一第三金屬層包含具有負電性的多條第一導線以及具有正電性的多條第二導線，並且該每一第三金屬層的兩側分別為該多條第一導線其中的第一導線。本發明金屬-氧化層-金屬電容的正電極相對地或對其它點的寄生電容較已知技術大幅降低，其更適用於對寄生電容敏感的電路，如運算放大器的輸入端。
文檔編號H01L29/41GK102522403SQ20111044255
公開日2012年6月27日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者蔡俊安 申請人:聯詠科技股份有限公司