一種半導體金屬電容的製作方法
2023-05-23 19:55:31 3
專利名稱：一種半導體金屬電容的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電容，尤其是一種用於半導體器件的金屬電容。
背景技術：
在現在CMOS/Bi CMOS集成電路工藝中，MiM(Metal Insulator Metal)金屬電容結構已經被廣泛使用。其結構如圖1所示，該器件通過利用用於布線的Metal(金屬層)作為下極板11，在Metal層間介質中再追加一層金屬12作為另一極板，以及中間的電容絕緣介質13來形成金屬電容，兩極板分別由兩個穿過填充介質IMD的填充有金屬材料的通孔14與兩個輸出電極15相連接。其中，該電容的介電材料一般使用SiNx或者SiO2中的一種，但是不管那種材料都有一定的電壓依存性(特性電容隨不同電壓偏壓會發生變化)，如圖2所示，但是在有些高精度模擬電路設計場合卻需要這種電壓依存性小。因此這種電容難以滿足其要求。
現在，為了增大半導體金屬電容的單位電容密度，有人設計了多層的電容疊加結構。這種結構大大的提高了電容的單位電容密度，但是由於其介電層使用的介電材料仍舊是單一的，因此受電壓依存性的影響仍然很大。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種半導體金屬電容，能夠在現有的電容結構的基礎上進行改進，使得電容受電壓依存性的影響大大減小，以滿足各種特殊場合的要求。
為解決上述技術問題，本發明一種半導體金屬電容的技術方案是，包括兩個輸出電極、上層金屬板、中間金屬板、下層金屬板、兩層介電層和填充材料，所述電容為層疊式結構，由下到上依次為下層金屬板、介電層、中間金屬板、另一介電層和上層金屬板，所述中間金屬板由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與一個輸出電極相連接，所述上層金屬板和下層金屬板分別由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與另一輸出電極相連接，所述兩層介電層分別用不同的介電材料。
本發明一種半導體金屬電容的另一技術方案是，包括一已有電容，將該已有電容的任意一個電極作為下層金屬板，在該下層金屬板上依次疊有介電層、中間金屬板、另一介電層和上層金屬板，所述已有電容的另一電極和中間金屬板分別由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與一輸出電極相連接，所述下層金屬板和上層金屬板由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與另一輸出電極相連接，所述兩層介電層分別用不同的介電材料。
本發明一種半導體金屬電容的又一技術方案是，包括一已有電容，以已有電容的一個電極作為下極板，在該下極板上追加一層作為上極板的金屬以及介於該金屬層與下極板之間的介電層，原有電容的另一個電極和上極板分別通過導電的通孔與一個輸出電極相連接，下極板通過導電的通孔與另一個輸出電極相連接，所述追加的介電層的介電材料與已有電容介電層中至少一種的介電材料不同。
本發明通過不同的介電層採用不同的介電材料，使得電容受電壓依存性的影響大大減小，以滿足各種特殊場合的要求。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述圖1為現有的半導體金屬電容的結構示意圖；圖2為二氧化矽和氮化矽電壓依存性曲線圖；圖3、圖4、圖5為本發明一種半導體金屬電容的結構示意圖；圖6為本發明與二氧化矽和氮化矽的電壓依存性的曲線圖。
具體實施例方式
由圖2可知，不同材料的電壓依存性是不同的。但是圖2中，二氧化矽和氮化矽的電壓依存性雖然不同，但是其特點卻恰恰相反，具有互補的特點。
圖3所示為本發明用於單層填充介質層IMD的結構示意圖，包括兩個輸出電極31和32、上層金屬板33、中間金屬板34、下層金屬板35、兩層介電層和填充材料，填充材料構成了填充介質層IMD，所述電容為層疊式結構，由下到上依次為下層金屬板35、介電層36、中間金屬板34、另一介電層37和上層金屬板33，所述中間金屬板34由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔38與一個輸出電極31相連接，所述上層金屬板33和下層金屬板35分別由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔38與另一輸出電極32相連接。其中所述介電層36和介電層37分別採用不同的介電材料，其一種可以是二氧化矽，另一種是氮化矽。
圖4所示為本發明用於多層填充介質層的半導體金屬電容。包括一已有電容，該電容現以圖3所示的電容為例，將該已有電容的任意一個電極作為下層金屬板41，在該下層金屬板41上依次疊有介電層42、中間金屬板43、另一介電層44和上層金屬板45，所述已有電容的另一電極46和中間金屬板43分別由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔47與一輸出電極48相連接，所述下層金屬板41和上層金屬板45由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔47與另一輸出電極49相連接。其中所述介電層42和介電層44分別採用不同的介電材料，其一種可以是二氧化矽，另一種是氮化矽。
圖5所示為本發明的又一實施例，其也包括一已有電容，該已有電容以圖1所示電容為例，以該已有電容的一個電極作為下極板51，在該下極板上追加一層作為上極板的金屬52以及介於該金屬層52與下極板51之間的介電層53，原有電容的另一個電極54和上極板52分別通過導電的通孔55與改進後電容的一個電極56相連接，下極板51通過通孔55與改進後電容的另一個電極57相連接。其中所述追加的介電層53和已有電容的介電層58分別採用不同的介電材料，其一種可以是二氧化矽，另一種是氮化矽。
此外，上述實施例中的已有電容是以圖1所示的電容為例，圖1所示的電容中只有一層介電層。如果上述實施例中的已有電容包含有多個介電層，例如圖3所示的電容結構，那麼追加的介電層的介電材料需要與已有電容介電層中至少一種的介電材料不同。
由於採用了不同材料作為介電層，就可以使得兩種材料的電壓依存性互補，以克服使用單一介電材料電容的缺陷。如圖6所示，使用兩種材料的電壓依存性明顯的好於單一材料的電壓依存性，從而提高了電容的性能。
權利要求
1.一種半導體金屬電容，包括兩個輸出電極、上層金屬板、中間金屬板、下層金屬板、兩層介電層和填充材料，所述電容為層疊式結構，由下到上依次為下層金屬板、介電層、中間金屬板、另一介電層和上層金屬板，所述中間金屬板由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與一個輸出電極相連接，所述上層金屬板和下層金屬板分別由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與另一輸出電極相連接，其特徵在於，所述兩層介電層分別用不同的介電材料。
2.一種半導體金屬電容，包括一已有電容，將該已有電容的任意一個電極作為下層金屬板，在該下層金屬板上依次疊有介電層、中間金屬板、另一介電層和上層金屬板，所述已有電容的另一電極和中間金屬板分別由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與一輸出電極相連接，所述下層金屬板和上層金屬板由穿過填充材料的並且內部填充有導電材料的金屬通孔與另一輸出電極相連接，其特徵在於，所述兩層介電層分別用不同的介電材料。
3.一種半導體金屬電容，包括一已有電容，以已有電容的一個電極作為下極板，在該下極板上追加一層作為上極板的金屬以及介於該金屬層與下極板之間的介電層，原有電容的另一個電極和上極板分別通過導電的通孔與一個輸出電極相連接，下極板通過導電的通孔與另一個輸出電極相連接，其特徵在於，所述追加的介電層的介電材料與已有電容介電層中至少一種的介電材料不同。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種半導體金屬電容，其特徵在於，所述的介電材料是二氧化矽和氮化矽。
全文摘要
本發明公開了一種半導體金屬電容，該電容具有多層介電層，所述各介電層採用不完全相同的介電材料，從而使得電容受電壓依存性的影響大大減小，以滿足各種特殊場合的要求。
文檔編號H01L29/92GK1979868SQ200510111038
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月1日 優先權日2005年12月1日
發明者徐向明, 姚澤強 申請人:上海華虹Nec電子有限公司