專利名稱：金屬-氧化物-金屬電容器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地來說，涉及金屬-氧化物-金屬結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電子設(shè)備(例如，筆記本電腦)包括各種存儲器，以存儲信息。每個存儲單元會需要至少一個電容器以保留信息。根據(jù)慣例，金屬-氧化物-金屬(MOM)電容器能夠為集成電路(例如，存儲電路)提供合適的電容。單層MOM電容器可包括第一金屬板、第二金屬板和沉積在第一金屬板和第二金屬板之間的絕緣層。單層MOM電容器的電容與金屬板的面積和絕緣層的介電常數(shù)成比例。為了提供更大電容同時保持MOM電容器的較小管芯面積，MOM電容器可包括堆放在一起的多個層。多層MOM電容器可包括兩個電極。每個電極與多個指狀物連接，這些指狀物中的每個指狀物和連接到另一個電極的與該指狀物相對應(yīng)的指狀物形成子電容器。在MOM電容器的一層上，通過各種相鄰指狀物形成各種子電容器。每層的總電容等于在該層上的子電容器的總和。而且，通過多個通孔插塞(via plug)將多層MOM電容器的電極與所有層連接在一起。因此，多層MOM電容器的總電容等于多層MOM電容器的所有層的電容的總和。由于各種電子元件(例如晶體管、二極管、電阻器和電容器等等)的集成密度的改進(jìn)，半導(dǎo)體工業(yè)經(jīng)歷了快速增長。集成密度的改進(jìn)來自縮小半導(dǎo)體工藝節(jié)點(例如將工藝節(jié)點朝小部件尺寸縮小，如65納米、45納米、32納米和以下)。具有小部件尺寸的半導(dǎo)體技術(shù)使得半導(dǎo)體制造與設(shè)計之間有更多的交互。例如，MOM電容器中具有的濕度對小部件尺寸器件的影響將變得更重要。MOM電容器具有的濕度必須降低到最低水平以確保具有小部件尺寸的器件符合被具體制定的性能指標(biāo)
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種結(jié)構(gòu)包括金屬-氧化物-金屬電容器，所述金屬-氧化物-金屬電容器包括低k電介質(zhì)絕緣層；和保護(hù)環(huán)，所述保護(hù)環(huán)包圍金屬-氧化物-金屬電容器，其中所述保護(hù)環(huán)配置成防止潮濕滲透進(jìn)低k電介質(zhì)絕緣層。在該結(jié)構(gòu)中，金屬-氧化物-金屬電容器包括第一金屬-氧化物-金屬層，所述第一金屬-氧化物-金屬層包括與第一指狀物連接的第一電極；與第二指狀物連接的第二電極，其中所述第一指狀物和所述第二指狀物平行并且通過第一電介質(zhì)材料分隔開。該結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第二金屬-氧化物-金屬層，所述第二金屬-氧化物-金屬層包括與第三指狀物連接的第三電極；與第四指狀物連接的第四電極，其中所述第三指狀物和第四指狀物平行并且通過第二電介質(zhì)材料分隔開。在該結(jié)構(gòu)中，所述第一電極通過多個通孔插塞與所述第三電極連接。在該結(jié)構(gòu)中，所述第二電極通過多個通孔插塞與所述第四電極連接。
在該結(jié)構(gòu)中，所述第一指狀物的第一方向正交于所述第三指狀物的第三方向；以及所述第二指狀物的第二方向正交于所述第四指狀物的第四方向。在該結(jié)構(gòu)中，所述保護(hù)環(huán)包括在第一金屬-氧化物-金屬層中的第一導(dǎo)電元件；以及在第二金屬-氧化物-金屬層中的第二導(dǎo)電元件，其中所述第一導(dǎo)電元件通過在所述第一金屬-氧化物-金屬層和所述第二金屬-氧化物-金屬層之間的電介質(zhì)層中的多個通孔插塞與第二導(dǎo)電元件連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括第一金屬-氧化物-金屬層，所述第一金屬-氧化物-金屬層包括與第一電極連接的第一指狀物，與第二電極連接的第二指狀物，其中所述第一指狀物和所述第二指狀物平行，第一導(dǎo)電元件，所述第一導(dǎo)電元件包圍所述第一指狀物、所述第二指狀物、所述第一電極和所述第二電極；第二金屬-氧化物-金屬層，所述第二金屬-氧化物-金屬層包括與第三電極連接的第三指狀物，與第四電極連接的第四指狀物，其中所述第三指狀物和所述第四指狀物平行，第二導(dǎo)電元件，所述第二導(dǎo)電元件包圍所述第三指狀物、所述第四指狀物、所述第三電極和所述第四電極；以及電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層包括連接在所述第一電極和所述第三電極之間的第一通孔插塞，連接在所述第二電極和所述第四電極之間的第二通孔插塞，以及連接在所述第一導(dǎo)電元件和所述第二導(dǎo)電元件之間的多個通孔插塞。在該多層結(jié)構(gòu)中，所述第一指狀物和所述第二指狀物形成第一子電容器；以及所述第三指狀物和所述第四指狀物形成第二子電容器。在該多層結(jié)構(gòu)中，所述第一子電容器和所述第二子電容器形成金屬-氧化物-金屬電容器。在該多層結(jié)構(gòu)中，所述第一導(dǎo)電元件、第二導(dǎo)電元件和所述多個通孔插塞形成包圍所述金屬-氧化物-金屬電容器的保護(hù)環(huán)。在該多層結(jié)構(gòu) 中，所述保護(hù)環(huán)由金屬材料形成。在該多層結(jié)構(gòu)中，所述第一指狀物和所述第二指狀物被第一低k電介質(zhì)材料分隔開；所述第三指狀物和所述第四指狀物被第二低k電介質(zhì)材料分隔開。在該多層結(jié)構(gòu)中，所述第一指狀物、所述第二指狀物、所述第一電極和所述第二電極由第一金屬材料形成。在該多層結(jié)構(gòu)中，所述第三指狀物、所述第四指狀物、所述第三電極和所述第四電極由第二金屬材料形成。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種電容器，所述電容器包括第一電極，所述第一電極與多個第一導(dǎo)電指狀物連接，其中所述第一導(dǎo)電指狀物互相平行；第二電極，所述第二電極與多個第二導(dǎo)電指狀物連接，其中所述第二導(dǎo)電指狀物互相平行；以及第一導(dǎo)電元件，所述第一導(dǎo)電元件包圍所述第一導(dǎo)電指狀物、所述第二導(dǎo)電指狀物、所述第一電極和所述第二電極。該電容器進(jìn)一步包括第三電極，所述第三電極與多個第三導(dǎo)電指狀物連接，其中所述第三導(dǎo)電指狀物互相平行，以及所述第三導(dǎo)電指狀物在鄰近的層；第四電極，所述第四電極與多個第四導(dǎo)電指狀物連接，其中所述第四導(dǎo)電指狀物互相平行，以及所述第四導(dǎo)電指狀物在所述鄰近的層；以及第二導(dǎo)電元件，所述第二導(dǎo)電元件包圍所述第三導(dǎo)電指狀物、所述第四導(dǎo)電指狀物、所述第三電極和所述第四電極。
在該電容器中，所述第一導(dǎo)電指狀物的第一方向正交于所述第三導(dǎo)電指狀物的第三方向；和，所述第二導(dǎo)電指狀物的第二方向正交于所述第四導(dǎo)電指狀物的第四方向。在該電容器中，所述第一導(dǎo)電元件通過多個通孔插塞與所述第二導(dǎo)電元件連接；所述第一導(dǎo)電元件、所述第二導(dǎo)電元件和所述多個通孔插塞形成保護(hù)環(huán)。在該電容器中，所述保護(hù)環(huán)由金屬材料制成。


為更完整的理解實施例及其優(yōu)點，現(xiàn)將結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述作為參考，其中圖1示出了根據(jù)一實施例的MOM電容器結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖2不出了根據(jù)一實施例的MOM電容器的第一 MOM層的俯視圖；圖3示出了根據(jù)一實施例的MOM電容器的第二 MOM層的俯視圖；和圖4不出了根據(jù)一實施例的MOM電容器結(jié)構(gòu)的橫截面圖。除非另有說明，不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)號和符號通常指相應(yīng)部件。將附圖繪制成清楚地示出實施例的相關(guān)方面而不必須成比例繪制。
具體實施例方式下面詳細(xì)討論本發(fā)明各實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。下面,將描述本發(fā)明關(guān)于具體環(huán)境下的優(yōu)選實施方式，用于多層金屬-氧化物-金屬(MOM)電容器結(jié)構(gòu)的保護(hù)環(huán)。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用到各種半導(dǎo)體器件中。首先，參考圖1，示出了根據(jù)一實施例的MOM電容器結(jié)構(gòu)的俯視圖。MOM電容器結(jié)構(gòu)100可包括MOM電容器102和保護(hù)環(huán)104。MOM電容器102由堆疊在一起的多個MOM層形成。根據(jù)一種實施例，MOM電容器可以有4個MOM層。每個MOM層可包括2個電極和2組指狀物以形成單層MOM電容器。單層MOM電容器的詳細(xì)描述將在下面參考圖2和圖3進(jìn)行討論。而且，如MOM電容器102的立體圖所示，各種通孔插塞將相鄰MOM層連接在一起。因此，位于兩個相鄰層的兩個相應(yīng)電極相互連接。根據(jù)電容器的特性，MOM電容器102的電等效電路等于以并聯(lián)連接的多個單層MOM電容器。保護(hù)環(huán)104可由多個導(dǎo)電元件和位于MOM電容器結(jié)構(gòu)100的不同層中的通孔插塞形成。保護(hù)環(huán)104的詳細(xì)配置在下面參考圖4進(jìn)行舉例說明。如圖1所示，MOM電容器102的每側(cè)邊與保護(hù)環(huán)104的相應(yīng)內(nèi)部邊緣之間的距離分別定義為D1，D2，D3和D4。根據(jù)一實施例，MOM電容器102和保護(hù)環(huán)104(例如Dl)的最小距離大約為70nm。而且，俯視圖顯示了保護(hù)環(huán)104的形狀為包括4個直側(cè)邊的四邊形框架。四個側(cè)邊的寬度分別定義為W1，W2，W3和W4。根據(jù)一實施例，保護(hù)環(huán)104的最小寬度(例如Wl)大約為70nm?？傊?，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到最小距離(例如Dl)或最小寬度(例如Wl)與已使用的技術(shù)相關(guān)，并且將會在半導(dǎo)體制造技術(shù)移向下一工藝節(jié)點時減小。應(yīng)該注意到， 雖然圖1顯示了保護(hù)環(huán)104具有四邊形框架的形狀，但是該圖僅是一個實例，不應(yīng)不當(dāng)?shù)叵拗聘鞣N實施例的范圍。在各種實施例的范圍和主旨內(nèi)，保護(hù)環(huán)104包括其它形狀，例如但不限于橢圓形、正方形或者圓形。進(jìn)一步應(yīng)該意識到，雖然圖1示出了具有一個單層MOM電容器102的保護(hù)環(huán)104，然而保護(hù)環(huán)104能夠容納任意數(shù)量的MOM電容器。應(yīng)該注意到保護(hù)環(huán)104被用于保護(hù)MOM電容器102。選擇圖1-3所示的MOM電容器只是為了示范的目的，不旨在將本發(fā)明的各實施例限定為任何具體類型的MOM電容器。具有包圍MOM電容器102的保護(hù)環(huán)104的一個優(yōu)點是保護(hù)環(huán)104能夠防止潮濕滲透到MOM電容器102的絕緣層內(nèi)，以提高M(jìn)OM電容器102的可靠性。根據(jù)一實施例，MOM電容器102可包括多個MOM層。不同MOM層的布局可具有交替的圖案。換句話說，為奇數(shù)的MOM層的俯視圖與第一 MOM層的俯視圖相似。類似地，為偶數(shù)的MOM層的俯視圖與第二 MOM層的俯視圖相似。為了簡單起見，圖2和圖3中僅示出了第一 MOM層和第二 MOM層。MOM電容器102的其他層與所述第一 MOM層和第二 MOM層相似，因此不再贅述。圖2不出了根據(jù)一實施例的MOM電容器的第一 MOM層的俯視圖。第一 MOM層包括二個電極，即第一電極206和第二電極216。每個電極包括多個指狀物。為了簡單起見，選擇4個指狀物202、204、212和214來舉例說明第一 MOM層的配置。如圖2所示，指狀物202和204連接到第一電極206。類似地，指狀物212和214連接到第二電極216。如圖2所示，兩個相鄰指狀物(例如202和212)平行并通過絕緣材料210分隔開。如此，兩個相鄰指狀物可形成子電容器。而且，電極206和216并聯(lián)連接所有子電容器。根據(jù)一實施例，第一電極206和第二電容216的總電容是兩個子電容器的總和。絕緣材料210填充兩個相鄰指狀物(例如202和212)之間的空隙以及兩個電極206和216之間的空隙。根據(jù)一實施例，絕緣材料210是極低k(ELK)材料。ELK材料可包括摻氟氧化物、摻碳二氧化硅和類似物。使用保護(hù)環(huán)104包圍電極、指狀物以及ELM材料。保護(hù)環(huán)104幫助防止潮濕滲透到ELM材料。因此，能夠改進(jìn)MOM電容器102的電壓擊穿(voltage break down, VBD)或者時變擊穿(與時間相關(guān)的電介質(zhì)擊穿，time dependentdielectric breakdown, TDDB)。

圖3示出了根據(jù)一實施例的MOM電容器的第二 MOM層的俯視圖。圖3與圖2相似，除了電極的方位被配置成以下方式外所述第二 MOM層中的指狀物與所述第一 MOM層中的相應(yīng)指狀物不重疊。作為替換的，根據(jù)一實施例，第二 MOM層中的指狀物的方向正交于第一MOM層中的指狀物的方向(如圖2所示)。應(yīng)該注意到圖3中示出的電極306和316與圖2中示出的相應(yīng)電極(例如206和216)垂直重疊。而且，使用各種通孔插塞(未示出但是在圖4中進(jìn)行了詳細(xì)描述)將第二 MOM層的電極(例如電極306)與第一 MOM層的電極(例如電極206)連接。圖4不出了根據(jù)一實施例的MOM電容器結(jié)構(gòu)的橫截面圖。MOM電容器結(jié)構(gòu)的橫截面圖是沿A-A'線(如圖2和圖3所不)截取的面。如圖4所不，層間電介質(zhì)層404形成在襯底402上。應(yīng)該注意到，在襯底402和層間電介質(zhì)層404之間可具有各種半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層的功能是眾所周知的，因此省略以便不妨礙各種實施例的理解。包括絕緣材料210的第一 MOM層420形成在層間電介質(zhì)層404上。第一 MOM層420可進(jìn)一步包括指狀物202，212，204和214。指狀物202，212，204和214可由金屬材料形成，例如銅、鋁或類似材料。如圖4所示，絕緣材料210填充到兩個由金屬材料制成的相鄰指狀物之間以便形成電容器。例如，指狀物202和指狀物212可形成子電容器。類似地，指狀物204和指狀物214可形成另一子電容器。圖4進(jìn)一步顯示了導(dǎo)電元件416和另一導(dǎo)電元件426形成在第一 MOM層。根據(jù)一實施例，導(dǎo)電元件416和426由與指狀物相同的材料(如指狀物202)形成。電介質(zhì)層406形成在絕緣層402上，以及第二 MOM層422形成在電介質(zhì)層406上。根據(jù)一實施例，電介質(zhì)層406由低k電介質(zhì)材料形成。如圖4所示，使用通孔插塞408和410將第一 MOM層的電極與第二 MOM層的電極連接。更具體地，通孔插塞408將電極216與電極316連接。類似地，通孔插塞410將電極206與電極306連接。而且，圖4顯示了第二MOM層422中的指狀物314正交于第一 MOM層420中的指狀物(例如，指狀物214)。橫截面圖也示出了第二 MOM層422中的導(dǎo)電元件(例如412)通過各種通孔插塞(例如通過插塞414和424)與第一 MOM層420中的導(dǎo)電元件(例如416)連接。因此，導(dǎo)電元件(例如412和416)形成保護(hù)環(huán)以包圍MOM電容器。應(yīng)該注意到，雖然圖4示出了形成在層間電介質(zhì)層404上的保護(hù)環(huán)，然而這種配置僅是一個實例，不應(yīng)不當(dāng)?shù)叵拗聘鞣N權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到各種變化、更改和修改。例如，保護(hù)環(huán)可與半導(dǎo)體器件的ELK層(未示出)結(jié)合。更具體地，保護(hù)環(huán)可形成在Ml層上(未示出)并且向上延伸到MOM電容器的頂部金屬?？蛇x地，保護(hù)環(huán)可形成在接觸插塞層(未示出)上并且向上延伸到MOM電容器的頂部金屬。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變、替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機器、制造 ，材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)包括 金屬-氧化物-金屬電容器，所述金屬-氧化物-金屬電容器包括低k電介質(zhì)絕緣層；和 保護(hù)環(huán)，所述保護(hù)環(huán)包圍金屬-氧化物-金屬電容器，其中所述保護(hù)環(huán)配置成防止潮濕滲透進(jìn)低k電介質(zhì)絕緣層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中金屬-氧化物-金屬電容器包括 第一金屬-氧化物-金屬層，所述第一金屬-氧化物-金屬層包括 與第一指狀物連接的第一電極； 與第二指狀物連接的第二電極，其中所述第一指狀物和所述第二指狀物平行并且通過第一電介質(zhì)材料分隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括第二金屬-氧化物-金屬層，所述第二金屬-氧化物-金屬層包括 與第三指狀物連接的第三電極； 與第四指狀物連接的第四電極，其中所述第三指狀物和第四指狀物平行并且通過第二電介質(zhì)材料分隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第一電極通過多個通孔插塞與所述第三電極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中所述第二電極通過多個通孔插塞與所述第四電極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中 所述第一指狀物的第一方向正交于所述第三指狀物的第三方向；以及 所述第二指狀物的第二方向正交于所述第四指狀物的第四方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中所述保護(hù)環(huán)包括 在第一金屬-氧化物-金屬層中的第一導(dǎo)電元件；以及 在第二金屬-氧化物-金屬層中的第二導(dǎo)電元件，其中所述第一導(dǎo)電元件通過在所述第一金屬-氧化物-金屬層和所述第二金屬-氧化物-金屬層之間的電介質(zhì)層中的多個通孔插塞與第二導(dǎo)電元件連接。
8.一種多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)包括 第一金屬-氧化物-金屬層，所述第一金屬-氧化物-金屬層包括 與第一電極連接的第一指狀物， 與第二電極連接的第二指狀物，其中所述第一指狀物和所述第二指狀物平行， 第一導(dǎo)電元件，所述第一導(dǎo)電元件包圍所述第一指狀物、所述第二指狀物、所述第一電極和所述第二電極； 第二金屬-氧化物-金屬層，所述第二金屬-氧化物-金屬層包括 與第三電極連接的第三指狀物， 與第四電極連接的第四指狀物，其中所述第三指狀物和所述第四指狀物平行， 第二導(dǎo)電元件，所述第二導(dǎo)電元件包圍所述第三指狀物、所述第四指狀物、所述第三電極和所述第四電極；以及 電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層包括連接在所述第一電極和所述第三電極之間的第一通孔插塞， 連接在所述第二電極和所述第四電極之間的第二通孔插塞，以及 連接在所述第一導(dǎo)電元件和所述第二導(dǎo)電元件之間的多個通孔插塞。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層結(jié)構(gòu)，其中 所述第一指狀物和所述第二指狀物形成第一子電容器；以及 所述第三指狀物和所述第四指狀物形成第二子電容器。
10.一種電容器，所述電容器包括 第一電極，所述第一電極與多個第一導(dǎo)電指狀物連接，其中所述第一導(dǎo)電指狀物互相平行； 第二電極，所述第二電極與多個第二導(dǎo)電指狀物連接，其中所述第二導(dǎo)電指狀物互相平行；以及 第一導(dǎo)電元件，所述第一導(dǎo)電元件包圍所述第一導(dǎo)電指狀物、所述第二導(dǎo)電指狀物、所述第一電極和所述第二電極。
全文摘要
本發(fā)明公開一種金屬-氧化物-金屬電容器，其包括第一電極、第二電極、多個第一指狀物和多個第二指狀物。每個第一指狀物和與其相應(yīng)的第二指狀物互相平行并且通過低k電介質(zhì)材料分隔開。采用保護(hù)環(huán)包圍金屬-氧化物-金屬電容器以防止潮濕滲透進(jìn)低k電介質(zhì)材料。本發(fā)明還提供了一種金屬-氧化物-金屬電容器結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L29/92GK103050549SQ20121019606
公開日2013年4月17日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者黃俊杰, 王琳松, 林其諺 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司