[發(fā)明專利]MIM電容器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810099876.0
• 申請日: 2005-07-13
• 公開（公告）號: CN101308726A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 飯岡修;福岡郁人
• 申請（專利權(quán)）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01G4/005
• 分類號: H01G4/005;H01G4/228;H01L29/94
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張龍哺

本申請是申請日為2005年7月13日，申請?zhí)枮?00510083367.5，發(fā)明名稱為“半導體器件和MIM電容器”一案的分案申請。?

相關(guān)申請的交叉參考?

本申請基于2005年3月17日遞交的日本優(yōu)先權(quán)申請No.2005-078012，在此通過援引合并該申請的全部內(nèi)容。?

背景技術(shù)

本發(fā)明一般涉及一種半導體器件，特別是一種具有電容器的半導體器件。?

所謂的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容器作為電容元件被廣泛應(yīng)用在各種模擬電路中，包括A/D轉(zhuǎn)換器或者帶有閃存的泵電路(pump?circuit)的半導體集成電路。?

這種MIM電容器通常集成在多層互連結(jié)構(gòu)中，從而MIM電容器形成多層互連結(jié)構(gòu)的一部分。?

圖1示出傳統(tǒng)MIM電容器的實例。?

參考圖1，MIM電容器由金屬圖形M1、金屬圖形M2和金屬圖形M3形成，其中，金屬圖形M1構(gòu)成多層互連結(jié)構(gòu)的第一金屬層；金屬圖形M2跨過未示出的層間絕緣膜與金屬圖形M1相對，并構(gòu)成多層互連結(jié)構(gòu)的第二金屬圖形；金屬圖形M3跨過未示出的層間絕緣膜與金屬圖形M2相對，并構(gòu)成多層互連結(jié)構(gòu)的第三金屬層。由此，在金屬圖形M2上面和下面形成電容C。?

在所示出的實例中，金屬圖形M1和金屬圖形M3彼此并聯(lián)連接，并形成電容值為2C的電容器，從而電容器具有作為第一電極的金屬圖形M2，以及作為第二電極的金屬圖形M1和M3。?

使用具有這種MIM電容器的半導體器件，應(yīng)該注意到，電容器本身隨著半導體器件的微型化而被微型化，這樣，產(chǎn)生如何確保足夠的電容的問題，?尤其是對于這種高度微型化的電容器。?

為了確保被集成到多層互連結(jié)構(gòu)以及電極面積減少的情況下MIM電容器有足夠的電容值，有必要減少插置在金屬圖形M1、M2和M3之間的層間絕緣膜的厚度。然而，在MIS電容器被集成到多層互連結(jié)構(gòu)的情況下，層間絕緣膜膜厚的減少不可避免地導致多層互連結(jié)構(gòu)中形成的互連圖形之間寄生電容增加的問題。?

由于這種情形和境況，很難減少圖1所示的MIM電容器的大小，因而在設(shè)計使用MIM電容器的半導體集成電路器件時產(chǎn)生了問題。?

與此同時，提出圖2所示的MIM電容器，該電容器使用了在多層互連結(jié)構(gòu)中形成的梳狀電極(comb-shaped?electrode)。可以參見專利參考資料1。?

????????????????????參考資料?

(專利參考資料1)日本未審公開專利申請2004-95754?

(專利參考資料2)日本未審公開專利申請2004-241762?

參照圖2，在未示出的下層間絕緣膜(lower?interlayer?insulation?film)上形成下電容器部分(lower?capacitor?part)M1，其中下電容器部分M1具有由第一層金屬圖形形成的梳狀電極M1a和M1b。進一步，在未示出的第二層間絕緣膜上形成上電容器部分(upper?capacitor?part)M2，使得上電容器部分M2具有第二層金屬圖形的梳狀電極M1a和M1b。進一步，通過在第二層間絕緣膜中形成的多個過孔栓過孔(via-plugs?Via)，下電容器部分M1和上電容器部分M2彼此相連。?

按照這種結(jié)構(gòu)，通過減少梳狀電極M1a和M1b之間的距離或梳狀電極M2a和M2b之間的距離，能夠成功地補償由于電極面積的減少而導致的MIM電容器電容的減少。?

進一步，按照第二種結(jié)構(gòu)，通過在層間絕緣膜上面和下面形成電容器，以及通過過孔栓過孔并聯(lián)連接電容器，即使半導體器件被微型化，仍可以確保MIM電容器有足夠的電容。?

另一方面，在圖2的MIM電容器被微型化的情況下，在上電容器部分M2或下電容器部分M1中，構(gòu)成電容器的梳狀電極M1a和M2b或M1a和M1b以微小的相互間距(mutual?separation)布置，因此，在各梳狀電極上的過孔栓過孔也以微小的共同間距布置。由此，在圖3示出的這些連接過孔栓?過孔的電通量線(electric?flux?lines)可能導致大量的寄生電容，該寄生電容的值很難估算。?

應(yīng)該注意到在A/D轉(zhuǎn)換器的情況下，要求A/D轉(zhuǎn)換器中使用的電容器有5％或更少的精度。因此，這種MIM電容器不能提供A/D轉(zhuǎn)換器可靠的工作。進一步，鑒于需要忍受MIM電容器大量的錯誤，電路設(shè)計變得很困難。?

發(fā)明內(nèi)容

在第一方面中，本發(fā)明提供一種半導體器件，其具有在多層互連結(jié)構(gòu)中的MIM電容器，所述多層互連結(jié)構(gòu)包括：?