[发明专利]MIM电容器

说明书

本申请是申请日为2005年7月13日，申请号为200510083367.5，发明名称为“半导体器件和MIM电容器”一案的分案申请。 

相关申请的交叉参考 

本申请基于2005年3月17日递交的日本优先权申请No.2005-078012，在此通过援引合并该申请的全部内容。 

背景技术

本发明一般涉及一种半导体器件，特别是一种具有电容器的半导体器件。 

所谓的金属-绝缘体-金属(MIM)电容器作为电容元件被广泛应用在各种模拟电路中，包括A/D转换器或者带有闪存的泵电路(pump circuit)的半导体集成电路。 

这种MIM电容器通常集成在多层互连结构中，从而MIM电容器形成多层互连结构的一部分。 

图1示出传统MIM电容器的实例。 

参考图1，MIM电容器由金属图形M1、金属图形M2和金属图形M3形成，其中，金属图形M1构成多层互连结构的第一金属层；金属图形M2跨过未示出的层间绝缘膜与金属图形M1相对，并构成多层互连结构的第二金属图形；金属图形M3跨过未示出的层间绝缘膜与金属图形M2相对，并构成多层互连结构的第三金属层。由此，在金属图形M2上面和下面形成电容C。 

在所示出的实例中，金属图形M1和金属图形M3彼此并联连接，并形成电容值为2C的电容器，从而电容器具有作为第一电极的金属图形M2，以及作为第二电极的金属图形M1和M3。 

使用具有这种MIM电容器的半导体器件，应该注意到，电容器本身随着半导体器件的微型化而被微型化，这样，产生如何确保足够的电容的问题， 尤其是对于这种高度微型化的电容器。 

为了确保被集成到多层互连结构以及电极面积减少的情况下MIM电容器有足够的电容值，有必要减少插置在金属图形M1、M2和M3之间的层间绝缘膜的厚度。然而，在MIS电容器被集成到多层互连结构的情况下，层间绝缘膜膜厚的减少不可避免地导致多层互连结构中形成的互连图形之间寄生电容增加的问题。 

由于这种情形和境况，很难减少图1所示的MIM电容器的大小，因而在设计使用MIM电容器的半导体集成电路器件时产生了问题。 

与此同时，提出图2所示的MIM电容器，该电容器使用了在多层互连结构中形成的梳状电极(comb-shaped electrode)。可以参见专利参考资料1。 

                    参考资料 

(专利参考资料1)日本未审公开专利申请2004-95754 

(专利参考资料2)日本未审公开专利申请2004-241762 

参照图2，在未示出的下层间绝缘膜(lower interlayer insulation film)上形成下电容器部分(lower capacitor part)M1，其中下电容器部分M1具有由第一层金属图形形成的梳状电极M1a和M1b。进一步，在未示出的第二层间绝缘膜上形成上电容器部分(upper capacitor part)M2，使得上电容器部分M2具有第二层金属图形的梳状电极M1a和M1b。进一步，通过在第二层间绝缘膜中形成的多个过孔栓过孔(via-plugs Via)，下电容器部分M1和上电容器部分M2彼此相连。 

按照这种结构，通过减少梳状电极M1a和M1b之间的距离或梳状电极M2a和M2b之间的距离，能够成功地补偿由于电极面积的减少而导致的MIM电容器电容的减少。 

进一步，按照第二种结构，通过在层间绝缘膜上面和下面形成电容器，以及通过过孔栓过孔并联连接电容器，即使半导体器件被微型化，仍可以确保MIM电容器有足够的电容。 

另一方面，在图2的MIM电容器被微型化的情况下，在上电容器部分M2或下电容器部分M1中，构成电容器的梳状电极M1a和M2b或M1a和M1b以微小的相互间距(mutual separation)布置，因此，在各梳状电极上的过孔栓过孔也以微小的共同间距布置。由此，在图3示出的这些连接过孔栓 过孔的电通量线(electric flux lines)可能导致大量的寄生电容，该寄生电容的值很难估算。 

应该注意到在A/D转换器的情况下，要求A/D转换器中使用的电容器有5％或更少的精度。因此，这种MIM电容器不能提供A/D转换器可靠的工作。进一步，鉴于需要忍受MIM电容器大量的错误，电路设计变得很困难。 

发明内容

在第一方面中，本发明提供一种半导体器件，其具有在多层互连结构中的MIM电容器，所述多层互连结构包括：