[发明专利]半导体电容装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，尤其是一种金属-氧化物-金属(Metal-Oxide-Metal，MOM)电容装置。

背景技术

电容元件常用于如射频IC、单片微波IC等集成电路中作为电子无源器件。MOM电容是一种性能优良的电容器，相比MIM(Metal-Insulator-Metal，金属-介电层-金属)电容而言，MOM电容具有更高的经济性以及集成度，MOM电容可以直接形成在互连金属层中，不仅制作工艺易于与现有互连金属层的制作工艺融合，而且不需要为电极板以及介电层设计单独的掩模版以及掩模工艺。

在集成电路设计中，电容装置通常会占据相当大的面积，为了缩小整个集成电路的尺寸，相应需要对MOM电容的拓扑结构进行改良以提高其电容量密度，从而使得较小面积中的MOM电容能够得到更大的电容量。

参见图1a、1b、1c，出示了第一种改良的电容装置的拓扑结构，参见图1c，它包括6层金属层M1、M2、M3、M4、M5、M6形成的叠层结构，并且相邻金属层之间具有介电层V1、V2、V3、V4、V5以将各金属层隔离；参见图1a，金属层M1中包括氧化层(13)、形成在氧化层(13)中的第一电极(11)、第二电极(12)，第一电极与第二电极均呈梳状，包括梳齿与梳柄，且第一电极的梳齿与第二电极的梳齿交错分布。

在本拓扑结构中，6层金属层M1、M2、M3、M4、M5、M6的结构完全相同(图中仅显示金属层M2的结构，其与金属层M1的结构完全相同)，相邻金属层中的第一电极上的梳齿相互对应，相邻金属层中的第二电极的梳齿也相互对应。多个在第一电极的梳柄的插塞(40)将各金属层的第一电极电连接，多个在第二电极的梳柄的插塞(40)将各金属层的第二电极电连接。

参见图2a、2b、2c，出示了第二种改良的电容装置的拓扑结构，与第一种结构大体上相同，只是插塞(40)不仅连接电极的梳柄，而且还连接电极的梳齿。

参见图3a、3b、3c，出示了第三种改良的电容装置拓扑结构，其M1、M3、M5的结构完全相同，M2、M4、M6的结构完全相同，但是相邻金属层上的第一电极的梳齿与第二电极的梳齿相对应，例如，图3a中的金属层M1中第一电极(11)的梳齿与图3b中的金属层M2中的第二电极的梳齿相对应。多个在第一电极的梳柄的插塞(4)将各金属层的第一电极电连接，多个在第二电极的梳柄的插塞(4)将各金属层的第二电极电连接。

采用上述三种拓扑结构的电容装置分别具有以下电容量：

第一种电容装置电容量＝单层电极耦合的电容量*金属层数；

第二中电容装置电容量＝第一种电容装置电容量+插塞产生的电容量；其中，插塞产生的电容量＝单层插塞耦合的电容量*介电层数；

第三种：电容装置电容量＝第一种电容装置电容量+电极错位产生的电容量，其中，电极错位产生的电容量＝相邻层之间电极错位产生的电容量*(金属层数-1)。

经实验验证，同样具有6层金属层，具有相同尺寸及材质的第一电极、第二电极、氧化层、介电层的上述三种电容装置的电容量，其电容分别为：

第一种电容装置电容量＝2.87fF/um²；

第二种电容装置电容量＝3.27fF/um²；

第三种电容装置电容量＝3.26fF/um²。

可见第二种、第三种拓扑结构能提升电容装置整体的电容量，然而，现有技术就在此止步不前，现有技术中不存在更优化的拓扑结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对现有MOM电容拓扑进行更进一步的优化，提高电容装置整体的电容量。

本发明所采用的技术方案是：一种半导体电容装置，至少包括依次叠置的第一金属层、第一介电层、第二金属层；

所述第一金属层包括沿第一分布方向分布且彼此平行的复数条第一金属条，第一分布方向与第一金属条的延伸方向垂直；

所述第二金属层包括沿第二分布方向分布且彼此平行的复数条第二金属条，第二分布方向与第二金属条的延伸方向垂直，且第二分布方向与第一分布方向空间相离；

沿着第一分布方向分布的第奇数条第一金属条与沿着第二分布方向分布的第奇数条第二金属条通过插塞导通、沿着第一分布方向分布的第偶数条第一金属条与沿着第二分布方向分布的第偶数条第二金属条通过插塞导通，或者沿着第一分布方向分布的第奇数条第一金属条与沿着第二分布方向分布的第偶数条第二金属条通过插塞导通、沿着第一分布方向分布的第偶数条第一金属条与沿着第二分布方向分布的第奇数条第二金属条通过插塞导通。