[发明专利]一种半导体结构和制作方法

说明书

本发明公开了一种半导体结构及制作方法，半导体结构包括：半导体衬底；形成于半导体衬底上的第一介质层；形成于第一介质层中的第一接触孔；形成于第一介质层上的第二介质层；形成于第二介质层中的多层金属；其中，由多层金属中的一部分对应形成多层金属‑氧化层‑金属电容结构，每层的金属‑氧化层‑金属电容中，由相邻的两个同层金属分别构成电容上极板和电容下极板，电容上极板和电容下极板之间填充的第二介质层材料中穿设有沟槽，沟槽中填充有高介电常数材料，沟槽的下端通过第一接触孔与半导体衬底相隔离。本发明能在不改变MOM电容面积的情况下，大幅提升MOM电容同层金属之间的电容值。

技术领域

本发明涉及集成电路工艺制造技术领域，特别是涉及一种半导体结构和制作方法。

背景技术

电容是集成电路芯片中常用的一种无源器件，可以被用于交流信号的耦合、时序的建立、相移网络和信号的存储等。为了提升电路的性能，通常需要使用较大电容值的电容器。但由于集成电路中形成的电容尺寸都是微米级别，因此其电容值相对较小，但使用较小的电容直接影响电路的性能。因此，在单位面积电容值有限的情况下，为了增加电容值就需要增加电容的面积。但增加电容面积就意味着增加芯片的面积，从而增加了芯片的成本。

通常在超大规模集成电路制造工艺中形成的电容是两个平行的导电电极之间的平板电容，电极的面积和电极之间的介质的介电常数决定了电容值的大小。在集成电路制造工艺中有多种形成电容的方法，在12英寸90纳米使用工艺节点以下，随着金属层线宽的缩小，越来越多地使用后道金属互连形成的MOM(Metal-Oxide-Metal)即金属-氧化层-金属电容结构。MOM结构通常使用几层金属来构成，其总电容包括了不同层金属之间的电容和同层金属间的电容。

MOM结构可以形成在不同的金属互连层之间。例如，可利用金属互连层中的第一层金属互连层、第二层金属互连层和第三层金属互连层形成具有三层结构的MOM电容结构，可利用金属互连层中的第一层金属互连层、第二层金属互连层、第三层金属互连层和第四层金属互连层形成具有四层结构的MOM电容结构，也可以利用任意相邻的金属互连层层次形成多种不同层数的MOM电容结构。

请参考图1-图4。以形成常规具有三层结构的MOM电容结构为例，其原理也同样适用于其他MOM电容结构。如图1所示，其为常规具有三层结构的MOM电容结构中位于第一层金属互连层或第三层金属互连层的版图结构。第一层金属互连层和第三层金属互连层的版图结构相同，第一层金属互连层或第三层金属互连层中的同层金属间形成含有多个梳齿的梳状结构。其中，梳状结构中的偶数金属条(梳齿)以其一端相连形成电容上极板，梳状结构中的奇数金属条(梳齿)也以其一端相连形成电容下极板，电容上极板和电容下极板之间断开。

如图2所示，其为常规具有三层结构的MOM电容结构中位于第二层金属互连层的版图结构，其采用的梳状结构的连接关系与第一层金属互连层或第三层金属互连层中的梳状结构相反，即其梳状结构中的偶数金属条(梳齿)一端相连形成电容下极板，而其梳状结构中的奇数金属条(梳齿)一端相连形成电容上极板，电容上极板和电容下极板之间同样断开。

图1和图2中的版图结构经上下依次重叠后，即形成图3中的常规具有三层结构的MOM电容结构。

图4为沿图3中“AB”方向的常规MOM电容的截面图。从图4中可见，在第一层金属互连层、第二层金属互连层和第三层金属互连层中形成有常规具有三层结构的MOM电容结构。其中，每层MOM电容结构中的同层金属之间的电容介质层采用的是常规的后道介质层材料，并形成同层金属电容(图示为其中一个模拟的MOM电容等效结构)。

通常，为了降低后道的RC延迟，常规后道介质层一般使用氧化层或低介电常数(Low-K)的多孔材料，因此其形成的同层金属间电容值偏低。如要在电路设计中使用大电容，就必须增加MOM电容的面积，但这样会增加芯片面积和成本。