半导体叠层电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种半导体叠层电容器，其特征在于包括：在半导体器件上形成的至少一层金属层；填充在所述金属层之间电介质层；所述金属层之间具有至少一个金属互连孔。本发明专利技术的半导体叠层电容器相对于ＭＩＭ电容器减少了一次掩膜工艺，从而大大降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体测试
，特别涉及一种在测试半导体器件分布电容特性的过程中用以替代MIM(金属-绝缘体-金属)电容器的半导体金属叠层电容器。
技术介绍
随着半导体器件制造业的飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构，半导体集成电路IC中包含巨大数量的半导体元件。在这种大规模集成电路中，元件之间的高性能、高密度的连接不仅在单个互连层中互连，而且要在多层之间进行互连。因此，通常提供多层互连层，其中多个互连金属层互相堆叠，并且层间绝缘膜置于其间，然后在层间绝缘膜中形成互联沟槽和连接孔，并用导电材料例如铜(Cu)、钨(W)填充所述互联沟槽和连接孔，以形成互连多层金属层的互连金属导线。多层互连结构的各个金属层和层间电介质也构成了许多电容，这些电容中即包括在形成多层互连结构时形成的金属引线之间、金属层与层间电介质之间的杂散电容，也包括互连金属和绝缘层之间形成的电容。由于互连层的导体为金属结构，因此形成在互连层之间的电容为金属-绝缘体-金属结构，将具有这种结构的电容器称为金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。MIM电容器在混合信号器件及逻辑器件例如模拟数字转换(ADC)或数字模拟转换(DAC)电路、射频(RF)电路、模拟电路、高功率微处理器(MPU)以及动态随机存取存储单元等器件中用于储存电荷和匹配电容。一个MIM电容具有金属板和金属板之间的电介质，这些金属板的形成通常是使用互连层的金属导体。在用于制造具有MIM电容器的半导体器件的方法中，申请号为200410100720.1的中国专利申请介绍了一种MIM电容器的形成方法。图1为说明半导体器件中MIM电容器的制造方法的剖面图。如图1所示，在绝缘层10上形成约6000的金属层。金属层通过掩膜光刻被图案化，以在同一平面上形成MINI电容器的下金属线15和下电极20。在其上涂敷电介质膜40。在电介质膜40上淀积金属至超过1500的厚度并构图，以在电介质膜40上形成上电极50。在电介质膜40和上电极50上形成金属间电介质(inter-metal-dielectric，IMD)层60。在IMD层60中形成连接到下金属线15的第一通孔70、连接到下电极20的第二通孔72以及连接到上电极50的第三通孔74。在IMD层60上淀积金属至约3000的厚度。金属被构图，由此形成分别连接到第一、第二和第三通孔70、72和74的上金属线80、82和84。在检测半导体器件的性能是否满足设计要求的阶段，需要对器件的频率响应一致性进行测试，这种测试要借助在半导体器件中形成MIM电容器来实现。从上述MIM电容器的制造过程可知，形成MIM电容器上电介质的步骤包括等离子刻蚀，由于在电介质膜40上构图上电极50，第一和第二通孔70和72的深度不同于第三通孔74的深度，因此需要具有相当高选择性的刻蚀工艺。如果分开地形成第一和第二通孔70和72以及第三通孔74，那么需要另一掩模，由此使刻蚀工艺复杂化，可见，在MIM电容器的制造过程中至少需要两次掩膜工艺，其制造成本是相对较高的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种用于测试半导体器件频率一致性且易于制造的电容器，来取代MIM电容器，以解决现有技术中制造MIM电容器进行器件测试成本较高的问题。为达到上述目的，本专利技术提供的半导体叠层电容器包括在半导体器件上形成的至少一层金属层；填充在所述金属层之间的电介质层；所述金属层之间具有至少一个金属互连孔。所述金属层包括至少一个金属电极板。所述金属电极板为梳状结构。所述金属电极板为蛇状结构。所述金属层为梳状电极板与蛇状电极板的组合结构。所述金属层为两个或两个以上梳状电极板的组合结构。所述电介质层至少包括氧化硅或氮化硅。所述电介质层填充在电极板的缝隙中。本专利技术提供的另一种半导体叠层电容器包括在半导体器件上形成的至少一个电极板；填充在所述电极板之间的电介质层；以及连接所述电极板的至少一个金属互连孔。所述电极板为梳状结构。所述电极板为蛇状结构。所述电极板为梳状电极和/或蛇状电极的组合结构。所述电介质层至少包括氧化硅或氮化硅。所述电介质层填充在电极板的缝隙中。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的半导体叠层电容器的电极板以与器件表面平行的方式布置在被测半导体器件中，电极板之间具有电介质，多层电极板和电介质组成叠层状电容结构。两层电极板和之间的电介质形成一组电容，每个电极板具有一个电极引出端。这样形成的电容省去了制作通孔形成金属电极引线的步骤，而这一步骤在MIM电容器的制造过程中需要进行掩膜工艺来完成。因此本专利技术的半导体叠层电容器相对于MIM电容器具有结构简单且成本低的优点。本专利技术的半导体叠层电容器的电极板的结构形式多样灵活，即可以是梳状结构，也可以是蛇状结构，电极板和电极板之间即可以是梳状结构的组合，也可以是梳状结构与蛇状结构的组合。可以根据实际半导体器件匹配程度和频率响应测试需要，设计不同的电极板组合形式，通过电极板之间的灵活的电容组合方式，从而得到不同的匹配电容值。附图说明图1为现有半导体器件中MIM电容器的结构示意图；图2为本专利技术半导体叠层电容器的纵向剖面图；图3本专利技术半导体叠层电容器梳状电极板的结构示意图；图4为本专利技术半导体叠层电容器梳状电极板与蛇状电极板组合形式示意图；图5为本专利技术半导体叠层电容器的梳状与蛇状电极板的另一种组合形式示意图；图6为由本专利技术半导体叠层电容器组的结构示意图。具体实施例方式电容器经常用于半导体器件中作为储存电荷的元件，电容器主要包含两个以上绝缘体互相隔开的导电平板，电容值、或是单位旋加电压于电容器所包含的电荷数量是由许多参数而定，例如平板的面积、平板的距离以及平板间绝缘体的介电常数。电容器用于滤波装置、模拟/数字转换器、存储器装置、控制应用及许多其它类型的半导体装置。其中一种电容器为金属/绝缘体/金属(MIM)电容器，经常用于混合讯号装置及逻辑装置，在各种不同的半导体装置中，MIM电容器用以储存电荷，且经常作为存储器装置的储存节点(Storage Node)，MIM电容器主要是在半导体晶圆上以水平方式来形成，在两个平板夹持一平行于晶圆表面的介电层。一般而言，其中一金属平板位于半导体装置的金属化层或是金属内联线层上。然而MIM电容器在制造过成中需要利用掩膜形成金属线和电极，其工艺相对复杂。在器件的设计和性能测试阶段，用MIM电容器来作为器件的匹配电容，制造成本相对较高。因此，为了降低被测器件的制造成本，本专利技术的半导体叠层电容器采用梳状或蛇状电极，多层金属电极平行排列，电介质层置于其间，具有相对简单的结构和制造工艺。通过设计电极板的面积和不同的电极组合方式调整电容，获得设计期望的匹配电容值，以代替MIM电容器。图2为本专利技术半导体叠层电容器的纵向剖面结构示意图。如图2所示，本专利技术的叠层电容器被置于半导体器件结构中，与其它被测器件一起，利用常规工艺例如氧化、光刻、刻蚀等工艺形成。用形成金属导线的方法，在金属层上形成具有不同形状的电极板。在制造半导体集成电路的过程中，金属导线是用来交互连接半导体晶片上的器件电路中的多个元件，用来在半导体晶片上沉积金属导线图案的一般过程包括在硅晶片衬底上沉积导电层；利用标准光刻技术形成具有所需金属导线图案的光刻胶或其它掩膜；对该晶片衬底进行干蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体叠层电容器，其特征在于包括：在半导体器件上形成的至少一层金属层；填充在所述金属层之间的电介质层；所述金属层之间具有至少一个金属互连孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏鼎杰，何佳，刘丕均，郑敏祺，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]