[发明专利]改良的金属-绝缘体-金属电容器

说明书

本申请案主张申请于2006年6月2日的美国临时专利案第60/810,257号案的利益，该案的整体教示于本文以参照方式并入。

背景技术

金属-绝缘体-金属(MIM)电容器广泛地使用在混成与单石电子电路中。此等电容器可以是垂直的，但具有水平金属板；可以是横向的，但具有垂直金属板；或者，可以是混合的，运用介于垂直分离且水平分离的平板两者之间的电容。于特定的应用中提供特殊的绝缘体层，以达最佳的电容器效能。于其它应用中则使用现成的介电质，例如用以分离金属互连的内金属介电质。下文所讨论的电容器便运用此类型的内金属介电质并且具有混合配向。

和图1A中所示电容器100类似的整合式MIM电容器结构已经被普遍地使用在半导体以及混成制程之中。它们提供可适度良好控制的电容，具有可用于众多应用的可接受寄生组件(电阻、电感)，同时仅会运用基于其它理由而已存在的制程组件：用于互连的金属以及用于作为基板和/或用于绝缘的介电质。此类型的电容器通常被描述为是由数个「指状部(finger)」所组成。在图1A中所示的电容器100中，电容器终端1被连接至四个指状部，而电容器终端2则被连接至三个指状部。图1B中所示的是图1A的电容器沿着直线A-A’所获得的剖面图，指状部分别被连接至以1及2来表示的两个终端中每一个。介于此结构中的终端1及2之间的电容以水平为主，边缘电场分量延伸至垂直维度之中。

电容器100的终端2沿着其三个指状部中每一个的两侧(沿着标示为「L」的长度)来与终端1产生电容。此外，指状部末端，例如3、4、以及5，也会贡献特定电容。倘若将此电容器设计整体化成更多或较少指状部并且让终端1的指状部数量保持多于终端2的指状部数量一个的话，那么我们便可以将介于终端1与2之间的总电容写成：

C＝N_FLC₀+N_FC₃+2C₄+(N_F-1)C₅(公式1)

其中，N_F是终端2指状部的数量；C₀是每个指状部每单位长度的电容；C₃是每个终端2指状部末端(例如3)的电容；C₄是每个外侧角边(例如4)的电容；C₅是每个终端1指状部末端(例如5)的电容。在图1中所示的范例中，N_F＝3。

公式1中的第一项(N_FLC₀)和指状部的数量N_F以及长度L成正比，指状部的数量N_F以及长度L两者均是习知的设计参数。剩余的项则具现本文所列举的指状部末端效应，而且比较不会受到设计者的控制，反倒是比较会相依于制程细节。公式1可通过结合第二项至第四项而简化：

C＝N_FLC₀+N_FC₁+C₂(公式2)

其中，C₀是每个指状部每单位长度的电容；C₁是每个指状部的电容，其和指状部长度无关；而C₂则是一固定的「偏移(offset)」电容，其和N_F以及L两者无关。(C₂可以为正或负。)

发明内容

A.认识先前技术的问题

电路设计中的其中一项所希的电容器特性便是名义上均等的电容器之间的匹配。倘若能够可靠地制造出具有妥适匹配数值的电容器的话，那么便能够利用「单位」匹配电容器数组来建构出相依于电容比例的众多电路。类同于图1A中的电容器便适用于此匹配类型，因为每单位长度的电容C₀以及末端效应两者在一给定制程批次内的重复性通常相当地高。倘若长度L远大于指状部间隔的话，那么公式2中的第一项便会主导总电容，使得批次与批次之间的C具有良好的稳定性。

于众多应用中均希望最大化由MIM电容器所提供的单位面积电容。在具有一层以上金属层的制程中，该额外层可用来以各种方式提供额外的电容，其通常涉及和图1的结构相同的指状叉合结构，其中一层被堆栈在另一层的上方。此多层MIM电容器能够保留前面所讨论的众多匹配特性。

B.本发明的较佳实施例的摘要说明