[发明专利]半导体器件、金属-绝缘体-金属电容器结构及形成方法

说明书

本文公开了用于金属‑绝缘体‑金属(MIM)电容器结构的通孔阵列配置。示例性MIM电容器结构包括电容器底部金属层、位于电容器底部金属层上方的第一介电层、位于第一介电层上方的电容器中部金属层、位于电容器中部金属层上方的第二介电层以及位于第二介电层上方的电容器顶部金属层。具有第一金属通孔和第二金属通孔的金属通孔阵列被连接到电容器顶部金属层和电容器底部金属层。电容器顶部金属层的部分覆盖从第一金属通孔延伸到第二金属通孔的第二介电层的区域。本发明的实施例还提供了半导体器件和形成金属‑绝缘体‑金属电容器结构的方法。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体器件、金属-绝缘体-金属电容器结构及形成方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业经历了指数级增长。IC材料和设计的技术进步产生了多代IC，其中每一代都具有比上一代更小且更复杂的电路。在IC发展的过程中，功能密度(即，每芯片面积的互连器件的数量)普遍增加，而几何尺寸(即，可以使用制造工艺创建的最小组件(或线))已经减小。这种按比例缩小的工艺通常通过提高生产效率和降低相关成本来提供益处。这种按比例缩小也增加了处理和制造IC的复杂性。

例如，随着半导体器件的几何尺寸减小，将有时消耗较大表面积的无源器件移动到后段制程(BEOL)结构。金属-绝缘体-金属(MIM)电容器是这种无源器件的实例。典型的MIM电容器包括多个导体极板层，这些导体极板层通过多个绝缘体层相互绝缘。各个接触通孔连接到和/或延伸穿过MIM电容器的多个导体极板层中的一个或多个。尽管MIM结构的接触通孔区域的现有配置通常足以满足其预期目的，但随着IC技术规模的扩大，仍需要改进。

发明内容

本发明的一些实施例提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，设置在衬底上方，其中，MIM电容器结构包括：第一导体层、第二导体层和第三导体层，其中，第二导体层位于第一导体层和第三导体层之间，以及第一绝缘体层和第二绝缘体层，其中，第一绝缘体层位于第一导体层和第二导体层之间，并且第二绝缘体层位于第二导体层和第三导体层之间；第一通孔，垂直地延伸穿过第二绝缘体层、第二导体层和第一绝缘体层；第二通孔，垂直地延伸穿过第三导体层、第二绝缘体层、第一绝缘体层和第一导体层，其中，第二通孔沿着第一方向与第一通孔横向间隔开；以及第三通孔，垂直地延伸穿过第三导体层、第二绝缘体层、第一绝缘体层和第一导体层，其中，第三通孔沿着不同于第一方向的第二方向与第二通孔横向隔开，并且第三导体层沿着第二方向从第三通孔延伸到第二通孔。

本发明的另一些实施例提供了一种金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构，该金属-绝缘体-金属电容器结构包括：电容器底部金属层；第一介电层，位于电容器底部金属层上方；电容器中部金属层，位于第一介电层上方；第二介电层，位于电容器中部金属层上方；电容器顶部金属层，位于第二介电层上方；以及金属通孔阵列，连接到电容器顶部金属层和电容器底部金属层，其中，金属通孔阵列具有第一金属通孔和第二金属通孔，并且电容器顶部金属层的部分覆盖从第一金属通孔延伸到第二金属通孔的第二介电层的区域。

本发明的又一些实施例提供了一种形成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器结构的方法，该方法包括：沉积并图案化第一金属层，其中，图案化的第一金属层的部分位于用于第一通孔的第一通孔区和用于第二通孔的第二通孔区中；在图案化的第一金属层上方沉积第一绝缘体层，其中，第一绝缘体层的部分位于第一通孔区和第二通孔区中；沉积并图案化第二金属层，其中，图案化的第二金属层位于第一绝缘体层上方；在图案化的第二金属层上方沉积第二绝缘体层，其中，第二绝缘体层的部分位于第一通孔区和第二通孔区中；沉积并图案化第三金属层，其中，图案化的第三金属层位于第二绝缘体层上方，图案化的第三金属层的部分位于第一通孔区和第二通孔区中，并且图案化的第三金属层的部分覆盖位于第一通孔区和第二通孔区之间的第二绝缘体层的区域；以及在第一通孔区中形成第一通孔并且在第二通孔区中形成第二通孔，其中，第一通孔和第二通孔延伸穿过图案化的第三金属层的部分、第二绝缘体层的部分、第一绝缘体层的部分以及图案化的第一金属层的部分。