CN104934410B - 一种mom电容器及电容调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电容器领域，尤其涉及一种MOM电容器及电容调整方法，在每层金属层的第一电极和第二电极连接一电压开关装置，通过控制电压开关装置施加到每层金属层的第一电极和第二电极上的电压的正负极性，改变连接在所述第一电极一侧的第一电极叉指和连接在所述第二电极一侧的第二电极叉指的正负极性，以实现行方向上各电极叉指的正负极***替间隔排列，列方向上各电极叉指的正负极性混合排列，来精细调整MOM电容器的电容。该方法节省电容调整成本，能够实现调整后MOM电容器的电容值与目标值相差小于5％，以使得模拟电路更加精准。

Description

一种MOM电容器及电容调整方法

技术领域

本发明涉及电容器领域，尤其涉及一种MOM电容器及电容调整方法。

背景技术

电容器是集成电路中的重要组成单元，广泛运用于各种芯片。随着半导体集成电路制造技术的不断进步，半导体器件的性能也不断提升。集成电路集成度提升过程中如何控制电容器的电容以精准地控制模拟电路成为一个重要的课题。

在芯片生产过程中，MOM(metal-oxide-metal)电容器的电容值的变化被限定在10％以内。但这仍不够优化某一需要更精确控制的MOM电容器的电容值的模拟电路设计。

现有技术中没有一种低成本的在芯片级精细调整MOM电容器的电容值的方法。电容值调整使用熔丝或OTP编程方法，增加了处理的复杂性以及芯片尺寸和成本。

具有多级金属互连层的横向磁通BEOL电容器、因金属连线(interconnect)电容器以及MOM电容器被广泛地用在CMOS技术领域作为高密度的“免费”电容器。现有的MOM电容器的结构包括成梳齿状排列的金属叉指在垂直方向上极性相同以及成梳齿状排列的金属叉指在垂直方向上极***替两种结构。其中，叉指均处于密集的介质层内。

传统的MOM电容的控制通过控制互连的工艺参数，如金属线宽度，行间距，金属抛光(凹陷)、金属间的距离和电介质层的属性等等实现。但是，这些方法均只能控制MOM电容器的电容值在10％的范围内变化，而无法实现更精细的调整。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种低成本的精细调整MOM电容器的电容值的方法，使得MOM电容器的电容值与目标值相差小于5％，以使用在需要精确控制的模拟电路中。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

提供一种MOM电容器，其特征在于，包括：

多层相互平行叠置的金属层，且每层所述金属层中均包括第一电极、分别与该第一电极连接的若干第一电极叉指、第二电极以及

分别与该第二电极连接的若干第二电极叉指；

绝缘介质层，所述金属层均嵌入设置于该绝缘介质层中，以将各所述金属层之间、位于同一所述金属层中的第一电极与第二电极之间均予以隔离；

电压开关装置，分别与每层金属层中的所述第一电极和所述第二电极连接；

其中，利用所述电压开关装置调整每个所述第一电极和/或每个所述第二电极的正负极性，以调整所述电容器的电容值。

优选的，上述的MOM电容器，其中，每层所述金属层中，所述第一电极和第二电极平行设置。

优选的，上述的MOM电容器，其中，每层所述金属层中，各所述第一电极叉指成梳齿状排列在第一电极一侧，第二电极叉指成梳齿状排列在所述第二电极一侧。

优选的，上述的MOM电容器，其中，每层所述金属层中，所述第一电极和第二电极的正负极性相反。

优选的，上述的MOM电容器，其中，每层所述金属层中，所述第一电极叉指的正负极性与第一电极一致，所述第二电极叉指的正负极性与第二电极一致。

优选的，上述的MOM电容器，其中，每层所述金属层中，所述第一电极叉指与所述第二电极叉指交替间隔排列。

优选的，上述的MOM电容器，其中，所述MOM电容器的电容包括每层所述金属层中正负极***替间隔排列的第一电极叉指和第二电极叉指之间的电容、正负极性不同的相邻两层金属层的第一电极叉指和第二电极叉指之间的电容以及边缘电容。

本发明还提供一种电容调整方法，用于调整上述MOM电容器的电容，所述方法包括：

根据工艺需求，发送控制信号给所述电压开关装置，以控制与所述电压开关装置连接的各所述第一电极的正负极性和各所述第二电极的正负极性；

其中，控制每层的第一电极和第二电极极性相反，以实现每层中交替间隔排列的与所述第一电极连接的第一电极叉指和与所述第二电极连接的第二电极叉指极性相反。

优选的，上述的电容调整方法，其中，通过控制所述电压开关装置施加给各层的所述第一电极极性相同或不同，相应的第二电极极性相同或不同，来调整所述MOM电容器的电容。

优选的，上述的电容调整方法，其中，所述MOM电容器的电容调整精度与目标值相差小于5％。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明提供的MOM电容器以及电容调整方法，通过控制电压开关装置施加到每层金属层的第一电极和第二电极的电压的正负极性，来调整MOM电容器的电容。该方法节省电容调整成本，能够实现调整后MOM电容器的电容值与目标值相差小于5％，以使得模拟电路更加精准。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明一种MOM电容器的结构示意图；

图2是本发明电压开关装置与电极连接的示意图；

图3-图5是本发明三个实施例中施加给MOM电容器的电极不同的正负极性以调整电容的示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供的一种MOM电容器，包括多层金属层M1-M5(图中标示出5层，实际层数可根据具体的工艺需求而定，本发明对此不作限制)。每层金属层均包括一第一电极和一第二电极，即图中所示金属层M1包括第一电极11和第二电极12，金属层M2包括第一电极21和第二电极22，以此类推，金属层M3包括第一电极31和第二电极32，金属层M4包括第一电极41和第二电极42，金属层M5包括第一电极51和第二电极52。每个第一电极上连接有若干呈梳齿状排列的第一电极叉指，每个第二电极上连接有若干呈梳齿状排列的第二电极叉指，即图中所示第一金属层M1的第一电极11一侧连接有若干个第一电极叉指，分别标示为110、111、112，第一金属层M1的第二电极12一侧连接有若干个第二电极叉指，分别标示为120、121(为方便展示，图中每层仅标示出三个第一电极叉指和两个第二电极叉指，实际可根据具体的工艺需求设定多个第一电极叉指和第二电极叉指，本发明对此不作限制)；以此类推，第二金属层M2的第一电极21一侧同样连接有若干呈梳齿状排列的第一电极叉指，第二电极22一侧连接有若干呈梳齿状排列的第二电极叉指，此处不再赘述。

其中，每一层中，以第一金属层M1为例，第一电极11和第二电极12平行设置，同样的连接在第一电极11一侧的第一电极叉指110、111和112以及连接在第二电极12一侧的第二电极叉指120和121也均平行设置，也就是说在同一层中，第一电极、第一电极叉指、第二电极以及第二电极叉指均处于同一水平面。同时，第一电极叉指和第二电极叉指呈梳齿状交替间隔排列。其他金属层的排列参照第一金属层M1，此处不再赘述。

在整个MOM电容器空间内，均匀密集分布着绝缘介质(图中未标示)，以将各金属层、各第一电极、第二电极以及各电极叉指均隔离开。

参照图2，每一层的第一电极和第二电极均和电压开关装置6连接(为方便展示，图中仅标示出第一金属层M1的第一电极11和第二电极12与电压开关装置6的连接示意图，实际运用中每一层的第一电极和第二电极均与该电压开关装置6连接，或者在需要调整某一层的第一电极和第二电极的极性时将该电压开关装置6连接到该层的第一电极和第二电极，实际可根据具体工艺需求灵活变动，本发明对此不作限制)，电压开关装置6根据接收到的控制信号(Control Signal，图中标示为CS)控制施加给每一层的第一电极和第二电极的电压的正负极性(V-or V+)，以此来调整MOM电容器的电容。

其中，在每一层金属层中，同样以第一金属层M1为例，第一电极11与第二电极12的极性相反，以使得交替间隔排列的第一电极叉指和第二电极叉指的极性相反，也即若提供给第一电极11正电压，相应的提供给第二电极12负电压，则从图中左侧第一电极叉指110看起，电极叉指的正负极性分别为：正、负、正、负、正、负……。这样的设置可以使得MOM电容器持有一基本的电容值(来自同一层金属层中各相邻的电极叉指之间的电容)。后续通过改变纵方向上第一电极的极性和第二电极的极性，可以实现对MOM电容器的电容精确的调整。

下面结合附图和具体的实施例对本发明的电容调整方法作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例一：

如图3所示，施加给第一金属层M1的第一电极11正电压，第二电极12负电压，使得第一金属层M1的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。施加给第二金属层M2的第一电极21负电压，第二电极22正电压，使得第二金属层M2的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为负、正、负、正、负。施加给第三金属层M3的第一电极31正电压，第二电极32负电压，使得第三金属层M3的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。以此类推，使得行方向上各电极叉指的正负极***替排列，同时列方向上各电极叉指的正负极性也交替排列，也即施加给垂直方向上各第一电极以交替间隔的不同极性的电压，同时每一层的第一电极和第二电极的电压极性不同，即能实现行方向上各电极叉指的正负极***替排列，同时列方向上各电极叉指的正负极性也交替排列这一效果。

本实施例的MOM电容器中，总的电容(C total)来自于相同的金属层中各相邻电极叉指之间的横向电容Cl和相邻的金属层中各电极叉指之间的纵向电容Cv以及一些边缘电容(fringes)。也即总电容C total的计算公式为：C total＝4x5xCl+4x5xCv+fringes＝20Cl+20Cv+fringes。本实施例的相对电容为1，即与目标值相同。

实施例二：

如图4所示，施加给第一金属层M1的第一电极11正电压，第二电极12负电压，使得第一金属层M1的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。施加给第二金属层M2的第一电极21正电压，第二电极22负电压，使得第二金属层M2的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。施加给第三金属层M3的第一电极31正电压，第二电极32负电压，使得第三金属层M3的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。以此类推，使得行方向上各电极叉指的正负极***替排列，列方向上各电极叉指的极性均相同，也即施加给垂直方向上各第一电极以相同极性的电压，并且施加给每一层的第一电极和第二电极的电压极性不同，即能实现行方向上各电极叉指的正负极***替排列，列方向上各电极叉指的极性相同这一效果。

与实施例一不同，本实施例的MOM电容器中，总的电容(C total)仅来自于相同的金属层中各相邻电极叉指之间的横向电容Cl以及一些边缘电容(fringes)。也即总电容Ctotal的计算公式为：C total＝4x5xCl+fringes＝20Cl+fringes。本实施例的相对电容为0.92，即与目标值相差8％。

实施例三：

如图5所示，施加给第一金属层M1的第一电极11正电压，第二电极12负电压，使得第一金属层M1的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。施加给第二金属层M2的第一电极21负电压，第二电极22正电压，使得第二金属层M2的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为负、正、负、正、负。施加给第三金属层M3的第一电极31正电压，第二电极32负电压，使得第三金属层M3的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。施加给第四金属层M4的第一电极41正电压，第二电极42负电压，使得第四金属层M4的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。施加给第五金属层M5的第一电极51正电压，第二电极52负电压，使得第五金属层M5的各电极叉指的正负极性在图中从左到右表现为正、负、正、负、正。从而使得行方向上各电极叉指的正负极***替排列，列方向上各电极叉指的极性混合交叉(也即不一定正负交叉，可以为正正负正正、正负正负负、负负正正负等多种形式)。

本实施例的MOM电容器中，总的电容(C total)来自于相同的金属层中各相邻电极叉指之间的横向电容Cl和两极性不同的相邻的金属层中电极叉指之间的纵向电容Cv以及一些边缘电容(fringes)。也即总电容C total的计算公式为：C total＝4x5xCl+5x2xCv+fringes＝20Cl+10Cv+fringes。本实施例的相对电容为0.955，即与目标值相差4.5％。

通过这三个实施例可知，通过调整不同金属层之间的电极电压的正负极性，使得垂直方向上电极叉指的正负极性混合分布，即可实现电容值在与目标值在5％的范围内精细变化。

在本发明另一优选的实施例中，通过调整最小间距(电极叉指的宽度+间距)来获得高电容。MOM电容的精确的差别还取决于电容器的面积和形成电容器的电极叉指的数目。

对MOM电容器的电容更精细的微调可以通过使用更多的金属层(例如8级金属)，并通过在混合极性连接中施加更多的变化来实现(参考实施例三)。本发明在此不作赘述。

综上所述，本发明公开了一种MOM电容器以及电容调整方法，通过控制电压开关装置施加到每层金属层的第一电极和第二电极的电压，来调整MOM电容器的电容。该方法节省电容调整成本，能够实现调整后MOM电容器的电容值与目标值相差小于5％，以使得模拟电路更加精准。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种MOM电容器，其特征在于，包括：

多层相互平行叠置的金属层，且每层所述金属层中均包括第一电极、分别与该第一电极连接的若干第一电极叉指、第二电极以及

分别与该第二电极连接的若干第二电极叉指；

绝缘介质层，所述金属层均嵌入设置于该绝缘介质层中，以将各所述金属层之间、位于同一所述金属层中的第一电极与第二电极之间均予以隔离；

电压开关装置，分别与每层金属层中的所述第一电极和所述第二电极连接；

其中，利用所述电压开关装置调整每个所述第一电极和每个所述第二电极的正负极性，以调整所述电容器的电容值；

每层所述金属层中，所述第一电极叉指的极性与第一电极一致，所述第二电极叉指的极性与第二电极一致；

每层所述金属层中，所述第一电极叉指与所述第二电极叉指交替间隔排列；

每层所述金属层中，所述第一电极和第二电极的正负极性相反；

调整不同金属层之间的所述第一电极和所述第二电极的电压的正负极性，使得垂直方向上的所述第一电极叉指和所述第二电极叉指的正负极性混合分布。

2.根据权利要求1所述的MOM电容器，其特征在于，每层所述金属层中，所述第一电极和所述第二电极平行设置。

3.根据权利要求1所述的MOM电容器，其特征在于，每层所述金属层中，各所述第一电极叉指成梳齿状排列在所述第一电极一侧，各所述第二电极叉指成梳齿状排列在所述第二电极一侧。

4.根据权利要求1所述的MOM电容器，其特征在于，所述MOM电容器的电容包括每层所述金属层中正负极***替间隔排列的第一电极叉指和第二电极叉指之间的电容、正负极性不同的相邻两层金属层的第一电极叉指和第二电极叉指之间的电容以及边缘电容。

5.一种电容调整方法，其特征在于，用于调整上述权利要求1-4所述任意一项MOM电容器的电容，所述方法包括：

根据工艺需求，发送控制信号给所述电压开关装置，以控制与所述电压开关装置连接的各所述第一电极的正负极性和各所述第二电极的正负极性；

其中，控制每层的第一电极和第二电极极性相反，以实现每层中交替间隔排列的第一电极叉指和第二电极叉指极性相反；

调整不同金属层之间的电极电压的正负极性，使得垂直方向上电极叉指的正负极性混合分布。

6.根据权利要求5所述的电容调整方法，其特征在于，通过控制所述电压开关装置施加给各层的所述第一电极极性相同或不同，相应的第二电极极性相同或不同，来调整所述MOM电容器的电容。

7.根据权利要求6所述的电容调整方法，其特征在于，所述MOM电容器的电容调整精度与目标值相差小于5％。