Mos管電容器的布線結構及布線方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種MOS管電容器的布線結構及布線方法。
【背景技術】
[0002]在半導體集成電路過程中，后段工藝主要包括在形成有器件的半導體襯底上形成層間介質層ILD (Inter Layer Dielectric)和金屬布線層堆疊結構；其中，金屬布線層堆疊結構包括多個金屬布線層以及設置于兩相鄰金屬布線層之間的金屬間介電層MDdnterMetal Dielectric),通過在ILD和IMD中形成接觸孔并填充金屬線實現器件與金屬布線層，以及金屬布線層之間或金屬布線層與其他器件的連接。
[0003]在現有技術中，IMD的沉積一般使用的是等離子體化學氣相沉積，利用高頻或直流電場將源氣體電離形成等離子體，利用低溫等離子體作為能量源，通入適量的反應氣體，利用等離子體放電，使反應氣體激活并實現IMD沉積。
[0004]然而實際工藝中，在進行MD沉積時，由于等離子體沉積設備中的等離子體的正負電荷在空間的分布并不均勻，因此，在整體呈電中性的空間中，會在局部區域存在正負電荷不均勻的區域，在這些區域中已形成的器件會在MD沉積過程中，通過接觸孔中的金屬線以及金屬布線層獲得一定程度的電荷積累。
[0005]以半導體集成電路中常見的以MOS管電容器的布線為例，如圖1所示，MOS管的柵極G通過接觸孔a、第一金屬布線層I中的金屬線11、接觸孔b、第二金屬布線層2中的金屬線21、接觸孔C、第一金屬布線層I中的金屬線12以及接觸孔d與襯底10連接,相當于接地，MOS管電容器的源/漏極S/D通過接觸孔e、f與第一金屬布線層I中的金屬線13、接觸孔g、第二金屬布線層2中的金屬線22連接，金屬線22通過接觸孔h與第三金屬布線層3中的金屬線31連接，當金屬線31接高電位時，MOS管作為電容器進行工作。在上述MOS電容器的后段工藝制造過程中，在形成位于第一金屬布線層I和第二金屬布線層2之間的第一 IMD層時,若該器件位于上述正負電荷不均勻的區域，則會存在電荷通過形成第一 IMD層之前的第一金屬布線層I中的金屬線11、12，接觸孔a、d、e、f積累在MOS管的柵極G以及源漏極S/D，在此基礎上，如果在形成第二金屬布線層2時，利用第二層金屬布線層中的金屬線21將接觸孔b和接觸孔c連接，使MOS管柵極G與半導體襯底10連接，則在MOS管柵極G處積累的電荷會被導入半導體襯底10，而此時MOS管源漏極S/D處積累的電荷依然存在，進而導致MOS管柵極G與源漏極S/D之間存在電勢差，當該電勢差超過一定限度，則會發生源漏極S/D與柵極G之間氧化層的擊穿，使MOS管電容器的性能受到影響。
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明提供了 MOS管電容器的布線結構及布線方法，以避免在進行MOS管電容器后段布線工藝時發生MOS管柵極與源漏極之間的積累電荷擊穿問題。
[0007]本發明提供了一種MOS管電容器的布線結構，包括:
[0008]形成有MOS管的半導體襯底、覆蓋所述MOS管的層間介質層以及形成于所述層間介質層之上的金屬布線層堆疊結構；其中，
[0009]所述金屬布線堆疊結構包括一個頂層金屬布線層、位于所述頂層金屬布線層和層間介質層之間的多個中間金屬布線層以及位于所述金屬布線層堆疊結構中兩相鄰金屬布線層之間的多個金屬間介電層；
[0010]所述頂層金屬布線層包括接地連接金屬線以及外連互連線；
[0011]所述MOS管的柵極通過所述頂層金屬布線層的接地金屬線與所述半導體襯底連接，所述MOS管的源漏極與所述頂層金屬布線層的外連互連線連接。
[0012]進一步，所述金屬布線堆疊結構中的每個中間金屬布線層包括柵極連接金屬線、襯底連接金屬線以及源漏極連接金屬線；
[0013]位于各中間金屬布線層中的柵極連接金屬線之間通過設置于所述金屬間介電層中的柵極連接接觸孔連接；位于各中間金屬布線層中的襯底連接金屬線之間通過設置于所述金屬間介電層中的襯底連接接觸孔連接；位于各中間金屬布線層中的源漏極金屬線之間通過設置于所述金屬間介電層中的源漏極連接接觸孔連接。
[0014]進一步，所述層間介質層中設置有連接柵極連接金屬線和MOS管柵極的第一接觸孔、連接襯底和襯底連接金屬線的第二接觸孔以及連接源漏極連接金屬線和MOS管源漏極的第三接觸孔。
[0015]進一步，所述柵極連接金屬線、襯底連接金屬線以及源漏極連接金屬線相互絕緣。
[0016]進一步，所述接地連接金屬線與外連互連線絕緣。
[0017]本發明還提供了一種MOS管電容器的布線方法，包括:
[0018]提供半導體襯底；
[0019]在所述半導體襯底上形成MOS管結構；
[0020]形成覆蓋MOS管結構的層間介質層；
[0021]形成金屬布線堆疊結構，所述金屬布線堆疊結構包括多個中間金屬布線層、兩相鄰金屬布線層之間的多個金屬間介電層以及頂層金屬布線層；所述頂層金屬布線層包括接地連接金屬線以及外連互連線；其中，形成完多個所述金屬間介電層之后，形成連接半導體襯底與MOS管柵極的接地連接金屬線。
[0022]進一步，通過等離子體化學氣相沉積形成多個所述金屬間介電層。
[0023]進一步，所述金屬布線堆疊結構中的每個中間金屬布線層包括柵極連接金屬線、襯底連接金屬線以及源漏極連接金屬線；
[0024]位于各中間金屬布線層中的柵極連接金屬線之間通過設置于所述金屬間介電層中的柵極連接接觸孔連接；位于各中間金屬布線層中的襯底連接金屬線之間通過設置于所述金屬間介電層中的襯底連接接觸孔連接；位于各中間金屬布線層中的源漏極金屬線之間通過設置于所述金屬間介電層中的源漏極連接接觸孔連接。
[0025]進一步，所述層間介質層中設置有連接柵極連接金屬線和MOS管柵極的第一接觸孔、連接襯底和襯底連接金屬線的第二接觸孔以及連接源漏極連接金屬線和MOS管源漏極的第三接觸孔。
[0026]進一步，所述柵極連接金屬線、襯底連接金屬線以及源漏極連接金屬線相互絕緣，所述接地連接金屬線與外連互連線絕緣。
[0027]采用本發明提供的MOS管電容器的布線結構及布線方法，由頂層金屬布線層中的接地金屬線連接半導體襯底和MOS管柵極，最大可能的避免現有技術中過早的利用中間金屬布線層完成MOS管柵極接地導致的在利用等離子體化學氣相沉積形成金屬間介電層時，等離子體的正負電荷在空間的分布并不均勻的情況下，MOS管柵極處積累的電荷釋放，產生柵極與源/漏極之間的電勢差，進而發生MOS管源漏極與柵極之間氧化層擊穿的問題，提高了 MOS管電容器的性能。
【附圖說明】
[0028]圖1為現有MOS管電容的布線結構示意圖；
[0029]圖2為本申請MOS管電容的布線結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明是基于以下原理實現的:在形成MOS管電容器的布線結構時，只要使用等離子體化學氣相沉積形成金屬間介電層，就有可能出現空間內等離子體正負電荷的分布不均勻。
[0031]在現有技術中，由于MOS管電容器柵極與半導體襯底連接是通過第一金屬布線層實現的，換而言之，在第一時間MOS管的柵極就與半導體襯底導通，因此，在形成第一金屬布線層之后的任何一個金屬間介電層的形成過程中，只要發生上述的等離子體正負電荷的分布不均勻，MOS管電容器柵極處的電荷積累就會釋放至半導體襯底中，而源漏極處的電荷積累就會保留，由此導致了柵極與源漏極間的電勢差，而電勢差正是導致MOS管柵極與源漏極間氧化層擊穿的原因，因此，若使MOS管電容器的柵極和源漏極處不發生擊穿，就需要MOS管電容器的柵極和源漏極之間不存在電勢差，換而言之，就需要MOS管電容器柵極和源漏極處的電荷積累同時保持或者同時釋放。
[0032]由于生成第一金屬布線層之后形成的任一層金屬間介電層的沉積過程均可導致電荷積累，因此，在本申請中，考慮將實現MOS管電容器柵極與半導體襯底連接的步驟于完成所有的金屬間介電層沉積之后，這樣一來，在形成其中一層或幾層金屬間介電層時發生電荷積累，MOS管電容器柵極處和源漏極處的電荷則同時發生積累，且柵極處的積累電荷也不會被釋放至半導體襯底中，因此MOS管柵極與源漏極之間也不存在電勢差。進一步的，雖然某一步或某幾步的金屬間介電層的沉積過程會產生正負電荷分布的不均勻，但是整體的等離子體化學氣相沉積過程均是電中性的，因此，即便在形成中間幾層金屬間介電層時可能發生電荷積累，但在多次執行金屬間介電層沉積后，正負電荷也趨于相互中和，因此，在絕大多數情況下，由頂層金屬布線層完成MOS管柵極與半導體襯底的導通時，不會出現積累電荷始終積累的情況，換而言之，在絕大多數情況下，由頂層金屬布線層完成MOS管柵極與半導體襯底的導通時，MOS管柵極與源漏極處的積累電荷已經被中和，即使在最后一層金屬間介電層沉積時發生正負電荷分布不均勻，由于存在的電荷量有限，也很難擊穿MOS管的氧化層。
[0033]基于上述考慮，本發明提供了一種MOS管電容器的布線結構，包括:
[0034]形成有MOS管的半導體襯底、覆蓋所述MOS管的層間介質層以及形成于所述層間介質層之上的金屬布線層堆疊結構；其中，
[0035]所述金屬布線堆疊結構包括一個頂層金屬布線層、位于所述頂層金屬布線層和層間介質層之間的多個中間金屬布線層以及位于所述金屬布線層堆疊結構中兩相鄰金屬布線層之間的多個金屬間介電層；
[0036]所述頂層金屬布線層包括接地連接金屬線以及外連互連線；
[0037]所述MOS管的柵極通過所述頂層金屬布線層的接地金屬線與所述半導體襯底連接，所述MOS管的源漏極與所述頂層金屬布線層的外連互連線連接。
[0038