Mos管电容器的布线结构及布线方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种MOS管电容器的布线结构及布线方法。
【背景技术】
[0002]在半导体集成电路过程中，后段工艺主要包括在形成有器件的半导体衬底上形成层间介质层ILD (Inter Layer Dielectric)和金属布线层堆叠结构；其中，金属布线层堆叠结构包括多个金属布线层以及设置于两相邻金属布线层之间的金属间介电层MDdnterMetal Dielectric),通过在ILD和IMD中形成接触孔并填充金属线实现器件与金属布线层，以及金属布线层之间或金属布线层与其他器件的连接。
[0003]在现有技术中，IMD的沉积一般使用的是等离子体化学气相沉积，利用高频或直流电场将源气体电离形成等离子体，利用低温等离子体作为能量源，通入适量的反应气体，利用等离子体放电，使反应气体激活并实现IMD沉积。
[0004]然而实际工艺中，在进行MD沉积时，由于等离子体沉积设备中的等离子体的正负电荷在空间的分布并不均匀，因此，在整体呈电中性的空间中，会在局部区域存在正负电荷不均匀的区域，在这些区域中已形成的器件会在MD沉积过程中，通过接触孔中的金属线以及金属布线层获得一定程度的电荷积累。
[0005]以半导体集成电路中常见的以MOS管电容器的布线为例，如图1所示，MOS管的栅极G通过接触孔a、第一金属布线层I中的金属线11、接触孔b、第二金属布线层2中的金属线21、接触孔C、第一金属布线层I中的金属线12以及接触孔d与衬底10连接,相当于接地，MOS管电容器的源/漏极S/D通过接触孔e、f与第一金属布线层I中的金属线13、接触孔g、第二金属布线层2中的金属线22连接，金属线22通过接触孔h与第三金属布线层3中的金属线31连接，当金属线31接高电位时，MOS管作为电容器进行工作。在上述MOS电容器的后段工艺制造过程中，在形成位于第一金属布线层I和第二金属布线层2之间的第一 IMD层时,若该器件位于上述正负电荷不均勻的区域，则会存在电荷通过形成第一 IMD层之前的第一金属布线层I中的金属线11、12，接触孔a、d、e、f积累在MOS管的栅极G以及源漏极S/D，在此基础上，如果在形成第二金属布线层2时，利用第二层金属布线层中的金属线21将接触孔b和接触孔c连接，使MOS管栅极G与半导体衬底10连接，则在MOS管栅极G处积累的电荷会被导入半导体衬底10，而此时MOS管源漏极S/D处积累的电荷依然存在，进而导致MOS管栅极G与源漏极S/D之间存在电势差，当该电势差超过一定限度，则会发生源漏极S/D与栅极G之间氧化层的击穿，使MOS管电容器的性能受到影响。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了 MOS管电容器的布线结构及布线方法，以避免在进行MOS管电容器后段布线工艺时发生MOS管栅极与源漏极之间的积累电荷击穿问题。
[0007]本发明提供了一种MOS管电容器的布线结构，包括:
[0008]形成有MOS管的半导体衬底、覆盖所述MOS管的层间介质层以及形成于所述层间介质层之上的金属布线层堆叠结构；其中，
[0009]所述金属布线堆叠结构包括一个顶层金属布线层、位于所述顶层金属布线层和层间介质层之间的多个中间金属布线层以及位于所述金属布线层堆叠结构中两相邻金属布线层之间的多个金属间介电层；
[0010]所述顶层金属布线层包括接地连接金属线以及外连互连线；
[0011]所述MOS管的栅极通过所述顶层金属布线层的接地金属线与所述半导体衬底连接，所述MOS管的源漏极与所述顶层金属布线层的外连互连线连接。
[0012]进一步，所述金属布线堆叠结构中的每个中间金属布线层包括栅极连接金属线、衬底连接金属线以及源漏极连接金属线；
[0013]位于各中间金属布线层中的栅极连接金属线之间通过设置于所述金属间介电层中的栅极连接接触孔连接；位于各中间金属布线层中的衬底连接金属线之间通过设置于所述金属间介电层中的衬底连接接触孔连接；位于各中间金属布线层中的源漏极金属线之间通过设置于所述金属间介电层中的源漏极连接接触孔连接。
[0014]进一步，所述层间介质层中设置有连接栅极连接金属线和MOS管栅极的第一接触孔、连接衬底和衬底连接金属线的第二接触孔以及连接源漏极连接金属线和MOS管源漏极的第三接触孔。
[0015]进一步，所述栅极连接金属线、衬底连接金属线以及源漏极连接金属线相互绝缘。
[0016]进一步，所述接地连接金属线与外连互连线绝缘。
[0017]本发明还提供了一种MOS管电容器的布线方法，包括:
[0018]提供半导体衬底；
[0019]在所述半导体衬底上形成MOS管结构；
[0020]形成覆盖MOS管结构的层间介质层；
[0021]形成金属布线堆叠结构，所述金属布线堆叠结构包括多个中间金属布线层、两相邻金属布线层之间的多个金属间介电层以及顶层金属布线层；所述顶层金属布线层包括接地连接金属线以及外连互连线；其中，形成完多个所述金属间介电层之后，形成连接半导体衬底与MOS管栅极的接地连接金属线。
[0022]进一步，通过等离子体化学气相沉积形成多个所述金属间介电层。
[0023]进一步，所述金属布线堆叠结构中的每个中间金属布线层包括栅极连接金属线、衬底连接金属线以及源漏极连接金属线；
[0024]位于各中间金属布线层中的栅极连接金属线之间通过设置于所述金属间介电层中的栅极连接接触孔连接；位于各中间金属布线层中的衬底连接金属线之间通过设置于所述金属间介电层中的衬底连接接触孔连接；位于各中间金属布线层中的源漏极金属线之间通过设置于所述金属间介电层中的源漏极连接接触孔连接。
[0025]进一步，所述层间介质层中设置有连接栅极连接金属线和MOS管栅极的第一接触孔、连接衬底和衬底连接金属线的第二接触孔以及连接源漏极连接金属线和MOS管源漏极的第三接触孔。
[0026]进一步，所述栅极连接金属线、衬底连接金属线以及源漏极连接金属线相互绝缘，所述接地连接金属线与外连互连线绝缘。
[0027]采用本发明提供的MOS管电容器的布线结构及布线方法，由顶层金属布线层中的接地金属线连接半导体衬底和MOS管栅极，最大可能的避免现有技术中过早的利用中间金属布线层完成MOS管栅极接地导致的在利用等离子体化学气相沉积形成金属间介电层时，等离子体的正负电荷在空间的分布并不均匀的情况下，MOS管栅极处积累的电荷释放，产生栅极与源/漏极之间的电势差，进而发生MOS管源漏极与栅极之间氧化层击穿的问题，提高了 MOS管电容器的性能。
【附图说明】
[0028]图1为现有MOS管电容的布线结构示意图；
[0029]图2为本申请MOS管电容的布线结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]本发明是基于以下原理实现的:在形成MOS管电容器的布线结构时，只要使用等离子体化学气相沉积形成金属间介电层，就有可能出现空间内等离子体正负电荷的分布不均匀。
[0031]在现有技术中，由于MOS管电容器栅极与半导体衬底连接是通过第一金属布线层实现的，换而言之，在第一时间MOS管的栅极就与半导体衬底导通，因此，在形成第一金属布线层之后的任何一个金属间介电层的形成过程中，只要发生上述的等离子体正负电荷的分布不均匀，MOS管电容器栅极处的电荷积累就会释放至半导体衬底中，而源漏极处的电荷积累就会保留，由此导致了栅极与源漏极间的电势差，而电势差正是导致MOS管栅极与源漏极间氧化层击穿的原因，因此，若使MOS管电容器的栅极和源漏极处不发生击穿，就需要MOS管电容器的栅极和源漏极之间不存在电势差，换而言之，就需要MOS管电容器栅极和源漏极处的电荷积累同时保持或者同时释放。
[0032]由于生成第一金属布线层之后形成的任一层金属间介电层的沉积过程均可导致电荷积累，因此，在本申请中，考虑将实现MOS管电容器栅极与半导体衬底连接的步骤于完成所有的金属间介电层沉积之后，这样一来，在形成其中一层或几层金属间介电层时发生电荷积累，MOS管电容器栅极处和源漏极处的电荷则同时发生积累，且栅极处的积累电荷也不会被释放至半导体衬底中，因此MOS管栅极与源漏极之间也不存在电势差。进一步的，虽然某一步或某几步的金属间介电层的沉积过程会产生正负电荷分布的不均匀，但是整体的等离子体化学气相沉积过程均是电中性的，因此，即便在形成中间几层金属间介电层时可能发生电荷积累，但在多次执行金属间介电层沉积后，正负电荷也趋于相互中和，因此，在绝大多数情况下，由顶层金属布线层完成MOS管栅极与半导体衬底的导通时，不会出现积累电荷始终积累的情况，换而言之，在绝大多数情况下，由顶层金属布线层完成MOS管栅极与半导体衬底的导通时，MOS管栅极与源漏极处的积累电荷已经被中和，即使在最后一层金属间介电层沉积时发生正负电荷分布不均匀，由于存在的电荷量有限，也很难击穿MOS管的氧化层。
[0033]基于上述考虑，本发明提供了一种MOS管电容器的布线结构，包括:
[0034]形成有MOS管的半导体衬底、覆盖所述MOS管的层间介质层以及形成于所述层间介质层之上的金属布线层堆叠结构；其中，
[0035]所述金属布线堆叠结构包括一个顶层金属布线层、位于所述顶层金属布线层和层间介质层之间的多个中间金属布线层以及位于所述金属布线层堆叠结构中两相邻金属布线层之间的多个金属间介电层；
[0036]所述顶层金属布线层包括接地连接金属线以及外连互连线；
[0037]所述MOS管的栅极通过所述顶层金属布线层的接地金属线与所述半导体衬底连接，所述MOS管的源漏极与所述顶层金属布线层的外连互连线连接。
[0038