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Die Erfindung betrifft zum Herstellen
einer Kondensatoranordnung ein Verfahren, bei dem ein Schichtstapel
erzeugt wird. Der Schichtstapel enthält in der folgenden Reihenfolge:
- – eine
Grundselektrodenschicht für
eine Grundelektrode,
- – ein
Grunddlelektrikum, und
- – eine
Deckelektrodenschicht für
eine Deckelektrode.
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Solche Kondensatoren werden in integrierten
Schaltungsanordnungen auch als MIM-Kondensatoren bezeichnet (Metall-Isolator-Metall),
wobei die Elektrodenschichten bzw. die Elektroden nicht zwingend
aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung hergestellt sein
müssen.
So gibt es beispielsweise auch Elektroden aus dotiertem Polysilizium. Die
Elektroden haben üblicherweise
einen spezifischen Widerstand kleiner als 10–3 Ωcm. Zwischen den
Elektroden wird ein Dielektrikum angeordnet, das üblicherweise
einen spezifischen elektrischen Widerstand hat, der größer als
1012 Ωcm
ist.
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Für
viele Anwendungen bestehen besondere Anforderungen hinsichtlich
der Linearität
und der Güte
der Kondensatoren in den integrierten Schaltkreisen. Auch soll die
Herstellung des integrierten Kondensators möglichst einfach sein.
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Weiterhin soll die Flächenkapazität pro benötigter Chipfläche möglichst
groß sein.
Aus dem Fachaufsatz "High
performance, low complexity 0.18 um SiGe BiCMOS Technology for Wireless
Circuit Applications",
N. Feilchenfeld u.a., IEEE BCTM 11.3, Seite 197 bis Seite 200, ist
ein sogenannter dualer MIM-Kondensator
mit einer verdoppelten Flächenkapazität bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, zum
Herstellen einer Kondensatoranordnung ein einfaches Verfahren anzugeben,
mit dem sich insbesondere Kondensatoranordnungen herstellen lassen,
die eine hohe Güte
und eine hohe Linearität
und/oder eine große Flächenkapazität haben.
Außerdem
soll eine Kondensatoranordnung mit diesen Eigenschaften angegeben
werden.
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Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird
durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass es das Ziel der Technologieentwicklung ist, eine möglichst
hohe Kapazität
pro Flächeneinheit
bereitzustellen. Dies lässt
sich beispielsweise dadurch erreichen, dass Dielektrika ausgewählt werden,
deren Dielektrizitätskonstante
möglichst
groß sind.
Eine minimale zulässige
Dicke und damit auch die maximale Flächenkapazität wird jedoch durch die Produktanforderung
an Lebensdauer und Spannungsfestigkeit bestimmt. Beispielsweise
erzielt man bei einer Dicke von ca. 45 nm Siliziumnitrid SiN eine
Kapazität
von ca. 1.30 fF/μm2 (Femtofarad je Quadratmikrometer) bei einer
Lebensdauer von 15 Jahren, 2,3 mm2 Gesamtfläche im Produkt
und einer Betriebsspannung von 3,6 V. Eine weitere Reduzierung der
Dicke würde zu
Produktausfällen
innerhalb der zugrundegelegten 15 Jahre führen und ist somit nicht möglich. Höhere Gesamtkapazitäten führen zu
weiteren Flächenanforderungen
im Produkt und damit zu höheren
Chipkosten.
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Andererseits geht die Erfindung von
der Überlegung
aus, dass einer Erhöhung
der Anzahl der Elektroden, die zwischen zwei Metallisierungslagen angeordnet
sind, der Aufwand für
die Strukturierung jeder einzelnen Elektroden entgegensteht. Dieser Aufwand
steigt ohne zusätzliche
Maßnahmen
linear zur Anzahl der Elektroden.
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Deshalb werden beim erfindungsgemäßen Verfahren
zusätzlich
zu den eingangs genannten Verfahrensschritten zwischen der Grunddielektrikumschicht
und der Deckelektrodenschicht min destens eine Mittelelektrodenschicht
und eine Deckdielektrikumschicht angeordnet. Die Deckelektrodenschicht und
die Mittelelektrodenschicht werden mit einem ersten Lithografieverfahren
strukturiert. Anschließend
werden die vorstrukturierte Deckelektrodenschicht und die Grundelektrodenschicht
mit einem zweiten Lithografieverfahren strukturiert.
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Damit werden beim erfindungsgemäßen Verfahren
für drei
Elektroden nur zwei Lithografieverfahren benötigt. Die lineare Abhängigkeit
von Anzahl der Elektroden zur Anzahl der für die Strukturierung der Kondensatoranordnung
benötigten
Lithografieverfahren ist damit durchbrochen. Damit wird die Anzahl der
Lithografie- und Ätzschritte
im Prozess deutlich reduziert. Dieser Effekt wird um so deutlicher,
je mehr Elektroden übereinander
für eine
Kondensatoranordnung gestapelt werden.
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Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, zuerst einen Schichtstapel mit Elektrodenschichten
für die
benötigten
Elektroden zu erzeugen. Danach wird im ersten Lithografieverfahren
ein oberer Teil des Schichtstapels strukturiert, beispielsweise
die beiden oberen Elektrodenschichten oder ein oberer Schichtstapel
aus mehr als zwei Elektrodenschichten. In dem zweiten Lithografieverfahren
werden dann gleichzeitig sowohl Elektrodenschichten in dem oberen
Schichtstapel, d.h. Elektrodenschichten, die bereits mit Hilfe des
ersten Lithografieverfahrens strukturiert worden sind, als auch Elektrodenschichten
strukturiert, die mit Hilfe des ersten Lithografieverfahrens noch
nicht strukturiert worden sind.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zwischen der Grunddielektrikumschicht und der Deckelektrodenschicht
ein Stapel mit mindestens zwei Mittelelektrodenschichten erzeugt.
Nach dem Erzeugen einer Mittelelektrodenschicht und vor dem Erzeugen
der nächsten
Mittelelektrodenschicht wird jeweils eine Mitteldielektrikumschicht
erzeugt, die zwischen zwei benachbarten Mittelelektrodenschichten
liegt. Im einfachsten Fall der Weiterbildung enthält die Kondensatoranordnung
damit mindestens vier Elektroden. Jede Mittelelektrode wird für Kapazitäten oberhalb
bzw. unterhalb der Mittelelektrode genutzt. Bei der Verwendung von
fünf Elektroden
verdoppelt sich beispielsweise die Kapazität der Anordnung im Vergleich
zu einer Anordnung mit drei Elektroden, die ihrerseits im Vergleich
zu einer Anordnung mit zwei Elektroden eine doppelt so hohe Kapazität bzw. flächenbezogene
Kapazität
hat. Zum Herstellen einer Kondensatoranordnung mit fünf Elektroden
sind beispielsweise nur drei Lithografieverfahren erforderlich.
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Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird beim ersten Lithografieverfahren gemeinsam mit der Deckelektrodenschicht
mindestens eine zwischen der Deckelektrodenschicht und der Mittelelektrodenschicht
angeordnete Elektrodenschicht strukturiert. Außerdem wird beim ersten Lithografieverfahren
gemeinsam mit der Mittelelektrodenschicht mindestens eine zwischen der
Mittelelektrodenschicht und der Grundelektrodenschicht angeordnete
Elektrodenschicht strukturiert, beispielsweise eine der Mittelelektrodenschicht benachbarte
Elektrodenschicht. Die Grundelektrodenschicht selbst wird jedoch
beim ersten Lithografieverfahren nicht strukturiert.
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Bei der Weiterbildung werden beim
zweiten Lithografieverfahren die Deckelektrodenschicht und die zwischen
der Deckelektrodenschicht und der Mittelelektrodenschicht angeordnete
Elektrodenschicht strukturiert. Ebenfalls beim zweiten Lithografieverfahren
werden die Grundelektrodenschicht und mindestens eine zwischen der
Grundelektrodenschicht und der Mittelelektrode angeordnete Elektrodenschicht
strukturiert. Die außer
der Grundelektrodenschicht strukturierte Elektrodenschicht wurde
dabei im ersten Lithografieverfahren ebenfalls nicht strukturiert.
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Bei dieser Weiterbildung enthält die Kondensatoranordnung
mindestens sechs Elektroden. Zum Strukturieren von sechs Elektroden
mit jeweils von den anderen Elektroden verschiedenen Elektrodenformen
sind nur drei Lithografieverfahren erforderlich. Jedoch kann nach
dem gleichen Verfahren auch eine Kondensatoranordnung erzeugt werden,
die noch mehr Elektroden enthält,
beispielsweise neun Elektroden. Im Fall von neun Elektroden sind
zur individuellen Strukturierung jeder Elektrode nur vier Lithografieverfahren
erforderlich.
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Bei einer nächsten Weiterbildung wird nach den
ersten beiden Lithografieverfahren mindestens einmal ein drittes
Lithografieverfahren ausgeführt, bei
dem mindestens zwei nicht benachbarte Elektrodenschichten des Schichtstapels
strukturiert werden. Die zwischen den in dem dritten Lithografieverfahren strukturierten
Elektrodenschichten liegenden Elektrodenschichten werden in dem
dritten Lithografieverfahren jedoch nicht strukturiert. Durch diese
Maßnahmen
lassen sich Abstufungen weiter verfeinern, die mit den beiden ersten
Lithografieverfahren erzeugt worden sind.
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Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird beim Durchführen der
Lithografieverfahren die Ätzung
auf mindestens einer Dielektrikumschicht gestoppt, die unter der
in diesem Lithografieverfahrens zuletzt geätzten Elektrodenschicht liegt.
Die gesamte Ätzung
wird bei einer Ausgestaltung trocken-chemisch oder chemisch-physikalisch
durchgeführt,
z.B. mit einem Plasmaverfahren oder einem RIE-Verfahren (Reactive Ion Etching). Durch
diese Maßnahme
wird erreicht, dass das Dielektrikum im Bereich des Elektrodenrandes
nicht übermäßig geschädigt wird.
Besonders im Elektrodenrandbereich führen Beschädigungen des Dielektrikums
zu erheblichen Einschränkungen
bei der Linearität
und der Güte
der Kondensatoranordnung. Beispielsweise sind an diesen Bereichen
Spannungsüberschläge möglich.
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Bei einer alternativen Weiterbildung
wird beim Durchführen
eines Lithografieverfahrens die Ätzung
in der in diesem Lithografieverfahren zuletzt geätzten Elektrode gestoppt. Der
verbleibende Teil dieser Elektrode wird nass-chemisch geätzt. Beim nass-chemischen Ätzen wird
das Dielektrikum nicht so stark angegriffen, wie beim trocken-chemischen Ätzen.
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Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden angeätzte
bzw. als Ätzstopp
dienende Bereiche von Dielektrikumschichten in der Nähe einer
in einem Lithografieverfahren zuletzt strukturierten Elektrode im
nächsten und
auch im folgenden Lithografieverfahren mit einem Resist bedeckt,
so dass das Dielektrikum in diesen Bereichen nicht weiter geschädigt wird.
Elektrodenschichtrandbereiche, die in der Nähe eines in einem Lithografieverfahren
durchätzten
Dielektrikums liegen, werden in einem folgenden Lithografieverfahren
entfernt. Damit hat das geschädigte
Dielektrikum für
die Kondensatoranordnung keine elektrische Funktionen mehr.
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Bei einer nächsten Weiterbildung ist der Schichtstapel
der Kondensatoranordnung frei von in Stapelrichtung, d.h. in Normalenrichtung
zur Waferoberfläche,
fluchtenden Elektrodenkanten. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass
an den Außenkanten
der Elektroden keine durchgeätzten
Dielektrikumschichten liegen.
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Bei einer anderen Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die Elektrodenanschlüsse
jeder zweiten Elektrode auf einer Stapelseite angeordnet. Die Elektrodenanschlüsse der
anderen Elektroden werden dagegen auf einer anderen Stapelseite
angeordnet. Durch diese Maßnahme
ergibt sich eine sehr einfache Verdrahtung der Kondensatoranordnung
in einer Metallisierungsebene ohne zu stark verzweigte Leitbahnstrukturen.
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Bei einer nächsten Weiterbildung werden
die Elektroden des Schichtstapels mit gleicher Schichtdicke hergestellt.
Dies führt
zu einer geringen Höhe des
Schichtstapels im Vergleich zu unterschiedlich dicken Schichten
innerhalb eines Schichtstapels.
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Bei einer alternativen Weiterbildung
wird dagegen eine früher
als eine andere Elektrode strukturierte Elektrode dicker ausgeführt als
die andere Elektrode. Die dickere Elektrode ist vorzugsweise die Deckelektrode.
Das Verwenden von Elektroden unterschiedlicher Dicke ermöglicht es,
die Prozessfenster beim dem Strukturieren des Schichtstapels zu vergrößern.
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Bei einer nächsten Weiterbildung sind Elektrodenanschlüsse an mindestens
einer Seite, an mindestens zwei Seiten, an mindestens drei Seiten
oder an mindestens vier Seiten einer Elektrode aufgereiht. Durch
diese Maßnahme
lassen sich Anschlusswiderstände
verringern. Dies führt
zu einer hohen Güte
der Kondensatoranordnung.
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Bei einer nächsten Weiterbildung wird eine Elektrodenschicht
in mehrere Teilelektroden strukturiert, vorzugsweise die Deckelektrodenschicht.
Die Teilelektroden werden so angeschlossen, dass sie sich zum Vergrößern der
Kapazität
der Kondensatoranordnung zusammenschalten lassen. Solche sogenannten
Modellierungskapazitäten
könnten
beispielsweise in Dual- oder Tripelband-Mobilfunkschaltkreisen eingesetzt
werden.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine
Kondensatoranordnung, die in der folgenden Reihenfolge enthält:
- – eine
Grundelektrode,
- – ein
Grunddielektrikum,
- – mindestens
zwei Mittelelektroden,
- – ein
Deckdielektrikum, und
- – eine
Deckelektrode.
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Bei einer Weiterbildung enthält die Kondensatoranordnung
drei Mittelelektroden, fünf
Mittelelektroden oder sieben Mittelelektroden usw. Für die Kondensatoranordnung
und ihre Weiterbildung gelten die für das erfindungsgemäße Verfahren
genannten Wirkungen ebenfalls.
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Die Kondensatoranordnung lässt sich
zur Anpassung der Zielkapazität
in Hochfrequenzprodukten nutzen. Beispielsweise werden sie für GSM- (Global
System for Mobile Communication) oder in UMTS-Anwendungen (Universal
Mobile Telecommunication System), insbesondere bei sogenannten Handfes
bzw. Mobilfunktelefonen, aber auch im WLAN (Wireless Local Area
Network) verwendet. Beispielsweise wird eine in der Kondensatoranordnung
enthaltene Zusatzkapazität
zu einer in der Kondensatoranordnung enthaltenen Hauptkapazität zugeschaltet
bzw. von der Hauptkapazität
schaltungstechnisch getrennt.
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Auf Grund der erfindungsgemäßen Kondensatoranordnung
lässt sich
die Chipgröße erheblich reduzieren.
Typische Werte für
den Flächenanteil
von Kondensatoranordnungen in einem Hochfrequenzprodukt liegen bisher
beispielsweise bei 50 %. Wegen der Rück- und Einkopplungen sind
diese Flächen und
die unmittelbare Umgebung im Chip für aktive Bauelemente nicht
geeignet. Jede Reduzierung der Fläche durch die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung
führt deshalb
zu erheblichen Einsparungen bei der Chipfläche.
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Die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung liegt
entweder zwischen zwei Metallisierungslagen, die Leitbahnen enthalten,
welche zum Anschluss der Kondensatoranordnungen bzw. zum Anschluss
von elektronischen Bauelementen dienen. Jedoch werden die erfindungsgemäße Kondensatoranordnungen
auch zwischen mehr als zwei Metallisierungslagen angeordnet, insbesondere
genau übereinander
und mit elektrisch leitenden Verbindungen untereinander.
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Integrierte Schaltungsanordnung enthaltend eine
Kondensatoranordnung und Kondensatoranordnungen Die Erfindung betrifft
gemäß einem
zweiten Aspekt eine integrierte Schaltungsanordnung, die bspw. ein
Halbleitersubstrat enthält,
das eine Vielzahl aktiver Gebiete von elektronischen Bauelementen enthält. Das
Halbleitersubstrat ist beispielsweise ein Siliziumchip. Die aktiven
Gebiete sind beispielsweise Kanalgebiete von Feldeffekttransistoren
oder aktive Bereiche von Bipolartransistoren.
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Aufgrund der Vielzahl von elektronischen Bauelementen
sind in der integrierten Schaltungsanordnung mindestens drei durch
isolierende Zwischenlagen voneinander getrennte Metallisierungslagen
enthalten. Eine Metallisierungslage erstreckt sich üblicherweise
in einer Ebene. Die Metallisierungslage enthält Leitbahnen, die zum Anschluss
der elektronischen Bauelemente dienen.
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Außerdem enthält die integrierte Schaltungsanordnung
elektrisch leitfähige
Kontaktabschnitte, die quer, d.h. in Richtung der Normalen eines
Halbleitersubstrates, zu den Metallisierungslagen liegen. Diese
Kontaktabschnitte werden auch als sogenannte Vias bezeichnet.
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Aus dem Fachaufsatz "High performance, low
complexity 0.18 um SiGe BiCMOS Technology for Wireless Circuit Applications", N. Feilchenfeld u.a.,
IEEE BCTM 11.3, Seite 197 bis Seite 200, sind sogenannte Dual-MIM-Kondensatoren
(Metal-Insulator-Metal)
bekannt, die zu einer Verdoppelung der flächenbezogenen Kapazität führen. Der
bekannte MIM-Kondensator mit drei Elektroden liegt zwischen zwei
Metallisierungslagen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine
einfach aufgebaute Schaltungsanordnung mit Kondensatoranordnung
anzugeben, wobei die Kondensatoranordnung insbesondere eine hohe
Flächenkapazität, eine große Güte bzw.
eine hohe Linearität
hat. Außerdem sol len
Kondensatoranordnungen angegeben werden, die mindestens eine erfindungsgemäße Kondensatoranordnung
enthalten.
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Die auf die Schaltungsanordnung bezogene Aufgabe
wird durch eine Schaltungsanordnung mit den im Patentanspruch 15
angegebenen Merkmalen gelöst.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der zweite Aspekt der Erfindung geht
von der Überlegungen
aus, dass allein durch Verwenden von Dielektrika mit großen Dielektrizitätskonstanten und
minimalen Schichtdicken die Erhöhung
der Flächenkapazität an eine
Grenze gestoßen
ist. Außerdem
geht der zweite Aspekt der Erfindung von der Überlegung aus, dass auch beim
Verwenden von MIM-Kondensatoren mit mehr als zwei Elektroden zwischen
zwei Metallisierungslagen schnell eine Grenze in der Anzahl der
Elektroden erreicht wird. So ist der Abstand zwischen verschiedenen
Metallisierungslagen beispielsweise 1 μm.
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Deshalb enthält die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
eine Kondensatoranordnung, die zu zwei ineinandergreifenden Kondensatorplatten über Kontaktabschnitte
verschaltete Elektroden enthält.
Die Elektroden der Kondensatoranordnung sind in mindestens zwei
Zwischenlagen angeordnet. Mit anderen Worten erstreckt sich die
erfindungsgemäße Kondensatoranordnung über mehrere
Zwischenlagen bzw. auch über
mehrere Metallisierungslagen.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass sich
die Flächenkapazität bei Verwendung
der bisher üblichen
Maßnahmen
sogar bei Verwendung von nur einer Elektrode je Zwischenlage bei
Einbeziehung von beispielsweise fünf Zwischenlagen auf den fünffachen
Wert im Vergleich zu einem Einfach-MIM-Kondensator steigern lässt. Werden
in einer Zwischenlage drei oder noch mehr Elektroden angeordnet,
so steigt die Flächenkapazität bei Einbeziehung
von beispielsweise fünf
Zwischenlagen auf das Zehnfache. Steigt die Flächenkapazität so verringert sich die für eine Kondensatoranordnung
vorgegebener Kapazität
benötigte
Chipfläche.
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Außerdem bietet die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung
die Möglichkeit,
mindestens eine Elektrode je Zwischenlage nach demselben Layout
zu fertigen. Dadurch werden die zusätzlichen Kosten zur Entwicklung
von Masken gesenkt.
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Ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
besteht darin, dass jede Elektrode der Kondensatoranordnung auf
einfache Art und bei geringer benötigter Chipfläche mit
einer hohen Dichte an Kontaktlöchern
elektrisch angeschlossen werden kann. Die Folge davon ist eine hohe
Güte der
Kapazität.
Ferner wird der Effekt der Abhängigkeit
der Kapazität
von der Spannung bzw. von der Polung der Elektroden verringert.
Dies ist ein entscheidender Vorteil für Hochfrequenzprodukte, z.B. für Mobilfunkanwendungen
oder drahtlose lokale Netze.
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Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
liegt mindestens eine Elektrode oder eine Teilelektrode der Kondensatoranordnung
in einer Metallisierungslage. Damit wird die Elektrodenanzahl der übereinanderliegenden
Elektroden in der Kondensatoranordnung auf einfache Art erhöht.
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Bei einer Ausgestaltung enthält mindestens eine
Elektrode der Kondensatoranordnung eine in einer Metallisierungsebene
liegende Teil-Elektrode und eine zwischen zwei Metallisierungsebenen
liegende Teil-Elektrode. Die beiden Teil-Elektroden sind über mindestens
einen Kontaktabschnitt, vorzugsweise aber über mehrere Kontaktabschnitte
miteinander elektrisch leitend verbunden. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, dass die aus Teil-Elektroden bestehende Elektrode Zwischenräume überbrückt, die
in den Zwischenlagen nicht für
die Kondensatoranordnung benötigt
werden. Damit lassen sich Kondensatoranordnungen auf einfache Art
herstellen, die in einer Zwi schenlage einen Elektrodenstapel enthalten, dessen
Höhe geringer
als die Höhe
der Zwischenlage ist.
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Bei einer anderen Weiterbildung sind
Elektroden der Kondensatoranordnung in mindestens drei oder in mehr
als drei Zwischenlagen angeordnet. Je mehr Zwischenlagen in die
Kondensatoranordnung einbezogen werden, um so höher ist die Flächenkapazität und um
so öfter
lassen sich Maskenlayouts bzw. Teile von Maskenlayouts mehrfach
nutzen.
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Bei einer nächsten Weiterbildung hat mindestens
eine in einer Zwischenlage angeordnete Elektrode den gleichen Umriss
wie eine andere in einer anderen Zwischenlage angeordnete Elektrode. Durch
diese Maßnahmen
lassen sich Teillayouts von Masken für diese Elektrode mehrfach
bei der Herstellung einer Schaltungsanordnung nutzen.
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Bei einer nächsten Weiterbildung sind die Elektroden
mit gleichem Umriss genau übereinander angeordnet,
d.h. sie fluchten entlang ihres gesamten Randes in Normalenrichtung
einer die Kondensatoranordnung tragenden Substratfläche, z.B.
ein Halbleitersubstrat. Beim Übernehmen
von Teillayout-Daten der Masken kann durch diese Maßnahme neben
den Umrissen sogar die Position innerhalb einer Ebene beibehalten
werden.
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Bei einer nächsten Weiterbildung sind zwischen
zwei Metallisierungslagen mindestens zwei Elektroden oder mindestens
drei Elektroden angeordnet. Dabei bezieht sich der Begriff Elektrode
im Rahmen diese Beschreibung auch auf eine Teilelektrode, sofern
nichts anderes angegeben wird.
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Bei einer Weiterbildung gibt es mindestens drei
in der Kondensatoranordnung aufeinanderfolge Elektroden, die mit
einer Anzahl von Lithografieverfahren strukturiert worden sind,
die kleiner als die Anzahl der aufeinanderfolgenden Elektroden ist.
So lassen sich beispielsweise drei Elektroden mit nur zwei Lithografieverfahren
strukturieren, wenn in einem ersten Lithografieverfahren die beiden
oberen Elektroden und im zweiten Lithografieverfahren die oberste
und die unterste Elektrode strukturiert werden. Durch diese Maßnahme sinkt
der Aufwand für die
Masken weiter, weil weniger Masken erforderlich sind, die gegebenenfalls
auch in mehreren Zwischenlagen verwendet werden können.
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Bei einer nächsten Weiterbildung ist jede Elektrode
mit mehreren Kontaktabschnitten angeschlossen. Durch diese Maßnahme verringert
sich der Kontaktwiderstand. Die Güte des Kondensators und seine
Linearität
steigen.
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Bei einer Ausgestaltung beträgt die Kontaktfläche mindestens
einer in einer Zwischenlage liegenden Teil-Elektrode mehr als 30
% (Prozent) oder mehr als 50 % der Grundfläche dieser Teilelektrode. Die
Teil-Elektroden lassen sich in der Kondensatoranordnung ohne zusätzliche
Chipfläche
mit einer sehr großen
Kontaktfläche
anschließen.
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Bei einer nächsten Weiterbildung ist die
Kontaktfläche
zum Anschluss mindestens einer weiteren Elektrode, die keine Teil-Elektrode
ist, gleich der Kontaktfläche
zum Anschluss der Teil-Elektrode. Vorzugsweise sind alle Elektroden
der Kondensatoranordnung über
gleiche Kontaktflächen
angeschlossen. Durch diese Maßnahme
erhöht
sich die Linearität.
Es verringert sich die Abhängigkeit
von Spannung bzw. Polung, so dass die Kondensatoranordnung insbesondere
für Hochfrequenzanwendungen
geeignet ist, d.h. für
Anwendungen mit Umladevorgängen
auf der Kondensatoranordnung im oberen Kilohertzbereich oder sogar
im Megahertzbereich.
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Bei einer nächsten Weiterbildung sind die metallischen
Abschnitte der Metallisierungslagen aus Kupfer, aus Aluminium, aus
einer Kupferlegierung oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellt.
Die Metallisierungslagen haben eine Dicke größer als 100 nm oder größer als
150 nm. Beispielsweise werden Metallisierungslagen mit einer Dicke
von 500 nm verwendet.
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Die metallischen Abschnitte der Metallisierungslagen,
insbesondere die Elektroden bzw. Teil-Elektroden, lassen sich an
zwei Flächen,
d.h. von oben und von unten kontaktieren. Dagegen werden Elektroden
in Zwischenlagen nur an ihrer oberen Elektrodenfläche kontaktiert.
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Als Material für die Elektroden in Zwischenlagen
wird bei einer Ausgestaltung ein Metall oder eine Metalllegierung
eingesetzt. Insbesondere bei Verwenden von Metallnitride, z.B. von
Titannitrid, Tantalnitrid oder Wolframnitrid lassen sich die Elektroden
in Zwischenlagen sehr dünn
ausführen.
Bei einer Weiterbildung sind die Elektroden in Zwischenlagen dünner als
100 nm oder sogar dünner
als 60 nm, beispielsweise 45 nm. Durch Verwenden solch dünner Elektrodenschichten
lässt sich
die Höhe
der Kondensatoranordnung klein halten. Dies gilt insbesondere dann,
wenn mehr als eine Elektrode je Zwischenlage ausgebildet wird.
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Das Dielektrikum zwischen den Elektroden ist
bei einer Ausgestaltung ein Oxid, insbesondere Siliziumdioxid. Jedoch
werden alternativ auch Nitride verwendet, beispielsweise Siliziumnitrid.
Auch Doppel- oder Mehrfachschichten aus dielektrischen Materialien
werden eingesetzt.
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Die Erfindung betrifft außerdem Kondensatoranordnungen,
d.h. einen Satz von mindestens zwei Kondensatoranordnungen. Die
Kondensatoranordnungen sind bis auf geometrische Entwürfe zum Festlegen
der Lage der Kontaktabschnitte nach den gleichen geometrischen Entwürfen gefertigt
worden. So sind insbesondere die Elektroden in Zwischenlagen in
beiden Kondensatoranordnungen gleich. Mindestens eine der Kondensatoranordnungen
ist wie eine erfindungsgemäße Kondensatoranordnung oder
eine ihrer Weiterbildungen aufgebaut. Außerdem ist zum Anschluss einer
Elektrode in der einen Kondensatoranordnung mindestens ein Kontaktabschnitt
vorhanden, der in der anderen Kondensatoranordnung nicht vorhanden
ist, d.h. fehlt, so dass mindes tens eine Elektrode in der anderen
Kondensatoranordnung nicht angeschlossen ist.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass Kondensatoranordnungen
unterschiedlicher Kapazität
auf einfache Art und Weise durch Einfügen oder Weglassen eines Kontaktabschnitts
oder mehrerer Kontaktabschnitte bei sonst gleichem Herstellungsprozess
gefertigt werden können.
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Bei einer Weiterbildung hat die angeschlossene
Elektrode bezüglich
der einen Kondensatoranordnung die gleiche Lage wie die nicht angeschlossene
Elektrode bezüglich
der anderen Kondensatoranordnung.
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Verfahren zum Herstellen einer integrierten Kondensatoranordnung
und integrierte Kondensatoranordnung Die Erfindung betrifft gemäß einem dritten
Aspekt ein Verfahren mit den Schritten:
- – Erzeugen
einer dielektrischen Schicht,
- – Erzeugen
einer Elektrodenschicht auf der dielektrischen Schicht, und
- – Strukturieren
der Elektrodenschicht mit einem chemischen oder einem chemisch-physikalischen Trockenätzverfahren.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, zum
Herstellen einer integrierten Kondensatoranordnung ein einfaches
Verfahren anzugeben, das es insbesondere erlaubt, Kondensatoranordnungen
hoher Güte,
hoher Linearität,
mit geringen Kapazitätstoleranzen
bzw. mit langer Lebensdauer herzustellen. Insbesondere soll auch
eine die Kondensatoranordnung enthaltende integrierte Schaltungsanordnung
mit einer hohen Ausbeute gefertigt werden können. Außerdem soll eine integrierte
Kondensatoranordnung angegeben werden.
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Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird
durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 26 angegebenen Verfahrens schritten
gelöst.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht davon aus, dass
Lebensdauertests von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren, d.h.
sogenannten MIMCAPs, zeigen, dass über das Strukturieren der Metallelektroden
insbesondere beim Plasmaätzen
direkt Einfluss auf die Qualität
des Kondensators genommen wird. Ein optimal angepasster Plasma-Ätzprozess
würde zwar
zu deutlich erhöhten
Lebensdauern der Kondensatoranordnung führen, jedoch nur auf Kosten
eines hinreichenden Prozessfensters für den Ätzprozess. Mit Rücknahme der
das Dielektrikum schädigenden
Metallätzung steigt
nämlich
gemeinsam mit der Qualität
des Dielektrikums das Risiko von Produktausfällen, insbesondere durch Kurzschlüsse, die
durch Reste des Metalls der Elektrode erzeugt werden. Mit anderen Worten
gilt, je geringer die Überätzung, um
so größer ist
die Lebensdauer der Kondensatoranordnung.
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Andererseits gilt jedoch, dass reale
Halbleiterscheiben nicht ideal plan sind, sondern topologiebedingte
Unebenheiten enthalten. Außerdem schwankt
die Dicke der Elektrodenschicht, so dass eine "theoretische" Ätzdauer,
die sich aus der Dicke der Elektrodenschicht dividiert durch die Ätzrate berechnet,
zu Metallresten auf dem Dielektrikum führen würde. Die Folge sind Kurzschlüsse, z.B.
zwischen benachbarten Kondensatoranordnungen oder zu sogenannten
Vias. Auch treten Maskierungseffekte beim anschließenden Strukturieren
der Elektrode auf. Weiterhin sind insbesondere hinsichtlich der
erzielbaren Fertigungstoleranzen für die Kapazität des Kondensators
Reste sehr störend,
die sich an den durch den Trockenätzprozess schon vorstrukturierten
Elektrodenrändern
befinden und die über
den vorstrukturierten Rand hinausragen.
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Außerdem geht die Erfindung von
der Überlegung
aus, dass zur Strukturierung der metallischen Elektroden "gerichtete" Ätzungen mit senkrechter Vorzugsrichtung
verwendet werden, d.h. mit Vorzugsrichtung in Normalenrichtung einer
Halbleitersub stratfläche
mit aktiven Bereichen. Allerdings besitzt jede Ätzung einen isotropen, in diesem
Fall einen lateralen Anteil. Neben der senkrecht gerichteten Strukturierung
der Elektrode wird an der Grenzschicht zwischen Dielektrikum und
Elektrode ein lateraler Ätzangriff
auftreten. An diesen Stellen bilden sich im Betrieb Spannungsspitzen
aus, die zum verfrühten
Produktausfall führen.
Die laterale Komponente einer Trockenätzung ist aber klein im Verhältnis zur
lateralen Komponente einer anisotropen Nassätzung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird deshalb die Elektrodenschicht mit einem stark isotropen und
eine hohe Maßhaltigkeit
gewährleistenden Trockenätzverfahren
soweit strukturiert, dass nur noch wenige Reste auf der dielektrischen
Schicht verbleiben. Anschließend
werden diese Reste nasschemisch entfernt, bspw. in einem nasschemischen Ätzprozess
oder in einem Reinigungsschritt.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass das
Dielektrikum beim Strukturieren der Elektrodenschicht, insbesondere
beim Trockenätzen,
nicht oder nur bezüglich
der Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Kondensatoranordnung
in einem vernachlässigbaren
Maße angeätzt wird.
Das Stehenlassen von Resten beim Trockenätzen und das danach erfolgende
nasschemische Entfernen der Reste gewährleisten, dass trotz der langen
Lebensdauer die Fertigung mit einer hohen Ausbeute durchgeführt werden
kann. Der nasschemische Schritt kann auf Grund der geringen Dicken
der Reste sehr kurz sein, bspw. weniger als 30 Sekunden. Dadurch ist
die Anisotropie des nasschemischen Prozesses hinnehmbar.
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Alternativ verbleibt von der Elektrodenschicht
in den beim Trockenätzen
angegriffenen Bereichen eine dünne
durchgehende Schicht ohne Löcher
und es werden nasschemisch diejenigen Bereiche der Elektrodenschicht
entfernt, die beim Trockenätzverfahren
bereits gedünnt
worden sind. In diesem Fall wird das Dielektrikum durch das Trockenätzverfahren
nicht geschä digt.
Bspw. wird die Elektrodenschicht vor dem Nassätzen bis auf eine Dicke von
nur 2 nm (Nanometer) oder 3 nm gedünnt.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das nasschemische Entfernen der Reste selektiv zu dem Material
der dielektrischen Schicht durchgeführt, vorzugsweise mit einer Selektivität, die größer als
4:1 oder sogar größer als 10:1
ist. Durch diese Maßnahme
wird erreicht, dass beim Entfernen der Reste das Dielektrikum nicht
beschädigt
wird. Insbesondere wird eine Schädigung des
Dielektrikums in der Nähe
des empfindlichen Elektrodenrandes dadurch vermieden. Nassätzungen
haben eine sehr hohe Selektivität
im Vergleich zu Trockenätzungen,
insb. im Vergleich zu chemischphysikalischen Trockenätzungen.
So sind bei Nassätzungen
bzw. Nassreinigungen Selektivitäten
von mindestens 100:1 oder 150:1 möglich.
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Bei einer nächsten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Elektrodenschicht zeitgesteuert geätzt. Es wird also keine Endpunkterfassung
eingesetzt, die eine deutliche Anätzung des Dielektrikums zur
Voraussetzung hätte.
Insbesondere bei sehr dünnen
Elektrodenschichten, bspw. bei Elektrodenschichten mit einer Dicke,
die 100 nm oder 60 nm nicht übersteigt,
lässt sich
die Ätzdauer
auf Grund der dann noch geltenden linearen Zusammenhänge auf
einfache Art berechnen, in dem bspw. die sehr genau prozesstechnisch
einstellbare Schichtdicke durch die Ätzrate dividiert wird. Die Ätzrate wurde
zuvor bspw. empirisch ermittelt. Bei der oben genanten zweiten Alternative
wird die so berechnete Ätzdauer
um einige Sekunden verkürzt, um
die Elektrodenschicht nur zu dünnen.
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Die Elektrodenschicht besteht bspw.
aus einem Metallnitrid, insbesondere aus Titannitrid, Wolframnitrid
oder Tantalnitrid. Diese Materialien sind hinreichend gut leitend
und las sen sich in sehr kleinen Schichtdicken mit vertretbarem Aufwand
abscheiden.
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Bei einer nächsten Weiterbildung besteht
die Elektrodenschicht aus Titannitrid. Bspw. lässt sich Titannitrid mit Stickstofftrifluorid
NF3 oder mit Schwefelhexafluorid SF6 trockenätzen.
Für die
Nassreinigung bzw. das Nassätzen
wird bei einer Weiterbildung eine wässrige basische Lösung verwendet,
die bspw. Wasserstoffperoxid H2O2, Ammoniak NH3 und
Wasser H2O enthält. Wasserstoffperoxid H2O2 dient als Oxidationsmittel,
das sich bildendes TiO2 in Lösung bringt.
Alternativ wird zur Nassreinigung auch ein Säure verwendet, insbesondere
eine Lösung
aus Salpetersäure
HNO3 und Flusssäure HF.
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Bei einer Weiterbildung enthält die dielektrische
Schicht Siliziumnitrid oder Siliziumdioxid. Es werden jedoch auch
andere geeignete Dielektrika eingesetzt, z.B. Dielektrika deren
relativen Dielektrizitätskonstanten
größer als
8 sind. Eine hohe Flächenkapazität lässt sich
nur mit sehr dünnen
Dielektrikas erzielen, wobei jedoch eine Mindestdicke nicht unterschritten
werden sollte, um eine große
Ausbeute bei der Herstellung zu erzielen.
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Bei einer anderen Weiterbildung der
Erfindung wird nach dem nasschemischen Entfernen die dielektrische
Schicht strukturiert, insbesondere mit einem chemischen oder mit
einem chemisch-physikalischen Ätzverfahren.
Alternativ oder kumulativ wird die dielektrische Schicht mit einem
Abstand zur Elektrode strukturiert, insbesondere mit einem Abstand
der größer als
5 nm oder größer als
50 nm oder größer als
100 nm ist, so dass Schädigungen
des hochwertigen Dielektrikums in der Nähe des Elektrodenrandes vermieden
werden.
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Bei einer anderen Weiterbildung wird
die Elektrodenschicht mit dem Trockenätzverfahren nur gering bzw.
nicht überätzt, wobei
die Überätzzeit kleiner
als 6 Sekunden oder kleiner als 3 Sekunden ist, vorzugsweise 0 Sekunden.
Je kleiner die Überätzzeit um
so höher
die Lebensdauer der Kondensatoranordnung.
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Bei einer anderen Weiterbildung wird
eine laterale Anätzung
der Elektrode während
der Trockenätzung
und insbesondere während
der Nassätzung
durch ein Vorhaltemaß einer
Maske ausgeglichen, die in einem Lithografieverfahren zum Strukturieren
der Elektrode eingesetzt wird.
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Bei einer Weiterbildung wird das
erfindungsgemäße Verfahren
oder eine seiner Weiterbildungen für die Herstellung einer Schaltungsanordnung
verwendet, deren Lebensdauer unter den für sie typischen Anwendungsbedingungen
mindestens 7 Jahre oder mindestens 10 Jahre ist. Die Lebensdauer
der Schaltungsanordnung wird maßgeblich
durch die Lebensdauer der Kondensatoranordnung bestimmt.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine
integrierte Kondensatoranordnung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt worden ist. Die Dicke einer dielektrischen Schicht der
Kondensatoranordnung in mindestens einem nicht von der Elektrode
bedeckten Bereich, weicht um weniger als 5 nm oder um weniger als
1 nm von der Dicke der dielektrischen Schicht unter der Elektrode
ab. Die dielektrische Schicht ist außerdem an den nicht von der
Elektrode bedeckten Breichen frei von Resten einer Elektrodenschicht,
die zum Herstellen der Elektrode strukturiert worden ist. Auf Grund
dieser Merkmale gelten für
die erfindungsgemäße Kondensatoranordnung
die technischen Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Weiterbildungen.
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Eine elektrodennahe Grenze des Abschnitts liegt
bei einer Weiterbildung mindestens 3 nm (Nanometer) von der Elektrode
entfernt. Der Abschnitt ist außerdem
mindestens 5 nm breit. Innerhalb des Abschnitts variiert die Dicke
der dielektrischen Schicht bspw. nur um höchsten 1 nm.
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Bei einer anderen Weiterbildung der
Kondensatoranordnung wird die dielektrische Schicht von mindestens
einem Kontaktabschnitt oder von einer Vielzahl von Kontaktabschnitten,
sogenannten Vias, durchdrungen. Insbesondere ist dies dann der Fall,
wenn die unmittelbar unter der dielektrischen Schicht liegende Elektrode
von oben kontaktiert wird.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin
zeigen:
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1 eine
Zwischenstufe bei der Herstellung einer Kondensatoranordnung mit
drei Elektroden, 2 eine
weitere Zwischenstufe bei der Herstellung der Kondensatoranordnung
mit drei Elektroden,
-
3 einen
Kondensator mit drei Elektroden, 4A bis 4C Ansichten eines weiteren
Kondensators mit drei Elektroden,
-
5A bis 5C Zwischenstufen bei einem zweiten
Lithografieverfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung mit
drei Elektroden unterschiedlicher Dicke, 6A bis 6C einen
Vergleich des Flächenverbrauchs
für verschiedene
Kondensatoranordnungen,
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7A bis 7D Herstellungsstufen bei
der Herstellung einer Kondensatoranordnung mit neun Elektroden, 8 eine Kondensatoranordnung
mit neun Elektroden, 9 eine
sich über
vier Metallisierungslagen erstreckende Kondensatoranordnung mit drei
Einfach-MIM-Kondensatoren,
und
-
10 eine
sich über
drei Metallisierungslagen erstreckende Kondensatoranordnung mit
zwei Tripel-MIM-Kondensatoren,
-
11A eine
Herstellungsstufe bei der Herstellung einer Kondensatoranordnung,
-
11B die
Kondensatoranordnung nach dem Trockenätzen einer Elektrodenschicht,
-
11C die
Kondensatoranordnung nach einem nasschemischen Reinigungsschritt
zum Entfernen von Resten der Elektrodenschicht, und
-
11D weitere
Herstellungsstufen der Kondensatoranordnung.
-
1 zeigt
eine Zwischenstufe bei der Herstellung einer Kondensatoranordnung 10,
die auf einer Dielektrikumschicht 12 angeordnet ist. Die
Dielektrikumschicht 12 bildet das Dielektrikum zwischen verschiedenen
Leitbahnen einer Metallisierungslage im Inneren einer integrierten
Schaltungsanordnung. Beispielsweise hat die Dielektrikumschicht 21 eine Dicke
von 300 nm und besteht aus Siliziumdioxid.
-
Auf die Dielektrikumschicht 12 wird
eine Grundelektrodenschicht aufgebracht, z.B. aufgesputtert. Im
Ausführungsbeispiel
bestehen sämtliche Elektrodenschichten
aus Titannitrid TiN. Die Elektrodenschichten haben beispielsweise
eine Dicke von jeweils 50 nm.
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Nach dem Aufbringen der Grundelektrodenschicht 14 wird
eine Grunddielektrikumschicht 16 aufgebracht. Die Grunddielektrikumschicht 16 besteht
beispielsweise aus Siliziumnitrid SiN und wird beispielsweise aus
der Gasphase abgeschieden. Die Dicke der Grunddielektrikumschicht 16 beträgt im Ausführungsbeispiel
ebenfalls 50 nm.
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Nach dem Abscheiden der Grunddielektrikumschicht 16 wird
eine Mittelelektrodenschicht 18 aus Titannitrid TiN abgeschieden,
die ebenfalls eine Dicke von 50 nm hat. Anschließend wird eine Deckdielektrikumschicht 20 aus
Siliziumnitrid in einer Dicke von 50 nm aufgebracht. Dann wird eine
Deckelektrodenschicht 22 aus Titannitrid mit einer Dicke von
50 nm erzeugt. Den Abschluss eines die Schichten 14 bis 22 enthaltenden
Schichtstapels 24 bildet eine Siliziumnitridschicht 23 mit einer
Dicke von 50 nm. Die Schichten des Schichtstapels 24 liegen
parallel zu einer Waferoberfläche
eines in 1 nicht dargestellten
Wafers, der auch die Dielektrikumschicht 12 trägt.
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Auf den Schichtstapel 24 wird
eine Fotolackschicht 26 aufgebracht und gemäß den Mustern
einer Fotomaske belichtet. Die belichtete Fotolackschicht 26 wird
entwickelt, wobei ein Fotolackschichtbereich 26a auf dem
Schichtstapel 24 verbleibt.
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Wie in 2 dargestellt,
wird der Schichtstapel 24 anschließend mit einem Trockenätzprozess geätzt, wobei
gemäß dem Fotolackschichtbereich 26a zunächst die
Siliziumnitridschicht 23, dann die Deckelektrodenschicht 22,
die Deckdielektrikumschicht 20 und die Mittelelektrodenschicht 18 strukturiert
werden. Es entstehen eine vorstrukturierte Deckelektrode 22a,
ein Deckdielektrikum 20a und eine Mittelelektrode 18a.
Die Trockenätzung
der Mittelelektrode 18a wird selektiv zur Grunddielektrikumschicht 16 geführt, so
dass die Grunddielektrikumschicht 16 durch die Ätzung kaum
angegriffen wird. In den Figuren ist der Ätzangriff übertrieben stark gezeichnet.
Die Dielektrikumschicht 23a und die Deckdielektrikumschicht 20 werden
ohne Veränderung der Ätzbedingungen
oder unter Veränderung
der Ätzbedingungen
geätzt.
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Beispielsweise wird der Ätzprozess
unterteilt in:
- 1. zeitgesteuerte Ätzung der
Dielektrikumschicht 23,
- 2. Ätzung
der Deckelektrodenschicht 18 mit einer Ätzung, die hochselektiv zur
Deckdielektrikumschicht 20 ist. Erfassen dieses Endpunktes
zum Beenden des Ätzens
und zur Prozesskontrolle.
- 3. Ausführen
einer unselektiven zeitgesteuerten Ätzung der Deckdielektrikumschicht 20 unselektiv zur
Mittelelektrodenschicht 18.
- 4. Danach wird wiederum eine hochselektive Ätzung mit Endpunkterkennung
auf der Grunddielektrikumschicht 16 durchgeführt.
-
Durch diese Verfahrensweise ist ein
hinreichend großes
Prozessfenster sichergestellt.
-
Wie in 2 weiter
dargestellt, wird auf den bereits vorstrukturierten Schichtstapel 24a und
die freiliegenden Bereiche der Grunddielektrikumschicht 16 eine
Fotolackschicht 50 aufgebracht. Die Fotolackschicht 50 wird
gemäß einer
zweiten Fotomaske belichtet und entwickelt. Nach dem Entwickeln
verbleiben von der Fotolackschicht 50 Fotolackbereiche 52 bis 58.
Der Fotolackbereich 52 liegt auf der Grunddielektrikumschicht 16 und
grenzt an die linke Seite des Schichtstapels 24a an und
legt fest, wie weit eine zu erzeugende Grundelektrode über die
Mittelelektrode 18a auf der linken Seite der Kondensatoranordnung 10 hinausragt.
Der Fotolackbereich 54 liegt auf der bereits vorstrukturierten
Dielektrikumschicht 23a in einem mittleren Bereich. Der
Fotolackbereich 54 legt die Lage der Deckelektrode fest
und gleichzeitig den Überstand
der Mittelelektrode 18a bezüglich der fertiggestellten
Deckelektrode.
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Ein Fotolackbereich 56 liegt
auf der Grunddielektrikumschicht 16 an der rechten Seite
des Schichtstapels 24a. Durch den Fotolackbereich 56 wird
ein Randbereich 60 der Grunddielektrikumschicht 16 vor
weiteren Ätzangriffen
geschützt.
Außerdem
legt der Fotolackbereich 56 den Überstand der zu erzeugenden
Grundelektrode bezüglich
der Mittelelektrode 18a auf der rechten Stapelseite fest.
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Der Fotolackbereich 58 ist
durch eine Aussparung 62 vom Fotolackbereich 56 getrennt
und dient zum Festlegen der Struktur einer Leitbahn in der Grundelektrodenschicht 16.
Diese Leitbahn soll nicht zur Kondensatoranordnung 10 gehören.
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Anschließend werden mittels eines Trockenätzprozesses
die vorstrukturierte Deckelektrode 52a und die Grundelektrodenschicht 14 geätzt. Dabei wird
unter Ausnutzung der Selektivität
der Metallätzung
gegenüber
den Dielektrika gezielt die folgende Stapelfolge geätzt:
- – zeitgesteuertes Ätzen der
vorstrukturierten Dielektrikumschicht 23a,
- – Ätzen der
metallischen vorstrukturierten Deckelektrode 22a mit Stopp
im vorstrukturierten Deckdielektrikum 20a.
-
Dabei werden gleichzeitig die Grunddielektrikumschicht 16 und
danach die Grundelektrodenschicht 14 strukturiert.
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Gegebenenfalls wird gezielt überätzt, um
sicher in die Dielektrikumschicht 12 zu gelangen. Eine andere
Möglichkeit
zur Vergrößerung des
Prozessfensters wird unten an Hand der 5A bis 5C näher erläutert.
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Bei dem an Hand der 1 und 2 erläuterten Verfahren
entsteht eine Kondensatoranordnung 10, die einer in 3 gezeigten Kondensatoranordnung 110 bis
auf geringe Unterschiede gleicht. Gleiche Bestandteile der Kondensatoranordnung 110 wie
in der Kondensatoranordnung 10 werden mit den gleichen Bezugszeichen,
jedoch mit einer vorangestellten 1 bezeichnet. So wird die Grundelektrode
mit dem Bezugszeichen 114a bezeichnet. Eine durch einen
dem Fotolackbereich 58 entsprechenden Fotolackbereich strukturierte
Leitbahn 114b ist ebenfalls in 3 dargestellt.
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Auf der Grundelektrode 114a befindet
sich eine durch die Ätzung
zum Erzeugen des Schichtstapels 124b nur leicht angegriffene
Grunddielektrikumschicht 116a. Über der Leitbahn 114b befindet
sich ein verbliebener Bereich 116b der Dielektrikumschicht,
aus der auch die Dielektrikumschicht 116a gebildet wird.
-
Beim Strukturieren des Schichtstapels 124b wurden
die Deckelektrode 122b und die Mittelelektrode 118a an
ihren linken Rand zueinander fluchtend in einer Normalen des Halbleiterwafers
ausgebildet. Dies wird dadurch erreicht, dass der die Dielektrikumschicht 123a bedeckende
Lack bis an die linke Kante der Dielektrikumschicht 123a nach
dem Entwickeln heranreicht, siehe gestrichelte Linie 130 in 2. Alternativ lässt sich
durch eine Verkürzung
des Fotolackbereichs eine Strukturierung erreichen, bei der Schäden im Randbereich
des Deckdielektrikums 120a durch eine linksseitige Verkürzung der
Deckelektrode 122b schaltungstechnisch unwirksam gemacht
werden, siehe gestrichelte Linie 132 in 2.
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Wie in der Schnittdarstellung gemäß 3 gut zu erkennen ist, wurde
anschließend
auf den Schichtstapel 124b eine dielektrische Schicht 140 abgeschieden,
beispielsweise aus Siliziumdioxid. Die dielektrische Schicht 140 bildet
ein Dielektrikum zwischen den Metallisierungslagen 142 und 144.
Die Metallisierungslage 142 enthält beispielsweise die Grundelektrode 114a und
die Leitbahn 114b. Die Metallisierungslage 144 enthält u.a.
drei Leitbahnen 150 bis 154, beispielsweise aus
Aluminium. Die Dicke der Metallisierungslage 144 ist im
Ausführungsbeispiel größer als
die Dicke der Metallisierungslage 142.
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Die Leitbahn 150 dient zum
elektrischen Verbinden der Grundelektrode 114a und der
Deckelektrode 122b. von der Leitbahn 150 führen drei
Viafüllungen 160 bis 164 zur
Grundelektrode 114a. Die Viafüllungen 160 bis 164 gehören zu drei
Reihen von Viafüllungen,
die sich auf dem linken Bereich der Grundelektrode 114a erstrecken.
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Von der Leitbahn 150 bis
zur Deckelektrode 122b führen drei Viafüllungen 170 bis 174,
die Bestandteil von drei Reihen sich auf der Deckelektrode 122b erstreckenden
Viafüllungen
sind.
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Von der Leitbahn 152 bis
zur Mittelelektrode 118a führen drei Viafüllungen 180 bis 184,
die Bestandteil von drei Viareihen sind, die sich auf einem rechten
Bereich der Mittelelektrode 118a erstrecken. Dieser Bereich
wird nicht von der Deckelektrode 122b bedeckt.
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Von der Leitbahn 154 führt eine
Viafüllung 190 zur
Leitbahn 114b. Beim Ätzen
von Kontaktlöchern
für die
Viafüllungen 160 bis 190 wurden
die Dielektrikumschichten des Schichtstapels 124b bzw. die
Dielektrikumschicht 116b vom Boden der Kontaktlöcher für die Viafüllungen 160 bis 190 durchdrungen.
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Damit enthält die Kondensatoranordnung 110a zwei
Kondensatoren C1 und C2, die parallel geschaltet sind, siehe Schaltskizze 192 in 3.
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4A zeigt
eine Schnittdarstellung durch eine Kondensatoranordnung 220 entlang
einer Schnittebene II, siehe 4B.
Die Kondensatoranordnung 220 wurde mit dem oben an Hand
der 1 bis 3 erläuterten Verfahren hergestellt.
So enthält
die Kondensatoranordnung 220 eine rechteckförmige Grundelektrode 214a,
eine Mittelelektrode 218a und eine Deckelektrode 222b.
Eine obere Metallisierungsebene 244 enthält u.a.
drei Leitbahnen 250, 252 und 254. Die
Leitbahn 250 dient zum Verbinden von Grundelektrode 214a und
Deckelektrode 222b. Die Leitbahn 252 dient zum
Anschließen
der Mittelelektrode 218a. In 4A sind
eine Viafüllung 230 zwischen
der Leitbahn 250 und der Grundelektrode 214a,
drei Viafüllungen 232 bis 236 zwischen
der Leitbahn 250 und der Deckelektrode 222b sowie
eine Viafüllung 238 zwischen
der Leitbahn 252 und der Mittelelektrode 218a in
der Schnittebene II angeordnet. Die Leitbahn 258 dient
zum Anschluss einer Leitbahn in der Metallisierungslage 242.
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4B zeigt
eine Draufsicht auf die Kondensatoranordnung 210 geschnitten
in einer Schnittebene I, deren Lage in 4A eingetragen ist. Die Grundelektrode 214a hat
den größten Flächeninhalt.
Die Mittelelektrode 218a hat einen kleineren Flächeninhalt
als die Grundelektrode 214a. Die Deckelektrode 222b hat
einen kleineren Flächeninhalt
als die Mittelelektrode 218a.
-
Die Mittelelektrode 218a ist
an den rechten Rand der Grundelektrode 214a näher rangerückt als an
den linken Rand der Grundelektrode 214. Dadurch können Viafüllungen
230 am unteren Rand der Grundelektrode 214a, am linken
Rand der Grundelektrode 214a und am oberen Rand der Grundelektrode 214a angeordnet
werden.
-
Die Deckelektrode 222b ist
dagegen näher am
linken Rand der Mittelelektrode 218a angeordnet als am
rechten Rand der Mittelelektrode 218a. Dadurch lassen sich
Viafüllungen
238 am unteren Rand der Mittelelektrode 218a, am rechten
Rand der Mittelelektrode 218a und am oberen Rand der Mittelelektrode 218a anordnen.
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Die Deckelektrode 222b ist
im Ausführungsbeispiel
mit sechs Viafüllungen 234 kontaktiert,
die entweder in einer Ecke oder in der Mitte einer Längsseite
der Deckelektrode 222b enden.
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4C zeigt
eine Draufsicht auf die Kondensatoranordnung 220a. Gut
zu erkennen ist die Führung
der Leitbahnen 250 und 252 in der Metallisierungslage 244.
In 4C ist außerdem eine
Schaltskizze 260 dargestellt, welche die Verschaltung von Kondensatoren
C10 und C20 der Kondensatoranordnung 220a zeigt. Die beiden
Kondensatoren C10 und C20 sind elektrisch parallel zu einander geschaltet.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
wird die Grundelektrode 214a über die Metallisierungslage 242 oder
eine unter dieser Metallisierungslage 242 liegende Metallisierungslage
angeschlossen.
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Bei der Herstellung der Kontaktlöcher wird für die Viafüllungen
eine Oxidätzung
durchgeführt, die
hochselektiv gegenüber
dem Elektrodenmaterial oder gegenüber dem Dielektrikum ist. Vorzugsweise wird
eine endpunktgesteuerte Ätzung
eingesetzt, da für
jede Elektrode die Tiefe der Kontaktlöcher unterschiedlich ist.
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Die 5A bis 5C zeigen Zwischenstufen bei
einem zweiten Lithografieverfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Eine Kondensatoranordnung 310 wird auf einer Dielektrikumschicht 312 erzeugt,
die das Dielektrikum zwischen zwei benachbarten Metallisierungsebenen
bildet und beispielsweise Siliziumdioxid enthält. Auf der Dielektrikumschicht 312 werden
nacheinander zur Erzeugung eines Schichtstapels 313 eine
Titannitridschicht 314, eine Siliziumnitridschicht 316,
eine Titannitridschicht 318, eine Siliziumnitridschicht 320 und
eine Titannitridschicht 322 abgeschieden. Die Schichten 314 bis 320 haben
alle die gleiche Dicke von 50 nm oder 45 nm (Nanometer). Die obere
Titannitridschicht 322 des Schichtstapels 313 ist
dagegen mehr als doppelt so dick wie die Titannitridschicht 318,
nämlich
im Ausführungsbeispiel
etwa 200 nm.
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Aufgrund der vergrößerten Dicke
der oberen Titannitridschicht 322 ist auf dem Schichtstapel 313 keine
weitere Dielektrikumschicht aufzubringen, bevor mit der Strukturierung
des Schichtstapels 313 begonnen wird. Mit Hilfe einer in 5A nicht dargestellten Fotolackschicht
werden nacheinander die obere Titannitridschicht 322, die
Dielektrikumschicht 320 und die Titannitridschicht 318 strukturiert.
Dabei wird so, wie oben an Hand der 1 und 2 erläutert, vorgegangen. Insbesondere
werden bei einer Ausgestaltung die Titannitridschichten 322 und 318 mit
Hilfe von Endpunkterfassungen geätzt.
Das bedeutet, dass im Ätzgas
Spuren des Materials der Dielektrikumschicht 320 bzw. 316
bzw. eines charakteristischen Reaktionsproduktes dieses Materials
mit einem Ätzgas erfasst
werden, beispielsweise mit Hilfe einer Spektralanalyse.
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Anschließend wird eine Fotolackschicht 350 auf
den vorstrukturierten Schichtstapel 313 und auf die freiliegenden
Teile der Siliziumnitridschicht 316 aufgebracht. Mit Hilfe
einer Belichtung und eines Entwicklungsvorganges werden Fotolackbereiche 352 bis 358 erzeugt,
die in dieser Reihenfolge bezüglich des
Schichtstapels 313 an den gleichen Stellen angeordnet sind,
wie die Fotolackschichtbereiche 52 bis 58 bezüglich des
Schichtstapels 24a. Jedoch liegt der Fotolackbereich 354 unmittelbar
auf der oberen vorstrukturierten Titannitridschicht 322 auf.
Die Fotolackschicht 350 ist dicker ausgebildet als die
Fotolackschicht 50, damit die Kanten des Schichtstapels 313 durch
die Fotolackbereiche 352 und 356 vollständig bedeckt
sind.
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Nach dem Strukturieren der Fotolackschicht 350 wird,
wie in 5B dargestellt,
die untere Siliziumnitridschicht 316 strukturiert, wobei
ein Grunddielektrikum 316a und ein Dielektrikum 316b entstehen. Diese Ätzung wird
beispielsweise zeitgesteuert durchgeführt. Danach wird die untere
Titannitridschicht 314 strukturiert, wobei eine Grundelektrode 314a und
eine Leitbahn 314b entstehen.
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Diese Ätzung wird mit Hilfe einer
Endpunkterfassung durchgeführt,
bei der Material der Dielektrikumschicht 312 bzw. eines
charakteristischen Ätzproduktes
dieses Materials mittels einer Spektralanalyse erfasst wird. Zu
dem Zeitpunkt, zu dem der Boden einer zwischen dem Fotolackbereich 356 und 358 liegenden
Aussparung 362 die Dielektrikumschicht 312 erreicht,
ist die Titannitridschicht 322 erst teilweise strukturiert,
siehe Titannitridschicht 322a. Insbesondere liegt die vorstrukturierte
Siliziumnitridschicht 320 noch nicht frei.
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Danach wird eine weitere selektive Ätzung durchgeführt, bei
der die Titannitridschicht 322a vollständig strukturiert wird. Wie
in 5C dargestellt, entsteht
aus der bereits vorstrukturierten Titannitridschicht 322a dabei
eine Deckelektrode 322b. Die Strukturierung der Deckelektrode 322b wird
mit Hilfe einer Endpunkterfassung beendet, sobald in dem Ätzgas Material
der Dielektrikumschicht 320 bzw. eines charakteristischen Ätzproduktes
dieses Materials erfasst wird. Zu diesem Zeitpunkt reicht der Boden
der Aussparung 362 schon weit in die Dielektrikumschicht 312 hinein.
Außerdem
gibt es Aussparungen 364 und 366 links neben dem
Fotolackbereich 352 bzw. rechts neben dem Fotolackbereich 356 in
der Dielektrikumschicht 312. Erst dann werden die Fotolackbereiche 352 bis 358 wieder
entfernt.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
mit verschieden dicken Titannitridschichten 314, 318 und 322 wird
nur die Ätzung
der Deckelektrode 322b mit Hilfe einer Endpunkterfassung
durchgeführt.
Bei beiden Prozessvarianten ist jedoch die Deckelektrode 322b dicker
als die Grundelektrode 314a. Durch diese Maßnahme wird
gewährleistet,
dass nach dem vollständigen
Strukturieren der Deckelektrode 322b die Grundelektrode 314a vollständig strukturiert
ist. Insbesondere gibt es zwischen der Grundelektrode 314a und
der Leitbahn 314b keine Materialreste der Titannitridschicht 314 mehr.
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6A zeigt
einen Referenzkondensator 400, der nur zwei Elektroden
enthält,
nämlich
eine untere rechteckförmige
Grundelektrode 402 und eine darüber angeordnete rechteckförmige Deckelektrode 404.
Grundelektrode 402 und Deckelektrode 404 sind
konzentrisch zueinander angeordnet. Die Grundelektrode 402 ist
150 μm lang
und 100 μm
breit. Die Deckelektrode 404 ist nur 145 μm lang und
95 μm breit.
Damit ergibt sich eine für
die Kapazität
des Referenzkondensators 400 wirksame Fläche von
145 μm × 95 μm.
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6B zeigt
einen Kondensator 410, der eine Grundelektrode 412,
eine Mittelelektrode 414 und eine Deckelektrode 416 enthält, die
in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Abmessungen haben 150 μm × 100 μm, 145 μm × 95 μm und 140 μm × 90 μm. Damit
ergibt sich eine für
die Kapazität des
Kondensators 410 wirksame Fläche von 145 μm × 95 μm + 140 μm × 90 μm, d.h. von
insgesamt 26375 μm2. Dies entspricht einer Steigerung der Gesamtkapazität im Vergleich
zum Kondensator 400 um über 90
%. Bei gleichbleibender Kapazität
lässt sich
somit die erforderliche Fläche
für den
Kondensator 412 im Vergleich zu der für den Kondensator 400 erforderlichen
Fläche
fast halbieren. Die Vias sind in den 6A bis 6C übertrieben groß im Verhältnis zu
den Elektroden dargestellt. Der Viadurchmesser beträgt bspw.
nur 0,4 μm.
Der Abstand zwischen den Rändern
zweier benachbarter Vias betragt bspw. ebenfalls nur 0,4 μm.
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6C zeigt
einen Kondensator 420, der eine Grundelektrode 422 mit
einer Länge
von 150 μm und
einer Breite von 100 μm
enthält.
Eine oberhalb der Grundelektrode 422 angeordnete Mittelelektrode 424 ist
145 μm lang
und 95 μm
breit. Oberhalb der Mittelelektrode 424 sind drei Deckelektroden 426 bis 430 nebeneinander
in einer Ebene angeordnet, die parallel zu einer Waferoberfläche bzw.
Chipoberfläche
liegt. Die Deckelektroden 426 bis 430 sind jeweils
90 μm lang
und 30 μm
breit. Im Vergleich zum Kondensator 400 benötigt der
Kondensator 420 die gleiche Fläche. Jedoch lassen sich die
drei Deckelektroden 426 bis 430 wahlweise zu der
Hauptkapazität zwischen
Grundelektrode 422 und Mittelelektrode 424 hinzuschalten.
Beispielsweise wird nur eine Deckelektrode hinzugeschaltet, z.B.
die Deckelektrode 426. Jedoch lassen sich auch zwei oder
alle drei Deckelektroden 426 bis 430 zu der Hauptkapazität hinzuschalten.
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Das Grundkonzept der Erfindung lässt sich auch
auf Kondensatoranordnungen erweitern, die mehr als drei Elektroden
enthalten, beispielsweise auf eine Kondensatoranordnung 500 mit neun
Elektroden S1 bis S9. Zwischen den Elektroden S1 bis S9 liegen in
dieser Reihenfolge Dielektrikumschichten D1 bis D8. Auf der Elektrode
S9 ist eine Dielektrikumschicht D9 angeordnet. Die Elektroden S1
bis S9 und die Dielektrikumschichten Dl bis D9 haben bei dem im
Folgenden erläuterten
Ausführungsbeispiel
die gleiche Dicke von beispielsweise 45 nm. In den im Folgenden
erläuterten 7A bis 7D wird nur die linke Seite eines zu
strukturierenden Schichtstapels 502 dargestellt. Die rechte
Seite des Schichtstapels wird auf die gleiche Weise wie die linke
Seite strukturiert.
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In einem ersten Lithografieverfahren
werden die Elektrodenschichten für
die Elektroden S4 bis S9 und die Dielektrikumschichten D4 bis D9
strukturiert. Als Ätzstopp
dient die Dielektrikumschicht D3. Die Dielektrikumschicht D3 selbst
sowie die Elektrodenschichten für
die Elektroden S1 bis S3 sowie die Dielektrikumschichten D1 und
D2 bleiben beim ersten Lithografieverfahren unstrukturiert. Auf
dem so erzeugten Schichtstapel 502 wird eine Fotolackschicht 504 aufgebracht.
Die Fotolackschicht 504 wird in einem zweiten lithografischen
Verfahren strukturiert, wobei zwei Fotolackbereiche 506 und 508 erzeugt
werden. Der Fotolackbereich 506 liegt auf einen Teil des
freigelegten Bereiches der Dielektrikumschicht D3 auf. Linksseitig
legt der Fotolackbereich 506 die linke Kante für die Strukturierung
der Elektrodenschichten für
die Elektroden S1 bis S3 fest. Rechtsseitig schließt der Fotolackbereich 506 an
die Elektrodenschichten für
die Elektroden S4 und S5 sowie an die dazwischenliegende Dielektrikumschicht
D4 an. Der Fotolackbereich 508 liegt auf der Dielektrikumschicht D9
in einem zentralen Bereich, so dass ein Randbereich der Dielektrikumschicht
D9 freibleibt. Durch die linke Kante des Fotolackbereiches 508 wird
die Lage der Kanten eines Stapels aus den Elektrodenschichten für die Elektroden
S7 bis S9 sowie der dazwischenliegenden Dielektrikumschichten D7
und D8 festgelegt.
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Anschließend wird ein trocken-chemischer Ätzprozess
durchgeführt,
insbesondere ein chemisch-physikalischer Ätzprozess mit hoher Anisotropie.
Es entsteht der in 7B dargestellte
Schichtstapel 520 mit dreifacher Abstufung, siehe Pfeile 522 bis 526.
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Wie in 7B dargestellt,
wird im Rahmen eines dritten Lithografieverfahrens eine Fotolackschicht 530 aufgebracht,
belichtet und strukturiert, so dass vier Fotolackbereiche 532 bis 538 entstehen. Der
Fotolackbereich 532 liegt auf dem den Schichtstapel 520 tragenden
Dielektrikum 501 auf, so dass das Dielektrikum 501 vor
weiteren Strukturierungen geschützt
ist. Der Fotolackbereich 534 liegt auf den rechten 2/3
des freiliegenden Bereiches der Dielektrikumschicht D3 im linken
Teil des Schichtstapels 520 auf und grenzt mit seiner rechten
Seite an die Elektrodenschichten für die Elektroden S9 und S5
sowie die dazwischenliegende Dielektrikumschicht D4 an. Die linke
Seite des Fotolackbereiches 534 legt die Lage der Kanten
der Elektrodenschichten für
die Elektroden S2 und S3 bei der nächsten Strukturierung fest.
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Der Fotolackbereich 536 liegt
auf der Dielektrikumschicht D6 auf. Der Fotolackbereich 536 bedeckt
die rechten 2/3 des freiliegenden Bereiches der Dielektrikumschicht
D6 auf der linken Seite des Schichtstapels 520. Die linke
Kante des Fotolackbereiches 536 legt die Lage der Kanten
der Elektrodenschichten für
die Elektroden S5 und S6 nach dem nächsten Strukturierungsschritt
fest. Die rechte Kante des Fotolackbereiches 536 grenzt
an die Elektrodenschichten für
die Elektroden S5 und S8 sowie an die dazwischenliegende Dielektrikumschicht
D7 an.
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Der Fotolackbereich 538 liegt
in einem zentralen Teil der Dielektrikumschicht D9. Die linke Kante des
Fotolackbereiches 538 legt die Lage der linken Kanten der
Elektrodenschichten für
die Elektroden S8 und S9 sowie der dazwischenliegenden Dielektrikumschicht
D8 nach der nächsten
Strukturierung fest.
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Bei der nächsten Strukturierung mit Hilfe
der Fotolackbereiche 532 bis 538 wird mit Hilfe
eines chemisch-physikalischen Ätzverfahrens
gerichtet geätzt.
Als Stoppschicht dient eine Endpunkterfassung des Materials der
dielektrischen Schicht D1, D4 bzw. D7, die alle im Wesentlichen
gleichzeitig erreicht werden.
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7C zeigt
einen Schichtstapel 550, wie er nach dieser Ätzung auf
der Schicht 501 vorhanden ist. In einem vierten Lithografieverfahren
wird eine Fotolackschicht 560 auf den Schichtstapel 550 aufgebracht,
belichtet und entwickelt, wobei Fotolackbereiche 562 bis 568 entstehen.
Der Fotolackbereich 562 bedeckt die Dielektrikumschicht 501 und
den freigelegten Bereich der Dielektrikumschicht D1. Der Fotolackbereich 564 bedeckt
etwa die Hälfte
des freiliegenden Bereiches der Dielektrikumschicht D3 auf der linken
Seite des Schichtstapels 550 sowie den freiliegenden Teil
der Dielektrikumschicht D4. Der Fotolackbereich 566 bedeckt
die rechte Hälfte
des freiliegenden Bereiches der Dielektrikumschicht D6 auf der linken
Seite des Schichtstapels 550 sowie den freiliegenden Teil
der Dielektrikumschicht D7. Der Fotolackbereich 568 liegt
in einem zentralen Bereich auf der Dielektrikumschicht D9. Ein linker
Randbereich auf der Dielektrikumschicht D9 bleibt unbedeckt.
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7D zeigt
das Ergebnis nach dem nächsten Ätzschritt.
Ein Schichtstapel 570 ist pyramidenförmig aufgebaut und hat Stufen
gleicher Höhe
und gleicher Breite. Aufgrund dieser Abstufung lassen sich die Elektroden
S1 bis S9 auf einfache Art und Weise von oben kontaktieren. Aufgrund
der Abstufung gibt es auch keine Durchätzungen von Dielektrikumschichten
D1 bis D9 unmittelbar am Rand zweier fluchtend zueinander angeordneter
Elektroden S1 bis S9. Die Spannungsfestigkeit des Kondensators 500 ist
deshalb sehr hoch.
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8 zeigt
eine Kondensatoranordnung 600, die ebenfalls neun Elektroden
enthält.
Die Kondensatoranordnung 600 ist jedoch asymmetrisch so strukturiert,
dass an den Stufen der linken Seite nur Elektroden S1, S3, S5, S7
und S9 kontaktiert werden können,
d.h. nur jede zweite Elektrode. Auf der rechten Seite der Kondensatoranordnung 600 können dagegen
die Elektroden S2, S4, S6 und S8 kontaktiert werden. Die Verfahrensschritte
zum Herstellen der Kondensatoranordnung 600 sind ähnlich wie
bei der Herstellung der Kondensatoranordnung 500.
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Auch bei der Belichtung von Resist
auf verschiedenen Stufen sehr großer Schichtstapel treten keine
Probleme auf, wenn innerhalb der Grenzen der Fokustiefe gearbeitet
wird. Beispielsweise beträgt
die Fokustiefe 1 μm.
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Die untere Elektrode der Kondensatoranordnung
liegt bei einem anderen Ausführungsbeispiel oberhalb
der unteren Metallisierungslage bezogen auf die beiden Metallisierungslagen,
zwischen denen die Kondensatoranordnung angeordnet ist.
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Bei einem nächsten Ausführungsbeispiel ist die untere
Elektrode der Kondensatoranordnung vor Beginn schon in der Metallisierungslage
ausgebildet, z.B. durch ein Damascene-Verfahren mit anschließendem Polierschritt.
Im Rahmen des erläuterten Verfahrens
werden dann die anderen Elektroden der Kondensatoranordnung hergestellt.
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Die untere Elektrode der Kondensatoranordnung
wird bei alternativen Ausführungsbeispielen über mindestens
eine tiefer als diese Elektrode liegende Metallisierungslage angeschlossen.
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9 zeigt
eine Kondensatoranordnung 700, die oberhalb eines nicht
dargestellten Halbleitersubstrats vier Metallisierungslagen Mel
bis Me4 enthält.
Jede Metallisierungslage Me1 bis Me4 enthält eine Vielzahl von Leitbahnen
aus einer Aluminiumlegierung mit einem Zusatz an Kupfer von weniger
als 2 %. In 9 sind jedoch
nur die Leitbahnen der Metalli sierungslagen Me1 bis Me4 dargestellt,
die zur Kondensatoranordnung 700 gehören. Leitbahnen zum Anschluss
von aktiven Bauelementen im Halbleitersubstrat sind also nicht dargestellt.
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Die Metallisierungslagen Me1 bis
Me4 sind in dieser Reihenfolge durch Zwischenlagen ILD1 bis ILD3
aus beispielsweise Siliziumdioxid voneinander elektrisch isoliert.
Beispielsweise haben die Metallisierungslagen Mel bis Me4 jeweils
eine Dicke von 500 nm. Die Abstände
benachbarter Metallisierungslagen Mel bis Me4 liegen beispielsweise
bei jeweils 800 nm.
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Zum Herstellen der Kondensatoranordnung 700 werden
bisher übliche
Schichtabscheidungs-, Lithografie- und Strukturierungsverfahren
eingesetzt, so dass diese hier nicht näher erläutert werden. Eine untere Elektrode 710 liegt
in der Metallisierungslage Me1. Zwischen der Elektrode 710 und
einer darüber liegenden
Teilelektrode 712 liegt ein Dielektrikum 714.
Die Teilelektrode 712 wird durch eine 45 nm dicke Titannitridschicht
gebildet. Das Dielektrikum 714 ist eine 45 nm dicke Siliziumnitridschicht.
Im Ausführungsbeispiel
haben die Elektroden der Kondensatoranordnung 700 eine
rechteckförmige
Grundfläche, wobei
eine Länge
L in Längsrichtung
der Rechtecke liegt. Die Länge
L der Teilelektrode 712 beträgt beispielsweise 150 μm.
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Die untere Elektrode 710 und
das Dielektrikum 714 ragen über die Teilelektrode 712 hinaus. Das
Dielektrikum 714 diente bei der Strukturierung der Teilelektrode 712 als Ätzstopp
und wurde nur leicht angeätzt,
so dass die Darstellung in der 9 übertrieben
ist. Auf der linken Seite erstreckt sich die untere Elektrode 710 weiter über die
Teilelektrode 712 hinaus als auf der rechten Seite. Dadurch
entsteht eine Anschlussfläche
für einen
Kontaktabschnitt Via1, der zwischen einer Leitbahn 718 der Metallisierungslage
Me2 und der Elektrode 710 liegt. Der Kontaktabschnitt Via1
ist Teil einer Reihe von Kontaktabschnitten zwischen einer Leitbahn 718 in der
Metallisierungsebene Me2 und der Grundelektrode 710.
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Eine mit der Teilelektrode 712 über Kontaktabschnitte
Via2 und Via3 verbundene Teilelektrode 720 liegt ebenfalls
in der Metallisierungslage Me2. Die Kontaktabschnitte Via2 und Via3
sind Bestandteil zweier Viareihen zwischen den Teilelektroden 712 und 720.
Die Teilelektroden 712 und 720 bilden eine Mittelelektrode
der Kondensatoranordnung 700.
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Der Teilelektrode 720 benachbart
liegt in der Zwischenlage ILD2 eine Teilelektrode 722,
die von der Teilelektrode 720 durch ein Dielektrikum 724 getrennt
ist. Die Teilelektrode 722 besteht aus einer 45 nm dicken
Titannitridschicht. Das Dielektrikum 724 besteht wiederum
aus einer 45 nm dicken Siliziumnitridschicht. Auch die Teilelektrode 722 hat
die Länge L.
Die Teilelektrode 720 und das Dielektrikum 724 ragen
rechts und links über
die Teilelektrode 722 hinaus. Auch das Dielektrikum 724 diente
als Ätzstopp beim
Erzeugen der Teilelektrode 722 und wurde nur leicht angegriffen.
Durch diese Maßnahmen
wird das Dielektrikum 724 am empfindlichen Randbereich der Elektrode 722 nicht
geschädigt.
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Auf der rechten Seite ragt die Teilelektrode 720 stärker über die
Teilelektrode 722 hinaus als auf der linken Seite, so dass
eine Anschlussfläche
für einen
Kontaktabschnitt Via4 entsteht, der sich zwischen der Teilelektrode 720 und
einer Leitbahn 728 in der Metallisierungslage Me3 erstreckt.
Auch der Kontaktabschnitt Via4 ist Teil einer Reihe von Kontaktabschnitten
zwischen der Leitbahn 728 und der Teilelektrode 720.
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In der Metallisierungslage Me3 liegt
außerdem
eine Teilelektrode 730, die gemeinsam mit der Teilelektrode 722 die
zweite Mittelelektrode der Kondensatoranordnung 700 bildet.
Die Teilelektroden 722 und 730 sind über zwei
Via-Reihen miteinander verbunden, von denen in 9 zwei Kontaktabschnitte Via5 und Via6
dargestellt sind. Die Teilelektrode 730 ist von der Leitbahn 728 durch
Teile der Zwischenlage ILD3 getrennt, siehe Zwischenraum 731. Die
obere Mittelelektrode aus den Teilelektroden 722 und 730 ist
mit der unteren Elektrode 710 elektrisch über zwei übereinander
liegende Reihen von Kontaktabschnitten verbunden. Die obere Reihe
führt von
der Teilelektrode 730 zur Leitbahn 718. In 9 ist ein Kontaktabschnitt
Via? dieser Reihe von Kontaktabschnitten dargestellt. Zur unteren
Reihe gehört der
Kontaktabschnitt Via1.
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Schließlich enthält die Kondensatoranordnung 700 noch
eine obere Elektrode 732, die von der Teilelektrode 730 durch
ein Dielektrikum 734 getrennt ist. Die Teilelektrode 732 besteht
ebenfalls aus Titannitrid und hat eine Dicke von 45 nm. Das Dielektrikum 734 besteht
aus Siliziumnitrid und hat eine Dicke von 45 nm. Beim Strukturieren
der oberen Elektrode 732 wurde das Dielektrikum 734 als Ätzstopp
verwendet und nur gering angeätzt,
vgl, übertriebene
Darstellung in 9. Die
Teilelektrode 730 ragt über
die obere Elektrode 732 links und rechts gemeinsam mit dem
Dielektrikum 734 hinaus. Am linken Rand ragt die Teilelektrode 730 stärker über die
obere Elektrode 732 hinaus als am rechten Rand, so dass
eine Anschlussmöglichkeit
für diejenige
Reihe von Kontaktabschnitten entsteht, zu der auch der Kontaktabschnitt
Via7 gehört.
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Die obere Elektrode 732 hat
ebenfalls die Länge
L. Alle Elektroden 732, 722 und 712 in
Zwischenlagen ILD3, ILD2 bzw. ILD1 sind fluchtend zueinander übereinander
ausgerichtet, siehe gestrichelte Linie 736 und 738,
und haben gleiche Umrisse.
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Die obere Elektrode 732 ist über zwei
Reihen von Kontaktabschnitten mit einer Leitbahn 740 verbunden,
die in der Metallisierungslage Me4 liegt. In 9 sind zwei Kontaktabschnitte Via8 und
Via9 dieser beiden Reihen dargestellt. Vom rechten Teil der Leitbahn 740 aus
erstreckt sich eine Reihe von Kontaktabschnitten zur Leitbahn 728,
siehe Kontaktab schnitt Via10. Somit wird die obere Elektrode 732 mit der
unteren Mittelelektrode, d.h. den Teilelektroden 712 und 720 der
Kondensatoranordnung 700 elektrisch leitend verbunden.
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Die linken Teile der Leitbahn 740 und
der Teilelektrode 730 dienen zum Anschluss der Kondensatoranordnung,
so dass zwischen diesen Teilen eine Gesamtkapazität Cges entsteht.
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In 9 ist
außerdem
eine Schaltskizze 750 dargestellt, aus der die Verschaltung
von Kapazitäten C1,
C2 und C3 der Kondensatoranordnung 700 zu entnehmen ist.
Die Kapazität
C1 wird durch die untere Elektrode 710 und durch die Teilelektrode 712 gebildet.
Die Kapazität
C2 wird durch die Teilelektrode 720 und die Teilelektrode 722 gebildet.
Die Kapazität C3
wird durch die Teilelektrode 730 und durch die obere Elektrode 732 gebildet.
Die Kapazitäten
C1 bis C3 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet, was durch
die verzahnte Anordnung der Elektroden in der Kondensatoranordnung 700 erreicht
wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
enthält
die Kondensatoranordnung 700 nur zwei MIM-Kondensatoren,
so dass beispielsweise nur die Metallisierungslagen Me1 bis Me3
in die Kondensatoranordnung einbezogen werden. In diesem Fall wird
die Flächenkapazität nicht
verdreifacht, sondern nur verdoppelt, siehe gestrichelte Linie 752 in
der Schaltskizze 750. In diesem Fall enthält die Kondensatoranordnung
nämlich
nur die Kapazitäten
C1 und C2.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
erstreckt sich die Kondensatoranordnung über mehr als vier Metallisierungsebenen.
Auf diese Weise lässt sich
eine Vervierfachung, eine Verfünffachung
usw. der Flächenkapazität erreichen.
Beispielsweise wäre die
Metallisierungslage Me4 so zu strukturieren, wie die Metallisierungslage
Me2. Oberhalb der Metallisierungslage Me4 gäbe es eine Metallisierungslage Me5,
die wie die Metallisierungslage Me3 strukturiert wäre. Auf
der linken Seite der Kondensatoranordnung 700 würden Kontaktabschnitte
Via1, Via7 usw. übereinanderliegen,
mit denen die untere Elektrode 710, die zweite Mittelelektrode,
die vierte Mittelelektrode usw. verbunden sind. Auf der rechten
Seite der Kondensatoranordnung liegen Kontaktabschnitte Via4, Via10
usw., mit denen die erste Mittelelektrode, die dritte Mittelelektrode
usw. und die Deckelektrode miteinander verbunden sind.
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Somit wiederholen sich die Strukturen
der Elektroden in der Kondensatoranordnung. Dies führt dazu,
dass gleiche Teilabschnitte von Masken für die Lithografie benutzt werden
können.
Insbesondere sind alle Elektroden 712, 722, 732 in
Zwischenlagen ILD1 bis ILD3 gemäß dem gleichen
Layout gefertigt.
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10 zeigt
eine Kondensatoranordnung 800, die sich über drei
Metallisierungslagen 802, 804 und 806 erstreckt.
Die Metallisierungslage 802 liegt auf einer Zwischenlage 810,
die beispielsweise aus Siliziumdioxid besteht. Zwischen den Metallisierungslagen 802 und 804 liegt
eine Zwischenlage 812, die ebenfalls aus Siliziumdioxid
besteht. Zwischen den Metallisierungslagen 804 und 806 liegt
ebenfalls eine Zwischenlage 814 aus Siliziumdioxid. Die
Kondensatoranordnung 800 enthält ausgehend von einer unteren
Elektrode 820 fortschreitend zu substratferneren Elektroden
in der folgenden Reihenfolge:
- – eine Elektrode 822,
- – eine
Elektrode 824,
- – eine
Teilelektrode 826,
- – eine
Teilelektrode 828,
- – eine
Elektrode 830,
- – eine
Elektrode 832, und
- – obere
Elektrode 834.
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Die untere Elektrode 820 und
die Teilelektrode 828 liegen in der Metallisierungslage 802 bzw. 804 und
bestehen im Ausführungsbeispiel
aus einer Aluminiumlegierung mit weniger als 5 Zusätzen an
Kupfer und/oder Silizium. Im Ausführungsbei spiel sind die Metallisierungslagen 802 bis 806 beispielsweise 500
nm dick. Der Abstand zwischen benachbarten Metallisierungslagen
beträgt
im Ausführungsbeispiel 750
nm.
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Die -Elektroden 822, 824,
die Teilelektrode 826, die Elektroden 830, 832 sowie
die Teilelektrode 834 bestehen aus Titannitrid mit jeweils
einer Dicke von 45 nm.
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Zwischen den Elektroden 820 bis 834 liegen in
dieser Reihenfolge Dielektrika 840 bis 852. Auch auf
der oberen Elektrode 824 liegt ein Dielektrikum 854.
Die Dielektrika 840 bis 854 bestehen aus Siliziumnitrid
und haben eine Schichtdicke von 45 nm im Ausführungsbeispiel. Das Dielektrikum 846 liegt
auf der Teilelektrode 826.
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Über
vier linksseitige Kontaktabschnitte Via11 bis Via14 sowie über eine
Leitbahn 860 in der Metallisierungslage 804 und
eine Leitbahn 862 in der Metallisierungslage 806 sind
die untere Elektrode 820, die Elektrode 824, die
Elektrode 830 und die obere Elektrode 834 miteinander
elektrisch verbunden, d.h. jede zweite Elektrode der Kondensatoranordnung 800 beginnend
von der unteren Elektrode 820. Drei rechtsseitige Kontaktabschnitte
Via 1,5 bis Via17 und eine Leitbahn 864 in
der Metallisierungslage 804 verbinden die Elektroden 822,
eine aus den Teilelektroden 826 und 828 bestehende
Elektrode und die Elektrode 832 elektrisch miteinander,
d.h. jede zweite Elektrode der Kondensatoranordnung beginnend mit
der der unteren Elektrode 820 benachbarten Elektrode 822.
Die Kontaktabschnitte Via11 bis Via17 sind jeweils Bestandteil einer
Reihe von Kontaktabschnitten, die sich jeweils in die Blattebene hinein
bzw. aus der Blattebene hinaus erstrecken.
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Die Elektrode 822, das Dielektrikum 842,
die Elektrode 824, das Dielektrikum 844, die Teilelektrode 826 und
das Dielektrikum 846 bilden einen Schichtstapel 870.
Die Schichten des Schichtstapels 870 werden nacheinander
abgeschieden und anschließend
mit Hilfe von nur zwei Lithografieverfahren strukturiert. Mit einem
ersten Lithografieverfahren werden die Elektrode 824 und
das Dielektrikum 844 strukturiert sowie die Teilelektrode 826 und
das Dielektrikum 846 vorstrukturiert. Mit dem zweiten Lithografieverfahren
werden die Elektrode 822 und das Dielektrikum 842 strukturiert.
Außerdem
wird mit Hilfe des zweiten Lithografieverfahrens die Teilelektrode 826 und
das Dielektrikum 846 strukturiert. Ein drittes Lithografieverfahren
wird benötigt,
um die Elektrode 828 und damit auch das Dielektrikum 848 zu
strukturieren.
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Danach wird die Zwischenlage 812 erzeugt und
planarisiert. Anschließend
werden Vialöcher
für die
Kontaktabschnitte Via11, Via12 und Via15 sowie für Kontaktabschnitte Via18 und
Via19 geätzt
und gefüllt.
Die Kontaktabschnitte Via18 und Via19 führen zur Teilelektrode 826 und
sind Bestandteil von zwei zueinander parallelen Reihen aus Kontaktabschnitten.
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Auf die Zwischenlage 812 wird
dann eine Aluminiumschicht und ein Dielektrikum 848 aufgebracht.
Nach dem Abscheiden des Dielektrikums 848 wird ein Schichtstapel 872 erzeugt,
der Schichten für die
Elektrode 830, für
das Dielektrikum 850, für
die Elektrode 832, für
das Dielektrikum 852, für
die obere Elektrode 834 und für das Dielektrikum 854 enthält. Auch
der Schichtstapel 872 wird nach dem gleichen Verfahren
strukturiert wie der Schichtstapel 870. Ein weiteres Lithografieverfahren
wird benötigt,
um die Elektrode 828 und damit auch das Dielektrikum 848 zu
strukturieren.
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Anschließend wird das Material der
Zwischenlage 814 abgeschieden. Nach einem Planarisierungsschritt
werden Kontaktlöcher
für die
Kontaktabschnitte Via13, Via14, Via16 und Via17 sowie für zwei Kontaktabschnitte
Via20 und Via21 erzeugt. Die Kontaktabschnitte Via20 und Via21 liegen
in der fertiggestellten Kondensatoranordnung 800 zwischen der
Leitbahn 862 und der oberen Elektrode 854. Auch
die Kontaktabschnitte Via20 und Via21 sind Bestandteile von zwei
Reihen von Kon taktabschnitten zwischen der Leitbahn 862 und
der oberen Elektrode 854.
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Eine Schaltskizze 880 zeigt
die Verschaltung von Kapazitäten
C1a bis C6a der Schaltungsanordnung 800. Die Flächenkapazität wird durch
die Anordnung der Kapazitäten
C1a bis C6a versechsfacht. Auch bei der Kondensatoranordnung 800 fluchten die
Teilelektrode 826 und die Teilelektrode 834, d.h. die
oberen Elektroden des Schichtstapels 870 bzw. 872, siehe
gestrichelte Linie 882 und 884.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
sind die Elektroden 824 und das Dielektrikum 844 nicht
im Schichtstapel 870 vorhanden, siehe geschweifte Klammer 881a.
Auch die Elektrode 830 und das Dielektrikum 850 ist
nicht im Schichtstapel 872 enthalten, siehe geschweifte
Klammer 881b. Die Kontaktabschnitte Via12 und Via14 entfallen.
Die Leitbahn 860 ist mit der Teilelektrode 828 elektrisch
leitend verbunden. Der rechte Teil der Teilelektrode 828 ist als
eigene Leitbahn ausgeführt
und mit den Kontaktabschnitten Via15 und Vial7 verbunden. Der Kontaktabschnitt
Via15 dient zum Anschluss der nach rechts verlängerten Elektrode 824.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden
bei den Kondensatoranordnungen 700 und 800 an
Stelle von Aluminium-Metallisierungslagen Kupfer-Metallisierungslagen
verwendet. Zur Herstellung einer Metallisierungslage wird in diesem
Fall ein sogenanntes Damascene-Verfahren eingesetzt, das jeweils
mit einem chemisch-mechanischen Polierschritt endet. Bei der Verwendung
von Kupfer wird an Stelle des Titannitrids Tantalnitrid eingesetzt.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen mit Aluminium-
oder Kupferelektroden werden zwischen den Elektroden und dem Dielektrikum
TiN- oder TaN Liner als Vermittler verwendet, um z.B. die Rauhigkeit zu
reduzieren oder die Haftung zu erhöhen.
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Die erläuterten Kondensatoranordnungen werden
in Designbibliotheken als Standardbauteile für den Chipdesigner hinterlegt.
Damit kann der Designer zwischen Einfach-MIM-Kondensatoren, Dual-Kondensatoren, Tripel-Kondensatoren
usw. oder zwischen Kondensatoranordnungen wählen, die sich über mehrere
Metallisierungslagen erstrecken und ihrerseits mehrere Einfach-,
Dual- oder Tripel-MIM-Kondensatoren usw. oder eine Kombination aus
diesen Kondensatoren enthalten.
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Durch die Verfahren zur Herstellung
der an Hand der 9 und 10 erläuterten Kondensatoranordnungen
wird unter anderem erreicht:
- – mehrfache
Integration von MIM-Kondensatoren in einem Metallisierungs-BEOL
(Back End of Line),
- – gegebenenfalls
Verwendung von einer Teilmaske zur Strukturierung aller MIM-Kondensatoren,
- – Erhöhung der
erreichbaren Flächenkapazität eines
Standard-MIM-Kondensators um ein Vielfaches, und
- – mit
den vorgeschlagenen Anordnungen können Kapazitäten mit
hoher Güte
und hoher Linearität hergestellt
werden.
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Insbesondere werden auch bei den
Kondensatoranordnungen 700 und 800 Maßnahmen
getroffen, um Schäden
am Rand des Dielektrikums zu vermeiden, beispielsweise das Verwenden
eines Überstandes
und/oder der Kombination einer Trockenätzung und einer Nassätzung bzw.
Nassreinigung.
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Auch werden Sätze von Kondensatoranordnungen 700 bzw. 800 gefertigt,
bei denen bestimmte Kontaktabschnitte weggelassen werden, um die
Gesamtkapazität
zu verringern. Beispielsweise wird bei der Kondensatoranordnung 800 der
Kontaktabschnitt Via11 weggelassen, so dass die Kapazität C1a nicht mehr
zur Gesamtkapazität
C beiträgt.
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11A zeigt
eine integrierte Schaltungsanordnung 1100, die eine nicht
dargestellte Halbleiterscheibe enthält, bspw. eine Siliziumscheibe
(Wafer). In bzw. auf der Halbleiter scheibe befinden sich aktive Bereiche
einer Vielzahl von elektronischen Bauelementen, z.B. von Transistoren.
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Nach der Fertigung der aktiven elektronischen
Bauelemente wird gegebenenfalls nach dem Abscheiden weiterer Schichten
eine dielektrische Schicht ILD aufgebracht, die im Ausführungsbeispiel zwischen
zwei Metallisierungslagen liegt. Die obere dieser beiden Metallisierungslagen
wird in einer Titannitridschicht 1102 gebildet, die auf
die dielektrische Schicht ILD aufgebracht worden ist. Die Titannitridschicht 1102 hat
im Ausführungsbeispiel
eine Dicke D1 von 45 nm.
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Auf die Titannitridschicht 1102 wird
eine Siliziumnitridschicht 1104 als dielektrische Schicht
mit einer Dicke D2 von bspw. 100 nm aufgebracht. Anschließend wird
auf die Siliziumnitridschicht 1104 eine weitere Titannitridschicht 1106 aufgebracht,
die eine Dicke D3 von 45 nm hat.
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Nach dem Erzeugen der oberen Titannitridschicht 1106 wird
eine Fotolackschicht 1110 aufgebracht. Anschließend wird
die Fotolackschicht 1110 mittels einer Maske belichtet.
Nach dem Belichten wird die Fotolackschicht 1110 entwickelt,
wobei ein Fotolackbereich 1112 entsteht.
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Wie in 11B dargestellt,
wird anschließend
ein Plasmaätzprozess
durchgeführt,
bei dem die Titannitridschicht 1106 strukturiert wird.
Es entsteht unterhalb des Fotolackbereichs 1112 eine Deckelektrode 1120 der
zu erzeugenden Kondensatoranordnung. Die Dicke der Deckelektrode 1120 ist gleich
der Dicke D3, d.h. 45 nm. In dem nicht vom Fotolackbereich 1112 bedeckten
Bereich wird die Titannitridschicht dagegen fast vollständig entfernt.
Es gibt nur wenige Reste 1122 und 1124 der Titannitridschicht 1106 in
einem nicht vom Fotolack bzw. Resist bedeckten Bereich B. Die Reste 1122 bzw.
1124 haben bspw. nur eine Dicke von 1 nm oder 2nm.
-
Die Titannitridschicht 1106 wird
beim Plasmaätzen
zeitgesteuert so geätzt,
dass die Dicke der dielektrischen Schicht 1104 im wesentlichen unverändert bleibt. Der durch die Trockenätzung verursachte Ätzabtrag
an der dielektrischen Schicht 1104 liegt unter 1 nm. Ziel
ist eine Trockenätzung
der Titannitridschicht 1106 ohne Überätzung bzw. eine Überätzung von
0 s (Sekunden). Das bedeutet, dass nur Material der Titannitridschicht 1106 abgetragen
werden soll aber kein Material der dielektrischen Schicht 1104.
Beim Berechnen der Ätzzeit
muss deshalb von den dünnsten
Stellen der Titannitridschicht 1106 ausgegangen werden.
-
Nach dem Durchführen des Trockenätzprozesses
werden die verbliebenen Reste der Fotolackschicht 1110 wieder
entfernt. Insbesondere wird der Fotolackbereich 1112 entfernt.
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Wie in 11C dargestellt,
wird anschließend
ein Nassreinigungsschritt durchgeführt, bei dem die Reste 1122 und 1124 entfernt
werden. Die Nassreinigung ist hochselektiv zu dem Siliziumnitrid der
Siliziumnitridschicht 1104, so dass sich die Dicke der
Siliziumnitridschicht 1104 nur geringfügig auf eine Dicke D2a verringert.
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Als nass-chemisches Ätzbad wird
eine Mischung aus einer 35%igen wässrigen Wasserstoffperoxid-Lösung und
einer etwa 28%igen wässrigen Ammoniak-Lösung verwendet.
Das Volumenverhältnis
von Wasserstoffperoxid-Lösung
zu Ammoniak-Lösung
beträgt
20:1. Die nass-chemische Ätzung wird
bei Raumtemperatur ausgeführt.
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Eine solche Ätzung von Titannitrid ist hochselektiv
zum Siliziumnitrid. Während
der nasschemischen Reinigung kommt es zu einer leichten Randanätzung der
Elektrode 1120, die jedoch nicht störend ist, wenn die Elektrode 1120 zuvor
etwas größer strukturiert
worden ist, als eigentlich erforderlich.
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Wie in 11D dargestellt,
wird anschließend
eine Fotolackschicht 1130 abgeschieden, gemäß einer
vorgegebenen Maske belichtet und entwickelt, wobei ein Fotolackbereich 1132 oberhalb
eines Teilbereiches B1 eines nicht von der Deckelektrode 1120 bedeckten
Bereiches der Siliziumnitridschicht 1104 und oberhalb der
Deckelektrode 1120 entsteht. In einem folgenden Trockenätzprozess
werden die Siliziumnitridschicht 1104 und die darunter
liegende Titannitridschicht 1102 gemäß dem Fotolackbereich 1132 strukturiert.
Dabei entsteht ein Bodenelektrode 1134, die gemeinsam mit
dem verbleibenden Dielektrikum der dielektrischen Schicht 1104 und
der Deckelektrode 1120 eine Kondensatoranordnung 1136 bildet.
Gleichzeitig werden in der Titannitridschicht 1102 Leitbahnen
erzeugt, die zum Anschluss der aktiven Bauelemente dienen.
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Auf die Kondensatoranordnung 1136 wird nach
dem entfernen der Reste der Fotolackschicht 1130 eine dielektrische
Schicht 1140 aufgebracht, die bspw. aus Siliziumdioxid
besteht und eine Dicke von mehreren hundert Nanometern hat. Die
dielektrische Schicht 1140 wird planarisiert und bildet
das Dielektrikum zur nächst
höher liegenden
Metallisierungslage, d.h. einer Metallisierungslage, die weiter
vom Halbleitersubstrat entfernt ist als die aus der Titannitridschicht 1102 erzeugte
Metallisierungslage.
-
Mit Hilfe eines weiteren Lithografieverfahrens
werden anschließend
Kontaktabschnittslöcher 1142 und 1194 für Kontaktabschnitt
erzeugt, d.h. für sogenannte
Vias. Dabei wird im Fall des Kontaktabschnittslochs 1142 durch
die dielektrischen Schichten 1140 und 1104 hindurch
bis zur Bodenelektrode 1134 und im Fall des Kontaktloches 1144 nur
durch die dielektrische Schicht 1140 hindurch bis zur Deckelektrode 1120 geätzt.
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Die Kontaktabschnittlöcher 1142 und 1144 werden
danach ggf. unter Einbringung geeigneter Zwischenschichten mit einem
elektrisch leitenden Material gefüllt, bspw. mit Wolfram. Der rechte
Rand des Kontaktloches 1142 hat einen Abstand A vom linken
Rand der Deckelektrode 1120 von bspw. 400 nm.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen werden an
Stelle der dielektrischen Schicht 1104 dielektrische Doppel-
oder Mehrfachschichten verwendet. An Stelle der Titannitridschichten 1102 und 1106 werden ebenfalls
Doppel- oder Mehrfachschichten aus elektrisch leitfähigen Materialien
verwendet. Die erläuterten
Verfahren an der Grenze zwischen dem oberen Schichtstapel aus elektrisch
leitenden Schichten und einem Schichtstapel aus dielektrischen Schichten bleiben
jedoch so, wie oben an Hand der 11A bis 11D erläutert.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die dielektrische Schicht 1104 nicht von einem Kontaktabschnitt
durchdrungen, bspw. dann, wenn die Bodenelektrode in einer Metallisierungslage
liegt und von unten angeschlossen ist. Dennoch stehen das Dielektrikum
des Kondensators und die Bodenelektrode über die Deckelektrode hinaus,
um eine Schädigung
des Dielektrikums beim Strukturieren der dielektrischen Schicht
und der Bodenelektrode in sensiblen Randbereichen der Deckelektrode
zu vermeiden. Das überstehende
Dielektrikum wird durch die oben dargelegte Vorgehensweise weder
nennenswert angeätzt
noch verbleiben Reste der zum Herstellen der Deckelektrode verwendeten
Schicht auf dem Dielektrikum. Insbesondere gibt es keine Reste am
Rand der Elektrode in Bereichen, wo die Deckelektrode durch das
Trockenätzverfahren
strukturiert worden ist.
-
Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die untere
Elektrode nur auf einer lateralen Seite des Kondensators kontaktiert.
An der kontaktierten Seite durchdringt ein Via das Dielektrikum.
An der anderen Seite ragen das Dielektrikum und die Bodenelektrode über die
Deckelektrode hinaus ohne dass dort ein Via angebracht wird. Somit
werden auch an dieser Seite Schäden
des Dielektrikums am empfindlichen Elektrodenrandbereich vermieden.
-
Die an Hand der 11A bis 11D erläuterten Verfahren
werden auch bei Kondensatoren eingesetzt, die mehrere dielektrische
Schichten zwischen drei oder mehr als drei Elektroden enthalten,
insbesondere bei Kondensatoranordnungen, die zwischen zwei Metallisierungslagen
liegen oder sich über
mehrere Metallisierungslagen erstrecken.
-
Die Überlegungen, die für einen
Aspekt der Erfindung gelten auch für die jeweils anderen Aspekte.
Auch werden die Maßnahmen
der Ausführungsbeispiele
aspektübergreifend
angewendet.
-
- 10
- Kondensatoranordnung
- 12
- Dielektrikumschicht
- 14
- Grundelektrodenschicht
- 14a
- Grundelektrode
- 16
- Grunddielektrikumschicht
- 18
- Mittelelektrodenschicht
- 18a
- Mittelelektrode
- 20
- Deckdielektrikumschicht
- 20a
- Deckdielektrikum
- 22
- Deckelektrodenschicht
- 22a
- Deckelektrode
- 23,
23a
- Dielektrikumschicht
- 24,
24a
- Schichtstapel
- 26
- Fotolackschicht
- 50
- Fotolackschicht
- 52
bis 58
- Fotolackbereich
- 60
- Randbereich
- 110
- Kondensatoranordnung
- 112a
- Dielektrikumschicht
- 114a
- Grundelektrodenschicht
- 114b
- Leitbahn
- 116a
- Dielektrikumschicht
- 116b
- Bereich
- 118a
- Mittelelektrode
- 120a
- Deckdielektrikum
- 122b
- Deckelektrode
- 123b
- Dielektrikumschicht
- 130,
132
- gestrichelte
Linie
- 140
- dielektrische
Schicht
- 142,
144
- Metallisierungslage
- 150
bis 154
- Leitbahn
- 160
bis 190
- Viafüllung
- C1,
C2
- Kondensator
- 192
- Schaltskizze
- 210
- Kondensatoranordnung
- I,
II
- Schnittebene
- 214a
- Grundelektrode
- 218a
- Mittelelektrode
- 220
- Kondensatoranordnung
- 222b
- Deckelektrode
- 250,
252
- Leitbahn
- 230
bis 238
- Viafüllung
- 242,
244
- Metallisierungslage
- 260
- Schaltskizze
- C10,
C20
- Kondensator
- 310
- Kondensatoranordnung
- 312
- dielektrische
Schicht
- 313
- Schichtstapel
- 314
- Titannitridschicht
- 314a
- Grundelektrode
- 314b
- Leitbahn
- 316
- Siliziumnitridschicht
- 316a
- Grunddielektrikum
- 316b
- Dielektrikum
- 318
- Titannitridschicht
- 320
- Siliziumnitridschicht
- 322,
322a
- Titannitridschicht
- 322b
- Deckelektrode
- 350
- Fotolackschicht
- 352
bis 358
- Fotolackbereich
- 362
bis 366
- Aussparung
- 400
- Referenzkondensator
- 402
- Grundelektrode
- 404
- Deckelektrode
- 410
- Kondensator
- 412
- Grundelektrode
- 414
- Mittelelektrode
- 416
- Deckelektrode
- 420
- Kondensator
- 422
- Grundelektrode
- 424
- Mittelelektrode
- 426
bis 430
- Deckelektrode
- 500
- Kondensatoranordnung
- 501
- Dielektrikum
-
-
- S1
bis S9
- Elektrode
- D1
bis D9
- Dielektrikum
- 502
- Schichtstapel
-
-
- 504
- Fotolackschicht
- 506,508
- Fotolackbereich
- 520
- Schichtstapel
- 522
bis 528
- Stufe
- 530
- Fotolackschicht
- 532
bis 538
- Fotolackbereich
- 550
- Schichtstapel
- 560
- Fotolackschicht
- 562
bis 568
- Fotolackbereich
- 570
- Schichtstapel
- 600
- Kondensatoranordnung
- 700
- Kondensatoranordnung
- Me1
bis Me4
- Metallisierungslage
- ILD1
bis ILD3
- Zwischenlage
- 710
- untere
Elektrode
- L
- Länge
- 712
- Teilelektrode
- 714
- Dielektrikum
- Via1
bis Via10
- Kontaktabschnitt
- 718
- Leitbahn
- 720,722
- Teilelektrode
- 724
- Dielektrikum
- 728
- Leitbahn
- 730
- Teilelektrode
- 731
- Zwischenraum
- 732
- Obere
Elektrode
- 734
- Dielektrikum
- 736,738
- gestrichelte
Linie
- 740
- Leitbahn
- Cges
- Gesamtkapazität
- 750
- Schaltskizze
- C1
bis C3
- Kapazität
- 752
- gestrichelte
Linie
- 800
- Kondensatoranordnung
- 802
bis 806
- Metallisierungslage
- 810
bis 814
- Zwischenlage
- 820
- untere
Elektrode
- 822,
824
- Elektrode
- 826,
828
- Teilelektrode
- 830,
832
- Elektrode
- 834
- obere
Elektrode
- 840
bis 854
- Dielektrikum
- Via11
bis Via14
- Kontaktabschnitt
- 860,
862
- Leitbahn
- Via15
bis Via17
- Kontaktabschnitt
- 864
- Leitbahn
- 870,
872
- Schichtstapel
- Via18
bis Via21
- Kontaktabschnitt
- 880
- Schaltskizze
- C1a
bis C6a
- Kapazität
- 881a,
881b
- geschweifte
Klammer
- 882,
884
- gestrichelte
Linie
- 1100
- Schaltungsanordnung
- ILD
- dielektrische
Schicht
- 1102
- Titannitridschicht
- D1
bis D3
- Dicke
- 1104
- Siliziumnitridschicht
- 1106
- Titannitridschicht
- 1110
- Fotolackschicht
- 1112
- Fotolackbereich
- 1120
- Deckelektrode
- B
- Bereich
- 1122,
1124
- Rest
- 1130
- Fotolackschicht
- 1132
- Fotolackbereich
- B1
- Bereich
- 1134
- Bodenelektrode
- 1136
- Kondensatoranordnung
- 1140
- dielektrische
Schicht
- 1142,
1144
- Kontaktabschnittsloch
für Via
- A
- Abstand