DE10341564B4

DE10341564B4 - Kondensatoranordnung und Verfahren zur Herstellung derselben

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Publication number: DE10341564B4
Application number: DE10341564A
Authority: DE
Inventors: Michael Anton Schrenk
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: CN100438034C; CN1595652A; DE10341564A1; US7342292B2; US20050116277A1

Abstract

Kondensatoranordnung mit folgenden Merkmalen:
einem Substrat (120; 339);
einer ersten schichtförmigen Elektrode (122; 322; 422) auf dem Substrat;
einem Kondensator-Dielektrikum (124; 224; 224b; 224c 324), das innerhalb einer ersten Grenzfläche (128; 228; 328; 428) zwischen dem Kondensator-Dielektrikum und der ersten Elektrode mit der ersten Elektrode in Verbindung ist;
einer zweiten schichtförmigen Elektrode (126; 226; 226b; 326; 326a; 426), die innerhalb einer zweiten Grenzfläche (130; 230; 330) zwischen dem Kondensator-Dielektrikum und der zweiten Elektrode mit dem Kondensator-Dielektrikum in Verbindung ist, wobei ein wirksamer Kondensatorbereich (140; 240; 340) dort vorhanden ist, wo sich die erste Grenzfläche und die zweite Grenzfläche über das Dielektrikum überlappen; und
einer Kontaktelektrode (132; 232; 332; 332a; 432) zum Kontaktieren der ersten Elektrode in einem Kontaktierungsbereich (134; 234; 334), wobei der Kontaktierungsbereich auf einer der ersten Grenzfläche gegenüber liegenden Oberfläche der ersten Elektrode angeordnet ist und mit dem wirksamen Kondensatorbereich höchstens teilweise oder...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatoranordnung und insbesondere auf einen MIM-Kondensator zur Integration in einer integrierten Schaltung, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen der Kondensatoranordnung.
Integrierte Schaltungen weisen Kondensatoren als passive Bauelemente auf. Insbesondere Hochfrequenzschaltungen in BIPOLAR-, BICMOS- und CMOS-Technologien benötigen integrierte Kondensatoren mit einer hohen spezifischen Kapazität bei einer hohen Spannungslinearität, einem präzisen Kapazitätswert sowie mit niedrigen parasitären Kapazitäten. Herkömmlicherweise werden dazu MOS- bzw. MIS-Kondensatoren sowie MIM-(MIM; MIM = Metal-Isolator-Metal)Kondensatoren eingesetzt. Konventionelle MOS- bzw. MIS-Kondensatoren weisen als nachteilige Eigenschaft eine starke Spannungsabhängigkeit aufgrund spannungsinduzierter Raumladungszonen sowie hohe parasitärer Kapazitäten als Folge eines geringen Abstandes der Kondensatoranordnung zu einem Substrat, auf dem die Kondensatoranordnung angeordnet ist, auf.
Diese Probleme lassen sich durch den Einsatz von MIM-Kondensatoren umgehen. In integrierten Schaltungen, die eine Mehrlagenmetallisierung aufweisen, werden MIM-Kondensatoren möglichst ohne Veränderung und Beeinflussung der benachbarten Metallbahnen integriert. Sie weisen dabei gegenüber MOS- und MIS-Kondensatoren einen deutlich größeren Abstand vom Substrat auf.
Die DE 101 61 285 A1 stellt bereits ein Konzept dar, das sich für eine Integration eines MIM-Kondensators in eine Cu-Damascene Technologie eignet. Dabei können die MIM-Kondensatoren auch dünne dielektrische Schichten aufweisen.
Ein MIM-Kondensator gemäß dem Stand der Technik ist in 5 dargestellt. Gezeigt ist eine Kondensatoranordnung, die sich über drei Lagen 502, 504, 506 einer integrierten Schaltung erstreckt. Die untere Lage 502 ist von der mittleren Lage 504 durch eine Trennschicht 510 und die mittlere Lage 504 ist von der oberen Lage 506 durch eine Trennschicht 512 getrennt. Die Trennschichten 510, 512 sind nicht leitende Diffusionsbarrieren, beispielsweise aus Si₃N₄.
Im folgenden wird der Aufbau der MIM-Kondensatoranordnung in einer Cu-Dual Damascene Architektur von unten nach oben beschrieben. Die Kondensatoranordnung weist eine untere Elektrode 522 auf. Die als ausgefüllte Cu-Platte ausgeführte untere Elektrode 522 ist Teil einer Leiterbahn in der unteren Lage 502. Auf die untere Elektrode 522 kann eine leitende Barriereschicht 524, beispielsweise aus TaN oder TiN aufgebracht sein. Die Barriereschicht 524 ist in der mittleren Lage 504 angeordnet. Um die Barriereschicht 524 mit der unteren Elektrode 522 zu verbinden, weist die Trennschicht 510 eine Unterbrechung auf. Auf der unteren Barriereschicht 524, bzw. bei einem Nichtvorhandensein der unteren Barriereschicht 524 direkt auf der unteren Elektrode 522, ist eine dielektrische Schicht 526 angeordnet. Das Dielektrikum 526 besteht z.B. aus Si₃N₄, Ta₂O₅ oder Al₂O₃. Auf dem Dielektrikum 526 ist eine obere Elektrode 528 angeordnet, die üblicherweise einen Lagenaufbau (nicht gezeigt) bestehend aus leitenden Barrieren und eventuell einer dazwischen angeordneten metallischen Schicht aufweist. Auf die obere Elektrode 528 ist eine Ätzstop-Schicht 530 abgeschieden. Die obere Elektrode 528 ist über eine Durchkontaktierung 534 elektrisch leitend mit einer Leiterbahn 536 verbunden, die in der oberen Lage 506 angeordnet ist. Die gesamte Kondensatoranordnung ist in den Lagen 502, 504, 506 in Zwischenlagen-Dielektrika (nicht gezeigt) eingebettet. Bei der Herstellung der in 5 gezeigten Struktur wird auf die untere Lage 502, bestehend aus z.B. einer Isolierschicht oder einem anderen geeigneten Substrat, die Schicht 510 und auf dieselbe eine SiO₂-Schicht aufgebracht.
Diese Schichtfolge wird dann strukturiert und bearbeitet, um eine Fensteröffnung oder Aussparung in der Schichtfolge zu bilden. Anschließend hieran werden die Schichten 524, 526, 528, 530 abgeschieden und strukturiert, um die in 5 gezeigte Struktur zu erhalten. Auf die so gebildete Struktur wird eine SiO₂-Schicht abgeschieden, auf der die Schicht 510 angeordnet ist und durch die sich die Kontaktierung 534 erstreckt.
Es hat sich gezeigt, dass sich mit einem solchen Aufbau Kondensatoren mit hohen Anforderungen an die Güte realisieren lassen. Die hohe Güte resultiert in erster Linie aus einem niedrigen Serienwiderstand, der sich vor allem dadurch ergibt, dass die erste Elektrode in die Leiterbahnebene integriert ist.
Integrierte Schaltungen erfordern häufig kleine Kapazitäten mit hohen Güten, beispielsweise für RF-Anwendungen wie Filter, Mixed Signals oder Switches, jedoch ebenso innerhalb desselben Chips, Kapazitäten mit hoher Gesamtkapazität aber geringeren Anforderungen an die Güte. Kleine Kapazitäten können gemäß dem Stand der Technik hergestellt werden. Kapazitäten mit einer großen Gesamtkapazität, beispielsweise Koppelkapazitäten erfordern jedoch eine hohe spezifische Kapazität, die durch eine große Kapazitätsfläche und/oder ein dünnes Dielektrikum erreichbar ist.
Dies ist problematisch, da das Dielektrikum einer Kondensatoranordnung gemäß dem Stand der Technik eine relativ hohe Defektdichte aufweist. Die hohe Anzahl von Defekten wird hauptsächlich durch die untere Cu-Elektrode verursacht. Während des Herstellungsprozesses wird die untere Elektrode erhitzt. Ein Schwermetall wie Kupfer weist eine hohe Diffusionskonstante auf, so dass es bei den auftretenden Prozesstemperaturen zu einer Diffusion von Kupferatomen in das benachbarte Dielektrikum kommt. Eine Verunreinigung des Dielektrikums durch Cu-Diffusion kann zu Leckströmen bis hin zu Kurz schlüssen führen. Ein weiterer Nachteil sind Unebenheiten auf der Cu-Oberfläche, die von Cu-Hillocks sowie Scratches hervorgerufen werden und zu elektronischen Feldspitzen und damit zu einer reduzierten Spannungsfestigkeit oder ebenfalls zu Leckströmen bis hin zu Kurzschlüssen führen. Diese negativen Effekte stehen den Anforderungen einer großen Gesamtkapazität, nämlich einem dünnen Dielektrikum sowie einer vergrößerten Kondensatorfläche entgegen.
Als Folge der genannten Effekte vermindert sich die Qualität der Kondensatoranordnung, was sich in einer geringeren Ausbeute bzw. einer kürzeren Lebensdauer bemerkbar macht. Die verminderte Qualität sowie die erhöhte Ausschussrate resultieren in erhöhten Herstellungs- und Folgekosten.
DE 100 19 839 A1 zeigt einen Mehrschichtkondensator mit einer ersten inneren Elektrode, einer dielektrischen Schicht und einer zweiten inneren Elektrode. Die erste innere Elektrode ist mit einem ersten Randdurchführungsleiter verbunden. Der Randdurchführungsleiter befindet sich außerhalb einer durch die inneren Elektroden definierten wirksamen Kondensatorbereichs.
EP 0 989 615 A2 zeigt einen Kondensator mit einem zwischenlagigen dielektrischen Film, der ein Halbleitersubstrat sein kann, sowie einer unteren Elektrode, einem dielektrischen Film und einer oberen Elektrode. Die untere Elektrode wird über eine Wolframverbindung kontaktiert. Die Verbindung ist auf einer, dem Dielektrikum gegenüberliegenden Seite der unteren Elektrode kontaktiert und befindet sich außerhalb einer, einem wirksamen Kondensatorbereich entsprechenden, Überlappung der oberen Elektrode mit dem Dielektrikum und der unteren Elektrode. Die untere Elektrode kann von einer ersten Verbindungsschicht aus TiN gebildet werden. Die obere Elektrode ist über eine weitere Wolframverbindung kontaktiert.
DE 100 08 573 A1 zeigt eine isolierende Passivierung, eine untere Elektrode, einen Kondensatordielektrikum und eine obere Elektrode. Elektrische Anschlüsse für die untere Elektrode werden über Kontaktlochfüllungen kontaktiert, die sich außerhalb einer wirksamen Kondensatorfläche auf der dem Dielektrikum gegenüberliegenden Seite der unteren Elektrode befinden. Die untere Elektrode besteht üblicherweise aus AlCu oder AlSiCu.
US 2003/0160276 A1 zeigt einen Kondensator. Auf einem Substrat ist eine untere Elektrode, eine Pufferschicht, eine dielektrische Lage und eine obere Elektrode angeordnet. Die untere Elektrode ist über aktive Regionen kontaktiert. Die aktiven Regionen überlappen sich teilweise mit einem wirksamen Kondensatorbereich.
US 6,090,704 zeigt einen Kondensator mit einer unteren Elektrode, einem dielektrischen Film und einer oberen Elektrode. Die untere Elektrode ist über eine Verbindungsmetallschicht mit einer Verbindung verbunden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine preisgünstige, qualitativ hochwertige und flexible Kondensatoranordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch Kondensatoranordnungen gemäß Anspruch 1 oder 5 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Kondensatoranordnung gemäß Anspruch 6 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kondensatoranordnung, bei der ein Kontaktierungsbereich einer Kontaktelektrode mit einer ersten leitfähigen Hilfsschicht als erste Elektrode mit dem wirksamen Kondensatorbereich höchstens teilweise oder nicht überlappt, eine nur geringfügige oder sogar vernachlässigbare Defektdichte aufweist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist die Kondensatoranordnung ein Kondensator-Dielektrikum auf, das mit der ersten Hilfsschicht, die die erste Elektrode bildet, verbunden ist. Durch die Erfindung kann erreicht werden, dass innerhalb des wirksamen Kondensatorbereichs das Kondensator-Dielektrikum vollständig oder lediglich abgesehen von Randbereichen, in denen der Kontaktbereich mit dem wirk samen Kondensatorbereich überlappt, vor Störeffekten und Verunreinigungen durch die Kontaktelektrode geschützt wird.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine qualitativ hochwertige Kondensatoranordnung geschaffen wird, die aufgrund einer geringen Defektdichte ein flexibles Einsatzspektrum bietet. Aufgrund der erweiterten Einsatzmöglichkeit, sowie der sich aus der hohen Qualität ergebenden hohen Fertigungsausbeute und langer Lebensdauer, bietet die Kondensatoranordnung einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber dem Stand der Technik.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Kondensatoranordnung ist die erste leitfähige Hilfsschicht eine Barriereschicht und die Kontaktelektrode aus Metall. Ein wirksamer Kondensatorbereich wird von der Kontaktelektrode ringförmig umschlossen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnittes einer Kondensatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2a–2b schematische Darstellungen eines Querschnitts der Kondensatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, zur Veranschaulichung eines wirksamen Kondensatorbereichs;
3 eine schematische Darstellung einer Kondensatoranordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
3a eine Abwandlung des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels;
4 eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Kondensatoranordnung gemäß einem weiteren bevorzugtem Ausführungsbeispiels und
5 eine Schematische Querschnittsdarstellung einer Kondensatoranordnung gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine Kondensatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kondensatoranordnung ist auf einer Isolationsschicht oder einem anderen geeigneten Substrat 120 aufgebaut. Auf dem Substrat 120 ist eine erste leitfähige Hilfsschicht 122 angeordnet. Auf der ersten leitfähigen Hilfsschicht 122 ist ein Kondensator-Dielektrikum 124 und auf diesem eine zweite leitfähige Hilfsschicht 126 angeordnet. Die erste leitfähige Hilfsschicht 122, bevorzugterweise eine Barriereschicht, und das Kondensator-Dielektrikum 124 sind innerhalb einer ersten Grenzfläche 128 zwischen dem Kondensator-Dielektrikum 124 und der ersten Hilfsschicht 122 miteinander verbunden. Ebenso ist die zweite leitfähige Hilfsschicht 126 mit dem Kondensator-Dielektrikum 124 innerhalb einer zweiten Grenzfläche 130 zwischen dem Kondensator-Dielektrikum 124 und der zweiten Hilfsschicht 126 verbunden. Die erste leitfähige Hilfsschicht 122 bildet eine erste leitfähige Elektrode und die zweite leitfähige Hilfsschicht 126 eine zweite Elektrode der Kondensatoranordnung. Die erste Elektrode 122 ist gegenüber der zweiten Elektrode 126 durch das Kondensator-Dielektrikum 124 elektrisch isoliert. Die erste Elektrode 122 ist mit einer Kontaktelektrode 132 verbunden. Die Kontaktelektrode 132 ist ringförmig ausgebildet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Begriff „ringförmig" alle geschlossenen Strukturen umfasst, die in einem Bereich innerhalb eines Peripheriebereichs nicht gefüllt sind. Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen sind diese Strukturen kreisringförmig, quadratisch, rechteckig, mehreckig etc.
Die Kondensatoranordnung weist einen wirksamen Kondensatorbereich 140 auf. Der wirksame Kondensatorbereich 140 ist durch ein Überlappen der ersten Grenzfläche 128 und der zweiten Grenzfläche 130 definiert und verläuft zwischen der ersten Elektrode 122 und der zweiten Elektrode 126 durch die gesamte Kondensatoranordnung.
Die Kontaktelektrode bzw. der Kontaktanschluss 132 ist mit der ersten Elektrode 122 auf einer Seite verbunden, die der ersten Grenzfläche 128 der ersten Elektrode 122 gegenüber liegt. Die Kontaktelektrode 132 ist so angeordnet, dass sich der Kontaktierungsbereich 134 und der wirksame Kondensatorbereich 140 nur teilweise oder nicht überlappen. In diesem Ausführungsbeispiel überlappt sich der wirksame Kondensatorbereich 140 teilweise mit dem Kontaktierungsbereich 134.
Die 2a und 2b dienen zur Veranschaulichung der Definition des wirksamen Kondensatorbereichs. Gezeigt sind schematische Querschnittsdarstellungen einer auf einem Substrat (nicht gezeigt) angeordneten Kondensatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2a zeigt eine Kondensatoranordnung bestehend aus einer ersten Elektrode 222, einem Kondensator-Dielektrikum 224 sowie einer zweiten Elektrode 226. Entsprechend der in 1 gezeigten Anordnung ist die erste leitfähige Hilfsschicht 222 mit dem Kondensator-Dielektrikum 224 innerhalb einer ersten Grenzfläche 228 Zwischen dem Kondensator-Dielektrikum 224 und der ersten Elektrode 222 verbunden. Ebenso ist die zweite Elektrode 226 mit dem Kondensator-Dielektrikum 224 innerhalb einer zweiten Grenzfläche 230 zwischen dem Kondensator-Dielektrikum 229 und der Elektrode 226 verbunden. Ebenfalls gezeigt ist eine Kontaktelektrode 232 die innerhalb eines Kontaktierungsbereichs 234 mit der ersten Elektrode 222 verbunden ist.
Ein wirksamer Kondensatorbereich 240 ist wiederum durch den Bereich definiert, in dem sich die erste und die zweite Grenzfläche 228, 230 überlappen. In diesem Ausführungsbeispiel weist die zweite Elektrode 226 eine geringere räumliche Ausdehnung als die erste Elektrode 222, sowie das Kondensator-Dielektrikum 224 auf. Der wirksame Kondensatorbereich 240 ist daher begrenzt durch die zweite Grenzfläche 230, innerhalb der die zweite Elektrode 226 mit dem Kondensator-Dielektrikum 224 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kontaktelektrode 232 außerhalb des wirksamen Kondensatorbereichs 240 angeordnet. Es kommt zu keiner Überlappung des Kontaktierungsbereiches 234 mit dem wirksamen Kondensatorbereich 240.
Die in 2a genannte Struktur kann auch „gespiegelt" werden, d.h., die Schichtfolge in 2a kann umgekehrt werden, so dass sich ausgehend von einem Träger die Schichten 226, 224, 222, 232 nach oben erstreckt. Ferner kann zusätzliche eine Kontaktierung der zweiten Elektrode vorgesehen sein, die gemäß der ersten Kontaktelektrode außerhalb des wirksamen Kondensatorbereichs angeordnet ist, z.B. in Form einer weiteren ringförmigen Cu-Struktur.
2b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kondensatoranordnung gemäß 2a. Im Unterschied zur 2a zeigt 2b ein Kondensator-Dielektrikum 224c, das dieselbe räumliche Ausdehnung aufweist wie die zweite Elektrode 226. Der wirksame Kondensatorbereich 240 ist dementsprechend von der räumlichen Ausdehnung der Kondensator-Elektrode mit der kleineren Abmessung begrenzt, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zweite Elektrode 226.
3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Kondensatoranordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Kondensatoranordnung ist Teil einer integrierten Schaltung, die eine Mehrlagenmetallisierung aufweist. Gezeigt ist eine untere Lage 302, eine mittlere Lage 304 sowie eine obere Lage 306. Zwischen der unteren Lage 302 und der mittleren Lage 304 ist eine Trennschicht 310 aus Si₃N₁ angeordnet. Ebenso ist zwischen der mittleren Lage 304 und der oberen Lage 306 eine Trennschicht 312 angeordnet. Eine erste leitfähige Hilfsschicht 322, die eine untere Elektrode bzw. Barriere zu dem Kupfer bildet ist in einer Aussparung der Trennschicht 310 angeordnet und erstreckt sich in die mittlere Lage 304. Auf der ersten leitfähigen Hilfsschicht 322 ist ein Kondensator-Dielektrikum 324 angeordnet. Auf dem Kondensator-Dielektrikum 324 ist eine zweite leitfähige Hilfsschicht 326 angeordnet, die eine obere Elektrode bildet. Die zweite Elektrode 326 ist von einer Ätzstop-Schicht 327 abgedeckt. Die äußeren Oberflächen des Kondensator-Dielektrikums 324, der zweiten Elektrode 326 sowie der Ätzstop-Schicht 327 können von einer weiteren Schutzschicht (nicht gezeigt) ummantelt sein. Bei der Herstellung der in 3 gezeigten Struktur wird auf die untere Lage 302, z.B. eine Isolierschicht oder ein anderes geeignetes Substrat, die Schicht 310 und auf dieselbe eine SiO₂-Schicht aufgebracht. Diese Schichtfolge wird dann strukturiert und bearbeitet, um eine Fensteröffnung oder Aussparung in der Schichtfolge zu bilden. Anschließend hieran werden die Schichten 322, 324, 326, 327 abgeschieden und strukturiert, um die in 3 gezeigte Struktur zu erhalten. Auf die so gebildete Struktur wird eine SiO₂-Schicht abgeschieden, auf der die Schicht 312 angeordnet ist und durch die sich die Kontaktierung 336 erstreckt.
Die erste Elektrode 322 ist mit dem Kondensator-Dielektrikum 324 innerhalb einer ersten Grenzfläche 328 zwischen dem Kondensator-Dielektrikum 324 und der Elektrode 332 verbunden. Dementsprechend ist die zweite Elektrode 326 mit dem Kondensator-Dielektrikum 324 innerhalb einer zweiten Grenzfläche 330 zwischen dem Kondensator-Dielektrikum 324 und der zweiten Elektrode 326 verbunden.
Die erste Elektrode 322 ist mit einer unteren Kontaktelektrode 332 verbunden. Die Kontaktelektrode ist ringförmig ausgebildet und ist in einem Kontaktierungsbereich 334 mit der ersten Elektrode 322 verbunden. Die zweite Elektrode 326 ist in diesem Ausführungsbeispiel gemäß dem Stand der Technik über eine Durchkontaktierung 336 mit einer Leiterbahn 338, die in der oberen Lage 306 angeordnet ist, verbunden.
Die Kontaktelektrode 332 ist bevorzugterweise aus Cu und ist Teil einer Leiterbahn (nicht gezeigt) oder mit einer solchen verbunden. Die Kontaktelektrode 332 stellt eine elektrische Verbindung zu der ersten Elektrode 322 her und ist mit dieser innerhalb des Kontaktierungsbereichs 334 elektrisch verbunden. Die Kontaktelektrode 332 ist in ein Substrat (z.B. SiO₂) 339 eingebettet, auf dem außerdem die erste Elektrode 322 sowie die Trennschicht 310 angeordnet ist. Die erste Elektrode 322 besteht bevorzugterweise aus TaN oder TiN. Das Kondensator-Dielektrikum 324 besteht bevorzugterweise aus Si₃N₄, Ta₂O₅, HfO₂ oder Al₂O₃. Die zweite Elektrode 326 besteht bevorzugterweise ebenfalls aus TaN oder TiN. Die Durchkontaktierung 336 und die Leiterbahn 338 sind bevorzugterweise aus Cu.
In diesem Ausführungsbeispiel ist sowohl die erste Elektrode 322 als auch die zweite Elektrode 326 aus einem Material, das eine Barriereschicht für diffundierende Atome der Kontaktelektrode 332 bildet. Die Kontaktelektrode 332 sowie die Durchkontaktierung 336 und die Leiterbahn 338 sind aus einem Metall, das aufgrund seiner guten Leitfähigkeit eine möglichst hohe Güte der Kondensatoranordnung gewährleistet.
Ein wirksamer Kondensatorbereich 340 ist durch den Überlappungsbereich der ersten und der zweiten Grenzfläche 328, 330 definiert. Da sich die zweite leitfähige Hilfsschicht 326, die die obere Elektrode bildet, innerhalb der Aussparung der Trennschicht 310 befindet, werden störende Kanteneffekte an den Rändern des wirksamen Kondensatorbereichs 340 vermieden.
Die Kontaktelektrode 332 ist außerhalb des wirksamen Kondensatorbereichs 340 angeordnet. Das bedeutet, dass sich der wirksame Kondensatorbereich 340 und der Kontaktierungsbereich 334 nicht überlappen. Dies hat den besonderen Vorteil, dass Kupferatome aus der Elektrode 332, die während des Herstellungsprozesses der Kondensatoranordnung durch die erste Elektrode 322 in das Kondensator-Dielektrikum 324 hinein diffundieren, sich außerhalb des wirksamen Kondensatorbereichs 340 befinden. Auf diese Weise wird ein Kurzschluss zwischen der ersten Elektrode 322 und der zweiten Elektrode 326 vermieden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich elektrische Feldspitzen in Folge von Unebenheiten, erzeugt durch Cu-Hillocks zwischen der Cu-Kontaktelektrode 332 und der ersten Elektrode 322, nicht störend auf den wirksamen Kondensatorbereich 340 auswirken und sich somit die Zuverlässigkeit erhöht.
Alternativ zu der in 3 gezeigten Anordnung kann sich die obere Elektrode 326 auch weiter nach außen erstrecken, so dass dieselbe in einem Bereich oberhalb der Kontaktelektrode 332 endet, sich also auf den Abschnitt des Dielektrikums 324 erstreckt, der auf der SiO₂-Schicht auf der Schicht 310 angeordnet ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Schicht 326 in diesem Fall nicht bis an den Rand des Dielektrikums 324.
Im folgenden wird anhand von 3 ein Verfahren zum Erzeugen einer Kondensatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 zeigt eine Kontaktelektrode 332, die in Damascene Technik in einem bereitgestellten Substrat 339 abgeschieden wird. Auf das Substrat 339 sowie die Kontaktelektrode 332 wird anschließend die Trennschicht 310 in Form einer dielektrischen Schutzschicht abgeschieden. Anschließend wird die Trennschicht 310 an der Stelle, an der eine Anordnung der Kondensatoranordnung vorgesehen ist, wieder entfernt. Auf die freigelegten Bereiche 340, 350 wird eine erste Elektrode 322 aufgebracht. Anschließend wird das Kondensator- Dielektrikum 324 auf der ersten Elektrode 322 abgeschieden. Nachfolgend wird innerhalb des wirksamen Kondensatorbereiches 340 auf das Kondensator-Dielektrikum 324 die zweite Elektrode 326 abgeschieden. Auf die zweite Elektrode 326 wird eine Ätzstop-Schicht 327 abgeschieden, die unterbrochen wird, um einen Kontakt der zweiten Elektrode 326 über eine Durchkontaktierung zu ermöglichen.
3a zeigt eine Abwandlung des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels. Elemente, die denen aus 3 entsprechen, haben die gleichen Bezugszeichen. Elemente, die von denen in 3 gezeigten abweichen, haben die gleichen Bezugszeichen, die zusätzlich mit „a" versehen sind. Wie zu erkennen ist, wurde hier die Anordnung von Kontaktelektrode und zweiter leitfähiger Schicht gegenüber der Anordnung in 3 „invertiert". Genauer gesagt ist die Kontaktelektrode 332a, anders als in 3, nicht ringförmig in der unteren Lage 302 gebildet, sondern als ausgefüllte Struktur in einem Bereich (Kontaktbereich 334a) angeordnet, der benachbart zu der Fensteröffnung in der Trennschicht 310 ist. Anstelle der ringförmigen Struktur der Kontaktelektrode sind in 3a nun die erste Elektrode 326a und die Ätzstoppschicht 327a ringförmig ausgebildet, so dass der Kontaktierungsbereich 334a zwischen der Schicht 322 und der Kontaktelektrode 332a mit dem wirksamen Kondensatorbereich höchstens teilweise oder nicht überlappt, so dass zumindest ein Teil der sich im wirksamen Kondensatorbereich befindlichen ersten Elektrode 322 an das Substrat 339 bzw. nicht an die Kontaktelektrode 332a angrenzt. Der wirksame Kondensatorbereich ist wie in 3 durch den überlappenden Bereich der Schichten 322, 324 und 326a gebildet. Die Kontaktierung der zweiten Hilfsschicht 326a erfolgt hier z.B. durch eine ringförmige Durchkontaktierung 336a.
4 zeigt eine rein schematische Aufsichtsdarstellung der Kondensatoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist eine erste Kondensatoranordnung 400 die mit einer zweiten, angedeuteten Kondensatoranordnung 400' verbunden ist. Die erste Kondensatoranordnung 400 weist eine erste Elektrode 422 und eine zweite Elektrode 426 auf. Die erste Elektrode 422 überlappt teilweise mit einer Kontaktelektrode 432. Eine Leiterbahn 438 ist über eine Durchkontaktierung (nicht gezeigt) mit der zweiten leitfähigen Hilfsschicht 426 verbunden. Die Kontaktelektrode 432 weist Verbindungen 460, 461 in Form von Leiterbahnen auf. Ebenso weist die Leiterbahn 438 eine Verbindung 465 in Form einer Leiterbahn auf. Die Verbindung 465 verbindet die erste Kondensatoranordnung 400 mit der zweiten Kondensatoranordnung 400'.
In 4 ist zu sehen, dass die Kontaktelektrode 432 die erste Elektrode 422 ringförmig umschließt und dass sich die Kontaktelektrode 432 außerhalb eines wirksamen Kondensatorbereichs, der in diesem Ausführungsbeispiel durch die Ausdehnung der zweiten Elektrode 426 definiert wird, befindet.
Die beschriebene Kondensatoranordnung ist nicht auf integrierte Schaltungen beschränkt.

Claims

Kondensatoranordnung mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (120; 339); einer ersten schichtförmigen Elektrode (122; 322; 422) auf dem Substrat; einem Kondensator-Dielektrikum (124; 224; 224b; 224c 324), das innerhalb einer ersten Grenzfläche (128; 228; 328; 428) zwischen dem Kondensator-Dielektrikum und der ersten Elektrode mit der ersten Elektrode in Verbindung ist; einer zweiten schichtförmigen Elektrode (126; 226; 226b; 326; 326a; 426), die innerhalb einer zweiten Grenzfläche (130; 230; 330) zwischen dem Kondensator-Dielektrikum und der zweiten Elektrode mit dem Kondensator-Dielektrikum in Verbindung ist, wobei ein wirksamer Kondensatorbereich (140; 240; 340) dort vorhanden ist, wo sich die erste Grenzfläche und die zweite Grenzfläche über das Dielektrikum überlappen; und einer Kontaktelektrode (132; 232; 332; 332a; 432) zum Kontaktieren der ersten Elektrode in einem Kontaktierungsbereich (134; 234; 334), wobei der Kontaktierungsbereich auf einer der ersten Grenzfläche gegenüber liegenden Oberfläche der ersten Elektrode angeordnet ist und mit dem wirksamen Kondensatorbereich höchstens teilweise oder nicht überlappt, so dass zumindest ein Teil der sich im wirksamen Kondensatorbereich befindlichen ersten Elektrode an das Substrat oder nicht an die Kontaktelektrode angrenzt, wobei die Kontaktelektrode (332; 432) den wirksamen Kondensatorbereich (340) ringförmig umschließt.
Kondensatoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Kontaktelektrode (332; 432) aus einem Halbleitermaterial ist.
Kondensatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die erste Elektrode (322; 422) eine Barriereschicht ist, die eine Diffusions-Barriere für Material der Kontaktelektrode (332; 432) bildet.
Kondensatoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Elektrode (226b) entsprechend der ersten Elektrode (222) mit einer zweiten Kontaktelektrode (236b) kontaktiert ist.
Kondensatoranordnung mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (120; 339); einer ersten schichtförmigen Elektrode (122; 322; 422) auf dem Substrat; einem Kondensator-Dielektrikum (124; 224; 224b; 224c 324), das innerhalb einer ersten Grenzfläche (128; 228; 328; 428) zwischen dem Kondensator-Dielektrikum und der ersten Elektrode mit der ersten Elektrode in Verbindung ist; einer zweiten schichtförmigen Elektrode (126; 226; 226b; 326; 326a; 426), die innerhalb einer zweiten Grenzfläche (130; 230; 330) zwischen dem Kondensator-Dielektrikum und der zweiten Elektrode mit dem Kondensator-Dielektrikum in Verbindung ist, wobei ein wirksamer Kondensatorbereich (140; 240; 340) dort vorhanden ist, wo sich die erste Grenzfläche und die zweite Grenzfläche über das Dielektrikum überlappen; und einer Kontaktelektrode (132; 232; 332; 332a; 432) zum alleinigen Kontaktieren der ersten Elektrode in einem Kontaktierungsbereich (134; 234; 334) auf einer der ersten Grenzfläche gegenüber liegenden Oberfläche der ersten Elektrode, wobei der Kontaktierungsbereich mit dem wirksamen Kondensatorbereich höchstens teilweise oder nicht überlappt, so dass zu mindest ein Teil der sich im wirksamen Kondensatorbereich befindlichen ersten Elektrode an das Substrat oder nicht an die Kontaktelektrode angrenzt, wobei die zweite Elektrode ringförmig (126; 226; 226b; 326; 326a; 426) ausgebildet ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Kondensatoranordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 5.