DE2548563A1

DE2548563A1 - Capacitor for integrated semiconductor circuits - formed by metal pattern on insulation covering silicon substrate

Info

Publication number: DE2548563A1
Application number: DE19752548563
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Phys Dr Epple
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-10-30
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1977-05-05

Abstract

The metal layer is then partly removed to leave a pattern which forms a capacitor, and the metal is pref. aluminium deposited on a layer of insulation covering a semiconductor substrate. The Al is exposed to a laser- or electron beam to form a pattern in which the strips of metal are sepd. by not 2 mu m. The gaps between teh metal strips may be filled with a material of high dielectric constant. For example, a silicon substrate is coated with SiO2 or Si3N4, and then with Al which is partly removed to form a capacitor on the insulation near to the circuit elements in the Si.

Description

Verfahren zum Herstellen eines Kondensators"Method of making a capacitor "

Beim Schaltungsentwurf von monolithischen integrierten Schaltkreisen ist man bemüht, Kondensatoren so weit wie möglich zu vermeiden, da Kapazitäten mit Hilfe von pn-Übergängen in Halbleiterkörpern nur in sehr engen Grenzen realisiert werden können und außerdem solche Sperrschichtkapazitäten einen relativ großen Temperaturkoeffizienten haben. Müssen Kondensatoren mit einem kleinen Temperaturkoeffizient und engen Kapazitätstoleranzen für monolithisch integrierte Halbleiterschaltungsan ordnungen hergestellt werden, so kann man solche Kondensatoren nicht im Halbleiterkörper herstellen, sondern nur auf dem Halbleiterkörper mit Hilfe der Dünnfilmtechnik. Die mit Hilfe der Dünnfilmtechnik hergestellten Kondensatoren erfordern eine Schichtenfolge Metall/Dielektrikum/Metall, wobei die Schiöten übereinander liegen.In the circuit design of monolithic integrated circuits one tries to avoid capacitors as much as possible, since capacities with With the help of pn junctions in semiconductor bodies only realized within very narrow limits and, moreover, such junction capacitances have a relatively large temperature coefficient to have. Need capacitors with a small temperature coefficient and tight capacitance tolerances are produced for monolithically integrated semiconductor circuit arrangements, such capacitors cannot be produced in the semiconductor body, but only on the semiconductor body with the help of thin film technology. The with the help of thin film technology manufactured capacitors require a layer sequence metal / dielectric / metal, with the pods lying on top of each other.

Die Kombination der Dünnfilmtechnik mit der monolithischen Integrationstechnik hat bisher zu keinen guten Ergebnissen geführt, da die Dünnfilmtechnik zusätzliche Verfahrensschritte erfordert, die zu relativ großen Ausfällen führen.The combination of thin film technology with monolithic Integration technology has so far not led to good results, as the thin-film technology provides additional Requires process steps that lead to relatively large failures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Technik zur Herstellung von Kondensatoren anzugeben, die sich leichter als die bekannte Dünnfilmtechnik mit der monolithischen Integrationstechnik kombinieren läßt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen eines Kondensators vorgeschlagen, welches nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß auf eine Isolierstoffunterlage eine Metallschicht aufgebracht und diese Metallschicht derart in Metallbeläge aufgetrennt wird, daß die voneinander getrennten Metallbeläge einen Kondensator bilden. Im allgemeinen wird man zwei voneinander getrennte Metallbeläge aus der Metallschicht herstellen.The invention is based on the object of a new manufacturing technique of capacitors, which are easier to use than the well-known thin-film technology can be combined with monolithic integration technology. To solve this problem a method for producing a capacitor is proposed, which according to the invention is characterized in that on an insulating material a Metal layer applied and this metal layer so separated into metal coverings is that the separated metal layers form a capacitor. In general you will produce two separate metal coverings from the metal layer.

Die Metallschicht wird vorzugsweise derart in zwei Metallbeläge aufgetrennt, daß sich für den Kondensator eine möglichst große Kapazität durch eine entsprechend lange Trennspur ergibt.The metal layer is preferably separated into two metal coverings in such a way that that for the capacitor as large a capacity as possible through a corresponding long separation track results.

Zu diesem Zweck wird die Metallschicht beispielsweise derart in zwei Metallbeläge aufgetrennt, daß sich eine mäanderförmig verlaufende Trennspur ergibt. Es empfiehlt sich, die Trennfläche zwischen den beiden Metallbelägen mit einem Material hoher Dielektrizitätskonstante auszufüllen, um die Kapazität des Kondensators zu erhöhen.For this purpose, the metal layer is divided into two, for example Metal coverings separated so that a meandering separating track results. It is recommended that the interface between the two metal coverings with a material high dielectric constant to fill the capacitance of the capacitor raise.

Die Trennfläche zwischen den beiden Metallbelägen soll eine möglichst geringe Breite aufweisen und beispielsweise höchstens 21um breit sein. Die Trennung der Metallschicht in die Metallbeläge wird beispielsweise mit Hilfe von Laser-oder Elektronenstrahlen durchgeführt. Die Erfindung findet vorzugsweise in Verbindung mit der monolithisch integrierten Halbleitertechnik Anwendung. Dabei wird die Metallschicht zur Herstellung des Kondensators auf die bei integrierten Halbleiterschaltungen ohnehin auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers vorhandene Isolierschicht, die beispielsweise aus Siliziumdioxid oder aus Siliziumnitrid besteht, aufgebracht. Die Metallschicht wird vorzugsweise durch Aufdampfen hergestellt.The interface between the two metal coverings should be as close as possible have a small width and, for example, be at most 21 µm wide. The separation the metal layer in the metal coverings is for example with the help of laser or Electron beams carried out. The invention is preferably found in connection with the monolithically integrated semiconductor technology application. Thereby the metal layer for the production of the capacitor on the with integrated semiconductor circuits anyway existing on the surface of the semiconductor body insulating layer, the For example, made of silicon dioxide or silicon nitride is applied. The metal layer is preferably produced by vapor deposition.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment explained.

Die Figur 1 zeigt ein Teilstück eines fUr eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung vorgesehenen Halbleiterkörpers 1, der beispielsweise aus Silizium besteht. Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 befindet sich eine Isolierschicht 2, die bei einer integrierten Schaltung als.Diffusionsmaske für die Eindiffusion der seitlich vom Kondensator im Halbleiterkörper befindlichen Bauelemente und zum Schutz der pn-Ubergänge dieser Bauelemente erforderlich ist. Die Isolierschicht 2 besteht beispielsweise aus Siliziurrtdioxid. Besteht der Halb leiterkörper t aus Silizium, so wird die Siliziumdioxidschicht 2 vorzugsweise durch Oxydation des Halbleiterkörpers aus Silizium hergestellt. Gemaß der Figur 1 wird auf die Oberfläche der Isolierschicht 2 eine Metallschicht 3aufgebracht, die beispielsweise durch Aufdampfen hergestellt wird.FIG. 1 shows a portion of a for an integrated semiconductor circuit arrangement provided semiconductor body 1, which consists for example of silicon. On the Surface of the semiconductor body 1 is an insulating layer 2, which is at an integrated circuit als.Diffusionsmaske for the diffusion of the side from the capacitor located in the semiconductor body components and to protect the pn junctions of these components is required. The insulating layer 2 is made for example from silicon dioxide. If the semiconductor body t is made of silicon, the Silicon dioxide layer 2, preferably by oxidation of the silicon semiconductor body manufactured. According to the figure 1 is on the surface of the insulating layer 2 Metal layer 3 applied, which is produced for example by vapor deposition.

Die Metallschicht 3, die beispielsweise aus Aluminium besteht, wird auf denjenigen Bereich der Isolierschicht 2 beschränkt, der für den Kondensator vorgesehen ist. Allerdings kann für den Kondensator auch diejenige Metallschicht rnitverwendet werden, die zur Herstellung der Bauelem-#enteelektroden bei integrierten Haib-leiterschaitungen ohnehin - und zwar im- allgemeinen ganzflächig - auf die Isolierschicht aufgebracht wird, so daß unter Umständen gar keine gesonderte Metalischicht für den Kondensator erforderlich ist. Da allerdings die Dicke der Metalischicht für den Kondensator vorzugsweise nur 1 bis einige dick sein soll und die Metallischicht für die Elektroden der Bauelemente im allgemeinen dicker als dieser Bereich ist, wird für die Kondensatormetallschicht doch eine besondere Metallschicht erforderlich sein.The metal layer 3, which consists for example of aluminum, is limited to that area of the insulating layer 2 for the capacitor is provided. However, that metal layer can also be used for the capacitor are also used for the manufacture of the component electrodes in the case of integrated Haib circuitry anyway - and generally over the whole area - on the Insulating layer is applied, so that under certain circumstances no separate metal layer at all is required for the capacitor. However, there is the thickness of the metal layer for the capacitor should preferably only be 1 to a few thick and the metal layer for the electrodes of the components is generally thicker than this area, a special metal layer is required for the capacitor metal layer be.

Die Figur 2 zeigt die Metallschicht 3 nach der Auftrennung in die beiden Metallbeläge 3a und 3b, und zwar die Figur 2a im Schnitt und die Figur 2b in der Draufsicht. Die Auftrennung der Metallschicht 3 in die beiden Beläge 3a und 3b erfolgt beispielsweise durch einen rechnergesteuerten Elektronen- oder Laserstrahl, der im Ausführungsbeispiel eine mäanderförmige Spur durchläuft und dabei das Metall zwischen den Metallbelägen 3a und 3b in einer schmalen Zone 4 der Breite d verdampft. Der Kondensator wird durch die einander zugewandten Schmalseiten der Metallbeläge 3a und 3b gebildet.FIG. 2 shows the metal layer 3 after it has been separated into the two metal coverings 3a and 3b, namely the Figure 2a in section and the Figure 2b in top view. The separation of the metal layer 3 into the two coverings 3a and 3b takes place, for example by a computer-controlled electron or laser beam, which in the exemplary embodiment runs through a meander-shaped track and the metal between the metal coatings 3a and 3b in a narrow zone 4 of width d evaporated. The condenser is through the narrow sides facing each other formed of the metal coatings 3a and 3b.

Um für den Kondensator einen möglichst großen Kapazitätswert zu erreichen, wird die Trennzone 4 gemäß der Figur 3 mit einnem Material 5 hoher Dielektrizitätskonstante ausgefüllt. Dieses Material kann gleichzeitig als Schutzschicht für den Kodensator dienen. Das Material für die Isolierschicht zwischen den beiden Metallbelägen kann beispielsweise aufgeschmolzen oder aufgedampft werden. Als Dielektrikum eignet sich beispielsweise Aluminiumoxid (A1203). Die Metallbeläge eines Kondensators liegen also nach der Erfindung nicht übereinander, sondern lateral nebeneinander.In order to achieve the largest possible capacitance value for the capacitor, the separating zone 4 according to FIG. 3 is made of a material 5 with a high dielectric constant filled out. This material can also be used as a protective layer for the capacitor to serve. The material for the insulating layer between the two metal coverings can for example melted or vaporized. As a dielectric is suitable for example aluminum oxide (A1203). The metal coverings of a capacitor lie so according to the invention not one above the other, but laterally next to one another.

Claims

9 Method of manufacturing a capacitor, especially for integrated Semiconductor circuit arrangements, characterized in that on an insulating material support applied a metal layer and this metal layer separated in this way into metal coverings is that the separated metal layers form a capacitor.

2) Method according to claim 1, characterized in that the metal layer is separated into two separate metal coverings.

3) Method according to claim 2, characterized in that the metal layer is separated into two metal coverings in such a way that there is one for the capacitor The largest possible capacity results from a correspondingly long separating track.

4) Method according to claim 3, characterized in that the metal layer is separated into two metal coverings in such a way that one meander-shaped Separation trace results.

5) Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the interface between the metal coverings with a material with a high dielectric constant is filled out.

6) Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the interface between the metal coverings is at most 2 / µm wide.

7) Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the separation of the metal layer is carried out by laser or electron irradiation will.

8) Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that that the metal layer is applied to the insulating layer of a semiconductor body will.

9) Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that that the metal layer is evaporated.

10) Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the metal layer consists of aluminum.