DE3314100A1 - Verfahren zum herstellen eines integrierten kondensators und eine auf diese weise erhaltene anordnung - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines integrierten kondensators und eine auf diese weise erhaltene anordnungInfo
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Description
." 33H100
PHF 82.537 " j** " 14-1-1983
"Verfahren zum Herstellen eines integrierten Kondensators und eine auf diese Weise erhaltene Anordnung".
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper,
der an einer Oberfläche mit Schaltungselementen und einer Mehrschichtverdrahtungsstruktur versehen ist, wobei
die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer ersten Schicht aus einem isolierenden Material bedeckt wird, worauf
aus einer auf dem.isolierenden Material niedergeschlagenen
Metallschicht ein erstes Leitermuster gebildet wird, das den Halbleiterkörper an der Stelle von Kontaktlöchern
in der ersten Schicht aus isolierendem Material kontaktiert und mindestens eine Platte eines Kondensators enthält, wonach
ein zweites Leitungsmuster angebracht wird, das eine zweite Platte des Kondensators enthält und durch ein Dielektrikum,
das durch anodische Oxydation aus der auf der ersten Schicht aus isolierendem Material niedergeschlagenen Metallschicht
erhalten worden ist, davon getrennt ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die mit diesem Verfahren erhaltene Anordnung.
Zum Herstellen von Kondensatoren in Halbleiteranordnungen für den elektronischen Gebrauch wird vorzugsweise
die Dünnschichttechnik angewandt, wobei die entsprechend
dieser Technik hergestellten Kondensatoren eine grössere Kapazität pro Oberflächeneinheit aufweisen und viel
geringere Streuwiderstände als die Kapazitäten der diffundierten Übergänge, die auch benutzt werden können. Weiterhin
ist die Kapazität der DUnnschichtkondensatoren nicht abhängig von der angelegten Spannung, wie die der Halbleiterübergänge .
Das als Dielektrikum in diesen Kondensatoren ve:
wendete Isoliermaterial ist meistens Siliziumoxyd, SiO2,
weil dieses Oxyd während der meisten Verfahren zum Herstellen von Anordnungen aus Siliziumsubstraten gebildet
wird. Dieses Oxyd hat jedoch eine geringe Dielektrizitäta-
PHN 82.537 β?//' " 1411-1983
konstante.
Veil es schwierig ist, diese Oxyd mit einer sehr geringen Dicke zu verwirklichen und zwar wegen der Gefahr
vor Unzulänglichkeiten in der Isolierung wurde versucht dieses Dielektrikum durch andere Materialien mit hoher
Dielektrizitätskonstante zu ersetzen, insbesondere durch Siliziumnitrit, einzeln oder zusammen mit Siliziumoxyd und
neulich durch Aluminiumoxyd oder Aluminiumoxyd zusammen mit einer Schicht des genannten Siliziumoxyds.
Die bekannten Verfahren zum Erhalten homogener und dichter dünner Schichten dieser Dielektriken erfordern
im allgemeinen zusätzliche Bearbeitungen, oft verwickelt und äusserst genau, die kostspielige Vorkehrungen erfordern.
Dies ist der Fall was die Schichten des Siliziumoxyds oder Nitrits anbelangt. Das ist auch der Grund, weshalb man im
allgemeinen immer mehr eine anodische Oxydation zum Bilden einer Oxydschicht von der Oberfläche einer bereits niedergeschlagenen
Metallschicht anwendet, wobei dann "eine geeignete Spannung zwischen die genannte zu oxydierende Metalloberflache
und eine in einen Elektrolyten eingetächte Elektrode angelegt wird.
Diese Lasung ist besonders wichtig wenn es. sich um die Herstellung sogenannter "MOM"-Kondensatoren (Metall-Oxyd-Metall)
handelt, weil man die dielektrische Schicht des Kondensators in einer ersten niedergeschlagenen Metallschicht
bilden kann.
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der französischen Patentschrift Nr. 2.I38.339.
Dabei kann eine Wahl gemacht werden nicht nur abhängig von der Art der verwendeten Metalle sondern auch
abhängig von der Zusammensetzung des Elektrolyten zum Anodisieren. Dabei stellt es sich heraus, dass beim Anodisieren
einer Aluminiumschicht bestimmte als Elektrolyten verwendete Lösungen, die beispielsweise Oxalsäure und
Glukoläthylen enthalten, zu einer porösen Aluminiumoxydschicht führen. Diese Erscheinung Nist oft äusserst schädlich,
denn Aluminium ist eines der Metalle, die zum Herstellen von Kontakten in Halbleiteranordnungen für elek-
PHN 82.537 .:.'..' '..* '*/J."'°**° 14_1_1983
tronische Schaltungsanordnungen (Transistoren oder integrierte
Schaltungen) und zum Herstellen integrierter Kondensatoren am meisten benutzt werden. Unter diesen Umständen
wird das genannte Aluminium in dem porösen Aluminiumoxyd diffundieren können, was die Gefahr vor Kurzschluss
mit sich bringt.
Um diesen Nachteil auszuschalten wird oft eine Schutzschicht aus einem Metall angebracht, das diese Diffusion
vermeidet, beispielsweise Nickel, das beidseitig einer Aluminiumschicht niedergeschlagen wird, aber dieses Verfahren,
das dann zusätzliche Bearbeitungen bedeutet, wird damit verwickelter und teurer.
Andererseits ist es bekannt, dass unter Berücksichtigung der Dichte der aktiven oder passiven in einer
elektronischen Mikroschaltungsanordnung herzustellenden Elemente die elektrischen Anschlüsse zwischen den jeweiligen
Elementen ein ausgedehntes Netzwerk von Kontakten und gegenseitigen Verbindungen erfordert, das aus Platzgründen
nicht auf andere Art und Weise angebracht werden kann als durch Isolierschichten oder getrennte übereinander
liegende Schichten.
Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen zum Herstellen zu integrierender
MOM-Kondesatoren in einer Mehrschichtstruktur, insbesondere
mit zwei Verdrahtungspegeln durch einfache reproduzierbare Bearbeitungen, die sich mit der gleichzeitigen Verarbeitung
anderer Elemente des Leitungsmusters und der elektrischen Verbindungen oder Verbindungslöcher zwischen diesen Muster
vereinen lassen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht aus der Herstellung von Kondensatoren, deren Dielektrikum ein
Metalloxyd mit hoher -Dielektrizitätskonstante ist und wobei
die Art der Metallplatten zugleich zum Herstellen der elektrischen Verbindungen geeignet ist.
Die Erfindung betrifft die Bildung eines Oxyds durch Anodisieren eines Metalls einer guten elektrischen
Leitfähigkeit, das in eine geeignete Elektrolytlösung getaucht
ist und dem Einfluss einer Spannung von ausseu her
PIIN K2.5'J7 '"' "" "·*' 'y^'"'
141
(ρ
ausgesetzt wird.
!•Jin erJ'indungsgemässes Verfanren weist dazu das
Kennzeichen auf, dass nachdem die erste Schicht aus isolierendem Material mit Kontaktfenstern versehen ist, die
Metallschicht über die ganze Oberfläche des Halbleiterkörpers niedergeschlagen und über einen Teil der Dicke durch
anodische Oxydation in eine zweite Isolierschicht aus Metalloxyd umgewandelt wird, wonach die Doppelschicht aus
Metall und Metalloxyd auf fotolithographischem Wege ausgerichtet und daraufhin das Ganze mit einer dritten Schicht
aus isolierendem Material bedeckt wird, die an der Stelle der zweiten Platte des Kondensators und der Verbindungen
zwischen den beiden Leitermustern mit Offnungen versehen wird, wobei an der Stelle der Verbindungen zugleich das
gebildete Metalloxyd entfernt und daraufhin eine Schicht aus leitendem Material angebracht! wird, woraus auf fotolithographischem
Wege das zweite Leitermuster gebildet wird, das an der Stelle der Verbindungen das erste Leitungsmuster
kontaktiert und die zweite Platte des Kondensators enthält, die durch einen Teil der durch anodische Oxydation
angewachsenen Schicht aus Metalloxyd, das als Dielektrikum wirksam ist, von der ersten Platte getrennt ist.
Dieses Verfahren bietet viele Vorteile. An erster Stelle bietet die Tatsache, dass die zweite Isolierschicht
äusserst dicht ist, die Möglichkeit, die Eigenschaften des hergestellten Kondensators zu verbessern und die Gefahr
vor dem Auftritt von Leckströmen auszuschalten. Andererseits werden alle zum Anwenden des genannten Verfahrens
notwendigen Bearbeitungen bei niedriger Temperatur durcligeführt
und beeinflussen diese die physikalisch elektrischen Eigenschaften der diffundierten oder implantierten Schaltungselemente,
die die aktiven oder passiven Elemente der Struktur bilden, also nicht.
Der wichtigste Vorteil liegt jedoch in der Tatsache, dass es mit dem erfxndungsgemässen Verfahren möglich
ist, Kondensatoren in einer Mehrschichtstruktur herzustellen ohne die Anzahl Bearbeitungen zu vergrössern, weil ja die
Platten der genannten Kondensatoren gleichzeitig erhalten
·: Γ: :'::. V."? 33U100
PHN 82.537 ^y " 14-1-1983
werden mit jedem der Leitermuster und zwar im Fotoätzverfahren
der gemeinsamen Metallschichten.
Vorzugsweise sind die Metallschichten, die auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers niedergeschlagen werden
und das erste Leitermuster bilden und die Platten des Kondensators aus Aluminium und die dichte Isolierschicht aus
Aluminiumoxyd.
Es sei bemerkt, dass bereits mehrere Verfahren zum Herstellen von MOM-Kondensatoren bekannt sind, die an
der Oberfläche eines Hableiters gebildet werden, und zwar aus einer dielektrischen Schicht, die durch anodische Oxydation
einer ersten darunter liegenden Metallschicht erhalten worden ist, wobei die dielektrische Schicht selbst
mit einer zweiten Metallschicht bedeckt ist. Eine Kondensator dieser Art ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift
1.920.684 beschrieben. Der beschriebene Kondensator ist mit einer dichten Aluminiumoxydschicht versehen,
die zwischen zwei Aluminiumplatten eingeschlossen ist; ebenso wie im anderen bekannten Verfahren ist jedoch das
angewandte Verfahren völlig verschieden von dem, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Nach der Beschreibung
in der obengenannten Offenlegungsschrift ist nämlich die
Herstellung des Kondensators nicht auf das in einer Mehrschichtstruktur
Herstellen eines Verdrahtungsnetzwerkes auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers bezogen, was die
Anwendung des bekannten Verfahrens stark vereinfacht, während die Mehrschichtstruktur andererseits heutzutage
die einzige Technik ist, die mit dem zunehmenden verwickelten Charakter der neuen integrierten Schaltungsanordnungen
vereinigbar ist.
Andererseits wird nach derselben obengenannten Offenlegungsschrift die dieleketrische Schicht durch örtliche
anodische Oxydation der darunterliegenden Metallschicht erhalten und das Ätzen der beiden Platten öes K&ndensators
wird nach der Bildung der genannten dielektrischen Schicht durchgeführt.
Dagegeia wird.nach der vorliegenden Erfindung; die
anodische Oxydation bia auf die Tbo 1 Lorsoli i r,h t clurch^efUhr t
■":· 33H100
P ·
PI[M H'l.nj '" " ** * /O" '" ' 14-1-1983
und zwar über die ganze Oberfläche der ersten Metallschicht
und unmittelbar nach dieser Oxydationsbearbeitung wird die
Isolierschicht und die darunterliegende Metallschicht derart geätzt, dass eine Platte für den Kondensator gebildet
wird und ein erstes Leitungsmuster, wonach die Verbindungen und das zweite Leitungsmuster gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Halbleiteranordnung mit passiven und aktiven Elementen,
die mit Hilfe eines erfindungsgemässen Verfahrens
^Q hergestellt worden ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 bis 3 eine schematische Darstellung im
Ijj Schnitt mehrerer Stufen der Herstellung einer Halbleiteranordnung
mit einem MOM-Kondensator, der durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhalten worden ist.
Es sei bemerkt, dass in den Figuren di-e Abmessungen
wesentlich und nicht proportional vergrössert sind, dies zur Verdeutlichung der Zeichnungen.
In dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Beispiel wird von einer Halbleiterplatte 1 ausgegangen, in der man
aktive und passive in den Figuren nichtdargestellte Elemente bildet. Auf der Oberfläche 2 der genannten Platte
wird eine Isolierschicht 3 niedergeschlagen, beispielsveise aus Siliziumdioxyd, worin die Öffnungen k vorgesehen werden,
die zum Kontaktieren der aktiven oder passiven Elemente notwendig sind.
Die Oberfläche der Isolierschicht 3 und die Öffnungen
k werden mit einer Aluminiumschicht bedeckt, die die erste Metallschicht 5 bildet, die an der Oberfläche
durch anodische Oxydation in eine Schicht 6 aus dichtem Aluminiumoxyd umgewandelt wird, die die gesamte genannte
Schicht 5 (Fig. 1) bedeckt.
3g Die genannte Aluminiumoxydschicht 6 wird in einer
wässrigen Lösung von Weinsäure von 3Og/Liter mit einem
pH-Wert = 1,8 bei einer Spannung, die von der gewünschten Dicke abhängig ist, gebildet. Das Verhältnis zwischen der
33H100
PHN 82.537 *:" ·*" "·'" * in' °° 1/+-1-1983
gewünschten Dicke und der anzulegenden Spannung beträgt etwa 1nm/Volt: in diesem Beispiel wird die genannte Spannung
in der Nähe von 25 V gewählt.
Die folgende Bearbeitung besteht aus der Verteilt lung der Aluminiumschicht 5 in. ein erstes Leitungsmuster
5a mit einer Platte 5b für einen MOM-Kondensator. Dazu
1 ι
werden ein oder mehrere Fenster 7 in der Schicht 6 und in
der genannten Schicht 5 vorgesehen und daraufhin wird das Ganze mit einer zweiten Schicht 8 aus Isoliermaterial (Fig.2)
^q bedeckt.
In dieser Schicht 8 werden dann eine bestimmte Anzahl Fenster vorgesehen, von denen einige, 9» auch in
der Isolierschicht 6 vorgesehen werden, während in anderen, 10, die genannte Schicht 6 nach wievor vorhanden ist. Die
^5 gesamte Oberfläche wird mit einer zweiten Metallschicht
bedeckt, beispielsweise aus Aluminium, die man einem Fotoätzverfahren zur Bildung des zweiten Leitungsmusters 11 aussetzt,
welches Muster die zweite Platte 12 des Kondensators enthält.
Der genannte Kondensator, dessen Platten 5t>, 12
gleichzeitig mit dem Leitermuster ^a und 11 erhalten werden,
besteht aus zwei Platten yo und 12 die durch ein Dielektrikum
getrennt sind, das durch die dichte Aluminiumoxydschicht 6 gebildet wird.
Nach Fig. 3 wird ein Teil des Leitungsmusters 11
durch die Öffnung 9 mit einem Teil des Leitungsmusters 5a
kontaktiert.
-40-Leerseite
Claims (3)
- 33U100PHN 82.537 "" M " ' Χ" " 14-1-1983PATENTANSPRÜCHE;Ij. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, der an einer Oberfläche mit Schaltungselementen und mit einer Mehrschichtverdrahtungsstruktur versehen ist, wobei die Oberfläche des HaIbleiterkörpers mit einer ersten Schicht aus isolierendem Material bedeckt wird, worauf aus einer auf dem isolierenden Material niedergeschlagenen Metallschicht ein erstes ' Leitungsmuster gebildet wird, das den Halbleiterkörper an der Stelle von Kontaktlöchern in der ersten Schicht aus isolierendem Material kontaktiert und mindestens eine Platte eines Kondensators enthält, wonach ein zweites Leitungsmuster angebracht wird, das eine zweite Platte des Kondensators enthält und durch ein Dielektrikum, das durch anodische Oxydation aus der auf der ersten Schicht aus isolierendem Material niedergeschlagenen Metallschicht erhalten worden ist, davon getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem die erste Schicht aus isolierendem Material mit Kontaktfenstern versehen ist, die Metallschicht über die ganze Oberfläche des Halbleiterkörpers niedergeschlagen wird und über einen Teil der Dicke durch anodische Oxydation in eine zweite Isolierschicht aus Metalloxyd umgewandelt wird, wonach die Doppelschicht aus Metall und Metalloxyd auf fotolithographischem Wege ausgerichtet und daraufhin das Ganze mit einer dritten Schicht aus isolierendem Material bedeckt wird, die an der Stelle der zweiten Platte des Kondensators und der Verbindungen zwischen den beiden Leitermustern mit Öffnungen versehen wird, wobei an der Stelle der Verbindungen zugleich das gebildete Metalloxyd entfernt und daraufhin eine Schicht aus leitendem Material angebracht wird, woraus auf fotolithographischem Wege das zweite Leitermuster gebildet wird, das an der Stelle der Verbindungen das erste Leitungsmuster kontaktiert und die zweite Platte des Kondensators enthält, die von der erstenPHN H2.r)')7 ·'· ··" "'·" ' ßf*m "" 14-1-1983Pia L te /',etroiint ist durch einen Teil der durch anodische Oxydation angewachsenen Schicht aus Metalloxyd, das als Dielektrikum wirksam ist.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» dass' die beiden Leitungsmuster aus Aluminium gebildet werden und das Dielektrikum aus Aluminiumoxyd besteht.
- 3. Halbleiteranordnung, hergestellt mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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