JP2000188375A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2000188375A
JP2000188375A JP10365835A JP36583598A JP2000188375A JP 2000188375 A JP2000188375 A JP 2000188375A JP 10365835 A JP10365835 A JP 10365835A JP 36583598 A JP36583598 A JP 36583598A JP 2000188375 A JP2000188375 A JP 2000188375A
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Japan
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metal layer
layer
semiconductor device
capacitor
insulating film
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JP10365835A
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English (en)
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Masaaki Nasu
雅明 那須
Nobuaki Tokushige
信明 徳重
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下部電極、容量絶縁膜および上部電極の加工
するにあたり、3回のフォトリソグラフィー工程が必要
であり、製造コストがかかる。 【解決手段】 第1の層間絶縁膜5上に溝7を形成し、
第1の層間絶縁膜5上に第1の金属層8を、第1の金属
層上に容量絶縁層9を、容量絶縁層上に第2の金属層1
0を順次に形成することにより、溝7を第1の金属層
8、容量絶縁層9及び第2の金属層10で埋め込み、第
1の金属層8の表面が露出するまで、第2の金属層10
および容量絶縁層9をエッチバックして上部電極12お
よび容量絶縁膜11を形成し、第1の金属層8をパター
ニングして下部電極14を形成してキャパシタを形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、より詳細には、キャパシタの電極が溝に埋
め込まれて形成される半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、A/D、D/Aコンバータ等のア
ナログまたはアナログ・デジタル混載LSIに内蔵する
フィルター回路や積分回路の精度を向上するために、高
精度でキャパシタの容量値が印加電圧に依存しない容量
素子が望まれている。
【0003】このため、電極材料を拡散層やポリシリコ
ン膜にかわって金属膜を利用している容量素子として、
特開平5−95082号公報がある。
【0004】以下、図3(a)〜(b)に沿って説明す
る。
【0005】まず、図3(a)に示すように、シリコン
基板20を熱酸化し、膜厚500nm程度のシリコン酸
化膜21を形成した後、スパッタ法によって膜厚1μm
程度の第1のAl膜22を形成し、さらに、スパッタ法
により膜厚0.1μm程度のTiN膜23を形成する。
次にフォトリソグラフィー工程によるレジストをマスク
としてTiN膜23と第1のAl膜22をドライエッチ
ングによってパターニングし第1配線および下部電極を
形成する。
【0006】次に、図3(b)に示すように配線層間膜
として常圧CVD法により膜厚500nm程度のPSG
24を形成する。次に、フォトリソグラフィー工程によ
りレジストマスクで容量素子の対向電極面に対応する領
域のPSG膜24をドライエッチングによって開口す
る。その後、スパッタ法により膜厚50nm程度のSi
N膜25を容量絶縁膜とする。
【0007】次に、図3(c)に示すようにフォトリソ
グラフィー工程によりレジストマスクで、ドライエッチ
ングによって配線間コンタクト領域26のSiN膜25
とPSG膜24を開口し、スパッタ法によって膜厚1μ
m程度の第2のAl膜27を形成しフォトリソグラフィ
ー工程によりレジストマスクで第2のAl膜27をドラ
イエッチングによってパターニングし第2配線(上部電
極)を形成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術の半導体装置に搭載した容量素子では、上部電
極および下部電極の材料が金属材料でできているため容
量値の印加電圧依存性の問題は解決されるものの、さら
に微細化が進むにつれ、チップサイズ等が小さくなるこ
とから、平板型の上部電極と下部電極では、電極間の表
面積を大きくすることができず、容量の確保が困難にな
る。また、下部電極、容量絶縁膜および上部電極の加工
するにあたり、3回のフォトリソグラフィー工程が必要
である。このため、下部電極の加工のためのレジストマ
スク、容量絶縁膜の加工のためのレジストマスクおよび
上部電極の加工のためのレジストマスクがそれぞれ必要
となり、製造コストがかかるという問題がある。
【0009】本発明は、キャパシタの容量値が印加電圧
に依存せず、容量値を確保でき、さらに製造コストを削
減できる半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の本発明
の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された
MOSトランジスタと、層間絶縁膜に形成されたコンタ
クトホールを介して上記MOSトランジスタと電気的に
接続されたキャパシタとを備えた半導体装置の製造方法
において、上記層間絶縁膜に該キャパシタを埋め込むた
めの溝および上記コンタクトホールを同時に形成する工
程と、上記層間絶縁膜上に第1の金属層を、該第1の金
属層上に容量絶縁層を、該容量絶縁層上に第2の金属層
をそれぞれ形成することにより、上記溝に該第1の金属
層、該容量絶縁層および該第2の金属層を埋め込む工程
と、上記第1の金属層の表面が露出するまで、上記第2
の金属層および上記絶縁層をエッチバックすることによ
り上部電極および容量絶縁膜を形成し、該第1の金属層
をパターニングすることにより下部電極を形成して、上
記キャパシタを形成する工程とを有することを特徴とす
るものである。
【0011】また、請求項2に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記溝は、素子分離用のフィールド酸
化膜上に形成することを特徴とする請求項1記載の半導
体装置の製造方法である。
【0012】また、請求項3に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記第2の金属層および上記容量絶縁
層を同時にエッチングできる条件で上記エッチバックを
行うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導
体装置の製造方法である。
【0013】また、請求項4に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記第1の金属層により上記コンタク
トホールを埋め込むことを特徴とする請求項1至請求項
3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
【0014】また、請求項5に記載の本発明の半導体装
置の製造方法は、上記第1の金属層をパターニングする
に際して、さらに金属配線も同時に形成することを特徴
とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体
装置の製造方法である。
【0015】また、上記第1の金属層あるいは上記第2
の金属層は、1層構造または多層構造であることを特徴
とする半導体装置の製造方法である。
【0016】また、上記第1の金属層あるいは上記第2
の金属層は、少なくとも高融点金属を含むことを特徴と
する半導体装置の製造方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて本発
明について詳細に説明する。
【0018】図1及び図2は本発明の一実施の形態の半
導体装置の製造工程図であり、1は半導体基板、2はゲ
ート電極、3はソース/ドレイン領域、4は素子分離領
域、5は第1の層間絶縁膜、6はコンタクトホール、7
は溝、8は第1の金属層、9は容量絶縁層、10は第2
の金属層、11は容量絶縁膜、12は上部電極、13は
1層目の金属配線、14は下部電極、15は第2の層間
絶縁膜、16は2層目の金属配線を示す。
【0019】以下、本発明の一実施の形態の半導体装置
の製造工程を説明する。
【0020】まず、公知のトランジスタの製造方法に従
い、シリコン基板1上にゲート絶縁膜、ゲート電極2、
ソース/ドレイン領域3からなるMOSトランジスタ及
びフィールド酸化膜からなる素子分離領域4を形成す
る。MOSトランジスタ上全面に第1の層間絶縁膜5と
して、P−TEOS膜を1.5μm形成し、CMP(化
学機械的研磨)処理により平坦化する(図1における
(a)参照)。
【0021】次に、フォトリソグラフィー工程により、
コンタクト形成用および溝形成用のレジストパターンを
形成後、ドライエッチング法により、径0.4μm、深
さ1.5μmのコンタクトホール6および短径2.1μ
m、長径20μm、深さ1.5μmの溝7を同時に形成
する(図1における(b)参照)。なお、溝7は、上部
電極、容量絶縁膜及び下部電極からなるキャパシタを埋
め込むために設けられ、コンタクトホール6は、MOS
トランジスタとキャパシタを電気的に接続するために設
けられる。また、溝7は、半導体基板1がエッチングさ
れるのを防止するため、フィールド酸化膜からなる素子
分離領域4上に設けることが望ましい。
【0022】次に、第1の層間絶縁膜5上全面に下部電
極材料および配線材料となる第1の金属層8として膜厚
1.0μmのTiN/AlCu/TiN/Ti膜を高温
スパッタ法により形成する。さらに、第1の金属層8上
に容量絶縁材料となる容量絶縁層9としてSiN膜をス
パッタ法で20nm形成し、容量絶縁層9上に上部電極
材料となる第2の金属層10としてTiN膜をCVD法
により200nm形成する。なお、溝7は、第1の金属
層8、容量絶縁層9および第2の金属層10により完全
に埋め込まれており、コンタクトホール6は、第1の金
属層8により埋め込まれている(図1における(c)参
照)。なお、溝7の短径が3.0μm以下と小さく、し
かも溝7に第1の金属層8および容量絶縁層9がすで堆
積しているため、溝7は第2の金属層10で埋め込まれ
たとき、第2の金属層10の表面は平坦になる。このた
め、溝7の短径は3.0μm以下であることが望まし
い。
【0023】次に、第1の金属層8の表面が露出するま
で、第2の金属層10および容量絶縁層9をドライエッ
チングにより全面エッチバックを行い、上部電極12お
よび容量絶縁膜11を同時に形成する(図2における
(a)参照)。エッチバック条件は、RFパワー:15
0W、圧力:10mTorr、Cl2:100scc
m、BCl3:150sccmである。なお、第2の金
属層10および容量絶縁層9をドライエッチングにより
全面エッチバックを行う際、上部電極12の形成と容量
絶縁膜11の形成を同時に行うことについて述べたが、
上部電極材料、容量絶縁膜材に応じて、上部電極12お
よび容量絶縁膜11について別々にエッチバックしても
よい。なお、上部電極12および容量絶縁膜11を同時
に形成した方が、工程が簡略化できるので、好ましい。
【0024】次に、第1の金属層8をフォトリソグラフ
ィー工程によりレジストマスクとしてパターニングする
ことにより、1層目の金属配線13および下部電極14
を形成する(図2における(b)参照)。
【0025】次に、第2の層間絶縁膜15としてP−T
EOS膜を1.0μm形成し、CMP(化学機械的研
磨)処理により平坦化をおこなう。その後、通常どおり
ヴィアホールを加工し2層目の金属配線16を形成する
(図2における(c)参照)。
【0026】
【発明の効果】請求項1に記載の本発明の半導体装置の
製造方法は、半導体基板上に形成されたMOSトランジ
スタと、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介
して上記MOSトランジスタと電気的に接続されたキャ
パシタとを備えた半導体装置の製造方法において、上記
層間絶縁膜に溝および上記コンタクトホールを同時に形
成する工程と、上記層間絶縁膜上に第1の金属層を、該
第1の金属層上に容量絶縁層を、該容量絶縁層上に第2
の金属層をそれぞれ形成することにより、上記溝に該第
1の金属層、該容量絶縁層および該第2の金属層を埋め
込む工程と、上記第1の金属層の表面が露出するまで、
上記第2の金属層および上記絶縁層をエッチバックする
ことにより上部電極および容量絶縁膜を形成し、該第1
の金属層をパターニングすることにより下部電極を形成
して、上記キャパシタを形成する工程を有する構成であ
る。
【0027】それゆえに、上部電極および容量絶縁膜の
形成をエッチバックのみで行うことが可能となり、下部
電極の加工のためのレジストマスクおよび容量絶縁膜の
加工のためのレジストマスクがそれぞれ不要となり、製
造コストが低減できる。さらに、下部電極及び上部電極
が金属材料を用いているため、キャパシタの容量値が印
加電圧に依存せず、また、上部電極、容量絶縁膜および
下部電極が溝に埋め込まれているため容量値が大きく、
チップサイズも縮小できる。
【0028】請求項2に記載の本発明の半導体装置の製
造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法におい
て、上記溝は、素子分離用のフィールド酸化膜上に形成
する構成である。
【0029】それゆえに、コンタクトホールおよび溝を
形成する際、溝の部分は半導体基板がエッチングされる
ことはなく、下部電極と半導体基板が短絡することもな
い。
【0030】請求項3に記載の本発明の半導体装置の製
造方法は、請求項1又は請求項2記載の半導体装置の製
造方法において、上記第2の金属層および上記容量絶縁
層を同時にエッチングできる条件で上記エッチバックを
行う構成である。
【0031】それゆえに、第2の金属層および容量絶縁
層を同時にエッチバックできるので、第2の金属層のエ
ッチバックと容量絶縁層のエッチバンクを別々に行うよ
りも工程が簡略できる。
【0032】請求項4に記載の本発明の半導体装置の製
造方法は、請求項1至請求項3のいずれかに記載の半導
体装置の製造方法において、上記第1の金属層により上
記コンタクトホールを埋め込む構成である。
【0033】それゆえに、別途、コンタクトホールを埋
め込むための金属配線層を設ける必要がなく、工程が簡
略できる。
【0034】請求項5に記載の本発明の半導体装置の製
造方法は、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半
導体装置の製造方法において、上記第1の金属層をパタ
ーニングするに際して、さらに金属配線も同時に形成す
る構成である。
【0035】それゆえに、第1の金属をパターニングす
るに際して、同時に下部電極および配線配線が形成でき
るので、別途、金属配線形成用のレジストマスクが不要
となり、コスト低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の半導体装置(前半)の製
造工程図である。
【図2】本発明の実施の形態の半導体装置(後半)の製
造工程図である。
【図3】従来技術における半導体装置の製造工程図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 ゲート電極 3 ソース/ドレイン領域 4 素子分離領域 5 第1の層間絶縁膜 6 コンタクトホール 7 溝 8 第1の金属層 9 容量絶縁層 10 第2の金属層 11 上部電極 12 容量絶縁膜 13 1層目の金属配線 14 下部電極 15 第2の層間絶縁膜 16 2層目の金属配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/8242 Fターム(参考) 5F038 AC02 AC05 AC10 AC15 AV06 AZ03 CA02 DF05 DF12 EZ15 5F048 AA09 AB01 AB10 AC10 BA01 BF01 BG01 5F083 AD15 GA11 GA28 JA19 JA36 JA37 JA39 JA40 PR03 PR39 PR40

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成されたMOSトラン
    ジスタと、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを
    介して上記MOSトランジスタと電気的に接続されたキ
    ャパシタとを備えた半導体装置の製造方法において、 上記層間絶縁膜にキャパシタを埋め込むための溝および
    上記コンタクトホールを同時に形成する工程と、 上記層間絶縁膜上に第1の金属層を、該第1の金属層上
    に容量絶縁層を、該容量絶縁層上に第2の金属層をそれ
    ぞれ形成することにより、上記溝に該第1の金属層、該
    容量絶縁層および該第2の金属層を埋め込む工程と、 上記第1の金属層の表面が露出するまで、上記第2の金
    属層および上記容量絶縁層をエッチバックすることによ
    り上部電極および容量絶縁膜を形成し、該第1の金属層
    をパターニングすることにより下部電極を形成して、上
    記キャパシタを形成する工程とを有することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記溝は、素子分離用のフィールド酸化
    膜上に形成することを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 上記第2の金属層および上記容量絶縁層
    を同時にエッチングできる条件で上記エッチバックを行
    うことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 上記第1の金属層により上記コンタクト
    ホールを埋め込むことを特徴とする請求項1至請求項3
    のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 上記第1の金属層をパターニングするに
    際して、さらに金属配線も同時に形成することを特徴と
    する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体装
    置の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6919596B2 (en) 2001-10-11 2005-07-19 Nec Electronics Corporation Structure of a capacitive element of a booster circuit included in a semiconductor device and method of manufacturing such a structure
JP2009117722A (ja) * 2007-11-08 2009-05-28 Spansion Llc 半導体装置およびその製造方法

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