JP2001526457A - 集積電気回路 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、少なくとも１つのコンデンサを有する集積電気回路に関し、ここで第１のコンデンサ板は第１の導電層（４）から、第２のコンデンサ板は第２の導電材料からなる。コンデンサ板（２，４）の間には、少なくとも１つのホール（５，６）を有する絶縁層が配置されている。ここで底部面とホール（５，６）の側面の少なくとも一部は導電材料によって覆われている。第１のコンデンサ板（４）は誘電層（７）と接触している。
Description
【０００１】 本発明は、少なくとも１つのコンデンサを有する集積電気回路に関し、ここで
第１のコンデンサ板は第１の導電性層からなり、第２のコンデンサ板は第２の導
電性層からなる。
第１のコンデンサ板は第１の導電性層からなり、第２のコンデンサ板は第２の導
電性層からなる。
【０００２】 コンデンサを有する集積電気回路の製造の際には、個々のコンデンサが正確に
所定の容量を有していなければならないという問題がある。集積電気回路の等価
回路に応じて、容量の絶対値を維持することが必要であり、複数のコンデンサが
存在する場合にはすべてのコンデンサが同じ容量を有していなければならない。
所定の容量を有していなければならないという問題がある。集積電気回路の等価
回路に応じて、容量の絶対値を維持することが必要であり、複数のコンデンサが
存在する場合にはすべてのコンデンサが同じ容量を有していなければならない。
【０００３】 コンデンサが２００ｐｐｍ以下の相対精度を有することが重要である集積電気
回路の例は、Ａ／Ｄ変換回路である。この種の相対的高精度は、アナログ信号を
デジタル信号に、ないしはその反対に一義的に変換するのに必要である。
回路の例は、Ａ／Ｄ変換回路である。この種の相対的高精度は、アナログ信号を
デジタル信号に、ないしはその反対に一義的に変換するのに必要である。
【０００４】 しかし別の電気回路、例えばマイクロプロセッサおよびマイクロコントローラ
でも、コンデンサを正確に定義された容量で製作する必要がある。
でも、コンデンサを正確に定義された容量で製作する必要がある。
【０００５】 本発明の課題は、上位概念に記載された集積電気回路において、コンデンサの
容量の絶対精度および／または相対精度ができる限り良好であるように構成する
ことである。この種の回路をさらにできるだけ簡単に製造できるようにする。
容量の絶対精度および／または相対精度ができる限り良好であるように構成する
ことである。この種の回路をさらにできるだけ簡単に製造できるようにする。
【０００６】 本発明によりこの課題は、上位概念に記載の集積電気回路において、コンデン
サ板の間に、ホールを有する少なくとも１つの絶縁層が配置されており、ホール
の底部面と側面の少なくとも一部とが導電性の材料により覆われており、少なく
とも第１のコンデンサ板が誘電材料からなる別の層と接触しているように構成し
て解決される。
サ板の間に、ホールを有する少なくとも１つの絶縁層が配置されており、ホール
の底部面と側面の少なくとも一部とが導電性の材料により覆われており、少なく
とも第１のコンデンサ板が誘電材料からなる別の層と接触しているように構成し
て解決される。
【０００７】 本発明はまた集積電気回路を、２つの導電性層の間でそのために設けられた箇
所で接触接続が行われ、誘電層の設けられた面領域にコンデンサが形成されてい
るように構成する。コンデンサが形成されている領域には、ホールを有する絶縁
層と誘電材料からなる別の層が配置されている。コンデンサ板の１つはこの誘電
層と直接接触している。
所で接触接続が行われ、誘電層の設けられた面領域にコンデンサが形成されてい
るように構成する。コンデンサが形成されている領域には、ホールを有する絶縁
層と誘電材料からなる別の層が配置されている。コンデンサ板の１つはこの誘電
層と直接接触している。
【０００８】 精度をさらに改善するために、第１のコンデンサ板と別の層との間の接触面が
、第２のコンデンサ板に向いた側の第１のコンデンサ板の表面全体を収容するよ
うに集積電気回路を構成すると有利である。このことは、第１のコンデンサ板が
誘電層と完全に接触していることを意味する。
、第２のコンデンサ板に向いた側の第１のコンデンサ板の表面全体を収容するよ
うに集積電気回路を構成すると有利である。このことは、第１のコンデンサ板が
誘電層と完全に接触していることを意味する。
【０００９】 誘電層は、集積回路にある別の層と同じように通常の層形成方法、例えばＣＶ
Ｄ法（ＣＶＤ＝Chemical Vapour Deposition）の後に、スパッタリングまたはイ
オン打ち込みにより作製することができる。誘電層を公知の層形成方法により作
製できることには、正確に定義された同じ層厚を実現できるという利点がある。
ホールが十分に側方に伸張していれば、金属充填部に平坦性が存在するからであ
る。
Ｄ法（ＣＶＤ＝Chemical Vapour Deposition）の後に、スパッタリングまたはイ
オン打ち込みにより作製することができる。誘電層を公知の層形成方法により作
製できることには、正確に定義された同じ層厚を実現できるという利点がある。
ホールが十分に側方に伸張していれば、金属充填部に平坦性が存在するからであ
る。
【００１０】 誘電層の厚さの他に、その側方広がりは別の重要なパラメータである。誘電層
の面積寸法が、これが当接するコンデンサ板の面積寸法よりも小さければ、不所
望に大きな容量変化が発生する。
の面積寸法が、これが当接するコンデンサ板の面積寸法よりも小さければ、不所
望に大きな容量変化が発生する。
【００１１】 層形成方法ではその不精度のために、誘電層とコンデンサ板を形成する導電層
とが合同で一致しないということがあり得る。従って、誘電層の面積寸法をこれ
が当接するコンデンサ板の面積寸法よりもわずかに大きくすると有利である。こ
の場合、コンデンサ板とこれに当接する誘電層との間の相対位置がわずかにずれ
ても、コンデンサ板全体が誘電体により覆われる。誘電層の突出部分は容量にほ
とんど影響しないから、コンデンサの容量を正確に定めることができる。
とが合同で一致しないということがあり得る。従って、誘電層の面積寸法をこれ
が当接するコンデンサ板の面積寸法よりもわずかに大きくすると有利である。こ
の場合、コンデンサ板とこれに当接する誘電層との間の相対位置がわずかにずれ
ても、コンデンサ板全体が誘電体により覆われる。誘電層の突出部分は容量にほ
とんど影響しないから、コンデンサの容量を正確に定めることができる。
【００１２】 特に有利な実施例では、コンデンサの外では誘電層が除去される。この場合、
上側導電層を同時に配線面として用いることができる。このために容量がない方
が良い箇所では誘電層を除去し、接触接続を導電材料の満たされたホール（プラ
グ）を介して行うことができるようにする。このことによって下側金属層を形成
する配線面への接続が可能になる。
上側導電層を同時に配線面として用いることができる。このために容量がない方
が良い箇所では誘電層を除去し、接触接続を導電材料の満たされたホール（プラ
グ）を介して行うことができるようにする。このことによって下側金属層を形成
する配線面への接続が可能になる。
【００１３】 使用される材料の誘電率が高いことは、コンデンサの要求される容量が比較的
に小さなコンデンサ面積により実現できるので有利である。
に小さなコンデンサ面積により実現できるので有利である。
【００１４】 従って誘電層に対する材料の選択は重要である。なぜなら同時に多種多様の要
求を満たさなければならないからである。例えば層材料は高い誘電率の他にさら
に達成可能な電界強度ができるだけ大きいことが必要であり、良好な絶縁特性、
および良好の製造性を有していなければならない。さらにコンデンサの容量は使
用させる電圧の全領域にわたって一定でなければならない。このことは巨視的な
コンデンサに対しては容易に満たされる条件であるが、ここでは満たすのが困難
な条件である。なぜならコンデンサ板の有効間隔が小さいので、格段に大きな電
界強度が発生するからである。とりわけニトライド層が、本発明の回路で誘電層
を形成するのに適する。例としてここでは窒化シリコン Si3N4 を上げておく。
求を満たさなければならないからである。例えば層材料は高い誘電率の他にさら
に達成可能な電界強度ができるだけ大きいことが必要であり、良好な絶縁特性、
および良好の製造性を有していなければならない。さらにコンデンサの容量は使
用させる電圧の全領域にわたって一定でなければならない。このことは巨視的な
コンデンサに対しては容易に満たされる条件であるが、ここでは満たすのが困難
な条件である。なぜならコンデンサ板の有効間隔が小さいので、格段に大きな電
界強度が発生するからである。とりわけニトライド層が、本発明の回路で誘電層
を形成するのに適する。例としてここでは窒化シリコン Si3N4 を上げておく。
【００１５】 特に有利には層厚を３５ｎｍ以下に選択する。しかしこのような層はさらに１
０ｎｍより薄く作製することができる。しかし Si3N4 の例では、層厚が２ｎｍ より小さい場合にはもはや良好な絶縁体ではないことに注意しなければならない
。なぜなら、この材料とこの厚さではトンネル電流が生じ得るからである。トン
ネル電流は絶縁特性を損なうから、層の厚さは一般的に２ｎｍを下回るべきでは
ない。この種の下側限界は、原子層の少ない層の厚さが変動すると容量に相対的
に大きな影響を与えることからも必要である。
０ｎｍより薄く作製することができる。しかし Si3N4 の例では、層厚が２ｎｍ より小さい場合にはもはや良好な絶縁体ではないことに注意しなければならない
。なぜなら、この材料とこの厚さではトンネル電流が生じ得るからである。トン
ネル電流は絶縁特性を損なうから、層の厚さは一般的に２ｎｍを下回るべきでは
ない。この種の下側限界は、原子層の少ない層の厚さが変動すると容量に相対的
に大きな影響を与えることからも必要である。
【００１６】 本発明の有利な改善形態は従属請求項、および図面に基づいた有利な実施例の
後の説明から明らかとなる。
後の説明から明らかとなる。
【００１７】 図は、半導体構造体の一部断面図である。
【００１８】 構造化された下側金属層２は例えばアルミニウム合金からなる。この金属層２
は図示しない絶縁層に被着されている。金属層２と半導体基板との間には別の同
じように図示しない層が存在することもできる。
は図示しない絶縁層に被着されている。金属層２と半導体基板との間には別の同
じように図示しない層が存在することもできる。
【００１９】 回路の図示しない面領域では、下側金属層２が電気接続面として構成されてい
る。これにより、接続機能と下側コンデンサ板とを金属層２だけによって実現す
ることができる。金属層２の上方には、６００から９００ｎｍの厚さの絶縁層３
が配置されている。この絶縁層には比較的に大きなホール５と比較的に小さなホ
ール６がエッチングされている。ホール５と６には全面わたって導電材料、有利
にはタングステン合金が被着されており、ここではホール５に顕著な凹部が生じ
ている。絶縁層３およびホール５，６の金属充填物の直接的接触部には、窒化シ
リコン（Si3N4）からなる２０ｎｍ厚の誘電層７が配置されている。誘電層７の 上側表面には上側金属層４が接触している。
る。これにより、接続機能と下側コンデンサ板とを金属層２だけによって実現す
ることができる。金属層２の上方には、６００から９００ｎｍの厚さの絶縁層３
が配置されている。この絶縁層には比較的に大きなホール５と比較的に小さなホ
ール６がエッチングされている。ホール５と６には全面わたって導電材料、有利
にはタングステン合金が被着されており、ここではホール５に顕著な凹部が生じ
ている。絶縁層３およびホール５，６の金属充填物の直接的接触部には、窒化シ
リコン（Si3N4）からなる２０ｎｍ厚の誘電層７が配置されている。誘電層７の 上側表面には上側金属層４が接触している。
【００２０】 上側金属層４は例えば下側金属層２と同じようにアルミニウム合金からなるこ
とができる。しかし上側金属層は例えば層シーケンス、Ti/TiN/AlSixCuy/TiNを 有する層システムによって形成することもできる。上側金属層４も下側金属層２
と同じように回路の別の部分では電気接続面として構成することができる。従っ
て２つの金属層２と４の少なくとも１つを多目的に使用することができる。この
多目的使用のためには単に、選択された面領域に誘電層７を被覆するだけでよい
。このようにしてコンデンサの作製ためには、ただ１つの付加的層（これは誘電
層７）を個々の面領域に析出するだけでよい。
とができる。しかし上側金属層は例えば層シーケンス、Ti/TiN/AlSixCuy/TiNを 有する層システムによって形成することもできる。上側金属層４も下側金属層２
と同じように回路の別の部分では電気接続面として構成することができる。従っ
て２つの金属層２と４の少なくとも１つを多目的に使用することができる。この
多目的使用のためには単に、選択された面領域に誘電層７を被覆するだけでよい
。このようにしてコンデンサの作製ためには、ただ１つの付加的層（これは誘電
層７）を個々の面領域に析出するだけでよい。
【００２１】 ホール５，６は全面が被着されているように図示されており、その側方縁部面
は上側縁部までそこのある金属充填物と接触している。析出および平坦化プロセ
スの結果、この側方縁部面を完全に覆うことができ、一方金属充填物の充填状態
はホール５と６の内部でホール５と６の縁部領域の高さまで完全には達していな
い。充填物のこの窪みないし凹部はリセス（recess）と称される。ホールが小さ
い場合、または細いトレンチ形状を有する場合小さなリセスだけが形成され、こ
れはほぼ一定である。これに対して、ホールが大きい場合、またはトレンチが広
い場合には、充填物の顕著な窪みが生じる。生じた縁部部分は構成素子の設計の
際に考慮しなければならない。
は上側縁部までそこのある金属充填物と接触している。析出および平坦化プロセ
スの結果、この側方縁部面を完全に覆うことができ、一方金属充填物の充填状態
はホール５と６の内部でホール５と６の縁部領域の高さまで完全には達していな
い。充填物のこの窪みないし凹部はリセス（recess）と称される。ホールが小さ
い場合、または細いトレンチ形状を有する場合小さなリセスだけが形成され、こ
れはほぼ一定である。これに対して、ホールが大きい場合、またはトレンチが広
い場合には、充填物の顕著な窪みが生じる。生じた縁部部分は構成素子の設計の
際に考慮しなければならない。
【００２２】 縁部部分の影響を排除するために、有利には円形ホールの直径を２００ｎｍか
ら５００ｎｍの間に選択する。トレンチが数十μｍ（例えば１０から２０μｍ）
の任意の長さを有する場合には、幅も同じように２００ｎｍから５００ｎｍの間
にしなければならない。
ら５００ｎｍの間に選択する。トレンチが数十μｍ（例えば１０から２０μｍ）
の任意の長さを有する場合には、幅も同じように２００ｎｍから５００ｎｍの間
にしなければならない。
【００２３】 このように構成されたコンデンサを有する回路は次のように製造できる。
【００２４】 図示しない絶縁層にスパッタリング法で下側金属層２が作製される。その後、
反射防止層とフォトレジスト層が被覆される。フォトレジスト層はノボラック樹
脂、ジアゾナフトチン（Diazonaphthochinon）のようなフォトアクティブな化合
物、並びに水溶液を含んでいる。ノボラック樹脂は層形成に重要である。その後
、ＵＶ光線による露光がマスクを使用して行われる。フォトレジストと余剰の材
料をエッチ除去した後、絶縁層３が被覆される。続いてホール５，６が反応性イ
オンエッチングにより形成される。反応性ガスとガス状の反応生成物はポリマ層
を形成する。ポリマ層はホール５，６の垂直エッジに残ることができる。なぜな
らそこでは、ポリマの新たな形成がイオン打ち込みによる崩壊よりも優勢だから
である。従って残ったホール５，６はわずかにトレンチ形状である。ここにはタ
ングステン合金が満たされ、これは化学機械的に研磨される。その後、誘電層７
が析出される。フォトリソグラフィ・ステップ（ラッカ被覆、露光および現像）
を用いてラッカマスクが形成される。引き続く湿式エッチングにより誘電層が、
容量形成に寄与しない箇所で除去される。次に上側金属層４がスパッタリングさ
れる。次に上側金属層４はマスクにより構造化される。このマスクは下側金属層
２の構造化のために用いたマスクとこの箇所においてほぼ合同である。金属層２
，４の側方での重なりによってコンデンサの所望の精度が達成される。さらに漂
遊容量も回避される。ホールに形成された容量はホールの面広がりとリセスの寸
法に依存する。
反射防止層とフォトレジスト層が被覆される。フォトレジスト層はノボラック樹
脂、ジアゾナフトチン（Diazonaphthochinon）のようなフォトアクティブな化合
物、並びに水溶液を含んでいる。ノボラック樹脂は層形成に重要である。その後
、ＵＶ光線による露光がマスクを使用して行われる。フォトレジストと余剰の材
料をエッチ除去した後、絶縁層３が被覆される。続いてホール５，６が反応性イ
オンエッチングにより形成される。反応性ガスとガス状の反応生成物はポリマ層
を形成する。ポリマ層はホール５，６の垂直エッジに残ることができる。なぜな
らそこでは、ポリマの新たな形成がイオン打ち込みによる崩壊よりも優勢だから
である。従って残ったホール５，６はわずかにトレンチ形状である。ここにはタ
ングステン合金が満たされ、これは化学機械的に研磨される。その後、誘電層７
が析出される。フォトリソグラフィ・ステップ（ラッカ被覆、露光および現像）
を用いてラッカマスクが形成される。引き続く湿式エッチングにより誘電層が、
容量形成に寄与しない箇所で除去される。次に上側金属層４がスパッタリングさ
れる。次に上側金属層４はマスクにより構造化される。このマスクは下側金属層
２の構造化のために用いたマスクとこの箇所においてほぼ合同である。金属層２
，４の側方での重なりによってコンデンサの所望の精度が達成される。さらに漂
遊容量も回避される。ホールに形成された容量はホールの面広がりとリセスの寸
法に依存する。
【００２５】 本発明の方法は、リソグラフィ・プロセス時のライン幅のばらつきのような障
害作用、エッチングプロセスの異方性成分での層の不均質な析出、大量生産で発
生する他のパラメータ変動においても、少なくとも２００ｐｐｍの容量精度を保
証することができる。
害作用、エッチングプロセスの異方性成分での層の不均質な析出、大量生産で発
生する他のパラメータ変動においても、少なくとも２００ｐｐｍの容量精度を保
証することができる。
【図１】 本発明の半導体構造体の一部断面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年２月２２日（２０００．２．２２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項２】 第１および第２の導電層（２，４）は配線面である、請求項 １記載の集積電気回路。
【請求項３】 誘電層（７）の設けられたプラグにはコンデンサが形成され ており、誘電層が除去された他方のプラグには接点を形成されている、請求項２ 記載の集積電気回路。
【請求項４】 第２の導電層（４）と誘電層（７）との間の接触面は、第１ の導電層（２）の側を向いた第２の導電層（４）の 表面全体を収容する、請求項
１から３までのいずれか１項記載の集積電気回路。
１から３までのいずれか１項記載の集積電気回路。
【請求項５】 誘電層（７）は、第１の導電層よりもわずかに大きな面寸法 を有する、請求項４記載の集積電気回路。
【請求項６】 誘電層（７）は、SiO2（３，８）よりも大きな誘電率を有す
る、請求項１から５までのいずれか１項記載の集積電気回路。
る、請求項１から５までのいずれか１項記載の集積電気回路。
【請求項７】 誘電層（７）は窒化物を含む、請求項１から６までのいずれ
か１項記載の集積電気回路。
か１項記載の集積電気回路。
【請求項８】 誘電層（７）は、Si3N4 を含む、請求項７記載の集積電気回
路。
路。
【請求項９】 誘電層（７）の厚さは３５ｎｍ以下である、請求項１から８ までのいずれか１項記載の集積電気回路。
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも１つのコンデンサを有する集積電気回路であって
、第１のコンデンサ板は第１の導電材料（４）から、第２のコンデンサ板は第２
の導電材料（２）からなる形式の電気回路において、 コンデンサ板（２，４）の間に、少なくとも１つのホール（５，６）を有する
絶縁層が配置されており、 ホール（５，６）の底部面と側面の少なくとも一部が導電性の材料により覆わ
れており、 少なくとも第１のコンデンサ板が誘電材料からなる別の層と接触している、 ことを特徴とする集積電気回路。 - 【請求項２】 第１のコンデンサ板（４）と別の層（７）との接触面は、第
１のコンデンサ板（４）の、第２のコンデンサ板（２）に向いた側の表面を収容
する、請求項１記載の集積電気回路。 - 【請求項３】 別の層（７）は、第１のコンデンサ板よりもわずかに大きな
面寸法を有する、請求項１または２記載の集積電気回路。 - 【請求項４】 コンデンサの外の領域では別の層（７）が除去されている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の集積電気回路。 - 【請求項５】 別の層（７）は、SiO2（３，８）よりも大きな誘電率を有す
る、請求項１から４までのいずれか１項記載の集積電気回路。 - 【請求項６】 別の層（７）は窒化物を含む、請求項１から５までのいずれ
か１項記載の集積電気回路。 - 【請求項７】 別の層（７）は、Si3N4 を含む、請求項６記載の集積電気回
路。 - 【請求項８】 別の層（７）の厚さは３５ｎｍ以下である、請求項１から７
までのいずれか１項記載の集積電気回路。 - 【請求項９】 ホール（５，６）に存在する導電材料は別の層（７）と接触
している、請求項１から８までのいずれか１項記載の集積電気回路。 - 【請求項１０】 ホール（５，６）に存在する導電材料の上側表面全体は別
の層（７）と接触している、請求項９記載の集積電気回路。
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