JP2005150237A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単にMIMキャパシタを形成することができ、下部電極の抵抗を低く安定することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板上の絶縁膜上に形成された第1の下層配線(31)と、この第1の下層配線上に形成された第1のビアホール(61)と、この第1のビアホール上に形成され、下部電極(9)、絶縁膜(8)、及び上部電極(12)からなるMIMキャパシタと、を備えている。
【選択図】 図2
【解決手段】半導体基板上の絶縁膜上に形成された第1の下層配線(31)と、この第1の下層配線上に形成された第1のビアホール(61)と、この第1のビアホール上に形成され、下部電極(9)、絶縁膜(8)、及び上部電極(12)からなるMIMキャパシタと、を備えている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
従来のこの種の技術には、Siウエハ上に形成された素子間を電気的に接続するためのメタル配線を形成する方法がある。例えばこの方法では、絶縁膜上に成膜されたAlをフォトリソグラフィ法でパターニングし、異方性エッチングでパターンスペース部のAlを除去することで配線を形成する。
しかし、微細化に伴い、異方性エッチングでのAl配線の形成と、Al配線間のスペース部に絶縁膜を埋め込むことが困難になりつつある。Al配線に代わる新たなメタル配線の形成方法として、絶縁膜上にパターニングして異方性エッチングで溝を形成し、Cuを埋め込む方式(以下、Cuダマシン配線と称す)がある。
また、Si−絶縁膜−Siの積層構造に代わるキャパシタ素子として、メタル−絶縁膜−メタルの積層構造のキャパシタ素子(以下、MIMキャパシタと称す)がある。このMIMキャパシタは、電極にメタルを使用することから、メタル配線層の間にキャパシタの電極と配線を同時に形成することが好ましい。
図6の(a)〜(d)は、従来例に係るMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。従来、Cuダマシン配線層の間にMIMキャパシタを形成する方法としては、図6の(a)に示すように、まず絶縁膜をなすSiO2膜2に溝を形成し、溝にメタルを埋め込み、溝中以外のメタルを除去することでCuダマシン配線をなす下層配線(第1配線)31を形成した上に、キャップ用絶縁膜をなす誘電率の高いSiN膜4を覆う。
さらに、その上にTiN―SiN―TiNを成膜して、異方性のドライエッチング(RIE)と化学的ドライエッチング(CDE)を用いて加工する。これにより、TiNの上部電極12及び下部電極9を有し、その間に絶縁膜8を有するMIMキャパシタを形成する。
その後で、図6の(b)に示すように、絶縁膜をなすSiO2膜10を成膜し、MIMキャパシタ上のSiO2膜10を平坦化する。平坦化を行わない場合、高さが異なることから、次にビアホールを形成する際にリソグラフィによるパターニングのフォーカスがずれることがある。特に微細化により、ずれがより顕著になることから、平坦化は必須となる。
さらに、図6の(c)に示すように、下層配線31と上層配線(不図示)とを結ぶビアホール63と、MIMキャパシタと上層配線とを結ぶビアホール61,62を形成する。しかし、MIMキャパシタ上のビアホール61,62は、上部電極12上のビアホール61と下部電極9上のビアホール62とで深さが異なるとともに、下層配線31上のビアホール63とも深さが異なる。そのため、SiO2膜10にRIEでビアホールを加工する場合にMIMキャパシタの各電極にダメージを与える可能性があることから、上部電極12上、下部電極9上、及び下層配線31上の各ビアホール61,62,63を個別に加工することがある。この場合、各ビアホールのパターニングを個別に行うことから、全ビアホールの形成工程が長くなる。
さらに、図6の(d)に示すように、上層配線になる溝を加工して、TaまたはTaNのバリアメタルとCuとをPVD法にて成膜して、Cuをめっきして、上層配線111,112とビアホール61,62,63にCuを埋め込む。その後で、配線とビアホール以外のCuをCMP法で除去することで、上層配線111,112が形成される。
上述した形成方法は、ビアホールと溝を加工した後にCuを埋め込むことで上層配線を形成するデュアルダマシン配線である。その他の形成方法として、ビアホールを加工した後にCuを埋め込み、ビアホール以外のCuをCMP法で除去して、さらに絶縁膜を成膜して溝を形成してCuを埋め込み、溝以外のCuを除去することで上層配線を形成するシングルダマシン配線がある。工程数が少ないことから、デュアルダマシン配線が主流となっているが、デュアルダマシン配線は最初に深いビアホールを加工することが必要であり、加工が難しい。
また上述した構造では、下層配線と上層配線との間の距離(高さ)をできるだけ大きくすることで、下層配線と上層配線を進む信号のカップリングによる速度遅延を防ぐ必要がある。しかし、デュアルダマシン構造に対するCuの埋め込みが微細化に伴い困難になることから、あまり下層配線と上層配線との間の距離を大きくすることはできない。そのため、今後は、ビアホールと上層配線を個別に形成するシングルダマシン配線が必要となる。
この場合、上述と同じ方法でMIMキャパシタを形成した場合、やはり下層配線とMIMキャパシタの上の絶縁膜をCMPで平坦化する必要があるとともに、ビアホールを必要に応じて個別に加工する必要がある。
また、MIMキャパシタの膜厚を薄くすることで、MIMキャパシタ上の絶縁膜の凸部の高さを低くすることも有効である。しかし、MIMキャパシタの構造上、上層配線から下部電極へのビアホールは、上部電極を避けてMIMキャパシタの周辺部のみに限られている。このため、MIMキャパシタの周辺部と中央部とで下部電極の抵抗の差が生じないように、下部電極のシート抵抗を下げる必要がある。
また、下層配線をMIMキャパシタの下部電極にする方法もある。この場合、MIMキャパシタの高さが下部電極の分だけ低くなることから、平坦化が容易となる。しかし、MIMキャパシタの電極は、一般に数μmから数mm程度と大きい。そのため、下層配線を下部電極に用いる場合、溝に埋め込まれたCuをCMP法で除去する際に、下部電極部のCuが必要以上に除去されてエロージョンが形成される。場合によっては、Cuが無くなり下部電極としての役目が果たせなくなることもある。
また、下部電極よりもMIMキャパシタの絶縁膜の方が小さい場合、絶縁膜を加工する際のエッチング処理によって下部電極のCuが腐食することがある。これは、下部電極以外の下層配線全体で発生することもあり得る。また反対に、下部電極よりもMIMキャパシタの絶縁膜を大きくした場合、下部電極端部のキャパシタ特性が劣化しやすい。この劣化の原因は、下部電極のバリアメタル(BM)とCuとの境界部分で、CMPやその後処理の洗浄時にCuが溶けて除去されやすく、その上に成膜されたキャパシタの絶縁膜の膜厚が揃わないことや、ピンホールが開きやすくなるためである。
本発明の目的は、簡単にMIMキャパシタを形成することができ、下部電極の抵抗を低く安定することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
課題を解決し目的を達成するために、本発明の態様の半導体装置及びその製造方法は以下の如く構成されている。
本発明の一態様の半導体装置は、半導体基板上の絶縁膜上に形成された第1の下層配線と、この第1の下層配線上に形成された第1のビアホールと、この第1のビアホール上に形成され、下部電極、絶縁膜、及び上部電極からなるMIMキャパシタと、を備えている。
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜上に第1の下層配線を形成し、この第1の下層配線上に第1のビアホールを形成し、この第1のビアホール上に、下部電極、絶縁膜、及び上部電極からなるMIMキャパシタを形成する。
本発明によれば、簡単にMIMキャパシタを形成することができ、下部電極の抵抗を低く安定することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供できる。
以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1の(a)(b)及び図2の(a)〜(c)は、第1の実施の形態に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図1の(a)に示すように、まずSi基板1上に膜厚0.5μmのSiO2膜2を成膜して、配線部にフォトレジスト法でパターニングを行い、CF系のガスを用いて異方性エッチング(以下、RIE)法で加工することで溝を形成する。さらに、TaNとCuをPVD法で成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCuを埋め込む。さらに、CMP法で溝以外のCuとTaNを除去することで、下層配線(第1配線)31,32を形成する。
図1の(a)(b)及び図2の(a)〜(c)は、第1の実施の形態に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図1の(a)に示すように、まずSi基板1上に膜厚0.5μmのSiO2膜2を成膜して、配線部にフォトレジスト法でパターニングを行い、CF系のガスを用いて異方性エッチング(以下、RIE)法で加工することで溝を形成する。さらに、TaNとCuをPVD法で成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCuを埋め込む。さらに、CMP法で溝以外のCuとTaNを除去することで、下層配線(第1配線)31,32を形成する。
さらに、図1の(b)に示すように、下層配線(第1配線)31,32からCuが露出しないように膜厚0.1μmのSiN膜4を成膜した後に、膜厚0.3μmのSiO2膜5を成膜し、フォトレジスト法にてパターニングしてCF系のガスを用いたRIE法で加工することで、下層配線(第1配線)31,32まで届くビアホール61,62を同時に開口させる。この際のビアホール61,62の穴径は0.15μmである。
その後で、図2の(a)に示すように、PVD法にてTaNとCuを成膜し、めっき法にてCu7を埋め込む。さらに、CMP法にてビアホール61,62以外のCuとTaNを除去する。さらに、その上にTiNとSiNの積層膜を成膜して、フォトレジスト法でパターニングし、CF系ガスのRIE法でMIMキャパシタの絶縁膜8を加工して、さらにフォトレジスト法でパターンニングし、Cl系ガスのRIE法で下部電極9のTiNを加工する。
さらに、図2の(b)に示すように、膜厚0.3μmのSiO2膜10を成膜して、MIMキャパシタ部のSiO2膜10の凸形状をCMP法で平坦化する。MIMキャパシタ部のSiO2膜10の凸形状の高さは、CMP前が0.2μmであるのに対して、CMP後は0.03μm以下であった。
その後、図2の(c)に示すように、フォトリソグラフィ法でパターニングして、CF系ガスのRIE法でSiO2膜10に溝を加工する。その際に、MIMキャパシタの絶縁膜8の上にも溝を形成する。フォトリソグラフィ法で溝をパターニングした際の焦点バラツキに対するマージン(DOF)は0.4μmであり、MIMキャパシタ上の溝も問題なくパターニングできた。また、MIMキャパシタの絶縁膜8とSiO2膜10との加工選択比は30であり、MIMキャパシタの絶縁膜8の表面のエッチング量は0.1μmであった。
さらに、TaNとCuをPVD法で成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCuを埋め込む。さらに、CMP法で溝以外のCuとTaNを除去することで、上層配線(第2配線)111,112とMIMキャパシタの上部電極12を同時に形成する。
図3は、複数のMIMキャパシタの配置例を示す上面図である。図3では、上述したように形成されたMIMキャパシタ100が、縦方向に10個、横方向に10個、合計100個配置されている。各MIMキャパシタ100は、一辺が100μmの正方形状をなし、隣り合うMIMキャパシタ100,100の間に2μmの間隔が設けられている。また、MIMキャパシタ100の膜厚は、上部電極12と下部電極9と絶縁膜8とで、0.2μmである。このときの下部電極9の厚さは、0.1μmである。
以上のように形成されたMIMキャパシタの特性には問題はなく、上部電極の抵抗値は低く安定していることが確認された。また、図4に示すMIMキャパシタの断面図のように、MIMキャパシタ100の下に、複数のビアホール101を縦方向及び横方向に0.3μmピッチで等間隔に配置することで、下部電極の抵抗値も低く安定することが確認された。
(第2の実施の形態)
図5の(a)〜(c)は、第2の実施の形態に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図1の(a)に示したように、第1の実施の形態と同様の方法で下層配線(第1配線)31,32を形成して、図1の(b)に示したように、下層配線(第1配線)31,32まで届くビアホール61,62を開口した。
図5の(a)〜(c)は、第2の実施の形態に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図1の(a)に示したように、第1の実施の形態と同様の方法で下層配線(第1配線)31,32を形成して、図1の(b)に示したように、下層配線(第1配線)31,32まで届くビアホール61,62を開口した。
その後、図5の(a)に示すように、TaNとCuをPVD法で成膜して、めっき法にてCu7をビアホール61,62に埋め込む。さらに、CMP法でビアホール以外のCuを除去するが、その際にTaNは除去せずに残す。このCuを除くためのCMPでのTaNとCuの選択比は100以上であり、TaNはほとんどエッチングされずにバリアメタルとして残る。
さらに、図5の(b)に示すように、その上にキャパシタ絶縁膜用のSiN膜を成膜して、フォトレジスト法でパターニングを行い、CF系ガスのRIE法でMIMキャパシタの絶縁膜8を加工する。さらに、図2の(a)に示したように、フォトレジスト法にてパターニングしてCl系ガスのRIE法で下部電極9のTaNを加工する。フォトリソグラフィ法で溝をパターニングした際の焦点バラツキに対するマージン(DOF)は0.3μmであり、MIMキャパシタ上の溝も問題なくパターニングできる。
さらに、図2の(b)に示したように、膜厚0.3μmのSiO2膜10を成膜して、MIMキャパシタ部のSiO2膜10の凸形状をCMP法で平坦化する。MIMキャパシタ部のSiO2膜10の凸形状の高さは、CMP前が0.2μmであるのに対して、CMP後は最大0.03μmであった。
その後、図5の(c)に示すように、フォトリソグラフィ法でパターニングして、CF系ガスのRIE法でSiO2膜10に溝を加工する。その際に、MIMキャパシタの絶縁膜8の上にも溝を形成する。この際に、MIMキャパシタの絶縁膜8とSiO2膜10との加工選択比は30であり、MIMキャパシタの絶縁膜8の表面のエッチング量は0.1μmである。
さらに、バリアメタルとなるTaNとCuをPVD法で溝に成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCu71を埋め込む。さらに、CMP法で溝以外のCuとTaNを除去することで、上層配線(第2配線)111とMIMキャパシタの上部電極12を同時に形成する。
以上のように形成されたMIMキャパシタの特性には問題はなく、上部電極の抵抗値は低く安定していることが確認された。また、MIMキャパシタの下部電極の抵抗は、図4に示したように下部電極の下に複数のビアホールを縦方向及び横方向に0.3μmピッチで等間隔に配置するだけでなく、ビアホールのバリアメタルと下部電極とを一体にすることで、低く安定することが確認された。
また、ビアホールのバリアメタルの膜厚だけでは抵抗値が十分でない場合は、ビアホール以外のCuをCMP法で除去した後に残したTaN上に、第1の実施の形態と同様にTiNを成膜してもよい。この場合でも、ビアホールと下部電極の少なくとも一部とがバリアメタルのTaNで一体になっていることから、下部電極の抵抗が安定しやすいという効果がある。
なお、上層配線(第2配線)111とMIMキャパシタの上部電極12は、MIMキャパシタの絶縁膜8上に導電体を成膜して、パターニングしてRIE法を用いて加工することにより形成してもよい。
次に、上述した実施の形態に対する比較例について説明する。
(第1の比較例)
図6の(a)〜(d)は、第1の比較例に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図6の(a)に示すように、まず、Si基板1上に膜厚0.5μmのSiO2膜2を成膜して、配線部にフォトレジスト法でパターニングを行い、CF系のガスを用いて異方性エッチング(以下、RIE)法で加工することで溝を形成する。さらに、TaNとCuをPVD法で成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCuを埋め込む。さらに、CMP法で溝以外のCuとTaNを除去することで、下層配線(第1配線)31を形成する。
図6の(a)〜(d)は、第1の比較例に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図6の(a)に示すように、まず、Si基板1上に膜厚0.5μmのSiO2膜2を成膜して、配線部にフォトレジスト法でパターニングを行い、CF系のガスを用いて異方性エッチング(以下、RIE)法で加工することで溝を形成する。さらに、TaNとCuをPVD法で成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCuを埋め込む。さらに、CMP法で溝以外のCuとTaNを除去することで、下層配線(第1配線)31を形成する。
さらに、下層配線(第1配線)31からCuが露出しないように膜厚0.1μmのSiN膜4を成膜した後に、TiNとSiNとTiNの積層膜を成膜して、フォトレジスト法でパターニングして、Cl系ガスを用いたRIE法でMIMキャパシタの上部電極12を加工する。さらに、フォトレジスト法でパターニングして、CF系ガスを用いたRIE法でMIMキャパシタの絶縁膜8を加工する。さらに、フォトレジスト法でパターニングし、Cl系ガスを用いたRIE法で下部電極9のTiNを加工する。
さらに、図6の(b)に示すように、膜厚0.6μmのSiO2膜10を成膜して、MIMキャパシタ部のSiO2膜10の凸形状をCMP法で平坦化する。MIMキャパシタ部のSiO2膜10の凸形状の高さは、CMP前が0.4μmであるのに対して、CMP後は最大0.06μmであった。
その後、図6の(c)に示すように、フォトレジスト法でパターニングして、CF系のガスを用いたRIE法で加工することで、下層配線(第1配線)31まで届くビアホール63を開口させる。この際のビアホールの穴径は0.15μmであるが、フォトレジストにパターニングする際の焦点バラツキによるマージン(DOF)は0.15μmと小さく、パターニングできないビアホールがある。そのため、図6の(c)に示すように、MIMキャパシタ上のビアホール61,62と下層配線(配線1)31上のビアホール63を個別にパターニングする必要がある。
また、ビアホールを加工する際に、下層配線(第1配線)31上のビアホール63と下部電極9上のビアホール62と上部電極12上のビアホール61とで深さが異なるため、上部電極12部分のTiNがエッチングされることになる。TiNとSiO2との選択比は60であり、TiNのエッチング量は0.01μmであるが、もともと上部電極12の膜厚は0.05μmしかないため、TiNのピンホールは致命的な欠陥となりやすい。
その後、図6の(d)に示すように、フォトリソグラフィ法でパターニングして、CF系ガスのRIE法で溝を加工する。その際に、MIMキャパシタの絶縁膜8の上にも溝を形成する。フォトリソグラフィ法で溝をパターニングした際の焦点バラツキに対するマージン(DOF)は0.3μmであり、MIMキャパシタ上の溝も問題なくパターンニングできたが、第1の実施の形態や第2の実施の形態に比べて明らかにDOFが低下していた。
さらに、TaNとCuをPVD法で成膜して、そのTaNとCuを電極にしてめっき法にて溝にCuを埋め込む。さらに、CMP法でビアホールと溝以外のCuとTaNを除去することで、上層配線(第2配線)111,112を形成する。
上述したMIMキャパシタの膜厚は、第1の実施の形態や第2の実施の形態のMIMキャパシタの膜厚よりも厚い。その理由は、図7に示すように、上層配線(第2配線)112から下部電極9へのビアホール62が、上部電極12を避けてMIMキャパシタの周辺部のみに限られているため、MIMキャパシタの周辺部と中央部とで下部電極9の抵抗の差が生じないように、下部電極9のシート抵抗を下げる必要があるためである。このときの下部電極9の厚さは0.3μmである。
以上のように形成されたMIMキャパシタは、図3に示すように、縦方向に10個、横方向に10個、合計100個配置される。各MIMキャパシタ100’は、一辺が100μmの正方形状をなし、隣り合うMIMキャパシタ100’,100’の間に2μmの間隔が設けられている。また、MIMキャパシタ100’の膜厚は、上部電極12と下部電極9と絶縁膜8とで、0.4μmである。
以上のように形成されたMIMキャパシタの特性には特に問題はなく、上部電極の抵抗値は低く安定していることが確認された。しかし、下部電極の膜厚を第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に0.1μmにした場合、MIMキャパシタの周辺部と中央部とに電位差が生じたため、キャパシタ特性が劣化した。
(第2の比較例)
図8の(a)〜(d)は、第2の比較例に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。第1の比較例と同様に、図8の(a)に示すように、下層配線(第1配線)31を形成した後に、SiN膜4を成膜して、その上にMIMキャパシタを形成する。
図8の(a)〜(d)は、第2の比較例に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。第1の比較例と同様に、図8の(a)に示すように、下層配線(第1配線)31を形成した後に、SiN膜4を成膜して、その上にMIMキャパシタを形成する。
さらに、図8の(b)に示すように、0.3μmのSiO2膜10を成膜して、SiO2膜10の凸部をCMP法で平坦化し、図8の(c)に示すように、ビアホールをパターニングしてRIE法で加工する。しかし、やはり第1の比較例と同様にDOFが0.15μmと低く、MIMキャパシタ上と下層配線(第1配線)31上を同時にパターニングすることが困難である。
また、図8の(d)に示すように、上層配線(第2配線)111,112を形成して、MIMキャパシタ特性を確認したが、第1の実施の形態や第2の実施の形態と同様に下部電極の膜厚を0.1μmにした場合、MIMキャパシタの周辺部と中央部とに電位差が生じたため、特性が劣化した。
(第3の比較例)
図9の(a)〜(c)及び図10の(a)〜(c)は、第3の比較例に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図9の(a)に示すように、下層配線(第1配線)31,32を形成した後に、直ぐにMIMキャパシタ用の絶縁膜8と上部電極12用のTiN膜を成膜して、それぞれをパターニングとRIE法により加工することで、MIMキャパシタを形成する。
図9の(a)〜(c)及び図10の(a)〜(c)は、第3の比較例に係る半導体装置をなすMIMキャパシタの形成方法を示す断面図である。図9の(a)に示すように、下層配線(第1配線)31,32を形成した後に、直ぐにMIMキャパシタ用の絶縁膜8と上部電極12用のTiN膜を成膜して、それぞれをパターニングとRIE法により加工することで、MIMキャパシタを形成する。
さらに、図9の(b)に示すように、SiO2膜10を成膜して、SiO2膜10の凸部をCMP法で平坦化し、図9の(c)に示すように、ビアホール61,62をパターニングしてRIE法で加工する。そして、図10の(a)に示すように、上層配線(第2配線)111,112を形成する。
しかし、下層配線(第1配線)31の一部にMIMキャパシタを形成した際のCF系やCl系ガスにより、腐食が発生して、下層配線(第1配線)31にオープン不良や高抵抗となる不良が生じた。
また、下層配線(第1配線)31の厚さは0.3μmであったが、MIMキャパシタの下部電極となる部分の下層配線(第1配線)31は100μm×100μmの大きさにしたため、図10の(b)に示すように、Cu−CMPによるエロージョンにより、MIMキャパシタの中央部でのCu残膜は0.1μmにまで薄くなった。これを防ぐためには、下層配線(第1配線)31の一辺を5μm以下にする必要があり、これはMIMキャパシタとしてのデザインルールに対して大幅な制約となる。
また、図10の(c)に示すように、下層配線(第1配線)31の上に成膜したMIMキャパシタ用の絶縁膜(SiN)8は、下層配線(第1配線)31の端部のCuが局所的にエッチングされたことにより、上手く成膜できず、クラックが生じてキャパシタの耐圧劣化が生じた。
以上のように本実施の形態によれば、下層配線(第1配線)を形成して(図1の(a))、上層配線(第2配線)とMIMキャパシタの下部電極の下にビアホールを形成する(図1の(b))。その後、バリアメタル(BM)とCuをPVD法で成膜して、Cuをめっきして、ビアホールにCuを埋め込む。ビアホール以外のCuをCMPで除去する。この際に、場合によってはBM上でCMPを止めることで、ビアホール以外のフィールド部分に残ったBMをMIMキャパシタの下部電極またはその一部にすることができる。その後、下部電極上にMIMキャパシタの絶縁膜を成膜してMIMキャパシタ部分をパターニングして加工する(図2の(a))。
さらに、絶縁膜を成膜して上層配線(第2配線)となる溝を加工する(図2の(b))。その際にMIMキャパシタの上部電極部分も同時に溝を形成するが、MIMキャパシタの絶縁膜との選択比が高い加工条件で行うことで、MIMキャパシタの絶縁膜を失うことはない。その後、BMとCuをPVD法で成膜した後、めっき法にてCuを埋め込み、CMP法で上層配線(第2配線)となる溝以外のCuを除去することで、上層配線(第2配線)を形成する(図2の(c))。
MIMキャパシタの下部電極をビアホール上に形成する際に、ビアホールにCuを埋め込むためのバリアメタルを下部電極または下部電極の一部に用いることもできる。さらに、上部電極に上層配線(第2配線)を用いることで、MIMキャパシタの形成をビアホールおよび上層配線(第2配線)の形成と同時に進められ、工程が短縮できる。また、MIMキャパシタ上の絶縁膜を平坦化する上でも容易になる。また、大きなMIMキャパシタでも下層配線(第1配線)を大きくする必要は無く、CuのCMPによるエロージョンを問題にする必要もない。
また、MIMキャパシタの下のビアホールを縦横に多数配置することで、下部電極の抵抗値も低く安定する(図4)。そのため、下部電極の膜厚を従来よりも薄くすることが可能になる。これにより、MIMキャパシタ上のSiO2膜の凸部の高さをさらに低減することが可能になる。
本発明の態様の半導体装置の製造方法は以下の如き構成を有する。
(1) 半導体基板上の絶縁膜上に第1の下層配線を形成し、
この第1の下層配線上に第1のビアホールを形成し、
この第1のビアホール上に、下部電極、絶縁膜、及び上部電極からなるMIMキャパシタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
この第1の下層配線上に第1のビアホールを形成し、
この第1のビアホール上に、下部電極、絶縁膜、及び上部電極からなるMIMキャパシタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(2) 前記MIMキャパシタ上に第1の上層配線を形成することを特徴とする上記(1)に記載の半導体装置の製造方法。
(3) 前記MIMキャパシタの上部電極を前記第1の上層配線の一部として形成することを特徴とする上記(2)に記載の半導体装置の製造方法。
(4) 前記半導体基板上の絶縁膜上に第2の下層配線を形成し、
この第2の下層配線上に第2のビアホールを形成し、
この第2のビアホール上に第2の上層配線を形成することを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
この第2の下層配線上に第2のビアホールを形成し、
この第2のビアホール上に第2の上層配線を形成することを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(5) 前記第1のビアホールを、少なくとも第1の導電体と該第1の導電体のバリアメタルとなる第2の導電体とで構成し、前記第1のビアホールと前記MIMキャパシタの下部電極の少なくとも一部とを前記第2の導電体を用いて一体とすることを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(6) 前記第1のビアホールと前記第2のビアホールを同時に形成することを特徴とする上記(4)または(5)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(7) 前記第1の上層配線と前記MIMキャパシタの上部電極は、前記MIMキャパシタの絶縁膜上に絶縁膜を成膜して、該絶縁膜に溝を形成した後、該溝に第3の導電体と該第3の導電体のバリアメタルとなる第4の導電体とを成膜して、前記溝以外の前記第3の導電体と前記第4の導電体をCMP法で除去することにより形成することを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(8) 前記第1の上層配線と前記MIMキャパシタの上部電極は、前記MIMキャパシタの絶縁膜上に導電体を成膜して、RIE法を用いて加工することにより形成することを特徴とする上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
1…Si基板 2…SiO2膜 30,31,32…下層配線(第1配線) 4…SiN膜 5…SiO2膜 61,62,63…ビアホール 7,71…Cu 8…絶縁膜 9…下部電極 10…SiO2膜 111,112…上層配線(第2配線) 12…上部電極 100,100’…MIMキャパシタ
Claims (5)
- 半導体基板上の絶縁膜上に形成された第1の下層配線と、
この第1の下層配線上に形成された第1のビアホールと、
この第1のビアホール上に形成され、下部電極、絶縁膜、及び上部電極からなるMIMキャパシタと、
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 前記MIMキャパシタ上に形成された第1の上層配線を備え、
前記MIMキャパシタの上部電極が前記第1の上層配線の一部として形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板上の絶縁膜上に形成された第2の下層配線と、
この第2の下層配線上に形成された第2のビアホールと、
この第2のビアホール上に形成された第2の上層配線と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記第1のビアホールは、少なくとも第1の導電体と該第1の導電体のバリアメタルとなる第2の導電体とで構成されており、前記第1のビアホールと前記MIMキャパシタの下部電極の少なくとも一部とが前記第2の導電体を用いて一体となっていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
- 半導体基板上の絶縁膜上に第1の下層配線を形成し、
この第1の下層配線上に第1のビアホールを形成し、
この第1のビアホール上に、下部電極、絶縁膜、及び上部電極からなるMIMキャパシタを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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