JP2006511088A - コンデンサ構成体の製造方法およびコンデンサ構成体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層構造が作製されるコンデンサ構成体の製造方法に関する。この積層構造は、下記に記載する順序で積層された構成部分よりなる:
−ベース電極用のベース電極層、
−ベース誘電体、
−カバー電極用のカバー電極層。
−ベース電極、
−ベース誘電体、
−少なくとも2つの中心電極、
−カバー誘電体、および
−カバー電極。
第2の態様によれば、本発明は、例えば電子素子の多数の能動領域を含む半導体基板よりなる集積回路構成体に関するものである。半導体基板は、例えば、シリコンチップである。能動領域とは、例えば、電界効果トランジスのチャンネル領域またはバイポーラトランジスタの能動領域である。
一つの構成においては、電極間の誘電体は酸化物、特に二酸化シリコンである。ただし、代わりに窒化物、例えば、窒化シリコンも使用する。誘電体材料製の二重膜層あるいは多層膜層も使用する。
第3の態様によれば、本発明は下記のステップからなる方法に関するものである:
−誘電体層を作製するステップ、
−誘電体層上に電極層を作製するステップ、
−化学ドライエッチングプロセスまたは化学−物理ドライエッチングプロセスを用いて電極層をパターニングするステップ。
このエッチングプロセスは、例えば下記のように分けられる:
1.誘電体層23の時間制御エッチング
2.カバー誘電体層20に関して高度の選択性を持つエッチング法によるカバー電極層18のエッチング。この終点を、エッチングを終了するため、またプロセス制御のために把握する。
3.中心電極層18に関して非選択性であるカバー誘電体層20の非選択性時間制御エッチングを行う。
4.次に、終点検出を行いつつ、再度高度の選択性を持つエッチング法によってベース誘電体層16のエッチングを行う。
−プレパターニングした誘電体層23aの時間制御エッチング、
−プレパターニングしたカバー電極22aのエッチング、プレパターニングしたカバー誘電体20aの内部で終わる。
ベース電極114a上には、積層構造124bを形成するのに用いたエッチングによってはほんの僅かしか侵食されていないベース誘電体層116aが存在する。インターコネクト114bの上には、誘電体層116aを形成するのと同じ誘電体層の残りの領域116bが存在する。
中心電極118aの右側部分に沿って伸びる3列のビア充填材の一部をなす3つのビア充填材180〜184は、インターコネクト152から中心電極118aへ通じている。この右側部分はカバー電極122bで被覆されていない。
−電極822、
−電極824、
−部分電極826、
−部分電極828、
−電極830、
−電極832、
−上部電極834。
−メタライゼーションのBEOL(ウェーハプロセスの後半部)におけるMIMコンデンサの多様な作り込み
−適切な場合における、すべてのMIMコンデンサをパターニングするための部分マスクの使用
−標準的MIMコンデンサの単位面積当たりキャパシタンスの整数倍単位の増加
−本発明で提案するコンデンサ構成体を使用することによって、キャパシタンスを高品質および高直線性でもって得ることができる。
Claims (36)
- 集積コンデンサ構成体(110)を製造する方法であって、
ベース電極層(14)と、
ベース誘電体層(16)と、
少なくとも1つの中心電極層(18)と、
カバー誘電体層(20)と、
カバー電極層(22)とを、この記載順に有する積層構造(124b)を作製するステップと、
第1のリソグラフィ処理によって、該カバー電極層(22)および該中心電極層(18)をパターニングするステップと、
第2のリソグラフィ処理によって、該カバー電極層(22a)および該ベース電極層(14)をパターニングするステップと
を包含する、方法。 - 少なくとも2つの中心電極層(S2〜S8)を前記ベース電極層(S1)と前記カバー電極層(S9)との間に作製し、中心誘電体層(D2)を、中心電極層(S2)を作製した後これと隣接する中心電極層(S3)を作製する前に、隣接する2つの中心電極層(S2、S3)の間に位置させて作製することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のリソグラフィ処理時に、前記カバー電極層(S9)と前記中心電極層(S6)との間に配設した少なくとも1つの電極層(S8)を該カバー電極層(S9)と共にパターニングし、
該第1のリソグラフィ処理時に、該中心電極層(S6)と前記ベース電極層(S1)との間に配設した少なくとも1つの電極層(S5)を該中心電極層(S6)と共にパターニングし、
前記第2のリソグラフィ処理時に、該カバー電極層(S9)および該カバー電極層(S9)と該中心電極層(S6)との間に配設した該電極層(S8)をパターニングし、
該第2のリソグラフィ処理時に、該ベース電極層(S1)および該ベース電極層(S1)と該中心電極層(S6)との間に配設した少なくとも1つの電極層(S2)をパターニングすることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。 - 非隣接の電極層(S3、S6)をパターニングする第3のリソグラフィ処理を少なくとも一回行い、該第3のリソグラフィ処理でパターニングする該電極層(S3、S6)の間の電極層(S4、S5)は該第3のリソグラフィ処理でパターニングしないことを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 前記リソグラフィ処理の実行中、エッチングを少なくとも1つの誘電体層(16、18)で停止し、該誘電体層は該リソグラフィ処理で最後にエッチングする前記少なくとも1つの電極層(16、22)の下側にあり、および/または、全エッチングを好ましくはドライ化学エッチングあるいは化学−物理手段で行い、および/または、終点検知、特に、少なくとも1本スペクトル線の把握に基づく終点検知を行ってエッチングの終点を検知することを特徴とする、請求項1から4のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つのリソグラフィ処理を実行中に、該リソグラフィ処理で最後にエッチングする前記少なくとも1つの電極(16、12)を化学手段または化学−物理手段でエッチングし、かつ該電極(16、22)の残った部分または該電極(16、12)の残留物をウェット化学手段でエッチングすることを特徴とする、請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の方法。
- リソグラフィ処理で最後にパターニングされた電極に近接した誘電体層(D1)の少なくとも1つの部分エッチング領域または誘電体層(D1〜D9)のすべての部分エッチング領域を少なくとも次の1つのリソグラフィ処理、好ましくはその後のすべてのリソグラフィ処理においてレジストで被覆し、
および/または、該リソグラフィ処理で突っ切り状にエッチングされた誘電体層(D1〜D9)に近接するリソグラフィ処理でパターニング済みの電極層の端縁部を次のリソグラフィ処理で除去することを特徴とする、請求項1から6のうちのいずれか一項に記載の方法。 - パターニング終了後の前記積層構造(124b)が、積層方向に一直線に並ぶ電極(114a、118a、122b)がなくなるように設計されたことを特徴とする、請求項1から7のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 1つ置きの電極の電極接続部を前記積層構造の一方側に配設し、かつ他の電極用の電極接続部を該積層構造の反対側に配設したことを特徴とする、請求項1から8のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 前記電極層(114a、118a、122b)を同じ厚さに作製し、
あるいは他の電極層(314)より先にパターニングする電極層(322)が該他の電極層(314)より厚くなるように設計され、厚い方の該電極(322)が好ましくはカバー電極層であることを特徴とする、請求項1から9のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 1つの電極用の接続部が、電極の少なくとも一方、少なくとも二方、少なくとも三方、あるいは少なくとも四方に整列させて設けたことを特徴とする、請求項1から10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 電極層をパターニングして複数の部分電極(426〜430)を形成し、
コンデンサ構成体(420)のキャパシタンスを大きくするために、該部分電極(426〜430)を互いに接続することが可能であり、
および/または、少なくとも1つの電極層、好ましくはすべての電極層または半分以上の電極層が100nmより薄く、あるいは60nmより薄くなるように設計されたことを特徴とする、請求項1から11のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 集積コンデンサ構成体(500)、特に、請求項1から12のうちのいずれか一項に記載の方法で製造されたコンデンサ構成体(500)の特徴を有するコンデンサ構成体であって、
ベース電極(S1)と、
ベース誘電体(D1)と、
少なくとも2つの中心電極(S2、S3)と、
カバー誘電体(D8)と、
カバー電極(S9)と
をこの記載順に含む、集積コンデンサ構成体(500)。 - 2つ以上の中心電極(S2〜S8)、3つ以上の中心電極または5つ以上の中心電極(S2〜S8)を該ベース電極(S1)と該被覆電極(S9)との間に配設し、
および/または、少なくとも1つの電極、好ましくは半分以上の電極が100ナノメートルより薄く、あるいは60ナノメートルより薄いことを特徴とする、請求項13に記載のコンデンサ構成体(500)。 - コンデンサ構成体(700、800)を含む集積回路構成体であって、
互いに中間層(ILD1〜ILD3)によって分離され、電子素子接続用のインターコネクト(718、728)を含む少なくとも3つのメタライゼーション層(Me1〜Me4)と、
該メタライゼーション層(Me1〜Me4)と交差する方向に配設された導電性コンタクト部(Via1〜Via10)と、
互いに入り組んだ2枚のコンデンサプレートを形成するようコンタクト部(Via1〜Via10)を介して接続された電極(710、712、732)を含み、該電極(710、712、732)が少なくとも2つの中間層(ILD1〜ILD3)中に配設されたコンデンサ構成体(700)と
を有する、集積回路構成体。 - 前記コンデンサ構成体(700)の少なくとも1つの電極(710)または部分電極(720)をメタライゼーション層(Me1、Me2)に配設し、
および/または、前記コンデンサ構成体(700)の少なくとも1つの電極が、メタライゼーション層(Me2)に配設した部分電極(720)および中間層(ILD1)に配設した部分電極(712)を含み、
該2つの部分電極を少なくとも1つのコンタクト部(Via2、Via3)または複数のコンタクト部を介して互いに電気的に接続したことを特徴とする、請求項15に記載の集積回路構成体。 - 前記コンデンサ構成体(700)の前記電極(712、722、732)を、少なくとも3つの中間層(ILD1〜ILD3)または3つ以上の中間層(ILD1〜ILD3)に配設したことを特徴とする、請求項15または16に記載の集積回路構成体。
- 中間層(ILD2)に配設され、他の中間層(ILD3)に配設した電極(732)と同じ輪郭形状を有する少なくとも1つの電極(722)を特徴とする、請求項1から17のうちのいずれか一項に記載の集積回路構成体。
- 同じ輪郭形状を持つ電極(722、732)の端縁を、コンデンサ構成体(700)を支持する基板表面に直角な方向で一直線に(736,738)、好ましくは端縁全体に沿って配設したことを特徴とする、請求項18に記載の集積回路構成体。
- 前記コンデンサ構成体の少なくとも2つの電極(822、824)または少なくとも3つの電極(822〜826)を、2つのメタライゼーション層(802、804)間に配設したことを特徴とする、請求項1から19のうちのいずれか一項に記載の集積回路構成体。
- コンデンサ構成体(800)における少なくとも3つの相続く電極(822〜826)を、該相続く電極(822〜826)の数より少ない数のリソグラフィ処理でパターニングしたことを特徴とする、請求項1から20のうちのいずれか一項に記載の集積回路構成体。
- 各電極を複数のコンタクト部(Via1〜Via10)によって接続し、
および/または、中間層(ILD1〜ILD3)中にある少なくとも1つの部分電極(722)のコンタクト面が該部分電極の底表面積の30%以上あるいは50%以上をなし、
および/または、部分電極ではない少なくとも1つのさらなる電極の接続用のコンタクト面が該部分電極のコンタクト面と同じ大きさであることを特徴とする、請求項1から21のうちのいずれか一項に記載の集積回路構成体。 - メタライゼーション層(Me1〜Me4)の金属部を銅、アルミニウム、少なくとも90%の銅を含有する銅合金または少なくとも90%のアルミニウムを含有するアルミニウム合金で形成し、
および/または、該メタライゼーション層(Me1〜Me4)が100nm以上または150nm以上の厚さを有し、
および/または、メタライゼーション層(Me1〜Me4)の金属部との接続を互いに反対側の面で行い、
および/または、中間層(ILD1〜ILD3)の電極が金属または合金で形成されるか、あるいはこれらを含有し、特に金属窒化物、好ましくは、窒化チタンもしくは窒化タンタルで形成されるか、あるいはこれらを含有し、
および/または、中間層(ILD1〜ILD3)の少なくとも1つの電極が100nm以下または60nm以下の厚さを有し、
および/または、中間層(ILD1〜ILD3)中の電極との接続を片側の面のみで行い、
および/または、中間層(ILD1〜ILD3)が酸化物、特に二酸化シリコンで形成されるかまたはこれを含有し、あるいは窒化物、特に窒化シリコンで形成されるかまたはこれを含有することを特徴とする、請求項1から22のうちのいずれか一項に記載の集積回路構成体。 - コンタクト部(Via1〜Via10)の位置を確定する幾何学的設計を除き、同じ幾何学的設計に基づき作製された少なくとも2つの集積コンデンサ構成体(700)を有するコンデンサ構成体(700)であって、
該2つのコンデンサ構成体(700)の少なくとも1つが請求項1から23のいずれか1項に記載のコンデンサ構成体(700)として構成され、
電極(710)の接続用の少なくとも1つのコンタクト部(Via1〜Via10)が一方のコンデンサ構成体(700)に存在し、他方のコンデンサ構成体には存在せず、そのため、該他方のコンデンサ構成体中の少なくとも1つの電極が接続されない、コンデンサ構成体(700)。 - 接続された前記電極(710)が、前記一方のコンデンサ構成体(700)との関係で、接続されていない前記電極が前記他方のコンデンサ構成体に対して有する関係と同じ位置にあることを特徴とする、請求項24に記載のコンデンサ構成体(700)。
- コンデンサ構成体(1134)を製造する方法であって、
誘電体層(1104)を作製するステップと、
該誘電体層(1104)を作製した後、電極層(1106)を作製するステップと、
化学ドライエッチングプロセスまたは化学−物理ドライエッチングプロセスを用いて電極層(1106)をパターニングするステップと、
該誘電体(1104)から該電極(1106)の残留物をウェット化学法により除去するステップ、または該誘電体層(1104)からドライエッチングプロセス時に薄くなった該電極(1106)の領域をウェット化学法により除去するステップと
を包含する、方法。 - 前記ウェット化学法による除去を前記誘電体層(1104)との関係で選択性をもって、好ましくは4:1以上または10:1以上の選択性をもって行うことを特徴とする、請求項26に記載の方法。
- 前記電極層(1106)を時間制御法によりエッチングし、
前記電極層(1106)が、金属窒化物、特に窒化チタン、窒化タングステンあるいは窒化タンタルを含有するかまたはこれらの金属窒化物で形成され、
および/または、該電極層(1106)が100nmまたは60nmより薄い
ことを特徴とする、請求項26または27に記載の方法。 - 前記電極層(1106)が窒化チタンで形成されるかまたは窒化チタンを含有し、
および/または、塩基性水溶液、好ましくは酸化剤、特に過酸化水素を含有する、および/または特にアンモニア水溶液および/または特にアミンを含有する溶液を前記ウェット化学法による除去に使用し、
および/または、酸、特に硝酸とフッ化水素酸の溶液を該ウェット化学法による除去に使用することを特徴とする、請求項1から28のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 前記誘電体層(1104)が窒化シリコンまたは二酸化シリコンを含有し、あるいは窒化シリコンまたは二酸化シリコンで形成され、
および/または該誘電体層(1104)が、100nm以下の、または50nm以下の、好ましくは、しかしながら30nm以上の層厚(D2)を有することを特徴とする、請求項1から29のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 前記誘電体層(1104)を前記ウェット化学法による除去後パターニングし、特に該ウェット化学法による除去と該誘電体層(1104)のパターニングとの間に他の層を前記電極(1106)上に作製することなくパターニングし、
および/または、化学ドライエッチングプロセスまたは化学−物理ドライエッチングプロセスを用いて該誘電体層(1104)をエッチングし、
および/または、該誘電体層(1104)を該電極層(1106)から距離(B1)、特に5nm以上のまたは50nm以上のあるいは100nm以上の位置でパターニングすることを特徴とする、請求項1から30のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 前記電極層(1106)を、オーバーエッチング時間が6秒以下、または3秒以下、好ましくは0秒でドライエッチングプロセスを用いてオーバーエッチングし、
および/または、ウェット化学法による除去時における電極層(1106)から形成された電極(1120)の部分的横方向エッチングを、電極層(1106)をパターニングするためのリソグラフィ処理で使用するマスクの設計の設計寸法を増すことによって補償することを特徴とする、請求項1から31のうちのいずれか一項に記載の方法。 - 通常の使用条件下における実用寿命が少なくとも7年あるいは少なくとも10年の回路構成体を製造する方法が使用されることを特徴とする、請求項1から32のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 集積コンデンサ構成体(1134)、特に、請求項1から33のいずれか一項に記載の方法により製造されたコンデンサ構成体(1134)であって、
誘電体層(1104)と、該誘電体層(1104)と接触する電極(1120)とを有し、
該電極(1120)によって被覆されていない少なくとも1つの断面(B1)における該誘電体層(1104)の厚さの、該電極(1120)によって被覆された領域における該誘電体の厚さに対する偏差が、5nm以下あるいは1nm以下であり、
該誘電体層(1104)の該電極(1120)により被覆されていない領域に、該電極(1120)を作製するためにパターニングした電極層(1106)の残留物がない、集積コンデンサ構成体(1134)。 - 前記電極に近い前記断面(B1)の境界が、該電極(1120)から少なくとも3nmまたは少なくとも10nmの距離にあり、
および/または、該電極から遠い該断面(B1)の境界が、該電極(1120)から該電極に近い該断面(B1)の境界よりさらに少なくとも5nmまたは少なくとも10nmあるいは少なくとも20nm離れた距離にあり、
および/または、該断面(B1)内の該誘電体層の厚さの変動が最大3nmまたは最大2nmあるいは最大1nmであることを特徴とする、請求項34に記載の集積コンデンサ構成体(1134)。 - 前記誘電体層(1104)が、少なくとも1つのコンタクト部(1142)または多数のコンタクト部によって貫通されることを特徴とする、請求項34または35に記載の集積コンデンサ構成体(1134)。
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