JP2009111013A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】容量素子の占有面積の縮小を図ることができる、半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置1には、第1MIM容量素子13および第2MIM容量素子14が備えられている。第1MIM容量素子13は、第1容量膜6を第1下電極4および第1上電極7で挟み込んだ構造を有している。第1下電極4および第1上電極7は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。また、第2MIM容量素子14は、第2容量膜10を第2下電極9および第2上電極11で挟み込んだ構造を有している。第2下電極9および第2上電極11は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。そして、第1MIM容量素子13と第2MIM容量素子14とは、前記対向方向に積層して設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】半導体装置1には、第1MIM容量素子13および第2MIM容量素子14が備えられている。第1MIM容量素子13は、第1容量膜6を第1下電極4および第1上電極7で挟み込んだ構造を有している。第1下電極4および第1上電極7は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。また、第2MIM容量素子14は、第2容量膜10を第2下電極9および第2上電極11で挟み込んだ構造を有している。第2下電極9および第2上電極11は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。そして、第1MIM容量素子13と第2MIM容量素子14とは、前記対向方向に積層して設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、MIM(Metal-Insulator-Metal)構造の容量素子を備える半導体装置に関する。
絶縁性の容量膜を下部電極および上部電極で挟み込んだ構造(MIM構造)の容量素子(以下、「MIM容量素子」という。)は、たとえば、無線通信用システムLSIを構成する容量素子として知られている。
図3は、従来のMIM容量素子の構造を示す模式的な断面図である。なお、図3では、図面の煩雑化を回避するために、ハッチングを一部省略している。
図3は、従来のMIM容量素子の構造を示す模式的な断面図である。なお、図3では、図面の煩雑化を回避するために、ハッチングを一部省略している。
MIM容量素子101は、たとえば、半導体基板(図示せず)を基体とする半導体装置に備えられている。半導体基板上には、層間絶縁膜102が積層されており、この層間絶縁膜102に形成された溝104には、Cu(銅)からなる下電極103が埋設されている。下部電極103の表面は、層間絶縁膜102の表面とほぼ面一をなしている。層間絶縁膜102の表面および下部電極103の表面上には、たとえば、SiN(窒化シリコン)からなる容量膜105が形成されている。そして、容量膜105上には、たとえば、TiN(窒化チタン)からなる上電極106が設けられている。上部電極106は、平面視で下部電極103よりも小さいサイズの平板状に形成され、容量膜105を挟んで下部電極103に対向して配置されている。
容量膜105および上部電極106上には、層間絶縁膜107が積層されている。この層間絶縁膜107には、下部電極コンタクトプラグ108および上部電極コンタクトプラグ109がそれぞれ膜厚方向に貫通して設けられている。下部電極コンタクトプラグ108は、容量膜105をさらに貫通し、その下端が下部電極103に接続されている。上部電極コンタクトプラグ109の下端は、上部電極106に接続されている。
特開2003−258107号公報
MIM容量素子101の容量値は、下部電極103と上部電極106との対向面積にほぼ比例する。そのため、MIM容量素子101を搭載したICチップ(半導体装置)では、MIM容量素子の占有面積が大きく、このことがチップサイズの縮小の妨げになっている。
そこで、本発明の目的は、MIM構造を有する容量素子の容量密度(単位占有面積あたりの容量値)を増加させることができ、これにより、容量素子の占有面積の縮小を図ることができる、半導体装置を提供することである。
そこで、本発明の目的は、MIM構造を有する容量素子の容量密度(単位占有面積あたりの容量値)を増加させることができ、これにより、容量素子の占有面積の縮小を図ることができる、半導体装置を提供することである。
前記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、複数の容量素子を備え、各前記容量素子は、絶縁材料からなる容量膜を金属材料からなる第1電極および第2電極で挟み込んだMIM(Metal-Insulator-Metal)構造を有し、前記第1電極および前記第2電極は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で互いに部分的に重なるように配置され、前記複数の容量素子は、前記対向方向に積層して設けられている、半導体装置である。
この構成によれば、複数の容量素子が備えられている。各容量素子は、絶縁材料からなる容量膜を金属材料からなる第1電極および第2電極で挟み込んだ構造を有している。第1電極および第2電極は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。そして、複数の容量素子は、前記対向方向に積層して設けられている。
複数の容量素子が積層されることにより、半導体装置における容量素子の占有面積を増大させることなく、その容量値(各容量素子の容量値の和)を増加させることができる。その結果、容量素子の容量密度を増加させることができる。よって、容量素子の容量値を下げることなく、その占有面積の縮小を図ることができる。
請求項2に記載のように、各前記容量素子間には、絶縁材料からなる層間絶縁膜が介在されていてもよい。
請求項2に記載のように、各前記容量素子間には、絶縁材料からなる層間絶縁膜が介在されていてもよい。
この場合、請求項3に記載のように、各前記第1電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成され、各前記第2電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成されていることが好ましい。
各第1電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第1電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。また、各第2電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第2電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第1電極および第2電極を形成するためのフォトマスクがそれぞれ1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
各第1電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第1電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。また、各第2電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第2電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第1電極および第2電極を形成するためのフォトマスクがそれぞれ1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
また、各第1電極における第2電極と平面視で重ならない部分は、平面視で同一位置に形成されている。したがって、請求項4に記載のように、各第1電極における第2電極と平面視で重ならない部分において、層間絶縁膜を貫通する第1ビアを共通に接続することにより、各第1電極に個別に第1ビアが接続される構成と比較して、各第1電極に対する第1ビアの接続を簡単な構成で達成することができる。
また、各第2電極における第1電極と平面視で重ならない部分は、平面視で同一位置に形成されている。したがって、請求項4に記載のように、各第2電極における第1電極と平面視で重ならない部分において、層間絶縁膜を貫通する第2ビアを共通に接続することにより、各第2電極に個別に第2ビアが接続される構成と比較して、各第2電極に対する第2ビアの接続を簡単な構成で達成することができる。
請求項5に記載の発明は、一の前記容量素子を構成する前記第2電極と当該一の前記容量素子上に積層される他の前記容量素子を構成する前記第1電極との間には、前記容量膜が介在されている、請求項1に記載の半導体装置である。
この構成によれば、一の容量素子を構成する第2電極は、その第2電極上に容量膜を介在させて積層される第1電極とともに、一の容量素子上の他の容量素子を構成する。すなわち、第2電極は、積層方向に隣接する2つの容量素子に共通に用いられる。また、容量素子が3つ以上積層される場合は、他の容量素子を構成する第1電極は、その第1電極上に容量膜を介在させて積層される第2電極とともに、他の容量素子上の容量素子を構成する。すなわち、第1電極は、積層方向に隣接する2つの容量素子に共通に用いられる。このように、第1電極および/または第2電極が2つの容量素子に共用されることにより、半導体装置の厚さの増大を抑制しつつ、複数の容量素子を積層した構造を得ることができる。
この構成によれば、一の容量素子を構成する第2電極は、その第2電極上に容量膜を介在させて積層される第1電極とともに、一の容量素子上の他の容量素子を構成する。すなわち、第2電極は、積層方向に隣接する2つの容量素子に共通に用いられる。また、容量素子が3つ以上積層される場合は、他の容量素子を構成する第1電極は、その第1電極上に容量膜を介在させて積層される第2電極とともに、他の容量素子上の容量素子を構成する。すなわち、第1電極は、積層方向に隣接する2つの容量素子に共通に用いられる。このように、第1電極および/または第2電極が2つの容量素子に共用されることにより、半導体装置の厚さの増大を抑制しつつ、複数の容量素子を積層した構造を得ることができる。
この場合、請求項6に記載のように、各前記第1電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成されていることが好ましい。
各第1電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第1電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第1電極を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
各第1電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第1電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第1電極を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
また、各第1電極における第2電極と平面視で重ならない部分は、平面視で同一位置に形成されている。したがって、請求項7に記載のように、各第1電極における第2電極と平面視で重ならない部分において、層間絶縁膜を貫通する第1ビアを共通に接続することにより、各第1電極に個別に第1ビアが接続される構成と比較して、各第1電極に対する第1ビアの接続を簡単な構成で達成することができる。
請求項8に記載の発明は、少なくとも3つの前記容量素子を備え、各前記第2電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成されている、請求項5〜7のいずれか一項に記載の半導体装置である。
各第2電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第2電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第2電極を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
各第2電極が平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、各第2電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第2電極を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
また、各第2電極における第1電極と平面視で重ならない部分は、平面視で同一位置に形成されている。したがって、請求項9に記載のように、各第2電極における第1電極と平面視で重ならない部分において、層間絶縁膜を貫通する第2ビアを共通に接続することにより、各第2電極に個別に第2ビアが接続される構成と比較して、各第2電極に対する第2ビアの接続を簡単な構成で達成することができる。
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
半導体装置1は、図示しない半導体基板を備えている。この半導体基板は、たとえば、Si(シリコン)基板からなる。半導体基板の表層部には、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの素子が作り込まれている。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
半導体装置1は、図示しない半導体基板を備えている。この半導体基板は、たとえば、Si(シリコン)基板からなる。半導体基板の表層部には、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの素子が作り込まれている。
半導体基板上には、SiO2(酸化シリコン)からなる第1層間絶縁膜2が形成されている。
第1層間絶縁膜2には、平面視四角形状の第1溝3がその上面から掘り下げて形成されている。第1溝3には、Cuからなる第1下電極4がバリア膜5を介して埋設されている。具体的には、第1溝3の内面には、Cuの拡散に対するバリア性を有する金属材料(たとえば、TaまたはTaN(窒化タンタル)など)からなるバリア膜5が被着されている。そして、バリア膜5の内側をCuで埋め尽くすことにより、第1溝3内には、第1層間絶縁膜2の表面とほぼ面一な表面を有する第1下電極4が埋設されている。
第1層間絶縁膜2には、平面視四角形状の第1溝3がその上面から掘り下げて形成されている。第1溝3には、Cuからなる第1下電極4がバリア膜5を介して埋設されている。具体的には、第1溝3の内面には、Cuの拡散に対するバリア性を有する金属材料(たとえば、TaまたはTaN(窒化タンタル)など)からなるバリア膜5が被着されている。そして、バリア膜5の内側をCuで埋め尽くすことにより、第1溝3内には、第1層間絶縁膜2の表面とほぼ面一な表面を有する第1下電極4が埋設されている。
第1層間絶縁膜2および第1下電極4上には、その全域を被覆するように、絶縁性材料(たとえば、SiN、SiOC(炭素が添加された酸化シリコン)およびSiOF(フッ素が添加された酸化シリコン)など)からなる第1容量膜6が形成されている。
第1容量膜6上には、TiN(窒化チタン)からなる第1上電極7が形成されている。第1上電極7は、平面視四角形状をなし、第1下電極4に対向する方向と直交する方向(第1層間絶縁膜2の表面と平行な方向)に相対的に位置をずらして、平面視で第1下電極4と部分的に重なるように配置されている。これにより、半導体装置1は、第1容量膜6を第1下電極4および第1上電極7で挟み込んだ第1MIM容量素子13を備えている。
第1容量膜6上には、TiN(窒化チタン)からなる第1上電極7が形成されている。第1上電極7は、平面視四角形状をなし、第1下電極4に対向する方向と直交する方向(第1層間絶縁膜2の表面と平行な方向)に相対的に位置をずらして、平面視で第1下電極4と部分的に重なるように配置されている。これにより、半導体装置1は、第1容量膜6を第1下電極4および第1上電極7で挟み込んだ第1MIM容量素子13を備えている。
第1上電極7は、たとえば、第1容量膜6上にTiN膜を形成し、そのTiN膜をパターニングすることにより形成される。具体的には、第1容量膜6上にTiN膜が形成された後、所定のフォトマスクを用いて、TiN膜上にレジストパターンが形成される。そして、そのレジストパターンをマスクとするTiN膜のエッチングにより、第1上電極7が形成される。
第1容量膜6および第1上電極7上には、SiO2からなる第2層間絶縁膜8が形成されている。
第2層間絶縁膜8上には、TiNからなる第2下電極9が形成されている。第2下電極9は、平面視において、第1下電極4と同一形状をなし、第1下電極4と同一位置に配置されている。
第2層間絶縁膜8上には、TiNからなる第2下電極9が形成されている。第2下電極9は、平面視において、第1下電極4と同一形状をなし、第1下電極4と同一位置に配置されている。
第2下電極9は、たとえば、第2層間絶縁膜8上にTiN膜を形成し、そのTiN膜をパターニングすることにより形成される。具体的には、第2層間絶縁膜8上にTiN膜が形成された後、所定のフォトマスクを用いて、TiN膜上にレジストパターンが形成される。そして、そのレジストパターンをマスクとするTiN膜のエッチングにより、第2下電極9が形成される。
第2層間絶縁膜8および第2下電極9上には、第2容量膜10が形成されている。第2容量膜10の材料としては、第1容量膜6の材料と同じものを用いることができる。
第2容量膜10上には、TiNからなる第2上電極11が形成されている。第2上電極11は、平面視において、第1上電極7と同一形状をなし、第1上電極7と同一位置に配置されている。これにより、半導体装置1は、第2容量膜10を第2下電極9および第2上電極11で挟み込んだ第2MIM容量素子14を備えている。
第2容量膜10上には、TiNからなる第2上電極11が形成されている。第2上電極11は、平面視において、第1上電極7と同一形状をなし、第1上電極7と同一位置に配置されている。これにより、半導体装置1は、第2容量膜10を第2下電極9および第2上電極11で挟み込んだ第2MIM容量素子14を備えている。
第2上電極11は、たとえば、第2容量膜10上にTiN膜を形成し、そのTiN膜をパターニングすることにより形成される。具体的には、第2容量膜10上にTiN膜が形成された後、第1上電極7を形成する際に用いたフォトマスクを用いて、TiN膜上にレジストパターンが形成される。そして、そのレジストパターンをマスクとするTiN膜のエッチングにより、第2上電極11が形成される。
第2容量膜10および第2上電極11上には、SiO2からなる第3層間絶縁膜12が形成されている。
第3層間絶縁膜12には、その表面から掘り下がった第2溝15と、第2溝15の底面から第1下電極4に向けて延びるビアホール17とが形成されている。ビアホール17は、第2上電極11の側方において、第3層間絶縁膜12を貫通し、第2容量膜10、第2下電極9、第2層間絶縁膜8および第1容量膜6をさらに貫通し、第1下電極4に達している。
第3層間絶縁膜12には、その表面から掘り下がった第2溝15と、第2溝15の底面から第1下電極4に向けて延びるビアホール17とが形成されている。ビアホール17は、第2上電極11の側方において、第3層間絶縁膜12を貫通し、第2容量膜10、第2下電極9、第2層間絶縁膜8および第1容量膜6をさらに貫通し、第1下電極4に達している。
第2溝15およびビアホール17の内面には、Cuの拡散に対するバリア性を有する金属材料からなるバリア膜19が被着されている。そして、バリア膜19の内側をCuで埋め尽くすことにより、第2溝15に埋設される第1配線23と、ビアホール17に埋設される第1ビア18とが一体的に形成されている。
これにより、第1ビア18は、第2下電極9における第2上電極11と平面視で重ならない部分を貫通し、その下端がバリア膜19を介して第1下電極4に接続されている。そして、第1配線23は、第1ビア18を介して、第1下電極4および第2下電極9と電気的に接続されている。
これにより、第1ビア18は、第2下電極9における第2上電極11と平面視で重ならない部分を貫通し、その下端がバリア膜19を介して第1下電極4に接続されている。そして、第1配線23は、第1ビア18を介して、第1下電極4および第2下電極9と電気的に接続されている。
また、第3層間絶縁膜12には、その表面から掘り下がった第3溝16と、第3溝16の底面から第1層間絶縁膜2に向けて延びるビアホール20とが形成されている。ビアホール20は、第2下電極9の側方において、第3層間絶縁膜12を貫通し、第2上電極11、第2容量膜10、第2層間絶縁膜8、第1上電極7および第1容量膜6をさらに貫通し、第1層間絶縁膜2に達している。
第3溝16およびビアホール20の内面には、バリア膜19の材料と同じ材料からなるバリア膜22が被着されている。バリア膜22の内側をCuで埋め尽くすことにより、第3溝16に埋設される第2配線24と、ビアホール20に埋設される第2ビア21とが一体的に形成されている。
これにより、第2ビア21は、第2上電極11における第2下電極9と平面視で重ならない部分を貫通し、その下端がバリア膜22を介して第1上電極7に接続されている。よって、第2配線24は、第2ビア21を介して、第1上電極7および第2上電極11と電気的に接続されている。
これにより、第2ビア21は、第2上電極11における第2下電極9と平面視で重ならない部分を貫通し、その下端がバリア膜22を介して第1上電極7に接続されている。よって、第2配線24は、第2ビア21を介して、第1上電極7および第2上電極11と電気的に接続されている。
以上のように、半導体装置1には、第1MIM容量素子13および第2MIM容量素子14が備えられている。第1MIM容量素子13は、第1容量膜6を第1下電極4および第1上電極7で挟み込んだ構造を有している。第1下電極4および第1上電極7は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。また、第2MIM容量素子14は、第2容量膜10を第2下電極9および第2上電極11で挟み込んだ構造を有している。第2下電極9および第2上電極11は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で部分的に重なるように配置されている。そして、第1MIM容量素子13と第2MIM容量素子14とは、前記対向方向に積層して設けられている。
第1MIM容量素子13および第2MIM容量素子14が積層されることにより、半導体装置1におけるMIM容量素子の占有面積を増大させることなく、その容量値(第1MIM容量素子13の容量値と第2MIM容量素子14の容量値との和)を増加させることができる。よって、MIM容量素子の容量値を大きく確保しながら、その占有面積の縮小を図ることができる。
また、第1上電極7と第2上電極11とが平面視で同一位置に同一形状に形成されていることにより、第1上電極7および第2上電極11を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、第1上電極7および第2上電極11を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
また、第1下電極4における第1上電極7と平面視で重ならない部分と、第2下電極9における第2上電極11と平面視で重ならない部分とは、平面視で同一位置に形成されている。したがって、各下電極4,9における各上電極7,11と平面視で重ならない部分において、第1ビア18を共通に接続することができる。これにより、各下電極4,9に個別に第1ビア18が接続される構成と比較して、各下電極4,9に対する第1ビア18の接続を簡単な構成で達成することができる。
また、第1下電極4における第1上電極7と平面視で重ならない部分と、第2下電極9における第2上電極11と平面視で重ならない部分とは、平面視で同一位置に形成されている。したがって、各下電極4,9における各上電極7,11と平面視で重ならない部分において、第1ビア18を共通に接続することができる。これにより、各下電極4,9に個別に第1ビア18が接続される構成と比較して、各下電極4,9に対する第1ビア18の接続を簡単な構成で達成することができる。
また、第1上電極7における第1下電極4と平面視で重ならない部分と、第2上電極11における第2下電極9と平面視で重ならない部分とは、平面視で同一位置に形成されている。したがって、各上電極7,11における各下電極4,9と平面視で重ならない部分において、第2ビア21を共通に接続することができる。これにより、各上電極7,11に個別に第2ビア21が接続される構成と比較して、各上電極7,11に対する第2ビア21の接続を簡単な構成で達成することができる。
図2は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の構造を示す図解的な断面図である。
半導体装置51は、図示しない半導体基板を備えている。この半導体基板は、たとえば、Si基板からなる。半導体基板の表層部には、MOSFETなどの素子が作り込まれている。
半導体基板上には、SiO2からなる第1層間絶縁膜52が形成されている。
半導体装置51は、図示しない半導体基板を備えている。この半導体基板は、たとえば、Si基板からなる。半導体基板の表層部には、MOSFETなどの素子が作り込まれている。
半導体基板上には、SiO2からなる第1層間絶縁膜52が形成されている。
第1層間絶縁膜52には、平面視四角形状の第1溝53がその上面から掘り下げて形成されている。第1溝53には、Cuからなる下電極54がバリア膜55を介して埋設されている。具体的には、第1溝53の内面には、Cuの拡散に対するバリア性を有する金属材料(たとえば、TaまたはTaNなど)からなるバリア膜55が被着されている。そして、バリア膜55の内側をCuで埋め尽くすことにより、第1溝53内には、第1層間絶縁膜52の表面とほぼ面一な表面を有する下電極54が埋設されている。
第1層間絶縁膜52および下電極54上には、その全域を被覆するように、絶縁性材料(たとえば、SiN、SiOCおよびSiOFなど)からなる第1容量膜56が形成されている。
第1容量膜56上には、TiNからなる中間電極57が形成されている。中間電極57は、平面視四角形状をなし、下電極54に対向する方向と直交する方向(第1層間絶縁膜52の表面と平行な方向)に相対的に位置をずらして、平面視で下電極54と部分的に重なるように配置されている。これにより、半導体装置51は、第1容量膜56を下電極54および中間電極57で挟み込んだ第1MIM容量素子61を備えている。
第1容量膜56上には、TiNからなる中間電極57が形成されている。中間電極57は、平面視四角形状をなし、下電極54に対向する方向と直交する方向(第1層間絶縁膜52の表面と平行な方向)に相対的に位置をずらして、平面視で下電極54と部分的に重なるように配置されている。これにより、半導体装置51は、第1容量膜56を下電極54および中間電極57で挟み込んだ第1MIM容量素子61を備えている。
中間電極57は、たとえば、第1容量膜56上にTiN膜を形成し、そのTiN膜をパターニングすることにより形成される。具体的には、第1容量膜56上にTiN膜が形成された後、所定のフォトマスクを用いて、TiN膜上にレジストパターンが形成される。そして、そのレジストパターンをマスクとするTiN膜のエッチングにより、中間電極57が形成される。
第1容量膜56および中間電極57上には、絶縁性材料からなる第2容量膜58が形成されている。第2容量膜58の材料としては、第1容量膜56の材料と同じものを用いることができる。
第2容量膜58上には、TiNからなる上電極59が形成されている。上電極59は、平面視において、下電極54と同一形状をなし、下電極54と同一位置に配置されている。これにより、半導体装置51は、第2容量膜58を上電極59および中間電極57で挟み込んだ第2MIM容量素子62を備えている。
第2容量膜58上には、TiNからなる上電極59が形成されている。上電極59は、平面視において、下電極54と同一形状をなし、下電極54と同一位置に配置されている。これにより、半導体装置51は、第2容量膜58を上電極59および中間電極57で挟み込んだ第2MIM容量素子62を備えている。
上電極59は、たとえば、第2容量膜58上にTiN膜を形成し、そのTiN膜をパターニングすることにより形成される。具体的には、第2容量膜58上にTiN膜が形成された後、所定のフォトマスクを用いて、TiN膜上にレジストパターンが形成される。そして、そのレジストパターンをマスクとするTiN膜のエッチングにより、上電極59が形成される。
第2容量膜58および上電極59上には、SiO2からなる第2層間絶縁膜60が形成されている。
第2層間絶縁膜60には、その表面から掘り下がった第2溝63と、第2溝63の底面から下電極54に向けて延びるビアホール65とが形成されている。ビアホール65は、中間電極57の側方において、第2層間絶縁膜60を貫通し、上電極59、第2容量膜58および第1容量膜56をさらに貫通し、下電極54に達している。
第2層間絶縁膜60には、その表面から掘り下がった第2溝63と、第2溝63の底面から下電極54に向けて延びるビアホール65とが形成されている。ビアホール65は、中間電極57の側方において、第2層間絶縁膜60を貫通し、上電極59、第2容量膜58および第1容量膜56をさらに貫通し、下電極54に達している。
第2溝63およびビアホール65の内面には、Cuの拡散に対するバリア性を有する金属材料からなるバリア膜67が被着されている。そして、バリア膜67の内側をCuで埋め尽くすことにより、第2溝63に埋設される第1配線71と、ビアホール65に埋設される第1ビア66とが一体的に形成されている。
これにより、第1ビア66は、上電極59における中間電極57と平面視で重ならない部分を貫通し、その下端がバリア膜67を介して下電極54に接続されている。そして、第1配線71は、第1ビア66を介して、下電極54および下電極59と電気的に接続されている。
これにより、第1ビア66は、上電極59における中間電極57と平面視で重ならない部分を貫通し、その下端がバリア膜67を介して下電極54に接続されている。そして、第1配線71は、第1ビア66を介して、下電極54および下電極59と電気的に接続されている。
また、第2層間絶縁膜60には、その表面から掘り下がった第3溝64と、第3溝64の底面から第1層間絶縁膜52に向けて延びるビアホール68とが形成されている。ビアホール68は、上電極59の側方において、第2層間絶縁膜60を貫通し、第2容量膜58、中間電極57および第1容量膜56さらに貫通し、第1層間絶縁膜52に達している。
第3溝64およびビアホール68の内面には、バリア膜67の材料と同じ材料からなるバリア膜70が被着されている。バリア膜70の内側をCuで埋め尽くすことにより、第3溝64に埋設される第2配線72と、ビアホール68に埋設される第2ビア69とが一体的に形成されている。
これにより、第2ビア69は、中間電極57における下電極54と重ならない部分を貫通している。そして、第2配線72は、第2ビア69を介して、中間電極57と電気的に接続されている。
これにより、第2ビア69は、中間電極57における下電極54と重ならない部分を貫通している。そして、第2配線72は、第2ビア69を介して、中間電極57と電気的に接続されている。
以上のように、半導体装置51では、2つのMIM容量素子61,62が積層されている。これにより、半導体装置1(図1参照)と同様に、半導体装置51におけるMIM容量素子の占有面積を増大させることなく、その容量値(第1MIM容量素子61の容量値と第2MIM容量素子62の容量値との和)を増加させることができる。よって、MIM容量素子の容量値を大きく確保しながら、その占有面積の縮小を図ることができる。
そして、第1MIM容量素子61を構成する中間電極57は、その中間電極57上に第2容量膜58を介在させて積層される上電極59とともに、第1MIM容量素子61上に第2MIM容量素子62を構成する。すなわち、中間電極57は、積層方向に隣接する第1MIM容量素子61および第2MIM容量素子62に共通に用いられる。このように、中間電極57が2つの第1MIM容量素子61および第2MIM容量素子62に共用されることにより、半導体装置51の厚さの増大を抑制しつつ、2つの第1MIM容量素子61および第2MIM容量素子62を積層した構造を得るを低減することができる。
また、下電極54における中間電極57と平面視で重ならない部分と、上電極59における中間電極57と平面視で重ならない部分とは、平面視で同一位置に形成されている。したがって、下電極54および上電極59における中間電極57と平面視で重ならない部分において、第2層間絶縁膜60を貫通する第1ビア66を共通に接続することにより、下電極54および上電極59に個別に第1ビア66が接続される構成と比較して、下電極54および上電極59に対する第1ビア66の接続を簡単な構成で達成することができる。
以上、本発明の2つの実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、第1下電極4,54、第1配線23,71、第2配線24,72、第1ビア18,66および第2ビア21,69は、Cuからなるとしたが、Cuを主成分として含む金属材料から形成されてもよい。
たとえば、第1下電極4,54、第1配線23,71、第2配線24,72、第1ビア18,66および第2ビア21,69は、Cuからなるとしたが、Cuを主成分として含む金属材料から形成されてもよい。
また、半導体装置1において、第1下電極4は、Alを含む金属材料で形成されてもよい。その場合、第1層間絶縁膜2に第1溝3が形成されず、第1層間絶縁膜2のほぼ平坦な表面上に、第1下電極4が形成されてもよい。第1下電極4がAlを含む金属材料で形成される場合、第1下電極4と第2下電極9とは、平面視で同一位置に同一形状に形成されていることが好ましい。これにより、第2下電極9を形成する際に用いるフォトマスクを用いて第1下電極4を形成することができる。したがって、第1下電極4および第2下電極9を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。また、この場合、第1上電極7、第2下電極9および第2上電極11は、Alを含む金属材料を用いて形成されてもよく、第1ビア18、第2ビア21、第1配線23および第2配線24は、W(タングステン)を含む金属材料で形成されてもよい。
また、半導体装置1には、第1MIM容量素子13および第2MIM容量素子14の2つのMIM容量素子が積層されているが、3つ以上のMIM容量素子が積層されていてもよい。この場合、各MIM容量素子における下電極は、共通のフォトマスクを用いて、平面視で同一位置に同一形状に形成されることが好ましい。また、各MIM容量素子における上電極は、共通のフォトマスクを用いて、平面視で同一位置に同一形状に形成されることが好ましい。これにより、上電極および下電極を形成するためのフォトマスクがそれぞれ1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
また、各下電極が共通のフォトマスクを用いて形成され、各上電極が共通のフォトマスクを用いて形成されることにより、各下電極における各上電極と平面視で重ならない部分を平面視で同一位置に形成することができ、各上電極における各下電極と平面視で重ならない部分を平面視で同一位置に形成することができる。したがって、各第1電極における第2電極と平面視で重ならない部分において、第3層間絶縁膜12を貫通する第1ビア18を共通に接続することにより、各下電極に個別に第1ビア18が接続される構成と比較して、各下電極に対する第1ビア18の接続を簡単な構成で達成することができる。また、各上電極における各下電極と平面視で重ならない部分において、第3層間絶縁膜12を貫通する第2ビア21を共通に接続することにより、各上電極に個別に第2ビア21が接続される構成と比較して、各上電極に対する第2ビア21の接続を簡単な構成で達成することができる。
また、半導体装置51において、下電極54は、Cuからなるとしたが、Alを含む金属材料で形成されていてもよい。その場合、第1層間絶縁膜52に第1溝53が形成されず、第1層間絶縁膜52のほぼ平坦な表面上に、下電極54が形成されてもよい。下電極54がAlを含む金属材料で形成される場合、下電極54と上電極59とは、平面視で同一位置に同一形状に形成されていることが好ましい。これにより、上電極59を形成する際に用いるフォトマスクを用いて下電極54を形成することができる。したがって、下電極54および上電極59を形成するためのフォトマスクが1枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。また、この場合、中間電極57および上電極59は、Alを含む金属材料を用いて形成されていてもよく、第1ビア66、第2ビア69、第1配線71および第2配線72は、Wを含む金属材料で形成されていてもよい。
また、半導体装置51には、第1MIM容量素子61および第2MIM容量素子62の2つのMIM容量素子が積層されているが、3つ以上のMIM容量素子が積層されていてもよい。この場合、各MIM容量素子における上電極59および下電極54のように、相対的に図2における左側にずれた位置に形成される電極(以下、「左電極」という。)は、平面視で同一位置に同一形状に形成され、各MIM容量素子における中間電極57のように、相対的に図2における右側にずれた位置に形成される電極(以下、「右電極」という。)は、平面視で同一位置に同一形状に形成されることが好ましい。このような構成であれば、各左電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができ、各右電極を共通のフォトマスクを用いて形成することができる。その結果、左電極および右電極を形成するためのフォトマスクがそれぞれ一枚ですむので、半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
また、各左電極が共通のフォトマスクを用いて形成され、各右電極が共通のフォトマスクを用いて形成されることにより、各左電極における各右電極と平面視で重ならない部分を平面視で同一位置に形成することができる。したがって、各左電極における右電極と平面視で重ならない部分において、第2層間絶縁膜60を貫通する第1ビア66を共通に接続することにより、各左電極に個別に第1ビア66が接続される構成と比較して、各左電極に対する第1ビア66の接続を簡単な構成で達成することができる。また、各右電極における各左電極と平面視で重ならない部分において、第2層間絶縁膜60を貫通する第2ビア69を共通に接続することにより、各右電極に個別に第2ビア69が接続される構成と比較して、各右電極に対する第2ビア69の接続を簡単な構成で達成することができる。
なお、図1および図2では、図面の煩雑化を回避するために、一部(第1層間絶縁膜2,52、第2層間絶縁膜8,60および第3層間絶縁膜12)ハッチングを省略している。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
1 半導体装置
4 第1下電極(第1電極)
6 第1容量膜(容量膜)
7 第1上電極(第2電極)
8 第2層間絶縁膜(層間絶縁膜)
9 第2下電極(第1電極)
10 第2容量膜(容量膜)
11 第2上電極(第2電極)
13 第1MIM容量素子(容量素子)
14 第2MIM容量素子(容量素子)
18 第1ビア
21 第2ビア
51 半導体装置
54 下電極(第1電極)
56 第1容量膜(容量膜)
57 中間電極(第2電極)
58 第2容量膜(容量膜)
59 上電極(第1電極)
61 第1MIM容量素子(容量素子)
62 第2MIM容量素子(容量素子)
66 第1ビア
69 第2ビア
4 第1下電極(第1電極)
6 第1容量膜(容量膜)
7 第1上電極(第2電極)
8 第2層間絶縁膜(層間絶縁膜)
9 第2下電極(第1電極)
10 第2容量膜(容量膜)
11 第2上電極(第2電極)
13 第1MIM容量素子(容量素子)
14 第2MIM容量素子(容量素子)
18 第1ビア
21 第2ビア
51 半導体装置
54 下電極(第1電極)
56 第1容量膜(容量膜)
57 中間電極(第2電極)
58 第2容量膜(容量膜)
59 上電極(第1電極)
61 第1MIM容量素子(容量素子)
62 第2MIM容量素子(容量素子)
66 第1ビア
69 第2ビア
Claims (9)
- 複数の容量素子を備え、
各前記容量素子は、絶縁材料からなる容量膜を金属材料からなる第1電極および第2電極で挟み込んだMIM(Metal-Insulator-Metal)構造を有し、
前記第1電極および前記第2電極は、その対向方向と直交する方向に相対的に位置をずらして平面視で互いに部分的に重なるように配置され、
前記複数の容量素子は、前記対向方向に積層して設けられている、半導体装置。 - 各前記容量素子間には、絶縁材料からなる層間絶縁膜が介在されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 各前記第1電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成され、
各前記第2電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成されている、請求項2に記載の半導体装置。 - 前記層間絶縁膜を貫通し、各前記第1電極における前記第2電極と平面視で重ならない部分に共通に接続される第1ビアと、
前記層間絶縁膜を貫通し、各前記第2電極における前記第1電極と平面視で重ならない部分に共通に接続される第2ビアとを備える、請求項3に記載の半導体装置。 - 一の前記容量素子を構成する前記第2電極と当該一の前記容量素子上に積層される他の前記容量素子を構成する前記第1電極との間には、前記容量膜が介在されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 各前記第1電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成されている、請求項6に記載の半導体装置。
- 前記容量膜を貫通し、各前記第1電極における前記第2電極と平面視で重ならない部分に共通に接続される第1ビアを備える、請求項6に記載の半導体装置。
- 少なくとも3つの前記容量素子を備え、
各前記第2電極は、平面視で同一位置に同一形状に形成されている、請求項5〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記容量膜を貫通し、各前記第2電極における前記第1電極と平面視で重ならない部分に共通に接続される第2ビアを備える、請求項8に記載の半導体装置。
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