JP2017098499A - Mim capacitor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、占有面積を削減することができるMIMキャパシタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an MIM capacitor capable of reducing an occupied area and a method for manufacturing the same.
MMIC(Microwave Monolithic IC)などの半導体装置の構成素子の1つとしてMIM(Metal Insulator Metal)キャパシタが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 An MIM (Metal Insulator Metal) capacitor is used as one of constituent elements of a semiconductor device such as an MMIC (Microwave Monolithic IC) (see, for example, Patent Document 1).
MIMキャパシタは半導体装置内で通常20〜30%を占め、占有面積が大きい。このため、半導体装置の面積縮小に対してMIMキャパシタが阻害要因となっている。半導体装置の面積縮小は製造コスト削減に大きく寄与するため、半導体装置におけるMIMキャパシタの占有面積を削減することが重要である。 MIM capacitors usually occupy 20 to 30% in a semiconductor device and occupy a large area. For this reason, the MIM capacitor is an obstacle to reducing the area of the semiconductor device. Since the reduction of the area of the semiconductor device greatly contributes to the reduction of the manufacturing cost, it is important to reduce the area occupied by the MIM capacitor in the semiconductor device.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は占有面積を削減することができるMIMキャパシタ及びその製造方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an MIM capacitor capable of reducing an occupied area and a method for manufacturing the same.
本発明に係るMIMキャパシタは、基板と、前記基板上に形成された第1の導電膜と、前記第1の導電膜上に形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上に形成され、前記第1の導電膜に接続され、開口を有する第2の導電膜と、前記第1の絶縁膜内に形成され、前記開口に繋がり、前記開口よりも幅が広い掘り込み構造と、前記掘り込み構造の床、側壁及び天井を含む内壁に順に形成された第1の誘電膜及び第3の導電膜とを備えることを特徴とする。 The MIM capacitor according to the present invention includes a substrate, a first conductive film formed on the substrate, a first insulating film formed on the first conductive film, and on the first insulating film. A second conductive film connected to the first conductive film and having an opening; and a digging structure formed in the first insulating film, connected to the opening, and wider than the opening. And a first dielectric film and a third conductive film formed in order on the inner wall including the floor, side walls, and ceiling of the digging structure.
本発明では、掘り込み構造の内壁に形成された第1の誘電膜及び第3の導電膜とその周囲の第1及び第2の導電膜によりMIMキャパシタが構成される。このように掘り込み構造の内壁の面積を有効利用することでMIMキャパシタの表面積が拡大される。これにより、半導体装置内におけるMIMキャパシタの占有面積を削減することができる。 In the present invention, the MIM capacitor is constituted by the first dielectric film and the third conductive film formed on the inner wall of the digging structure and the first and second conductive films around the first dielectric film and the third conductive film. Thus, the surface area of the MIM capacitor is expanded by effectively utilizing the area of the inner wall of the digging structure. Thereby, the area occupied by the MIM capacitor in the semiconductor device can be reduced.
本発明の実施の形態に係る半導体装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。 A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るMIMキャパシタを示す断面図である。半絶縁性基板1上に導電膜2が形成されている。導電膜2上に絶縁膜3が形成されている。絶縁膜3上に導電膜4が形成されている。導電膜4は導電膜2に接続され、開口5を有する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an MIM capacitor according to
絶縁膜3内に掘り込み構造6が形成されている。掘り込み構造6は開口5に繋がり、開口5よりも幅が広い。掘り込み構造6の床、側壁及び天井を含む内壁に誘電膜7及び導電膜8が順に形成されている。誘電膜7及び導電膜8は導電膜4上にも形成されている。これらを覆うように誘電膜9が形成されている。下部電極10が導電膜2,4に接続され、上部電極11が導電膜8に接続されている。
A
続いて、本実施の形態に係るMIMキャパシタの製造方法を説明する。図2から図11は、本発明の実施の形態1に係るMIMキャパシタの製造方法を示す断面図である。まず、図2に示すように、半絶縁性基板1上に導電膜2を蒸着法又はスパッタ法により形成し、リフトオフ法によりパターニングする。
Next, a method for manufacturing the MIM capacitor according to the present embodiment will be described. 2 to 11 are cross-sectional views showing a method for manufacturing the MIM capacitor according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2, a
次に、図3に示すように、導電膜2上に絶縁膜3をCVD(Chemical Vapor Deposition)法又はスパッタ法により形成する。次に、図4に示すように、絶縁膜3にコンタクトホール12をドライエッチャ等により形成する。
Next, as shown in FIG. 3, an
次に、図5に示すように、絶縁膜3上及びコンタクトホール12内に導電膜4を蒸着法又はスパッタ法により形成する。導電膜4はコンタクトホール12を介して導電膜2に接続される。導電膜4をリフト法によりパターニングして開口5を形成する。
Next, as shown in FIG. 5, a
次に、図6に示すように、開口5周辺以外をレジスト13で覆う。そして、フッ酸又はバッファードフッ酸等の薬液を用いたウェットエッチングにより、開口5から絶縁膜3をサイドエッチングして、開口5よりも幅が広い掘り込み構造6を形成する。その後、レジスト13を除去する。なお、図6ではサイドエッチングを途中で止めているが、絶縁膜3を完全にエッチングしてもよい。
Next, as shown in FIG. 6, a portion other than the periphery of the
次に、図7に示すように、掘り込み構造6の床、側壁及び天井を含む内壁、開口5の側壁及び導電膜4上に、誘電膜7及び導電膜8を順に原子層堆積(ALD: Atomic Layer Deposition)法により形成する。次に、図8に示すように、導電膜4上の誘電膜7及び導電膜8をドライエッチャ等によりパターニングする。
Next, as shown in FIG. 7, the dielectric film 7 and the conductive film 8 are sequentially deposited on the inner wall including the floor, the side wall, and the ceiling of the
次に、図9に示すように、掘り込み構造6内を含む全面に誘電膜9をALD法により形成する。この誘電膜9は掘り込み構造6内部の保護膜としても用いる。なお、掘り込み構造6内部の保護が不要であれば、誘電膜9をCVD法又はスパッタ法で形成してもよい。次に、図10に示すように、誘電膜9にコンタクトホール14をドライエッチャ等により形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a
次に、図1に示すように、導電膜を蒸着法又はスパッタ法により形成し、リフトオフ法によりパターニングすることで、基板上面側に引き出された下部電極10及び上部電極11を形成する。以上の工程により本実施の形態に係るMIMキャパシタが製造される。
Next, as shown in FIG. 1, a conductive film is formed by a vapor deposition method or a sputtering method, and patterned by a lift-off method, thereby forming a
以上説明したように、本実施の形態では、掘り込み構造6の内壁に形成された誘電膜7及び導電膜8とその周囲の導電膜2,4によりMIMキャパシタが構成される。このように掘り込み構造6の内壁の面積を有効利用することでMIMキャパシタの表面積が拡大される。これにより、半導体装置内におけるMIMキャパシタの占有面積を削減することができる。
As described above, in this embodiment, the dielectric film 7 and the conductive film 8 formed on the inner wall of the
また、誘電膜7及び導電膜8は導電膜4上にも形成されている。これらの導電膜4、誘電膜7及び導電膜8によりMIMキャパシタが構成される。このように掘り込み構造6以外の領域も利用することでMIMキャパシタの表面積が更に拡大される。
The dielectric film 7 and the conductive film 8 are also formed on the
また、掘り込み構造6に繋がる開口5は狭いため、一般的なスパッタ法、CVD法、及び蒸着法では掘り込み構造6の内壁に薄膜を殆ど成膜できない。特に、導電膜4の膜厚はMIM容量値に直接影響するため致命的である。そこで、極めてカバレッジの良い成膜法であるALD法を用いることで、掘り込み構造6の内壁に誘電膜7及び導電膜8を形成することができる。
In addition, since the
実施の形態2.
図11は、本発明の実施の形態2に係るMIMキャパシタを示す断面図である。実施の形態1の構成に加えて、導電膜4の上方において導電膜8、誘電膜9及び下部電極10が積層されている。これらの層によりMIMキャパシタが構成される。これにより、MIMキャパシタの表面積が実施の形態1よりも更に拡大される。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an MIM capacitor according to
実施の形態3.
図12は、本発明の実施の形態3に係るMIMキャパシタを示す断面図である。実施の形態1,2では半絶縁性基板1を用いていたが、本実施の形態では半導体基板15を用いる。半導体基板15と導電膜2の間に絶縁膜16がCVD又はスパッタにより形成されている。絶縁膜16により半導体基板15との絶縁性が高まるため、基板経由のリーク電流を抑制することができる。
FIG. 12 is a sectional view showing an MIM capacitor according to the third embodiment of the present invention. Although the
実施の形態4.
図13は、本発明の実施の形態4に係るMIMキャパシタを示す断面図である。本実施の形態では、掘り込み構造6が2個形成されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。これに限らず、実施の形態1〜3の構造において掘り込み構造6を複数形成すればよい。これにより、個々の掘り込み構造6のサイドエッチング量を小さくできるため、掘り込み構造6の天井側の導電膜8のたわみの影響を小さくできる。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an MIM capacitor according to
実施の形態5.
図14は、本発明の実施の形態5に係るMIMキャパシタを示す断面図である。半絶縁性基板17内に掘り込み構造18が形成されている。掘り込み構造18は、半絶縁性基板17の上面に開口を有し、半絶縁性基板17の内部において開口よりも幅が広くなっている。導電膜19、誘電膜20及び導電膜21が掘り込み構造18の内壁に順に形成されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing an MIM capacitor according to the fifth embodiment of the present invention. A digging
導電膜19、誘電膜20及び導電膜21は半絶縁性基板17の上面にも形成されている。これらを覆うように半導体基板15の上面に絶縁膜22が形成されている。上部電極23が絶縁膜22上に形成され、絶縁膜22を貫通して導電膜21に接続されている。下部電極24が半導体基板15の下面に形成されている。掘り込み構造18は半絶縁性基板17を貫通している。導電膜19は下部電極24に接続されている。
The
続いて、本実施の形態に係るMIMキャパシタの製造方法を説明する。図15及び図16は、本発明の実施の形態5に係るMIMキャパシタの製造方法を示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the MIM capacitor according to the present embodiment will be described. 15 and 16 are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the MIM capacitor according to the fifth embodiment of the present invention.
まず、図15に示すように、半絶縁性基板17の下面に下部電極24を形成する。そして、半絶縁性基板17の上面にレジスト25を塗布し、フォトリソグラフィ等によりレジスト25に開口26を形成する。そして、ドライエッチング又はウェットエッチングによりレジスト25の開口26から半絶縁性基板17をサイドエッチングして、半絶縁性基板17の内部において半絶縁性基板17の上面の開口よりも幅が広い掘り込み構造18を形成する。ウェットエッチングする薬液は、酒石酸:過酸化水素水混合液、リン酸:過酸化水素水混合液、クエン酸:過酸化水素水混合液、硫酸:過酸化水素水混合液、フッ硝酸などである。ドライエッチングには、RIE(Reactive Ion Etching)、ICP−RIE(Inductive Coupled Plasma-RIE)法などを用いる。
First, as shown in FIG. 15, the
次に、図16に示すように、掘り込み構造18の内壁に導電膜19、誘電膜20及び導電膜21を順にALD法により形成する。その後、半絶縁性基板17の上面に絶縁膜22をCVD又はスパッタにより形成する。絶縁膜22上に上部電極23を形成する。以上の工程により本実施の形態に係るMIMキャパシタが製造される。
Next, as illustrated in FIG. 16, a
本実施の形態のように掘り込み構造18が半絶縁性基板17内に形成されている場合でも、実施の形態1と同様に半導体装置内におけるMIMキャパシタの占有面積を削減することができる。
Even when the digging
また、半絶縁性基板17の上面に形成された導電膜19、誘電膜20及び導電膜21によりMIMキャパシタが構成される。このように掘り込み構造18以外の領域も利用することでMIMキャパシタの表面積が更に拡大される。
The
また、下部電極24を半導体基板15の下面に形成するため、放熱性が向上する。また、下部電極24を裏面アースへ直結できるためインダクタ成分が少ないという電気回路上の利点がある。
Further, since the
なお、実施の形態1〜5において、半絶縁性基板1,17及び半導体基板15の材料は、シリコン(Si)、ガリウム砒素(GaAs)、インジウム燐(InP)、窒化ガリウム(GaN)、炭化シリコン(SiC)などである。
In the first to fifth embodiments, the materials of the
また、導電膜2,4,8,19,21、下部電極10,24及び上部電極11,23は、チタン(Ti)、金(Au)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、コバルト(Co)などを含有する導体又はこれらの積層構造である。
The
また、絶縁膜3,16,22及び誘電膜7,9,20は、窒化シリコン(SiN)、窒酸化シリコン(SiON)、酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(AlO)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化タンタル(TaO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化ハフニウム(HfO)、チタン酸ストロンチウム(STO)、チタン酸バリウムストロンチウム(BST)など又はこれらの積層構造である。
The insulating
1,17 半絶縁性基板、2,4,8,19,21 導電膜、3,16,22 絶縁膜、
5,26 開口、6,18 掘り込み構造、7,9,20 誘電膜、10,24 下部電極、11,23 上部電極、15 半導体基板、25 レジスト
1,17 semi-insulating substrate, 2, 4, 8, 19, 21 conductive film, 3, 16, 22 insulating film,
5, 26 opening, 6, 18 digging structure, 7, 9, 20 dielectric film, 10, 24 lower electrode, 11, 23 upper electrode, 15 semiconductor substrate, 25 resist
Claims (10)
前記基板上に形成された第1の導電膜と、
前記第1の導電膜上に形成された第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上に形成され、前記第1の導電膜に接続され、開口を有する第2の導電膜と、
前記第1の絶縁膜内に形成され、前記開口に繋がり、前記開口よりも幅が広い掘り込み構造と、
前記掘り込み構造の床、側壁及び天井を含む内壁に順に形成された第1の誘電膜及び第3の導電膜とを備えることを特徴とするMIMキャパシタ。 A substrate,
A first conductive film formed on the substrate;
A first insulating film formed on the first conductive film;
A second conductive film formed on the first insulating film, connected to the first conductive film and having an opening;
A digging structure formed in the first insulating film, connected to the opening, and wider than the opening;
An MIM capacitor comprising: a first dielectric film and a third conductive film formed in order on an inner wall including a floor, a side wall, and a ceiling of the digging structure.
前記第2の導電膜の上方において前記第3の誘電膜上に形成され、前記第1及び第2の導電膜に接続された第4の導電膜とを更に備えることを特徴とする請求項2に記載のMIMキャパシタ。 A third dielectric film formed on the third conductive film;
3. A fourth conductive film formed on the third dielectric film above the second conductive film and connected to the first and second conductive films, further comprising: a fourth conductive film connected to the first and second conductive films. The MIM capacitor described in 1.
前記基板は半導体基板であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のMIMキャパシタ。 A second insulating film formed between the substrate and the first conductive film;
The MIM capacitor according to claim 1, wherein the substrate is a semiconductor substrate.
前記半絶縁性基板内に形成され、前記半絶縁性基板の上面に開口を有し、前記半絶縁性基板の内部において前記開口よりも幅が広い掘り込み構造と、
前記掘り込み構造の内壁に形成された第1の導電膜と、
前記第1の導電膜上に順に形成された誘電膜及び第2の導電膜とを備えることを特徴とするMIMキャパシタ。 A semi-insulating substrate;
A digging structure formed in the semi-insulating substrate, having an opening on the upper surface of the semi-insulating substrate, and wider than the opening in the semi-insulating substrate;
A first conductive film formed on the inner wall of the digging structure;
An MIM capacitor comprising a dielectric film and a second conductive film formed in order on the first conductive film.
前記掘り込み構造は前記半絶縁性基板を貫通し、
前記第1の導電膜は前記下部電極に接続されていることを特徴とする請求項6又は7に記載のMIMキャパシタ。 A lower electrode formed on the lower surface of the semi-insulating substrate;
The digging structure penetrates the semi-insulating substrate;
The MIM capacitor according to claim 6, wherein the first conductive film is connected to the lower electrode.
前記第1の導電膜上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に前記第1の導電膜に接続された第2の導電膜を形成し、前記第2の導電膜に開口を形成する工程と、
前記開口から前記絶縁膜をサイドエッチングして、前記開口よりも幅が広い掘り込み構造を形成する工程と、
前記掘り込み構造の床、側壁及び天井を含む内壁に誘電膜及び第3の導電膜を順に原子層堆積法により形成する工程とを備えることを特徴とするMIMキャパシタの製造方法。 Forming a first conductive film on the substrate;
Forming an insulating film on the first conductive film;
Forming a second conductive film connected to the first conductive film on the insulating film, and forming an opening in the second conductive film;
Side-etching the insulating film from the opening to form a digging structure wider than the opening;
And a step of sequentially forming a dielectric film and a third conductive film on an inner wall including a floor, a side wall, and a ceiling of the digging structure by an atomic layer deposition method.
前記レジストの前記開口から前記半絶縁性基板をサイドエッチングして、前記半絶縁性基板の内部において前記半絶縁性基板の上面の開口よりも幅が広い掘り込み構造を形成する工程と、
前記掘り込み構造の内壁に第1の導電膜、誘電膜及び第2の導電膜を順に原子層堆積法により形成する工程とを備えることを特徴とするMIMキャパシタの製造方法。 Applying a resist to the upper surface of the semi-insulating substrate and forming an opening in the resist;
Side-etching the semi-insulating substrate from the opening of the resist to form a digging structure having a width wider than the opening of the upper surface of the semi-insulating substrate inside the semi-insulating substrate;
And a step of sequentially forming a first conductive film, a dielectric film, and a second conductive film on the inner wall of the digging structure by an atomic layer deposition method.
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