JP2020136455A - Trench capacitor and manufacturing method of the trench capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチキャパシタ及びトレンチキャパシタの製造方法に関する。 The present invention relates to a trench capacitor and a method for manufacturing a trench capacitor.
キャパシタの一種として、薄膜プロセスにより形成されたMIM構造体を備え、このMIM構造体により容量を発生させる薄膜キャパシタが知られている。薄膜キャパシタにおいては、小型化又は高容量化のために、単位面積あたりの発生容量を向上させることが求められている。 As a kind of capacitor, a thin film capacitor having a MIM structure formed by a thin film process and generating a capacitance by the MIM structure is known. In thin film capacitors, it is required to improve the generated capacity per unit area in order to reduce the size or increase the capacity.
単位面積あたりの発生容量を向上させることが可能な薄膜キャパシタとして、トレンチキャパシタが知られている。トレンチキャパシタは、トレンチと呼ばれる凹凸構造が多数形成された基材と、その一部がトレンチに沿って延伸するように設けられたMIM構造体と、を備えている。トレンチキャパシタにおいては、基材の厚さ方向に延びるトレンチ内にもMIM構造体が設けられるため、単位面積当たりの容量を向上させることができる。従来のトレンチキャパシタは、例えば、特許文献1及び2に開示されている。
A trench capacitor is known as a thin film capacitor capable of improving the generated capacity per unit area. The trench capacitor includes a base material on which a large number of uneven structures called trenches are formed, and a MIM structure provided so that a part of the base material extends along the trench. In the trench capacitor, since the MIM structure is also provided in the trench extending in the thickness direction of the base material, the capacity per unit area can be improved. Conventional trench capacitors are disclosed in, for example,
従来の製造工程においては、一枚の基板上に複数のトレンチキャパシタを形成し、その後、ダイシングによって当該基板を切削することで、個片化されたトレンチキャパシタが得られる。しかしながら、ダイシングによって個片化を行う場合、ダイシングブレードによる切削に起因して、トレンチキャパシタが破損する可能性がある。 In the conventional manufacturing process, a plurality of trench capacitors are formed on one substrate, and then the substrate is cut by dicing to obtain an individualized trench capacitor. However, when individualizing by dicing, the trench capacitor may be damaged due to cutting by the dicing blade.
本発明は、切削による破損が抑制されたトレンチキャパシタ及びトレンチキャパシタの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a trench capacitor and a method for manufacturing a trench capacitor in which damage due to cutting is suppressed.
本発明の一実施形態に係るトレンチキャパシタは、上面と、上面とは反対側の下面と、上面及び下面を接続する側面とを有し、上下方向に沿って上面から延びるトレンチが設けられた基材と、第1導電層と、第2導電層と、第1導電層と第2導電層とに挟まれた誘電体層とを有し、上面及びトレンチを画定する壁面に沿って設けられたMIM構造体と、を備え、基材の側面の上端から下端まで複数の側面スキャロップが形成されている。 A trench capacitor according to an embodiment of the present invention has an upper surface, a lower surface opposite to the upper surface, and a side surface connecting the upper surface and the lower surface, and is provided with a trench extending from the upper surface in the vertical direction. It has a material, a first conductive layer, a second conductive layer, and a dielectric layer sandwiched between the first conductive layer and the second conductive layer, and is provided along the upper surface and the wall surface defining the trench. A MIM structure is provided, and a plurality of side surface scallops are formed from the upper end to the lower end of the side surface of the base material.
このトレンチキャパシタの基材の側面の少なくとも一部に、複数のスキャロップが当該側面の上端から下端まで並んで形成されている。このように、ボッシュプロセスを用いたエッチングによって形成される側面スキャロップが基材の側面に形成されているので、当該トレンチキャパシタはエッチングによって個片化されている。したがって、ダイシングブレードによる切削に起因するトレンチキャパシタの破損を抑制できる。 A plurality of scallops are formed side by side from the upper end to the lower end of the side surface at least a part of the side surface of the base material of the trench capacitor. As described above, since the side surface scallop formed by etching using the Bosch process is formed on the side surface of the base material, the trench capacitor is individualized by etching. Therefore, damage to the trench capacitor due to cutting by the dicing blade can be suppressed.
本発明の一実施形態において、トレンチを画定する壁面のうち上下方向に沿って延びる側壁の上端から下端まで複数の側壁スキャロップが形成されており、複数の側壁スキャロップのうち上側からn番目の側壁スキャロップの形状と、前記複数の側面スキャロップのうち上側からn番目の側面スキャロップの形状とは相似していてもよい。この場合、ボッシュプロセスを用いた同一のエッチング工程によってトレンチの側壁及びトレンチキャパシタの側面が形成されているので、トレンチキャパシタの製造工程を簡略化することができる。したがって、トレンチキャパシタを容易に製造することが可能である。 In one embodiment of the present invention, a plurality of side wall scallops are formed from the upper end to the lower end of the side wall extending in the vertical direction in the wall surface defining the trench, and the nth side wall scallop from the upper side among the plurality of side wall scallops is formed. The shape of the side scallop may be similar to the shape of the nth side scallop from the upper side among the plurality of side scallops. In this case, since the side wall of the trench and the side surface of the trench capacitor are formed by the same etching process using the Bosch process, the manufacturing process of the trench capacitor can be simplified. Therefore, it is possible to easily manufacture a trench capacitor.
本発明の一実施形態において、上下方向から見て、基材はL字状、T字状、十字状、又は円形状であってもよい。ダイシングによってトレンチキャパシタを個片化する場合、矩形状以外の形状にトレンチキャパシタを個片化することは困難である。これに対し、本発明の一実施形態に係るトレンチキャパシタはエッチングによって個片化されるので、矩形状以外の形状にトレンチキャパシタを個片化することが可能である。したがって、当該トレンチキャパシタを用いることにより、回路基板等における設計の自由度の向上を図ることができる。 In one embodiment of the present invention, the base material may be L-shaped, T-shaped, cross-shaped, or circular when viewed from above and below. When the trench capacitor is separated by dicing, it is difficult to separate the trench capacitor into a shape other than the rectangular shape. On the other hand, since the trench capacitor according to the embodiment of the present invention is individualized by etching, it is possible to individualize the trench capacitor into a shape other than the rectangular shape. Therefore, by using the trench capacitor, it is possible to improve the degree of freedom in designing the circuit board or the like.
本発明の一実施形態は、上記の何れかのトレンチキャパシタを備える回路基板に関する。 One embodiment of the present invention relates to a circuit board including any of the above trench capacitors.
本発明の一実施形態は、上記の回路基板を備える電子機器に関する。 One embodiment of the present invention relates to an electronic device including the above circuit board.
本発明の一実施形態に係るトレンチキャパシタの製造方法は、上面と、上面とは反対側の下面とを有するウェハを個片化して複数のトレンチキャパシタを製造する方法であって、ウェハの上面に、トレンチキャパシタが形成される複数のキャパシタ領域と、複数のキャパシタ領域のうち上面に沿った第1方向において隣り合うキャパシタ領域同士の間に位置する境界領域と、キャパシタ領域内に設けられ、トレンチが形成されるトレンチ領域とを有するマスクを形成する第1工程と、ウェハをエッチングしてトレンチ領域に上下方向に沿って上面から延びるトレンチを形成すると共に、境界領域にトレンチより深い境界溝を形成する第2工程と、第1導電層と、第2導体層と、第1導電層と第2導体層とに挟まれた誘電体層とを有するMIM構造体を、トレンチを画定する壁面及び上面に沿って設ける第3工程と、ウェハを下面側から薄化することによりウェハを個片化する第4工程とを含む。 The method for manufacturing a trench capacitor according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a plurality of trench capacitors by separating a wafer having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface into pieces, and on the upper surface of the wafer. , A plurality of capacitor regions in which a trench capacitor is formed, a boundary region located between adjacent capacitor regions in the first direction along the upper surface of the plurality of capacitor regions, and a trench provided in the capacitor region. In the first step of forming a mask having a trench region to be formed, the wafer is etched to form a trench extending from the upper surface in the trench region in the vertical direction, and a boundary groove deeper than the trench is formed in the boundary region. In the second step, a MIM structure having a first conductive layer, a second conductor layer, and a capacitor layer sandwiched between the first conductive layer and the second conductor layer is applied to the wall surface and the upper surface defining the trench. It includes a third step provided along the line and a fourth step of individualizing the capacitor by thinning the capacitor from the lower surface side.
このトレンチキャパシタの製造方法では、ダイシングを用いずにトレンチキャパシタが個片化されるので、ダイシングブレードによる切削に起因するトレンチキャパシタの破損を抑制できる。また、このトレンチキャパシタの製造方法では、複数のトレンチキャパシタを分離するための境界溝及びトレンチを同一のエッチング工程によって形成するので、トレンチキャパシタの製造工程を簡略化することができる。したがって、トレンチキャパシタを容易に製造することが可能である。 In this method for manufacturing a trench capacitor, the trench capacitor is individualized without using dicing, so that damage to the trench capacitor due to cutting by the dicing blade can be suppressed. Further, in this method of manufacturing a trench capacitor, a boundary groove and a trench for separating a plurality of trench capacitors are formed by the same etching step, so that the manufacturing process of the trench capacitor can be simplified. Therefore, it is possible to easily manufacture a trench capacitor.
本発明の一実施形態では、第2工程において、ボッシュプロセスを用いてウェハをエッチングし、マイクロローディング効果を利用して前記トレンチ及び前記境界溝を形成してもよい。 In one embodiment of the invention, in the second step, the wafer may be etched using the Bosch process to form the trench and the sulcus limitans using the microloading effect.
本発明の一実施形態では、第4工程において、エッチング及び研削を行うことによりウェハを個片化してもよい。この構成によれば、研削のみによってウェハを個片化する場合に比べ、トレンチキャパシタの基材の下面をより平滑にすることができる。また、研削のみによってウェハを個片化する場合に比べ、除去されるウェハの厚さを高精度に制御できる。 In one embodiment of the present invention, the wafer may be individualized by etching and grinding in the fourth step. According to this configuration, the lower surface of the base material of the trench capacitor can be made smoother than in the case where the wafer is fragmented only by grinding. In addition, the thickness of the wafer to be removed can be controlled with high accuracy as compared with the case where the wafer is fragmented only by grinding.
本発明の一実施形態では、第4工程において、研削を行うことによりウェハを個片化してもよい。この構成によれば、エッチングによってウェハを個片化する場合に比べ、第4工程の処理時間の短縮を図ることができる。 In one embodiment of the present invention, the wafer may be individualized by grinding in the fourth step. According to this configuration, the processing time of the fourth step can be shortened as compared with the case where the wafer is separated by etching.
本発明によれば、歩留まりの向上を図ることが可能なトレンチキャパシタ及びトレンチキャパシタの製造方法が提供される。 According to the present invention, there is provided a trench capacitor and a method for manufacturing a trench capacitor capable of improving the yield.
以下、適宜図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、複数の図面において共通する構成要素には当該複数の図面を通じて同一の参照符号が付される。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。特に、後述する電極層や誘電体層は、実際には非常に薄い膜であるが、各図面においては、説明の便宜のために視認できる程度の厚さを有するように記載されている。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The components common to the plurality of drawings are designated by the same reference numerals throughout the plurality of drawings. It should be noted that each drawing is not always drawn to the correct scale for convenience of explanation. In particular, the electrode layer and the dielectric layer, which will be described later, are actually very thin films, but in each drawing, they are described so as to have a thickness that can be visually recognized for convenience of explanation.
図1〜図3を参照して、一実施形態によるトレンチキャパシタ1について説明する。これらの図に示されているトレンチキャパシタ1は、薄膜プロセスにより作製されたMIM構造体を有する薄膜キャパシタである。図1は、トレンチキャパシタ1の模式的な平面図であり、図2は、トレンチキャパシタ1をI−I線で切断した断面を模式的に示す断面図である。図3は、トレンチキャパシタのトレンチ部分を拡大して示す断面図である。
The
図示のように、一実施形態によるトレンチキャパシタ1は、基材10と、基材10に設けられたMIM構造体20と、MIM構造体20を覆うように設けられた保護層40と、を備える。保護層40の外側には、外部電極2及び外部電極3が設けられる。外部電極2及び外部電極3は、詳しくは後述するように、MIM構造体20を構成する電極層と電気的に接続される。
As shown in the figure, the
トレンチキャパシタ1は、外部電極2及び外部電極3を回路基板に設けられたランドに接合することにより、当該回路基板に実装される。この回路基板は、様々な電子機器に搭載され得る。トレンチキャパシタ1が実装された回路基板を備える電子機器には、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、ゲームコンソール、及びこれら以外のトレンチキャパシタ1が実装された回路基板を備えることができる任意の電子機器が含まれる。
The
図1及び図2においては、互い直交するX方向、Y方向、及びZ方向が示されている。本明細書においては、これらの図に示されているX方向、Y方向、及びZ方向を基準としてトレンチキャパシタ1の構成部材の向きや配置を説明することがある。具体的には、文脈上別に解される場合を除き、薄膜キャパシタ1の「幅」方向、「長さ」方向、及び「厚さ」方向はそれぞれ、図1のX軸に沿う方向、Y軸に沿う方向、及びZ軸に沿う方向とする。本明細書においてトレンチキャパシタ1及びその構成部材の上下方向に言及する際には、文脈上別に解される場合を除き、Z軸の正方向がトレンチキャパシタ1の上方向とされ、Z軸の負方向がトレンチキャパシタ1の下方向とされる。
In FIGS. 1 and 2, the X, Y, and Z directions that are orthogonal to each other are shown. In the present specification, the orientation and arrangement of the constituent members of the
一実施形態において、基材10は、Si等の絶縁材料から成る。一実施形態において、基材10は、概ね直方体の形状に形成されており、その幅方向(X軸方向)の寸法は例えば50μm〜5000μmとされ、その長さ方向(Y軸方向)の寸法は例えば50μm〜5000μmとされ、その厚さ方向(Z軸方向)の寸法は例えば5μm〜500μmとされる。本明細書において具体的に示される基材10の寸法は例示に過ぎず、基材10は任意の寸法をとることができる。
In one embodiment, the
基材10は、上面10aと、当該上面10aとは反対側の下面10bと、上面10aと下面10bとを接続する側面10cとを有する。図1の実施形態において基材10は略直方体状であり、本明細書中では、当該基材10の上面10aと下面10bとを接続する4つの面をまとめて側面10cという。基材10には、その上面10aからZ軸方向に沿って延伸する複数のトレンチ11が形成されている。複数のトレンチ11の各々は、Z軸方向に所定の深さを有するように形成される。本明細書においては、Z軸方向をトレンチ11の深さ方向と呼ぶことがある。図1に示されているように、複数のトレンチ11の各々は、その平面視の形状が、X軸方向に沿って延びる辺とY軸方向に沿って延びる辺とで画定されるほぼ長方形となるように形成されている。図示の実施形態において、複数のトレンチ11の各々は、平面視において、X軸方向に沿って延びる辺がY軸方向に沿って延びる辺よりも短くなるように形成されている。
The
一実施形態において、複数のトレンチ11の各々は、単位面積あたりの高容量化を実現するために、高アスペクト比を有するように形成される。つまり、複数のトレンチ11の各々は、その幅(例えば、X軸方向の辺の長さ)に対する深さ(Z軸方向の寸法)の比が大きくなるように形成される。複数のトレンチ11の各々の幅(X軸方向における寸法)は例えば0.1μm〜5μmとされ、その深さ(Z軸方向における寸法)は例えば1μm〜100μmとされる。本明細書において具体的に示されるトレンチ11の寸法は例示に過ぎず、トレンチ11は任意の寸法をとることができる。また、トレンチ11の平面視における形状は長方形形状に限られず、トレンチ11は任意の形状をとることができる。一実施形態において、トレンチ11は、その深さ(Z軸方向における寸法)が40μmであり、その幅(X軸方向における寸法)が1.0μmとなるように構成される。
In one embodiment, each of the plurality of
トレンチ11は、例えばSi基板の表面にトレンチ11のパターンに対応する開口が形成されたマスクを形成した後、エッチングにより当該Si基板をエッチングすることで形成され得る。トレンチ11のエッチング加工は、ボッシュプロセスを用いた深掘りRIE(深掘り反応性エッチング)等の反応性イオンエッチング法により行われ得る。
The
複数のトレンチ11のうち隣接するトレンチ11同士は側壁12によって隔てられている。言い換えると、側壁12は、基材10の一部であり、隣接するトレンチ11を互いから離隔させるように構成される。
Of the plurality of
続いて、MIM構造体20について説明する。前述のように、基材10には、MIM構造体20が設けられる。図示のように、その一部がトレンチ11の各々に埋め込まれるように、基材10に設けられている。
Subsequently, the
MIM構造体20は、基材10の上面10a及びトレンチ11に追従する形状を有するように構成される。MIM構造体20は、第1導電層と、第2導電層と、第1導電層と第2導電層とに挟まれた誘電体層とを有する。すなわち、MIM構造体20は、導電層と導体層とが交互に積層された積層体である。一実施形態におけるMIM構造体20は、下部電極層22(第1導電層)と、当該下部電極層22の上に設けられた誘電体層21と、当該誘電体層21の上に設けられた上部電極層23(第2導電層)と、を有する。本明細書においてMIM構造体20における上下方向に言及する場合には、下部電極及び上部電極という慣用されている名称と整合性をとるために、Z軸方向に沿う上下方向ではなく、基材10により近い側を「下」とし、基材10からより遠い側を「上」として説明がなされることがある。MIM構造体20は、2層以上のMIM層を含んでもよい。例えば、MIM構造体20が2層のMIM層を有する場合には、下部電極層22、誘電体層21、及び上部電極層23から構成される第1層目のMIM層の上に第2層目のMIM層が形成される。例えば、第2層目のMIM層は、上部電極層23の上に設けられた誘電体層と、この誘電体層の上に設けられた電極層と、を備えることができる。この場合、上部電極層23は、第1層目のMIM層の上側の電極層としての機能と、第2層目のMIM層の下側の電極層としての機能を兼ねる。
The
誘電体層21の材料として、BST(チタン酸バリウムストロンチウム)、BTO(チタン酸バリウム)、チタン酸ストロンチウム(STO)、ジルコニア(ZrO2)、アルミナ(Al2O3)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化チタン(TiO2)、及びこれら以外の誘電体材料を用いることができる。誘電体層21の材料は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。
As the material of the
誘電体層21は、例えば、ALD(原子層堆積)法、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。誘電体層21は、その膜厚が例えば1nm〜500nmとなるように形成される。一実施形態において、誘電体層21の膜厚は、30nmとされる。
The
下部電極22及び上部電極23の材料として、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、導電性シリコン、もしくはこれら以外の金属材料、これらの金属元素の一又は複数を含む合金材料、及び前記金属元素の化合物を用いることができる。一実施形態においては、下部電極層22及び上部電極層23の材料として、窒化チタン(TiN)が用いられる。下部電極層22及び上部電極層23の材料は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。 As materials for the lower electrode 22 and the upper electrode 23, nickel (Ni), copper (Cu), palladium (Pd), platinum (Pt), silver (Ag), gold (Au), ruthenium (Ru), tungsten (W). , Molybdenum (Mo), titanium (Ti), conductive silicon, or other metal materials, alloy materials containing one or more of these metal elements, and compounds of the metal elements can be used. In one embodiment, titanium nitride (TiN) is used as the material for the lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 23. The materials of the lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 23 are not limited to those explicitly described herein.
下部電極層22及び上部電極層23は、例えば、ALD(原子層堆積)法、スパッタ法、蒸着法、めっき法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。一実施形態において、下部電極層22は、その膜厚が例えば1nm〜500nmとなるように形成される。一実施形態において、上部電極23は、その膜厚が例えば1nm〜500nmとなるように形成される。一実施形態において、下部電極層22及び上部電極層23の膜厚はそれぞれ30nmとされる。下部電極層22及び上部電極層23の膜厚はそれぞれ30nmとされる。下部電極層22及び上部電極層23の膜厚は、本明細書で明示的に説明されたものに限定されない。 The lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 23 are formed by, for example, an ALD (atomic layer deposition) method, a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, or a known method other than these. In one embodiment, the lower electrode layer 22 is formed so that its film thickness is, for example, 1 nm to 500 nm. In one embodiment, the upper electrode 23 is formed so that its film thickness is, for example, 1 nm to 500 nm. In one embodiment, the film thickness of the lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 23 is 30 nm, respectively. The film thickness of the lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 23 is 30 nm, respectively. The film thicknesses of the lower electrode layer 22 and the upper electrode layer 23 are not limited to those explicitly described herein.
続いて、保護層40について説明する。保護層40は、外部環境からMIM構造体20を保護するために、MIM構造体20及び基材10を覆うように設けられる。保護層40は、例えば、外部から受ける衝撃等の機械的ダメージからMIM構造体20を保護するように設けられる。保護層40の材料として、ポリイミド等の樹脂材料、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiON)、及びこれら以外の絶縁材料を用いることができる。保護層40は、例えば、スピンコート法により感光性ポリイミドを塗布し、この塗布されたポリイミドを露光、現像、及びキュアすることにより形成される。保護層40は、その膜厚が例えば200nm〜5000nmとなるように形成される。一実施形態において、保護層40の膜厚は3000nmとされる。保護層40の材料及び膜厚は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。
Subsequently, the
保護層40とMIM構造体20(又は基材10)との間には、不図示のバリア層が設けられていてもよい。バリア層は、トレンチキャパシタ1の耐候性を向上させるために、主にMIM構造体20の上に設けられる。一実施形態において、バリア層は、保護層40から放出される水分や大気中の水分がMIM構造体20に到達しないように、MIM構造体20と保護層40との間に設けられる。バリア層は、水素ガスバリア性に優れた薄膜であってもよい。バリア層の材料として、アルミナ(Al2O3)、酸化シリコン(SiO2)、酸窒化シリコン(SiON)、ジルコニア(ZrO2)、及びこれら以外の絶縁材料を用いることができる。バリア層は、例えば、スパッタ法、CVD法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。バリア層は、その膜厚が例えば5nm〜500nmとなるように形成される。一実施形態において、バリア層の膜厚は50nmとされる。バリア層の材料及び膜厚は、本明細書で明示的に説明されたものには限定されない。
A barrier layer (not shown) may be provided between the
続いて、外部電極2及び外部電極3について説明する。外部電極2及び外部電極3は、保護層40の上側に、Y軸方向において互いから離間するように設けられる。外部電極2及び外部電極3は、保護層40の外側に金属材料を含む導体ペーストを塗布することにより形成される。外部電極2及び外部電極3の材料として、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、もしくはこれら以外の金属材料、又は、これらの金属元素の一又は複数を含む合金材料を用いることができる。外部電極2及び外部電極3には、必要に応じて、半田バリア層及び半田漏れ層の少なくとも一方が形成されてもよい。
Subsequently, the
保護層40のY軸負方向の端の近くには溝41が設けられており、Y軸正方向の端の近くには溝42が設けられている。溝41及び溝42はいずれも、X軸方向に沿って延伸するとともに保護層40をZ軸方向に貫通する用に設けられている。溝41には引出電極2aが設けられ、溝42には引出電極3aが設けられている。
A
引出電極2aの上端は外部電極2に接続され、引出電極2aの下端はMIM構造体20の下部電極層22に接続される。引出電極3aの上端は外部電極3に接続され、引出電極3aの下端はMIM構造体20の上部電極23に接続される。
The upper end of the
引出電極2a、3aの材料として、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、もしくはこれら以外の金属材料、又は、これらの金属元素の一又は複数を含む合金材料を用いることができる。引出電極2a、3aは、蒸着法、スパッタ法、メッキ法、又はこれら以外の公知の方法により形成される。
As the material of the
次に図4a及び図4bを参照して、基材10の側面10c及び側壁12の形状について詳細に説明する。図4aは、基材10の側面10cの形状を概略的に示す断面図である。
Next, the shapes of the
図4bは、トレンチ11を画定する側壁12の形状を概略的に示す断面図である。図4aに示されるように、基材10の側面10cには、複数の側面スキャロップSが当該側面10cの上端から下端まで形成されている。複数の側面スキャロップSは、ボッシュプロセスを用いたエッチングによって形成されている。ボッシュプロセスでは、基材のエッチングを行う工程と、基材の表面に保護膜を形成する工程とを含むサイクルを連続して複数回繰り返す。このようなサイクルを1回行うことにより、1つのスキャロップが形成される。このため、側面10cに形成される側面スキャロップSの数は、ボッシュプロセスを用いたエッチングのサイクル数に対応する。また、ボッシュプロセスのサイクルが連続して繰り返されることにより、Z軸方向において隣り合う側面スキャロップSは互いに連続する。それぞれの側面スキャロップSは、基材10の厚さ方向(すなわちZ軸方向)に交差する平面(すなわちX軸及びY軸に沿った平面)に沿って延びるU字溝である。すなわち、側面10cは、Z軸方向に沿って並んだ複数の湾曲した凹面によって構成されている。図4aの実施形態では、側面スキャロップSは、側面10cの全面(すなわち、基材10の上面10aと下面10bとを接続する4つの面)において、上端から下端まで複数の側面スキャロップSが形成されている。図4aでは、説明の便宜上、側面10cに7つの側面スキャロップSが形成されている実施形態を示しているが、実際には、更に多数の側面スキャロップSが側面10cに形成されていてもよい。側面10cに形成されるスキャロップSの数は特に限定されない。また、側面スキャロップSは、側面10cの一部のみにおいて、上端から下端まで並んで形成されていてもよい。図4aの実施形態では、複数のスキャロップSのぞれぞれは、互いに略同一の形状を有している。Z軸方向におけるスキャロップSの寸法L1は、例えば1nm以上500nm以下とすることができる。Z軸方向に交差する方向におけるスキャロップSの寸法L2は、例えば0.5nm以上250nm以下とすることができる。
FIG. 4b is a cross-sectional view schematically showing the shape of the
図4bに示されるように、トレンチ11を画定する側壁12には、複数の側壁スキャロップS’が形成されている。ここで、側壁12とは、トレンチ11を画定する壁面のうち、Z軸方向に沿って延びる壁面である。複数の側壁スキャロップS’は、側壁12の上端から下端まで並んで形成されている。それぞれの側壁スキャロップS’は、側面スキャロップSと同様に、基材10の厚さ方向(すなわちZ軸方向)に交差する方向(すなわちX軸方向又はY軸方向)に沿って延びるU字溝である。すなわち、側壁12は、軸方向に沿って並んだ複数の湾曲した凹面によって構成されている。図4bでは、説明の便宜上、側壁12に7つの側壁スキャロップS’が形成されている実施形態を示している。図4bの実施形態では、複数の側壁スキャロップS’のそれぞれは、略同一の形状を有している。Z軸方向における側壁スキャロップS’の寸法L1’は、例えば1nm以上500nm以下とすることができる。Z軸方向に交差する方向における側壁スキャロップS’の寸法L2’は、例えば0.5nm以上250nm以下とすることができる。本明細書においては、基材10の側面10cに設けられるスキャロップを「側面スキャロップS」ということがある。
As shown in FIG. 4b, a plurality of side wall scallops S'are formed on the
後述するように、基材10の側面10cに形成された側面スキャロップSと、側壁12に形成された側壁スキャロップS’とは、同一のエッチング工程によって形成されている。スキャロップの数は、ボッシュプロセスにおけるサイクル数によって決まるので、側面10cに形成された側面スキャロップSの数と、側壁12に形成された側壁スキャロップS’の数とは同一である。また、トレンチキャパシタ1の製造過程においてトレンチ12となる領域(後述のトレンチ領域)の面積と、側面10cが形成される際にエッチングされる領域(後述の境界領域)の面積との違いから、マイクロローディング効果により側面スキャロップSと側壁スキャロップS’とは相似した形状となっている。本明細書において、側面スキャロップSと側壁スキャロップS’とが相似しているとは、一方のスキャロップの形状を均等に拡大又は縮小すると、他方のスキャロップの形状と同一となることをいう。図4a及び図4bに示される例においては、側面スキャロップSの寸法L1に対する側壁スキャロップS’の寸法L1’の比率、及び、側面スキャロップSの寸法L2に対する側壁スキャロップS’の寸法L2’の比率は、例えば10%以上300%以下である。
As will be described later, the side surface scallop S formed on the
本明細書において「相似」という用語を使用するときには数学的に厳密な意味で使用するものではなく、製造誤差及び/又は計測誤差等に起因する形状のずれは許容されるものとする。「相似」の判断は、例えば、下記の方法によってなされ得る。まず、SEM等を用いて図4aに相当する側面10cの断面形状、及び図4bに相当する側壁12の断面形状の画像を取得する。次に、側壁12のZ軸方向の寸法(すなわち、側壁12の上端から下端までの寸法)が側面10cのZ軸方向の寸法と同一となるように側壁12の断面形状を均等に拡大し、側面10cの上端及び下端が、それぞれ、側壁12の上端及び下端と重なるように配置する。このとき、側面スキャロップSの寸法L1と側壁スキャロップS’の寸法L1’とのずれが寸法L1の1%〜30%程度、且つ、側面スキャロップSの寸法L2と側壁スキャロップS’の寸法L2’とのずれが寸法L2の1%〜30%程度であれば、「相似」であるとする。
When the term "similarity" is used in the present specification, it is not used in a mathematically strict sense, and shape deviation due to manufacturing error and / or measurement error is allowed. The determination of "similarity" can be made by, for example, the following method. First, an image of the cross-sectional shape of the
ボッシュプロセスにおけるそれぞれのサイクルが全て同じ条件で行われる場合には、複数の側面スキャロップS(又は複数の側壁スキャロップS’)のそれぞれの形状は、全て略同一となる。一方、ボシュプロセスにおけるそれぞれのサイクルが互いに異なる条件で行われる場合には、側面10cに形成された複数の側面スキャロップSのそれぞれの形状は、全て略同一でなくてもよい。また、側壁12に形成された複数の側壁スキャロップS’のそれぞれの形状は、全て略同一でなくてもよい。この場合、少なくとも、複数の側壁スキャロップS’のうち上側からn番目(nは自然数)に位置する側壁スキャロップS’の形状と、複数の側面スキャロップSのうち上側からn番目に位置する側面スキャロップSの形状とが相似していればよい。すなわち、ボッシュプロセスにおける同一のサイクルによって形成された側面スキャロップSの形状と側壁スキャロップS’の形状のみが相似していればよい。
If each cycle in the Bosch process is performed under the same conditions, the shapes of the plurality of side scallops S (or the plurality of side wall scallops S') are all substantially the same. On the other hand, when each cycle in the bosh process is performed under different conditions, the shapes of the plurality of side surface scallops S formed on the
次に、図5及び図6a〜図6iを参照して、トレンチキャパシタ1の製造方法について説明する。図5及び図6a〜図6iは、一実施形態に係るトレンチキャパシタの製造工程を説明するための図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、上面10a’及び下面10b’を有するウェハ状のウェハWを準備する。次に、図5及び図6aに示されるように、ウェハ状のウェハWの上面10a’に、トレンチキャパシタ1が形成される複数のキャパシタ領域R1と、上面10a’に沿った第1方向において隣り合うキャパシタ領域R1同士の間に位置する境界領域R13と、キャパシタ領域R1内に設けられ、トレンチが形成されるトレンチ領域R11とを有するマスクM1を形成する(第1工程)。複数のトレンチ領域R11のパターンは、図1に示されている複数のトレンチ11の位置に対応している。
First, a wafer-shaped wafer W having an upper surface 10a'and a
境界領域R13は、上面10a’に沿った方向においてトレンチキャパシタ1が形成される領域R1同士の間に位置する領域である。例えば、上面10a’に沿った第1方向をX軸方向とした場合には、境界領域R13は矩形状の領域となり、境界領域R13の短辺の寸法はX軸方向において隣り合う領域R1同士の間の間隔に相当し、境界領域R13の長辺の寸法はY軸方向における領域R1の寸法に相当する。上面10a’に沿った方向をY軸方向とした場合には、境界領域R13の短辺の寸法はY軸方向において隣り合う領域R1同士の間の間隔に相当し、境界領域R13の長辺の寸法はX軸方向における領域R1の寸法に相当する。図5においては、上面10aに沿った方向をX軸方向とした場合の境界領域R13が示されている。一例として、境界領域R13の短辺の寸法は、1um〜100um程度であり、境界領域R13の長辺の寸法は、100um〜10mm程度とすることができる。また、1つのトレンチ領域R11の面積に対する境界領域R13の面積の比率は、0.0001%〜10%程度とすることができる。
The boundary region R13 is a region located between the regions R1 in which the
次に、図6bに示されるように、ウェハWをエッチングすることにより、トレンチ領域R11に、Z軸方向に沿って上面10a’から延びるトレンチ11が形成されると共に、境界領域R13に境界溝13を形成する(第2工程)。ウェハWのエッチングは、例えばボッシュプロセスを用いたドライエッチングによってなされる。境界領域R13は、各々のトレンチ領域R11より大きな面積を有しているので、マイクロローディング効果により、境界溝13はトレンチ11より深くエッチングされる。また、この工程ではボッシュプロセスを用いているので、トレンチ11を画定する側壁12に複数の側壁スキャロップS’が形成される。同様に、境界溝13を画定する側壁(すなわち、後に側面10cとなる壁面)に複数の側面スキャロップSが形成される。
Next, as shown in FIG. 6b, by etching the wafer W, a
次に、ウェハ状のウェハWからマスクM1を除去する(図6c参照)。その後、図6dに示されるように、ウェハWの上面10a’及びトレンチ11の内部に、複数の下部電極層22、誘電体層21、及び上部電極層23を含むMIM構造体20を形成する(第3工程)。MIM構造体20は、上面10a’、トレンチ11、及び境界溝13を画定する壁面に沿って形成される。誘電体層21は、例えばジルコニアから形成され、下部電極層22及び上部電極層23はTiNから形成され得る。MIM構造体20に含まれる各層(すなわち、下部電極層22、誘電体層21、及び上部電極層23)は、ALD法によって形成され得る。誘電体層22の材料はジルコニアには限られず、下部電極層22及び上部電極層23の材料はTiNには限られない。下部電極層22、誘電体層21、及び上部電極層23は、ALD法以外の様々な公知の方法により形成されてもよい。
Next, the mask M1 is removed from the wafer-shaped wafer W (see FIG. 6c). After that, as shown in FIG. 6d, a
次に、Z軸方向から見て複数のトレンチ11を一体に覆うマスクM2を形成し、このマスクM2を用いてMIM構造体20をエッチングする。この工程により、境界溝13の内部に形成されたMIM構造体20が除去される(図6e及び図6f参照)。
Next, a mask M2 that integrally covers the plurality of
次に、図6fに示されるように、MIM構造体20の上に保護層40を形成する。このとき、保護層40のうちMIM構造体20の上側に設けられている部分のY軸方向の両端の各々の近くに溝41,42がそれぞれ設けられる。
Next, as shown in FIG. 6f, a
次に、めっき法等により、溝41,42の内部に引出電極2a,3aがそれぞれ形成され、保護層40の表面に外部電極2及び外部電極3が形成される(図6g参照)。最後に、ウェハ状のウェハWの下面10b’側から薄化することにより、ウェハWを各々の基材10に個片化する(第4工程)。ウェハWの薄化は、例えばエッチング、研削、又はエッチングと研削とを併用した方法により、ウェハWの下面10b’側の一部を除去することによって行われ得る。エッチングと研削とを併用した方法によりウェハWを個片化する場合には、研削のみによってウェハWを個片化する場合に比べ、トレンチキャパシタ1の基材10の下面10bをより平滑にすることができる。また、研削のみによってウェハWを個片化する場合に比べ、除去されるウェハWの厚さを高精度に制御できる。研削のみによってウェハWを個片化する場合には、エッチングによってウェハWを個片化する場合に比べ、処理時間の短縮を図ることができる。以上の工程により、複数のトレンチキャパシタ1が得られる。
Next, the
ウェハWを各々の基材10に個片化する工程では、上下方向におけるエッチング面の位置が境界溝13の底面と一致したタイミング(すなわち、境界溝13の底面が除去されたタイミング)でエッチングを停止させる。この場合、図4a及び図4bに示される実施形態のように、側面10cに形成された側面スキャロップSの数と、側壁12に形成された側壁スキャロップS’の数とは同一となる。ウェハWを各々の基材10に個片化する工程では、上下方向におけるエッチング面の位置が境界溝13の底面を超えたタイミングでエッチングを停止させてもよい。この場合、側面10cに形成されたスキャロップSの数と、側壁12に形成されたスキャロップS’の数とは同一でなくてもよい。
In the step of individualizing the wafer W into each
以上説明したように、トレンチキャパシタ1の基材10の側面10cの少なくとも一部に、複数の側面スキャロップSが当該側面10cの上端から下端まで並んで形成されている。このように、ボッシュプロセスを用いたエッチングによって形成される側面スキャロップSが基材の側面10cに形成されているので、当該トレンチキャパシタ1はエッチングによって個片化されている。したがって、ダイシングブレードによる切削に起因するトレンチキャパシタ1の破損を抑制でき、歩留まりの向上を図ることができる。
As described above, a plurality of side surface scallops S are formed side by side from the upper end to the lower end of the
また、トレンチキャパシタ1では、トレンチ11を画定する壁面のうち上下方向に沿って延びる側壁12の上端から下端まで複数の側壁スキャロップSが並んで形成されており、複数の側壁スキャロップS’のうち上側からn番目の側壁スキャロップS’の形状と、複数の側面スキャロップSのうち上側からn番目の側面スキャロップSの形状とは相似している。この場合、ボッシュプロセスを用いた同一のエッチング工程によってトレンチ11の側壁12及びトレンチキャパシタ1の側面10cが形成されているので、トレンチキャパシタ1の製造工程を簡略化することができる。したがって、トレンチキャパシタ1を容易に製造することが可能である。
Further, in the
また、本実施形態に係るトレンチキャパシタの製造方法では、エッチングによってトレンチキャパシタ1が個片化されるので、ダイシングブレードによる切削に起因するトレンチキャパシタ1の破損を抑制できる。また、このトレンチキャパシタ1の製造方法では、ボッシュプロセスを用いて基材をエッチングし、マイクロローディング効果を利用してトレンチを形成すると共に、トレンチより深い境界溝を形成する。このように複数のトレンチキャパシタ1を分離するための境界溝13及びトレンチ11を同一のエッチング工程によって形成することができるので、トレンチキャパシタ1の製造工程を簡略化することができる。したがって、トレンチキャパシタ1を容易に製造することが可能である。
Further, in the method for manufacturing a trench capacitor according to the present embodiment, since the
一実施形態において、Z軸方向(すなわち上下方向)から見て、基材10の形状は矩形状に限定されず、適宜変更可能である。例えば、Z軸方向から見て、基材10はL字状、T字状、十字状、又は円形状であってもよい。ダイシングによってトレンチキャパシタを個片化する場合、矩形状以外の形状にトレンチキャパシタを個片化することは困難である。これに対し、トレンチキャパシタ1はエッチングによって個片化されるので、矩形状以外の形状に当該トレンチキャパシタ1を個片化することが可能である。したがって、当該トレンチキャパシタ1を用いることにより、回路基板等における設計の自由度の向上を図ることができる。
In one embodiment, the shape of the
本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。 The dimensions, materials, and arrangement of each component described herein are not limited to those expressly described in the embodiments, and each component may be included within the scope of the present invention. Can be transformed to have the dimensions, materials, and arrangement of. In addition, components not explicitly described in the present specification may be added to the described embodiments, or some of the components described in each embodiment may be omitted.
本明細書において、一の物体が他の物体の「上」、「上面」、「下」、又は「下面」に設けられると説明される場合には、当該一の物体は当該他の物体と直接接していても良く、別の層や膜を介して間接的に接していても良い。 In the present specification, when it is described that one object is provided "above", "upper surface", "lower", or "lower surface" of another object, the one object is referred to as the other object. It may be in direct contact, or may be indirect contact via another layer or membrane.
1…トレンチキャパシタ、10…基材、10a…上面、10c…側面、11…トレンチ、12…側壁、13…境界溝、20…MIM構造体、R11…トレンチ領域、R13…境界領域、S…側面スキャロップ、S’…側壁スキャロップ。 1 ... Trench capacitor, 10 ... Base material, 10a ... Top surface, 10c ... Side surface, 11 ... Trench, 12 ... Side wall, 13 ... Boundary groove, 20 ... MIM structure, R11 ... Trench region, R13 ... Boundary region, S ... Side surface Scallop, S'... Side wall scallop.
Claims (9)
第1導電層と、第2導電層と、前記第1導電層と前記第2導電層とに挟まれた誘電体層とを有し、前記上面及び前記トレンチを画定する壁面に沿って設けられたMIM構造体と、を備え、
前記基材の前記側面の上端から下端まで複数の側面スキャロップが形成されている、トレンチキャパシタ。 A base material having an upper surface, a lower surface opposite to the upper surface, and a side surface connecting the upper surface and the lower surface, and provided with a trench extending from the upper surface in the vertical direction.
It has a first conductive layer, a second conductive layer, and a dielectric layer sandwiched between the first conductive layer and the second conductive layer, and is provided along the upper surface and the wall surface defining the trench. With a MIM structure,
A trench capacitor in which a plurality of side surface scallops are formed from the upper end to the lower end of the side surface of the base material.
前記複数の側壁スキャロップのうち上側からn番目の側壁スキャロップの形状と、前記複数の側面スキャロップのうち上側からn番目の側面スキャロップの形状とは相似している、請求項1に記載のトレンチキャパシタ。 A plurality of side wall scallops are formed from the upper end to the lower end of the side wall extending in the vertical direction in the wall surface defining the trench.
The trench capacitor according to claim 1, wherein the shape of the nth side wall scallop from the upper side of the plurality of side wall scallops is similar to the shape of the nth side wall scallop from the upper side of the plurality of side wall scallops.
前記ウェハの前記上面に、前記トレンチキャパシタが形成される複数のキャパシタ領域と、前記複数のキャパシタ領域のうち前記上面に沿った第1方向において隣り合う前記キャパシタ領域同士の間に位置する境界領域と、前記キャパシタ領域内に設けられ、トレンチが形成されるトレンチ領域とを有するマスクを形成する第1工程と、
前記ウェハをエッチングし、前記トレンチ領域に上下方向に沿って前記上面から延びる前記トレンチを形成すると共に、前記境界領域に前記トレンチより深い境界溝を形成する第2工程と、
第1導電層と、第2導体層と、前記第1導電層と前記第2導体層とに挟まれた誘電体層とを有するMIM構造体を、前記トレンチを画定する壁面及び前記上面に沿って設ける第3工程と、
前記下面側から前記ウェハを薄化することにより前記ウェハを個片化する第4工程とを含む、トレンチキャパシタの製造方法。 A method of manufacturing a plurality of trench capacitors by fragmenting a wafer having an upper surface and a lower surface opposite to the upper surface.
A plurality of capacitor regions in which the trench capacitors are formed on the upper surface of the wafer, and a boundary region located between the capacitor regions adjacent to each other in the first direction along the upper surface of the plurality of capacitor regions. The first step of forming a mask having a trench region provided in the capacitor region and forming a trench.
A second step of etching the wafer to form the trench extending from the upper surface in the vertical direction in the trench region and forming a boundary groove deeper than the trench in the boundary region.
A MIM structure having a first conductive layer, a second conductor layer, and a dielectric layer sandwiched between the first conductive layer and the second conductor layer is formed along a wall surface defining the trench and the upper surface thereof. And the third step to be provided
A method for manufacturing a trench capacitor, which comprises a fourth step of individualizing the wafer by thinning the wafer from the lower surface side.
マイクロローディング効果を利用して前記トレンチ及び前記境界溝を形成する、請求項6に記載のトレンチキャパシタの製造方法。 In the second step, the wafer is etched using a Bosch process.
The method for manufacturing a trench capacitor according to claim 6, wherein the trench and the boundary groove are formed by utilizing the microloading effect.
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