JP4028629B2 - 集積回路用コンデンサ、その製造方法並びにこのコンデンサを使用したメモリフィールド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特にマイクロパターンを備えた集積回路において使用され、１つの誘電層及び２つの電極を備えた集積回路用コンデンサ、並びにその製造方法及びこの発明によるコンデンサを使用したメモリフィールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路においてコンデンサは、通常、プレーナ、トレンチ或いはスタック構造に構成される。このようなコンデンサはトランジスタと共に使用されて、半導体メモリにおけるメモリセルを形成する。この場合、多数のメモリセルがメモリフィールドに配置される。
【０００３】
この専門分野においては、このようなコンデンサの導電性電極材料の間にある誘電層を、例えばＳｉＯ₂ 或いはＳｉ₃ Ｎ₄ で作ることは公知である。このような誘電層は、確かに、良好な電気特性、例えば高い絶縁度や高い誘電率を持っているが、他方ではその製造が非常に面倒であり、誘電層は電極の製造後にその表面に形成されるから、常に少なくとも１つの付加的な製造工程を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、１つの誘電層と２つの電極を備え、特にマイクロパターンの集積回路に使用するためのコンデンサであって、特に簡単に製造でき、電気的特性の良好な誘電層を備えたものを提供することにある。さらにこの発明の課題は、このようなコンデンサを製造する方法並びにこのようなコンデンサを使用したメモリフィールドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１によるコンデンサによって解決される。またその製造方法に関する課題は請求項１３による方法によって解決される。さらにまた、メモリフィールドに対する課題は請求項１９により解決される。
【０００６】
好ましい実施態様はそれぞれ従属請求項に記載されている。
【０００７】
通常、集積回路において表面パターンを作るにはエッチングが使用される。適切なエッチングについては、例えば、ウイートマン（Ｄ．Ｗｉｄｍａｎｎ）、マーデル（Ｈ．Ｍａｄｅｒ）及びフリードリッヒ（Ｈ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ）著「高密度集積回路技術(Technologie hochintegrierter Schaltungen)」第２版、シュプリンガー出版、ベルリン、１９９６年及びシャーデ（Ｋ．Ｓｃｈａｄｅ）著「マイクロエレクトロニクステクノロジー(Mikroelektroniktechnologie 」第１版、テヒニーク出版、ベルリン、１９９１年に記載されている。金属層から電極をエッチングにより作り出すには、例えば金属層の上にフォトレジストからなるマスクを形成し、これによりエッチングされてはならない範囲、例えば後で電極となる範囲を覆う。エッチング工程自体は、異方性エッチングとするために、特にドライエッチングで行われる。このエッチングで露出された電極表面が純粋な金属性表面であることは稀である。むしろ、この表面にはエッチング生成物が堆積するので、この堆積物を従来は電極をさらに加工する際に、純粋な金属性表面を得るために完全に除去していた。この金属性表面に、次いで、コンデンサを作るために二酸化ケイ素、窒化ケイ素等からなる誘電層が形成される。
【０００８】
この発明によれば、エッチング工程は、金属層から電極をエッチングで作り出す際にエッチング媒体に通じる電極表面に、目的に合わせて全体的に、直接コンデンサの誘電体となる誘電層が形成されるように行われる。この誘電層は、金属のエッチング生成物及び／又はエッチングの際に形成され電極表面に堆積するポリマー構造からなる。
【０００９】
エッチングとしては、特に、例えば基本的に前記の文献に記載されているような化学的或いは物理化学的ドライエッチングが使用される。特に好ましくは、プラズマエッチングが行われる。
【００１０】
エッチング媒体、特にエッチングガスは、エッチングされるパターンに関係して、特にエッチングされる金属層に関係して選択される。それぞれ適したエッチング媒体は、当該専門家には基本的に知られており、前記の文献に記述されている。エッチングされる金属層は例えば主としてアルミニウム或いはタングステンからなる。アルミニウムの場合にはフッ素を含むエッチング媒体は好ましくない。なぜなら揮発しにくいエッチング生成物を形成するからである。基本的に適当なエッチング媒体は、Ｆ₂ 、Ｃｌ₂ 、Ｂｒ₂ 、Ｉ₂ のようなハロゲン、ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩのようなハロゲン化水素、ホウ素、ケイ素或いはアンチモンのハロゲン化合物或いはまたハロゲン化炭化水素である。それぞれ上記のグループの個々の化合物或いは複数の化合物も或いは異なるグループの複数の化合物の混合物も使用できる。さらにエッチング媒体は、例えばハロゲン化されてない炭化水素のような通常使用されるその他の化合物を添加物として含むことができる。
【００１１】
炭素を含む化合物及び特にハロゲン化炭化水素が、場合によってはエッチングの際に通常使用される他の化合物と組み合わせてエッチングガスとして使用されるときは、エッチング工程の間にエッチングされた金属層の表面にポリマー構造が生ずる。ハロゲン化炭化水素の場合にはこのポリマー構造は例えばハロゲン化炭化水素鎖からなる。エッチング工程中に形成されるその他のエッチング生成物は、例えばエッチングされた金属のハロゲン化物或いは酸化物である。
【００１２】
この発明によるコンデンサを製造する際にはエッチング工程は、金属層からエッチングにより作り出される第一の電極のエッチングされた表面に、目的に合わせて全面的に、例えばポリマー構造及び／又は金属のエッチング生成物からなる誘電層が作られる。この層の組成、従ってその物理化学的特性並びに層厚はエッチング媒体及びエッチングの際のパラメータを適当に選択することにより定められる。このようにしてコンデンサの第一及び第二の電極の間に誘電層が非常に簡単にかつ目的に合って製造される。
【００１３】
好ましい実施態様によれば、第一の電極は円筒状に、誘電層は円筒側面に中空円筒状に形成される。円筒状の電極は、パターン化された表面のほぼ垂直な側面領域が作られ、しかもその際円筒軸が基本パターンの表面、即ちエッチングされる金属層が配置されている面に対して垂直に延びるような異方性エッチングで作られるのがよい。この構成でもって誘電層は簡単に作られ、特に接続性が良くかつ所要空間の少ない点で優れている良好なコンデンサ装置が得られる。誘電層の回りには第二の電極が形成されている。
【００１４】
多数の第一の電極を備えたメモリフィールドにおいては、第二の電極は、多数の或いは全ての第一の電極に対して共通の対向電極として機能する金属層として形成される。好ましくは、接触部は電極の円筒軸方向端部に配置される。この構成はコンデンサへの好ましい通電路を形成する。
【００１５】
電極間の短絡を回避するために、第二の電極の高さは、好ましくは、第一の電極の高さより低くされる。このことは、例えば、第二の電極の上面が第一の電極の上面より深く削り取られることによって実現される。なお、第二の電極は研削或いはエッチングにより削り取るのがよい。
【００１６】
第二の電極の上面には、好ましくは、導電層が配置される。この発明の１つの実施態様において、この導電層は、例えばＭｏＳｉ₂ 、ＷＳｉ₂ 、ＴａＳｉ₂ 或いはＴａＳｉ₂ のような金属ケイ化物からなる。この導電層は第二の電極より低い抵抗を持つのが特に有利である。導電層の上にはさらにもう１つの導電層を配置することができる。この導電層は低抵抗であり、例えばアルミニウム或いは銅のような金属からなる。下側の導電層は上側の導電層に対する障壁層として機能する。異なる抵抗を持つ層構造は並列接続された抵抗を備えた構成に相当する。第二の電極と導電層、場合によってはもう１つの導電層の高さの和が第一の電極の高さより低いこともまた有効である。
【００１７】
この発明によるコンデンサは、請求項１３による方法により有利に作られる。この方法によれば、先ず金属層が基本パターンの上に設けられる。基本パターンは例えば導電路系である。この金属層は、第一の電極が生じ、そのエッチングされる表面にポリマー構造及び／又は金属のエッチング生成物が誘電層として形成されるようにエッチングされる。次いで第二の電極が設けられ、第一及び第二の電極は誘電層によって互いに分離される。
【００１８】
このような本発明によるコンデンサの製造方法によれば、金属層がエッチングされ、その場合エッチングされた表面に誘電層が形成され、この誘電層に接して第二の電極が配置される。従ってコンデンサはたったの２工程で作られる。従って著しい時間及びコストの節約が得られる。
【００１９】
これに適したエッチング及びエッチング媒体は既に冒頭に記載した。金属層は異方性にエッチングされ、その際誘電層が第一の電極の垂直側面に生ずるようにするのが好ましい。
【００２０】
上記の製造工程に続いて第二の電極の異方性エッチバック或いは研削バックが行われ、その際第二の電極の金属層が第一の電極のそれより深くエッチングされ、確実に第一の電極への短絡を回避する。その他に第二の電極には少なくとも１つの導電層が設けられる。
【００２１】
導電層の上に付加的な導電層が設けられる場合には、この導電層は、高い位置にある第一の電極への接触が中断されるまで、エッチング或いは研削により深く削り取るのがよい。導電層により非常に簡単に電極の接触部が作られる。導電層が多数の電極の上に延びているときには、簡単にこれらのコンデンサ電極の間の電気的な接続が実現される。
【００２２】
この発明による方法は個々のコンデンサを製造するためにだけでなく、特に例えば、多数の並列配置されたコンデンサとその他の部品とからなるメモリフィールドに配置される多数のコンデンサを同時に製造するためにも適している。
【００２３】
このようなメモリフィールドもまたこの発明の対象である。第二の電極、好ましくは多数の第一の電極に対して共通の対向電極として機能するのに合目的的な第二の電極の接触化のために、この発明の１つの有利な実施態様においては、接続フィールドが、ボンドワイヤの脚点のための充分なスペースを作るために、隣接する第一の電極の間の間隔を拡大することにより形成される。
【００２４】
【実施例】
以下に、この発明を添付の図面を参照して説明する。図示の実施例は、メモリフィールドを形成する多数のコンデンサを配置した形の集積回路を示す。コンデンサの下側にはトランジスタが配置されているが、図には示されていない。
【００２５】
以下に、この発明によるコンデンサを備えたマイクロパターンの集積回路の製造方法を図面により説明する。
【００２６】
図１に示されるように、導電路１０は集積回路の基本パターンを形成している。導電路１０の下には、トランジスタやその他の導電路のような他の部品（図示されず）が置かれている。図には３つの導電路１０が互いに均等間隔で並列配置されている。その上に次のパターンとして導電路１０の間の領域にそれぞれ１つの誘電層６が配置されている。誘電層６は以下では基本パターン誘電体と称することにする。その上に金属層１’が配置されている。基本パターン誘電体６は導電路１０の間の空間に配置され、金属層１’はそれらの間では導電路１０にまで達している。この部分２で電気的接触が行われている。金属層１’は比較的高く形成され、その表面は平坦である。金属層１’と導電路１０との間の接触部２のちょうど上側にレジストマスクのレジスト１１が配置される。
【００２７】
図２は製造工程の次の段階を示す。金属層１’の表面は異方性エッチングされているが、レジスト１１を備えた表面の範囲はエッチングされていない。金属層１’は図２に示す段階において基本パターン誘電体６までエッチングにより掘り下げられている。このようにして金属層１’から個々の第一の電極１が生ずる。その側面にはエッチング工程により誘電層３が形成され、この層３はエッチングガス及びエッチングの際のパラメータを適当に選択することによりその組成及び層厚を目的に合うように形成される。
【００２８】
それに続く工程段階でレジスト１１は除去され、もう１つの金属層５が集積回路パターンの上に形成される。図３に示すように、この金属層５は、その高さにおいて電極１の高さを越えるように形成されている。
【００２９】
図４は、金属層５がエッチバックされ、その表面７が第一の電極１の表面８の下にくるようになった製造段階を示す。誘電層３の上端９はこれにより露出される。金属層５（例えばタングステン）を上述のようにエッチバックすることにより第二の電極４が作られ、この電極４は多数の第一の電極１に対する共通の対向電極として機能する。第二の電極４の表面７には導電層としてケイ化物の薄膜１２が形成される。このケイ化物の薄膜１２の上には第二の低抵抗導電層１３が配置され、これは金属層５と同様に異方性エッチングで第一の電極１の表面８から除去され、ただ第二の電極のケイ化物を備えた範囲１２にわたって延びている。障壁層として作用する薄膜１２及び導電層１３は第二の電極４の金属層よりはるかに低抵抗である。
【００３０】
図５に示すように、この実施例では電極１及び４並びに誘電層３から形成されたコンデンサが規則的に配置されている。
【００３１】
図６は、多数のコンデンサを備えた構成の平面を示す。１４で示される範囲において隣接するコンデンサは大きな相互間隔を持ち、接続フィールドを形成している。この接続フィールド１４に例えばボンディングによりコンデンサの第二の電極４への接触部を形成することができる。
【００３２】
図７は、第二の電極４への接触方法を明示している。この接触化は接続フィールド１４にボンド接続を作ることにより行われる。ボンドワイヤ１５は、通常間隔の２つの電極１の間の空間領域より大きい面積を持っている接続フィールド１４に固定される。この構成の上にＩＭＯＸ（金属間酸化物）として形成されている誘電層１７が設けられている。接続フィールド１４はボンドワイヤ１５のための或いは次の金属面に対するバイア（ＶＩＡ）のための一種のパッド窓とみなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の電極をエッチングする前の集積回路の断面図。
【図２】第一の電極をエッチングにより形成した集積回路の断面図。
【図３】第二の電極を作るための金属層を形成した集積回路の断面図。
【図４】この発明によるコンデンサを備えた集積回路の断面図。
【図５】この発明によるコンデンサを備えた集積回路の平面図。
【図６】この発明によるコンデンサと接続フィールドとを備えた集積回路の平面図。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図。
【符号の説明】
１ 第一の電極
１’ 第一の電極を作るための金属層
２ 接触部
３ 誘電層
４ 第二の電極
５ 第二の電極を作るための金属層
６ 基本パターン誘電体
７ 金属層の表面
８ 第一の電極の表面
９ 誘電層の端部
１０ 導電路
１１ レジストマスクのレジスト
１２ ケイ化物の薄膜
１３ 第二の低抵抗の導電層
１４ 接続フィールド
１５ ボンディングワイヤ
１７ 誘電層

Claims (19)

1. 金属層（１’）をエッチングすることにより作られた円筒状の第一の電極（１）と、中空円筒状をなし、前記第一の電極（１）の回りに配置された誘電層（３）と、該誘電層（３）を取り囲む第二の電極（４）とを備え、
   前記誘電層（３）が金属層（１’）の化学的或いは物理化学的ドライエッチングの際に形成されるポリマー構造及び／又は金属の生成物のみからなることを特徴とするコンデンサ。
2. 誘電層（３）がハロゲン化炭化水素を含むエッチングガスを使用したエッチングの際に形成されるポリマー構造のみを含むことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。
3. 誘電層（３）が金属酸化物及び／又は金属ハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項１記載のコンデンサ。
4. 金属層（１’）と第一の電極（１）とが主としてタングステン、アルミニウム化合物或いは銅からなることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のコンデンサ。
5. 接触部が円筒軸の方向において電極（１、４）の端部に存在することを特徴とする請求項４記載のコンデンサ。
6. 第一の電極（１）が一面において円筒軸の方向に第二の電極（４）を越えていることを特徴とする請求項４又は５記載のコンデンサ。
7. 第二の電極（４）の表面上に、該電極（４）より低抵抗の導電層（１２）が配置されていることを特徴とする請求項６記載のコンデンサ。
8. 導電層（１２）が金属ケイ化物からなることを特徴とする請求項７記載のコンデンサ。
9. 導電層（１２）の表面上に前記第二の電極より低抵抗の付加的な導電層（１３）が配置されていることを特徴とする請求項７又は８記載のコンデンサ。
10. 付加的な導電層（１３）が金属からなることを特徴とする請求項９記載のコンデンサ。
11. 次の工程、即ち金属層（１’）を基本パターンの上に設け、金属層（１’）をエッチングすることで円筒状の第一の電極（１）を形成し、その際エッチングした表面にポリマー構造及び／又は金属のエッチング生成物のみからなる誘電層（３）を形成し、第二の電極（４）を、第一の電極（１）と第二の電極（４）とが誘電層（３）によって互いに分離されるように設けることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載のコンデンサの製造方法。
12. 金属層（１’）を化学的或いは化学物理的ドライエッチングにより異方性エッチングし、誘電層（３）が第一の電極（１）の垂直側面に形成することを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. エッチング媒体として１つ又は複数のハロゲン化炭化水素、１つ又は複数のハロゲン、１つ又は複数のハロゲン炭化水素、ホウ素、ケイ素或いはアンチモンの１つ又は複数のハロゲン化合物或いはこれらの化合物の混合物を含むエッチングガスを使用することを特徴とする請求項１１又は１２記載の方法。
14. 第二の電極（４）を、金属層として第一の電極（１）及び誘電層（３）の回りに形成することを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
15. 第二の電極（４）を、研削或いはエッチングにより、その高さが第一の電極（１）の高さより低くなるように削り取ることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 第二の電極（４）の上に導電層（１２）と、場合によっては付加的な導電層（１３）とを形成し、研削或いはエッチングにより、第二の電極（４）及び導電層（１２）並びに場合によっては付加的な導電層（１３）の高さが第一の電極（１）の高さより低くなるように削り取ることを特徴とする請求項１５記載の方法。
17. 多数のコンデンサが相並んで配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載のコンデンサを使用したメモリフィールド。
18. 第二の電極（４）の多数或いは全てが、メモリフィールドの多数或いは全ての第一の電極（１）に共通な対向電極として機能する金属層として形成されていることを特徴とする請求項１７記載のメモリフィールド。
19. 接続フィールド（１４）の範囲で隣接するコンデンサの間の間隔が拡大され、この接続フィールド（１４）にメモリフィールドの接触のための或いは隣接の金属層の接触のためのボンドワイヤ（１５）がボンディング結合されていることを特徴とする請求項１８記載のメモリフィールド。

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