JP5044930B2 - MIS type capacitor manufacturing method - Google Patents
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本発明は、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型コンデンサを製造する際に、チャージアップ現象により発生する誘電体の絶縁破壊を防止することが可能なMIS型コンデンサの製造方法に関する。 The present invention, in producing a MIS (Metal Insulator Semiconductor) capacitor, a method of manufacturing a M IS capacitor capable of preventing the dielectric breakdown caused by charge-up phenomenon.
図3は、従来のMIS型コンデンサの構造を示す断面図である。MIS型コンデンサ10は、P型シリコン基板11の上面の所定領域にN+型領域12がドーピングされ、このN+型領域12の上面の所定領域に誘電体膜13が形成され、この誘電体膜13以外の上面に熱酸化膜14が形成されている。更に、誘電体膜13の上に熱酸化膜14に所定領域はみ出て上部電極配線15が形成され、熱酸化膜14の上に上部電極配線15と絶縁状態で下部電極配線17が形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional MIS capacitor. In the
この下部電極配線17は、熱酸化膜14を貫通したビア(ビアホール)16を介してN+型領域12に接続状態で形成されている。なお、上部電極配線15及び下部電極配線17は、アルミニュウムなどの導電材料を用いて形成される。上部電極配線15及び下部電極配線17を上下電極15,17とも称す。
このような構造において、破線枠で囲む部分が上部電極配線15による金属と、誘電体膜13による絶縁体と、N+型領域12による半導体との3層構造のMIS構造部18となっている。
The
In such a structure, a portion surrounded by a broken line frame is a MIS structure portion 18 having a three-layer structure including a metal formed by the
次に、このような構造のMIS型コンデンサ10の上に、更に複数層の配線を形成する際の製造方法を、図4の(a)〜(f)を参照して説明する。
(a)に示すように、コンデンサ電極形成工程において、上記のMIS型コンデンサ10を形成する。
(b)に示すように、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法による第1のTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)層間膜形成工程において、(a)で形成されたMIS型コンデンサ10の上全面に第1のTEOS層間膜21を形成する。
Next, a manufacturing method for forming a plurality of layers of wiring on the
As shown in (a), in the capacitor electrode formation step, the
As shown in (b), in the first TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) interlayer film forming step by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), the first
(c)に示すように、層間ビア形成工程において、第1のTEOS層間膜21にビア22を形成する。これは、配線間の絶縁膜である第1のTEOS層間膜21の上にビア22の部分が開口した図示せぬフォトマスクを形成し、その開口部分のTEOS層間膜21をエッチングによって除去し、その後、フォトマスクを除去することによって形成する。
(d)に示すように、第2の配線生成膜工程において、ビア22が形成された第1のTEOS層間膜21の上に配線生成膜23を形成する。この配線生成膜23はビア22の中にも導入される。
As shown in (c),
As shown in (d), in the second wiring generation film process, a
(e)に示すように、第2の配線形成工程において、配線生成膜23をエッチングして所定レイアウトパターンの第2の配線23aを形成する。
(f)に示すように、第2のTEOS層間膜形成工程において、第2の配線23aを覆う全面に第2のTEOS層間膜24を形成し、MIS型コンデンサを製造する。
この種の従来のMIS型コンデンサとして、例えば特許文献1及び2に記載のものがある。
As shown in (f), in the second TEOS interlayer film forming step, the second
As this type of conventional MIS type capacitor, there are those described in Patent Documents 1 and 2, for example.
しかし、従来のMIS型コンデンサにおいては、(b)のTEOS層間膜形成工程において、TEOS成膜初期のプラズマ照射によって上部電極配線15に電荷がチャージアップし、このチャージアップした電荷数だけ誘電体膜13の直下に極性の異なる電荷が蓄積される。この現象によって、上下電極15,17間に電位差が生じ、この電位が誘電体膜13の絶縁破壊電位を上回る場合、絶縁破壊に至っていた。
However, in the conventional MIS type capacitor, in the TEOS interlayer film forming step (b), the
この絶縁破壊の防止策として主に次の2つがある。
1つ目は、チャージアップを発生させない方法であり、この具体的な手段として、チャージアップと相関関係にあるプラズマ密度を制御するための設備機構の改善や、製造条件の最適化が挙げられる。
2つ目は、チャージアップに耐えうる誘電体膜を形成する方法であり、この具体的な手段として、誘電体材料の変更や誘電体膜の厚膜化が挙げられる。一般的にMIS型コンデンサに用いられる誘電体材料には、シリコン酸化膜や窒化膜、金属酸化膜等がある。コンデンサの容量と絶縁耐圧の仕様により、材料や膜厚を変更する対策方法である。
There are mainly the following two measures for preventing this dielectric breakdown.
The first is a method that does not cause charge-up. Specific examples of this method include improvement of the equipment mechanism for controlling the plasma density that is correlated with charge-up and optimization of manufacturing conditions.
The second is a method of forming a dielectric film that can withstand charge-up. Specific examples of this method include changing the dielectric material and increasing the thickness of the dielectric film. Dielectric materials generally used for MIS type capacitors include silicon oxide films, nitride films, and metal oxide films. This is a measure to change the material and film thickness according to the specifications of the capacitor capacity and withstand voltage.
しかし、1つ目のチャージアップを発生させない方法を検討する場合、設備機構の改善や製造条件ごとに、素子良品率との相関を検証して行かなければならないため、膨大な費用と対策期間が必要となる。その上、最適化された設備や製造条件が必ずしも、製品毎に仕様の異なる素子に対し、マッチングするとは眼らない。
また、2つ目の誘電体材料や厚さを変更する方法を検討する場合についても、仕様に見合った材料を適用するためには、製造設備や製造条件の変更や、絶縁破壊に耐えうる膜厚を実験により検証する必要があり、これらについても膨大な費用と対策期間が必要となる。
However, when considering a method that does not cause the first charge-up, it is necessary to verify the correlation with the element non-defective rate for each improvement of the equipment mechanism and manufacturing conditions. Necessary. In addition, the optimized equipment and manufacturing conditions do not necessarily match elements with different specifications for each product.
In addition, when considering a second dielectric material and a method of changing the thickness, in order to apply a material that meets the specifications, a film that can withstand changes in manufacturing equipment and manufacturing conditions, and withstands dielectric breakdown. It is necessary to verify the thickness by experiment, and these also require enormous costs and a countermeasure period.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、長期の対策期間を必要とせず効率良く低コストでチャージアップによる誘電体の絶縁破壊を防止することができるMIS型コンデンサの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention, such has been made in view of the problems, the M IS-type capacitor due to charge-up efficiently low cost without a long-term measures periods Ru can prevent dielectric breakdown of the dielectric The object is to provide a manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1によるMIS型コンデンサの製造方法は、半導体基板上に半導体層を形成し、この上面に誘電体膜を介して第1の電極を形成し、この第1の電極と絶縁状態で前記半導体層に接続された第2の電極を、前記誘電体膜が形成される領域の外部に形成された絶縁膜の上に形成するMIS型コンデンサの製造方法において、前記第1及び第2の電極を形成する際に、当該第1及び第2の電極を導電状態に接続する短絡配線を前記絶縁膜の上に形成するステップと、前記ステップにおいて形成された前記短絡配線、前記第1電極及び前記第2の電極の上に、多層配線構造を形成するための絶縁層を形成し、該絶縁層に上下配線接続用のビアと共に開口部を形成し、前記ビア及び前記開口部の形成後に導電材料による配線層を形成し、該配線層をエッチングして配線を形成する際に、前記開口部から露出した前記短絡配線を、前記第1及び第2の電極が絶縁状態となるようにエッチングによって分断するステップと、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a MIS capacitor according to claim 1 of the present invention includes forming a semiconductor layer on a semiconductor substrate, forming a first electrode on the upper surface via a dielectric film, A method for manufacturing a MIS capacitor , wherein a second electrode connected to the semiconductor layer in an insulated state from the first electrode is formed on an insulating film formed outside a region where the dielectric film is formed. And forming the short-circuit wiring on the insulating film for connecting the first and second electrodes to the conductive state when forming the first and second electrodes; and An insulating layer for forming a multilayer wiring structure is formed on the short-circuit wiring, the first electrode, and the second electrode, and an opening is formed in the insulating layer together with a via for connecting upper and lower wirings, Conductive after formation of via and said opening When forming a wiring layer using a material and etching the wiring layer, the short-circuit wiring exposed from the opening is etched so that the first and second electrodes are in an insulating state. And a step of dividing .
この方法によれば、第1及び第2の電極形成後のMIS型コンデンサの上面に、多層配線構造とするための絶縁層を形成する場合、その絶縁層形成のためのプラズマ照射によって第1の電極に電荷がチャージアップし、誘電体膜の直下に電荷が蓄積される。しかし、この蓄積電荷が、半導体層を通って第2の電極から短絡配線を介して第1の電極へ流れるので、第1及び第2の電極間の電位差が略ゼロとなり、従来のように誘電体膜が絶縁破壊することが無くなる。 According to this method, when an insulating layer for forming a multilayer wiring structure is formed on the upper surface of the MIS capacitor after the formation of the first and second electrodes, the first irradiation is performed by plasma irradiation for forming the insulating layer. The charge is charged up on the electrode, and the charge is stored directly under the dielectric film. However, since this accumulated charge flows from the second electrode through the semiconductor layer to the first electrode via the short-circuit wiring, the potential difference between the first and second electrodes becomes substantially zero, so that the dielectric as in the prior art The body film will not break down.
また、本発明による請求項2によるMIS型コンデンサの製造方法は、請求項1において、前記短絡配線を形成する際に、前記第1及び第2の電極のパターンを転写するためのフォトマスクのレイアウトを前記短絡配線のパターンも転写できるように変更し、この変更されたフォトマスクによって前記第1及び第2の電極及び前記短絡配線を形成することを特徴とする。
この方法によれば、短絡配線を形成する際に、フォトマスクの若干の変更で済み、従来と同じ製造工程で実現することができるので、コストも殆どアップせず、効率良く形成することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a MIS capacitor according to the first aspect of the present invention, wherein a layout of a photomask for transferring a pattern of the first and second electrodes is formed when the short-circuit wiring is formed. Is changed so that the pattern of the short-circuit wiring can also be transferred, and the first and second electrodes and the short-circuit wiring are formed by the changed photomask.
According to this method, when the short-circuit wiring is formed, the photomask can be slightly changed and can be realized by the same manufacturing process as the conventional method. .
また、本発明による請求項3によるMIS型コンデンサの製造方法は、請求項1または2において、前記絶縁層に、上下配線接続用のビアと共に開口部を形成する際には、前記ビアを形成するためのフォトマスクのレイアウトを前記短絡配線の位置に貫通した開口部も形成できるレイアウトに変更し、この変更されたフォトマスクによって前記ビア及び前記開口部を形成し、前記ビア及び前記開口部の形成後に前記エッチングにて配線を形成する際には、前記開口部に充填された配線層を除去すると共に前記短絡配線を前記第1及び第2の電極が絶縁状態となるように分断することを特徴とする。
この方法によれば、短絡配線の形成後、第1及び第2の電極が絶縁状態となるように短絡配線を分断する場合も、従来と同製造工程において、フォトマスクの若干の変更で済むので、コストも殆どアップせず、効率良く分断することができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an MIS capacitor according to the first or second aspect , wherein the via is formed when the opening is formed in the insulating layer together with the via for connecting the upper and lower wirings. The layout of the photomask is changed to a layout that can also form an opening penetrating at the position of the short-circuit wiring, and the via and the opening are formed by the changed photomask, and the via and the opening are formed. in forming the wiring by the etching after, characterized in that said first and second electrodes of the shorting bar to remove the wiring layer filled in the opening is divided so that the insulating state And
According to this method, even when the short-circuit wiring is divided so that the first and second electrodes are in an insulated state after the short-circuit wiring is formed, the photomask can be slightly changed in the same manufacturing process as before. It can be divided efficiently with almost no increase in cost.
また、本発明による請求項4によるMIS型コンデンサの製造方法は、請求項3において、前記第4のステップにおける前記開口部に充填された配線層の除去及び前記短絡配線の分断の際のエッチングに、ドライエッチング又はエッチャンウェットエッチングを用いたことを特徴とする。
この方法によれば、開口部に配線層が充填されることによって、この部分の配線層が、絶縁層の上に形成された配線層の2倍以上の厚さになっているので、マージンを含め、エッチング時間を従来の2.5倍程度設ける必要が生じ、通常通りエッチングした場合、配線層の必要部分を損傷することもあるが、ドライエッチング又はエッチャンウェットエッチングを用いれば、配線層の必要部分を損傷することなく適正に短絡配線を除去して分断することが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a MIS capacitor according to the third aspect, wherein the wiring layer filled in the opening and the etching at the time of dividing the short-circuited wiring are performed in the fourth step. , Dry etching or etchant wet etching is used.
According to this method, since the opening is filled with the wiring layer, the wiring layer in this portion is more than twice as thick as the wiring layer formed on the insulating layer. In addition, the etching time needs to be about 2.5 times longer than usual, and when etching is performed as usual, the necessary portion of the wiring layer may be damaged, but if dry etching or etchant wet etching is used, the wiring layer is necessary. It becomes possible to remove the short-circuit wiring properly and divide without damaging the portion.
以上説明したように本発明によれば、長期の対策期間を必要とせず効率良く低コストでチャージアップによる誘電体の絶縁破壊を防止することができるという効果がある。 As described above, according to the present invention, there is an effect that dielectric breakdown due to charge-up can be prevented efficiently and at low cost without requiring a long measure period.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図1は、本発明の実施の形態に係るMIS型コンデンサの構造を示し、(a)は平面図、(b)は(a)に示すA1−A2断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, parts corresponding to each other in all the drawings in this specification are denoted by the same reference numerals, and description of the overlapping parts will be omitted as appropriate.
1A and 1B show a structure of a MIS capacitor according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG.
図1に示すMIS型コンデンサ30が、従来のMIS型コンデンサ10と異なる点は、熱酸化膜(絶縁膜)14の上に上部電極配線(第1の電極)15と下部電極配線(第2の電極)17とを導電状態に接続するショート回路配線(短絡配線)31を設けたことにある。
このショート回路配線31は、下部電極配線17の一端とこの一端に近い上部電極配線15の端とを接続するコ字形状を成し、このコ字形状の一辺がP型シリコン基板(半導体基板)11の一辺の近傍に配置される状態で形成されている。
The
The
このショート回路配線31の形成方法、並びにショート回路配線31を形成した後にMIS型コンデンサ30の上に更に複数層の配線を形成する際の製造方法を、図2の(a)〜(f)を参照して説明する。
(a)に示すように、コンデンサ電極形成工程において、ショート回路配線31を形成する。このショート回路配線31を形成する際の配線パターンは、上部電極配線15及び下部電極配線17のパターンを転写するためのフォトマスクのレイアウトを、ショート回路配線31のパターンも転写できるように変更して行う。これによって、従来と同じコンデンサ電極形成工程にて配線パターンを実現することができ、製造工程数も従来と同じ数で実現することができる。
A method for forming the
As shown to (a), the
(b)に示すように、第1のTEOS層間膜形成工程において、(a)の工程で形成されたMIS型コンデンサ30の上全面に第1のTEOS層間膜(絶縁層)21を形成する。従って、ショート回路配線31も第1のTEOS層間膜21にて覆われる。
このTEOS層間膜形成工程において従来は、前述したようにTEOS成膜初期のプラズマ照射によって上部電極配線15に電荷がチャージアップし、これによって誘電体膜13の直下に極性の異なる電荷が蓄積され、上下電極15,17間に生じた電位差によって誘電体膜13が絶縁破壊していた。
As shown in (b), in the first TEOS interlayer film forming step, a first TEOS interlayer film (insulating layer) 21 is formed on the entire upper surface of the
In this TEOS interlayer film forming step, conventionally, as described above, charges are charged up in the
しかし、本製造方法では、誘電体膜13の直下に蓄積した電荷が、下部電極配線17を通過しショート回路配線31を介して上部電極配線15へ流れるので、上下電極15,17間の電位差が略ゼロとなる。従って、誘電体膜13が絶縁破壊することが無くなる。
次に、(c)に示すように、層間ビア形成工程において、第1のTEOS層間膜21にビア22を形成する。この際、第1のTEOS層間膜21にショート回路配線31を除去するための開口部33を形成する。このショート回路配線31の除去は、全てを除去してもよいが、ショート回路配線31が分断状態となって上下電極15,17が絶縁状態となるように行えばよい。
However, in this manufacturing method, the electric charge accumulated immediately below the
Next, as shown in (c), vias 22 are formed in the first
更に、開口部33を形成するには、ビア22を開口するためのフォトマスクのレイアウトを、開口部33のパターンも転写できるように変更して行う。これによって、2つの開口形成部分のTEOS層間膜21をエッチングによって除去し、その後、フォトマスクを除去することによってビア16及び開口部33を形成する。つまり、従来と同じ層間ビア形成工程にて開口部33を形成することができる。
Further, the opening 33 is formed by changing the layout of the photomask for opening the via 22 so that the pattern of the opening 33 can be transferred. Thus, the
次に、(d)に示すように、第2の配線生成膜工程において、ビア22及び開口部33が形成された第1のTEOS層間膜21の上に配線生成膜23を形成する。この配線生成膜23はビア22及び開口部33の中にも導入される。
次に、(e)に示すように、第2の配線形成工程において、配線生成膜(配線層)23をエッチングして所定レイアウトパターンの第2の配線23aを形成するが、この際に、開口部33に充填された配線生成膜23と共にショート回路配線31も除去する。
Next, as shown in (d), in the second wiring generation film step, the
Next, as shown in (e), in the second wiring formation step, the wiring generation film (wiring layer) 23 is etched to form a
この除去する前の開口部33の金属膜厚は、第1のTEOS層間膜21の上に形成された配線生成膜23の金属膜厚の2倍以上の厚さになっている。そこで、マージンを含め、エッチング時間を従来の2.5倍程度設ける。エッチング手法には、ドライエッチングや、エッチャンウェットエッチングを用いている。この手法のエッチングによってショート回路配線31の除去が可能となる。この除去後は開口部34が形成される。
The metal film thickness of the opening 33 before the removal is more than twice the metal film thickness of the
そして、(f)に示すように、第2のTEOS層間膜形成工程において、第2の配線23aを覆う全面に第2のTEOS層間膜24を形成し、MIS型コンデンサを製造する。但し、第2のTEOS層間膜24の形成時に開口部34にも、その膜剤が充填される。
このような本実施の形態のMIS型コンデンサによれば、熱酸化膜14の上に上下電極15,17を導電状態に接続するショート回路配線31を設けたので、上下電極15,17を形成後にコンデンサ上面に第1のTEOS層間膜21を形成する際に次の効果を奏する。
Then, as shown in (f), in the second TEOS interlayer film forming step, the second
According to the MIS capacitor of this embodiment, since the
即ち、TEOS成膜初期のプラズマ照射によって上部電極配線15に電荷がチャージアップし、誘電体膜13の直下に電荷が蓄積されても、この蓄積電荷が、N+型領域12を通って下部電極配線17からショート回路配線31を介して上部電極配線15へ流れるので、上下電極15,17間の電位差が略ゼロとなり、従来のように誘電体膜13が絶縁破壊することが無くなる。
That is, even if charges are accumulated in the
また、ショート回路配線31を形成する場合、上下電極15,17のパターンを転写するためのフォトマスクのレイアウトを、ショート回路配線31のパターンも転写できるように変更すればよいので、従来と同じコンデンサ電極形成工程にて上下電極15,17を形成する際にショート回路配線31も形成することができる。従って、従来と同じ製造工程数で実現することができ、尚且つフォトマスクの若干の変更で済むので、コストも殆どアップせず、効率良く形成することができる。
When the
更に、ショート回路配線31の形成後、上下電極15,17が絶縁状態となるようにショート回路配線31を分断する場合も、従来と同製造工程において、フォトマスクの若干の変更と、配線金属である配線生成膜23のエッチング時間だけ変更すればよいので、コストも殆どアップせず、効率良く分断することができる。
また、そのショート回路配線31の分断は、(c)の層間ビア形成工程において、露出したショート回路配線31をレーザ光線によって焼き切ることで行ってもよい。更には、最終工程のダイシングでチップ分割する際にショート回路配線31を切断してもよい。このようにすれば、従来と同様に製造工程を変えずに、効率的且つローコストでショート回路配線31の除去が可能となる。
Further, even when the
Further, the
11 P型シリコン基板
12 N+型領域
13 誘電体膜
14 熱酸化膜
15 上部電極配線1
16,22 ビア
17 下部電極配線
18 MIS構造部
21 第1のTEOS層間膜
23 配線生成膜
23a 第2の配線
24 第2のTEOS層間膜
30 MIS型コンデンサ
31 ショート回路配線
33,34 開口部
11 P-type silicon substrate 12 N +
16, 22
Claims (4)
前記第1及び第2の電極を形成する際に、当該第1及び第2の電極を導電状態に接続する短絡配線を前記絶縁膜の上に形成するステップと、
前記ステップにおいて形成された前記短絡配線、前記第1電極及び前記第2の電極の上に、多層配線構造を形成するための絶縁層を形成し、該絶縁層に上下配線接続用のビアと共に開口部を形成し、前記ビア及び前記開口部の形成後に導電材料による配線層を形成し、該配線層をエッチングして配線を形成する際に、前記開口部から露出した前記短絡配線を、前記第1及び第2の電極が絶縁状態となるようにエッチングによって分断するステップと、
を含むことを特徴とするMIS型コンデンサの製造方法。 The semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate, in the upper surface through the dielectric film forming a first electrode, a second electrode connected to the semiconductor layer between the first electrode insulated, the In a method of manufacturing a MIS capacitor formed on an insulating film formed outside a region where a dielectric film is formed ,
Forming a short-circuit wiring on the insulating film to connect the first and second electrodes to a conductive state when forming the first and second electrodes;
An insulating layer for forming a multilayer wiring structure is formed on the short-circuited wiring, the first electrode, and the second electrode formed in the step, and an opening is formed in the insulating layer together with a via for connecting upper and lower wirings. Forming a wiring layer made of a conductive material after forming the via and the opening, and etching the wiring layer to form the wiring. Dividing by etching so that the first and second electrodes are in an insulating state;
A method for manufacturing a MIS type capacitor, comprising:
前記ビア及び前記開口部の形成後に前記エッチングにて配線を形成する際には、前記開口部に充填された配線層を除去すると共に前記短絡配線を前記第1及び第2の電極が絶縁状態となるように分断する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のMIS型コンデンサの製造方法。 When the opening is formed in the insulating layer together with the via for connecting the upper and lower wirings, the layout of the photomask for forming the via is changed to a layout that can also form the opening penetrating the position of the short-circuit wiring. Forming the via and the opening by the modified photomask;
In forming the wiring by the etching after formation of the vias and the opening, the first and second electrodes of the shorting bar to remove the wiring layer filled in the opening and insulated The manufacturing method of the MIS type capacitor according to claim 1, wherein the MIS type capacitor is divided.
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