JP6101162B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、MIM(Metal-Insulator-Metal)容量素子を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitive element.

従来、アナログ集積回路においては、MOS型の容量素子に比べて、容量のバイアス電圧依存性の少ないことや基板からのノイズの影響が受けにくいことから、多層配線上に形成されたMIM容量素子が用いられている。   Conventionally, in an analog integrated circuit, compared to a MOS type capacitive element, since the capacitance is less dependent on the bias voltage and is not easily affected by noise from the substrate, an MIM capacitive element formed on a multilayer wiring is not suitable. It is used.

MIM容量素子に対して要求される性能としては、(1)単位面積当たりの容量が大きいこと、(2)所望の電源電圧や動作環境に対して充分な信頼性を有していること、(3)ウェハー間やウェハー面内間等での絶対的な容量ばらつきが少ないこと、及び、(4)近接する2つ以上のMIM容量素子間の相対的なばらつきが少ないこと等が挙げられる。   The performance required for the MIM capacitive element includes (1) a large capacity per unit area, (2) sufficient reliability for a desired power supply voltage and operating environment, 3) There is little absolute capacitance variation between wafers or within a wafer surface, and (4) there is little relative variation between two or more adjacent MIM capacitor elements.

単位面積当たりの容量を大きくするためには、容量絶縁膜の厚さを薄くすることが一般的であるが、信頼性の低下を伴う。さらに、容量絶縁膜の厚さが薄いことにより、容量絶縁膜の形成時の膜厚ばらつきが大きくなったり、また、電極と絶縁膜の界面の影響を受けやすくなるため、絶縁膜のリーク電流が増加したりする。この結果、容量ばらつき及び素子間の相対的なばらつきも大きくなってしまう。   In order to increase the capacitance per unit area, it is common to reduce the thickness of the capacitive insulating film, but this involves a decrease in reliability. Furthermore, since the thickness of the capacitor insulating film is small, the film thickness variation during the formation of the capacitor insulating film becomes large, and it is easily affected by the interface between the electrode and the insulating film. Or increase. As a result, the capacitance variation and the relative variation between elements also increase.

MIM容量素子に用いられる容量絶縁膜は、アルミ系合金や銅配線上に形成されるため、400℃以下の温度で処理可能なプラズマ系CVDにより成膜されたシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜で形成されることが多い。しかしながら、この手法では堆積速度が早いため、容量絶縁膜の厚さが50nm以下では処理時間が短く、厚さ調整を行うための調整幅が荒くなってしまう場合がある。   Since the capacitor insulating film used for the MIM capacitor element is formed on an aluminum alloy or copper wiring, it is formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film formed by plasma CVD that can be processed at a temperature of 400 ° C. or lower. Often done. However, since the deposition rate is high in this method, when the thickness of the capacitive insulating film is 50 nm or less, the processing time is short, and the adjustment range for adjusting the thickness may become rough.

上記の問題を解決するための方法として、図9に示す構造のMIM容量素子が特許文献1に開示されている。図9に示すMIM容量素子は、絶縁膜300上に、下部電極301と中間電極304の間、及び上部電極307と中間電極304の間に夫々容量絶縁膜302、305を形成し、下部電極301と上部電極307を電気的に接続したものである。   As a method for solving the above problem, an MIM capacitor having a structure shown in FIG. In the MIM capacitor element shown in FIG. 9, capacitor insulating films 302 and 305 are formed on the insulating film 300 between the lower electrode 301 and the intermediate electrode 304 and between the upper electrode 307 and the intermediate electrode 304, respectively. And the upper electrode 307 are electrically connected.

この方法では、容量絶縁膜の耐圧、リーク特性、及び、製造時の堆積条件を保ったままで、単位面積当たりの容量を最大2倍にすることが可能となる。   In this method, the capacity per unit area can be doubled at the maximum while maintaining the breakdown voltage, leakage characteristics, and deposition conditions during manufacturing.

特開2004−200640号公報JP 2004-200640 A

しかし、上記特許文献1に記載の方法では、中間電極304の加工が必要なこと、及び、上部電極307の加工時に容量絶縁膜305をエッチングストップ膜として使用するため、工程の複雑化を伴う。また、容量絶縁膜305表面へのダメージが起こり得る。この結果、容量絶縁膜の種類が限定的になったり、耐圧やリーク電流特性の悪化が起こったりする問題がある。   However, in the method described in Patent Document 1, the processing of the intermediate electrode 304 is necessary, and the capacitive insulating film 305 is used as an etching stop film when the upper electrode 307 is processed, which complicates the process. Further, damage to the surface of the capacitor insulating film 305 can occur. As a result, there are problems in that the types of capacitive insulating films are limited, and the breakdown voltage and leakage current characteristics are deteriorated.

一方で、耐圧の向上に対しては、容量絶縁膜の膜厚を厚くすることで、1層で形成した場合と同等の単位面積当たりの容量を維持したままで最大2倍にまで向上できるに過ぎない。このため、例えば、1.8V系回路と20V系回路を混載したような集積回路では、両方の回路の要求を満たすようなMIM容量素子を実現するのは困難である。   On the other hand, to increase the breakdown voltage, by increasing the film thickness of the capacitive insulating film, it is possible to improve the maximum twice as much while maintaining the capacity per unit area equivalent to that formed by one layer. Not too much. For this reason, for example, in an integrated circuit in which a 1.8V system circuit and a 20V system circuit are mixedly mounted, it is difficult to realize an MIM capacitor that satisfies the requirements of both circuits.

本発明は、上記の状況を鑑み、容易で低コストな工程の追加のみで、高容量密度のMIM容量素子と、高容量精度若しくは高耐圧のMIM容量素子とを同一の基板上に混載可能とする半導体装置及びその製造方法を提供することをその目的とする。   In view of the above situation, the present invention allows a high-capacity density MIM capacitive element and a high-capacity-accuracy or high-withstand-voltage MIM capacitive element to be mounted on the same substrate only by adding an easy and low-cost process. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置は、半導体基板上に、上部電極と下部電極の間に狭持された容量絶縁膜の厚さが夫々異なる少なくとも2種類のMIM容量素子が設けられた半導体装置であって、
前記容量絶縁膜が、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜より上層に形成された第2の絶縁膜との厚膜で構成された第1のMIM容量素子と、
前記容量絶縁膜が、前記第2の絶縁膜のみで構成された第2のMIM容量素子と、を備え、
前記第1のMIM容量素子と前記第2のMIM容量素子の前記上部電極が夫々同一層で形成され、前記第1のMIM容量素子と前記第2のMIM容量素子の前記下部電極が夫々同一層で形成されていることを第1の特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention is provided with at least two types of MIM capacitor elements having different thicknesses of capacitor insulating films sandwiched between an upper electrode and a lower electrode on a semiconductor substrate. A semiconductor device comprising:
A first MIM capacitor element in which the capacitive insulating film is formed of a thick film of a first insulating film and a second insulating film formed above the first insulating film;
The capacitive insulating film comprises a second MIM capacitive element composed of only the second insulating film;
The upper electrodes of the first MIM capacitive element and the second MIM capacitive element are respectively formed in the same layer, and the lower electrodes of the first MIM capacitive element and the second MIM capacitive element are respectively in the same layer. The first feature is that it is formed by.

上記第1の特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、
前記容量絶縁膜が前記第1及び前記第2の絶縁膜で構成された厚膜部分と、前記容量絶縁膜が前記第2の絶縁膜のみで構成された薄膜部分とを含む第3のMIM容量素子を備え、
前記第1のMIM容量素子、前記第2のMIM容量素子、及び、前記第3のMIM容量素子の前記上部電極が夫々同一層で形成され、前記第1のMIM容量素子、前記第2のMIM容量素子、及び、前記第3のMIM容量素子の前記下部電極が夫々同一層で形成されていることを第2の特徴とする。
The semiconductor device according to the first aspect of the present invention further includes:
A third MIM capacitor including a thick film portion in which the capacitive insulating film is composed of the first and second insulating films, and a thin film portion in which the capacitive insulating film is composed only of the second insulating film. With elements,
The upper electrodes of the first MIM capacitive element, the second MIM capacitive element, and the third MIM capacitive element are formed in the same layer, respectively, and the first MIM capacitive element and the second MIM capacitive element A second feature is that the capacitive element and the lower electrode of the third MIM capacitive element are formed in the same layer.

上記第2の特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第3のMIM容量素子において、前記容量絶縁膜の前記厚膜部分が前記薄膜部分よりも前記第1のMIM容量素子側にあって、前記第1のMIM容量素子を囲むように環状に形成されていることを第3の特徴とする。   In the semiconductor device according to the second aspect of the present invention, in the third MIM capacitor, the thick film portion of the capacitor insulating film is closer to the first MIM capacitor element than the thin film portion. A third feature is that the first MIM capacitor element is formed in an annular shape so as to surround it.

上記第2又は第3の特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第3のMIM容量素子が、前記第1のMIM容量素子を囲む位置に環状に形成されていることを第4の特徴とする。   In the semiconductor device according to the second or third feature of the present invention, the fourth MIM capacitor element is further formed in an annular shape at a position surrounding the first MIM capacitor element. Features.

なお、ここで、第3のMIM容量素子(容量絶縁膜)が環状に形成されているとしたが、閉じたループを有するように形成されていれば、円環状や方形の環状に限定されるものではない。   Here, the third MIM capacitor element (capacitor insulating film) is formed in an annular shape. However, if the third MIM capacitor element (capacitor insulating film) is formed so as to have a closed loop, it is limited to an annular shape or a rectangular shape. It is not a thing.

上記第4の特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第3のMIM容量素子の前記下部電極と前記第1のMIM容量素子の前記下部電極が、連続して形成されている構成とすることができる。   In the semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention, the lower electrode of the third MIM capacitive element and the lower electrode of the first MIM capacitive element are formed continuously. can do.

上記第4の特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第3のMIM容量素子の前記下部電極と前記第1のMIM容量素子の前記下部電極が、分離形成されている構成とすることができる。   The semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention is configured such that the lower electrode of the third MIM capacitor and the lower electrode of the first MIM capacitor are separately formed. Can do.

上記第2乃至第4の何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第3のMIM容量素子の前記上部電極は、電圧が印加されないダミー電極であることを第5の特徴とする。   The semiconductor device according to the second to fourth aspects of the present invention is further characterized in that the upper electrode of the third MIM capacitor element is a dummy electrode to which no voltage is applied. To do.

上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第1のMIM容量素子を構成する前記上部電極の外周側部の下方において、前記下部電極上に前記第1の絶縁膜が形成されていることが好ましい。   The semiconductor device according to the present invention having any one of the first to fifth characteristics is further provided on the lower electrode below the outer peripheral side portion of the upper electrode constituting the first MIM capacitor element. It is preferable that one insulating film is formed.

上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第1の絶縁膜の膜材料若しくは膜厚の少なくとも何れか一方が、前記第2の絶縁膜と異なっていても良い。   In the semiconductor device according to the present invention having any one of the first to fifth features, at least one of a film material and a film thickness of the first insulating film is different from that of the second insulating film. May be.

上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の少なくとも何れか一方が、2種類以上の積層膜で形成されていても良い。   In the semiconductor device according to the present invention having any one of the first to fifth features, at least one of the first insulating film and the second insulating film is formed of two or more kinds of stacked films. May be.

上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係る半導体装置は、更に、前記下部電極及び前記上部電極の少なくとも何れか一方が、金属膜、半導体膜、若しくはこれらの膜の積層膜で形成されていても良い。   In the semiconductor device according to the first to fifth features of the present invention, at least one of the lower electrode and the upper electrode is a metal film, a semiconductor film, or a laminated film of these films. It may be formed.

上記目的を達成するための本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記第1乃至第5の何れかの特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法であり、
半導体基板上に、層間絶縁膜、及び第1の導電層を堆積する工程と、
第1の絶縁膜を堆積する工程と、
少なくとも第1形成領域の全面を覆い、第2形成領域を開口する所定のレジストパターンを用いて、前記第1の絶縁膜をパターニングする工程と、
第2の絶縁膜、及び第2の導電層を堆積する工程と、
少なくとも前記第1形成領域と前記第2形成領域の全面を覆う所定のレジストパターンを用いて、前記第2の絶縁膜及び前記第2の導電層を加工し、前記第2の導電層がパターニングされた上部電極を前記第1及び第2形成領域毎に分離形成する工程と、
少なくとも前記上部電極が形成された領域を覆う所定のレジストパターンを用いて、前記第1の導電層を加工し、前記第1の導電層がパターニングされた下部電極を形成する工程を有し、
前記第1形成領域内に、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜を容量絶縁膜とする第1のMIM容量素子、及び、前記第2形成領域内に、前記第2の絶縁膜のみを容量絶縁膜とする第2のMIM容量素子を、夫々形成することを第1の特徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention having any one of the first to fifth features,
Depositing an interlayer insulating film and a first conductive layer on the semiconductor substrate;
Depositing a first insulating film;
Patterning the first insulating film using a predetermined resist pattern covering at least the entire surface of the first formation region and opening the second formation region;
Depositing a second insulating film and a second conductive layer;
The second insulating film and the second conductive layer are processed using a predetermined resist pattern that covers at least the entire surfaces of the first formation region and the second formation region, and the second conductive layer is patterned. Separating the upper electrode for each of the first and second formation regions;
Processing the first conductive layer using a predetermined resist pattern covering at least a region where the upper electrode is formed, and forming a lower electrode in which the first conductive layer is patterned;
A first MIM capacitor element having the first insulating film and the second insulating film as a capacitive insulating film in the first forming region, and the second insulating film in the second forming region. The first feature is that the second MIM capacitor elements each having only a capacitor insulating film are formed.

上記第1の特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、更に、
前記第1の絶縁膜をパターニングする工程が、前記第1形成領域の全面を覆い、且つ、前記第1形成領域を超えて前記第1形成領域に隣接する第3形成領域の一部を覆うレジストパターンを用いて、前記第1の絶縁膜をパターニングする工程であり、
前記第2の絶縁膜及び前記第2の導電層の加工が、前記第3形成領域内に残存する前記第1の絶縁膜の周縁上に形成された前記第2の導電層及び前記第2の絶縁膜の段差部分を覆う所定のレジストパターンにより行われることで、前記第2の導電層がパターニングされた上部電極が前記第1〜第3形成領域毎に分離形成され、
前記第3形成領域内に、前記第1及び前記第2の絶縁膜を容量絶縁膜とする厚膜容量絶縁膜と前記第2の絶縁膜のみを容量絶縁膜とする薄膜容量絶縁膜とを有する第3のMIM容量素子を形成することを第2の特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention further comprises:
The step of patterning the first insulating film covers a whole surface of the first formation region and covers a part of a third formation region that is adjacent to the first formation region beyond the first formation region. Patterning the first insulating film using a pattern;
The processing of the second insulating film and the second conductive layer is performed by the second conductive layer and the second conductive layer formed on the periphery of the first insulating film remaining in the third formation region. By being performed with a predetermined resist pattern covering the step portion of the insulating film, the upper electrode on which the second conductive layer is patterned is separately formed for each of the first to third formation regions,
In the third formation region, a thick film capacitive insulating film having the first and second insulating films as a capacitive insulating film and a thin film capacitive insulating film having only the second insulating film as a capacitive insulating film are provided. A second feature is to form a third MIM capacitor element.

上記第2の特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、更に、前記第3形成領域が、前記第1形成領域の全外周を囲む環状の領域であることが好ましい。ここで、第3形成領域が環状の領域であるとは、第3形成領域が閉じたループを有していることを意味し、円環状や方形環状に限定されるものではない。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, it is preferable that the third formation region is an annular region surrounding the entire outer periphery of the first formation region. Here, the third forming region being an annular region means that the third forming region has a closed loop, and is not limited to an annular shape or a rectangular shape.

上記第2の特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、更に、前記下部電極を形成する工程において、前記第1形成領域上の前記第1の導電層と前記第3形成領域上の前記第1の導電層が分断されるように、前記第1の導電層のパターニングを行う構成とすることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, in the step of forming the lower electrode, the first conductive layer on the first formation region and the third formation region on the first formation region The first conductive layer may be patterned so that the first conductive layer is divided.

上記第1又は第2の特徴の本発明に係る半導体装置の製造方法は、更に、
前記第1の絶縁膜の堆積後、前記第2の絶縁膜を堆積する前に、前記第1形成領域に残存する前記第1の絶縁膜の膜厚を測定する工程と、
前記第1の絶縁膜の膜厚の測定値に応じて、前記第2の絶縁膜を堆積する工程において堆積する前記第2の絶縁膜の膜厚を設定する工程を有することを第3の特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the first or second feature of the present invention further comprises:
Measuring the film thickness of the first insulating film remaining in the first formation region after depositing the first insulating film and before depositing the second insulating film;
A third feature is the step of setting the thickness of the second insulating film to be deposited in the step of depositing the second insulating film in accordance with the measured value of the thickness of the first insulating film. And

本発明に依れば、第1のMIM容量素子は絶縁膜が厚く形成され、絶縁膜の形成時の膜厚ばらつきや電極界面の影響が少なくなるために、高容量精度、若しくは高耐圧となる。一方、第2のMIM容量素子は絶縁膜が薄く形成され、高容量密度になる。上記2種類の容量素子は、回路に応じて所望の特性を容易に作り分けることができる。   According to the present invention, the first MIM capacitor element is formed with a thick insulating film, and the influence of the film thickness variation and the electrode interface during the formation of the insulating film is reduced. . On the other hand, the second MIM capacitor element has a thin insulating film and a high capacity density. The two types of capacitive elements can easily produce desired characteristics according to the circuit.

このとき、第1のMIM容量素子に近接して、第3のMIM容量素子を形成することができる。第3のMIM容量素子は、パターニング後の第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を堆積した際に生じる段差部分に形成する。   At this time, a third MIM capacitor can be formed in the vicinity of the first MIM capacitor. The third MIM capacitor element is formed at a step portion generated when the second insulating film is deposited on the patterned first insulating film.

一実施形態において、第3のMIM容量素子は、かかる段差部分の上部電極を除去せず、敢えて残した結果として形成される。第3のMIM容量素子はダミーの素子であり、MIM容量素子としては使用されない。   In one embodiment, the third MIM capacitor element is formed as a result of leaving the upper electrode of the stepped portion without removing it. The third MIM capacitor element is a dummy element and is not used as an MIM capacitor element.

しかしながら、かかる段差部分の上部電極を除去せず、敢えて残存させたことにより、段差部分の上部電極をエッチング除去する際に生じるエッチング残渣の問題や、容量絶縁膜のダメージの問題を回避できる。これにより、第1及び第2のMIM容量素子は、信頼性の高く、ばらつきの少ない素子となる。回路上の用途に応じて、2種類のMIM容量素子を使い分けることにより、高機能な半導体装置を実現できる。   However, since the upper electrode in the step portion is not removed but left unintentionally, the problem of etching residue generated when the upper electrode in the step portion is removed by etching and the problem of damage to the capacitor insulating film can be avoided. As a result, the first and second MIM capacitive elements are highly reliable elements with little variation. A high-performance semiconductor device can be realized by properly using two types of MIM capacitor elements according to the application on the circuit.

本発明の一実施形態に係る半導体装置のデバイス構造を示す模式的断面図Schematic sectional view showing the device structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトを示すレイアウト図1 is a layout diagram showing a planar layout of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程断面図Schematic process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式的な工程断面図Schematic process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、第3のMIM容量素子を形成しない場合の問題点を示す工程断面図Process sectional drawing which shows a problem in the case of not forming the 3rd MIM capacity element in the manufacturing method of the semiconductor device concerning one embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る半導体装置のデバイス構造を示す模式的断面図Schematic sectional view showing the device structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention 本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面レイアウトを示すレイアウト図1 is a layout diagram showing a planar layout of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート1 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 従来のMIM容量素子の構造の一例を示す構造断面図Structural sectional view showing an example of the structure of a conventional MIM capacitor

〈第1実施形態〉
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置(以降、適宜「本発明装置1」と称する)及びその製造方法の構成につき、図面を参照して詳細に説明する。図1に、本発明装置1の断面構造の模式図を示す。図2に、本発明装置1の平面レイアウト図を示す。なお、図1は、図2のX−X’方向における構造断面図となる。また、図1に示す構造断面図、及び図2に示すレイアウト図では、適宜、要部を強調して表示されており、図面上の各構成要素の寸法の縮尺と実際の寸法の縮尺とは必ずしも一致するものではない。これは以降の構造断面図やレイアウト図についても同様とする。
<First Embodiment>
Hereinafter, a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, appropriately referred to as “present invention device 1”) and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, the schematic diagram of the cross-sectional structure of this invention apparatus 1 is shown. FIG. 2 shows a plan layout view of the device 1 of the present invention. 1 is a structural cross-sectional view in the XX ′ direction of FIG. In addition, in the structural cross-sectional view shown in FIG. 1 and the layout diagram shown in FIG. 2, the main parts are appropriately emphasized and displayed, and the scale of each component in the drawing and the actual scale It does not necessarily match. The same applies to the subsequent structural sectional views and layout diagrams.

図1及び図2において、第1形成領域A1(図2の点線で囲まれた領域)内に第1のMIM容量素子C1、第2形成領域A2内に第2のMIM容量素子C2、第3形成領域A3(図2の点線より外側の領域)内に第3のMIM容量素子C3が、夫々、半導体基板101の表面上に形成された絶縁膜102上に形成されている。かかる第1〜第3のMIM容量素子C1〜C3は、夫々が上部電極107と下部電極103の間に容量絶縁膜が狭持された構造を有し、第1〜第3のMIM容量素子C1〜C3の上部電極107は、同一層で形成されている。同様に、第1〜第3のMIM容量素子C1〜C3の下部電極103は、同一層で形成されている。   1 and 2, the first MIM capacitor C1 in the first formation region A1 (region surrounded by the dotted line in FIG. 2), the second MIM capacitor C2 in the second formation region A2, the third The third MIM capacitor element C3 is formed on the insulating film 102 formed on the surface of the semiconductor substrate 101 in the formation region A3 (region outside the dotted line in FIG. 2). Each of the first to third MIM capacitive elements C1 to C3 has a structure in which a capacitive insulating film is sandwiched between the upper electrode 107 and the lower electrode 103, and the first to third MIM capacitive elements C1. The upper electrode 107 of .about.C3 is formed of the same layer. Similarly, the lower electrodes 103 of the first to third MIM capacitive elements C1 to C3 are formed of the same layer.

第1のMIM容量素子C1は、容量絶縁膜が厚く形成された高容量精度若しくは高耐圧の素子であり、上部電極107と下部電極103の間に第1の容量絶縁膜104及び第2の容量絶縁膜106を狭持してなる。下部電極103上に第1の容量絶縁膜104が形成され、かかる第1の容量絶縁膜104上に第2の容量絶縁膜106が形成されている。したがって、第1のMIM容量素子C1を構成する容量絶縁膜は、第1の容量絶縁膜104及び第2の容量絶縁膜106からなる厚膜で構成されている。   The first MIM capacitor element C1 is a high-capacity precision or high breakdown voltage element in which a capacitor insulating film is formed thick, and the first capacitor insulating film 104 and the second capacitor are interposed between the upper electrode 107 and the lower electrode 103. The insulating film 106 is sandwiched. A first capacitor insulating film 104 is formed on the lower electrode 103, and a second capacitor insulating film 106 is formed on the first capacitor insulating film 104. Therefore, the capacitor insulating film constituting the first MIM capacitor element C1 is formed of a thick film including the first capacitor insulating film 104 and the second capacitor insulating film 106.

一方、第2のMIM容量素子C2は、容量絶縁膜が薄く形成された高容量密度の素子であり、上部電極107と下部電極103の間に第2の容量絶縁膜106を狭持してなる。したがって、第2のMIM容量素子C2を構成する容量絶縁膜は、第2の容量絶縁膜106のみである。   On the other hand, the second MIM capacitive element C2 is a high-capacity-density element in which the capacitive insulating film is thinly formed, and the second capacitive insulating film 106 is sandwiched between the upper electrode 107 and the lower electrode 103. . Therefore, the second capacitor insulating film 106 is the only capacitor insulating film constituting the second MIM capacitor element C2.

第1のMIM容量素子C1を囲む位置に、第3のMIM容量素子C3が配置されている。第3のMIM容量素子C3が形成される第3形成領域A3は、第1のMIM容量素子C1が形成される第1形成領域A1に隣接して、第1形成領域A1の全外周を囲むように、環状の閉じた領域となっている。第3のMIM容量素子C3を構成する容量絶縁膜は、第1の容量絶縁膜104及び第2の容量絶縁膜106からなる厚膜で構成された、第1MIM容量素子C1寄りに位置する環状の厚膜部分と、第2の容量絶縁膜106のみで構成された薄膜部分からなる。つまり、図1及び図2に示すように、かかる容量絶縁膜の厚膜部分は、環状の第3形成領域A3の内周側(第1形成領域A1側)に形成され、薄膜部分は、環状の第3形成領域A3の外周側に形成されている。   A third MIM capacitor element C3 is arranged at a position surrounding the first MIM capacitor element C1. The third formation region A3 where the third MIM capacitive element C3 is formed is adjacent to the first formation region A1 where the first MIM capacitive element C1 is formed and surrounds the entire outer periphery of the first formation region A1. In addition, it is an annular closed region. The capacitive insulating film constituting the third MIM capacitive element C3 is a ring-shaped annular film located near the first MIM capacitive element C1 made of a thick film composed of the first capacitive insulating film 104 and the second capacitive insulating film 106. It consists of a thick film portion and a thin film portion composed only of the second capacitive insulating film 106. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the thick film portion of the capacitive insulating film is formed on the inner peripheral side (first formation region A1 side) of the annular third formation region A3, and the thin film portion is annular. Is formed on the outer peripheral side of the third formation region A3.

第1及び第2のMIM容量素子C1、C2の下部電極103、及び、第1及び第2のMIM容量素子C1、C2の上部電極107は、夫々、層間絶縁膜109を貫通するコンタクトプラグ111を介して、上層配線112と接続される。一方、本実施形態において、第3のMIM容量素子はダミーの容量素子であり、容量素子としては使用しないため、第3のMIM容量素子C3の上部電極107は上層配線112と接続せず、電圧が印加されないフローティング状態としている。   The lower electrode 103 of the first and second MIM capacitive elements C1 and C2 and the upper electrode 107 of the first and second MIM capacitive elements C1 and C2 respectively have contact plugs 111 penetrating the interlayer insulating film 109. To the upper wiring 112. On the other hand, in the present embodiment, the third MIM capacitive element is a dummy capacitive element and is not used as a capacitive element. Therefore, the upper electrode 107 of the third MIM capacitive element C3 is not connected to the upper layer wiring 112, and the voltage Is in a floating state where no voltage is applied.

また、第1のMIM容量素子C1を構成する上部電極107の外周側部の下方には、下部電極103上に第1の容量絶縁膜104が残存しているが、第2の容量絶縁膜106が形成されていない領域が存在している。   In addition, the first capacitor insulating film 104 remains on the lower electrode 103 below the outer peripheral side portion of the upper electrode 107 constituting the first MIM capacitor element C1, but the second capacitor insulating film 106 is left. There is a region where is not formed.

以下に、図1に示す本発明装置1の製造方法につき、図面を参照して説明する。図3及び図4に、本発明装置1の製造方法を示す製造工程の模式的な工程断面図を示す。   Below, the manufacturing method of the device 1 of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings. 3 and 4 show schematic process cross-sectional views of the manufacturing process showing the manufacturing method of the device 1 of the present invention.

先ず、図3(a)に示すように、半導体基板101の表面上に絶縁膜102を第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積し、さらに、例えばPVD(Physical Vapor Deposition)法により、上層からTiN/Ti/AlCu/TiN/Tiの積層膜で構成された下部電極膜(第1の導電層)103を第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する。また、図示はしないが、通常、半導体基板101上であって絶縁膜102の下方には、トランジスタ等の素子や配線が形成される。   First, as shown in FIG. 3A, an insulating film 102 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 on the surface of the semiconductor substrate 101, and further, for example, by a PVD (Physical Vapor Deposition) method. A lower electrode film (first conductive layer) 103 composed of a laminated film of TiN / Ti / AlCu / TiN / Ti is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3. Although not shown, normally, elements such as transistors and wirings are formed on the semiconductor substrate 101 and below the insulating film 102.

次に、図3(b)に示すように、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、第1の容量絶縁膜104を、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する。ここでは、第1の容量絶縁膜104はシリコン酸化膜であり、その膜厚は20nm程度である。第1の容量絶縁膜104は単層の膜、あるいは2種類以上の絶縁膜材料を積層した積層膜であってもよい。   Next, as shown in FIG. 3B, the first capacitive insulating film 104 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3, for example, by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). Here, the first capacitor insulating film 104 is a silicon oxide film, and its film thickness is about 20 nm. The first capacitor insulating film 104 may be a single layer film or a stacked film in which two or more types of insulating film materials are stacked.

次に、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面をフォトレジスト105で覆う。そして、第1形成領域A1の全面を覆い、第2形成領域A2の全面を開口し、且つ、第1形成領域A1を超えて第1形成領域A1に隣接する第3形成領域A3の一部を覆うように、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてフォトレジスト105をパターニングする。このようにして形成されたレジストパターンを用いて、図3(c)に示すように、第1の容量絶縁膜104をドライエッチングにより除去し、下部電極膜103表面を露出させる。一方、第1形成領域A1の全面、及び第3形成領域A3の一部の第1形成領域A1に隣接する内周部には、第1の容量絶縁膜104を残存させる。これにより、図2の破線で囲まれた領域内において、第1の容量絶縁膜104がパターニングされ形成される。   Next, the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 is covered with a photoresist 105. Then, a part of the third formation region A3 that covers the entire surface of the first formation region A1, opens the entire surface of the second formation region A2, and is adjacent to the first formation region A1 beyond the first formation region A1. The photoresist 105 is patterned using a known photolithography technique and etching technique so as to cover it. Using the resist pattern thus formed, as shown in FIG. 3C, the first capacitor insulating film 104 is removed by dry etching, and the surface of the lower electrode film 103 is exposed. On the other hand, the first capacitor insulating film 104 is left on the entire surface of the first formation region A1 and the inner peripheral portion adjacent to the first formation region A1 in a part of the third formation region A3. Thus, the first capacitor insulating film 104 is patterned and formed in the region surrounded by the broken line in FIG.

その後、図4(a)に示すように、フォトレジスト105の除去後、プラズマCVD法により第2の容量絶縁膜106を、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する。ここでは、第2の容量絶縁膜106はシリコン酸化膜であり、その膜厚は20nm程度である。第2の容量絶縁膜106は単層の膜、あるいは2種類以上の絶縁膜材料を積層した積層膜であってもよい。さらに、第2の容量絶縁膜106上に、上層からTiN/Ti/AlCu/TiN/Tiの積層膜で構成された上部電極膜(第2の導電層)107を第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する。   Thereafter, as shown in FIG. 4A, after removing the photoresist 105, a second capacitive insulating film 106 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 by plasma CVD. Here, the second capacitor insulating film 106 is a silicon oxide film, and the thickness thereof is about 20 nm. The second capacitor insulating film 106 may be a single layer film or a laminated film in which two or more kinds of insulating film materials are laminated. Furthermore, an upper electrode film (second conductive layer) 107 composed of a laminated film of TiN / Ti / AlCu / TiN / Ti from the upper layer is formed on the second capacitor insulating film 106 in the first to third formation regions A1. Deposited on the entire surface of .about.A3.

このとき、第1形成領域A1の全部、及び、第3形成領域A3の一部に第1の容量絶縁膜104が形成されていることにより、第3形成領域A3内の第1の容量絶縁膜104の周縁(図2の破線部分)上において、第2の容量絶縁膜106及び上部電極膜107に段差が生じている。   At this time, the first capacitor insulating film 104 is formed in all of the first formation region A1 and part of the third formation region A3, so that the first capacitor insulation film in the third formation region A3 is formed. On the periphery of 104 (broken line portion in FIG. 2), a step is generated in the second capacitor insulating film 106 and the upper electrode film 107.

次に、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面をフォトレジスト108で覆う。そして、所定のパターンとなるように、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてフォトレジスト108をパターニングする。このようにして形成されたレジストパターンを用いて、図4(b)に示すように、第1の容量絶縁膜104が形成されていない領域の下部電極膜103が露出するまで、上部電極膜107、及び第2の容量絶縁膜106をドライエッチング法で除去する。このとき、第1の容量絶縁膜104が形成されている領域に対しては、第1の容量絶縁膜104の一部または全部の膜厚がオーバーエッチングされても構わない。   Next, the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 is covered with a photoresist 108. Then, the photoresist 108 is patterned using a known photolithography technique and etching technique so as to form a predetermined pattern. Using the resist pattern thus formed, as shown in FIG. 4B, the upper electrode film 107 is exposed until the lower electrode film 103 in the region where the first capacitor insulating film 104 is not formed is exposed. The second capacitor insulating film 106 is removed by a dry etching method. At this time, a part or all of the film thickness of the first capacitor insulating film 104 may be over-etched in the region where the first capacitor insulating film 104 is formed.

これにより、上部電極膜107、及び第2の容量絶縁膜106は、第1〜第3形成領域A1〜A3毎に分離形成される。上部電極膜(第2の導電層)107は、パターニングされた上部電極107となる。   Thereby, the upper electrode film 107 and the second capacitor insulating film 106 are separately formed for each of the first to third formation regions A1 to A3. The upper electrode film (second conductive layer) 107 becomes the patterned upper electrode 107.

その後、フォトレジスト108を除去した後、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面をフォトレジスト109で覆う。そして、上部電極107の形成領域を覆う所定のパターンとなるように、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてフォトレジスト109をパターニングする。このようにして形成されたレジストパターンを用いて、図4(c)に示すように、下部電極膜103をドライエッチング法で除去し、下部電極膜(第1の導電層)103をパターニングする。ここで、下部電極膜103は他の回路部分での配線としても使用することができるので、配線としても使用する場合は、このとき同時にパターニングを行う。   Then, after removing the photoresist 108, the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 is covered with the photoresist 109. Then, the photoresist 109 is patterned using a known photolithography technique and etching technique so as to form a predetermined pattern covering the formation region of the upper electrode 107. Using the resist pattern formed in this way, as shown in FIG. 4C, the lower electrode film 103 is removed by a dry etching method, and the lower electrode film (first conductive layer) 103 is patterned. Here, since the lower electrode film 103 can also be used as wiring in other circuit portions, patterning is performed at the same time when it is also used as wiring.

その後、フォトレジスト109の除去後さらに層間絶縁膜110を全面に堆積する。   Thereafter, an interlayer insulating film 110 is further deposited on the entire surface after removing the photoresist 109.

その後、層間絶縁膜110を貫通し、下部電極103又は上部電極107と接続するコンタクトホール111、及びコンタクトホール111上に上層配線112を形成し、図1に示す本発明装置1が製造される。   Thereafter, a contact hole 111 penetrating through the interlayer insulating film 110 and connected to the lower electrode 103 or the upper electrode 107, and an upper layer wiring 112 are formed on the contact hole 111, and the device 1 of the present invention shown in FIG. 1 is manufactured.

上記の本発明装置1の製造方法では、第3形成領域A3内の第2の容量絶縁膜106及び上部電極膜107の段差部分を覆うフォトレジスト108を用いて第2の容量絶縁膜106及び上部電極膜107を加工するため、図4(b)に示す工程の後であっても、段差部分の第2の容量絶縁膜106及び上部電極膜107はエッチング除去されることなく残存し、結果として第3のMIM容量素子が形成される。   In the manufacturing method of the device 1 of the present invention, the second capacitor insulating film 106 and the upper part are formed using the photoresist 108 that covers the step portion of the second capacitor insulating film 106 and the upper electrode film 107 in the third formation region A3. Since the electrode film 107 is processed, even after the step shown in FIG. 4B, the second capacitor insulating film 106 and the upper electrode film 107 at the stepped portion remain without being removed by etching, and as a result. A third MIM capacitor element is formed.

これに対し、段差部分の第2の容量絶縁膜106及び上部電極膜107をエッチング除去するとした場合、図4(b)の後、例えば図5(a)に示すような第3形成領域A3を開口するフォトレジスト108のパターンを用いて、段差部分のエッチングを行うことになる。   On the other hand, when the second capacitor insulating film 106 and the upper electrode film 107 in the step portion are removed by etching, a third formation region A3 as shown in FIG. 5A is formed after FIG. The step portion is etched using the pattern of the photoresist 108 that opens.

ところが、かかる段差部分の上部電極膜107は、平面部分と比較して垂直方向の膜厚が厚く形成される。このため、平面部分の厚さ相当分をエッチングする条件で上部電極膜107をエッチングすると、段差部分において上部電極膜107の残渣120が残存してしまう。この状況を図5(b)に示す。特に、上部電極膜107のエッチングは異方性エッチングで行われるため、段差部分に残渣120が残りやすい。   However, the upper electrode film 107 in the step portion is formed to have a greater thickness in the vertical direction than the flat portion. For this reason, if the upper electrode film 107 is etched under the condition of etching the portion corresponding to the thickness of the planar portion, the residue 120 of the upper electrode film 107 remains in the stepped portion. This situation is shown in FIG. In particular, since the etching of the upper electrode film 107 is performed by anisotropic etching, the residue 120 tends to remain in the stepped portion.

残渣120を完全に取り除くために、エッチングを続けると、図5(c)に示すように、マスクとなるフォトレジスト108が目減り又は無くなったり、下地膜(ここでは、第2の容量絶縁膜106)の目減り及びダメージが発生したりし、この結果、形成される第1及び第2のMIM容量素子の特性や信頼性が悪化し、素子間のばらつきが大きくなるといった問題が生じる。   If the etching is continued to completely remove the residue 120, the photoresist 108 serving as a mask may be lost or lost as shown in FIG. 5C, or a base film (in this case, the second capacitive insulating film 106). As a result, the characteristics and reliability of the first and second MIM capacitor elements to be formed are deteriorated, and there is a problem that variations between the elements are increased.

しかしながら、本発明装置1では、第2の容量絶縁膜106及び上部電極膜107のエッチング工程において段差部分の上部電極膜107を除去しないこととしたことにより、第3のMIM容量素子が別途形成されるものの、第1及び第2のMIM容量素子としては、信頼性の高く、ばらつきの少ない素子を実現できる。   However, in the device 1 of the present invention, since the upper electrode film 107 at the step portion is not removed in the etching process of the second capacitor insulating film 106 and the upper electrode film 107, a third MIM capacitor element is separately formed. However, as the first and second MIM capacitor elements, highly reliable elements with little variation can be realized.

〈第2実施形態〉
以下に、本発明の一実施形態に係る半導体装置(以降、適宜「本発明装置2」と称する)及びその製造方法の構成につき、図面を参照して詳細に説明する。図6に、本発明装置2の断面構造の模式図を示す。図7に、本発明装置2の平面レイアウト図を示す。なお、図7は、図6のX−X’方向における構造断面図となる。
Second Embodiment
Hereinafter, a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “the inventive device 2” as appropriate) and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 6, the schematic diagram of the cross-section of this invention apparatus 2 is shown. FIG. 7 shows a plan layout view of the device 2 of the present invention. 7 is a structural cross-sectional view in the XX ′ direction of FIG.

本発明装置2は、本発明装置1では第1のMIM容量素子C1及び第3のMIM容量素子C3間で連続して一体形成されていた下部電極103を、第1のMIM容量素子C1及び第3のMIM容量素子C3間で分離形成するようにしたものであり、他の特徴については本発明装置1と略同様である。   The device 2 of the present invention uses the lower electrode 103 that is continuously formed integrally between the first MIM capacitor C1 and the third MIM capacitor C3 in the device 1 of the present invention, as the first MIM capacitor C1 and the first MIM capacitor C1. The three MIM capacitive elements C3 are separated from each other, and the other features are substantially the same as those of the device 1 of the present invention.

図6及び図7に示すように、第1形成領域A1内に第1のMIM容量素子C1、第2形成領域A2内に第2のMIM容量素子C2、第3形成領域A3内に第3のMIM容量素子C3が、夫々、半導体基板101の表面上に形成された絶縁膜102上に形成されている。かかる第1〜第3のMIM容量素子C1〜C3は、夫々が上部電極107と下部電極103の間に容量絶縁膜が狭持された構造を有しているが、本発明1と同様、容量絶縁膜の構成が夫々異なっている。第1のMIM容量素子C1を構成する容量絶縁膜は、第1の容量絶縁膜104及び第2の容量絶縁膜106からなる厚膜で構成されている。これに対し、第2のMIM容量素子C2を構成する容量絶縁膜は、第2の容量絶縁膜106のみである。第1のMIM容量素子C1を囲むように配置された第3のMIM容量素子C3を構成する容量絶縁膜は、第1の容量絶縁膜104及び第2の容量絶縁膜106からなる厚膜で構成された、第1のMIM容量素子C1寄り(内周側)に位置する環状の厚膜部分と、第2の容量絶縁膜106のみで構成された外周側の薄膜部分からなる。   As shown in FIGS. 6 and 7, the first MIM capacitor C1 in the first formation region A1, the second MIM capacitor C2 in the second formation region A2, and the third MIM in the third formation region A3. The MIM capacitor element C3 is formed on the insulating film 102 formed on the surface of the semiconductor substrate 101, respectively. Each of the first to third MIM capacitive elements C1 to C3 has a structure in which a capacitive insulating film is sandwiched between the upper electrode 107 and the lower electrode 103. The structure of the insulating film is different. The capacitive insulating film constituting the first MIM capacitive element C1 is formed of a thick film composed of the first capacitive insulating film 104 and the second capacitive insulating film 106. On the other hand, the second capacitor insulating film 106 is the only capacitor insulating film constituting the second MIM capacitor element C2. The capacitive insulating film constituting the third MIM capacitive element C3 disposed so as to surround the first MIM capacitive element C1 is formed of a thick film made up of the first capacitive insulating film 104 and the second capacitive insulating film 106. The annular thick film portion located closer to the first MIM capacitive element C1 (inner peripheral side) and the outer peripheral thin film portion constituted only by the second capacitive insulating film 106.

本発明装置2は、第1のMIM容量素子C1及び第3のMIM容量素子C3との間で下部電極103が分離形成されているため、第1のMIM容量素子C1は、第3のMIM容量素子C3による寄生容量の影響を受けない。このため、本発明装置1と比較して寄生容量が少なく、より高容量精度の第1のMIM容量素子C1を実現できる。しかしながら、第1のMIM容量素子C1と第3のMIM容量素子C3との間に、下部電極103を分離するためのスペース(図7の分離領域121)が必要であり、面積的に不利となる。   In the device 2 of the present invention, since the lower electrode 103 is separately formed between the first MIM capacitor element C1 and the third MIM capacitor element C3, the first MIM capacitor element C1 has the third MIM capacitor element C1. It is not affected by the parasitic capacitance due to the element C3. For this reason, the first MIM capacitive element C1 with less parasitic capacitance and higher capacitance accuracy than the device 1 of the present invention can be realized. However, a space (isolation region 121 in FIG. 7) for separating the lower electrode 103 is required between the first MIM capacitive element C1 and the third MIM capacitive element C3, which is disadvantageous in terms of area. .

これに対し、本発明装置1では、第1のMIM容量素子C1は、第3のMIM容量素子C3による寄生容量の影響を受けるため、本発明装置2と比較して容量精度に劣るが、素子占有面積の点で有利となる。したがって、第1のMIM容量素子C1については、本発明装置1の構成を採用するか、本発明装置2の構成を採用するかを、用途に応じて使い分けることができる。   On the other hand, in the device 1 of the present invention, the first MIM capacitor element C1 is affected by the parasitic capacitance due to the third MIM capacitor element C3. This is advantageous in terms of occupied area. Therefore, for the first MIM capacitor element C1, it is possible to use either the configuration of the inventive device 1 or the configuration of the inventive device 2 depending on the application.

本発明装置2の製造方法は、図4(c)において、第1形成領域A1と第3形成領域A3の境界線上に開口部を有するようにフォトレジスト109をパターニングし、下部電極膜103をエッチングすることを除き、上述した本発明装置1の製造方法とほぼ同様であり、詳細な説明を割愛する。   In the manufacturing method of the device 2 of the present invention, in FIG. 4C, the photoresist 109 is patterned so as to have an opening on the boundary line between the first formation region A1 and the third formation region A3, and the lower electrode film 103 is etched. Except for this, it is almost the same as the manufacturing method of the device 1 of the present invention described above, and a detailed description is omitted.

〈第3実施形態〉
以下に、本発明装置1又は2の製造方法の一実施形態について、詳細に説明する。図8は本実施形態における本発明装置1又は2の製造方法の工程順を示すフローチャートである。図8に示す製造方法は、図3、図4に示した製造方法において、第1の容量絶縁膜104の加工後、形成された第1の容量絶縁膜104の膜厚を測定し、測定された膜厚に応じて堆積する第2の容量絶縁膜106の膜厚を調整する工程(ステップS206、S207)を追加したものである。以下に、図8とともに、図3、図4の工程図を適宜参照し、本実施形態の製造方法につき説明する。
<Third Embodiment>
Below, one Embodiment of the manufacturing method of this invention apparatus 1 or 2 is described in detail. FIG. 8 is a flowchart showing the process sequence of the method for manufacturing the device 1 or 2 of the present invention in the present embodiment. The manufacturing method shown in FIG. 8 is the same as the manufacturing method shown in FIGS. 3 and 4 except that the thickness of the first capacitor insulating film 104 formed after the processing of the first capacitor insulating film 104 is measured. Steps (steps S206 and S207) for adjusting the film thickness of the second capacitor insulating film 106 to be deposited according to the film thickness are added. Hereinafter, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to the process diagrams of FIGS. 3 and 4 as well as FIG.

先ず、半導体基板101の表面上に絶縁膜102を第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する(ステップS201)。このとき、半導体基板101上には、トランジスタ等の素子や配線が予め形成されていてもよい。   First, the insulating film 102 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 on the surface of the semiconductor substrate 101 (step S201). At this time, an element such as a transistor or a wiring may be formed over the semiconductor substrate 101 in advance.

次に、下部電極膜を(第1の導電層)103を第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する(ステップS202)。このときの状態が図3(a)に対応する。   Next, a lower electrode film (first conductive layer) 103 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 (step S202). The state at this time corresponds to FIG.

次に、第1の容量絶縁膜104を、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積する(ステップS203)。このときの状態が図3(b)に対応する。   Next, the first capacitor insulating film 104 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 (step S203). The state at this time corresponds to FIG.

次に、フォトレジスト105をパターニングして、第1の容量絶縁膜104を加工し(ステップS204)、第1形成領域A1の全面、及び第3形成領域A3の一部の第1形成領域A1に隣接する内周部(図2、図7の破線で示す領域)に、第1の容量絶縁膜104を残存させる。このときの状態が図3(c)に対応する。その後、フォトレジスト105を除去する(ステップS205)。   Next, the photoresist 105 is patterned to process the first capacitive insulating film 104 (step S204), and the entire first formation region A1 and a part of the first formation region A1 of the third formation region A3 are formed. The first capacitor insulating film 104 is left in the adjacent inner peripheral portion (the region indicated by the broken line in FIGS. 2 and 7). The state at this time corresponds to FIG. Thereafter, the photoresist 105 is removed (step S205).

その後、追加ステップS206では、ステップS204〜S205で形成された第1の容量絶縁膜104の膜厚を測定する。かかる膜厚の測定には、光学的手法(例えば、反射率分光法)を用いることができる。   Thereafter, in an additional step S206, the film thickness of the first capacitive insulating film 104 formed in steps S204 to S205 is measured. An optical method (for example, reflectance spectroscopy) can be used for measuring the film thickness.

そして、その後の追加ステップS207では、測定された第1の容量絶縁膜104の膜厚値に応じて、次工程において堆積する第2の容量絶縁膜106の膜厚を調整し、第1の容量絶縁膜104と第2の容量絶縁膜106による合成容量が設定値となるように、第2の容量絶縁膜106の膜厚を設定する。第1の容量絶縁膜104と第2の容量絶縁膜106が同一の膜材料で形成される場合は、単純に厚さの合計が設定値となるように、第2の容量絶縁膜106の膜厚を設定すればよい。   In the subsequent additional step S207, the film thickness of the second capacitor insulating film 106 deposited in the next process is adjusted according to the measured film thickness value of the first capacitor insulating film 104, and the first capacitor The film thickness of the second capacitor insulating film 106 is set so that the combined capacitance of the insulating film 104 and the second capacitor insulating film 106 becomes a set value. When the first capacitor insulating film 104 and the second capacitor insulating film 106 are formed of the same film material, the film of the second capacitor insulating film 106 is simply set so that the total thickness becomes a set value. What is necessary is just to set thickness.

その後、ステップS207で設定された膜厚で、第2の容量絶縁膜106を、第1〜第3形成領域A1〜A3の全面に堆積し、第2の容量絶縁膜106上に、上部電極膜(第2の導電層)107を全面に堆積する(ステップS208)。このときの状態が図4(a)に対応する。   Thereafter, the second capacitor insulating film 106 is deposited on the entire surface of the first to third formation regions A1 to A3 with the film thickness set in step S207, and the upper electrode film is formed on the second capacitor insulating film 106. (Second conductive layer) 107 is deposited on the entire surface (step S208). The state at this time corresponds to FIG.

次に、フォトレジスト108をパターニングして、上部電極膜107及び第2の容量絶縁膜106を加工する(ステップS209)。このときの状態が図4(b)に対応する。   Next, the photoresist 108 is patterned to process the upper electrode film 107 and the second capacitor insulating film 106 (step S209). The state at this time corresponds to FIG.

次に、フォトレジスト108を除去した後、フォトレジスト109をパターニングして、下部電極膜103を加工する(ステップS210)。このときの状態が図4(c)に対応する。   Next, after removing the photoresist 108, the photoresist 109 is patterned to process the lower electrode film 103 (step S210). The state at this time corresponds to FIG.

その後、層間絶縁膜110を全面に堆積し、下部電極103又は上部電極107と接続するコンタクトホール111、及び、コンタクトホール111上に上層配線112を形成して(ステップS211)、図1に示す本発明装置1、又は図6に示す本発明装置2が製造される。   Thereafter, an interlayer insulating film 110 is deposited on the entire surface, a contact hole 111 connected to the lower electrode 103 or the upper electrode 107, and an upper layer wiring 112 are formed on the contact hole 111 (step S211), and the book shown in FIG. The inventive device 1 or the inventive device 2 shown in FIG. 6 is manufactured.

本実施形態の製造方法では、第1の容量絶縁膜104の堆積後に、堆積された第1の容量絶縁膜104の膜厚を測定し、測定された膜厚値に応じて、堆積する第2の容量絶縁膜106の膜厚を調整することにより、第1のMIM容量素子C1の容量精度をより高めることができる。   In the manufacturing method of the present embodiment, after the first capacitive insulating film 104 is deposited, the thickness of the deposited first capacitive insulating film 104 is measured, and the second deposited according to the measured thickness value. By adjusting the film thickness of the capacitor insulating film 106, the capacitance accuracy of the first MIM capacitor element C1 can be further increased.

なお、上記実施形態では、第1の容量絶縁膜104の膜厚の測定(ステップS206)を第1の容量絶縁膜104を加工し(ステップS204)、フォトレジスト105を除去した(ステップS205)後に行うとしたが、第1の容量絶縁膜104を全面に堆積した(ステップS203)直後に行うものとしてもよい。この場合、第2の容量絶縁膜106の膜厚の設定(ステップS207)は、ステップS204、S205の前か後かを問わず、第1の容量絶縁膜104の膜厚の測定(ステップS206)より後、第2の容量絶縁膜106の堆積(ステップS208)より前に行えばよい。   In the above embodiment, the measurement of the thickness of the first capacitor insulating film 104 (step S206) is performed after the first capacitor insulating film 104 is processed (step S204) and the photoresist 105 is removed (step S205). However, it may be performed immediately after the first capacitor insulating film 104 is deposited on the entire surface (step S203). In this case, the setting of the film thickness of the second capacitor insulating film 106 (step S207) is performed before or after steps S204 and S205, regardless of whether the film thickness of the first capacitor insulating film 104 is measured (step S206). Further, it may be performed before the deposition of the second capacitor insulating film 106 (step S208).

また、上記第1〜第3実施形態では、第1の容量絶縁膜104と第2の容量絶縁膜106は同一の膜材料(シリコン酸化膜)で同一の膜厚としたが、必ずしも同一の材料又は同一の膜厚にする必要はない。例えば、第1の容量絶縁膜104は上層よりシリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層膜、第2の容量絶縁膜はシリコン酸化膜のみの単層膜としてもよく、材料や膜厚の組合せは用途等に応じて自由に選択できる。また、容量絶縁膜の成膜方法についてもCVD法、PVD法に限られず、下部電極表面を酸化させる手法等を適宜使用することができる。同様に、下部電極103、上部電極107を形成する材料についても、導電性を有している限り、各種の金属膜や半導体膜、又はそれら2種類以上を組み合わせた積層膜であってもよく、その成膜方法についてもCVD法やPVD法に限られるものではない。   In the first to third embodiments, the first capacitor insulating film 104 and the second capacitor insulating film 106 have the same film material (silicon oxide film) and the same film thickness. Or it is not necessary to make it the same film thickness. For example, the first capacitor insulating film 104 may be a laminated film of silicon nitride film / silicon oxide film from the upper layer, and the second capacitor insulating film may be a single-layer film including only a silicon oxide film. It can be freely selected according to etc. Further, the method for forming the capacitive insulating film is not limited to the CVD method and the PVD method, and a method for oxidizing the surface of the lower electrode can be appropriately used. Similarly, the material forming the lower electrode 103 and the upper electrode 107 may be various metal films and semiconductor films, or a laminated film combining two or more of them as long as it has conductivity. The film forming method is not limited to the CVD method or the PVD method.

以上、本発明によれば、高容量精度若しくは高耐圧の第1のMIM容量素子C1と、高容量密度の第2のMIM容量素子C2を同一の基板上に混載可能とし、且つ、第1及び第2のMIM容量素子C1及びC2は、信頼性が高く、素子間ばらつきの少ない素子となる。回路上の用途に応じて、2種類のMIM容量素子を使い分けることにより、高機能な半導体装置を実現できる。   As described above, according to the present invention, the first MIM capacitor element C1 having high capacity accuracy or high breakdown voltage and the second MIM capacitor element C2 having high capacity density can be mixedly mounted on the same substrate, and the first and The second MIM capacitance elements C1 and C2 are elements with high reliability and little variation between elements. A high-performance semiconductor device can be realized by properly using two types of MIM capacitor elements according to the application on the circuit.

本発明は、半導体装置としての利用が可能であり、特に容量絶縁膜の厚さが異なる2種類以上のMIM容量素子を同一基板上に設けてなる半導体装置、好ましくはアナログ集積回路に利用可能である。   The present invention can be used as a semiconductor device, and in particular, can be used in a semiconductor device, preferably an analog integrated circuit, in which two or more types of MIM capacitor elements having different thicknesses of capacitive insulating films are provided on the same substrate. is there.

1、2: 本発明の一実施形態に係る半導体装置(本発明装置)
101: 半導体基板
102、300: 絶縁膜
103: 下部電極(第1の導電層)
104: 第1の容量絶縁膜
105、108、109: フォトレジスト
106: 第2の容量絶縁膜
107: 上部電極(第2の導電層)
110、306: 層間絶縁膜
111: コンタクトプラグ
112: 上層配線
120: エッチング残渣
121: 分離領域
301: 下部電極
302、305: 容量絶縁膜
304: 中間電極
307: 上部電極
A1: 第1形成領域
A2: 第2形成領域
A3: 第3形成領域
C1: 第1のMIM容量素子
C2: 第2のMIM容量素子
C3: 第3のMIM容量素子
1, 2: A semiconductor device according to an embodiment of the present invention (device of the present invention)
101: Semiconductor substrate 102, 300: Insulating film 103: Lower electrode (first conductive layer)
104: first capacitive insulating film 105, 108, 109: photoresist 106: second capacitive insulating film 107: upper electrode (second conductive layer)
110, 306: Interlayer insulation film 111: Contact plug 112: Upper layer wiring 120: Etching residue 121: Isolation region 301: Lower electrode 302, 305: Capacitance insulation film 304: Intermediate electrode 307: Upper electrode A1: First formation region A2: Second formation region A3: Third formation region C1: First MIM capacitor C2: Second MIM capacitor C3: Third MIM capacitor

Claims (5)

半導体基板上に、上部電極と下部電極の間に狭持された容量絶縁膜の厚さが夫々異なる少なくとも2種類のMIM容量素子が設けられた半導体装置であって、
前記容量絶縁膜が、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜より上層に形成された第2の絶縁膜との厚膜で構成された第1のMIM容量素子と、
前記容量絶縁膜が、前記第2の絶縁膜のみで構成された第2のMIM容量素子と、
前記容量絶縁膜が前記第1及び前記第2の絶縁膜で構成された厚膜部分と、前記容量絶縁膜が前記第2の絶縁膜のみで構成された薄膜部分とを含む第3のMIM容量素子と、を備え、
前記第1のMIM容量素子、前記第2のMIM容量素子、及び、前記第3のMIM容量素子の前記上部電極が夫々同一層で形成され、前記第1のMIM容量素子、前記第2のMIM容量素子、及び、前記第3のMIM容量素子の前記下部電極が夫々同一層で形成されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which at least two types of MIM capacitance elements having different thicknesses of capacitive insulating films sandwiched between an upper electrode and a lower electrode are provided on a semiconductor substrate,
A first MIM capacitor element in which the capacitive insulating film is formed of a thick film of a first insulating film and a second insulating film formed above the first insulating film;
A second MIM capacitive element in which the capacitive insulating film is composed only of the second insulating film;
A third MIM capacitor including a thick film portion in which the capacitive insulating film is composed of the first and second insulating films, and a thin film portion in which the capacitive insulating film is composed only of the second insulating film. An element,
The upper electrodes of the first MIM capacitive element, the second MIM capacitive element, and the third MIM capacitive element are formed in the same layer, respectively, and the first MIM capacitive element and the second MIM capacitive element A semiconductor device, wherein a capacitor element and the lower electrode of the third MIM capacitor element are formed in the same layer.
前記第3のMIM容量素子において、前記容量絶縁膜の前記厚膜部分が前記薄膜部分よりも前記第1のMIM容量素子側にあって、前記第1のMIM容量素子を囲むように環状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   In the third MIM capacitor element, the thick film portion of the capacitor insulating film is closer to the first MIM capacitor element than the thin film portion, and is formed in an annular shape so as to surround the first MIM capacitor element. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed. 前記第1の絶縁膜の膜材料若しくは膜厚の少なくとも何れか一方が、前記第2の絶縁膜と異なることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of a film material and a film thickness of the first insulating film is different from that of the second insulating film. 請求項1〜3の何れか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、
半導体基板上に、層間絶縁膜、及び第1の導電層を堆積する工程と、
第1の絶縁膜を堆積する工程と、
第1形成領域の全面を覆い、第2形成領域の全面を開口し、且つ、前記第1形成領域を超えて前記第1形成領域に隣接する第3形成領域の一部を覆うレジストパターンを用いて、前記第1の絶縁膜をパターニングする工程と、
第2の絶縁膜、及び第2の導電層を堆積する工程と、
少なくとも前記第3形成領域内に残存する前記第1の絶縁膜の周縁上に形成された前記第2の導電層及び前記第2の絶縁膜の段差部分を覆うレジストパターンを用いて、前記第2の絶縁膜及び前記第2の導電層を加工し、前記第2の導電層がパターニングされた上部電極を前記第1〜第3形成領域毎に分離形成する工程と、
少なくとも前記上部電極が形成された領域を覆うレジストパターンを用いて、前記第1の導電層を加工し、前記第1の導電層がパターニングされた下部電極を形成する工程を有し、
前記第1形成領域内に、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜を容量絶縁膜とする第1のMIM容量素子、前記第2形成領域内に、前記第2の絶縁膜のみを容量絶縁膜とする第2のMIM容量素子、及び、前記第3形成領域内に、前記第1及び前記第2の絶縁膜を容量絶縁膜とする厚膜容量絶縁膜と前記第2の絶縁膜のみを容量絶縁膜とする薄膜容量絶縁膜とを有する第3のMIM容量素子を、夫々形成することを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Depositing an interlayer insulating film and a first conductive layer on the semiconductor substrate;
Depositing a first insulating film;
A resist pattern that covers the entire surface of the first formation region, opens the entire surface of the second formation region, and covers a part of the third formation region that is adjacent to the first formation region beyond the first formation region is used. Patterning the first insulating film;
Depositing a second insulating film and a second conductive layer;
Using the resist pattern covering at least the step portion of the second conductive layer and the second insulating film formed on the periphery of the first insulating film remaining in the third forming region. Processing the insulating film and the second conductive layer, and separately forming an upper electrode on which the second conductive layer is patterned for each of the first to third formation regions;
Processing the first conductive layer using a resist pattern that covers at least the region where the upper electrode is formed, and forming a lower electrode patterned with the first conductive layer;
A first MIM capacitor element having the first insulating film and the second insulating film as a capacitive insulating film in the first forming region, and only the second insulating film in the second forming region. A second MIM capacitor element that is a capacitive insulating film, and a thick capacitive insulating film that uses the first and second insulating films as a capacitive insulating film and the second insulating film in the third formation region A third MIM capacitor element having a thin film capacitor insulating film having only a capacitor insulating film as a capacitor insulating film is formed.
前記第1の絶縁膜の堆積後、前記第2の絶縁膜を堆積する前に、前記第1形成領域に残存する前記第1の絶縁膜の膜厚を測定する工程と、
前記第1の絶縁膜の膜厚の測定値に応じて、前記第2の絶縁膜を堆積する工程において堆積する前記第2の絶縁膜の膜厚を設定する工程を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
Measuring the film thickness of the first insulating film remaining in the first formation region after depositing the first insulating film and before depositing the second insulating film;
The method further comprises a step of setting a thickness of the second insulating film to be deposited in the step of depositing the second insulating film in accordance with a measured value of the thickness of the first insulating film. Item 5. A method for manufacturing a semiconductor device according to Item 4.
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