JP6555084B2 - Capacitance element and method for manufacturing the capacitance element - Google Patents
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Description
本発明は、容量素子及び容量素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a capacitive element and a method for manufacturing the capacitive element.
半導体集積回路等の半導体装置においては、半導体基板に電子回路を構成するための容量素子が設けられている場合がある。容量素子は、一般的に、容量が小さければ面積は狭くて済むが、容量が大きくなると広い面積が必要となる。しかしながら、半導体装置は、一般的に、小型化が求められているため、容量の大きな容量素子が必要とされる半導体装置においても、容量素子を狭い領域に形成することが求められる。尚、半導体デバイスに形成されるキャパシタとしては、金属/絶縁膜/金属(MIM構造)を積層することにより形成されたものが開示されている(例えば、特許文献1)。 In a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit, a capacitor element for forming an electronic circuit may be provided on a semiconductor substrate. In general, the capacitance element has a small area if the capacitance is small, but a large area is required if the capacitance is large. However, since semiconductor devices are generally required to be downsized, even in a semiconductor device that requires a capacitive element with a large capacity, it is required to form the capacitive element in a narrow region. As a capacitor formed in a semiconductor device, a capacitor formed by stacking metal / insulating film / metal (MIM structure) is disclosed (for example, Patent Document 1).
ところで、絶縁膜の材料を変更することなく容量素子の容量を大きくする方法としては、絶縁膜を薄くする方法と、絶縁膜が形成される面積を広くする方法とがある。絶縁膜は、CVD(chemical vapor deposition)により成膜することにより、ある程度は薄くすることが可能であるが限界がある。従って、容量の大きな容量素子を形成する場合には、面積の狭い領域に形成することは困難であり、容量素子の小型化にも限界がある。 By the way, as a method of increasing the capacitance of the capacitor without changing the material of the insulating film, there are a method of thinning the insulating film and a method of widening the area where the insulating film is formed. The insulating film can be thinned to some extent by forming it by CVD (chemical vapor deposition), but there is a limit. Therefore, when forming a capacitor element having a large capacity, it is difficult to form the capacitor element in a small area, and there is a limit to downsizing the capacitor element.
このため、面積の狭い領域に形成することのできる容量の大きな容量素子が求められている。 For this reason, there is a demand for a capacitor having a large capacity that can be formed in a small area.
本実施の形態の一観点によれば、基体と、一方の面より前記基体に埋め込まれた第1の埋込電極と、他方の面より前記基体に埋め込まれた第2の埋込電極と、前記第2の埋込電極の底に形成された第1の誘電体膜と、前記第1の埋込電極の底に形成された第2の誘電体膜と、前記基体の内部において、前記第1の埋込電極と前記第2の埋込電極との間に形成された第3の誘電体膜と、を有し、前記第1の誘電体膜は、前記一方の面に露出しており、前記第2の誘電体膜は、前記他方の面に露出していることを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, a base, a first embedded electrode embedded in the base from one surface, a second embedded electrode embedded in the base from the other surface, A first dielectric film formed on the bottom of the second buried electrode; a second dielectric film formed on the bottom of the first buried electrode; and possess a third dielectric film formed between said one of the buried electrode second buried electrode, the first dielectric film is exposed to the one surface , the second dielectric film is characterized that you have exposed to the other surface.
開示の容量素子によれば、面積の狭い領域に容量の大きな容量素子を形成することができる。 According to the disclosed capacitive element, a capacitive element having a large capacitance can be formed in a region having a small area.
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
〔第1の実施の形態〕
(容量素子)
第1の実施の形態における容量素子について、図1及び図2に基づき説明する。図1は、本実施の形態における容量素子の厚さ方向における断面図であり、図2は、容量素子の面方向、即ち、図1における1点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面図である。
[First Embodiment]
(Capacitance element)
The capacitive element according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view in the thickness direction of a capacitive element in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a plane direction of the capacitive element, that is, a one-dot chain line 1A-1B in FIG.
本実施の形態における容量素子は、基板等により形成された基体100の一方の面100aの第1の開口部に埋め込まれた第1の埋込電極110と、他方の面100bの第2の開口部に埋め込まれた第2の埋込電極120とを有している。尚、第1の埋込電極110は、バリアシードメタル層111を介して第1の開口部に埋め込まれており、第2の埋込電極120は、バリアシードメタル層121を介して第2の開口部に埋め込まれている。基体100には、一方の面100aに露出している第1の誘電体膜131と、他方の面100bに露出している第2の誘電体膜132と、基体100の内部に形成された第3の誘電体膜133とを有している。これらの誘電体膜の一部又は全部は、容量素子の誘電体層となるものであり、図1に示される容量素子においては、第3の誘電体膜133が容量素子の誘電体層となる。本実施の形態においては、第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132、第3の誘電体膜133は、絶縁体である酸化シリコンにより形成されている。尚、第1の誘電体膜131及び第3の誘電体膜133は、誘電体として品質の高いシリコンの熱酸化膜により形成されている。
The capacitive element in the present embodiment includes a first embedded
第1の誘電体膜131は、他方の面100bより形成されている第2の埋込電極120の底120aにバリアシードメタル層121を介して形成されており、一方の面100aに露出している。第2の誘電体膜132は、一方の面100aより形成されている第1の埋込電極110の底110aにバリアシードメタル層111を介して形成されており、他方の面100bに露出している。
The first
従って、第2の埋込電極120は他方の面100bに露出しており、一方の面100aの側は、第1の誘電体膜131に覆われている。また、第1の埋込電極110は一方の面100aに露出しており、他方の面100bの側は、第2の誘電体膜132に覆われている。第3の誘電体膜133は、基体100の内部において、バリアシードメタル層111、121を介して第1の埋込電極110と第2の埋込電極120との間に形成されている。
Therefore, the second embedded
本実施の形態においては、第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132及び第3の誘電体膜133は一体となっており、第1の誘電体膜131と第3の誘電体膜133とは繋がっており、第2の誘電体膜132と第3の誘電体膜133とは繋がっている。本実施の形態における容量素子は、第1の埋込電極110、第2の埋込電極120及び第1の埋込電極110と第2の埋込電極120との間に挟まれた第3の誘電体膜133により形成される。第3の誘電体膜133は、基体100の面に対し垂直方向に広がるように形成されており、基体100の面に対し垂直方向における第3の誘電体膜133の面積が、容量素子の誘電体層の面積となる。従って、基体100の面の面積の狭い領域において、容量の大きな容量素子を形成することができる。
In the present embodiment, the first
本実施の形態における容量素子は、一方の面100aに露出している第1の埋込電極110同士を不図示の配線等により接続し、他方の面100bに露出している第2の埋込電極120同士を不図示の配線等により接続することが可能である。これにより、容量素子における容量を更に増やすことができる。また、一方の面100aには、絶縁体となる第1の誘電体膜131が形成されているため、第1の誘電体膜131の上にも配線等を形成することにより、一方の面100aに露出している第1の埋込電極110同士を容易に接続することができる。また、他方の面100bには、絶縁体となる第2の誘電体膜132が形成されているため、第2の誘電体膜132の上に配線等を形成することにより、他方の面100bに露出している第2の埋込電極120同士を容易に接続することができる。
In the capacitive element in the present embodiment, the first embedded
本実施の形態における容量素子は、図2に示されるように、容量素子の面方向における断面が、第1の埋込電極110と第2の埋込電極120とが交互に入り込んだクシバ型に形成されているが、図3に示されるように、同心円状に形成してもよい。具体的には、図3に示されるように、図1における1点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面が同心円となるように形成してもよい。図3に示される容量素子は、中心部分に第1の埋込電極110が形成されており、この第1の埋込電極110の周囲に第2の埋込電極120が形成されており、この第2の埋込電極120の周囲に第1の埋込電極110が形成されており、同心円となっている。尚、この場合にも、第3の誘電体膜133は、バリアシードメタル層111、121を介して第1の埋込電極110と第2の埋込電極120との間に形成される。
As shown in FIG. 2, the capacitive element in the present embodiment has a cross-section in the plane direction of the capacitive element in a comb-bar type in which the first embedded
(容量素子の製造方法)
次に、本実施の形態における容量素子の製造方法について説明する。本実施の形態における容量素子の製造方法は、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いた製造方法である。
(Capacitance element manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the capacitive element in this embodiment will be described. The manufacturing method of the capacitive element in this embodiment is a manufacturing method using an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
最初に、図4(a)に示すように、SOI基板101の表面に、レジストパターン141を形成する。SOI基板101は、シリコン(Si)基板102の上に、BOX層と呼ばれる酸化シリコン層103、シリコン層104が順に積層して形成されている基板である。酸化シリコン層103の厚さは約1μmであり、シリコン層104の厚さは100μm〜200μmである。レジストパターン141は、一方の面100aとなる側のSOI基板101のシリコン層104の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより形成する。形成されたレジストパターン141は、第1の埋込電極110が形成される領域に開口部141aを有している。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4(b)に示すように、レジストパターン141が形成されていない領域のシリコン層104をドライエッチングにより除去し、更に、レジストパターン141を除去する。具体的には、レジストパターン141が形成されていない領域のシリコン層104を深掘りRIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより除去することにより、一方の面100aに第1の開口部105を形成する。第1の開口部105は、レジストパターン141の開口部141aにおけるシリコン層104を除去し、底面において酸化シリコン層103が露出するまでエッチングを行うことにより形成する。形成される第1の開口部105の幅は30μm〜100μmとなり、隣り合う第1の開口部105と第1の開口部105との間隔は32μm〜102μmとなるように形成する。ドライエッチングでは、用いられるエッチングガスにより選択エッチングが可能であることから、このドライエッチングにおいては、シリコンはエッチングされるが、酸化シリコンはエッチングされにくいエッチングガスを用いている。よって、第1の開口部105を形成する際のエッチングは、酸化シリコン層103がエッチングストッパ層となり、酸化シリコン層103の表面が露出した状態でエッチングが停止する。従って、形成された第1の開口部105は、底面105aが酸化シリコン層103により形成されており、側面105bがシリコン層104により形成されている。この後、レジストパターン141は有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、露出しているシリコン層104を熱酸化することにより、第1の誘電体膜131及び第3の誘電体膜133を形成する。具体的には、一方の面100aにおけるシリコン層104の表面を熱酸化することにより、第1の誘電体膜131を形成し、第1の開口部105の側面105bのシリコン層104を熱酸化することにより、第3の誘電体膜133を形成する。熱酸化により形成された第1の誘電体膜131及び第3の誘電体膜133は、膜厚が約1μmである。このように形成された第3の誘電体膜133により、本実施の形態における容量素子の誘電体層が形成される。尚、第2の誘電体膜132は、酸化シリコン層103により形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the exposed
次に、図5(a)に示すように、第1の開口部105に金属を埋め込むことにより第1の埋込電極110を形成する。具体的には、一方の面100aの側の第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132、第3の誘電体膜133の上に、スパッタリングによりバリアメタルとメッキシードメタル層(バリアシードメタル層)111を成膜する。この後、メッキによりバリアシードメタル層111の上に金属膜を形成し、第1の開口部105よりも外のバリアシードメタル層及び金属膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)等により除去する。これにより、第1の開口部105内に埋め込まれた第1の埋込電極110を形成する。バリアシードメタル層111は、Ti膜またはTiN膜等を膜厚が100nm〜200nm、Cu(銅)膜等を膜厚が100nm〜200nmとなるように成膜することにより形成されており、第1の埋込電極110は、Cu(銅)等により形成されている。これにより、一方の面100aに露出している第1の埋込電極110を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5A, the first embedded
次に、図5(b)に示すように、SOI基板101の裏面のシリコン基板102を研削等により除去し、酸化シリコン層103を露出させ、露出した酸化シリコン層103の上に、レジストパターン142を形成する。レジストパターン142は、酸化シリコン層103の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより形成する。形成されたレジストパターン142は、第2の埋込電極120が形成される領域に開口部142aを有している。即ち、第2の埋込電極120が形成されるシリコン層104が残存している領域に開口部142aを有している。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図5(c)に示すように、レジストパターン142が形成されていない領域の酸化シリコン層103及びシリコン層104をドライエッチングにより除去することにより第2の開口部106を形成し、更に、レジストパターン142を除去する。具体的には、レジストパターン142が形成されていない領域の酸化シリコン層103を及びシリコン層104を深掘りRIE等のドライエッチングにより除去することにより、第2の開口部106を形成する。ドライエッチングでは、最初に酸化シリコンをエッチングするためのエッチングガスを用いて開口部142aにおける酸化シリコン層103を除去し、この後、シリコンを除去するためのエッチングガスを用いて開口部142aにおけるシリコン層104を除去する。第2の開口部106は、レジストパターン142の開口部142aにおいて、第1の誘電体膜131及び第3の誘電体膜133が露出するまでエッチングによりシリコン層104を除去することにより形成する。これにより、他方の面100bに第2の開口部106が形成される。このようにして形成された第2の開口部106は、底面106aが第1の誘電体膜131により形成されており、側面106bが第3の誘電体膜133により形成されている。また、このドライエッチングにより、レジストパターン141の開口部141aにおける酸化シリコン層103が除去されるため、残存している酸化シリコン層103により、第2の誘電体膜132が形成される。この後、レジストパターン142は有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、図6に示すように、第2の開口部106に金属を埋め込むことにより第2の埋込電極120を形成する。具体的には、他方の面100bの側の第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132、第3の誘電体膜133の上に、スパッタリングによりバリアメタルとメッキシードメタル層(バリアシードメタル層)121を成膜する。この後、メッキによりバリアシードメタル層121の上に金属膜を形成し、第2の開口部106よりも外のバリアシードメタル層及び金属膜をCMP等により除去することにより、第2の開口部106内に埋め込まれた第2の埋込電極120を形成する。これにより、他方の面100bに露出している第2の埋込電極120が形成される。バリアシードメタル層121は、Ti膜またはTiN膜等を膜厚が100nm〜200nm、Cu(銅)膜等を膜厚が100nm〜200nmとなるように成膜することにより形成されており、第2の埋込電極120は、Cu(銅)等により形成されている。
Next, as shown in FIG. 6, the second embedded
以上の工程により、本実施の形態における容量素子を作製することができる。尚、誘電体膜131,132、133の誘電率や膜厚を調整するために、バリアシードメタル層111、121を形成する前に、CVD等により、SiN、SiON,SiO2などの誘電体を積層してもよい。また、バリアシードメタル層111、121は、Ti膜、TiN膜以外にもTa膜、TaN膜等により、また、Cu膜以外にもAu膜等により形成してもよい。また、第1の埋込電極110及び第2の埋込電極120は、Cu(銅)以外にも、Au(金)等により形成してもよい。
Through the above steps, the capacitor in this embodiment can be manufactured. In order to adjust the dielectric constant and film thickness of the
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態における容量素子について、図7に基づき説明する。本実施の形態における容量素子は、一方の面100aに形成された第1の電極210と、他方の面100bに形成された第2の電極220とを有している。第1の電極210は、一方の面100aの第1の開口部を埋め込むことにより形成された複数の第1の埋込電極110と、第1の埋込電極110同士を接続する第1の接続電極211とを有しており一体となっている。第2の電極220は、他方の面100bの第2の開口部を埋め込むことにより形成された複数の第2の埋込電極120と、第2の埋込電極120同士を接続する第2の接続電極221とを有しており一体となっている。尚、第1の接続電極211は、第1の誘電体膜131の上にバリアシードメタル層111を介して形成されており、第2の接続電極221は、第2の誘電体膜132の上にバリアシードメタル層121を介して形成されている。
[Second Embodiment]
A capacitive element according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The capacitive element in the present embodiment has a
本実施の形態では、第1の誘電体膜131は、第2の電極220の第2の埋込電極120と、第1の電極210の第1の接続電極211との間に、バリアシードメタル層111、121を介し形成されている。第2の誘電体膜132は、第1の電極210の第1の埋込電極110と、第2の電極220の第2の接続電極221との間に、バリアシードメタル層111、121を介し形成されている。第3の誘電体膜133は、基体100の内部において、第1の埋込電極110と第2の埋込電極120との間に、バリアシードメタル層111、121を介し形成されている。
In the present embodiment, the
従って、本実施の形態においては、第1の電極210と第2の電極220との間には、バリアシードメタル層111、121を介して、第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132及び第3の誘電体膜133が形成されており、これらが容量素子の誘電体層となっている。よって、第1の実施の形態における容量素子よりも、第1の誘電体膜131及び第2の誘電体膜132の分だけ、容量を増やすことができる。
Therefore, in the present embodiment, the
次に、本実施の形態における容量素子の製造方法について説明する。本実施の形態における容量素子は、第1の実施の形態における容量素子を製造する際に、第1の開口部105よりも外の金属膜及び第2の開口部106よりも外の金属膜を除去する工程を省くことにより製造することができる。
Next, a method for manufacturing the capacitive element in this embodiment will be described. The capacitor element according to the present embodiment has a metal film outside the
具体的には、第1の実施の形態における図4(c)に示す工程の後、図8(a)に示すように、一方の面100aに第1の電極210を形成する。即ち、一方の面100aの側の第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132、第3の誘電体膜133の上に、スパッタリングによりバリアシードメタル層111を成膜する。この後、バリアシードメタル層111の上にメッキにより金属膜を形成することにより、一方の面100aに第1の電極210を形成する。これにより、第1の開口部105がバリアシードメタル層111を介して金属により埋め込まれて第1の埋込電極110が形成され、第1の誘電体膜131の上には、バリアシードメタル層111を介して第1の埋込電極110同士を接続する第1の接続電極211が形成される。このように形成された第1の埋込電極110と第1の接続電極211とにより第1の電極210が形成される。尚、第1の電極210は、Cu(銅)等により形成されている。
Specifically, after the step shown in FIG. 4C in the first embodiment, as shown in FIG. 8A, the
次に、図8(b)に示すように、SOI基板101の裏面のシリコン基板102を研削等により除去し、酸化シリコン層103を露出させ、露出している酸化シリコン層103の上に、レジストパターン142を形成する。レジストパターン142は、酸化シリコン層103の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより形成する。形成されたレジストパターン142は、第2の埋込電極120が形成される領域に開口部142aを有している。
Next, as shown in FIG. 8B, the
次に、図8(c)に示すように、レジストパターン142が形成されていない領域の酸化シリコン層103及びシリコン層104をドライエッチングにより除去することにより第2の開口部106を形成し、更に、レジストパターン142を除去する。具体的には、レジストパターン142が形成されていない領域の酸化シリコン層103を及びシリコン層104を深掘りRIE等のドライエッチングにより除去することにより、第2の開口部106を形成する。ドライエッチングでは、最初に酸化シリコンをエッチングするためのエッチングガスを用いて開口部142aにおける酸化シリコン層103を除去し、この後、シリコンを除去するためのエッチングガスを用いて開口部142aにおけるシリコン層104を除去する。第2の開口部106は、レジストパターン142の開口部142aにおいて、第1の誘電体膜131及び第3の誘電体膜133が露出するまでエッチングによりシリコン層104を除去することにより形成する。この後、レジストパターン142は有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 8C, the
次に、図9に示すように、他方の面100bに第2の電極220を形成する。具体的には、他方の面100bの側の第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132、第3の誘電体膜133の上に、スパッタリングによりバリアシードメタル層121を成膜する。この後、バリアシードメタル層121の上にメッキにより金属膜を形成することにより、他方の面100bに第2の電極220を形成する。これにより、第2の開口部106がバリアシードメタル層121を介して金属により埋め込まれて第2の埋込電極120が形成され、第2の誘電体膜132の上には、バリアシードメタル層121を介して第2の埋込電極120同士を接続する第2の接続電極221が形成される。このように形成された第2の埋込電極120と第2の接続電極221とにより第2の電極220が形成される。尚、第2の電極220は、Cu(銅)等により形成されている。
Next, as shown in FIG. 9, the
以上の工程により、本実施の形態における容量素子を作製することができる。尚、第1の電極210及び第2の電極220は、Cu(銅)以外にも、Au(金)等により形成してもよい。
Through the above steps, the capacitor in this embodiment can be manufactured. Note that the
上記においては、一方の面100aに第1の電極210を形成し、他方の面100bに第2の電極220を形成した場合について説明した。しかしながら、本実施の形態における容量素子は、第1の接続電極211を有する第1の電極210または、第2の接続電極221を有する第2の電極220のうちのいずれか一方を形成したものであってもよい。例えば、図10に示されるように、他方の面100bには第2の接続電極221を有する第2の電極220を形成し、一方の面100aには第1の埋込電極110のみを形成した容量素子であってもよい。この場合、第1の実施の形態における容量素子よりも、第2の電極220と第1の埋込電極110との間に挟まれた第2の誘電体膜132の分の容量を増やすことができる。
In the above description, the case where the
更には、第1の電極210は、第1の開口部105を完全に金属により埋め込んだものではなくともよく、また、第2の電極220は、第2の開口部106を完全に金属により埋め込んだものではなくともよい。例えば、図11に示されるように、第2の電極220は、第2の開口部106の内部を完全に埋め込むものではなく、第2の開口部106の底面及び側面を覆うように形成されているものであってもよい。このような構造であっても、図10に示される容量素子と同等の容量を得ることができる。
Furthermore, the
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における容量素子と同様の構造の容量素子をSOI基板を用いることなくシリコン基板を用いて製造する製造方法である。尚、本実施の形態における容量素子は、シリコン基板を用いているため、第1の誘電体膜331、第2の誘電体膜332及び第3の誘電体膜333を誘電体として品質の高いシリコンの熱酸化膜により形成することができる。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. The present embodiment is a manufacturing method for manufacturing a capacitor having the same structure as that of the capacitor according to the first embodiment, using a silicon substrate without using an SOI substrate. Note that since the capacitive element in this embodiment uses a silicon substrate, high-quality silicon using the
最初に、図12(a)に示すように、シリコン基板301の表面に、レジストパターン141を形成する。具体的には、レジストパターン141は、一方の面100aとなる側のシリコン基板301の表面に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより形成する。形成されたレジストパターン141は、第1の埋込電極110が形成される領域に開口部141aを有している。
First, as shown in FIG. 12A, a resist
次に、図12(b)に示すように、レジストパターン141が形成されていない領域のシリコン基板301の一部をドライエッチングにより除去することにより、一方の面100aに第1の開口部105を形成し、更に、レジストパターン141を除去する。具体的には、レジストパターン141が形成されていない領域のシリコン基板301の一部を深掘りRIE等のドライエッチングにより除去することにより、第1の開口部105を形成する。形成される第1の開口部105の幅は30μm〜100μmとなり、隣り合う第1の開口部105と第1の開口部105との間隔は32μm〜102μmとなるように形成する。
Next, as shown in FIG. 12B, a part of the
次に、図12(c)に示すように、シリコン基板301の露出している領域を熱酸化することにより、第1の誘電体膜331、第2の誘電体膜332及び第3の誘電体膜333を形成する。これにより、一方の面100aにおけるシリコン基板301の表面が熱酸化されて第1の誘電体膜331が形成される。同様に、第1の開口部105の底面105aにおけるシリコン基板301が熱酸化されて、第2の誘電体膜332が形成され、第1の開口部105の側面105bが熱酸化されて、第3の誘電体膜333が形成される。このようにして、本実施の形態における容量素子の誘電体層が形成される。
Next, as shown in FIG. 12C, the exposed region of the
次に、図13(a)に示すように、第1の開口部105に金属を埋め込むことにより一方の面100aに第1の埋込電極110を形成する。具体的には、一方の面100aの側の第1の誘電体膜331、第2の誘電体膜332、第3の誘電体膜333の上に、スパッタリングによりバリアシードメタル層111を成膜する。この後、メッキによりバリアシードメタル層111の上に金属膜を形成し、第1の開口部105よりも外の金属膜をCMP等により除去することにより、第1の開口部105内に埋め込まれた第1の埋込電極110を形成する。
Next, as shown in FIG. 13A, a first embedded
次に、図13(b)に示すように、シリコン基板301の裏面を研削等により所定の厚さまで除去し、レジストパターン142を形成する。例えば、シリコン基板301の裏面を第2の誘電体膜332が露出するまで除去し、シリコン基板301の裏面、及び、第2の誘電体膜332の上に、レジストパターン142を形成する。レジストパターン142は、シリコン基板301の裏面の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより形成する。形成されたレジストパターン142は、第2の埋込電極120が形成される領域に開口部142aを有している。
Next, as shown in FIG. 13B, the back surface of the
次に、図13(c)に示すように、レジストパターン142が形成されていない領域のシリコン基板301をドライエッチングにより除去することにより、第2の開口部106を形成し、更に、レジストパターン142を除去する。具体的には、レジストパターン142が形成されていない領域のシリコン基板301を深掘りRIE等のドライエッチングにより除去することにより、第2の開口部106を形成する。このドライエッチングでは、シリコンを除去するためのエッチングガスを用いてシリコン層104を除去する。ドライエッチングでは、用いられるエッチングガスにより選択エッチングが可能であり、本実施の形態においては、シリコンはエッチングされるが酸化シリコンはエッチングされにくいエッチングガスを用いている。従って、酸化シリコンにより形成されている第1の誘電体膜331、第2の誘電体膜332、第3の誘電体膜333はエッチングストッパ層となり、第1の誘電体膜331、第2の誘電体膜332、第3の誘電体膜333が露出した状態でエッチングが停止する。このようにして他方の面100bに形成された第2の開口部106は、第2の開口部106の底面106aが第1の誘電体膜331により形成されており、側面106bが第3の誘電体膜333により形成されている。この後、レジストパターン142は有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 13C, the
次に、図14に示すように、第2の開口部106に金属を埋め込むことにより他方の面100bに第2の埋込電極120を形成する。具体的には、他方の面100bの側の第1の誘電体膜331、第2の誘電体膜332、第3の誘電体膜333の上に、スパッタリングによりバリアシードメタル層121を成膜する。この後、メッキによりバリアシードメタル層121の上に金属膜を形成し、第2の開口部106よりも外の金属膜をCMP等により除去することにより、第2の開口部106内に埋め込まれた第2の埋込電極120を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, a second embedded
以上の製造方法により、本実施の形態における容量素子を作製することができる。尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。また、本実施の形態における容量素子の製造方法は、第2の実施の形態における容量素子を製造する際にも適用可能である。 Through the above manufacturing method, the capacitor in this embodiment can be manufactured. The contents other than the above are the same as in the first embodiment. The method for manufacturing a capacitive element in the present embodiment can also be applied when manufacturing the capacitive element in the second embodiment.
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図15に示されるように、シリコン層が一部残存している容量素子である。即ち、バリアシードメタル層を介し、第2の埋込電極120の底120aと第1の誘電体膜131との間に、シリコン層104が残存しており、第1の埋込電極110の底110aと第2の電極220との間にシリコン基板102の一部が残存している。このようにシリコン層104やシリコン基板102が一部残存している場合であっても容量素子として機能する。本実施の形態における容量素子は、第1の実施の形態における容量素子の製造方法において、図5(b)に示されるSOI基板101の裏面の研削を行う際、シリコン基板102の一部をある程度の厚さ残すことにより作製することができる。尚、図15に示される容量素子は、図10に対応している構造のものであり、第2の電極220を形成した構造の容量素子であるが、第1の実施の形態における容量素子や他の第2の実施の形態における容量素子においても適用可能である。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 15, a capacitive element in which a part of the silicon layer remains is used. That is, the
〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、厚さの異なる誘電体膜が形成されている容量素子である。例えば、図16に示されるように、第2の誘電体膜132よりも第1の誘電体膜131と第3の誘電体膜133が薄く形成されている容量素子である。本実施の形態における容量素子は、誘電体膜の厚さが薄いため、容量を向上させることができる。本実施の形態における容量素子は、第1の実施の形態における容量素子の製造方法において、図5(c)に示される第2の開口部106を形成した後、レジスト除去する前に引続き、第2の開口部106における底面106aの第1の誘電体膜131と側面106bの第3の誘電体膜133を薄く除去することにより作製することができる。また、レジスト除去した後であれば、第2の誘電体膜132も薄く除去することができる。また、図5(b)でシリコン基板102の研削後、酸化シリコン層103の研削をすることで、第2の誘電体膜132だけを薄くすることもできる。また、図5(a)でバリアシードメタル層111をCMPした後、第1の誘電体膜131をCMPすることで、第1の誘電体膜131だけを薄くすることもできる。尚、第1の誘電体膜131、第2の誘電体膜132、第3の誘電体膜133の誘電率や膜厚を調整するために、バリアシードメタル層111、121を形成する前に、CVD等により、SiN、SiON、SiO2などの誘電体を積層してもよい。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. This embodiment is a capacitive element in which dielectric films having different thicknesses are formed. For example, as shown in FIG. 16, the
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
基体と、
一方の面より前記基体に埋め込まれた第1の埋込電極と、
他方の面より前記基体に埋め込まれた第2の埋込電極と、
前記第2の埋込電極の底に形成された第1の誘電体膜と、
前記第1の埋込電極の底に形成された第2の誘電体膜と、
前記基体の内部において、前記第1の埋込電極と前記第2の埋込電極との間に形成された第3の誘電体膜と、
を有することを特徴とする容量素子。
(付記2)
前記第1の誘電体膜は、前記一方の面に露出しており、
前記第2の誘電体膜は、前記他方の面に露出していることを特徴とする付記1に記載の容量素子。
(付記3)
前記第1の埋込電極は複数形成されており、
前記第2の埋込電極は複数形成されており、
複数の前記第1の埋込電極、または、複数の前記第2の埋込電極のうちのいずれかは、接続電極により接続されていることを特徴とする付記1または2に記載の容量素子。
(付記4)
前記接続電極には、接地電位が印加されていることを特徴とする付記3に記載の容量素子。
(付記5)
前記第1の埋込電極は複数形成されており、
前記第2の埋込電極は複数形成されており、
複数の前記第1の埋込電極は、前記一方の面に形成された第1の接続電極により接続されて第1の電極を形成しており、
複数の前記第2の埋込電極は、前記他方の面に形成された第2の接続電極により接続されて第2の電極を形成しており、
前記第1の誘電体膜は、前記第2の埋込電極と前記第1の電極との間に形成されており、
前記第2の誘電体膜は、前記第1の埋込電極と前記第2の電極との間に形成されていることを特徴とする付記1に記載の容量素子。
(付記6)
前記第3の誘電体膜の厚さは、前記第1の誘電体膜、または、前記第2の誘電体膜よりも薄いことを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の容量素子。
(付記7)
前記第1の誘電体膜及び前記第3の誘電体膜は、シリコンの熱酸化膜であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の容量素子。
(付記8)
前記第1の誘電体膜、前記第2の誘電体膜及び前記第3の誘電体膜は、シリコンの熱酸化膜であることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の容量素子。
(付記9)
前記第1の誘電体膜、前記第2の誘電体膜、前記第3の誘電体膜のいずれかは、SiN、SiON、SiO2のいずれかを含む材料により被覆されていることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の容量素子。
(付記10)
シリコン基板の一方の面の上に、第2の誘電体膜となる酸化シリコン層、シリコン層が順に積層して形成されている基板の前記シリコン層に、第1の開口部を形成する工程と、
前記シリコン層の表面を酸化することにより、第1の誘電体膜を形成し、前記第1の開口部の側面の前記シリコン層を酸化することにより、第3の誘電体膜を形成する工程と、
側面に前記第3の誘電体膜が形成されている前記第1の開口部に金属を埋め込むことにより、第1の埋込電極を形成する工程と、
他方の面より、前記シリコン層が残存している領域の前記酸化シリコン層及びシリコン層を除去し第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部に金属を埋め込むことにより、第2の埋込電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする容量素子の製造方法。
(付記11)
前記第1の埋込電極を形成する工程と前記第2の開口部を形成する工程との間に、
前記シリコン基板を他方の面より除去し、他方の面に前記酸化シリコン層を露出させる工程を有することを特徴とする付記10に記載の容量素子の製造方法。
(付記12)
シリコン基板の一方の面に第1の開口部を形成する工程と、
シリコンを酸化することにより、前記シリコン基板の一方の面に第1の誘電体膜を形成し、前記第1の開口部の底面に第2の誘電体膜を形成し、前記第1の開口部の側面に第3の誘電体膜を形成する工程と、
側面に前記第3の誘電体膜が形成されている前記第1の開口部に金属を埋め込むことにより、第1の埋込電極を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の面よりシリコン基板を除去し、前記第1の誘電体膜、前記第2の誘電体膜、前記第3の誘電体膜を露出させ、前記第1の誘電体膜が形成されている面を底面とし、前記第3の誘電体膜が形成されている面を側面とする第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部に金属を埋め込むことにより、第2の埋込電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする容量素子の製造方法。
(付記13)
前記酸化は、熱酸化であることを特徴とする付記10から12のいずれかに記載の容量素子の製造方法。
(付記14)
前記第1の誘電体膜、前記第2の誘電体膜、前記第3の誘電体膜のいずれかは、SiN、SiON、SiO2のいずれかを含む材料により被覆されていることを特徴とする付記10から13のいずれかに記載の容量素子の製造方法。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A substrate;
A first embedded electrode embedded in the substrate from one surface;
A second embedded electrode embedded in the substrate from the other surface;
A first dielectric film formed on the bottom of the second buried electrode;
A second dielectric film formed on the bottom of the first buried electrode;
A third dielectric film formed between the first embedded electrode and the second embedded electrode inside the substrate;
A capacitor element comprising:
(Appendix 2)
The first dielectric film is exposed on the one surface;
The capacitive element according to appendix 1, wherein the second dielectric film is exposed on the other surface.
(Appendix 3)
A plurality of the first embedded electrodes are formed,
A plurality of the second embedded electrodes are formed,
One of the plurality of first embedded electrodes or the plurality of second embedded electrodes is connected by a connection electrode, The capacitive element according to appendix 1 or 2,
(Appendix 4)
The capacitor element according to appendix 3, wherein a ground potential is applied to the connection electrode.
(Appendix 5)
A plurality of the first embedded electrodes are formed,
A plurality of the second embedded electrodes are formed,
The plurality of first embedded electrodes are connected by a first connection electrode formed on the one surface to form a first electrode,
The plurality of second embedded electrodes are connected by a second connection electrode formed on the other surface to form a second electrode,
The first dielectric film is formed between the second embedded electrode and the first electrode;
The capacitive element according to appendix 1, wherein the second dielectric film is formed between the first buried electrode and the second electrode.
(Appendix 6)
6. The capacitive element according to any one of appendices 1 to 5, wherein the third dielectric film is thinner than the first dielectric film or the second dielectric film.
(Appendix 7)
7. The capacitive element according to any one of appendices 1 to 6, wherein the first dielectric film and the third dielectric film are thermal oxide films of silicon.
(Appendix 8)
The capacitive element according to any one of appendices 1 to 6, wherein the first dielectric film, the second dielectric film, and the third dielectric film are silicon thermal oxide films.
(Appendix 9)
Any one of the first dielectric film, the second dielectric film, and the third dielectric film is covered with a material containing any one of SiN, SiON, and SiO 2. The capacitive element according to any one of appendices 1 to 8.
(Appendix 10)
Forming a first opening in the silicon layer of the substrate in which a silicon oxide layer serving as a second dielectric film and a silicon layer are sequentially stacked on one surface of the silicon substrate; ,
Forming a first dielectric film by oxidizing the surface of the silicon layer, and forming a third dielectric film by oxidizing the silicon layer on the side surface of the first opening; ,
Forming a first embedded electrode by embedding a metal in the first opening in which the third dielectric film is formed on a side surface;
Removing the silicon oxide layer and the silicon layer in the region where the silicon layer remains from the other surface to form a second opening;
Forming a second buried electrode by embedding a metal in the second opening;
A method for manufacturing a capacitive element, comprising:
(Appendix 11)
Between the step of forming the first embedded electrode and the step of forming the second opening,
11. The method for manufacturing a capacitive element according to appendix 10, wherein the method includes a step of removing the silicon substrate from the other surface and exposing the silicon oxide layer on the other surface.
(Appendix 12)
Forming a first opening on one side of the silicon substrate;
By oxidizing silicon, a first dielectric film is formed on one surface of the silicon substrate, a second dielectric film is formed on the bottom surface of the first opening, and the first opening is formed. Forming a third dielectric film on the side surface of
Forming a first embedded electrode by embedding a metal in the first opening in which the third dielectric film is formed on a side surface;
The silicon substrate is removed from the other surface of the silicon substrate to expose the first dielectric film, the second dielectric film, and the third dielectric film, thereby forming the first dielectric film. Forming a second opening having a bottom surface as a bottom surface and a side surface on which the third dielectric film is formed;
Forming a second buried electrode by embedding a metal in the second opening;
A method for manufacturing a capacitive element, comprising:
(Appendix 13)
13. The method for manufacturing a capacitive element according to any one of appendices 10 to 12, wherein the oxidation is thermal oxidation.
(Appendix 14)
Any one of the first dielectric film, the second dielectric film, and the third dielectric film is covered with a material containing any one of SiN, SiON, and SiO 2. A method for manufacturing a capacitive element according to any one of appendices 10 to 13.
100 基体
100a 一方の面
100b 他方の面
101 SOI基板
102 シリコン基板
103 酸化シリコン層
104 シリコン層
105 第1の開口部
105a 底面
105b 側面
106 第2の開口部
106a 底面
106b 側面
110 第1の埋込電極
110a 底
111 バリアシードメタル層
120 第2の埋込電極
120a 底
121 バリアシードメタル層
131 第1の誘電体膜
132 第2の誘電体膜
133 第3の誘電体膜
210 第1の電極
211 第1の接続電極
220 第2の電極
221 第2の接続電極
100
Claims (6)
一方の面より前記基体に埋め込まれた第1の埋込電極と、
他方の面より前記基体に埋め込まれた第2の埋込電極と、
前記第2の埋込電極の底に形成された第1の誘電体膜と、
前記第1の埋込電極の底に形成された第2の誘電体膜と、
前記基体の内部において、前記第1の埋込電極と前記第2の埋込電極との間に形成された第3の誘電体膜と、
を有し、
前記第1の誘電体膜は、前記一方の面に露出しており、
前記第2の誘電体膜は、前記他方の面に露出していることを特徴とする容量素子。 A substrate;
A first embedded electrode embedded in the substrate from one surface;
A second embedded electrode embedded in the substrate from the other surface;
A first dielectric film formed on the bottom of the second buried electrode;
A second dielectric film formed on the bottom of the first buried electrode;
A third dielectric film formed between the first embedded electrode and the second embedded electrode inside the substrate;
I have a,
The first dielectric film is exposed on the one surface;
It said second dielectric film, capacitor and said that you have exposed to the other surface.
前記シリコン層の表面を酸化することにより、第1の誘電体膜を形成し、前記第1の開口部の側面の前記シリコン層を酸化することにより、第3の誘電体膜を形成する工程と、
側面に前記第3の誘電体膜が形成されている前記第1の開口部に金属を埋め込むことにより、第1の埋込電極を形成する工程と、
他方の面より、前記シリコン層が残存している領域の前記酸化シリコン層及びシリコン層を除去し第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部に金属を埋め込むことにより、第2の埋込電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする容量素子の製造方法。 Forming a first opening in the silicon layer of the substrate in which a silicon oxide layer serving as a second dielectric film and a silicon layer are sequentially stacked on one surface of the silicon substrate; ,
Forming a first dielectric film by oxidizing the surface of the silicon layer, and forming a third dielectric film by oxidizing the silicon layer on the side surface of the first opening; ,
Forming a first embedded electrode by embedding a metal in the first opening in which the third dielectric film is formed on a side surface;
Removing the silicon oxide layer and the silicon layer in the region where the silicon layer remains from the other surface to form a second opening;
Forming a second buried electrode by embedding a metal in the second opening;
A method for manufacturing a capacitive element, comprising:
シリコンを酸化することにより、前記シリコン基板の一方の面に第1の誘電体膜を形成し、前記第1の開口部の底面に第2の誘電体膜を形成し、前記第1の開口部の側面に第3の誘電体膜を形成する工程と、
側面に前記第3の誘電体膜が形成されている前記第1の開口部に金属を埋め込み、更に、前記第1の開口部よりも外の前記金属をCMPにより除去し、前記一方の面に前記第1の誘電体膜を露出させて、第1の埋込電極を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の面よりシリコン基板を除去し、前記第1の誘電体膜、前記第2の誘電体膜、前記第3の誘電体膜を露出させ、前記第1の誘電体膜が形成されている面を底面とし、前記第3の誘電体膜が形成されている面を側面とする第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部に金属を埋め込み、更に、前記第2の開口部よりも外の前記金属をCMPにより除去し、前記他方の面に前記第2の誘電体膜を露出させて、第2の埋込電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする容量素子の製造方法。 Forming a first opening on one side of the silicon substrate;
By oxidizing silicon, a first dielectric film is formed on one surface of the silicon substrate, a second dielectric film is formed on the bottom surface of the first opening, and the first opening is formed. Forming a third dielectric film on the side surface of
Embeds the metal in said first opening the on side third dielectric film is formed, further, the metal outer than the first opening is removed by CMP, of the one Exposing the first dielectric film on a surface to form a first embedded electrode;
The silicon substrate is removed from the other surface of the silicon substrate to expose the first dielectric film, the second dielectric film, and the third dielectric film, thereby forming the first dielectric film. Forming a second opening having a bottom surface as a bottom surface and a side surface on which the third dielectric film is formed;
The embeds the metal to the second opening, further wherein the second said metallic outer than the opening is removed by CMP, to expose the second dielectric film on the other surface, Forming a second buried electrode;
A method for manufacturing a capacitive element, comprising:
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