JPH0992786A - Mimキャパシタ並びに同キャパシタおよび配線の形成方法 - Google Patents

Mimキャパシタ並びに同キャパシタおよび配線の形成方法

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JPH0992786A
JPH0992786A JP24952295A JP24952295A JPH0992786A JP H0992786 A JPH0992786 A JP H0992786A JP 24952295 A JP24952295 A JP 24952295A JP 24952295 A JP24952295 A JP 24952295A JP H0992786 A JPH0992786 A JP H0992786A
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JP
Japan
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mim capacitor
layer
region
insulator layer
forming
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JP24952295A
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English (en)
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Yasushi Amamiya
泰 天宮
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はMIMキャパシタに関するものであ
り、その第1の目的は、MIMキャパシタの下部電極端
で生じやすい上部電極−下部電極間の絶縁不良を防ぐこ
とであり、第2の目的はMIMキャパシタの設計の自由
度を失うことなく、MIMキャパシタ電極と配線を上下
それぞれ同時に形成する方法を提供することである。 【解決手段】 本発明のMIMキャパシタは下部金属層
と上部金属層の間に、キャパシタ形成領域とキャパシタ
形成領域以外の領域とで膜厚、比誘電率の異なる絶縁体
層を有する。また本発明のMIMキャパシタの電極と配
線の同時形成方法は、下部電極層を同時形成後に第1の
絶縁体層により素子表面を一定の厚さをもって平坦化
し、キャパシタ形成領域および上下配線間の接続部領域
を開口した後、誘電率の高い第2の薄膜絶縁体層を形成
し、上下配線接続部を再び開口してから上部電極層を同
時形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板上に形成
されるMIMキャパシタおよびその形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、半導体素子上に形成される従来
のMIMキャパシタの構造を示す半導体チップの断面図
であり、図3に示すMIMキャパシタは半導体層1(半
導体基板)の上にあって、下層の金属層2と上層の金属
層5の間に誘電体膜4を挟んだ構造になっており、誘電
体膜4の誘電率、膜厚および上下の金属層中における電
極部の面積によって容量値が決定される。
【0003】金属層2および5の形成に当っては、半導
体層1または誘電体層4における電極または配線の形成
領域以外の領域をホトレジスト6,7等のマスクで覆
い、真空蒸着によって金属層を堆積させた後、ホトレジ
スト等の部分を洗浄、溶解させて金属層2,5を残すリ
フトオフ法(図4、図5)、または半導体層1または誘
電体層4の全面にスパッタ等を用いて金属層2,5を形
成した後、ミリング等により所定のパターンに加工する
方法(図6、図7、以降スパッタ法と略記する)がとら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4、図6に示すよう
に、真空蒸着による金属層2の堆積時にホトレジスト6
の側面に付着する金属により、またはミリング時にホト
レジスト8の側面に再付着する金属により、MIMキャ
パシタの下部電極の端部はとがった形状を有することが
多く、図3に示した従来のMIMキャパシタの構造にお
いては、この下部電極端部で上部電極との間に電気的な
短絡が生じる可能性が高い。本発明の第1の目的は、上
記の絶縁不良の問題を解決するMIMキャパシタの構造
を提供することである。
【0005】一方、MIMキャパシタの形成方法に関し
ては、MIMキャパシタの上層および下層の金属層の形
成に当り、電極と半導体素子の配線とをそれぞれ同時に
形成する工夫をとれば、半導体素子の製造工程を減少さ
せることができる。しかしながらこのとき、MIMキャ
パシタの設計は、配線の仕様によって制約を受けること
になる。例えば配線のインピーダンスを下げる等の理由
から第1の配線層(下層の配線層)を厚くとるとMIM
キャパシタの下部電極も厚くせざるを得ない。このとき
表面の段差が大きくなることから上部電極の形成が難し
くなる。上部電極をリフトオフ法により形成しようとす
ると、図5に示すように段差部で金属層に段切れが生じ
電気的な接続が絶たれてしまうことがあり、またスパッ
タ法を用いるときには、図7に示すように段差部に不要
な金属層が除去しきれずに残り電気的短絡を起こす恐れ
がある。上部電極の形成に関する上のような問題を解決
するためには、通常、図8に示すように、厚い層間絶縁
体層を形成し素子表面を平坦化した後に所望の深さまで
エッチバックする方法がとられるが、エッチバックによ
ってMIMキャパシタの2つの電極間の距離を設計値に
あわせることは難しく、またMIMキャパシタの絶縁膜
は平坦化に適した材料に限られることにもなる。
【0006】本発明の第2の目的は、MIMキャパシタ
の設計の自由度を失うことなく、かつ上下電極間の絶縁
を低下させるおそれもなく、上下電極と上下2層の配線
をそれぞれ同時に形成する方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のMIMキャパシ
タは、絶縁体層の構成が、MIMキャパシタ形成領域と
同領域以外の領域において異なる。
【0008】絶縁体層は、MIMキャパシタ形成領域に
おいては第1の所定の誘電率および厚さを有する絶縁体
層からなり、MIMキャパシタ形成領域以外の領域にお
いては第2の所定の誘電率および厚さを有する絶縁体層
が含まれていてもよい。
【0009】上の第1の所定の誘電率および厚さは、電
極の面積におけるMIMキャパシタの容量に対応する誘
電率および厚さであり、第2の所定の誘電率および厚さ
は、MIMキャパシタ形成領域以外の領域における容量
の発生を防止するとともに、下層の金属層に含まれる電
極の周縁部において上層の金属層に含まれる電極との間
に生ずることのある絶縁不良を防止することができる誘
電率および厚さである。
【0010】また、上層および下層の金属層に含まれる
電極および配線は、それぞれ同一平面上にあり、かつそ
れぞれ同一の厚さを有してもよい。
【0011】上述のように、本発明のMIMキャパシタ
はキャパシタ外領域にはキャパシタ内領域の誘電体膜と
は異なる絶縁体層を用い、この絶縁体層の膜厚を厚くと
ることにより下部電極周縁で生じやすい下部電極と上部
電極間の絶縁不良を防ぐことができる。
【0012】本発明のMIMキャパシタおよび配線の形
成方法は、下層の金属層に含まれる電極および配線およ
び上層の金属層に含まれる電極および配線がそれぞれ同
時に形成される。
【0013】半導体基板上に電極および配線を含む所定
のパターンを有する下層の金属層を形成し、全面に、基
板の元の面に平行し、かつ平坦な表面を有する第1の絶
縁体層を形成し、その第1の絶縁体層の第1の所定の領
域をエッチングにより除去し、前面に第2の絶縁体層を
形成し、その第2の絶縁体層の第2の所定の領域をエッ
チングにより除去し、最後に、全面に電極および配線を
含む所定のパターンを有する上層の金属層を形成するス
テップを有するものでもよい。
【0014】上述の第1の絶縁体層は、前記MIMキャ
パシタ形成領域以外の領域における容量の発生を防止す
るとともに、下層の金属層に含まれる電極の周縁部にお
いて上層の金属層に含まれる電極との間に生ずることの
ある絶縁不良を防止することができる誘電率および厚さ
を有し、また、第2の絶縁体層は、電極の面積において
MIMキャパシタの容量に対応する誘電率および厚さを
有する。
【0015】また、第1の所定の領域はMIMキャパシ
タ形成領域を含み、さらに上層および下層の金属層に含
まれる配線間に接続点があればその接続領域を含んでよ
い。
【0016】上述のように、本発明のMIMキャパシタ
の形成方法では、配線間の層間絶縁体層の形成時に素子
表面を平坦化することにより、下層の金属層を形成する
時に生じる素子表面の凹凸から生じる影響を消すことが
できるので、それにより、従来上層の金属層を加工する
際、素子表面の段差部で発生していた配線不良の可能性
をあらかじめ除去することができ、また、MIMキャパ
シタの電極間の誘電体膜を、配線間の絶縁膜とは別工程
で形成することができるので、電極間の誘電体膜の材
質、膜厚を自由に選び、キャパシタ容量を容易に制御す
ることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明のMIMキャパシタ
並びに同キャパシタおよび配線の形成方法の実施の形態
について、図面を参照して説明する。
【0018】図1は本発明のMIMキャパシタが形成さ
れている半導体チップの断面図の例である。
【0019】この半導体チップは半導体層1と、MIM
キャパシタの下部電極となる下層の金属層2と、上部電
極となる上層の金属層5と、誘電体膜4と、絶縁体層3
とにより構成されている。金属層2、金属層5はそれぞ
れ第1層配線(下層配線)、第2層配線(上層配線)を
兼ねている。また誘電体膜4はMIMキャパシタの容量
値を上げるため、膜厚は薄く、比誘電率が高いものが望
ましく、例えばSiO 2 膜、SiON膜、Ta25
等を用いることができる。一方、絶縁体層3は金属層2
と金属層5との絶縁を保つために膜厚が一定の厚さを有
し、またこの部分で余分な容量を発生しないために比誘
電率は低いものが望ましく、例えばSiO2 膜、SiO
N膜、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等を用いること
ができる。
【0020】図2は本発明の、MIMキャパシタの下部
電極と第1層配線および上部電極と第2層配線を半導体
チップ上にそれぞれ同時に形成する形成方法の工程の例
を示す半導体チップの断面図である。
【0021】まず半導体層1上にMIMキャパシタの下
部電極および第1層配線となる金属層2を形成し、次に
絶縁体層3を全面に形成する。さらに上層にホトレジス
トを塗布し、素子表面を元の素子表面と平行になるよう
に平坦化した後、前記ホトレジストと絶縁体層3を等速
度でエッチングし、金属層1上の絶縁体層3の厚みが所
定の値になるまで絶縁体層3をエッチバックする(図2
(a))。次に所定のパタンを有するマスクを用いて絶
縁体層3をエッチングし、MIMキャパシタ形成領域と
第1層および第2層の配線間の接続部を開口する(図2
(b))。次にMIMキャパシタの電極間絶縁膜となる
誘電体膜4を全面に形成し、続いて、所定のパタンを有
するマスクを用い(図2(c))、誘電体膜4をエッチ
ングし、第1層、第2層配線間の接続部のみを再び開口
する(図2(d))。全面に金属層5を形成した後(図
2(e))、ミリング等により金属層5を所定のパタン
に加工することにより、図2(f)に示すようにMIM
キャパシタの上部電極と、第2層配線と、第1層および
第2層の配線間の接続部とを同時に形成することができ
る。
【0022】絶縁体層3の形成時の素子表面の平坦化に
ついては、上記の方法以外にも、絶縁体層3として粘性
の低いポリイミド等の平坦化材を回転塗布法によって形
成することで平坦化してもよい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のMIMキ
ャパシタは、下部電極および第1層配線と上部電極およ
び第2層配線の間の絶縁体層として、キャパシタ部以外
の領域に膜厚の厚い絶縁体層を設けることにより、下部
電極端部で生じやすい両電極間の絶縁不良を防ぐことが
できる効果がある。
【0024】また、本発明のMIMキャパシタおよび配
線の形成方法は、配線間の層間絶縁体層の形成時に素子
表面を平坦化し、かつ電極間の誘電体膜を配線間の絶縁
体層と別工程で形成することにより、誘電体膜設計の自
由度とともに上下電極間の良好な絶縁性を確保しつつ、
上下の電極と配線をそれぞれ同時に形成することができ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のMIMキャパシタが形成されている半
導体チップの断面図の例である。
【図2】本発明の、MIMキャパシタの下部電極と第1
層配線および上部電極と第2層配線を半導体チップ上に
それぞれ同時形成する形成方法の工程の例を示す半導体
チップの断面図である。
【図3】従来のMIMキャパシタが形成されている半導
体チップの断面図である。
【図4】従来のMIMキャパシタの下層金属層の、リフ
トオフ法による形成工程を示す断面図である。
【図5】従来のMIMキャパシタの上層金属層の、リフ
トオフ法による形成工程を示す断面図である。
【図6】従来のMIMキャパシタの下層金属層の、スパ
ッタ法による形成工程を示す断面図である。
【図7】従来のMIMキャパシタの上層金属層の、スパ
ッタ法による形成工程を示す断面図である。
【図8】下層金属層の形成に伴う段差の影響を解消する
ため、絶縁体層の形成を先行する上層金属層の形成工程
を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体層(半導体基板) 2,5 金属層 3 絶縁体層 4 誘電体膜 6,7,8,9 ホトレジスト

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成され、電極および配
    線が含まれる上層および下層の金属層の間に絶縁体層が
    配置されるMIMキャパシタにおいて、 前記絶縁体層の構成が、前記MIMキャパシタ形成領域
    と該領域以外の領域において異なることを特徴とするM
    IMキャパシタ。
  2. 【請求項2】 前記絶縁体層は、前記MIMキャパシタ
    形成領域においては第1の所定の誘電率および厚さを有
    する絶縁体層からなり、前記MIMキャパシタ形成領域
    以外の領域においては第2の所定の誘電率および厚さを
    有する絶縁体層が含まれている請求項1に記載のMIM
    キャパシタ。
  3. 【請求項3】 前記第1の所定の誘電率および厚さは、
    前記電極の面積における前記MIMキャパシタの容量に
    対応する誘電率および厚さであり、前記第2の所定の誘
    電率および厚さは、前記MIMキャパシタ形成領域以外
    の領域における容量の発生を防止するとともに、前記下
    層の金属層に含まれる電極の周縁部において前記上層の
    金属層に含まれる電極との間に生ずることのある絶縁不
    良を防止することができる誘電率および厚さである請求
    項1または2に記載のMIMキャパシタ。
  4. 【請求項4】 前記上層および下層の金属層に含まれる
    電極および配線は、それぞれ同一平面上にあり、かつそ
    れぞれ同一の厚さを有する請求項1乃至3のいずれか1
    項に記載のMIMキャパシタ。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に形成され、電極および配
    線がそれぞれ含まれる上層および下層の金属層の間に絶
    縁体層が配置されるMIMキャパシタおよび配線の形成
    方法において、 前記下層の金属層に含まれる電極および配線と前記上層
    の金属層に含まれる電極および配線がそれぞれ同時に形
    成されることを特徴とするMIMキャパシタおよび配線
    の形成方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に電極および配線を含む所
    定のパターンを有する下層の金属層を形成するステップ
    と、 全面に、前記基板の元の面に平行し、かつ平坦な表面を
    有する第1の絶縁体層を形成するステップと、 前記第1の絶縁体層の第1の所定の領域をエッチングに
    より除去するステップと、 前面に第2の絶縁体層を形成するステップと、 前記第2の絶縁体層の第2の所定の領域をエッチングに
    より除去するステップと、 全面に、電極および配線を含む所定のパターンを有する
    上層の金属層を形成するステップを有する請求項5に記
    載のMIMキャパシタおよび配線の形成方法。
  7. 【請求項7】 前記第1の絶縁体層は、前記MIMキャ
    パシタ形成領域以外の領域における容量の発生を防止す
    るとともに、前記下層の金属層に含まれる電極の周縁部
    において前記上層の金属層に含まれる電極との間に生ず
    ることのある絶縁不良を防止することができる誘電率お
    よび厚さを有し、前記第2の絶縁体層は、前記電極の面
    積において前記MIMキャパシタの容量に対応する誘電
    率および厚さを有する請求項6に記載のMIMキャパシ
    タおよび配線の形成方法。
  8. 【請求項8】 前記第1の所定の領域は前記MIMキャ
    パシタ形成領域を含み、さらに前記上層および下層の金
    属層に含まれる配線間に接続点があれば当該接続領域を
    含む請求項6または7に記載のMIMキャパシタの形成
    方法。
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