JPH10214937A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH10214937A
JPH10214937A JP1485197A JP1485197A JPH10214937A JP H10214937 A JPH10214937 A JP H10214937A JP 1485197 A JP1485197 A JP 1485197A JP 1485197 A JP1485197 A JP 1485197A JP H10214937 A JPH10214937 A JP H10214937A
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JP
Japan
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electrode
capacitor
semiconductor device
insulating film
bipolar transistor
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JP1485197A
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English (en)
Inventor
Sayuri Satou
小百合 佐藤
Takashi Hashimoto
尚 橋本
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程数を増加させることなく大容量のキャパ
シタを形成する。 【解決手段】 半導体装置のキャパシタの一方の電極を
半導体基板上に形成し、この一方の電極と隣接して他方
の電極を形成し、夫々の電極の対向する側面及びその間
に介在する絶縁膜によってキャパシタを主に構成する。
更に、キャパシタの一方の電極をバイポーラトランジス
タのベース引き出し電極と同層となる同一材料にて形成
し、他方の電極を前記バイポーラトランジスタのエミッ
タ引き出し電極と同層の同一材料にて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、キャパシタを有する半導体装置に適用して有
効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置では、トランジスタ等の能動
素子と、抵抗・キャパシタ等の受動素子とを組み合わせ
て回路が構成されている。
【0003】半導体装置、特に通信用大容量光伝送シス
テムのような半導体装置では、伝送される情報量が莫大
なものとなるために超高速動作が必要となり、このため
低寄生抵抗かつ大容量のキャパシタが要求されている。
【0004】このようなキャパシタとして、従来、寄生
抵抗が少なく、比較的大きな容量値が得られるMIM
(Metal-Insulator-Metal)キャパシタを、容量形成領
域に形成し、配線によってトランジスタ等の他の素子と
接続する方法が一般的である。このようなMIMキャパ
シタの誘電体膜としては、絶縁膜としてよく用いられて
いるSiO2膜、Si34膜が利用される場合が多い
が、大規模容量を得る為には、誘電率の高いTa25
の材料が用いられる。このような絶縁膜材料の誘電率に
ついては、例えば応用物理学会関西支部編「化合物半導
体〜基礎物性とその応用」に記載されており、代表的な
絶縁膜の誘電率εとしては、SiO(ε=4.5〜6.
8)、SiO2(ε=4〜5)、Si34(ε=6〜
7)、Ta25(ε=20〜25)、Al23(ε=6
〜7)となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
MIMキャパシタの構造は、上部電極、下部電極とも、
トランジスタの電極とは、別々に形成している為、ウエ
ハプロセスの工程数が増加するという問題がある。特に
キャパシタの場合には、抵抗等の他の受動素子とは異な
り、絶縁膜を挟んで下部電極・絶縁膜・上部電極の夫々
を別々の工程によって形成することとなるので、工程数
が増加してしまう。
【0006】本発明の課題は、工程数を増加させること
なく大容量のキャパシタを形成することが可能な技術を
提供することにある。
【0007】本発明の前記ならびにその他の課題と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0009】半導体装置のキャパシタの一方の電極を半
導体基板上に形成し、この一方の電極と隣接して他方の
電極を形成し、夫々の電極の対向する側面及びその間に
介在する絶縁膜によってキャパシタを主に構成する。
【0010】更に、キャパシタの一方の電極をバイポー
ラトランジスタのベース引き出し電極と同層となる同一
材料にて形成し、他方の電極を前記バイポーラトランジ
スタのエミッタ引き出し電極と同層の同一材料にて形成
する。
【0011】上述した手段によれば、バイポーラトラン
ジスタの搭載された半導体基板にて、キャパシタを形成
する際に、バイポーラトランジスタのエミッタ引き出し
電極形成工程と、ベース引き出し電極形成工程とを、夫
々キャパシタの上部電極形成工程と、下部電極形成工程
とに共有化することによつて、キャパシタを形成するた
めのウエハプロセスの工程数増を防ぐことができる。
【0012】以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0013】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて、同一機能を有するものは同一符号を付け、その
繰り返しの説明は省略する。
【0014】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)図1に示すのは、本発明の一実施の形
態である半導体装置の要部を示す平面図であり、図2に
示すのは、図1中の縦断面図であり、a‐a線に沿った
縦断面図が(a)、b‐b線に沿った縦断面図が(b)
となっている。
【0015】図中、1は単結晶シリコン等の薄板を用い
た半導体基板、2は半導体基板1主面に形成された素子
間分離絶縁膜、3は素子間分離絶縁膜2上に形成された
キャパシタの下部電極、4は半導体基板1主面上に形成
され下部電極3を覆う層間絶縁膜、5は層間絶縁膜4を
部分的に除去して下部電極3と隣接して設けられたキャ
パシタの上部電極、6は全体を覆う保護絶縁膜である。
【0016】下部電極3は同一半導体基板1上に形成さ
れるバイポーラトランジスタ(図示せず)のベース引き
出し電極と同層となる多結晶シリコンにて形成され、上
部電極5は前記バイポーラトランジスタのエミッタ引き
出し電極と同層となる多結晶シリコンにて形成されてお
り、層間絶縁膜4はエミッタ・ベース間を分離する絶縁
膜と同層となっている。キャパシタは、主に、対向する
夫々の電極3,5の側面及びその間に位置する層間絶縁
膜4によって構成されている これにより、キャパシタの容量値Cは、 C={(ε×ε0)/dOX}×S (C:容量値、ε:誘電体の誘電率、ε0:真空中の誘
電率、dOX:誘電体の膜厚、S:電極対向部分の面積)
となり、この計算式を本実施の形態のキャパシタに適用
すると、εは、キャパシタの誘電体の誘電率、すなわ
ち、層間絶縁膜4の誘電率、dOXは、キャパシタの誘電
体の膜厚、即ち下部電極3と上部電極4との夫々の対向
する側面の間隔となり、これらはウエハプロセスによっ
て決定される値であり、Sは、キャパシタの上部電極5
とキャパシタの下部電極3とが対向する部分の面積とな
る。
【0017】本発明のキャパシタでは、上部電極5及び
下部電極3の配置、また夫々の電極3,5への配線層の
コンタクトを変えることによって、小さい占有面積であ
っても多様な容量値が可能となる。
【0018】例えば、図3に示すごとく、縦方向に延在
するキャパシタの上部電極5及びキャパシタの下部電極
3を横方向に交互並列に配置した場合、横方向の容量が
得られる。この場合、計算式のSは、(キャパシタの下
部電極の膜厚)×(キャパシタの上部電極の長さ、又
は、キャパシタの下部電極の長さ)で表せる。この例で
は複数のキャパシタが形成されることとなるが、夫々キ
ャパシタを独立した個別のキャパシタとして用いてもよ
いし、夫々の電極3,5へのコンタクトを、例えば下部
電極3及び上部電極5の夫々を同一の配線によって接続
してキャパシタを並列に接続することによって容量を増
加させても、或は隣接する下部電極3と上部電極5とを
接続することによってキャパシタを直列に接続して耐圧
を向上させてもよい。
【0019】また、図4に示すごとく、キャパシタの上
部電極5と、キャパシタの下部電極3とを縦方向に延長
することによって、容量を容易に増加させることが可能
である。その際に、上部電極5とのコンタクトをそれに
応じて増加させることによって、低抵抗化することが可
能となる。
【0020】また、図5に示すごとく、キャパシタの上
部電極5を互いに接続して格子状とすることによって、
下部電極3の上を横切る上部電極5の水平部分にても容
量を形成することとなるので、更に大容量化を図ること
ができる。この場合には、前記容量の計算式のSは、
(キャパシタの下部電極の膜厚)×(キャパシタの下部
電極の長さ)+(水平部分にて対向する面積)となり、
キャパシタの電極の面積増加によって、容量が増加し更
に大容量値が得られる。この場合に、上部電極5は一体
となるが、下部電極3については、これも共通接続して
単一のキャパシタとして使用することも、一方の電極5
が共通接続された個別のキャパシタとして使用すること
もできる。
【0021】また、本実施の形態では厚い素子間分離絶
縁膜2上にキャパシタを形成するために半導体基板1と
下部電極3或は上部電極5との間に生じる寄生容量が低
減し、キャパシタの寄生抵抗の低減が可能となる。
【0022】更に、自己整合バイポーラトランジスタの
エミッタ引き出し電極形成工程及びベース引き出し電極
形成工程を、夫々キャパシタの上部電極5形成工程及び
下部電極3形成工程とすることにより、キャパシタを形
成する為のウエハプロセスの工程数増を防ぐことができ
る。
【0023】(実施の形態2)図6及び図7に示すの
は、本発明の他の実施の形態を示す平面図である。本実
施の形態では、キャパシタの下部電極3が上部電極5の
周囲に配置された構成となっており、図6には下部電極
3が上部電極5の三方を、図7には下部電極3が上部電
極5の四方を囲む構成を示してある。
【0024】図中、2は半導体基板1主面に形成された
素子間分離絶縁膜、3は素子間分離絶縁膜2上に形成さ
れたキャパシタの下部電極、5は下部電極3と隣接して
設けられたキャパシタの上部電極である。
【0025】この場合前記容量計算式のSは、(キャパ
シタの下部電極の膜厚)×(キャパシタの上部電極の周
囲、又は、キャパシタの下部電極との間の周囲)とな
り、前述した実施の形態のように縦に交互にレイアウト
した場合よりも、得られる容量に対してチップ面積の縮
小が可能となる。
【0026】下部電極3は同一半導体基板1上に形成さ
れるバイポーラトランジスタ(図示せず)のベース引き
出し電極と同層となる多結晶シリコンにてコ字状或はロ
字状に上部電極5の形成される領域を残して形成され、
上部電極5は前記バイポーラトランジスタのエミッタ引
き出し電極と同層となる多結晶シリコンにて前記領域に
形成されている。キャパシタは、対向する夫々の電極
3,5の側面及びその間に位置する層間絶縁膜によって
構成されている 前記構成のキャパシタを更に並列に複数配置して、櫛状
にレイアウトすることによって、より大容量のキャパシ
タを得ることも可能である。
【0027】また、図8に示すのは本実施の形態の変更
例であり、キャパシタ上部電極とバイポーラトランジス
タのエミッタ引き出し電極とを、下部電極とベース引き
出し電極とを共有化し、エミッタ・ベース間にキャパシ
タを設けた自己整合バイポーラトランジスタの縦断面図
である。
【0028】図中、1は単結晶シリコン等の薄板を用い
たP型の半導体基板、7は半導体基板1主面に形成され
たN型の埋込層、8は埋込層7上に形成されたN型のコ
レクタ領域、9はベース領域を規定する厚い絶縁膜、1
0は絶縁膜9を利用した不純物拡散によって形成するP
型のベース領域、11はベース引き出し電極、4はベー
ス引き出し電極11を覆う層間絶縁膜、12は層間絶縁
膜4を部分的に除去してベース引き出し電極11と絶縁
膜を介して、隣接して設けられたエミッタ引き出し電
極、13はエミッタ引き出し電極12に対して自己整合
で形成したエミッタ領域であり、14は埋込層7と接続
するN型のコレクタ引き上げ領域、6は全体を覆う保護
絶縁膜である。
【0029】この例では、キャパシタの下部電極はバイ
ポーラトランジスタのベース引き出し電極11と共有化
され、上部電極は前記バイポーラトランジスタのエミッ
タ引き出し電極12と共有化され、層間絶縁膜4はエミ
ッタ・ベース間を分離する絶縁膜となっている。、キャ
パシタは、主に、対向する夫々の電極11,12の側面
及びその間に位置する層間絶縁膜4によって構成されて
いる。
【0030】また、ベース引き出し電極11の下に位置
する絶縁膜9を厚く形成することによって、半導体基板
1とベース引き出し電極11との間に生じる寄生容量が
低減し、キャパシタ及びトランジスタの寄生抵抗の低減
が可能となる。
【0031】加えて、素子直近の素子間分離絶縁膜上に
設けることによって、別に設けられた容量形成領域に設
ける場合と比較して、接続のための配線長を短縮するこ
とができる。
【0032】なお、このようなキャパシタは、バイポー
ラトランジスタのエミッタ・ベース間に位相調整・ノイ
ズ除去等のためにキャパシタを設ける場合等に有効であ
る。
【0033】図9乃至図11は、図8に示すキャパシタ
の上部電極(ベース引き出し電極11)をサリサイド化
し低寄生抵抗化するプロセスを示す縦断面図である。
【0034】先ず、図9に示すように、エミッタ引き出
し電極12となる多結晶シリコンを堆積させ、ホトリソ
グラフィによりパターニング形成した後、図10に示す
ように、このエミッタ引き出し電極12をマスクとし
て、層間絶縁膜4を、ベース引き出し電極11が露出す
るまでエッチバックした後、高融点金属例えばチタンを
スパッタによって堆積させてアニールを行う。これによ
って、P+層上のみ、つまり、ベース引き出し電極11
上のチタンと多結晶シリコンが反応して部分的に合金化
し、サリサイドが形成される。この後、図11に示すよ
うに、未反応のチタン除去を行なった後に保護絶縁膜6
を堆積させ、各電極へのコンタクトホールを形成する。
【0035】これによって、下部電極となるベース引き
出し電極11をサリサイド化することによって、キャパ
シタの寄生抵抗が低減され低抵抗となり、同時にバイポ
ーラトランジスタとしても、ベース引き出し電極11が
低抵抗化されベース抵抗の低減が可能となる。
【0036】また、誘電体膜として層間絶縁膜4をエッ
チバックして用い、保護絶縁膜6を全面に形成するの
で、層間絶縁膜4には誘電体膜としての特性をより優先
されることが可能となり、より誘電率の高いTa25
の材料を容易に採用することができる。
【0037】なお、このようなサリサイド化は、PNP
型のトランジスタであればエミッタ引き出し電極に対し
て可能であり、他に前述した実施の形態にても低抵抗化
の手段として有効である。
【0038】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。
【0039】例えば、前述した実施の形態の説明につい
て、夫々上部電極と下部電極とを入れ替えても本発明は
実施が可能である。
【0040】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0041】(1)本発明によれば、キャパシタの下部
電極をバイポーラトランジスタのベース引き出し電極と
同層にて形成し、上部電極をエミッタ引き出し電極と同
層にて形成することによりウエハプロセスの工程数増を
防ぐことが可能になるという効果がある。
【0042】(2)本発明によれば、ベース引き出し電
極形成工程及びエミッタ引き出し電極形成工程によっ
て、キャパシタの下部電極及び上部電極を形成すること
によって、キャパシタを形成するウエハプロセスの工程
数増を防ぐことが可能になるという効果がある。
【0043】(3)本発明によれば、素子間分離絶縁膜
上にキャパシタを形成することによつて、寄生抵抗を低
減することができるという効果がある。
【0044】(4)本発明によれば、キャパシタの一方
の電極をサリサイド化することによって、更に、キャパ
シタの寄生抵抗を小さくすることができるという効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部
を示す平面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部
を示す縦断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部
を示す平面図である。
【図4】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部
を示す平面図である。
【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置の要部
を示す平面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態である半導体装置の要
部を示す平面図である。
【図7】本発明の他の実施の形態である半導体装置の要
部を示す平面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態である半導体装置の要
部を示す平面図である。
【図9】本発明の他の実施の形態である半導体装置の工
程毎に示す縦断面図である。
【図10】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
工程毎に示す縦断面図である。
【図11】本発明の他の実施の形態である半導体装置の
工程毎に示す縦断面図である。
【符号の説明】
1…半導体基板、2…素子間分離絶縁膜、3…下部電
極、4…層間絶縁膜、5…上部電極、6…保護絶縁膜、
7…埋込層、8…コレクタ領域、9…絶縁膜、10…ベ
ース領域、11…ベース引き出し電極、12…エミッタ
引き出し電極、13…エミッタ領域、14…コレクタ引
き上げ領域。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャパシタを有する半導体装置におい
    て、前記キャパシタの一方の電極が半導体基板上に形成
    され、この一方の電極と隣接して他方の電極が形成され
    ており、夫々の電極の対向する側面及びその間に介在す
    る絶縁膜によってキャパシタが主に構成されていること
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記キャパシタの下部電極と、前記キャ
    パシタの上部電極とが、交互並列に配置されていること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記キャパシタの一方の電極が、前記キ
    ャパシタの他方の電極の周囲に配置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。
  4. 【請求項4】 前記キャパシタが半導体基板の層間絶縁
    膜絶縁膜上に形成されることを特徴とする請求項1乃至
    請求項3の何れか一項に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 キャパシタ及びバイポーラトランジスタ
    を有する半導体装置において、前記バイポーラトランジ
    スタのベース引き出し電極と同層となる同一材料にて一
    方の電極が形成され、前記バイポーラトランジスタのエ
    ミッタ引き出し電極と同層の同一材料にて他方の電極が
    形成されており、対向する夫々の電極の側面及びその間
    の絶縁膜によってキャパシタが主に構成されていること
    を特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記キャパシタの上部電極がエミッタ引
    き出し電極と、前記キャパシタの下部電極がベース引き
    出し電極と、夫々共有化されていることを特徴とする請
    求項5に記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記電極を多結晶シリコンにて形成する
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項に
    記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記電極をサリサイド化することを特徴
    とする請求項7に記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 キャパシタ及びバイポーラトランジスタ
    を有する半導体装置において、前記バイポーラトランジ
    スタのベース引き出し電極を形成する工程によって前記
    キャパシタの一方の電極が形成され、前記バイポーラト
    ランジスタのエミッタ引き出し電極を形成する工程によ
    って前記キャパシタの他方の電極が形成されていること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記キャパシタの上部電極がエミッタ
    引き出し電極と、前記キャパシタの下部電極がベース引
    き出し電極と、夫々共有化されていることを特徴とする
    請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081799B2 (en) 2002-08-22 2006-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Bipolar transistor, oscillation circuit, and voltage controlled oscillator

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7081799B2 (en) 2002-08-22 2006-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Bipolar transistor, oscillation circuit, and voltage controlled oscillator

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