JPS5927565A - 半導体本体の表面に超小型回路と共に集積したコンデンサの製造方法およびこれから製造した装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重ね合せる２個の金属層から形成するコンデン
サプレートを半導体から少なくとも部分的に絶縁し、か
つ絶縁材料層で互いに分離し、コンデンサの誘電体およ
びその側方絶縁を下部金属層の局部陽極酸化により得ら
れた島および垂直隔壁のそれぞれによって形成する半導
体の表面においてマイクロ−エレクトロニック構造で一
体にしたコンデンサの製造方法に関するものである。ま
た、本発明はこの方法で形成した装置に関するものであ
る。

一体マイクローエレクトロニツク構造でコンデンサを形
成するために、いわゆる薄膜技術ご用いるのが好ましく
、またこの技術によって形成した単位表面積当り大きい
キャパシタンスを有し、がつ拡散接合キャパシタンスよ
り著しく小さい抵抗を有Ｔるコンデンサご用いることが
できる。更に、薄膜コンデンサのキャパシタンスは半導
体接合のキャパシタンスによる場合のように供給電圧に
影皆を受けない。

これらのコンデンサにおいて、実際上訴ｍ体として最近
用いられている絶縁体は少なくとも１個のプレートを構
成する金属から得られる酸化物層である。したがって、
多くの場合、この誘電体はプレートを構成するアルミニ
ウムから形成するアルミナであり、このアルミナは絶縁
の破壊による危険を殆んど完全に除去Ｔる高い誘電率の
特性を有する酸化物である。

誘電体を形成Ｔるのにしばしば用いられている方法は陽
極酸化方法として知られており、この方法は適当な電圧
？陽極的に酸化しうる金属の層と適当に選択した電解液
に浸漬する電極との間に供給することからなる。

この溶液は、いわめるｌ’−ＭＯＭＪ（金属−酸化物−
金属）コンデンサを製造する場合に特に重要である０な
ぜならば、誘電体層を第１堆積金Ｒ層に形成でき、かつ
プレートを構成する金属のみならず、使用Ｔる電解液の
組成を適当に選択する必要があるためでｂる。例えば、
蓚酸およびエチレン−グリコールの如き電解液として用
いる与えられた溶液がアルミニウム層の陽ｔ＠酸化中に
アルミナの多孔層を形成し、また特に酒石酸からなる他
の溶液はアルミナの緻密層を形成１−ることは知られて
いる。

コンデンサ間゛のプレートを構成する金属をその誘電体
を通して拡散するのを避けるために、誘電体を緻密な酸
化物層で構成するのが有利であることについては報告さ
れていない。

一般に、コンデンサの金属プレートは一体マイクロー構
造を有する半導体の表面を被ｒｊｔ　Ｔる接続回路網を
形成するプロセス中でＪ構成する。

かかる接続回路網を同一レベルにおいて同一の膜数のコ
ンデンサから構成する場合には、その製造が極めて複雑
になる。このために、この場合においてはコンデンサ間
の絶縁の問題および接触の問題が考慮されるが、これら
の問題２、中でも必゛要とされる空間と関連させ、ｏＩ
記一体マイクロー構造の表面が小さい場合における著し
い困難性を解消１−ることかできる。

解決策としては、組立体において一体マイクロー構造を
有する半導体の表面を被覆する絶縁層上。

に堆積する第１＊Ｒ層がら形成するプレートを用い、各
コンデンサの他のプレートを第２金属層から形成Ｔるこ
と、および少なくとも第１金ｐＡ層をその表面から形成
Ｔる横隔壁を一絶縁するととによって予じめ選択された
配置の異なる部分に再分することからなる。

上記隔壁は金属層に設ける溝によって形成することがで
き、かつ重化珪素ご充満゛［ることかでき・るが、しか
し隔壁はコンデンサのプレートを得るのに、および一般
に接続回路網を得るのに作用する第１金属層の局部陽極
酸化によって形成するのが好ましい。

コンデンサおよび接続回路網を半導体の表面において形
成した後、最後に半導体を一体構造の能動（ａｏｔｉＶ
ｅ　）または受動（ｐａｓｓｉｖｅ）　ｆＡ子を有する
、いわゆる、能動表面と正反対のその背面に研磨処理を
施す。

この研磨工程は半導体の所望の厚さを得る作用をし、ま
た＠磨工程は能動表面のおよび基準面（ｒｅｆｅｒｅｎ
ｃｅ　５ｕｒｆａｃｅ）として能動表面を被覆する層の
使用を効果的にする。

変形構造において、基準面に作用する圧力の影響下でコ
ンデンーリ゛プレートを分離する銹亀体局部島およびコ
ンデンサを互いに絶縁Ｔる垂直隔壁を金属層に僅かに加
圧する０この場合に金属層は成形し、次いで破壊する。

前記島および／または前記隔壁の周囲に特にあられれる
この現像としては同じコンデンサのブレ・−ト間または
隣接コンデンサのプレート間に短絡回路を生ずることで
ある。

この欠点を除去するのに用いる解決策としては誘ｎ体層
または絶縁隔壁を補助絶縁層で被覆するようにするが、
この結果として゛従来の操作に堆積およびフオトーエッ
チングエ＋＆ｉ　を加えることになるために方法を複雑
にする。

本発明の目的は上記フォト−エツチング中に生ずる現象
を考慮し、上述する従来方法の欠点を除去することであ
る。

本発明の他の目的はｎ＋１単で、反復生産でき、かつ多
層構造の他の素子の同時形成と適合しうる操作によって
多ＮＮ４造で一体化できるＭｏｌコンデンサを提供する
ことである。

この目的のために、本発明においては適当な屯解故に浸
漬し、コンデンサの容量特性を測定する外部電圧な作用
する良好な導ｉｌｉ率の金属を陽極酸化する既知の方法
を用いる。

本発明の方法は、重ね合せる２個の金属層から形成する
コンデンサのプレートご半導体から少な・〈・とも部分
的に絶縁し、かつ絶縁材料層で互Ｉ、ｓに分離し、コン
デンサの誘電体およびそ１’Ｌらの側方絶縁を下部金属
層の局部陽極酸化によって得られる島および垂直隔壁の
それぞれによって形成する半導体の表面にマイクロ−エ
レクトロニック構造で一体にしたコンデンサの製造方法
において、前記下部金属層およびそれご被覆する絶縁材
料層を堆積した、後、前記絶縁材料層に設けた第一系列
の孔を通してくほみをこの金属層に局部的に設け、この
ために該金属層にキャビティを形成し、コンデンサの島
の形状の誘電体層を陽極酸化によって形成し、次いで絶
縁材料の同じ層に設けた第二系列の孔を通して新しいく
ぼみを下部金属層に形成し、これを同時に互いに電気的
に絶縁してコンデンサの下部プレートに最終形状を付与
することを特徴とする。

本発明の第１の利点は補助堆積および／または−フォト
−エツチング工程を必要としないことであり、このため
に金Ｒ層を腐食するのに絶縁材料層に設けた同じ孔を金
属層の陽極酸化に［Ｙｌいることができる。

第二の利点としては本発明の方法を実施する場合に、ア
ンダーーエツチンダと４１ｆ＝する側方腐食を横腐食と
同時に行うために自１ｌｉＩＩ的に実施できることであ
る。絶縁材料層の下に延びるこの腐食は、特に圧力を所
望の厚さを得るために最終操作中表面に作用する場合に
、周囲な完全に保護する陽極酸化物の局部島を形成する
。

コンデンサのプレートはアルミニウム層から形成するの
が好ましく、この結果コンデンサの誘電体およびこれら
の垂直絶縁隔壁はアルミナからなり、かかる誘電体は緻
密なアルミナからなり、および絶縁隔壁は一般的に多Ｉ
ｌ、性アルミナからなるＯ陽極酸化によって形成する緻
密なアル°ミナは酒石酸溶液から得るのが好ましく、ま
た陽極酸化によって形成する多孔性アルミナは蓚酸溶液
から得るのが好ましい。

これらの陽極酸化操作は低い温度で行うことができ、こ
のためにコンデンサからなる’ＭＵ造の物理的および電
気的特性を変化さぜることがないＯ・・また１本発明は
上述する本発明の方法により形成した装置に関するもの
で、能動および受動素子の一体構造からなり、その表面
に垂直絶縁隔壁で互いに絶縁した複数のコンデンサを形
成し、該コンデンサのそれぞれのプレートを島形状の誘
電体層で分離し、該誘電体層および垂直絶縁隔壁をかか
るプレートに被覆する絶縁材料層に設けた孔２通してコ
ンデンサの下部プレートの表面層を局部陽極ｍ化によっ
て形成した装置において、誘電体層を構成すや局部島の
外面および垂直絶縁隔壁の外面をコンデンサの下部プレ
ートの表面に対してレベルに少なくとも部分的に差を存
在させ、かかる下部プレートを被覆する絶縁材料層ごか
ように形成するくほみの周囲に対して直角に形成したこ
とを特徴とする。

次に、本発明を添付図面について説明する。

添付図面に示′１−装置の寸法はわかりゃ、すくＴるた
めに拡大しかつ不均衡の状態で示している。

第１−４図に示す構造例において、出発部材は図面に示
していない能動および受動素子を形成する半導体ウニＩ
へ−１であるＯ このウェハー１の表面２に、一般にＳ、ｔＯｌｌの第１
絶縁材判層８１堆積し、この場合かかる能動および受動
素子を接触させるために必要とされる孔４を設ける０ 次いで、絶縁材料層δの表面および孔４を、形成子べき
コンデンサの下部（第１）プレートを形成する金属層を
形成するアルミニウム層すで被復す−る。また、この金
属層は孔４を通して装置の能動および受動素子と接触す
る接続回路網の第１層を形成する役目をする。

この接続回路網を形成した後、組立体を第２絶縁材判層
６で被覆し、この層６に孔７を設け、この孔７を通して
下側金属層５を化学的に腐食するＯこの化学腐食のため
に、くほみ８を形成し、このくほみの周囲はアンダー−
エツチングと称する現象のために絶縁材料層６（第１図
）に対して直角に形成される。

次いで、くほみ８で露出された表面を陽極酸化して緻密
なアルミナ層９を形成するＯこのアルミナ層９は製造Ｔ
べきＭＯＭコンデンサの誘電体層を構成する（第２図）
。これらのアルミナ層９＆まｐＨ−１，８ノｓ　ｏ　’
；ｌ　／　ｌ　ｃ７１！石ｍ水ｆＩＩＫ中テＩＯＡ／Ｖ
で得るべき厚さに選定した電圧で形成する。この例では
’ｒａ、田として約２５Ｖの１ＥＥを選定することがで
き本〇 誘電体層９を形成した後、別の新ルい孔ｌＯを絶縁材料
層６に設ける。これらの孔１０はすでに設けられた孔７
の間に位置し、この孔７を通して化学腐食をりつ１て多
孔性アルミナの局部島１２からくほみ１１２形成し、こ
第１により実際上下部プレー）５ａ、５ｂ・・・・・・
、すなわち、本発明に〜よる複数のＭＯＭコンデンサの
配置を確立する。これらの絶縁島１２は金属層６の全厚
さひ横切っており、これらの島１２はｓｏ９／ｌの蓚酸
溶液中で陽極酸して形成する。

次いで、＠４図に示Ｔ最後の工程で、コンデンサの第２
プレート１８ａおよび１８ｂ１第１プレートの接点１４
および接続回路網の新しい層を組立体の表面に堆積した
一般にアルミニウムの第２層から形成し、適当な手段で
フォト−エツチングする。

第４図から明らかなように、一連のコンデンサを一体構
造の表面に形成し、コンデンサの直列または並列配置を
外部接続ＧＯよって確立する０゜

【図面の簡単な説明】

第１−４図は本発明の方法により形成したｖＩｌ数のＭ
ｏｌ　：１ンデンサからなる半導体装置を製造する順次
各工程での装置のｌｌ１ＩＳ構造の断面を示す説明用線
図である。 ｌ・・・半導体ウエノ・−２・・・半導体ウニ／％−の
表面３・・・第１絶縁材料Ｍ　　　　４，７．１０・・
・孔５・・・コンデンサの下部（第１）プレートを形成
する金属層（アルミニウム層） ５ａ、　５ｂ・・・第２絶縁材料！　　８．１１・・・
くほみ９・・・緻密なアルミナ層 １２・・・多孔性アルミナの局部島 １８ａ、　１δｂ・・・第２プレート１４・・・第１プ
レートの接点。 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　重ね合せる２個の金属層から形成するコンデンサの
   プレートを半導体から少なくとも部分的に絶縁し、かう
   絶縁材料層で互いに分離し、コンデンサの誘電体および
   その側方絶縁を下部金属層の局部陽極酸化により形成し
   た島および垂直隔壁のそれぞれによって形成する半導体
   の表面においてマイクロ−エレクトロニック構造で一体
   にしたコンデンサの製造方法において、ｉｌｌｌｌ部下
   属層およびそれを゛被覆する絶縁材ｒ１層を堆積した後
   、前記金属層にキ゛ヤビテイを形成Ｔるために前記絶縁
   材料層に設けた第一系列の孔２通して局部くぼみをこの
   金属層に設け、次いでコンデンサの島形状の誘電体層を
   形成し、次いで絶縁材料のこの同じ層に設けた第二系列
   の孔を通して新しいくほみを下部金属層に設け、垂直隔
   壁を形成し、これらを互いに同時に屯気的に絶縁してコ
   ンデンサの下部プレートに最終形状を付与することを特
   徴とり−るマイクロ−エレクトロニック構造で一体にし
   たコンデンサの製造方法。 コンデンサのプレートをアルミニウム層から形成し、コ
   ンデンサの誘ｍ体およびその垂力絶縁隔壁はアルミナか
   らなる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８　コンデンサの誘電体層は緻密なアルミナからなり、
   垂直絶縁隔壁は多孔性アルミナからなる特許請求の範囲
   第２項記載の方法０侃　能動および受動菓子の一体構造
   からなり、その表面に垂直絶縁隔壁で互いに絶縁した複
   数のコンデンサを形成し、該コンデンサのそれぞれのプ
   レートを島形状の誘電体層で分離し、該誘電体層および
   垂直絶縁隔壁をかかるプレートに被覆する絶縁材料層に
   設けた孔を通してコンデンサの下部プレートの表面層な
   局部陽極酸化によって形成したマイクロ−エレクトロニ
   ック構造で一体にしたコンデンサ装置において、誘電体
   層を構成する局部島の外面および垂直絶縁隔壁の外面を
   コンデンサの下部プレートの表面に対してレベルに少な
   くとも部分的に差を存在させ、かかる下部プレートを被
   覆する絶縁材料層をかように形成するくほみの周囲に対
   して直角に形成して構成したこと２特徴とするマイクロ
   −エレクトロニック構造で一体にしたコンデンサ装置。