JPS63266809A - 集積薄膜コンデンサ - Google Patents
集積薄膜コンデンサInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
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- Y10T29/43—Electric condenser making
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
この発明は集積薄膜コンデンサおよびコンデンサ製造方
法に関する９ ［従来の技術］ 集積薄膜コンデンサはＭＯＳチップ、バイポーラチップ
などの高性能電子素子や他の種類の半導体の電源調整に
よく使用されている。
法に関する９ ［従来の技術］ 集積薄膜コンデンサはＭＯＳチップ、バイポーラチップ
などの高性能電子素子や他の種類の半導体の電源調整に
よく使用されている。
［発明が解決しようとする課題］
今日要求される容量率は５０ｎＦ／ａ＃程度であるが、
電子素子の一層の高性能化に伴って増大することが予想
される。チップを形成したりチップ間の相互接続を行な
ったりする基板上にコンデンサを集積化すると、素子に
対する使用可能面積が増えたり、チップとコンデンサと
の間の寄生インダクタンスが小さくなったりするので望
ましい。コンデンサをチップ上に直接朶琶すると一層好
適である。しかしながら、このようなコンデンサの形成
時における大きな問題点は、点欠陥の発生によってコン
デンサが短絡してしまうことである。
電子素子の一層の高性能化に伴って増大することが予想
される。チップを形成したりチップ間の相互接続を行な
ったりする基板上にコンデンサを集積化すると、素子に
対する使用可能面積が増えたり、チップとコンデンサと
の間の寄生インダクタンスが小さくなったりするので望
ましい。コンデンサをチップ上に直接朶琶すると一層好
適である。しかしながら、このようなコンデンサの形成
時における大きな問題点は、点欠陥の発生によってコン
デンサが短絡してしまうことである。
この発明は、近い将来に要求される容量率よりもはるか
に大きな容量率を持つコンデンサを高歩留りで形成する
ことを意図している。基本的には、Ｍを金属、■を薄い
高誘電率絶縁物とするとＭｌ−１１−Ｍ２−Ｉ２−Ｍ３
のように２個のコンデンサの直列接続を形成する。さら
に、中間金属膜Ｍ２を１００万個といったような多数の
分離領域にパターン化する。したがって、２個の小面積
コンデンサの直列接続群が相互に並列接続された構造の
コンデンサが得られる。このコンデンサの構造では、同
一の小面積コンデンサ部分のＩｔと１２中に同時に欠陥
が発生しない限り、コンデンサは全体として正常性を保
つことができる。
に大きな容量率を持つコンデンサを高歩留りで形成する
ことを意図している。基本的には、Ｍを金属、■を薄い
高誘電率絶縁物とするとＭｌ−１１−Ｍ２−Ｉ２−Ｍ３
のように２個のコンデンサの直列接続を形成する。さら
に、中間金属膜Ｍ２を１００万個といったような多数の
分離領域にパターン化する。したがって、２個の小面積
コンデンサの直列接続群が相互に並列接続された構造の
コンデンサが得られる。このコンデンサの構造では、同
一の小面積コンデンサ部分のＩｔと１２中に同時に欠陥
が発生しない限り、コンデンサは全体として正常性を保
つことができる。
［課題を解決するための手段］
この発明は、第１、第２、第３金属導体層を備え、第１
金属導体層と第２金属導体層とを第１絶縁体層によって
分離し、第２金属導体層と第３金属導体層とを第２絶縁
体層によって分離し、第１．第３金属導体層は連続導体
からなり、第２金属導体層は第１、第３金属導体層間に
配置されると共に絶縁体によって複数個の導体に分離さ
れ、これらの金属導体層および絶縁体層によって、２個
のコンデンサの直列接続群の並列接続を形成してなる集
積薄膜コンデンサを提供する。
金属導体層と第２金属導体層とを第１絶縁体層によって
分離し、第２金属導体層と第３金属導体層とを第２絶縁
体層によって分離し、第１．第３金属導体層は連続導体
からなり、第２金属導体層は第１、第３金属導体層間に
配置されると共に絶縁体によって複数個の導体に分離さ
れ、これらの金属導体層および絶縁体層によって、２個
のコンデンサの直列接続群の並列接続を形成してなる集
積薄膜コンデンサを提供する。
この発明は、電気的基板ウェハの一部分を形成するか又
は集積回路チップ上に直接集積化されるかした集積コン
デンサを提供する。
は集積回路チップ上に直接集積化されるかした集積コン
デンサを提供する。
この発明は、ニオブまたはタンタルの金属導体層を持つ
コンデンサを提供する。
コンデンサを提供する。
この発明は、基板に第１金属薄膜を形成し、この第１金
属薄膜上に第１誘電体被膜を形成し、複数個の離間分離
金属膜からなる第２金属薄膜を第１誘電体被膜上に形成
し、複数個の離間分離金属膜上に第２誘電体被膜を形成
し、第２誘電体被膜上に第３金属薄膜を形成する電子基
板ウェハ上にコンデンサを形成するためのコンデンサ製
造方法を提供する。
属薄膜上に第１誘電体被膜を形成し、複数個の離間分離
金属膜からなる第２金属薄膜を第１誘電体被膜上に形成
し、複数個の離間分離金属膜上に第２誘電体被膜を形成
し、第２誘電体被膜上に第３金属薄膜を形成する電子基
板ウェハ上にコンデンサを形成するためのコンデンサ製
造方法を提供する。
この発明は、第２金属薄膜を被着形成し該第２金属薄膜
の絶縁分離部分を陽極処理して、複数個の離間分離金属
膜を形成してなるコンデンサ製造方法を提供する。
の絶縁分離部分を陽極処理して、複数個の離間分離金属
膜を形成してなるコンデンサ製造方法を提供する。
［実 施 例コ
以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。
半導体チップのような電子基板もしくは相互接続基板に
おいて、その集積化の一部分をなす薄膜コンデンサを例
にこの発明を説明するが、この発明の薄膜コンデンサは
他の方法で製造することもでき、また他の応用分野で使
用することもできる。
おいて、その集積化の一部分をなす薄膜コンデンサを例
にこの発明を説明するが、この発明の薄膜コンデンサは
他の方法で製造することもでき、また他の応用分野で使
用することもできる。
しかし、高性能チップの電源に用いるとほぼ一定の電圧
を与えることができるので特に効果的である。通常コン
デンサはできるだけチップの近くに設けるので、この発
明のコンデンサによって電気的ノイズの低減、チップ性
能の向上といった効果が得られる。
を与えることができるので特に効果的である。通常コン
デンサはできるだけチップの近くに設けるので、この発
明のコンデンサによって電気的ノイズの低減、チップ性
能の向上といった効果が得られる。
第１図、第２図において、この発明のコンデンサ１０は
、数枚の導体薄膜と数枚の絶縁体薄膜とを有し、これら
導体薄膜、絶縁体薄膜は交互に積層されている。例えば
、コンデンサはニオブまたはタンタルのような第１金属
導体層１２を備え、この層の厚さは適宜な値たとえば５
０００オングストロームである。中間金属導体層１４は
複数個の離間分離導体１６に形成されている。例えば、
各導体１６の厚さは１０００オングストローム、断面積
は４０ミクロン平方、隣接導体間の間隔は１０ミクロン
である。第３金属導体層１８の厚さは例えば５０００オ
ンゲス１へロームである。酸化ニオブまたは酸化タンタ
ルのような第１高誘電率絶縁体層２０を金属導体１２．
１４間に薄く設ける。また、第２高誘電率絶縁体層２２
を中高導体１６と第３金属導体層１８との間に設ける。
、数枚の導体薄膜と数枚の絶縁体薄膜とを有し、これら
導体薄膜、絶縁体薄膜は交互に積層されている。例えば
、コンデンサはニオブまたはタンタルのような第１金属
導体層１２を備え、この層の厚さは適宜な値たとえば５
０００オングストロームである。中間金属導体層１４は
複数個の離間分離導体１６に形成されている。例えば、
各導体１６の厚さは１０００オングストローム、断面積
は４０ミクロン平方、隣接導体間の間隔は１０ミクロン
である。第３金属導体層１８の厚さは例えば５０００オ
ンゲス１へロームである。酸化ニオブまたは酸化タンタ
ルのような第１高誘電率絶縁体層２０を金属導体１２．
１４間に薄く設ける。また、第２高誘電率絶縁体層２２
を中高導体１６と第３金属導体層１８との間に設ける。
絶縁体層２０．２２は５００オングストローム厚とし使
用金属導体の酸化物として形成することができる。不連
続導体１６は陽極処理金属のような誘電体２４で相互に
分離されている。−例として、コンデンサ１０の断面積
は１００平方センチである。
用金属導体の酸化物として形成することができる。不連
続導体１６は陽極処理金属のような誘電体２４で相互に
分離されている。−例として、コンデンサ１０の断面積
は１００平方センチである。
通常のコンデンサの電極をパターン化するのと同じ方法
で、第１、第３金属層１２．１８を必要に応じてパター
ン化できる。また、例えばエツチングによって、両絶縁
体層および中間導体層を貫通して第１金属層１２または
第３金属層１８に到る電気的接続が、普通のコンデンサ
の両極に対する電気的接触を取るのとほぼ同じ方法で得
られる。
で、第１、第３金属層１２．１８を必要に応じてパター
ン化できる。また、例えばエツチングによって、両絶縁
体層および中間導体層を貫通して第１金属層１２または
第３金属層１８に到る電気的接続が、普通のコンデンサ
の両極に対する電気的接触を取るのとほぼ同じ方法で得
られる。
したがって、この発明のコンデンサ１０は第３図に示す
ように２個のコンデンサの直列接続群で構成され、これ
らのコンデンサ直列接続群は相互に並列接続されている
。このようなコンデンサ１０では絶縁体層２０．２２が
非常に簿いので、コンデンサ１０内での短絡を防止し得
るように絶縁体層を形成するのが難かしい。しかしなが
ら、この発明のコンデンサｌ帆土第３Ａ図に示すように
欠陥発生時の対処が可能となっている。すなわち、コン
デンサ１０内に短絡欠陥２６．２８が生じたとしても、
２個のコンデンサの同−直列接続中で面欠陥が発生して
いないからコンデンサ１０が全体として短絡されること
がない。
ように２個のコンデンサの直列接続群で構成され、これ
らのコンデンサ直列接続群は相互に並列接続されている
。このようなコンデンサ１０では絶縁体層２０．２２が
非常に簿いので、コンデンサ１０内での短絡を防止し得
るように絶縁体層を形成するのが難かしい。しかしなが
ら、この発明のコンデンサｌ帆土第３Ａ図に示すように
欠陥発生時の対処が可能となっている。すなわち、コン
デンサ１０内に短絡欠陥２６．２８が生じたとしても、
２個のコンデンサの同−直列接続中で面欠陥が発生して
いないからコンデンサ１０が全体として短絡されること
がない。
この効果は第５図、第６図、第６Ａ図に示す従来構造と
比較すれば一層明瞭になる。従来構造では、第６図に概
略図示するように金属導体３０．３２が電気絶縁体３４
によって分離されている。
比較すれば一層明瞭になる。従来構造では、第６図に概
略図示するように金属導体３０．３２が電気絶縁体３４
によって分離されている。
したがって、絶縁体３４内の位置３６（第６Ａ図）で欠
陥が生じると、コンデンサは全体に亘って短絡してしま
う。従来のコンデンサは１個の大面積誘電体層を使用し
ているので、この発明のコンデンサ１０よりも大きな容
量を有するといった利点があるように見える。しかし、
この発明のコンデンサ］０では大面積の薄い誘電体を複
数個用いて相互の容量を得ているばかりでなく、歩留り
を大幅に改善している。第５図のような従来コンデンサ
で欠陥密度を小さく抑えようとすれば誘電体を厚くする
か多層誘電体を使用しなければならない。
陥が生じると、コンデンサは全体に亘って短絡してしま
う。従来のコンデンサは１個の大面積誘電体層を使用し
ているので、この発明のコンデンサ１０よりも大きな容
量を有するといった利点があるように見える。しかし、
この発明のコンデンサ］０では大面積の薄い誘電体を複
数個用いて相互の容量を得ているばかりでなく、歩留り
を大幅に改善している。第５図のような従来コンデンサ
で欠陥密度を小さく抑えようとすれば誘電体を厚くする
か多層誘電体を使用しなければならない。
この発明のコンデンサ１０を形成するには、たとえば半
導体技術における導体、絶縁体の交互積層技術やホトリ
ソグラフィ、エツチングを利用できる。
導体技術における導体、絶縁体の交互積層技術やホトリ
ソグラフィ、エツチングを利用できる。
第４Ａ図に示すように形成されたニオブの膜層１２は第
４Ｂ図に示すように部分的に陽極酸化処理または熱酸化
されて高誘電率絶縁体層２０を形成する。次に、この絶
縁体層２０にニオブ層１４が被着される。
４Ｂ図に示すように部分的に陽極酸化処理または熱酸化
されて高誘電率絶縁体層２０を形成する。次に、この絶
縁体層２０にニオブ層１４が被着される。
次に、層１４の上面に通常のホトレジストマスク（図示
せず）を塗布し、このレジストマスク上にホトリソグラ
フィの手法でパターンを刻成し、通常の方法でレジスト
マスクを現像、硬化して、第４Ｄ図トこ示すように不連
続導体１６となる部分を覆い、しかして露出部分を第２
ニオブ層の全厚さに亘って陽極処理することによって絶
縁体２４の部分を形成する。パターン化された隣接中間
導体１６の間の空間は、厚い絶縁体で充填することが重
要である。さもないとこれらの領域で短絡が生じる。次
に第４Ｅ図に示すようにニオブ層１４の残りの部分を陽
極処理または熱酸化して絶縁体層２２を形成する。最後
に第４Ｆ図に示すようにｐｍ体層２２の上面にニオブの
薄膜金属層１８を被着してコンデンサ１０を完成する。
せず）を塗布し、このレジストマスク上にホトリソグラ
フィの手法でパターンを刻成し、通常の方法でレジスト
マスクを現像、硬化して、第４Ｄ図トこ示すように不連
続導体１６となる部分を覆い、しかして露出部分を第２
ニオブ層の全厚さに亘って陽極処理することによって絶
縁体２４の部分を形成する。パターン化された隣接中間
導体１６の間の空間は、厚い絶縁体で充填することが重
要である。さもないとこれらの領域で短絡が生じる。次
に第４Ｅ図に示すようにニオブ層１４の残りの部分を陽
極処理または熱酸化して絶縁体層２２を形成する。最後
に第４Ｆ図に示すようにｐｍ体層２２の上面にニオブの
薄膜金属層１８を被着してコンデンサ１０を完成する。
必要に応じ他の金属や他の絶縁物で層を形成することが
できる。例えば金属導体層１２．１４．１８にタンタル
を使用し、絶縁体層２０．２２．２４として酸化タンタ
ルを用いるなどである。さらにマスキングとエツチング
のような他の方法を用いて、金属導体層、絶縁体層を形
成することができる。また絶縁体層２０．２２を他の酸
化物で形成したり、熱酸化のような他の方法で形成した
りすることができる。
できる。例えば金属導体層１２．１４．１８にタンタル
を使用し、絶縁体層２０．２２．２４として酸化タンタ
ルを用いるなどである。さらにマスキングとエツチング
のような他の方法を用いて、金属導体層、絶縁体層を形
成することができる。また絶縁体層２０．２２を他の酸
化物で形成したり、熱酸化のような他の方法で形成した
りすることができる。
第７図はこの発明の他の実施例を示し、この実施例では
銅の第１金属導体層４０をニオブ層４２と共に用いてコ
ンデンサ１０ａを形成しているので、銅層４０によって
低シート抵抗のコンデンサ＠極が実現できる。絶縁体Ｍ
４４はアルミニウムを陽極処理した酸化アルミニウム層
である。第２金属導体層４５はニオブまたはタンタル層
でありエツチングによって所望の離間分離導体セグメン
ト４６にパターン化される。第２絶縁体層４８も酸化ア
ルミニウム層である。第２ニオブ層５０を被着しこれを
銅層５２に接続して低抵抗を実現している。
銅の第１金属導体層４０をニオブ層４２と共に用いてコ
ンデンサ１０ａを形成しているので、銅層４０によって
低シート抵抗のコンデンサ＠極が実現できる。絶縁体Ｍ
４４はアルミニウムを陽極処理した酸化アルミニウム層
である。第２金属導体層４５はニオブまたはタンタル層
でありエツチングによって所望の離間分離導体セグメン
ト４６にパターン化される。第２絶縁体層４８も酸化ア
ルミニウム層である。第２ニオブ層５０を被着しこれを
銅層５２に接続して低抵抗を実現している。
以上説明したように、この発明は既述の薄目的およびこ
の発明本来の他の利点をよく達成している。この発明の
上記の実施例は説明のために用いたものであり、その構
造、諸都市の配置および工程の詳細にわたる数多くの変
形がこの発明の特許請求の範囲内で当業者によって実施
できるものである。
の発明本来の他の利点をよく達成している。この発明の
上記の実施例は説明のために用いたものであり、その構
造、諸都市の配置および工程の詳細にわたる数多くの変
形がこの発明の特許請求の範囲内で当業者によって実施
できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による集積薄膜コンデンサ
の要部拡大断面図、第２図は第１図の２−２線に沿った
断面図、第３図は第１図、第２図のコンデンサの回路図
、第３Ａ図は、第２図において２個の重ならない欠陥が
発生した状態を示す回路図、第４Ａ図〜第４Ｆ図は第１
図、第２図のコンデンサの製造工程を示す要部斜視図、
第５図は従来のコンデンサを示す断面図、第６図は第５
図のコンデンサの概略回路図、第６Ａ図は、第５図のコ
ンデンサにおいて欠陥が発生した状態を示す概略回路図
、第７図はこの発明の他の実施例の要部拡大断面図であ
る。
の要部拡大断面図、第２図は第１図の２−２線に沿った
断面図、第３図は第１図、第２図のコンデンサの回路図
、第３Ａ図は、第２図において２個の重ならない欠陥が
発生した状態を示す回路図、第４Ａ図〜第４Ｆ図は第１
図、第２図のコンデンサの製造工程を示す要部斜視図、
第５図は従来のコンデンサを示す断面図、第６図は第５
図のコンデンサの概略回路図、第６Ａ図は、第５図のコ
ンデンサにおいて欠陥が発生した状態を示す概略回路図
、第７図はこの発明の他の実施例の要部拡大断面図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第１、第２、第３金属導体層を備え、第１金属導体
層と第２金属導体層とを第１絶縁体層によって分離し、
第２金属導体層と第３金属導体層とを第２絶縁体層によ
って分離し、第２金属導体層が第１、第３金属導体層間
に配置されると共に絶縁体によって複数個の導体に分離
され、第１、第３金属導体層、第２金属導体層の複数個
の導体、第１、第２絶縁体層によって、２個のコンデン
サの直列接続群の並列接続を形成していることを特徴と
する集積薄膜コンデンサ。 ２、請求項１において、集積薄膜コンデンサは電気的基
板の一部分をなしている集積薄膜コンデンサ。 ３、請求項１において、集積薄膜コンデンサが集積回路
チップの一部分をなしている集積薄膜コンデンサ。 ４、請求項２において、金属導体層がニオブからなって
いる集積薄膜コンデンサ。 ５、請求項２において、金属導体層がタンタルからなっ
ている集積薄膜コンデンサ。 ６、基板に第１金属薄膜を形成する工程と、この第１金
属薄膜上に第１誘電体被膜を形成する工程と、絶縁体に
よって分離された複数個の離間分離金属膜からなる第２
金属薄膜を第１誘電体被膜上に形成する工程と、複数個
の離間分離金属膜上に第２誘電体被膜を形成する工程と
、第２誘電体被膜上に第３金属薄膜を形成して２個のコ
ンデンサの直列接続群の並列接続からなるコンデンサを
形成する工程とを備えた電子基板ウェハ上にコンデンサ
を形成するコンデンサ製造方法。 ７、請求項６において、金属薄膜がニオブからなるコン
デンサ製造方法。 ８、請求項６において、金属薄膜がタンタルからなるコ
ンデンサ製造方法。 ９、請求項６において、第２金属薄膜を被着形成し、該
第２金属薄膜の絶縁分離部分を陽極処理して前記複数個
の離間分離金属膜を形成することを特徴とするコンデン
サ製造方法。
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