WO2003054934A1 - Integriertes halbleiterprodukt mit metall-isolator-metall-kondensator - Google Patents

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WO2003054934A1
WO2003054934A1 PCT/EP2002/013804 EP0213804W WO03054934A1 WO 2003054934 A1 WO2003054934 A1 WO 2003054934A1 EP 0213804 W EP0213804 W EP 0213804W WO 03054934 A1 WO03054934 A1 WO 03054934A1
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WO
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electrode
layer
dielectric
metal
semiconductor product
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PCT/EP2002/013804
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Klaus Koller
Heinrich KÖRNER
Michael Schrenk
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Infineon Technologies Ag
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    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors

Definitions

  • the present invention relates to an integrated semiconductor product with conductor tracks and a metal-insulator-metal capacitor.
  • the present invention relates in particular to an integrated semiconductor product with conductor tracks which have aluminum as an essential component.
  • High-frequency circuits in BIPOLAR, BICMOS and CMOS technology require integrated capacitors with high voltage linearity, precisely adjustable capacitance values and, above all, low parasitic capacitances.
  • the conventional MOS or MIS capacitors used to date have insufficient voltage linearity due to voltage-induced space charge zones. The short distance to the substrate also brings with it numerous parasitic capacitances.
  • MIM capacitors metal-insulator-metal capacitors
  • the top electrode is also structured with the aid of top electrode etching, which has to be stopped in the dielectric of the capacitor. For this reason, these methods require a dielectric layer with a sufficient thickness of at least 60 nm.
  • FIG. 4 The starting point for the production of a MIM capacitor according to the prior art is the stack shown in FIG. 4.
  • An adhesive layer 2 made of Ti, a conductor track 3 made of Al and an anti-reflective coating (ARC) layer 5 made of Ti / TiN is deposited on a substrate 1.
  • This stack also functions as a first electrode.
  • a dielectric layer 6 is applied to this stack.
  • the metal stack for the second electrode is deposited over the dielectric layer 6. It consists of two TiN (Ti) layers 8, 10 and an Al layer 9 lying between them.
  • FIG. 5 shows a process stage in which the second electrode 8, 9, 10 and the dielectric 6 have already been structured. As can be seen from the etching edge 16, the dielectric 6 serves as an etching stop in the area outside the second electrode 8, 9, 10.
  • the area-specific capacitance of such known capacitors is around 1 fF / ⁇ m 2 ; however, a multiple of this value is required for future high-frequency applications. borrowed.
  • the area-specific capacitance of a capacitor is essentially determined by the thickness of the dielectric separation layer and the value of the dielectric constant. An increase in the area-specific capacitance of a capacitor can therefore be achieved by using dielectrics with a high dielectric constant (> 8). Furthermore, insulation layers that are thinner than 60 nm also lead to an increase in the area-specific capacitance.
  • the object of the invention is to create an improved integrated semiconductor product with conductor tracks and a metal-insulator-metal capacitor and to specify a method for its production.
  • an integrated semiconductor product with conductor tracks, which have aluminum as an essential component, is provided, which has at least one metal
  • Insulator metal capacitor having a first electrode, a dielectric layer and a second electrode.
  • the dielectric layer is arranged in an opening of a dielectric auxiliary layer arranged above the first electrode.
  • a method for producing an integrated semiconductor product with conductor tracks which have aluminum as an essential component and at least one metal-insulator-metal capacitor which has a first electrode, a dielectric layer and a second electrode includes, provided.
  • the process includes the following steps:
  • the first electrode is produced in a layer which is also provided as a layer for conductor tracks;
  • the concept presented here is particularly, but not exclusively, suitable for integrating MIM capacitors with thin dielectrics without significantly changing the reliability of the other metal tracks.
  • the reliability of the other metal tracks remains essentially unchanged, since in particular there are no residues of the dielectric capacitor layer on the other metal tracks.
  • the method according to the present invention can be implemented relatively uncritically with regard to the individual process steps and allows greater freedom in the selection of materials and their thickness.
  • the method according to the present invention has the advantage that etching can be carried out significantly more easily than according to the prior art, since no etching through of the remaining dielectric capacitor layer over the metal tracks is necessary.
  • the metal-insulator-metal capacitor has a first electrode which is formed in a metal level for conductor tracks. Since the dielectric interlayer and the If the metallization layer for the second electrode can be kept thin, the metal-insulator-metal capacitor can be integrated into an existing concept for producing an integrated semiconductor product with passive semiconductor products without great difficulty.
  • the metal-insulator-metal capacitor is expediently produced by applying a metal layer for conductor tracks to a substrate.
  • This layer can in particular also be a liner layer and a
  • a dielectric auxiliary layer is subsequently deposited onto the metal layer for conductor tracks. It serves as a partial sacrificial layer and does not play the role of the MIM dielectric, but becomes part of the later applied intermetallic dielectric (IMD).
  • IMD intermetallic dielectric
  • the dielectric layer is removed at those points where the integration of a MIM capacitor is provided. It is particularly preferred if a corresponding etching stops selectively on the lower electrode.
  • a dielectric layer of freely selectable material and of any thickness is deposited on the correspondingly structured surface. The materials that form the second electrode are then applied and structured accordingly.
  • a conductive barrier is applied to the first electrode before step (d). It is particularly preferred if the conductive barrier is selectively applied only to the exposed first electrode.
  • Figure 1 shows a section of a cross section through an integrated semiconductor product containing a metal-insulator-metal capacitor, according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a section of a cross section through a metal web stack, as used for the first electrode of a MIM capacitor according to an exemplary embodiment of the present invention, and a dielectric auxiliary layer deposited on the stack, the dielectric auxiliary layer already above the first electrode is open.
  • Figure 3 shows a section of a cross section through an integrated semiconductor product with an integrated metal-insulator-metal capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a section of a cross section through a layer stack, as used for the production of a MIM capacitor according to the prior art.
  • Figure 5 shows the detail of Figure 4 after structuring of the second electrode.
  • FIG. 2 shows a metal track stack with an adhesive layer 2 made of Ti, a conductor track 3 made of AlCu and an anti-reflective coating (ARG) layer 5, as is also the case in the corresponding case
  • the conductor track 3 should also act as the lower MIM electrode.
  • a dielectric auxiliary layer 6 made of, for example, SiO 2 or Si 3 N and having a thickness of approximately 50-100 nm using known, metallization-compatible processes. It serves as a partial sacrificial layer and does not play the role of a MIM dielectric but becomes part of the later applied intermetallic dielectric (IMD).
  • IMD intermetallic dielectric
  • FIG. 3 shows the MIM capacitor after the deposition and structuring of the MIM dielectric 7 and the upper electrode 8, 9, 10.
  • the dielectric 7 can be freely selected and can be deposited in any thickness.
  • a conductive barrier (not shown) can also be applied to the first electrode. It is particularly preferred if the conductive barrier is selectively applied only to the exposed first electrode.
  • an integration path according to this exemplary embodiment does not impose any minimum requirements on the thickness, etching behavior and other properties of the dielectric layer 7, any method for its production can be used, such as CVD, PECVD, MOCVD, and PVD, as long as the layers can be produced at temperatures below 00 ° C.
  • the dielectric layer 7 can also be produced on the lower electrode by means of an oxidation of the surface of the lower electrode or by means of the oxidation of a layer provided for this purpose (for example TaN).
  • ALD atomic layer deposition
  • This process allows extremely thin layers to be produced by atomic layer deposition.
  • the method according to the invention opens up access to condensate Ren with specific capacities from 3 fF / pm 2 to well over 10 fF / pm 2 , which could not be produced with sufficient quality reproducible with the previous approaches.
  • Ideal growth conditions for dielectrics to be deposited by means of ALD are obtained if the substrate is slightly oxidized on the surface after opening the sacrificial layer 6 in an oxygen-containing atmosphere.
  • the native oxide thus produced in the ARC layer 5 offers similar good prerequisites for the deposition of any oxides as the neighboring dielectric auxiliary layer 6, so that the desired oxide layers grow spontaneously, reproducibly, densely and with the highest quality.
  • the materials for the upper electrode are then applied. These in turn include conductive barriers 8, 10, which may include TiN, for example.
  • conductive barriers 8, 10 which may include TiN, for example.
  • the topology produced in the first dielectric layer 6 is relatively small: the edge length of the lower electrodes is greater than 1 ⁇ m and the step height is approximately 50-100 nm.
  • the topology can therefore be covered well by the chosen deposition method.
  • the stack is then etched from the upper electrode 8, 9, 10 of the dielectric layer 7 and the auxiliary layer 6.
  • An upper intermetallic dielectric 11 is then deposited. Any residues of the dielectric auxiliary layer 6 now simply become part of this IMD 11.
  • vias 12 are formed which are connected at their upper end to upper conductor tracks 13. These upper conductor tracks 13 are in turn embedded in an intermetallic dielectric 14.
  • the via etching can be carried out much more easily than according to the prior art, since it is not necessary to etch through the remaining dielectric capacitor layer above the metal tracks.
  • the metallization and plate capacitor materials described in the above exemplary embodiment are exemplary and are not limited to these.
  • all conductive materials such as Si, W, Cu, Ag, Au, Ti, Pt and alloys thereof can be used as conductor tracks.
  • Ti and TiN, TiW, W, WN X with 0 ⁇ x ⁇ 2, Ta, TaN, suicides and carbides are particularly suitable as alternative barriers or liner layers. All of the materials mentioned and their combinations can be used as electrodes.
  • the entire range of materials with a significantly higher k is available, in particular Al 2 0 3 , Zr0 2 , Hf0 2 , Ta 2 0 5 , La 2 0 3 , Ti0 2 as well as the respective mixed oxides, oxynitrides and silicates from them, SrTi0 3 , Ba x Sr ! _ x Ti0 3 with O ⁇ x ⁇ l (BST) and PbZr x Ti X - x 0 3 with O ⁇ x ⁇ l (PZT).

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Abstract

Zur Herstellung eines integrierten Halbleiterprodukts mit integrierten Metall-Isolator-Metall-Kondensatorswird zunächst auf eine erste Elektrode (2, 3, 5) eine dielektrische Hilfsschicht (6) abgeschieden. DieseHilfsschicht (6) wird dann über der ersten Elektrode geöffnet (15). Anschließend wird eine dielektrischeSchicht (7) erzeugt, auf die dann der Metallbahnstapel (8, 9, 10) für die zweite Elektrode aufgebracht wird. Danach erfolgt die Strukturierung des Metall-Isolator-Metall-Kondensators mit bekannten Ätzverfahren. Dadurch werden dielektrische Kondensatorschichten mit frei wählbaren Materialien inbeliebiger Dicke ermöglicht. Insbesondere besitzt die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass Via-Ätzungen deutlich einfacher als nach dem Stand der Technik durchgeführt werden können, da kein Durchätzen der restlichen, dielektrischen Kondensatorschicht über den Metallbahnen notwendig ist.

Description

Besehreibung
Integriertes Halbleiterprodukt mit Metall-Isolator-Metall- Kondensator
Die vorliegende Erfindung betrifft ein integriertes Halbleiterprodukt mit Leiterbahnen und einem Metall-Isolator- Metall-Kondensator. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein integriertes Halbleiterprodukt mit Leiterbahnen, die als wesentlichen Bestandteil Aluminium aufweisen.
Hochfrequenzschaltungen in BIPOLAR-, BICMOS- und CMOS- Technologie benötigen integrierte Kondensatoren mit hoher Spannungslinearität, genau einstellbaren Kapazitätswerten und vor allem niedrigen parasitären Kapazitäten. Die bisher eingesetzten konventionellen MOS- bzw. MIS-Kondensatoren weisen aufgrund spannungsinduzierter Raumladungszonen eine ungenügende Spannungslinearität auf. Der geringe Abstand zum Substrat bringt außerdem zahlreiche parasitäre Kapazitäten mit sich.
Diese Schwierigkeiten lassen sich durch den Einsatz sogenannter Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren (MIM- Kondensatoren) umgehen, die üblicherweise zwischen zwei Me- tallisierungsebenen angeordnet sind und die somit einen deutlich größeren Abstand zum Substrat aufweisen. Dabei sollen diese Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren möglichst ohne Veränderung und Beeinflussung der benachbarten Leiterbahnen in die vorhandenen Konzepte für eine Mehrlagenmetallisierung integriert werden.
Bisherige Ansätze, wie sie etwa aus den Druckschriften US 5,946,567, EP 0 800 217 AI und EP 1 130 654 AI sowie dem Artikel "High Density Metal Insulator Metal Capacitors Using PECVD Nitride for Mixed Signal and RF Circuits", IITC, S.
245-247, IEEE (1999) von Kar-Roy et al . bekannt sind, verwenden die in der Mikroelektronik bekannten und gut charakteri- sierten Materialien Siliziumdioxid bzw. Silizium-Nitrid als Dielektrikum. Jedoch liegen die Dielektrizitätskonstanten k dieser Materialien mit Werten von ca. vier bzw. sieben nicht sonderlich hoch. Weiterhin müssen sie wegen der Anwendung in der Mehrlagenmetallisierung in Plasma- (PECVD-) Verfahren abgeschieden werden. Diese Verfahren zeichnen sich typischerweise durch hohe Abscheideraten, aber auch durch hohe Defekt- dichten und mindere Schichtqualität aus. Daher lassen sich in Plasmaverfahren praktisch keine Schichten unter 60 nm mit re- produzierbarer Dicke und ausreichender Qualität herstellen.
Bei den oben zitierten Integrationskonzepten erfolgt außerdem die Strukturierung der Top-Elektrode mit Hilfe einer Top-Elektroden-Ätzung, die in dem Dielektrikum des Kondensa- tors gestoppt werden muß. Aus diesem Grund erfordern diese Verfahren zwingend eine Dielektrikumsschicht mit einer ausreichenden Dicke von mindestens 60 nm.
Ausgangspunkt für die Herstellung eines MIM-Kondensators nach dem Stand der Technik ist der in Figur 4 gezeigte Stapel. Dabei ist auf ein Substrat 1 eine Haftschicht 2 aus Ti, eine Leiterbahn 3 aus AI und eine Anti-Reflex-Coating(ARC) - Schicht 5 aus Ti/TiN abgeschieden. Dieser Stapel hat gleichzeitig die Funktion einer ersten Elektrode. Auf diesem Stapel ist eine dielektrische Schicht 6 aufgebracht. Über der dielektrischen Schicht 6 ist der Metallstapel für die zweite Elektrode abgeschieden. Er besteht aus zwei TiN(Ti) -Schichten 8, 10 und einer dazwischen liegenden Al-Schicht 9. Figur 5 zeigt ein Prozeßstadium, in dem bereits die zweite Elektrode 8, 9, 10 und das Dielektrikum 6 strukturiert worden sind. Wie man an der Ätzkante 16 erkennen kann, dient hierbei das Dielektrikum 6 im Bereich außerhalb der zweiten Elektrode 8, 9, 10 als Ätzstop.
Die flächenspezifische Kapazität solcher bekannter Kondensatoren liegt um 1 fF/μm2; für zukünftige Hochfrequenzanwendungen ist jedoch ein Mehrfaches dieses Wertes erforder- lieh. Die flächenspezifische Kapazität eines Kondensators wird im wesentlichen durch die Dicke der dielektrischen Trennschicht und den Wert der Dielektrizitätskonstante bestimmt. Eine Erhöhung der flächenspezifischen Kapazität eines Kondensators kann deshalb durch die Verwendung von Dielektrika mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (>8) erreicht werden. Weiterhin führen auch Isolationsschichten, die dünner als 60 nm sind, zu einer Erhöhung der flächenspezifischen Kapazität.
Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes integriertes Halbleiterprodukt mit Leiterbahnen und einem Metall-Isolator- Metall-Kondensator zu schaffen und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein integriertes Halbleiterprodukt nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie in den beiliegenden Figuren angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein integriertes Halbleiterprodukt mit Leiterbahnen, welche als wesentlichen Bestandteil Alumi- nium aufweisen, bereitgestellt, das zumindest einen Metall-
Isolator-Metall-Kondensator aufweist, der eine erste Elektrode, eine dielektrische Schicht und eine zweite Elektrode umfaßt. Die dielektrische Schicht ist dabei in einer über der ersten Elektrode angeordneten Öffnung einer dielektrischen Hilfsschicht angeordnet.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines integrierten Halbleiterprodukts mit Leiterbahnen, welche als wesentlichen Bestandteil Aluminium aufweisen, und zumindest ei- nem Metall-Isolator-Metall-Kondensator, der eine erste Elektrode, eine dielektrische Schicht und eine zweite Elektrode umf ßt , bereitgestellt . Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
(a) die erste Elektrode wird in einer Schicht erzeugt, die auch als Schicht für Leiterbahnen vorgesehen ist;
(b) eine dielektrische Hilfsschicht wird aufgebracht;
(c) die dielektrische Hilfsschicht wird über der ersten Elektrode geöffnet;
(d) die dielektrischen Schicht für den Kondensator wird erzeugt;
( e ) die zweite Elektrode wird erzeugt ,
Das hier vorgestellte Konzept eignet sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Integration von MIM- Kondensatoren mit dünnen Dielektrika ohne die Zuverlässigkeit der übrigen Metallbahnen signifikant zu verändern. Die Zuverlässigkeit der übrigen Metallbahnen bleibt im wesentlichen unverändert, da insbesondere keine Reste der dielektrischen Kondensatorschicht auf den übrigen Metallbahnen vorhanden ist. Außerdem ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der einzelnen Prozeßschritte relativ unkritisch zu realisieren und erlaubt größere Freiheiten in der Auswahl von Materialien und deren Dicke. Insbesondere besitzt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß Via- tzungen deutlich einfacher als nach dem Stand der Technik durchgeführt werden können, da kein Durchätzen der restlichen, dielektrischen Kondensatorschicht über den Metallbahnen notwendig ist .
Der Metall-Isolator-Metall-Kondensator weist eine erste Elektrode auf, die in einer Metallebene für Leiterbahnen ausgebildet ist. Da die dielektrische Zwischenschicht und die Metallisierungsschicht für die zweite Elektrode dünn gehalten werden kann, kann der Metall-Isolator-Metall-Kondensator ohne große Schwierigkeiten in ein bestehendes Konzept zur Herstellung eines integrierten Halbleiterprodukts mit passiven Halb- leiterprodukten integriert werden.
Zweckmäßigerweise wird der Metall-Isolator-Metall- Kondensator dadurch hergestellt, daß auf ein Substrat eine Metallschicht für Leiterbahnen aufgebracht wird. Diese Schicht kann insbesondere auch eine Linerschicht und eine
ARC-Schicht umfassen. Nachfolgend wird auf die Metallschicht für Leiterbahnen eine dielektrische Hilfsschicht abgeschieden. Sie dient als partielle Opferschicht und spielt nicht die Rolle des MIM-Dielektrikums, sondern wird Teil des später aufgebrachten Intermetall-Dielektrikums (IMD) . Mit den bekannten Methoden der Lithographie und Ätztechnik wird die , dielektrische Schicht an jenen Stellen, an denen die Integration eines MIM-Kondensators vorgesehen ist, entfernt. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn eine entsprechende Ätzung selektiv auf der unteren Elektrode stoppt. Auf die entsprechend strukturierte Oberfläche wird eine Dielektrikumsschicht aus frei wählbarem Material und beliebiger Dicke abgeschieden. Nachfolgend werden die Materialien, die die zweite Elektrode bilden, aufgebracht und entsprechend strukturiert.
Damit ist die Möglichkeit eröffnet, eine extrem dünne dielektrische Schicht per ALÖ (atomic layer deposition) atom- lagenweise abzuscheiden. Besonders ideale Aufwachsbedingungen für mittels ALD abzuscheidende Dielektrika erhält man, wenn das Substrat nach Öffnung der Hilfsschicht in einem Sauerstoffhaltigen Ambiente oberflächlich leicht anoxidiert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor Schritt (d) auf die erste Elektrode eine leitende Barriere aufgebracht. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die leitende Barriere selektiv nur auf die freiliegende erste Elektrode aufgebracht wird. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnit aus einem Querschnitt durch ein integriertes Halbleiterprodukt, das einen Metall- Isolator-Metall-Kondensator enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 2 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch einen Metallbahnstapel, wie er für die erste Elektrode eines MIM-Kondensators gemäß einem Ausführungsbei- spiel der vorliegenden Erfingung verwendet wird, und einer auf dem Stapel abgeschiedenen dielektrischen Hilfsschicht, wobei die dielektrische Hilfsschicht bereits über der ersten Elektrode geöffnet ist.
Figur 3 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch ein integriertes Halbleiterprodukt mit einem integrierten Metall-Isolator-Metall-Kondensator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch einen Schichtstapel, wie er für die Herstellung eines MIM-Kondensators nach dem Stand der Technik verwendet wird.
Figur 5 den Ausschnitt von Figur 4 nach erfolgter Strukturierung der zweiten Elektrode .
Figur 2 zeigt einen Metallbahnstapel mit einer Haft- schicht 2 aus Ti, einer Leiterbahn 3 aus AlCu und einer Anti- Reflex-Coating (ARG) -Schicht 5 wie er auch im entsprechenden
Stand der Technik verwendet wird. Dabei soll die Leiterbahn 3 auch als untere MIM-Elektrode fungieren. Auf den Metallbahn- • Stapel 2 , 3 , 5 wird eine dielektrische Hilfsschicht 6 aus z.B. Si02 oder Si3N von ca. 50-100 nm Dicke mit bekannten, metallisierungskompatiblen Verfahren abgeschieden. Sie dient als partielle Opferschicht und spielt nicht die Rolle eines MIM-Dielektrikums sondern wird Teil des später aufgebrachten Intermetall-Dielektrikums (IMD) . Mit den bekannten Methoden der Lithographie und Ätztechnik wird die dielektrische Hilfsschicht an der Stelle 15, an der die Integration eines MIM- Kondensators vorgesehen ist, entfernt.
Figur 3 zeigt den MIM-Kondensator nach erfolgter Abscheidung und Strukturierung des MIM-Dielektrikums 7 und der oberen Elektrode 8, 9, 10. Auf die geöffnete dielektrische Hilfsschicht 6 wird nun eine dielektrische Schicht 7 bei- spielsweise aus Al203 mit einer Dicke von 20 nm erzeugt. Dies ist jedoch nicht zwingend, da das Dielektrikum 7 frei wählbar ist und in beliebiger Dicke abgeschieden werden kann. Vor der Abscheidung des Dielektrikums kann weiterhin eine leitende Barriere (nicht gezeigt) auf die ersten Elektrode aufgebracht werden. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die leitende Barriere selektiv nur auf die freiliegende erste Elektrode aufgebracht wird.
Da ein Integrationsweg gemäß diesem Ausführungsbeispiel keine Mindestanforderungen an Dicke, Ätzverhalten und andere Eigenschaften der dielektrischen Schicht 7 stellt, sind beliebige Verfahren zu ihrer Erzeugung einsetzbar wie CVD, PECVD, MOCVD, und PVD, solange die Schichten bei Temperaturen unter 00°C erzeugt werden können. Die dielektrische Schicht 7 kann auch mit Hilfe einer Oxidation der Oberfläche der unteren Elektrode oder mit Hilfe der Oxidation einer dafür vorgesehenen Schicht (z.B. TaN) auf der unteren Elektrode erzeugt werden. Weiterhin ist die Möglichkeit eröffnet, die dielektrische Schicht 7 per ALD (atomic layer deposition) ab- zuscheiden. Dieses Verfahren erlaubt es, mittels atomlagen- weiser Abscheidung extrem dünne Schichten herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet den Zugang zu Kondensato- ren mit spezifischen Kapazitäten von 3 fF/pm2 bis deutlich über 10 fF/pm2, die mit den bisherigen Ansätzen nicht mit ausreichender Qualität reproduzierbar hergestellt werden konnten.
Ideale Aufwachsbedingungen für mittels ALD abzuscheidende Dielektrika erhält man, wenn das Substrat nach Öffnung der Opferschicht 6 in einem sauerstoffhaltigen Ambiente oberflächlich leicht anoxidiert wird. Das dadurch in der ARC- Schicht 5 erzeugte native Oxid bietet ähnliche gute Voraussetzungen für die Abscheidung beliebiger Oxide wie die benachbarte dielektrische Hilfsschicht 6, so daß die gewünschten Oxidschichten hierauf spontan, reproduzierbar, dicht und mit höchster Qualität aufwachsen.
Nachfolgend werden die Materialien für die obere Elektrode aufgebracht . Diese umfassen wiederum leitende Barrieren 8, 10, die beispielweise TiN beinhalten können. Dazwischen ist eine metallische Schicht 9 angeordnet, die beispielsweise AlCu beinhalten kann. Die durch die vorausgegangene Öffnung
15 der ersten dielektrischen Schicht 6 erzeugte Topologie ist relativ gering: Die Kantenlänge der unteren Elektroden ist größer 1 μm und die Stufenhöhe beträgt ca. 50 -100 nm. Die Topologie kann daher von den gewählten Abscheideverfahren gut bedeckt werden.
Anschließend erfolgt die Ätzung des Stapels aus der oberen Elektrode 8, 9, 10 der dielektrischen Schicht 7 und der Hilfsschicht 6. Dabei sind an die auf der unteren Metallbahn 2, 3, 5 verbleibende Restdicke der dielektrischen Hilfsschicht 6 und damit an die Selektivität des Ätzprozesses keine besonderen Anforderungen gestellt. Dadurch entsteht im Gegensatz zu den beschriebenen und dazu ähnlichen Konzepten ein sehr großes Prozeßfenster für die gesamte Vorgehensweise bei gleichzeitiger freier Wahl des Dielektrikums 7 und seiner Dicke . Darauffolgend wird ein oberes Intermetall-Dielektrikum 11 abgeschieden. Etwaige Reste der dielektrischen Hilfsschicht 6 werden nun einfach ein Teil dieses IMDs 11. Zur Kontaktierung des Kondensators und der unteren Leiterbahn 4 werden Vias 12 ausgebildet, die an ihrem oberen Ende mit oberen Leiterbahnen 13 verbunden sind. Diese oberen Leiterbahnen 13 sind wiederum in ein Intermetall-Dielektrikum 14 eingebettet. Dabei können die Via-Ätzungen deutlich einfacher als nach dem Stand der Technik durchgeführt werden, da kein Durchätzen der restlichen, dielektrischen Kondensatorschicht über den Metallbahnen notwendig ist.
Die im obigen Ausführungsbeispiel beschriebenen Metalli- sierungs- und Plattenkondensator-Materialien sind beispiel- haft und nicht auf diese beschränkt. Insbesondere sind alle leitenden Materialien wie Si, W, Cu, Ag, Au, Ti, Pt und Legierungen davon als Leiterbahnen einsetzbar. Als alternative Barrieren bzw. Linerschichten eignen sich neben Ti und TiN insbesondere auch TiW, W, WNX mit 0<x≤2, Ta, TaN, Suizide und Karbide. Als Elektroden lassen sich alle genannten Materialien und deren Kombinationen verwenden. Neben den klassischen Dielektrika der Halbleitertechnologie Si02 und Si3N4 steht die gesamte Palette an Materialien mit deutlich höherem k zur Verfügung, insbesondere Al203, Zr02, Hf02, Ta205, La203, Ti02 sowie die jeweiligen Mischoxide, Oxinitride und Silikate hieraus, SrTi03, BaxSr!_xTi03 mit O≤x≤l (BST) und PbZrxTiX-x03 mit O≤x≤l (PZT) .

Claims

Patentansprüche
1. Integriertes Halbleiterprodukt mit Leiterbahnen, welche als wesentlichen Bestandteil Aluminium aufweisen, und zu- mindest einem Metall-Isolator-Metall-Kondensator, der eine erste Elektrode (2, 3, 5), eine dielektrische Schicht (7) und eine zweite Elektrode (8, 9, 10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (7) in einer über der ersten Elektrode angeordneten Öffnung (15) einer dielektrischen Hilfsschicht (6) angeordnet ist.
2. Halbleiterprodukt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (7) mindestens einen der folgenden Stoffe beinhaltet: Al203, Hf02, La203, Ta205, Ti02, Zr02 sowie alle Mischoxide, Oxinitride und Silikate hieraus, SrTi03, BaxSrι_xTi03 mit O≤x≤l (BST) , PbZrxTiX-x03 mit O≤x≤l (PZT) , Si02, Si3N4.
3. Halbleiterprodukt nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Elektrode ein Stapel aus Metallschichten (3, 9) und leitenden Barrieren (2, 5, 8, 10) ist.
4. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch geken zeichnet, daß die erste und/oder die zweite Elektrode zusätzlich zu dem Aluminium wenigstens eines der folgenden Metalle beinhaltet: Si, W, Cu, Au, Ag, Ti, Pt .
5. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Barrieren (2, 5, 8, 10) mindestens einen der folgenden Stoffe beinhalten: Ta, TaN, TiW, W, WNX mit 0<x<2, Ti, TiN, Suizide, Karbide.
6. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (7) von einem dielektrischen Material mit einer Dielektrizitätskonstante > 8 gebildet ist .
7. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch geke zeic net, daß die dielektrische Schicht (7) nach einem der folgenden Verfahren aufgebracht ist: CVD, PECVD, MOCVD, PVD, ALD.
8. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch geke nzeic net, daß die dielektrische Schicht (7) durch eine Oxidation der
Oberfläche der ersten Elektrode oder durch eine Oxidation einer Schicht auf der ersten Elektrode erzeugt wird.
9. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dielektrischen Schicht (7) geringer als 60 nm ist.
10. Halbleiterprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch geken zeichnet, daß die flächenspezifische Kapazität des Kondensators mindestens 3 fF/μm2 beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung eines integrierten Halbleiter produkts mit Leiterbahnen, welche als wesentlichen Bestandteil Aluminium aufweisen, und zumindest einem Me- tall-Isolator-Metall-Kondensator, der eine erste Elektrode (2, 3, 5), eine dielektrische Schicht (7) und eine zweite Elektrode (8, 9, 10) umfaßt, mit folgenden Schrit- ten: (a) die erste Elektrode wird in einer Schicht erzeugt, die auch als Schicht für Leiterbahnen vorgesehen ist;
(b) eine dielektrische Hilfsschicht (6) wird aufgebracht ;
(c) die dielektrische Hilfsschicht (6) wird über der ersten Elektrode geöffnet;
(d) die dielektrischen Schicht (7) für den Kondensator wird erzeugt;
( e ) die zweite Elektrode wird erzeugt .
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeic net, daß für die erste Elektrode eine Linerschicht (2) , eine Metallschicht (3) und eine ARC-Schicht (5) aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch geken zeichnet, daß für die zweite Elektrode zwei leitende Barrieren (8, 10) und eine dazwischen angeordnete Metallschicht (9) aufgebracht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der dielektrischen Schicht (7) eines der folgenden Verfahren verwendet wird: CVD, PECVD, MOCVD, PVD, ALD.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeic et, daß zur Erzeugung der dielektrischen Schicht (7) die Oberfläche der ersten Elektrode oder eine Schicht auf der ersten Elektrode oxidiert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (15) über der ersten Elektrode einem Sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Hilfsschicht (6) Teil eines nach dem Erzeugen der zweiten Elektrode abgeschiedenen oberen Intermetall-Dielektrikums (11) wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß über dem oberen Intermetall -Dielektrikum (11) eine weitere Metallisierungsschicht für obere Leiterbahnen (13) ab- geschieden wird.
19 Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine obere Leiterbahn 13 über zumindest einen Via (12) mit dem Kondensator verbunden wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch geken zeichnet, daß vor Schritt (d) auf die erste Elektrode eine leitende Barriere aufgebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch geke nzeic net, daß vor Schritt (d) auf die erste Elektrode eine leitende Barriere selektiv aufgebracht wird.
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