[go: up one dir, main page]

DE10330490A1 - MIM-Kondensatorstruktur und zugehöriges integriertes Schaltkreisbauelement - Google Patents

MIM-Kondensatorstruktur und zugehöriges integriertes Schaltkreisbauelement Download PDF

Info

Publication number
DE10330490A1
DE10330490A1 DE10330490A DE10330490A DE10330490A1 DE 10330490 A1 DE10330490 A1 DE 10330490A1 DE 10330490 A DE10330490 A DE 10330490A DE 10330490 A DE10330490 A DE 10330490A DE 10330490 A1 DE10330490 A1 DE 10330490A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
metal layer
integrated circuit
dielectric
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10330490A
Other languages
English (en)
Other versions
DE10330490B4 (de
Inventor
Soo-Cheol Lee
Dong-Ryul Jang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of DE10330490A1 publication Critical patent/DE10330490A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10330490B4 publication Critical patent/DE10330490B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/38Multiple capacitors, i.e. structural combinations of fixed capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/33Thin- or thick-film capacitors (thin- or thick-film circuits; capacitors without a potential-jump or surface barrier specially adapted for integrated circuits, details thereof, multistep manufacturing processes therefor)
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
    • H10D84/201Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits
    • H10D84/204Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits of combinations of diodes or capacitors or resistors
    • H10D84/212Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers characterised by the integration of only components covered by H10D1/00 or H10D8/00, e.g. RLC circuits of combinations of diodes or capacitors or resistors of only capacitors
    • H10W20/496
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D1/00Resistors, capacitors or inductors
    • H10D1/60Capacitors
    • H10D1/68Capacitors having no potential barriers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine MIM-Kondensatorstruktur und auf einen integrierten Schaltkreis mit einer MIM-Kondensatorstruktur.
Erfindungsgemäß beinhaltet die MIM-Kondensatorstruktur ein Paar von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren (310, 320) auf einem integrierten Schaltkreissubstrat, die antiparallel und/oder derart kapazitätsschwankungskompensierend elektrisch miteinander verbunden sind, dass das Kondensatorpaar eine geringere Kapazitätsschwankung als Funktion der Spannung als jeder einzelne der Metall-Isolator-Metall-Kondensator aufweist.
Verwendung für integrierte Schaltkreise mit MIM-Kondensatoren.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine MIM-Kondensatorstruktur und auf einen integrierten Schaltkreis mit einer MIM-Kondensatorstruktur.
  • Da integrierte Schaltkreiskondensatoren in einer Vielzahl integrierter Schaltkreisbauelemente verwendet werden, sind sie mit einer relativ hohen Geschwindigkeit und/oder relativ großen Kapazität wünschenswert. Wie dem Fachmann allgemein bekannt, beinhaltet ein integrierter Schaltkreiskondensator eine erste (untere) und eine zweite (obere) Elektrode auf einem integrierten Schaltkreissubstrat mit einem Kondensatordielektrikum dazwischen. Allgemein kann die Frequenzabhängigkeit durch Reduzieren des Widerstands der Kondensatorelektroden verringert werden, um Kondensatoren mit hoher Geschwindigkeit zu realisieren. Außerdem kann zur Realisierung von Kondensatoren mit relativ hoher Kapazität die Dicke einer dielektrischen Schicht zwischen Kondensatoreleketroden reduziert werden, es kann ein stark dielektrisches Material für die dielektrische Schicht verwendet werden, und/oder die Fläche der Elektroden kann vergrößert werden.
  • Kondensatoren, die in integrierten Schaltkreisbauelementen verwendet werden, können in Kondensatoren mit einer Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Struktur, Kondensatoren mit einer pn-Übergangsstruktur, Kondensatoren mit einer Polysilicium-Isolator-Polysilicium-(PIP-)Struktur und Kondensatoren mit einer Metall-Isolator-Metall(MIM)-Struktur klassifiziert werden. Einkristallines Silicium oder polykristallines Silicium kann als wenigstens ein Elektrodenmaterial in Kondensatoren aller vorstehenden Strukturen mit Ausnahme der MIM-Struktur verwendet werden. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von einkristallinem Silicium oder polykristallinem Silicium können jedoch Beschränkungen bei der Reduzierung des Widerstands der Kondensatorelektrode auftreten. Folglich kann ein MIM-Kondensator, der Kondensatorelektroden aus Metall mit einem geringen Widerstand bereitstellen kann, bei Anwendungen verwendet werden, die Hochgeschwindigkeits-Kondensatoreigenschaften erfordern.
  • 1A zeigt einen herkömmlichen MIM-Kondensator 10. 1B zeigt ein Ersatzschaltbild des MIM-Kondensators von 1A. Der MIM-Kondensator 10 von 1A beinhaltet eine untere Metallschicht 11, eine dielektrische Schicht 12 und eine obere Metallschicht 13. Die dielektrische Schicht 12 ist zwischen der unteren Metallschicht 11 und der oberen Metallschicht 13 angeordnet. Im Allgemeinen kann die obere Metallschicht 13 mit einem Leistungsanschluss zum Zuführen einer Spannung V mit einem vorgegebenen Pegel verbunden werden, und die untere Metallschicht 11 kann geerdet, d.h. mit einem Masseanschluss verbunden werden. Der MIM-Kondensator 10 weist eine vorgegebene Kapazität C auf, wie in 1B gezeigt. Idealerweise sollte die Kapazität C auch bei Schwankungen der Spannung V einen konstanten Wert aufweisen.
  • 2 zeigt graphisch die Spannungs-Kapazitäts-Charakteristik eines MIM-Kondensators der Art von 1A. Wie in 2 gezeigt, kann die Kapazität C des herkömmlichen MIM-Kondensators 10 in der Praxis variieren, wenn die Spannung V variiert wird. Die Variation kann in zwei Fälle klassifiziert werden: einen Fall, durch eine Kennlinie 21 veranschaulicht, bei dem die Kapazität C mit zunehmender Spannung V erhöht wird, und einen Fall, durch eine Kennlinie 22 veranschaulicht, bei dem die Kapazität C mit zunehmender Spannung V verringert wird.
  • Ob die Kapazität C mit zunehmender Spannung V erhöht oder verringert wird, kann von dem zur Bildung der dielektrischen Schicht 12 verwendeten Material abhängen. Wenn die dielektrische Schicht 12 des MIM-Kondensators 10 z.B. aus Siliciumnitrid (SixNy) besteht, kann die Kapazität C mit zunehmender Spannung V abnehmen. In jedem Fall kann diese tatsächliche Variation der Kapazität als Funktion der Spannung die Leistungsfähigkeit eines integrierten Schaltkreisbauelements negativ beeinflussen, bei dem ein solcher MIM-Kondensator verwendet wird.
  • Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer integrierten Schaltkreisstruktur und einer zugehörigen MIM-Kondensatorstruktur mit verbessertem Aufbau zugrunde, um die vorstehend erwähnten Schwankungen der Kapazität zu verringern.
  • Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Metall-Isolator-Metall-Kondensatorstruktur mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2 oder 7 und eines integrierten Schaltkreisbauelements mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung und das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte, herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigen:
  • 1A einen herkömmlichen Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensator,
  • 1B ein Ersatzschaltbild des MIM-Kondensators von 1A,
  • 2 eine graphische Darstellung der Spannungs-Kapazitäts-Charakteristik des MIM-Kondensators von 1A,
  • 3A eine erfindungsgemäße Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur,
  • 3B ein Ersatzschaltbild der MIM-Kondensatorstruktur von 3A,
  • 4 eine Layout-Ansicht einer Verdrahtung der MIM-Kondensatorstruktur von 3A,
  • 5A eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen integrierten Schaltkreisbauelements entlang einer Linie A-A' von 4,
  • 5B eine Querschnittansicht des integrierten Schaltkreisbauelements entlang einer Linie B-B' von 4 und
  • 6 eine graphische Darstellung der Spannungs-Kapazitäts-Charakteristik der MIM-Kondensatorstruktur von 3A.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen vollständiger beschrieben, in denen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. In den Zeichnungen können die Dicken von Schichten und Bereichen zwecks Deutlichkeit übertrieben dargestellt sein. Außerdem umfasst jede hierin beschriebene, und dargestellte Ausführungsform ebenso ihre Ausführungsform vom komplementären Leitfähigkeitstyp. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich überall auf sich entsprechende Elemente. Es versteht sich, dass wenn ein Element, wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat, als "auf" einem anderen Element bezeichnet wird, dieses sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder auch zwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Weiter versteht sich, dass wenn ein Teil eines Elements, wie eine Oberfläche einer leitfähigen Leitung, als ein "äußerer" bezeichnet wird, dieser sich dichter an der Außenseite des integrierten Schaltkreises befindet als andere Teile des Elements. Des Weiteren können relative Ausdrücke, wie "unterhalb", hierin verwendet werden, um eine Beziehung einer Schicht oder eines Bereichs zu einer anderen Schicht oder einem anderen Bereich relativ zu einem Substrat oder einer Basisschicht zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke dazu gedacht sind, verschiedene Orientierungen des Bauelements zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung einzuschließen. Schließlich bedeutet der Ausdruck "direkt", dass keine zwischenliegenden Elemente vorhanden sind.
  • 3A zeigt eine erfindungsgemäße Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur, und 3B zeigt ein Ersatzschaltbild der MIM-Kondensatorstruktur von 3A. Bezugnehmend auf die 3A und 3B beinhaltet diese Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur einen ersten Kondensator 310 und einen zweiten Kondensator 320, die antiparallel elektrisch miteinander verbunden sind. Der erste Kondensator 310 beinhaltet eine erste untere Metallschicht 311, eine erste dielektrische Schicht 312 und eine erste obere Metallschicht 313. Die erste dielektrische Schicht 312 ist zwischen der ersten unteren Metallschicht 311 und der ersten oberen Metallschicht 313 angeordnet. Der zweite Kondensator 320 beinhaltet eine zweite untere Metallschicht 321, eine zweite dielektrische Schicht 322 und eine zweite obere Metallschicht 323. Die zweite dielektrische Schicht 322 ist zwischen der zweiten unteren Metallschicht 321 und der zweiten oberen Metallschicht 323 angeordnet. Die erste und die zweite untere Metallschicht befinden sich auf einem integrierten Schaltkreissubstrat, z.B. einem Halbleitersubstrat, wie nachfolgend dargestellt.
  • In entsprechenden Ausführungen beinhalten die erste untere Metallschicht 311, die erste obere Metallschicht 313, die zweite untere Metallschicht 321 und die zweite obere Metallschicht 323 jeweils eine Metall schicht mit einem geringen Widerstandswert. Die erste dielektrische Schicht 312 kann eine SiO2-Schicht, eine SixNy-Schicht, eine SixOyFz Schicht, eine SixOyNz Schicht und/oder eine SixOyHz Schicht beinhalten. In gleicher Weise kann die zweite dielektrische Schicht 322 eine SiO2- Schicht, eine SixNy-Schicht, eine SixOyFz Schicht, eine SixOyNZ-Schicht und/oder eine SixOyHz Schicht beinhalten.
  • In entsprechenden Ausführungsformen sind die erste untere Metallschicht 311 des ersten Kondensators 310 mit der zweiten oberen Metallschicht 323 des zweiten Kondensators 320 elektrisch verbunden und die erste obere Metallschicht 313 des ersten Kondensators 310 mit der zweiten unteren Metallschicht 321 des zweiten Kondensators 320 elektrisch verbunden. In entsprechenden Ausführungen ist eine Spannung V an die erste obere Metallschicht 313 des ersten Kondensators 310 und an die zweite untere Metallschicht 321 des zweiten Kondensators 320 angelegt, indem diese Schichten mit einem betreffenden Spannungsanschluss verbunden sind. Des Weiteren können die erste untere Metallschicht 311 des ersten Kondensators 310 und die zweite obere Metallschicht 323 des zweiten Kondensators 320 geerdet sein, indem diese Schichten mit einem Masseanschluss verbunden sind.
  • Auf diese Weise ist die Gesamtkapazität CT der MIM-Kondensatorstruktur, bei welcher der erste Kondensator 310 und der zweite Kondensator 320 antiparallel miteinander verbunden sind, gleich der Summe der Kapazität C1 des ersten Kondensators 310 und der Kapazität C2 des zweiten Kondensators 320. Die Kapazität C1 des ersten Kondensators 310 variiert, wenn sich die Spannung V ändert. In ähnlicher Weise variiert auch die Kapazität C2 des zweiten Kondensators 320, wenn sich die Spannung V ändert.
  • 6 zeigt eine graphische Darstellung der Spannungs-Kapazitäts-Charakteristik für die MIM-Kondensatorstruktur von 3A. Wie daraus er sichtlich, weist das Paar von MIM-Kondensatoren 310, 320, die antiparallel elektrisch verbunden sind, eine geringere Kapazitätsschwankung in Abhängigkeit von der Spannung auf als jeder der einzelnen MIM-Kondensatoren 310, 320. Genauer gesagt variieren gemäß 6 bei sich ändernder Spannung V die Kapazität C1 des ersten Kondensators 310 und die Kapazität C2 des zweiten Kondensators 320 invers. In einer möglichen Ausführungsform nimmt die Kapazität C1 des ersten Kondensators 310 mit zunehmender Spannung V graduell ab, während die Kapazität C2 des zweiten Kondensators 320 graduell zunimmt. Dies liegt daran, dass die Spannung V an den ersten Kondensator 310 beziehungsweise den zweiten Kondensator 320 mit entgegengesetzter Polung angelegt ist. Das heißt, im Fall des ersten Kondensators 310 ist die Spannung V an die erste obere Metallschicht 313 angelegt, im Fall des zweiten Kondensators 320 ist die Spannung V jedoch an die zweite untere Metallschicht 321 angelegt. In ähnlicher Weise ist die erste untere Metallschicht 311 im Fall des ersten Kondensators 310 geerdet, im Fall des zweiten Kondensators 320 ist jedoch die zweite obere Metallschicht 323 geerdet.
  • Dadurch variieren bei sich ändernder Spannung V die Kapazität C1 des ersten Kondensators 310 und die Kapazität C2 des zweiten Kondensators 320 invers, und die Variationsfunktion kann im Wesentlichen gleich sein. Wie in 3B gezeigt und zuvor beschrieben, sind der erste Kondensator 310 und der zweite Kondensator 320 antiparallel elektrisch miteinander verbunden, so dass die Gesamtkapazität CT gleich der Summe aus der Kapazität C1 des ersten Kondensators 310 und der Kapazität C2 des zweiten Kondensators 320 ist. Demzufolge kompensieren sich eine Abnahme der Kapazität C1 und eine Zunahme der Kapazität C2 wenigstens teilweise. Dadurch wird die Gesamtkapazität CT selbst bei Zunahme der Spannung V auf einem relativ konstanten Pegel gehalten oder ändert sich nur relativ wenig als Funktion der Spannung. Insbeson dere weist das Paar von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren 310, 320, die antiparallel elektrisch verbunden sind, eine geringere Kapazitätsschwankung als Funktion der Spannung auf als jeder der einzelnen. MIM-Kondensatoren 310, 320.
  • Wiederum bezugnehmend auf 3A versteht es sich, dass die erste untere Metallschicht 311 und die zweite untere Metallschicht 321 aus einem ersten und einem zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich einer ersten Metallschicht auf einem integrierten Schaltkreissubstrat bestehen können. Außerdem können die erste dielektrische Schicht 312 und die zweite dielektrische Schicht 322 aus einem ersten und einem zweiten Bereich einer isolierenden Schicht bestehen, wobei sich jeweils eine derselben auf dem ersten bzw. dem zweiten Bereich der ersten Metallschicht auf der dem integrierten Schaltkreissubstrat entgegengesetzten Seite befindet. Schließlich können die erste obere Metallschicht 313 und die zweite obere Metallschicht 323 aus einem ersten und einem zweiten Bereich einer zweiten Metallschicht bestehen, wobei sich der jeweilige Bereich derselben auf dem ersten bzw. dem zweiten Bereich der isolierenden Schicht auf der dem ersten und dem zweiten Bereich der ersten Metallschicht entgegengesetzten Seite befindet.
  • 4 zeigt ein Layout einer Elektrodenverdrahtung, wenn eine MIM-Kondensatorstruktur gemäß der Erfindung in einem integrierten Schaltkreis verwendet wird. Die 5A und 5B zeigen Querschnittansichten des integrierten Schaltkreises entlang der Linien A-A' bzw. B-B' von 4.
  • Bezugnehmend auf 4 ist zunächst die erste untere Metallschicht 311 des ersten Kondensators 310 angeordnet, und die erste obere Metallschicht 313 ist über der ersten unteren Metallschicht 311 angeordnet. Wenngleich in 4 nicht gezeigt, ist die erste dielektrische Schicht zwischen der ersten unteren Metallschicht 311 und der ersten oberen Metallschicht 313 angeordnet. Ähnlich zu der Struktur des ersten Kondensators 310 ist zunächst die zweite untere Metallschicht 321 des zweiten Kondensators 320 angeordnet, und die zweite obere Metallschicht 323 ist über der zweiten unteren Metallschicht 321 angeordnet. Wenngleich nicht gezeigt, ist die zweite dielektrische Schicht zwischen der zweiten unteren Metallschicht 321 und der zweiten oberen Metallschicht 323 angeordnet.
  • Im in 4 oberen Teil des Layouts steht die erste obere Metallschicht 313 über die erste untere Metallschicht 311 hinaus vor, und in gleicher Weise steht die zweite untere Metallschicht 321 über die zweite obere Metallschicht 323 hinaus vor. Ein vorstehender Bereich der ersten oberen Metallschicht 313 und ein vorstehender Bereich der zweiten unteren Metallschicht 321 überlappen einander und kontaktieren einander über einen Kontaktbereich 524'. Im in 4 unteren Teil des Layouts steht die erste untere Metallschicht 311 über die erste obere Metallschicht 313 hinaus vor, und in gleicher Weise steht die zweite obere Metallschicht 323 über die zweite untere Metallschicht 321 hinaus vor. Ein Bereich der ersten unteren Metallschicht 311 und ein vorstehender Bereich der zweiten oberen Metallschicht 323 überlappen einander und kontaktieren einander über einen Kontaktbereich 523'.
  • Die zweite untere Metallschicht 321 und die zweite obere Metallschicht 323 des zweiten Kondensators 320 beinhalten Bereiche, die an verschiedenen Stellen vorstehen. Ein Kontaktgebiet 521' existiert in dem vorstehenden Bereich der zweiten oberen Metallschicht 323, und die zweite obere Metallschicht 323 kontaktiert dort zum Beispiel das Substrat. In gleicher Weise existiert auch ein Kontaktgebiet 522' in dem vorstehenden Bereich der zweiten unteren Metallschicht 321, und die zweite untere Metallschicht 321 kontaktiert dort zum Beispiel das Substrat.
  • Die obige Kontaktstruktur wird unter Bezugnahme auf die 5A und 5B detaillierter beschrieben. Eine erste dielektrische Zwischenschicht (ILD-Schicht) 511 ist auf einem integrierten Schaltkreissubstrat ausgebildet, wie einem Halbleitersubstrat 500. In dem Halbleitersubstrat 500 kann ein Störstellenbereich enthalten sein, und verschiedene Schichten oder Bereiche können zwischen das Halbleitersubstrat 500 und die erste ILD-Schicht 511 eingefügt sein, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist. Auf einem ersten Niveau L1, das sich auf der Oberfläche der ersten ILD-Schicht 511 befindet, sind voneinander beabstandete Metallschichtstrukturen ausgebildet. Die voneinander beabstandeten Metallschichtstrukturen bilden die erste untere Metallschicht 311 bzw. die zweite untere Metallschicht 321. Eine zweite ILD-Schicht 512 ist lateral zwischen der ersten unteren Metallschicht 311 und der zweiten unteren Metallschicht 321 angeordnet, so dass die erste untere Metallschicht 311 und die zweite untere Metallschicht 321 elektrisch voneinander isoliert sind.
  • Voneinander lateral beabstandete dielektrische Schichtstrukturen sind auf der ersten unteren Metallschicht 311, der zweiten unteren Metallschicht 321 und der zweiten ILD-Schicht 512 ausgebildet und bilden die erste dielektrische Schicht 312 beziehungsweise die zweite dielektrische Schicht 322. Eine dritte ILD-Schicht 513 unterscheidet sich in entsprechenden Ausführungsformen von der ersten dielektrischen Schicht 312 und der zweiten dielektrischen Schicht 322 und ist lateral zwischen der ersten dielektrischen Schicht 312 und der zweiten dielektrischen Schicht 322 angeordnet. So sind die erste dielektrische Schicht 312 und die zweite dielektrische Schicht 322 elektrisch voneinander isoliert. Die erste dielektrische Schicht 312 kann z.B. eine SiO2-Schicht, eine SixNy-Schicht, eine SixOyFz-Schicht, eine SixOyNZ Schicht und/oder eine Si-xOyHz-Schicht beinhalten. In gleicher Weise kann die zweite dielektrische Schicht 322 eine z.B. SiO2-Schicht, eine SixNy-Schicht, eine Si-xOyFz Schicht, eine SixOyNz Schicht und/oder eine SixOyHz-Schicht beinhalten.
  • Voneinander beabstandete Metallschichtstrukturen sind des Weiteren auf einem zweiten Niveau L2 ausgebildet, das sich auf den Oberflächen der ersten dielektrischen Schicht 312, der zweiten dielektrischen Schicht 322 und der dritten ILD-Schicht 513 befindet. Die voneinander beabstandeten Metallschichtstrukturen bilden die erste obere Metallschicht 313 bzw. die zweite obere Metallschicht 323. Die erste obere Metallschicht 313 und die zweite obere Metallschicht 323 sind elektrisch voneinander isoliert.
  • Die zweite obere Metallschicht 323 kontaktiert das Halbleitersubstrat 500, zum Beispiel einen aktiven Bereich desselben, mittels eines ersten leitfähigen Kontakts 521, der die erste ILD-Schicht 511, die zweite ILD-Schicht 512 und die dritte ILD-Schicht 513 durchdringt. Die zweite untere Metallschicht 321 kontaktiert das Halbleitersubstrat 500, zum Beispiel einen aktiven Bereich desselben, mittels eines zweiten leitfähigen Kontakts 522, der die erste ILD-Schicht 511 durchdringt. Die zweite obere Metallschicht 323 und die erste untere Metallschicht 311 sind mittels eines dritten leitfähigen Kontakts 523 miteinander verbunden, der die dritte ILD-Schicht 513 durchdringt. Außerdem sind die erste obere Metallschicht 313 und die zweite untere Metallschicht 321 mittels eines vierten leitfähigen Kontakts 524 miteinander verbunden, der die dritte ILD-Schicht 513 durchdringt.
  • Demgemäß beschreiben die 4, 5A und 5B auch Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die erste dielektrische Schicht 512 auf einem integrierten Schaltkreissubstrat vorgesehen ist und der erste Bereich 311 und der zweite, vom ersten beabstandete Bereich 321 der ersten Metallschicht in der ersten dielektrischen Schicht 512 vorgesehen sind. Die zweite dielektrische Schicht 513 ist auf der ersten dielektrischen Schicht 512 vorgesehen. Der erste Bereich 312 und der zweite, vom ersten Bereich 312 beabstandete Bereich 322 der dielektrischen Kon densatorschicht sind in der zweiten dielektrischen Schicht 513 vorgesehen, wobei sich jeweils einer auf dem ersten bzw. dem zweiten Bereich 311, 321 der ersten Metallschicht befindet. Außerdem sind der erste Bereich 313 und der zweite, vom ersten beabstandete Bereich 323 der zweiten Metallschicht vorgesehen, wobei sich jeweils einer auf dem ersten bzw. dem zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich 322 der dielektrischen Kondensatorschicht befindet. Der dritte leitfähige Kontakt 523 verbindet den ersten Bereich 311 der ersten Metallschicht elektrisch mit dem zweiten Bereich 323 der zweiten Metallschicht über die zweite dielektrische Schicht 513. Der vierte leitfähige Kontakt 524 verbindet den zweiten Bereich 321 der ersten Metallschicht elektrisch mit dem ersten Bereich 313 der zweiten Metallschicht über die zweite dielektrische Schicht 513. Der erste leitfähige Kontakt 521 verbindet den zweiten Bereich 323 der zweiten Metallschicht elektrisch mit dem integrierten Schaltkreissubstrat 500 über die erste und die zweite dielektrische Schicht 512 und 513. Der zweite leitfähige Kontakt 522 verbindet den zweiten Bereich 321 der ersten Metallschicht elektrisch mit dem integrierten Schaltkreissubstrat 500.
  • Wie vorstehend beschrieben, sind in MIM-Kondensatorstrukturen gemäß Ausführungsformen der Erfindung die untere und die obere Elektrode eines ersten Kondensators mit der oberen bzw. unteren Elektrode eines zweiten Kondensators verbunden. Dadurch wird eine Schwankung der Kapazität, die durch eine Änderung von an beiden Enden eines Kondensators angelegten Spannungen verursacht wird, wenigstens teilweise durch den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator kompensiert, und es kann eine konstantere Kapazität als Funktion der Spannung erhalten werden. Somit gibt es nur eine geringe oder keine Schwankung der Kapazität, die durch eine Änderung der Spannung verursacht wird, selbst wenn ein Halbleiterbauelement, das die MIM-Kondensatorstruktur beinhaltet, in Präzisionsanwendungen eingesetzt wird, was die Stabilität des integrierten Schaltkreises verbessern kann.

Claims (18)

  1. Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Paar von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren (310, 320) auf einem integrierten Schaltkreissubstrat beinhaltet, die derart kapazitässchwankungskompensierend miteinander verbunden sind, dass das Kondensatorpaar eine geringere Kapazitätsschwankung als Funktion der Spannung als jeder einzelne Metall-Isolator-Metall-Kondensator aufweist.
  2. Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Paar von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren (310, 320) auf einem integrierten Schaltkreissubstrat beinhaltet, die antiparallel elektrisch miteinander verbunden sind.
  3. MIM-Kondensatorstruktur nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (310) eine erste untere Metallschicht (311), eine erste dielektrische Schicht (312) und eine erste obere Metallschicht (313) umfasst, die nacheinander auf einem integrierten Schaltkreissubstrat gestapelt sind, und der zweite Kondensator (320) eine zweite untere Metallschicht (321), eine zweite dielektrische Schicht (322) und eine zweite obere Metallschicht (323) umfasst, die nacheinander auf dem integrierten Schaltkreissubstrat gestapelt sind, wobei die zweite untere Metallschicht mit der ersten oberen Metallschicht elektrisch verbunden ist und die zweite obere Me tallschicht mit der ersten unteren Metallschicht elektrisch verbunden ist.
  4. MIM-Kondensatorstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste obere Metallschicht des ersten Kondensators und die zweite untere Metallschicht des zweiten Kondensators mit einem Leistungsanschluss verbunden sind und die erste untere Metallschicht des ersten Kondensators und die zweite obere Metallschicht des zweiten Kondensators mit einem Masseanschluss verbunden sind.
  5. MIM-Kondensatorstruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite dielektrische Schicht eine SiO2-Schicht, eine SixNy-Schicht, eine SixOyFz-Schicht, eine SixOyNz-Schicht und/oder eine SixOyHz Schicht beinhalten.
  6. MIM-Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Metall-Isolator-Metall-Kondensatoren folgendes beinhaltet: einen ersten und einen zweiten Bereich (311, 321) einer ersten Metallschicht auf dem integrierten Schaltkreissubstrat, einen ersten und einen zweiten Bereich (312, 322) einer isolierenden Schicht, die sich jeweils auf einem von dem ersten und zweiten Bereich der ersten Metallschicht auf der dem integrierten Schaltkreissubstrat entgegengesetzten Seite befinden, und einen ersten und einen zweiten Bereich (313, 323) einer zweiten Metallschicht, die sich jeweils auf einem von dem ersten und dem zweiten Bereich der isolierenden Schicht auf der dem ersten und dem zweiten Bereich der ersten Metallschicht entgegengesetzten Seite befinden, wobei der erste Bereich der ersten Metallschicht mit dem zweiten Bereich der zweiten Metallschicht elektrisch verbunden ist und der zweite Bereich der ersten Metallschicht mit dem ersten Bereich der zweiten Metallschicht elektrisch verbunden ist.
  7. Metall-Isolator-Metall(MIM)-Kondensatorstruktur, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch: eine erste dielektrische Schicht (512) auf einem integrierten Schaltkreissubstrat (500), einen ersten Bereich (311) und einen zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich (321) einer ersten Metallschicht in der ersten dielektrischen Schicht, eine zweite dielektrische Schicht (513) auf der ersten dielektrischen Schicht, einen ersten Bereich (312) und einen zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich (322) einer dielektrischen Kondensatorschicht in der zweiten dielektrischen Schicht, die sich jeweils auf dem ersten bzw. dem zweiten Bereich der ersten Metallschicht befinden, und einen ersten Bereich (313) und einen zweiten, vom ersten beabstandeten Bereich (323) einer zweiten Metallschicht, die sich jeweils auf dem ersten bzw. dem zweiten Bereich der dielektrischen Kondensatorschicht befinden.
  8. MIM-Kondensatorstruktur nach Anspruch 7, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt (523), der den ersten Bereich der ersten Metallschicht mit dem zweiten Bereich der zweiten Metallschicht über die zweite dielektrische Schicht verbindet.
  9. MIM-Kondensatorstruktur nach Anspruch 7 oder 8, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt (524), der den zweiten Bereich der ersten Metallschicht mit dem ersten Bereich der zwei ten Metallschicht über die zweite dielektrische Schicht elektrisch verbindet.
  10. MIM-Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt (521), der den zweiten Bereich der zweiten Metallschicht mit dem integrierten Schaltkreissubstrat über die erste und die zweite dielektrische Schicht elektrisch verbindet.
  11. MIM-Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt (522), der den zweiten Bereich der ersten Metallschicht mit dem integrierten Schaltkreissubstrat elektrisch verbindet.
  12. Integriertes Schaltkreisbauelement, gekennzeichnet durch ein integriertes Schaltkreissubstrat (500), eine erste dielektrische Zwischenschicht (511) auf dem integrierten Schaltkreissubstrat, eine erste untere Metallschicht (311) und eine zweite untere Metallschicht (313) auf einem ersten Niveau (L1) auf einer Oberfläche der ersten dielektrischen Zwischenschicht und durch eine zweite dielektrische Zwischenschicht (512) voneinander getrennt, eine erste dielektrische Schicht (312) auf der ersten unteren Metallschicht, eine zweite dielektrische Schicht (322) auf der zweiten unteren Metallschicht, eine dritte dielektrische Schicht (513), durch welche die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht voneinander getrennt sind, und eine erste obere Metallschicht (313) und eine zweite obere Metallschicht (323), die sich auf der ersten dielektrischen Schicht bzw. der zweiten dielektrischen Schicht befinden, während sie auf einem zweiten Niveau (L2) auf Oberflächen der ersten dielektrischen Schicht und der zweiten dielektrischen Schicht voneinander getrennt sind.
  13. Integriertes Schaltkreisbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste dielektrische Schicht eine SiO-2 Schicht, eine SixNy-Schicht, eine SixOyFz-Schicht, eine SixOyNZ-Schicht und/oder eine SixOyHz Schicht beinhaltet.
  14. Integriertes Schaltkreisbauelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite dielektrische Schicht eine SiO2-Schicht, eine SixNy-Schicht, eine SixOyFz-Schicht, eine SixOyNz-Schicht und/oder eine SixOyHz-Schicht beinhaltet.
  15. Integriertes Schaltkreisbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt, der die erste dielektrische Zwischenschicht, die zweite dielektrische Zwischenschicht und die dritte dielektrische Zwischenschicht durchdringt und einen aktiven Bereich des integrierten Schaltkreissubstrats mit der zweiten oberen Metallschicht verbindet.
  16. Integriertes Schaltkreisbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt, der die erste dielektrische Zwischenschicht durchdringt und einen aktiven Bereich des integrierten Schaltkreissubstrats mit der zweiten unteren Metallschicht verbindet.
  17. Integriertes Schaltkreisbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 16, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt, der die dritte dielektrische Zwischenschicht durchdringt und die zweite obere Metallschicht mit der ersten unteren Metallschicht verbindet.
  18. Integriertes Schaltkreisbauelement nach einem der Ansprüche 12 bis 17, weiter gekennzeichnet durch einen leitfähigen Kontakt, der die dritte dielektrische Zwischenschicht durchdringt und die erste obere Metallschicht mit der zweiten unteren Metallschicht verbindet.
DE10330490A 2002-07-19 2003-07-01 Integrierte MIM-Kondensatorstruktur Expired - Lifetime DE10330490B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR02/42573 2002-07-19
KR10-2002-0042573A KR100480603B1 (ko) 2002-07-19 2002-07-19 일정한 커패시턴스를 갖는 금속-절연체-금속 커패시터를 포함하는 반도체 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10330490A1 true DE10330490A1 (de) 2004-02-19
DE10330490B4 DE10330490B4 (de) 2008-12-04

Family

ID=30439364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10330490A Expired - Lifetime DE10330490B4 (de) 2002-07-19 2003-07-01 Integrierte MIM-Kondensatorstruktur

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6836399B2 (de)
JP (1) JP2004056139A (de)
KR (1) KR100480603B1 (de)
CN (1) CN100431151C (de)
DE (1) DE10330490B4 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6919244B1 (en) * 2004-03-10 2005-07-19 Motorola, Inc. Method of making a semiconductor device, and semiconductor device made thereby
JP5038612B2 (ja) * 2005-09-29 2012-10-03 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置
US7763923B2 (en) 2005-12-29 2010-07-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Metal-insulator-metal capacitor structure having low voltage dependence
JP2007294848A (ja) * 2006-03-30 2007-11-08 Eudyna Devices Inc キャパシタおよび電子回路
US20070267733A1 (en) * 2006-05-18 2007-11-22 International Business Machines Corporation Symmetrical MIMCAP capacitor design
KR100852210B1 (ko) 2007-04-26 2008-08-13 삼성전자주식회사 커패시터 유닛 및 그 형성 방법
US8101495B2 (en) 2008-03-13 2012-01-24 Infineon Technologies Ag MIM capacitors in semiconductor components
US7602599B1 (en) * 2008-07-09 2009-10-13 United Microelectronics Corp. Metal-metal capacitor and method of making the same
US8729666B2 (en) * 2009-09-23 2014-05-20 X-Fab Semiconductor Foundries Ag Ultra-low voltage coefficient capacitors
US9691772B2 (en) * 2011-03-03 2017-06-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor memory device including memory cell which includes transistor and capacitor
CN102610660A (zh) * 2012-03-31 2012-07-25 上海宏力半导体制造有限公司 层叠mim电容器结构以及半导体器件
US8952748B2 (en) * 2013-03-13 2015-02-10 Futurewei Technologies, Inc. Circuit and method for a multi-mode filter
CN103367329B (zh) * 2013-07-23 2016-03-30 上海华力微电子有限公司 用于测试mim电容的半导体结构
CN106449605B (zh) * 2015-08-12 2018-12-21 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Mim电容结构
JP6583014B2 (ja) 2016-01-22 2019-10-02 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
CN107591388A (zh) * 2017-09-01 2018-01-16 格科微电子(上海)有限公司 金属层‑绝缘层‑金属层电容器及其形成方法
CN116325508A (zh) 2020-10-28 2023-06-23 罗姆股份有限公司 信号传输装置、电子设备、车辆
US20220416011A1 (en) * 2021-06-23 2022-12-29 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Capacitor structure

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4918454A (en) * 1988-10-13 1990-04-17 Crystal Semiconductor Corporation Compensated capacitors for switched capacitor input of an analog-to-digital converter
JP3045419B2 (ja) * 1991-11-08 2000-05-29 ローム株式会社 誘電体膜コンデンサ
JPH05226582A (ja) * 1992-02-12 1993-09-03 Hitachi Ltd 化合物半導体装置
JPH07115174A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 容量回路を有する半導体装置
KR0183739B1 (ko) * 1995-09-19 1999-03-20 김광호 감결합 커패시터를 포함하는 반도체 장치 및 그 제조방법
US6078072A (en) * 1997-10-01 2000-06-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device having a capacitor
US6069050A (en) * 1997-10-20 2000-05-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Cross-coupled capacitors for improved voltage coefficient
JP3516593B2 (ja) * 1998-09-22 2004-04-05 シャープ株式会社 半導体装置及びその製造方法
KR100587662B1 (ko) * 1999-05-27 2006-06-08 삼성전자주식회사 반도체 소자의 커패시터 및 그 제조방법
JP3586638B2 (ja) * 2000-11-13 2004-11-10 シャープ株式会社 半導体容量装置

Also Published As

Publication number Publication date
US6836399B2 (en) 2004-12-28
KR100480603B1 (ko) 2005-04-06
JP2004056139A (ja) 2004-02-19
US20040012911A1 (en) 2004-01-22
CN1489213A (zh) 2004-04-14
DE10330490B4 (de) 2008-12-04
KR20040008851A (ko) 2004-01-31
CN100431151C (zh) 2008-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10330490B4 (de) Integrierte MIM-Kondensatorstruktur
DE69207732T2 (de) Monolithische Niederspannungsschutzdiode mit geringer Kapazität
DE102008064686B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE60026846T2 (de) Lc-oszillator
EP0750352B1 (de) Halbleiter-Bauelement-Konfiguration
DE102016100003A1 (de) Reihen-MIM-Strukturen, kompatibel mit RRAM-Prozess
DE10294243T5 (de) Kaskadenkondensator
DE19541497B4 (de) Lateraler Feldeffekttransistor
DE102014111279A1 (de) Halbleiterchip mit integrierten Serienwiderständen
DE3021042C2 (de) Widerstandselement mit hoher Durchbruchsspannung für integrierte Schaltungen
DE3200953C2 (de) Halbleitervorrichtungen
DE2300116A1 (de) Hochfrequenz-feldeffekttransistor mit isolierter gate-elektrode fuer breitbandbetrieb
EP1057217A1 (de) Integrierte schaltung mit kapazitiven elementen
DE69329543T2 (de) Herstellung eines Feldeffekttransistors mit integrierter Schottky-Klammerungsdiode
DE102004048688B4 (de) Leistungs-Halbleitervorrichtung
DE102018108561B3 (de) Transistorbauelement mit gate-widerstand
DE10247431A1 (de) Halbleitervorrichtung
EP3657543A1 (de) Rc-snubberglied mit hoher spannungsfestigkeit
DE69620540T2 (de) Integrierte Halbleiterschaltung mit Differenzschaltkreis
DE3226673A1 (de) Kapazitaetsvariationsvorrichtung
DE3206060A1 (de) Halbleiteranordnung
DE2629468A1 (de) Temperaturkompensierter oszillator
DE10206375A1 (de) Integrierte, abstimmbare Kapazität
DE69314538T2 (de) Statisches RAM mit einem Dünnschichttransistor
DE102004006002B3 (de) Soi-Halbleiterbauelement mit erhöhter Spannungsfestigkeit

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8125 Change of the main classification

Ipc: H01L 2992 20060101

8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right