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JP2001203329A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2001203329A
JP2001203329A JP2000013880A JP2000013880A JP2001203329A JP 2001203329 A JP2001203329 A JP 2001203329A JP 2000013880 A JP2000013880 A JP 2000013880A JP 2000013880 A JP2000013880 A JP 2000013880A JP 2001203329 A JP2001203329 A JP 2001203329A
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JP
Japan
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electrode
layer
semiconductor device
interlayer insulating
dielectric layer
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP2000013880A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Yonemura
浩二 米村
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JP2001203329A publication Critical patent/JP2001203329A/ja
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    • H10W72/9232

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 微細配線加工に適した、寄生抵抗、寄生容量
の少ない、高容量値を有するMIM型コンデンサの構造
を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体装置は、半導体基板上に
形成され、その全体が一平面形状を有する第1の電極1
と、前記第1の電極の上面に形成され、その全体が一平
面形状を有する誘電体層2と、前記誘電体層の上面に形
成され、その全体が一平面形状を有する第2の電極3
と、前記第1、第2の電極、および前記誘電体層全体を
被覆し、前記第2の電極表面を底面とする複数のヴィア
ホール4,7を内部に具有する層間絶縁層6と、前記ヴ
ィアホールを充填する導電層とを具備する。

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、特に高周波アナログ集積回路に用いられるコンデン
サ素子の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の多層配線化技術
は、配線のデザインルールの縮小のみならず、ヴィアホ
ールへの金属埋め込みや層間膜の完全平坦化技術の導入
により微細化の一途を辿っている。
【0003】一般に移動体通信分野等に用いられる高周
波アナログ集積回路では、高い周波数の小信号を扱うた
めに高速動作する能動素子は勿論のこと、抵抗、コンデ
ンサ等の受動素子が必要とされる。このような集積回路
では動作スピードの向上や低消費電力化などを達成する
ため、寄生抵抗、寄生容量の削減が必須である。なかで
もコンデンサ素子においては、従来のMOS型コンデン
サに対し、寄生抵抗、寄生容量の著しく小さいMIM
(Metal-Insulator-Metal)型コンデンサが一般的に用
いられるようになりつつある。
【0004】従来のMIM型コンデンサの断面構造図を
図5に示す。従来のMIM型コンデンサは次のような工
程で製造される。下部電極(第1の電極)となるメタル
シリサイド層11上の層間絶縁膜16をフォトリソグラ
フィでパターニングし、反応性イオンエッチングでコン
デンサが形成される第1の開口部14、およびメタルシ
リサイド層11の引き出し電極が形成される第2の開口
部17を形成する。形成後、誘電体膜12を第1、第2
の開口部を含む層間絶縁膜16の表面上に堆積させる。
そして前記開口部底面に堆積された誘電体膜12を残す
ように誘電体膜12をパターニングする。その後、パタ
ーニングされた誘電体膜12上、および第2の開口部1
7内部にアルミニウムを堆積し、パターニングすること
により引き出し電極層18、上部電極(第2の電極)と
なるアルミニウム13を形成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路の多層配線技術は、上記したような配線のデザイン
ルールの縮小のみではなく、コンタクトホールやヴィア
ホールへの金属埋め込みや層間絶縁膜の化学的機械法に
よる完全平坦化技術の導入により、微細化の一途を辿っ
ている。
【0006】しかしながら、従来のMIM型コンデンサ
構造では、容量値を確保するためコンデンサの電極面積
を大きくする必要がある。かつ電極配線と基板との間の
寄生容量を低減させるために第1の開口部14の深さを
大きくする必要がある。そのため、層間絶縁膜2に深い
段差を設ける必要がある。微細配線技術である金属埋め
込みコンタクト形成法は、気相化学成長法により開口内
部に金属膜を堆積し、反応性イオンエッチング(RI
E)や、化学的機械研磨法(CMP)により0.8μm
角程度の微小なコンタクトホールやヴィアホールに金属
を埋め込む技術であるが、前述した第1の開口部14は
その段差が深いため、金属膜を開口部全体に均等に形成
することは非常に難しく、段差部分での膜減りや、膜は
がれを起こしてしまう危険性がある。
【0007】さらに図5に示すように、層間絶縁膜16
の表面は、コンデンサの容量値確保、コンデンサの電極
の引き出しの簡便性を考慮すると平坦化させることは望
ましくない。しかしながら微細配線加工の見地から考慮
すると層間絶縁膜16表面の完全平坦化は必須である。
以上により、上述した、平面型MIMコンデンサの構造
は微細配線技術と照らし合わせると、不適切なものと言
える。
【0008】本発明は以上のような問題点に鑑み、微細
配線加工に適した、寄生抵抗、寄生容量の少ない、高容
量値を有するMIM型コンデンサの構造を提供すること
を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成され、
その全体が一平面形状を有する第1の電極と、前記第1
の電極の上面に形成され、その全体が一平面形状を有す
る誘電体層と、前記誘電体層の上面に形成され、その全
体が一平面形状を有する第2の電極と、前記第1、第2
の電極、および前記誘電体層全体を被覆し、前記第2の
電極表面を底面とする複数のヴィアホールを内部に具有
する層間絶縁層と、前記ヴィアホールを充填する導電層
とを具備することを第1の特徴とする。
【0010】また、本発明の半導体装置は、半導体基板
上に形成され、その電極が平板形状であるコンデンサ
と、前記コンデンサ全体を被覆し、前記コンデンサの上
部電極表面を底面とする複数のヴィアホールを内部に具
有する層間絶縁層と、前記ヴィアホールを充填する導電
層とを具備することを第2の特徴とする。
【0011】さらに本発明の半導体装置の製造方法で
は、半導体基板上に第1の電極層、誘電体層、第2の電
極層をこの順に堆積する工程と、前記第1、第2の電極
層、及び誘電体層を層間絶縁層で被覆する工程と、前記
第1の電極層、及び第2の電極層表面を露出するヴィア
ホールを形成する工程と、前記ヴィアホール内部を導電
層で充填する工程と、前記層間絶縁層表面を平坦化する
工程とを具備することを特徴とする。
【0012】これらの特徴によれば、平面型コンデンサ
は層間絶縁膜の最下部に位置しているため、半導体基板
上で大面積を占めても差し支えない。従ってコンデンサ
の電極面積を確保するために、半導体基板上に深い段差
を設け、段差側面、底面に電極層を堆積する必要がな
い。
【0013】また、層間絶縁膜の最下部に位置する平面
型コンデンサの電極を引き出すために、ヴィアホールを
用いているため、層間絶縁膜の表面は平坦化することが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。
【0015】図1は本発明のMIM型コンデンサの平面
図である。また図2は図1のA−A´における断面図で
ある。半導体基板上に形成された層間絶縁層上には、そ
の全体が一平面形状を有する第1の電極層1が形成さ
れ、この第1の電極層1の上面には、第1の電極層1同
様、その全体が一平面形状を有する誘電体層2が形成さ
れる。この誘電体層2は第1引き出し電極8が形成され
る領域の分、第1の電極層1よりも小さく形成されてい
ることが必要であり、本実施の形態の場合、100μm
2程度である。
【0016】この誘電体層2の上面にはその全体が一平
面形状を有する第2の電極層3が形成される。この第2
の電極層3の面積は誘電体層2とほぼ同等である。これ
ら第1の電極層1、第2の電極層3、および誘電体層2
は厚さが1.5〜2.0μm程度の層間絶縁層6に被覆
される。この層間絶縁層6には、前記第1の電極1表
面、及び前記第2の電極3表面をそれぞれ底面とする複
数のヴィアホール4、7がある。これらヴィアホール
4、7は導電層で充填され、それぞれ第1引き出し電極
5、第2引き出し電極8を構成している。層間絶縁層6
表面には上層電極配線9が形成され、第1引き出し電極
5、第2引き出し電極8と接続される。
【0017】次に、本発明の実施の形態である半導体装
置の製造方法について、以下説明する。図3、4は本発
明のMIM型コンデンサの製造工程を示す図である。図
3において、半導体基板上に第1層目のAl層を形成す
る。このAl層をパターニングすることにより、MIM
型コンデンサの下部電極となる第1の電極層1を形成す
る。
【0018】第1の電極層1を形成した後、第1の電極
層1の上面に、後に誘電体層2となる窒化シリコン膜を
堆積し、連続してMIM型コンデンサの上部電極となる
第2の電極層3をTiN膜またはWSi膜によって形成
する。この後、後に形成する第1の電極層の引き出し電
極層(第2引き出し電極8)と第1の電極層1との接続
領域を確保するために、フォトリゾグラフィ工程、及び
反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etchi
ng)により、上記窒化シリコン膜、TiN膜またはWS
i膜を同時にパターニングし、上記接続領域にあたる窒
化シリコン膜、TiN膜またはWSi膜を除去し、その
部分の第1の電極層1表面を露出させる。この時点で上
記窒化シリコン膜は誘電体層2に、TiN膜またはWS
i膜は第2の電極層3にそれぞれ加工されたことにな
る。
【0019】次に図4に示すように、第1の電極層1、
誘電体層2、第2の電極層3を被覆するようにBPSG
(Boron-Phospho Silicate Glass)などからなる層間絶縁
層6をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などによ
って半導体基板上に形成する。そして第1の電極層1、
及び第2の電極層3表面が露出されるようなヴィアホー
ル4、7を、RIEなどの方法により層間絶縁層6中に
形成する。
【0020】このヴィアホール4、7中にタングステン
などの金属を選択成長させることによって第1の電極層
1、第2の電極層3の引き出し電極層である、第1引き
出し電極5、第2引き出し電極8を形成する。第1引き出
し電極5、第2引き出し電極8を形成した後、層間絶縁
層6表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)
などの方法により平坦化し、平坦化された層間絶縁層6
表面に上層電極配線9をAlなどで形成し、第1引き出
し電極5、第2引き出し電極8と接続させる。
【0021】以上説明したように、本発明の半導体装
置、およびその製造方法を用いることにより、MIM型
コンデンサを形成する領域に大面積の層間膜段差を形成
することなく、平面性を保ったまま、低寄生容量、およ
び低寄生抵抗であり、かつ高い信頼性を有したMIM型
コンデンサ素子を形成することが可能となる。
【0022】以上、本発明の実施の形態では前述したも
のに限定されず、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で
の種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、微細配線加工に適し
た、寄生抵抗、寄生容量の少ない、高容量値を有するM
IM型コンデンサの構造を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態である半導体装置の平面図
である。
【図2】図1のA−A´における断面図である。
【図3】本発明の実施の形態である半導体装置の製造方
法を示す工程図である。
【図4】本発明の実施の形態である半導体装置の製造方
法を示す工程図である。
【図5】従来のMIM型コンデンサの構造を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 第1の電極層 2 誘電体層 3 第2の電極層 6 層間絶縁層 4、7 ヴィアホール 5 第1引き出し電極 8 第2引き出し電極 9 上層電極配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH08 JJ19 KK08 KK28 KK33 NN34 PP07 QQ08 QQ09 QQ10 QQ13 QQ37 QQ39 QQ48 RR06 RR15 VV10 XX03 5F038 AC04 AC05 AC15 CA07 CA10 EZ15 EZ20

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成され、その全体が一
    平面形状を有する第1の電極と、 前記第1の電極の上面に形成され、その全体が一平面形
    状を有する誘電体層と、 前記誘電体層の上面に形成され、その全体が一平面形状
    を有する第2の電極と、 前記第1、第2の電極、および前記誘電体層全体を被覆
    し、前記第2の電極表面を底面とする複数のヴィアホー
    ルを内部に具有する層間絶縁層と、 前記ヴィアホールを充填する導電層とを具備することを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1、第2の電極はアルミニウムよ
    り形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導
    体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1、第2の電極はメタルシリサイ
    ドより形成されていることを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に形成され、その電極が平
    板形状であるコンデンサと、 前記コンデンサ全体を被覆し、前記コンデンサの上部電
    極表面を底面とする複数のヴィアホールを内部に具有す
    る層間絶縁層と、 前記ヴィアホールを充填する導電層とを具備することを
    特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記上部電極はアルミニウムより形成さ
    れていることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記上部電極はメタルシリサイドより形
    成されていることを特徴とする請求項4記載の半導体装
    置。
  7. 【請求項7】 前記導電層はタングステンより形成され
    ていることを特徴とする請求項1乃至6記載の半導体装
    置。
  8. 【請求項8】 前記層間絶縁層の上面は平面形状である
    ことを特徴とする請求項1乃至6記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記層間絶縁層の上面に形成された上層
    配線をさらに具備することを特徴とする請求項8記載の
    半導体装置。
  10. 【請求項10】 半導体基板上に第1の電極層、誘電体
    層、第2の電極層をこの順に堆積する工程と、 前記第1、第2の電極層、及び誘電体層を層間絶縁層で
    被覆する工程と、 前記第1の電極層、及び第2の電極層表面を露出するヴ
    ィアホールを形成する工程と、 前記ヴィアホール内部を導電層で充填する工程と、 前記層間絶縁層表面を平坦化する工程とを具備すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記平坦化工程は、化学的機械研磨法
    (Chemical Mechanical Polishing)によって行われるこ
    とを特徴とする請求項10記載の半導体装置の製造方
    法。
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