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JP2003188265A - Method of manufacturing MIM type capacitive element - Google Patents

Method of manufacturing MIM type capacitive element

Info

Publication number
JP2003188265A
JP2003188265A JP2001385824A JP2001385824A JP2003188265A JP 2003188265 A JP2003188265 A JP 2003188265A JP 2001385824 A JP2001385824 A JP 2001385824A JP 2001385824 A JP2001385824 A JP 2001385824A JP 2003188265 A JP2003188265 A JP 2003188265A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal layer
film
electrode
upper electrode
capacitive element
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.)
Pending
Application number
JP2001385824A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Nishiura
信二 西浦
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial 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 Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2001385824A priority Critical patent/JP2003188265A/en
Publication of JP2003188265A publication Critical patent/JP2003188265A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 MIM型容量素子において、従来困難であっ
た上部電極用金属層と誘電体膜との加工を容易にして高
性能、高信頼性の容量素子を歩留まりよく製造する。 【解決手段】 下部電極用金属層、プラズマSi34
および上部電極用金属層を連続して堆積後、レジスト膜
をマスクに上部電極用金属層を金属層用のエッチングガ
スを用いてRIEによりパターニングして上部電極を形
成する。次にレジスト膜を除去後、上部電極をマスクに
プラズマSi34膜を絶縁膜用のエッチングガスを用い
てRIEによりパターニングする。次に下部電極を形成
後、層間絶縁膜を堆積してヴィアホールを形成する。次
に、ヴィアホールをタングステンで充填して引き出し電
極を形成後、所定領域に上部配線を形成する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-performance and high-reliability capacitive element with a high yield by facilitating processing of a metal layer for an upper electrode and a dielectric film, which has been difficult in the past, in a MIM type capacitive element. . SOLUTION: After successively depositing a metal layer for a lower electrode, a plasma Si 3 N 4 film and a metal layer for an upper electrode, the upper electrode metal layer is subjected to RIE using an etching gas for the metal layer using a resist film as a mask. To form an upper electrode. Next, after removing the resist film, the plasma Si 3 N 4 film is patterned by RIE using an etching gas for an insulating film using the upper electrode as a mask. Next, after forming a lower electrode, an interlayer insulating film is deposited to form a via hole. Next, after filling the via hole with tungsten to form a lead electrode, an upper wiring is formed in a predetermined region.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属−絶縁膜−金
属(MIM)構造の静電容量素子に係り、特に高い容量
値精度と高い耐圧特性および高い信頼性を実現した容量
素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitance element having a metal-insulating film-metal (MIM) structure, and particularly to a method of manufacturing a capacitance element which realizes high capacitance value precision, high breakdown voltage characteristics and high reliability. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯電話等の移動体通信機器に用
いられる高周波アナログ集積回路では、容量素子、抵抗
およびインダクタ等の受動素子が搭載されている。集積
回路の高速動作や消費電力低減のため、これら受動素子
には極めて小さい寄生容量と寄生抵抗が要望されてお
り、特に容量素子について顕著である。
2. Description of the Related Art In recent years, high-frequency analog integrated circuits used in mobile communication equipment such as mobile phones are equipped with passive elements such as capacitance elements, resistors and inductors. In order to operate the integrated circuit at high speed and reduce power consumption, extremely small parasitic capacitance and parasitic resistance are required for these passive elements, and this is particularly remarkable for the capacitive elements.

【0003】従来、集積回路に用いられている容量素子
としては、金属膜または導電性多結晶シリコン(ポリS
i)膜等の電極とシリコン(Si)基板の間に、薄い酸
化シリコン(SiO2)膜等を挟んだMOS型容量や、
2層の導電性ポリSi間に薄いSiO2膜等を挟んだ2
層ポリSi型容量等がある。これら容量は、電極の一方
または双方が半導体基板中の不純物拡散層や導電性ポリ
Si膜を用いているために寄生抵抗が高かった。また、
電極とSi基板の距離が素子分離の絶縁膜厚程度しかな
いため寄生容量が大きく、さらにSi基板中の空乏層が
印加電圧によって変化するため、寄生容量値が電圧に対
して一定でない等の問題があった。このような観点か
ら、上下電極が低抵抗な金属膜で構成され、上層配線を
電極に用いることでSi基板からも距離を隔てて形成す
ることが可能であり、寄生抵抗と寄生容量を極めて小さ
くできるMIM型容量素子が注目されている。
Conventionally, as a capacitive element used in an integrated circuit, a metal film or conductive polycrystalline silicon (poly S) is used.
i) A MOS type capacitor in which a thin silicon oxide (SiO 2 ) film or the like is sandwiched between an electrode such as a film and a silicon (Si) substrate,
2 with a thin SiO 2 film sandwiched between two layers of conductive poly-Si
There is a layer poly-Si type capacitor or the like. These capacitors have high parasitic resistance because one or both of the electrodes use an impurity diffusion layer or a conductive poly-Si film in the semiconductor substrate. Also,
Since the distance between the electrode and the Si substrate is only about the insulation film thickness for element isolation, the parasitic capacitance is large, and the depletion layer in the Si substrate changes depending on the applied voltage, so the parasitic capacitance value is not constant with respect to the voltage. was there. From this point of view, the upper and lower electrodes are made of a low-resistance metal film, and by using the upper layer wiring for the electrodes, it is possible to form them with a distance from the Si substrate, and the parasitic resistance and parasitic capacitance are extremely small. A possible MIM type capacitive element has been attracting attention.

【0004】ここで、特開2001−203329号公
報に開示されている従来のMIM型容量素子の製造方法
について図面を参照しながら説明する。図3(a)〜
(c)は、従来のMIM型容量素子の製造工程を示す断
面図である。
Here, a method of manufacturing the conventional MIM type capacitive element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-203329 will be described with reference to the drawings. Fig.3 (a)-
(C) is sectional drawing which shows the manufacturing process of the conventional MIM type capacitive element.

【0005】まず図3(a)に示すように、Si基板2
1表面に形成した絶縁膜22上に下部電極用金属層を堆
積し、パターニングして下部電極領域23aと下部配線
領域23bとで構成される下部電極23を形成する。そ
の後、全面に誘電体膜24を堆積し、連続して上部電極
用金属層25を堆積する。
First, as shown in FIG. 3A, the Si substrate 2
A metal layer for a lower electrode is deposited on the insulating film 22 formed on one surface and patterned to form a lower electrode 23 including a lower electrode region 23a and a lower wiring region 23b. After that, the dielectric film 24 is deposited on the entire surface, and the upper electrode metal layer 25 is continuously deposited.

【0006】次に図3(b)に示すように、フォトレジ
スト膜26をマスクにして、反応性イオンエッチング
(RIE:Reactive Ion Etching)により、下部配線領
域23b上の誘電体膜24および上部電極用金属層25
を同時にエッチング除去して、領域23bの下部電極2
3表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 3B, by using the photoresist film 26 as a mask, the dielectric film 24 and the upper electrode on the lower wiring region 23b are formed by reactive ion etching (RIE). Metal layer 25
Are simultaneously removed by etching to remove the lower electrode 2 in the region 23b.
3 Expose the surface.

【0007】次に図3(c)に示すように、下部電極2
3、誘電体膜24および上部電極25を被覆するように
層間絶縁膜28を形成する。その後、下部電極22およ
び上部電極25表面が露出されるようなヴィアホール2
9、30を、RIEにより層間絶縁膜28に形成し、続
いてこれらヴィアホール中にタングステン等の金属を埋
め込み第1引き出し電極31および第2引出し電極32
を形成する。最後に、全面に上部配線用金属層33を堆
積、パターニングして、第1引き出し電極31、第2引
き出し電極32と接続させることによって、MIM型容
量素子が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the lower electrode 2
3. An interlayer insulating film 28 is formed so as to cover the dielectric film 24 and the upper electrode 25. After that, the via hole 2 in which the surfaces of the lower electrode 22 and the upper electrode 25 are exposed
9 and 30 are formed on the interlayer insulating film 28 by RIE, and then a metal such as tungsten is buried in the via holes to form the first extraction electrode 31 and the second extraction electrode 32.
To form. Finally, the upper wiring metal layer 33 is deposited on the entire surface, patterned, and connected to the first extraction electrode 31 and the second extraction electrode 32, whereby the MIM type capacitive element is formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
MIM型容量素子の製造方法では、図3(b)の工程に
示されるような誘電体膜24と上部電極25とをRIE
で同時にエッチング除去することは極めて困難である。
However, in the manufacturing method of the MIM type capacitor described above, the dielectric film 24 and the upper electrode 25 as shown in the step of FIG.
It is extremely difficult to remove them simultaneously by etching.

【0009】一般に、アルミニウム等の金属層のRIE
にはCl2、BCl3およびCHF3等の混合ガスが用い
られ、SiO2膜やSi34膜等の絶縁膜のRIEには
CHF3、CF4およびAr等の混合ガスが用いられてお
り、それぞれのエッチング特性が大きく異なっている。
In general, RIE of a metal layer such as aluminum
A mixed gas of Cl 2 , BCl 3 and CHF 3 is used for the insulating gas, and a mixed gas of CHF 3 , CF 4 and Ar is used for the RIE of the insulating film such as the SiO 2 film and the Si 3 N 4 film. And the etching characteristics of each are significantly different.

【0010】例えば、上記のRIEを金属層用のガス条
件を用いて行う場合、誘電体膜24のエッチングでエッ
チング速度の均一性の悪化やエッチング残りが発生する
危険性がある。さらに、被エッチング層である誘電体膜
24よりエッチングストッパー層の下部電極23のエッ
チング速度が大きくなってしまうため、下部電極23お
よび該金属層を用いた集積回路中の下部配線の膜厚制御
が困難となる。
For example, when the above RIE is performed under the gas condition for the metal layer, there is a risk that the etching of the dielectric film 24 may deteriorate the uniformity of the etching rate or cause an etching residue. Furthermore, since the etching rate of the lower electrode 23 of the etching stopper layer is higher than that of the dielectric film 24 which is the layer to be etched, the film thickness control of the lower electrode and the lower wiring in the integrated circuit using the metal layer can be performed. It will be difficult.

【0011】また、上記のRIEを絶縁膜用のガス条件
を用いて行う場合、金属層のエッチングではエッチング
速度確保やエッチング形状維持のためCl2ガスが必要
不可欠であるため、上部電極用金属層25のエッチング
が非常に困難である。さらに、同一エッチングチャンバ
ーに金属層用のエッチングガスと絶縁膜用のエッチング
ガスとを導入し、上部電極用金属層25と誘電体膜24
とをそれぞれにエッチングする場合、異種膜のRIEを
同一チャンバー内で行うため、エッチング生成物等のパ
ーティクルが多発し、集積回路の歩留を低下させてしま
う。また、RIE装置のメンテナンス頻度増加により生
産性を著しく低下させてしまう。
When the above RIE is performed under the gas condition for the insulating film, Cl 2 gas is indispensable for the etching of the metal layer in order to secure the etching rate and maintain the etching shape. Etching 25 is very difficult. Further, an etching gas for the metal layer and an etching gas for the insulating film are introduced into the same etching chamber, and the upper electrode metal layer 25 and the dielectric film 24 are introduced.
In the case of respectively etching and, since RIE of different types of films is performed in the same chamber, particles such as etching products frequently occur and the yield of integrated circuits is reduced. In addition, the frequency of maintenance of the RIE device increases, resulting in a significant decrease in productivity.

【0012】さらに、上記のMIM型容量素子の製造方
法では、図3(b)の工程のRIE後に下部電極23お
よび該金属層を用いた集積回路中の下部配線(図示せ
ず)の側壁に誘電体膜24と上部電極用金属層25から
なるサイドウォール膜27が形成される。このサイドウ
ォール膜27によって下部配線間が電気的にショートす
る危険性があるため、微細配線を形成できない。
Further, in the above-described method of manufacturing the MIM type capacitor, after the RIE in the step of FIG. 3B, the lower electrode 23 and the side wall of the lower wiring (not shown) in the integrated circuit using the metal layer are formed. A sidewall film 27 including the dielectric film 24 and the upper electrode metal layer 25 is formed. Since the sidewall film 27 may cause an electrical short between lower wirings, fine wiring cannot be formed.

【0013】以上のように、上述した従来技術では、M
IM型容量の上部電極用金属層と誘電体膜との加工が極
めて困難であり、不適切なものであった。さらに微細配
線形成においても問題点を有している。
As described above, in the above-mentioned conventional technique, M
The processing of the metal layer for the upper electrode of the IM type capacitor and the dielectric film was extremely difficult and inappropriate. Further, there are problems in forming fine wiring.

【0014】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解決するものであり、MIM型容量素子において、
上部電極用金属層と誘電体膜との加工を容易にし、同時
に微細配線の形成も可能な製造方法を提供するものであ
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. In the MIM type capacitive element,
The present invention provides a manufacturing method that facilitates processing of a metal layer for an upper electrode and a dielectric film, and at the same time can form fine wiring.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るMIM型容量素子の製造方法は、半
導体基板上に形成した第1の絶縁膜上に第1の金属層と
誘電体膜と第2の金属層とを連続して堆積する第1の工
程と、第2の金属層を選択的にエッチングして上部電極
を形成する第2の工程と、誘電体膜を選択的にエッチン
グする第3の工程と、第1の金属層を選択的にエッチン
グして下部電極を形成する第4の工程と、上部電極と誘
電体膜と下部電極とを被う第2の絶縁膜を形成する第5
の工程と、第2の絶縁膜を選択的にエッチングして下部
電極と上部電極との表面を露出するヴィアホールを形成
する第6の工程と、ヴィアホール内を第3の金属層で充
填して下部電極と上部電極とに接続する引き出し電極を
形成する第7の工程と、引き出し電極上に第4の金属層
を選択的に形成して引き出し電極と接続する上部配線を
形成する第8の工程とを具備していることを特徴とす
る。
In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing an MIM type capacitor according to the present invention comprises a first metal layer on a first insulating film formed on a semiconductor substrate. A first step of continuously depositing a dielectric film and a second metal layer, a second step of selectively etching the second metal layer to form an upper electrode, and a dielectric film selection Third step of selectively etching the first metal layer, a fourth step of selectively etching the first metal layer to form a lower electrode, and a second insulation covering the upper electrode, the dielectric film, and the lower electrode. Fifth forming film
And a sixth step of selectively etching the second insulating film to form a via hole exposing the surfaces of the lower electrode and the upper electrode, and filling the via hole with a third metal layer. And a seventh step of forming an extraction electrode connected to the lower electrode and the upper electrode, and an eighth step of selectively forming a fourth metal layer on the extraction electrode to form an upper wiring connected to the extraction electrode. And a process.

【0016】この構成によって、第2の金属層と誘電体
膜とを容易に加工することが可能になり、寄生容量と寄
生抵抗が低く、かつ高い信頼性を有したMIM型容量素
子を実現することができる。また、MIM型容量素子を
構成する金属層を用いて、デザインルール通りの微細配
線を形成することが可能になり、高性能、高集積および
高信頼性のMIM型容量素子を搭載した半導体装置を得
ることができる。
With this structure, the second metal layer and the dielectric film can be easily processed, and the MIM type capacitive element having low parasitic capacitance and parasitic resistance and high reliability is realized. be able to. Further, it becomes possible to form fine wiring according to the design rule by using the metal layer that constitutes the MIM type capacitive element, and a semiconductor device equipped with a high performance, highly integrated and highly reliable MIM type capacitive element is provided. Obtainable.

【0017】また、上記の半導体装置の製造方法におい
て、第3の工程では、第2の工程で形成された上部電極
をマスクにして誘電体膜をエッチングすることが好まし
い。
In the method of manufacturing a semiconductor device described above, it is preferable that the dielectric film is etched in the third step by using the upper electrode formed in the second step as a mask.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1(a)〜(c)
と図2(a)〜(c)は本発明の実施形態に係わるMI
M型容量素子の製造工程を示す断面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 (a)-(c)
2A to 2C show MI according to the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the M-type capacitor.

【0019】まず図1(a)に示す工程で、Si基板1
上に膜厚が1000nm程度のSiO2膜2(第1の絶
縁膜)を形成した後、続けて全面に下部電極用金属層3
(第1の金属層)を堆積する。この下部電極用金属層3
は、下層から膜厚が約30nmのTi層、膜厚が約10
0nmのTiN層、膜厚が約600nmのAlCu層、
膜厚が約30nmのTiN層を連続スパッタ法にて堆積
した積層膜である。次に、下部電極用金属層3の全面上
にプラズマCVD法により膜厚約60nmのプラズマS
34膜4(誘電体膜)を堆積し、連続して上部電極用
金属層5(第2の金属層)を堆積する。この上部電極用
金属層5は下層から膜厚が約30nmのTiN層、膜厚
が約100nmのAlCu層、膜厚が約30nmのTi
N層を連続スパッタ法にて堆積した積層膜である。
First, in the step shown in FIG. 1A, the Si substrate 1
After the SiO 2 film 2 (first insulating film) having a film thickness of about 1000 nm is formed on the upper surface, the lower electrode metal layer 3 is continuously formed on the entire surface.
(First metal layer) is deposited. This lower electrode metal layer 3
Is a Ti layer having a film thickness of about 30 nm from the lower layer, and a film thickness of about 10
0nm TiN layer, about 600nm thick AlCu layer,
It is a laminated film in which a TiN layer having a film thickness of about 30 nm is deposited by a continuous sputtering method. Next, a plasma S having a film thickness of about 60 nm is formed on the entire surface of the lower electrode metal layer 3 by the plasma CVD method.
The i 3 N 4 film 4 (dielectric film) is deposited, and the upper electrode metal layer 5 (second metal layer) is continuously deposited. The upper electrode metal layer 5 includes a TiN layer having a thickness of about 30 nm, an AlCu layer having a thickness of about 100 nm, and a Ti layer having a thickness of about 30 nm from the lower layer.
It is a laminated film in which an N layer is deposited by a continuous sputtering method.

【0020】なお、本実施形態におけるMIM型容量素
子の誘電体膜形成と上部電極用金属層形成は一例であっ
て、誘電体膜形成にはプラズマSi34膜の他に、プラ
ズマTEOS膜またはプラズマ酸化膜等を用いてもよ
く、上部電極用金属層形成にはTiN/AlCu/Ti
Nの積層膜の他に、AlCu単層膜、TiN単層膜また
はWSi2単層膜等を用いてもよい。
The formation of the dielectric film and the metal layer for the upper electrode of the MIM type capacitive element in this embodiment is an example, and the plasma TEOS film is used for the dielectric film formation in addition to the plasma Si 3 N 4 film. Alternatively, a plasma oxide film or the like may be used, and TiN / AlCu / Ti may be used for forming the metal layer for the upper electrode.
In addition to the N laminated film, an AlCu single layer film, a TiN single layer film, a WSi 2 single layer film, or the like may be used.

【0021】次に図1(b)に示す工程で、上部電極用
金属層5のパターニングを行う。まず、フォトリソグラ
フィにより、上部電極用金属層5の容量領域6上に約
1.5μmの厚さのレジスト膜7を形成する。次いで、
このレジスト膜7をマスクとして、Cl2、BCl3およ
びCHF3等の混合ガスを用いたRIEにより容量領域
6以外の上部電極用金属層5を除去し、プラズマSi3
4膜4表面を露出させて上部電極5を形成する。その
後、レジスト膜7を除去する。
Next, in the step shown in FIG. 1B, the upper electrode metal layer 5 is patterned. First, a resist film 7 having a thickness of about 1.5 μm is formed on the capacitance region 6 of the upper electrode metal layer 5 by photolithography. Then
Using the resist film 7 as a mask, the metal layer 5 for the upper electrode other than the capacitor region 6 is removed by RIE using a mixed gas of Cl 2 , BCl 3 and CHF 3 , and plasma Si 3
The surface of the N 4 film 4 is exposed and the upper electrode 5 is formed. Then, the resist film 7 is removed.

【0022】次に図1(c)に示す工程で、プラズマS
34膜4のパターニングを行う。上記上部電極5をマ
スクとして、CHF3、CF4およびAr等の混合ガスを
用いたRIEにより容量領域6以外のプラズマSi34
膜4を除去し、下部電極用金属層3表面を露出させる。
このRIE条件は、絶縁膜用に用いられる標準的な条件
であり、プラズマSi34のエッチング速度は、金属層
のエッチング速度に対して十分大きく設定されているた
め、マスクに用いた上部電極5と下地の下部電極用金属
層3は殆どエッチングされない。
Next, in the step shown in FIG. 1C, plasma S
The i 3 N 4 film 4 is patterned. By using the upper electrode 5 as a mask, RIE using a mixed gas of CHF 3 , CF 4, Ar, etc., plasma Si 3 N 4 other than the capacitive region 6 is formed.
The film 4 is removed to expose the surface of the lower electrode metal layer 3.
This RIE condition is a standard condition used for an insulating film, and the etching rate of plasma Si 3 N 4 is set sufficiently higher than the etching rate of a metal layer. 5 and the underlying lower electrode metal layer 3 are hardly etched.

【0023】ここで、図1(b)〜(c)の工程におい
て、レジスト膜7を除去後にプラズマSi34膜4のR
IEを実施するのは、上部電極用金属層5のRIEによ
りレジスト膜7表面部に付着したCl等のイオンがプラ
ズマSi34膜4のRIE装置のチャンバーや搬送系を
腐食させる危険性があるためである。
Here, in the steps of FIGS. 1B to 1C, after removing the resist film 7, R of the plasma Si 3 N 4 film 4 is removed.
When performing the IE, there is a risk that ions such as Cl attached to the surface portion of the resist film 7 due to the RIE of the upper electrode metal layer 5 may corrode the chamber or the transport system of the RIE apparatus of the plasma Si 3 N 4 film 4. Because there is.

【0024】次に図2(a)に示す工程で、下部電極用
金属層3のパターニングを行う。フォトリソグラフィに
より、上記容量領域6の下部電極領域3a(上部にプラ
ズマSi34膜4、上部電極5が形成されている)とそ
の周囲の下部配線領域3bの下部電極用金属層3上に約
1.5μmの厚さのレジスト膜8を形成する。その後、
Cl2、BCl3およびCHF3等の混合ガスを用いたR
IEにより下部電極3を形成する。最後にレジスト膜8
を除去する。この時図示していないが、同時に集積回路
中の素子電極および下部配線が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 2A, the metal layer 3 for lower electrode is patterned. By photolithography, on the lower electrode region 3a (the plasma Si 3 N 4 film 4 and the upper electrode 5 are formed on the upper portion) of the capacitance region 6 and the lower electrode metal layer 3 in the lower wiring region 3b around the lower electrode region 3a. A resist film 8 having a thickness of about 1.5 μm is formed. afterwards,
R using a mixed gas of Cl 2 , BCl 3 and CHF 3
The lower electrode 3 is formed by IE. Finally the resist film 8
To remove. At this time, although not shown, the device electrode and the lower wiring in the integrated circuit are simultaneously formed.

【0025】次に図2(b)に示す工程で、層間絶縁膜
9(第2の絶縁膜)および引き出し電極用ヴィアホール
10、11の形成を行う。まず、プラズマCVD法によ
り約300nmの厚さのTEOS膜を成長し、続いてA
rガスを用いたスパッタによってTEOS膜をエッチバ
ックする。再度、プラズマCVD法により約2200n
mの厚さのTEOS膜を成長し、続いて約1.5μm厚
さのレジスト(図示せず)を塗布する。次いで、CHF
3、CF4、ArおよびO2の混合ガスを用いたRFエッ
チングによってレジストをエッチバックし、TEOS膜
を平坦化して層間絶縁膜9を形成する。層間絶縁膜9の
膜厚は、下部配線領域3b上で約1μm、下部電極領域
上で約0.8μmである。
Next, in a step shown in FIG. 2B, the inter-layer insulating film 9 (second insulating film) and the lead electrode via holes 10 and 11 are formed. First, a TEOS film having a thickness of about 300 nm is grown by the plasma CVD method, and then A
The TEOS film is etched back by sputtering using r gas. Again, about 2200n by plasma CVD method
A TEOS film having a thickness of m is grown, and then a resist (not shown) having a thickness of about 1.5 μm is applied. Then CHF
The resist is etched back by RF etching using a mixed gas of 3 , CF 4 , Ar and O 2 , and the TEOS film is flattened to form an interlayer insulating film 9. The film thickness of the interlayer insulating film 9 is about 1 μm on the lower wiring region 3b and about 0.8 μm on the lower electrode region.

【0026】なお、本実施形態における集積回路に生じ
る下地段差の平坦化方法は一例であって、エッチバック
法の他にCMP(Chemical Mechanical Polishing)法
等を用いて層間絶縁膜を形成してもよい。
The method of flattening the underlying step formed in the integrated circuit in this embodiment is an example, and the interlayer insulating film may be formed by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like in addition to the etchback method. Good.

【0027】次に、層間絶縁膜9上に形成したレジスト
膜(図示せず)をマスクにして、CHF3、CF4および
Ar等の混合ガスを用いたRIEにより、下部電極3と
上部電極5の表面が露出されるようなヴィアホール1
0、11を層間絶縁膜9に形成する。最後にレジスト膜
を除去する。ここでは、ヴィアホールは直径が0.8μ
m程度の円形で、かつ複数個を形成する。また図示して
いないが、同時に集積回路中の素子電極および下部配線
と接続するヴィアホールが一括して形成される。
Next, using the resist film (not shown) formed on the interlayer insulating film 9 as a mask, the lower electrode 3 and the upper electrode 5 are formed by RIE using a mixed gas of CHF 3 , CF 4 and Ar. Via hole 1 with exposed surface
0 and 11 are formed on the interlayer insulating film 9. Finally, the resist film is removed. Here, the via hole has a diameter of 0.8μ.
A plurality of circles of about m are formed. Although not shown, at the same time, via holes for connecting to device electrodes and lower wirings in the integrated circuit are collectively formed.

【0028】次に図2(c)に示す工程で、引き出し電
極12、13(第3の金属層)と上部配線14(第4の
金属層)の形成を行う。まず、Arガスを用いた逆スパ
ッタ法により上記ヴィアホール10、11底部の下部電
極3と上部電極5の表面の酸化層を除去する。続いて、
ヴィアホール10、11内と層間絶縁膜9上に、膜厚が
約30nmのTi層、膜厚が約100nmのTiN、膜
厚が約700nmのタングステン層をこの順で堆積した
後、これらの膜をRFエッチングによりエッチバックす
ることによって、ヴィアホール10、11内にタングス
テン層、TiN層およびTi層で構成される下部電極3
の引き出し電極12と上部電極5の引き出し電極13を
それぞれ形成する。最後に、引き出し電極12、13と
層間絶縁膜9上に上部配線用金属層14を堆積した後、
引き出し電極12、13上の所定領域にレジスト膜(図
示せず)を形成し、このレジスト膜をマスクとして上部
配線用金属層14をRIE法によりパターニングして、
下部電極引き出し用の上部配線14aと上部電極引き出
し用の上部配線14bをそれぞれ形成する。このように
して本実施形態のMIM型容量素子が形成される。
Next, in the step shown in FIG. 2C, the extraction electrodes 12 and 13 (third metal layer) and the upper wiring 14 (fourth metal layer) are formed. First, the oxide layer on the surfaces of the lower electrode 3 and the upper electrode 5 at the bottom of the via holes 10 and 11 is removed by the reverse sputtering method using Ar gas. continue,
After depositing a Ti layer having a thickness of about 30 nm, TiN having a thickness of about 100 nm, and a tungsten layer having a thickness of about 700 nm in this order in the via holes 10 and 11 and on the interlayer insulating film 9, these films are deposited. Is etched back by RF etching, so that the lower electrode 3 composed of a tungsten layer, a TiN layer and a Ti layer is formed in the via holes 10 and 11.
The extraction electrode 12 and the extraction electrode 13 of the upper electrode 5 are formed respectively. Finally, after depositing the upper wiring metal layer 14 on the extraction electrodes 12 and 13 and the interlayer insulating film 9,
A resist film (not shown) is formed in a predetermined region on the lead electrodes 12 and 13, and the upper wiring metal layer 14 is patterned by the RIE method using the resist film as a mask.
An upper wiring 14a for leading the lower electrode and an upper wiring 14b for leading the upper electrode are formed respectively. In this way, the MIM type capacitive element of this embodiment is formed.

【0029】以上のように本発明のMIM型容量素子の
製造方法では、従来技術において非常に困難であった上
部電極用金属層と誘電体膜とのRIEを容易に実現でき
るため、高性能でかつ高信頼性のMIM型容量素子をさ
らに歩留まりよく製造することができる。
As described above, according to the method of manufacturing the MIM type capacitive element of the present invention, RIE between the metal layer for the upper electrode and the dielectric film, which has been very difficult in the prior art, can be easily realized, so that high performance is achieved. In addition, a highly reliable MIM type capacitive element can be manufactured with a higher yield.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るMI
M型容量素子の製造方法によれば、上部電極用金属層と
誘電体膜とを容易に加工することが可能になり、寄生容
量と寄生抵抗が低く、かつ高い信頼性を有したMIM型
容量素子を実現することができる。また、MIM型容量
素子を構成する金属層を用いて、デザインルール通りの
微細配線を形成することが可能になり、高性能、高集積
および高信頼性のMIM型容量素子を搭載した半導体装
置を得ることができる。
As described above, the MI according to the present invention
According to the method for manufacturing the M-type capacitor, the metal layer for the upper electrode and the dielectric film can be easily processed, the parasitic capacitance and the parasitic resistance are low, and the MIM-type capacitor has high reliability. The device can be realized. Further, it becomes possible to form fine wiring according to the design rule by using the metal layer that constitutes the MIM type capacitive element, and a semiconductor device equipped with a high performance, highly integrated and highly reliable MIM type capacitive element is provided. Obtainable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態に係わるMIM型容量素子の
製造工程を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an MIM type capacitive element according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施形態に係わるMIM型容量素子の
製造工程を示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an MIM type capacitive element according to an embodiment of the present invention.

【図3】従来のMIM型容量素子の製造工程を示す断面
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a conventional MIM type capacitive element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 SiO2膜 3 下部電極用金属層(下部電極) 3a 下部電極用金属層の下部電極領域 3b 下部電極用金属層の下部配線領域 4 プラズマSi34膜 5 上部電極用金属層(上部電極) 6 容量領域 7 レジスト膜 8 レジスト膜 9 層間絶縁膜 10、11 ヴィアホール 12、13 引き出し電極 14a、14b 上部配線1 Si Substrate 2 SiO 2 Film 3 Lower Electrode Metal Layer (Lower Electrode) 3a Lower Electrode Metal Layer Lower Electrode Region 3b Lower Electrode Metal Layer Lower Wiring Region 4 Plasma Si 3 N 4 Film 5 Upper Electrode Metal Layer (Upper electrode) 6 Capacitance region 7 Resist film 8 Resist film 9 Interlayer insulating films 10 and 11 Via holes 12 and 13 Lead electrodes 14a and 14b Upper wiring

フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 BB02 BB14 BB28 BB30 CC01 DD08 DD16 DD17 DD23 DD37 DD65 DD71 DD72 EE08 EE12 EE14 EE17 FF17 FF18 FF22 GG19 HH12 HH14 HH20 5F033 HH09 HH28 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK09 KK18 KK28 KK33 MM05 MM08 MM13 NN06 NN07 PP15 QQ08 QQ09 QQ13 QQ14 QQ24 QQ25 QQ27 QQ28 QQ30 QQ31 QQ37 QQ48 QQ94 RR04 SS04 SS15 VV10 XX01 XX03 XX31 5F038 AC05 AC15 EZ14 EZ15 Continued front page    F term (reference) 4M104 AA01 BB02 BB14 BB28 BB30                       CC01 DD08 DD16 DD17 DD23                       DD37 DD65 DD71 DD72 EE08                       EE12 EE14 EE17 FF17 FF18                       FF22 GG19 HH12 HH14 HH20                 5F033 HH09 HH28 HH33 JJ18 JJ19                       JJ33 KK09 KK18 KK28 KK33                       MM05 MM08 MM13 NN06 NN07                       PP15 QQ08 QQ09 QQ13 QQ14                       QQ24 QQ25 QQ27 QQ28 QQ30                       QQ31 QQ37 QQ48 QQ94 RR04                       SS04 SS15 VV10 XX01 XX03                       XX31                 5F038 AC05 AC15 EZ14 EZ15

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成した第1の絶縁膜上
に第1の金属層と誘電体膜と第2の金属層とを連続して
堆積する第1の工程と、 前記第2の金属層を選択的にエッチングして上部電極を
形成する第2の工程と、 前記誘電体膜を選択的にエッチングする第3の工程と、 前記第1の金属層を選択的にエッチングして下部電極を
形成する第4の工程と、 前記上部電極と誘電体膜と下部電極とを被う第2の絶縁
膜を形成する第5の工程と、 前記第2の絶縁膜を選択的にエッチングして前記下部電
極と前記上部電極との表面を露出するヴィアホールを形
成する第6の工程と、 前記ヴィアホール内を第3の金属層で充填して前記下部
電極と前記上部電極とに接続する引き出し電極を形成す
る第7の工程と、 前記引き出し電極上に第4の金属層を選択的に形成して
前記引き出し電極と接続する上部配線を形成する第8の
工程とを具備していることを特徴とするMIM型容量素
子の製造方法。
1. A first step of continuously depositing a first metal layer, a dielectric film, and a second metal layer on a first insulating film formed on a semiconductor substrate, and the second step. A second step of selectively etching the metal layer to form an upper electrode; a third step of selectively etching the dielectric film; and a second step of selectively etching the first metal layer to form a lower layer. A fourth step of forming an electrode, a fifth step of forming a second insulating film covering the upper electrode, the dielectric film and the lower electrode; and a step of selectively etching the second insulating film. A sixth step of forming a via hole exposing the surfaces of the lower electrode and the upper electrode, and filling the inside of the via hole with a third metal layer to connect the lower electrode and the upper electrode. A seventh step of forming the extraction electrode, and a fourth metal layer on the extraction electrode. Method for producing a MIM capacitor, characterized in that it comprises an eighth step of forming an upper wiring formed on 択的 connected to said lead electrode.
【請求項2】 前記第3の工程では、前記第2の工程で
形成された前記上部電極をマスクにして前記誘電体膜を
エッチングすることを特徴とする請求項1に記載のMI
M型容量素子の製造方法。
2. The MI according to claim 1, wherein in the third step, the dielectric film is etched using the upper electrode formed in the second step as a mask.
Method for manufacturing M-type capacitor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100359664C (en) * 2004-11-26 2008-01-02 上海华虹Nec电子有限公司 Etching method of metal capacitance
CN113841230A (en) * 2019-05-21 2021-12-24 株式会社村田制作所 Capacitor with a capacitor element

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