JPH058581B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は重ね合せる２個の金属層から形成する
コンデンサ プレートを半導体本体から少なくと
も部分的に絶縁し、かつ絶縁材料層で互いに分離
し、コンデンサの誘電体およびその側方絶縁を下
部金属層の局部陽極酸化により得られた島および
垂直隔壁のそれぞれによつて形成する半導体本体
の表面に超小型回路と共に集積したコンデンサの
製造方法に関するものである。また、本発明はこ
の方法で形成した装置に関するものである。

半導体本体の表面に超小型回路と共に集積した
コンデンサを形成するために、いわゆる、薄膜技
術を用いるのが好ましく、またこの技術によつて
形成した単位表面積当り大きいキヤパシタンスを
有し、かつ拡散接合キヤパシタンスより著しく小
さい抵抗を有するコンデンサを用いることができ
る。更に、薄膜コンデンサのキヤパシタンスは、
半導体接合のキヤパシタンスによる場合のように
供給電圧に影響を受けない。

これらのコンデンサにおいて、実際上、誘電体
として最近、用いられている絶縁体は少なくとも
１個のプレートを構成する金属から得られる酸化
物層である。

多くの場合、この誘電体はプレートを構成する
アルミニウムから形成するアルミナであり、この
アルミナは絶縁破壊による危険を殆んど完全に除
去することのできる高い誘電率の特性を示す酸化
物である。

誘電体を形成するのに、しばしば用いられてい
る方法としては陽極酸化方法が知られいる。この
方法では、適当な電圧を陽極的に酸化しうる金属
の層と適当に選択した電解液に浸漬した電極との
間に供給することからなる。

この溶液は、いわゆる、「MOM」（金属−酸化
物−金属）コンデンサを製造する場合に、特に重
要である。なぜならば、誘電体層を第１堆積金属
層に形成し、かつプレートを構成する金属（もつ
とも、一般的にはアルミニウム）のみならず、使
用する電解液の組成を適当に選択する必要がある
ためである。例えば、蓚酸およびエチレンーグリ
コールの如き電解液として用いる与えられた溶液
はアルミニウム層の陽極酸化中にアルミナの多孔
層を形成し、また特に酒石酸からなる他の溶液は
アルミナの緻密層を形成することは知られてい
る。

上述する「MOM」コンデンサを含む半導体装
置を作る方法はドイツ特許出願公開明細書第
1920684号に記載されている。「MOM」コンデン
サのプレートを構成する金属がその誘電体を介し
て拡散するのを避けるために、誘電体を緻密な酸
化物層で有利に構成する必要があることについて
は報告されていない。

一般に、「MOM」コンデンサの金属プレート
は集積超小型回路を有する半導体本体の表面を被
覆する接続回路網を形成するプロセス中で形成す
る。

かかる接続回路網を同一レベルにおいて同一の
複数のコンデンサから構成する場合には、その製
造が極めて複雑になる。このために、この場合に
おいては、コンデンサ間の絶縁の問題および接触
の問題を考慮する必要があるが、これらの問題
は、とりわけ必要とされる空間と関連し、問題を
解消することは上記集積超小型回路の表面が小さ
くなるのにつれて著しく困難になる。

解決策としては、組立体において集積超小型回
路を有する半導体本体の表面を被覆する絶縁層上
に堆積する第１金属層から形成したプレートを用
い、各コンデンサの他のプレートを第２金属層か
ら形成し、および少なくとも上記第１金属層をそ
の表面から形成する横方向隔壁を絶縁することに
よつて予じめ選定された配置の異なる部分に再分
するようにしている。

上記隔壁は金属層に設ける溝によつて形成する
ことができ、かつ酸化珪素を充填することができ
るが、しかし隔壁はコンデンサ プレートを得る
のに、および一般に接続回路網を得るのに作用す
る第１金属層の局部陽極酸化によつて得られてい
る。

コンデンサおよび接続回路網を半導体本体の表
面において形成した後、最後に、半導体本体に集
積構造の能動（active）または受動（passive）
素子を有する、いわゆる、能動表面と正反対のそ
の背面に研磨処理段階を施すようにしている。

この研磨段階は半導体本体の所望の厚さを得る
役目をし、および能動表面のおよび基準面
（reference surface）として能動表面を被覆する
層の使用を効果的にする。

上述する従来の構造において、基準面に作用す
る圧力の影響下で、コンデンサ プレートを分離
する誘電体局部島、およびコンデンサを互いに絶
縁する垂直隔壁がこれらを形成している金属層を
僅かに加圧し、損傷を与える。

上記島および／または上記隔壁の周囲に、特に
あらわれるこの現象としては、同じコンデンサ
プレート間、または隣接コンデンサ プレート間
に短絡回路を生ずることである。

この欠点を除去する解決策としては、島形状の
誘電体層または絶縁隔壁を補助絶縁層で被覆する
ようにする必要があるが、この結果として従来の
操作方法に堆積およびフオト−エツチング段階
を、さらに加えることになり、方法を複雑にす
る。

発明の開示 本発明の目的は上記フオト−エツチング段階中
に生ずる現象を考慮し、上述する従来方法の欠点
を除去することである。

本発明の他の目的は簡単で、反復生産でき、か
つ構造の他の素子を同時形成するのに適応する操
作によつて多層構造に集積できる高い誘電率値を
示すMOMコンデンサを提供することである。

この目的のために、本発明においては適当な電
解液に浸漬し、かつコンデンサの容量特性を定め
る外部電圧の作用を受ける良好な導電率の金属を
陽極酸化する既知の方法を用いる。

本発明の方法は、重ね合せる２個の金属層から
形成するコンデンサ プレートを半導体本体から
少なくとも部分的に絶縁し、かつ絶縁材料層で互
いに分離し、コンデンサの誘電体およびそれらの
側方絶縁を下部金属層の局部陽極酸化により形成
した島および垂直隔壁のそれぞれによつて形成す
る半導体本体の表面に超小型回路と共に集積した
コンデンサの製造方法において、上記下部金属層
およびそれを被覆する絶縁材料層を堆積した後、
上記絶縁材料層に第一系列の孔を形成し、この第
一系列の孔を介して局部くぼみを上記下部金属層
に設け、次いでコンデンサの島形状の誘電体層を
形成し、次いで同じ上記絶縁材料層に第二系列の
孔を設け、この第二系列の孔を介して上記下部金
属層に新しいくぼみを設け、さらに上記新しいく
ぼみの下部金属層に垂直隔壁を形成し、かように
して同時にコンデンサを互いに電気的に絶縁する
ことによつて最終形状をコンデンサの下部プレー
トに与えることを特徴とする。

本発明の第１の利点は、補助堆積および／また
はフオト−エツチング段階を必要としないことで
あり、このために下部金属層の腐食に絶縁材料層
に設けた同じ孔を上記下部金属層の陽極酸化に用
いることができる。

第二の点は、本発明の方法を実施する場合に、
アンダー−エツチングと称する側方腐食が横方向
腐食と同時に生ずるために自動的に実施できるこ
とである。絶縁材料層の残留部分の下に延びるこ
の腐食は、特に所望の厚さを得るための最終操作
中、圧力が表面に作用する場合に、上記絶縁材料
層の周囲において陽極酸化物の島形状の誘電体層
および垂直隔壁を完全に保護する。

コンデンサ プレートはアルミニウム層から形
成するのが好ましく、この結果コンデンサの誘電
体およびこれらの垂直絶縁隔壁はアルミナからな
り、かかる誘電体が緻密なアルミナからなり、お
よび絶縁隔壁は、一般的に、多孔性アルミナから
なる。

陽極酸化によつて形成する緻密なアルミナは酒
石酸溶液から得るのが好ましく、また陽極酸化に
よつて形成する多孔性アルミナは蓚酸溶液から得
るのが好ましい。

これらの陽極酸化操作は低い温度で行うことが
でき、このためにコンデンサからなる構造の物理
的および電気的特性を変化させることがない。

また、本発明は上述する本発明の方法により形
成した装置に関するもので、本発明は能動および
受動素子の集積構造からなり、その表面に垂直絶
縁隔壁で互いに絶縁した複数のコンデンサを形成
し、該コンデンサのそれぞれのプレートを島形状
の誘電体層で分離し、該誘電体層および垂直絶縁
隔壁をかかるプレートに被覆する絶縁材料層に設
けた孔を介してコンデンサの下部プレートの表面
層を局部陽極酸化によつて形成した半導体本体の
表面に超小型回路と共に集積したコンデンサ装置
において、コンデンサの島形状の誘電体層９の外
面および垂直絶縁隔壁１２の外面に、少なくとも
部分的にくぼみ８，１１を設け、および絶縁材料
層６の残留部分が上記くぼみ８，１１の周囲をお
おうように構成したことを特徴とする。

次に、本発明を添付図面について説明する。

添付図面に示す装置の寸法はわかりやすくする
ために拡大し、かつ不均衡の状態で示している。

第１〜４図に示す構造例において、出発部材は
図面に示していない能動および受動素子を形成す
る基板（半導体ウエハ）１である。

この基板１の表面２に、一般的にSiO₂の第１
絶縁材料層（例えば、厚さ0.5μm）３を堆積し、
この場合かかる能動および受動素子を接触させる
ために必要とされる孔４を設ける。

次いで、絶縁材料層３の表面および孔４を、ア
ルミニウム層５で被覆し、このアルミニウム層５
は製造すべきコンデンサの下部（第１）プレート
を構成する金属層を形成する。また、この金属層
は孔４を介して装置の能動および受動素子と接触
する接続回路網の第１層を形成する役目をする。

アルミニウム層５に、パターンを標準技術によ
り形成してコンデンサの下部プレートを含む接続
回路網を形成する。

これらの接続回路網の図形を、例えばポジテイ
ブ フオトレジスト層を用い、適当なパターン形
成用マスクで露光し、フオトレジスト層を現像
し、およびアルミニウム層５の露光部分をりん酸
溶液の標準腐食浴で局部腐食することによつて形
成する。次いで、残留フオトレジス層を除去す
る。そこで、第２絶縁材料層６を堆積する。この
堆積は、例えば比較的に低い温度（350〜400℃）
におけるSiO₂の化学蒸着（SiH＋O₂プロセス）
により、またはスパツターイングにより行う。

第２絶縁材料層６に孔７を形成する手段は当業
技術者において周知の標準的技術であり、次のよ
うに行うことができる：第２絶縁材料層６を、基
板１＋被覆層３および５の組立体に被覆する場
合、新しいフオトレジスト層を組立体に被着し、
新しいマスクを用いてフオトレジスト層に新しい
窓を画定し、この窓を介して孔７を第２絶縁材料
層６に腐食する。この窓の形状は形成すべきコン
デンサの形状に適合させるが、しかしプロセス自
体は標準的であり、アルミニウム部分を被覆する
酸化物層の接触開口に用いるような緩衝弗化水素
酸溶液を用いる。

最後に、くぼみ８をアルミニウム層５にりん酸
溶液を用い制限された腐食時間で腐食する。くぼ
み８の周囲は第２絶縁材料層６の残留部分で僅か
におおわれる。この事は、くぼみ８の形成中、僅
かに横方向腐食されるためである。

次いで、露出されたくぼみ８の表面を陽極酸化
して緻密なアルミナ誘電体層９（例えば、厚さ約
250Å）を形成する。この場合、第２絶縁材料層
６の残留部分が孔７の外側部分を十分に保護す
る。必要に応じて、フオトレジスト層を第２絶縁
材料層６に対する保護手段として加える場合に
は、フオトレジスト層は陽極酸化中、維持するこ
とができる。このアルミナ層９は製造すべき
MOMコンデンサの誘電体層を構成する（第２
図）。これらのアルミナ層９は、PH＝1.8の30ｇ/
の酒石酸水溶液中で、10A／Ｖで得るべき厚さ
によつて選定して電圧で形成する。この例では、
電圧として約25Vの電圧を選定することができ
る。

誘電体層９を形成した後、別の新しい孔１０を
絶縁材料層６に次のようにして設ける：先づ上述
するようにして、再び他のフオトレジスト層を組
立体の頂面に被着し、他のマスクを用いてこのフ
オトレジスト層の他の窓をUV光に露光して画定
し、現像する。次いで、新しい孔１０を第２絶縁
材料層６に緩衝弗化水素酸浴で局部腐食して開け
る。この孔１０は孔７から離して位置し、実際
上、孔７の近くに位置する。フオトレジスト層は
この操作後まで維持することが好ましい。

くぼみ１１を孔１０を介してアルミニウム層５
にりん酸溶液を用い、制限された腐食時間で腐食
する。次いで、孔１０の露出部分のアルミニウム
層５を陽極酸化する。この操作は、蓚酸浴（80
ｇ／）で行う。上述するように、この種の陽極
酸化は多孔性アルミナを形成し、形成するアルミ
ナ層の厚さに関係なく進行する。（孔１０を画定
するのに用いる）フオトレジスト層を維持し、
25V以上の陽極電圧を、例えば50Vまで20分間に
直線的に高めて加え、次いで陽極電流がゼロにな
るまで、50Vに維持する。この事は1μmのアルミ
ニウム厚さについて、約20分間、追加されること
になる。

上述するフオトレジスト層を維持しない場合に
は、陽極電圧は、アルミナ層９を形成する電圧で
ある25Vより高くしないようにできる。厚さ全体
にわたるアルミニウム層５の完全陽極酸化は20〜
25Vのみの電圧で可能であるが、しかし処理時間
を長くする。それ故、孔１０を形成するフオトレ
ジスト層は、垂直隔壁１２の陽極酸化が完了する
まで維持するのが好ましい。次いで、孔７および
誘電体層９を、誘電体層９より少なくとも厚い程
度のレジスト層（resist layer）で、操作中、保
護する。この陽極酸化プロセスは、コンデンサの
下部プレート５ａおよび５ｂを包囲し、かつ区画
する、コンデンサの島形状のアルミナ誘電体層９
を絶縁する隔壁１２を形成する。

好ましくは、陽極酸化電圧を基板１の裏面を介
して加えるのが好ましい。アルミニウム層５と基
板１との間の孔４（第１図）に示すような局部接
触は、アルミニウム層５の厚さ全体にわたる垂直
隔壁１２の陽極酸化を完全に達成するのに用いる
ことができる。

次いで、第４図に示す最後の段階では、コンデ
ンサの第２プレート１３ａおよび１３ｂ、第１プ
レートの接点１４および接続回路網の新しい層
を、組立体の表面に堆積した第２層（一般的にア
ルミニウム）から形成し、適当な手段でフオト−
エツチングする。

第４図から明らかなように、一連のコンデンサ
を集積構造の表面に形成し、コンデンサの直列ま
たは並列配置を外部接続によつて確立する。

上述する本発明により製造した装置は、キヤパ
シタンス領域の大部分が頂部レベルより押し下げ
られている。それ故例えば活性表面が平坦な支持
体に押圧される場合、押し下げられている部分は
偶発的な圧力を受けないですむ。すなわち、本発
明の装置は従来の装置に比べて機械的応力に敏感
でない。

また、従来のコンデンサでは極めて敏感な区
域、すなわち、くぼみの周囲を外部に突出させて
おり、この部分は機械的応力を受け、損傷しやす
い。しかしながら、本発明においてはくぼみ８，
１１の周囲の突出部分を絶縁材料層６の残留部分
でおおい、特別に保護している。このために、装
置の圧力によつて受ける損傷を軽減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の方法により形成した複数
のMOMコンデンサからなる半導体装置を製造す
る順次各工程での装置の１部構造の断面を示す説
明用線図である。 １…基板（半導体ウエハー）、２…基板の表面、
３…第１絶縁材料層、４，７，１０…孔、５…コ
ンデンサの下部（第１）プレートを形成する金属
層（アルミニウム層）、５ａ，５ｂ…第２絶縁材
料層、８，１１…くぼみ、９…緻密なアルミナ誘
電体層、１２…多孔性アルミナの垂直隔壁、１３
ａ，１３ｂ…第２プレート、１４…第１プレート
の接点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重ね合せる２個の金属層から形成するコンデ
   ンサ プレートを半導体本体から少なくとも部分
   的に絶縁し、かつ絶縁材料層で互いに分離し、コ
   ンデンサの誘電体およびその側方絶縁を下部金属
   層の局部陽極酸化により形成した島および垂直隔
   壁のそれぞれによつて形成する半導体本体の表面
   に超小型回路と共に集積したコンデンサの製造方
   法において、前記下部金属層およびそれを被覆す
   る絶縁材料層を堆積した後、前記絶縁材料層に第
   一系列の孔を形成し、この第一系列の孔を介して
   前記下部金属層に局部くぼみを設け、次いでコン
   デンサの島形状の誘電体層を形成し、次いで同じ
   前記絶縁材料層に第二系列の孔を設け、この第二
   系列の孔を介して前記下部金属層に新しいくぼみ
   を設け、さらに前記新しいくぼみの下部金属層に
   垂直隔壁を形成し、かようにして、同時にコンデ
   ンサを互いに電気的に絶縁することによつて最終
   形状をコンデンサの下部プレートに与えることを
   特徴とする半導体本体の表面に超小型回路と共に
   集積したコンデンサの製造方法。 ２ コンデンサ プレートをアルミニウム層から
   形成し、コンデンサの誘電体およびその垂直絶縁
   隔壁はアルミナからなる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３ コンデンサの誘電体層は緻密なアルミナから
   なり、垂直絶縁隔壁は多孔性アルミナからなる特
   許請求の範囲第２項記載の方法。 ４ 能動および受動素子の集積構造からなり、そ
   の表面に垂直絶縁隔壁で互いに絶縁した複数のコ
   ンデンサを形成し、該コンデンサのそれぞれのプ
   レートを島形状の誘電体層で分離し、該誘電体層
   および垂直絶縁隔壁をかかるプレートに被覆する
   絶縁材料層に設けた孔を介してコンデンサの下部
   プレートの表面層を局部陽極酸化によつて形成し
   た半導体本体の表面に超小型回路と共に集積した
   コンデンサ装置において、コンデンサの島形状の
   誘電体層９の外面および垂直絶縁隔壁１２の外面
   に、少なくとも部分的にくぼみ８，１１を設け、
   および絶縁材料層６の残留部分が前記くぼみ８，
   １１の周囲をおおうように構成したことを特徴と
   する半導体本体の表面に超小型回路と共に集積し
   たコンデンサ装置。