JP2006100603A - Thin-film capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばペロブスカイト型の高誘電率誘電体薄膜を用いたMIM(metal-insulator-metal)型の薄膜キャパシタに関し、特に素子内で発生する応力を低減するための素子構造の改良に関するものである。 The present invention relates to an MIM (metal-insulator-metal) type thin film capacitor using, for example, a perovskite type high dielectric constant dielectric thin film, and more particularly to improvement of an element structure for reducing stress generated in the element. is there.
ペロブスカイト型構造に分類される酸化物は、良好な高強誘電性,圧電性,焦電性,電気光学効果などの特性を有することで一般に良く知られており、電子部品等の分野では必要不可欠な材料である。このような特性を有するペロブスカイト型酸化物には、バルク的な要求に加え、近年では、携帯電話,携帯情報端末,パーソナルコンピュータ等の民生用電子機器のより一層の高周波化・小型化・高機能化に対応した薄膜化の要求も高まっている。特に、1980年代以降、ペロブスカイト型酸化物薄膜の高誘電率を利用して、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やMMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)の高集積化・高機能化が進められている。また、不揮発性RAM(FeRAM)用として、自発分極反転を利用するメモリセル用強誘電体薄膜キャパシタの開発も盛んに押し進められている。 Oxides classified as perovskite-type structures are generally well-known for having good high ferroelectricity, piezoelectricity, pyroelectricity, electro-optic effect, etc., and are indispensable in the field of electronic components. Material. In addition to bulk requirements, perovskite-type oxides with these characteristics have recently become more high-frequency, smaller, and more functional in consumer electronic devices such as mobile phones, personal digital assistants, and personal computers. There is a growing demand for thin films to meet the demands for manufacturing. In particular, since the 1980s, DRAM (Dynamic Random Access Memory) and MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) have been highly integrated and highly functionalized by utilizing the high dielectric constant of perovskite oxide thin films. In addition, development of ferroelectric thin film capacitors for memory cells using spontaneous polarization inversion for non-volatile RAM (FeRAM) has been actively promoted.
一般に、薄膜キャパシタは、基板上に下部電極,誘電体,上部電極を順次積層した構造となっており、続いて上の層から順に一般的な条件で加工が行なわれる。特に、ペロブスカイト型酸化物誘電体薄膜の作製には、プロセス再現性,組成制御性,プロセス低温化など目的に応じて、スパッタ法,MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法,分子線エピタキシャル(Molecular Beam Epitaxy)法等の各手法が使い分けられている。 In general, a thin film capacitor has a structure in which a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode are sequentially stacked on a substrate, and then processed under general conditions in order from the upper layer. In particular, perovskite-type oxide dielectric thin films can be fabricated by sputtering, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), molecular beam epitaxy (Molecular Beam) depending on the purpose such as process reproducibility, composition controllability, and process temperature reduction. Each method such as Epitaxy method is used properly.
このようなプロセスを通して出来上がった薄膜キャパシタを薄膜モジュールに応用するには、キャパシタ形成後にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などのパッシベーション膜を形成したり、有機層間絶縁膜の面内に形成された接続ホール(via)を介してアルミニウムや銅などの金属配線で素子間を接続する必要がある。このため、薄膜モジュールの形態では、層間絶縁膜,接続ホール,配線,基板,などの物性値(熱膨張係数やヤング率など)の違いや形成時の熱履歴に起因して、薄膜キャパシタ内部に残留応力(Stress)が発生する。加えて、大きな応力が発生する中で半導体装置に薄膜キャパシタを使用した場合、そのキャパシタにリーク電流特性劣化が現れることが知られている。 In order to apply the thin film capacitor produced through such a process to a thin film module, a passivation film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed after the capacitor is formed, or a connection hole formed in the plane of the organic interlayer insulating film. It is necessary to connect elements with metal wiring such as aluminum or copper via (via). For this reason, in the thin film module form, due to differences in physical properties (thermal expansion coefficient, Young's modulus, etc.) such as interlayer insulation films, connection holes, wiring, substrates, etc. Residual stress (Stress) is generated. In addition, it is known that when a thin film capacitor is used in a semiconductor device in the presence of a large stress, leakage current characteristic deterioration appears in the capacitor.
詳述すると、MIM薄膜キャパシタにおけるリーク電流は、低電界側では誘電体薄膜と電極界面との界面に形成されたショットキー障壁を越えて流れるショットキー放出過程により制限され、高電界側では誘電体薄膜のバルク的な抵抗に制限されるという特徴を有する。これらのうち、特に低電界側で支配的なショットキー障壁を越えて流れる熱放出電流は、界面に働く応力に大きく影響を受け、ドラスティックにリーク電流特性を変化させることが分かっている。このように、リーク電流特性が劣化すると、結果的に薄膜キャパシタは電気的なショートが発生しやすくなり、最終的には多層配線化が困難となって歩留まりが低下してしまうようになる。また、この薄膜キャパシタ内部に残留する応力は、実用環境下での熱履歴を経ることでもキャパシタ特性に経時劣化を引き起こす要因になっており、応力の回避が信頼性向上のために必要不可欠となっている。 More specifically, the leakage current in the MIM thin film capacitor is limited by the Schottky emission process that flows over the Schottky barrier formed at the interface between the dielectric thin film and the electrode interface on the low electric field side, and the dielectric current on the high electric field side. It is characterized by being limited to the bulk resistance of the thin film. Among these, it has been found that the heat emission current flowing over the Schottky barrier that is dominant on the low electric field side is greatly influenced by the stress acting on the interface and drastically changes the leakage current characteristics. As described above, when the leakage current characteristic is deteriorated, as a result, the thin film capacitor is likely to be electrically short-circuited, and finally, it becomes difficult to form a multilayer wiring, resulting in a decrease in yield. In addition, the stress remaining in the thin film capacitor is a factor that causes deterioration of the capacitor characteristics over time even through a thermal history in a practical environment, and avoidance of stress is indispensable for improving reliability. ing.
以上のように、誘電体薄膜を用いた薄膜キャパシタのリーク電流は応力に敏感であり、キャパシタ上面の層間絶縁膜に残留する応力が薄膜キャパシタに及ぼす影響を無視できない。 As described above, the leakage current of a thin film capacitor using a dielectric thin film is sensitive to stress, and the influence of the stress remaining in the interlayer insulating film on the upper surface of the capacitor on the thin film capacitor cannot be ignored.
薄膜キャパシタから応力の影響を無くすには、直接的には層間絶縁膜中の残留応力を無くす方法が挙げられる。しかしながら、このような応力制御が可能な層間絶縁膜は、CVD法によって製膜したSiO2膜などに限られており、一般的な有機層間絶縁膜では応力制御の可能性は低い。また、室温においては応力の存在しない層間絶縁膜であっても、その後の製造プロセスでの熱履歴を経ることにより応力が発生し、薄膜キャパシタ中にダメージを蓄積させてしまう。 In order to eliminate the influence of stress from the thin film capacitor, there is a method of directly eliminating the residual stress in the interlayer insulating film. However, the interlayer insulating film capable of such stress control is limited to the SiO 2 film formed by the CVD method, and the possibility of stress control is low in a general organic interlayer insulating film. Further, even in an interlayer insulating film having no stress at room temperature, stress is generated through a thermal history in the subsequent manufacturing process, and damage is accumulated in the thin film capacitor.
応力を抑制する従来技術としては、例えば下記特許文献1記載の「強誘電体素子」がある。しかしこれは、デバイス構造に起因してアルミニウム配線の膨張などにより受ける応力による強誘電体層の劣化を抑えようというものであり、層間絶縁膜による応力抑制に関するものではない。下記特許文献2記載の「半導体装置およびその製造方法」は、電流のリークに関係するものであり、応力抑制に関する記述や示唆はない。
As a conventional technique for suppressing stress, for example, there is a “ferroelectric element” described in
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、薄膜キャパシタに発生する応力を構造的に低減することである。他の目的は、応力が発生したとしても小さな領域に集中しないように応力が分散するような構造を提供することである。更に他の目的は、電極/誘電体薄膜界面に形成されるショットキー障壁に対する応力の影響を最小限に抑え、リーク電流特性の劣化を抑えて、歩留まりや信頼性の向上を図ることである。
前記目的を達成するため、本発明は、基板,下部電極,絶縁層及び上部電極を有する薄膜キャパシタであって、更にその上面に層間絶縁膜を有し、該層間絶縁膜は前記上部電極に露出するように接続ホールが設けられており、前記層間絶縁膜の応力のピークが前記上部電極の位置よりも外側になるように、前記接続ホールが形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a thin film capacitor having a substrate, a lower electrode, an insulating layer and an upper electrode, further comprising an interlayer insulating film on the upper surface, and the interlayer insulating film is exposed to the upper electrode. A connection hole is provided, and the connection hole is formed so that the stress peak of the interlayer insulating film is outside the position of the upper electrode.
前記薄膜キャパシタの一つの形態は、基板上に、下部電極,誘電体層,上部電極の順で積層形成されたMIM型のキャパシタであり、他の形態は、基板上に、下部電極,第一絶縁層,第二絶縁層,上部電極の順で形成されたMIIM型のキャパシタであることを特徴とする。 One form of the thin film capacitor is an MIM type capacitor formed by laminating a lower electrode, a dielectric layer, and an upper electrode in this order on the substrate, and the other form is the lower electrode, first electrode on the substrate. It is a MIIM type capacitor formed in the order of an insulating layer, a second insulating layer, and an upper electrode.
本発明の主要な形態の一つは、前記接続ホールと前記層間絶縁膜との界面が、略直線の傾斜面であることを特徴とし、更には、その傾斜角が60°以下であることを特徴とする。本発明の他の形態は、前記接続ホールと前記層間絶縁膜との界面が、湾曲した傾斜面であることを特徴とする。 One of the main aspects of the present invention is that the interface between the connection hole and the interlayer insulating film is a substantially straight inclined surface, and further, the inclination angle is 60 ° or less. Features. In another embodiment of the present invention, the interface between the connection hole and the interlayer insulating film is a curved inclined surface.
本発明の他の形態は、前記接続ホールと前記層間絶縁膜との界面の上端部と下端部を結んだ直線の傾斜角が60°以下であることを特徴とする。更に他の形態は、前記接続ホールと前記層間絶縁膜との界面の上端部と下端部の中点が、前記薄膜キャパシタの上部電極より外側に位置することを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。 Another aspect of the present invention is characterized in that an inclination angle of a straight line connecting an upper end portion and a lower end portion of the interface between the connection hole and the interlayer insulating film is 60 ° or less. Still another embodiment is characterized in that the midpoint of the upper end and the lower end of the interface between the connection hole and the interlayer insulating film is located outside the upper electrode of the thin film capacitor. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明によれば、薄膜キャパシタの上面の層間絶縁膜の応力のピークが上部電極の位置よりも外側になるように接続ホールが形成されるので、薄膜キャパシタに発生する応力が低減・分散されるようになり、リーク電流特性の劣化が抑えられて、歩留まりや信頼性が向上する。 According to the present invention, since the connection hole is formed so that the stress peak of the interlayer insulating film on the upper surface of the thin film capacitor is outside the position of the upper electrode, the stress generated in the thin film capacitor is reduced and dispersed. As a result, deterioration of leakage current characteristics is suppressed, and yield and reliability are improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
最初に、図1を参照しながら、本発明の基本的な形態である実施例1について説明する。図1(A)及び(B)は、いずれも薄膜キャパシタの積層構造を示すもので、基板10の主面上に絶縁体膜12,下部電極14,誘電体薄膜16,上部電極18を順に積層した構造となっており、上下の電極14,18に誘電体薄膜16を挟んだMIM構造によってキャパシタないしコンデンサが構成されている。そして、主面は、上部電極18の中央付近を除いて、層間絶縁膜20で覆われている。なお、各部分の具体的な材料や製造方法については、後述する実施例で説明する。
First,
従来は、図1(B)に示すように、上部電極18上に接続用のビアホール22が形成されており、層間絶縁膜20とビアホール22との界面はほぼ垂直となっている。このような状態で、熱的影響を受けると、層間絶縁膜20とビアホール22の界面が矢印方向のいずれかに引っ張られ、点線で示す界面直下部分付近に応力が発生するようになる。
Conventionally, as shown in FIG. 1B, a
このような層間絶縁膜20の構造や配置によって薄膜キャパシタに応力が伝わるのを回避するため、本実施例では、
(1)薄膜キャパシタ部分に応力が発生したとしても、その応力が集中せず、広い範囲に分布するように層間絶縁膜20の端部を傾斜させること,
(2)層間絶縁膜20の端部に応力集中場ができるため、傾斜させた端部が、薄膜キャパシタの上部電極18直上より外の位置となるように設計すること,
により、薄膜キャパシタのリーク電流特性の劣化を抑えるようにしている。
In order to avoid stress being transmitted to the thin film capacitor due to the structure and arrangement of the
(1) Even if stress is generated in the thin film capacitor portion, the stress is not concentrated, and the end of the
(2) Since a stress concentration field can be formed at the end of the
Thus, the deterioration of the leakage current characteristic of the thin film capacitor is suppressed.
図1(A)には、その様子が示されており、薄膜キャパシタの上部電極18の端部であって、略直線的な傾斜20Aを有するとともに、応力が外に逃げるように、層間絶縁膜20が形成されている。詳述すると、傾斜20Aの下端部をAとし、上端部をBとする。そして、それらを結んだA−Bの中点をCとすると、このC点が薄膜キャパシタの上部電極18上方から外に出るような位置関係となっている。つまり、A点から上部電極18の端部までの距離をLとし、前記A−Bの主面上における距離をWとしたときに、W/2>Lの大小関係が成り立つように、層間絶縁膜20の傾斜20Aが形成されている。
FIG. 1 (A) shows this state, and is an end portion of the
次に、本実施例の作用を説明する。図1(A)及び(B)を比較すれば明らかなように、本実施例では、従来と比較して、層間絶縁膜20とビアホール22との界面も傾斜するようになる。このため、該界面において薄膜キャパシタ側に生ずる応力が傾斜に沿って分散され、薄膜キャパシタの外に逃げるようになる。従って、薄膜キャパシタ内部に生ずる応力場の集中が緩和され、誘電体薄膜16と上部電極18との界面に形成されるショットキー障壁に対する応力の影響が最小限に抑えられ、リーク電流特性の劣化が抑制されるようになる。更には、プロセスダメージの少ない薄膜キャパシタを提供することができ、歩留まりや信頼性の向上を図ることができる。
Next, the operation of this embodiment will be described. As is apparent from a comparison between FIGS. 1A and 1B, in this embodiment, the interface between the interlayer insulating
なお、層間絶縁膜20の傾斜20Aの角度θは、小さいほど応力の分散効果が高く、60°以下とするのが望ましい。60°を越えるような急な傾斜でも応力の分散は可能であるが、必ずしも良好とはいえない。
Note that the smaller the angle θ of the
次に、図2を参照して実施例2を説明する。なお、上述した実施例1と対応する構成部分には同一の符号を用いる。上述した実施例1では、層間絶縁膜20に直線状の傾斜20Aを設けたが、本実施例では、図2に示すように曲線状の傾斜20Bが設けられており、同様に傾斜20Bの中心が薄膜キャパシタの上部電極18から外れるようになっている。詳述すると、同様に、傾斜20Aの下端部をAとし、上端部をBとする。そして、それらを直線で結んだA−Bの中点をCとし、A−B線のC点における垂直線(垂線)と層間絶縁膜20の傾斜20Bとの交点をD(傾斜20Bの中心)としたとき、このD点が薄膜キャパシタの上部電極18の上方から外に出るような位置関係となっている。つまり、A点から上部電極18の端部までの距離をLとし、A−Dの主面上における距離をWDとしたときに、WD>Lの大小関係が成り立つように、層間絶縁膜20の傾斜20Bが形成されている。
Next, Example 2 will be described with reference to FIG. In addition, the same code | symbol is used for the component corresponding to Example 1 mentioned above. In the first embodiment described above, the
本実施例によれば、層間絶縁膜20とビアホール22との界面が湾曲して傾斜するようになる。このため、該界面において薄膜キャパシタ側に生ずる応力が傾斜に沿って分散され、前記実施例と同様に薄膜キャパシタ内部に生ずる応力場の集中が緩和されるようになる。
According to this embodiment, the interface between the interlayer insulating
なお、本例においても、A−B線の傾斜角は、前記実施例1と同様に60°以下が好ましい。また、層間絶縁膜20の傾斜20Bの湾曲の程度が極端に大きいと、層間絶縁膜とビアホール22との界面が図1(B)に示した従来に近似するようになり、応力が集中する傾向になるので、好ましくない。
Also in this example, the inclination angle of the line AB is preferably 60 ° or less as in the first embodiment. If the degree of curvature of the
次に、図3及び図4を参照しながら実施例3について説明する。本実施例は、上述した実施例1又は2をより具体化したもので、図3に示すようなビアホールと層間絶縁膜との界面形状が異なる複数の薄膜キャパシタを比較している。図3において、Siなどによる基板100の主面上に、SiO2などによる絶縁層102を形成する。次に、この絶縁層102上に、PtとTiOxとを積層した下部電極104,BSTO(BaSrTiO3)を主成分とする誘電体層106,Ptによる上部電極108を順に積層する。その後、上側の層から順次ドライエッチングを施し、所望の形状に整えて薄膜キャパシタを形成する。そしてその後、薄膜キャパシタに、600℃の酸素雰囲気中で30分間のリカバリーアニールを施した。
Next, Embodiment 3 will be described with reference to FIGS. This embodiment is a more specific example of the first or second embodiment described above, and compares a plurality of thin film capacitors having different interface shapes between via holes and interlayer insulating films as shown in FIG. In FIG. 3, an insulating
次に、以上のようにして得た薄膜キャパシタの主面上に、電極間の層間絶縁としての役割と、パッシベーション(保護)としての役割を兼ねたP−TEOS SiO2膜による層間絶縁膜110を、3μmの厚みで成膜した。そしてその上に、コンベンショナルなフォトリソグラフィ工程を用いてポジ型レジストをパターニング形成し(図示せず)、そのレジストをマスクとしてCF4+酸素の混合エッチャントガスで層間絶縁膜110をドライエッチングし、ビアホール相当の開孔を行った。このように,エッチャントガスに酸素を混ぜることにより,エッチング中にレジストを後退させて層間絶縁膜110の加工端部形状に傾斜を持たせることが可能となる。このときにマスクとして用いたレジストは、層間絶縁膜110の加工終了後に、アッシング装置を用いて除去する。続いて、層間絶縁膜110上にバリア層とシード層(いずれも図示せず)を積層形成した後に、銅配線部をメッキ成膜し、これをCMP(Chemical Mechanical Polishing)で加工してビアホール112,114その他の配線層を形成した。なお、層間絶縁膜110及びビアホール112,114については、A〜Dの符号を付して、図3(A)〜(D)を区別している。 Next, on the main surface of the thin film capacitor obtained as described above, an interlayer insulating film 110 made of a P-TEOS SiO 2 film serving as an interlayer insulation between the electrodes and as a passivation (protection) is formed. A film having a thickness of 3 μm was formed. Then, a positive resist is patterned and formed using a conventional photolithography process (not shown), and the interlayer insulating film 110 is dry-etched with a mixed etchant gas of CF 4 + oxygen using the resist as a mask to form via holes. A considerable opening was made. As described above, by mixing oxygen with the etchant gas, it is possible to cause the resist to recede during etching so that the processed end shape of the interlayer insulating film 110 is inclined. The resist used as a mask at this time is removed using an ashing device after the processing of the interlayer insulating film 110 is completed. Subsequently, after a barrier layer and a seed layer (both not shown) are formed on the interlayer insulating film 110, a copper wiring portion is formed by plating, and this is processed by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to form a via hole 112. 114 and other wiring layers were formed. Note that the interlayer insulating film 110 and the via holes 112 and 114 are denoted by reference numerals A to D to distinguish FIGS. 3A to 3D.
図3(A)は、層間絶縁膜110Aとビアホール112A,114Aとの界面がほぼ垂直の例である。図3(B)は、層間絶縁膜110Bとビアホール112B,114Bとの界面が45°傾斜した例である。図3(C)は、層間絶縁膜110Cとビアホール112C,114Cとの界面が、ビアホール下部で傾斜角度を小さく、ビアホール上部で傾斜角度を大きくした例である。図3(D)は、層間絶縁膜110Dとビアホール112D,114Dとの界面が、ビアホール下部で傾斜角度が小さく、ビアホール上部で傾斜角度が大きくなるように湾曲したお椀型の例である。
FIG. 3A shows an example in which the interface between the interlayer insulating
以上の各例において、ビアホール114の端部直下の誘電体層106と上部電極108との界面,すなわち図中に点線で示す部位における応力の分布をシミュレーションにより計算したところ、図4に示すような結果が得られた。図4(A)はX方向−ストレス,(B)はXY方向-シェア−ストレスを示す。いずれも、ビアホール114の底端部を基準位置とし、ビアホール外側をプラス,内側をマイナスとしている。
In each of the above examples, the stress distribution at the interface between the
これらのグラフを比較すると、ビアホール114Aが垂直に立った図3(A)の試料と比較して、ビアホール114B〜114Dのように傾斜が緩い試料ほど、最大応力の値が小さくなる傾向にあるとともに、応力が分散される傾向にあることが分かる。
Comparing these graphs, the sample with a gentler inclination such as via
なお、図3(B)の例のように、層間絶縁膜110Bの加工端部の傾斜を単純に寝かせた場合には、薄膜キャパシタの容量(寸法)制御性が低下してしまう恐れがある。しかし、図3(C)や(D)に示す例のように、2段(もしくは多段)に傾斜角度を分ける,もしくは、お椀型の湾曲形状にするという具合に、ビアホール114の底部付近において層間絶縁膜110のテーパを緩くし、ビアホール114の上方へ向かうほどテーパを急峻とすることで、薄膜キャパシタ中に発生する最大応力の低減と寸法制御性の両立を図ることが可能となる。
Note that, as in the example of FIG. 3B, when the slope of the processed end of the
次に、図5及び図6を参照しながら実施例4について説明する。薄膜キャパシタの容量が極めて小さい場合や、薄膜キャパシタの耐圧や信頼性を向上させる必要がある場合には、上述した実施例のような単純積層型のMIM構造では対応できない場合がある。本実施例は、この場合に対応したもので、容量絶縁層を2層構造にして実効的な容量制御領域のみに凹部形状を持たせ、その凹部を覆うように上部電極を形成する構造となっている。 Next, Embodiment 4 will be described with reference to FIGS. When the capacitance of the thin film capacitor is extremely small, or when it is necessary to improve the breakdown voltage and reliability of the thin film capacitor, the simple multilayer MIM structure as in the above-described embodiments may not be able to cope with it. The present embodiment corresponds to this case, and has a structure in which the capacitor insulating layer has a two-layer structure so that only the effective capacitance control region has a concave shape, and the upper electrode is formed so as to cover the concave portion. ing.
図5において、前記実施例3と同様に、基板100に絶縁層102を形成し、この絶縁層102上に下部電極104,誘電体層106を順に積層形成する。
In FIG. 5, as in the third embodiment, an insulating
本実施例では、この時点で、誘電体層106と下部電極104に対して、キャパシタ形状となるように加工が施される。次に、それらの上に、SiO2などによる容量絶縁層200を成膜するとともに、薄膜キャパシタを形成する箇所にホール202を形成し、実効的な薄膜キャパシタ領域を設定する。その後、この最終的に実効的な薄膜キャパシタ領域となるホール202を覆う形で、上部電極204を成膜加工することで、薄膜キャパシタ形成工程が終了する。なお、必要に応じ、でき上がった薄膜キャパシタに対してリカバリーアニールを施す。このように、本実施例では、容量制御用の低誘電率の容量絶縁層200が、上部電極204の下に挿入される。
In this embodiment, at this point, the
次に、主面上に、ビアホール206,208がそれぞれ形成される。これらのうち、下部電極側のビアホール206は、図5(A)〜(C)で同じであり、層間絶縁膜210及び容量絶縁層200のホールを通じて下部電極104に接続される。一方、上部電極側のビアホール208A〜208Cは、上部電極204に対する取り付け位置が異なる。
Next, via
まず、図5(A)は、上部電極204の前記ホール202に対応する凹部205の領域から外れる位置で、ビアホール208Aが上部電極204に接続している。図5(B)は、上部電極204の前記ホール202に対応する凹部205を覆い隠すように、ビアホール208Bが上部電極204に接続している。ビアホール208と層間絶縁膜210との界面のテーパ角度は同じである。図5(C)は比較例であり、上部電極204の前記ホール202に対応する凹部205内に位置するように、ビアホール208Cが上部電極204に接続しており、層間絶縁膜210の端部が上部電極204上に位置している。
First, in FIG. 5A, a via
図5(A),(B)のいずれも、層間絶縁膜210A,210Bの端部を、薄膜キャパシタ中における耐圧の低いPt(104)/BSTO(106)/Pt(204)積層部の上部電極204の上方からはずすことにより、上述した実施例と同様に応力の影響が低減されるようになる。なお、それ以外のPt(104)/SiO2(200)/BSTO(106)/Pt(204)積層部は、誘電率の低いSiO2が直列につながるため容量が小さく、また耐圧も高い。このため、層間絶縁膜210A,210Bの端部が位置しても、特に不都合はない。
5A and 5B, the end portions of the interlayer insulating
次に、前記各例につきサンプルを作製し、リーク電流特性を測定した。図6にその測定結果を示す。同図中、横軸は印加電圧,縦軸はリーク電流値である。図5(A)〜(C)を比較すると、図5(A)及び(C)は薄膜キャパシタ面積>ビアホール面積であり、図5(B)は薄膜キャパシタ面積<ビアホール面積となっているので、それぞれについて、リーク電流値を示している。これによれば、ビアホール208の主面上における面積がキャパシタ面積よりも大きいほうがリーク電流は小さい。これは、ビアホール208の面積が大きいということは、上部電極204の端部,すなわち外側に層間絶縁膜210との界面が位置するようになるため、効力の影響が低減されるようになると考えることができる。
<他の実施例>
Next, a sample was prepared for each of the above examples, and leakage current characteristics were measured. FIG. 6 shows the measurement results. In the figure, the horizontal axis represents the applied voltage, and the vertical axis represents the leakage current value. Comparing FIGS. 5A to 5C, FIGS. 5A and 5C are thin film capacitor area> via hole area, and FIG. 5B is thin film capacitor area <via hole area. The leak current value is shown for each. According to this, the leakage current is smaller when the area of the via hole 208 on the main surface is larger than the capacitor area. This is because the large area of the via hole 208 means that the interface with the interlayer insulating film 210 is located at the end of the
<Other embodiments>
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した各部の材料や製造方法は一例であり、公知の適宜の材料,適宜の製造方法を適用してよい。例えば、前記実施例では、誘電体薄膜材料としてBSTO薄膜を用いたが、ペロブスカイト型構造を有する他の強・高誘電体薄膜材料についても同様の効果が確認されており、それらにも本発明は適用可能である。また、層間絶縁膜としては、無機膜単層に限定されるだけでなく、有機膜と無機膜(例えばSiO2膜とPI膜)の積層膜でもよい。
(2)本発明は、下部電極,絶縁層及び上部電極を有する薄膜キャパシタの上面に層間絶縁膜が形成されるような場合であれば適用でき、それら以外の層があることを妨げるものではない。
In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the following are also included.
(1) The materials and manufacturing methods of the respective parts shown in the above-described embodiments are examples, and known appropriate materials and appropriate manufacturing methods may be applied. For example, in the above embodiment, a BSTO thin film is used as the dielectric thin film material. However, the same effect has been confirmed for other strong and high dielectric thin film materials having a perovskite type structure, and the present invention also includes them. Applicable. Further, the interlayer insulating film is not limited to a single inorganic film, but may be a laminated film of an organic film and an inorganic film (for example, a SiO 2 film and a PI film).
(2) The present invention is applicable to the case where an interlayer insulating film is formed on the upper surface of a thin film capacitor having a lower electrode, an insulating layer, and an upper electrode, and does not prevent the presence of other layers. .
本発明によれば、層間絶縁膜による応力が低減されるので、例えば、ペロブスカイト型構造に分類される酸化物を利用した薄膜キャパシタに有効である。 According to the present invention, since the stress due to the interlayer insulating film is reduced, it is effective for a thin film capacitor using an oxide classified into a perovskite structure, for example.
10:基板
12:絶縁体膜
14:下部電極
16:誘電体薄膜
18:上部電極
20:層間絶縁膜
22:ビアホール
100:基板
102:絶縁層
104:下部電極
106:誘電体層
108:上部電極
110:層間絶縁膜
112,114:ビアホール
200:容量絶縁層
202:ホール
204:上部電極
205:凹部
206,208:ビアホール
210:層間絶縁膜
10: substrate 12: insulator film 14: lower electrode 16: dielectric thin film 18: upper electrode 20: interlayer insulating film 22: via hole 100: substrate 102: insulating layer 104: lower electrode 106: dielectric layer 108: upper electrode 110 : Interlayer insulating films 112 and 114: Via hole 200: Capacitance insulating layer 202: Hole 204: Upper electrode 205:
Claims (8)
更にその上面に層間絶縁膜を有し、該層間絶縁膜は前記上部電極に露出するように接続ホールが設けられており、前記層間絶縁膜の応力のピークが前記上部電極の位置よりも外側になるように、前記接続ホールが形成されていることを特徴とする薄膜キャパシタ。 A thin film capacitor having a substrate, a lower electrode, an insulating layer and an upper electrode,
Further, an interlayer insulating film is provided on the upper surface, and the interlayer insulating film is provided with a connection hole so as to be exposed to the upper electrode, and the stress peak of the interlayer insulating film is outside the position of the upper electrode. The thin film capacitor is characterized in that the connection hole is formed.
The thin film according to any one of claims 4 to 7, wherein a middle point of an upper end portion and a lower end portion of an interface between the connection hole and the interlayer insulating film is located outside an upper electrode of the thin film capacitor. Capacitor.
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JP2015192037A (en) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 株式会社東芝 | MIM capacitor |
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-
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- 2004-09-29 JP JP2004285546A patent/JP2006100603A/en not_active Withdrawn
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