(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）シリコン基板上にフィールド誘電体層を形成する工程；
ｂ）前記フィールド誘電体層と接触する第１の導電層を形成する工程；次いで、
ｃ）前記第１の導電層上に中間層誘電体を堆積させる工程であって、前記中間層誘電体が少なくとも１つの側壁を有し前記第１の導電層の一部を露出する少なくとも１つの開口を形成するためにパターン形成され；次いで、
ｄ）第１の金属層の一部が前記少なくとも１つの側壁に堆積され、前記中間層誘電体を覆うように開口に前記第１の金属層を堆積させ、前記第１の導電層と電気的に接触する関係に、前記第１の金属層及び被覆形成された第２の導電層よりなるコンデンサーの底部プレートを形成する工程；
ｅ）前記コンデンサーの底部プレートと接触するコンデンサー誘電体を形成する工程であって、前記第１の金属層が、前記コンデンサー誘電体が形成された場合にも、前記第１の金属層が前記開口の少なくとも１つの側壁上に残り、前記中間層誘電体を覆う状態にあり；及び
ｆ）前記コンデンサー誘電体上へ第２の金属層を含む第３の導電層を含むコンデンサーの最上部プレートを形成する工程、
を含むコンデンサーの作成方法。
【請求項２】
コンデンサーの底部プレートの前記形成工程は更に、前記第１の金属の前記層の最上部上に、前記コンデンサー誘電体のエッチングを停止するための導電性エッチ停止層を形成することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の金属はチタンである請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記導電性エッチ停止層はチタン窒化物である請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記第２の金属はアルミニウムである請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記コンデンサー誘電体は二酸化ケイ素（二酸化シリコン）である請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記中間層誘電体は二酸化シリコンで形成される請求項１記載の方法。
【請求項８】
ａ）シリコン基板上にフィールド絶縁体層を形成するステップ；
ｂ）前記フィールド絶縁体層と接触して、第１の導電層を形成するステップ；
ｃ）前記第１の導電層上に、中間層誘電体のパターンを堆積させるステップであって、前記中間層誘電体中に、前記第１の導電層の１部で露出する第１及び第２の開口を形成するためにパターン形成され；
ｄ）第１の金属を含む第２の導電層の全体層を形成するステップ；
ｅ）前記中間誘電体を覆う前記第２の導電層と接触して、コンデンサー誘電体の全体層を形成するステップ；
ｆ）コンデンサーを区切るため、前記コンデンサーが形成されるべき場所に前記第１の開口を含む前記コンデンサー誘電体の選択された部分を被覆するよう、第１のフォトレジストを適用するステップ；
ｇ）前記第１のフォトレジストで被覆されないコンデンサー誘電体の部分を除去するステップ；
ｈ）前記第１のフォトレジストを除去するステップ；
ｉ）第２の金属の全体層を形成するステップ；
ｊ）第１及び第２の開口を含む第２の金属の前記全体層の前記選択された部分に、第２のフォトレジストを適用し、それはエッチングのための領域を規定するため、パターン形成されるステップ；
ｋ）前記第２のフォトレジストにより規定されたエッチングのための前記領域へ、エッチング剤を供給するステップ；及び
ｌ）前記第２のフォトレジストを除去するステップ
を含む集積回路上のコンデンサーの作製方法。
【請求項９】
コンデンサー誘電体の部分を除去する前記（ｇ）のステップのために、第１の金属の前記層の最上部上に、導電性のエッチ停止層を形成することを更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の金属はチタンである請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記導電性のエッチ停止層は、チタン窒化物である請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の金属はアルミニウムである請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記コンデンサー誘電体は二酸化ケイ素である請求項８記載の方法。
【請求項１４】
ａ）チタンの層及びチタン窒化物の層を含む底部プレートであって、前記底部プレートが第１の導電層上であって、中間層誘電体の開口中に形成された第１の部分を有し、前記第１の導電層がシリコン基板上のフィールド誘電体層上に形成され、前記底部プレートが前記第１の導電層の上の中間層誘電体の開口の側壁上に形成された第２の部分を有し、前記底部プレートが前記中間層誘電体を覆う第３の部分を有し；
ｂ）前記底部プレート上に形成された誘電体材料の層、及び
ｃ）前記誘電体材料の層上に形成された金属の最上部プレート
を含む集積回路用コンデンサー。
【請求項１５】
前記誘電体はチタン窒化物の層と接触する請求項１４記載のコンデンサー。
【請求項１６】
ａ）導電性基板；
ｂ）前記導電性基板上に形成されたフィールド絶縁体の層；
ｃ）フィールド絶縁体の前記層上に形成された導電性多結晶シリコンの層；
ｄ）前記導電性多結晶シリコンの層上に形成された中間誘電体材料の層であって、前記中間誘電体材料の層が第1と第2の開口を有し、前記開口が側壁を有し；
ｅ）前記多結晶シリコンの層上であって前記第1及び第2の開口中に形成され、それと電気的に伝導性の関係にある、第1の部分を有する導電性材料の横方向に分離された第1及び第2の層であって、前記分離された第1及び第2の層の各々がそれぞれ第1及び第2の開口の側壁に形成された第2の部分及びそれぞれ中間誘電体材料の層を覆う第3の部分を有し；
ｆ）前記第1の層と接触する関係で、導電性材料の前記第1の層上に配置されたコンデンサー誘電体の層；
ｇ）コンデンサー誘電体の前記層上に配置された金属の第３の層；
ｈ）導電性材料の前記第２の層上に配置された金属の第４の層；
を含む集積回路。
【請求項１７】
金属の前記第３及び第４の層は、アルミニウムを含む請求項１６記載の集積回路。
【請求項１８】
導電性材料の前記第１及び第２の層は、中間層誘電体により分離される請求項１６記載の集積回路。
【請求項１９】
前記コンデンサー誘電体は二酸化ケイ素を含む請求項１６記載の集積回路。
【請求項２０】
前記コンデンサー誘電体の層は、前記導電性材料の第１の層の前記第２の部分上に形成された部分を含む請求項１６記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の分野
本発明はコンデンサーの作製方法、より具体的には、集積回路中の金属−金属コンデンサーの作製方法に係る。
【０００２】
技術的背景
コンデンサーは電荷を蓄積するため、電子デバイス中で広く用いられている。コンデンサーは本質的に、絶縁体で分離された２つの導電性プレートを含む。キャパシタンス又は印加電圧当りのコンデンサーにより保たれる電荷の量は、ファラッド単位で測定され、プレートの面積、プレート間の距離及び絶縁体の誘電率に依存する。コンデンサーはフィルタ、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）、メモリ及び各種の制御用途で用いられている。
【０００３】
集積回路中のコンデンサーは、通常ポリシリコン、ポリシリコンへの金属又はポリサイドへの金属で作製される。アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）のようなほとんどの用途において、キャパシタンスが電圧とともに変化しないものが必要とされる。印加電圧に伴うキャパシタンスの変化の尺度は、ｐｐｍ単位で測定したキャパシタンスの電圧係数（ＶＯＣ）と呼ばれる。一般に、集積回路中で用いられるコンデンサーのＶＯＣはゼロではなく（５０−３００ｐｐｍ）、従ってゼロである必要がある。ゼロ法を用いるコンデンサー技術では、電圧に伴うＶＯＣの変化はゼロではないが、電圧の線形関数であると仮定する。これは集積回路コンデンサーでは、正しい仮定ではない。更に、これらの技術により、ＡＤＣの精密さと分解能は増すが、それらはチップの面積を消費し、従ってチップ価格が上がる。もし、コンデンサーのＶＯＣが数ｐｐｍより小さければ、ゼロ回路技術を用いる必要はなく、それによって回路の複雑さ及び価格は減少する。
【０００４】
パターソン（Ｐａｔｅｒｓｏｎ）らに承認された米国特許第５，１０８，９４１号は、ポリシリコン形のコンデンサーに比べ、低いＶＯＣを有する金属−ポリシリコン形のコンデンサーの作製方法を明らかにしている。パターソン（Ｐａｔｅｒｓｏｎ）らの方法において、コンデンサーの底部プレートはフィールド酸化物構造上に形成され、その上に多層誘電体を堆積させる。コンデンサー領域から多層誘電体を除去し、低圧化学気相堆積（“ＬＰＣＶＤ”）により、酸化物／窒化物誘電体を、露出された底部プレート及び多層上に堆積させる。接触エッチの前に、チタン／タングステンの第１の層を選択的に堆積させ、溝及び関係しないポリシリコンへの接触を形成する。メタライゼーションは全体にスパッタし、金属及びチタン／タングステンは接触孔を満たすメタライゼーションを残し、除去する。コンデンサーはチタン／タングステン及び金属最上部プレートを有する。
【０００５】
いずれの作製プロセスにおいても、単純であることは利点である。従って、より少ない工程を用いて、同じ価格の材料で、同じかより良質の製品が得られる作製法は、非常に好ましく、もし作製工程を除くことにより、労力と高価な作製装置の必要性が減らせるなら、特に好ましい。作製プロセスで既に用いられている材料から作られた新しい構造は好ましい。なぜなら、それによって材料開発の努力と高価な作製装置の必要性が減るからである。
【０００６】
更に、集積回路を作製するプロセス工程における柔軟さが持てることは望ましい。特に、コンデンサー形成の調整プロセス、すなわち一連の操作に変更を加えず、存在する別々のプロセスに、必要に応じた追加できるプロセスが持てれば非常に有利である。米国特許第５，１０８，９４１号で考えられているようなポリシリコン上のシリサイド金属（“ポリサイド”）を用いることは、最適な電圧安定性を得るために、ポリシリコン層全体をシリサイド化することを必要とする。しかし、シリサイド化することは、プロセスの柔軟性を急激に低下させる。たとえば、シリサイド構造では、アニーリング、拡散、ドーパントのドライビング、誘電体異層間の平滑化などの目的のための集積回路の熱処理は、約８５０℃以下の温度に制限される。８５０℃以上の温度を用いることができ、集積回路作製のさまざまな段階で低ＶＯＣコンデンサーが形成できれば有利である。
【０００７】
本発明の要約
集積回路中の低ＶＯＣ金属−金属コンデンサーとその作製方法が明らかにされている。方法は導電性基板上に電界誘電体層を形成する工程；導電性ポリシリコン層と電気的に接触する関係で、第１の金属層を含むコンデンサーの底部プレートを形成する工程；前記コンデンサーの前記底部プレートと接触するコンデンサー誘電体層を形成する工程；及び前記コンデンサー誘電体上に第２の金属層を含むコンデンサーの最上部プレートを形成する工程を含む。
【０００８】
底部プレートはチタン窒化物の上の層を有するチタン層を含むのが好ましい。最上部プレートは、アルミニウムが好ましい。コンデンサー誘電体は二酸化シリコン又は酸化物／誘電体が好ましい。
【０００９】
方法は更に、前記フィールド誘電体層と接触する導電性多結晶シリコン層を形成する工程及びコンデンサーの底部プレートの形成前に、導電性多結晶シリコン層上に、中間層誘電体（たとえば二酸化シリコン）のパターンを堆積させる工程を更に含むことが好ましい。
【００１０】
好ましい実施例の詳細な記述
図１はここで述べる本方法に従って作製された金属−金属コンデンサー１０の概略断面図である。コンデンサー１０は下部プレート１４、誘電体層１５及び上部プレート１７を含む。これらの層は多結晶シリコン（“ポリシリコン”）層１２の最上部上に必要に応じて積層させ、多結晶シリコン層はシリコン基板１８上に配置されたフィールド酸化物（“ＦＯＸ”）誘電体層１１の最上部上に形成される。基板１８はｐ形又はｎ形シリコンでよい。
【００１１】
コンデンサー１０の下部プレート１４はアルミニウム、銅、銀、チタン又は金、白金、パラジウムのような貴金属及び同様のものといった電荷を伝え保持するのに適した任意の金属で形成できる。下部プレート１４はチタン窒化物（ＴｉＮ）の層１４ｂで上を被覆されたチタン（Ｔｉ）の層１４ａを含む多層構造が好ましい。層１４は約０．０４ミクロンないし約０．１５ミクロンの範囲の厚さで、Ｔｉ層１４ａは約０．０１ミクロンないし約０．０５ミクロンの範囲の厚さ、ＴｉＮ層は約０．０３ミクロンないし約０．１０ミクロンの範囲の厚さでよい。
【００１２】
層１５は二酸化シリコン（ＳｉＯ２）又はシリコン窒化物のような任意の適当な誘電体で形成でき、一般にコンデンサーの電気的な必要条件に依存して、約０．０１ミクロンないし約０．１０ミクロンの範囲の厚さでよい。
【００１３】
コンデンサーの最上部プレート１７は、集積回路上のコンデンサーを作製するのに適した任意の材料でよい。アルミニウムは最上部プレート１７を作製するのに好ましい金属である。アルミニウムは、たとえば銅又はシリコンを必要に応じてドープしてよく、あるいは多層金属形の一部としてもよい。
【００１４】
非常に低いＶＯＣを有する金属−金属コンデンサー１０を作製する方法が図２ないし図６に示されている。
【００１５】
図２を参照すると、ポリシリコン層１２がフィールド酸化物（ＳｉＯ２）の層１１上でパターン形成されている。フィールド酸化物層１１は局所酸化又は堆積のような当業者には周知の方式で、シリコン基板１８上に形成される。同様に、ポリシリコンのパターン形成は、当業者にはよく知られている。次に、ポリシリコン層１２を上のメタライゼーションから絶縁するために、中間層誘電体１３を適当なパターンで堆積させる。中間層誘電体１３は二酸化シリコンが好ましく、それは必要に応じてドープしてもよく、あるいは必要に応じて、シリコン窒化物又はここで述べる用途に適した特性を有する任意の他の材料でよい。この時点で、構造は図２に描かれたようになる。
【００１６】
ポリシリコン１２は従来の集積回路中のように比較的導電性とするため、高濃度ドープするのが好ましい。一般に、ポリシリコン層は拡散、イオン注入又は同時ドーピングによりｎ−ドープされる。ポリシリコン層１２はコンデンサー１０の底部プレートとして働くのではなく、従って必要に応じて設ければよいことに注意する必要がある。しかし、それは底部層１４へ及びそれから電荷を伝える働きをし、それによってコンデンサー１０が集積回路中に容易に組込めるようになる。米国特許第５，１０８，９４１号に述べられている方法とは異なり、ここでのポリシリコン層１２は、コンデンサー１０の最適ＶＯＣ特性を実現するためにシリサイド化する必要はない。更に、アルミニウム、銅、銀、チタン又は金、白金、パラジウムのような貴金属及び同様のものといった他の導電性材料をポリシリコンの代りとしてよい。
【００１７】
図３を参照すると、底部プレート１４がチタン（Ｔｉ）の層１４ａ及びチタン窒化物（ＴｉＮ）の層１４ｂを、好ましくはスパッタ堆積により堆積させることによって形成されている。チタン窒化物は、チタン金属のある厚さが堆積した後、チタンスパッタリング容器中に窒素ガスを供給することによってその場堆積してもよい。このように、チタン窒化物はチタンを被覆し、以下で述べるように、後のプロセス工程でのエッチ停止として働く被膜を形成する。
【００１８】
次に、コンデンサー誘電体１５を堆積させる。誘電体は最初、化学気相堆積（“ＣＶＤ”）又はプラズマ促進化学気相堆積（“ＰＥＣＶＤ”）により、Ｔｉ／ＴｉＮの層１４上にテトラエトキシシラン（“ＴＥＯＳ”）を堆積させることにより形成する。ＴＥＯＳは分解し、ＳｉＯ２の固着層１５を形成する。コンデンサー誘電体はここでは二酸化シリコンであると述べたが、他の材料もコンデンサー誘電体として機能することに注意する必要がある。たとえば、コンデンサー誘電体１５はシリコン窒化物又はＢａＴｉＯ３のような強誘電体材料で形成できる。これに続き、コンデンサーはフォトレジスト１６ａを用いてマスクされる。これはコンデンサー１０の端部を区切るために用いられる。この時点での構造が図３に描かれている。
【００１９】
図４を参照すると、コンデンサー誘電体層１５はたとえば誘電体が二酸化シリコンの時は、エチレングリコール／緩衝フッ化水素酸溶液のような湿式エッチ又は反応性スパッタエッチングのような乾式エッチでエッチング除去されている。ＴｉＮはそのようなエッチに対して抵抗をもち、エッチ停止の機能をする。この時点での構造が図４に描かれている。
【００２０】
次の工程において、フォトレジスト１６ａが除去され、アルミニウム（“Ａｌ”）の層１７を堆積させる。コンデンサー１０はコンデンサー誘電体が残った領域に形成される。この場合、コンデンサー誘電体層はチタン−チタン窒化物−二酸化シリコン−アルミニウムである。
【００２１】
次に、アルミニウム層１７はマスク材料、すなわちフォトレジスト部分１６ｂ及び１６ｃでパターン形成される。フォトレジスト部分はエッチャントに対し、集積回路中の表面を露出するよう、間隙１６ｂを規定するために、従来のフォトリソグラフィ技術に従い露出及び現像される。コンデンサー１０の限界を規定するフォトレジスト部分１６ｂは、酸化物１５上で終わる必要がある。得られる構造が図５に描かれている。
【００２２】
最後に、アルミニウムは間隙１６ｄに配置された誘電体１５及びチタン−チタン窒化物下部層１４を除去するよう十分過剰エッチされる。次に、フォトレジスト部分１６ｂ及び１６ｃが除去される。得られた構造が図６に示されている。構造１９はアルミニウム１７及びＴｉ／ＴｉＮ１４の導電層を含む接触孔で、ポリシリコン層１２を貫いて、コンデンサー１０の底部プレートへの電気的経路を作る。
【００２３】
本発明について、好ましい実施例を挙げて述べてきたが、当業者には特許請求の範囲で規定される本発明の精神又は視野を離れることなく、変更及び修正ができることは容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンデンサー１０の概略断面図である。
【図２】本発明のコンデンサーを形成するさまざまな段階を示す概略断面図である。
【図３】本発明のコンデンサーを形成するさまざまな段階を示す概略断面図である。
【図４】本発明のコンデンサーを形成するさまざまな段階を示す概略断面図である。
【図５】本発明のコンデンサーを形成するさまざまな段階を示す概略断面図である。
【図６】本発明のコンデンサーを形成するさまざまな段階を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０  金属−金属コンデンサー、コンデンサー
１１    誘電体層、層、フィールド酸化物層
１２    多結晶シリコン層、ポリシリコン層、ポリシリコン
１３    中間誘電体
１４    下部プレート、底部層、底部プレート
１４ａ、１４ｂ    層
１５    誘電体層、コンデンサー誘電体、固着層
１６ａ    フォトレジスト
１６ｂ    フォトレジスト部分、間隙
１６ｃ    フォトレジスト部分
１６ｄ    間隙
１７  上部プレート、最上部プレート、アルミニウム層
１８    シリコン基板
１９    構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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