(57)【要約】【課題】  上部電極と下部電極がＭＩＭ構造の分だけ高さに違いがあるため、コンタクトホールを形成する際のオーバーエッチングにより、コンタクトホールが上部電極および容量膜を突き抜けることを防止する。【解決手段】  基板上に形成された下地の絶縁膜１０と、下部電極１１、容量膜１３および上部電極１２を有するＭＩＭ構造の形成領域に形成された絶縁膜１０が凹んだ領域と、ＭＩＭ構造が形成された基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜１８と、層間絶縁膜１８に形成され、上部電極１２と上部電極１２からはみ出した下部電極１１の部分にそれぞれ接続するコンタクトホール１６，１７とを備え、下部電極１１は、絶縁膜１０が凹んだ領域を含む絶縁膜１０上に形成され、容量膜１３および上部電極１２は、絶縁膜１０が凹んだ領域の下部電極１１上に形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された下地の絶縁膜と、
下部電極、容量膜および上部電極を有するＭＩＭ構造の形成領域に形成された前記絶縁膜が凹んだ領域と、
前記ＭＩＭ構造が形成された前記基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記上部電極と前記上部電極からはみ出した前記下部電極の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールとを備え、
前記下部電極は、前記絶縁膜が凹んだ領域を含む前記絶縁膜上に形成され、前記容量膜および上部電極は、前記絶縁膜が凹んだ領域の前記下部電極上に形成されていることを特徴とするＭＩＭ容量。
【請求項２】
基板上に形成された下地の絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された下部電極、容量膜および上部電極を有する一のＭＩＭ構造と、
前記絶縁膜上に形成され、前記一のＭＩＭ構造の周囲に配置された他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンと、
前記一のＭＩＭ構造と前記他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンとが形成された前記基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に形成され、前記上部電極と前記上部電極からはみ出した前記下部電極の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールとを備え、
前記層間絶縁膜は、前記一のＭＩＭ構造と前記他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターン上で盛り上がっていることを特徴とするＭＩＭ容量。
【請求項３】
前記一のＭＩＭ構造と前記他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンとが６μｍ以下の間隔で配置され、全体で２００μｍ×２００μｍ以上の面積を占有する請求項２記載のＭＩＭ容量。
【請求項４】
前記下部電極に接続するコンタクトホールと前記ＭＩＭ構造との間隔が１５００μｍ以上離れている請求項２記載のＭＩＭ容量。
【請求項５】
基板上に下地の絶縁膜を形成する工程と、
下部電極、容量膜および上部電極を有するＭＩＭ構造の形成領域の前記絶縁膜を凹ませる工程と、
前記絶縁膜が凹んだ領域を含む前記絶縁膜上に前記下部電極を形成する工程と、
前記絶縁膜が凹んだ領域の前記下部電極上に前記容量膜および上部電極を形成する工程と、
前記ＭＩＭ構造が形成された前記基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をＣＭＰにより平坦化する工程と、
平坦化された前記層間絶縁膜に前記上部電極と前記上部電極からはみ出した下部電極の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールを形成する工程とを含むＭＩＭ容量の製造方法。
【請求項６】
下地の絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜表面をエッチングすることにより、絶縁膜表面に残った残留物を除去する請求項５記載のＭＩＭ容量の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭ容量およびその製造方法に関し、特にコンタクトホールを形成する際、上部電極と下部電極へ同時にエッチングを行うＭＩＭ容量およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、無線ＬＡＮなどの需要増加に伴い高周波のアナログ回路に搭載する容量素子が必要とされている。容量素子の中でも、ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）型容量は、寄生抵抗が低減でき、電圧による容量変動が小さいなど、有利な点がある。このようなＭＩＭ容量は、集積回路の中に組み込んで使用される。集積回路を形成する際に同時に作り込む構造および一連の工程が提案されている。
【０００３】
図１０および図１１はそのような従来のＭＩＭ容量を示す図である。図１０（ａ）は、従来のＭＩＭ容量を示す平面図、図１０（ｂ）は断面図である。図１０および図１１において、１は下部電極、２は上部電極、３はＰ−ＳｉＮ、４はコンタクト、５はアルミ配線、６はコンタクトホールＡ、７はコンタクトホールＢを示す。図１０（ｂ）において、下部電極１は、アルミ配線５と同時に形成され、その上に容量膜となるＰ−ＳｉＮ３および上部電極２が形成されている。この際、当然のことながら、Ｐ−ＳｉＮ３および上部電極２の厚みの分、上部電極２は下部電極１に対して高い位置に形成される。このような構造を採用することにより、集積回路の従来のアルミ配線層間に上部電極２とＰ−ＳｉＮ３を形成する工程を追加するだけで、ＭＩＭ容量を形成することができる。
【特許文献１】特開平８−３０６８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような構成の場合、以下のような課題点が発生する。
【０００５】
図１１（ａ）、（ｂ）は、このような従来のＭＩＭ容量において、コンタクトを形成する工程を示している。この工程においては、上部電極２へのコンタクトと下部電極１へのコンタクトは同時にエッチングを行う。図１１（ｂ）に示すように、上部電極２および下部電極１は、ＭＩＭ構造（Metal-Insulator-Metal）の分だけ高さに違いがあるため、コンタクトのエッチングが上部電極２に到達した後も、下部電極１に到達させるためには、さらにオーバーエッチングを行わなければならない。このオーバーエッチングにより、図１１（ｂ）のように、コンタクトホールＡ６が上部電極２および容量膜となるＰ−ＳｉＮ３を貫通してしまう。貫通しないまでも、Ｐ−ＳｉＮ３にダメージを与えるなど不良の原因となってしまう。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、上記の問題点を解決することであり、上部電極と下部電極がＭＩＭ構造の分だけ高さに違いがあるため、コンタクトホールを形成する際のオーバーエッチングにより、コンタクトホールが上部電極および容量膜を突き抜けることを防止するＭＩＭ容量およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１記載のＭＩＭ容量は、基板上に形成された下地の絶縁膜と、下部電極、容量膜および上部電極を有するＭＩＭ構造の形成領域に形成された前記絶縁膜が凹んだ領域と、前記ＭＩＭ構造が形成された前記基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され、前記上部電極と前記上部電極からはみ出した前記下部電極の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールとを備え、前記下部電極は、前記絶縁膜が凹んだ領域を含む前記絶縁膜上に形成され、前記容量膜および上部電極は、前記絶縁膜が凹んだ領域の前記下部電極上に形成されている。
【０００８】
請求項２記載のＭＩＭ容量は、基板上に形成された下地の絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された下部電極、容量膜および上部電極を有する一のＭＩＭ構造と、前記絶縁膜上に形成され、前記一のＭＩＭ構造の周囲に配置された他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンと、前記一のＭＩＭ構造と前記他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンとが形成された前記基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜に形成され、前記上部電極と前記上部電極からはみ出した前記下部電極の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールとを備え、前記層間絶縁膜は、前記一のＭＩＭ構造と前記他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターン上で盛り上がっている。
【０００９】
請求項３記載のＭＩＭ容量は、請求項２記載のＭＩＭ容量において、前記一のＭＩＭ構造と前記他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンとが６μｍ以下の間隔で配置され、全体で２００μｍ×２００μｍ以上の面積を占有する。
【００１０】
請求項４記載のＭＩＭ容量は、請求項２記載のＭＩＭ容量において、前記下部電極に接続するコンタクトホールと前記ＭＩＭ構造との間隔が１５００μｍ以上離れている。
【００１１】
請求項５記載のＭＩＭ容量の製造方法は、基板上に下地の絶縁膜を形成する工程と、下部電極、容量膜および上部電極を有するＭＩＭ構造の形成領域の前記絶縁膜を凹ませる工程と、前記絶縁膜が凹んだ領域を含む前記絶縁膜上に前記下部電極を形成する工程と、前記絶縁膜が凹んだ領域の前記下部電極上に前記容量膜および上部電極を形成する工程と、前記ＭＩＭ構造が形成された前記基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜をＣＭＰにより平坦化する工程と、平坦化された前記層間絶縁膜に前記上部電極と前記上部電極からはみ出した前記下部電極の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールを形成する工程とを含む。
【００１２】
請求項６記載のＭＩＭ容量の製造方法は、請求項５記載のＭＩＭ容量の製造方法において、下地の絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜表面をエッチングすることにより、絶縁膜表面に残った残留物を除去する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１記載のＭＩＭ容量によれば、下部電極は、絶縁膜が凹んだ領域を含む絶縁膜上に形成され、容量膜および上部電極は、絶縁膜が凹んだ領域の下部電極上に形成されているので、上部電極と下部電極に接続するコンタクトホールの深さの差が小さくなる。このようにＭＩＭ構造の下地の絶縁膜を凹ませておくことにより、下部電極へのコンタクトホールを形成するためのオーバーエッチングが少なく、上部電極へのコンタクトホールが上部電極および容量膜を貫通せず、良好なコンタクトホールを形成することができる。
【００１４】
本発明の請求項２記載のＭＩＭ容量によれば、層間絶縁膜は、一のＭＩＭ構造とその周囲に配置された他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターン上で盛り上がっているので、上部電極と下部電極に接続するコンタクトホールの深さの差が小さくなる。このようにＭＩＭ構造を複数隣接して配置することにより、ＣＭＰの平坦化の特性を利用してＭＩＭ構造上の層間絶縁膜を厚めに形成することにより、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１５】
請求項３では、請求項２記載のＭＩＭ容量において、一のＭＩＭ構造と他のＭＩＭ構造あるいはＭＩＭ構造を有するダミーパターンとが６μｍ以下の間隔で配置され、全体で２００μｍ×２００μｍ以上の面積を占有することが好ましい。
【００１６】
請求項４では、請求項２記載のＭＩＭ容量において、下部電極に接続するコンタクトホールとＭＩＭ構造との間隔が１５００μｍ以上離れていることが好ましい。
【００１７】
本発明の請求項５記載のＭＩＭ容量の製造方法によれば、ＭＩＭ構造の形成領域の絶縁膜を凹ませる工程と、絶縁膜が凹んだ領域を含む絶縁膜上の領域に下部電極を形成する工程と、絶縁膜が凹んだ領域の下部電極上に容量膜および上部電極を形成する工程とを含むので、ＭＩＭ容量の形成の上部電極へのコンタクトと下部電極へのコンタクトを同時に形成する工程において、コンタクトホールの深さの差が小さいため、下部電極へのコンタクトホールを形成するためのオーバーエッチングが少なくなる。このため、上部電極へのコンタクトホールが上部電極および容量膜を貫通せず、良好なコンタクトを形成することができる。
【００１８】
請求項６では、請求項５記載のＭＩＭ容量の製造方法において、下地の絶縁膜を形成した後、絶縁膜表面をエッチングすることにより、絶縁膜表面に残った残留物を除去することが好ましい。残留物が残ったまま絶縁膜に凹みを形成するドライエッチングを行うと、残留物の下部に絶縁膜が残り、エッチング後に突起物として残ることがあり、ＭＩＭ構造の容量膜の膜厚が均一に形成されないことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の第１の実施形態のＭＩＭ容量およびその製造方法を図１に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態のＭＩＭ容量の製造方法を示す工程断面図である。図１（ｅ）に示すように、このＭＩＭ容量は、基板上に形成された下地の絶縁膜１０と、下部電極１１、容量膜１３および上部電極１２を有するＭＩＭ構造の形成領域に形成された絶縁膜１０が凹んだ領域と、ＭＩＭ構造が形成された基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜１８と、層間絶縁膜１８に形成され、上部電極１２と上部電極１２からはみ出した下部電極１１の部分にそれぞれ接続するコンタクトホール１６，１７とを備えている。また、下部電極１１は、絶縁膜１０が凹んだ領域を含む絶縁膜１０上に形成され、容量膜１３および上部電極１２は、絶縁膜１０が凹んだ領域の下部電極１１上に形成されている。
【００２１】
次に上記ＭＩＭ容量の製造方法について説明する。まず、図１（ａ）のように下地の絶縁膜１０として堆積したＰ−ＳｉＮの一部（ＭＩＭ構造の形成領域）をドライエッチングすることにより、凹みを形成する。このドライエッチングにより深さＳ１の凹んだ領域が形成される（図１（ｂ））。この絶縁膜１０が凹んだ領域を含む絶縁膜１０上に下部電極１１と配線を兼ねたＴｉＮ/ＡｌＣｕ/ＴｉＮ層を形成する（図１（ｃ））。次に絶縁膜１０が凹んだ領域の下部電極１２上に、容量膜１３となるＰ−ＳｉＮ層および上部電極１２となるＴｉＮ/ＡｌＣｕ/ＴｉＮ層を形成する。さらにＦＳＧ、ＴＥＯＳおよびＰ−ＳｉＮからなる層間絶縁膜１８を形成する（図１（ｄ））。層間絶縁膜１８をＣＭＰにより平坦化し、平坦化された層間絶縁膜１８に上部電極１２と上部電極１２からはみ出した下部電極１１の部分にそれぞれ接続するコンタクトホール１６，１７を形成して、タングステンＷを埋め込み、Ｗビア１４を形成する（図１（ｅ）、（ｆ））。この後、Ｗビア１４の上に上部電極１２および下部電極１１に接続する配線１５を形成する。
【００２２】
本実施形態では、あらかじめ深さＳ１だけ凹ませた領域上にＭＩＭ容量が形成されているためコンタクトの深さがＡ２Ｄとなり、（図１０（ｂ））のコンタクトの深さＡ２と比較すると、Ｓ１だけ浅くなっている。コンタクトホール形成時のオーバーエッチングが軽減されるため、コンタクトホールが上部電極および容量膜を貫通することがない。
【００２３】
以下、本発明の第２の実施形態のＭＩＭ容量およびその製造方法を図２および図３に基づいて説明する。
【００２４】
図２は本発明の第２の実施形態と比較するための製造方法の工程断面図、図３は本発明の第２の実施形態のＭＩＭ容量の製造方法の一部を示す工程断面図である。まず、図１（ａ）、（ｂ）のように、ＭＩＭを形成する領域にドライエッチングにより、凹みを形成する工程を想定する。
【００２５】
このドライエッチングの際に、往々にしてよく起こる現象は、以下のようなものである。絶縁膜１０としてＰ−ＳｉＮを堆積した後、Ｐ−ＳｉＮ上に洗浄により除去できない残留物２０が残る（図２（ａ））。このままドライエッチングを行うと、残留物２０のエッチングレートがＰ−ＳｉＮよりも小さい場合、残留物２０の下部にＰ−ＳｉＮが残り、エッチング後に突起物として残る（図２（ｂ））。このままＭＩＭ構造を形成すると、突起物ためにＭＩＭ構造の容量膜の膜厚が均一に形成されないなど、不良の原因となる（図２（ｃ））。
【００２６】
そこで、図３（ａ）、（ｂ）のようにまず、残留物２０を除去するために、Ｐ−ＳｉＮ表面をエッチングする。具体的には、燐酸と過酸化水素の混合物によるボイリングなどを行うことにより、Ｐ−ＳｉＮ表面全体をエッチングする。このエッチングにより、表面に残った残留物は除去される。その後、第１の実施形態と同様にドライエッチングを行うことにより、エッチング後は平坦な形状となり、ＭＩＭ構造を正しく形成することができる（図３（ｃ））。
【００２７】
以下、本発明の第３の実施形態のＭＩＭ容量およびその製造方法を図４〜図６に基づいて説明する。
【００２８】
図４は本発明の第３の実施形態と比較するためのＭＩＭ容量の平面図である。図４に示すように、上部電極１２はＭＩＭ構造の真上にコンタクト１４を形成しており、下部電極１１は周囲にコンタクト１４を形成している。図５（ａ）は、図４を縮小した図である。図５（ｂ）は、その断面図であるが、ＭＩＭ構造の高さの分、図中のコンタクトの深さＢ１，Ｂ２の差が大きいことは明らかである。
【００２９】
図６（ａ）は本発明の第３の実施形態のＭＩＭ容量の平面図、（ｂ）は断面図であり、図４および図５に示すようなＭＩＭ構造を複数近接して配置した場合を示している。図６に示すように、このＭＩＭ容量は、基板上に形成された下地の絶縁膜１０と、絶縁膜１０上に形成された下部電極１１、容量膜１３および上部電極１２を有する一のＭＩＭ構造と、絶縁膜１０上に形成され、一のＭＩＭ構造の周囲に配置された他のＭＩＭ構造と、一のＭＩＭ構造と他のＭＩＭ構造とが形成された基板上に形成され、表面が平坦化された層間絶縁膜１８と、層間絶縁膜１８に形成され、上部電極１２と上部電極１２からはみ出した下部電極１１の部分にそれぞれ接続するコンタクトホールとを備えている。また、層間絶縁膜１８は、一のＭＩＭ構造と他のＭＩＭ構造上で盛り上がっている。
【００３０】
この場合、層間絶縁膜１８は、ＣＭＰ平坦化工程の際に、ＭＩＭ構造が大きな面積にわたって配置されているとみなすことができるが、大きな構造の上部は、平坦化後も層間絶縁膜１８が多めに残って丘のような高い部分が残ってしまうというＣＭＰの特性により、高さＨの分だけ高く凸状に層間絶縁膜１８が盛り上がってしまう。ＭＩＭ構造の上部の層間絶縁膜１８の厚さは、Ｂ１よりもＨだけ大きなＢ１Ｄという値となる。そのため、コンタクトホール形成の際に問題となっていた、Ｂ１，Ｂ２間の高さの差は、Ｈだけ緩和されることとなる。なお、一のＭＩＭ構造と他のＭＩＭ構造とが６μｍ以下の間隔で配置され、全体で２００μｍ×２００μｍ以上の面積を占有することが好ましい。
【００３１】
本実施形態では、コンタクトホールの形成の際に上部電極１２への到達後のオーバーエッチング量が少なくなるので、上部電極１２および容量膜１３を貫通することがない。なお、ＭＩＭ容量は複数隣接した配置でも、大きなＭＩＭ容量１つでも、ＭＩＭ容量とその周囲にＭＩＭ構造を有するダミーパターンを配置しても、同じ効果が得られる。
【００３２】
以下、本発明の第４の実施形態のＭＩＭ容量およびその製造方法を図７〜図９に基づいて説明する。
【００３３】
図７（ａ）は本発明の第４の実施形態と比較するためのＭＩＭ容量の平面図、（ｂ）は断面図である。同図では、第３の実施形態において、下部電極１１のコンタクト１４が、上部電極端からＷ１の近距離で配置されている。第３の実施形態に示したように、ＭＩＭ構造上は層間絶縁膜１８が凸状にＨだけ盛り上がった形状となっているが、下部電極１１のコンタクト１４が近距離に配置されているため、ＣＭＰ後に残った層間絶縁膜１８の丘の裾野に下部電極１１へのコンタクト１４がかかり、コンタクト１４が深くなっている。
【００３４】
一方、図８（ａ）は本発明の第４の実施形態のＭＩＭ容量の平面図、（ｂ）は断面図である。図８に示すように、下部電極１１がＷ２の離れた距離に置かれているために、下部電極１１へのコンタクト１４の深さが浅くなり、Ｄ２＞Ｄ２Ｄとなっている。Ｄ１とＤ２Ｄのコンタクト深さ差が小さくなることにより、コンタクトホール形成時の上部電極１２および容量膜１３の貫通を防ぐことができる。
【００３５】
図９は、実際に２種類の大きさのＭＩＭ容量を作成して、上部電極端からの距離によって、層間絶縁膜のＴＥＯＳがどう減少していっているかを示したグラフである。一のＭＩＭ構造と他のＭＩＭ構造が全体で５００×５００μｍ２と２００×２００μｍ２の場合を示している。この図から、５００×５００μｍ２の場合、ＭＩＭ構造から１５００μｍ以上離した位置に下部電極１１のコンタクト１４を形成することが必要であることがわかる。一方、２００×２００μｍ２の場合、この距離は８００μｍ以上である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係るＭＩＭ容量およびその製造方法は、上部電極と下部電極に接続するコンタクトホールの深さの差を小さくすることにより、容量膜突き抜けを防止する効果を有し、高周波アナログ回路に用いるＭＩＭ容量で、無線通信用回路、特に携帯電話や高速通信用途に使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態のＭＩＭ容量の製造方法を示す工程断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態と比較するための製造方法の工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のＭＩＭ容量の製造方法の一部を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態と比較するためのＭＩＭ容量の平面図である。
【図５】（ａ）は図４を縮小した図、（ｂ）はその断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の第３の実施形態のＭＩＭ容量の平面図、（ｂ）は断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第４の実施形態と比較するためのＭＩＭ容量の平面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第４の実施形態のＭＩＭ容量の平面図、（ｂ）は断面図である。
【図９】上部電極端からの距離による層間絶縁膜の測定結果を示すグラフである。
【図１０】（ａ）は従来のＭＩＭ容量を示す平面図、（ｂ）は断面図である。
【図１１】従来のＭＩＭ容量において、コンタクトを形成する工程断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，１１  下部電極
２，１２  上部電極
３，１３  Ｐ−ＳｉＮ
４，１４  コンタクト
５，１５  アルミ配線
６，１６  コンタクトホールＡ
７，１７  コンタクトホールＢ
１０  絶縁膜
８，１８  層間絶縁膜
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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