(57)【要約】  金属構造２０と接触している誘電体４０内のクラックを低減する方法及び構造。金属構造は、第１の金属層２６と、該第１の金属層上に該第１の金属層と接触して配置される第２の金属層３０であって、該第２の金属層３０は第１の金属層よりも高いヤング弾性率を有する、第２の金属層３０と、該第２の金属層上に該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層３２であって、第２の金属層は該第３の金属層よりも高いヤング弾性率を有する、第３の金属層３２とを備える。付加的な金属５０が含まれ、誘電体層は金属構造と該付加的な金属との間に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造であって、
基板と、
前記基板の上に配置される誘電体層と、
前記誘電体層と接触して配置される金属構造であって、該金属構造は、
第１の金属と、
前記第１の金属層上に該第１の金属層と接触して配置される第２の金属層であって、該第２の金属層は前記第１の金属層よりも堅い、第２の金属層と、
前記第２の金属層上に該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層であって、前記第２の金属層は該第３の金属層よりも堅い、第３の金属層と、
を備える、金属構造と、
を備える、半導体構造。
【請求項２】
前記半導体構造は付加的な金属を含み、前記誘電体層は前記金属構造と該付加的な金属との間に配置される、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項３】
前記付加的な金属は第２の金属構造を備え、該第２の金属構造は、
第４の金属層と、
前記第４の金属層上に該第４の金属層と接触して配置される第５の金属層であって、該第５の金属層は前記第４の金属層よりも堅い、第５の金属層と、
前記第５の金属層上に該第５の金属層と接触して配置される第６の金属層であって、前記第５の金属層は該第６の金属層よりも堅い、第６の金属層と、
を備える、請求項２に記載の半導体構造。
【請求項４】
前記第２の金属層は耐熱金属である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項５】
前記第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項４に記載の半導体構造。
【請求項６】
前記第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項５に記載の半導体構造。
【請求項７】
前記耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群である、請求項５に記載の半導体構造。
【請求項８】
コンデンサであって、
誘電体層と、
前記誘電体層と接触して配置される金属構造であって、該金属構造は、
第１の金属層と、
前記第１の金属層上に該第１の金属層と接触して配置される第２の金属層であって、該第２の金属層は前記第１の金属層よりも堅い、第２の金属層と、
前記第２の金属層上に該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層であって、前記第２の金属層は該第３の金属層よりも堅い、第３の金属層と、
を備える、金属構造と、
付加的な金属であって、前記誘電体層は前記金属構造と該付加的な金属との間に配置される、付加的な金属と、
を備える、コンデンサ。
【請求項９】
前記付加的な金属は第２の金属構造を備え、該第２の金属構造は、
第４の金属層と、
前記第４の金属層上に該第４の金属層と接触して配置される第５の金属層であって、該第５の金属層は前記第４の金属層よりも堅い、第５の金属層と、
前記第５の金属層上に該第５の金属層と接触して配置される第６の金属層であって、前記第５の金属層は該第６の金属層よりも堅い、第６の金属層と、
を備える、請求項８に記載のコンデンサ。
【請求項１０】
前記第２の金属層は耐熱金属である、請求項８に記載のコンデンサ。
【請求項１１】
前記第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項８に記載のコンデンサ。
【請求項１２】
前記第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項８に記載のコンデンサ。
【請求項１３】
前記耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群である、請求項８に記載のコンデンサ。
【請求項１４】
構造であって、
誘電体層と、
前記誘電体層と接触して配置される金属構造であって、該金属構造は、
第１の金属層と、
前記第１の金属層上に該第１の金属層と接触して配置される耐熱金属層と、
前記第２の金属層上に該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層と、
を備える、金属構造と、
を備える、構造。
【請求項１５】
前記第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項１４に記載の構造。
【請求項１６】
前記第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項１５に記載の構造。
【請求項１７】
前記耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群である、請求項１６に記載の構造。
【請求項１８】
誘電体層内のクラックを低減する方法であって、
金属構造を前記誘電体層と接触させて堆積することであって、該金属構造は、
第１の金属層と、
前記第１の金属層上に該第１の金属層と接触して配置される耐熱金属層と、
前記第２の金属層上に該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層と、
を備える、堆積することを含む、方法。
【請求項１９】
前記第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群である、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には金属と接触している誘電体層に関し、より詳細には集積回路内で使用される金属と接触している誘電体層に関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において既知であるように、誘電体層は金属と接触して使用されることが多い。１つのこのような用途は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）のような集積回路内で使用されるもののようなコンデンサにおけるものである。このようなＭＭＩＣでは、能動素子はコンデンサに接続される場合がある。１つのこのようなコンデンサは、金属−絶縁体−半導体（ＭＩＳ）コンデンサである。ＧａＮ  ＭＭＩＣ内で使用される１つのこのようなコンデンサ構造を図１に示す。ここで、窒化ガリウムの層が、ケイ素、ガリウムヒ素、又は炭化ケイ素のような絶縁基板上に配置される。このコンデンサは、チタンから成る下層と、該チタンから成る下層の上の白金の層と、該白金の層の上の相対的に厚い、たとえば１５００ｎｍ厚の金の層とから構成される下部電極を含む。たとえば窒化ケイ素のような誘電体膜がこのコンデンサの誘電体として使用される。このコンデンサの上部電極は、誘電体層上のチタンから成る下層と、該チタンの層の上の白金の層と、該白金の層の上の相対的に厚い、たとえば１０００ｎｍ厚の金の層とを含む。底部の金属はＴｉ／Ａｕ、又は単にＡｕとすることができることに留意されたい。
【０００３】
これも当該技術分野において既知であるように、温度サイクルを有するいくつかの工程段階が存在する。たとえば、ＳｉＮ堆積は約３００℃であり、各フォトリソグラフィ段階は１５０℃程度とすることができ、一般的に工程の終了時の安定化焼成も存在し、最後に、実装工程（はんだづけ）は一般的に２８０℃〜３２０℃である。
【０００４】
本発明者らは、金の熱膨張係数がＧａＮの熱膨張係数よりもはるかに高く、その結果、温度サイクリングの間に延性のある金が不可逆的に変形してしまうことに着目した。変形の正確な形状は、コンデンサの形状及びダイ上でのコンデンサのロケーションによって決まるが、金膜の縁部は温度サイクリング後に内側に傾斜することが多く、その縁部を覆う誘電体膜に応力がかかる。本発明者らによるコンデンサ誘電体のクラックのＳＥＭ写真の検査によって、これは通常、金膜の縁部において発生するクラックが観察されることを伴って起こることだということが示されている。
【０００５】
従来技術の試行は、コンデンサの形状及びレイアウトを変更すること（角を丸くすること等）を含んでいた。これらの変更は役立ったが、クラッキングをなくすには至らなかった。
【発明の概要】
【０００６】
本発明によれば、構造であって、誘電体層と、該誘電体層と接触して配置される金属構造とを備える、構造が提供される。金属構造は、第１の金属層と、該第１の金属層と接触して配置される耐熱金属層と、この第２の金属層と接触して配置される第３の金属層とを備える。
【０００７】
一実施の形態では、第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【０００８】
一実施の形態では、第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【０００９】
一実施の形態では、耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群内の金属である。
【００１０】
一実施の形態では、半導体構造であって、基板と、該基板の上に配置される誘電体層と、該誘電体層と接触している金属構造と有する半導体構造が提供される。金属構造は、第１の金属層と、該第１の金属層と接触して配置される第２の金属層であって、該第２の金属層は第１の金属層よりも堅い、第２の金属層と、該第２の金属層の下に、該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層であって、第２の金属層は該第３の金属層よりも堅い、第３の金属層とを備える。
【００１１】
一実施の形態では、第１の金属層及び第３の金属層は金であり、第２の金属層はチタンである。このような構造では、金の中にチタンの薄い層が分散されて含まれ、金層が補強され、温度サイクリングによって発生する永久変形が低減される。底部電極の変形を低減することによって、誘電体のクラッキングがなくなった。したがって、本発明者らは、一般的に使用されている延性金属膜（たとえば、純銅、純アルミニウム、純銀又は純金）に代わって補強された金属膜を用いれば、微細電子構造内に通常使用される金属膜上に堆積される誘電体膜の、温度サイクリングの間のクラッキングをなくすことができると認識している。（純金のような）延性金属膜を、その導電性を維持しながら強化する１つの方法は、延性金属の層と、（チタン、クロム、又はモリブデンのような）堅い金属の層、すなわち延性金属よりも堅い金属とを交互に配置することである。
【００１２】
一実施の形態では、付加的な金属が含まれ、誘電体層は上記金属構造と該付加的な金属との間に配置される。
【００１３】
一実施の形態では、付加的な金属は第２の金属構造を備え、該第２の金属構造は、第４の金属層と、該第４の金属層上に該第４の金属層と接触して配置される第５の金属層であって、該第５の金属層は第４の金属層よりも堅い、第５の金属層と、該第５の金属層上に該第５の金属層と接触して配置される第６の金属層であって、第５の金属層は該第６の金属層よりも堅い、第６の金属層とを備える。
【００１４】
一実施の形態では、第２の金属層は耐熱金属である。
【００１５】
一実施の形態では、第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【００１６】
一実施の形態では、第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【００１７】
一実施の形態では、耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群内の金属である。
【００１８】
一実施の形態では、コンデンサが提供される。該コンデンサは、誘電体層と、該誘電体層と接触して配置される金属構造とを含む。該金属構造は、第１の金属層と、該第１の金属層上に該第１の金属層と接触して配置される第２の金属層であって、該第２の金属層は第１の金属層よりも堅い、第２の金属層と、該第２の金属層上に該第２の金属層と接触して配置される第３の金属層であって、第２の金属層は該第３の金属層よりも堅い、第３の金属層と、付加的な金属とを備え、誘電体層は金属構造と付加的な金属との間に配置される。
【００１９】
一実施の形態では、コンデンサは付加的な金属構造を含み、この第２の金属構造は、第４の金属層と、該第４の金属層上に該第４の金属層と接触して配置される第５の金属層であって、該第５の金属層は第４の金属層よりも堅い、第５の金属層と、該第５の金属層上に該第５の金属層と接触して配置される第６の金属層であって、第５の金属層は該第６の金属層よりも堅い、第６の金属層とを備える。
【００２０】
一実施の形態では、コンデンサの第２の金属層は耐熱金属である。
【００２１】
一実施の形態では、コンデンサの第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【００２２】
一実施の形態では、コンデンサの第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【００２３】
一実施の形態では、コンデンサの耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群内の金属である。
【００２４】
本発明の別の特徴によれば、誘電体層内のクラックを低減する方法が提供される。本方法は、金属構造を誘電体層と接触して堆積することであって、該金属構造は、第１の金属層と、該第１の金属層の上に該第１の金属層と接触して配置される耐熱金属層と、この第２の金属層の上にこの第２の金属層と接触して配置される第３の金属層とを備える、堆積することを含む。
【００２５】
一実施の形態では、第１の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【００２６】
一実施の形態では、第３の金属層は、金、銀、銅及びアルミニウムから成る群内の金属である。
【００２７】
一実施の形態では、耐熱金属は、チタン、タングステン、モリブデン及びクロムから成る群である。
【００２８】
本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の記載において述べる。本発明の他の特徴、目的及び利点は該記載及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。
【００２９】
さまざまな図面における同様の参照符号は同様の要素を指示する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来技術によるコンデンサの断面図である。
【図２】本発明によるコンデンサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
ここで図２を参照すると、マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）内で使用することができるもののような半導体構造１０が示されている。ここで、このようなＭＭＩＣのためのコンデンサ１２は、ケイ素、サファイア、ダイアモンド、又は炭化ケイ素のような絶縁基板１６上に配置される窒化ガリウムの層１４を有して示されている。
【００３２】
コンデンサ１２は、導電性構造２０から構成される下部電極を含む。構造２０は、窒化ガリウム１４上で該窒化ガリウム１４と接触している、ここでは５０ｎｍ厚のチタンから成る下層２１と、該チタンから成る下層２１上で該チタンから成る下層２１と接触している、ここでは１００ｎｍ厚の白金の層２２と、金及びチタンの層が交互に積層される構造とを備える。金はチタンと比較すると延性のある材料であることに留意されたい。金は弾性の高い（より堅い）チタンよりも弾性が低い（堅くない）。
【００３３】
より具体的には、ここで積層構造は、白金の層２１上で該白金の層２１と接触している、ここでは５００ｎｍ厚の（より一般的には１００ｎｍよりも厚い）金から成る下層２６と、該層２６上で該層２６と接触している、ここでは５０ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）チタンの層３０と、該層３０上で該層３０と接触している、ここでは５００ｎｍ厚の（より一般的には１００ｎｍよりも厚い）金の層３２と、該層３２上で該層３２と接触している、ここでは５０ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）チタンの層３６と、該層３６上で該層３６と接触している、ここでは５００ｎｍ厚の（より一般的には１００ｎｍよりも厚い）金の層３６と、該層３６上で該層３６と接触している、ここでは５０ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）チタンの層３８とを備える。タングステン、クロム、又はモリブデンを含む耐熱金属のような他の金属がチタンの代わりに使用され得ることは理解されたい。さらに、銀、アルミニウム又は銅のような他の導電性の高い延性材料を金の代わりに使用してもよい。またさらに、より多いか又はより少ない層を該積層構造に使用してもよく、このような層に関して他の厚さを使用してもよい。ここで、導電性構造内の層は電子線蒸着されるが、スパッタリングのような他の堆積方法を使用することができる。
【００３４】
コンデンサ１２は、窒化ケイ素から成る、たとえばここでは２００ｎｍ厚の層（より一般的には５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内）である誘電体層４０を有する。ＳｉＯ２及び酸窒化ケイ素のような他の誘電体材料を使用してもよいことに留意されたい。コンデンサ１２の上部電極は導電性構造５０である。導電性構造５０は、誘電体層４０上で該誘電体層４０と接触している、ここでは５０ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）チタンから成る下層５２と、該チタンから成る下層５２上で該チタンから成る下層５２と接触している、ここでは１００ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）白金から成る任意選択の層５４と、金及びチタンの層が交互に積層される構造とを含む。金はチタンと比較すると延性のある材料であることに留意されたい。金は弾性の高い（より堅い）チタンよりも弾性が低い（堅くない）。
【００３５】
より具体的には、ここで積層構造は、層５４上で該層５４と接触している、ここでは５００ｎｍ厚の（より一般的には１００ｎｍよりも厚い）金から成る下層５６と、該層５６上で該層５６と接触している、ここでは５０ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）チタンの層５８と、該層５８上で該層５８と接触している、ここでは５００ｎｍ厚の（より一般的には１００ｎｍよりも厚い）金の層６０と、該層６０上で該層６０と接触している、ここでは５０ｎｍ厚の（より一般的には１０ｎｍよりも厚い）チタンの層６２と、該層６２上で該層６２と接触している、ここでは５００ｎｍ厚の（より一般的には１００ｎｍよりも厚い）金の層６４とを備える。タングステン、クロム、又はモリブデンを含む耐熱金属のような他の金属がチタンの代わりに使用され得ることは理解されたい。さらに、銀、アルミニウム又は銅のような他の導電性の高い延性材料を金の代わりに使用してもよい。またさらに、より多いか又はより少ない層を該積層構造に使用してもよく、このような層に関して他の厚さを使用してもよい。ここで、導電性構造内の層は電子線蒸着されるが、スパッタリング若しくはめっきしてもよく、又はこれらを組み合わせてもよい。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を記載した。それにもかかわらず、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくさまざまな変更を行うことができることは理解されるであろう。したがって、他の実施形態は以下の特許請求の範囲の範疇にある。
【図１】
2010522995.tif 000003
【図２】
2010522995.tif 000004
【国際調査報告】
2010522995.tif 000005
2010522995.tif 000006
2010522995.tif 000007