DE3840410C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierbare
Kondensatorstruktur mit einem Substrat, auf dem zwei durch
ein Dielektrikum beabstandete Kondensatorelektrodenschichten
liegen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mit anderen Worten befaßt sich die Erfindung mit einer zur
Integration in eine integrierte Schaltung geeigneten Kondensatorstruktur.
Eine derartige Kondensatorstruktur ist aus der DE 36 34 412 A1
bekannt. Diese bekannte, integrierbare Kondensatorstruktur
umfaßt ein Substrat, auf dem zwei durch ein Dielektrikum beabstandete
Kondensatorelektrodenschichten liegen, wobei zwischen
der dem Substrat zugewandten Kondensatorelektrodenschicht
und dem Substrat eine isolierende Schicht angeordnet
ist. Die untere Kondensatorelekrodenschicht besteht aus
einem hochschmelzenden Metall, wie beispielsweise Chrom, Titan,
Wolfram, Molybdän, Nickel oder einer Legierung aus diesen
Metallen. Die untere Kondensatorelektrodenschicht kann
auch durch Abscheiden von hochdotiertem Polysilizium erzeugt
werden. Das Dielektrikum weist eine Dicke von etwa 300 nm
auf und besteht aus einem Hochfrequenz-Plasma-Oxid oder
einem Hochfrequenz-Plasma-Nitrid. Ein solches im Hochfrequenz-
Plasma-Abscheideverfahren hergestelltes Dielektrikum,
das bei einer Temperatur von ca. 400°C erzeugt wird, hat
eine vergleichsweise hohe Fehlerdichte, so daß es nicht möglich
ist, die Dicke der Dielektrikumschicht erheblich zu
vermindern. Aus diesem Grunde hat die bekannte Kondensatorstruktur
bei gegebener Kapazität einen vergleichsweise hohen
Flächenbedarf bei unerwünscht großen topologischen Stufen
innerhalb der integrierten Schaltung.
Aus der Fachveröffentlichung T. E. Tang, "Titanium Nitrid
Local Interconnect Technology for VLSI", IEEE, Band ED-34,
Nr. 3, März 1987, Seiten 682 bis 687 ist es bereits bekannt,
Titannitrid für Verbindungen innerhalb von hochintegrierten
CMOS-Schaltungen einzusetzen.
Ausgehend von dem oben gewürdigten Stand der Technik liegt
der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kondensatorstruktur
der eingangs genannten Art so weiterzubilden,
daß diese bei niedrigen parasitären Kapazitäten und
einer hohen Kapazität pro Flächeneinheit mit geringen topologischen
Stufen unter Beibehalt von üblichen Herstellungsprozessen
herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine integrierbare Kondensatorstruktur
gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Durch die Anordnung der dem Substrat zugewandten Kondensatorelektrodenschicht
auf einer isolierenden Schicht oberhalb
des Substrates wird die zwischen dem Substrat und dieser
Kondensatorelektrodenschicht wirkende parasitäre Kapazität
erheblich reduziert. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der dem Substrat zugewandten Kondensatorelektrodenschicht
aus TiN kann diese Elektrode mit einem erheblich
verminderten parasitären Serienwiderstand trotz niedriger
Elektrodendicke ausgebildet werden. So ist es bei einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel realisiert worden, die
Elektrode mit einer Dicke von 0,1 Mikrometer bei einer um
den Faktor 2,5 höheren Leitfähigkeit verglichen mit einer
0,5 Mikrometer dicken Polysiliziumelektrode nach dem Stand
der Technik auszubilden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der unteren Elektrode
wird nicht nur deren parasitärer Serienwiderstand
herabgesetzt, sondern auch die Höhe topologischer Schaltungsstufen
vermindert. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung des Kondensators liegt darin, daß die
Technologie der Herstellung von TiN-Schichten als Mittel zur
Herstellung zusätzlicher Verdrahtungsebenen bereits beherrschbar
ist, so daß die sonst oft auftretenden Probleme
bei der Einführung neuer Technologien bei der erfindungsgemäßen,
integrierbaren Kondensatorstruktur ausbleiben.
Im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß der gattungsbildenden
Druckschrift wird das Dielektrikum oberhalb der dem
Substrat zugewandten Kondensatorelektrodenschicht nicht
durch ein Hochfrequenz-Plasma-Oxid oder ein Hochfrequenz-
Plasma-Nitrid gebildet, sondern durch ein im Niederdruckverfahren
abgeschiedenes Nitrid. Die Fehlerrate eines im Niederdruck-
Abscheideverfahren abgeschiedenen Nitrids ist wesentlich
geringer als die eines Hochfrequenz-Plasma-Nitrids,
so daß die Dicke des Dielektrikums zum Erhöhen der Kapazität
pro Flächeneinheit erheblich vermindert werden kann.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kondensatorstruktur
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Die einzige Figur eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform
einer integrierbaren Kondensatorstruktur gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Wie der Figur zu entnehmen ist, umfaßt die integrierbare
Kondensatorstruktur, die in ihrer Gesamtheit mit dem Be
zugszeichen 1 bezeichnet ist, ein Substrat 2, eine Feld
oxidschicht 3 und eine Zwischenoxidschicht 4, welche der
Isolation dient. Auf der Zwischenoxidschicht 4 ist die aus
TiN bestehende untere Kondensatorelektrodenschicht 5 an
geordnet, oberhalb der eine Dielektrikumschicht 6 liegt.
Eine obere Kondensatorelektrodenschicht 7 überdeckt die
Dielektrikumschicht 6 derart, daß sie oberhalb eines Groß
teiles der unteren Kondensatorelektrodenschicht 5 angeord
net ist. Der sowohl von der unteren, wie auch von der
oberen Kondensatorelektrodenschicht 5, 7 überdeckte Be
reich 8 bildet die wirksame Kondensatorstruktur.
Außerhalb des von der oberen Kondensatorelektrodenschicht
7 überdeckten Bereiches weist die Dielektrikumschicht 6
eine Ausnehmung 9 auf, an der eine Anschlußschicht 10 mit
der unteren Kondensatorelektrodenschicht Kontakt nimmt.
Sowohl die Anschlußschicht 10 als auch die obere Konden
satorelektrodenschicht 7 bestehen vorzugsweise aus Al-Si.
Die Dielektrikumschicht 6 besteht aus Nitrid, vorzugsweise
aus einem im Niederdruckverfahren abgeschiedenen Silizium
nitrid Si3N4. Die Schichtdicke dieser Schicht liegt bei
20 nm bis 100 nm, vorzugsweise bei etwa 50 nm. Eine 50 nm
dicke Schicht aus Siliziumnitrid weist eine Spannungs
festigkeit von 20 V auf.
Die Oxidschicht 3, 4 hat eine Dicke von 0,5 bis 2 Mikro
meter, vorzugsweise von etwa 1,5 Mikrometer.
Die Dicke der unteren Kondensatorelektrodenschicht 5 be
trägt 50 nm bis 300 nm, vorzugsweise etwa 100 nm.
Das Verfahren zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen
Kondensatorstruktur 1 kann mit Standardgeräten der Halb
leiterindustrie durchgeführt werden. So kann beispiels
weise die untere Kondensatorelektrodenschicht 5 aus TiN
auf die Oxidschicht 3, 4 aufgesputtert werden und mittels
Photolithographie und Plasmaätzen strukturiert werden. Das
Abscheiden der Nitrid-Dielektrikumschicht 6 erfolgt im
Niederdruckverfahren. Die Ausnehmung 9 zur unteren Konden
satorelektrodenschicht 5 wird wiederum mittels Photolitho
graphie und Plasmaätzen erzeugt. Die Herstellung der
oberen Kondensatorelektrodenschicht sowie der Anschluß
schicht 10 aus Al-Si stellt kein technologisches Problem
dar.
In Abweichung von der gezeigten Struktur können die Feld
oxidschicht und die Zwischenoxidschicht 4 durch eine
Schicht aus einem anderen isolierenden Material ersetzt
werden. Gleichfalls kommen beliebige andere leitfähige
Werkstoffe als Al-Si für die obere Kondensatorlelektroden
schicht 7 sowie für die Anschlußschicht 10 in Betracht.
Claims (7)
1. Integrierbare Kondensatorstruktur
mit einem Substrat (2), auf dem zwei durch ein Dielektrikum
(6) beabstandete Kondensatorelektrodenschichten
(5, 7) liegen,
wobei zwischen der dem Substrat (2) zugewandten Kondensatorelektrodenschicht
(5) und dem Substrat (2) eine
isolierende Schicht (3, 4) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Substrat (2) zugewandte Kondensatorelektrodenschicht (5) aus TiN besteht und
daß das die TiN-Kondensatorelektrodenschicht (5) überdeckende Dielektrikum (6) ein im Niederdruckverfahren abgeschiedenes Nitrid ist.
daß die dem Substrat (2) zugewandte Kondensatorelektrodenschicht (5) aus TiN besteht und
daß das die TiN-Kondensatorelektrodenschicht (5) überdeckende Dielektrikum (6) ein im Niederdruckverfahren abgeschiedenes Nitrid ist.
2. Kondensatorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Nitrid ein Siliziumnitrid (Si3N4) ist.
3. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die isolierende Schicht eine Oxidschicht (3, 4) ist.
4. Kondensatorstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oxidschicht (3, 4) aus einer auf dem Substrat
(2) angeordneten Feldoxidschicht (3) und einer auf der
Feldoxidschicht (3) angeordneten Zwischenoxidschicht (4)
besteht.
5. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der isolierenden Schicht (3, 4) 0,5 bis
2 Mikrometer, vorzugsweise etwa 1,5 Mikrometer betragt.
6. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der dem Substrat (2) zugewandten Kondensatorelektrodenschicht
(5) 50 nm bis 300 nm, vorzugsweise
etwa 100 nm beträgt.
7. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet
daß die Dicke der Nitridschicht 20 nm bis 100 nm, vorzugsweise
etwa 50 nm beträgt.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
DE19536528A1 (de) * | 1995-09-29 | 1997-04-03 | Siemens Ag | Integrierbarer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
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US4638400A (en) * | 1985-10-24 | 1987-01-20 | General Electric Company | Refractory metal capacitor structures, particularly for analog integrated circuit devices |
-
1988
- 1988-11-30 DE DE19883840410 patent/DE3840410A1/de active Granted
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DE19536528A1 (de) * | 1995-09-29 | 1997-04-03 | Siemens Ag | Integrierbarer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE19536465A1 (de) * | 1995-09-29 | 1997-04-03 | Siemens Ag | Integrierbarer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung |
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