DE3840410C2

DE3840410C2 -

Info

Publication number: DE3840410C2
Application number: DE19883840410
Authority: DE
Inventors: Holger Dipl.-Ing. Dr. 4330 Muelheim De Vogt
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1992-01-16
Also published as: DE3840410A1

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

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.

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.