半導(dǎo)體裝置制造方法
【專利摘要】在半導(dǎo)體裝置（SD）中，在下部電極（LEL）上介有電介體膜（DEC），而形成有平板狀的上部電極（UEL）。由下部電極（LEL）、電介體膜（DEC）以及上部電極（UEL）構(gòu)成MIM電容器（MCA）。在其之間不介有保護(hù)環(huán)，且都隔開(kāi)相同的間隔（D1）配置有相互相鄰的一個(gè)上部電極（UEL）和其他上部電極（UEL）。隔開(kāi)與間隔（D1）相同的間隔配置有位于最外周的上部電極（UEL）與位于其外側(cè)的保護(hù)環(huán)（GR）。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，特別涉及具備MIM電容器的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在數(shù)字照相機(jī)等中，為了處理在固體攝像元件等中受光的圖像的模擬信號(hào)，應(yīng)用了具備模擬前端(AFE:Analog Front End)電路的半導(dǎo)體裝置。在該模擬前端電路中，為了將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，形成有平行平板型的MIM (Metal Insulator Metal)電容器。
[0003]在平行平板型的MM電容器中，在平板狀的下部電極上介有電介體膜，而形成有多個(gè)平板狀的上部電極。以包圍該各個(gè)上部電極的周?chē)臉邮剑谙嗷ハ噜彽囊粋€(gè)上部電極與其他上部電極之間配置有保護(hù)環(huán)。
[0004]作為公開(kāi)了具備這樣的MIM電容器的半導(dǎo)體裝置的文獻(xiàn)的例子，有專利文獻(xiàn)I以及專利文獻(xiàn)2。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006-228803號(hào)公報(bào)
[0006]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2010-93171號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]但是，在以往的半導(dǎo)體裝置中，有以下那樣的問(wèn)題。如上述那樣，在以往的半導(dǎo)體裝置中，以包圍構(gòu)成MIM電容器的各個(gè)上部電極的周?chē)姆绞?，配置有保護(hù)環(huán)。因此，存在起因于MIM電容器的電位與保護(hù)環(huán)的電位的高低差，而產(chǎn)生泄漏電流這樣的問(wèn)題。
[0008]另外，在具備模擬前端電路的半導(dǎo)體裝置中，處理模擬信號(hào)的模擬部在半導(dǎo)體裝置(芯片沖所占的面積比較大，而且MM電容器在這樣的模擬部中占有比較大的面積，所以成為阻礙半導(dǎo)體裝置的小型化的主要原因之一。
[0009]本發(fā)明是其開(kāi)發(fā)的一環(huán)，其目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)泄漏電流的降低和MIM電容器的占有面積的削減的半導(dǎo)體裝置。
[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置具備具有主表面的半導(dǎo)體基板、以及多個(gè)MIM電容器和保護(hù)環(huán)。多個(gè)MM電容器配置于半導(dǎo)體基板的主表面?zhèn)鹊囊?guī)定的區(qū)域中，分別包括下部電極、電介體膜以及上部電極。保護(hù)環(huán)被配置成包圍多個(gè)MIM電容器的整體。在多個(gè)MIM電容器中，在一個(gè)MIM電容器與其他MM電容器之間，不介有保護(hù)環(huán)，隔開(kāi)規(guī)定的間隔配置相互相鄰的一個(gè)MM電容器和其他MM電容器，在所配置多個(gè)MM電容器中的、位于最外側(cè)的MIM電容器的外側(cè)，隔開(kāi)與規(guī)定的間隔相同的間隔而配置有保護(hù)環(huán)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏電流的降低和MIM電容器的占有面積的削減。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是作為應(yīng)用本發(fā)明的實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的一個(gè)例子，示出數(shù)字照相機(jī)的結(jié)構(gòu)的一部分的部分框圖。
[0013]圖2是在該實(shí)施方式中，示出應(yīng)用了 MIM電容器的半導(dǎo)體裝置的布局的一部分的部分平面圖。
[0014]圖3是在該實(shí)施方式中，示出圖2所示的虛線框A內(nèi)的MIM電容器的部分放大平面圖。
[0015]圖4是在該實(shí)施方式中，示意地示出MM電容器的基本構(gòu)造的部分剖面立體圖。
[0016]圖5是在該實(shí)施方式中，與圖4所示的剖面線V-V對(duì)應(yīng)的剖面線中的剖面圖。
[0017]圖6是在該實(shí)施方式中，示出下部電極的平面圖案的部分平面圖。
[0018]圖7是在該實(shí)施方式中，示出上部電極的平面圖案的部分平面圖。
[0019]圖8是在該實(shí)施方式中，示出金屬膜的平面圖案的部分平面圖。
[0020]圖9是在該實(shí)施方式中，示出半導(dǎo)體裝置的制造方法的一個(gè)工序的剖面圖。
[0021]圖10是在該實(shí)施方式中，示出在圖9所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0022]圖11是在該實(shí)施方式中，示出在圖10所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0023]圖12是在該實(shí)施方式中，示出在圖11所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0024]圖13是在該實(shí)施方式中，示出在圖12所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0025]圖14是在該實(shí)施方式中，示出在圖13所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0026]圖15是在該實(shí)施方式中，示出在圖14所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0027]圖16是在該實(shí)施方式中，示出在圖15所示的工序之后進(jìn)行的工序的剖面圖。
[0028]圖17是比較例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
[0029]圖18是示出比較例的半導(dǎo)體裝置的MM電容器的上部電極的平面圖。
[0030]圖19是示出比較例的半導(dǎo)體裝置的MM電容器的下部電極的平面圖。
[0031]圖20是示出比較例的半導(dǎo)體裝置的金屬膜的平面圖。
[0032]圖21是在該實(shí)施方式中，作為泄漏電流的評(píng)價(jià)結(jié)果，示出泄漏電流與累積度數(shù)的關(guān)系的圖形。
[0033]圖22是示意地示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置中的MM電容器的基本構(gòu)造的部分剖面立體圖。
[0034]圖23是在該實(shí)施方式中，與圖22所示的剖面線XXII1-XXIII對(duì)應(yīng)的剖面線中的剖面圖。
[0035]圖24是在該實(shí)施方式中，示出下部電極的平面圖案的部分平面圖。
[0036]圖25是在該實(shí)施方式中，示出上部電極的平面圖案的部分平面圖。
[0037]圖26是在該實(shí)施方式中，示出金屬膜的平面圖案的部分平面圖。
[0038]圖27是在各實(shí)施方式中，示出第I變形例的半導(dǎo)體裝置的MIM電容器的平面圖案的平面圖。
[0039]圖28是在各實(shí)施方式中，示出第2變形例的半導(dǎo)體裝置的MM電容器的平面圖案的平面圖。
[0040]圖29是在各實(shí)施方式中，示出第2變形例的半導(dǎo)體裝置的下部電極的平面圖。
[0041]圖30是在各實(shí)施方式中，示出第2變形例的半導(dǎo)體裝置的金屬膜的平面圖。
[0042]圖31是在各實(shí)施方式中，示出第3變形例的半導(dǎo)體裝置的MIM電容器的平面圖案的平面圖。[0043](符號(hào)說(shuō)明)
[0044]SUB:半導(dǎo)體基板；IL1:層間絕緣膜；M3:金屬膜；ME3:金屬膜；TN1:氮化鈦膜；ACl:鋁合金膜；T1:鈦膜；TN2:氮化鈦膜；LEL:下部電極；DEC:電介體膜；UEL:上部電極；UTN:氮化鈦膜；GR:保護(hù)環(huán)；IL2:層間絕緣膜；VHU:通路孔；VHG:通路孔；VHL:通路孔；VU:通孔；VG:通孔；VL:通孔；M4:金屬膜；ME4:金屬膜；MG4:外周金屬膜；S0H:絕緣膜；PAP:鈍化膜；MCA:MIM電容器；DC:數(shù)字照相機(jī)；LEZ:透鏡；RL:攝像元件；AFE:模擬前端電路；ISP:成像傳感器處理器；SD:半導(dǎo)體裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0045]實(shí)施方式I
[0046]說(shuō)明具備本發(fā)明的實(shí)施方式I的MIM電容器的半導(dǎo)體裝置。首先，作為應(yīng)用本半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備的一個(gè)例子，簡(jiǎn)單說(shuō)明數(shù)字照相機(jī)。
[0047]如圖1所示,在數(shù)字照相機(jī)DC中,例如,通過(guò)CO) (Charge Coupled Device)等攝像元件RL對(duì)由透鏡LEZ聚光了的被攝體的光進(jìn)行受光，針對(duì)每個(gè)像素，作為模擬信號(hào)，變換為規(guī)定的電信號(hào)。將變換了的電信號(hào)作為圖像信息輸入到模擬前端電路AFE，變換為數(shù)字信號(hào)。
[0048]將變換為數(shù)字信號(hào)的圖像信息輸入到成像傳感器處理器ISP，實(shí)施規(guī)定的圖像處理，例如，進(jìn)行記錄到指定的記錄介質(zhì)中等處理，并且，顯示于顯示器(未圖示)中。另外，在數(shù)字照相機(jī)DC中，設(shè)置有使數(shù)字照相機(jī)DC動(dòng)作的電源電路、控制使透鏡等驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)的電路、控制使閃光燈發(fā)光的電路等(都未圖示)。
[0049]具備MIM電容器的半導(dǎo)體裝置特別應(yīng)用于模擬前端電路AFE。圖2示出具備MIM電容器MCA的半導(dǎo)體裝置SD的平面布局的一部分，圖3示出MIMI電容器MCA的一部分和其周邊的部分放大平面圖。如圖2以及圖3所示，MIM電容器MCA被用于例如16比特的模擬數(shù)字變換電路部中。在模擬數(shù)字變換電路部中，MIM電容器MCA所占的面積的比例比較聞。
[0050]接下來(lái)，說(shuō)明這樣的MIM電容器的構(gòu)造。此處，作為多層布線構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置中使用的MIM電容器，例如，以配置于第3層的金屬布線與第4層的金屬布線之間的、平行平板型的MIM電容器為一個(gè)例子而進(jìn)行說(shuō)明。
[0051]如圖4以及圖5所示，在該半導(dǎo)體裝置SD中，由與成為第3層的金屬布線的金屬膜M3相同的層構(gòu)成的金屬膜ME3成為平板狀的下部電極LEL。在該下部電極LEL上介有電介體膜DEC，而形成有平板狀的上部電極UEL。由下部電極LEL、電介體膜DEC以及上部電極UEL構(gòu)成MIM電容器MCA。以覆蓋該MIM電容器MCA的方式形成了層間絕緣膜IL2，在該層間絕緣膜IL2上形成有由與成為第4層的金屬布線的金屬膜M4相同的層構(gòu)成的金屬膜ME4。
[0052]進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明MM電容器MCA的構(gòu)造。圖6示出下部電極LEL的平面圖案。下部電極LEL被配置成相對(duì)后述上部電極UEL的多個(gè)圖案，通過(guò)一個(gè)圖案相對(duì)。在成為下部電極LEL的金屬膜ME3中，首先，形成了膜厚約20nm的氮化鈦膜TNl。以與該氮化鈦膜TNl的表面相接的方式，形成有膜厚約300nm的包含鋁和銅的鋁合金膜ACl。以與該鋁合金膜ACl的表面相接的方式，形成有膜厚約2.5nm的鈦膜Tl。以與該鈦膜Tl的表面相接的方式，形成有膜厚約60nm的氮化鈦膜TN2。另外，在圖5中，為了簡(jiǎn)化，用一個(gè)層(膜)表示鈦膜Tl和氮化鈦膜TN2。
[0053]以與該氮化鈦膜TN2的表面相接的方式，形成有電介體膜DEC。電介體膜DEC例如由膜厚約50nm的等離子體氮化膜形成。電介體膜DEC的平面圖案被形成為與下部電極ELE的平面圖案相同的圖案。
[0054]以與該電介體膜DEC的表面相接的方式，形成有上部電極UEL。上部電極UEL由例如膜厚約50nm的氮化鈦膜形成。圖7示出上部電極UEL的平面圖案。如圖7所示，以與下部電極LEL相對(duì)的方式，矩陣狀(陣列狀)地配置了按照正方形構(gòu)圖的多個(gè)上部電極UEL。一個(gè)上部電極UEL的一邊的長(zhǎng)度成為例如10 μ m，由一個(gè)上部電極UEL、和與該上部電極UEL相對(duì)的下部電極LEL的部分，構(gòu)成電容約0.14pF的電容器。關(guān)于正方形形狀的上部電極UEL，在設(shè)計(jì)電路上，以成為必要的電容的方式，配置了規(guī)定個(gè)數(shù)。
[0055]另外，MM電容器MCA的平面圖案相當(dāng)于該上部電極UEL的平面圖案。上部電極UEL的平面圖案為正方形是指:并非意圖幾何學(xué)(數(shù)學(xué))上的正方形，而包含制造上的誤差。另外，作為上部電極UEL，除了氮化鈦膜以外，例如，也可以與金屬層ME3同樣地是鋁合金膜
坐寸ο
[0056]在位于最外周的上部電極UEL的外側(cè)，以包圍矩陣狀地配置的上部電極UEL的方式，配置有保護(hù)環(huán)GR。保護(hù)環(huán)GR由使用與上部電極UEL相同的層所構(gòu)成的氮化鈦膜形成。在一個(gè)上部電極UEL與其他上部電極UEL之間不介有保護(hù)環(huán)，都隔開(kāi)相同的間隔Dl (例如，約1.6 μ m程度)而配置有相互相鄰的一個(gè)上部電極UEL和其他上部電極UEL。另外，隔開(kāi)與間隔Dl相同的間隔而配置有位于最外周的上部電極UEL和位于其外側(cè)的保護(hù)環(huán)GR。即，包括位于最外周的上部電極UEL,多個(gè)上部電極UEL的各個(gè)被設(shè)定為與相鄰的圖案(上電極UEL或者保護(hù)環(huán)GR)都相同的間隔D1。
[0057]如圖5所示，以覆蓋該MIM電容器MCA的方式，形成有層間絕緣膜IL2。以與層間絕緣膜IL2的表面相接的方式，形成有由與成為第4層的金屬布線的金屬膜M4相同的層構(gòu)成的金屬膜ME4。在金屬膜ME4中，首先，形成有膜厚約50nm的氮化鈦膜TNl。以與該氮化鈦膜TNl的表面相接的方式，形成有膜厚約IOOOnm的包含鋁和銅的鋁合金膜ACl。以與該鋁合金膜ACl的表面相接的方式，形成有膜厚約5nm的鈦膜Tl。以與該鈦膜Tl的表面相接的方式，形成有膜厚約20nm的氮化鈦膜TN2。另外，在圖5中，為了簡(jiǎn)化，用一個(gè)層(膜)表示鈦膜Tl和氮化鈦膜TN2。
[0058]圖8示出金屬膜ME4的平面圖案。如圖8所示，大致正方形地構(gòu)圖的多個(gè)金屬膜ME4被配置成與MM電容器MCA (參照?qǐng)D4)的多個(gè)上部電極UEL的各個(gè)相對(duì)。各個(gè)金屬膜ME4在各個(gè)邊的中央部分中與相鄰的金屬膜ME4電連接。在位于最外周的金屬膜ME4的外偵牝以包圍多個(gè)金屬膜ME4的方式，形成有由與成為第4層的金屬布線的金屬膜M4相同的層構(gòu)成的外周金屬膜MG4。外周金屬膜MG4和金屬膜ME4電氣地分離。
[0059]如圖5所示，在層間絕緣膜IL2中，形成有達(dá)到上部電極UEL的通路孔VHU，并在該通路孔VHU內(nèi)形成有通孔VU。相互相對(duì)的上部電極UEL和金屬膜ME4經(jīng)由通孔VU電連接，經(jīng)由金屬膜ME4，多個(gè)MM電容器MCA并聯(lián)地連接，構(gòu)成期望的電容的MM電容器MCA。
[0060]另外，在層間絕緣膜IL2中，形成有達(dá)到保護(hù)環(huán)GR的通路孔VHG，在該通路孔VHG內(nèi)形成有通孔VG。保護(hù)環(huán)GR經(jīng)由通孔VG與外周金屬膜MG4電連接。進(jìn)而，在層間絕緣膜IL2中，形成有達(dá)到下部電極LEL的通路孔VHL，在該通路孔VHL內(nèi)形成有通孔VL。下部電極LEL經(jīng)由通孔VL與外周金屬膜MG4電連接。在保護(hù)環(huán)GR上經(jīng)由外周金屬膜MG4，固定為規(guī)定的電位，從而來(lái)自外部的噪聲被降低。
[0061]以覆蓋金屬膜ME4以及外周金屬膜MG4的方式，例如，形成有氧化硅膜等絕緣膜S0H。以與該絕緣膜SOH的表面相接的方式，例如，形成有氮化硅膜等鈍化膜PAP。具備MM電容器MCA的半導(dǎo)體裝置的主要部分如上所述構(gòu)成。
[0062]接下來(lái)，說(shuō)明具備上述MM電容器的半導(dǎo)體裝置的制造方法。首先，在半導(dǎo)體基板的主表面中的規(guī)定的元件形成區(qū)域中，形成晶體管等規(guī)定的半導(dǎo)體元件。以覆蓋半導(dǎo)體元件的方式形成層間絕緣膜，在該層間絕緣膜上形成金屬布線。這樣，在形成了覆蓋第2層的金屬布線的第3層的層間絕緣膜之后，如圖9所示，以與該層間絕緣膜ILl的表面相接的方式，形成成為第3層的金屬布線的金屬膜M3。作為金屬膜M3,依次形成氮化鈦膜TNl (膜厚約20nm)、鋁合金膜ACl (膜厚約300nm)、鈦膜Tl (膜厚約2.5nm)以及氮化鈦膜TN2 (膜厚約 60nm)。
[0063]接下來(lái)，如圖10所示，以與金屬膜M3的表面相接的方式，例如，通過(guò)等離子體CVD法等，利用等離子體氮化膜形成電介體膜DEC (膜厚約50nm)。以與該電介體膜DEC的表面相接的方式，形成成為上部電極的氮化鈦膜UTN (膜厚約50nm)。接下來(lái)，通過(guò)實(shí)施規(guī)定的照相制版處理，針對(duì)氮化鈦膜UTN，形成用于對(duì)MM電容器的上部電極和保護(hù)環(huán)進(jìn)行構(gòu)圖的抗蝕圖案(未圖示)。接下來(lái)，以該抗蝕圖案為掩模，對(duì)氮化鈦膜UTN實(shí)施蝕刻。之后，抗蝕圖案被去除。這樣，如圖11所示，形成上部電極UEL和保護(hù)環(huán)GR。
[0064]此時(shí)，如上述那樣，多個(gè)上部電極UEL的各個(gè)被設(shè)定為與相鄰的圖案(上電極UEL或者保護(hù)環(huán)GR)全部相同的間隔D1，從而形成剖面形狀成為錐形形狀那樣的上部電極UEL被抑制。由此，多個(gè)上部電極UEL各自的剖面形狀成為期望的剖面形狀，作為MM電容器的電容的偏差被抑制。
[0065]接下來(lái)，以覆蓋金屬膜M3等的方式，作為反射防止膜(BARL:Bottom AntiReflective Layer),形成膜厚約50nm的氮氧化娃膜(未圖示)。接下來(lái),通過(guò)實(shí)施規(guī)定的照相制版處理，針對(duì)金屬膜M3形成用于對(duì)下部電極進(jìn)行構(gòu)圖的抗蝕圖案(未圖示)。接下來(lái)，將該抗蝕圖案作為掩模，對(duì)金屬膜M3實(shí)施蝕刻。之后，抗蝕圖案被去除。這樣，如圖12所示，形成下部電極LEL。由一個(gè)上部電極UEL、以及分別位于該上部電極UEL的正下的電介體膜DEC的部分和下部電極LEL的部分，形成一個(gè)MIM電容器MCA。
[0066]接下來(lái)，如圖13所示，以覆蓋MIM電容器MCA的方式，形成第4層的層間絕緣膜IL2。通過(guò)實(shí)施規(guī)定的照相制版處理，在層間絕緣膜IL2中形成用于形成通孔的抗蝕圖案(未圖示)。通過(guò)將該抗蝕圖案作為掩模，對(duì)層間絕緣膜IL2實(shí)施蝕刻，分別形成達(dá)到上部電極UEL的通路孔VHU、達(dá)到保護(hù)環(huán)GR的通路孔VG以及達(dá)到下部電極LEL的通路孔VHL (參照?qǐng)D14)。
[0067]以填充通路孔VHU、VHG、VHL的方式，在層間絕緣膜IL2的表面上，形成例如鈦膜、氮化鈦膜以及鎢膜(都未圖示)。接下來(lái)，通過(guò)實(shí)施化學(xué)性的機(jī)械研磨處理(CMP =ChemicalMechanical Polishing),使位于通路孔VHU、VHG> VHL內(nèi)的鶴膜等部分殘留,位于層間絕緣膜IL2的上表面上的鎢膜等部分被去除。
[0068]這樣，如圖14所示，在通路孔VHU內(nèi)，形成與上部電極UEL電連接的通孔VU。在通路孔VHG內(nèi)，形成與保護(hù)環(huán)GR電連接的通孔VG。在通路孔VHL內(nèi)，形成與下部電極LEL電連接的通孔VL。
[0069]接下來(lái)，如圖15所示，以與層間絕緣膜IL2的表面相接的方式，形成成為第4層的金屬布線的金屬膜M4。作為金屬膜M4，依次形成氮化鈦膜TNl (膜厚約20nm)、鋁合金膜ACl (膜厚約300nm)、鈦膜Tl (膜厚約2.5nm)以及氮化鈦膜TN2 (膜厚約60nm)。
[0070]接下來(lái)，以覆蓋金屬膜M4等的方式,作為BARL,形成膜厚約50nm的氮氧化娃膜(未圖示)。接下來(lái)，通過(guò)實(shí)施規(guī)定的照相制版處理，針對(duì)金屬膜M4，形成用于針對(duì)對(duì)MM電容器MCA或者保護(hù)環(huán)GR等進(jìn)行電連接的金屬膜進(jìn)行構(gòu)圖的抗蝕圖案(未圖示)。接下來(lái)，將該抗蝕圖案作為掩模，對(duì)金屬膜M4實(shí)施蝕刻。之后，該抗蝕圖案被去除。
[0071]這樣，如圖16所示，形成與MM電容器MCA的上部電極UEL經(jīng)由通孔VU電連接的金屬膜ME4。另外，形成與保護(hù)環(huán)GR經(jīng)由通孔VG電連接的外周金屬膜MG4。另外，外周金屬膜MG4經(jīng)由通孔VL與MM電容器MCA的下部電極LEL電連接。
[0072]接下來(lái)，例如，通過(guò)高密度等離子體法，以覆蓋金屬膜ME4以及外周金屬膜MG4的方式，形成氧化硅膜等絕緣膜SOH (參照?qǐng)D4)。接下來(lái)，以覆蓋該絕緣膜的方式，形成氮化硅膜等鈍化膜PAP (參照?qǐng)D4)。這樣，如圖4所示，形成具備MM電容器的半導(dǎo)體裝置的主要部分。
[0073]在上述半導(dǎo)體裝置中，通過(guò)以包圍多個(gè)上部電極UEL的方式，僅在位于最外周的上部電極UEL的外側(cè)配置保護(hù)環(huán)GR，相比于以包圍各個(gè)上部電極UEL的方式配置了保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體裝置(比較例)的情況，能夠降低泄漏電流，并且能夠削減MM電容器的占有面積。就此情況進(jìn)行說(shuō)明。
[0074]如圖17所示，在比較例的半導(dǎo)體裝置中，在下部電極CLEL上介有電介體膜⑶EC而形成有上部電極CUEL。由下部電極CLEL、電介體膜⑶EC以及上部電極CUEL構(gòu)成MM電容器CMCA。以覆蓋該MIM電容器CMCA的方式形成有層間絕緣膜CIL2，在該層間絕緣膜CIL2上形成了金屬膜CME4。圖18示出該上部電極CUEL的平面圖案，圖19示出下部電極CLEL的平面圖案。另外，圖20示出金屬膜CME4的平面圖案。
[0075]如圖18所示，在該MM電容器CMCA的上部電極CUEL中，以包圍矩陣狀地配置的正方形的多個(gè)上部電極CUEL的各個(gè)的方式，配置有保護(hù)環(huán)CGR。圖19所示的下部電極CLEL被配置成針對(duì)該上部電極CUEL和保護(hù)環(huán)CGR的圖案，通過(guò)一個(gè)圖案相對(duì)。圖20所示的上層金屬膜CME4被配置成與MM電容器CMCA上部電極CUEL的各個(gè)相對(duì)，并且，外周金屬膜CMG4被配置成與保護(hù)環(huán)CGR相對(duì)。
[0076]為了抑制來(lái)自外部的噪聲，保護(hù)環(huán)CGR被固定為一定的電位。如果在保護(hù)環(huán)CGR的電位和MIM電容器CMCA的電位中有電位差，則產(chǎn)生泄漏電流。例如，在保護(hù)環(huán)CGR被固定為接地電位，MIM電容器CMCA的電位高于接地電位的情況下，從MIM電容器CMCA向保護(hù)環(huán)CGR產(chǎn)生泄漏電流。
[0077]在比較例的MM電容器CMCA中，以包圍多個(gè)上部電極CUEL的各個(gè)的方式，配置有保護(hù)環(huán)CGR，所以例如，設(shè)想易于從MIM電容器CMCA向保護(hù)環(huán)CGR泄漏電流(線成分泄漏電流)這樣的問(wèn)題。另外，由于配置有這樣的保護(hù)環(huán)CGR，所以設(shè)想無(wú)法容易地削減MIM電容器CMCA的占有面積這樣的問(wèn)題。
[0078]相對(duì)比較例的半導(dǎo)體裝置，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，保護(hù)環(huán)GR未被配置成包圍各個(gè)上部電極UEL，而以包圍多個(gè)上部電極UEL的方式，僅配置于在位于最外周的上部電極UEL的外側(cè)。
[0079]由此，保護(hù)環(huán)GR的總延長(zhǎng)相比于比較例的半導(dǎo)體裝置的情況大幅變短。即，作為保護(hù)環(huán)GR，線成分被降低。其結(jié)果，能夠大幅降低從MIM電容器向保護(hù)環(huán)GR的泄漏電流等MIM電容器與保護(hù)環(huán)GR之間的泄漏電流，能夠確保經(jīng)時(shí)絕緣膜破壞(TDDB =Time DependentDielectric Breakdown)等可靠性。
[0080]另外，由于未以包圍各個(gè)上部電極UEL的方式配置保護(hù)環(huán)，相應(yīng)地，能夠縮短各個(gè)上部電極UEL之間的距離。其結(jié)果，能夠削減MM電容器MCA的占有面積。
[0081 ] 進(jìn)而，關(guān)于位于最外周的上部電極UEL，在其外側(cè)，配置有保護(hù)環(huán)GR。而且，該保護(hù)環(huán)GR與位于最外周的上部電極UEL的間隔位于內(nèi)部且被設(shè)定為與相互相鄰的上部電極UEL之間的間隔相同的間隔。
[0082]由此，在通過(guò)規(guī)定的照相制版處理以及蝕刻處理構(gòu)成上部電極時(shí)，位于最外周的上部電極的精加工剖面形狀成為錐形形狀被抑制，通過(guò)位于最外周的上部電極UEL、和位于內(nèi)部的上部電極UEL，形成期望尺寸的上部電極。其結(jié)果，作為MM電容器MCA的電容的偏差被抑制，得到高精度的M頂電容器。
[0083]此處，說(shuō)明由
【發(fā)明者】完成的MIM電容器的泄漏電流的評(píng)價(jià)。圖21是示出橫軸為泄漏電流、縱軸為累積度數(shù)的泄漏電流的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖形。在圖21中，圖形SI是上述實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的評(píng)價(jià)結(jié)果，圖形S2是上述比較例的半導(dǎo)體裝置的評(píng)價(jià)結(jié)果。圖形S3是作為其他比較例，以包圍各個(gè)上部電極UEL的方式配置有保護(hù)環(huán)，進(jìn)而與該上部電極的圖案對(duì)應(yīng)地對(duì)電介體膜進(jìn)行了構(gòu)圖的半導(dǎo)體裝置的評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0084]在比較圖形SI和圖形S2時(shí)，判明了在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置(圖形SI)中，按照內(nèi)部的保護(hù)環(huán)所致的線成分消除的量，相比于比較例的半導(dǎo)體裝置(圖形S2)，泄漏電流減少為約三分之一。另外，在比較圖形SI和圖形S3時(shí)，判明了在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置(圖形SI)中，相比于對(duì)電介體膜進(jìn)行了構(gòu)圖的其他比較例的半導(dǎo)體裝置(圖形S3)，泄漏電流減少約一個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)而，判明了在其他比較例的半導(dǎo)體裝置(圖形S3)中，不滿足作為目標(biāo)的規(guī)格。這樣，證實(shí)了在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，相比于比較例或者其他比較例的半導(dǎo)體裝置的情況，能夠大幅降低M頂電容器的泄漏電流。
[0085]實(shí)施方式2
[0086]在上述半導(dǎo)體裝置中，以作為一個(gè)MM電容器的上部電極，具備一邊的長(zhǎng)度為約10 μ m的正方形的上部電極的MM電容器為例子進(jìn)行了說(shuō)明。該情況的一個(gè)MM電容器的電容成為例如0.14pF。根據(jù)應(yīng)用半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備，有時(shí)要求電容更大的例子。
[0087]此處，以作為該一個(gè)MM電容器的電容的10倍的電容(1.4pF)的MM電容器，具備一邊的長(zhǎng)度為約32 μ m的正方形的上部電極的MM電容器為例子進(jìn)行了說(shuō)明。
[0088]如圖22以及圖23所示，由金屬膜ME3形成了下部電極LEL。在該下部電極LEL上介有電介體膜DEC而形成了上部電極UEL以及保護(hù)環(huán)GR。由下部電極LEL、電介體膜DEC以及上部電極UEL構(gòu)成MM電容器MCA。以覆蓋該MM電容器MCA的方式形成有層間絕緣膜IL2，在該層間絕緣膜IL2上形成了金屬膜ME4以及外周金屬膜MG4。圖24示出下部電極LEL的平面圖案。圖25示出上部電極UEL以及保護(hù)環(huán)GR的平面圖案。圖26示出金屬膜ME4以及外周金屬膜的平面圖案。[0089]在本半導(dǎo)體裝置中，除了與上部電極UEL的尺寸(一邊的長(zhǎng)度=32 μ m)對(duì)應(yīng)地，對(duì)金屬膜ME4以及外周金屬膜進(jìn)行了構(gòu)圖的點(diǎn)以外，基本的構(gòu)造與上述半導(dǎo)體裝置(參照?qǐng)D4以及圖5)的構(gòu)造相同，并且，其制造方法也與上述半導(dǎo)體裝置的制造方法(參照?qǐng)D9?圖16)實(shí)質(zhì)上相同。因此，對(duì)與上述半導(dǎo)體裝置相同的部件附加同一符號(hào)，不反復(fù)其說(shuō)明。
[0090]在上述半導(dǎo)體裝置中，以包圍多個(gè)上部電極UEL的方式，僅在位于最外周的上部電極UEL的外側(cè)，配置有保護(hù)環(huán)GR。由此，如實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的說(shuō)明，相比于以包圍各個(gè)上部電極UEL的方式配置有保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體裝置(比較例)的情況，能夠降低泄漏電流，并且能夠削減MM電容器的占有面積。
[0091]另外，如果MM電容器MCA的電容(上部電極與下部電極的相對(duì)面積)相同，則在一個(gè)MIM電容器的電容大時(shí)，能夠縮短保護(hù)環(huán)GR的距離，能夠?qū)π孤╇娏?線成分)的降低作出貢獻(xiàn)。另外，在實(shí)施方式2中，以具有在實(shí)施方式I中說(shuō)明的一個(gè)MIM電容器的電容(0.14pF)的10倍的電容(1.4pF)的MIM電容器為例子，進(jìn)而，為了得到具有該電容的100倍的電容(14pF)的MIM電容器，使一個(gè)MIM電容器的一邊的長(zhǎng)度成為約IOOym的正方形的上部電極即可。
[0092]但在MIM電容器中，一個(gè)MIM電容器的面積越大，在形成通孔的層間絕緣膜中越要求平坦性。如上述那樣，通過(guò)對(duì)以填充通路孔的方式在層間絕緣膜的表面上形成的鎢膜等實(shí)施化學(xué)的機(jī)械研磨處理，來(lái)形成通孔。因此，在層間絕緣膜的平坦化中，要求利用化學(xué)的機(jī)械研磨處理的平坦性。
[0093]如果一個(gè)MM電容器的面積變大，而利用化學(xué)的機(jī)械研磨處理的平坦性劣化,則在層間絕緣膜上形成金屬布線等時(shí)的照相制版處理中，需要分辨率余量(焦深)。因此，為了增大一個(gè)MM電容器的面積，有制造工藝上的界限，在制造工藝上，優(yōu)選為上部電極的一邊的尺寸為5 μ m?1000 μ m程度的MM電容器。
[0094]另外，作為在一個(gè)半導(dǎo)體裝置(半導(dǎo)體芯片)中形成的MM電容器，例如，也可以在某個(gè)電路模塊中，形成上部電極的尺寸為10 μ mX 10 μ m的MM電容器，在其他電路模塊中，形成上部電極的尺寸為ΙΟΟμπιΧΙΟΟμπι的MM電容器，也可以在一個(gè)半導(dǎo)體裝置中，針對(duì)每個(gè)電路，如果滿足必要的規(guī)格(泄漏電流、電路模塊面積等)，則尺寸不同的MIM電容器(上部電極)混合存在。
[0095](關(guān)于MIM電容器的平面圖案和配置圖案)
[0096]在上述各實(shí)施方式中，作為一個(gè)MM電容器的上部電極的平面圖案(MM電容器的平面圖案)，以正方形的上部電極為例子進(jìn)行了說(shuō)明。在配置多個(gè)上部電極的MM電容器MCA中，在位于最外周的MIM電容器MCA的外側(cè)，以包圍多個(gè)MIM電容器MCA的整體的方式配置保護(hù)環(huán)GR (參照?qǐng)D7以及圖25等)。根據(jù)抑制MIM電容器MCA與保護(hù)環(huán)GR的電位差所引起的泄漏電流(線成分)的觀點(diǎn)，優(yōu)選保護(hù)環(huán)GR的長(zhǎng)度短。
[0097]因此，在使上部電極的平面圖案成為正方形的MM電容器中，優(yōu)選如圖27所示，例如，以使行數(shù)和列數(shù)相同的方式，矩陣狀(或者陣列狀)地配置上部電極UEL。通過(guò)使所配置的多個(gè)上部電極UEL的整體的平面圖案(輪廓的圖案)實(shí)質(zhì)上成為正方形，能夠使包圍該多個(gè)上部電極UEL的保護(hù)環(huán)GR的長(zhǎng)度成為最短。
[0098]另一方面，在一個(gè)MM電容器的上部電極的平面圖案是長(zhǎng)方形的情況下，優(yōu)選以使所配置的多個(gè)上部電極的整體的平面圖案接近正方形的方式配置。在該情況下，如圖28所示，通過(guò)以使使長(zhǎng)邊側(cè)彼此相對(duì)地配置的MIM電容器的數(shù)量多于使短邊側(cè)彼此相對(duì)地配置的MM電容器的數(shù)量的方式配置，能夠使多個(gè)上部電極UEL的整體的平面圖案接近正方形。通過(guò)使整體的平面圖案接近正方形，能夠進(jìn)一步縮短保護(hù)環(huán)GR的長(zhǎng)度。
[0099]圖29示出該MM電容器的情況的下部電極LEL的平面圖案，圖30示出金屬膜ME4以及外周金屬膜MG4的平面圖案。圖29所不的下部電極LEL被配置成相對(duì)多個(gè)上部電極UEL，通過(guò)一個(gè)圖案相對(duì)。另外，圖30所示的金屬膜ME4被配置成與多個(gè)上部電極UEL的各個(gè)相對(duì)，外周金屬膜MG4被配置成與保護(hù)環(huán)GR相對(duì)。
[0100]另外，關(guān)于下部電極的整體的平面圖案，除了正方形或者長(zhǎng)方形以外，例如，也可以如圖31所示，是環(huán)狀(或者環(huán)形板型)的平面圖案。在該情況下，為了確保上部電極的構(gòu)圖的精度，在上部電極UEL的內(nèi)側(cè)，也配置保護(hù)環(huán)GR。通過(guò)使整體的平面圖案成為環(huán)狀，相比于一列地配置上部電極UEL的情況，能夠稍微縮短保護(hù)環(huán)的長(zhǎng)度，能夠?qū)π孤╇娏鞯慕档妥鞒鲐暙I(xiàn)。
[0101]另外，在上述半導(dǎo)體裝置中，以將MM電容器配置于第3層的金屬布線與第4層的金屬布線之間的情況為例子進(jìn)行了說(shuō)明，但作為配置MIM電容器的位置，不限于第3層的金屬布線與第4層的金屬布線之間。例如，在形成第5層的金屬布線的半導(dǎo)體裝置中，也可以在第5層的金屬布線、與其下一層的第4層的金屬布線之間配置NIN電容器。另外，在形成第6層的金屬布線的半導(dǎo)體裝置中，也可以在第6層的金屬布線、與其下一層的第5層的金屬布線之間配置MIM電容器。根據(jù)MIM電容器的形成難易度，期望配置于最上層的金屬布線、與比該最上層下I層的金屬布線之間。
[0102]另外，也可以在形成成為下部電極的一部分的鋁合金膜ACl時(shí)，通過(guò)在規(guī)定的溫度下保持形成了鋁合金膜的半導(dǎo)體基板，使鋁合金膜ACl回流。通過(guò)使鋁合金膜ACl回流，鋁合金膜ACl的表面被平坦化，能夠抑制形成各個(gè)MM電容器MCA的各規(guī)定的膜的膜厚的偏差、甚至MIM電容器MCA的電容的偏差。
[0103]作為應(yīng)用了具備MM電容器的半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備，以數(shù)字照相機(jī)為例子進(jìn)行了說(shuō)明，但作為應(yīng)用本半導(dǎo)體裝置的電子設(shè)備，不限于數(shù)字照相機(jī)，也可以是其他電子設(shè)備。
[0104]產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0105]本發(fā)明適用于具備MIM電容器的半導(dǎo)體裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括: 半導(dǎo)體基板，具有主表面； 多個(gè)MIM電容器MCA，配置于所述半導(dǎo)體基板的所述主表面?zhèn)鹊囊?guī)定的區(qū)域中，分別包括下部電極LEL、電介體膜DEC以及上部電極UEL ;以及 保護(hù)環(huán)GR，配置成包圍多個(gè)所述MIM電容器MCA的整體， 在多個(gè)所述MIM電容器MCA中，在一個(gè)MIM電容器MCA與其他MIM電容器MCA之間，不介有所述保護(hù)環(huán)GR，隔開(kāi)規(guī)定的間隔Dl配置相互相鄰的所述一個(gè)MIM電容器MCA和所述其他MM電容器MCA， 在所配置的多個(gè)所述MIM電容器MCA中的、位于最外側(cè)的MIM電容器MCA的外側(cè)，隔開(kāi)與所述規(guī)定的間隔Dl相同的間隔配置了所述保護(hù)環(huán)GR。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:多個(gè)所述MIM電容器MCA各自的平面圖案是正方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:正方形的所述MIM電容器MCA的一邊的長(zhǎng)度是5 μ m?1000 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 在多個(gè)所述MIM電容器MCA中， 沿著第I方向配置至少2個(gè)所述MIM電容器MCA， 沿著與所述第I方向交叉的第2方向配置了至少2個(gè)所述MIM電容器MCA。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:在多個(gè)所述MIM電容器MCA中，被配置成沿著第I方向配置的所述MIM電容器MCA的數(shù)量、和沿著與所述第I方向交叉的第2方向配置的所述MIM電容器MCA的數(shù)量成為相同的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 多個(gè)所述MIM電容器MCA各自的平面圖案是長(zhǎng)方形， 在多個(gè)所述MIM電容器MCA中， 被配置成與所述長(zhǎng)方形的短邊對(duì)應(yīng)的側(cè)的彼此之間相對(duì)，并且與所述長(zhǎng)方形的長(zhǎng)邊對(duì)應(yīng)的側(cè)的彼此之間相對(duì)， 被配置成使與所述長(zhǎng)邊對(duì)應(yīng)的側(cè)的彼此之間相對(duì)地配置的所述MM電容器MCA的數(shù)量多于使與所述短邊對(duì)應(yīng)的側(cè)的彼此之間相對(duì)地配置的所述MIM電容器MCA的數(shù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于: 多個(gè)所述MIM電容器MCA被配置成環(huán)狀， 在所配置的多個(gè)所述MIM電容器MCA中的、位于最內(nèi)側(cè)的MIM電容器MCA的內(nèi)側(cè)，隔開(kāi)與所述規(guī)定的間隔Dl相同的間隔配置了所述保護(hù)環(huán)GR。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括: 層間絕緣膜IL2，形成于所述半導(dǎo)體基板上以覆蓋所述MM電容器MCA ;以及金屬膜，以與所述層間絕緣膜IL2的表面相接的方式形成，與多個(gè)所述MIM電容器MCA的所述上部電極UEL的各個(gè)電連接。
【文檔編號(hào)】H01L21/822GK103765574SQ201180073006
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月24日
【發(fā)明者】富田和朗, 山田圭一 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社