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DE19940825A1 - Kondensatorstruktur - Google Patents

Kondensatorstruktur

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Publication number
DE19940825A1
DE19940825A1 DE19940825A DE19940825A DE19940825A1 DE 19940825 A1 DE19940825 A1 DE 19940825A1 DE 19940825 A DE19940825 A DE 19940825A DE 19940825 A DE19940825 A DE 19940825A DE 19940825 A1 DE19940825 A1 DE 19940825A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
capacitor
insulation layer
layer
region
conductive layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19940825A
Other languages
English (en)
Inventor
Reinhard Losehand
Hubert Werthmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE19940825A priority Critical patent/DE19940825A1/de
Priority to PCT/EP2000/008307 priority patent/WO2001017032A1/de
Priority to TW089117191A priority patent/TW475255B/zh
Publication of DE19940825A1 publication Critical patent/DE19940825A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Beschrieben ist eine Kondensatorstruktur mit einem Kondensatorbereich, einem Randbereich und ggf. einem Kontaktbereich, worin im Kondensatorbereich eine erste leitfähige Schicht, eine auf die erste leitfähige Schicht aufgebrachte durchgehend erste Isolationsschicht und eine auf der Isolationsschicht 5 durchgehend aufgebrachte zweite leitfähige Schicht vorhanden ist, worin weiterhin im Kondensatorbereich langgestreckte Vertiefungen eingearbeitet sind, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die zweite Isolationsschicht entweder zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der ersten Isolationsschicht oder zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kondensatorstruktur gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Kondensatorstrukturen aus einem Halbleitermaterial mit zur Vergrößerung der aktiven Kondensatoroberfläche eingeätzten länglichen Vertiefungen, die von einer Oberseite des Halblei­ termaterials ausgehend sich in die Tiefe erstrecken, sind be­ reits bekannt. So beschreibt beispielsweise die Europäische Patentanmeldung EP 0 528 281 und der Artikel Lehmann et al., A new capacitor technologie based on porous silicon, Solid State Technology, November 1995, Seiten 99 und 100, einer Kondensatorstruktur, bei der an einer ersten Oberfläche ei­ ner n-dotierten, einkristallinen Siliziumschicht mittels elektrochemischem Ätzen eine Vielzahl von länglichen Vertie­ fungen oder auch Lochöffnungen hergestellt ist. Die Innenwan­ dungen der Lochöffnungen und die erste Oberfläche der Silizi­ umschicht sind vollständig mit einer dielektrischen Schicht (z. B. bestehend aus SiO2) bedeckt, auf der wiederum eine leitfähige Schicht (z. B. bestehend aus n-dotiertem Polysili­ zium) angeordnet ist. An einer zweiten Oberfläche der Silizi­ umschicht und auf der leitfähigen Schicht befindet sich je­ weils ein elektrischer Anschlußkontakt, wobei die Anschluß­ kontakte beispielsweise aus Aluminium bestehen können.
In der DE 197 13 052 ist eine Kondensatorstruktur mit bei der Fertigung gleichbleibender bzw. sogar erhöhter Durchbruch­ spannung beschrieben. Bei dieser Struktur befindet sich in einer Kondensatorrandzone der Kondensatorstruktur eine zu­ sätzliche isolierende Schicht, die eine sichere Abtrennung bzw. elektrische Isolation zwischen dem Anschlußkontakt des Substrats und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht im Bereich der Kondensatorstruktur ermöglicht. Das heißt, daß zumindest in einem Teil der Kondensatorrandzone, in der ein Randbereich der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht und die Hauptfläche der ersten elektrisch leitfähigen Schicht ne­ beneinander zu liegen kommen, eine isolierende Schicht vor­ handen ist. Durch die isolierende Schicht wird verhindert, daß an der Kondensatorrandzone, in der die dielektrische Schicht neben den beiden elektrisch leitfähigen Schichten of­ fen liegt und herstellungsbedingt dünner ist als innerhalb des Kondensatorgebietes und in der die dicker der dielektri­ schen Schicht innerhalb weniger Mikrometer außerhalb des Kon­ densatorgebietes bis zur Dicke Null abnimmt, Oberflächen­ kriechströme ionischer Art Metallbrücken zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten bilden, die einen Kurzschluß des Kondensators verursachen würden.
Während der Herstellung der gattungsgemäßen Kondensatorstruk­ turen, insbesondere bei der Fertigung von großen Stückzahlen der Kondensatorstrukturen müssen die Anschlußkontakte durch maschinelles Bonding, z. B. Nailhead-Bonding mit äußeren elek­ trischen Anschlüssen verbunden werden. Es hat sich gezeigt, daß die vorstehend beschriebene Kondensatoranordnung während der beim Bonden auftretenden mechanischen Beanspruchungen be­ schädigt werden kann. So kann es in Einzelfällen während des sogenannten Nailhead-Bonden zu Rissen in der Isolations­ schicht kommen, insbesondere dann, wenn im Bereich der Kon­ densatorstruktur (Kondensatorbereich) kontaktiert werden muß. Die zu verhindernden Risse in der Isolationsschicht führen über kurz oder lang zu Kurzschlüssen im Kondensator, wodurch dieser unbrauchbar wird.
Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn zur Kapazi­ tätserhöhung der Kondensatorstruktur eine vergleichsweise dünne dielektrische Schicht aufgebracht wird.
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Kondensatorstruktur gemäß Anspruch 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die bereits in der DE 197 13 052 vorgesehene zusätzliche isolierende Schicht (zweite Isolationsschicht) entweder zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht, welche beispielsweise ein Siliziumsub­ strat ist, und der ersten Isolationsschicht, bei der es sich im allgemeinen um die dielektrische Schicht des Kondensators handelt, angeordnet ist oder das diese zusätzliche zweite Isolationsschicht zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ange­ ordnet ist. Vorzugsweise ist diese zweite Isolationsschicht erheblich dicker, als die erste Isolationsschicht. Vorzugs­ weise erstreckt sich die zweite Isolationsschicht weit über den Randbereich des Kondensators. Ebenfalls bevorzugt ist es, daß sich auch die erste Isolationsschicht über im wesentli­ chen den gesamten Randbereich erstreckt.
Durch die erfindungsgemäße Kondensatorstruktur werden Kurz­ schlüsse im Randbereich, daß heißt im Bereich der offenlie­ genden dünnen dielektrischen Schicht, wirksam vermieden.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, kann es besonders bei ei­ ner dünnen dielektrischen Schicht während der Kontaktierung des Kondensators zu Beschädigungen des Dielektrikums kommen. Im allgemeinen ist zumindest ein Kondensatorkontakt auf der Oberseite des Kondensators angeordnet. Wird dieser Kontakt beispielsweise im Beriech oberhalb der Kondensatorstruktur positioniert, kann die darunterliegende dielektrische Schicht beschädigt werden. Die erfindungsgemäße Schichtfolge ermög­ licht die Herstellung von auf der Oberseite angeordneten Kon­ densatorkontakten auch außerhalb der Kondensatorzone, daß heißt die Kondensatorkontaktierung erfolgt in einer bevorzug­ ten Ausführungsform der Erfinudng in einem gesonderten Kon­ taktbereich, welcher im allgemeinen außerhalb der Kondensa­ torsruktur liegt. Durch die erfindungsgemäß beanspruchte Schichtfolge wird sowohl der Kontaktbereich als auch der Randbereich durch eine vergleichsweise dicke Isolations­ schicht, welche vorzugsweise ein Oxidmaterial ist, zusätzlich vom Substrat isoliert.
Vorzugsweise ist der Anschlußkontakt für die erste leitfähige Schicht auf der Unterseite des Substrats angeordnet. Diese auch als Rückseitenkontaktierung bezeichnete Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Herstellung der länglichen Vertiefungen über einen an sich bekannten Troc­ kenätzprozeß erfolgt. Es ist daher bevorzugt, die Herstellung der länglichen Vertiefungen in der erfindungsgemäßen Konden­ satorstruktur mittels eines an sich bekannten Trockenätzpro­ zeßes durchzuführen.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts ei­ ner erfindungsgemäßen Kondensatorstruktur,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Be­ reichs der in Fig. 1 dargestellten Kondensatorstruk­ tur,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Quer­ schnitts einer erfindungsgemäßen Kondensatorstruktur, bei der neben dem Randbereich 14 auch der Kontaktbe­ reich 15 dargestellt ist und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vergrößerten Dar­ stellung eines Ausschnittes aus dem Querschnitt in Fig. 3.
Die in Fig. 1 dargestellte Kondesatorstruktur weist als er­ ste elektrisch leitfähige Schicht 1 eine n-dotierte einkri­ stalline Siliziumschicht auf. Diese ist mit einer Vielzahl von langgestreckten Vertiefungen 3 durchsetzt, welche von der Oberseite ausgehend in die Tiefe gehend in das Substrat hin­ einragen. Die Lochtiefe der langgestreckten Vertiefungen liegt bei Verwendung eines an sich bekannten Naßätzprozesses im Bereich von 100 bis 250 Mikrometer, im Falle der Verwen­ dung eines an sich bekannten Trockenätzprozesses im Bereich von 5 bis 30 Mikrometer. Die Lochbreite beträgt bevorzugt 0,5 bis 3 Mikrometer. Die langgestreckten Vertiefungen 3 weisen Innenwandungen 4 auf, welche vollständig mit einer ersten Isolationsschicht 5, bedeckt ist. Als Material für die erste Isolationsschicht wird vorzugsweise eine an sich bekanntes Dielektrikum verwendet. Diese erste Isolationsschicht ist wiederum mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 6 be­ deckt.
Beispiele für dielektrische Materialien, aus denen die die­ lektrische Schicht 5 bestehen kann bzw. die in dieser enthal­ ten sind, sind beispielsweise anodisches SiO2, thermisches SiO2, Si3N4 oder TiO2 oder eine Schichtenfolge aus Siliziu­ moxid-Siliziumnitrid-Siliziumoxid (ONO). In Fig. 1 sind zwei Kondensatorbereiche dargestellt. Zum einen der Kondensa­ torbereich 13, welcher die elektrisch aktive Kondensator­ struktur beinhaltet und zum anderen der Randbereich 14, in dem sich noch ungenutzte Zellen bzw. langgestreckte Vertie­ fungen befinden können. Es ist im allgemeinen so, daß der Randbereich einen physikalischen Abschluß bzw. eine Begren­ zung des Kondensators darstellt. In diesem Bereich kann zum Beispiel eine mechanische Abtrennung der hergestellten Kon­ densatorstruktur vom Wafer erfolgen. Es ist aber auch mög­ lich, mehrere nebeneinander auf dem Wafer angeordnete Konden­ satorstrukturen zu betreiben, in diesem Fall stellen die Randbereiche eine elektrische Isolation zwischen den aktiven Kondensatorbereichen 13 her.
Bei der Ausführungform in Fig. 1 ist zumindest ein Kontakt für äußere Anschlüsse 9 im Bereich der Kondensatorstruktur angeordnet. Die Figur zeigt daher einer Ausführungsform, bei der die erfindungsgemäße Schichtfolge eine Verbesserung im Randbereich 14 bewirkt. Der Anschlußkontakt 9 kann beispiels­ weise aus Aluminium bestehen, es kann sich aber auch um eine Mehrschichtmetallisierung beispielsweise aus Gold/Aluminium als Kontaktvermittler, einer PT/W- Schicht als Trennschicht und einer Titanschicht als Haftschicht zum Silizium handeln. Im Prinzip sind jedoch auch andere an sich bekannte Anschluß­ kontakte verwendbar.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung des in Fig. 1 durch den Kreis K hervorgehobenen Bereichs. Der Randbereich 14 weist eine zweite Isolationsschicht 7 auf, die im Bereich der Kondensatorrandzone direkt auf dem ersten elektrisch leitfähigen Material aufliegt. Unterhalb der zwei­ ten Isolationsschicht 7 können elektrisch nicht nutzbare langgestreckte Vertiefungen liegen. In Richtung der elek­ trisch aktiven Kondensatorzellen endet die vergleichsweise dickere zweite Isolationsschicht 7. Die erste Isolationss­ schicht 5, welche relativ dünn ist, verläuft durchgehend vom Kondensatorbereich 13 her in den Randbereich 14, wobei diese die zweite Isolationsschicht 7 im Randbereich überdeckt. Hierdurch ergibt sich im Bereich des Randes 12 der zweiten Isolationsschicht 7 eine Stufe. Diese Stufe verläuft vorzugs­ weise abgeschrägt. Die vorzugsweise nach der ersten Isolati­ onsschicht 5 aufgetragene zweite elektrisch leitfähige Schicht 6 verläuft ebenfalls durchgängig vom Kondensatorbe­ reich über die Stufe zum Bereich des Randes der Kondensator­ struktur. Die Anschlußkontaktschicht 9 kann ebenfalls bis in den Randbereich hineinreichen.
Die in Fig. 3 dargestellte weitere Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Kondensatorstruktur beinhaltet drei Konden­ satorbereiche:
Einen Kondensatorbereich 13 mit einer Schichtfolge, die der Schichtfolge im Kondensatorbereich des Ausführungsbeispiels von Fig. 1 entspricht, einen Randbereich 14 gemäß Ausfüh­ rungsbeispiel in Fig. 1 und einen zusätzlichem Kontaktbe­ reich 15.
Bei der Darstellung in Fig. 3 handelt es sich um eine gegen­ über Fig. 1 vereinfachte Darstellung, da die dünne erste Isolationsschicht 5 weggelassen wurde. Fig. 3 zeigt im Kon­ taktbereich 15 ausgehend von der ersten elektrisch leitfähi­ gen Schicht 1 auf der Oberseite folgenden Aufbau: Zunächst ist die zweite Isolationsschicht 7 sowohl in Kontaktbereich 15 als auch im Randbereich 14 auf die Oberfläche der ersten leitfähigen Schicht aufgebracht. Darüber erstreckt sich durchgehend über alle Kondensatorbereiche die nicht einge­ zeichnete erste Isolationsschicht 5. Über dies Schicht er­ streckt sich nun ebenfalls durchgehend aufgebracht die zweite elektrisch leitfähige Schicht 6. Die zweite elektrisch leit­ fähige Schicht 6 endet im Randbereich 14. Da in diesem Be­ reich aufgrund der zweiten Isolationsschicht 7 keine räumli­ che Nähe zur ersten elektrisch leitfähigen Schicht 1 besteht, ist eine erhöhte elektrische Durchschlags- bzw. Kurzschlußsi­ cherheit gegeben. Dem Verlauf der zweiten elektrisch leitfä­ higen Schicht 6 folgend ist nun eine an sich bekannte Kon­ taktschicht 9 aufgebracht. Vorzugsweise ist auf diesem ober­ seitigen Anschlußkontakt 9 ein Kontaktelement 11 leitfähig verbunden befestigt. Dieses Kontaktelement kann beispielswei­ se ein durch Nailhead-Bonden befestigter Draht sein.
In Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 3 durch den Kreis J hervorgehobenen Querschnittszone schema­ tisch dargestellt. Kontaktschicht 9, welche sich wie vorste­ hend beschrieben auf der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht befindet, wird durch mechanisches Aufbringen des Kon­ taktelementes 11 verformt, so daß sich unmittelbar neben dem Konataktelement eine Erhebung 17 aus Material der Kontakt­ schicht bildet.
Bezugszeichenliste
1
erste elektrisch leitfähige Schicht
2
erste Hauptfläche
3
langgestreckte Vertiefung
4
Innenwandungen
5
erste Isolationsschicht
6
zweite elektrisch leitfähige Schicht
7
zweite Isolationsschicht
8
längliche Vertiefungen
9
Anschlußkontakt
10
Substratkontakt
11
Kontaktelement
12
Rand
13
Kondensatorbereich
14
Randbereich
15
Kontaktbereich
16
Erhebung

Claims (7)

1. Kondensatorstruktur mit einem Kondensatorbereich (13), ei­ nem Randbereich (14) und ggf. einem Kontaktbereich (15),
worin im Kondensatorbereich (13)
eine erste leitfähige Schicht (1), welche insbesondere ein leitfähiges Halbleitersubstrat ist,
eine auf die erste leitfähige Schicht aufgebrachte durchge­ hende erste Isolationsschicht (5) und
eine auf der Isolationsschicht (5) durchgehend aufgebrachte zweite leitfähige Schicht (6) vorhanden ist, wobei die erste Isolationsschicht (5) in der Weise geformt ist, daß die leit­ fähigen Schichten (1, 6) voneinander elektrisch isoliert sind,
worin weiterhin im Kondensatorbereich (13) und ggf. im Rand­ bereich (14) in das Halbleitersubstrat zur Vergrößerung der aktiven Oberfläche des Kondensators langgestreckte Vertiefun­ gen (3, 8) eingearbeitet sind,
wobei im Randbereich (14) eine zweite Isolationsschicht (7) vorhanden ist,
und worin zumindest ein Anschlußkontakt (9) des Kondensators auf der Oberseite des Kondensators angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolationsschicht (7) entweder zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) und der ersten Isolations­ schicht (5) oder zwischen der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (6) angeordnet ist.
2. Kondensatorstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite Isolationsschicht erheblich dicker ist, als die erste Isolationsschicht.
3. Kondensatorstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anschlußkontakt (10) für die erste leitfähige Schicht auf der Unterseite des Substrats und der Anschlußkontakt (9) für die zweite leitfähige Schicht auf der Oberseite des Substrats angeordnet ist.
4. Kondensatorstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der oberseitig angeordnete Anschlußkontakt (9) in einem Kontaktbereich (15), welcher zwischen zwei Kondensa­ torbereichen (13) angeordnet ist, befindet.
5. Kondensatorstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Isolations­ schicht (5) über im wesentlichen den gesamten Randbereich (14) und ggf. vorhandenen Kontaktbereich (15) erstreckt.
6. Kondensatorstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweite Isolati­ onsschicht (7) über im wesentlichen den gesamten Randbereich (14) und ggf. vorhandenen Kontaktbereich (15) erstreckt.
7. Kondensatorstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolations­ schicht (7) einen abgeschrägten Rand (12) hat, welcher zwi­ schen der letzten an den Randbereich (14) angrenzenden lange­ streckte Vertiefung (3') des Kondensatorbereichs (13) und der ersten langestreckten Vertiefung (3") im Randbereich (14) angeordnet ist.
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