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Title:
CAPACITOR STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/044522
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a capacitor structure. According to the invention, a plurality of blind holes is provided in a first electrically conductive layer, said blind holes extending from a first main surface of said first electrically conductive layer. The inside walls of the blind holes are provided with a dielectric layer, a second electrically conductive layer being arranged on said dielectric layer. The edge area of the capacitor is covered by an insulating layer and the second electrically conductive layer is provided with a multi-layer contact metallic coating.

Inventors:
LOSEHAND REINHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/000817
Publication Date:
October 08, 1998
Filing Date:
March 19, 1998
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
LOSEHAND REINHARD (DE)
International Classes:
H01L29/94; (IPC1-7): H01G4/00
Foreign References:
EP0528281A21993-02-24
EP0515824A21992-12-02
DE4428195C11995-04-20
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Claims:
Patentansprüche
1. Kondensatorstruktur (17), bei der in einer ersten elek trisch leitfähigen Schicht (1) eine Vielzahl von von einer ersten Hauptfläche (2) der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) ausgehenden Sacklöchern (3) vorgesehen ist, bei der die Innenwandungen (4) der Sacklöcher (3) jeweils vollständig mit einer dielektrischen Schicht (5) versehen sind, deren Schichtdicke kleiner als der halbe Durchmesser der Sacklöcher (3) ist, und die auch zumindest einen Teil der ersten Hauptfläche (2) der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) bedeckt, bei der auf der dielektrischen Schicht (5) eine zweite elek trisch leitfähige Schicht (6) aufgebracht ist, derart, daß die dielektrische Schicht (5) die erste (1) und die zweite (6) elektrisch leitfähige Schicht elektrisch voneinander iso liert, und bei der die erste (1) und die zweite (6) elektrisch leitfähi ge Schicht mit einem ersten (11) bzw. mit einem zweiten (12) elektrischen Anschlußkontakt versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil einer Kondensatorrandzone (9) in der ein Randbereich (8) der dielektrischen Schicht (5), ein Rand bereich (10) der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (6) und die Hauptfläche (2) der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) nebeneinander zu liegen kommen, mit einer isolie renden Schicht (7) abgedeckt ist.
2. Kondensatorstruktur nach Anspruch 1, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß zur elektrischen Kontaktierung des zweiten elektrischen Anschlußkontaktes (12) eine FlipChip Klebekontaktierung vorgesehen ist.
3. Kondensatorstruktur nach Anspruch 1, d a d u r c h g e kennzeichnet, daß der zweite elektrische Anschlußkon takt (12) eine Mehrschichtmetallisierung (16) ist, die minde stens eine Metallschicht (14,15) mit einer hohen Zugfestig keit aufweist.
4. Kondensatorstruktur (17), bei der in einer ersten elek trisch leitfähigen Schicht (1) eine Vielzahl von von einer ersten Hauptfläche (2) der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) ausgehenden Sacklöchern (3) vorgesehen ist, bei der die Innenwandungen (4) der Sacklöcher (3) jeweils vollständig mit einer dielektrischen Schicht (5) versehen sind, deren Schichtdicke kleiner als der halbe Durchmesser der Sacklöcher (3) ist, und die auch zumindest einen Teil der ersten Hauptfläche (2) der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (1) bedeckt, bei der auf der dielektrischen Schicht (5) eine zweite elek trisch leitfähige Schicht (6) aufgebracht ist, derart, daß die dielektrische Schicht (5) die erste (1) und die zweite (6) elektrisch leitfähige Schicht elektrisch voneinander iso liert, und bei der die erste (1) und die zweite (6) elektrisch leitfähi ge Schicht mit einem ersten (11) bzw. mit einem zweiten (12) elektrischen Anschlußkontakt versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrische Anschlußkontakt (12) eine Mehr schichtmetallisierung mit mindestens einer Metallschicht (14,15) mit einer hohen Zugfestigkeit aufweist.
5. Kondensatorstruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrschichtmetallisierung (16) eine Ti (15), eine Pt (14) und eine AuSchicht (13) aufweist.
6. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrisch leitfähige Schicht (1) dotiertes Silizium aufweist.
7. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (3) mittels elektrochemischem Ätzen hergestellt sind.
8. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht (5) mindestens eines der Materialien anodisches SiO2, thermisches SiO2, Si3N4 oder TiO2 enthält.
9. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite elektrisch leitfähige Schicht (6) dotiertes Polysilizium aufweist.
10. Kondensatorstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Schicht (7) Siliziumnitrid aufweist.
Description:
Beschreibung Kondensatorstruktur Die Erfindung bezieht sich auf eine Kondensatorstruktur, bei der in einer ersten elektrisch leitfähigen Schicht, insbeson- dere in einer elektrisch leitenden Halbleiterschicht, eine Vielzahl von von einer ersten Hauptfläche der ersten elek- trisch leitfähigen Schicht ausgehenden Sacklöchern vorgesehen ist, bei der die Innenwandungen der Sacklöcher jeweils vollständig mit einer dielektrischen Schicht versehen sind, deren Schichtdicke kleiner als der halbe Durchmesser der Sacklöcher ist, und die auch zumindest einen Teil der ersten Hauptfläche der ersten elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt, bei der auf der dielektrischen Schicht eine zweite elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht ist, derart daß die dielektri- sche Schicht die erste und die zweite elektrisch leitfähige Schicht elektrisch voneinander isoliert und bei der die erste und die zweite elektrisch leitfähige Schicht mit einem ersten bzw. mit einem zweiten elektrischen Anschlußkontakt versehen sind.

Derartige Kondensatorstrukturen sind beispielsweise aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 528 281 und aus Lehmann et al., A new capacitor technology based on porous silicon, So- lid State Technology, November 1995, Seiten 99 und 100 be- kannt. Hierin ist jeweils eine Kondensatorstruktur der ein- gangs genannten Art beschrieben, bei der an einer ersten Oberfläche einer n-dotierten, einkristallinen Siliziumschicht mittels elektrochemischem Ätzen eine Vielzahl von Lochöffnun- gen hergestellt sind. Die Innenwandungen der Lochöffnungen und die erste Oberfläche der Siliziumschicht sind konform mit einer dielektrischen Schicht (z. B. bestehend aus SiO2) be- deckt, auf der wiederum eine leitfähge Schicht (z. B. beste- hend aus n-dotiertem Polysilizium) angeordnet ist. An einer zweiten Oberfläche der Siliziumschicht und auf der leitfähi-

gen Schicht befindet sich jeweils ein elektrischer Anschluß- kontakt, die beispielsweise aus Aluminium bestehen.

Bei diesen bekannten Kondensatorstrukturen tritt das Problem auf, daß ihre Durchbruchspannung oftmals unerwartet niedrig ist. Insbesondere bei der Herstellung von Bauteilen mit einer derartigen Kondensatorstruktur in großen Stückzahlen kommt es zu unerwartet hohen Schwankungen der Durchbruchspannung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Kondensatorstruktur der eingangs genannten Art zu entwickeln, die insbesondere bei einer Herstellung in großen Stückzahlen eine gleichbleibend hohe Durchbruchspannung auf- weist.

Diese Aufgabe wird durch eine Kondensatorstruktur mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder des Anspruches 4 gelöst. Vor- teilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kondensator- strukturen sind Gegenstand der Unteransprüche 2,3 und 5 bis 10.

Erfindungsgemäß ist bei der ersten Lösung des Problems vorge- sehen, daß zumindest ein Teil einer Kondensatorrandzone der Kondensatorstruktur in der ein Randbereich der dielektrischen Schicht, ein Randbereich der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht und die Hauptfläche der ersten elektrisch leitfähigen Schicht nebeneinander zu liegen kommen, mit einer isolieren- den Schicht abgedeckt ist. Bevorzugt wird die gesamte Konden- satorrandzone mit einer isolierenden Schicht, insbesondere mit einer PE-Nitridschicht, versiegelt.

Durch die isolierende Schicht wird verhindert, daß an der Kondensatorrandzone, in der die dielektrische Schicht neben den beiden elektrisch leitfähigen Schichten offenliegt und herstellungsbedingt dünner ist als innerhalb des Kondensator- gebietes und in der die Dicke der dielektrischen Schicht in- nerhalb weniger Mikrometer außerhalb des Kondensatorgebietes

bis zur Dicke Null abnimmt, Oberflächenkriechströme ionischer Art Metallbrücken zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten bilden, die einen Kurzschluß des Kondensators ver- ursachen würden.

Bei einer zweiten Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß der zweite elektrische Anschlußkontakt auf dem Kondensatorgebiet- eine Mehrschichtmetallisierung aufweist, die mindestens eine Metallschicht mit einer hohen Zugfestigkeit aufweist. Dadurch wird die Gefahr gemindert, daß bei der Montage eines Bauele- ments mit o. g. Kondensatorstruktur durch hohe Schubkräfte auf den Anschlußkontakt, wie sie beispielsweise bei der sog.

Nailheadmontage ausgeübt werden, auch hohe Schubkräfte auf die Kondensatorstruktur einwirken und dadurch Risse in der dielektrischen Schicht entstehen. Mittels der Metallschicht mit hoher Zugfestigkeit und damit auch hoher Elastizität wird eine gute mechanische Entkopplung der Kondensatorstruktur be- wirkt.

Bei Verwendung einer zweiten elektrisch leitenden Schicht aus Silizium kann als Mehrschichtmetallisierung beispielsweise eine Schichtenfolge aus einer Ti-, einer Pt-und einer Au- Schicht verwendet sein. Die Titanschicht dient hierbei als Haftschicht zum Silizium, die Au-Schicht als Kontaktvermitt- ler z. B. zu einem Bonddraht und die Pt-Schicht als Trenn- schicht zwischen Ti-und Au-Schicht. Die Ti-und die Pt- Schicht haben eine sehr hohe Zugfestigkeit, was eine gute me- chanische Entkopplung der Kondensatorstruktur bewirkt. An Stelle der Au-Schicht kann auch eine Al-Schicht und an Stelle der Pt-Schicht kann eine W-Schicht verwendet sein.

Eine weitere dahingehende Verbesserung ist die Verwendung ei- ner Flip-Chip-Klebekontaktierung für den zweiten elektrischen Anschlußkontakt, die z. B. im Vergleich zu einer Nailhead- Kontaktierung, bei der Thermokompression zum Einsatz kommt, eine deutlich geringere spezifische Flächenpressung liefert.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Vorteile der erfin- dungsgemäßen Kondensatorstruktur ergeben sich aus dem im fol- genden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigen : Figur 1 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch das Ausführungsbeispiel, Figur 2 eine vergrößerte schematische Darstellung der in Fi- gur 1 durch den Kreis K hervorgehobenen Kondensatorrandzone und Figur 3 eine schematische Darstellung eines Ausschnittes ei- ner erfindungsgemäßen Mehrschichtmetallisierung.

Das in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kondensatorstruktur 17 weist als erste elektrisch leitende Schicht 1 eine n-dotierte einkristalline Siliziumschicht auf. Diese ist mit einer Vielzahl von von ei- ner ersten Hauptfläche 2 der Siliziumschicht 1 ausgehenden Sacköffnungen 3 versehen. Die Sacköffnungen 3 weisen einen Durchmesser von z. B. 3 ym und eine Tiefe von z. B. 200 ßm auf und sind beispielsweise mittels elektrochemischem Ätzen hergestellt. Dieses Ätzverfahren sowie das weitere Verfahren zur Herstellung der im folgenden erläuterten Kondensator- struktur sind in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 528 281, die diesbezüglich und hinsichtlich des Aufbaus der Kon- densatorstruktur sowie der verschiedenen verwendeten Materia- lien für die einzelnen Bestandteile der Kondensatorstruktur zum Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung gehört, eingehend be- schrieben und wird von daher an dieser Stelle nicht näher er- läutert.

Die Innenwandungen 4 der Sacköffnungen 3 und ein Teil der er- sten Hauptfläche 2 der Siliziumschicht 1 sind konform mit ei- ner dielektrischen Schicht 5 bedeckt, auf der sich wiederum eine zweite elektrisch leitende Schicht 6 befindet.

Die dielektrische Schicht 5 besteht beispielsweise aus anodi- sches Si02, thermisches Si02, Sl3N4 oder TiO2, kann aber eben- so aus einer Schichtenfolge aus Siliziumoxid-Siliziumnitrid- Siliziumoxid (sogenanntes ONO) bestehen.

Ein Teil der ersten Hauptfläche 2 der Siliziumschicht 1 mit den Sacklöchern 3, der sich neben der Kondensatorstruktur 17- befindet, ist nicht mit der dielektrischen Schicht 4 und der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 6 versehen. Hierauf befindet sich ein erster elektrischer Anschlußkontakt 11, der als elektrischer Anschluß für die Siliziumschicht 1 dient und beispielsweise aus Aluminium besteht. Die Siliziumschicht 1 kann aber ebenso alternativ oder zusätzlich auf ihrer der er- sten Hauptfläche 2 gegenüberliegenden Hauptfläche oder ir- gendwoanders einen ersten elektrischen Anschlußkontakt auf- weisen.

Auf der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 6, die z. B. aus n-dotiertem Polysilizium besteht, befindet sich ein zwei- ter elektrischer Anschlußkontakt 12, der wiederum aus Alumi- nium oder aus einer Mehrschichtmetallisierung 16 (Figur 3), die beispeilsweise eine Au-oder Al-Schicht 13 als Kontakt- vermittler z. B. für einen Bonddraht, eine Pt-oder W-Schicht 14 als Trennschicht und eine Ti-Schicht 15 als Haftschicht zum Silizium aufweist, gefertigt ist. Die Vorteile einer der- artigen Mehrschichtmetallisierung 16 sind bereits weiter oben beschrieben.

Auf der Kondensatorrandzone 9 der Kondensatorstruktur, in der ein Randbereich 8 der dielektrischen Schicht 4, ein Randbe- reich 10 der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 6 und die Hauptfläche 2 der ersten elektrisch leitfähigen Schicht 1 ne- beneinander zu liegen kommen, ist eine isolierenden Schicht 7 aufgebracht. Sie besteht bevorzugt aus PE-Nitrid (Silizumnitrid). Ihre vorteilhafte Wirkung ist ebenfalls wei- ter oben bereits beschrieben.

Die oben beschriebene Kondensatorstruktur kann beispielsweise in Form eines separaten Kondensatorbauteils mit einem ober- flächenmontierbaren Gehäuse hergestellt und weiterverarbeitet werden. Ebenso kann aber auch die Kondensatorstruktur auf einfache Weise mit anderen Schaltungselementen auf einem ein- zigen Chip integriert werden.