JP2007243190A - キャパシタ形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メモリ素子やアナログ製品に有用な金属電極を具備するキャパシタ形成方法を提供する。
【解決手段】貴金属、貴金属の導電性酸化物、ペロブスカイト構造の導電性酸化物等で形成されたキャパシタの下部電極５００は、コンタクトプラグ２１０に連結され、耐熱性金属、導電性金属窒化物等で形成された支持導電体７００の側面上に配置され、ペロブスカイト構造の絶縁膜または絶縁性金属酸化物で形成された高誘電物質の誘電膜８００は、支持導電体７００の上部面上に、そして下部電極５００の側面及び上部面上に配置され、貴金属、貴金属の導電性酸化物、ペロブスカイト構造の導電性酸化物、耐熱性金属、導電性金属窒化物等で形成された上部電極９００は誘電膜８００上に配置される。下部電極５００を形成した後、支持導電体７００が下部電極５００及びコンタクトプラグ２１０に電気的に連結されるように形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は半導体装置の製造方法に係り、より詳細にはキャパシタ形成方法に関する。

キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は向き合う二つの電極とその間に存在する誘電膜で構成される。キャパシタはメモリ素子を含んで高周波素子、混合信号素子、システムドライバ素子、アナログ素子など多様な分野に用いられており、安定的な素子動作のためには一定水準以上のキャパシタンスを要する。しかし、半導体装置の高集積化の傾向のため、キャパシタが占める面積が減ってキャパシタンスの減少をもたらしている。したがって制限された面積で高いキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を有するキャパシタに対する研究が活発に行われている。

一方、通常はキャパシタ電極として、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン（‘ポリシリコン’）が用いられている。しかし、単結晶シリコンまたはポリシリコンはその物質特性によってキャパシタ電極の抵抗を減少させるのに限界を示している。また、単結晶シリコンまたはポリシリコン電極にバイアス（ｂｉａｓ）電圧を印加した場合には空乏（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）領域が発生してキャパシタンス値が一定に維持されない。そのため、最近、単結晶シリコンまたはポリシリコンの代わりに金属物質をキャパシタ電極として用いる金属−絶縁体−金属キャパシタ（‘ＭＩＭキャパシタ’）が導入されて、これに対する活発な研究が行われている。

本発明の実施形態は金属電極を具備するキャパシタ及びその形成方法を提供する。

本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法は基板上に上部絶縁膜を形成し、前記上部絶縁膜の一部の厚さをパターニングして第１開口部を形成し、前記第１開口部の側壁に下部電極を形成し、前記下部電極をエッチングマスクとして用いて残存する上部絶縁膜をパターニングして第２開口部を形成し、前記第２開口部内に前記下部電極に電気的に連結される支持導電体を形成し、前記下部電極及び前記支持導電体上に誘電膜及び上部電極を形成することを含むことができる。

本発明の他の実施形態による半導体素子形成方法は、基板上にコンタクトプラグを有する下部絶縁膜を形成し、前記絶縁膜及びコンタクトプラグ上に第１絶縁膜及び第２絶縁膜を形成し、前記第２絶縁膜をパターニングして前記コンタクトプラグ上部に第１開口部を形成し、前記第１開口部の側壁に下部電極を形成し、前記下部電極をエッチングマスクとして用いて前記第１開口部の底の第１絶縁膜を除去して前記コンタクトプラグを露出する第２開口部を形成し、前記第１開口部及び前記第２開口部内に前記コンタクトプラグ及び前記下部電極に電気的に連結される支持導電体を形成し、前記第２絶縁膜を除去し、誘電膜及び上部電極を形成することを含むことができる。

本発明を実施形態によれば、貴金属などで下部電極を形成した後にコンタクトプラグが露出されるため、コンタクトプラグが下部電極を形成するための酸化性工程雰囲気に露出されることが根本的に防止される。

本発明の実施形態によれば、下部電極を形成する時、コンタクトプラグはシリコン窒化膜のような酸化防止機能が優れた膜によって保護されるため、下部電極を形成する工程の間にコンタクトプラグが酸化されることが防止される。

本発明の実施形態によれば、下部電極が形成された後に耐熱性金属などで支持導電体が形成されるため、支持導電体及びコンタクトプラグが下部電極を形成するための酸化性工程雰囲気に露出されることが根本的に防止される。

本発明の実施形態によれば、支持導電体とシリコン窒化膜とはよく接着するため、下部電極を限定するシリコン酸化膜を除去するときにエッチング物質によりコンタクトプラグが損傷されることを防止することができる。

本発明の実施形態によれば、コンタクトプラグの酸化が防止されるため、コンタクトプラグを形成するための材料の選択がより多様になる。例えば、コンタクトプラグを形成するために耐熱性金属、導電性金属窒化物だけではなく、ポリシリコンのように酸化されるおそれがあるが基板の活性領域に対して優れた界面特性を有する物質を用いることもできる。

本発明の実施形態によるキャパシタはメモリ素子だけではなくバイアスに独立的で電圧や温度によるキャパシタンスの変化率特性が優れているため、精緻なアナログ製品を製造するのに有用に用いられる。特に金属−絶縁体−金属構造を有する本発明のキャパシタは高い電圧線形性、正確なセッティングが可能なキャパシタンス値及び低い寄生キャパシタンスなど優れた特性を有しているため、混合信号製品及びアナログ製品のような多様な半導体装置で電荷を貯蔵するのに主に用いることができる。

以下では、本発明の実施形態を添付した図を参照してより詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、他の形態に具体化することもできる。むしろ、ここで紹介する実施形態は開示された内容が完全になるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝えるために提供されるものである。図において、電極、膜及び領域の厚さは明確性のために誇張されたものである。したがって、本発明の電極、膜及び領域が図に示した形象に限定されず、製造工程上の変異などによって多少変更されることができるであろう。また、ある膜が他の膜または基板“上”にあると言及する場合に、それは他の膜または基板上に直接形成されることができるかまたはこれらの間に第３の膜が介されることもできる。また、本明細書の多様な実施形態で第１、第２、第３などの用語が多様な膜または領域などを記述するために用いられたが、この膜または領域がこのような用語によって限定されてはならない。また、この用語はただ或る膜または領域を他の膜または領域と区別させるために用いられただけである。

図１ないし図５は本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。本明細書で“基板”はシリコン表面を有する任意の半導体ベースの構造（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む。このような半導体ベースの構造はシリコン、絶縁体上のシリコン（ＳＯＩ）、ドーピングまたはドーピングされていないシリコン、半導体構造によって支持されるシリコンエピタキシャル層、または他の半導体構造物を示す。また、半導体構造はシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、ゲルマニウム、またはガリウム−アルセナイド（ＧａＡｓ）であり得る。以下で基板または半導体基板であると言及するとき、前記基板に対してイオン注入工程、素子分離工程、不純物拡散工程、ＭＯＳ電界効果トランジスタ形成工程、絶縁膜または導電膜などの薄膜蒸着工程が事前に行われた後の基板であり得る。

図１を参照すると、基板１００上に例えば下部絶縁膜２００としてシリコン酸化物が形成される。下部絶縁膜２００が図においては単一層として示されたが、多層の絶縁膜、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などを複数回積層して形成することもできる。下部絶縁膜２００を貫いて基板１００に電気的に連結されるコンタクトプラグ２１０を形成する。コンタクトプラグ２１０は基板１００の所定領域、例えばトランジスタのソース／ドレイン領域に電気的に連結されるように形成されることができる。コンタクトプラグ２１０は下部絶縁膜２００をパターニングしてコンタクトホールを形成した後、ここに導電性物質を埋め込むことによって形成されることができる。導電性物質をコンタクトホールに埋め込むことは、まず、導電性物質を蒸着した後、化学機械研磨またはエッチバックのような平坦化工程を行ってコンタクトホールの外部の導電性物質を除去することによって行われることができる。コンタクトプラグ２１０のための導電性物質の蒸着は、例えば化学的気相蒸着法、物理的気相蒸着法、原子層蒸着法などの気相蒸着法を用いることができる。コンタクトホールの外部の導電性物質を除去するときに、コンタクトホールの内部の導電性物質も一部除去した後、他の導電性物質をコンタクトホールの上部に埋め込むことによって、二層以上の物質でコンタクトプラグを形成することができる。

コンタクトプラグ２１０は例えば耐熱性金属、導電性金属窒化物、ポリシリコン、貴金属系列の金属またはこれらの組み合わせで形成されることができる。耐熱性金属（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ ｍｅｔａｌ）として、例えばチタンＴｉ、タングステンＷ、タンタルＴａなどが用いられることができるが、これに限定されない。導電性金属窒化物（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ ｎｉｔｒｉｄｅ）として、例えば窒化チタンＴｉＮ、窒化タンタルＴａＮ、窒化タングステンＷＮ、窒化ジルコニウムＺｒＮ、窒化ハフニウムＨｆＮ、化アルミニウムチタンＴｉＡｌＮ、窒化シリコンチタンＴｉＳｉＮ、窒化アルミニウムタンタルＴａＡｌＮ、及び窒化シリコンタンタルＴａＳｉＮなどが用いられることができるが、これに限定されない。

また図１を参照すると、下部絶縁膜２００及びコンタクトプラグ２１０上に上部絶縁膜３００が形成される。上部絶縁膜３００は単一層または多層で形成されることができる。例えば、上部絶縁膜３００は第１絶縁膜３１０及び前記第１絶縁膜に対してエッチング選択性を有する第２絶縁膜３３０を順に積層して形成されることができる。

第２絶縁膜３３０は下部電極の高さを決定し、例えばシリコン酸化膜で形成されることができる。第１絶縁膜３１０はコンタクトプラグ２１０の上部面を覆い、下部電極形成工程においてコンタクトプラグが酸化されることを防止する特性、第２絶縁膜３３０に対するエッチング工程において下部絶縁膜２００を保護する特性、耐熱性金属、導電性金属窒化物またはペロブスカイト構造の導電性酸化物に対する優れた接着特性のうちの少なくとも一つ以上の特性を有する物質で形成されることができる。例えば、第１絶縁膜３１０は、シリコン窒化物で形成されることができるが、これに限定されない。以下では、第１絶縁膜３１０をシリコン窒化膜で第２絶縁膜３３０をシリコン酸化膜で形成する場合を例として説明する。

シリコン窒化膜３１０をエッチング停止層として用いてシリコン酸化膜３３０に対するパターニング工程を行って下部電極を限定する第１開口部４００をコンタクトプラグ２００の上部に形成する。

図２を参照すると、第１開口部４００の側壁に下部電極５００が形成される。下部電極５００は誘電膜に対して優れた界面特性を有する導電性物質で形成する。例えば、下部電極５００は貴金属（ｎｏｂｌｅ ｍｅｔａｌ）、貴金属の導電性酸化物、ペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）構造の導電性酸化物またはこれらの組み合わせで形成されることができる。下部電極５００のための貴金属として、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）などが挙げられるが、これに限定されない。下部電極５００のための貴金属の導電性酸化物として、例えばＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２などが挙げられるが、これに限定されない。下部電極５００のためのペロブスカイト構造の導電性酸化物として、例えばＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣＯ、ＬａＮｉＯ_３などが挙げられるが、これに限定されない。

下部電極５００は上述の原料物質を化学的気相蒸着、物理的気相蒸着、原子層蒸着のような気相蒸着方法を用いて蒸着した後、原料物質をエッチバック（ｅｔｃｈ−ｂａｃｋ）することによって形成されることができる。前記の下部電極５００のための原料物質は酸化性雰囲気（酸素雰囲気）で蒸着されることができる。一方、本発明の一実施形態によれば、シリコン窒化膜３１０がコンタクトプラグ２１０を覆っているため、コンタクトプラグ２１０が下部電極５００と接触していない。したがって酸化性雰囲気で下部電極５００を形成しても、コンタクトプラグ２１０の酸化を防止することができる。なお、シリコン窒化膜３１０は酸化防止機能が優れており、さらにコンタクトプラグ２１０の酸化を防止することができる。

図３を参照すると、下部電極５００をエッチングマスクとして用いて第１開口部４００の 底のシリコン窒化膜３１０をエッチングしてコンタクトプラグ２１０を露出する第２開口部６００を形成する。シリコン窒化膜３１０は、シリコン酸化膜で形成される下部絶縁膜２００に対して選択的にエッチングされることができる。

図４を参照すると、第１開口部及び第２開口部の内部に導電性物質を満たして下部電極５００及びコンタクトプラグ２１０に電気的に連結される支持導電体７００が形成される。すなわち、支持導電体７００はコンタクトプラグ２１０を下部電極５００に連結する機能を有する。支持導電体７００は、まず導電性原料物質を第１開口部及び第２開口部の内部及びシリコン酸化膜３３０上に蒸着した後、シリコン酸化膜３３０が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）またはエッチバックのような平坦化エッチング工程を行うことによって形成されることができる。支持導電体７００のための導電性原料物質蒸着はコンタクトプラグ２１０が酸化されないように還元性雰囲気における気相蒸着法を用いて形成されることができる。気象蒸着法は化学的気相蒸着法、物理的気相蒸着法、原子層蒸着法などを含み、還元性雰囲気は水素ガス、アンモニアガスなどのガス雰囲気を含む。還元性雰囲気の気相蒸着法は反応ガスとして酸素ガスを用いない気相蒸着法であってもよい。

支持導電体７００は熱的安全性が優れ、シリコン窒化膜３１０、下部絶縁膜２００に対して優れた接着特性（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を示す導電性物質で形成されることができる。例えば、支持導電体７００は耐熱性金属、導電性金属窒化物、またはこれらの組み合わせで形成されることができる。支持導電体７００のための耐熱性金属として、例えばチタン、タングステン、タンタルなどが挙げられるが、これに限定されない。支持導電体７００のための導電性金属窒化物として、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化シリコンチタン、窒化アルミニウムタンタル、及び窒化シルリコンタンタルなどが挙げられるが、これに限定されない。

図５を参照すると、シリコン酸化膜３３０を除去して下部電極５００が露出される。適切なエッチング溶液またはエッチングガスを用いれば、シリコン酸化膜３３０をシリコン窒化膜３１０に対して選択的に除去することができる。シリコン窒化膜３１０は支持導電体７００に対して優れた接着特性を示すため、シリコン酸化膜３３０を除去するのに用いられるエッチング物質（ｅｔｃｈａｎｔ）がコンタクトプラグ２１０をエッチングすることを防止することができる。誘電膜８００及び上部電極９００を形成してキャパシタが完成する。

誘電膜８００は例えば化学的気相蒸着法、原子層蒸着法などを用いて形成されることができ、高い誘電率を有する高誘電物質で形成されることができる。誘電膜８００は、ペロブスカイト構造の絶縁膜または絶縁性金属酸化物で形成されることができるが、これに限定されない。誘電膜８００のためのペロブスカイト構造の絶縁膜は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２を含み、誘電膜８００のための金属酸化物はＴａ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５Ｎ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２などを含む。

上部電極９００は例えば化学的気相蒸着、物理的気相蒸着、原子層蒸着のような気相蒸着方法を用いて形成されることができ、貴金属、貴金属の導電性酸化物、ペロブスカイト構造の導電性酸化物、耐熱性金属、導電性金属窒化物またはこれらの組み合わせで形成されることができる。上部電極９００のための貴金属として、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）などが挙げられるが、これに限定されない。上部電極９００のための貴金属の導電性酸化物として、例えばＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２などが挙げられるが、これに限定されない。上部電極９００のためのペロブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）構造の導電性酸化物として、例えばＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣｏ、ＬａＮｉＯ_３などが挙げられるが、これに限定されない。上部電極９００のための耐熱性金属として、例えばチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）などが挙げられるが、これに限定されない。上部電極９００のための導電性金属窒化物として、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化アルミニウムチタン（ＴｉＡｌＮ）、窒化シリコンチタン（ＴｉＳｉＮ）、窒化アルミニウムタンタル（ＴａＡｌＮ）、及び窒化シリコンタンタル（ＴａＳｉＮ）などを用いることができるが、これに限定されない。

図６及び図７を参照して本発明の他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明する。図１ないし図５を参照して説明した実施形態とは異なり、本実施形態では支持導電体７１０の上部面上にも下部電極が形成される。このために図６に示したように第１開口部及び第２開口部の内部にシリコン酸化膜３３０より上部面がより低い支持導電体７１０を形成する。支持導電体７１０は図５を参照して説明した支持導電体７００を形成する方法と同一の方法を用いて形成され、その高さを低めるために追加的なエッチング工程が行われる。すなわち、図１ないし図５を参照して説明した工程を行って基板１００上に下部絶縁膜２００、コンタクトプラグ２１０、シリコン窒化膜３１０、シリコン酸化膜３３０、第１開口部４００、下部電極５００、第２開口部６００及び支持導電体のための導電性物質を形成する。シリコン酸化膜３３０が露出するまで支持導電体のための導電性物質に対する平坦化エッチング工程を行った後、追加的なエッチング工程を行ってシリコン酸化膜３３０よりも上部面が低い支持導電体７１０を形成する。

図７を参照すると、下部電極５００を形成するのに用いられる導電性物質が蒸着され、エッチング工程を行って支持導電体７１０の上部面に追加下部電極５３０が形成される。シリコン酸化膜３３０を除去した後、誘電膜８００及び上部電極９００を形成する。本実施形態によれば、誘電膜８００と支持導電体７１０の上部面との間に追加下部電極５３０が存在する。一方、図１ないし図５を参照して説明したキャパシタでは誘電膜８００が支持導電体７００の上部面と接触する。

図８ないし図１０は本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための図である。本発明の実施形態では上述の実施形態とは異なり、上部絶縁膜３００が単一層のシリコン酸化膜で形成される。

図８を参照すると、基板１００上にコンタクトプラグ２１０を有する下部絶縁膜２００を形成した後、例えばシリコン酸化膜で上部絶縁膜３００を形成する。上部絶縁膜３００の一部の厚さをパターニングして下部電極を限定する第１開口部４００を形成する。

図９を参照すると、第１開口部４００の側壁に上述の実施形態と同一の方法で下部電極５００が形成される。下部電極５００をエッチングマスクとして用いて第１開口部４００の底の残存する上部絶縁膜を除去してコンタクトプラグ２１０を露出する第２開口部６００を形成する。

図１０を参照すると、第１開口部及び第２開口部を導電性物質で満たしてコンタクトプラグ２１０及び下部電極５００に電気的に連結される支持導電体７００が形成される。上部絶縁膜３００を除去した後、誘電膜及び上部電極を形成してキャパシタを完成する。本実施形態では、上部絶縁膜３００は一部分が除去され、一部は残存して下部電極５００の下部側面を覆った方が良い。すなわち、下部電極５００を支持するように、下部電極５００の下部面と下部絶縁膜２００との間に上部絶縁膜の一部が残存するように上部絶縁膜に対するエッチング工程を行う方が良い。

図１１ないし図１５は本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。本実施形態は上述の実施形態とは異なり、コンタクトプラグ及び支持導電体が同時に形成される。ここで同時に形成されるということには、コンタクトプラグ及び支持導電体が一回の導電性物質蒸着工程によって形成されることができるということが含まれる。

図１１を参照すると、基板１００上に下部絶縁膜２００及び上部絶縁膜３００が形成される。上部絶縁膜３００はシリコン窒化膜３１０及びシリコン酸化膜３３０を順に積層して形成されることができる。シリコン酸化膜３３０をパターニングして第１開口部４００を形成する。

図１２を参照すると、第１開口部４００の側壁に下部電極５００を上述の実施形態と同一である方法で形成する。

図１３を参照すると、下部電極５００をエッチングマスクとして用いて第１開口部４００下のシリコン窒化膜３１０及び下部絶縁膜２００をエッチングして基板１００の所定領域を露出する第２開口部６００が形成される。ここで、コンタクトプラグ２１０を形成する前に基板１００にゲートの上部面及び側壁はシリコン窒化物で保護されたトランジスタを形成することができ、上部面及び側壁のシリコン窒化物によってゲートは第２開口部６００を形成するためのエッチング工程において保護される。

図１４を参照すると、第１開口部及び第２開口部を満たす支持導電体７２０を上述の実施形態と同一の方法で形成する。

図１５を参照すると、シリコン酸化膜３３０を除去した後、誘電膜８００及び上部電極９００を上述の実施形態と同一の方法で形成する。

上述の多様な実施形態では支持導電体がボックス形態で形成されたが、支持導電体は多様な形態で形成されることができる。例えば、支持導電体はシリンダ型で形成されることもでき、これについて図１６ないし図１７を参照して説明する。

図１ないし図３を参照して説明した工程を行った後、図１６に示したように第１開口部及び第２開口部の内部に沿ってコンフォーマルな導電膜（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）を形成し、化学機械研磨のような平坦化工程を行って断面がシリンダ形態を示すコンフォーマルな支持導電体７３０を形成する。

図１７を参照すると、シリコン酸化膜３３０を除去した後、誘電膜８００及び上部電極９００が形成されて、キャパシタが完成する。

以上のように、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態に実現されることができるということを理解されたい。そのため、開示された本実施形態については、限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されたい。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求範囲に示されており、それと同等な範囲内にあるすべての差異は本発明に含まれるものであると解釈されたい。

本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。 本発明のさらに他の実施形態によるキャパシタ形成方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１００ 基板
２００ 下部絶縁膜
２１０ コンタクトプラグ
３００ 上部絶縁膜
３１０ 第１絶縁膜
３２０ 第２絶縁膜
４００ 第１開口部
５００ 下部電極
５３０ 追加下部電極
６００ 第２開口部
７００，７１０，７２０，７３０ 支持導電体
８００ 誘電膜
９００ 上部電極

Claims (20)

1. 基板上に上部絶縁膜を形成し、
   前記上部絶縁膜の一部の厚さをパターニングして、第１開口部を形成し、
   前記第１開口部の側壁に下部電極を形成し、
   前記下部電極をエッチングマスクとして用いて残存する上部絶縁膜をパターニングして、第２開口部を形成し、
   前記第１開口部及び前記第２開口部内に前記下部電極に電気的に連結される支持導電体を形成し、
   前記下部電極及び前記支持導電体上に誘電膜及び上部電極を形成することを含むことを特徴とするキャパシタ形成方法。
2. 前記上部絶縁膜を形成する前に前記基板上にコンタクトプラグを有する下部絶縁膜を形成することをさらに含み、
   前記第２開口部は前記コンタクトプラグを露出し、前記支持導電体は前記コンタクトプラグに電気的に連結されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ形成方法。
3. 前記上部絶縁膜を形成することは、
   前記下部絶縁膜及び前記コンタクトプラグ上に第１絶縁膜を形成し、
   前記第１絶縁膜上に前記第１絶縁膜に対してエッチング選択性を有する第２絶縁膜を形成することを含み、
   前記第１開口部は前記第１絶縁膜をエッチングマスクとして用いて、前記第２絶縁膜をパターニングして形成され、前記第２開口部は前記第１開口部の底の第１絶縁膜をパターニングして形成されることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ形成方法。
4. 前記支持導電体を形成することは、
   前記第１開口部及び前記第２開口部の内部及び前記第２絶縁膜上に前記支持導電体のための導電性物質を形成し、
   前記第２開口部の外部の導電性物質を除去することを含むことを特徴とする請求項３に記載のキャパシタ形成方法。
5. 前記導電性物質は前記コンタクトプラグが酸化されないように還元性雰囲気下の気相蒸着法を用いて形成されることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタ形成方法。
6. 前記支持導電体はチタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化シリコンチタン、窒化アルミニウムタンタル、窒化シリコンタンタル、またはこれらの組み合わせで形成されることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタ形成方法。
7. 前記下部電極は貴金属、貴金属の導電性酸化物、ペロブスカイト構造の導電性酸化物またはこれらの組み合わせで形成されることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタ形成方法。
8. 前記貴金属は白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）を含み、前記貴金属の導電性酸化物はＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２を含み、前記ペロブスカイト構造の導電性酸化物はＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣＯ、ＬａＮｉＯ_３を含むことを特徴とする請求項７に記載のキャパシタ形成方法。
9. 前記上部電極は貴金属、貴金属の導電性酸化物、ペロブスカイト構造の導電性酸化物、耐熱性金属、導電性金属窒化物またはこれらの組み合わせで形成されることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタ形成方法。
10. 前記貴金属は白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）を含み、前記貴金属の導電性酸化物はＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２を含み、前記ペロブスカイト構造の導電性酸化物はＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣＯ、ＬａＮｉＯ_３を含み、前記耐熱性金属はチタン、タングステン、タンタルを含み、前記導電性金属窒化物は窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化シリコンチタン、窒化アルミニウムタンタル、及び窒化シリコンタンタルを含むことを特徴とするキャパシタ形成方法。
11. 前記誘電膜は絶縁性金属酸化物、ペロブスカイト構造の絶縁膜またはこれらの組み合わせで形成されることを特徴とする請求項４に記載のキャパシタ形成方法。
12. 前記絶縁性金属酸化物はＴａ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５Ｎ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２を含み、前記ペロブスカイト構造の絶縁膜は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２を含むことを特徴とする請求項１１に記載のキャパシタ形成方法。
13. 基板上にコンタクトプラグを有する下部絶縁膜を形成し、
    前記絶縁膜及びコンタクトプラグ上に第１絶縁膜及び第２絶縁膜を形成し、
    前記第１絶縁膜をエッチング停止層として用いて前記第２絶縁膜をパターニングして、前記コンタクトプラグ上部に第１開口部を形成し、
    前記第１開口部の側壁に下部電極を形成し、
    前記下部電極をエッチングマスクとして用いて前記第１開口部の底の第１絶縁膜を除去して、前記コンタクトプラグを露出する第２開口部を形成し、
    前記第１開口部及び前記第２開口部内に前記コンタクトプラグ及び前記下部電極に電気的に連結される支持導電体を形成し、
    前記第２絶縁膜を除去し、
    誘電膜及び上部電極を形成することを含むことを特徴とする半導体素子形成方法。
14. 前記第１開口部及び前記第２開口部内に前記コンタクトプラグ及び前記下部電極に電気的に連結される支持導電体を形成することは、
    前記第１開口部及び前記第２開口部内に、そして前記第２絶縁膜上に導電性物質を形成し、
    前記第１開口部及び前記第２開口部の外部の導電性物質を除去して前記第１開口部及び前記第２開口部内に前記導電性物質を残留させることを含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子形成方法。
15. 前記第１開口部及び前記第２開口部の外部の導電性物質を除去して、前記第１開口部及び前記第２開口部内に前記導電性物質を残留させることは、前記第２絶縁膜の上部面よりも前記支持導電体の上部面の高さが低くなるように前記第１開口部及び前記第２開口部内の導電性物質もエッチングすることをさらに含み、
    前記誘電膜を形成する前に、前記第１開口部及び前記第２開口部内の前記支持導電体の上部面上に白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣＯ、ＬａＮｉＯ_３のうちのいずれか１つを形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子形成方法。
16. 前記第１開口部及び前記第２開口部内に、そして前記第２絶縁膜上に導電性物質を形成することは、前記コンタクトプラグが酸化されないように還元性雰囲気下の気相蒸着法を用いて前記導電性物質を形成することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子形成方法。
17. 前記導電性物質はチタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化シリコンチタン、窒化アルミニウムタンタル、及び窒化シリコンタンタルを含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体素子形成方法。
18. 前記下部電極は白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣＯ、ＬａＮｉＯ_３またはこれらの組み合わせのうちのいずれか１つで形成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子形成方法。
19. 前記上部電極は白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ＰｔＯ、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、（Ｂａ，Ｓｒ）ＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３、ＬＳＣＯ、ＬａＮｉＯ_３、チタン、タングステン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化シリコンチタン、窒化アルミニウムタンタル、窒化シリコンタンタル、またはこれらの組み合わせで形成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子形成方法。
20. 前記誘電膜はＴａ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５Ｎ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３、ＳｒＴｉＯ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２またはこれらの組み合わせのうちのいずれか１つで形成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子形成方法。

Images