JP2000031430A - 半導体メモリ装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体メモリ装置及びその製造方法

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JP2000031430A
JP2000031430A JP11189586A JP18958699A JP2000031430A JP 2000031430 A JP2000031430 A JP 2000031430A JP 11189586 A JP11189586 A JP 11189586A JP 18958699 A JP18958699 A JP 18958699A JP 2000031430 A JP2000031430 A JP 2000031430A
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conductive film
barrier
forming
barrier film
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JP11189586A
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Dong-Hwa Kwak
東華 郭
Yusho Ko
有商 黄
Tae-Yong Jong
泰栄 鄭
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体メモリ装置及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 コンタクトホールに導電物質が充填され
て形成されたプラグを含んで絶縁膜上に障壁膜が厚く形
成され、障壁膜上にストレージ電極用導電膜が形成され
る。この際、導電膜は障壁膜より相対的に薄く形成され
る。ストレージ電極形成用マスクを使用して導電膜と障
壁膜とを順次にエッチングすることによりプラグと電気
的に接続されるストレージ電極層が形成され、障壁膜と
導電膜との両側壁にストレージ電極用導電膜スペーサが
形成される。このような半導体メモリ装置及びその製造
方法は、ストレージ電極用導電膜を薄く形成し、エッチ
ングがよくできる障壁膜を静電容量確保のため導電膜よ
り相対的に厚く形成することによりストレージ電極形成
のための乾式エッチング時遷移金属のストレージ電極の
側面蒸着が最小化でき、ストレージ電極間のブリッジが
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体メモリ装置及
びその製造方法に関するもであり、より詳しくは高誘電
体(high dielectric)をキャパシタ誘
電体膜として使用する半導体メモリ装置及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近ダイナミックRAM製品を具現する
ための最小線幅がクォータマイクロメータ(0.25μ
m)以下で急激に縮小されている。同一な平面にスタッ
ク型セルキャパシタストレージ電極(stacked−
type cell capacitor stora
ge electrode)を形成する場合、前記スト
レージ電極のレイアウト(layout)はダイナミッ
クRAMセル面積より広まれないのでストレージ電極の
有効面積はレイアウト面積よりはストレージ電極の側面
積に大いに依存される。
【0003】しかし、ストレージ電極の厚さ拡大はダイ
ナミックRAMセルと周辺部(periphery)と
の表面段差を広めて後続工程で金属配線(metal
interconnection)を難しくするのでス
タック型ダイナミックRAMセルでストレージ電極の厚
さ拡大には限界がある。従って、高集積化によるセル面
積縮小言い換えれば、表面段差を縮めるためセルキャパ
シタストレージ電極の有効面積縮小はのっぴきならぬ状
況である。
【0004】一方、最近のダイナミックRAMは低電圧
化されており、電圧差によるデータセンシング(dat
a sensing)方法は保ち続くのでダイナミック
RAMセルのキャパシタ容量は25−30fFを必要と
する。だから、ダイナミックRAMの高集積化のためセ
ルキャパシタ誘電体の誘電定数を増大させることに集中
されている。
【0005】従来のセルキャパシタではシリコン窒化物
(Si34)、酸化タンタル(Ta 25)等のキャパシ
タ誘電体膜をストレージ電極上に積層させて使用してい
るが、素子の高集積化によりセルキャパシタの誘電体膜
はチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)又はチタン
酸バリウムストロンチウム((Ba,Sr)TiO3
等のバルク(bulk)誘電率が10000以上の物質
の活用が知られている。
【0006】ストレージ電極としてポリシリコン膜を使
用する時キャパシタ高誘電体はポリシリコンの界面に低
誘電体膜(SiO2)を造り、誘電体膜の漏洩電流を増
加させるので製品の適用時問題が発生される。
【0007】従って、このような新しい誘電体膜は既存
のポリシリコン電極で使用しにくいので新しい電極及び
電極構造が要求される。現在BST用電極としてよく知
られた物質には白金(Pt)、イリジウム(Ir)、ル
テニウム(Ru)等の遷移金属(transition
metal)がある。遷移金属は化学的に安定して酸
化しないのでBST形成工程に必要な高温工程を経ても
BSTとの界面に低誘電層を形成しない。
【0008】図1(A)及び図1(B)は従来の半導体
メモリ装置及びその製造方法の工程を順次に示す図であ
る。図1(A)を参照すると、従来の半導体メモリ装置
及びその製造方法は、先ず半導体基板10上にゲート電
極層13が形成される。ゲート電極層13を含んで半導
体基板10上に絶縁膜で酸化膜14が形成される。酸化
膜14内にビットラインが形成されている(図示せ
ず)。
【0009】コンタクトホール形成用マスクを使用して
半導体基板10の表面が露出される時まで酸化膜14を
エッチングすることによりストレージ電極コンタクトホ
ール16が形成される。コンタクトホール16がポリシ
リコンのような導電物質に充填されて半導体基板10と
電気的に接続されるストレージ電極コンタクトプラグ1
7が形成される。
【0010】プラグ17を含んで酸化膜14上に障壁膜
18が形成される。障壁膜18はバリウム(Ba)、ス
トロンチウム(Sr)そして、ルテニウム(Ru)の中
少なくとも一つを含む酸化物とTiN,TiSiN,T
iAIN,TaSiN,TaAIN,酸化ルテニウム
(RuO2)、酸化イリジウム(IrO2)そして、酸化
ランタンストロンチウムコバルト(LSCO)の中いず
れか一つで形成される。障壁膜18は500Åの厚さで
薄く形成される。
【0011】ここで、障壁膜18はプラグ17の形成物
質のポリシリコンが酸化されることを防止するための膜
である。障壁膜18上にストレージ電極用導電膜20が
形成される。導電膜20はバリウム、ストロンチウム、
ルテニウムの中少なくとも一つを含む酸化物とルテニウ
ム、白金、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウ
ムそして、酸化ランタンストロンチウムコバルトの中い
ずれか一つで形成される。導電膜20は2000Å乃至
4000Åの厚さ範囲で厚く形成される。
【0012】ストレージ電極形成用マスク22を使用し
て導電膜20と障壁膜18を順次にエッチングすること
によりストレージ電極層が形成される。
【0013】一方、導電膜20上に絶縁膜で酸化膜が形
成される(図示せず)。絶縁膜はエッチバック(etc
h back)工程で全面エッチングすることにより障
壁膜18の両側壁を完全に覆うスペーサが形成される
(図示せず)。スペーサは障壁膜18がシリコン成分が
含有された物質で形成される時、後続工程で高誘電体膜
の形成時障壁膜18の酸化を防ぐための膜として使用さ
れる。
【0014】その後、導電膜20上にキャパシタ誘電体
膜24が形成される(図1(B))。キャパシタ誘電体
膜24はチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)とチ
タン酸バリウムストロンチウム((Ba,Sr)TiO
3)との中いずれか一つの高誘電体膜で形成される。キ
ャパシタ誘電体膜24上にキャパシタの上部電極26が
形成されることによりキャパシタが形成される。
【0015】前述したような方法で形成されたキャパシ
タとしてレイアウト面積を縮小させ得る。しかし、スト
レージ電極形成のための乾式エッチング時ストレージ電
極の間隔が0.1−0.2μm程度のパターンが稠密な
領域で遷移金属は反応性イオンエッチング時揮発性のエ
ッチング副産物生成が難しいのでストレージ電極側面の
下部面に再び蒸着される。従って、ストレージ電極のエ
ッチング断面は上部から底側へ傾斜されて底ではストレ
ージ電極との間隔が顕著に狭くなってストレージ電極の
厚さが厚くなることによりこれら電極の間にブリッジ
(bridge)が発生する問題が起こる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はストレ
ージ電極形成のための遷移金属の乾式エッチングをその
まま保ちながらストレージ電極間のブリッジが防止でき
る半導体メモリ装置及びその製造方法を提供することで
ある。
【0017】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための本発明によると、半導体メモリ装置の製造方法
は、トランジスタが集積された半導体基板上に絶縁膜を
形成する段階と、コンタクトホール形成用マスクを使用
して半導体基板の表面が露出される時まで絶縁膜をエッ
チングしてコンタクトホールを形成する段階と、コンタ
クトホールに導電物質を充填して半導体基板と電気的に
接続されるプラグを形成する段階と、プラグを含んで絶
縁膜上に第1障壁膜を形成する段階と、第1障壁膜上に
ストレージ電極用第1導電膜を形成する段階と、ストレ
ージ電極用第1導電膜上に第2障壁膜を形成する段階
と、第2障壁膜上にストレージ電極用第2導電膜を形成
し、第2導電膜は第1導電膜より相対的に薄く形成する
段階と、ストレージ電極形成用マスクを使用して第2導
電膜、第2障壁膜、第1導電膜そして、第1障壁膜を順
次にエッチングしてプラグと電気的に接続されるストレ
ージ電極層を形成する段階と、第2導電膜、第2障壁
膜、第1導電膜そして、第1障壁膜の両側壁に障壁金属
スペーサを形成する段階と、障壁金属スペーサの両側壁
にストレージ電極用導電膜スペーサを形成する段階とを
含む。
【0018】前述した目的を達成するための本発明によ
ると、半導体メモリ装置は、半導体基板と、半導体基板
上に形成された絶縁膜と、絶縁膜を突き抜いて半導体基
板と電気的に連結されたプラグと、プラグと絶縁膜上に
形成された第1障壁膜と、第1障壁膜上に形成されたス
トレージ電極用第1導電膜と、第1導電膜上に形成され
た第2障壁膜と、第2障壁膜上に薄く形成された第2導
電膜と、第2導電膜、第2障壁膜、第1導電膜そして、
第1障壁膜の両側壁に形成された障壁金属スペーサと、
障壁金属スペーサの両側壁に形成された導電膜スペーサ
とを含む。
【0019】前述した目的を達成するための本発明によ
ると、半導体メモリ装置の製造方法は、トランジスタが
集積された半導体基板上に絶縁膜を形成する段階と、コ
ンタクトホール形成用マスクを使用して半導体基板の表
面が露出される時まで絶縁膜をエッチングしてコンタク
トホールを形成する段階と、コンタクトホールに導電物
質を充填して半導体基板と電気的に接続されるプラグを
形成する段階と、プラグを含んで絶縁膜上に障壁膜を厚
く形成する段階と、障壁膜上にストレージ電極用導電膜
を形成し、導電膜は障壁膜より相対的に薄く形成する段
階と、ストレージ電極形成用マスクを使用して導電膜と
障壁膜を順次にエッチングしてプラグと電気的に接続さ
れるストレージ電極層を形成する段階と、障壁膜と導電
膜との両側壁にストレージ電極用導電膜スペーサを形成
する段階とを含む。
【0020】前述した目的を達成するための本発明によ
ると、半導体メモリ装置は、半導体基板と、半導体基板
上に形成された絶縁膜と、絶縁膜を突き抜いて半導体基
板と電気的に連結されたプラグと、プラグと絶縁膜上に
形成された障壁膜と、障壁膜上に形成されたストレージ
電極用導電膜と、障壁膜と導電膜との両側壁に形成され
た導電膜スペーサとを含み、障壁膜は導電膜より相対的
に厚い。
【0021】
【発明の実施の形態】図2(C)及び図3(C)を参照
すると、本発明の実施形態による新たな半導体メモリ装
置及びその製造方法は、コンタクトホールに導電物質が
充填されて形成されたプラグを含んで絶縁膜上に障壁膜
が厚く形成され、障壁膜上にストレージ電極用導電膜が
形成される。この際、導電膜は障壁膜より相対的に薄く
形成される。ストレージ電極形成用マスクを使用して導
電膜と障壁膜とを順次にエッチングすることによりプラ
グと電気的に接続されるストレージ電極層が形成され、
障壁膜と導電膜との両側壁にストレージ電極用導電膜ス
ペーサが形成される。このような半導体メモリ装置及び
その製造方法は、ストレージ電極用導電膜を薄く形成
し、エッチングがよくできる障壁膜を静電容量確保のた
め導電膜より相対的に厚く形成することによりストレー
ジ電極形成のための乾式エッチング時遷移金属のストレ
ージ電極の側面蒸着が最小化でき、ストレージ電極間の
ブリッジが防止できる。
【0022】以下、図2(A)乃至図2(D)を参照し
て本発明の第1実施形態を詳細に説明する。図2(A)
乃至図2(D)は本発明の第1実施形態による半導体メ
モリ装置及びその製造方法の工程を順次に示す図であ
る。図2(A)を参照すると、本発明の実施形態による
半導体メモリ装置及びその製造方法は、先ず半導体基板
100に活性領域と非活性領域とを定義するための素子
隔離膜が形成される(図示せず)。
【0023】半導体基板100上にゲート酸化膜を間に
置いてゲート電極層103が形成される。ゲート電極層
103はポリシリコン103aとシリサイド103bそ
して、シリコン窒化膜103cが積層されたゲート電極
の両側壁がシリコン窒化膜スペーサ103dのような絶
縁膜により取り囲まれるように形成される。
【0024】ゲート電極層103を含んで半導体基板1
00上に層間絶縁のための酸化膜104が形成される。
酸化膜104内にビットラインが形成されている(図示
せず)。
【0025】より詳しく、ゲート電極層103を含んで
半導体基板100上に平坦な上部表面を有する第1酸化
膜が形成される。第1酸化膜上にビットラインが形成さ
れた後、ビットラインを含んで第1酸化膜上に平坦な上
部表面を有する第2酸化膜が形成される。
【0026】それから、コンタクトホール形成用マスク
を使用して半導体基板100の表面が露出される時まで
酸化膜104をエッチングすることによりストレージ電
極コンタクトホール106が形成される。コンタクトホ
ール106が導電物質例えば、ポリシリコンに充填され
た後、CMP(chemical mechanica
l polishing)とエッチバック(etch
back)工程との中いずれか一つで平坦にエッチング
されて半導体基板100と電気的に接続されるストレー
ジ電極コンタクトプラグ107が形成される。
【0027】プラグ107を含んで酸化膜104上に第
1障壁膜(barrier layer)108が形成
される。第1障壁膜108は、バリウム、ストロンチウ
ムそして、ルテニウムの中少なくとも一つを含む酸化物
とTiN,TiSiN,TiAIN,TaSiN,Ta
AIN,酸化ルテニウム、酸化イリジウムそして、酸化
ランタンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで形
成される。
【0028】第1障壁膜108はプラグ107形成用物
質のポリシリコンの酸化を防止するための膜である。
【0029】第1障壁膜108上にストレージ電極用第
1導電膜110が形成される。第1導電膜110は比較
的エッチングしやすい物質例えば、TiN、ポリシリコ
ン(polysilicon)そして、ルテニウムの中
いずれか一つで形成される。第1導電膜110は100
0Å乃至10000Åの厚さ範囲で形成される。
【0030】その後、第1導電膜110上に第2障壁膜
112が形成される。第2障壁膜112は、バリウム、
ストロンチウムそして、ルテニウムの中少なくとも一つ
を含む酸化物とTiN,TiSiN,TiAIN,Ta
SiN,TaAIN,酸化ルテニウム、酸化イリジウム
そして、酸化ランタンストロンチウムコバルトの中いず
れか一つで形成される。第2障壁112は100Å乃至
1000Åの厚さ範囲で形成される。
【0031】第2障壁膜112上にストレージ電極用第
2導電膜114が形成される。第2導電膜114は第1
導電膜110より相対的に薄く即ち、100Å乃至10
00Åの厚さ範囲で形成される。
【0032】第2導電膜114は、バリウム、 ストロン
チウム、ルテニウムの中少なくとも一つを含む酸化物と
ルテニウム、白金、イリジウム、酸化イリジウム、酸化
ルテニウムそして、酸化ランタンストロンチウムコバル
トの中いずれか一つで形成される。
【0033】第2導電膜114は後続工程後にも一部残
ってキャパシタ下部電極役割を果たす。そして、第2障
壁膜112は第1導電膜110が第2導電膜114との
反応により酸化されることを防止するための膜である。
【0034】その後には、第2導電膜114上にマスク
116が形成される。マスク116は500Å乃至50
00Åの厚さ範囲で形成される。
【0035】図2(B)において、フォトレジスト膜パ
ターンを使用してマスク116をパターニングした後フ
ォトレジスト膜パターンが除去される(図示せず)。フ
ォトレジスト膜パターンは単一層フォトレジスト(si
ngle layer resist:SLR)や多層
フォトレジスト(multi layer resis
t:MLR)の中いずれか一つで形成される。SLRは
フォトレジスト一層でのみ構成されており、MLRは下
部フォトレジストと酸化膜そして、上部フォトレジスト
で構成される。MLRは高集積されたセルのパターンと
の間隔を狭く形成するのが有利である。
【0036】パターン化されたマスク116を使用して
第2導電膜114、第2障壁膜112、第1導電膜11
0そして、第1障壁膜108を順次にエッチングするこ
とによりプラグ107と電気的に接続されるストレージ
電極層が形成される。
【0037】導電膜110,114と障壁膜108,1
12とをエッチングする時マスク116がエッチングさ
れる。フォトレジスト膜パターンとマスク116は乾式
エッチング装備のRIE(reactive ion
etching)とRIBE(reactive io
n beam etching)との中いずれか一つで
エッチングされる。
【0038】マスク116はTi又はTiN膜上に酸化
膜が積層された構造を有し、これを用いて下部に積層さ
れた第2導電膜114、第2障壁膜112、第1導電膜
110そして、第1障壁膜108がエッチングされる。
ここで、マスク116の酸化膜はTi又はTiN膜、第
2導電膜114、第2障壁膜112そして第1導電膜1
10を順次にエッチングするマスク役割を果たしながら
完全に消耗されてその後Ti又はTiN膜は第1障壁膜
108をエッチングするマスク役割を果たしながら完全
に消耗される。
【0039】この際、第2導電膜114、第2障壁膜1
12、第1導電膜110そして、第1障壁膜108のエ
ッチング時断面の傾斜度が80°−90°を保つように
エッチングすることにより後続工程で高誘電体膜のステ
ップカバレージ(stepcoverage)を向上さ
せる。
【0040】図2(B)を参照すると、第2導電膜11
4を含んで酸化膜104を完全に覆うように第3障壁膜
118が形成される。第3障壁膜118はスパッタリン
グ(sputtering)方法とCVD(chemi
cal vapor deposition)方法との
中いずれか一つで蒸着される。
【0041】スパッタリング方法はストレージ電極の段
差部分でステップカバレージが悪いので第1,第2,第
3そして、第4導電膜の断面の傾きを80°−90°程
度で傾斜されて均一に蒸着されなければならない。反
面、CVD方法は例えば、stranski−kras
tinove modeで蒸着されるので断面の傾きに
関係無しでステップカバレージが優秀である。従って、
CVD方法で蒸着する場合に複合層で構成された導電膜
の断面はほとんど垂直になっても問題がない。
【0042】第3障壁膜118は第1及び第2障壁膜1
08,112と同一にバリウム、ストロンチウムそし
て、ルテニウムの中いずれか一つを含む酸化物とTi
N,TiSiN,TiAIN,TaSiN, TaAI
N,酸化ルテニウム、酸化イリジウムそして、酸化ラン
タンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで形成さ
れる。第3障壁膜118は100Å乃至1000Åの厚
さ範囲で形成される。
【0043】図2(C)において、第2導電膜114の
表面が露出される時まで第3障壁膜118をエッチバッ
ク工程でエッチングすることにより第2導電膜114と
第2障壁膜112、第1導電膜110そして、第1障壁
膜108の両側壁に障壁金属スペーサ118aが形成さ
れる。
【0044】その後、障壁金属スペーサ118aと第2
導電膜114を含んで酸化膜104上に第3導電膜12
0が形成される。第3導電膜120はバリウム、ストロ
ンチウム、ルテニウムの中いずれか一つを含む酸化物と
ルテニウム、白金、イリジウム、酸化イリジウム、酸化
ルテニウムそして、酸化ランタンストロンチウムコバル
トの中いずれか一つで形成される。
【0045】第3導電膜120をエッチバック工程でエ
ッチングすることにより障壁金属スペーサ118aの両
側壁に導電膜スペーサ120aが形成される。従って、
キャパシタ下部電極のストレージ電極が形成される。
【0046】ここで、障壁金属スペーサ118aは導電
膜スペーサ120a上にキャパシタ誘電体膜例えば、B
ST酸化膜の蒸着時導電膜スペーサ120aを突き抜い
て入って来る酸素と第1導電膜110のシリコンの反応
を抑制するための膜として使用される。
【0047】図2(D)を参照すると、ストレージ電極
を含んで酸化膜104上にキャパシタ誘電体膜122が
形成される。キャパシタ誘電体膜122はチタン酸バリ
ウムストロンチウムとチタン酸ストロンチウムとの中い
ずれか一つで形成される。キャパシタ誘電体膜122は
200Å乃至1000Åの厚さ範囲で形成され、スパッ
タリング方法やCVD方法の中いずれか一つで蒸着され
る。
【0048】キャパシタ誘電体膜122上にキャパシタ
上部電極124が形成される。キャパシタ上部電極12
4は白金、イリジウム、ルテニウムの中いずれか一つで
あり、100Å乃至2000Åの厚さ範囲で形成され
る。上部電極124はスパッタリング方法やCVD方法
の中いずれか一つで蒸着される。従って、高誘電体キャ
パシタが形成される。
【0049】ここで、第1及び第2そして、第3障壁膜
108,112,118は障壁役割だけでなく、ストレ
ージ電極としても使用される。
【0050】第2障壁膜112上に形成された第2導電
膜114は第1導電膜110より相対的に薄い。
【0051】図3(A)乃至図3(D)は本発明の第2
実施形態による半導体メモリ装置及びその製造方法の工
程を順次に示す図である。絶縁膜をエッチングしてコン
タクトホール206を形成し、導電物質を充填してプラ
グ207を形成する工程までは第1実施形態で記述した
ようなので略する。図3(A)を参照すると、先ずプラ
グ207を含んで酸化膜204上に障壁膜208が形成
される。障壁膜208はバリウム、ストロンチウムそし
て、ルテニウムの中少なくとも一つを含む酸化物とTi
N,TiSiN,TiAIN,TaSiN,TaAI
N,酸化ルテニウム、酸化イリジウムそして、酸化ラン
タンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで形成さ
れ、1000Å乃至10000Åの厚さ範囲で従来の割
りに相対的に厚く形成される。
【0052】その後、障壁膜208上にストレージ電極
用第1導電膜210が形成される。第1導電膜210は
バリウム、ストロンチウム、ルテニウムの中いずれか一
つを含む酸化物とルテニウム、白金、イリジウム、酸化
イリジウム、酸化ルテニウムそして、酸化ランタンスト
ロンチウムコバルトの中いずれか一つで形成される。第
1導電膜210は300Å乃至2000Åの厚さ範囲で
従来の割りに薄く形成される。
【0053】従って、障壁膜208の厚さは第1導電膜
210の厚さより約3倍以上厚く形成される。第1導電
膜210は後続エッチング工程後にも一部残って下部電
極として使用される。
【0054】ここで、障壁膜208はプラグ207形成
用物質のポリシリコンの酸化を防止するための膜であ
る。
【0055】第1導電膜210上にマスク212が形成
される。フォトレジスト膜パターンをマスクとして使用
してマスク212がパターニングされる。フォトレジス
ト膜パターンは単一層フォトレジストSLRと多層フォ
トレジストMLRとの中いずれか一つである。
【0056】パターニングされたマスク212を使用し
て酸化膜204の表面が露出される時まで第1導電膜2
10と障壁膜208を順次にエッチングすることにより
プラグ207と電気的に接続されるストレージ電極層が
形成される。
【0057】第1導電膜210と障壁膜208のエッチ
ング時マスク212がエッチングされる。マスク212
とフォトレジスト膜パターンはRIEやRIBEの中い
ずれか一つの乾式エッチング装備でエッチングされる。
マスク212はTi又はTiN膜上に酸化膜が積層され
た構造を有し、これを用いて下部に積層された第1導電
膜210と障壁膜208がエッチングされることであ
る。
【0058】ここで、マスク212の酸化膜はTi又は
TiN膜と第1導電膜210とを順次にエッチングする
マスクとして使用されながら完全に消耗され、その後に
Ti又はTiN膜は障壁膜の障壁膜208をエッチング
するマスク役割を果たしながら完全に消耗される。第1
導電膜210と障壁膜208とをエッチングする時断面
の傾斜度が80°−90°を保つようにすることにより
後続工程で高誘電体膜のステップカバレージを増加させ
る。
【0059】第1導電膜210を含んで酸化膜204上
にストレージ電極用第2導電膜214が形成される。第
2導電膜214はスパッタリング方法とCVD方法との
中いずれか一つで蒸着され、500Å乃至1000Åの
厚さ範囲で形成される。スパッタリング方法で蒸着する
場合、障壁膜208と第1導電膜210との断面の傾き
を80°−90°程度傾斜されて均一な蒸着がならなけ
ればならなく、CVD方法で蒸着する場合は障壁膜20
8と第1導電膜210との断面がほとんど垂直になって
も問題がない。
【0060】第2導電膜214(図3(B))は第1導
電膜210と同一に乾式エッチングは難しいが、BST
キャパシタ誘電体膜の下部電極で優秀な特性を持つ白
金、イリジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸
化ランタンストロンチウムコバルト、ルテニウムそし
て、バリウム、ストロンチウム、ルテニウムの中いずれ
か一つを含む酸化物の中いずれか一つで形成される。そ
して、第2導電膜214はBSTキャパシタ誘電体膜に
より障壁膜208が酸化されることを防ぐための障壁膜
としても使用される。
【0061】第2導電膜214をマスクなしでエッチバ
ック工程で全面エッチングして障壁膜208と第1導電
膜210との両側壁に導電膜スペーサ214a(図3
(C))を形成することによりキャパシタ下部電極のス
トレージ電極が形成される。
【0062】ストレージ電極を含んで酸化膜204上に
キャパシタ誘電体膜216(図3(D))が形成され
る。キャパシタ誘電体膜216はチタン酸バリウムスト
ロンチウムとチタン酸ストロンチウムとの中いずれか一
つの高誘電体膜で形成され、200Å乃至1000Åの
厚さ範囲を有する。キャパシタ誘電体膜216はスパッ
タリング方法やCVD方法で蒸着される。
【0063】最後に、キャパシタ誘電体膜216上に上
部電極218を形成することによりキャパシタが形成さ
れる。上部電極218物質は白金、イリジウム、ルテニ
ウムの中いずれか一つであり、100Å乃至2000Å
の厚さ範囲で形成される。上部電極218はスパッタリ
ング方法やCVD方法の中いずれか一つで蒸着される。
【0064】プラグ207と絶縁膜204上に形成され
た障壁膜208は障壁膜208上に形成されたストレー
ジ電極用導電膜210より相対的に厚い。
【0065】前述したようなストレージ電極構造はBS
Tキャパシタ誘電体膜の下部電極で優秀な白金、イリジ
ウム、ルテニウム等の電極が障壁膜を完全に包む形態を
帯びてBST酸化膜や後続熱処理工程時酸素によるポリ
シリコンの酸化を防止するキャパシタ下部電極特性を持
つことと同時に第1実施形態の割りに電極蒸着回数を減
らして量産適用時有利である。
【0066】又、スペーサ工程がただ一回のみ追加され
るので下部電極間の空間マージンにおいて、第1実施形
態のストレージ電極構造より有利である。さらにエッチ
ングがよくできる障壁膜の厚さを広めてストレージ電極
用金属膜として使用することにより超高集積ダイナミッ
クで要求されるキャパシタの静電容量が確保できる構造
である。
【0067】
【発明の効果】本発明はストレージ電極用導電膜を薄く
形成し、エッチングがよくできる障壁膜を静電容量確保
のため導電膜より相対的に厚く形成することによりスト
レージ電極形成のための乾式エッチング時遷移金属のス
トレージ電極側面蒸着が最小化でき、ストレージ電極間
のブリッジが防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の半導体メモリ装置及びその製造方法の
工程を順次に示す図である。
【図2】 本発明の第1実施形態による半導体メモリ装
置及びその製造方法の工程を順次に示す図である。
【図3】 本発明の第2実施形態による半導体メモリ装
置及びその製造方法の工程を順次に示す図である。
【符号の説明】
100,200:半導体基板 104,204:酸化膜 106,206:ストレージ電極コンタクトホール 108,112,118,208:障壁膜 107,207:ストレージ電極コンタクトプラグ 110,114,120,210:導電膜 116,212:マスク 118a:障壁金属スペーサ 120a,214a:導電膜スペーサ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トランジスタが集積された半導体基板上
    に絶縁膜を形成する段階と、 コンタクトホール形成用マスクを使用して前記半導体基
    板の表面が露出される時まで前記絶縁膜をエッチングし
    てストレージ電極コンタクトホールを形成する段階と、 前記コンタクトホールに導電物質を充填して半導体基板
    と電気的に接続されるストレージ電極コンタクトプラグ
    を形成する段階と、 前記プラグを含んで前記絶縁膜上に第1障壁膜と第1導
    電膜そして、第2障壁膜を順次に形成する段階と、 前記第2障壁膜上にストレージ電極用第2導電膜を形成
    し、前記第2導電膜は前記第1導電膜より相対的に薄く
    形成する段階と、ストレージ電極形成用マスクを使用し
    て前記第2導電膜、第2障壁膜、第1導電膜そして、第
    1障壁膜を順次にエッチングして前記プラグと電気的に
    接続されるストレージ電極層を形成する段階と、 前記第2導電膜、第2障壁膜、第1導電膜そして、第1
    障壁膜の両側壁に障壁金属スペーサを形成する段階と、 前記障壁金属スペーサの両側壁にストレージ電極用導電
    膜スペーサを形成する段階とを含むことを特徴とする半
    導体メモリ装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1障壁膜及び第2障壁膜そして、
    障壁金属スペーサはバリウム、ストロンチウムそして、
    ルテニウムの中少なくともいずれか一つを含む酸化物と
    TiN,TiSiN,TiAIN,TaSiN,TaA
    IN,酸化ルテニウム、酸化イリジウムそして、酸化ラ
    ンタンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで形成
    されることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ
    装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2障壁膜と障壁金属スペーサは1
    00Å乃至1000Åの厚さ範囲で形成されることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記第1導電膜はTiN、ポリシリコン
    そして、ルテニウムの中いずれか一つで形成されること
    を特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 前記第1導電膜は1000Å乃至100
    00Åの厚さ範囲で形成されることを特徴とする請求項
    1に記載の半導体メモリ装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第2導電膜と導電膜スペーサはバリ
    ウム、ストロンチウム、ルテニウムの中少なくともいず
    れか一つを含む酸化物とルテニウム、白金、イリジウ
    ム、酸化イリジウム、酸化ルテニウムそして、酸化ラン
    タンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで形成さ
    れることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装
    置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記第2導電膜は100Å乃至1000
    Åの厚さ範囲で形成されることを特徴とする請求項1に
    記載の半導体メモリ装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜を突き抜いて前記半導体基板と電気的に連結
    されたプラグと、 前記プラグと絶縁膜上に形成された第1障壁膜と、 前記第1障壁膜上に形成されたストレージ電極用第1導
    電膜と、 前記第1導電膜上に形成された第2障壁膜と、 前記第2障壁膜上に薄く形成された第2導電膜と、 前記第2導電膜、第2障壁膜、第1導電膜そして、第1
    障壁膜の両側壁に形成された障壁金属スペーサと、 前記障壁金属スペーサの両側壁に形成された導電膜スペ
    ーサとを含むことを特徴とする半導体メモリ装置。
  9. 【請求項9】 トランジスタが集積された半導体基板上
    に絶縁膜を形成する段階と、 コンタクトホール形成用マスクを使用して前記半導体基
    板の表面が露出される時まで前記絶縁膜をエッチングし
    てコンタクトホールを形成する段階と、 前記コンタクトホールに導電物質を充填して前記半導体
    基板と電気的に接続されるプラグを形成する段階と、 前記プラグを含んで前記絶縁膜上に障壁膜を厚く形成す
    る段階と、 前記障壁膜上にストレージ電極用導電膜を形成し、前記
    導電膜は障壁膜より相対的に薄く形成する段階と、 ストレージ電極形成用マスクを使用して前記導電膜と障
    壁膜とを順次にエッチングして前記プラグと電気的に接
    続されるストレージ電極層を形成する段階と、 前記障壁膜と導電膜との両側壁にストレージ電極用導電
    膜スペーサを形成する段階とを含むことを特徴とする半
    導体メモリ装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記障壁膜はバリウム、ストロンチウ
    ムそして、ルテニウムの中少なくとも一つを含む酸化物
    とTiN,TiSiN,TiAIN,TaSiN,Ta
    AIN,酸化ルテニウム、酸化イリジウムそして、酸化
    ランタンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで形
    成されることを特徴とする請求項9に記載の半導体メモ
    リ装置の製造方法。
  11. 【請求項11】 前記導電膜とストレージ電極スペーサ
    は、バリウム、ストロンチウム、ルテニウムの中少なく
    ともいずれか一つを含む酸化物とルテニウム、白金、イ
    リジウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウムそして、酸
    化ランタンストロンチウムコバルトの中いずれか一つで
    形成されることを特徴とする請求項9に記載の半導体メ
    モリ装置の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記障壁膜は、1000Å乃至100
    00Åの厚さ範囲で形成され、前記ストレージ電極用導
    電膜は300Å乃至2000Åの厚さ範囲で形成される
    ことを特徴とする請求項9に記載の半導体メモリ装置の
    製造方法。
  13. 【請求項13】 前記障壁膜の厚さは前記導電膜の厚さ
    の割りに三倍以上厚く形成することを特徴とする請求項
    12に記載の半導体メモリ装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記ストレージ電極スペーサは500
    Å乃至1000Åの厚さ範囲で形成されることを特徴と
    する請求項9に記載の半導体メモリ装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、 前記絶縁膜を突き抜いて前記半導体基板と電気的に連結
    されたプラグと、 前記プラグと絶縁膜上に形成された障壁膜と、 前記障壁膜上に形成されたストレージ電極用導電膜と、 前記障壁膜と導電膜との両側壁に形成された導電膜スペ
    ーサとを含み、前記障壁膜は前記導電膜より相対的に厚
    いことを特徴とする半導体メモリ装置。
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