JP2000114482A - キャパシタ、その製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高誘電体を用いたキャパシタが所望の電気的
特性を確実に得られるようにする。 【解決手段】 ケイ素よりなる半導体基板１１上に堆積
した二酸化ケイ素よりなる下地絶縁層１２には、半導体
基板１１上に形成されたトランジスタとキャパシタ１３
とを電気的に接続する窒化チタンよりなるコンタクト１
４が選択的に形成されている。コンタクト１４の露出面
を含む下地絶縁層１２の上面には、高さが約０．７μｍ
の酸化イリジウムよりなる柱状の下部電極１５が形成さ
れ、該下部電極１５の上面及び側面を覆うように厚さが
１０ｎｍの五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜１６が形
成され、該容量絶縁膜１６における下部電極１５を覆う
領域の上に厚さが約０．１μｍの酸化イリジウムよりな
る上部電極１７が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高誘電体を容量絶
縁膜に用いたキャパシタ及びその製造方法、並びに、該
キャパシタを用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリ
（ＤＲＡＭ）における１ビットの情報を記憶するセル
は、１個のＭＯＳトランジスタと１個のキャパシタとか
らなり、さらに、キャパシタは誘電体膜の両面がそれぞ
れ２つの電極に挟まれた構造を持つ。この誘電体膜を介
して電荷が蓄積されるため、この誘電体膜は容量絶縁膜
と呼ばれる。また、２つの電極を基板側から順に下部電
極及び上部電極と呼ぶことにする。

【０００３】セルの面積はＤＲＡＭの大規模集積化に伴
って微細化が進んでおり、微細化に伴って当然キャパシ
タの面積も小さくなる。このような微細化に対応するに
は、単位面積当りの容量を大きくすることが有効であ
る。このため、例えば、五酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）
又はペロブスカイト構造を有するチタン酸バリウムスト
ロンチウム（ＢＳＴ）のような高誘電体よりなる容量絶
縁膜が用いられる。これらの高誘電体は薄膜でもそれぞ
れ５０及び３００程度の比誘電率を有している。

【０００４】高誘電体は酸素を主な構成元素として含ん
でいる。しかし、酸素は容量絶縁膜の成膜時や成膜後の
熱処理において容量絶縁膜中から抜けやすく、また、電
極を通して容量絶縁膜中に下地層の構成原子が侵入して
くる。これらを相互拡散と呼ぶ。従って、電極には相互
拡散が生じにくい材料を用いる必要がある。

【０００５】その上、侵入してきた少量の酸素によって
電極の一部が酸化したとしても絶縁膜とならないことが
要求される。特に、下部電極は上部電極に比べて容量絶
縁膜の成膜や容量絶縁膜の膜質改良のためのアニールに
よる熱処理を受けるため、上述のように絶縁膜とならな
い性質を持っていることが重要である。

【０００６】このため、従来、五酸化タンタル用の下部
電極には、ルテニウム、白金（例えば、Ｅｘｔｅｎｄｅ
ｄ Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌ
ｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍａｔｅ
ｒｉａｌｓ １９９７、ｐｐ．３６，３７）が用いら
れ、ＢＳＴ用の下部電極には、ルテニウム、酸化ルテニ
ウム、イリジウム、酸化イリジウム、白金（例えば、Ｉ
ＥＤＭ９７、ｐｐ．２５３−２５６）、又は酸素添加白
金（例えば、第５８回応用物理学会学術講演会講演予稿
集５０７頁２ａ−ＰＣ−１６）等の貴金属が用いられて
いる。これらの下部電極は、容量絶縁膜の成膜時の高温
下における相互拡散をある程度抑制でき、また、酸素が
侵入しても導電性を維持できる。

【０００７】一方、ペロブスカイト構造を有するタンタ
ル酸ビスマスストロンチウム（ＳＢＴ）やジルコン酸チ
タン酸鉛（ＰＺＴ）等のヒステリシス特性を有する強誘
電体を容量絶縁膜に用いた不揮発性メモリでも、上述と
同様に容量絶縁膜中から酸素が抜けやすい性質がある。
従って、ＳＢＴの下部電極には主に白金（例えば、ＩＥ
ＤＭ９７、６０９〜６１２頁）が用いられ、、ＰＺＴの
下部電極には主に酸化イリジウムや白金（例えば、第４
５回応用物理学関係連合講演会講演予稿集５６５頁２９
ｐ−ＺＦ−１２）が用いられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の高誘電率の容量絶縁膜を持つキャパシタは、所望の
電気的特性を得られないという問題がある。

【０００９】本発明は、前記従来の問題を解決し、高誘
電体を用いたキャパシタが所望の電気的特性を確実に得
られるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１のキャ
パシタは、基板上に順次形成された、下部電極、容量絶
縁膜及び上部電極とを備え、下部電極は酸化イリジウム
よりなり、容量絶縁膜はタンタル酸化物よりなる。

【００１１】第１のキャパシタによると、下部電極が酸
化イリジウムよりなり、該酸化イリジウムは、酸化膜と
の密着強度が大きいため、酸化物よりなる容量絶縁膜と
の密着性が高くなる。また、酸化イリジウムは、フェル
ミ準位から真空準位までのエネルギーである仕事関数が
相対的に大きいため、五酸化タンタルとの間に生じる電
子の障壁が高くなる。さらに、酸化イリジウムは強固な
不動体であるため、成膜中やその後の熱処理工程におい
て、容量絶縁膜に含まれるタンタル及び酸素を通さな
い。さらに、容量絶縁膜が五酸化タンタルよりなるた
め、該五酸化タンタルはプロセス上比較的容易に生成で
きる。

【００１２】本発明に係る第２のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極は酸素が添加されたイリジウムより
なる。

【００１３】第２のキャパシタによると、下部電極が、
酸素が添加されたイリジウムよりなり、結晶構造が、イ
リジウムでは面心立方格子構造であり、酸化イリジウム
ではルチル型構造であるため、下部電極の結晶構造が安
定な場合には、ほぼイリジウムよりなる多数のグレイン
が形成され、且つ、該グレイン同士の境界（粒界）に該
粒界を充填する不動態のほぼ酸化イリジウムよりなる充
填層が形成される。

【００１４】本発明に係る第３のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極は酸素が添加されたイリジウムより
なる多数の結晶粒を含み、結晶粒同士の間の領域の酸素
の含有率は、結晶粒の酸素の含有率よりも大きい。

【００１５】第３のキャパシタによると、下部電極が、
酸素が添加されたイリジウムよりなり、下部電極の結晶
構造が安定な場合には、ほぼイリジウムよりなる多数の
グレインが形成され、且つ、該グレイン同士の境界（粒
界）に該粒界を充填するほぼ酸化イリジウムよりなる充
填層が形成される。このため、結晶粒同士の間の領域
（粒界）の酸素の含有率が、結晶粒の酸素の含有率より
も大きいと、粒界には不動態となる酸化イリジウムが確
実に形成されていることになる。

【００１６】本発明に係る第４のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極はルテニウムが添加されたイリジウ
ムよりなる。

【００１７】第４のキャパシタによると、下部電極が、
ルテニウムが添加されたイリジウムよりなり、結晶構造
が、イリジウムでは面心立方格子構造であり、ルテニウ
ムでは六方最密充填構造であるため、ルテニウムの添加
率が所定比よりも小さい場合には、立方晶形が維持され
る。従って、下部電極は、ルテニウムを含むためイリジ
ウムと比べてエッチングが容易となると共に、イリジウ
ムのルテニウムと比べた仕事関数の大きさを維持でき
る。

【００１８】本発明に係る第５のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極はルテニウム及び酸素が添加された
イリジウムよりなる。

【００１９】第５のキャパシタによると、下部電極が、
ルテニウム及び酸素が添加されたイリジウムよりなり、
結晶構造が、イリジウムでは面心立方格子構造であり、
ルテニウムでは六方最密充填構造であり、酸化イリジウ
ム及び酸化ルテニウムはでルチル型構造である。このた
め、ルテニウムの添加率が所定比よりも小さい場合に
は、面心立方格子構造を維持したままほぼイリジウム及
びルテニウムの混晶よりなる多数のグレインが形成さ
れ、且つ、粒界に該粒界を充填するほぼ酸化イリジウム
及び酸化ルテニウムよりなる充填層が形成される。従っ
て、下部電極は、ルテニウムを含むためイリジウムと比
べてエッチングが容易となると共に、イリジウムのルテ
ニウムと比べた仕事関数の大きさを維持できる。その
上、粒界には不動態の酸化イリジウムが形成される。

【００２０】本発明に係る第６のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極はルテニウム及び酸素が添加された
イリジウムよりなる多数の結晶粒を含み、結晶粒同士の
間の領域の酸素の含有率は、結晶粒の酸素の含有率より
も大きい。

【００２１】第６のキャパシタによると、第５のキャパ
シタにおいて、粒界の酸素の含有率が、結晶粒の酸素の
含有率よりも大きいため、粒界には不動態となる酸化イ
リジウムが確実に形成されていることになる。

【００２２】第４〜第６のキャパシタにおいて、ルテニ
ウムのイリジウムに対する添加率が４０％（atomic％）
以下であることが好ましい。このようにすると、グレイ
ンの結晶構造がイリジウムの結晶構造である面心立方格
子構造を確実に維持できる。

【００２３】本発明に係る第７のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極は酸化ルテニウムが添加された酸化
イリジウムよりなる。

【００２４】第７のキャパシタによると、下部電極が、
酸化ルテニウムが添加された酸化イリジウムよりなり、
結晶構造が共にルチル型構造であるため混晶となる。従
って、混晶比が酸化ルテニウムよりも酸化イリジウムの
方が大きい場合には、仕事関数を大きな値に維持でき、
且つ、酸化膜との密着性が高くなる。さらに、不動態と
なる酸化イリジウムに該酸化イリジウムよりもエッチン
グが容易な酸化ルテニウムが添加されているため、混晶
のエッチングも容易となる。

【００２５】本発明に係る第８のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極はイリジウムが添加されたルテニウ
ムよりなる。

【００２６】第８のキャパシタによると、下部電極が、
イリジウムが添加されたルテニウムよりなり、結晶構造
が、ルテニウムでは六方最密充填構造であり、イリジウ
ムでは面心立方格子構造であるため、イリジウムの添加
率が所定比よりも小さい場合には、六方最密充填構造を
維持したままルテニウム及びイリジウムの混晶よりなる
多数のグレインが形成される。従って、イリジウムの添
加率を所定比まで大きくすると、仕事関数を大きくでき
る上に、エッチングの容易さが損なわれない。

【００２７】本発明に係る第９のキャパシタは、基板上
に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電極
とを備え、下部電極はイリジウム及び酸素が添加された
ルテニウムよりなる。

【００２８】第９のキャパシタによると、結晶構造が、
ルテニウムでは六方最密充填構造であり、イリジウムで
は面心立方格子構造であり、酸化ルテニウム及び酸化イ
リジウムではルチル型構造である。このため、イリジウ
ムの添加率が所定比よりも小さい場合には、六方最密充
填構造を維持したままほぼルテニウム及びイリジウムの
混晶よりなる多数のグレインが形成され、且つ、粒界に
該粒界を充填するほぼ酸化ルテニウム及び酸化イリジウ
ムよりなる充填層が形成される。従って、下部電極は、
ルテニウムのみの場合よりも仕事関数が大きくなると共
にエッチングの容易さが損なわれない。その上、粒界に
は酸化ルテニウムと不動態の酸化イリジウムとの混晶が
形成される。

【００２９】本発明に係る第１０のキャパシタは、基板
上に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電
極とを備え、下部電極はイリジウム及び酸素が添加され
たルテニウムよりなる多数の結晶粒を含み、結晶粒同士
の間の領域の酸素の含有率は、結晶粒の酸素の含有率よ
りも大きい。

【００３０】第１０のキャパシタによると、第９のキャ
パシタにおいて、粒界の酸素の含有率が、結晶粒の酸素
の含有率よりも大きいため、粒界には不動態となる酸化
イリジウムが確実に形成されていることになる。

【００３１】第８〜１０のキャパシタにおいて、イリジ
ウムのルテニウムに対する添加率が４５％（atomic％）
以下であることが好ましい。このようにすると、グレイ
ンはルテニウムの結晶構造である六方最密充填構造を確
実に維持できる。

【００３２】本発明に係る第１１のキャパシタは、基板
上に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電
極とを備え、下部電極は酸化イリジウムが添加された酸
化ルテニウムよりなる。

【００３３】第１１のキャパシタによると、下部電極
が、酸化イリジウムが添加された酸化ルテニウムよりな
り、結晶構造が共にルチル型構造であるため混晶とな
る。従って、酸化ルテニウムよりも仕事関数が大きい酸
化イリジウムが添加されているため、仕事関数が大きく
なり、且つ、不動態の酸化イリジウムにより酸化膜との
密着性が高くなる。さらに、酸化ルテニウムのエッチン
グ容易性が損なわれない。

【００３４】本発明に係る第１２のキャパシタは、基板
上に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電
極とを備え、下部電極は酸化イリジウム又は酸化ルテニ
ウムが添加された白金よりなる。

【００３５】第１２のキャパシタによると、下部電極
が、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムが添加された白
金よりなり、結晶構造が、白金では面心立方格子構造で
あり、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムではルチル型
構造である。従って、結晶構造が安定な場合には、白金
よりなるグレインが形成され、且つ、粒界に該粒界を充
填するほぼ酸化イリジウム及び酸化ルテニウムよりなる
充填層が形成される。

【００３６】本発明に係る第１３のキャパシタは、基板
上に順次形成された、下部電極、容量絶縁膜及び上部電
極とを備え、下部電極は酸素とイリジウム又はルテニウ
ムとを含む添加材が添加された白金よりなる多数の結晶
粒を含み、結晶粒同士の間の領域における添加材の含有
率は、結晶粒における添加材の含有率よりも大きい。

【００３７】第１３のキャパシタによると、下部電極
が、酸素とイリジウム又はルテニウムとを含む添加材が
添加された白金よりなり、結晶構造が、白金及びイリジ
ウムでは面心立方格子構造であり、ルテニウムでは六方
最密充填構造であり、酸化イリジウム及び酸化ルテニウ
ムではルチル型構造である。従って結晶構造が安定な場
合には、白金は極めて酸化されにくいため、ほぼ白金及
びイリジウムよりなるグレインと、添加された酸素によ
り酸化されてなる酸化イリジウム及び酸化ルテニウムが
粒界の充填層となる。

【００３８】本発明に係る第１４のキャパシタは、基板
上に形成された下地絶縁膜と、下地絶縁膜の上に形成さ
れ、貴金属、貴金属の導電性酸化物、高融点金属又は高
融点金属の導電性化合物の導電性材料よりなる柱状の下
部電極と、下部電極の上面及び側面を覆うように形成さ
れた容量絶縁膜と、容量絶縁膜における下部電極を覆う
領域の上に形成された上部電極と、下部電極の上面と容
量絶縁膜との間に形成された保護絶縁膜とを備えてい
る。

【００３９】第１４のキャパシタによると、柱状の下部
電極の上面と容量絶縁膜との間に形成された保護絶縁膜
を備えているため、容量絶縁膜における下部電極の上面
側の屈曲部の内側に保護絶縁膜が位置することになり、
容量絶縁膜の屈曲部に粒界が生成されている場合であっ
ても、この粒界が下部電極のリークパスとならない。

【００４０】本発明に係る第１５のキャパシタは、基板
上に形成された下地絶縁膜と、下地絶縁膜の上に形成さ
れ、貴金属、貴金属の導電性酸化物、高融点金属又は高
融点金属の導電性化合物の導電性材料よりなる有底筒状
の下部電極と、下部電極の外側面、内側面、上縁部及び
底面を覆うように形成された容量絶縁膜と、容量絶縁膜
における下部電極を覆う領域の上に形成された上部電極
と、下部電極の上縁部と容量絶縁膜との間に形成された
保護絶縁膜とを備えている。

【００４１】第１５のキャパシタによると、有底筒状の
下部電極の上縁部と容量絶縁膜との間に形成された保護
絶縁膜を備えているため、容量絶縁膜における下部電極
の上端側の屈曲部の内側に保護絶縁膜が位置することに
なり、容量絶縁膜の屈曲部に粒界が生成されている場合
であっても、この粒界が下部電極のリークパスとならな
い。

【００４２】第１４又は第１５のキャパシタにおいて、
導電性材料が、白金、イリジウム、ルテニウム又はこれ
らのうちの少なくとも２つの金属の合金、酸化イリジウ
ム、酸化ルテニウム又はこれらの酸化物の混晶よりなる
ことが好ましい。

【００４３】第１４又は第１５のキャパシタにおいて、
下部電極の側面と保護絶縁膜の側面とが滑らかに連続し
ていることが好ましい。

【００４４】第１４又は第１５のキャパシタにおいて、
下部電極が、下地絶縁膜が有する凸部の上に形成されて
いることが好ましい。このようにすると、下部電極と下
地絶縁膜とを覆う容量絶縁膜の屈曲部が、下部電極と下
地絶縁膜の凸部との界面よりも下側に位置するため、屈
曲部に粒界が生成されたとしても、この粒界が下部電極
のリークパスとならない。

【００４５】この場合に、下地絶縁膜の凸部の側面と下
部電極の側面とが滑らかに連続していることが好まし
い。

【００４６】本発明に係る第１のキャパシタの製造方法
は、基板上に、酸素を添加したイリジウム膜よりなる下
部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電極の上に
容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工程と、容量絶縁
膜の上に上部電極を形成する上部電極形成工程とを備
え、下部電極形成工程は、イリジウム膜に生成される結
晶粒における結晶粒界の酸素濃度が結晶粒の酸素濃度よ
りも大きくなるように、イリジウム膜に対してアニール
を行なう工程を有している第１のキャパシタの製造方法
によると、酸素を添加したイリジウム膜に生成される結
晶粒における結晶粒界の酸素濃度が結晶粒の酸素濃度よ
りも大きくなるようにイリジウム膜に対してアニールを
行なうため、本発明の第２のキャパシタを確実に実現で
きる。

【００４７】本発明に係る第２のキャパシタの製造方法
は、基板上に、ルテニウム及び酸素を添加したイリジウ
ム膜よりなる下部電極を形成する下部電極形成工程と、
下部電極の上に容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工
程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する上部電極形
成工程とを備え、下部電極形成工程は、イリジウム膜を
構成する原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動する
ようにイリジウム膜に対してアニールを行なう工程を有
している。

【００４８】第２のキャパシタの製造方法によると、ル
テニウム及び酸素が添加されたイリジウム膜を構成する
原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動するようにイ
リジウム膜に対してアニールを行なうため、本発明の第
５のキャパシタを確実に実現できる。

【００４９】本発明に係る第３のキャパシタの製造方法
は、基板上に、イリジウム及び酸素を添加したルテニウ
ム膜よりなる下部電極を形成する下部電極形成工程と、
下部電極の上に容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工
程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する上部電極形
成工程とを備え、下部電極形成工程は、ルテニウム膜を
構成する原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動する
ようにルテニウム膜に対してアニールを行なう工程を有
している。

【００５０】第３のキャパシタの製造方法によると、イ
リジウム及び酸素が添加されたルテニウム膜を構成する
原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動するようにル
テニウム膜に対してアニールを行なうため、本発明の第
９のキャパシタを確実に実現できる。

【００５１】本発明に係る第４のキャパシタの製造方法
は、基板上に、酸化イリジウム又は酸化ルテニウムを添
加した白金膜よりなる下部電極を形成する下部電極形成
工程と、下部電極の上に容量絶縁膜を形成する容量絶縁
膜形成工程と、容量絶縁膜の上に上部電極を形成する上
部電極形成工程とを備え、下部電極形成工程は、白金膜
を構成する原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動す
るように導電膜に対してアニールを行なう工程を有して
いる。

【００５２】第４のキャパシタの製造方法によると、酸
化イリジウム又は酸化ルテニウムを添加した白金膜を構
成する原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動するよ
うに白金膜に対してアニールを行なうため、本発明の第
１２のキャパシタを確実に実現できる。

【００５３】本発明に係る第５のキャパシタの製造方法
は、基板上の下地絶縁膜の上に、貴金属、貴金属の導電
性酸化物、高融点金属又は高融点金属の導電性化合物よ
りなる下部電極形成膜を堆積する下部電極形成膜堆積工
程と、下部電極形成膜の上に保護絶縁膜を堆積する保護
絶縁膜堆積工程と、保護絶縁膜及び下部電極形成膜に対
して選択的にエッチングを行なうことにより、上部に保
護絶縁膜を有する下部電極形成膜よりなる柱状の下部電
極を形成する下部電極形成工程と、絶縁膜を下部電極の
上面及び側面を覆うように堆積することにより、絶縁膜
よりなる容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工程と、
容量絶縁膜における下部電極を覆う領域の上に上部電極
を形成する上部電極形成工程とを備えている。

【００５４】第５のキャパシタの製造方法によると、下
地絶縁膜の上に、貴金属、貴金属の導電性酸化物、高融
点金属又は高融点金属の導電性化合物よりなる下部電極
形成膜を堆積し、その後、下部電極形成膜の上に保護絶
縁膜を堆積する。続いて、保護絶縁膜及び下部電極形成
膜に対して選択的にエッチングを行なうことにより、上
部に保護絶縁膜を有する柱状の下部電極を形成するた
め、本発明の第１４のキャパシタを確実に実現できる。

【００５５】第５の製造方法において、下部電極形成工
程が、下部電極の側面と保護絶縁膜の側面とが側面が滑
らかに連続するようにエッチングを行なう工程を含むこ
とが好ましい。

【００５６】本発明に係る第６のキャパシタの製造方法
は、基板上の下地絶縁膜の上に、開口部を有するマスク
パターンを形成するマスクパターン形成工程と、開口部
が充填されるようにマスクパターンの上に全面にわたっ
て導電膜を堆積する導電膜堆積工程と、導電膜に対して
エッチングを行なうことにより、マスクパターンの上面
を露出させると共に導電膜における開口部の上部に導電
膜が除去されてなる空間部を形成する空間部形成工程
と、空間部に保護絶縁膜を充填した後、マスクパターン
を除去することにより、上部に保護絶縁膜を有し且つ導
電膜よりなる下部電極を形成する下部電極形成工程と、
下部電極の上面及び側面を覆うように容量絶縁膜を形成
する容量絶縁膜形成工程と、容量絶縁膜における下部電
極を覆う領域の上に上部電極を形成する上部電極形成工
程とを備えている。

【００５７】第６のキャパシタの製造方法によると、基
板上の下地絶縁膜の上に、開口部を有するマスクパター
ンを形成した後、マスクパターンの上に全面にわたって
導電膜を堆積することにより、開口部に導電膜を充填す
る。その後、導電膜に対してエッチングを行なうことに
より、マスクパターンの上面を露出させると共に導電膜
における開口部の上部に導電膜が除去されてなる空間部
を形成し、続いて、該空間部に保護絶縁膜を充填した
後、マスクパターンを除去することにより、上部に保護
絶縁膜を有する下部電極を形成するため、本発明の第１
４のキャパシタを確実に実現できる。

【００５８】本発明に係る第７のキャパシタの製造方法
は、基板上の下地絶縁膜の上に、開口部を有するマスク
パターンを形成するマスクパターン形成工程と、開口部
の底面及び壁面を含むマスクパターンの上に全面にわた
って導電膜を堆積する導電膜堆積工程と、開口部が充填
されるように導電膜の上に全面にわたって導電膜とのエ
ッチング選択比が大きい充填材を堆積する充填材堆積工
程と、導電膜に対してエッチングを行なうことにより、
マスクパターンの上面を露出させると共に導電膜におけ
る開口部の壁面上部に導電膜が除去されてなる空間部を
形成する空間部形成工程と、空間部に保護絶縁膜を充填
した後、マスクパターン及び充填材を除去することによ
り、上縁部に保護絶縁膜を有し且つ導電膜よりなる有底
筒状の下部電極を形成する下部電極形成工程と、下部電
極の外側面、内側面、上縁部及び底面に容量絶縁膜を形
成する容量絶縁膜形成工程と、容量絶縁膜における下部
電極を覆う領域の上に上部電極を形成する上部電極形成
工程とを備えている。

【００５９】第７のキャパシタの製造方法によると、開
口部を有するマスクパターンを形成した後、開口部の底
面及び壁面を含むマスクパターンの上に全面にわたって
導電膜を堆積し、続いて、開口部が充填されるように導
電膜の上に全面にわたって導電膜とのエッチング選択比
が大きい充填材を堆積することにより、開口部に充填材
を充填する。その後、導電膜に対してエッチングを行な
うことにより、マスクパターンの上面を露出させると共
に導電膜における開口部の壁面上部に導電膜が除去され
てなる空間部を形成し、続いて、該空間部に保護絶縁膜
を充填した後、マスクパターン及び充填材を除去するこ
とにより、上縁部に保護絶縁膜を有する有底筒状の下部
電極を形成するため、本発明の第１５のキャパシタを確
実に実現できる。

【００６０】第５〜第７のキャパシタの製造方法におい
て、導電膜が、貴金属、貴金属の導電性酸化物、高融点
金属又は高融点金属の導電性化合物であることが好まし
い。

【００６１】第５〜第７のキャパシタの製造方法は、下
部電極形成工程と容量絶縁膜形成工程との間に、下部電
極をマスクとして下地絶縁膜の上部に対してエッチング
を行なうことにより、下地絶縁膜における下部電極の周
辺部を掘削する下地絶縁膜掘削工程をさらに備えている
ことが好ましい。

【００６２】第５〜第７のキャパシタの製造方法が、下
地絶縁膜掘削工程を備えている場合に、下地絶縁膜掘削
工程が、下部電極の側面と下地絶縁膜の側面とが滑らか
に連続するようにエッチングを行なう工程を含むことが
好ましい。

【００６３】本発明に係る第１の半導体装置は、半導体
基板上に形成され、酸化イリジウムよりなる下部電極
と、該下部電極の上に形成され、タンタル酸化物よりな
る容量絶縁膜と、該容量絶縁膜の上に形成された上部電
極とから構成されたキャパシタを備えている。

【００６４】本発明に係る第２の半導体装置は、半導体
基板上に形成され、酸素が添加されたイリジウムよりな
る下部電極と、該下部電極の上に形成された容量絶縁膜
と、該容量絶縁膜の上に形成された上部電極とから構成
されたキャパシタを備えている。

【００６５】本発明に係る第３の半導体装置は、半導体
基板上に順次形成され、酸素が添加されたイリジウムよ
りなる下部電極と、容量絶縁膜と、上部電極とから構成
されたキャパシタを備え、下部電極は、多数の結晶粒を
含み、該結晶粒同士の間の領域の酸素の含有率は、結晶
粒の酸素の含有率よりも大きい。

【００６６】

【発明の実施の形態】本願発明者らは、従来の高誘電体
を容量絶縁膜に持つキャパシタが、所望の電気的特性が
得られない原因を種々検討した結果、キャパシタの下部
電極の材料に関する第１の問題と、キャパシタの構造に
関する第２の問題とを見出している。

【００６７】以下、第１の問題について説明する。

【００６８】まず、ルテニウム及び酸化ルテニウムは、
仕事関数が小さく、容量絶縁膜との間の電位障壁が小さ
いため、電圧を上げると電子が電位障壁を容易に飛び越
えるようになるので、リーク電流の電流値が大きくな
る。また、容量絶縁膜との密着性が低く、且つ、ＤＲＡ
Ｍ等の半導体装置においては下地層との密着性が低い。
さらに、ルテニウムは高温の酸素雰囲気で表面が荒れる
ため、ルテニウムを覆う容量絶縁膜の表面が平坦となら
ないので、リークパスを形成しやすい。

【００６９】次に、イリジウムは、容量絶縁膜や下地層
との密着性が低い。また、ルテニウムと比べてエッチン
グが困難であり、高温化では電極中への酸素の侵入を抑
制しにくい。また、酸化イリジウムも、ルテニウムと比
べてエッチングが難しい。

【００７０】次に、白金は、容量絶縁膜や下地層との密
着性が低く、エッチングが難しい。さらに、白金は、高
温下で結晶を構成する原子が再配置することにより表面
が荒れる。その上、水素に対する触媒作用を有するた
め、容量絶縁膜の水素による還元を助長するので、容量
絶縁膜のリーク電流の増大や比誘電率の劣化が著しい。
また、白金の結晶は細かい結晶粒（グレイン）から構成
されている。このようなグレインはルテニウムやイリジ
ウムにも存在するが、特に白金の場合は、グレイン同士
の境界（粒界）で相互拡散が容易に生じやすい。その結
果、容量絶縁膜中の酸素が抜けやすく且つ容量絶縁膜の
周囲に位置する材料の構成原子が侵入しやすいためリー
ク電流が増大する。なお、酸素添加白金は、あらかじめ
酸素を白金中に添加することによって酸素の侵入を抑制
する効果がある。

【００７１】一方、このような問題を下部電極に異なる
元素を添加して改良する方法が開示されている。例え
ば、特開平９−２６０６０３号公報には、貴金属と高融
点金属との非晶質合金を用いることにより、高温下での
表面の荒れと、容量絶縁膜及び下地層の構成原子の相互
拡散とを抑制できることが示されている。この抑制効果
は、貴金属と高融点金属との合金が温度が６００℃以下
ではアモルファス状態であることに起因している。アモ
ルファスであるためグレインが存在せず、従って、粒界
がない。相互拡散は原子が粒界部分を通ることによって
生じるが、この原子が通る粒界がないため、拡散を抑制
できる。

【００７２】また、特開平８−２５０６６０号公報に
は、白金に、表面改質材としてルテニウム（Ｒｕ）、ロ
ジウム（Ｒｈ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏ
ｓ）又はイリジウム（Ｉｒ）のいずれかを添加すること
によって白金と容量絶縁膜の構成原子との格子定数が近
くなるため、容量絶縁膜が界面近傍において結晶化しや
すくなり、また、グレインサイズも大きくできるので、
容量絶縁膜の比誘電率が増大することが示されている。

【００７３】しかしながら、特開平９−２６０６０３号
公報に示される方法では、解決できる内容が限られてい
る。すなわち、該公報においては、下部電極に対して温
度が６００℃を超える熱処理を行なうと下部電極材料に
再結晶化が起こり、下部電極は多数の細かいグレインか
らなる多結晶体となる。ＢＳＴ、ＳＢＴ又は五酸化タン
タル等よりなる容量絶縁膜は成膜後にアニールを行なっ
て結晶化や成膜時の不純物除去をすることが必須である
が、このアニールの温度は６００℃を超えてしまう。該
公報によるとグレインサイズが小さいため、下部電極の
表面に生じる凹凸は微小であると思われるが、結晶中に
は多数の粒界が発生し、相互拡散を回避できない。一
方、特開平８−２５０６６０号公報においては、結晶の
格子定数は変わるものの、グレインの発生を抑制できな
いため、粒界を通る相互拡散を回避できない。

【００７４】従って、本発明に係るキャパシタは、以下
に示す電極材料ごとの第１の問題の解決に特に効果を発
揮する。

【００７５】１）ルテニウムは、仕事関数が小さいため
リーク電流が大きいこと、容量絶縁膜及び絶縁層との密
着性が低いこと、高温時に酸素雰囲気下で表面が荒れる
こと。

【００７６】２）酸化ルテニウムは、真空からの仕事関
数が小さいため、リーク電流が大きいこと、容量絶縁膜
及び絶縁層との密着性が低いこと。

【００７７】３）イリジウムは、容量絶縁膜及び下地層
との密着性が低いこと、ルテニウムと比べてエッチング
が困難なこと、高温化では内部への酸素の侵入を抑制し
にくいこと。

【００７８】４）酸化イリジウムは、ルテニウムと比べ
てエッチングが困難なこと。

【００７９】５）白金は、容量絶縁膜及び下地層との密
着性が低いこと、エッチングが極めて困難なこと、容量
絶縁膜中の酸素が白金のグレイン間を通り抜けるため、
リーク電流が増大すること。

【００８０】以下、第２の問題について図面を参照しな
がら説明する。

【００８１】図２４は従来のキャパシタの断面構成を示
している。図２４に示すように、半導体基板１０１上に
堆積した二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）よりなる下地絶縁層
１０２には、基板１０１とキャパシタ１０３とを電気的
に接続する窒化チタン（ＴｉＮ）よりなるコンタクト１
０４が選択的に形成されている。コンタクト１０４の露
出面を含む下地絶縁層１０２の上面には、高さが約０．
７μｍのルテニウムよりなる円柱状の下部電極１０５が
形成され、該下部電極１０５の上面及び側面を覆うよう
に厚さが１０ｎｍの五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜
１０６及び厚さが約０．１μｍのルテニウムよりなる上
部電極１０７が順次形成されている。

【００８２】容量絶縁膜１０６は、低温の化学的気相堆
積法（以下、ＣＶＤ法）を用いて、下地絶縁層１０２上
に、アモルファス状の五酸化タンタルを堆積した後、温
度が６００℃から８００℃程度の高温のアニールを行な
って、五酸化タンタルを再結晶化させる。この結晶化
は、下部電極１０５を構成するルテニウム原子の結晶格
子の配向方向やグレインサイズといった条件により下部
電極１０５との界面から始まり、図中に付した矢印の方
向に進む。

【００８３】従って、あらかじめ熱処理を行なって下部
電極１０５のルテニウムの配向性を向上させておくと、
容量絶縁膜１０６の五酸化タンタルの結晶のグレインサ
イズは大きくなり、粒界に起因するリーク電流は小さく
できる。

【００８４】すなわち、容量絶縁膜１０６の上部屈曲部
１０６ａにおいては図中の矢印が示す方向に結晶の進行
方向が直交するため、上部屈曲部１０６ａに結晶の不連
続部分が生じる。この不連続部分は粒界が広がるため、
大きなリーク電流が発生してしまう。

【００８５】同様に、容量絶縁膜１０６の下部屈曲部１
０６ｂにおいても図中の矢印が示す方向に結晶の進行方
向が直交するため、下部屈曲部１０６ｂに結晶の不連続
部分が生じやすい。さらに、下地絶縁層１０２は二酸化
ケイ素よりなるため、五酸化タンタルのグレインサイズ
が小さくなりやすく、配向する方向も揃いにくい。その
結果、下部屈曲部１０６ｂに大きな粒界が生じるため、
生じた粒界に沿ってリーク電流値も増大することとな
る。

【００８６】従って、本発明に係る他のキャパシタは、
容量絶縁膜の各屈曲部に絶縁膜が位置する構成を採るこ
とにより、第２の問題を解決する。

【００８７】（第１の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第１の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【００８８】図１は本発明の第１の実施形態に係るキャ
パシタの断面構成を示している。図１に示すように、例
えば、ケイ素（Ｓｉ）よりなる半導体基板１１上に堆積
した二酸化ケイ素又は窒化ケイ素（ＳｉＮ）よりなる下
地絶縁層１２には、半導体基板１１上に形成されたトラ
ンジスタ（図示せず）とキャパシタ１３とを電気的に接
続する窒化チタン又はポリシリコンよりなるコンタクト
１４が選択的に形成されている。コンタクト１４の露出
面を含む下地絶縁層１２の上面には、高さが約０．７μ
ｍの酸化イリジウムよりなる柱状の下部電極１５が形成
され、該下部電極１５の上面及び側面を覆うように厚さ
が１０ｎｍの五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜１６が
形成され、容量絶縁膜１６における下部電極１５を覆う
領域の上に厚さが約０．１μｍの酸化イリジウムよりな
る上部電極１７が形成されている。

【００８９】酸化イリジウムは酸化膜等との密着強度が
大きいため、下部電極１５と容量絶縁膜１６、コンタク
ト１４及び下地絶縁層１２とそれぞれとの密着性が高く
なるので、成膜後に続く高温の熱処理工程における膜剥
れを防止できる。また、過酷な条件での長期間使用に耐
えられるようになり、長期信頼性が向上する。

【００９０】また、酸化イリジウムは仕事関数が大き
く、五酸化タンタルとの間に生じる電子の障壁が高くな
る。このため、酸化イリジウムよりなる電極を持つキャ
パシタに１．５Ｖ以上の高電圧を印加したとしても、電
子が障壁を飛び越えることによる生じるリーク電流を抑
制することができる。

【００９１】その上、酸化イリジウムは強固な不動態で
あるため、成膜中やその後の高温熱処理工程において、
容量絶縁膜１６の構成元素であるタンタル及び酸素を通
さず、また、下地絶縁層１２の構成元素であるケイ素を
通さない。従って、下部電極１５は相互拡散が生じない
ため、五酸化タンタルの組成を均質に保つことができる
ので、キャパシタ１３の電気的特性の劣化を防ぐことが
できる。

【００９２】また、高温の酸素雰囲気においても、上部
電極１７への酸素の侵入がほとんどなく、容量絶縁膜１
６の表面の荒れを抑えることができる。このため、表面
の荒れに起因する電界集中によるリーク電流の増加や信
頼性の劣化を抑制できる。

【００９３】さらに、図１に示すように半導体集積回路
に用いた場合には、下地絶縁層１２の材料との密着性が
高いため、下部電極１５と下地絶縁層１２との間に密着
層をわざわざ設ける必要がなくなるので、プロセスを簡
略化できる。

【００９４】（第２の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第２の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【００９５】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、酸素が添加されたイリジウムにより
構成されている。

【００９６】イリジウムの結晶構造は面心立方格子構造
であり、酸化イリジウムの結晶構造は、ルチル型構造で
あって、互いに異なっている。従って、キャパシタの下
部電極に酸素添加イリジウムを用いると、図２に示すよ
うに、酸素が偏在し、その微細な構造は、イリジウムを
主成分とするグレイン２１と、該グレイン２１を取り囲
む酸化イリジウムよりなる充填層２２とに概ね分離して
いる。酸化イリジウムは、膜厚が数原子層であっても大
変強固な不動態であり、酸やアルカリに侵されない上
に、相互拡散を効果的に抑制する。一般に、相互拡散は
粒界を拡散原子が通ることによって生じるが、本実施形
態においては、図２に示すように、粒界が酸化イリジウ
ムの充填層２２により満たされるため、相互拡散が極め
て生じにくくなり、その結果、下部電極が相互拡散を効
果的に抑制できるようになる。

【００９７】また、下部電極の表面は大気中や成膜後の
工程の雰囲気で酸素に触れるため、イリジウムのグレイ
ンが露出したままでは存在しておらず、酸化イリジウム
が形成されている。酸化イリジウムは容量絶縁膜との密
着性が高く、工程の途中での剥がれ防止や素子の信頼性
の向上に効果がある。

【００９８】また、図１に示すように半導体集積回路に
用いる場合は、下地絶縁層１２の上に酸素添加イリジウ
ムを形成する際に、反応性スパッタ法やＣＶＤ法を用い
る。これらの方法を用いると、酸素雰囲気で堆積が始ま
るため、下地絶縁層１２との界面が酸化イリジウムとな
るので、下地絶縁層１２との密着性が高くなる。

【００９９】ところで、反応性スパッタ法やＣＶＤ法に
おいては、基板温度が低温の場合に、付着した原子が適
当な格子位置に到達する前に、運動エネルギーを失い固
定されてしまう。このため、成膜された下部電極１５
は、酸素が本来の位置になく、部分的なアモルファス状
態となり、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪い
等の欠陥を含む。

【０１００】また、図２に示すようなイリジウムよりな
るグレイン２１と酸化イリジウムよりなる充填層２２と
の分離構造が明確に形成されにくい。そこで、不活性ガ
ス雰囲気中において、温度が６００℃〜８００℃で時間
が１分〜５分程度のアニールを行なって結晶中で原子を
再配置させることにより、結晶欠陥が回復すると共に図
２に示す構造を得られる。

【０１０１】（第３の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第３の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１０２】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、ルテニウムが添加されたイリジウム
により構成されている。

【０１０３】イリジウムの結晶構造は面心立方格子構造
であり、ルテニウムの結晶構造は六方最密充填構造であ
って、互いに異なっている。

【０１０４】また、イリジウムは仕事関数が大きいた
め、イリジウムよりなる電極を持つキャパシタに１Ｖ以
上の電圧を印加してもキャパシタのリーク電流は増加し
ないが、エッチングは困難である。これは、塩素と酸素
との混合ガスを用いてドライエッチングを行なう際に、
エッチング時の反応生成物である塩化インジウム及び四
酸化インジウムの揮発性が低いためである。

【０１０５】一方、ルテニウムは仕事関数が小さいた
め、キャパシタのリーク電流の抑制には不利であるがエ
ッチングが容易である。これは、酸素ガスを用いてドラ
イエッチングを行なう際に、エッチング時の反応生成物
の三酸化ルテニウム及び四酸化ルテニウムの揮発性が高
いためである。

【０１０６】ところで、イリジウムにルテニウムが添加
された混晶の場合には、原子数比が０％〜４０％までの
間で面心立方格子構造が維持される。すなわち、ルテニ
ウムがイリジウムの結晶格子に組み入れられることにな
る。従って、生成される混晶の基本的な電気的特性はイ
リジウムとほぼ同一となるため、仕事関数も大きく低下
しない。

【０１０７】さらに、この混晶に対して酸素及び塩素の
混合ガスを用いてドライエッチングを行なう際に、添加
されたルテニウムは酸素によってエッチングされやすい
ため、ルテニウムの周囲に位置するイリジウムはラジカ
ルな非結合のボンドができるので、塩素及び酸素による
エッチングが容易となる。また、通常、イリジウムがエ
ッチングされにくいのはその表面に不動態の酸化イリジ
ウムが形成されているためである。しかしながら、ルテ
ニウムの方がイリジウムよりも酸化されやすいため、エ
ッチングガス中の酸素がルテニウムと結合しやすくな
り、その結果、イリジウムが酸素と結合する機会が減る
ことによってもドライエッチングが容易となる。

【０１０８】また、下部電極の表面は大気中や成膜後の
工程の雰囲気で酸素に触れるため、膜の表面には酸化イ
リジウム及び酸化ルテニウムよりなる混晶が形成されて
いる。この混晶は酸化イリジウムが６割以上を占めるた
め、前述のように容量絶縁膜との密着性が高く、工程の
途中での剥がれ防止や素子の信頼性の向上に効果があ
る。

【０１０９】また、図１に示すように半導体集積回路に
用いる場合は、下地絶縁層１２の上に酸素添加イリジウ
ムを形成する際に、通常、反応性スパッタ法やＣＶＤ法
を用いる。ここで、堆積工程の初期にのみ酸素を導入す
ると、酸素雰囲気で堆積するため、下地絶縁層１２との
界面は酸化イリジウム及び酸化ルテニウムよりなる混晶
となる。従って、下地絶縁層１２との密着性が高くな
る。

【０１１０】ところで、反応性スパッタ法やＣＶＤ法に
おいては、基板温度が低温の場合に、付着した原子が適
当な格子位置に到達する前に、運動エネルギーを失い固
定されてしまう。このため、成膜された下部電極は、部
分的に結晶構造が面心立方格子から崩れたアモルファス
状態となり、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪
い等の欠陥を含む可能性が高い。そこで、不活性ガス雰
囲気中において、温度が６００℃〜８００℃で時間が１
分〜５分程度のアニールを行なって結晶中で原子を再配
置させることにより、結晶欠陥を回復させることができ
る。

【０１１１】なお、本実施形態に係るキャパシタは、Ｂ
ＳＴ又はＰＺＴ等の比誘電率が非常に高い材料を容量絶
縁膜に用いると共に下部電極の高さが余り要求されない
場合に、より有効である。

【０１１２】（第４の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第４の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１１３】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、ルテニウム及び酸素が添加されたイ
リジウムにより構成されている。

【０１１４】前述したように、イリジウムにルテニウム
が添加された混晶の場合には、原子数比が０％〜４０％
までの間で面心立方格子構造が維持される。従って、生
成される混晶の基本的な電気的特性はイリジウムとほぼ
同一となり、イリジウムの仕事関数も、たいして低下せ
ずに済む。

【０１１５】酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの結晶
構造は、共にルチル型構造であり、イリジウムとルテニ
ウムとを任意の比率で混合してもルチル型構造となる。
ここでの格子定数は双方の中間の値を示す。従って、キ
ャパシタの下部電極にルテニウム及び酸素が添加された
イリジウムを用いると、酸素が偏在し、その微細な構造
は、図２に示すように、面心立方格子のイリジウム及び
ルテニウムの混晶を主成分とするグレイン２１と、該グ
レイン２１を取り囲むルチル型構造の酸化イリジウム及
び酸化ルテニウムの混晶よりなる充填層２２とに概ね分
離している。

【０１１６】酸化イリジウムは、極めて強固な不動態で
あり、酸やアルカリに侵されない上に、粒界を通る相互
拡散を効果的に抑制できる。

【０１１７】本実施形態においては、図２に示すよう
に、粒界が酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの混晶で
充填されるが、ルテニウムよりもイリジウムの割合が大
きいため、相互拡散が極めて生じにくくなる。

【０１１８】また、第３の実施形態と同様に、この混晶
に対して酸素及び塩素の混合ガスを用いてドライエッチ
ングを行なう際に、添加されたルテニウムによってイリ
ジウムにはラジカルな非結合のボンドができるため、塩
素及び酸素によるエッチングが容易となる。その上、強
固な不動態である酸化イリジウムは、ルテニウムの方が
酸化されやすく、エッチングガス中の酸素がルテニウム
と結合しやすいため、イリジウムが酸素と結合する機会
が減ることによってもドライエッチングが容易となる。

【０１１９】また、下部電極の表面は大気中や成膜後の
工程の雰囲気で酸素に触れるため、膜の表面には酸化イ
リジウム及び酸化ルテニウムよりなる混晶が形成されて
いる。この混晶は酸化イリジウムが６割以上を占めるた
め、容量絶縁膜との密着性が高く、工程の途中での剥が
れ防止や素子の信頼性の向上に効果がある。

【０１２０】また、図１に示すように半導体集積回路に
用いる場合は、下地絶縁層１２の上に酸素添加イリジウ
ムを形成する際に、反応性スパッタ法やＣＶＤ法を用い
る。本実施形態においては酸素雰囲気で堆積が始まるた
め、下地絶縁層との界面は酸化イリジウムを多く含む酸
化イリジウム及び酸化ルテニウムの混晶となるので、下
地絶縁層１２との密着性が高くなる。

【０１２１】ところで、反応性スパッタ法やＣＶＤ法に
おいては、基板温度が低温の場合に、付着した原子が適
当な格子位置に到達する前に、運動エネルギーを失い固
定されてしまう。このため、成膜された下部電極は、部
分的に結晶構造が面心立方格子から崩れたアモルファス
状態となり、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪
い等の欠陥を含む。そこで、不活性ガス雰囲気中におい
て、温度が６００℃〜８００℃で時間が１分〜５分程度
のアニールを行なって結晶中で原子を再配置させること
により、結晶欠陥を回復させることができる。

【０１２２】なお、本実施形態に係るキャパシタは、Ｂ
ＳＴ又はＰＺＴ等の比誘電率が非常に高い材料を容量絶
縁膜に用いると共に下部電極の高さが余り要求されない
場合に、より有効である。

【０１２３】（第５の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第５の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１２４】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、酸化ルテニウムが添加された酸化イ
リジウムにより構成されている。ここで、イリジウムと
ルテニウムとの比率は原子数比で９対１から７対３程度
までとする。

【０１２５】酸化イリジウム及び酸化ルテニウムの混晶
はルチル型の結晶構造である。酸化イリジウムを主体と
するため、この混晶の基本的な電気的特性は酸化イリジ
ウムとほぼ同一となる。混晶の仕事関数はルテニウムの
添加率が増えるにつれて小さくなるが、それでも、ルテ
ニウムと比べるとかなり高く維持できる。その上、酸化
イリジウムは、数原子層であっても極めて強固な不動態
であるため相互拡散を効果的に抑制できる。この混晶で
はルテニウムよりもイリジウムの割合が大きいため、相
互拡散が極めて生じにくくなる。

【０１２６】また、酸化イリジウムは前述のように強固
な不動態でありエッチングが困難であるが、ルテニウム
の方が酸化されやすいので、エッチングガス中の酸素は
ルテニウムと結合しやすい。このためイリジウムは酸素
と結合しにくくなりドライエッチングが容易となる。

【０１２７】また、下部電極の表面は、主たる混晶成分
が酸化イリジウムであるため、容量絶縁膜との密着性が
高く、工程の途中での剥がれ防止や、素子の信頼性の向
上に効果がある。また、図１のように半導体集積回路に
用いる場合にも、同様の理由で下地絶縁層１２との密着
性が高い。

【０１２８】ところで、低温で反応性スパッタ法やＣＶ
Ｄ法を用いた成膜直後の下部電極は、部分的に結晶構造
が面心立方格子構造から崩れたアモルファス状態とな
り、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪い等の欠
陥を含む可能性が高い。そこで、不活性ガス雰囲気中に
おいて、温度が６００℃〜８００℃で時間が１分〜５分
程度のアニールを行なって結晶中で原子を再配置させる
ことにより、結晶欠陥を回復させることができる。

【０１２９】なお、本実施形態に係るキャパシタは、Ｂ
ＳＴ又はＰＺＴ等の比誘電率が非常に高い材料を容量絶
縁膜に用いると共に下部電極の高さが余り要求されない
場合に、より有効である。

【０１３０】（第６の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第６の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１３１】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、イリジウムが添加されたルテニウム
により構成されている。

【０１３２】ルテニウムの結晶構造は六方最密充填構造
であり、イリジウムの結晶構造は面心立方格子構造であ
って、互いに異なっている。

【０１３３】ルテニウムはエッチングがしやすいもの
の、仕事関数が小さいため、ルテニウムよりなる電極を
持つキャパシタに約１Ｖ以上の電圧を印加するとキャパ
シタのリーク電流が増加する。一方、イリジウムはエッ
チングがしにくいものの、仕事関数が大きいため、キャ
パシタのリーク電流の抑制には有利である。

【０１３４】ところで、ルテニウムにイリジウムが添加
された混晶の場合には、原子数比が０％〜４５％までの
間で六方最密充填構造が維持される。すなわち、イリジ
ウムがルテニウムの格子に組み入れられる。従って、イ
リジウムの含有量を増加すると格子定数が変化し、それ
につれて徐々に仕事関数が大きくなるため、キャパシタ
のリーク電流の抑制力が大きくなる。

【０１３５】さらに、この混晶に対して酸素及び塩素の
混合ガスを用いてドライエッチングを行なうと、ルテニ
ウムは酸素によってエッチングされやすいため、含有率
が小さいイリジウムにはラジカルな非結合のボンドが多
数できるので、塩素及び酸素の混合ガスによって容易に
エッチングされる。

【０１３６】また、下部電極の表面は大気中や成膜後の
工程の雰囲気で酸素に触れるため、膜の表面には酸化イ
リジウム及び酸化ルテニウムよりなる混晶が形成されて
いる。この混晶は酸化イリジウムの比率は小さいもの
の、酸化ルテニウムのみからなる下部電極と比べて、容
量絶縁膜との密着性は改善される。従って、工程の途中
での剥がれ防止や素子の信頼性の向上に効果がある。

【０１３７】また、図１に示すように半導体集積回路に
用いる場合は、下地絶縁層１２の上にイリジウム添加ル
テニウムを形成する際に、通常、反応性スパッタ法やＣ
ＶＤ法を用いる。ここで、堆積工程の初期にのみ酸素を
導入すると、酸素雰囲気で堆積するため、下地絶縁層１
２との界面は酸化イリジウム及び酸化ルテニウムよりな
る混晶となるので、下地絶縁層１２との密着性が高くな
る。

【０１３８】ところで、低温で反応性スパッタ法やＣＶ
Ｄ法を用いた成膜直後の下部電極は、部分的に結晶構造
が六方最密充填構造から崩れたアモルファス状態とな
り、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪い等の欠
陥を含む可能性が高い。そこで、不活性ガス雰囲気中に
おいて、温度が６００℃〜８００℃で時間が１分〜５分
程度のアニールを行なって結晶中で原子を再配置させる
ことにより、結晶欠陥を回復させることができる。

【０１３９】なお、本実施形態に係るキャパシタは、五
酸化タンタル等の比誘電率が二酸化ケイ素の１０倍程度
の材料を容量絶縁膜に用い、且つ、下部電極に高さ方向
の寸法を要求される場合に、より有効である。

【０１４０】（第７の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第７の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１４１】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、イリジウム及び酸素が添加されたル
テニウムにより構成されている。

【０１４２】ルテニウムの結晶構造は六方最密充填構造
であり、イリジウムの結晶構造は面心立方格子構造であ
り、酸化ルテニウム及び酸化イリジウムの結晶構造は共
にルチル型構造である。また、前述したようにルテニウ
ムにイリジウムが添加された混晶の場合には、原子数比
が０％〜４５％までの間で六方最密充填構造が維持さ
れ、イリジウムの割合を増加させると、格子定数が変化
し、それにつれて徐々に仕事関数が大きくなって、キャ
パシタのリーク電流の抑制に有効となる。

【０１４３】従って、キャパシタの下部電極にイリジウ
ム及び酸素が添加されたルテニウムを用いると、酸素が
偏在し、その微細な構造は、図２に示すように、六方最
密充填構造のルテニウム及びイリジウムの混晶を主成分
とするグレイン２１と、該グレイン２１を取り囲むルチ
ル型構造の酸化ルテニウム及び酸化イリジウムの混晶よ
りなる充填層２２とに概ね分離している。この酸化イリ
ジウムを含む充填層２２は極めて強固な不動態であり、
粒界を通る相互拡散を効果的に抑制できる。

【０１４４】また、この混晶に対して酸素及び塩素の混
合ガスを用いてドライエッチングを行なう際に、ルテニ
ウム及び酸化ルテニウムは酸素によってエッチングされ
やすいため、含有率が小さいイリジウムにはラジカルな
非結合のボンドが多数できるので、塩素及び酸素による
エッチングが容易となる。

【０１４５】また、下部電極の表面は大気中や成膜後の
工程の雰囲気で酸素に触れるため、膜の表面には酸化イ
リジウム及び酸化ルテニウムよりなる混晶が形成されて
いる。この混晶は酸化イリジウムの割合が５割に満たな
いものの、容量絶縁膜との密着性を高めるため、工程の
途中での剥がれ防止や素子の信頼性を向上させる。

【０１４６】また、図１に示すように半導体集積回路に
用いる場合は、下地絶縁層１２の上にイリジウム添加ル
テニウムを形成する際に、通常、反応性スパッタ法やＣ
ＶＤ法を用いる。ここでは、酸素雰囲気で堆積が始まる
ため、下地絶縁層１２との界面は酸化ルテニウムを主と
する酸化ルテニウム及び酸化イリジウムよりなる混晶と
なるので、下地絶縁層１２との密着性が改善される。

【０１４７】ところで、低温で反応性スパッタ法やＣＶ
Ｄ法を用いた成膜直後の下部電極は、部分的に結晶構造
が六方最密充填構造から崩れたアモルファス状態とな
り、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪い等の欠
陥を含む。従って、図２に示すようなルテニウム及びイ
リジウムの混晶からなるグレイン２１と酸化ルテニウム
及び酸化イリジウムの混晶からなる充填層２２との分離
構造が明確に形成されにくい。そこで、不活性ガス雰囲
気中において、温度が６００℃〜８００℃で時間が１分
〜５分程度のアニールを行なって結晶中で原子を再配置
させることにより、結晶欠陥を回復させることができ、
且つ、図２に示す構造を得られる。

【０１４８】なお、本実施形態に係るキャパシタは、五
酸化タンタル等の比誘電率が二酸化ケイ素の１０倍程度
の材料を容量絶縁膜に用い、且つ、下部電極に高さ方向
の寸法を要求される場合に、より有効である。

【０１４９】（第８の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第８の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１５０】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、酸化イリジウムが添加された酸化ル
テニウムにより構成されている。ここで、ルテニウムと
イリジウムとの比率は原子数比で９対１から７対３程度
までとする。

【０１５１】酸化ルテニウム及び酸化イリジウムの混晶
はルチル型の結晶構造である。酸化ルテニウムを主体と
するため、この混晶の基本的な電気的特性は酸化ルテニ
ウムとほぼ同一となる。イリジウムの添加率が増えるに
つれて格子定数が変り、仕事関数が大きくなるので、リ
ーク電流が低減する。また、酸化イリジウムは極めて強
固な不動態であるため、相互拡散を効果的に抑制する。
本実施形態に係る混晶においては、イリジウムよりもル
テニウムの割合が大きいが、相互拡散は酸化ルテニウム
のみの場合と比べて生じにくくなる。

【０１５２】また、この混晶に対して酸素及び塩素の混
合ガスを用いてドライエッチングを行なう際に、混晶の
ルテニウムは酸素によってエッチングされやすいので、
含有率が小さい酸化イリジウムにはラジカルな非結合の
ボンドが多数できるので、混晶は容易にエッチングされ
る。

【０１５３】また、下部電極の表面は、添加された酸化
イリジウムにより容量絶縁膜との密着性が改善され、工
程の途中での剥がれ防止や素子の信頼性の向上に有効と
なる。

【０１５４】さらに、図１に示すように半導体集積回路
に用いる場合は、下地絶縁層１２の上に酸化イリジウム
を添加した酸化ルテニウムを形成する際に、添加された
酸化イリジウムにより下地絶縁層１２との密着性が改善
される。

【０１５５】ところで、低温で反応性スパッタ法やＣＶ
Ｄ法を用いた成膜直後の下部電極は、酸素が所定の位置
になく部分的に結晶構造がルチル型構造から崩れたアモ
ルファス状態となり、グレインサイズが小さい、又は配
向性が悪い等の欠陥を含む。そこで、不活性ガス雰囲気
中において、温度が６００℃〜８００℃で時間が１分〜
５分程度のアニールを行なって結晶中で原子を再配置さ
せることにより、結晶欠陥を回復させることができ、且
つ、図２に示す構造を得ることができる。

【０１５６】なお、本実施形態に係るキャパシタは、五
酸化タンタル等の比誘電率が二酸化ケイ素の１０倍程度
の材料を容量絶縁膜に用い、且つ、下部電極に高さ方向
の寸法を要求される場合に、より有効である。

【０１５７】（第９の実施形態）以下、前記第１の問題
を解決する本発明の第９の実施形態について図面を参照
しながら説明する。

【０１５８】本実施形態に係るキャパシタは、図１に示
す下部電極１５が、ルテニウム及び酸素よりなる添加材
が添加された白金により構成されている。

【０１５９】白金は、仕事関数が大きいため、白金より
なる電極を持つキャパシタに１Ｖ以上の電圧を印加した
としてもリーク電流を小さく抑えられる。また、ルテニ
ウムよりもＢＳＴを安定に形成でき、高い誘電率を得る
ことができる。しかしながら、白金はドライエッチング
が難しく、アスペクト比が大きい下部電極を形成できな
い。また、白金の粒界が酸素を通しやすいため、後工程
の高温プロセスにおいて相互拡散が生じる。その結果、
ＢＳＴから酸素が抜けて、下地層や導電層等の周囲から
チタン等の原子が侵入するためリーク電流が増大する。
さらに、高温の熱処理により結晶中のグレインの方位や
サイズが変わるため、表面に凹凸が発生することもリー
ク電流の増加を招く。

【０１６０】白金にルテニウム及び酸素を添加すると、
白金はルテニウムと比べて酸化されにくいため、酸素は
白金ではなく主にルテニウムと結合する。また、白金及
びルテニウムの混晶の結晶構造は、ルテニウムの原子数
比が０％〜６０％の間で、白金と同一の面心立方格子構
造である。従って、この混晶の基本的な電気的特性は白
金とほぼ同一となり、仕事関数もたいして低下しない。

【０１６１】一方、酸化ルテニウムはルチル型構造であ
る。従って、本実施形態に係る下部電極においては、白
金及びルテニウムの混晶と酸化ルテニウムとは分れて存
在し、その微細な構造は、図２に示すように、面心立方
格子の白金及びルテニウムの混晶よりなるグレイン２１
と、該グレイン２１を取り囲むルチル型構造の酸化ルテ
ニウムの結晶よりなる充填層２２とに概ね分離してい
る。粒界に充填される酸化ルテニウムは酸素の拡散を抑
制する作用があるため、粒界における酸素の拡散を抑制
することができる。

【０１６２】ところで、低温で反応性スパッタ法やＣＶ
Ｄ法を用いた成膜直後の下部電極は、部分的に結晶構造
が面心立方格子構造から崩れたアモルファス状態とな
り、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪い等の欠
陥を含む。従って、図２に示すような白金及びルテニウ
ムの混晶からなるグレイン２１と酸化ルテニウムの結晶
からなる充填層２２との分離構造が明確に形成されにく
い。そこで、不活性ガス雰囲気中において、温度が６０
０℃〜８００℃で時間が１分〜５分程度のアニールを行
なって結晶中で原子を再配置させることにより結晶欠陥
を回復させることができ、且つ、図２に示す構造を得る
ことができる。

【０１６３】また、この混晶に対して酸素及び塩素の混
合ガスを用いてドライエッチングを行なう際に、添加さ
れたルテニウムは酸素によってエッチングされやすいた
め、ルテニウムに隣接する白金にはラジカルな非結合の
ボンドができやすく、塩素及び酸素によるエッチングが
容易となる。

【０１６４】（第９の実施形態の一変形例）本変形例に
係るキャパシタは、図１に示す下部電極１５が、イリジ
ウム及び酸素よりなる添加材が添加された白金により構
成されている。

【０１６５】白金はイリジウムと比べて酸化されにくい
ため、酸素は白金ではなく主にイリジウムと結合する。
白金及びイリジウムの混晶の結晶構造は、含有比率に関
係なく面心立方格子構造となる。また、イリジウムは仕
事関数も大きいため、混晶の仕事関数はほぼ不変であ
る。

【０１６６】一方、酸化イリジウムはルチル型構造であ
る。従って、本変形例に係る下部電極においては、白金
及びイリジウムの混晶と酸化イリジウムとは分れて存在
し、その微細な構造は、図２に示すように、面心立方格
子の白金及びルイリジウムの混晶よりなるグレイン２１
と、該グレイン２１を取り囲むルチル型構造の酸化イリ
ジウムの結晶よりなる充填層２２とに概ね分離してい
る。酸化イリジウムは極めて強固な不動態であるため、
相互拡散を効果的に抑制するので、粒界における酸素等
の拡散を効果的に抑制することができる。

【０１６７】また、下部電極の表面は大気中や成膜後の
工程の雰囲気で酸素に触れるため、白金及びイリジウム
の混晶よりなるグレインが露出したままでは存在してお
らず、膜の表面には酸化イリジウムが形成されている。
この酸化イリジウムは容量絶縁膜との密着性を高めるた
め、工程の途中での剥がれ防止や素子の信頼性を向上さ
せる。

【０１６８】さらに、図１に示すように半導体集積回路
に用いる場合は、下地絶縁層１２の上にイリジウム及び
酸素を添加した白金を堆積する際に、通常、反応性スパ
ッタ法やＣＶＤ法を用いる。ここでは、酸素雰囲気で堆
積が始まるため、下地絶縁層１２との界面は酸化イリジ
ウムが存在する。従って、下地絶縁層１２との密着性が
高くなる。

【０１６９】ところで、低温で反応性スパッタ法やＣＶ
Ｄ法を用いた成膜直後の下部電極は、部分的に結晶構造
が面心立方格子構造から崩れたアモルファス状態とな
り、グレインサイズが小さい、又は配向性が悪い等の欠
陥を含む。従って、図２に示すような白金及びイリジウ
ムの混晶からなるグレイン２１と酸化イリジウムの結晶
からなる充填層２２との分離構造が明確に形成されにく
い。そこで、不活性ガス雰囲気中において、温度が６０
０℃〜８００℃で時間が１分〜５分程度のアニールを行
なって結晶中で原子を再配置させることにより結晶欠陥
を回復させることができ、且つ、図２に示す構造を得る
ことができる。

【０１７０】さらに、図１に示す下部電極１５に、イリ
ジウム、ルテニウム及び酸素よりなる添加材が添加され
た白金を用いてもよく、また、酸化イリジウム及び酸化
ルテニウムよりなる添加材が添加された白金を用いても
よい。

【０１７１】（第１０の実施形態）以下、前記第２の問
題を解決する本発明の第１０の実施形態について図面を
参照しながら説明する。

【０１７２】図３は本発明の第１０の実施形態に係るキ
ャパシタの断面構成を示している。図３に示すように、
例えば、ケイ素よりなる半導体基板３１上に堆積した二
酸化ケイ素又は窒化ケイ素よりなる下地絶縁層３２に
は、半導体基板３１上に形成されたトランジスタ（図示
せず）とキャパシタ３３とを電気的に接続する窒化チタ
ン又はポリシリコンよりなるコンタクト３４が選択的に
形成されている。コンタクト３４の露出面を含む下地絶
縁層３２の上面には、高さが約０．７μｍの酸化イリジ
ウムよりなる柱状の下部電極３５が形成され、下部電極
１５の上面には、厚さが５０ｎｍの二酸化ケイ素又は窒
化ケイ素よりなる保護絶縁膜３６が形成されている。下
部電極３５及び保護絶縁膜３６には、該下部電極３５の
側面と保護絶縁膜３６の上面及び側面とを覆うように、
厚さが１０ｎｍの五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜３
７が形成され、容量絶縁膜３７における下部電極３５を
覆う領域の上に厚さが約０．１μｍの酸化イリジウムよ
りなる上部電極３８が形成されている。

【０１７３】本実施形態は、柱状の下部電極３５の上面
に保護絶縁膜３６が設けられていることを特徴とする。
これにより、容量絶縁膜３７における下部電極３５の上
面側の上部屈曲部３７ａの内側に保護絶縁膜３６が位置
するため、上部屈曲部３７ａに五酸化タンタルよりなる
結晶の粒界が存在してリークパスとなる可能性があった
としても、上部屈曲部３７ａの下側に設けられた保護絶
縁膜３６によってリークパスが遮断される。

【０１７４】なお、本実施形態の場合には、下部電極３
５の上面における単位面積当りの容量が大変小さくな
り、上面部分は容量としては使えなくなる。しかしなが
ら、０．２μｍ² 程度のセル面積になると、下部電極３
５の高さは０．７μｍ程度であり、下部電極３５の側面
と上面との面積比は９対１程度となる。従って、下部電
極３５の上面が容量として使えなくなっても１割程度の
面積の減少に過ぎない。さらに、五酸化タンタルは、結
晶化させると比誘電率が約３倍となるため、結晶化した
五酸化タンタルを用いるメリットの方が、面積が小さく
なるデメリットをはるかに上回る。

【０１７５】このように本実施形態によると、柱状の下
部電極３５を持つ立体的なキャパシタ３３であっても、
下部電極３５を覆う容量絶縁膜３７の上部屈曲部３７ａ
と下部電極３５との間に保護絶縁膜３６を形成するた
め、リーク電流の発生を大幅に抑制できる。

【０１７６】さらに、第１の実施形態に示したように、
下部電極３５が酸化イリジウムよりなるため、下部電極
３５の強い密着強度、大きな仕事関数、相互拡散の抑制
及び表面の荒れの抑制等の効果を併せ持つことはいうま
でもない。

【０１７７】なお、本実施形態において、容量絶縁膜３
７を構成する五酸化タンタルをアモルファス状態で用い
てもよい。

【０１７８】（第１０の実施形態の第１の製造方法）以
下、前記のように構成されたキャパシタ３３の第１の製
造方法について図面を参照しながら説明する。

【０１７９】図４及び図５は本実施形態に係るキャパシ
タの第１の製造方法の工程順の断面構成を示している。
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板３１の上に
二酸化ケイ素よりなる下地絶縁層３２を堆積し、続い
て、下地絶縁層３２に対してホトリソグラフィー法及び
エッチング法を用いて基板面が露出する開口部を選択的
に設け、該開口部に、例えば窒化チタンを蒸着して充填
することにより、コンタクト３４を形成する。続いて、
スパッタ法を用いて、半導体基板３１の上に全面にわた
って、導電膜としての厚さが約０．７μｍの酸化イリジ
ウムよりなる下部電極形成膜３５Ａを堆積する。続い
て、プラズマＣＶＤ法を用いて、下部電極形成膜３５Ａ
の上に全面にわたって、厚さが約５０ｎｍの二酸化ケイ
素よりなる保護絶縁膜３６を堆積する。

【０１８０】ここで、下部電極形成膜３５Ａを堆積した
後に、半導体基板３１に対して高温のアニールを行なう
と、酸化イリジウムの結晶の配向性が揃うためグレイン
サイズが大きくなり、その結果、粒界が少なくなる。ア
ニールを行なうタイミングは後工程でもよいが、酸化イ
リジウムの結晶性の向上と、下部電極形成膜３５Ａと保
護絶縁膜３６との密着度を強化するには、このタイミン
グが最も効果的である。

【０１８１】次に、図４（ｂ）に示すように、保護絶縁
膜３６の上面にレジスト膜を塗布した後、ホトリソグラ
フィー法を用いて、レジスト膜からコンタクト３４の上
方の領域を島状にマスクするレジストパターン４１を形
成する。

【０１８２】次に、図５（ａ）に示すように、レジスト
パターン４１をマスクとして、保護絶縁膜３６に対して
異方性ドライエッチングを行なう。続いて、塩素及び酸
素を主成分とするエッチングガスを用いて、下部電極形
成膜３５Ａに対して下地絶縁層３２が露出するまで基板
面にほぼ垂直に異方性ドライエッチングを行なうことに
より、下部電極形成膜３５Ａから、上面が保護絶縁膜３
６に覆われた下部電極３５を形成する。

【０１８３】ここでは、エッチングガスに酸素が含まれ
ているため、レジストパターン４１も徐々にエッチング
されて保護絶縁膜３６の上面が露出する。その結果、保
護絶縁膜３６を実質的なエッチングマスクとして、下部
電極形成膜３５Ａがエッチングされる。従って、エッチ
ングガスが保護絶縁膜３６に衝突することによって、保
護絶縁膜３６の上面の周縁部及び側面は図５（ａ）に示
すように徐々に削られていくが、保護絶縁膜３６の側面
と下部電極３５の側面とは、保護絶縁膜３６と下部電極
３５の界面３５ａにおいて段差を生じることはなく滑ら
かに連続する。

【０１８４】次に、図５（ｂ）に示すように、ペンタエ
トキシタンタル及び酸素を原料とし、温度が４５０℃の
有機金属ＣＶＤ法を用いて、保護絶縁膜３６を含む下部
電極３５を覆うように、膜厚が約１０ｎｍの五酸化タン
タルよりなる容量絶縁膜３７を堆積する。

【０１８５】堆積後の五酸化タンタルはアモルファスで
あり、不純物として炭素及び水素を大量に含んでいる。
そこで、半導体基板３１に対してオゾン又は酸素ラジカ
ルの雰囲気で高温のアニールを行なって、不純物を気化
させ且つ五酸化タンタルを結晶化させる。このとき、五
酸化タンタルは酸化イリジウムよりなる下部電極３５の
側面の結晶構造の影響を受けて結晶化するため、酸化イ
リジウムの特定の方向に配向しやすく、また、粒界も生
じにくい。

【０１８６】さらに、保護絶縁膜３６と下部電極３５と
の界面３５ａに段差がないため、酸化イリジウム上に結
晶化した五酸化タンタルを結晶の核として、保護絶縁膜
３６にも五酸化タンタルが容易に結晶化する。もし、保
護絶縁膜３６上の五酸化タンタルのすべてが結晶化せ
ず、一部がアモルファス状であったり、粒界ができたり
しても、これらはキャパシタの特性に影響しない。しか
しながら、もし界面３５ａに段差があれば、この段差部
分で結晶の進行方向が曲げられて、結晶が途切れるた
め、リーク電流の原因なる粒界が発生してしまう。

【０１８７】次に、スパッタ法を用いて、導電膜として
の酸化イリジウムよりなる上部電極を容量絶縁膜３７に
おける下部電極３５を覆う領域の上に堆積すると、図３
に示すキャパシタ３３が完成する。

【０１８８】なお、酸化イリジウムの成膜法としてスパ
ッタ法を用いたが、これに限らず、ＣＶＤ法又はめっき
法を用いてもよい。

【０１８９】（第１０の実施形態の第２の製造方法）以
下、本実施形態に係るキャパシタの第２の製造方法につ
いて図面を参照しながら説明する。

【０１９０】図６〜図８は本実施形態に係るキャパシタ
３３の第２の製造方法の工程順の断面構成を示してい
る。まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板３１の
上に窒化ケイ素よりなる下地絶縁層３２を堆積し、続い
て、下地絶縁層３２に対してホトリソグラフィー法及び
エッチング法を用いて基板面が露出する開口部を選択的
に設け、該開口部に、例えば窒化チタンを充填すること
により、コンタクト３４を形成する。続いて、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて、半導体基板３１の上に全面にわたっ
て、厚さが約０．７５μｍの二酸化ケイ素よりなるマス
ク形成膜を堆積し、該マスク形成膜に対してドライエッ
チングを行なって下部電極形成領域となる開口部４２ａ
を設けることにより、マスク形成膜からマスクパターン
４２を形成する。

【０１９１】次に、図６（ｂ）に示すように、イリジウ
ム原子の周囲に有機分子を配した有機金属と酸素とを原
料とする有機金属ＣＶＤ法を用いて、マスクパターン４
２の開口部４２ａに充填されるように半導体基板３１の
上に全面にわたって酸化イリジウムよりなる下部電極形
成膜３５Ｂを堆積する。

【０１９２】次に、図７（ａ）に示すように、塩素及び
酸素を主成分とするエッチングガスを用いて、下部電極
形成膜３５Ｂに対して異方性エッチング（エッチバッ
ク）を行なう。このとき、マスクパターン４２の開口部
４２ａの上部に深さが約５０ｎｍの空間部４２ｂができ
る程度にエッチング時間を調整する。

【０１９３】次に、図７（ｂ）に示すように、プラズマ
ＣＶＤ法を用いて、マスクパターン４２の空間部４２ｂ
に充填されるように半導体基板３１の上に全面にわたっ
て窒化ケイ素よりなる保護絶縁膜３６を堆積する。

【０１９４】次に、図８（ａ）に示すように、堆積した
保護絶縁膜３６に対してフッ化炭素（ＣＦ₄ ）系のガス
を用いて選択的にエッチングを行なうことにより、空間
部４２ｂにのみ保護絶縁膜３６を残す。

【０１９５】次に、図８（ｂ）に示すように、フッ酸を
主成分とするエッチング液を用いて、マスクパターン４
２を選択的に除去することにより、下部電極形成膜３５
Ｂから、上面が保護絶縁膜３６に覆われた下部電極３５
を形成する。この後、半導体基板３１に対して高温のア
ニールを行なうと、酸化イリジウムの結晶の配向性が揃
いグレインサイズが大きくなって、粒界が少なくなる。
アニールを行なうタイミングは後工程で行なってもよい
が、酸化イリジウムの結晶性、及び下部電極３５と保護
絶縁膜３６との密着度を向上させるには、このタイミン
グが効果的である。また、保護絶縁膜３６と下部電極３
５とはマスクパターン４２の一の開口部４２ａを用いて
形成されているため、保護絶縁膜３６と下部電極３５と
の側面は界面３５ａで段差を生じることなく滑らかに連
続する。

【０１９６】この後の工程は、第１の製造方法に示した
図５（ｂ）以降の工程と同一である。すなわち、有機金
属ＣＶＤ法を用いて、保護絶縁膜３６を含む下部電極３
５を覆うように五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜３７
を堆積し、堆積した容量絶縁膜３７に対して高温のアニ
ールを行なって、不純物の気化及び五酸化タンタルの結
晶化を行なう。続いて、酸化イリジウムよりなる上部電
極３８を容量絶縁膜３７における下部電極３５を覆う領
域の上に形成すると、図３に示すキャパシタ３３が完成
する。

【０１９７】第２の製造方法においても、下部電極３５
の側面と保護絶縁膜３６の側面とがその界面３５ａにお
いて連続し段差がないため、下部電極３５の酸化イリジ
ウム上に結晶化する五酸化タンタルを結晶の核として、
保護絶縁膜３６上の五酸化タンタルも容易に結晶化が進
む。

【０１９８】また、保護絶縁膜３６上の五酸化タンタル
のすべてが結晶化せず、その一部がアモルファス状であ
ったり、粒界ができたりしても、これらはキャパシタ３
３の電気的特性に影響しないことも同様である。

【０１９９】なお、本実施形態においては、下部電極３
５に酸化イリジウムを用いたが、イリジウム、酸化ルテ
ニウム、ルテニウム又は白金等の貴金属類とその導電性
酸化物を用いてもよく、すなわち、第１〜第９の実施形
態に示した下部電極用の各材料を用いることができる。
さらに、タングステン又は窒化タングステン等の高融点
金属とその導電性化合物を用いても、同様の効果を得る
ことができる。

【０２００】また、容量絶縁膜３７に、例えば、ＢＳＴ
又はＰＺＴ等の高誘電率の絶縁体を用いても本実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【０２０１】（第１１の実施形態）以下、前記第２の問
題を解決する本発明の第１１の実施形態について図面を
参照しながら説明する。

【０２０２】図９は本発明の第１１の実施形態に係るキ
ャパシタの断面構成を示している。図９において、図３
に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付す
ことにより説明を省略する。図９に示すキャパシタ３３
Ａは、下地絶縁層３２における下部電極３５の周辺部が
掘削されてなる掘削部３２ａが形成され、その結果、下
地絶縁層３２における下部電極３５の下側に凸部３２ｂ
が形成されていることを特徴とする。これにより、下地
絶縁層３２と下部電極３５との界面を覆う容量絶縁膜３
７の下部屈曲部３７ｂが界面よりも下側に位置するた
め、下部屈曲部３７ｂは下地絶縁層３２の掘削部３２ａ
に形成されることになる。従って、容量絶縁膜３７の該
界面近傍に粒界が生成されにくく、また、下部屈曲部３
７ｂに粒界が生成されたとしても、この粒界が下部電極
のリークパスとならない。

【０２０３】また、容量絶縁膜３７の上部屈曲部３７ａ
が保護絶縁膜３６を介して形成されているため、上部屈
曲部３７ａ近傍に粒界が生成されたとしても、この粒界
が下部電極のリークパスとならないことは第１０の実施
形態と同様である。

【０２０４】このように本実施形態によると、柱状の下
部電極３５を持つ立体的なキャパシタ３３Ａであって
も、下部電極３５を覆う容量絶縁膜３７の上部屈曲部３
７ａと下部電極３５との間に保護絶縁膜３６を形成する
と共に、下地絶縁層３２における下部電極３５の周辺部
に掘削部３２ａを形成するため、リーク電流の発生を大
幅に抑制できる。

【０２０５】さらに、第１の実施形態に示したように、
下部電極３５が酸化イリジウムよりなるため、下部電極
３５の強い密着強度、大きな仕事関数、相互拡散の抑制
及び表面の荒れの抑制等の効果を併せ持つことはいうま
でもない。

【０２０６】なお、下部電極３５の上面に保護絶縁膜３
６を設けず、下地絶縁層３２の掘削部３２ａのみを設け
てもリーク電流抑制の効果を得られることはいうまでも
ない。

【０２０７】また、本実施形態において、容量絶縁膜３
７を構成する五酸化タンタルをアモルファス状態で用い
てもよい。

【０２０８】（第１１の実施形態の第１の製造方法）以
下、前記のように構成されたキャパシタ３３Ａの第１の
製造方法について図面を参照しながら説明する。

【０２０９】図１０及び図１１は本実施形態に係るキャ
パシタの第１の製造方法の工程順の断面構成を示してい
る。まず、図１０（ａ）に示すように、半導体基板３１
の上に二酸化ケイ素よりなる下地絶縁層３２を堆積し、
続いて、下地絶縁層３２に対してホトリソグラフィー法
及びエッチング法を用いて基板面が露出する開口部を選
択的に設け、該開口部に、例えば窒化チタンを充填する
ことにより、コンタクト３４を形成する。続いて、スパ
ッタ法を用いて、半導体基板３１の上に全面にわたっ
て、厚さが約０．７μｍの酸化イリジウムよりなる下部
電極形成膜３５Ａを堆積する。続いて、プラズマＣＶＤ
法を用いて、下部電極形成膜３５Ａの上に全面にわたっ
て、厚さが１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の二酸化ケイ素
よりなる保護絶縁膜３６を堆積する。

【０２１０】ここで、下部電極形成膜３５Ａを堆積した
後に、半導体基板３１に対して高温のアニールを行なう
と、酸化イリジウムの結晶の配向性が揃うためグレイン
サイズが大きくなり、その結果、粒界が少なくなる。ア
ニールを行なうタイミングは後工程でもよいが、酸化イ
リジウムの結晶性の向上と、下部電極形成膜３５Ａと保
護絶縁膜３６との密着度を向上させるには、このタイミ
ングが最も効果的である。

【０２１１】次に、図１０（ｂ）に示すように、保護絶
縁膜３６の上面にレジスト膜を塗布した後、ホトリソグ
ラフィー法を用いて、レジスト膜からコンタクト３４の
上方の領域を島状にマスクするレジストパターン４１を
形成する。

【０２１２】次に、図１１（ａ）に示すように、レジス
トパターン４１をマスクとして、保護絶縁膜３６に対し
て異方性ドライエッチングを行なう。続いて、塩素及び
酸素を主成分とするエッチングガスを用いて、下部電極
形成膜３５Ａに対して下地絶縁層３２が露出するまで基
板面にほぼ垂直に異方性ドライエッチングを行なうこと
により、下部電極形成膜３５Ａから上面が保護絶縁膜３
６に覆われた下部電極３５を形成する。

【０２１３】ここでも、エッチングガスに酸素が含まれ
ているため、レジストパターン４１も徐々にエッチング
されて保護絶縁膜３６の上面が露出する。その結果、保
護絶縁膜３６を実質的なエッチングマスクとして、下部
電極形成膜３５Ａがエッチングされる。従って、エッチ
ングガスが保護絶縁膜３６に衝突することによって、保
護絶縁膜３６の上面の周縁部及び側面は図１１（ａ）に
示すように徐々に削られていくが、保護絶縁膜３６の側
面と下部電極３５の側面とは、保護絶縁膜３６と下部電
極３５との界面３５ａにおいて連続し、段差を生じるこ
となく滑らかに連続する。

【０２１４】次に、図１１（ｂ）に示すように、形成さ
れた保護絶縁膜３６及び下部電極３５をマスクとして下
地絶縁層３２に対して異方性のエッチングを行なって、
５０ｎｍ程度の深さに掘削することにより、下地絶縁層
３２における下部電極３５の周辺部に掘削部３２ａを形
成する。これにより、下部電極３５と下地絶縁層３２と
の界面３５ｂに段差が生じない。この下地絶縁層３２の
掘削により、保護絶縁膜３６も５０ｎｍ程度削られる
が、保護絶縁膜３６としての膜厚は十分に残っている。

【０２１５】次に、ペンタエトキシタンタル及び酸素を
原料とし、温度が４５０℃の有機金属ＣＶＤ法を用い
て、保護絶縁膜３６を含む下部電極３５を覆うように、
膜厚が約１０ｎｍの五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜
３７を堆積する。堆積後の五酸化タンタルはアモルファ
スであり、不純物として炭素及び水素を大量に含んでい
る。そこで、半導体基板３１に対してオゾン又は酸素ラ
ジカルの雰囲気で高温のアニールを行なって、不純物を
気化させ且つ五酸化タンタルを結晶化させる。このと
き、五酸化タンタルは酸化イリジウムよりなる下部電極
３５の側面の結晶構造の影響を受けて結晶化するため、
酸化イリジウムの特定の方向に配向しやすく、また、粒
界も生じにくい。

【０２１６】さらに、保護絶縁膜３６と下部電極３５と
の界面３５ａ及び下部電極３５と下地絶縁層３２との界
面３５ｂにそれぞれ段差がないため、酸化イリジウム上
に結晶化した五酸化タンタルを結晶の核として、保護絶
縁膜３６及び下地絶縁層３２にも五酸化タンタルが容易
に結晶化する。もし、保護絶縁膜３６及び下地絶縁層３
２上の五酸化タンタルのすべてが結晶化せず、一部がア
モルファス状であったり、粒界ができたりしても、これ
らはキャパシタの特性に影響しない。

【０２１７】次に、スパッタ法を用いて、容量絶縁膜３
７における下部電極３５を覆う領域の上に酸化イリジウ
ムよりなる上部電極を堆積すると、図９に示すキャパシ
タ３３Ａが完成する。

【０２１８】なお、酸化イリジウムの成膜法としてスパ
ッタ法を用いたが、これに限らず、ＣＶＤ法又はめっき
法を用いてもよい。

【０２１９】（第１１の実施形態の第２の製造方法）以
下、本実施形態に係るキャパシタの第２の製造方法につ
いて図面を参照しながら説明する。

【０２２０】図１２〜図１５は本実施形態に係るキャパ
シタ３３Ａの第２の製造方法の工程順の断面構成を示し
ている。まず、図１２（ａ）に示すように、半導体基板
３１の上に窒化ケイ素よりなる下地絶縁層３２を堆積
し、続いて、下地絶縁層３２に対してホトリソグラフィ
ー法及びエッチング法を用いて基板面が露出する開口部
を選択的に設け、該開口部に、例えば窒化チタンを充填
することにより、コンタクト３４を形成する。続いて、
プラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板３１の上に全面
にわたって、厚さが約０．９μｍの二酸化ケイ素よりな
るマスク形成膜を堆積し、該マスク形成膜に対してドラ
イエッチングを行なって下部電極形成領域となる開口部
４２ａを設けることにより、マスク形成膜からマスクパ
ターン４２を形成する。

【０２２１】次に、図１２（ｂ）に示すように、イリジ
ウム原子の周囲に有機分子を配した有機金属と酸素とを
原料とする有機金属ＣＶＤ法を用いて、マスクパターン
４２の開口部４２ａに充填されるように半導体基板３１
の上に全面にわたって酸化イリジウムよりなる下部電極
形成膜３５Ｂを堆積する。

【０２２２】次に、図１３（ａ）に示すように、塩素及
び酸素を主成分とするエッチングガスを用いて、下部電
極形成膜３５Ｂに対して異方性エッチング（エッチバッ
ク）を行なう。このとき、マスクパターン４２の開口部
４２ａの上部に深さが約５０ｎｍの空間部４２ｂができ
る程度にエッチング時間を調整する。

【０２２３】次に、図１３（ｂ）に示すように、プラズ
マＣＶＤ法を用いて、マスクパターン４２の空間部４２
ｂに充填されるように半導体基板３１の上に全面にわた
って窒化ケイ素よりなる保護絶縁膜３６を堆積する。

【０２２４】次に、図１４（ａ）に示すように、堆積し
た保護絶縁膜３６に対してフッ化炭素（ＣＦ₄ ）系のガ
スを用いて選択的にエッチングを行なうことにより、空
間部４２ｂにのみ保護絶縁膜３６を残す。

【０２２５】次に、図１４（ｂ）に示すように、フッ酸
を主成分とするエッチング液を用いて、マスクパターン
４２を選択的に除去することにより、下部電極形成膜３
５Ｂから上面が保護絶縁膜３６に覆われた下部電極３５
を形成する。この後、半導体基板３１に対して高温のア
ニールを行なうと、酸化イリジウムの結晶の配向性が揃
いグレインサイズが大きくなって、粒界が少なくなる。
アニールを行なうタイミングは後工程で行なってもよい
が、酸化イリジウムの結晶性、及び下部電極３５と保護
絶縁膜３６との密着度を向上させるには、このタイミン
グが効果的である。また、保護絶縁膜３６と下部電極３
５とはマスクパターン４２の一の開口部４２ａを用いて
形成されているため、保護絶縁膜３６と下部電極３５と
の側面は界面３５ａで段差を生じることなく連続し、滑
らかにつながる。

【０２２６】次に、図１５に示すように、形成された保
護絶縁膜３６及び下部電極３５をマスクとして下地絶縁
層３２に対して異方性のエッチングを行なって、５０ｎ
ｍ程度の深さに掘削することにより掘削部３２ａを形成
する。これにより、下部電極３５と下地絶縁層３２との
界面３５ｂに段差が生じない。この下地絶縁層３２の掘
削により、保護絶縁膜３６も５０ｎｍ程度削られるため
所望の形状を得られる。

【０２２７】この後の工程は、第１の製造方法と同様で
あって、保護絶縁膜３６及び下部電極３５を覆うよう
に、容量絶縁膜３７及び上部電極３８を順次堆積するこ
とにより、図９に示すキャパシタ３３Ａを得ることがで
きる。

【０２２８】このように、第２の製造方法においても、
下部電極３５と保護絶縁膜３６との界面３５ａ及び下部
電極３５と下地絶縁層３２との界面３５ｂに段差がない
ため、下部電極３５の酸化イリジウム上に結晶化する五
酸化タンタルを結晶の核として、保護絶縁膜３６及び下
地絶縁層３２上の五酸化タンタルも容易に結晶化が進
む。

【０２２９】また、保護絶縁膜３６上及び下地絶縁層３
２上の五酸化タンタルのすべてが結晶化せず、その一部
がアモルファス状であったり、粒界ができたりしても、
これらがキャパシタ３３Ａの特性に影響しないことも同
様である。

【０２３０】なお、本実施形態においては、下部電極３
５に酸化イリジウムを用いたが、イリジウム、酸化ルテ
ニウム、ルテニウム又は白金等の貴金属類とその導電性
酸化物を用いてもよく、すなわち、第１〜第９の実施形
態に示した下部電極用の各材料を用いることができる。
さらに、タングステン又は窒化タングステン等の高融点
金属とその導電性化合物を用いても、同様の効果を得る
ことができる。

【０２３１】また、容量絶縁膜３７に、例えば、ＢＳＴ
又はＰＺＴ等の高誘電率の絶縁体を用いても本実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【０２３２】（第１２の実施形態）以下、前記第２の問
題を解決する本発明の第１２の実施形態について図面を
参照しながら説明する。

【０２３３】図１６は本発明の第１２の実施形態に係る
キャパシタの断面構成を示している。図１６に示すよう
に、例えば、ケイ素よりなる半導体基板５１上に堆積し
た二酸化ケイ素又は窒化ケイ素よりなる下地絶縁層５２
には、半導体基板５１上に形成されたトランジスタ（図
示せず）とキャパシタ５３とを電気的に接続する窒化チ
タン又はポリシリコンよりなるコンタクト５４が選択的
に形成されている。コンタクト５４の露出面を含む下地
絶縁層５２の上面には、高さが約０．７μｍの酸化イリ
ジウムよりなる有底筒状の下部電極５５が形成されてい
る。

【０２３４】下部電極１５の上縁部には、厚さが５０ｎ
ｍの二酸化ケイ素又は窒化ケイ素よりなる保護絶縁膜５
６が形成されており、下部電極５５の外側面、内側面及
び底面並びに保護絶縁膜５６の上面及び側面とを覆うよ
うに、厚さが１０ｎｍの五酸化タンタルよりなる容量絶
縁膜５７が形成され、該容量絶縁膜５７における下部電
極５５を覆う領域の上に酸化イリジウムよりなる上部電
極５８が形成されている。

【０２３５】有底筒状の下部電極５５の上縁部の幅は７
０ｎｍ程度しかなく、下部電極５５を覆う容量絶縁膜５
７には、断面形状で上部屈曲部５７ａが４つに増える。
しかしながら、本実施形態のキャパシタ５３は、下部電
極５５の上縁部に保護絶縁膜５６が設けられているた
め、上部屈曲部５７ａに多数の粒界が生成しても直接の
リークパスとならない。下部電極５５の上縁部の単位面
積当り容量は極めて小さくなって、上縁部は容量として
は使えなくなるが、この部分が容量面積に占める割合
は、数％に過ぎない。五酸化タンタルは結晶化させる
と、比誘電率が約３倍となるため、結晶化された五酸化
タンタルを用いるメリットの方が、面積が小さくなるこ
とをはるかに上回る。

【０２３６】このように本実施形態によると、有底筒状
の下部電極５５を持つ立体的なキャパシタ５３であって
も、下部電極５５を覆う容量絶縁膜５７の上部屈曲部５
７ａと下部電極５５との間に保護絶縁５６が設けられて
いるため、リーク電流の発生を大幅に抑制できる。

【０２３７】さらに、第１の実施形態に示したように、
下部電極５５が酸化イリジウムよりなるため、下部電極
５５の強い密着強度、大きな仕事関数、相互拡散の抑制
及び表面の荒れの抑制等の効果を併せ持つことはいうま
でもない。

【０２３８】また、本実施形態において、容量絶縁膜５
７を構成する五酸化タンタルをアモルファス状態で用い
てもよい。

【０２３９】以下、前記のように構成されたキャパシタ
５３の製造方法について図面を参照しながら説明する。

【０２４０】図１７〜図１９は本実施形態に係るキャパ
シタの製造方法の工程順の断面構成を示している。ま
ず、図１７（ａ）に示すように、例えば、ケイ素よりな
る半導体基板５１の上に窒化ケイ素よりなる下地絶縁層
５２を堆積し、続いて、下地絶縁層５２に対してホトリ
ソグラフィー法及びエッチング法を用いて基板面が露出
する開口部を選択的に設け、該開口部に、例えば窒化チ
タンを充填することにより、コンタクト５４を形成す
る。続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板５
１の上に全面にわたって、厚さが約０．７５μｍの二酸
化ケイ素よりなるマスク形成膜を堆積し、該マスク形成
膜に対してドライエッチングを行なって下部電極形成領
域となる開口部６１ａを設けることにより、マスク形成
膜からマスクパターン６１を形成する。その後、イリジ
ウム原子を含む有機金属と酸素とを原料とする有機金属
ＣＶＤ法を用いて、マスクパターン６１の開口部６１ａ
の底面及び壁面を含む全面にわたって導電膜としての二
酸化イリジウムよりなる下部電極形成膜５５Ａを堆積す
る。続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、開口部６１ａ
を充填するように半導体基板６１の上に全面にわたっ
て、二酸化ケイ素よりなる充填材６２を堆積する。ま
た、充填材６２としてＳＯＧを全面に塗布してもよい。

【０２４１】次に、図１７（ｂ）に示すように、充填材
６２に対してエッチングを行なって、マスクパターン６
１の開口部６１ａを除く領域の下部電極形成膜５５Ａを
露出させる。

【０２４２】次に、図１８（ａ）に示すように、塩素と
酸素とを主成分とするエッチングガスを用いて、露出し
た下部電極形成膜５５Ａに対して異方性エッチングを行
なう。ここで、マスクパターン６１上に堆積している部
分が除去された後もエッチングを行なうことにより、下
部電極形成膜５５Ａにおけるマスクパターン６１の開口
部６１ａの壁面と充填材６２とに挟まれた領域の上部に
深さが５０ｎｍ程度の空間部６１ｂを形成する。続い
て、プラズマＣＶＤ法を用いて、マスクパターン６１の
空間部６１ｂを含む半導体基板５１の全面にわたって窒
化珪素よりなる保護絶縁膜５６を堆積する。

【０２４３】次に、図１８（ｂ）に示すように、保護絶
縁膜５６に対してフッ化炭素（ＣＦ₄ ）系のガスを用い
て選択的にエッチングを行なうことにより、空間部６１
ｂにのみ保護絶縁膜５６を残す。続いて、フッ酸を主成
分とするエッチング液を用いて、マスクパターン６１及
び充填材６２を選択的に除去することにより、下部電極
形成膜５５Ａから、上縁部に保護絶縁膜５６を有する有
底筒状の下部電極５５を形成する。この後、半導体基板
５１に対して高温のアニールを行なうと、酸化イリジウ
ムの結晶の配向性が揃いグレインサイズが大きくなっ
て、粒界が少なくなる。アニールを行なうタイミングは
後工程で行なってもよいが、酸化イリジウムの結晶性、
及び下部電極５５と保護絶縁膜５６との密着度を向上さ
せるには、このタイミングが効果的である。また、保護
絶縁膜５６と下部電極５５とはマスクパターン６１の一
の開口部６１ａを用いて形成されているため、保護絶縁
膜５６と下部電極５５との側面は、保護絶縁膜５６と下
部電極５５との界面５５ａで段差を生じることなく連続
し、滑らかにつながる。

【０２４４】次に、図１９に示すように、ペンタエトキ
シタンタルと酸素とを原料とし、温度が４５０℃の有機
金属ＣＶＤ法を用いて、保護絶縁膜５６を含む下部電極
５５の外側面、内側面及び底面を覆うように、厚さが１
０ｎｍで五酸化タンタルよりなる容量絶縁膜５７を堆積
する。この状態では五酸化タンタルはアモルファスであ
り、不純物として炭素や水素を大量に含み、且つ、酸素
が不足した状態となっている。そこで、堆積した容量絶
縁膜５７に対して高温のアニールを行なって、不純物の
離脱と酸素の補充とを行なうと共に、五酸化タンタルを
結晶化させる。このとき、五酸化タンタルは酸化イリジ
ウムよりなる下部電極５５の側面及び底面の結晶構造の
影響を受けて結晶化するため、酸化イリジウムの特定の
方向に配向しやすく、また、粒界も生じにくい。

【０２４５】さらに、保護絶縁膜５６と下部電極５５と
の界面５５ａに段差がないため、酸化イリジウム上に結
晶化した五酸化タンタルを結晶の核として、保護絶縁膜
５６にも五酸化タンタルが容易に結晶化する。もし、保
護絶縁膜５６上の五酸化タンタルのすべてが結晶化せ
ず、一部がアモルファス状であったり、粒界ができたり
しても、これらはキャパシタ５３の特性に影響しない。
続いて、酸化イリジウムよりなる上部電極５８を容量絶
縁膜５７における下部電極５５を覆う領域の上に形成す
ると、図１６に示すキャパシタ５３が完成する。

【０２４６】なお、本実施形態においては、下部電極５
５に酸化イリジウムを用いたが、イリジウム、酸化ルテ
ニウム、ルテニウム又は白金等の貴金属類とその導電性
酸化物を用いてもよく、すなわち、第１〜第９の実施形
態に示した下部電極用の各材料を用いることができる。
さらに、タングステン又は窒化タングステン等の高融点
金属とその導電性化合物を用いてもよく、導電性のポリ
シリコンを用いても同様の効果を得ることができる。

【０２４７】また、容量絶縁膜５７に、例えば、ＢＳＴ
又はＰＺＴ等の高誘電率の絶縁体を用いても本実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【０２４８】（第１３の実施形態）以下、前記第２の問
題を解決する本発明の第１３の実施形態について図面を
参照しながら説明する。

【０２４９】図２０は本発明の第１３の実施形態に係る
キャパシタの断面構成を示している。図２０において、
図１６に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号
を付すことにより説明を省略する。図２０に示すよう
に、本実施形態に係るキャパシタ５３Ａは、下地絶縁層
５２における下部電極５５の周辺部が掘削されてなる掘
削部５２ａが形成され、その結果、下地絶縁層５２にお
ける下部電極５５の下側に凸部５２ｂが形成されている
ことを特徴とする。これにより、下地絶縁層５２と下部
電極５５とを覆う容量絶縁膜５７の下部屈曲部５７ｂ
が、下地絶縁層５２と下部電極５５との界面よりも下側
に位置するため、下部屈曲部５７ｂは下地絶縁層５２の
掘削部５２ａに形成されることになる。従って、容量絶
縁膜５７の界面近傍に粒界が生成されにくく、また、下
部屈曲部５７ｂに粒界が生成されたとしても、この粒界
が下部電極のリークパスとならない。

【０２５０】また、容量絶縁膜５７の上部屈曲部５７ａ
が保護絶縁膜５６を介して形成されているため、上部屈
曲部５７ａ近傍に粒界が生成されたとしても、この粒界
が下部電極のリークパスとならないことは第１２の実施
形態と同様である。

【０２５１】このように本実施形態によると、有底筒状
の下部電極５５を持つ立体的なキャパシタ５３Ａであっ
ても、下部電極５５を覆う容量絶縁膜５７の上部屈曲部
５７ａと下部電極５５との間に保護絶縁膜５６を形成す
ると共に、下地絶縁層５２における下部電極５５の周辺
部に掘削部５２ａを形成するため、リーク電流の発生を
大幅に抑制できる。

【０２５２】さらに、第１の実施形態に示したように、
下部電極５５が酸化イリジウムよりなるため、下部電極
５５の強い密着強度、大きな仕事関数、相互拡散の抑制
及び表面の荒れの抑制等の効果を併せ持つことはいうま
でもない。

【０２５３】なお、下部電極５５の上縁部に保護絶縁膜
５６を設けず、下地絶縁層５２の掘削部５２ａのみを設
けてもリーク電流抑制の効果を得られることはいうまで
もない。

【０２５４】また、本実施形態において、容量絶縁膜５
７を構成する五酸化タンタルをアモルファス状態で用い
てもよい。

【０２５５】以下、前記のように構成されたキャパシタ
５３Ａの製造方法について図面を参照しながら説明す
る。

【０２５６】図２１〜図２３は本実施形態に係るキャパ
シタの製造方法の工程順の断面構成を示している。ま
ず、図２１（ａ）に示すように、例えば、ケイ素よりな
る半導体基板５１の上に窒化ケイ素よりなる下地絶縁層
５２を堆積し、続いて、下地絶縁層５２に対してホトリ
ソグラフィー法及びエッチング法を用いて基板面が露出
する開口部を選択的に設け、該開口部に、例えば窒化チ
タンを充填することにより、コンタクト５４を形成す
る。続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板５
１の上に全面にわたって、厚さが約０．８μｍの二酸化
ケイ素よりなるマスク形成膜を堆積し、該マスク形成膜
に対してドライエッチングを行なって下部電極形成領域
となる開口部６１ａを設けることにより、マスク形成膜
からマスクパターン６１を形成する。その後、イリジウ
ム原子を含む有機金属と酸素とを原料とする有機金属Ｃ
ＶＤ法を用いて、マスクパターン６１の開口部６１ａの
底面及び壁面を含む全面にわたって導電膜としての二酸
化イリジウムよりなる下部電極形成膜５５Ａを堆積す
る。続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、開口部６１ａ
を充填するように半導体基板６１の上に全面にわたっ
て、二酸化ケイ素よりなる充填材６２を堆積する。ここ
でも、充填材６２としてＳＯＧを全面に塗布してもよ
い。

【０２５７】次に、図２１（ｂ）に示すように、充填材
６２に対してエッチングを行なって、マスクパターン６
１の開口部６１ａを除く領域の下部電極形成膜５５Ａを
露出させる。

【０２５８】次に、図２２（ａ）に示すように、塩素と
酸素とを主成分とするエッチングガスを用いて、露出し
た下部電極形成膜５５Ａに対して異方性エッチングを行
なう。ここで、マスクパターン６１上に堆積している部
分が除去された後もエッチングを行なうことにより、下
部電極形成膜５５Ａにおけるマスクパターン６１の開口
部６１ａの壁面と充填材６２とに挟まれた領域の上部に
深さが１００ｎｍ程度の空間部６１ｃを形成する。ここ
で、空間部６１ｃの深さ寸法が第１２の実施形態の空間
部６１ｂの深さ寸法よりも大きいのは、空間部６１ｃに
充填されてなる保護絶縁膜５６を下地絶縁層５２の掘削
部５２ａ形成用のエッチングマスクとして用いるためで
あり、その際のエッチングによる目減り分を考慮してい
るからである。続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、マ
スクパターン６１の空間部６１ｃを含む半導体基板５１
の全面にわたって窒化珪素よりなる保護絶縁膜５６を堆
積する。

【０２５９】次に、図２２（ｂ）に示すように、保護絶
縁膜５６に対してフッ化炭素（ＣＦ₄ ）系のガスを用い
て選択的にエッチングを行なうことにより、空間部６１
ｃにのみ保護絶縁膜５６を残す。続いて、フッ酸を主成
分とするエッチング液を用いて、マスクパターン６１及
び充填材６２を選択的に除去することにより、下部電極
形成膜５５Ａから、上縁部に保護絶縁膜５６を有する有
底筒状の下部電極５５を形成する。この後、半導体基板
５１に対して高温のアニールを行なうと、酸化イリジウ
ムの結晶の配向性が揃いグレインサイズが大きくなっ
て、粒界が少なくなる。アニールを行なうタイミングは
後工程で行なってもよいが、酸化イリジウムの結晶性、
及び下部電極５５と保護絶縁膜５６との密着度を向上さ
せるには、このタイミングが効果的である。また、保護
絶縁膜５６と下部電極５５とはマスクパターン６１の一
の開口部６１ａを用いて形成されているため、保護絶縁
膜５６と下部電極５５との側面は界面５５ａで段差を生
じることなく滑らかに連続する。

【０２６０】次に、図２３（ａ）に示すように、保護絶
縁膜５６及び下部電極５５をエッチングマスクとして下
地絶縁層５２に対して異方性のエッチングを行なって、
５０ｎｍ程度の深さに掘削することにより、下地絶縁層
５２における下部電極５５の周辺部に掘削部５２ａを形
成する。これにより、下部電極５５と下地絶縁層５２と
の界面５５ｂに段差が生じない。この下地絶縁層５２の
掘削により、保護絶縁膜５６も５０ｎｍ程度削られ、保
護絶縁膜５６の上縁部の角が取れる。

【０２６１】次に、図２３（ｂ）に示すように、ペンタ
エトキシタンタル及び酸素を原料とし、温度が４５０℃
の有機金属ＣＶＤ法を用いて、保護絶縁膜５６を含む下
部電極５５を覆うように、膜厚が約１０ｎｍの五酸化タ
ンタルよりなる容量絶縁膜５７を堆積する。堆積後の五
酸化タンタルはアモルファスであり、不純物として炭素
及び水素を大量に含んでいる。そこで、半導体基板５１
に対してオゾン又は酸素ラジカルの雰囲気で高温のアニ
ールを行なって、不純物を気化させ且つ五酸化タンタル
を結晶化させる。このとき、五酸化タンタルは酸化イリ
ジウムよりなる下部電極５５の側面の結晶構造の影響を
受けて結晶化するため、酸化イリジウムの特定の方向に
配向しやすく、また、粒界も生じにくい。

【０２６２】さらに、保護絶縁膜５６と下部電極５５と
の界面５５ａ及び下部電極５５と下地絶縁層５２との界
面５５ｂにそれぞれ段差がないため、酸化イリジウム上
に結晶化した五酸化タンタルを結晶の核として、保護絶
縁膜５６及び下地絶縁層５２にも五酸化タンタルが容易
に結晶化する。もし、保護絶縁膜５６及び下地絶縁層５
２上の五酸化タンタルのすべてが結晶化せず、一部がア
モルファス状であったり、粒界ができたりしても、これ
らはキャパシタの特性に影響しない。

【０２６３】次に、スパッタ法を用いて、容量絶縁膜５
７における下部電極５５を覆う領域の上に酸化イリジウ
ムよりなる上部電極を堆積すると、図２０に示すキャパ
シタ５３Ａが完成する。

【０２６４】なお、酸化イリジウムの成膜法としてスパ
ッタ法を用いたが、これに限らず、ＣＶＤ法又はめっき
法を用いてもよい。

【０２６５】また、本実施形態においては、下部電極５
５に酸化イリジウムを用いたが、イリジウム、酸化ルテ
ニウム、ルテニウム又は白金等の貴金属類とその導電性
酸化物を用いてもよく、すなわち、第１〜第９の実施形
態に示した下部電極用の各材料を用いることができる。
さらに、タングステン又は窒化タングステン等の高融点
金属とその導電性化合物を用いてもよく、導電性のポリ
シリコンを用いてもよい。

【０２６６】また、容量絶縁膜５７に、例えば、ＢＳＴ
又はＰＺＴ等の高誘電率の絶縁体を用いても本実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【０２６７】

【発明の効果】本発明に係る第１のキャパシタによる
と、下部電極に酸化イリジウムを用いているため、酸化
物よりなる容量絶縁膜との密着性が高くなるので、わざ
わざ密着層を設ける必要がなく、製造プロセスが簡単と
なる。また、酸化イリジウムは、仕事関数が相対的に大
きいため、容量絶縁膜との間に生じる電子の障壁が高く
なるので、リーク電流を抑制できる。さらに、酸化イリ
ジウムは極めて強固な不動態であるため、熱処理中に容
量絶縁膜からタンタルや酸素を通さない。このため、相
互拡散を防止でき、所望の電気的特性を維持できる。

【０２６８】本発明に係る第２〜第６のキャパシタによ
ると、下部電極の主成分にイリジウムを用いているた
め、アニール処理が施されていると、結晶粒にイリジウ
ムを多く含む混晶ができる。さらに、酸素が添加されて
いると、酸化イリジウムはイリジウムと結晶構造が異な
る粒界に充填される、このため、主に粒界を通って流れ
るリーク電流が不動態の酸化イリジウムにより抑制され
るので、所望の電気的特性を得られる。また、ルテニウ
ムが添加されると、ルテニウムはイリジウムと比べてエ
ッチングが容易であるので、製造が容易となる。

【０２６９】第４〜第６のキャパシタにおいて、ルテニ
ウムのイリジウムに対する添加率が４０％以下である
と、結晶粒の結晶構造がイリジウムの結晶構造である面
心立方格子構造を確実に維持できるため、仕事関数も大
きく低下せず、所望の特性をより確実に得ることができ
る。

【０２７０】本発明に係る第７のキャパシタによると、
下部電極が酸化イリジウムを主成分とするため、酸化物
よりなる容量絶縁膜との密着性が高く、且つ、仕事関数
も大きいので、リーク電流を抑制できる。また、酸化ル
テニウムを含むため、エッチングが容易となる。

【０２７１】本発明に係る第８〜第１０のキャパシタに
よると、下部電極の主成分にルテニウムを用いているた
め、製造時のエッチングプロセスが容易となる。また、
イリジウムが添加されていると、仕事関数が大きくなる
ので、加工容易性を保ったままリーク電流を抑制でき
る。さらに、イリジウムと酸素とが添加されていると、
粒界には、ルテニウムの結晶構造と異なる酸化イリジウ
ム及び酸化ルテニウムよりなる混晶が充填される。従っ
て、酸化イリジウムは強固な不動態であるので、主に粒
界を通るリーク電流を抑制できる。

【０２７２】第８〜第１０のキャパシタにおいて、イリ
ジウムのルテニウムに対する添加率が４５％以下である
と、結晶粒の結晶構造がルテニウムの結晶構造である六
方最密充填構造を確実に維持できるため、エッチング加
工性が大きく低下しない。

【０２７３】本発明に係る第１１のキャパシタによる
と、下部電極が酸化ルテニウムを主成分とするため、エ
ッチング加工性を保ちながら、酸化物よりなる容量絶縁
膜との密着性が高く且つ仕事関数が大きくなるので、リ
ーク電流を抑制できる。

【０２７４】本発明に係る第１２のキャパシタによる
と、下部電極の主成分に白金を用いているため、アニー
ル処理が施されていると、結晶粒に白金多く含む混晶が
できる。さらに、酸化イリジウム及び酸化ルテニウムは
白金と結晶構造が異なる粒界に充填される。このため、
主に粒界を通って流れるリーク電流が不動態の酸化イリ
ジウムにより抑制されるので、所望の電気的特性を得ら
れる。また、酸化ルテニウムが添加されると、酸化ルテ
ニウムは酸化イリジウムと比べてエッチングが容易であ
るため、加工性が向上する。

【０２７５】本発明に係る第１３のキャパシタによる
と、下部電極の主成分に白金を用いているため、アニー
ル処理が施されていると、結晶粒に白金を多く含む混晶
ができる。さらに、添加された酸素によってイリジウム
又はルテニウムの酸化物が粒界に充填される。このと
き、酸化物が酸化イリジウムの場合はリーク電流が抑制
され、また、酸化ルテニウムの場合はエッチングの加工
性が向上する。

【０２７６】本発明に係る第１４又は第１５ののキャパ
シタによると、柱状又は有底筒状の下部電極の上端部と
容量絶縁膜との間に形成された保護絶縁膜を有している
ため、容量絶縁膜における下部電極の上側の屈曲部の内
側に保護絶縁膜が位置することになり、容量絶縁膜の屈
曲部に粒界が生成されている場合であっても、この粒界
が下部電極のリークパスとならないので、その結果、リ
ーク電流を防止できる。

【０２７７】第１４又は第１５のキャパシタにおいて、
導電性材料が、白金、イリジウム、ルテニウム又はこれ
らのうちの少なくとも２つの金属の合金、酸化イリジウ
ム、酸化ルテニウム又はこれらの酸化物の混晶よりなる
と、本発明の第２〜第１３のキャパシタを実現でき、半
導体集積回路に用いる場合には微細化に確実に対応でき
る。

【０２７８】第１４又は第１５のキャパシタにおいて、
下部電極の側面と保護絶縁膜の側面とが滑らかに連接続
していると、容量絶縁膜における下部電極と保護絶縁膜
との界面に接する領域に粒界が生成されにくいため、該
領域がリークパスとならないので、所望の電気的特性を
確実に維持できる。

【０２７９】第１４又は第１５のキャパシタにおいて、
下部電極が、下地絶縁膜が有する凸部の上に形成されて
いると、下地絶縁膜と下部電極とを覆う容量絶縁膜の屈
曲部が、下部電極と下地絶縁膜の凸部との界面よりも下
側に位置するため、屈曲部に粒界が生成されたとして
も、この粒界が下部電極のリークパスとならない。この
場合に、下地絶縁膜の凸部の側面と下部電極の側面とが
滑らかに連続していると、容量絶縁膜における下部電極
と下地絶縁膜との界面に接する領域に粒界が生成されに
くいため、該領域が一層リークパスとなりにくいので、
所望の電気的特性を確実に維持できる。

【０２８０】本発明に係る第１のキャパシタの製造方法
によると、酸素を添加したイリジウム膜に生成される結
晶粒における結晶粒界の酸素濃度が結晶粒の酸素濃度よ
りも大きくなるように導電膜に対してアニールを行なう
ため、本発明の第２のキャパシタを確実に実現できる。

【０２８１】本発明に係る第２のキャパシタの製造方法
によると、ルテニウム及び酸素を添加したイリジウム膜
の結晶構造が再配置されて酸素原子が粒界に移動するよ
うにイリジウム膜に対してアニールを行なうため、本発
明の第５のキャパシタを確実に実現できる。

【０２８２】本発明に係る第３のキャパシタの製造方法
によると、イリジウム及び酸素を添加したルテニウム膜
の結晶構造が再配置されて酸素原子が粒界に移動するよ
うにルテニウム膜に対してアニールを行なうため、本発
明の第９のキャパシタを確実に実現できる。

【０２８３】本発明に係る第４のキャパシタの製造方法
によると、酸化イリジウム又は酸化ルテニウムを添加し
た白金膜の結晶構造が再配置されて酸素原子が粒界に移
動するように白金膜に対してアニールを行なうため、本
発明の第１２のキャパシタを確実に実現できる。

【０２８４】本発明に係る第５のキャパシタの製造方法
によると、下地絶縁膜の上に、下部電極形成膜を堆積し
た後、下部電極形成膜の上に保護絶縁膜を堆積する。続
いて、保護絶縁膜及び下部電極形成膜に対して選択的に
エッチングを行なうことにより、上部に保護絶縁膜を有
する柱状の下部電極を形成するため、本発明の第１４の
キャパシタを確実に実現できる。

【０２８５】本発明に係る第６のキャパシタの製造方法
によると、開口部を有するマスクパターンを形成した
後、マスクパターンの上に導電膜を堆積することによ
り、開口部に第１導電膜を充填する。その後、導電膜に
対してエッチングを行なうことにより、マスクパターン
の上面を露出させると共に導電膜における開口部の上部
に導電膜が除去されてなる空間部を形成し、該空間部に
保護絶縁膜を充填する。このようにして、上部に保護絶
縁膜を有する下部電極を形成するため、本発明の第１４
のキャパシタを確実に実現できる。

【０２８６】本発明に係る第７のキャパシタの製造方法
によると、開口部を有するマスクパターンを形成した
後、開口部に全面にわたって導電膜を堆積し、続いて、
開口部の導電膜の上に全面にわたって導電膜とのエッチ
ング選択比が大きい充填材を堆積することにより、開口
部に充填材を充填する。その後、導電膜に対してエッチ
ングを行なうことにより、マスクパターンの上面を露出
させると共に、導電膜における開口部の壁面上部に導電
膜が除去されてなる空間部を形成し、該空間部に保護絶
縁膜を充填する。このようにして、上縁部に保護絶縁膜
を有する有底筒状の下部電極を形成するため、本発明の
第１５のキャパシタを確実に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るキャパシタを示
す構成断面図である。

【図２】本発明の第２〜９の実施形態に係るキャパシタ
における電極の微細構造の模式図である。

【図３】本発明の第１０の実施形態に係るキャパシタを
示す構成断面図である。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態
に係るキャパシタの第１の製造方法を示す工程順の構成
断面図である。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態
に係るキャパシタの第１の製造方法を示す工程順の構成
断面図である。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態
に係るキャパシタの第２の製造方法を示す工程順の構成
断面図である。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態
に係るキャパシタの第２の製造方法を示す工程順の構成
断面図である。

【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態
に係るキャパシタの第２の製造方法を示す工程順の構成
断面図である。

【図９】本発明の第１１の実施形態に係るキャパシタを
示す構成断面図である。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１１の実施形
態に係るキャパシタの第１の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。

【図１１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１１の実施形
態に係るキャパシタの第１の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１１の実施形
態に係るキャパシタの第２の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１１の実施形
態に係るキャパシタの第２の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。

【図１４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１１の実施形
態に係るキャパシタの第２の製造方法を示す工程順の構
成断面図である。

【図１５】本発明の第１１の実施形態に係るキャパシタ
の第２の製造方法を示す工程順の構成断面図である。

【図１６】本発明の第１２の実施形態に係るキャパシタ
を示す構成断面図である。

【図１７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１２の実施形
態に係るキャパシタの製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図１８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１２の実施形
態に係るキャパシタの製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図１９】本発明の第１２の実施形態に係るキャパシタ
の製造方法を示す工程順の構成断面図である。

【図２０】本発明の第１３の実施形態に係るキャパシタ
を示す構成断面図である。

【図２１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１３の実施形
態に係るキャパシタの製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図２２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１３の実施形
態に係るキャパシタの製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図２３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１３の実施形
態に係るキャパシタの製造方法を示す工程順の構成断面
図である。

【図２４】従来のキャパシタを示す構成断面図である。

【符号の説明】

１１ 半導体基板 １２ 下地絶縁層 １３ キャパシタ １４ コンタクト １５ 下部電極 １６ 容量絶縁膜 １７ 上部電極 ２１ グレイン ２２ 充填層 ３１ 半導体基板 ３２ 下地絶縁層 ３２ａ 掘削部 ３２ｂ 凸部 ３３ キャパシタ ３３Ａ キャパシタ ３４ コンタクト ３５ 下部電極 ３５ａ 界面 ３５ｂ 界面 ３５Ａ 下部電極形成膜 ３５Ｂ 下部電極形成膜 ３６ 保護絶縁膜 ３７ 容量絶縁膜 ３７ａ 上部屈曲部 ３７ｂ 下部屈曲部 ３８ 上部電極 ４１ レジストパターン ４２ マスクパターン ４２ａ 開口部 ４２ｂ 空間部 ５１ 半導体基板 ５２ 下地絶縁層 ５２ａ 掘削部 ５２ｂ 凸部 ５３ キャパシタ ５３Ａ キャパシタ ５４ コンタクト ５５ 下部電極 ５５ａ 界面 ５５ｂ 界面 ５５Ａ 下部電極形成膜 ５６ 保護絶縁膜 ５７ 容量絶縁膜 ５７ａ 上部屈曲部 ５７ｂ 下部屈曲部 ５８ 上部電極 ６１ マスクパターン ６１ａ 開口部 ６１ｂ 空間部 ６１ｃ 空間部 ６２ 充填材

フロントページの続き (72)発明者 大塚 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 4M104 BB04 BB30 BB36 CC01 EE05 EE08 EE14 GG16 HH09 HH14 HH20 5F083 AD21 GA28 JA06 JA14 JA15 JA38 JA39 JA40 MA06 MA17 PR21 PR33

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は酸化イリジウムよりなり、 前記容量絶縁膜はタンタル酸化物よりなることを特徴と
   するキャパシタ。
2. 【請求項２】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、酸素が添加されたイリジウムよりなる
   ことを特徴とするキャパシタ。
3. 【請求項３】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、酸素が添加されたイリジウムよりなる
   多数の結晶粒を含み、 前記結晶粒同士の間の領域の酸素の含有率は、前記結晶
   粒の酸素の含有率よりも大きいことを特徴とするキャパ
   シタ。
4. 【請求項４】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、ルテニウムが添加されたイリジウムよ
   りなることを特徴とするキャパシタ。
5. 【請求項５】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、ルテニウム及び酸素が添加されたイリ
   ジウムよりなることを特徴とするキャパシタ。
6. 【請求項６】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、ルテニウム及び酸素が添加されたイリ
   ジウムよりなる多数の結晶粒を含み、 前記結晶粒同士の間の領域の酸素の含有率は、前記結晶
   粒の酸素の含有率よりも大きいことを特徴とするキャパ
   シタ。
7. 【請求項７】 前記ルテニウムの前記イリジウムに対す
   る添加率は４０％以下であることを特徴とする請求項４
   〜６のいずれか１項に記載のキャパシタ。
8. 【請求項８】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、酸化ルテニウムが添加された酸化イリ
   ジウムよりなることを特徴とするキャパシタ。
9. 【請求項９】 基板上に順次形成された、下部電極、容
   量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、イリジウムが添加されたルテニウムよ
   りなることを特徴とするキャパシタ。
10. 【請求項１０】 基板上に順次形成された、下部電極、
    容量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、イリジウム及び酸素が添加されたルテ
    ニウムよりなることを特徴とするキャパシタ。
11. 【請求項１１】 基板上に順次形成された、下部電極、
    容量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、イリジウム及び酸素が添加されたルテ
    ニウムよりなる多数の結晶粒を含み、 前記結晶粒同士の間の領域の酸素の含有率は、前記結晶
    粒の酸素の含有率よりも大きいことを特徴とするキャパ
    シタ。
12. 【請求項１２】 前記イリジウムの前記ルテニウムに対
    する添加率は４５％以下であることを特徴とする請求項
    ９〜１１のいずれか１項に記載のキャパシタ。
13. 【請求項１３】 基板上に順次形成された、下部電極、
    容量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、酸化イリジウムが添加された酸化ルテ
    ニウムよりなることを特徴とするキャパシタ。
14. 【請求項１４】 基板上に順次形成された、下部電極、
    容量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、酸化イリジウム又は酸化ルテニウムが
    添加された白金よりなることを特徴とするキャパシタ。
15. 【請求項１５】 基板上に順次形成された、下部電極、
    容量絶縁膜及び上部電極とを備え、 前記下部電極は、酸素とイリジウム又はルテニウムとを
    含む添加材が添加された白金よりなる多数の結晶粒を含
    み、 前記結晶粒同士の間の領域における前記添加材の含有率
    は、前記結晶粒における前記添加材の含有率よりも大き
    いことを特徴とするキャパシタ。
16. 【請求項１６】 基板上に形成された下地絶縁膜と、 前記下地絶縁膜の上に形成され、貴金属、貴金属の導電
    性酸化物、高融点金属又は高融点金属の導電性化合物の
    導電性材料よりなる柱状の下部電極と、 前記下部電極の上面及び側面を覆うように形成された容
    量絶縁膜と、 前記容量絶縁膜における前記下部電極を覆う領域の上に
    形成された上部電極と、 前記下部電極の上面と前記容量絶縁膜との間に形成され
    た保護絶縁膜とを備えていることを特徴とするキャパシ
    タ。
17. 【請求項１７】 基板上に形成された下地絶縁膜と、 前記下地絶縁膜の上に形成され、貴金属、貴金属の導電
    性酸化物、高融点金属又は高融点金属の導電性化合物の
    導電性材料よりなる有底筒状の下部電極と、 前記下部電極の外側面、内側面、上縁部及び底面を覆う
    ように形成された容量絶縁膜と、 前記容量絶縁膜における前記下部電極を覆う領域の上に
    形成された上部電極と、 前記下部電極の上縁部と前記容量絶縁膜との間に形成さ
    れた保護絶縁膜とを備えていることを特徴とするキャパ
    シタ。
18. 【請求項１８】 前記導電性材料は、白金、イリジウ
    ム、ルテニウム又はこれらのうちの少なくとも２つの金
    属の合金、酸化イリジウム、酸化ルテニウム又はこれら
    の酸化物の混晶よりなることを特徴とする請求項１６又
    は１７に記載のキャパシタ。
19. 【請求項１９】 前記下部電極の側面と前記保護絶縁膜
    の側面とは滑らかに連続していることを特徴とする請求
    項１６又は１７に記載のキャパシタ。
20. 【請求項２０】 前記下部電極は前記下地絶縁膜が有す
    る凸部の上に形成されていることを特徴とする請求項１
    ６又は１７に記載のキャパシタ。
21. 【請求項２１】 前記下地絶縁膜の凸部の側面と前記下
    部電極の側面とは滑らかに連続していることを特徴とす
    る請求項２０に記載のキャパシタ。
22. 【請求項２２】 基板上に、酸素を添加したイリジウム
    膜よりなる下部電極を形成する下部電極形成工程と、前
    記下部電極の上に容量絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成
    工程と、前記容量絶縁膜の上に上部電極を形成する上部
    電極形成工程とを備え、 前記下部電極形成工程は、前記イリジウム膜に生成され
    る結晶粒における結晶粒界の酸素濃度が前記結晶粒の酸
    素濃度よりも大きくなるように、前記イリジウム膜に対
    してアニールを行なう工程を有していることを特徴とす
    るキャパシタの製造方法。
23. 【請求項２３】 基板上に、ルテニウム及び酸素を添加
    したイリジウム膜よりなる下部電極を形成する下部電極
    形成工程と、前記下部電極の上に容量絶縁膜を形成する
    容量絶縁膜形成工程と、前記容量絶縁膜の上に上部電極
    を形成する上部電極形成工程とを備え、 前記下部電極形成工程は、前記イリジウム膜を構成する
    原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動するように前
    記イリジウム膜に対してアニールを行なう工程を有して
    いることを特徴とするキャパシタの製造方法。
24. 【請求項２４】 基板上に、イリジウム及び酸素を添加
    したルテニウム膜よりなる下部電極を形成する下部電極
    形成工程と、前記下部電極の上に容量絶縁膜を形成する
    容量絶縁膜形成工程と、前記容量絶縁膜の上に上部電極
    を形成する上部電極形成工程とを備え、 前記下部電極形成工程は、前記ルテニウム膜を構成する
    原子が再配置されて酸素原子が粒界に移動するように前
    記ルテニウム膜に対してアニールを行なう工程を有して
    いることを特徴とするキャパシタの製造方法。
25. 【請求項２５】 基板上に、酸化イリジウム又は酸化ル
    テニウムを添加した白金膜よりなる下部電極を形成する
    下部電極形成工程と、前記下部電極の上に容量絶縁膜を
    形成する容量絶縁膜形成工程と、前記容量絶縁膜の上に
    上部電極を形成する上部電極形成工程とを備え、 前記下部電極形成工程は、前記白金膜を構成する原子が
    再配置されて酸素原子が粒界に移動するように前記導電
    膜に対してアニールを行なう工程を有していることを特
    徴とするキャパシタの製造方法。
26. 【請求項２６】 基板上の下地絶縁膜の上に、貴金属、
    貴金属の導電性酸化物、高融点金属又は高融点金属の導
    電性化合物よりなる下部電極形成膜を堆積する下部電極
    形成膜堆積工程と、 前記下部電極形成膜の上に保護絶縁膜を堆積する保護絶
    縁膜堆積工程と、 前記保護絶縁膜及び下部電極形成膜に対して選択的にエ
    ッチングを行なうことにより、上部に前記保護絶縁膜を
    有する下部電極形成膜よりなる柱状の下部電極を形成す
    る下部電極形成工程と、 絶縁膜を前記下部電極の上面及び側面を覆うように堆積
    することにより、前記絶縁膜よりなる容量絶縁膜を形成
    する容量絶縁膜形成工程と、 前記容量絶縁膜における前記下部電極を覆う領域の上に
    上部電極を形成する上部電極形成工程とを備えているこ
    とを特徴とするキャパシタの製造方法。
27. 【請求項２７】 前記下部電極形成工程は、前記下部電
    極の側面と前記保護絶縁膜の側面とが滑らかに連続する
    ようにエッチングを行なう工程を含むことを特徴とする
    請求項２６に記載のキャパシタの製造方法。
28. 【請求項２８】 基板上の下地絶縁膜の上に、開口部を
    有するマスクパターンを形成するマスクパターン形成工
    程と、 前記開口部が充填されるように前記マスクパターンの上
    に全面にわたって導電膜を堆積する導電膜堆積工程と、 前記導電膜に対してエッチングを行なうことにより、前
    記マスクパターンの上面を露出させると共に前記導電膜
    における前記開口部の上部に前記導電膜が除去されてな
    る空間部を形成する空間部形成工程と、 前記空間部に保護絶縁膜を充填した後、前記マスクパタ
    ーンを除去することにより、上部に前記保護絶縁膜を有
    し且つ前記導電膜よりなる下部電極を形成する下部電極
    形成工程と、 前記下部電極の上面及び側面を覆うように容量絶縁膜を
    形成する容量絶縁膜形成工程と、 前記容量絶縁膜における前記下部電極を覆う領域の上に
    上部電極を形成する上部電極形成工程とを備えているこ
    とを特徴とするキャパシタの製造方法。
29. 【請求項２９】 基板上の下地絶縁膜の上に、開口部を
    有するマスクパターンを形成するマスクパターン形成工
    程と、 前記開口部の底面及び壁面を含む前記マスクパターンの
    上に全面にわたって導電膜を堆積する導電膜堆積工程
    と、 前記開口部が充填されるように前記導電膜の上に全面に
    わたって前記導電膜とのエッチング選択比が大きい充填
    材を堆積する充填材堆積工程と、 前記導電膜に対してエッチングを行なうことにより、前
    記マスクパターンの上面を露出させると共に前記導電膜
    における前記開口部の壁面上部に前記導電膜が除去され
    てなる空間部を形成する空間部形成工程と、 前記空間部に保護絶縁膜を充填した後、前記マスクパタ
    ーン及び充填材を除去することにより、上縁部に前記保
    護絶縁膜を有し且つ前記導電膜よりなる有底筒状の下部
    電極を形成する下部電極形成工程と、 前記下部電極の外側面、内側面、上縁部及び底面に容量
    絶縁膜を形成する容量絶縁膜形成工程と、 前記容量絶縁膜における前記下部電極を覆う領域の上に
    上部電極を形成する上部電極形成工程とを備えているこ
    とを特徴とするキャパシタの製造方法。
30. 【請求項３０】 前記導電膜は、貴金属、貴金属の導電
    性酸化物、高融点金属又は高融点金属の導電性化合物で
    あることを特徴とする請求項２８又は２９に記載のキャ
    パシタの製造方法。
31. 【請求項３１】 前記下部電極形成工程と前記容量絶縁
    膜形成工程との間に、前記下部電極をマスクとして前記
    下地絶縁膜の上部に対してエッチングを行なうことによ
    り、前記下地絶縁膜における前記下部電極の周辺部を掘
    削する下地絶縁膜掘削工程をさらに備えていることを特
    徴とする請求項２６、２８又は２９に記載のキャパシタ
    の製造方法。
32. 【請求項３２】 前記下地絶縁膜掘削工程は、前記下部
    電極の側面と前記下地絶縁膜の側面とが滑らかに連続す
    るようにエッチングを行なう工程を含むことを特徴とす
    る請求項３１に記載のキャパシタの製造方法。
33. 【請求項３３】 半導体基板上に形成され、酸化イリジ
    ウムよりなる下部電極と、該下部電極の上に形成され、
    タンタル酸化物よりなる容量絶縁膜と、該容量絶縁膜の
    上に形成された上部電極とから構成されたキャパシタを
    備えていることを特徴とする半導体装置。
34. 【請求項３４】 半導体基板上に形成され、酸素が添加
    されたイリジウムよりなる下部電極と、該下部電極の上
    に形成された容量絶縁膜と、該容量絶縁膜の上に形成さ
    れた上部電極とから構成されたキャパシタを備えている
    ことを特徴とする半導体装置。
35. 【請求項３５】 半導体基板上に順次形成され、酸素が
    添加されたイリジウムよりなる下部電極と、容量絶縁膜
    と、上部電極とから構成されたキャパシタを備え、 前記下部電極は、多数の結晶粒を含み、該結晶粒同士の
    間の領域の酸素の含有率は、前記結晶粒の酸素の含有率
    よりも大きいことを特徴とする半導体装置。