JP2002043529A

JP2002043529A - キャパシタ素子の製造方法およびキャパシタ素子ならびにキャパシタ素子を含む半導体装置

Info

Publication number: JP2002043529A
Application number: JP2000229351A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshida; 浩吉田; Susumu Sato; 佐藤　　進
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高集積化が可能で、高周波特性および電気特
性に優れたキャパシタ素子を簡素な工程で形成する。【解決手段】絶縁層２上に金属配線層４を形成した
後、たとえばアルゴンガスを用いたプラズマ照射により
表面を平滑化する。また、第１および第２の下部電極層
８、１０を形成した際にもそれぞれの表面に対して同様
にプラズマ照射を行って平滑化する。さらに、層間絶縁
層１４をエッチングしてコンタクトホール１８を形成し
た後にも、下部電極層表面のエッチングによる損傷を解
消するため、プラズマ照射により表面を再度平滑化す
る。その結果、下部電極層６の表面において微視的な凸
部に電界が集中する問題を解決でき、薄膜化を実現でき
るとともに耐圧の向上、リーク電流の低減を図ることが
できる。また、下部電極層６は低抵抗の金属配線層４に
接続するため良好な高周波特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成するキャパシタ素子の製造方法、および半導体基板上
に形成するキャパシタ素子、ならびにキャパシタ素子を
含む半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置に搭載されるキャパシタ素子
には、大きく分けてタイプIとタイプIIとがある。タイ
プIのキャパシタ素子は、その誘電体層は低温プロセス
（５００°Ｃ以下）により形成されるＰＬ−ＳｉＮ膜
（プラズマシリコン窒化膜）またはＰＬ−ＳｉＯ膜（プ
ラズマシリコン酸化膜）から成り、高周波特性に優れて
いる。一方、タイプIIのキャパシタ素子は、誘電体層が
高温プロセス（７００°Ｃ以上）により形成されるＬＰ
−Ｓｉ₃Ｎ₄膜、ＳｉＯ膜、ＯＮ（ＳｉＯＮ）膜、あるい
はＯＮＯ（ＳｉＯ＋Ｓｉ₃Ｎ₄＋ＳｉＯ）膜から成り、電
気特性に優れ、容量精度が高く、また薄膜化による高集
積化が可能である。

【０００３】図２１は従来のタイプIのキャパシタ素子
の一例を示す断面側面図である。図２１に示したよう
に、従来のタイプIのキャパシタ素子１００は、ＭＩＭ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型の
キャパシタ素子であり、金属配線層１０４、反応防止層
１０６、誘電体層１０８、金属配線層１１０、１１２な
どを含んで構成されている。金属配線層１０４は、不図
示の半導体基板上に形成された、ＳｉＯ₂などによる絶
縁層１１４の上にパターン化されて延在している。金属
配線層１０４の表面には、導電性材料から成る反応防止
層１０６が形成され、反応防止層１０６および絶縁層１
１４の上には、層間絶縁層１１６が形成されている。そ
して層間絶縁層１１６には、異なる箇所で反応防止層１
０６の表面を層間絶縁層１１６から露出させるコンタク
トホール１１８、１２０が形成されている。

【０００４】上記誘電体層１０８は、低温プロセスであ
るプラズマＣＶＤによりコンタクトホール１１８の内面
および層間絶縁層１１６の上面に、ＰＬ−ＳｉＮ膜また
はＰＬ−ＳｉＯ膜として形成され、誘電体層１０８上に
延在する金属配線層１１２は、コンタクトホール１１８
の箇所で下面が誘電体層１０８の上面に接するとともに
誘電体層１０８を挟んで反応防止層１０６と対向してい
る。また、誘電体層１０８上に延在する金属配線層１１
０は、コンタクトホール１２０の箇所で下部がコンタク
トホール１２０を通じて反応防止層１０６、したがって
金属配線層１０４に接続されている。

【０００５】反応防止層１０６は、誘電体層１０８と金
属配線層１０４とが反応して誘電体層１０８が酸素欠損
となり、誘電体層１０８の特性が劣化することを防止す
るために設けられている。そして、本例では、反応防止
層１０６はキャパシタ素子１００の下部電極層としの役
割も果たし、また金属配線層１１２はキャパシタ素子１
００の上部電極層としての役割も果たしている。

【０００６】このような構造のタイプIのキャパシタ素
子１００では、上述のように５００°Ｃ以下の低温で誘
電体層１０８を形成することができることから、金属配
線層１０４の材料として、半導体素子間の接続に広く用
いられているＡｌ系合金などの低融点の金属材料を使用
でき、その結果、寄生素子の等価直列抵抗が低くなって
優れた高周波特性を得ることができる。しかし、反面、
ＰＬ−ＳｉＮ膜やＰＬ−ＳｉＯ膜の特性上、膜質の均質
化と薄膜化には限界があり、したがってタイプIのキャ
パシタ素子１００では容量の精度を高めることが難し
く、そして高集積化には適していない。

【０００７】図２２は従来のタイプIIのキャパシタ素子
の一例を示す断面側面図である。図２２に示したよう
に、従来のタイプIIのキャパシタ素子１０２は、ＭＩＳ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）
型のキャパシタ素子であり、不純物拡散層１２２、誘電
体層１２４、上部電極層１２６などを含んで構成されて
いる。

【０００８】シリコンから成る半導体基板１２８の表面
部に下部電極層として不純物拡散層１２２が形成されて
いる。そして誘電体層１２４は、この不純物拡散層１２
２の表面に７００°Ｃ以上の高温プロセスである熱ＣＶ
ＤによりＬＰ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ）−Ｓｉ₃Ｎ₄
膜などとし形成され、誘電体層１２４の上に上部電極層
１２６が積層されている。誘電体層１２４および上部電
極層１２６の箇所を含め、半導体基板１２８上には絶縁
層１３０が堆積されており、絶縁層１３０には、上部電
極層１２６および不純物拡散層１２２の表面を絶縁層１
３０からそれぞれ露出させるコンタクトホール１３２、
１３４が形成されている。

【０００９】絶縁層１３０上に延在する金属配線層１３
５は、コンタクトホール１３２の箇所で下面が上部電極
層１２６の上面に接続され、一方、絶縁層１３０上に延
在する金属配線層１３６は、コンタクトホール１３４の
箇所で下部がコンタクトホール１３４を通じて不純物拡
散層１２２に接続されている。下部電極層としての上記
不純物拡散層１２２は、しばしば半導体基板１２８上に
形成されたトランジスタ素子の不純物拡散層と兼用した
り、あるいはトランジスタ素子を構成しているポリシリ
コン層（ベース層、エミッタ層、ゲート層）、もしく
は、これらポリシリコン層と高融点金属材料との合金
（シリサイド材料）と兼用される。なお、誘電体層１２
４としては、上述のようにＬＰ−Ｓｉ₃Ｎ₄膜を用いる以
外にも、ＳｉＯ膜、ＯＮ膜（ＳｉＯＮ）やＯＮＯ（Ｓｉ
Ｏ＋Ｓｉ₃Ｎ₄＋ＳｉＯ）膜も用いられている。

【００１０】このような構造のタイプIIのキャパシタ素
子１０２では、上述のように熱ＣＶＤにより誘電体層１
２４を形成して膜質を高精度に制御できることから膜質
が良好で、均一性が高く、その結果、特にアナログ回路
で要求される高精度の容量および良好な電気特性（低リ
ーク電流および高耐圧）を得ることができ、そして薄膜
化による高集積化が可能である。しかし、反面、不純物
拡散層１２２を下部電極層としているため、タイプIIの
キャパシタ素子は下部電極層の抵抗が高く、高周波特性
の点で劣っている。

【００１１】ところで、近年の各種電子機器の小型化の
進展により半導体装置の一層の高集積化が望まれ、その
結果、キャパシタ素子では上記いずれのタイプに対して
も単位面積当たりの高容量化が一段と強く求められてい
る。このキャパシタ素子の高容量化は誘電体層の薄膜化
により実現できるが、単純に膜厚を薄くした場合には、
キャパシタ素子の耐圧の低下やリーク電流の増大といっ
た電気特性の劣化を招く。

【００１２】図２３の（Ａ）および（Ｂ）は、図２１に
示したキャパシタ素子１００の誘電体層１０８周辺を詳
しく示す部分拡大断面図である。図中、図２１と同一の
要素には同一の符号が付されている。また、（Ａ）は誘
電体層１０８が厚い場合、（Ｂ）は誘電体層１０８が薄
い場合を示している。

【００１３】反応防止層１０６は、上述のように金属配
線層１０４と誘電体層１０８との相互反応により誘電体
層１０８の劣化を防止するために設けられているが、そ
の材料としては上記相互反応を防止する目的のために耐
酸化性の高いものが望ましく、そのため高融点金属材料
が用いられる。しかし、そのような材料は一般に柱状結
晶化し易く、図２３の（Ａ）に示したように、反応防止
層１０６の表面は微視的に凹凸の激しいものとなってい
る。そのため、反応防止層１０６の凸部には電界が集中
し、図２３の（Ｂ）に示したように誘電体層１０８を薄
くすると、上部電極層（金属配線層１１２）と下部電極
層（反応防止層１０６）とが接近して、電界集中の影響
が顕著に現れ、耐圧の低下やリーク電流の増大を引き起
こしやすくなってしまう。

【００１４】一方、キャパシタ素子１００の高容量化を
図るために、誘電体層１０８を誘電率の高い材料、特に
遷移金属の酸化物により形成することも有効である。た
とえばＬＰ−Ｓｉ₃Ｎ₄の比誘電率は７．５前後である
が、Ｔａ₂Ｏ₅の比誘電率は２０を超えており、このよう
な材料を用いることで単位面積当たりの容量を高めてキ
ャパシタ素子の集積化を図ることができる。

【００１５】図２４は、誘電体層１０８に遷移金属酸化
物を用いたタイプIのキャパシタ素子を示す断面側面図
である。図中、図２１と同一の要素には同一の符号が付
されている。図２４に示したキャパシタ素子１３８で
は、絶縁層１１４の上に専用の下部電極層１４０形成さ
れ、その表面には耐酸化性、耐熱性に優れたＰｔなどの
導電性の反応防止層１４２が形成されている。そして、
絶縁層１１４および反応防止層１４２の上には絶縁層１
４４が形成され、絶縁層１４４には、反応防止層１４２
の表面を露出させるコンタクトホール１４６、１４８が
形成されている。遷移金属酸化物から成る誘電体層１５
０は、熱ＣＶＤによってコンタクトホール１４６の箇所
で反応防止層１４２の上に形成されるとともに、コンタ
クトホール１４６の外では絶縁層１４４の表面に形成さ
れている。絶縁層１１４の上に延在する金属配線層１３
６はコンタクトホール１４８を通じて反応防止層１４
２、従って下部電極層１４０に接続され、金属配線層１
５２はコンタクトホール１４６の箇所で下面が誘電体層
１０８の表面に接し、キャパシタ素子１３８の上部電極
層としても機能している。

【００１６】このような構成のキャパシタ素子１３８で
は、誘電体層１５０を、比誘電率の高い遷移金属酸化物
により形成しているため、反応防止層１４２と金属配線
層１５２とにより挟まれた箇所における誘電体層１５０
の面積は小さくて済み、高集積化に有利である。しか
し、高温プロセスである熱ＣＶＤにより誘電体層１５０
を形成することから、下部電極層を、半導体基板上の配
線に広く用いられているアルミニウム系の金属配線層で
構成することができず、製造コストが増大する。また、
耐熱性に優れた白金などにより反応防止層１４２を形成
しなければならず、そして、白金などはエッチング加工
が難しいことから、この点でも製造コストが増大する。

【００１７】さらに、トランジスタ素子などの形成に用
いられる熱処理では、熱ＣＶＤ以上の高温となり遷移金
属酸化物による誘電体層の劣化が著しくなるため、本キ
ャパシタ素子はトランジスタ素子の形成に必要な熱処理
工程の後で行う必要がある。また、熱ＣＶＤにより耐熱
性の低いアルミニウム系金属配線層は劣化するので、他
所におけるアルミニウム系金属配線層の形成工程の前に
本キャパシタ素子を形成しなければならい。したがっ
て、工程上の制約を強く受ける。そして、高誘電率の誘
電体層１５０を用いたキャパシタ素子１３８で、さらに
誘電体層１５０の薄膜化を図る場合には、図２１のキャ
パシタ素子１００の場合と同様に、反応防止層１４２の
表面における凹凸のため、耐圧の低下やリーク電流の増
大といった問題が生じる。

【００１８】図２５は、誘電体層に遷移金属酸化物を用
いたタイプIIキャパシタ素子を示す断面側面図である。
図中、図２２と同一の要素には同一の符号が付されてい
る。このキャパシタ素子１５４では、図２５に示したよ
うに、遷移金属酸化物により形成された誘電体層１５６
が、下部電極層としての不純物拡散層１２２と上部電極
層としての金属配線層１３５との間に介在しており、さ
らに、誘電体層１５６と不純物拡散層１２２との間に、
絶縁性の反応防止層１５８が介在している。

【００１９】誘電体層１５６は上述の場合と同様、高温
プロセスである熱ＣＶＤにより形成されるため、誘電体
層１５６の誘電体材料と不純物拡散層１２２のシリコン
材料との熱による相互反応により、誘電体層１５６の酸
素欠損にともなう特性の低下、およびシリコンの酸化が
非常に起こりやすい。また、シリコンと金属材料は反応
を起こしやすいので反応防止層１５８を金属材料により
形成することはできない。したがって、反応防止層１５
８は、Ｓｉ₃Ｎ₄などの絶縁性材料により形成する必要が
ある。

【００２０】このタイプIIのキャパシタ素子１５４で
も、誘電体層が高誘電率の遷移金属酸化物により形成さ
れていることから、誘電体層１５６の面積は小さくて済
み、高集積化に有利である。しかし、上述のように絶縁
性の反応防止層１５８を用いる必要があり、誘電体層の
薄膜化を図る場合に不利となる。すなわち、絶縁性の反
応防止層１５８の比誘電率は低いので、誘電体層１５６
を薄膜化した場合に、反応防止層１５８の影響が大きく
なって、誘電体層１５６を遷移金属酸化物により形成す
ることの効果が低下する。

【００２１】また、トランジスタ素子などの形成に用い
られる熱処理では、熱ＣＶＤ以上の高温となり遷移金属
酸化物による誘電体層の劣化が著しくなるため、本キャ
パシタ素子はトランジスタ素子の形成に必要な熱処理工
程の後で行う必要がある。また、熱ＣＶＤにより耐熱性
の低いアルミニウム系金属配線層は劣化するので、他所
におけるアルミニウム系金属配線層の形成工程の前に本
キャパシタ素子を形成しなければならい。したがって、
工程上の制約を強く受ける。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題を解決するためになされたもので、その目的は、高集
積化が可能で、高周波特性および電気特性に優れたキャ
パシタ素子を簡素な工程で形成できるキャパシタ素子の
製造方法を提供することにある。また、本発明の目的
は、高集積化が可能で、高周波特性および電気特性に優
れ、簡素な工程で形成できるキャパシタ素子、およびキ
ャパシタ素子を含む半導体装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、半導体基板上に下部電極層、誘電体層、上部
電極層を積層した構造を有するキャパシタ素子を製造す
る方法であって、半導体基板の上に絶縁層を形成し、前
記絶縁層の上にパターン化した第１の金属配線層を形成
し、前記第１の金属配線層の表面に下部電極層を形成
し、前記下部電極層および前記絶縁層の上に層間絶縁層
を形成し、前記下部電極層に至る第１および第２のコン
タクトホールを前記層間絶縁層に、エッチングにより形
成し、少なくとも前記第１のコンタクトホール内で、前
記下部電極層の表面に誘電体層を形成し、前記誘電体層
の上に上部電極層を形成し、前記第２のコンタクトホー
ルを通じて前記下部電極層に接続するとともに前記層間
絶縁層上にパターン化されて延在する第２の金属配線層
を形成し、前記下部電極層および前記第１の金属配線層
のいずれか一方または両方の表面に対するプラズマ照射
またはイオン照射による表面処理を、前記第１の金属配
線層の表面に前記下部電極層を形成する前の段階、前記
下部電極層の上に前記層間絶縁層を形成する前の段階、
ならびに前記下部電極層の表面に前記誘電体層を形成す
る直前の段階のうちの少なくとも１つの段階で行って前
記下部電極層および前記第１の金属配線層のいずれか一
方または両方の表面を平滑化することを特徴とする。

【００２４】すなわち、本発明のキャパシタ素子の製造
方法では、下部電極層および第１の金属配線層のいずれ
か一方または両方の表面を表面処理によって平滑化する
ので、下部電極層の微視的な凸部に電界が集中するとい
う問題は発生せず、したがって誘電体層の薄膜化を行い
単位面積当たりの容量を高めて高集積化を図ることが可
能となる。また、同じく下部電極層における電界集中の
問題が解消されることから、キャパシタ素子の耐圧の低
下や、リーク電流増大の問題も解決でき、優れた電気特
性が得られる。そして、下部電極層は金属配線層に接続
されるため、配線抵抗が低く、良好な高周波特性を確保
することができる。さらに、本発明の製造方法は、基本
的に従来のタイプIのキャパシタ素子を形成する工程
に、下部電極層表面を平滑化する工程を追加した構成で
あり、そして、この平滑化工程は、たとえばエッチング
のための半導体製造装置を用いて行うことができ、また
エッチング工程と連続して行うことも可能である。さら
に、他のトランジスタ素子などを形成するための工程と
の関連において、工程的に強い制約を受けることもな
い。したがって本発明を実施しても特に製造工程が複雑
化することはない。

【００２５】また、本発明は、半導体基板上に下部電極
層、誘電体層、上部電極層を積層した構造を有するキャ
パシタ素子であって、半導体基板上の絶縁層の上にパタ
ーン化されて延在する第１の金属配線層と、前記第１の
金属配線層の表面に延在する、表面が平滑化された下部
電極層と、前記下部電極層および前記絶縁層の上に形成
され、前記下部電極層に至る第１および第２のコンタク
トホールを有する層間絶縁層と、前記第１のコンタクト
ホール内で前記下部電極層の表面に形成された誘電体層
と、前記誘電体層の上に形成された上部電極層と、前記
第２のコンタクトホールを通じて前記下部電極層に接続
し、前記層間絶縁層上にパターン化されて延在する第２
の金属配線層とを備え、前記下部電極層の表面における
上下方向の凹凸の幅は、前記誘電体層の厚みの５０％以
下であることを特徴とする。

【００２６】また、本発明は、半導体基板上に下部電極
層、誘電体層、上部電極層を積層した構造を有するキャ
パシタ素子と、半導体基板上に形成された回路素子とを
含む半導体装置であって、半導体基板上の絶縁層の上に
パターン化されて延在する第１の金属配線層と、前記第
１の金属配線層の上面上に延在する、表面が平滑化され
た下部電極層と、前記下部電極層および前記絶縁層の上
に形成され、前記下部電極層に至る第１および第２のコ
ンタクトホールを有する層間絶縁層と、前記第１のコン
タクトホール内で前記下部電極層の表面に形成された誘
電体層と、前記誘電体層の上に形成された上部電極層
と、前記第２のコンタクトホールを通じて前記下部電極
層に接続し、前記層間絶縁層上にパターン化されて延在
する第２の金属配線層と、前記層間絶縁層上にパターン
化されて延在し、下面の一部が前記第１のコンタクトホ
ールを通じ前記上部電極層の上面に接続された第３の金
属配線層とを備え、前記下部電極層の表面における上下
方向の凹凸の幅は、前記誘電体層の厚みの５０％以下で
あり、前記キャパシタ素子と前記回路素子とは、前記第
２および第３の金属配線層により電気的に接続されてい
ることを特徴とする。

【００２７】すなわち、本発明のキャパシタ素子および
キャパシタ素子を含む半導体装置では、誘電体層の表面
が平滑化されているため、下部電極層の微視的な凸部に
電界が集中するという問題は発生せず、したがって誘電
体層の薄膜化を行い単位面積当たりの容量を高めて高集
積化を図ることが可能となる。また、同じく下部電極層
における電界集中の問題が解消されることから、耐圧の
低下や、リーク電流の問題も解決でき、優れた電気特性
が得られる。そして、下部電極層は第１の金属配線層に
接続されているため、配線抵抗が低く、良好な高周波特
性を確保することができる。さらに、本発明のキャパシ
タ素子は、基本的に従来のタイプIのキャパシタ素子を
形成する工程に、下部電極層表面を平滑化する工程を追
加することで形成でき、そして、この平滑化工程は、上
述のように容易に行うことができる。また、他の素子な
どを形成するための工程との関連において、工程的に強
い制約を受けることもない。したがって本発明のキャパ
シタ素子およびキャパシタ素子を含む半導体装置を形成
する上で製造工程が複雑化することはない。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態例につい
て図面を参照して説明する。図１の（Ａ）ないし（Ｐ）
は本発明によるキャパシタ素子の製造方法の一例におけ
る各工程を示す断面側面図である。以下では、図１を参
照してキャパシタ素子の製造方法の実施の形態例につい
て説明し、同時に本発明によるキャパシタ素子の実施の
形態例について説明する。

【００２９】まず、図１の（Ａ）に示したように、不図
示のシリコンから成る半導体基板の上に絶縁層２を形成
し、その上にたとえばアルミニウム系合金による金属配
線層４を、図１の（Ｂ）に示したように形成する。その
後、図１の（Ｃ）に示したように、金属配線層４の表面
に対して、本実施の形態例では一例としてアルゴンガス
を用いたプラズマ照射表面処理を行い、金属配線層４の
表面における結晶粒や粒界に起因する凹凸を、プラズマ
照射によるスパッタリング効果やエッチング効果によっ
て物理的に平滑化する。この平滑化は、金属配線層４に
入射するイオンのエネルギーや照射時間などを制御し
て、金属配線層４の表面における微視的な上下方向の凹
凸の幅が、後に形成する誘電体層の厚さの５０％以下と
なるよう行う。

【００３０】つづいて、図１の（Ｄ）に示したように、
金属配線層４の上に下部電極層６を構成する第１の下部
電極層８を５５０°Ｃ以下の低温プロセスにより形成す
る。この第１の下部電極層８の材料としては、たとえば
融点が５５０°Ｃ以上の高融点金属材料を用いることが
できる。次に、図１の（Ｅ）に示したように、第１の下
部電極層８の表面に対して、金属配線層４と同様、一例
としてアルゴンガスを用いたプラズマ照射表面処理を行
い、第１の下部電極層８の表面を平滑化する。この平滑
化は、第１の下部電極層８に入射するイオンのエネルギ
ーや照射時間などを制御して、第１の下部電極層８の表
面における微視的な上下方向の凹凸の幅が、後に形成す
る誘電体層の厚さの５０％以下となるよう行う。

【００３１】その後、図１の（Ｆ）に示したように、第
１の下部電極層８の上に下部電極層６を成す第２の下部
電極層１０を、第１の下部電極層８と同様、低温プロセ
スにより形成する。第２の下部電極層１０の材料も、上
記第１の下部電極層８と同様に選択することができる。

【００３２】なお、第１および第２の下部電極層８、１
０の材料として、後に形成する誘電体層の材料と相互反
応を起こしにくい材料を選択することで、誘電体層の酸
素欠損による劣化や金属配線層４の酸化を防止すること
ができ、下部電極層６に反応防止層としての機能をも持
たせることができる。また、第２の下部電極層１０の材
料として、光を反射しにくい材料を選択することで、後
に行う層間絶縁層をエッチングする工程で、フォトレジ
ストの露光時の下部電極層表面における反射光の影響を
解消あるいは緩和することができ、下部電極層６に反射
防止層としての機能をも持たせることができる。下部電
極層６は、本実施の形態例のように２層構造とする以外
にも、単層構造、あるいは異なる材料を３層以上に積層
した構造とすることも可能である。

【００３３】図１の（Ｇ）に示したように、第２の下部
電極層１０の表面に対して、金属配線層４と同様、一例
としてアルゴンガスを用いたプラズマ照射表面処理を行
い、第２の下部電極層１０の表面を平滑化する。この平
滑化は、第２の下部電極層１０に入射するイオンのエネ
ルギーや照射時間などを制御して、第２の下部電極層１
０の表面における微視的な上下方向の凹凸の幅が、後に
形成する誘電体層の厚さの５０％以下となるよう行う。

【００３４】その後、図１の（Ｈ）、（Ｉ）に示したよ
うに、第２の下部電極層１０の上にフォトレジスト層１
２を堆積させてパターン化し、このフォトレジスト層１
２をマスクとして金属配線層４および下部電極層６をエ
ッチングし、これらをパターン化する。

【００３５】つづいて、図１の（Ｊ）に示したように、
フォトレジスト層１２を除去した後、下部電極層６の上
および絶縁層２の上に層間絶縁層１４を形成し、さら
に、図１の（Ｋ）に示したように、パターン化したフォ
トレジスト層１６を形成し、フォトレジスト層１６をマ
スクとして層間絶縁層１４を、たとえばイオンエッチン
グし、コンタクトホール１８を形成して、第２の下部電
極層１０の表面を層間絶縁層１４から露出させる。

【００３６】そして、フォトレジスト層１６を除去した
後、図１の（Ｌ）に示したように、再度、第２の下部電
極層１０の表面に対して、上述の場合と同様、一例とし
てアルゴンガスを用いたプラズマ照射表面処理を行い、
第２の下部電極層１０の表面を平滑化する。この平滑化
は、第２の下部電極層１０に入射するイオンのエネルギ
ーや照射時間などを制御して、第２の下部電極層１０の
表面における微視的な上下方向の凹凸の幅が、後に形成
する誘電体層の厚さの５０％以下となるよう行う。

【００３７】上述のように層間絶縁層１４にコンタクト
ホール１８をエッチングにより形成した際、第２の下部
電極層１０がエッチングストッパとなるため、反応性の
高いガス（ＣｌやＦなどのハロゲン系反応元素を含むガ
ス）を用いた場合には、第２の下部電極層１０の表面が
損傷を受け表面にＲＩＥ損傷層が形成される。特に反応
性が激しいハロゲン系プラズマにより、第２の下部電極
層１０の表面では、結晶粒界、粒界の３重点、結晶欠陥
が集中している結晶粒、特定の結晶方位をもつ結晶粒な
どの特定の部分は著しく損傷を受け、表面に凹凸が形成
される。そのため、図１の（Ｌ）に示した工程で再度、
プラズマ表面処理を行うことで、第２の下部電極層１０
の表面が平滑化される。

【００３８】また、このエッチングにより生じた凹凸を
解消するプラズマ表面処理は、コンタクトホール１８を
形成するエッチング工程と連続して行うことができる。
すなわち、ＲＩＥプラズマ装置を利用しガス系とプラズ
マ条件を変更するだけで、層間絶縁層１４のエッチング
を行った後、そのままプラズマ表面処理を行うことがで
きる。したがって、複雑な製造装置や特殊な製造工程を
追加することなく、従来の製造装置をそのまま使用して
下部電極層６の平滑化を行うことができる。

【００３９】本実施の形態例では、上述のように図１の
（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）、ならびに（Ｌ）に示した各工
程でプラズマ表面処理を行うが、これらの表面処理はか
ならずしもすべてを行う必要はなく、要求される性能水
準などに応じて、いずれか１つの工程、あるいは複数の
工程で表面処理を行うようにしてもよい。

【００４０】次に、図１の（Ｍ）および（Ｎ）に示した
ように、コンタクトホール１８を通じて露出した第２の
下部電極層１０の表面および層間絶縁層１４の表面に誘
電体層２０と上部電極層２２とをこの順番で形成する。
その結果、コンタクトホール１８の底部において、下部
電極層６と上部電極層２２とは誘電体層２０を挟んで対
向し、キャパシタを構成する。誘電体層２０の材料は、
本実施の形態例では一例として従来のタイプIのキャパ
シタ素子と同じＰＬ−ＳｉＮあるいはＰＬ−ＳｉＯと
し、５５０°Ｃ以下の低温プラズマを利用して、それぞ
れ必要な厚さに形成する。また、上部電極層２２の材料
としては、たとえば融点が５５０°Ｃ以上の高融点金属
材料を用いることができる。誘電体層２０は本実施の形
態例で単層構造とするが、異なる材料による複数の層を
重ねて形成した積層構造としてもよい。同様に、上部電
極層２２も本実施の形態例では単層構造とするが、異な
る材料による複数の層を重ねて形成した積層構造として
もよい。

【００４１】その後、図１の（Ｏ）に示したように、コ
ンタクトホール１８の場合と同様に、フォトレジスト層
を形成しパターン化したものをマスクとして、エッチン
グを行うことにより、上部電極層２２および誘電体層２
０を通じ、層間絶縁層１４にコンタクトホール１２０を
形成し、第２の下部電極層１０の表面をコンタクトホー
ル１２０の底部において露出させる。

【００４２】次に、コンタクトホール１８、１２０の箇
所を含め全体に、アルミニウム合金などを材料とする金
属配線層を低温プロセスによって形成し、フォトレジス
ト層をマスクとするエッチングによりパターン化して、
図１の（Ｐ）に示したように、金属配線層２４、２６を
形成する。また、その際、誘電体層２０をエッチングス
トッパとして、金属配線層２４、２６の箇所以外に形成
された上部電極層２２も除去する。その結果、層間絶縁
層１４上に延在し、コンタクトホール１２０を通じて金
属配線層４に電気的に接続された金属配線層２４が形成
され、同じく層間絶縁層１４上に延在し、コンタクトホ
ール１８の箇所において上部電極層２２に接続された金
属配線層２６が形成されて、本発明のキャパシタ素子の
一例としてのキャパシタ素子２８が完成する。なお、金
属配線層４、２４、２６は本実施の形態例のように単層
構造とする以外にも、異なる材料を重ねて形成した積層
構造とすることも可能である。

【００４３】このように本実施の形態例では、金属配線
層４ならびに第１および第２の下部電極層８、１０の表
面をプラズマ表面処理によって平滑化するので、下部電
極層６の微視的な凸部に電界が集中するという問題は発
生せず、したがって誘電体層２０の薄膜化を行い単位面
積当たりの容量を高めて高集積化を図ることが可能とな
る。また、同じく下部電極層６における電界集中の問題
が解消されることから、キャパシタ素子の耐圧の低下
や、リーク電流の問題も解決でき、優れた電気特性が得
られる。そして、下部電極層６は、タイプIIのキャパシ
タ素子のように拡散層ではなく、低抵抗の金属配線層４
に接続されているため、配線抵抗が低く、良好な高周波
特性を確保することができる。また、金属配線層４の材
料としては、誘電体層２０を低温プロセスで形成し、ま
た平滑化のための表面処理も低温プロセスであるため、
半導体装置で広く用いられている低融点のアルミニウム
系の材料を用いることができる。さらに、本実施の形態
例の製造方法は、基本的に従来のタイプIのキャパシタ
素子を形成する工程に、下部電極層表面を平滑化する工
程を追加することで構成でき、そして、この平滑化工程
は、たとえば上述のようにエッチングのための半導体製
造装置を用いて行うことができ、またエッチング工程と
連続して行うことも可能である。さらに、他のトランジ
スタ素子などを形成するための工程との関連において、
工程的に強い制約を受けることもない。したがって本発
明を実施しても特に工程が複雑化することはない。

【００４４】なお、本実施の形態例では、図１の
（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）、ならびに（Ｌ）に示した各工
程でプラズマ表面処理を行うとしてが、プラズマ表面処
理に代えてイオン照射表面処理を行って第１および第２
の下部電極層８、１０および金属配線層４の表面を平滑
化することも可能である。

【００４５】図２は本発明の第２の実施の形態例を示す
断面側面図である。図中、図１と同一の要素には同一の
符号が付されている。上記実施の形態例では、上述のよ
うに、金属配線層をパターン化して金属配線層２４、２
６を形成する際に、誘電体層２０をエッチングストッパ
として、金属配線層２４、２６以外の箇所で上部電極層
２２を除去するとしたが、図２に示したように層間絶縁
層１４をエッチングストッパとして、金属配線層２４、
２６の箇所以外に形成された誘電体層２０をも除去し、
図２に示した構造のキャパシタ素子３０を得ることも可
能である。

【００４６】図３の（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の第３
の実施の形態例における各工程を示す断面側面図であ
る。図中、図１と同一の要素には同一の符号が付されて
いる。この第３の実施の形態例では、図１の（Ｎ）に示
した工程の後、図３の（Ａ）に示したように、コンタク
トホール１８の箇所で上部電極層２２をフォトレジスト
層３２によりマスクし、誘電体層２０をエッチングスト
ッパとして上部電極層２２をエッチングにより除去す
る。その後、図３の（Ｂ）に示したように、フォトレジ
スト層３２を除去するとともに、図１の（Ｏ）の場合と
同様に層間絶縁層１４にコンタクトホール１２０を形成
し、そして、図３の（Ｃ）に示したように、金属配線層
２４、２６を形成してキャパシタ素子３４を得る。この
実施の形態例では、コンタクトホール１８の箇所以外の
上部電極層２２は除去することから、金属配線層２４は
誘電体層２０の上に直接延在することになる。

【００４７】図４は本発明の第４の実施の形態例を示す
断面側面図である。図中、図１と同一の要素には同一の
符号が付されている。この第４の実施の形態例では、上
記図３の（Ｃ）に示した工程で金属配線層２４、２６を
パターン化する際に、層間絶縁層１４をエッチングスト
ッパとしてエッチングを行い、金属配線層２４、２６以
外の箇所の誘電体層２０をも除去する。したがって、図
４に示したように、金属配線層２４、２６以外の箇所で
は上部電極層２２および誘電体層２０が除去されたキャ
パシタ素子３６が得られる。

【００４８】図５の（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の第５
の実施の形態例の各工程を示す断面側面図である。図
中、図１と同一の要素には同一の符号が付されている。
この第５の実施の形態例では、図１の（Ｎ）に示した工
程の後、図５の（Ａ）に示したように、コンタクトホー
ル１８の箇所で上部電極層２２をフォトレジスト層３２
によりマスクし、層間絶縁層１４をエッチングストッパ
として上部電極層２２および誘電体層２０をエッチング
により除去する。その後、図５の（Ｂ）に示したよう
に、フォトレジスト層３２を除去するとともに、図１の
（Ｏ）の場合と同様に層間絶縁層１４にコンタクトホー
ル１２０を形成し、そして、図５の（Ｃ）に示したよう
に、金属配線層２４、２６を形成してキャパシタ素子３
８を得る。このキャパシタ素子３８では、誘電体層２０
および上部電極層２２はコンタクトホール１８の箇所に
のみ形成されることになる。

【００４９】図６は本発明の第６の実施の形態例を示す
断面側面図である。図中、図１と同一の要素には同一の
符号が付されている。図１に示した実施の形態例におい
て、図１の（Ｎ）に示した工程では誘電体層２０のみを
形成し、その後、図１の（Ｐ）に示した工程で誘電体層
２０の上に直接金属配線層２６を形成することも有効で
ある。この場合には、図６に示したキャパシタ素子４０
のように、コンタクトホール１８の底部で、金属配線層
２６の下面が誘電体層２０の表面に直接接触し、金属配
線層２６が上部電極層を兼ねた構造となる。この実施の
形態例では、上部電極層を形成する必要がないので、製
造工程の簡素化を図ることができる。

【００５０】図７は本発明の第７の実施の形態例を示す
断面側面図である。図中、図６と同一の要素には同一の
符号が付されている。この第７の実施の形態例のキャパ
シタ素子４２では、図７に示したように、コンタクトホ
ール１８の側壁が絶縁層４４（ＳｉｄｅＷａｌｌ）に
より形成され、絶縁層４４の内周面は、上下方向におい
て滑らかに湾曲し、上部ほど内径が大きくなる形状に形
成されている。したがって、ステップカバレッジが改善
され、良好な誘電体層２０を形成することができる。な
お、図７では金属配線層２６が上部電極層を兼ねている
例を示したが、誘電体層２０の上に、金属配線層とは別
に上部電極層を形成する構造においても無論、絶縁層４
４を設けて同様の効果を得ることができる。

【００５１】次に、図１の（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）、な
らびに（Ｌ）に示した各工程で行う表面処理の種々の形
態について詳細な断面図を参照して詳しく説明する。図
８の（Ａ）ないし（Ｅ）は平滑化のための表面処理に関
する第８の実施の形態例を示す断面側面図である。図
中、図１と同一の要素には同一の符号が付されている。
図８の（Ａ）は、図１の（Ｇ）に示した工程に相当して
おり、金属配線層４の上に下部電極層６が形成された状
態を微視的に示している。なお、この実施の形態例では
簡単のため下部電極層は単層構造であるとする。下部電
極層６は図に示したように柱状結晶化しており、凹凸の
激しいものとなっている。

【００５２】これに対して、図８の（Ｂ）に示したよう
に、不活性ガス、たとえばアルゴンガスによるプラズマ
照射表面処理またはイオン照射表面処理を行って、下部
電極層６の表面を平滑化する。あるいは、反応性プラズ
マによるプラズマ照射表面処理を行って表面部にに反応
生成層を形成し、表面を平滑化する。その後、層間絶縁
層１４を形成した後、図８の（Ｃ）、（Ｄ）に示したよ
うに、コンタクトホール１８を形成すべく層間絶縁層１
４のエッチングを行い、さらに本実施の形態例では、こ
のエッチングの後、直ぐに図８の（Ｅ）に示したよう
に、誘電体層２０を形成する。なお、図８の（Ｄ）はコ
ンタクトホール１８の箇所を示し、したがって層間絶縁
層１４が除去されている。このように、本実施の形態例
では、図８の（Ｂ）の工程で上述のように下部電極層６
の表面を平滑化しているため、従来の場合を示す図２３
と比較して分かるように、下部電極層表面の凹凸が緩和
され、下部電極層６の微視的な凸部への電界集中が弱ま
り、誘電体層２０の薄膜化が可能となる。

【００５３】次に第９の実施の形態例について説明す
る。図９の（Ａ）ないし（Ｅ）は平滑化のための表面処
理に関する第９の実施の形態例の各工程を示す断面側面
図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号が付
されている。図９の（Ａ）ないし（Ｃ）の工程は、上述
した図８の（Ａ）ないし（Ｃ）の工程と同じである。層
間絶縁層１４のエッチングをＣＦ４など、ハロゲン系の
反応性の高いガスを用いて行うと、下部電極層６の表面
にはＲＩＥ損傷の影響が残る。そこで、コンタクトホー
ル１８を形成した後、図９の（Ｄ）に示したように再度
プラズマ照射表面処理またはイオン照射表面処理を行う
ことで、下部電極層表面の凹凸は一層緩和され、図９の
（Ｅ）に示したように、その上に形成される誘電体層２
０も良好に平滑化される。その結果、図８の場合よりさ
らに誘電体層２０を薄膜化することが可能となる。

【００５４】次に第１０の実施の形態例について説明す
る。図１０の（Ａ）ないし（Ｆ）は平滑化のための表面
処理に関する第１０の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１と同一の要素には同一の符号が付され
ている。図１０の（Ａ）ないし（Ｃ）の工程は、図１の
（Ｂ）ないし（Ｄ）の工程に相当しており、金属配線層
４の表面をプラズマ照射表面処理またはイオン照射表面
処理により平滑化するか、または反応性プラズマによる
プラズマ照射表面処理により表面部に反応生成層を形成
して平滑化する。その後、金属配線層４の上に下部電極
層６を形成する。そして、図１０の（Ｄ）ないし（Ｆ）
に示したように、層間絶縁層１４のエッチングを行って
コンタクトホール１８を形成し、下部電極層６の表面を
プラズマ照射表面処理またはイオン照射表面処理により
再度平滑化した後、誘電体層２０を形成する。この実施
の形態例では、金属配線層４の表面を平滑化した上で、
金属配線層４の表面に下部電極層６を形成するため、下
部電極層表面の平滑度が向上し、電界集中を防止して誘
電体層２０の薄膜化を実現できる。

【００５５】次に第１１の実施の形態例について説明す
る。図１１の（Ａ）ないし（Ｇ）は平滑化のための表面
処理に関する第１１の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１と同一の要素には同一の符号が付され
ている。図１１の（Ａ）ないし（Ｃ）の工程は、図１０
の（Ａ）ないし（Ｃ）の工程と同じである。本実施の形
態例では、下部電極層６を形成した後、図１１の（Ｄ）
に示したように、下部電極層６の表面をイオン照射表面
処理により平滑化する。その後、図１１の（Ｄ）ないし
（Ｇ）に示したように、上記第１０の実施の形態例の場
合と同様、コンタクトホール１８を形成し、下部電極層
６の表面に対し再度、プラズマ照射表面処理またはイオ
ン照射表面処理により平滑化を行い、そして誘電体層２
０を形成する。この実施の形態例では、下部電極層６を
形成した後、その表面の平滑化を行うため、下部電極層
６の表面は一層平坦となり、さらに誘電体層２０の薄膜
化を図ることが可能となる。

【００５６】次に第１２の実施の形態例について説明す
る。図１２の（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面
処理に関する第１２の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、金属配線層４の表面
に形成された下部電極層６の表面を平滑化する際に、図
１２の（Ａ）に示したように、下部電極層６に対して、
図１２の（Ｂ）に示したように、不活性ガス、たとえば
アルゴンガスによるイオン照射表面処理を行って表面を
平滑化するとともに、下部電極層６の表面層４６の組成
比変更に伴う表面改質（結晶構造などの変化は伴わな
い）を行う。

【００５７】つづいて、反応性ガス、たとえば窒素ガス
によるプラズマ照射表面処理を行って下部電極層表面を
さらに平滑化するとともに、照射した反応性プラズマ元
素と下部電極層材料とを反応させて新たな反応生成層４
８（導電性もしくは絶縁性）を形成する。この反応生成
層４８は、導電性の場合には下部電極層６の一部として
機能し、絶縁性の場合には、下部電極層６の上に形成す
る誘電体層の一部として機能することになる。このよう
に本実施の形態例では、下部電極層６の表面層４６の改
質を行い、さらに、反応生成層４８を形成するので、下
部電極層６の表面は一層平滑化され、誘電体層の薄膜化
にさらに有利となる。

【００５８】次に第１３の実施の形態例について説明す
る。図１３の（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面
処理に関する第１３の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、第１２の実施の形態
例の場合と同様に、金属配線層４上の下部電極層６の表
面を平滑化する際に、下部電極層６（図１３の（Ａ））
に対して、図１３の（Ｂ）に示したように、不活性ガ
ス、たとえばアルゴンガスによるイオン照射表面処理を
行って表面を平滑化するとともに、下部電極層６の表面
層４６の組成比変更に伴う表面改質（結晶構造などの変
化は伴わない）を行う。

【００５９】つづいて、図１３の（Ｃ）に示したよう
に、不活性ガス、電極構成元素から成るガス、あるいは
反応性ガスを用いたイオン照射表面処理を行って、下部
電極層６の表面部を非晶質化（アモルファス化）して非
晶質層５０を形成し、下部電極層表面を平滑化する。そ
の際、入射イオンエネルギーを制御することで非晶質化
を実現でき、非晶質層５０は、新たな反応生成層４８あ
るいは電極層６のいずれかにより形成される。このよう
に本実施の形態例では、下部電極層６の表面層４６の改
質を行い、さらに、非晶質層５０を形成するので、下部
電極層６の表面は一層平滑化され、誘電体層の薄膜化に
さらに有利となる。

【００６０】次に第１４の実施の形態例について説明す
る。図１４の（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面
処理に関する第１４の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、第１２の実施の形態
例の場合と同様に、下部電極層６の表面を平滑化する際
に、下部電極層６（図１４の（Ａ））に対して、図１４
の（Ｂ）に示したように、不活性ガス、たとえばアルゴ
ンガスによるイオン照射表面処理を行って表面を平滑化
するとともに、下部電極層６の表面層４６の組成比変更
に伴う表面改質（結晶構造などの変化は伴わない）を行
う。

【００６１】つづいて、図１４の（Ｃ）に示したよう
に、反応性ガス、たとえば窒素ガスによるプラズマ照射
表面処理を行って下部電極層表面をさらに平滑化すると
ともに、照射した反応性プラズマ元素と下部電極層材料
とを反応させて新たな反応生成層４８を形成する。その
後、図１３の（Ｄ）に示したように、不活性ガス、電極
構成元素から成るガス、あるいは反応性ガスを用いたイ
オン照射表面処理を行って、下部電極層６の表面部を非
晶質化（アモルファス化）して非晶質層５０を形成し、
下部電極層表面を平滑化する。このように本実施の形態
例では、下部電極層６の表面層４６の改質を行い、反応
生成層４８を形成し、さらに非晶質層５０を形成するの
で、下部電極層６の表面は一層平滑化され、誘電体層の
薄膜化にさらに有利となる。

【００６２】次に第１５の実施の形態例について説明す
る。図１５の（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面
処理に関する第１５の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、第１２の実施の形態
例の場合と同様に、下部電極層６の表面を平滑化する際
に、下部電極層６（図１５の（Ａ））に対して、図１５
の（Ｂ）に示したように、不活性ガス、たとえばアルゴ
ンガスによるイオン照射表面処理を行って表面を平滑化
するとともに、下部電極層６の表面層４６の組成比変更
に伴う表面改質（結晶構造などの変化は伴わない）を行
う。

【００６３】その後、図１５の（Ｃ）に示したように、
不活性ガス、電極構成元素から成るガス、あるいは反応
性ガスを用いたイオン照射表面処理を行って、下部電極
層６の表面部を非晶質化（アモルファス化）して非晶質
層５０を形成し、下部電極層表面を平滑化する。つづい
て、図１５の（Ｄ）に示したように、反応性ガス、たと
えば窒素ガスによるプラズマ照射表面処理を行って下部
電極層表面をさらに平滑化するとともに、照射した反応
性プラズマ元素と下部電極層材料とを反応させて新たな
反応生成層４８を形成する。このように本実施の形態例
では、下部電極層６の表面層４６の改質を行い、非晶質
層５０を形成し、さらに反応生成層４８を形成するの
で、下部電極層６の表面は一層平滑化され、誘電体層の
薄膜化にさらに有利となる。

【００６４】次に第１６の実施の形態例について説明す
る。図１６の（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面
処理に関する第１６の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、下部電極層６の表面
を平滑化する際に、下部電極層６（図１６の（Ａ））に
対して、図１６の（Ｂ）に示したように、反応性ガス、
たとえば窒素ガスによるプラズマ照射表面処理を行って
下部電極層表面を平滑化するとともに、照射した反応性
プラズマ元素と下部電極層材料とを反応させて新たな反
応生成層４８を形成する。

【００６５】つづいて、図１６の（Ｃ）に示したよう
に、不活性ガス、電極構成元素から成るガス、あるいは
反応性ガスを用いたイオン照射表面処理を行って、下部
電極層６の表面部を非晶質化（アモルファス化）して非
晶質層５０を形成し、下部電極層表面を平滑化する。こ
のように本実施の形態例では、反応生成層４８を形成
し、さらに非晶質層５０を形成するので、下部電極層６
の表面は一層平滑化され、誘電体層２０の薄膜化にさら
に有利となる。

【００６６】次に第１７の実施の形態例について説明す
る。図１７の（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面
処理に関する第１７の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、下部電極層６の表面
を平滑化する際に、下部電極層６（図１７の（Ａ））に
対して、図１７の（Ｂ）に示したように、不活性ガス、
電極構成元素から成るガス、あるいは反応性ガスを用い
たイオン照射表面処理を行って、下部電極層６の表面部
を非晶質化（アモルファス化）して非晶質層５０を形成
し、下部電極層表面を平滑化する。つづいて、図１７の
（Ｃ）に示したように、反応性ガス、たとえば窒素ガス
によるプラズマ照射表面処理を行って下部電極層表面を
平滑化するとともに、照射した反応性プラズマ元素と下
部電極層材料とを反応させて新たな反応生成層４８を形
成する。このように本実施の形態例では、非晶質層５０
を形成し、さらに反応生成層４８を形成するので、下部
電極層６の表面は一層平滑化され、誘電体層２０の薄膜
化にさらに有利となる。

【００６７】次に第１８の実施の形態例について説明す
る。図１８の（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面
処理に関する第１８の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、下部電極層６の表面
を平滑化する際に、下部電極層６（図１８の（Ａ））に
対して、図１８の（Ｂ）に示したように、反応性ガス、
たとえば窒素ガスによるプラズマ照射表面処理を行って
下部電極層表面を平滑化するとともに、照射した反応性
プラズマ元素と下部電極層材料とを反応させて新たな反
応生成層４８を形成する。

【００６８】つづいて、図１８の（Ｃ）に示したよう
に、不活性ガス（たとえばアルゴンガス）、電極構成元
素から成るガスを用いたイオン照射表面処理を行って、
下部電極層６の表面を平滑化するとともに、反応生成層
４８の表面層５２の組成比変更に伴う表面改質（結晶構
造などの変化は伴わない）を行う。その後、図１８の
（Ｄ）に示したように、不活性ガス、電極構成元素から
成るガス、あるいは反応性ガスを用いたイオン照射表面
処理を行って、下部電極層６の表面部を非晶質化（アモ
ルファス化）して非晶質層５０を形成し、下部電極層表
面を平滑化する。このように本実施の形態例では、反応
生成層４８を形成し、表面を改質し、さらに非晶質層５
０を形成するので、下部電極層６の表面は一層平滑化さ
れ、誘電体層の薄膜化にさらに有利となる。

【００６９】次に第１９の実施の形態例について説明す
る。図１９の（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面
処理に関する第１９の実施の形態例を示す断面側面図で
ある。図中、図１などと同一の要素には同一の符号が付
されている。本実施の形態例では、下部電極層６の表面
を平滑化する際に、下部電極層６（図１９の（Ａ））に
対して、図１９の（Ｂ）に示したように、不活性ガス、
電極構成元素から成るガス、あるいは反応性ガスを用い
たイオン照射表面処理を行って、下部電極層６の表面部
を非晶質化（アモルファス化）して非晶質層５０を形成
し、下部電極層表面を平滑化する。

【００７０】つづいて、図１９の（Ｃ）に示したよう
に、不活性ガス（たとえばアルゴンガス）、および電極
構成元素から成るガスを用いたイオン照射表面処理を行
って、非晶質層５０の表面を平滑化するとともに、非晶
質層５０の表面層の組成比変更に伴う表面改質（結晶構
造などの変化は伴わない）を行う。その後、反応性ガ
ス、たとえば窒素ガスによるプラズマ照射表面処理を行
って非晶質層５０の表面を平滑化するとともに、照射し
た反応性プラズマ元素と非晶質層５０の材料とを反応さ
せて新たな反応生成層５４を形成する。このように本実
施の形態例では、非晶質層５０を形成し、表面を改質
し、さらに反応生成層５４を形成するので、下部電極層
６の表面は一層平滑化され、誘電体層２０の薄膜化にさ
らに有利となる。

【００７１】次に、本発明の第２０の実施の形態例につ
いて説明する。図１に示した実施の形態例では、誘電体
層２０はＰＬ−ＳｉＮあるいはＰＬ−ＳｉＯにより形成
するとしたが、誘電体層２０を、高誘電率材料である遷
移金属（周期表３族〜１１族の金属）の酸化物により形
成して、いっそう単位面積当たりの容量を増大させ、さ
らに高集積化を図ることも可能である。

【００７２】そして、本実施の形態例では、遷移金属酸
化物による誘電体層２０を、従来のように高温プロセス
で形成するのではなく、反応性高密度低温プラズマＣＶ
Ｄ（５５０°Ｃ以下）を利用して形成する。その際、
（ａ）誘電体層成膜中における高密度の反応性酸素プラ
ズマアニール、（ｂ）誘電体層成膜後の酸素プラズマア
ニールあるいはオゾンアニール、のいずれか一方または
両方を行う。これにより、誘電体層２０（図１）中の不
純物の脱離を促進させ、かつ酸素などの化学量論的組成
比を確保することができ、従来のように高温プロセスに
より形成した場合と同程度またはそれ以上に優れた膜質
を得ることができる。また、その結果、従来のＬＰ−Ｓ
ｉ₃Ｎ₄膜と同程度の薄膜化が可能となり、さらに膜厚も
高精度に制御することができる。そして、上記最初の実
施の形態例の場合と同様に低温プロセスで誘電体層２０
を形成できることから、金属配線層４および下部電極層
６の材料として、従来より半導体装置において広く用い
られている融点の低いアルミニウム系材料を用いること
ができ、良好な高周波特性を確保できることや、工程的
に強い制約を受けないといった効果が失われることはな
い。なお、誘電体層２０を遷移金属の酸化物により形成
する場合に、反応性高密度低温プラズマＣＶＤ（５５０
°Ｃ以下）を用いる代わりに、スパッタリングプロセス
などの５５０°Ｃ以下の低温プロセスを用いることも可
能である。

【００７３】次に本発明の第２１の実施の形態例につい
て説明する。図２０は本発明のキャパシタ素子を含む半
導体装置の一例を示す断面側面図である。図中、図１な
どと同一の要素には同一の符号が付されている。図２０
に示した半導体装置５６は、最初の実施の形態例で作製
したキャパシタ素子２８を含み、さらに、キャパシタ素
子２８と同一のシリコンから成る半導体基板５８上に、
キャパシタ素子２８に隣接してＭＯＳ型トランジスタ素
子６０、６２、ＮＰＮバイポーラトランジスタ素子６
４、ならびにスパイラルインダクター素子６６が形成さ
れている。

【００７４】ＭＯＳ型トランジスタ素子６０、６２はそ
れぞれ、半導体基板５８の表面部に形成された素子分離
層６８により分離されたＮウェル層７０およびＰウェル
層７２の領域に形成され、それぞれゲート多結晶シリコ
ン層７４、ソース／ドレイン（Ｎ）層７６、ソース／ド
レイン（Ｐ）層７７などにより構成されている。ソース
／ドレイン（Ｎ）層７６およびソース／ドレイン（Ｐ）
層７７には、それぞれ絶縁層２上に延在する金属配線層
７８が接続され、これらの金属配線層７８は層間絶縁層
１４により覆われている。また、層間絶縁層１４の表面
は、キャパシタ素子２８を構成する誘電体層２０の材料
による膜で覆われている。

【００７５】一方、バイポーラトランジスタ素子６４
は、半導体基板５８の表面部に形成された素子分離層６
８により他の素子から分離され、エミッタ多結晶シリコ
ン層８０、ベース多結晶シリコン層８２、コレクタ拡散
層８４などを含み、これらの層にはそれぞれ絶縁層２上
に延在する金属配線層７８が接続されている。各金属配
線層７８は層間絶縁層１４により覆われ、また、層間絶
縁層１４の表面は、キャパシタ素子２８を構成する誘電
体層２０の材料による膜で覆われている。そして、層間
絶縁層１４の上には各金属配線層７８にコンタクトホー
ルを通じて接続する金属配線層８６が形成されている。
また、スパイラルインダクター素子６６は、層間絶縁層
１４上に形成された金属配線層８８、絶縁層２の表面に
形成された金属配線層９０などにより形成されている。

【００７６】そして、各トランジスタ素子の金属配線層
７８、８６、キャパシタ素子２８の金属配線層４、なら
びに金属配線層９０は、すべて同じ材料により同一の工
程で形成され、また、下部電極層６を形成する際に、ト
ランジスタ素子などの各金属配線層の表面にも、下部電
極層６の材料による膜が形成される。無論、層間絶縁層
１４も同一の工程で各素子共通に形成され、さらに、キ
ャパシタ素子２８の誘電体層２０を形成する際に、層間
絶縁層１４の表面全体に誘電体層２０の材料による膜が
形成される。また、層間絶縁層１４上に延在するキャパ
シタ素子２８の金属配線層２４、２６、バイポーラトラ
ンジスタ素子６４の金属配線層８６、ならびにスパイラ
ルインダクター素子６６の金属配線層８８も同一の工程
で形成される。

【００７７】キャパシタ素子２８は、上述のように最初
の実施の形態例で形成したものと同じ構成であり、金属
配線層４および下部電極層６の表面が平滑化されている
ことから、本実施の形態例においても、最初の実施の形
態例と同様の効果を得ることができる。また、上述のよ
うに、各トランジスタ素子の金属配線層７８、キャパシ
タ素子２８の金属配線層４、ならびに金属配線層９０
は、同じ材料により同一の工程で形成でき、そして、層
間絶縁層１４上に延在するキャパシタ素子２８の金属配
線層２４、２６、バイポーラトランジスタ素子６４の金
属配線層８６、ならびにスパイラルインダクター素子６
６の金属配線層８８も同一の工程で形成できるので、キ
ャパシタ素子２８を含む半導体装置５６を効率よく製造
することができる。

【００７８】なお、本発明による半導体装置５６を構成
するキャパシタ素子としては、キャパシタ素子２８以外
にも、上記第２ないし第７の実施の形態例で示した各キ
ャパシタ素子を用いることができ、その場合には、図２
０においてキャパシタ素子の構成が変わるとともに、層
間絶縁層１４の表面全体に誘電体層２０の材料による膜
が形成されるかどうか、金属配線層と誘電体層２０との
間に上部電極層２２の材料による膜が介在するかどうか
などの点で構造が変わる。しかし、いずれの場合にも同
様の効果を得ることができる。

【００７９】

【実施例】上記第１の下部電極層８の材料としては、具
体的には次の（ａ）〜（ｃ）のいずれか、あるいは
（ａ）〜（ｃ）のうちの複数を含む化合物を用いること
ができる。（ａ）Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ならびにＴａなどを代表とする
融点が５５０°Ｃ以上の高融点金属材料、あるいはこれ
らの材料の窒化物または酸化物、あるいはこれらの材料
の複合化合物。（ｂ）上記高融点金属材料とシリコンとの化合物（シリ
サイド）。（ｃ）Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、さらにはＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ｏｓ、Ｉｒなどの白金族金属。

【００８０】誘電体層２０の材料としては、遷移金属酸
化物、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒
化物、チタン酸バリウム化合物（ＢａＴｉＯ₃）、チタ
ン酸バリウム化合物の置換型化合物、あるいは（Ｂａ、
Ｓｒ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃａ）・（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｕ）Ｏｘ
化合物などを用いることができる。また、上記遷移金属
酸化物としては具体的には、Ｔａ₂Ｏ₅を用いることがで
きる。

【００８１】上記上部電極層２２の材料としては、具体
的には次の（ａ）および（ｂ）のいずれか、またはそれ
らを組み合わせたものを用いることができる。（ａ）Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、ならびにＴａなどを代表とする
融点が５５０°Ｃ以上の高融点金属材料、あるいはこれ
らの材料の窒化物または酸化物、あるいはこれらの材料
の複合化合物。（ｂ）上記高融点金属材料とシリコンとの化合物（シリ
サイド）。

【００８２】上記金属配線層４、２４、２６の材料とし
ては、具体的には次の（ａ）〜（ｃ）のいずれか、また
はそれらを組み合わせたものを用いることができる。（ａ）Ａｌ、Ａｌ−ＳＩ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓ
Ｉを代表とするＡｌ合金。（ｂ）Ｔｉ、Ｗ、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの酸化物、Ｗの窒
化物、ならびにＷの酸化物のいずれか。（ｃ）白金族金属。

【００８３】上記絶縁層２、層間絶縁層１４、ならびに
絶縁層４４は具体的にはたとえばＳｉＯ₂により形成す
ることができる。

【００８４】下部電極層６および金属配線層４の表面を
平滑化するために行うプラズマ照射表面処理またはイオ
ン照射表面処理で照射するプラズマ粒子またはイオン粒
子は、次の（ａ）〜（ｄ）のいずれか、またはそれらを
組み合わせた材料を粒子源として生成することができ
る。（ａ）Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒを代表とする周期表１８
族元素（すなわち不活性元素）。（ｂ）Ｎ₂またはＯ₂、またはＮ元素およびＯ元素のいず
れか一方または両方を含む化合物。（ｃ）下部電極層６の材料を構成している元素、または
同元素を含む化合物。（ｄ）下部電極層６を形成する材料と化学反応性を有す
るイオンまたは粒子を生成可能な元素、または化合物。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のキャパシタ
素子の製造方法では、下部電極層および第１の金属配線
層のいずれか一方または両方の表面を表面処理によって
平滑化するので、下部電極層の微視的な凸部に電界が集
中するという問題は発生せず、したがって誘電体層の薄
膜化を行い単位面積当たりの容量を高めて高集積化を図
ることが可能となる。また、同じく下部電極層における
電界集中の問題が解消されることから、キャパシタ素子
の耐圧の低下や、リーク電流増大の問題も解決でき、優
れた電気特性が得られる。そして、下部電極層は金属配
線層に接続されるため、配線抵抗が低く、良好な高周波
特性を確保することができる。さらに、本発明の製造方
法は、基本的に従来のタイプIのキャパシタ素子を形成
する工程に、下部電極層表面を平滑化する工程を追加し
た構成であり、そして、この平滑化工程は、たとえばエ
ッチングのための半導体製造装置を用いて行うことがで
き、またエッチング工程と連続して行うことも可能であ
る。さらに、他のトランジスタ素子などを形成するため
の工程との関連において、工程的に強い制約を受けるこ
ともない。したがって本発明を実施しても特に製造工程
が複雑化することはない。

【００８６】そして、本発明のキャパシタ素子およびキ
ャパシタ素子を含む半導体装置では、誘電体層の表面が
平滑化されているため、下部電極層の微視的な凸部に電
界が集中するという問題は発生せず、したがって誘電体
層の薄膜化を行い単位面積当たりの容量を高めて高集積
化を図ることが可能となる。また、同じく下部電極層に
おける電界集中の問題が解消されることから、耐圧の低
下や、リーク電流の問題も解決でき、優れた電気特性が
得られる。そして、下部電極層は第１の金属配線層に接
続されているため、配線抵抗が低く、良好な高周波特性
を確保することができる。さらに、本発明のキャパシタ
素子は、基本的に従来のタイプIのキャパシタ素子を形
成する工程に、下部電極層表面を平滑化する工程を追加
することで形成でき、そして、この平滑化工程は、上述
のように容易に行うことができる。また、他の素子など
を形成するための工程との関連において、工程的に強い
制約を受けることもない。したがって本発明のキャパシ
タ素子およびキャパシタ素子を含む半導体装置を形成す
る上で製造工程が複雑化することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）ないし（Ｐ）は本発明によるキャパシタ
素子の製造方法の一例における各工程を示す断面側面図
である。

【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す断面側面図
である。

【図３】（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の第３の実施の形
態例における各工程を示す断面側面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態例を示す断面側面図
である。

【図５】（Ａ）ないし（Ｃ）は本発明の第５の実施の形
態例の各工程を示す断面側面図である。

【図６】本発明の第６の実施の形態例を示す断面側面図
である。

【図７】本発明の第７の実施の形態例を示す断面側面図
である。

【図８】（Ａ）ないし（Ｅ）は平滑化のための表面処理
に関する第８の実施の形態例を示す断面側面図である。

【図９】（Ａ）ないし（Ｅ）は平滑化のための表面処理
に関する第９の実施の形態例の各工程を示す断面側面図
である。

【図１０】（Ａ）ないし（Ｆ）は平滑化のための表面処
理に関する第１０の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１１】（Ａ）ないし（Ｇ）は平滑化のための表面処
理に関する第１１の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１２】（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面処
理に関する第１２の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１３】（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面処
理に関する第１３の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１４】（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面処
理に関する第１４の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１５】（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面処
理に関する第１５の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１６】（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面処
理に関する第１６の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１７】（Ａ）ないし（Ｃ）は平滑化のための表面処
理に関する第１７の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１８】（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面処
理に関する第１８の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図１９】（Ａ）ないし（Ｄ）は平滑化のための表面処
理に関する第１９の実施の形態例を示す断面側面図であ
る。

【図２０】本発明のキャパシタ素子を含む半導体装置の
一例を示す断面側面図である。

【図２１】従来のタイプIのキャパシタ素子の一例を示
す断面側面図である。

【図２２】従来のタイプIIのキャパシタ素子の一例を示
す断面側面図である。

【図２３】（Ａ）および（Ｂ）は、図２１に示したキャ
パシタ素子の誘電体層周辺を詳しく示す部分拡大断面図
である。

【図２４】誘電体層に遷移金属酸化物を用いたタイプI
のキャパシタ素子を示す断面側面図である。

【図２５】誘電体層に遷移金属酸化物を用いたタイプII
のキャパシタ素子を示す断面側面図である。

【符号の説明】

２……絶縁層、４……金属配線層、６……下部電極層、
８……第１の下部電極層、１０……第２の下部電極層、
１２……フォトレジスト層、１４……層間絶縁層、１６
……フォトレジスト層、１８……コンタクトホール、２
０……誘電体層、２２……上部電極層、２４……金属配
線層、２６……金属配線層、２８、３０、３４、３６、
３８、４０、４２……キャパシタ素子、３２……フォト
レジスト層、４４……絶縁層、４６……表面層、４８…
…反応生成層、５０……非晶質層、５２……表面層、５
４……反応生成層、５６……半導体装置、５８……半導
体基板、６０……ＭＯＳ型トランジスタ素子、６２……
ＭＯＳ型トランジスタ素子、６４……バイポーラトラン
ジスタ素子、６６……スパイラルインダクター素子、６
８……素子分離層、７０……Ｎウェル層、７２……Ｐウ
ェル層、７４……ゲート多結晶シリコン層、７８……金
属配線層、８０……エミッタ多結晶シリコン層、８２…
…ベース多結晶シリコン層、８４……コレクタ拡散層、
８６、８８……金属配線層、９０……金属配線層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に下部電極層、誘電体層、
上部電極層を積層した構造を有するキャパシタ素子を製
造する方法であって、半導体基板の上に絶縁層を形成し、前記絶縁層の上にパターン化した第１の金属配線層を形
成し、前記第１の金属配線層の表面に下部電極層を形成し、前記下部電極層および前記絶縁層の上に層間絶縁層を形
成し、前記下部電極層に至る第１および第２のコンタク
トホールを前記層間絶縁層に、エッチングにより形成
し、少なくとも前記第１のコンタクトホール内で、前記下部
電極層の表面に誘電体層を形成し、前記誘電体層の上に上部電極層を形成し、前記第２のコンタクトホールを通じて前記下部電極層に
接続するとともに前記層間絶縁層上にパターン化されて
延在する第２の金属配線層を形成し、前記下部電極層および前記第１の金属配線層のいずれか
一方または両方の表面に対するプラズマ照射またはイオ
ン照射による表面処理を、前記第１の金属配線層の表面
に前記下部電極層を形成する前の段階、前記下部電極層
の上に前記層間絶縁層を形成する前の段階、ならびに前
記下部電極層の表面に前記誘電体層を形成する直前の段
階のうちの少なくとも１つの段階で行って前記下部電極
層および前記第１の金属配線層のいずれか一方または両
方の表面を平滑化することを特徴とするキャパシタ素子
の製造方法。
【請求項２】前記表面処理は、前記第１の金属配線層
または前記下部電極層の表面における微視的な上下方向
の凹凸の幅が、前記誘電体層の厚さの５０％以下となる
ように行うことを特徴とする請求項１記載のキャパシタ
素子の製造方法。
【請求項３】前記表面処理では、不活性ガスあるいは
処理対象に含まれる元素のガスをイオン粒子源としてイ
オン照射を行い、処理対象の表面層における物質組成比
の変更をともなう表面改質を生じさせることを特徴とす
る請求項１記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項４】前記表面処理では、反応性ガスをプラズ
マ粒子源としてプラズマ照射を行い、処理対象の表面に
反応生成物の層を形成することを特徴とする請求項１記
載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項５】前記表面処理では、不活性ガス、処理対
象に含まれる元素のガス、あるいは反応性ガスをイオン
粒子源としてイオン照射を行い、処理対象の表面に非晶
質層を形成することを特徴とする請求項１記載のキャパ
シタ素子の製造方法。
【請求項６】前記表面処理では、不活性ガスあるいは
処理対象に含まれる元素のガスをイオン粒子源としてイ
オン照射を行い、処理対象の表面層における物質組成比
の変更をともなう表面改質を生じさせる表面処理、反応
性ガスをプラズマ粒子源としてプラズマ照射を行い、処
理対象の表面に反応生成物の層を形成する表面処理、な
らびに不活性ガス、処理対象に含まれる元素のガス、あ
るいは反応性ガスをイオン粒子源としてイオン照射を行
い、処理対象の表面に非晶質層を形成する表面処理のう
ちのいずれか複数の表面処理を同一の処理対象に対して
連続して行うことを特徴とする請求項１記載のキャパシ
タ素子の製造方法。
【請求項７】前記表面処理で照射するプラズマ粒子ま
たはイオン粒子は、（ａ）Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒを代
表とする周期表１８族元素（すなわち不活性元素）、
（ｂ）Ｎ₂またはＯ₂、またはＮ元素およびＯ元素のいず
れか一方または両方を含む化合物、（ｃ）前記下部電極
層の材料を構成している元素、または同元素を含む化合
物、ならびに（ｄ）前記下部電極層を形成する材料と化
学反応性を有するイオンまたは粒子を生成可能な元素ま
たは化合物のうちのいずれか１つまたは複数を組み合わ
せた材料を粒子源として生成することを特徴とする請求
項１記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項８】前記上部電極層を形成した後、前記層間
絶縁層上にパターン化されて延在し下面の一部が前記第
１のコンタクトホールを通じ前記上部電極層の上面に接
続された第３の金属配線層を形成することを特徴とする
請求項１記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項９】前記誘電体層を形成した後、前記層間絶
縁層上にパターン化されて延在し下面の一部が前記第１
のコンタクトホール内で前記誘電体層の表面に接触する
第３の金属配線層を、前記上部電極層として形成するこ
とを特徴とする請求項１記載のキャパシタ素子の製造方
法。
【請求項１０】前記誘電体層は５５０°Ｃ以下の低温
プロセスにより形成することを特徴とする請求項１記載
のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項１１】前記誘電体層は、遷移金属の酸化物、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、
チタン酸バリウム化合物、チタン酸バリウム化合物の置
換型化合物、ならびに（Ｂａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃ
ａ）・（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｕ）Ｏｘ化合物のうちの少なく
とも１つにより形成することを特徴とする請求項１記載
のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項１２】前記遷移金属はＴａであることを特徴
とする請求項１１記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項１３】前記誘電体層は、異なる材料による複
数の層を積層して形成することを特徴とする請求項１記
載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項１４】前記誘電体層は、遷移金属の酸化物に
より、５５０°Ｃ以下の反応性低温プラズマＣＶＤを用
いて形成することを特徴とする請求項１記載のキャパシ
タ素子の製造方法。
【請求項１５】反応性低温プラズマＣＶＤによる前記
誘電体層の成膜中に反応性酸素プラズマアニールを行う
ことを特徴とする請求項１４記載のキャパシタ素子の製
造方法。
【請求項１６】反応性低温プラズマＣＶＤにより前記
誘電体層を成膜した後、酸素プラズマアニールあるいは
オゾンアニールを前記誘電体層に対して行うことを特徴
とする請求項１４記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項１７】前記下部電極層は、前記誘電体層との
反応性が前記第１の金属配線層の材料より低い材料によ
り形成することを特徴とする請求項１記載のキャパシタ
素子の製造方法。
【請求項１８】前記下部電極層は、前記第１の金属配
線層の材料より光の反射率が低い材料により形成するこ
とを特徴とする請求項１記載のキャパシタ素子の製造方
法。
【請求項１９】前記下部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料、前記高融点金属材料の窒化物、
ならびに前記高融点金属材料の酸化物のうちの１つまた
は複数を含んで形成することを特徴とする請求項１記載
のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項２０】前記下部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料とシリコンとの化合物を含む材料
により形成することを特徴とする請求項１記載のキャパ
シタ素子の製造方法。
【請求項２１】前記下部電極層は、白金族金属を含む
材料により形成することを特徴とする請求項１記載のキ
ャパシタ素子の製造方法。
【請求項２２】前記下部電極層は、異なる材料による
複数の層を積層して形成することを特徴とする請求項１
記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項２３】前記複数の層のいずれか１つまたは複
数に対して前記表面処理を行うことを特徴とする請求項
２２記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項２４】前記上部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料、前記高融点金属材料の窒化物、
ならびに前記高融点金属材料の酸化物のうちの１つまた
は複数を含む材料により形成することを特徴とする請求
項１記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項２５】前記上部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料とシリコンとの化合物を含む材料
により形成することを特徴とする請求項１記載のキャパ
シタ素子の製造方法。
【請求項２６】前記上部電極層は、異なる材料による
複数の層を積層して形成することを特徴とする請求項１
記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項２７】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、アルミニウムを含む材料によ
り形成することを特徴とする請求項１記載のキャパシタ
素子の製造方法。
【請求項２８】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、チタン、タングステン、チタ
ンの窒化物、チタンの酸化物、タングステンの窒化物、
ならびにタングステンの酸化物のうちの少なくとも１つ
を含む材料により形成することを特徴とする請求項１記
載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項２９】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、白金族金属を含む材料により
形成することを特徴とする請求項１記載のキャパシタ素
子の製造方法。
【請求項３０】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、異なる材料による複数の層を
積層して形成することを特徴とする請求項１記載のキャ
パシタ素子の製造方法。
【請求項３１】前記第３の金属配線層は、アルミニウ
ムを含む材料により形成することを特徴とする請求項８
または９に記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項３２】第３の金属配線層は、チタン、タング
ステン、チタンの窒化物、チタンの酸化物、タングステ
ンの窒化物、ならびにタングステンの酸化物のうちの少
なくとも１つを含む材料により形成することを特徴とす
る請求項８または９に記載のキャパシタ素子の製造方
法。
【請求項３３】第３の金属配線層は、白金族金属を含
む材料により形成することを特徴とする請求項８または
９に記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項３４】第３の金属配線層は、異なる材料によ
る複数の層を積層して形成することを特徴とする請求項
８または９に記載のキャパシタ素子の製造方法。
【請求項３５】半導体基板上に下部電極層、誘電体
層、上部電極層を積層した構造を有するキャパシタ素子
であって、半導体基板上の絶縁層の上にパターン化されて延在する
第１の金属配線層と、前記第１の金属配線層の表面に延在する、表面が平滑化
された下部電極層と、前記下部電極層および前記絶縁層の上に形成され、前記
下部電極層に至る第１および第２のコンタクトホールを
有する層間絶縁層と、前記第１のコンタクトホール内で前記下部電極層の表面
に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に形成された上部電極層と、前記第２のコンタクトホールを通じて前記下部電極層に
接続し、前記層間絶縁層上にパターン化されて延在する
第２の金属配線層とを備え、前記下部電極層の表面における上下方向の凹凸の幅は、
前記誘電体層の厚みの５０％以下であることを特徴とす
るキャパシタ素子。
【請求項３６】前記第１の金属配線層の表面は、少な
くとも前記下部電極層の下部の箇所において平滑化さ
れ、同表面における上下方向の凹凸の幅は、前記誘電体
層の厚みの５０％以下であることを特徴とする請求項３
５記載のキャパシタ素子。
【請求項３７】前記層間絶縁層上にパターン化されて
延在する第３の金属配線層を含み、前記第３の金属配線
層の下面の一部は前記第１のコンタクトホールを通じ前
記上部電極層の上面に接続していることを特徴とする請
求項３５記載のキャパシタ素子。
【請求項３８】前記層間絶縁層上にパターン化されて
延在する第３の金属配線層を含み、前記第３の金属配線
層の下面の一部は前記第１のコンタクトホールを通じ前
記誘電体層の表面に接触し、前記上部電極層を兼ねてい
ることを特徴とする請求項３５記載のキャパシタ素子。
【請求項３９】前記誘電体層は前記層間絶縁層の上面
に延在し、前記第２のコンタクトホールは前記誘電体層
を貫通して形成されていることを特徴とする請求項３５
記載のキャパシタ素子。
【請求項４０】前記誘電体層は、遷移金属の酸化物、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、
チタン酸バリウム化合物、チタン酸バリウム化合物の置
換型化合物、ならびに（Ｂａ、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｃ
ａ）・（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｕ）Ｏｘ化合物のうちの少なく
とも１つにより形成されていることを特徴とする請求項
３５記載のキャパシタ素子。
【請求項４１】前記遷移金属はＴａであることを特徴
とする請求項４０記載のキャパシタ素子。
【請求項４２】前記誘電体層は、異なる材料による複
数の層を積層して形成されていることを特徴とする請求
項４０記載のキャパシタ素子。
【請求項４３】前記下部電極層は、前記誘電体層との
反応性が前記第１の金属配線層の材料より低い材料によ
り形成されていることを特徴とする請求項３５記載のキ
ャパシタ素子。
【請求項４４】前記下部電極層は、前記第１の金属配
線層の材料より光の反射率が低い材料により形成されて
いることを特徴とする請求項３５記載のキャパシタ素
子。
【請求項４５】前記下部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料、前記高融点金属材料の窒化物、
ならびに前記高融点金属材料の酸化物のうちの１つまた
は複数を含んで形成されていることを特徴とする請求項
３５記載のキャパシタ素子。
【請求項４６】前記下部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料とシリコンとの化合物を含んで形
成されていることを特徴とする請求項３５記載のキャパ
シタ素子。
【請求項４７】前記下部電極層は、白金族金属を含ん
で形成されていることを特徴とする請求項３５記載のキ
ャパシタ素子。
【請求項４８】前記下部電極層は、異なる材料による
複数の層を積層して形成されていることを特徴とする請
求項３５記載のキャパシタ素子。
【請求項４９】前記上部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料、前記高融点金属材料の窒化物、
ならびに前記高融点金属材料の酸化物のうちの１つまた
は複数を含んで形成されていることを特徴とする請求項
３５記載のキャパシタ素子。
【請求項５０】前記上部電極層は、融点が５５０°Ｃ
以上の高融点金属材料とシリコンとの化合物を含んで形
成されていることを特徴とする請求項３５記載のキャパ
シタ素子。
【請求項５１】前記上部電極層は、異なる材料による
複数の層を積層して形成されていることを特徴とする請
求項３５記載のキャパシタ素子。
【請求項５２】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、アルミニウムを含む材料によ
り形成されていることを特徴とする請求項３５記載のキ
ャパシタ素子。
【請求項５３】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、チタン、タングステン、チタ
ンの窒化物、チタンの酸化物、タングステンの窒化物、
ならびにタングステンの酸化物のうちちの少なくとも１
つを含んで形成されていることを特徴とする請求項３５
記載のキャパシタ素子。
【請求項５４】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、白金族金属を含んで形成され
ていることを特徴とする請求項３５記載のキャパシタ素
子。
【請求項５５】前記第１および第２の金属配線層のい
ずれか一方または両方は、異なる材料による複数の層を
積層して形成されていることを特徴とする請求項３５記
載のキャパシタ素子。
【請求項５６】前記第３の金属配線層は、チタン、タ
ングステン、チタンの窒化物、チタンの酸化物、タング
ステンの窒化物、ならびにタングステンの酸化物の少な
くとも１つを含んで形成されていることを特徴とする請
求項３７または３８に記載のキャパシタ素子。
【請求項５７】前記第３の金属配線層は、白金族金属
を含んで形成されていることを特徴とする請求項３７ま
たは３８に記載のキャパシタ素子。
【請求項５８】前記第３の金属配線層は、異なる材料
による複数の層を積層して形成されていることを特徴と
する請求項３７または３８に記載のキャパシタ素子。
【請求項５９】半導体基板上に下部電極層、誘電体
層、上部電極層を積層した構造を有するキャパシタ素子
と、半導体基板上に形成された回路素子とを含む半導体
装置であって、半導体基板上の絶縁層の上にパターン化されて延在する
第１の金属配線層と、前記第１の金属配線層の上面上に延在する、表面が平滑
化された下部電極層と、前記下部電極層および前記絶縁層の上に形成され、前記
下部電極層に至る第１および第２のコンタクトホールを
有する層間絶縁層と、前記第１のコンタクトホール内で前記下部電極層の表面
に形成された誘電体層と、前記誘電体層の上に形成された上部電極層と、前記第２のコンタクトホールを通じて前記下部電極層に
接続し、前記層間絶縁層上にパターン化されて延在する
第２の金属配線層と、前記層間絶縁層上にパターン化されて延在し、下面の一
部が前記第１のコンタクトホールを通じ前記上部電極層
の上面に接続された第３の金属配線層とを備え、前記下部電極層の表面における上下方向の凹凸の幅は、
前記誘電体層の厚みの５０％以下であり、前記キャパシタ素子と前記回路素子とは、前記第２およ
び第３の金属配線層により電気的に接続されていること
を特徴とするキャパシタ素子を含む半導体装置。
【請求項６０】前記上部電極層と前記第３の金属配線
層とは同一の材料により一体に形成されていることを特
徴とする請求項５９記載のキャパシタ素子を含む半導体
装置。