JP2003297942A - 金属−絶縁体−金属キャパシタを有する半導体装置及びその方法 - Google Patents

金属−絶縁体−金属キャパシタを有する半導体装置及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属−絶縁体−金属キャパシタを有する半導
体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明による半導体装置は、半導体基板
上に形成された下部配線、前記下部配線を有する半導体
基板上に形成された金属間絶縁膜、前記金属間絶縁膜を
貫通して前記下部配線を露出させる複数の開口部、前記
開口部の内側壁、前記露出された下部配線の表面及び前
記開口部の間の前記金属間絶縁膜上にコンフォマルに形
成された下部電極、前記下部電極上に順次に積層された
誘電体膜及び上部電極、及び前記上部電極上に配置され
た上部配線を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置及びその
製造方法に関するものであり、特に、金属−絶縁体−金
属(Metal−Insulator−Metal、以
下MIMという)構造のキャパシタを含む半導体装置及
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ロジック素子の構成のために、受動素子
であるキャパシタが多様な用途として使用されている。
例えば、MPU(Micro Processor U
nit)素子では、ディカップリングキャパシタとし
て、AD(Analog toDigital)コンバ
ーターまたはDA(Digital to Analo
g)コンバーターでは、キャパシタアレイなどとして使
用されている。ところで、現在では、動作周波数の増加
及びコンバーターのビットの増加に応じて徐々に大容量
のキャパシタが必要になってきている。
【0003】制限された単位面積内でキャパシタの容量
Cを適正値以上に維持させるための方法は、容量CがC
=εAs/d(ε=誘電率、As:電極の表面積、d:
誘電体の厚さ)で表されるため、第1は、誘電体の厚さ
dを減少させる方法、第2は、キャパシタ電極の表面積
Asを増加させる方法、第3は、誘電率εが高い材料を
使用する方法がある。
【0004】この中で、電極の表面積を増加させる方法
において、従来のアナログキャパシタは相互連結配線で
ある金属配線を各々上部電極と下部電極で使用するの
で、キャパシタの有効表面積が平面的である。
【0005】図1乃至図5は従来の技術によるMIM型
キャパシタ及び層間配線間のコンタクトプラグを有する
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【0006】図1を参照すると、層間絶縁膜2を形成
し、前記層間絶縁膜2の上部に金属導電膜を形成し、パ
ターニングしてキャパシタの下部電極4a及び下部配線
4bを形成する。図示しないが、前記層間絶縁膜2の下
部には半導体素子が形成された半導体基板が存在する。
前記キャパシタの下部電極4a及び下部配線4b上に金
属間絶縁膜6を形成し、平坦化工程を進行する。
【0007】図2を参照すると、通常のフォトリソグラ
フィエッチング工程を使用して前記キャパシタの下部電
極4aを露出させるコンタクトホール8を形成する。前
記下部電極が露出されるコンタクトホール8はキャパシ
タの有効表面積になるので、広い面積を有する。
【0008】図3を参照すると、前記コンタクトホール
8を含む基板の全面に誘電体膜10を形成する。
【0009】図4を参照すると、通常のフォトリソグラ
フィエッチング工程を使用して前記下部配線4bを露出
させるビアホール12を形成する。前記ビアホール12
は下部配線及び上部配線を電気的に連結する役割を果た
し、前記コンタクトホール8よりは狭く形成される。
【0010】図5を参照すると、基板の全面に上部配線
導電膜を形成し、パターニングして、キャパシタの上部
電極14a及び上部配線14bを形成する。
【0011】上述の従来のMIMキャパシタにあっては
キャパシタの有効表面積が平面的であるので、キャパシ
タの容量確保において、制限があるという問題点があ
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な問題点を解決するために、層間配線の間に形成される
キャパシタの有効表面積を増加させた三次元MIMキャ
パシタを有する半導体装置及びその製造方法を提供する
ことに目的がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置は、半導体基板上に下部配線
が形成されており、前記下部配線を有する半導体基板上
に金属間絶縁膜が形成されている。前記金属間絶縁膜を
貫通して前記下部配線を露出させる複数の開口部が形成
されており、前記開口部は、平面的にはホール型、スト
ライプ型、メッシュ型の形状を有している。前記開口部
の内側壁、前記露出された第1下部配線の表面及び前記
開口部の間の前記金属間絶縁膜上にコンフォマルに下部
電極、誘電体膜及び上部電極が積層されており、従来の
技術と対比して、前記開口部の側面をキャパシタの有効
表面積として利用するので、相当のキャパシタの容量増
加をもたらすことができる。前記上部電極上には上部配
線が形成されており、前記上部配線は前記上部電極と電
気的に接続されている。
【0014】また、上述の目的を達成するために、本発
明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に下部配線
を形成し、前記下部配線上に金属間絶縁膜を形成する。
前記金属間絶縁膜を貫通して前記下部配線を露出させる
複数の開口部を形成し、前記開口部は、平面的にホール
型、ストライプ型及びメッシュ型の形状を有しているこ
とが望ましい。前記開口部の内側壁、前記露出された下
部配線の表面及び前記開口部の間の前記金属間絶縁膜上
にコンフォマルに下部電極導電膜、誘電体膜及び上部電
極導電膜を順次に積層し、パターニングしてキャパシタ
パターンを形成する。次に、前記キャパシタパターン上
に上部配線を形成する。
【0015】
【発明の実施の形態】上述の目的、特徴及び長所は添付
した図面と関連した次の詳細な説明を通じてより明らか
になる。以下、添付した図を参照して、本発明の望まし
い実施形態を詳細に説明する。
【0016】チップサイズの減少により制限された平面
積内で、キャパシタの有効表面積を増大させて、MIM
キャパシタの容量を増加させる。すなわち、キャパシタ
は断面には屈曲がある三次元構造を有し、平面にはホー
ル型、ストライプ型、メッシュ型でキャパシタを形成し
てキャパシタの容量を極大化する。
【0017】図6乃至図8は本発明の実施形態によるキ
ャパシタの平面図である。
【0018】図6はホール型として、全体キャパシタ形
成領域15内に9個の三次元ホール型キャパシタ形成領
域16がある。
【0019】図7はストライプ型として、全体キャパシ
タ形成開口部15内に三つのストライプ型キャパシタ形
成領域17がある。
【0020】図8はメッシュ型として、全体キャパシタ
形成開口部15内に3*3メッシュ型キャパシタ形成領
域18がある。
【0021】図9は図6のホール型のキャパシタをI−
I'に沿って切断した断面図であり、また、図7のスト
ライプ型のキャパシタをII−II'に沿って切断した断面
図である。図10は図8のメッシュ型のキャパシタをII
I−III'に沿って切断した断面図である。図9及び図1
0に示したMIMキャパシタは、便宜上、同一の図面符
号を使用する。
【0022】図9及び図10を参照すると、層間絶縁膜
30上に下部配線32が形成されており、前記下部配線
32上に金属間絶縁膜34が形成されている。前記金属
間絶縁膜34を貫通して前記下部配線32を露出する複
数の開口部35が形成されている。前記開口部35の内
側面、前記露出された下部配線32の表面及び前記開口
部の間の前記金属間絶縁膜34上にキャパシタの下部電
極36、誘電体膜38及びキャパシタの上部電極40が
形成されている。前記キャパシタの上部電極40上に上
部配線42が形成されている。
【0023】上述の本発明の三次元キャパシタは従来の
単純平板型のキャパシタと比較して屈曲を有する凹凸構
造を有するので、相当水準のキャパシタの容量増加をな
すことができる。
【0024】以下、通常の金属配線工程と同時に形成さ
れる三次元ホール型キャパシタ製造方法の望ましい実施
形態を詳細に説明する。ストライプ型やメッシュ型キャ
パシタも同一の工程順序を有する。
【0025】本発明は従来の多層金属配線工程と工程順
序を整合することができるMIMキャパシタ製造方法で
あるので、以後、実施形態では、キャパシタ及び金属配
線形成工程を同時に図示する。 (第1実施形態)図11及び図16は本発明の第1実施
形態による二層の金属配線にホール型キャパシタを形成
する製造工程断面図である。
【0026】図11を参照すると、層間絶縁膜50を形
成し、前記層間絶縁膜50上に下部配線導電膜を形成
し、パターニングして下部配線52a、52bを形成す
る。図示しないが、前記層間絶縁膜50の下部には通常
の半導体素子工程が進行されている。前記下部配線52
a、52bは第1下部配線52a及び第2下部配線52
bからなる。前記下部配線導電膜はアルミニウムAl、
アルミニウムAl−alloy、銅Cu、金Au、銀A
g、タングステンW及びモリブデンMoからなる群で選
択された少なくともいずれか一つで形成することがで
き、厚さは1000Å乃至10000Åの範囲で形成す
る。
【0027】次に、前記下部配線52a、52bを含む
基板の全面にエッチング阻止膜54を形成することがで
きる。前記エッチング阻止膜54はプラズマ強化化学気
相蒸着法(Plasma Enhanced Chem
ical Vapor Deposition:以下P
ECVDという)方式により蒸着されるSiN、SiC
またはSiCN膜が使用され、100Å乃至1000Å
の範囲の厚さで形成することができる。
【0028】次に、金属間絶縁膜56を形成し、平坦化
工程を進行する。前記金属間絶縁膜はSiO2、SiO
C、SiOH、SiOCHまたは低誘電率low−k絶
縁膜を使用することができる。低誘電率low−k絶縁
膜は配線間寄生容量及び配線抵抗を減少させて、デバイ
スの速度をより速くし、デバイスの相互干渉を低減させ
ることができる。形成方法としては、PECVD(Pl
aama Enhanced CVD)、HDP−CV
D(High Density PlasmaCV
D)、APCVD(Atmospheric Pres
sure CVD)、スピンコーティング(spin
coating)方式が使用でき、厚さは3000Å乃
至10000Åの範囲で形成する。
【0029】次に、前記金属間絶縁膜56及びエッチン
グ阻止膜54を、感光膜パターンを利用して選択的にエ
ッチングしてビアホール57を形成する。
【0030】次に、前記ビアホール57をバリヤ金属層
及び導電物質で充填した後に、平坦化して導電性コンタ
クトプラグ58を形成する。前記バリヤ金属層はTa、
TaN、TiN、WN、TaC、WC、TiSiN、T
aSiNの中から選択されたいずれか一つまたはこれら
を組み合わせて使用し、蒸着方法としては、物理気相蒸
着法(Physical Vapor Deposit
ion:以下PVDという)、化学気相蒸着法(Che
mical Vapor Deposition:以下
CVDという)、原子膜蒸着法(Atomic Lay
er Deposition:以下ALDという)の中
から選択された方法を使用することができる。前記導電
物質はタングステンWで形成することができる。
【0031】図12を参照すると、前記金属間絶縁膜5
6及びエッチング阻止膜を、感光膜パターンを利用して
選択的にエッチングして前記第1下部配線52aの表面
を露出させる複数の開口部60を形成する。図12の断
面図には三つの開口部が形成されている図13を参照す
ると、前記開口部60を含む基板の全面に下部電極導電
膜62、誘電体膜64及び上部電極導電膜66を形成す
る。
【0032】前記下部電極及び上部電極導電膜62、6
6はTi、TiN、Ta、TaN、Pt、Ru、Ir、
Wの中から選択された少なくとも一つで形成し、厚さは
300Å乃至5000Åの範囲で形成することができ
る。
【0033】前記誘電体膜64はシリコン酸化膜、シリ
コン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−ストロン
チウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニウム
Zr酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チタン
Pb−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマス−
タンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択された少
なくとも一つを使用することができる。蒸着方法では、
CVD、PVD、ALD法の中から選択されたいずれか
一つの方法を使用することができ、前記誘電体膜の厚さ
は100Å乃至2000Åの範囲で形成することができ
る。
【0034】図14を参照すると、前記上部電極導電膜
66、誘電体膜64及び下部電極導電膜62をフォトリ
ソグラフィ工程によって形成された感光膜パターンを利
用して選択的にエッチングしてキャパシタパターン68
を形成する。前記キャパシタパターン68は前記開口部
60の内側面、前記露出された第1下部配線52aの表
面及び前記開口部の間の前記金属間絶縁膜56に沿って
屈曲を有する凹凸構造を有するので、従来より広い有効
表面積を有する。すなわち、従来のキャパシタに比べて
開口部の側面を利用するので、キャパシタの容量が増加
する。
【0035】前記キャパシタパターン68は前記上部電
極導電膜、誘電体膜及び下部電極導電膜を同時に乾式エ
ッチングする場合には、垂直なプロファイルを有するよ
うになる。これは、以後の上層配線をパターニングする
時に、垂直なプロファイル側面にフェンスが残留して前
記上部電極と下部電極との間に電流通路が形成されるブ
リッジ現象を引き起こすことがある。
【0036】ブリッジ現象を予防する方法としては、同
時に垂直なプロファイルを形成し、絶縁膜を形成し、全
面エッチングして垂直なプロファイル側面に絶縁膜スペ
ーサを形成する方法がある。また、図14に示したよう
に、二回のフォトリソグラフィエッチング工程を実施す
る方法がある。この方法は、まず、前記上部電極導電膜
66をパターニングし、以後に、前記誘電体膜64及び
下部電極導電膜62をパターニングする方法である。
【0037】図15を参照すると、前記キャパシタパタ
ーン68を含む基板の全面に上部配線導電膜70を形成
する。前記上部配線導電膜70の形成方法は、上述の下
部配線導電膜の形成方法と同一である。
【0038】図16を参照すると、前記上部配線導電膜
70を選択的にエッチングして上部配線70a、70b
を形成する。前記上部配線は第1上部配線70a及び第
2上部配線70bからなる。
【0039】(第2実施形態)図17乃至図22は本発
明の第2実施形態による通常の二層の金属配線にホール
型キャパシタを形成する製造工程断面図である。
【0040】図17を参照すると、層間絶縁膜80を形
成し、前記層間絶縁膜80の上部に下部配線導電膜を形
成し、パターニングして下部配線82a、82bを形成
する。図示しないが、前記層間絶縁膜80の下部には通
常の半導体素子工程が進行されている。前記下部配線は
第1下部配線82a及び第2下部配線82bからなる。
前記下部配線導電膜の形成方法は第1実施形態と同一で
ある。
【0041】次に、前記下部配線82a、82bを含む
基板の全面にエッチング阻止膜84を形成し、前記エッ
チング阻止膜84上に金属間絶縁膜86を形成する。前
記エッチング阻止膜84及び金属間絶縁膜86の形成方
法は第1実施形態と同一である。
【0042】次に、前記金属間絶縁膜86及び前記エッ
チング阻止膜84を選択的にエッチングして、第1下部
配線82aの表面を露出させる複数の開口部88を形成
する。図17の断面図には三つの開口部が形成されてい
る。
【0043】図18を参照すると、前記開口部88を含
む基板の全面に下部電極導電膜90、誘電体膜92及び
上部電極導電膜94を形成する。前記下部電極導電膜9
0、誘電体膜92及び上部電極導電膜94の形成方法は
第1実施形態と同一である。
【0044】図19を参照すると、前記上部電極導電膜
94、誘電体膜92及び下部電極導電膜90を選択的に
エッチングしてキャパシタパターン96を形成する。
【0045】前記キャパシタパターン96は前記開口部
88の内側壁、前記露出された第1下部配線82aの表
面及び前記開口部の間の金属間絶縁膜86に沿って屈曲
を有する凹凸構造を有するので、従来より広い有効面積
を有する。すなわち、従来のキャパシタに対比して開口
部の側面を利用するので、キャパシタの容量が増加す
る。
【0046】前記キャパシタパターン96は前記上部電
極導電膜、誘電体膜、及び下部電極導電膜を同時に乾式
エッチングする場合には、垂直なプロファイルを有する
ようになる。したがって、第1実施形態で示したよう
に、後続工程で発生するブリッジ現象を防止するため
に、絶縁膜スペーサを形成するか、または図19に示し
たように、まず、上部電極導電膜94をパターニングし
て、以後に、前記誘電体膜92及び前記下部電極導電膜
90を同時にパターニングすることができる。
【0047】図20を参照すると、前記金属間絶縁膜8
6及びエッチング阻止膜84をフォトリソグラフィ工程
によって形成された感光膜パターンを利用して、選択的
にエッチングして前記第2下部配線82bの表面を露出
させるビアホール98を形成する。
【0048】図21を参照すると、前記ビアホール98
を十分に充填する上部配線導電膜100を形成する。前
記上部配線導電膜100の形成方法は、第1実施形態と
同一である。図示しないが、前記上部配線導電膜を形成
する前にはバリヤ金属層を形成する。
【0049】注目する点は、第1実施形態と対比して導
電性プラグを形成できないことである。これは、導電性
プラグを形成するための平坦化工程時に、前記金属間絶
縁膜86の上部に形成されているキャパシタパターン9
6が共に除去されるためである。したがって、ビアホー
ルを充填すると同時に、上部配線導電膜を同時に形成す
べきである。
【0050】図22を参照すると、前記上部配線導電膜
100をフォトリソグラフィ工程によって形成された感
光膜パターンを利用して選択的にエッチングして、上部
配線100a、100bを形成する。前記上部配線は第
1上部配線100a及び第2上部配線100bからな
る。
【0051】(第3実施形態)図23乃至図28は本発
明の第3実施形態による三層の金属配線にホール型キャ
パシタを形成する製造工程断面図である。本発明は、二
層間の金属配線の間、または三層間の金属配線だけでは
なく、それ以上の配線の間でも、MIMキャパシタを多
様に形成することができる。多層配線の間で、MIMキ
ャパシタを形成する場合の長所は、制限された面積で高
さの増加によるキャパシタンスの増加である。
【0052】図23を参照すると、層間絶縁膜110を
形成し、前記層間絶縁膜110上に下部配線導電膜を形
成し、パターニングして下部配線112a、112bを
形成する。図示しないが、前記層間絶縁膜110の下部
には通常の半導体素子工程が進行されている。前記下部
配線は第1下部配線112a及び第2下部配線112b
からなる。前記下部配線導電膜はアルミニウムAl、ア
ルミニウム合金Al−alloy、銅Cu、金Au、銀
Ag、タングステンW及びモリブデンMoからなる群で
選択された少なくともいずれか一つで形成することがで
き、厚さは1000Å乃至10000Åの範囲で形成す
ることができる。
【0053】次に、前記下部配線112a、112b上
に第1エッチング阻止膜114を形成する。前記第1エ
ッチング阻止膜114はPECVD法で蒸着されるSi
N、SiCまたはSiCN膜が使用され、100Å乃至
1000Åの範囲の厚さで形成する。
【0054】次に、第1金属間絶縁膜116を形成し、
平坦化工程を進行する。前記第1金属間絶縁膜はSiO
2、SiOC、SiOH、SiOCHまたは誘電率k
3.0以下の低誘電率絶縁膜を使用することができる。
形成方法としては、PECVD、HDP−CVD、AP
CVD、スピンコーティング方式が使用され、厚さは3
000Å乃至10000Åの範囲で形成する。
【0055】次に、前記第1金属間絶縁膜116及び第
1エッチング阻止膜114を選択的にエッチングして前
記第2下部配線112bの上部を露出させるビアホール
117を形成する。
【0056】次に、前記ビアホール117をバリヤ金属
層及び導電物質で充填した後に、平坦化して導電性第1
コンタクトプラグ118を形成する。前記バリヤ金属層
はTa、TaN、TiN、WN、TaC、WC、TiS
iN、TaSiNの中から選択されたいずれか一つまた
はこれらを組み合わせて使用し、蒸着方法としては、P
VD(Physical Vapor Deposit
ion)法、CVD(Chemical Vapor
Deposition)法、ALD(Atomic L
ayer Deposition)法の中から選択され
た方法を使用することができる。前記導電物質はタング
ステンWで形成することができる。
【0057】次に、前記第1コンタクトプラグ118を
含む基板の全面に中間配線導電膜を形成し、パターニン
グして中間配線120を形成する。中間配線導電膜形成
方法は、上述の下部配線形成方法と同一である。
【0058】次に、前記中間配線120を含む基板の全
面に第2エッチング阻止膜122を形成し、前記第2エ
ッチング阻止膜122上に金属間絶縁膜124を形成す
る。前記第2エッチング阻止膜122の形成方法は、前
記第1エッチング阻止膜114の形成方法と同一であ
り、前記第2金属間絶縁膜124の形成方法は、前記第
1金属間絶縁膜116の形成方法と同一である。
【0059】次に、前記第2金属間絶縁膜124及び第
2エッチング阻止膜122を選択的にエッチングして前
記中間配線120の表面を露出させるビアホールを形成
する。
【0060】次に、上述の第1コンタクトプラグ118
と同一の方法で第2コンタクトプラグ126を形成す
る。
【0061】図24を参照すると、前記第2金属間絶縁
膜124、前記第2エッチング阻止膜122、前記第1
金属間絶縁膜116及び第1エッチング阻止膜114を
フォトリソグラフィ工程によって形成された感光膜パタ
ーンを利用して、選択的にエッチングして前記第1下部
配線112aの表面を露出させる複数の開口部128を
形成する。図24の断面図には三つの開口部が形成され
ている。
【0062】図25を参照すると、前記開口部128を
含む基板の全面に下部電極導電膜130、誘電体膜13
2及び上部電極導電膜134を形成する。
【0063】前記下部電極及び上部電極導電膜130、
134は、Ti、TiN、Ta、TaN、Pt、Ru、
Ir、Wの中から選択された少なくとも一つで形成し、
厚さは300Å乃至5000Åの範囲で形成することが
できる。
【0064】前記誘電体膜132は、シリコン酸化膜、
シリコン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−スト
ロンチウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニ
ウムZr酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チ
タンPb−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマ
ス−タンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択され
た少なくとも一つで形成し、形成方法では、CVD、P
VD、ALD法などを使用することができる。前記誘電
体膜の厚さは100Å乃至2000Åの範囲で形成する
ことができる。
【0065】図26を参照すると、前記上部電極導電膜
134、前記誘電体膜132及び前記下部電極導電膜1
30をフォトリソグラフィ工程によって形成された感光
膜パターンを利用して、選択的にエッチングしてキャパ
シタパターン136を形成する。前記キャパシタパター
ン136は前記金属間絶縁膜116、124及び露出さ
れた前記第1下部配線112aの表面に沿って屈曲を有
する凹凸構造を有するので、従来より広い有効表面積を
有する。すなわち、従来のキャパシタに対比して開口部
の側面を利用するので、キャパシタの容量が増加する。
【0066】前記キャパシタパターン136は前記上部
電極導電膜、誘電体膜及び下部電極導電膜を同時に乾式
エッチングする場合には、垂直なプロファイルを有す
る。したがって、第1実施形態で示したように、後続工
程で発生するブリッジ現象を防止するために、絶縁膜ス
ペーサを形成するか、または図26に示したように、ま
ず、上部電極導電膜をパターニングして上部電極134
を形成し、以後に、前記誘電体膜132及び下部電極導
電膜130を同時にパターニングする。
【0067】図27を参照すると、前記キャパシタパタ
ーン136を含む基板の全面に上部配線導電膜138を
形成する。前記上部配線導電膜形成方法は、上述の下部
配線形成方法と同一である。
【0068】図28を参照すると、前記上部配線導電膜
138をパターニングして上部配線138a、138b
を形成する。前記上部配線は第1上部配線138a及び
第2上部配線138bからなる。
【0069】(第4実施形態)図29乃至図35は本発
明の第4実施形態による三層の金属配線にホール型キャ
パシタを形成する製造工程断面図である。第3実施形態
はキャパシタと金属間に導電性コンタクトプラグを形成
することにおいて、まず、導電性コンタクトプラグを形
成したら、第4実施形態では、まず、キャパシタを形成
し、導電性コンタクトプラグを形成する方法である。
【0070】図29を参照すると、層間絶縁膜140、
下部配線142a、142b、第1エッチング阻止膜1
44、第1金属間絶縁膜146、第1コンタクトプラグ
148、中間配線150、第2エッチング阻止膜15
2、第2金属間絶縁膜154を形成する工程は前記第3
実施形態と同一である。
【0071】図30を参照すると、前記第2金属間絶縁
膜154、前記第2エッチング阻止膜152、前記第1
金属間絶縁膜146及び第1エッチング阻止膜144を
フォトリソグラフィ工程によって形成された感光膜パタ
ーンを利用して選択的にエッチングして、第1下部配線
142bの表面を露出させる複数の開口部156を形成
する。図31の断面図には三つの開口部が形成されてい
る。
【0072】図31を参照すると、前記開口部156を
含む基板の全面に下部電極導電膜158、誘電体膜16
0及び上部電極導電膜162を形成する。前記下部電極
導電膜158、誘電体膜160及び上部電極導電膜16
2の形成方法は第3実施形態と同一である。
【0073】図32を参照すると、前記上部電極導電膜
162、誘電体膜160及び下部電極導電膜158を選
択的にエッチングしてキャパシタパターン164を形成
する。
【0074】前記キャパシタパターン164は前記金属
間絶縁膜146、154及び露出された下部配線142
aの表面に沿って屈曲を有する凹凸構造を有するので、
従来より広い有効表面積を有する。すなわち、従来のキ
ャパシタに対比して開口部の側面を利用するので、キャ
パシタの容量が増加する。
【0075】前記キャパシタパターン164は前記上部
電極導電膜、誘電体膜及び下部電極導電膜を同時に乾式
エッチングして形成する場合には、垂直なプロファイル
を有する。したがって、第1実施形態で示したように、
後続工程で発生するブリッジ現象を防止するために、絶
縁膜スペーサを形成するか、または図32に示したよう
に、まず、前記上部電極導電膜162をパターニング
し、以後、前記誘電体膜160及び下部電極導電膜15
8をパターニングする。
【0076】図33を参照すると、前記第2金属間絶縁
膜154及び第2エッチグ阻止膜152をフォトリソグ
ラフィ工程によって形成された感光膜パターンを利用し
て、選択的にエッチングして前記中間配線150の表面
を露出させるビアホール166を形成する。
【0077】図34を参照すると、前記ビアホール16
6を十分に充填する上部配線導電膜168を形成する。
図示しないが、前記上部配線導電膜を形成する前にはバ
リヤ金属層を形成することができる。
【0078】注目する点は、第3実施形態と対比してコ
ンタクトプラグを形成できないことである。これは、コ
ンタクトプラグを形成するための平坦化工程時に、前記
第2金属間絶縁膜154の上部にある前記キャパシタパ
ターン164のように研磨されるためである。したがっ
て、ビアホールを充填すると同時に、上部配線導電膜を
同時に形成すべきである。
【0079】図35を参照すると、前記上部配線導電膜
168をフォトリソグラフィ工程によって形成された感
光膜パターンを利用して、選択的にエッチングして上部
配線168a、168bを形成する。前記上部配線は第
1上部配線168a及び第2上部配線168bからな
る。
【0080】(第5実施形態)第5実施形態乃至第8実
施形態は、ダマシン工程によってMIMキャパシタ及び
金属配線を形成する実施形態である。
【0081】図36乃至図44は本発明の第5実施形態
によるダマシン工程による二層の金属配線にホール型キ
ャパシタを形成する製造工程断面図である。第5実施形
態の配線形成方法は、まず、ビアホールを形成し、 後
に、配線溝を形成するデュアルダマシン(dual d
amascene)工程である。
【0082】図36を参照すると、層間絶縁膜170を
形成し、前記層間絶縁膜170を選択的にエッチングし
て配線溝171を形成する。図示しないが、前記層間絶
縁膜170の下部には通常の半導体素子工程が進行され
ている。
【0083】次に、前記配線溝171を充填するバリヤ
金属層172及び下部配線導電膜を形成し、化学機械的
研磨によって平坦化して下部配線174a、174bを
形成する。前記下部配線は第1下部配線174aと第2
下部配線174bがある。前記バリヤ金属層172はT
a、TaN、TiN、WN、TaC、WC、TiSi
N、TaSiNの中から選択された少なくもいずれか一
つで形成し、形成方法としては、PVD、CVD、AL
D法の中から選択されたいずれか一つの方法を使用する
ことができる。前記下部配線導電膜はアルミニウムA
l、アルミニウム合金Al−alloy、銅Cu、金A
u、銀Ag、タングステンW及びモリブデンMoからな
る群で選択された少なくともいずれか一つで形成し、厚
さは1000Å乃至10000Åの範囲で形成する。下
部配線導電膜を形成する方法としては、スパッタ法を用
いて膜を形成する方法、リフローする方法、CVD法で
形成する方法、電気鍍金法を利用する方法の中から選択
されたいずれか一つを使用することができる。電気鍍金
法を利用する場合には、電解時に電流を流すために、シ
ード層をバリヤ金属層上に形成する必要がある。
【0084】次に、前記下部配線174a、174bを
含む基板の全面に第1エッチング阻止膜176、下部絶
縁膜178及び第2エッチング阻止膜180を形成す
る。
【0085】前記下部絶縁膜178はSiO2、SiO
C、SiOH、SiOCHまたは誘電率k3.0以下の
低誘電率絶縁膜を使用することができ、形成方法として
は、PECVD、HDP−CVD、APCVD、スピン
コーティング方式が使用できる。
【0086】前記第1エッチング阻止膜176及び第2
エッチング阻止膜180にはPECVD法で蒸着される
SiN、SiCまたはSiCN膜を使用することがで
き、100Å乃至1000Åの範囲の厚さで形成するこ
とができる。
【0087】図37を参照すると、前記第2エッチング
阻止膜180、下部絶縁膜178及び第1エッチング阻
止膜176を選択的にエッチングして、前記第2下部配
線174aの表面を露出させる複数の開口部182を形
成する。図面には三つの開口部が形成されている。
【0088】図38を参照すると、前記開口部182を
含む基板の全面に下部電極導電膜184、誘電体膜18
6及び上部電極導電膜188を形成する。
【0089】前記下部電極及び上部電極導電膜184、
188はTi、TiN、Ta、TaN、Pt、Ru、I
r、Wの中から選択された少なくとも一つで形成し、厚
さ300Å乃至5000Åの範囲で形成することができ
る。
【0090】前記誘電体膜186はシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−ストロ
ンチウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニウ
ムZr酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チタ
ンPb−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマス
−タンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択された
少なくとも一つを使用することができる。形成方法とし
ては、CVD、PVD、ALD法の中から選択されたい
ずれか一つの方法を使用することができ、前記誘電体膜
の厚さは100Å乃至2000Åの範囲で形成する。
【0091】図39を参照すると、前記上部電極導電膜
188、誘電体膜186及び下部電極導電膜184を選
択的にエッチングしてキャパシタパターン190を形成
する。
【0092】前記キャパシタパターン190は前記下部
絶縁膜178及び露出された第1下部配線174aの表
面に沿って屈曲を有する凹凸構造を有するので、従来よ
り広い有効表面積を有する。すなわち、従来のキャパシ
タに対比して開口部の側面を利用するので、キャパシタ
の容量が増加する。
【0093】注目する点は、前記キャパシタパターン1
90は前記上部電極導電膜、誘電体膜及び下部電極導電
膜を同時に乾式エッチングして、垂直なプロファイルを
有してもよいことである。これは、ダマシン工程では、
以後に、上層配線を直接形成せず、絶縁膜を形成するた
めである。
【0094】図40を参照すると、前記キャパシタパタ
ーン190を含む基板の全面に上部絶縁膜192及びハ
ードマスク膜194を形成する。
【0095】図41を参照すると、前記ハードマスク膜
194、上部絶縁膜192、第2エッチング阻止膜18
0、下部絶縁膜178及び第1エッチング阻止膜176
を選択的にエッチングして、ビア幅D1を有するビアホ
ール196を形成する。
【0096】図42を参照すると、前記ハードマスク膜
194及び上部絶縁膜192を選択的にエッチングし
て、配線幅D2を有する配線溝198を形成し、同時に
前記キャパシタパターン190の表面を露出させる開口
部200を形成する。
【0097】図43を参照すると、前記ビアホール19
6、前記配線溝198及び前記開口部200を十分に充
填するバリヤ金属層202及び上部配線導電層を形成
し、CMPで平坦化してビアプラグ及び第2上部配線2
04b及び第1上部配線204aを形成する。
【0098】上述の実施形態では、キャパシタの表面を
露出させる開口部200を配線溝198と同時に形成す
る。これと異なり、図44に示したように、ビアホール
196を形成しつつ、同時にキャパシタの表面を露出す
る開口部200を形成することもできる。以後に、配線
溝198を形成すると、図42に示したような断面を持
つ結果物となる。
【0099】(第6実施形態)第6実施形態は、まず配
線溝を形成し、後に、ビアホールを形成するデュアルダ
マシン工程である。
【0100】図45及び図46は本発明の第6実施形態
によるダマシン工程による二層の金属配線及び金属配線
層間の間にホール型キャパシタを形成する製造工程断面
図である。第6実施形態の工程順序は第5実施形態の図
40の工程まで同一であり、同一の図面符号を使用す
る。
【0101】図46を参照すると、図40の工程まで進
行した後には、前記ハードマスク膜194及び上部絶縁
膜192を選択的にエッチングして、前記第2エッチン
グ阻止膜180を露出させる配線幅D2の配線溝206
を形成する。同時に、前記キャパシタパターン190の
表面を露出させる開口部200を形成する。
【0102】次に、再び図42を参照すると、ビア幅D
1を有する感光膜パターンを利用して前記第2エッチン
グ阻止膜180、下部絶縁膜178及び第1エッチング
阻止膜176を選択的にエッチングしてビアホール19
6を形成する。以後の工程は第5実施形態と同一であ
る。
【0103】上述の実施形態では、開口部200を配線
溝198と同時に形成する。これと異なり、図46に示
したように、まず配線溝206のみを形成することもで
きる。以後に、ビアホール196を形成し、キャパシタ
パターンの表面を露出する開口部200を形成すると、
図42に示したような断面を持つの結果物となる。
【0104】(第7実施形態)図47乃至図53は本発
明の第7実施形態によるダマシン工程による三層の金属
配線にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図
である。
【0105】本発明は三層の金属配線またはそれ以上の
配線の間でもMIMキャパシタを多様に形成することが
できる。多層配線の間でMIMキャパシタを形成する場
合の長所は、制限された面積で高さの増加によるキャパ
シタンスの増加である。
【0106】図47を参照すると、層間絶縁膜210を
形成し、前記層間絶縁膜210を選択的にエッチングし
て配線溝211を形成する。図示しないが、前記層間絶
縁膜210の下部には通常の半導体素子工程が進行され
ている。
【0107】次に、前記配線溝211を充填するバリヤ
金属層212及び下部配線導電膜を形成し、CMPで平
坦化して下部配線214a、214bを形成する。前記
下部配線には、第1下部配線214aと第2下部配線2
14bがある。
【0108】次に、前記下部配線を含む基板の全面に第
1エッチング阻止膜216、下部絶縁膜218、第2エ
ッチング阻止膜220、上部絶縁膜224からなる中間
配線のための絶縁膜225を形成し、前記下部絶縁膜及
び上部絶縁膜内に通常のダマシン工程を実施して、ビア
ホール及び配線溝からなるダマシン開口部を形成する。
前記ダマシン開口部にバリヤ金属層226及び導電物質
で十分に充電した後に、CMPで平坦化してビアプラグ
及び中間配線228を同時に形成する。
【0109】前記結果物に再び第3エッチング阻止膜2
30、上部−下部絶縁膜232、第4エッチング阻止膜
234を形成する。
【0110】前記下部配線214a、214b導電膜及
び中間配線228導電膜はアルミニウムAl、アルミニ
ウム合金Al−alloy、銅Cu、金Au、銀Ag、
タングステンW及びモリブデンMoからなる群で選択さ
れた少なくとも一つで形成することができ、厚さは10
00Å乃至10000Åの範囲で形成することができ
る。下部配線及び中間配線を形成する方法としては、ス
パッタリング法で膜を形成し、リフローする方法、CV
D法で形成する方法、電気鍍金法を利用する方法の中か
ら選択されたいずれか一つの方法を使用することができ
る。電気鍍金法を利用する場合には、電解時に電流を流
すために、シード層をバリヤ金属層上に形成する必要が
ある。
【0111】前記バリヤ金属層212、226はTa、
TaN、TiN、WN、TaC、WC、TiSiN、T
aSiNの中から選択された少なくともいずれか一つで
形成し、形成方法では、PVD、CVD、ALD法の中
から選択されたいずれか一つの方法を使用することがで
きる。
【0112】前記絶縁膜218、224、232はSi
2、SiOC、SiOH、SiOCHまたは誘電率k
3.0以下の低誘電率絶縁膜を使用することができ、形
成方法としては、PECVD、HDP−CVD、APC
VD、スピンコーティング方式を使用することができ
る。
【0113】前記エッチング阻止膜216、220、2
30、234はPECVD法で蒸着されるSiN、Si
C、またはSiCN膜が使用され、100Å乃至100
0Å範囲の厚さで形成することができる。
【0114】図48を参照すると、前記第4エッチング
阻止膜234、前記上部−下部絶縁膜232、前記第3
エッチング阻止膜230及び前記中間配線のための絶縁
膜225を選択的にエッチングして前記第1下部配線2
14aの表面を露出させる複数の開口部236を形成す
る。図48では、三つの開口部が図示されている。
【0115】図49を参照すると、前記開口部236を
含む基板の全面に下部電極導電膜238、誘電体膜24
0及び上部電極導電膜242を形成し、パターニングし
てキャパシタパターン244を形成する。前記キャパシ
タパターン244は前記下部絶縁膜232、前記中間配
線のための絶縁膜225及び露出された第1下部配線2
14aの表面に沿って屈曲を有する凹凸構造を有するの
で、従来より広い有効表面積を有する。すなわち、従来
のキャパシタに対比して開口部の側面を利用するので、
キャパシタの容量が増加する。
【0116】前記キャパシタパターン244は前記上部
電極導電膜、誘電体膜及び下部電極導電膜を同時に乾式
エッチングして垂直なプロファイルを有することができ
る。
【0117】前記下部電極及び上部電極導電膜238、
242はTi、TiN、Ta、TaN、Pt、Ru、I
r、Wの中から選択された少なくとも一つで形成し、厚
さは300Å乃至5000Åの範囲で形成することがで
きる。
【0118】前記誘電体膜240はシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−ストロ
ンチウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニウ
ムZr酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チタ
ンPb−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマス
−タンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択された
少なくとも一つで形成することができ、形成方法として
は、CVD、PVD、ALD法の中から選択されたいず
れか一つの方法を使用することができる。前記誘電体膜
の厚さは100Å乃至2000Åの範囲で形成すること
ができる。
【0119】図50を参照すると、前記キャパシタパタ
ーン244を含む基板の全面に上部絶縁膜246及びハ
ードマスク膜248を形成する。
【0120】図51を参照すると、前記ハードマスク膜
248、前記上部絶縁膜246、前記第2エッチング阻
止膜234、前記下部絶縁膜232及び前記第1エッチ
ング阻止膜230を、ビア幅D1を有する感光膜パター
ンを使用して、選択的にエッチングしてビアホール25
0を形成する。
【0121】図52を参照すると、前記ハードマスク膜
248及び上部絶縁膜246を、配線幅D2を有する感
光膜パターンを使用して、選択的にエッチングして配線
溝252を形成する。これと同時に、前記キャパシタタ
パターン244の表面を露出させる開口部254を形成
する。
【0122】図53を参照すると、前記ビアホール25
0、前記配線溝252及び前記開口部254を十分に充
填するバリヤ金属層256及び上部配線導電膜を形成
し、CMPで平坦化して第1上部配線258aを形成
し、同時にビアプラグ及び第2上部配線258bを形成
する。
【0123】上述の実施形態では、キャパシタパターン
の表面を露出する開口部254を配線溝252と同時に
形成する。これと異なり、図54に示したように、ビア
ホール250を形成し、同時に、キャパシタパターンの
表面を露出する開口部254を形成することもできる。
以後に、配線溝252を形成すると、図52に示したよ
うな断面を持つ結果物となる。
【0124】(第8実施形態)第8実施形態は配線溝を
まず形成し、後に、ビアホールを形成するデュアルダマ
シン工程である。
【0125】図55及び図56は本発明の第8実施形態
によるダマシン工程による三層の金属配線にホール型の
キャパシタを形成する製造工程断面図である。第8実施
形態の工程順序は第7実施形態の図50の工程までは同
一であり、図面符号も同一である。
【0126】図55を参照すると、図50の工程まで進
行した後には、前記ハードマスク膜248及び上部絶縁
膜246を、配線幅D2を有する感光膜パターンを使用
して、選択的にエッチングして前記第2エッチング阻止
膜234を露出させる配線溝256を形成する。同時
に、キャパシタの表面を露出させる開口部254を形成
する。
【0127】次に、再び、図52を参照すると、ビア幅
D1を有する感光膜パターンを利用して前記第2エッチ
ング阻止膜234、下部絶縁膜232及び第1エッチン
グ阻止膜230を選択的にエッチングしてビアホール2
50を形成する。以後の工程は第7実施形態と同一であ
る。
【0128】上述の実施形態では、キャパシタパターン
の表面を露出する開口部254を配線溝256と同時に
形成する。これと異なり、図56に示したように、まず
配線溝256のみを形成することもできる。以後に、ビ
アホール250を形成し、キャパシタパターンを、表面
を露出する開口部254を形成すると、図52に示した
ような断面を持つ結果物となる。
【0129】以上のような本発明は、上述の実施形態及
び添付した図面により限定されず、本発明の技術的思想
を逸脱しない範囲内で、多様な置換、変形及び変更が可
能であることは、本発明が属する技術分野で通常の知識
を持つ者においては自明である。
【0130】
【発明の効果】上述の本発明は、従来のMIMキャパシ
タに対比して制限された平面積で、キャパシタの有効表
面積を増加させて静電容量を増加させることができると
いう効果がある。また、本発明は既存の金属配線工程と
自然に整合することができ、特に、ダマシン工程と自然
に整合して形成することができるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術によるMIM型キャパシタを有する
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図2】従来の技術によるMIM型キャパシタを有する
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図3】従来の技術によるMIM型キャパシタを有する
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図4】従来の技術によるMIM型キャパシタを有する
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図5】従来の技術によるMIM型キャパシタを有する
半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図6】本発明の実施形態によるMIMキャパシタの平
面図である。
【図7】本発明の実施形態によるMIMキャパシタの平
面図である。
【図8】本発明の実施形態によるMIMキャパシタの平
面図である。
【図9】図6のキャパシタをI−I'に沿って切断した
断面図であり、また、図7のキャパシタをII−II'に沿
って切断した断面図である。
【図10】図8のキャパシタをIII−III'に沿って切断
した断面図である。
【図11】本発明の第1実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図12】本発明の第1実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図13】本発明の第1実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図14】本発明の第1実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図15】本発明の第1実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図16】本発明の第1実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図17】本発明の第2実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図18】本発明の第2実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図19】本発明の第2実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図20】本発明の第2実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図21】本発明の第2実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図22】本発明の第2実施形態による二層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図23】本発明の第3実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図24】本発明の第3実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図25】本発明の第3実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図26】本発明の第3実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図27】本発明の第3実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図28】本発明の第3実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図29】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図30】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図31】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図32】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図33】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図34】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図35】本発明の第4実施形態による三層の金属配線
にホール型のキャパシタを形成する製造工程断面図であ
る。
【図36】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図37】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図38】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図39】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図40】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図41】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図42】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図43】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図44】本発明の第5実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図45】本発明の第6実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図46】本発明の第6実施形態によるダマシン工程に
よる二層の金属配線にホール型キャパシタを形成する製
造工程断面図である。
【図47】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図48】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図49】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図50】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図51】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図52】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図53】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図54】本発明の第7実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図55】本発明の第8実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【図56】本発明の第8実施形態によるダマシン工程に
よる三層の金属配線にホール型のキャパシタを形成する
製造工程断面図である。
【符号の説明】
52a,82a,174a…第1下部配線 52b,82b,174b…第2下部配線 62,90,130,158,184,238…下部配
線 64,92,132,160,186,240…誘電体
膜 66,94,134,162,188,242…上部電
極 70a,100a,204a…第1上部配線 70b,100b,204b…第2上部配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 HH07 HH08 HH09 HH11 HH13 HH14 HH18 HH19 HH20 HH21 HH27 HH30 HH32 HH33 HH34 HH36 JJ01 JJ19 JJ21 JJ27 JJ30 JJ32 JJ33 JJ34 JJ36 KK07 KK08 KK09 KK11 KK13 KK14 KK18 KK19 KK20 KK21 KK27 KK30 KK32 KK33 KK34 KK36 MM01 MM02 MM05 MM12 MM13 NN06 NN07 NN38 PP06 PP14 PP19 QQ08 QQ09 QQ11 QQ25 QQ28 QQ37 QQ48 RR01 RR03 RR04 RR06 RR21 RR23 SS12 SS15 SS22 VV10 XX01 XX03 XX24 XX27 5F038 AC05 AC10 AC15 CA16 EZ11 EZ14 EZ15 EZ20

Claims (53)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された第1下部配線
    と、 前記第1下部配線を有する半導体基板上に形成された金
    属間絶縁膜と、 前記金属間絶縁膜を貫通して前記第1下部配線を露出さ
    せる複数の開口部と、 前記開口部の内側壁、前記露出された第1下部配線の表
    面及び前記開口部の間の前記金属間絶縁膜上にコンフォ
    マルに形成された下部電極と、 前記下部電極上に順次に積層された誘電体膜及び上部電
    極と、 前記上部電極上に配置された第1上部配線とを含み、前
    記第1上部配線は前記上部電極と電気的に接続されるこ
    とを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記開口部は平面的にはホール型を有す
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記開口部は平面的にはストライプ型を
    有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記開口部は平面的にはメッシュ型を有
    することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記第1下部配線と隣接した前記半導体
    基板上に形成された第2下部配線と、 前記第1上部配線と隣接した前記金属間絶縁膜上に形成
    された第2上部配線とをさらに含み、前記第2上部配線
    は前記金属間絶縁膜を貫通するビアホールを通じて前記
    第2下部配線と電気的に接続されることを特徴とする請
    求項1に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記ビアホール内に形成されたビアコン
    タクトプラグをさらに含み、前記第2上部配線は前記ビ
    アコンタクトプラグを通じて前記第2下部配線と電気的
    に接続されることを特徴とする請求項5に記載の半導体
    装置。
  7. 【請求項7】 前記第1下部配線及び前記第1上部配線
    はアルミニウムAl、アルミニウム合金Al−allo
    y、銅Cu、金Au、銀Ag、タングステンW及びモリ
    ブデンMoからなる群から選択された少なくともいずれ
    か一つであることを特徴とする請求項1に記載の半導体
    装置。
  8. 【請求項8】 前記金属間絶縁膜はSiO2、SiO
    C、SiOH、SiOCH及び低誘電率絶縁膜の一群か
    ら選択された少なくとも一つであることを特徴とする請
    求項1に記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記下部電極及び上部電極はTi、Ti
    N、Ta、TaN、Pt、Ru、Ir、Wの中から選択
    された少なくとも一つであることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記誘電体膜はシリコン酸化膜、シリ
    コン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−ストロン
    チウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニウム
    Zr酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チタン
    Pb−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマス−
    タンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択された少
    なくとも一つであることを特徴とする請求項1に記載の
    半導体装置。
  11. 【請求項11】 前記金属間絶縁膜は順次に積層された
    複数の金属間絶縁膜で構成されることを特徴とする請求
    項1に記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 前記第1下部配線と隣接した前記半導
    体基板上に形成された第2下部配線と、 前記第2下部配線と隣接した前記複数の金属間絶縁膜上
    に形成された第2上部配線とをさらに含み、前記第2上
    部配線は前記第2下部配線と電気的に接続されることを
    特徴とする請求項11に記載の半導体装置。
  13. 【請求項13】 前記複数の金属間絶縁膜の間に介在さ
    れた少なくとも一つの中間配線をさらに含み、前記第2
    上部配線は前記中間配線を通じて前記第2下部配線と電
    気的に接続されることを特徴とする請求項12に記載の
    半導体装置。
  14. 【請求項14】 前記第1下部配線及び前記半導体基板
    の間に介在された層間絶縁膜と、 前記金属間絶縁膜上に形成された上部絶縁膜とをさらに
    含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  15. 【請求項15】 前記第1下部配線は前記層間絶縁膜内
    に位置し、前記第1下部配線の上部面は前記層間絶縁膜
    の上部面と同一の高さを有することを特徴とする請求項
    14に記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 前記第1上部配線は前記上部絶縁膜内
    に位置し、前記第1上部配線の上部面は前記上部絶縁膜
    の上部面と同一の高さを有することを特徴とする請求項
    14に記載の半導体装置。
  17. 【請求項17】 半導体基板上に第1下部配線を形成す
    る段階と、 前記第1下部配線上に金属間絶縁膜を形成する段階と、 前記金属間絶縁膜を貫通して前記第1下部配線を露出さ
    せる複数の開口部を形成する段階と、 前記開口部の内側壁、前記露出された第1下部配線の表
    面及び前記開口部の間の前記金属間絶縁膜上にコンフォ
    マルに下部電極導電膜、誘電体膜及び上部電極導電膜を
    順次に積層する段階と、 前記下部電極導電膜、誘電体膜及び上部電極導電膜をパ
    ターニングしてキャパシタパターンを形成する段階と、 前記キャパシタパターン上に第1上部配線を形成する段
    階とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記第1下部配線と隣接した前記半導
    体基板上に第2下部配線を形成する段階と、 前記金属間絶縁膜を貫通して前記第1下部配線を露出さ
    せるビアホールを形成する段階と、 前記第1上部配線と隣接した前記金属間絶縁膜上に前記
    ビアホールを通じて前記第2下部配線と電気的に接続さ
    れる第2上部配線を形成する段階とを含むことを特徴と
    する請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記ビアホール内に前記第2下部配線
    と第2上部配線を電気的に接続するビアコンタクトプラ
    グを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項
    18に記載の半導体装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記キャパシタパターンを形成した後
    に、前記ビアホールを形成することを特徴とする請求項
    18に記載の半導体装置の製造方法。
  21. 【請求項21】 前記ビアホールを形成した後に、前記
    キャパシタパターンを形成することを特徴とする請求項
    18に記載の半導体装置の製造方法。
  22. 【請求項22】 前記ビアコンタクトプラグはタングス
    テンWで形成することを特徴とする請求項19に記載の
    半導体装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 前記金属間絶縁膜は複数の金属間絶縁
    膜で形成することを特徴とする請求項17に記載の半導
    体装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 前記第1下部配線と隣接した前記半導
    体基板上に第2下部配線を形成する段階と、 前記複数の金属間絶縁膜を貫通して前記第2下部配線の
    表面を露出させるビアホールを形成する段階と、 前記第1上部配線と隣接した前記複数の金属間絶縁膜上
    に前記ビアホールを通じて前記第2下部配線と連結され
    る第2上部配線を形成する段階とをさらに含むことを特
    徴とする請求項23に記載の半導体装置の製造方法。
  25. 【請求項25】 前記複数の金属間絶縁膜の間に前記第
    2下部配線と前記第2上部配線を電気的に接続する中間
    配線を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求
    項24に記載の半導体装置の製造方法。
  26. 【請求項26】 前記複数の開口部は平面的にはホール
    型で形成することを特徴とする請求項17に記載の半導
    体装置の製造方法。
  27. 【請求項27】 前記複数の開口部は平面的にはストラ
    イプ型で形成することを特徴とする請求項17に記載の
    半導体装置の製造方法。
  28. 【請求項28】 前記開口部は平面的にはメッシュ型で
    形成することを特徴とする請求項17に記載の半導体装
    置の製造方法。
  29. 【請求項29】 前記キャパシタパターンを形成する段
    階は、 前記上部電極導電膜をパターニングする段階と、 前記誘電膜及び下部電極導電膜をパターニングする段階
    とを含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体装
    置の製造方法。
  30. 【請求項30】 前記第1上部配線及び前記第1下部配
    線は、アルミニウムAl、アルミニウム合金Al−al
    loy、銅Cu、金Au、銀Ag、タングステンW及び
    モリブデンMoからなる群から選択された少なくともい
    ずれか一つで形成することを特徴とする請求項17に記
    載の半導体装置の製造方法。
  31. 【請求項31】 前記金属間絶縁膜はSiO2、SiO
    C、SiOH、SiOCH及び低誘電率絶縁膜の中から
    選択された少なくとも一つで形成することを特徴とする
    請求項17に記載の半導体装置の製造方法。
  32. 【請求項32】 前記下部電極及び上部電極はTi、T
    iN、Ta、TaN、Pt、Ru、Ir、Wの中から選
    択された少なくとも一つで形成することを特徴とする請
    求項17に記載の半導体装置の製造方法。
  33. 【請求項33】 前記誘電体膜はシリコン酸化膜、シリ
    コン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−ストロン
    チウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニウム
    Zr酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チタン
    Pb−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマス−
    タンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択された少
    なくとも一つで形成することを特徴とする請求項17に
    記載の半導体装置の製造方法。
  34. 【請求項34】 前記第1下部配線上にエッチング阻止
    膜を形成する段階をさらに含み、前記第1下部電極を露
    出させる開口部を形成する時に、前記エッチング阻止膜
    を除去することを特徴とする請求項17に記載の半導体
    装置の製造方法。
  35. 【請求項35】 半導体基板上に層間絶縁膜を形成する
    段階と、 前記層間絶縁膜内に前記層間絶縁膜の上部面と同一の高
    さを有する第1下部配線を形成する段階と、 前記第1下部配線上に金属間絶縁膜を形成する段階と、 前記金属間絶縁膜を貫通して前記第1下部配線を露出さ
    せる複数の開口部を形成する段階と、 前記開口部の内側壁、前記露出された第1下部配線の表
    面及び前記開口部の間の前記金属間絶縁膜上にコンフォ
    マルに下部電極導電膜、誘電体膜及び上部電極導電膜を
    順次に積層する段階と、 前記下部電極導電膜、誘電体膜及び上部電極導電膜をパ
    ターニングしてキャパシタパターンを形成する段階と、 前記キャパシタパターンを含む基板の全面に上部絶縁膜
    を形成する段階と、 前記上部絶縁膜内に前記キャパシタパターンの表面を露
    出させる開口部を形成する段階と、 前記キャパシタパターンの表面を露出させる開口部を導
    電物質で充填して第1上部配線を形成する段階とを含む
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  36. 【請求項36】 前記第1下部配線と隣接した前記層間
    絶縁膜内に第2下部配線を形成する段階と、 前記金属間絶縁膜を貫通して前記第2下部配線を露出さ
    せるビアホールを形成する段階と、 前記上部絶縁膜内に配線溝を形成する段階と、 前記ビアホール及び配線溝を導電物質で充填してビアコ
    ンタクトプラグ及び第2上部配線を形成する段階とをさ
    らに含むことを特徴とする請求項35に記載の半導体装
    置の製造方法。
  37. 【請求項37】 前記ビアホールを形成した後に、前記
    配線溝を形成することを特徴とする請求項36に記載の
    半導体装置の製造方法。
  38. 【請求項38】 前記配線溝を形成した後に、前記ビア
    ホールを形成することを特徴とする請求項36に記載の
    半導体装置の製造方法。
  39. 【請求項39】 前記ビアホールと前記キャパシタパタ
    ーンの表面を露出させる開口部を同時に形成することを
    特徴とする請求項36に記載の半導体装置の製造方法。
  40. 【請求項40】 前記配線溝とキャパシタパターンの表
    面を露出させる開口部を同時に形成することを特徴とす
    る請求項36に記載の半導体装置の製造方法。
  41. 【請求項41】 前記金属間絶縁膜は順次に積層された
    複数の金属間絶縁膜で形成することを特徴とする請求項
    35に記載の半導体装置の製造方法。
  42. 【請求項42】 前記第1下部配線と隣接した前記層間
    絶縁膜内に第2下部配線を形成する段階と、 前記複数の金属間絶縁膜を貫通して前記第1下部配線の
    表面を露出させるビアホールを形成する段階と、 前記上部絶縁膜の内に配線溝を形成する段階と、 前記ビアホール及び配線溝を導電物質で充填してビアコ
    ンタクトプラグ及び第2上部配線を形成する段階とをさ
    らに含むことを特徴とする請求項41に記載の半導体装
    置の製造方法。
  43. 【請求項43】 前記複数の金属間絶縁膜の間に少なく
    とも一つの中間配線及びビアコンタクトプラグを形成す
    る段階をさらに含み、前記第2下部配線と前記第2上部
    配線と電気的に接続されることを特徴とする請求項42
    に記載の半導体装置の製造方法。
  44. 【請求項44】 前記多数の開口部は平面的にはホール
    型で形成することを特徴とする請求項35に記載の半導
    体装置の製造方法。
  45. 【請求項45】 前記多数の開口部は平面的にはストラ
    イプ型で形成することを特徴とする請求項35に記載の
    半導体装置の製造方法。
  46. 【請求項46】 前記多数の開口部は平面的にはメッシ
    ュ型で形成することを特徴とする請求項35に記載の半
    導体装置の製造方法。
  47. 【請求項47】 前記キャパシタパターンを形成する段
    階は、 前記上部電極導電膜、誘電体膜、及び下部電極導電膜を
    同時にパターニングすることを特徴とする請求項35に
    記載の半導体装置。
  48. 【請求項48】 前記第1上部配線及び第1下部配線は
    アルミニウムAl、アルミニウム合金Al−allo
    y、銅Cu、金Au、銀Ag、タングステンW及びモリ
    ブデンMoからなる群から選択された少なくともいずれ
    か一つで形成することを特徴とする請求項35に記載の
    半導体装置の製造方法。
  49. 【請求項49】 前記第1上部配線及び第1下部配線の
    形成方法は、スパッタリング法により膜を形成し、リフ
    ローする方法、化学気相蒸着法を利用する方法、電気鍍
    金法を利用する方法の中から選択されたいずれか一つを
    使用することを特徴とする請求項48に記載の半導体装
    置の製造方法。
  50. 【請求項50】 前記金属間絶縁膜はSiO2、SiO
    C、SiOH、SiOCH及び低誘電率絶縁膜の中から
    選択された少なくとも一つで形成することを特徴とする
    請求項35に記載の半導体装置の製造方法。
  51. 【請求項51】 前記下部電極及び上部電極はTi、T
    iN、Ta、TaN、Pt、Ru、Ir、Wの中から選
    択された少なくとも一つで形成することを特徴とする請
    求項35に記載の半導体装置の製造方法。
  52. 【請求項52】 前記誘電膜はシリコン酸化膜、シリコ
    ン窒化膜、タンタルTa酸化膜、バリウム−ストロンチ
    ウム−チタンBa−Sr−Ti酸化膜、ジルコニウムZ
    r酸化膜、ハフニウムHf酸化物、鉛−亜鉛−チタンP
    b−Zn−Ti酸化物、ストロンチウム−ビスマス−タ
    ンタルSr−Bi−Ta酸化物の中から選択された少な
    くとも一つで形成することを特徴とする請求項35に記
    載の半導体装置の製造方法。
  53. 【請求項53】 前記第1下部配線上にエッチング阻止
    膜を形成する段階をさらに含み、前記第1下部配線を露
    出させる開口部を形成する時に、前記エッチング阻止膜
    が除去されることを特徴とする請求項35に記載の半導
    体装置の製造方法。
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