JP2010153855A - キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＩＭキャパシタの製造工程時においてポリマーや導電性残留物の発生を最小化し、これにより、上部電極と下部電極との間または隣り合う導電層（配線）との短絡を防止し、リーク電流を改善させることができるキャパシタ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、下部電極と、前記下部電極の一部を覆うように前記下部電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された上部電極と、前記上部電極上に形成されたハードマスクパターンと、前記ハードマスクパターン、前記上部電極、及び前記誘電体膜の側壁にスペーサ状に形成された分離膜と、を備えるキャパシタを提供する。
【選択図】図７Ｅ

Description

本発明は、半導体製造技術に関し、特に、キャパシタの製造方法、より詳細には、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）キャパシタ及びその製造方法に関する。

ＭＩＭキャパシタは、アナログ回路及びＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路において非常に重要である。ＭＩＭキャパシタは、直列抵抗が低く、Ｑ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）値が高いキャパシタを具現することができる。また、サーマルバジェット（ｔｈｅｒｍａｌ ｂｕｄｇｅｔ）が低く、電源電圧が低く、寄生成分が少ないため、アナログキャパシタの代表的な構造として採用されている。

図１Ａないし図１Ｅは、従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。

まず、図１Ａに示すように、基板１０１上に形成された下部配線１０２上に、下部電極１０３と、誘電体膜１０４と、上部電極１０５とを形成する。

その後、図１Ｂに示すように、上部電極１０５をエッチングして上部電極パターン１０５Ａを形成する。この過程において、誘電体膜１０４の一部もエッチングされて第１誘電体膜パターン１０４Ａが形成される。ここで、第１誘電体膜パターン１０４Ａは、下部電極１０３上に一定の厚さ残留し得る。

次に、図１Ｃに示すように、残留する第１誘電体膜パターン１０４Ａをエッチングして第２誘電体膜パターン１０４Ｂを形成する。

次に、図１Ｄに示すように、下部電極１０３及び下部配線１０２をエッチングして、下部電極パターン１０３Ａ及び下部配線パターン１０２Ａを形成する。

次に、図１Ｅに示すように、層間絶縁膜１０６を形成した後、配線工程により、層間絶縁膜１０６内に孤立した第１ビア１０７及び第２ビア１０８を形成し、その上に上部配線１１１を形成する。上部配線１１１は、積層膜１０９、１１０で形成される。

しかしながら、従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法では、製造工程の過程で発生するポリマーや各種導電性残留物により、上部電極パターン１０５Ａと下部電極パターン１０３Ａ、または下部電極パターン１０３Ａの一部として作用する下部配線パターン１０２Ａとが電気的に分離されることなく、相互に短絡してしまう。これにより、リーク電流が発生するという問題がある。

なお、関連する技術としては、例えば、米国特許第６４６１９１４号明細書（特許文献１）、韓国公開特許第２００７−００２８３９２号公報（特許文献２）、韓国公開特許第２００４−００４５６９５号公報（特許文献３）、及び、韓国公開特許第２００６−０１１４０５６号公報（特許文献４）に記載されている。

米国特許第６４６１９１４号明細書 韓国公開特許第２００７−００２８３９２号公報 韓国公開特許第２００４−００４５６９５号公報 韓国公開特許第２００６−０１１４０５６号公報

そこで、本発明は、従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＭＩＭキャパシタの製造工程時においてポリマーや導電性残留物の発生を最小化し、これにより、上部電極と下部電極との間または隣り合う導電層（配線）との短絡を防止し、リーク電流を改善させることができるキャパシタ及びその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための一形態に係る本発明は、下部電極と、前記下部電極の一部を覆うように前記下部電極上に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜上に形成された上部電極と、前記上部電極上に形成されたハードマスクパターンと、前記ハードマスクパターン、前記上部電極、及び前記誘電体膜の側壁にスペーサ状に形成された分離膜と、を備えるキャパシタを提供する。

また、上記の目的を達成するための他の形態に係る本発明は、基板上の下部電極上に誘電体膜を形成するステップと、前記誘電体膜上に上部電極を形成するステップと、前記上部電極上にハードマスクを形成するステップと、前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成するステップと、前記誘電体膜が下部電極上に一定の厚さ残留するように前記上部電極をエッチングするステップと、前記ハードマスクパターン及び前記残留する誘電体膜の上面に沿って分離膜を形成するステップと、前記分離膜及び残留する誘電体膜をエッチングして、前記ハードマスクパターン、前記上部電極、及び前記誘電体膜の側壁にスペーサ状に前記分離膜を残留させるステップと、前記下部電極をエッチングして分離させるステップと、を含むキャパシタの製造方法を提供する。

上記の構成を備える本発明によれば、次の効果が得られる。

第一に、上部電極及び誘電体膜の側壁にスペーサ状に分離膜を形成して上部電極と下部電極とを電気的に分離させることにより、上部電極と下部電極との短絡を根本的に防止し、キャパシタのリーク電流特性を改善させることができる。

第二に、上部配線と重ならない下部電極上に残留する誘電体膜をすべて除去した状態で上部配線と下部電極とを接続するビア形成工程を行うことにより、残留する誘電体膜によるビア抵抗を改善させることができる。

第三に、上部電極上にハードマスクパターンを形成し、側壁にはスペーサ状の分離膜を共に形成して上部電極を外部環境から完全に隔離させることにより、キャパシタのリーク電流特性を改善させて信頼性を向上させることができる。

第四に、ハードマスクパターンを形成した後、上部電極のエッチングに先立って感光膜パターンを除去し、感光膜パターンが存在しない状態で上部電極のエッチングを行うことにより、前記エッチング工程時において感光膜パターンによるポリマーの発生を抑えることができる。

第五に、上部電極のエッチング工程時において、メインエッチング工程のエッチング時間をオーバーエッチング工程のエッチング時間より長くすることにより、上部電極のエッチング後、下部電極の上部に残留する誘電体膜の厚さをウエハ内において２０Åの偏差範囲内で均一に形成することができる。

従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 従来技術に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 従来技術及び本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタのリーク電流特性を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法によって製造された金属配線を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法によって製造されたビアを示す平面図である。 従来技術及び本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法によって製造されたビア抵抗特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。 従来技術、第１及び第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタのリーク電流特性を示す図である。 従来技術、第１及び第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタによって製造されたビア抵抗特性を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。また、図面において、層及び領域の厚さと間隔は、説明の便宜及び明確化のために誇張され得、層が、他の層、領域または基板の「上」または「上部」にあると言及された場合、それは、他の層、領域または基板上に直接形成され得るか、またはそれらの間に第３の層が介在し得るものである。また、明細書全体にわたって同じ図面番号で付された部分は同じ層を表し、各図面番号に英字を含む場合、同じ層がエッチングまたは研磨工程などによって一部変形されたことを意味する。

＜第１実施形態＞
図２Ａないし図２Ｄは、本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。

まず、図２Ａに示すように、基板２０１上に下部配線２０２を形成する。ここで、下部配線２０２は、遷移金属からなる群より選択されたいずれか１つの金属で形成する。好ましくは、Ａｌ、Ｃｕ及びＰｔのいずれか１つの金属で形成する。下部配線２０２の厚さは、当該層の配線工程において必要な比抵抗（Ｒｓ）値（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）によって変化し得る。

次に、下部配線２０２上に下部電極２０３を形成する。ここで、下部電極２０３は、反射防止特性を有する膜であって、Ｒｕ、ＳｒＲｕＯ_３、Ｐｔ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｈｆ及びこれらの合金からなる群より選択されたいずれか１つからなり得る。

次に、下部電極２０３上に誘電体膜２０４を形成する。ここで、誘電体膜２０４は、絶縁膜であって、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＬａＡｌＯ_３、ＢａＺｒＯ_３、ＢａＺｒＴｉＯ_３及びＳｒＺｒＴｉＯ_３からなる群より選択されたいずれか１つからなり得る。

次に、誘電体膜２０４上に上部電極２０５を形成する。ここで、上部電極２０５は、下部電極２０３と同じ物質で形成する。例えば、Ｒｕ、ＳｒＲｕＯ_３、Ｐｔ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｈｆ及びこれらの合金からなる群より選択されたいずれか１つからなり得る。

その後、図２Ｂに示すように、上部電極２０５をエッチングして上部電極パターン２０５Ａを形成する。このときのエッチングは、オーバーエッチング工程として行う。すなわち、エッチング工程により、上部電極２０５がすべてエッチングされる一方、その下に形成されていた誘電体膜２０４も、一定の厚さにエッチングされて一部のみが下部電極２０３の上部に残留する第１誘電体膜パターン２０４Ａを形成する。例えば、エッチング工程では、メインガスとして塩素系ガスを使用し、添加ガスとして窒素及びアルゴンガスからなる群より選択されたいずれか１つのガスを使用する。塩素系ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ、ＨＣｌ、ＣＦ_３Ｃｌ、ＳｉＣｌ_４及びこれらの組合せからなる群より選択されたいずれか１つを使用することができる。

次に、図２Ｃに示すように、図２Ｂにおいて残留する第１誘電体膜パターン２０４Ａ、下部電極２０３、及び下部配線２０２を順次エッチングして、基板２０１を局所的に露出させる第２誘電体膜パターン２０４Ｂ、下部電極パターン２０３Ａ、及び下部配線パターン２０２Ａを形成する。これにより、図２Ｃのように、目標とするＭＩＭキャパシタの形状（ｐｒｏｆｉｌｅ）が形成される。

また、図２Ｄに示すように、配線工程を行う。配線工程は、次のとおりである。まず、ＭＩＭキャパシタを含む基板２０１上に層間絶縁膜２０６を形成した後、エッチング工程により、上部電極パターン２０５Ａ及び下部電極パターン２０３Ａがそれぞれ局所的に露出する第１ホール及び第２ホール（図示せず）を形成する。その後、前記第１ホール及び第２ホールが埋め込まれるように第１ビア２０７及び第２ビア２０８を形成する。続いて、第１ビア２０７及び第２ビア２０８に電気的に接続されるように、層間絶縁膜２０６上に複数の上部配線２１１を形成する。

上部配線２１１は、実質的に金属配線として機能する第１導電層２０９と、第１導電層２０９上に形成された第２導電層２１０とを備える。第１導電層２０９は、遷移金属からなる群より選択されたいずれか１つの金属で形成する。例えば、Ａｌ、ＣｕまたはＰｔで形成する。第２導電層２１０は、Ｒｕ、ＳｒＲｕＯ_３、Ｐｔ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｈｆ及びこれらの合金からなる群より選択されたいずれか１つからなり得る。

本発明の第１実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法では、図２Ｃに示すように、下部電極パターン２０３Ａの上部に第２誘電体膜パターン２０４Ｂを一定の厚さ残留させ、上部電極パターン２０５Ａと下部電極パターン２０３Ａとを電気的に分離させることにより、製造工程で発生する種々の残留物による上部電極パターン２０５Ａと下部電極パターン２０３Ａとの短絡を防止することができる。

図３は、従来技術及び本発明の第１実施形態によって製造されたＭＩＭキャパシタのリーク電流特性を示す図である。

図３に示すように、本発明の第１実施形態によって製造されたＭＩＭキャパシタのリーク電流特性は、従来技術に比べて改善されていることが分かる。

本発明の第１実施形態では、図２Ｃのように、誘電体膜の一部が下部電極上に残留する。また、誘電体膜がＨｆＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５のような高誘電率（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏｎｓｔａｎｔ）の金属酸化物で形成された場合、残留する誘電体膜は、後続の工程に悪影響を及ぼし得る。

図４は、金属配線を示す平面図である。図４に示すように、下部電極上に誘電体膜が残留する場合は、誘電体膜をさらにエッチングしなければならないため、感光膜マージンが不足し、金属性ポリマーの発生によって金属配線の形状が不良となる。

図５は、ビアを示す平面図である。図５に示すように、下部電極上に誘電体膜が残留する場合、接続配線が形成されるビアを形成するためのエッチング工程時に、ビアの内部に金属性ポリマーが残留する。このようにビアの内部に金属性ポリマーが残留すると、図６に示すように、ビア抵抗が増加して素子特性を低下させる。

図６は、従来技術及び本発明の第１実施形態に係るビア抵抗を示す図である。図６に示すように、従来技術に比べて、第１実施形態ではビア抵抗が増加していることが分かる。すなわち、下部電極上に誘電体膜を残留させた場合、ビア抵抗が増加する。

以下では、第１実施形態よりも特性を改善させた、第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタについて説明する。

＜第２実施形態＞
図７Ａないし図７Ｆは、本発明の第２実施形態に係るＭＩＭキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。

まず、図７Ａに示すように、第１実施形態と同様の方法により、下部配線３０２が形成された基板３０１上に、下部電極３０３と、誘電体膜３０４と、上部電極３０５とを形成する。

次に、上部電極３０５上にハードマスク３０６を形成する。ここで、ハードマスク３０６は、酸化膜または窒化膜で形成する。酸化膜は、ＵＳＧ（Ｕｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）またはＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ）で形成し、窒化膜は、ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いてＳｉＮまたはＳｉＯＮで形成する。また、ハードマスク３０６は、１００Å〜４０００Åの範囲の厚さに形成する。

その後、図７Ｂに示すように、感光膜パターン（図示せず）を形成した後、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして用いたエッチング工程により、ハードマスクパターン３０６Ａを形成する。このときのエッチング工程では、メインガスとしてフルオロカーボン（ｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）ガスを使用し、添加ガスとして酸素（Ｏ_２）、窒素（Ｎ_２）及びアルゴン（Ａｒ）ガスからなる群より選択されたいずれか１つのガスを使用する。フルオロカーボンガスとしては、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８及びこれらの組合せからなる群より選択されたいずれか１つを使用することができる。前記ハードマスクパターンを形成した後、前記感光膜パターンを除去し、洗浄工程を行うステップをさらに含むことができる。

次に、上部電極３０５をエッチングして上部電極パターン３０５Ａを形成する。このときのエッチング工程は、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして用いるか、またはハードマスクパターン３０６Ａのみをエッチングマスクとして用いて実施可能である。エッチング工程では、メインガスとして塩素系ガスを使用し、添加ガスとして窒素及びアルゴンガスからなる群より選択されたいずれか１つのガスを使用する。塩素系ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ、ＨＣｌ、ＣＦ_３Ｃｌ、ＳｉＣｌ_４及びこれらの組合せからなる群より選択されたいずれか１つを使用することができる。

エッチング工程時において、ハードマスクパターン３０６Ａのみをエッチングマスクとして用いた場合は、上部電極３０５をエッチングする前に、ストリップ（ｓｔｒｉｐ）工程を用いて前記感光膜パターンを除去する。このときのストリップ工程は、酸素プラズマを用いて実施可能である。このように、上部電極３０５のエッチングに先立って前記感光膜パターンを除去する理由は、前記感光膜パターンの原料がポリマーを発生させるソースとして作用するからである。

一方、前記感光膜パターンを上部電極３０５のエッチング前に除去するのではなく、エッチング後に除去することもできるが、この場合、上部電極３０５のエッチング過程において上部電極３０５の周辺部にポリマーが多量発生し、こうして発生したポリマーは、後続の洗浄工程によっても除去されず、ＭＩＭキャパシタのリーク電流のソースとして作用し得る。したがって、上部電極３０５のエッチングに先立って前記感光膜パターンを除去することが好ましい。

別の例として、上部電極３０５をエッチングするためのエッチング工程は、メインエッチングと、オーバーエッチングとの２つの工程として行う。メインエッチング工程は、オーバーエッチング工程より長くする。好ましくは、メインエッチング工程は１００秒〜１３０秒間行い、オーバーエッチング工程は２０秒〜３０秒間行う。メインエッチング工程では、塩素（Ｃｌ）及び窒素（Ｎ_２）ガスを使用し、オーバーエッチング工程では、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）及びアルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。また、メインエッチング工程は、露出する誘電体膜３０４が一定の厚さエッチングされて誘電体膜パターン３０４Ａになるまで行うことが好ましい。

この方法にてエッチング工程を行う理由は、上部電極３０５のエッチング後に残留する誘電体膜パターン３０４Ａの厚さの均一性を確保するためである。誘電体膜パターン３０４Ａは、高誘電率の金属酸化物、すなわち、高誘電率膜で形成するが、高誘電率膜は、シリコン酸化膜に比べてエッチング率が顕著に減少し、エッチングの均一性が低下する。

上部電極３０５のエッチング工程時において、メインエッチング工程では、塩素及び窒素を使用するが、この工程では、ウエハの周辺部のエッチング率がウエハ中央部よりも高い。一方、同じ条件下において上部電極３０５をエッチングした後、露出する誘電体膜パターン３０４Ａをエッチングする場合は、ウエハの中央部のエッチング率がウエハ周辺部よりも高い。オーバーエッチング工程では、三塩化ホウ素及びアルゴンガスを使用するが、この工程では、高誘電率膜のエッチング率がウエハの周辺部で高くなる。結局、これを組合せて最終的な高誘電率膜、すなわち、誘電体膜パターン３０４Ａが残留する厚さの均一性が決定される。従来の方法では、上部電極をエッチングする際、上部電極のエッチングが完了した時点を基準としてオーバーエッチングを行う。一方、本実施形態では、メインエッチング工程により高誘電率膜のエッチングを続けた後に、オーバーエッチング工程を行ってエッチングを完了することで、均一性が調整され、高誘電率膜の残留厚みの均一性を改善させることができる。

上部電極３０５のエッチング工程において、メインエッチング工程及びオーバーエッチング工程を経て残留する誘電体膜パターン３０４Ａの厚さ、すなわち、誘電体膜パターン３０４Ａのうち、図７Ｄにおいて、スペーサ状に形成された分離膜パターン３０７Ａの下部まで拡張した部位の厚さは、そうでない部位、すなわち、上部電極パターン３０５Ａと下部電極３０３との間に形成された部位よりも薄く形成される。誘電体膜パターン３０４Ａのうち分離膜パターン３０７Ａの下部まで拡張した部位の厚さは、好ましくは、３０Å〜１００Åの範囲になるように形成され、ウエハ内において１０Å〜２０Åの偏差範囲内で均一な厚さを有するように形成される。

次に、図７Ｃに示すように、残留する誘電体膜パターン３０４Ａ及びハードマスクパターン３０６Ａの上面に沿って分離膜３０７を形成する。ここで、分離膜３０７は、ハードマスクパターン３０６Ａに対するエッチング選択比を有する物質で形成する。分離膜３０７は、例えば、ハードマスクパターン３０６Ａが酸化膜で形成された場合には窒化膜で形成し、窒化膜で形成された場合には酸化膜で形成する。あるいは、分離膜３０７とハードマスクパターン３０６Ａとも、酸化膜または窒化膜で形成可能である。ここで、酸化膜は、ＵＳＧ、ＴＥＯＳまたはＨＤＰで形成し、窒化膜は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮで形成する。また、分離膜３０７は、１００Å〜４０００Åの範囲の厚さに形成する。

また、図７Ｄに示すように、分離膜３０７をエッチングして、ハードマスクパターン３０６Ａ、上部電極パターン３０５Ａ、及び誘電体膜パターン３０４Ａの側壁にスペーサ状に分離膜パターン３０７Ａを残留させる。このときのエッチングは、ドライエッチング工程として行う。好ましくは、エッチバック工程またはブランケット（ｂｌａｎｋｅｔ）工程によって行う。また、エッチング工程は、図７Ｃにおいて、下部電極３０３上に残留する誘電体膜パターン３０４Ａも共にエッチングされるように行うことが好ましい。これにより、図７Ｄにおいて、誘電体膜パターン３０４Ａの分離膜パターン３０７Ａの下部まで拡張した部位の側面は、分離膜パターン３０７Ａの側面（上部電極パターン３０５Ａとは逆方向の外側壁）にそろえられる（アラインされる）。

次に、図７Ｅに示すように、下部電極３０３及び下部配線３０２をエッチングして、下部電極パターン３０３Ａ及び下部配線パターン３０２Ａを形成する。

次に、図７Ｆに示すように、配線工程により、第１接続配線３０９及び第２接続配線３１０、並びに上部配線３１３を順次形成する。このときの配線工程は、次の方法にて行われる。まず、層間絶縁膜３０８を形成した後、エッチングして、上部電極パターン３０５Ａ及び下部電極パターン３０３Ａがそれぞれ局所的に露出する第１ビア及び第２ビア（図示せず）を形成する。その後、前記第１ビア及び第２ビアがそれぞれ埋め込まれるように第１接続配線３０９及び第２接続配線３１０を形成した後、これら第１接続配線３０９及び第２接続配線３１０にそれぞれ接続された上部配線３１３を形成する。第１実施形態と同様に、上部配線３１３は、第１導電層３１１及び第２導電層３１２からなる。第１導電層３１１は、遷移金属のいずれか１つの金属からなり得、第２導電層３１２は、Ｒｕ、ＳｒＲｕＯ_３、Ｐｔ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｈｆ及びこれらの合金からなる群より選択されたいずれか１つからなり得る。

図８は、従来技術、第１及び第２実施形態によってそれぞれ製造されたＭＩＭキャパシタのリーク電流特性を示す図である。図８に示すように、本発明の第２実施形態によって製造されたＭＩＭキャパシタのリーク電流特性が、第１実施形態と同様に改善されていることが分かる。

図９は、従来技術、第１及び第２実施形態に係るビア抵抗を示す図である。図９に示すように、従来技術及び第１実施形態に比べてビア抵抗が改善されていることが分かる。

以上説明したように、本発明の技術思想は、好ましい実施形態で具体的に記述されたが、上記実施形態は、それを説明するためのものであって、それを制限するためのものではないことに留意しなければならない。このように、この技術分野における通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で種々の実施形態が可能であることを理解することができる。

１０１、２０１、３０１ 基板
１０２、２０２、３０２ 下部配線
１０３、２０３、３０３ 下部電極
１０４、２０４、３０４ 誘電体膜
１０５、２０５、３０５ 上部電極
１０６、２０６、３０８ 層間絶縁膜
１０７、２０７ 第１ビア
１０８、２０８ 第２ビア
１１１、２１１、３１３ 上部配線
３０６ ハードマスク
３０７ 分離膜
３０９ 第１接続配線
３１０ 第２接続配線
３０６Ａ ハードマスクパターン

Claims (42)

1. 下部電極と、
   前記下部電極の一部を覆うように前記下部電極上に形成された誘電体膜と、
   前記誘電体膜上に形成された上部電極と、
   前記上部電極上に形成されたハードマスクパターンと、
   前記ハードマスクパターン、前記上部電極、及び前記誘電体膜の側壁にスペーサ状に形成された分離膜と、
   を備えることを特徴とするキャパシタ。
2. 前記誘電体膜の一部は、前記分離膜の下部まで拡張していることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
3. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部の側面は、前記分離膜の側面にそろっていることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ。
4. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部は、ウエハ内において１０Å〜２０Åの偏差範囲内で均一な厚さを有することを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ。
5. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部の厚さは、前記上部電極と前記下部電極との間に形成された誘電体膜の厚さよりも薄く形成されていることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ。
6. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部は、３０Å〜１００Åの範囲の厚さに形成されていることを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ。
7. 前記ハードマスクパターンは、酸化膜または窒化膜からなることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
8. 前記分離膜は、酸化膜または窒化膜からなることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
9. 前記分離膜によって前記上部電極から分離され、前記下部電極に接続された第１ビアと、
   前記ハードマスクパターンを貫通して前記上部電極に接続された第２ビアと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
10. 前記下部電極は、基板上に形成された下部配線上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
11. 前記下部電極及び前記上部電極は、それぞれ、Ｒｕ、ＳｒＲｕＯ_３、Ｐｔ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｈｆ及びこれらの合金からなる群より選択されたいずれか１つからなることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
12. 前記誘電体膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＬａＡｌＯ_３、ＢａＺｒＯ_３、ＢａＺｒＴｉＯ_３及びＳｒＺｒＴｉＯ_３からなる群より選択されたいずれか１つからなることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
13. 前記分離膜は、前記誘電体膜によって前記下部電極から分離されていることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ。
14. 基板上の下部電極上に誘電体膜を形成するステップと、
    前記誘電体膜上に上部電極を形成するステップと、
    前記上部電極上にハードマスクを形成するステップと、
    前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成するステップと、
    前記誘電体膜が下部電極上に所定の厚さ残留するように前記上部電極をエッチングするステップと、
    前記ハードマスクパターン及び前記残留する誘電体膜の上面に沿って分離膜を形成するステップと、
    前記分離膜及び残留する誘電体膜をエッチングして、前記ハードマスクパターン、前記上部電極、及び前記誘電体膜の側壁にスペーサ状に前記分離膜を残留させるステップと、
    前記下部電極をエッチングして分離させるステップと、
    を含むことを特徴とするキャパシタの製造方法。
15. 前記分離膜を残留させるステップにおいて、
    前記誘電体膜の一部は、前記分離膜の下部まで拡張するように形成されることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
16. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部の側面は、前記分離膜の側面にそろうように形成されることを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
17. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部は、ウエハ内において１０Å〜２０Åの偏差範囲内で均一な厚さを有するように形成されることを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
18. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部の厚さは、前記上部電極と前記下部電極との間に形成された部位よりも薄く形成されることを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
19. 前記分離膜の下部まで拡張した誘電体膜の一部の厚さは、３０Å〜１００Åの範囲に形成されることを特徴とする請求項１５に記載のキャパシタの製造方法。
20. 前記ハードマスクパターンを形成するステップにおいて、
    感光膜パターンをエッチングマスクとして用いることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
21. 前記ハードマスクパターンを形成するステップの後、
    前記感光膜パターンを除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のキャパシタの製造方法。
22. 前記感光膜パターンを除去するステップの後、
    洗浄工程を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載のキャパシタの製造方法。
23. 前記上部電極をエッチングするステップにおいて、
    前記上部電極のエッチングは、メインエッチング工程及びオーバーエッチング工程によってなされ、
    前記メインエッチング工程のエッチング時間は、前記オーバーエッチング工程より長いことを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
24. 前記メインエッチング工程は、１００秒〜１３０秒間行われることを特徴とする請求項２３に記載のキャパシタの製造方法。
25. 前記オーバーエッチング工程は、２０秒〜３０秒間行われることを特徴とする請求項２３に記載のキャパシタの製造方法。
26. 前記メインエッチング工程は、塩素及び窒素ガスを使用して行われることを特徴とする請求項２３に記載のキャパシタの製造方法。
27. 前記オーバーエッチング工程は、三塩化ホウ素及びアルゴンガスを使用して行われることを特徴とする請求項２３に記載のキャパシタの製造方法。
28. 前記メインエッチング工程は、前記誘電体膜の一部がエッチングされるまで行われることを特徴とする請求項２３に記載のキャパシタの製造方法。
29. 前記ハードマスクは、酸化膜または窒化膜で形成されることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
30. 前記分離膜は、酸化膜または窒化膜で形成されることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
31. 前記分離膜を残留させるステップは、エッチバックまたはブランケット工程によって行われることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
32. 前記下部電極をエッチングして分離するステップの後、
    前記上部電極を含む前記基板を覆うように層間絶縁膜を形成するステップと、
    前記層間絶縁膜及び前記ハードマスクパターンをエッチングして、前記下部電極及び前記上部電極が局所的にそれぞれ露出する第１ホール及び第２ホールを形成するステップと、
    前記第１ホール及び第２ホールがそれぞれ埋め込まれるように第１ビア及び第２ビアを形成するステップと、
    前記第１ビア及び第２ビアにそれぞれ接続されるように、前記層間絶縁膜上に上部配線を形成するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
33. 前記下部電極及び上部電極は、それぞれ、Ｒｕ、ＳｒＲｕＯ_３、Ｐｔ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｈｆ及びこれらの合金からなる群より選択されたいずれか１つからなることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
34. 前記誘電体膜は、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｒＴｉＯ_３、ＣａＴｉＯ_３、ＬａＡｌＯ_３、ＢａＺｒＯ_３、ＢａＺｒＴｉＯ_３及びＳｒＺｒＴｉＯ_３からなる群より選択されたいずれか１つからなることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
35. 前記分離膜を残留させるステップでは、前記分離膜が前記誘電体膜によって前記下部電極から分離されるように形成されることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
36. 前記ハードマスクパターンを形成するステップは、
    メインガスとしてフルオロカーボンガスを使用し、添加ガスとして酸素、窒素及びアルゴンガスからなる群より選択されたいずれか１つのガスを使用して行われることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
37. 前記フルオロカーボンガスとしては、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_２Ｆ_８及びＣ_４Ｆ_８からなる群より選択されたいずれか１つを使用することを特徴とする請求項３６に記載のキャパシタの製造方法。
38. 前記上部電極をエッチングするステップは、
    メインガスとして塩素系ガスを使用し、添加ガスとして窒素及びアルゴンガスからなる群より選択されたいずれか１つのガスを使用して行われることを特徴とする請求項１４に記載のキャパシタの製造方法。
39. 前記塩素系ガスとしては、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＣＣｌ、ＨＣｌ、ＣＦ_３Ｃｌ、ＳｉＣｌ_４及びこれらの組合せからなる群より選択されたいずれか１つを使用することを特徴とする請求項３８に記載のキャパシタの製造方法。
40. 下部電極と、
    前記下部電極の一部を覆うように前記下部電極上に形成された誘電体膜と、
    前記誘電体膜上に形成された上部電極と、
    前記上部電極上に形成されたハードマスクパターンと、
    を備え、
    前記誘電体膜は、前記下部電極上に、前記下部電極と前記上部電極の間に形成された部位から、厚さが前記部位より薄く拡張した拡張部位を有することを特徴とするキャパシタ。
41. 基板上の下部電極上に誘電体膜を形成するステップと、
    前記誘電体膜上に上部電極を形成するステップと、
    前記上部電極上にハードマスクを形成するステップと、
    前記ハードマスクをエッチングしてハードマスクパターンを形成するステップと、
    前記誘電体膜が下部電極上に所定の厚さ残留するように前記上部電極をエッチングするステップと、
    前記下部電極をエッチングして分離させるステップと、
    を含み、
    前記所定の厚さは、前記誘電体膜における前記下部電極と前記上部電極の間の部位よりも薄いことを特徴とするキャパシタの製造方法。
42. 前記上部電極のエッチングは、メインエッチング工程及びオーバーエッチング工程によってなされ、
    前記メインエッチング工程は、前記誘電体膜の一部がエッチングされるまで行われ、
    前記オーバーエッチング工程は、前記メインエッチング工程の後に行われる請求項４１に記載のキャパシタの製造方法。