以下、本発明の例示的な実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタ、電極構造体を具備するキャパシタの製造方法、電極構造体を含む半導体装置、及びその製造方法について、添付された図面を参照して詳細に説明するが、本発明が下記実施形態によって制限されるのではなく、該当分野で通常の知識を有する者であれば本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で本発明を多様な他の形態で実現できる。
本明細書において、特定の構造的ないし機能的説明は単に本発明の実施形態を説明するための目的で例示されたものであり、本発明の実施形態は多様な形態で実施され、本明細書に説明された実施形態に限定されると解釈されず、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むことと理解されるべきである。いずれの構成要素が異なる構成要素に「接続されて」いるかまたは「接触して」いると記載された場合、他の構成要素に直接的に接続されているか、または、接続されているが、中間にまた他の構成要素が存在することもできると理解されるべきである。反面、いずれの構成要素が異なる構成要素に「直接接続されて」いるかまたは「直接接触して」いると記載された場合には、中間にまた他の構成要素が存在しないことと理解されるべきである。構成要素間の関係を説明する他の表現、例えば、「〜間に」と「直接〜間に」または「〜に隣接する」と「〜に直接隣接する」等も同様に解釈されるべきである。
本明細書で使われる用語は単に特定の実施形態を説明するために使われたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書で、「含む」、「具備する」または「有する」等の用語は実施された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品または、これらを組み合わせたものが存在することを指定しようとすることであって、一つまたは、それ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品または、これらを組み合わせたものなどの存在または、付加の可能性を予め排除しないことと理解されるべきである。異なって定義されない限り、技術的または科学的な用語を含んでここで使われるすべての用語は本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。一般的に使われる辞典に定義されているような用語は関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。
第1、第2、第3、第4等の用語は多様な構成要素らを説明するのに使われることができるが、このような構成要素は前記用語によって限定されない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的で使われる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱せずに、第1構成要素が第2、第3または、第4構成要素などと命名されることができ、同様に第2、第3及び第4構成要素も第1乃至第4構成要素などで互いに交互に命名されることができる。
以下、本発明の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタ及びその製造方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタを説明するための断面図である。
図1を参照すると、本発明の実施形態に係るキャパシタ40は、対象体(object)1上に形成された絶縁層5に部分的に埋め立てられる電極構造体(electrode structure)、前記電極構造体上に配置される誘電層パターン20、そして誘電層パターン20上に位置する上部電極25を具備する。前記電極構造体は少なくとも一部が絶縁層5に埋め立てられることができる。例えば、前記電極構造体の下部が絶縁層5に埋め立てられることができる。
前記電極構造体は絶縁層5に部分的に埋め立てられる第1導電パターン10及び第1導電パターン10上に配置される第2導電パターン15を含む。
上部にキャパシタ40が配置される対象体1は基板、導電層、導電パターン、コンタクト、プラグなどを具備する下部構造物などを含むことができる。対象体1が前記基板を含む場合、このような基板としては半導体基板または半導体層を有する基板などが該当されることができる。例えば、前記基板はシリコン(Si)基板、ゲルマニウム(Ge)基板、シリコン−ゲルマニウム(Si−Ge)基板、SOI(silicon−on−insulator)基板、GOI(germanium−on−insulator)基板などを含むことができる。本発明の実施形態によると、対象体1上には不純物領域や拡散領域と同じ導電領域を具備するトランジスタのようなスイッチング素子(switching device)が提供されることができる。
絶縁層5は対象体1の所定部分を露出させる開口4を含む。例えば、絶縁層5の開口4は対象体1の導電領域、導電パターン、コンタクト、プラグなどを露出させることができる。絶縁層5は、酸化物、窒化物、酸窒化物などで構成されることができる。例えば、絶縁層5はシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などからなることができる。本発明の他の実施形態において、絶縁層5は酸化膜、窒化膜及び/または、酸窒化膜を含む多層構造を有することができる。
前記電極構造体の第1導電パターン10は開口4を埋め立てながら開口4から部分的に突出するように対象体1上に配置される。例えば、第1導電パターン10の下部は開口4に埋め立てられることができ、第1導電パターン10の上部は絶縁層5上から突出することができる。即ち、第1導電パターン10は絶縁層5に埋め立てられる第1部分と絶縁層5から突出する第2部分に区分することができる。
第1導電パターン10の突出部の第2部分は開口4が埋め立てられる部分の第1部分より実質的に低い高さを有することができる。第1導電パターン10は開口4の形状により多様な立体構造を有することができる。例えば、第1導電パターン10は円形ピラー(circular pillar)構造、楕円形ピラー(elliptical pillar)の構造、多角形ピラー(polygonal pillar)の構造などの立体構造を有することができる。また、第1導電パターン10の断面は円形、楕円形、多角形などの形状を有することができる。
本発明の実施形態において、第1導電パターン10は酸化工程を通じて要求されるレベルの体積膨張が可能な金属からなることができる。例えば、第1導電パターン10はタングステン(W)、ルテニウム(Ru)、インジウム(In)等で構成されることができる。
第2導電パターン15は第1導電パターン10から生成され、第1導電パターン10から対象体1に対して実質的に垂直した方向に突出するように配置される。第2導電パターン15が第1導電パターン10から形成される場合、第2導電パターン15は第1導電パターン10と実質的に同一または類似の立体構造を有することができる。例えば、第2導電パターン15も円形ピラー、楕円形ピラーまたは、多角形ピラーなどの多様な立体構造を有することができる。また、第2導電パターン15は第1導電パターン10と実質的に同一または類似の断面形状を有することができる。例えば、第2導電パターン15の断面は円形、楕円形、多角形などの形状を有することができる。
本発明の実施形態において、第2導電パターン15は第1導電パターン10に含まれる金属から由来する導電性金属酸化物からなることができる。例えば、第2導電パターン15はタングステン酸化物(WOx)、ルテニウム酸化物(RuOx)、インジウム酸化物(InOx)等を含むことができる。第1導電パターン10がタングステンを含み、第2導電パターン15が第1導電パターン10から生成されたタングステン酸化物を含む場合、約4.5eV程度で相対的に高い仕事関数を有するタングステンに比べてタングステン酸化物は原子の間に高い結合力を有する特性によりタングステンより高い仕事関数を有することになる。即ち、第2導電パターン15が第1導電パターン10に比べてよる高い仕事関数を有することができる。従って、第1及び第2導電パターン10、15からなる電極構造体を具備するキャパシタ40の電気的な特性をより改善させることができる。
誘電層パターン20は第2導電パターン15及び第1導電パターン10の突出部の第2部分をカバーしながら絶縁層5上に配置される。即ち、誘電層パターン20は前記電極構造体のプロファイル(profile)に従って絶縁層5上に均一に形成することができる。これに伴い、誘電層パターン20は第1及び第2導電パターン10、15上に位置する中央部が絶縁層5上に形成される側部に比べて高い形状を有することができる。誘電層パターン20は酸化物、窒化物及び/または、金属酸化物を含むことができる。例えば、誘電層パターン20はシリコン酸化物、シリコン窒化物、ハフニウム酸化物(HfOx)、アルミニウム酸化物(AlOx)、ランタン酸化物(LaOx)、イットリウム酸化物(YOx)、ランタンアルミニウム酸化物(LaAlxOy)、タンタル酸化物(TaOx)等からなることができる。これらは単独または、互いに混合して使うことができる。
本発明の他の実施形態によると、誘電層パターン20は第1酸化膜パターン、窒化膜パターン及び/または、第2酸化膜パターンを含む多層構造を有することができる。ここで、前記第1及び第2酸化膜パターンはそれぞれシリコン酸化物または、上述した金属酸化物からなることができ、前記窒化膜パターンはシリコン窒化物で構成されることができる。
上部電極25は誘電層パターン20上に配置される。上部電極25は誘電層パターン20のプロファイルに沿って均一に形成することができる。即ち、上部電極25の中央部も側部に比べて高い高さを有することができる。上部電極25は金属、金属化合物及び/または、ポリシリコンなどの導電性物質で構成されることができる。例えば、上部電極25はイリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、白金(Pt)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン、アルミニウム窒化物(AlNx)、チタン窒化物(TiNx)、タンタル窒化物(TaNx)、タングステン窒化物(WNx)、不純物がドーピングされたポリシリコン等からなることができる。これらは単独または、互いに混合して使うことができる。
図2〜図5は本発明の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。図2〜図5に図示された方法により製造された電極構造体を具備するキャパシタは図1を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構造を有することができる。
図2を参照すると、対象体1上に予備絶縁層3を形成する。対象体1は半導体基板または、上部に半導体層が形成された基板などと同じ基板を含むことができ、コンタクト、プラグ、導電性パターンなどを含む下部構造物が配置されることができる。また、対象体1には不純物領域、拡散領域と同じ導電領域が形成されることができ、トランジスタやダイオードのようなスイッチング素子が用意されることができる。この場合、予備絶縁層3は前述した下部構造物を覆いながら対象体1上に形成することができる。
予備絶縁層3は酸化物、窒化物または、酸窒化物を使って形成することができる。例えば、予備絶縁層3は、USG、SOG、FOX、FSG、TOSZ、BPSG、PSG、TEOS、PE−TEOS、HDP−CVD酸化物などを対象体1上に積層させて形成することができる。また、予備絶縁層3は化学気相蒸着(CVD)工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着(HDP−CVD)工程、プラズマ増大化学気相蒸着(PECVD)工程、低圧化学気相蒸着(LPCVD)工程、スピンコーティング(spin coating)工程等を通じて対象体1上に形成することができる。
本発明の実施形態において、予備絶縁層3に対して平坦化工程を遂行することによって、予備絶縁層3が平坦な表面を有するようにすることができる。例えば、予備絶縁層3の表面を化学機械的研磨(CMP)工程及び/またはエッチバック(etch−back)工程で平坦化させることができる。
予備絶縁層3上に第1マスク(図示せず)を形成した後、前記第1マスクをエッチングマスクとして利用し予備絶縁層3を部分的にエッチングすることによって、予備絶縁層3に対象体1の所定領域または、前記下部構造物を部分的に露出させる開口4を形成する。例えば、開口4は対象体1の導電性領域、導電パターン、パッドなどを露出させることができる。前記第1マスクは予備絶縁層3及び対象体1に対してエッチング選択比を有する物質を使って形成することができる。例えば、前記第1マスクはフォトレジストを使って形成することができる。
図3を参照すると、予備絶縁層3から前記第1マスクを除去した後、開口4を埋め立てながら予備絶縁層3上に金属層(図示せず)を形成する。このような金属層は開口4のプロファイルに沿って開口4の側壁と底面及び予備絶縁層3上に均一に形成することができる。
本発明の実施形態において、前記金属層は酸化工程を通じて充分に体積膨張が可能な金属を使って形成することができる。例えば、前記金属層はタングステン、ルテニウム、インジウムなどを使って形成することができる。また、前記金属層はスパッタ工程、化学気相蒸着工程、原子層積層(ALD)工程、パルスレーザー蒸着(PLD)工程、真空蒸着工程などを利用して形成することができる。
予備絶縁層3が露出する時まで前記金属層を部分的に除去して開口4内に予備第1導電パターン7を形成する。予備第1導電パターン7は化学機械的研磨工程を通じて開口4内に形成することができる。この場合、予備第1導電パターン7は中央部が側部に比べてラウンド形状で突出した表面を有することができる。即ち、予備第1導電パターン7の表面はふっくらした(convex)形状で形成することができる。予備第1導電パターン7がふっくらした形状の表面を有する場合、後続して第2導電パターン15が予備第1導電パターン7で基板1に対し実質的に垂直した方向に沿って均一に成長することができる。即ち、予備第1導電パターン7がふっくらした表面を有する場合、基板1に対して実質的に垂直した方向について第2導電パターン15を形成する過程でいかなるモールド(mold)も要求されない場合がある。一方、予備第1導電パターン7の表面が凹んだ(concave)形状で形成される場合には、第2導電パターン15(図4参照)が基板1に対して一定の方向性を有せずにランダム(random)で成長できるため、第2導電パターン15が所望する高さで形成しにくく、第2導電パターン15の内部均一度も低下してしまう。従って、予備第1導電パターン7を形成する過程において工程条件を調節し、予備第1導電パターン7の表面が第2導電パターン15の形成を考慮してふっくらした上部表面を有するようにさせる。
本発明の実施形態によると、前記金属層に対して2回の化学機械的研磨工程を遂行してふっくらした表面を有する予備第1導電パターン7を形成することができる。具体的には、前記金属層に対して相対的に高い第1含有量で過酸化水素(H2O2)を含む第1スラリーを使う第1化学機械的研磨工程を遂行した後、相対的に低い第2含有量で過酸化水素を含む第2スラリーを使う第2化学機械的研磨工程を進行することによって、開口4を埋め立てながらふっくらした表面を有する予備第2導電パターン7を形成することができる。例えば、前記第1スラリーは過酸化水素水を約2%以上の第1含有量で含むことができ、前記第2スラリーは約0.5%以下の第2含有量で過酸化水素水を含有することができる。ここで、前記第1スラリーは金属に対し相対的に高い研磨力を有する反面、前記第2スラリーは予備絶縁層3に対して相対的に高い研磨力を有することができる。また、前記第1化学機械的研磨工程は約3秒〜約2分の間遂行することができ、前記第2化学機械的研磨工程は約10秒〜約30秒の間遂行することができる。これと共に、上述の第1及び第2スラリーを使う第1及び第2研磨工程を適用してふっくらした表面を有する予備第1導電パターン7を収得することができる。
図4を参照すると、上述のふっくらした表面を有する第1予備電極パターン7に酸化工程を遂行して予備第1導電パターン7から第2導電パターン15を形成しながら予備第1導電パターン7を第1導電パターン10に転換させる。より詳細には、金属からなる予備電極パターン7に対して酸化工程を遂行して予備第1導電パターン7から金属酸化物で構成された第2導電パターン15を成長させる。予備第1導電パターン7がタングステン、ルテニウムまたは、イリジウムを含む場合、第2導電パターン15はタングステン酸化物、ルテニウム酸化物または、イリジウム酸化物を含むことになる。第2導電パターン15が形成される間予備第1導電パターン7は第1導電パターン10に変化する。第2導電パターン15が予備第1導電パターン7に含まれた金属を酸化させて収得される金属酸化物で構成されるため、第2導電パターン15の形成後に予備第1導電パターン7は予備第1導電パターン7より実質的に低い高さを有する第1導電パターン10に変化する。即ち、第1導電パターン10は開口4より実質的に低い高さを有しながら開口4を部分的に埋め立てすることができる。一方、第2導電パターン15は開口4を埋め立てながら予備絶縁層3の上部に突出する。即ち、第2導電パターン15の下部は開口4に埋め立てられることができ、第2導電パターン15の上部は対象体1に対して実質的に垂直する方向について予備絶縁層3上に突出することができる。
本発明の実施形態において、第2導電パターン15及び第1導電パターン10は熱酸化工程または、プラズマ酸化工程を利用して形成することができる。例えば、第1予備電極パターン7に対して高温の酸素の雰囲気下で急速熱処理(RTA)工程を遂行することによって、予備第1導電パターン7を酸化させて第1及び第2導電パターン10、15を含む電極構造体を形成することができる。前記急速熱処理工程は約400℃〜約600℃程度の温度で約1分〜約20分程度遂行されることができる。一方、前記電極構造体を形成するためのプラズマ酸化工程において、約20W以上の電圧を印加しながら第1予備電極パターン7を酸素プラズマに露出させることによって第1及び第2導電パターン10、15を形成することができる。
本発明の実施形態によると、第2導電パターン15は酸化工程を通じて予備第1導電パターン7に含まれた金属から金属酸化物が体積膨張しながら形成されるから、前記酸化工程の工程条件を調節することによって、第2導電パターン15のサイズ(dimension)を調節することができる。このような第2導電パターン15のサイズを決める主要工程条件は工程温度と酸化時間であり、特に第2導電パターン15のサイズは酸化時間に比べて工程温度にさらに大きく影響を受ける。
以下、上述の酸化工程の工程条件にともなう第2導電パターンのサイズ変化に対して説明する。
図6は本発明の実施形態により酸化工程の工程条件を変化させながら第2導電パターンの厚さを測定した結果を示すグラフである。図6において、第2導電パターンはそれぞれタングステンからなる予備第1導電パターンを酸素の雰囲気下で急速熱処理工程で酸化させて形成した。図3において、「I」は約550℃程度の温度で約2分間予備第1導電パターンを酸化させて形成した第2導電パターンの厚さを示し、「II」は約600℃程度の温度で約2分間予備第1導電パターンを酸化させて形成した第2導電パターンの厚さを示し、「III」は約600℃程度の温度で約5分間予備第1導電パターンを酸化させて収得した第2導電パターンの厚さを示す。また、「IV」は約600℃程度の温度で約10分間予備第1導電パターンを酸化させて収得した第2導電パターンの厚さを示し、「V」は約650℃程度の温度で約10分間予備第1導電パターンを酸化させて形成した第2導電パターンの厚さを示す。
図6に図示したように、酸化時間を約2分程度で維持しながら工程温度を約550℃から約600℃に1.2倍上昇させる時、前記第2導電パターンの高さは約1,600A(I)から約2,200A(II)まで約1.38倍程度増加した。また、酸化時間を約10分程度で維持しながら工程温度を約600℃から約650℃に1.08倍上昇させる時、前記第2導電パターンの高さは約3,100A(IV)から約4,100A(V)まで約1.32倍程度増加した。
一方、工程温度をそれぞれ600℃程度に維持した状態で酸化工程の時間を2分からそれぞれ5分及び10分に、2.5倍及び5倍に増加させた時、前記第2導電パターンの高さは約2,200A(II)から約3,000A(III)及び約3,100A(IV)に、それぞれ1.36倍程度及び約1.41倍程度増加した。結局、熱酸化工程を通じて前記予備第1導電パターンから前記第2導電パターンを成長させる場合には酸化時間よりは酸化温度がより主要な工程要因(factor)となり、このような酸化温度の調節を通じて前記第2導電のサイズを所望するレベルに調節することができる。即ち、本発明に係る電極構造体が適用される多様な半導体装置のデザインルールにより前記第2導電パターンの高さ、幅などのようなサイズを適切に調節することができる。
図5を参照すると、予備絶縁層3を部分的に除去して前記電極構造体の第2導電パターン15の下部と第1導電パターン10の上部を露出させる絶縁層5を形成する。予備絶縁層3が酸化物を含む場合、フッ酸(HF)を含有するエッチングガスまたは、エッチング溶液を使って予備絶縁層3を部分的にエッチングすることによって、絶縁層5を形成することができる。一方、予備絶縁層3が窒化物を含む場合には、燐酸(H3PO4)を含有するエッチングガスやエッチング溶液を使って予備絶縁層3を部分的にエッチングすることができる。
対象体1上に絶縁層5が形成されると、第2導電パターン15と共に第1導電パターン10の上部も露出される。即ち、絶縁層5が予備絶縁層3より実質的に低い厚さを有するから、第1導電パターン10の上部が絶縁層5の上部に突出することができる。
第2導電パターン15と露出した第1導電パターン10をカバーしながら絶縁層5上に誘電層18を形成する。誘電層18は金属酸化物及び/または、窒化物などを使って形成することができる。例えば、誘電層18はハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、シリコン窒化物などを使って形成することができる。これらは単独または、互いに組合せて使うことができる。また、誘電層18は原子層積層工程、化学気相蒸着工程、スパッタ工程、真空蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程などを利用して形成することができる。誘電層18は前記電極構造体のプロファイルに沿って絶縁層5上に均一に形成することができる。
本発明の他の実施形態によると、前記電極構造体と絶縁層5上に酸化膜、窒化膜及び/または、金属酸化膜を順次に蒸着して誘電層18を形成することができる。即ち、誘電層18は酸化膜、窒化膜及び/または、金属酸化膜を含む多層構造で形成することができる。
誘電層18上に上部電極層23を形成する。上部電極層23も誘電層18のプロファイルに沿って誘電層18上に均一に形成することができる。上部電極層23は金属、金属化合物及び/または、ポリシリコンを使って形成することができる。例えば、上部電極層23はイリジウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、アルミニウム、銀、白金、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム窒化物、チタン窒化物、タンタル窒化物、タングステン窒化物、不純物がドーピングされたポリシリコンなどを使って形成することができる。これらは単独または、互いに混合して使うことができる。また、上部電極層23は原子層積層工程、スパッタ工程、真空蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、パルスレーザー蒸着工程などを利用して誘電層18上に形成することができる。
上部電極層23上に第2マスク(図示せず)を形成した後、このような第2マスクをエッチングマスクとして利用して誘電層18と上部電極層23を順次にパターニングする。これに伴い、図1を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構造を有する電極構造体を具備するキャパシタが対象体1上に形成される。
タングステンのような金属プラグ上に配置された積層型電極を有する従来のキャパシタの製造方法において、前記金属プラグ上に下部電極のための導電層を形成した後、写真エッチング工程及び乾式エッチング工程を通じて前記導電層をパターニングすることによって、前記プラグ上に下部電極を形成した。しかし、写真エッチング工程及び追加的なエッチング工程を通じて下部電極を形成する場合には、下部電極の形成に相対的に多くの追加工程が遂行されることによって製造費用が上昇することになり製造に多くの時間が要求される。また、絶縁層に形成された微細な開口内にコンタクトやプラグ形状の下部電極を形成する場合には、下部電極内にボイド(void)やシーム(seam)がしばしば生成される問題も発生する。さらに、近来には、キャパシタを具備する半導体装置のデザインルールが急激に減少することによって下部電極がプラグ上に正確に位置できない整列不良(alignment error)もしばしば発生して、その結果半導体装置の電気的な特性と半導体装置の信頼性が大きく低下する。本発明の実施形態によると、キャパシタのための電極構造体が第1導電パターンとこのような第1導電パターンから生成される第2導電パターンを含むことができるため、追加的なエッチング工程なしで電極構造体を容易に形成することができる。また、前記第2導電パターンが前記第1導電パターンに含まれた金属から成長する金属酸化物を含みうるため、たとえ前記キャパシタを具備する半導体装置が非常に微細なデザインルールを有する場合でも前記電極構造体にボイドやシームが発生する現象を効果的に防止することができる。これに伴い、前記電極構造体を含むキャパシタは、向上した電気的特性と信頼性を確保することができる。
図7は本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタを説明するための断面図である。
図7を参照すると、本発明の他の実施形態に係るキャパシタ95は、対象体50、絶縁層55、第1導電パターン60及び第2導電パターン65を具備する電極構造体、誘電層パターン70そして上部電極75を含む。
図7に示したキャパシタ95において、対象体50及び絶縁層55の構成物質と構造はそれぞれ図1を参照して説明した対象体1及び絶縁層5の場合と実質的に同一または実質的に類似している。また、第1導電パターン60、第2導電パターン65、誘電層パターン70及び上部電極75もその構造を除けば、それぞれ図1を参照して説明した第1導電パターン10、第2導電パターン15、誘電層パターン20及び上部電極25と実質的に同一または類似の物質からなる。
第1導電パターン60は絶縁層55に形成された開口(図示せず)を埋め立てしながら対象体50上に配置されて、第2導電パターン65は第1導電パターン60の上部の側部から対象体50に対して実質的に垂直した方向に延びる。上述と類似しているように、第1導電パターン60の上部は絶縁層55から上方に突出する。第2導電パターン65は第1導電パターン60に部分的に埋め立てられることができる。
本発明の実施形態において、第1導電パターン60は円形ピラー、楕円形ピラー、多角形ピラーなどの立体構造を有するが、第2導電パターン65は、円形シリンダー、楕円形シリンダー、多角形シリンダーなどの形状を有することができる。また、第2導電パターン65は円形リング、楕円形リング、多角形リングなどの断面形状を有することができる。これと共に第2導電パターン65が実質的にシリンダー形状の構造を有する場合、前記電極構造体と誘電層パターン70との間の接触面積が大きく増加し、従って、キャパシタ95が顕著に向上した蓄積容量(storage capacity)を有することができる。また、第2導電パターン65が第1導電パターン60の上部の側部から形成されるため、第2導電パターン65の下部は第1導電パターン60に部分的に埋め込まれることができる。これによって第1及び第2導電パターン60、65の間の結合の安全性を向上させることができ、同時に前記電極構造体の構造的安全性も増大させることができる。
誘電層パターン70は第2電極パターン65を包んで第1電極パターン60と絶縁層55上に配置される。第2電極パターン65が第1電極パターン60の側部から延びるため、誘電層パターン70は第2電極パターン65を包む両側部が中央部に比べて突出する。言い換えれば、誘電層パターン70の中央には所定のリセス(recess)が形成されることができる。
上部電極75は誘電層パターン70のプロファイルに沿って均一に形成される。上部電極75は誘電層パターン70のリセスを埋め立てながら誘電層パターン70上に形成することができる。即ち、上部電極75の中央部は誘電層パターン70のリセスを埋め立てて前記電極構造体方向に延びることができる。
図8〜図11は本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。
図8を参照すると、図2を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を遂行して対象体50上に第1開口(図示せず)を有する予備絶縁層53を形成した後、前記第1開口を埋め立てて、ふっくらした表面を有する予備第1導電パターン58を対象体50上に形成する。
予備第1導電パターン58及び予備絶縁層53上に犠牲層80を形成する。犠牲層80は酸化物、窒化物または、酸窒化物を化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程などで予備第1導電パターン58と予備絶縁層53上に蒸着して形成することができる。本発明の実施形態において、犠牲層80と予備絶縁層53は実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。本発明の他の実施形態によると、犠牲層80は予備絶縁層53と互いに相異する物質を使って形成することもできる。
犠牲層80上にマスク(図示せず)を形成した後、前記マスクを利用して犠牲層80を部分的にエッチングすることによって、犠牲層80に予備第1導電パターン58を露出させる第2開口83を形成する。この場合、第2開口83は予備第1導電パターン58と実質的に同じ幅で形成することができる。
第2開口83の側壁上に第1犠牲パターン85を形成する。第1犠牲パターン85は、例えば、スペーサー(spacer)のような形状を有することができる。第1犠牲パターン85は後続して形成される第2導電パターン65(図10参照)と実質的に同じ幅で形成することができる。
本発明の実施形態において、予備第1導電パターン58、第2開口83の側壁及び犠牲層80上に第1絶縁膜(図示せず)を形成した後、前記第1絶縁膜を部分的にエッチングして第2開口83の側壁上のみに第1犠牲パターン85を形成する。前記第1絶縁膜は化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程などを利用して形成することができる。また、第1犠牲パターン85は異方性エッチング工程を通じて前記第1絶縁膜をエッチングすることによって、第2開口83の側壁上に形成することができる。
本発明の実施形態において、第1犠牲パターン85は予備絶縁層53及び犠牲層80に対してエッチング選択比を有する物質からなることができる。例えば、予備絶縁層53と犠牲層80が酸化物を含む時、第1犠牲パターン85は窒化物または、酸窒化物を使って形成することができる。一方、予備絶縁層53及び犠牲層80が窒化物を含む場合、第1犠牲パターン85は酸化物で構成されることができる。
図9を参照すると、予備第1導電パターン58上に第2開口83を埋め立てる第2犠牲パターン88を形成する。第2犠牲パターン88は底面が予備第1導電パターン58に接して、側面が第1犠牲パターン85に接触する。第2犠牲パターン88は第1犠牲パターン85に対してエッチング選択比を有する物質を使って形成することができる。例えば、第2犠牲パターン88は酸化物、窒化物、酸窒化物、フォトレジストなどを使って形成することができる。
第2犠牲パターン88を形成する過程において、第2開口83を埋め立てながら犠牲層80と第1犠牲パターン85上に第2絶縁膜(図示せず)を形成した後、犠牲層80が露出する時まで前記第2絶縁膜を部分的に除去して第2開口83内に第2犠牲パターン88を形成することができる。ここで、前記第2絶縁膜は化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程などを利用して形成することができる。また、第2犠牲パターン88は化学機械的研磨工程及び/またはエッチバック工程を利用して形成することができる。
本発明の実施形態によると、第2犠牲パターン88は予備絶縁層53及び/または、犠牲層80と実質的に同一または類似の物質で形成することができる。例えば、予備絶縁層53と犠牲層80が酸化物で構成される場合、第2犠牲パターン88も酸化物からなることができる。この場合、第1犠牲パターン85は窒化物や酸窒化物を含むことができる。一方、第1犠牲パターン85が酸化物からなる場合、第2犠牲パターン88、予備絶縁層53及び犠牲層80はそれぞれ窒化物や酸窒化物で構成されることができる。
また図9を参照すると、第2開口83の側壁上に形成された第1犠牲パターン85を除去して、予備第1導電パターン58の上部側部を露出させる第3開口90を形成する。第1犠牲パターン85が酸化物を含む場合には、フッ酸(HF)を含有するエッチングガスまたは、エッチング溶液を使って第1犠牲パターン85を除去することができる。また、第1犠牲パターン85が窒化物からなる場合、燐酸を含有するエッチング溶液やエッチングガスを使って第1犠牲パターン85を除去することができる。
第2犠牲パターン88、予備絶縁層53及び犠牲層80はそれぞれ第1犠牲パターン85と相異する物質で構成されるから、第1犠牲パターン85を除去して第3開口90を形成する間、第2犠牲パターン88、予備絶縁層53及び犠牲層80はエッチングされない。
図10を参照すると、第3開口90を通じて露出した予備第1導電パターン58から金属酸化物を成長させて第3開口90を埋め立てる第2導電パターン65を形成する。第2導電パターン65はシリンダー形状の第3開口90を埋め立てながら形成されるため実質的にシリンダーの構造で形成することができる。第2導電パターン65の形成によって予備第1導電パターン58は第1導電パターン60に変化する。第2導電パターン65を形成するための酸化工程は図4を参照して説明した工程と実質的に同一または類似している。第1及び第2導電パターン60、65の形成によって図7を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有する電極構造体が対象体50上に提供される。
本実施形態において、第2導電パターン65が第3開口90内に形成されるため予備第1導電パターン58がふっくらした上部表面を有する必要はない。即ち、第3開口90が提供された犠牲層80と第2犠牲パターン88がモールドの役割を遂行するので予備第1導電パターン58から任意の方向に金属酸化物が成長して第2導電パターン65を形成しても、第3開口90によって金属酸化物の成長方向が制限(confine)されて予備第1導電パターン58の表面形状に関係なく第2導電パターン65を形成することができる。従って、予備第1導電パターン58はふっくらした表面または凹んだ表面を有することができる。
図11を参照すると、前記電極構造体から第2犠牲パターン88及び犠牲層80を除去し、予備絶縁層53を部分的に除去して第1導電パターン60の上部を露出させる絶縁層55を形成する。第2犠牲パターン88、犠牲層80及び予備絶縁層53が実質的に同じ物質で構成される場合、1回のエッチング工程を通じて第2犠牲パターン88と犠牲層80を全部除去する一方、予備絶縁層53を部分的に除去することができる。反面、第1エッチング工程を通じて第2犠牲パターン88と犠牲層80を除去した後、第2エッチング工程を遂行して絶縁層55を形成することもできる。
その後、前記電極構造体上に誘電層(図示せず)と上部電極層(図示せず)を順次に形成した後、前記上部電極層と前記誘電層をパターニングすることによって、図7を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構成を有するキャパシタを対象体50上に形成する。
図12は本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの断面図である。
図12を参照すると、前記キャパシタは第1〜第3導電パターン115、120、125を有する電極構造体、誘電層150そして上部電極160を含む。第1導電パターン115は基板100に接触して、第2導電パターン120は第1導電パターン115から延びて、第3導電パターン125は、第2導電パターン120上に配置される。
基板100は半導体基板、半導体層が上部に形成された基板または、金属酸化物基板を含むことができる。例えば、基板100はシリコン基板、ゲルマニウム基板、SOI基板、GOI基板、アルミニウム酸化物基板などを含むことができる。基板100には導電領域、トランジスタ、ダイオード、コンタクト、プラグ、パッド、導電パターン、絶縁パターンなどを含む下部構造物が配置されることができる。
第1導電パターン115は基板100上に形成される絶縁層105内に位置する。即ち、第1導電パターン115は絶縁層105に埋め立てられて、基板100の導電領域に電気的に接続されることができる。絶縁層105は酸化膜、窒化膜または、酸窒化膜で構成された単層構造を有することができるが、酸化膜、窒化膜及び/または、酸窒化膜からなる多層構造を有することもある。
第1導電パターン115は、絶縁層105から突出しないで絶縁層105に埋め立てられることができる。ここで、第1導電パターン115は上述したようにふっくらした表面を有することができる。本発明の他の実施形態によると、第1導電パターン115は図1を参照して説明した第1導電パターン10と実質的に同一または類似の構造を有することができる。即ち、第1導電パターン115の上部が絶縁層105から突出することができる。
第2導電パターン120は第1導電パターン115から基板100に対して実質的に垂直した方向に沿って延びる。金属を含む第1導電パターン115から形成される第2導電パターン120は金属酸化物からなることができる。この時、第2導電パターン120も第1導電パターン115と実質的に同一または類似の多様なピラー形状のような立体構造を有することができる。また、第1及び第2導電パターン115、120は互いに実質的に同一または類似の断面形状を有することができる。
本発明の実施形態において、第2導電パターン120が第1導電パターン115から生成される金属酸化物からなるので、第1及び第2導電パターン115、120は実質的に一体で(integrally)形成することができる。これに伴い、たとえ第2導電パターン120が第1導電パターン115から高い高さを有して成長しても前記電極構造体が倒れる現象を防止することができる。即ち、第1及び第2導電パターン115、120を含む前記電極構造体が高い縦横比(aspect ratio)を有する場合にも、前記電極構造体が倒れる現象、または、隣接する電極構造体が互いに接触する現象を効果的に防止することができる。
絶縁層105上にはエッチング阻止膜110が配置される。エッチング阻止膜110は前記キャパシタを形成するためのエッチング工程の間、絶縁層105と第1導電パターン115を保護する役割を遂行することができる。従って、エッチング阻止膜110は絶縁層105及び前記電極構造体に対してエッチング選択比を有する物質を含むことができる。エッチング阻止膜110は窒化物、酸窒化物、金属酸化物などからなることができる。例えば、エッチング阻止膜110はシリコン窒化物、シリコン酸窒化物、熱処理されたハフニウム酸化物、熱処理されたアルミニウム酸化物などで構成されることができる。これらは単独または、互いに組合わせて使うことができる。
第3導電パターン125は第2導電パターン120上に配置されて、実質的にシリンダー形状の立体構造を有することができる。例えば、第3導電パターン125は円形シリンダー、楕円形シリンダー、多角形シリンダーなどの多様な構造を有することができる。第3導電パターン125はポリシリコン、金属及び/または、金属化合物で構成されることができる。例えば、第3導電パターン125はタングステン、チタン、タンタル、モリブデン、イリジウム、ハフニウム、ジルコニウム、ルテニウム、白金、ニッケル、アルミニウム、銅、タングステン窒化物、アルミニウム窒化物、タンタル窒化物、チタン窒化物、モリブデン窒化物、ハフニウム窒化物、ジルコニウム窒化物、不純物がドーピングされたポリシリコン等からなることができる。これらは単独または、互いに混合して使うことができる。
本発明の実施形態において、第3導電パターン125は第1導電パターン115と実質的に同一または類似の物質で構成されることができるが、第1導電パターン115と第3導電パターン125は互いに相異する物質を含むこともできる。また、第3導電パターン125は上部直径が下部直径に比べて実質的に広い構造を有することができる。即ち、第3導電パターン125は所定の傾きに傾斜した側壁を有することができる。ここで、第3導電パターン125の下部は第2導電パターン120に比べて実質的に狭い幅を有することができる。
第3導電パターン125が第1導電パターン115と実質的に同じ物質を含む場合、第2導電パターン120は第1導電パターン115から形成されているため、第2導電パターン120と第3導電パターン125の間の接着力を増加させることができる。
隣接する第3導電パターン125の間には支持部材130が配置される。支持部材130は隣接する電極構造体の間でこのような電極構造体が互いに接触する現象を防止する。言い換えれば、支持部材130は前記電極構造体の構造的安全性を大きく改善させることができる。支持部材130は窒化物、酸窒化物、アモルファス(amorphous)物質などで構成されることができる。例えば、支持部材130はシリコン窒化物、シリコン酸化物、アモルファスシリコン、アモルファス炭素などを含むことができる。本発明の実施形態において、支持部材130はエッチング阻止膜110と実質的に同一または類似の物質を含むこともできるが、支持部材130とエッチング阻止膜110は互いに相異する物質からなることもある。
本発明の実施形態において、支持部材130はライン形状または、バー形状を有することができ、基板100に対して水平する第1方向及び/または、第2方向に沿って隣接する第3電極パターン125の間に配置することができる。ここで、前記第1方向は前記第2方向に対し実質的に直交することができる。例えば、支持部材130はX軸方向及び/または、Y軸方向について隣接する第3電極パターン125の間に形成することができる。
本発明の他の実施形態によると、上述した通り第1〜第3電極パターン115、120、125を含む電極構造体が改善された構造的安全性を有するため、場合によっては、前記キャパシタが支持部材130を具備しないことによって前記キャパシタの構造を単純化させることができる。
誘電層150は前記電極構造体を覆って支持部材130とエッチング阻止膜110上に配置される。誘電層150は支持部材130、第3導電パターン125及び第2導電パターン120のプロファイルに沿って均一に形成することができる。誘電層150は窒化物及び/または、金属酸化物を含むことができ、多層構造を有することもある。支持部材130がバー形状または、ライン形状に延びるため、誘電層150は支持部材130、第3導電パターン125及び第2導電パターン120を包むように均一に形成することができる。
上部電極160は誘電層150上に位置する。上部電極160は隣接する電極構造体の間のギャップ(gap)を充分に埋め立てながら誘電層150上に配置されることができる。例えば、上部電極160はプレート形状を有することができる。上部電極160は金属、金属化合物及び/または、ポリシリコンからなることができる。本発明の他の実施形態によると、上部電極160は誘電層150のプロファイルに沿って均一に形成されることもできる。
図13〜図17は本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。図13〜図17に図示された方法により製造されるキャパシタは図12を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構成を有することができる。
図13を参照すると、基板100上に絶縁層105とエッチング阻止膜110を形成する。絶縁層105を形成する工程は図2を参照して説明した工程と実質的に同一または類似している。エッチング阻止膜110は絶縁層105に対してエッチング選択比を有する物質を化学気相蒸着工程、原子層積層工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、スパッタ工程、真空蒸着工程などで蒸着して形成することができる。例えば、エッチング阻止膜110は窒化物、酸窒化物、金属酸化物などを使って形成することができる。
エッチング阻止膜110上に第1犠牲層123を形成する。第1犠牲層123は絶縁層105と実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。例えば、絶縁層105が酸化物からなる場合、第1犠牲層123は酸化物を使って形成されることができ、エッチング阻止膜110は窒化物や酸窒化物を使って形成することができる。また、第1犠牲層123は化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程などを利用してエッチング阻止膜110上に形成することができる。
第1犠牲層123上に第1マスク(図示せず)を形成した後、前記第1マスクをエッチングマスクとして利用して第1犠牲層123、エッチング阻止膜110及び絶縁層105を部分的にエッチングすることによって、第1犠牲層123から絶縁層105を貫通して基板100の所定部分(例えば、導電領域)を露出させる第1開口(図示せず)を形成する。
前記第1開口を埋め立てながら第1犠牲層123上に第1導電層(図示せず)を形成する。前記第1導電層は要求されるレベルまで体積膨張が可能な金属を使って形成することができる。例えば、前記第1導電層はタングステン、ルテニウム、インジウムなどの金属をスパッタ工程、原子層積層工程、化学気相蒸着工程、パルスレーザー蒸着工程、真空蒸着工程などで第1犠牲層123上に蒸着して形成することができる。
第1犠牲層123が露出する時まで前記第1導電層を部分的に除去して前記第1開口を埋め立てる予備第1導電パターン113を形成する。予備第1導電パターン113を形成する細部的な工程は、図3または、図8を参照して説明した工程と実質的に同一または類似している。
図14を参照すると、酸化工程を通じて予備第1導電パターン113から金属酸化物を成長させて第2導電パターン120を形成しながら予備第1導電パターン113を第1導電パターン115に変化させる。従って、第2導電パターン120の下部は第1犠牲層123に埋め込まれる反面、第2導電パターン120の上部は第1犠牲層123上に突出する。第1及び第2導電パターン115、120を形成するための酸化工程は図4を参照して説明した工程と実質的に同一または類似している。
図15を参照すると、第2導電パターン120を覆いながら第1犠牲層123上に第2犠牲層128を形成する。第2犠牲層128は電極構造体の全体的な高さを考慮して第2導電パターン120を充分にカバーできる厚さで形成することができる。前記電極構造体の全体的な高さは主に第1及び第2犠牲層123、128の厚さにより決まるため、第1及び第2犠牲層123、128の厚さを調節して前記電極構造体の高さを調節することができる。
第2犠牲層128は、第1犠牲層123及び/または、絶縁層105と実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。例えば、第2犠牲層128は酸化物、窒化物または、酸窒化物を化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程などで第1犠牲層123上に積層して形成することができる。
第2犠牲層128上に支持層129を形成する。支持層129は第2犠牲層128、第1犠牲層123及び/または、絶縁層105に対してエッチング選択比を有する物質を使って形成することができる。例えば、支持層129はエッチング阻止膜110と実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。また、支持層129はエッチング阻止膜110を形成するための工程と実質的に同一または類似の工程を利用して形成することができる。
図16を参照すると、支持層129上に第2マスク133を形成した後、第2マスク133をエッチングマスクとして利用して支持層129及び第2犠牲層128を部分的にエッチングすることによって、第2導電パターン120を露出させる第2開口135を形成する。第2開口135は第2導電パターン120の少なくとも一部を露出させることができる。
第2開口135の形成によって支持層129は支持部材130としてパターニングされる。また、第2開口135の形状により後続して形成される第3導電パターンの構造が決定されることができる。本発明の実施形態において、第2開口135は上部幅が下部幅に比べて実質的に広い円形シリンダー、楕円形シリンダー、多角形シリンダーなどの色々な立体構造を有することができる。
図17を参照すると、露出した第2導電パターン120、第2開口135の側壁及び第2マスク133上に第2導電層137を形成する。第2導電層137は第2開口135のプロファイルに沿って均一に形成することができる。第2導電層137は金属、金属化合物及び/または、ポリシリコンをスパッタ工程、原子層積層工程、真空蒸着工程、化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、パルスレーザー蒸着工程などで蒸着させ形成することができる。例えば、第2導電層137はタングステン、チタン、タンタル、モリブデン、イリジウム、ハフニウム、ジルコニウム、ルテニウム、白金、ニッケル、アルミニウム、銅、タングステン窒化物、アルミニウム窒化物、タンタル窒化物、チタン窒化物、モリブデン窒化物、ハフニウム窒化物、ジルコニウム窒化物、不純物がドーピングされたポリシリコンなどを使って形成することができる。これらは単独または、互いに混合して使うことができる。
第2マスク133が露出する時まで第2導電層137を部分的に除去して第2開口135に第3導電パターン(図示せず)を形成する。ここで、前記第3導電パターンは化学機械的研磨工程を通じて形成することができる。また、前記第3導電パターンは図12を参照して説明した第3導電パターン125と実質的に同一または類似の構造を有することができる。
第2マスク133を除去した後、第2導電パターン120及び前記第3導電パターンから第1及び第2犠牲層123、128を除去して図12を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有する電極構造体を形成する。ここで、第1及び第2犠牲層123、128はその構成物質によってフッ酸または、燐酸を含有するエッチングガスやエッチング溶液を使って除去されることができる。また、第1及び第2犠牲層123、128が除去されると、隣接する第3導電パターンの間に支持部材130が残留することになる。
支持部材130、前記第3導電パターン、第2導電パターン120及びエッチング阻止膜110上に誘電層(図示せず)と上部電極(図示せず)を形成して、図12を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構成を有するキャパシタを形成する。前記誘電層は窒化物及び/または、金属酸化物を使って形成されることができ、前記上部電極はポリシリコン、金属及び/または、金属化合物を使って形成することができる。
本発明の他の実施形態によると、第2導電パターン120に対して還元工程を遂行して第1導電パターン115より相対的に高い抵抗を有する第2導電パターン120の抵抗を要求されるレベルまで適切に調節することができる。この場合、前記還元工程は水素(H2)を含む雰囲気または、アンモニア(NH3)を含む雰囲気下で第2導電パターン120を熱処理する工程を含むことができる。水素を含む雰囲気下で第2導電パターン120を熱処理する還元工程において、金属酸化物(MxOy)から水素(H2)の提供によって酸素が除去されるメカニズムは次の反応式のようである。
<反応式>
MxOy+yH2→yH2O+xM
本発明の実施形態に係る還元工程を通じた第2導電パターンの抵抗調節結果と第1導電パターンの抵抗を下記の表に示す。下記表において、サンプル(Sample)1は、還元工程を遂行しなかったウェハ上に形成された複数の第2導電パターンを含み、サンプル2は水素を含む雰囲気下で還元工程を遂行してウェハ上に形成された第2導電パターンを具備する。サンプル3はアンモニアを含む雰囲気下で還元工程が遂行されてウェハ上に形成された第2導電パターンを含み、サンプル4はウェハ上に形成された第1導電パターンのみを含む。そこで、第2導電パターン及び第1導電パターンはそれぞれタングステン酸化物及びタングステンで構成される。
前記表において、「T」は前記ウェハの上部に位置した第2導電パターンを意味し、「C」は前記ウェハの中央部に形成された第2導電パターンを示し、「B」は前記ウェハの下部に配置された第2導電パターンを示す。また、「L」は前記ウェハの左側部に形成された第2導電パターンを示し、「R」は前記ウェハの右側部に配置された第2導電パターンを示す。
前記表に示したように、タングステンで構成された第1導電パターン(サンプル4)の抵抗が平均的に約119Ω・cm程に比べて、還元工程を遂行しなかった第2導電パターン(サンプル1)の平均抵抗は約252Ω・cm程として相対的に高い。しかし、アンモニアを含有する雰囲気下で還元処理された第2導電パターン(サンプル3)の平均抵抗は約167Ω・cm程でだいぶ低くなる。特に、水素を含む雰囲気下で還元処理された第2導電パターン(サンプル2)の平均抵抗は約147Ω・cm程でほとんど第1導電パターン(サンプル4)の抵抗に近接するように大きく減少する。従って、還元工程を通じて金属酸化物からなる第2導電パターンの抵抗を所望のレベルに調節できることが確認できる。
図18は本発明のまた他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの断面図である。
図18を参照すると、前記キャパシタは、第1〜第3導電パターン116、121、126を含む電極構造体、支持部材130、誘電層150及び上部電極160を具備する。第1導電パターン116は基板100の所定領域に接続され、第2導電パターン121は第1導電パターン116の上部側部から延びる。第3導電パターン126は第2導電パターン121から延びる。
図18に図示したキャパシタにおいて、基板100、絶縁層105、エッチング阻止膜110及び支持部材130は図12を参照して説明したものと実質的に同一または類似の構造を有する。また、図18に示した前記電極構造体の第1導電パターン116と第2導電パターン121は図7を参照して説明した第1導電パターン60及び第2導電パターン65と実質的に同一構成を有する。即ち、第2導電パターン121は円形シリンダー、楕円形シリンダー、多角形シリンダーなどの立体構造を有することができる。この場合、酸化工程の工程条件を調節することによって第2導電パターン121の高さを増加させることができ、第1導電パターン116がふっくらした表面を有する必要はない。
第3導電パターン126は第2導電パターン121から基板100に対して実質的に垂直した方向に延びて、上部幅が下部幅より広いシリンダーの形状を有することができる。例えば、第3導電パターン126も実質的に円形シリンダーの形状、楕円形シリンダーの形状、多角形シリンダーの形状などを有することができる。本発明の実施形態において、第3導電パターン126の下部は第2導電パターン121と実質的に同一または類似の幅を有することができる。第3導電パターン126の構成物質は図12を参照して説明した第3導電パターン125と実質的に同一または類似している。
図19〜図21は本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。
図19を参照すると、図13を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を遂行して基板100上に絶縁層105、エッチング阻止膜110及び第1犠牲層117を形成する。第1犠牲層117、エッチング阻止膜110及び絶縁層105を部分的にエッチングして第1開口(図示せず)を形成する工程と、前記第1開口に予備第1導電パターン113を形成する工程とは、図13を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を通じて遂行される。
第1犠牲層117上に第2犠牲層123を形成した後、第2犠牲層123を部分的にエッチングして予備第1導電パターン113を露出させる第2開口124を形成する。第2犠牲層123は第1犠牲層117及び/または、絶縁層105と実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。
第2開口124の側壁上に第1犠牲パターン118を形成する。第1犠牲パターン118は図8を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を通じて形成することができる。
図20を参照すると、第2開口124を埋め立てながら予備第1導電パターン113上に第2犠牲パターン134を形成した後、第1犠牲パターン118を除去して予備第1導電パターン113を部分的に露出させる第3開口(図示せず)を形成する。第2犠牲パターン134と第1犠牲パターン118は図9を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を利用して除去されることができる。
図10を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を遂行して、前記第3開口を埋め立てるように予備第1導電パターン113から第2導電パターン121を成長させながら予備第1導電パターン113を第1導電パターン116に変化させる。本発明の実施形態において、第1導電パターン116はエッチング阻止膜110上部で突出する構造を有し、第2導電パターン121はこのような第1導電パターン116の上部側部から基板100に対して上方に突出する。
図21を参照すると、第2犠牲層123、第2導電パターン121及び第2犠牲パターン134上に第3犠牲層140と支持層(図示せず)を順に形成する。前記支持層を形成する工程は図15を参照して説明した工程と実質的に同一または類似していて、第3犠牲層140は第1犠牲層117、第2犠牲層123及び/または、絶縁層105と実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。例えば、第3犠牲層140は酸化物を化学気相蒸着工程、プラズマ増大化学気相蒸着工程、低圧化学気相蒸着工程、スピンコーティング工程、高密度プラズマ−化学気相蒸着工程などで蒸着させ形成することができる。
前記支持層上にマスク133を形成した後、マスク133を利用して前記支持層と第3犠牲層140を部分的にエッチングすることによって、第2導電パターン121と第2犠牲パターン134を露出させる第3開口143を形成する。第3開口143の形成により前記支持層から支持部材130が形成される。
第3開口143の側壁と底面及びマスク133上に導電層146を形成する、導電層146は図17を参照して説明した第2導電層137を形成する工程と実質的に同一または類似の工程を通じて形成することができる。
導電層146の一部とマスク133を除去した後、第3犠牲層140、第2犠牲層123、第1犠牲層117及び第2犠牲パターン134を除去して、基板100上に図18に示した電極構造体と実質的に同じ構造を有する電極構造体を形成する。第2犠牲パターン134が除去される間第2犠牲パターン134上に残留する導電層146も除去されるし、隣接する第3導電パターンの間には支持部材130が位置する。
前記電極構造体とエッチング阻止膜110上に誘電層(図示せず)と上部電極(図示せず)を順次に形成して、基板100上にキャパシタを形成する。前記キャパシタは図18を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構成を有することができる。
図22は本発明のまた他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの断面図である。
図22を参照すると、前記キャパシタは基板200上に配置される電極構造体、誘電層250そして上部電極260を含む。前記電極構造体は基板200に接触する第1導電パターン215、第1導電パターン215上に位置する第2導電パターン220そして第2導電パターン220から延びる第3導電パターン225を含む。ここで、第2導電パターン220と第3導電パターン225は一体で形成することができる。
前記電極構造体の第1導電パターン215は基板200上に形成される絶縁層205に埋め込まれて、絶縁層205上にはエッチング阻止膜210が位置する。第1導電パターン215は基板200に形成された不純物領域または、拡散領域と同じ導電領域に接続されることができる。
第2導電パターン220は円形、楕円形、多角形シリンダーなどの構造を有することができ、第3導電パターン225は第2導電パターン220から延びながら実質的にシリンダーの形状を有することができる。本発明の実施形態によると、第2導電パターン220と第3導電パターン225は実質的に同じ物質を含むことができる。即ち、第2導電パターン220は第1導電パターン215から生成される金属酸化物でなく別途の導電性物質からなることができる。一方、第2及び第3導電パターン220、225は互いに一体で形成することができる。この場合、第3導電パターン225はその下部の幅が上部の幅より小さく形成することができ、第3導電パターン225の上部幅は第2導電パターン220の幅と実質的に同一とすることもできる。隣接する第3導電パターン225の間には支持部材230が配置されて、前記電極構造体の構造的安全性をより向上させることができる。
誘電層250は第3導電パターン225、第2導電パターン220、支持部材230及びエッチング阻止膜210のプロファイルに沿って均一に形成することができる。上部電極260は誘電層250上にプレート形状で形成されるかまたは、誘電層250のプロファイルに沿って均一な厚さで形成することができる。
図23及び図24は本発明のまた他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。
図23を参照すると、図13〜図16を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を遂行することによって、基板200上に絶縁層205、エッチング阻止膜210、第1犠牲層218、第1導電パターン215、犠牲導電パターン221及び第2犠牲層223を形成する。この場合、犠牲導電パターン220は図14に図示された第2導電パターン120を形成する工程を通じて第1導電パターン215から形成することができる。即ち、犠牲導電パターン221は酸化工程を通じて収得される金属酸化物を含むことができる。
第2犠牲層223上に支持層(図示せず)とマスク233を形成した後、前記支持層と第2犠牲層223を部分的にエッチングして支持部材230を形成する一方、犠牲導電パターン221の一部を露出させる第1開口235を形成する。
図24を参照すると、第1開口235を通じて露出する犠牲導電パターン221を除去することによって、第1開口235に連通して第1導電パターン215を露出させる第2開口238を形成する。第2開口238が形成されると、第2開口238の側壁を構成する第2犠牲層223と第1犠牲層218も共に露出する。
露出した第1導電パターン215、第2開口238の側壁、第1開口235の側壁及びマスク233上に導電層237を形成する。導電層237は図17を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を通じて形成することができる。
支持部材230が露出する時まで導電層237の一部とマスク233を除去して図22に示した第2及び第3導電パターン220、225と実質的に同じ構造を有する第2及び第3導電パターン(図示せず)を形成する。ここで、導電層237の中で第1開口235の側壁上に残留する部分が前記第3導電パターンに該当し、第2開口238の側壁と第1導電パターン215上に残留する部分が前記第2導電パターンに該当する。
前記第2及び第3導電パターンを形成した後、第1及び第2犠牲層218、223をエッチングして図22に示した電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有する電極構造体を形成する。
前記第2及び第3導電パターン、支持部材230及びエッチング阻止膜210上に均一に誘電層(図示せず)を形成した後、前記誘電層上に上部電極(図示せず)を形成することによって、基板200上にキャパシタを形成する。この場合、前記キャパシタは図22を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構成を有することができる。
図25は本発明のまた他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの断面図である。
図25を参照すると、前記キャパシタは第1〜第3導電パターン315、320、325を有する電極構造体を含む。また、前記キャパシタは前記電極構造体を包む誘電層340と誘電層340上に配置される上部電極345を具備する。
前記電極構造体は、基板300に接触する第1導電パターン315、第1導電パターン315から延びる第2導電パターン320及び第2導電パターン320上に配置される第3導電パターン325を含む。
支持部材330は隣接する第3導電パターン325の間に位置して、第1導電パターン315は基板300上に形成される絶縁層305に埋め立てられる。絶縁層305上にはエッチング阻止膜310が位置する。誘電層340と上部電極345は前記電極構造体を包みながらエッチング阻止膜310上に順次に配置される。
図25において、第1及び第2導電パターン315、325は図12を参照して説明した第1及び第2導電パターン115、120と実質的に同じ構造を有することができる。第3導電パターン325は円形ピラー、楕円形ピラーまたは、多角形ピラーなどの立体構造を有することができる。第3導電パターン325は上部が下部に比べて実質的に広い幅を有することができる。即ち、第3導電パターン325は基板300に比べて傾斜した側壁を有することができる。また、第3導電パターン325の下部は第2導電パターン320より実質的に小さい幅を有することができる。
誘電層340は前記電極構造体の第2及び第3導電パターン320、325を包みながらエッチング阻止膜310上に形成することができる。例えば、誘電層340は第3導電パターン325、第2導電パターン320及びエッチング阻止膜310上に均一な厚さで形成することができる。
上部電極345は誘電層340上に配置される。上部電極345は隣接する電極構造体の間のギャップを埋め立てるプレート形状を有することができ、誘電層340上に均一な厚さで形成されることもできる。
図26は本発明のまた他の実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタの製造方法を説明するための断面図である。図26に示した方法により製造されるキャパシタは図25を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有することができる。
図26を参照すると、図13〜図16を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を遂行して、基板300上に絶縁層305、エッチング阻止膜310、第1導電パターン315、第1犠牲層318、第2導電パターン320、第2犠牲層323、支持部材330そしてマスク333を形成する。
第2導電パターン320を露出させる開口(図示せず)を埋め立てながらマスク333の上に導電層338を形成する。ここで、導電層338は前記開口を十分に埋め立てるように形成することができる。即ち、導電層338は前記開口を完全に埋め立てながらマスク333の上に所定の厚さで形成することができる。
マスク333が露出する時まで導電層338を部分的に除去した後、マスク333をエッチングして図17に示した電極構造体と実質的に同一または類似の構造を有する電極構造体を得る。
前記電極構造体の第2導電パターン320と第3導電パターンを包みながらエッチング阻止膜310上に誘電層(図示せず)を形成した後、前記誘電層上に上部電極(図示せず)を形成して基板300上にキャパシタを形成する。この時、前記キャパシタは図12を参照して説明したキャパシタと実質的に同一または類似の構成を有することができる。
以下、本発明の例示的な実施形態による電極構造体を具備した多様な半導体装置とその製造方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。
図27は本発明の実施形態に係る電極構造体を具備する半導体装置を説明するための断面図である。図27において、前記半導体装置に適用された電極構造体は図12を参照して説明した電極構造体と実質的に同じ構成を有するが、図18、図22、または図25を参照して説明した多様な電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有する電極構造体が前記半導体装置に適用されることもできる。
図27を参照すると、前記半導体装置は、基板350上に配置されるスイッチング素子と電極構造体を具備するキャパシタを含む。
基板350には前記スイッチング素子が位置するアクティブ領域を定義するための素子分離膜353が提供される。前記スイッチング素子は基板350に対して実質的に水平一方向について前記アクティブ領域に形成されるチャネル領域を有するトランジスタを含むことができる。例えば、前記第1トランジスタはモス(MOS)トランジスタに該当することができる。
図27に例示的に示した通り、前記第1トランジスタは基板350上に配置されるゲート構造物363、第1不純物領域368及び第2不純物領域370を含む。
ゲート構造物363はゲート絶縁膜パターン355、ゲート電極358及びゲートマスク360を含む。ゲート構造物363の側壁上にはゲートスペーサー365が提供される。第1及び第2不純物領域368、370は隣接するゲート構造物363の間のアクティブ領域に位置する。前記第1トランジスタのチャネル領域は第1及び第2不純物領域368、370の間で基板350に対して実質的に平行する方向に沿って前記アクティブ領域に形成される。
基板350上には前記第1トランジスタを覆う第1層間絶縁膜371が配置される。第1層間絶縁膜371は隣接する第1トランジスタと導電性パターン及び配線を電気的に絶縁させるように基板350上に配置される。
第1層間絶縁膜371を貫通して第1及び第2不純物領域368、370にそれぞれ接触する第1及び第2プラグ373、375が位置する。第1層間絶縁膜371上には第2プラグ375を通じて第2不純物領域370に電気的に接続されるビットライン(図示せず)が位置する。ここで、前記ビットラインはゲート構造物363と実質的に同一または類似の構造を有することができる。
第1層間絶縁膜371上に前記ビットラインが埋め立てられる第2層間絶縁膜380が配置される。第2層間絶縁膜380上には前記ビットラインを覆う第3層間絶縁膜383が位置し、第3層間絶縁膜383上にはエッチング阻止膜385が配置される。
第3層間絶縁膜383と第2層間絶縁膜380を貫通して第1プラグ373を露出させる開口(図示せず)が形成されて、第1導電パターン390はこのような開口内に配置される。第1導電パターン390から第2導電パターン395が基板350に対して実質的に垂直した方向に延びて、第3導電パターン400は第2導電パターン395上に位置する。
エッチング阻止膜385上に第1〜第3導電パターン390、395、400を具備する前記電極構造体をカバーする誘電層401が形成され、誘電層401上には上部電極402が配置される。
図28〜図30は本発明の実施形態に係る電極構造体を具備する半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
図28を参照すると、半導体基板または、半導体層を有する基板350上に素子分離膜353を形成して、基板350にアクティブ領域とフィールド領域を定義する。素子分離膜353はシリコン酸化物などの酸化物を使って形成することができる。例えば、素子分離膜353はシャロートレンチ分離(STI)工程と同じ素子分離工程を通じて形成することができる。
素子分離膜353を有する基板350上にゲート絶縁膜、ゲート導電膜及びゲートマスク層を順次に形成した後、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート導電膜及び前記ゲートマスク層をパターニングしてゲート構造物363を形成する。ゲート構造物363はゲート絶縁膜パターン355、ゲート電極358及びゲートマスク360を含む。ゲート絶縁膜パターン355はシリコン酸化物及び/または、金属酸化物を使って形成されることができ、ゲート電極358は金属、金属化合物及び/または、ポリシリコンを使って形成することができる。また、ゲートマスク360は窒化物、酸窒化物などを使って形成することができる。
ゲート構造物363の側壁上にゲートスペーサー365を形成する。ゲートスペーサー365はシリコン窒化物やシリコン酸窒化物を使って形成することができる。ゲート構造物363及びゲートスペーサー365をイオン注入マスクとして利用し、隣接するゲート構造物363らの間で露出する前記アクティブ領域に第1及び第2不純物領域368、370を形成する。
ゲートマスク365が提供されたゲート構造物363を十分に覆いながら基板350上に第1層間絶縁膜371を形成する。第1層間絶縁膜371はシリコン酸化物などの酸化物を使って形成することができる。第1層間絶縁膜371を部分的にエッチングして第1及び第2不純物領域368、370をそれぞれ露出させる第1及び第2開口372、374を形成する。例えば、第1及び第2開口372、374は異方性エッチング工程を利用して形成することができる。
図29を参照すると、第1及び第2不純物領域368、370上の第1及び第2開口372、374をそれぞれ埋め立てる第1及び第2プラグ373、375を形成する。第1及び第2プラグ373、375はそれぞれ金属及び/または、金属化合物を使って形成することができる。
第2プラグ375上にビットライン(図示せず)を形成する。このようなビットラインはビットライン電極、ビットラインマスク及びビットラインスペーサーを具備することができる。前記ビットラインはゲート構造物363と実質的に類似の構造を有することができる。
前記ビットラインを覆いながら第1及び第2プラグ373、375と第1層間絶縁膜371上に第2層間絶縁膜380を形成する。第2層間絶縁膜380はシリコン酸化物と同じ酸化物を使って形成することができる。本発明の実施形態において、前記ビットラインが露出する時まで第2層間絶縁膜380を平坦化させることができる。例えば、化学機械的研磨工程及び/またはエッチバック工程を通じて第2層間絶縁膜380を研磨することができる。
第2層間絶縁膜380上に第3層間絶縁膜383を形成する。第3層間絶縁膜383は第1層間絶縁膜371及び/または、第2層間絶縁膜380と実質的に同一または類似の物質を使って形成することができる。第3層間絶縁膜383と第2層間絶縁膜380を部分的にエッチングして第1プラグ373を露出させる第3開口(図示せず)を形成する。例えば、異方性エッチング工程を通じて第2及び第3層間絶縁膜380、383を部分的にエッチングすることによって、前記第3開口を形成することができる。
前記第3開口を埋め立てながら第1プラグ373に接触する予備第1導電パターン388を形成する。予備第1導電パターン388は、図3または、図13を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を通じて前記第3開口を埋め立てながら第3層間絶縁膜383上部に突出することができる。
図30を参照すると、予備第1導電パターン388から第2導電パターン395を成長させながら予備第1導電パターン388を第1導電パターン390に変化させる。第1及び第2導電パターン390、395を形成するための酸化工程は上述の色々な実施形態の場合と実質的に同一または類似している。
第3層間絶縁膜383上にエッチング阻止膜385を形成する。エッチング阻止膜385は第1〜第3層間絶縁膜371、380、383に対してエッチング選択比を有する物質を使って形成することができる。例えば、エッチング阻止膜385は窒化物、酸窒化物などを使って形成することができる。
図15〜図17を参照して説明した工程と実質的に同一または類似の工程を実施して、図27を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構造を有する電極構造体を形成する。前記電極構造体とエッチング阻止膜385上に誘電層パターン(図示せず)及び上部電極(図示せず)を順に形成して図27に示した半導体メモリ装置と実質的に同一または類似の構成を有する半導体装置を製造する。
図31は本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備した半導体装置を説明するための断面図である。図31に示した半導体装置に適用された電極構造体は図12を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有するが、上述と類似に、図18、図22、または図25を参照して説明した多様な電極構造体と実質的に同一または類似の構成を有する電極構造体が前記半導体装置に適用されることもできる。
図31を参照すると、前記半導体装置は基板403上に配置されるスイッチング素子と電極構造体を含む。前記スイッチング素子は基板403の第1領域Aに位置する第1トランジスタと、基板403の第2領域Bに位置する第2トランジスタを含むことができる。
基板403は半導体層を有する基板を含むことができる。例えば、基板403はSOI基板、GOI基板などを含むことができる。基板403の第1領域Aは前記半導体メモリ装置の単位セルが備わるセル領域に該当でき、第2領域Bは前記単位セルを制御するための素子が形成される周辺回路領域に該当することができる。前記第1トランジスタは基板403に対して実質的に垂直した方向に沿って形成されるチャネル領域を含むことができ、前記第2トランジスタは基板403に対して実質的に水平一方向に沿って形成されるチャネル領域を含むことができる。
基板403上には下部絶縁層406が形成され、下部絶縁層406上に前記スイッチング素子の電気的な接続のための第1及び第2配線408、409が配置される。前記第1及び第2トランジスタはそれぞれ第1及び第2配線408、409の上部に位置する。本発明の実施形態において、第1領域Aの第1配線408は前記半導体装置のメモリセルのための埋め立てビットライン(buried bit line)の役割を遂行することができる。
前記第1トランジスタは第1アクティブパターン412、第1ゲート絶縁膜421、第1ゲート電極424、第1不純物領域418及び第2不純物領域427を含む。
第1ゲート電極424は第1アクティブパターン412の上部を包みながら基板403上から所定の方向に延びる。前記第1トランジスタのチャネル領域は基板403に対して垂直するように配置された第1及び第2不純物領域418、427の間の第1アクティブパターン412に形成される。即ち、前記第1トランジスタは基板403に対して実質的に垂直する方向に沿って形成されるチャネルを有することができる。
前記第2トランジスタは第2アクティブパターン415上に配置される。前記第2トランジスタは第2ゲート絶縁膜パターン430、第2ゲート電極433、ゲートマスク436、ゲートスペーサー439、第3不純物領域442及び第4不純物領域445を含む。前記第2トランジスタのチャネル領域は基板403に対して水平するように配置された第3及び第4不純物領域442、445の間の第2アクティブパターン415に形成される。即ち、前記第2トランジスタは基板403に対して実質的に水平一方向に沿って形成されるチャネルを有することができる。
第1層間絶縁膜416は第1アクティブパターン412の下部と第2アクティブパターン415を覆いながら基板403上に配置され、第2層間絶縁膜440は、前記第1及び第2第2トランジスタを十分にカバーするように第1層間絶縁膜416上に形成される。第2層間絶縁膜440上にはエッチング阻止膜448が位置する。
前記電極構造体の第1導電パターン451はエッチング阻止膜448及び第2層間絶縁膜440を貫通して前記第1トランジスタの第2不純物領域427に接触する。前記電極構造体の第2導電パターン454は第1導電パターン451から延びてエッチング阻止膜448上部に突出する。前記電極構造体の第3導電パターン457は第2導電パターン454上に配置される。
基板403の第1領域Aには前記電極構造体の第2及び第3導電パターン454、457を包む誘電層460が形成され、誘電層460上には上部電極470が配置される。
図32〜図35は、本発明の他の実施形態に係る電極構造体を具備した半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
図32を参照すると、半導体層と下部絶縁層406を有する基板403上に配線層407を形成する。例えば、基板403は上部に半導体層が形成されたSOI基板、GOI基板などを含むことができる。基板403がSOI基板またはGOI基板を含む場合、配線層407は基板403の半導体層と絶縁層間に形成することができる。
下部絶縁層406は酸化物または、窒化物からなることができ、配線層407は金属、金属化合物及び/または、ポリシリコンを使って形成することができる。これらは単独または、互いに混合して使うことができる。
基板403の前記半導体層上にマスク層(図示せず)を形成した後、前記マスク層をエッチングして基板403の第1領域A上部に第1マスク410を形成して、基板403の第2領域B上部に第2マスク413を形成する。第1及び第2マスク410、413は前記半導体層に対してエッチング選択比を有する物質を使って形成することができる。例えば、第1及び第2マスク410、413はシリコン窒化物やシリコン酸窒化物を使って形成することができる。本発明の実施形態において、第2マスク413は第1マスク410より実質的に広い幅を有することができる。また、第1マスク410は円形ピラー、楕円形ピラーまたは、多角形ピラーなどの多様なピラー構造を有することができ、円形、楕円形、多角形などの断面形状を有することができる。一方、第2マスク413は前記半導体層上で所定の方向に沿って延びるライン形状または、バー形状を有することができる。基板403の第1領域Aには複数の第1マスク410らが形成されることができ、第2領域Bにも複数の第2マスク413が形成されることができる。
第1及び第2マスク410、413をエッチングマスクとして使って基板403の半導体層を部分的にエッチングすることによって、基板403の第1領域Aに予備第1アクティブパターン411を形成し、基板403の第2領域Bに予備第2アクティブパターン414を形成する。予備第1及び第2アクティブパターン411、414はそれぞれ異方性エッチング工程で前記半導体層をエッチングして形成することができる。基板403の第1領域Aには複数の予備第1アクティブパターン411らが形成されることができ、基板403の第2領域Bには複数の予備第2アクティブパターン414が形成されることができる。この場合、予備第1アクティブパターン411は第1マスク410の形状により円形ピラー、楕円形ピラーまたは、多角形ピラーなどの色々なピラー形状を有することができ、円形、楕円形、多角形などの断面形状を有することができる。また、予備第2アクティブパターン414も第2マスク413の形状によりライン形状または、バーの形状を有することができる。
図33を参照すると、予備第1アクティブパターン411及び第1マスク410の側壁上にスペーサー460を形成する。スペーサー460はシリコン窒化物と同じ窒化物やシリコン酸窒化物などの酸窒化物を使って形成することができる。
予備第1アクティブパターン411に隣接する部分の前記半導体層に第1不純物をドーピングして予備第1不純物領域417を形成する。予備第1不純物領域417は基板403の第1領域Aで隣接する予備第1アクティブパターン411の間の露出する部分に形成される。前記第1不純物はP型不純物または、N型不純物を含むことができる。例えば、予備第1不純物領域417はホウ素(B)、インジウム(In)等と同じP型不純物などを含むかまたは、窒素(N)、ヒ素(As)等と同じN型不純物を含むことができる。本発明の実施形態において、予備第1不純物領域417は追加的な配線やコンタクトまたは、プラグ等を通して後続して形成される第1配線408(図34参照)に電気的に接続されることができる。
図34を参照すると、第1及び第2マスク410、413とスペーサー460をエッチングマスクとして利用して前記半導体層の下部をエッチングすることによって、基板403の第1及び第2領域A、Bにそれぞれ第1アクティブパターン412と第2アクティブパターン415を形成する。第1アクティブパターン412の下部は上部より実質的に広い幅を有することができ、第2アクティブパターン415の下部は上部と実質的に同じ幅を有することができる。即ち、第1アクティブパターン412の下部と上部との間には段差が形成されることができる。
第1及び第2アクティブパターン412、415を形成するためのエッチング工程の間、予備第1不純物領域417も部分的にエッチングされて第1アクティブパターン412の中央部に第1不純物領域418が形成される。第1不純物領域418は、基板403に対して実質的に垂直した方向に形成されるチャネルを有する第1トランジスタのソース/ドレーン領域として機能することができる。
第1及び第2マスク410、413とスペーサー460を続けてエッチングマスクとして利用して配線層407をパターニングすることによって、第1アクティブパターン412の下に第1配線408を形成する一方、第2アクティブパターン415の下に第2配線409を形成する。第1配線408は第1アクティブパターン412の下部と実質的に同じ幅を有することができる。低い抵抗を有する第1配線408は、第1不純物領域418に電気的に接続される埋め立てビットラインとして機能できるからこのような第1配線408を含む半導体メモリ装置の抵抗を減少させることができる。また、第2配線409は、第2アクティブパターン415の下部と実質的に同じ幅を有することができ、基板403の第2領域Bで接続配線として機能することができる。
図34を再び参照すると、基板403の第1及び第2領域A、B上に第1及び第2アクティブパターン412、415を覆う予備第1層間絶縁膜463を形成する。予備第1層間絶縁膜463はシリコン酸化物などの酸化物を使って形成することができる。
図35を参照すると、予備第1層間絶縁膜463を部分的に除去して基板403上部に第1層間絶縁膜416を形成する。第1層間絶縁膜416は基板403の第1領域Aで第1アクティブパターン412の下部の間を部分的に埋め立て、基板403の第2領域Bでは第2アクティブパターン415の上部表面を露出させる。例えば、第1層間絶縁膜416は第1アクティブパターン412の下部をカバーすることができ、第1アクティブパターン412の上部は露出させることができる。また、第1不純物領域418も第1層間絶縁膜416で覆われる。これに伴い、第1層間絶縁膜416は基板403の第1領域Aで第1アクティブパターン412の下部と上部との間に位置する高さを有することができる。一方、基板403の第2領域Bでは第1層間絶縁膜416は第2アクティブパターン415上の第2マスク413を露出させる。即ち、第1層間絶縁膜416の上部面は、第2領域Bで第2マスク413の上部面と実質的に同じ高さに位置することができる。
第1層間絶縁膜416によって露出した第1アクティブパターン412の上部側壁上に第1ゲート絶縁膜421を形成する。第1ゲート絶縁膜421は、第1アクティブパターン412と後続して形成される第1ゲート電極424との間を電気的に絶縁させる機能を遂行する。第1ゲート絶縁膜421は、第1アクティブパターン412の上部側壁を包むように形成することができる。第1ゲート絶縁膜421はシリコン酸化物及び/または、金属酸化物を使って形成することができる。
第1層間絶縁膜416上に第1アクティブパターン412を覆う導電膜(図示せず)を形成する。このような導電膜は不純物がドーピングされたポリシリコン、金属及び/または、金属化合物を使って形成することができる。前記導電膜上に第3マスク(図示せず)を形成した後、前記第3マスクをエッチングマスクとして利用し、前記導電膜を部分的にエッチングすることによって第1層間絶縁膜416上に第1ゲート電極424を形成する。第1ゲート電極424は第1アクティブパターン412の上部側壁を包むように形成することができる。また、第1ゲート電極424は、第1アクティブパターン412の上部より実質的に低い高さで形成されることができる。これに伴い、第1アクティブパターン412の上部は第1ゲート電極424から部分的に露出されることができる。
基板403の第1領域Aの第1マスク411を除去して第1アクティブパターン412の上部表面を露出させる。この場合、基板403の第2領域Bに位置する第2マスク413は除去されないこともある。
露出した第1アクティブパターン412の上部表面に第2不純物を注入して第2不純物領域427を形成する。第2不純物領域427は前記第1トランジスタのソース/ドレーン領域として機能することができる。例えば、前記第2不純物はP型不純物または、N型不純物を含むことができる。また、第2不純物領域427の第2不純物は第1不純物領域418の第1不純物と実質的に同一または類似していることができる。
第2不純物領域427が形成されると、基板403の第1領域Aには第1アクティブパターン412、第1ゲート絶縁膜421、第1ゲート電極424、第1不純物領域418、及び第2不純物領域427を含む第1トランジスタが形成される。従って、前記第1トランジスタは第1ゲート電極424の下部及び上部にそれぞれ隣接する第1及び第2不純物領域418、427を含む。
基板403の第2領域Bで第2マスク413を除去して第2アクティブパターン415を露出させた後、露出した第2アクティブパターン415上に第2ゲート絶縁膜430、第2ゲート電極433及びゲートマスク436を順に形成する。第2ゲート絶縁膜430はシリコン酸化物及び/または、金属酸化物を使って形成することができ、第2ゲート電極433は不純物がドーピングされたポリシリコン、金属及び/または、金属化合物を使って形成することができる。また、ゲートマスク436はシリコン窒化物、シリコン酸窒化物などのように第1層間絶縁膜416及び第2アクティブパターン415に対してエッチング選択比を有する物質を使って形成することができる。
図35を再び参照すると、ゲートマスク436と第2ゲート電極433の側壁上にゲートスペーサー439を形成する。ゲートスペーサー439はシリコン窒化物のような窒化物またはシリコン酸窒化物などの酸窒化物を使って形成することができる。
第2ゲート電極433とゲートスペーサー439をマスクとして利用し、第2ゲート電極433に隣接する第2アクティブパターン415に第3不純物を注入することによって第3不純物領域442及び第4不純物領域445を形成する。第3及び第4不純物領域442、445は、それぞれ第2ゲート電極433の一側及び他側に隣接する第2アクティブパターン415の部分に形成することができる。その結果、基板403の第2領域Bには第2ゲート絶縁膜430、第2ゲート電極433、第3不純物領域442、及び第4不純物領域445を含む第2トランジスタが形成される。
第1層間絶縁膜416上に第2層間絶縁膜440を形成した後、第2層間絶縁膜440上にエッチング阻止膜448及び犠牲膜466を順次に形成する。犠牲膜466、エッチング阻止膜448及び第2層間絶縁膜440を部分的にエッチングすることによって、第1アクティブパターン412上部に位置する第2不純物領域427を露出させる開口468を形成する。エッチング阻止膜448、犠牲膜466及び開口468を形成する工程は、上述の色々な実施形態の場合と実質的に同一または類似していることができる。
開口468を埋め立てる第1及び第2導電パターン(図示せず)を形成した後、前記第2導電パターン上に第3導電パターンを形成して図31を参照して説明した電極構造体と実質的に同一または類似の構造を有する電極構造体を形成する。前記電極構造体をカバーする誘電層と上部電極を順次に形成することによって、基板403上にキャパシタを含む半導体装置を製造する。
図36は本発明の実施形態に係るメモリ装置を具備するメモリシステムを説明するためのブロック図である。
図36を参照すると、メモリ装置510はコンピュータのようなメモリシステム500内に位置する中央処理装置(CPU)520に電気的に接続される。メモリシステム500は、パーソナルコンピュータ、パーソナルデータアシスタントなどを含むことができる。メモリ装置510は中央処理装置520に直接的に接続されるかまたは、バス(bus)等を介して接続されることができる。
メモリ装置510には前述した本発明の多様な実施形態に係る電極構造体を具備するキャパシタが適用されることができる。従って、メモリ装置510は、高い集積度と蓄積容量を有しながら要求されるレベルの電気的特性を満足させることができる。このようなメモリ装置510がメモリシステム500に適用されるため、メモリシステム500の性能向上を企てることができる。
図37は、本発明の他の実施形態に係るメモリ装置を含むメモリシステムを説明するためのブロック図である。
図37を参照すると、メモリシステム550は、携帯用電子装備を含むことができる。例えば、メモリシステム550はPMP装置、携帯用通信装置、MP3プレーヤー、携帯用ディスプレープレーヤー、電子辞典などに該当することができる。メモリシステム550は、半導体メモリ装置555、メモリコントローラー560、EDC565、表示部材570、及びインターフェース575を具備する。メモリ装置555は、上述のような本発明の色々な実施形態に係る電極構造体を具備することができる。
音響データまたは、映像データなどのようなデータはEDC565によってメモリコントローラー560を通じて半導体メモリ装置555に入力または、メモリ装置555から出力される。このような音響及び/または映像データは、EDC565からメモリ装置555に直接入力されることができ、メモリ装置555からEDC565に直接出力されることもできる。EDC565は、前記音響及び/または、映像データをメモリ装置555内に保存するようにエンコーディング(encoding)する。例えば、EDC565は、メモリ装置555内に音響データを保存するためにMP3ファイルでエンコーディングすることができる。また、EDC565は、メモリ装置555内に映像データを保存するためにMPEGファイルでエンコーディングすることができる。EDC565は、互いに異なるフォーマットによって互いに異なる形態のデータをエンコーディングするための複合エンコーダーを含むことができる。例えば、EDC565は音響データのためのMP3エンコーダー及び映像データのためのMPEGエンコーダーを同時に含むことができる。
また、EDC565は、メモリ装置555から出力をデコーディング(decoding)することができる。例えば、EDC565はメモリ装置555から出力された音響データをMP3ファイルでデコーディングすることができる。一方、EDC565は、メモリ装置555から出力された映像データをMPEGファイルでデコーディングすることができる。また、EDC565は、音響データのためのMP3デコーダーと映像データのためのMPEGデコーダーを同時に含むことができる。しかし、EDC565は、音響及び/または映像データのためのデコーダーのみを含むこともできる。例えば、エンコーディングされた音響及び/または映像データが、EDC565に入力されてメモリコントローラー560及び/またはメモリ装置555に伝達されることができる。
EDC565は、インターフェース575を経由してエンコーディングのための音響及び/または映像データ、またはエンコーディングされた音響及び/または映像データを受信することができる。インターフェース575はファイヤーワイヤーインターフェース、USBインターフェースなどを含むことができる。音響及び/または映像データは、メモリ装置555からインターフェース575を経由して表示部材570を通じて出力されることができる。
表示部材570は、メモリ装置555から直接出力されるか、またはEDC565によってデコーディングされた音響及び/または映像データを使用者に表示することができる。表示部材570は音響データを出力するためのスピーカージャックや映像データを出力するディスプレースクリーンなどを含むことができる。
本発明の実施形態において、上述のように高い集積度と蓄積容量を確保しながら要求されるレベルの電気的特性を具備するメモリ装置555がメモリシステム550に適用されることによって、メモリシステム550の性能を改善させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特徴請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。