JP2024061654A - キャパシタ構造物、及び当該キャパシタ構造物を含む半導体装置 - Google Patents
キャパシタ構造物、及び当該キャパシタ構造物を含む半導体装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】改善された電気的特性を有するキャパシタ構造物を提供する。【解決手段】本発明によるキャパシタ構造物は、基板上に形成された下部電極、及び基板の上面に垂直な垂直方向に沿って下部電極上に積層された複数の電極パターンを含む電極構造物を備える下部電極構造物と、下部電極構造物に接触する誘電パターンと、誘電パターンに接触する上部電極と、を含む。【選択図】図１
Description
本発明は、キャパシタ構造物、及び当該キャパシタ構造物を含む半導体装置に関する。
ＤＲＡＭ装置に含まれたキャパシタは、下部電極及び上部電極、並びにこれらの間に形成される誘電膜を含み、上記キャパシタの電気容量を増やすために、下部電極と誘電膜の間の接触面積を増加させる必要がある。
下部電極は、エッチング工程により、モールド膜をエッチングして開口を形成した後、開口内に形成される。下部電極と誘電膜の間の接触面積を増加させるためには、下部電極が高い上面を有するように形成されなければならないので、開口のアスペクト比が増加し、これは、エッチング工程の難易度を増加させる。
本発明の目的は、改善された電気的特性を有するキャパシタ構造物を提供することにある。
また、本発明の目的は、改善された電気的特性を有するキャパシタ構造物を含む半導体装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、改善された電気的特性を有するキャパシタ構造物を含む半導体装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の一様態によるキャパシタ構造物は、基板上に形成された下部電極と、前記基板の上面に垂直な垂直方向に沿って、前記下部電極上に積層された複数の電極パターンを有する電極構造物を備える下部電極構造物と、前記下部電極構造物に接触する誘電パターンと、前記誘電パターンに接触する上部電極と、を含む。
上記目的を達成するための本発明の他の様態によるキャパシタ構造物は、基板上に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成され、前記下部電極に接触する電極構造物を備える下部電極構造物と、前記下部電極の第１の部分の側壁に接触する第１の支持膜と、前記電極構造物の第１の部分の側壁に接触する第２の支持膜と、前記下部電極の第２の部分の側壁、及び前記電極構造物の第２の部分の側壁に接触する誘電パターンと、前記誘電パターンに接触する上部電極と、を含む。
上記目的を達成するための本発明の更に他の様態による半導体装置は、基板上に形成されたアクティブパターンと、前記基板の上面に平行な第１の方向に延在し、前記アクティブパターンの上部に埋め立てられたゲート構造物と、前記基板の上面に平行で且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向に延在し、前記アクティブパターンの中央部上に形成されたビットライン構造物と、前記アクティブパターンの各両端上に形成されたコンタクトプラグ構造物と、前記コンタクトプラグ構造物上に形成されたキャパシタ構造物とを含み、前記キャパシタ構造物は、下部電極と、前記基板の上面に垂直な垂直方向に沿って、前記下部電極上に積層された複数の電極パターンを有する電極構造物を備える下部電極構造物と、前記下部電極構造物に接触する誘電パターンと、前記誘電パターンに接触する上部電極と、を含む。
本発明によるキャパシタ構造物は、モールド膜をエッチングして開口を形成し、開口内に下部電極を形成した後、下部電極上に選択的蒸着工程を繰返し行って、電極構造物を更に形成することにより、下部電極及び電極構造物を含む下部電極構造物とこの側壁に形成される誘電パターンの間の接触面積が増加するので、下部電極構造物、誘電パターン、及び上部電極を含むキャパシタの電気容量を増やすことができる。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態によるキャパシタ構造物及びその形成方法、当該キャパシタ構造物を含む半導体装置及びその製造方法について詳細に説明する。本明細書において、物質、層（膜）、領域、パッド、電極、パターン、構造物、又は工程が「第１」、「第２」、及び／又は「第３」と言及される場合、これらの部材を限定するためのものではなく、単に、各物質、層（膜）、領域、電極、パッド、パターン、構造物、及び工程を区分するためのものである。そこで、「第１」、「第２」、及び／又は「第３」は、各物質、層（膜）、領域、電極、パッド、パターン、構造物、及び工程に対して、それぞれ選択的に、又は交換的に使用可能である。
図１は、本発明の一実施形態による第１のキャパシタ構造物を説明するための断面図である。
第１のキャパシタ構造物は、基板１０上に形成された第１のキャパシタ１７２、第１の支持膜５０、第２の支持膜９８、及び上部電極プレート１８０を含み、第１のキャパシタ１７２は、第１の下部電極構造物１３２、第１の誘電パターン１５５、及び第１の上部電極１６５を含む。また、第１のキャパシタ構造物は、更に、基板１０上に形成され、第１の導電パターン２５を収容する第１の層間絶縁膜２０、及び第１のエッチングストップ膜３０を含む。
基板１０は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコン－ゲルマニウムなどのような半導体物質、又は、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂなどのようなＩＩＩ－Ｖ族化合物を含む。他の実施形態によると、基板１０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、又は、ＧＯＩ（Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。
第１の導電パターン２５は、例えば、コンタクトプラグ、ランディングパッドなどを含み、基板１０上において、基板１０の上面に平行な水平方向に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
第１の層間絶縁膜２０は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のような酸化物、あるいは、低誘電物質を含み、第１の導電パターン２５は、例えば、金属、金属窒化物、金属シリサイド、不純物がドープされたポリシリコンなどを含む。
第１のエッチングストップ膜３０は、第１の層間絶縁膜２０上に形成される。第１のエッチングストップ膜３０は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコン硼窒化物（ＳｉＢＮ）などのような絶縁性窒化物、あるいは、シリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）を含む。
第１の下部電極構造物１３２は、第１のエッチングストップ膜３０を貫通して、各第１の導電パターン２５の上面に接触し、基板１０の上面に垂直な垂直方向に延在するピラー（ｐｉｌｌａｒ）形状を有する。
他の実施形態において、第１の下部電極構造物１３２は、垂直方向に積層された下部電極８０と、第１の電極構造物１２０とを含む。
下部電極８０は、例えば、チタン窒化物（ＴｉＮ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮ）などのような金属窒化物、チタンシリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）のような金属シリコン窒化物、あるいは、例えば、ニオブ酸化物（ＮｂＯ）などのような金属酸化物を含む。
第１の電極構造物１２０は、垂直方向に沿って順次積層された複数の電極パターンを含み、図１には、垂直方向に沿って順次積層された第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８が示されているが、これに限定されない。
第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８のそれぞれは、例えば、チタン窒化物（ＴｉＮ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮ）などのような金属窒化物、チタンシリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）のような金属シリコン窒化物、あるいは、例えば、ニオブ酸化物（ＮｂＯ）などのような金属酸化物を含む。一実施形態において、第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８のそれぞれは、下部電極８０と実質的に同一の導電物質を含む。これとは異なり、第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８の少なくとも一部は、下部電極８０とは異なる導電物質を含んでもよい。
第１の支持膜５０は、下部電極８０の側壁に形成され、例えば、水平方向に互いに対向する上下面を有する平板形状を有するつことができる。他の実施形態において、第１の支持膜５０は、垂直方向に沿って、第１のエッチングストップ膜３０上で互いに離隔して、複数設けられる。
第１の支持膜５０は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコン硼窒化物（ＳｉＢＮ）などのような絶縁性窒化物、あるいは、シリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）を含む。
第２の支持膜９８は、第１の電極構造物１２０に含まれた最上層の電極パターン、すなわち、図１では、第４の電極パターン１１８の側壁に形成され、例えば、水平方向に互いに対向する上下面を有する平板形状を有する。
第２の支持膜９８は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコン硼窒化物（ＳｉＢＮ）などのような絶縁性窒化物、あるいは、シリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）を含む。一実施形態において、第２の支持膜９８は、第１の支持膜５０と実質的に同一の絶縁物質を含む。これとは異なり、第２の支持膜９８は、第１の支持膜５０とは異なる絶縁物質を含んでもよい。
第１の誘電パターン１５５は、第１のエッチングストップ膜３０と第１の支持膜５０の間、第１の支持膜５０の間、及び最上層の第１の支持膜５０と第２の支持膜９８の間において、下部電極８０の側壁、及び第１の電極構造物１２０に含まれた最上層の電極パターン、つまり、図１では、第４の電極パターン１１８を除く残りの電極パターン、すなわち、図１では、第１～第３の電極パターン１１２、１１４、１１６の側壁に接触する。
第１の誘電パターン１５５は、例えば、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ニオブ酸化物、アルミニウム酸化物などのように、高誘電率を有する金属酸化物を含む。
第１の上部電極１６５は、第１の誘電パターン１５５により、その表面が覆われ、第１のエッチングストップ膜３０と第１の支持膜５０の間、第１の支持膜５０の間、及び最上層の第１の支持膜５０と第２の支持膜９８の間に形成される。
第１の上部電極１６５は、例えば、チタン窒化物（ＴｉＮ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮ）などのような金属窒化物、チタンシリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）のような金属シリコン窒化物、あるいは、例えば、ニオブ酸化物（ＮｂＯ）などのような金属酸化物を含む。第１の上部電極１６５は、下部電極８０と実質的に同一の物質を含み、これとは異なる物質を含んでもよい。
上部プレート電極１８０は、例えば、不純物がドープされたシリコン－ゲルマニウムを含む。
上述したように、第１のキャパシタ１７２は、垂直方向に積層された下部電極８０及び第１の電極構造物１２０を含む第１の下部電極構造物１３２を備え、これにより、第１の導電パターン２５の上面から第１の下部電極構造物１３２の上面に至る高さは、下部電極８０の上面の高さに加えて、第１の電極構造物１２０の垂直方向への厚さ分だけ、増加する。
そこで、第１の誘電パターン１５５は、下部電極８０の側壁のみならず、第１の電極構造物１２０に含まれた第１～第３の電極パターン１１２、１１４、１１６の側壁にも接触するので、第１の下部電極構造物１３２、第１の誘電パターン１５５、及び第１の上部電極１６５を含む第１のキャパシタ１７２は、増加した電気容量を有する。
一方、図２～図９を参照して後述するように、第１の下部電極構造物１３２は、エッチング工程により、第１の開口７０（図３参照）を形成した後、第１の開口７０内に全体として形成される代わりに、第１の開口７０内に下部電極８０（図４参照）を形成した後、下部電極８０上に、選択的蒸着工程により第１の電極構造物１２０を更に形成するので、エッチング工程の難易度が減少する。また、上部から下部に向かって徐々に下部電極８０の幅が減少して、第１の誘電パターン１５５との接触面が減少する現象が緩和され、これにより、下部電極８０を含む第１のキャパシタ１７２の電気容量が増加する。
図２～図９は、本発明の一実施形態による第１のキャパシタ構造物の形成方法を説明するための断面図である。
図２に示すように、基板１０上に、第１の導電パターン２５を収容する第１の層間絶縁膜２０を形成し、第１の導電パターン２５及び第１の層間絶縁膜２０上に、第１のエッチングストップ膜３０を形成した後、第１のエッチングストップ膜３０上に、モールド膜４０及び第１の支持膜５０を交互に繰返し積層して、最上層のモールド膜４０上に、第１のマスク膜６０を形成する。
第１の導電パターン２５は、基板１０上において、基板１０の上面に平行な水平方向に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
第１のエッチングストップ膜３０及び第１の支持膜５０は、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコン硼窒化物（ＳｉＢＮ）などのような絶縁性窒化物、あるいは、シリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）を含み、モールド膜４０は、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）のような酸化物を含む。
図３に示すように、第１のマスク膜６０をパターニングして、第１のマスク６５を形成した後、これをエッチングマスクとして用いるエッチング工程を行って、モールド膜４０、第１の支持膜５０、及び第１のエッチングストップ膜３０を貫通して、各第１の導電パターン２５の上面を露出させる第１の開口７０を形成する。
第１の開口７０は、上部から見ると、例えば、円形状、楕円形状、多角形状、隅が丸めた多角形状などの形状を有し、水平方向に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
一方、エッチング工程を行うことにより、第１のマスク６５の厚さは減少する。
図４に示すように、第１のマスク６５を除去して、最上層のモールド膜４０の上面を露出させた後、第１の開口７０内に、下部電極８０を形成する。
下部電極８０は、第１の開口７０を満たす下部電極膜を、露出した第１の導電パターン２５の上面、及び露出した最上層のモールド膜４０の上面に形成した後、最上層のモールド膜４０の上面が露出するまで、下部電極膜に対して平坦化工程を行うことで形成する。
平坦化工程は、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程及び／又はエッチバッグ工程を含む。
下部電極８０は、例えば、チタン窒化物（ＴｉＮ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮ）などのような金属窒化物、例えば、チタンシリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）のような金属シリコン窒化物、あるいは、例えば、ニオブ酸化物（ＮｂＯ）などのような金属酸化物を含む。
図５に示すように、第１の選択的蒸着工程を行って、絶縁物質を含む最上層のモールド膜４０上に、第１の絶縁膜９２を形成する。
第１の絶縁膜９２は、導電物質を含む下部電極８０上に、抑制剤（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）を塗布した後、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程、原子層蒸着（ＡＬＤ）工程などのような蒸着工程を行うことで形成される。
一実施形態において第１の絶縁膜９２は、モールド膜４０と実質的に同一の絶縁物質、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）を含む。これとは異なり、第１の絶縁膜９２は、モールド膜４０とは異なる絶縁物質、例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン炭窒化物（ＳｉＣＮ）、シリコン硼窒化物（ＳｉＢＮ）などのような絶縁性窒化物、例えば、アルミニウム酸化物（ＡｌＯ）のような金属酸化物、あるいは、シリコン酸炭化物（ＳｉＯＣ）を含んでもよい。
図６に示すように、第２の選択的蒸着工程を行って、下部電極８０上に、第１の電極パターン１１２を形成する。
第１の電極パターン１１２は、絶縁物質を含む第１の絶縁膜９２上に、抑制剤を塗布した後、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程、原子層蒸着（ＡＬＤ）工程などのような蒸着工程を行うことで形成される。
第１の電極パターン１１２は、例えば、金属窒化物、金属シリコン窒化物、あるいは、金属酸化物を含む。一実施形態において、第１の電極パターン１１２は、下部電極８０と実質的に同一の導電物質を含む。これとは異なり、第１の電極パターン１１２は、下部電極８０とは異なる導電物質を含んでもよい。
図７に示すように、図５及び図６で説明した第１の選択的蒸着工程、及び第２の選択的蒸着工程を交互に繰返して行う。
これにより、第１の絶縁膜９２上には、第２～第４の絶縁膜９４、９６、９８が、基板１０の上面に垂直な垂直方向に沿って順次積層され、また、第１の電極パターン１１２上には、第２～第４の電極パターン１１４、１１６、１１８が、垂直方向に沿って順次積層される。ここで、第２～第４の絶縁膜９４、９６、９８は、第１の絶縁膜９２と実質的に同一の絶縁物質を含むか、又は、これとは異なる絶縁物質を含み得る。また、第２～第４の電極パターン１１４、１１６、１１８は、第１の電極パターン１１２と実質的に同一の導電物質を含むか、又は、これとは異なる導電物質を含んでもよい。
垂直方向に沿って順次積層された第１～第４の絶縁膜９２、９４、９６、９８は、第１の絶縁膜構造物１００を形成し、垂直方向に沿って順次積層された第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８は、第１の電極構造物１２０を形成する。
但し、これは例示に過ぎず、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、第１の絶縁膜構造物１００は、垂直方向に沿って順次積層された任意の複数の絶縁膜を含み、また、第１の電極構造物１２０は、垂直方向に沿って順次積層された任意の複数の電極パターンを含む。
他の実施形態において、第１の絶縁膜構造物１００に含まれた最上層の絶縁膜、すなわち、図７において、第４の絶縁膜９８は、モールド膜４０とは異なる絶縁物質を含み、第１の絶縁膜構造物１００に含まれた残りの絶縁膜、すなわち、図７では、第１～第３の絶縁膜９２、９４、９６は、モールド膜４０と実質的に同一の絶縁物質を含む。
他の実施形態において、第１の電極構造物１２０に含まれた電極パターン、すなわち、図７において、第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８は、下部電極８０と実質的に同一の導電物質を含む。これとは異なり、第１の電極構造物１２０に含まれた電極パターンの一部、すなわち、図７では、第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８の一部は、下部電極８０とは異なる導電物質を含んでもよい。
一方、下部電極８０及び第１の電極構造物１２０は、第１の下部電極構造物１３２を形成する。
図８に示すように、第１の絶縁膜構造物１００、モールド膜４０、及び第１の支持膜５０を、例えば、ドライエッチング工程により部分的に除去して、第１のエッチングストップ膜３０の上面を露出させる第２の開口を形成した後、第２の開口を介して、モールド膜４０を除去する。
他の実施形態において、モールド膜４０は、ウェットエッチング工程により除去され、ウェットエッチング工程を行うことで、各下部電極８０の側壁を露出させる第３の開口１４０が形成される。ここで、第１の支持膜５０は、各下部電極８０の側壁に残留し、第３の開口１４０は、第１のエッチングストップ膜３０の上面及び各第１の支持膜５０の表面を共に露出させる。
他の実施形態において、ウェットエッチング工程において、第１の絶縁膜構造物１００に含まれた少なくとも一部の絶縁膜は、モールド膜４０と共に除去される。
すなわち、第１～第３の絶縁膜９２、９４、９６が、モールド膜４０と実質的に同一の絶縁物質、例えば、シリコン酸化物を含み、第４の絶縁膜９８が、モールド膜４０とは異なる絶縁物質を含む場合、ウェットエッチング工程において、第１～第３の絶縁膜９２、９４、９６は、モールド膜４０と共に除去される。ここで、第３の開口１４０は、第１～第３の電極パターン１１２、１１４、１１６の側壁、及び第４の絶縁膜９８の下面を共に露出させる。
ウェットエッチング工程において、除去されずに残留する絶縁膜、すなわち、図７において、第４の絶縁膜９８は、第１の支持膜５０と同様に、第１の下部電極構造物１３２の側壁に形成されて、これを支持する役割を果たし、これにより、第２の支持膜９８とも称される。
図９に示すように、第３の開口１４０により露出した各下部電極８０及び第１～第３の電極パターン１１２、１１４、１１６の側壁、第１のエッチングストップ膜３０の上面、各第１の支持膜５０の表面、及び第４の絶縁膜９８の下面に、第１の誘電膜１５０を形成した後、第１の誘電膜１５０上に、第３の開口１４０の残りの部分を満たす第１の上部電極膜１６０を形成する。
ここで、第１の誘電膜１５０及び第１の上部電極膜１６０は、第４の電極パターン１１８及び第４の絶縁膜９８の上面にも、垂直方向に沿って積層される。
再度、図１を参照すると、第４の電極パターン１１８及び第４の絶縁膜９８の上面に積層された第１の誘電膜１５０及び第１の上部電極膜１６０部分を除去する。
以下、第３の開口１４０内に残留する第１の誘電膜１５０及び第１の上部電極膜１６０部分は、それぞれ、第１の誘電パターン１５５及び第１の上部電極１６５と称する。
下部電極８０及び第１の電極構造物１２０を含む第１の下部電極構造物１３２、第１の誘電パターン１５５、及び第１の上部電極１６５は、第１のキャパシタ１７２を形成する。
その後、第１のキャパシタ１７２上に、上部電極プレート１８０（図１２参照）を更に形成する。上部電極プレート１８０は、例えば、不純物がドープされたシリコン－ゲルマニウムを含む。
上述したように、下部電極８０を形成した後、下部電極８０上に、第２の選択的蒸着工程を繰返し行って、第１の電極構造物１２０を形成し、下部電極８０及び第１の電極構造物１２０は、第１の下部電極構造物１３２を形成する。
もし、第１の下部電極構造物１３２の上面と同一の高さに形成された上面を有する下部電極８０を形成する場合は、モールド膜４０及び第１の支持膜５０を含む構造物の厚さを増加しなければならず、上記構造物をエッチングして形成される第１の開口７０が、大きなアスペクト比（ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）を有する。
これにより、第１の開口７０を形成するためのエッチング工程の難易度が増加し、上記エッチング工程の特性上、第１の開口７０の幅が上部から下部に向かって徐々に減少する。そこで、第１の開口７０内に形成される下部電極８０の幅も、上部から下部に向かって徐々に減少して、第１の誘電パターン１５５との接触面が減少するので、下部電極８０を含む第１のキャパシタ１７２の電気容量が減少する。
しかし、他の実施形態において、エッチング工程により、第１の開口７０を形成し、第１の開口７０内に下部電極８０を形成した後、第２の選択的蒸着工程を繰返し行って、下部電極８０上に第１の電極構造物１２０を更に形成するので、これらを含む第１の下部電極構造物１３２の上面が所望する高さを有するために、第１の開口７０が大きなアスペクト比を有する必要がない。そこで、第１の開口７０を形成するためのエッチング工程の難易度が減少し、第１の開口７０内に形成される下部電極８０の幅が、上部から下部に向かって徐々に減少する現象が減少する。
図１０及び図１１は、本発明の一実施形態による第１のキャパシタ構造物を形成する他の方法を説明するための断面図である。第１のキャパシタ構造物を形成する他の方法は、図２～図９及び図１で説明した工程と同様な工程を含むので、これらに対する重複した説明は省略する。
図１０に示すように、図２～図４で説明した工程と同様な工程を行った後、図６で説明した第２の選択的蒸着工程を行って、下部電極８０上に、第１の電極パターン１１２を形成する。
図１１に示すように、図５で説明した第１の選択的蒸着工程を行って、最上層のモールド膜４０上に、第１の絶縁膜９２を形成する。
すなわち、第１のキャパシタ構造物を形成する他の方法では、第１の選択的蒸着工程を行った後に第２の選択的蒸着工程を行う代わりに、第２の選択的蒸着工程を行った後に第１の選択的蒸着工程を行う。
以後、図７で説明した工程と同様な工程を行って、第１の電極構造物１２０及び第１の絶縁膜構造物１００を形成する。
すなわち、第２の選択的蒸着工程及び第１の選択的蒸着工程を交互に繰返して行うことで、第１の電極構造物１２０及び第１の絶縁膜構造物１００を形成する。ここで、第１の選択的蒸着工程及び第２の選択的蒸着工程を行う順序は、これらが交互にのみ行われれば構わない。
以後、図８～図９及び図１で説明した工程と同様な工程を行って、第１のキャパシタ構造物を形成する。
図１２は、本発明の一実施形態による第２のキャパシタ構造物を説明するための断面図である。第２のキャパシタ構造物は、第３の支持膜、第２の誘電パターン、及び第２の上部電極を更に含むことを除くと、図１で説明した第１のキャパシタ構造物と同様であるので、重複した説明は省略する。
図１２に示すように、第２のキャパシタ構造物は、第１の電極構造物１２０に含まれた電極パターンのうち、一部の側壁、すなわち、図１２では、第１の電極パターン１１２の側壁に形成された第３の支持膜９２を更に含む。
また、第２のキャパシタ構造物は、第２のキャパシタ１７４を含み、第２のキャパシタ１７４は、第１の電極構造物１２０に含まれた電極パターンのうち、第２及び第３の支持膜９８、９２により側壁が覆われた電極パターンを除く残りの電極パターンの側壁、すなわち、図１２では、第２及び第３の電極パターン１１４、１１６の側壁、第２の支持膜９８の下面、及び第３の支持膜９２の上面に接触する第２の誘電パターン１５７と、第２の誘電パターン１５７により表面が覆われた第２の上部電極１６７を更に含む。
但し、第１の誘電パターン１５５は、第２の支持膜９８の下面の代わりに、第３の支持膜９２の下面に接触し、第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８の側壁には接触しない。
第２のキャパシタ１７４は、図８で説明した工程により、モールド膜４０を除去して、第３の開口１４０を形成するとき、第１の絶縁膜構造物１００に含まれた第２及び第３の絶縁膜９４、９６は、除去されるが、第１の絶縁膜９２は、除去されないことで、以後、図９で説明した工程により、第１の誘電膜１５０及び第１の上部電極膜１６０が、第１及び第４の絶縁膜９２、９８の間にも形成されることで具現される。ここで、第１の絶縁膜９２は、第４の絶縁膜９８と同様に、第１の電極構造物１２０の側壁に形成され、これを支持するので、第３の支持膜９２とも称される。
図１３は、本発明の一実施形態による第３のキャパシタ構造物を説明するための断面図である。第３のキャパシタ構造物は、第２の支持膜の代わり、第４の支持膜を含み、第３の誘電パターン及び第３の上部電極を更に含むことを除くと、図１で説明した第１のキャパシタ構造物と同様であるので、重複した説明は省略する。
図１３に示すように、第３のキャパシタ構造物は、第１の電極構造物１２０に含まれた最上層の電極パターン、すなわち、図１３では、第４の電極パターン１１８の側壁に形成された第２の支持膜９８を含まない代わりに、第１の電極構造物１２０に含まれた電極パターンうち、残りの一部の側壁、すなわち、図１３では、第３の電極パターン１１６の側壁に形成された第４の支持膜９６を更に含む。
また、第３のキャパシタ構造物は、第３のキャパシタ１７６を含み、第３のキャパシタ１７６は、第１の電極構造物１２０に含まれた電極パターンのうち、最上層の電極パターンの側壁、すなわち、図１３では、第４の電極パターン１１８の側壁及び第４の支持膜９６の上面に接触する第３の誘電パターン１５８、及び第３の誘電パターン１５８により下面及び側壁が覆われた第３の上部電極１６８を更に含む。
但し、第１の誘電パターン１５５は、第２の支持膜９８の下面の代わりに、第４の支持膜９６の下面に接触し、第３～第４の電極パターン１１６、１１８の側壁には接触しない。
図１４及び図１５は、本発明の一実施形態による第３のキャパシタ構造物を形成する方法を説明するための断面図である。第３のキャパシタ構造物を形成する方法は、図２～図９及び図１で説明した工程と同様な工程を含むので、これらに対する重複した説明は省略する。
図１４に示すように、図２～図７で説明した工程と同様な工程を行った後、図８で説明した工程を行って、第３の開口１４０を形成する。
但し、第３の開口１４０を形成するとき、第１の絶縁膜構造物１００に含まれた第１、第２、及び第４の絶縁膜９２、９４、９８は除去され、第３の絶縁膜９６は除去されない。
図１５に示すように、図９で説明した工程を行って、第１の誘電膜１５０及び第１の上部電極膜１６０を形成し、ここで、第１の誘電膜１５０及び第１の上部電極膜１６０は、第３の絶縁膜９６及び第４の電極パターン１１８上にも形成される。
ここで、第３の絶縁膜９６は、第４の絶縁膜９８と同様に、第１の電極構造物１２０の側壁に形成され、これを支持するので、第４の支持膜９６とも称される。
再度、図１３を参照すると、第４の電極パターン１１８の上面が露出するまで、第１の上部電極膜１６０及び第１の誘電膜１５０の上部を平坦化し、これにより、第４の支持膜９６の上面及び第４の電極パターン１１８の側壁に接触する第３の誘電パターン１５８、及び第３の誘電パターン１５８により下面及び側壁が覆われた第３の上部電極１６８が形成される。
図１６は、本発明の一実施形態による第４のキャパシタ構造物を説明するための断面図である。第４のキャパシタ構造物は、第２の電極構造物、第５の支持膜、第４の誘電パターン、及び第４の上部電極を更に含むことを除くと、図１２で説明した第２のキャパシタ構造物と同様であるので、重複した説明は省略する。
図１６に示すように、第４のキャパシタ構造物は、第４のキャパシタ１７８を含み、第４のキャパシタ１７８は、第１の下部電極構造物１３２の代わりに、第２の下部電極構造物１３４を含む。
第２の下部電極構造物１３４は、下部電極８０及び第１の電極構造物１２０に加えて、第１の電極構造物１２０上に形成された第２の電極構造物１２５を更に含み、第２の電極構造物１２５は、垂直方向に沿って順次積層された複数の電極パターンを含む。図１６では、第２の電極構造物１２５が、第５～第８の電極パターン１１１、１１３、１１５、１１７を含むことが示されているが、これに限定されない。
第５～第８の電極パターン１１１、１１３、１１５、１１７は、第１～第４の電極パターン１１２、１１４、１１６、１１８に対応する。これにより、第５～第８の電極パターン１１１、１１３、１１５、１１７のそれぞれは、例えば、チタン窒化物（ＴｉＮ）、ニオブ窒化物（ＮｂＮ）などのような金属窒化物、チタンシリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）のような金属シリコン窒化物、あるいは、例えば、ニオブ酸化物（ＮｂＯ）などのような金属酸化物を含む。一実施形態において、第５～第８の電極パターン１１１、１１３、１１５、１１７のそれぞれは、下部電極８０と実質的に同一の導電物質を含む。これとは異なり、第５～第８の電極パターン１１１、１１３、１１５、１１７の少なくとも一部は、下部電極８０とは異なる導電物質を含んでもよい。
一方、図示していないが、第２の下部電極構造物１３４は、第１の電極構造物１２０上に、第２の電極構造物１２５のみならず、これに対応する更なる電極構造物を含む。
第４のキャパシタ構造物は、第２の電極構造物１２５に含まれた電極パターンのうち、最上層の電極パターン、すなわち、図１６では、第８の電極パターン１１７の側壁に形成された第５の支持膜９９を更に含み、第５の支持膜９９は、第１及び第２の支持膜５０、９２と実質的に同一の絶縁物質、又は、これとは異なる絶縁物質を含んでもよい。
第４のキャパシタ１７８は、更に、第２及び第５の支持膜９２、９９に形成された第５～第７の電極パターン１１１、１１３、１１５の側壁、第２の支持膜９２の上面及び第５の支持膜９９の下面に接触する第４の誘電パターン１５９、及び第４の誘電パターン１５９により取り囲まれた第４の上部電極１６９を含む。
図１７は、本発明の一実施形態による半導体装置を説明するための平面図であり、図１８は、図１７のＡ－Ａ’線に沿った断面図である。
上記半導体装置は、図１で説明した第１のキャパシタ構造物を、ＤＲＡＭ装置に適用しており、第１のキャパシタ構造物に対する重複した説明は省略する。但し、上記半導体装置は、第１のキャパシタ構造物の代わりに、図１２、図１３、及び図１６で説明した第２～第４のキャパシタ構造物のうちのいずれか１つを含んでもよい。
以下の説明では、基板３００の上面に平行な水平方向のうち、互いに直交する２つの方向をそれぞれ、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）と定義し、また、基板３００の上面に平行であり、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）のそれぞれと鋭角をなす方向を、第３の方向（Ｄ３）と定義する。一方、基板３００の上面に垂直な方向は、垂直方向と称する。
上記半導体装置は、基板３００上に形成されたアクティブパターン３０５、ゲート構造物３６０、第１のビットライン構造物５９５、コンタクトプラグ構造物、及び第１のキャパシタ構造物を含む。
また、上記半導体装置は、更に、素子分離パターン３１０、スペーサ構造物６６５、第４のスペーサ６９０、第２のキャップパターン６８５（図２８参照）、第１及び第２の絶縁パターン構造物４３５、７９０、第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０、及び金属シリサイドパターン７００を含む。
アクティブパターン３０５はそれぞれが、第３の方向（Ｄ３）に延在し、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。アクティブパターン３０５の側壁は、素子分離パターン３１０により覆われる。アクティブパターン３０５は、基板３００と実質的に同一の物質を含み、素子分離パターン３１０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含む。
図２０を共に参照すると、ゲート構造物３６０は、アクティブパターン３０５及び素子分離パターン３１０の上部を貫通して、第１の方向（Ｄ１）に延在する第２のリセス内に形成される。ゲート構造物３６０は、第２のリセスの底面及び側壁に形成された第１のゲート絶縁パターン３３０、第２のリセスの底面及び下部側壁に形成された第１のゲート絶縁パターン３３０部分の上に形成された第１のゲート電極３４０、及び第１のゲート電極３４０上に形成され、第２のリセスの上部を満たすゲートマスク３５０を含む。
第１のゲート絶縁パターン３３０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含み、第１のゲート電極３４０は、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどを含み、ゲートマスク３５０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
他の実施形態において、ゲート構造物３６０は、第１の方向（Ｄ１）に沿って延在し、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
図２１及び図２２を参照すると、第２の絶縁膜構造物４３０を貫通して、アクティブパターン３０５、素子分離パターン３１０、及びゲート構造物３６０に含まれたゲートマスク３５０の上面を露出させる第４の開口４４０が形成され、第４の開口４４０により、アクティブパターン３０５の第３の方向（Ｄ３）への中央部の上面が露出する。
他の実施形態において、第４の開口４４０の底面は、第４の開口４４０により露出したアクティブパターン３０５の上面よりも広い。これにより、第４の開口４４０は、アクティブパターン３０５に隣接した素子分離パターン３１０の上面も露出させる。また、第４の開口４４０は、アクティブパターン３０５の上部、及びこれに隣接した素子分離パターン３１０の上部を貫通し、これにより、第４の開口４４０の底面は、第４の開口４４０が形成されないアクティブパターン３０５部分、すなわち、アクティブパターン３０５の第３の方向（Ｄ３）への各両縁部の上面よりも低い。
第１のビットライン構造物５９５は、第４の開口４４０、又は、第１の絶縁パターン構造物４３５上において、垂直方向に順次積層された第２の導電パターン４５５、第１のバリアパターン４６５、第３の導電パターン４７５、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５を含む。ここで、第２の導電パターン４５５、第１のバリアパターン４６５、及び第３の導電パターン４７５は、導電構造物を形成し、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５は、絶縁構造物を形成する。
第２の導電パターン４５５は、例えば、不純物がドープされたポリシリコンを含み、第１のバリアパターン４６５は、例えば、チタン窒化物のような金属窒化物、又は、例えば、チタンシリコン窒化物のような金属シリコン窒化物を含み、第３の導電パターン４７５は、例えば、タングステンのような金属を含み、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
他の実施形態において、第１のビットライン構造物５９５は、基板３００の上において、第２の方向（Ｄ２）に延在し、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０は、第４の開口４４０内に形成されて、第１のビットライン構造物５９５の下部側壁に接触する。第８の絶縁パターン６１０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含み、第９の絶縁パターン６２０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
第１の絶縁パターン構造物４３５は、アクティブパターン３０５及び素子分離パターン３１０上において、第１のビットライン構造物５９５の下に形成され、垂直方向に沿って順次積層された第５～第７の絶縁パターン４０５、４１５、４２５を含む。ここで、第５及び第７の絶縁パターン４０５、４２５は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含み、第６の絶縁パターン４１５は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
コンタクトプラグ構造物は、アクティブパターン３０５及び素子分離パターン３１０上において、垂直方向に沿って順次積層された下部コンタクトプラグ６７５、金属シリサイドパターン７００、及び上部コンタクトプラグ７５５を含む。
下部コンタクトプラグ６７５は、アクティブパターン３０５の第３の方向（Ｄ３）への各両縁部の上面に接触する。他の実施形態において、下部コンタクトプラグ６７５は、第１のビットライン構造物５９５の間において、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔して配置され、第２の方向（Ｄ２）において、互いに隣接する下部コンタクトプラグ６７５の間には、第２のキャップパターン６８５が形成される。ここで、第２のキャップパターン６８５は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
下部コンタクトプラグ６７５は、例えば、不純物がドープされたポリシリコンを含み、金属シリサイドパターン７００は、例えば、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイドなどを含む。
上部コンタクトプラグ７５５は、第２の金属パターン７４５、及びこの下面を覆う第２のバリアパターン７３５を含む。第２の金属パターン７４５は、例えば、タングステンのような金属を含み、第２のバリアパターン７３５は、例えば、チタン窒化物のような金属窒化物を含む。
他の実施形態において、上部コンタクトプラグ７５５は、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）のそれぞれに沿って互いに離隔して、複数形成され、上部から見ると、ハニカム状又は格子状に配列される。各上部コンタクトプラグ７５５は、上面から見ると、円形状、楕円形状、又は、多角形状を有する。
スペーサ構造物６６５は、第１のビットライン構造物５９５の側壁及び第７の絶縁パターン４２５の側壁を覆う第１のスペーサ６００、第１のスペーサ６００の下部外側壁に形成されたエアスペーサ６３５、及びエアスペーサ６３５の外側壁、第１の絶縁パターン構造物４３５の側壁、並びに第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０の上面を覆う第３のスペーサ６５０を含む。
第１及び第３のスペーサ６００、６５０のそれぞれは、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含み、エアスペーサ８９５は、空気を含む。
第４のスペーサ６９０は、第１のビットライン構造物５９５の上部側壁に形成された第１のスペーサ６００部分の外側壁に形成され、エアスペーサ６３５の上端及び第３のスペーサ６５０の上面を覆う。第４のスペーサ６９０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
図３２及び図３３を参照すると、第２の絶縁パターン構造物７９０は、上部コンタクトプラグ７５５、第１のビットライン構造物５９５に含まれた絶縁構造物の一部、並びに、第１、第３、及び第４のスペーサ６００、６５０、６９０の一部を貫通して、上部から見ると、上部コンタクトプラグ７５５を取り囲む第９の開口７６０の内壁に形成された第１０の絶縁パターン７７０、及び第１０の絶縁パターン７７０上に形成され、第９の開口７６０の残りの部分を満たす第１１の絶縁パターン７８０を含む。ここで、エアスペーサ６３５の上端は、第１０の絶縁パターン７７０により閉塞される。
第１０及び第１１の絶縁パターン７７０、７８０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
第１のエッチングストップ膜３０は、第１０及び第１１の絶縁パターン７７０、７８０、上部コンタクトプラグ７５５、及び第２のキャップパターン６８５上に形成され、第１のキャパシタ１７２に含まれた下部電極８０は、第１のエッチングストップ膜３０を貫通して、上部コンタクトプラグ７５５の上面に接触する。
上記半導体装置は、第１の下部電極構造物１３２、第１の誘電パターン１５５、及び第１の上部電極１６５を含む第１のキャパシタ１７２を備え、第１の下部電極構造物１３２が下部電極８０上に形成された第１の電極構造物１２０を更に含むことによって、第１の下部電極構造物１３２と第１の誘電パターン１５５の間の接触面積が増加し、増加した電気容量を確保することができる。
図１９～図３４は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。具体的に、図１９、図２１、図２４、図２８、及び図３２は、平面図であり、図２０は、図１９のＡ－Ａ’線及びＢ－Ｂ’線に沿った断面図であり、図２２～図２３、図２５～図２７、図２９～図３１、及び図３３～図３４は、対応する平面図のＡ－Ａ’線に沿った断面図である。
上記半導体装置の製造方法は、図１～図９で説明した第１のキャパシタ構造物の形成方法を、ＤＲＡＭ装置の製造方法に適用しており、第１のキャパシタ構造物の形成方法に対する重複した説明は省略する。
図１９及び図２０に示すように、基板３００の上部を除去して、第１のリセスを形成した後、第１のリセスを満たす素子分離パターン３１０を形成する。
基板３００上に、素子分離パターン３１０が形成されることによって、素子分離パターン３１０により側壁が覆われたアクティブパターン３０５が定義される。
以後、基板３００上に形成されたアクティブパターン３０５及び素子分離パターン３１０を部分的にエッチングして、第１の方向（Ｄ１）に延在する第２のリセスを形成した後、第２のリセス内に、ゲート構造物３６０を形成する。他の実施形態において、ゲート構造物３６０は、第１の方向（Ｄ１）に沿って延在し、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
図２１及び図２２に示すように、アクティブパターン３０５、素子分離パターン３１０、及びゲート構造物３６０上に、第２の絶縁膜構造物４３０を形成する。第２の絶縁膜構造物４３０は、順次積層された第５～第７の絶縁膜４００、４１０、４２０を含む。
以後、第２の絶縁膜構造物４３０をパターニングし、これをエッチングマスクとして用いて、下部のアクティブパターン３０５、素子分離パターン３１０、及びゲート構造物３６０に含まれたゲートマスク３５０を部分的にエッチングすることで、第４の開口４４０を形成する。他の実施形態において、エッチング工程後に残留する第２の絶縁膜構造物４３０は、上部から見ると、円形状又は楕円形状を有し、基板３００上において、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。ここで、各第２の絶縁膜構造物４３０は、互いに隣接するアクティブパターン３０５の互いに対向する第３の方向（Ｄ３）への末端と垂直方向に重なる。
図２３に示すように、第２の絶縁膜構造物４３０、及び第４の開口４４０により露出したアクティブパターン３０５、素子分離パターン３１０、及びゲート構造物３６０上に、第２の導電膜４５０、第１のバリア膜４６０、第３の導電膜４７０、及び第２のマスク膜４８０を順次積層し、これらは、導電構造物膜を形成する。ここで、第２の導電膜４５０は、第４の開口４４０を満たす。
図２４及び図２５に示すように、導電構造物膜上に、第２のエッチングストップ膜、及び第１のキャッピング膜を順次積層した後、第１のキャッピング膜をエッチングして、第１のキャップパターン５８５を形成し、これをエッチングマスクに用いて、第２のエッチングストップ膜、第２のマスク膜４８０、第３の導電膜４７０、第１のバリア膜４６０、及び第２の導電膜４５０を順次エッチングする。
他の実施形態において、第１のキャップパターン５８５は、第２の方向（Ｄ２）にそれぞれ延在し、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
エッチング工程を行うことによって、第４の開口４４０上には、順次積層された第２の導電パターン４５５、第１のバリアパターン４６５、第３の導電パターン４７５、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５が形成され、第４の開口４４０の外の第２の絶縁膜構造物４３０の第６の絶縁膜４１０上には、順次積層された第７の絶縁パターン４２５、第２の導電パターン４５５、第１のバリアパターン４６５、第３の導電パターン４７５、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５が形成される。
以下では、順次積層された第２の導電パターン４５５、第１のバリアパターン４６５、第３の導電パターン４７５、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５を、第１のビットライン構造物５９５と称する。ここで、第２の導電パターン４５５、第１のバリアパターン４６５、及び第３の導電パターン４７５は、導電構造物を形成し、第２のマスク４８５、第２のエッチングストップパターン５６５、及び第１のキャップパターン５８５は、絶縁構造物を形成する。他の実施形態において、第１のビットライン構造物５９５は、基板３００の上において、第２の方向（Ｄ２）に延在し、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
図２６に示すように、第１のビットライン構造物５９５が形成された基板３００上に、第１のスペーサ膜を形成した後、第１のスペーサ膜上に、第８及び第９の絶縁膜を順次形成する。
第１のスペーサ膜は、第６の絶縁膜４１０上に形成された第１のビットライン構造物５９５部分の下の第７の絶縁パターン４２５の側壁も覆い、第９の絶縁膜は、第４の開口４４０の残りの部分を満たす。
以後、エッチング工程を行って、第８及び第９の絶縁膜をエッチングする。他の実施形態において、エッチング工程は、例えば、リン酸（Ｈ２ＰＯ３）、ＳＣ１、及びフッ酸（ＨＦ）をエッチング液として用いるウェットエッチング工程により行われ、第８及び第９の絶縁膜のうち、第４の開口４４０内に形成された部分を除く残りの部分は、いずれも除去される。これにより、第１のスペーサ膜の表面の大部分、すなわち、第４の開口４４０内に形成された部分以外の第１のスペーサ膜部分が露出し、第４の開口４４０内に残留する第８及び第９の絶縁膜部分はそれぞれ、第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０を形成する。
以後、露出した第１のスペーサ膜の表面及び第４の開口４４０内に形成された第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０上に、第２のスペーサ膜を形成した後、これを異方性エッチングして、第１のビットライン構造物５９５の側壁を覆う第２のスペーサ６３０を、第１のスペーサ膜の表面、並びに第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０上に形成する。
以後、第１のキャップパターン５８５及び第２のスペーサ６３０をエッチングマスクとして用いるドライエッチング工程を行って、アクティブパターン３０５の上面を露出させる第５の開口６４０を形成し、第５の開口６４０により、素子分離パターン３１０の上面及びゲートマスク３５０の上面も露出される。
ドライエッチング工程により、第１のキャップパターン５８５の上面及び第６の絶縁膜４１０の上面に形成された第１のスペーサ膜部分が除去され、これにより、第１のビットライン構造物５９５の側壁を覆う第１のスペーサ６００が形成される。また、ドライエッチング工程において、第５及び第６の絶縁膜４００、４１０も部分的に除去されて、第１のビットライン構造物５９５の下部にそれぞれ、第５及び第６の絶縁パターン４０５、４１５として残留する。第１のビットライン構造物５９５の下方に順次積層された第５～第７の絶縁パターン４０５、４１５、４２５は、第１の絶縁パターン構造物４３５を形成する。
図２７に示すように、第１のキャップパターン５８５の上面、第２のスペーサ６３０の外側壁、第８及び第９の絶縁パターン６１０、６２０の上面の一部、及び第５の開口６４０により露出したアクティブパターン３０５、素子分離パターン３１０、及びゲートマスク３５０の上面に、第３のスペーサ膜を形成した後、第３のスペーサ膜を異方性エッチングして、第１のビットライン構造物５９５の側壁を覆う第３のスペーサ６５０を形成する。
第１のビットライン構造物５９５の側壁に水平方向に沿って順次積層された第１～第３のスペーサ６００、６３０、６５０は、予備スペーサ構造物６６０とも称される。
以後、第５の開口６４０を満たす犠牲膜を、基板３００上に十分な高さで形成した後、第１のキャップパターン５８５の上面が露出するまで、その上部を平坦化して、第５の開口６４０内に犠牲パターン６８０を形成する。
他の実施形態において、犠牲パターン６８０は、第２の方向（Ｄ２）に延在し、第１の方向（Ｄ１）に沿って、第１のビットライン構造物５９５により互いに離隔して、複数形成される。犠牲パターン６８０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含む。
図２８及び図２９に示すように、第１の方向（Ｄ１）にそれぞれ延在し、第２の方向（Ｄ２）に互いに離隔した複数の第６の開口を含む第３のマスク（図示せず）を、第１のキャップパターン５８５、犠牲パターン６８０、及び予備スペーサ構造物６６０上に形成し、これをエッチングマスクとして用いるエッチング工程を行って、犠牲パターン６８０をエッチングする。
他の実施形態において、各第６の開口は、垂直方向にゲート構造物３６０の間の領域に重なる。エッチング工程を行うことによって、基板３００上には、第１のビットライン構造物５９５の間に、アクティブパターン３０５及び素子分離パターン３１０の上面を露出させる第７の開口が形成される。
第３のマスクを除去した後、第７の開口を満たす下部コンタクトプラグ膜を十分な高さで形成し、第１のキャップパターン５８５、犠牲パターン６８０、及び予備スペーサ構造物６６０の上面が露出するまで、その上部を平坦化する。これにより、下部コンタクトプラグ膜は、第１のビットライン構造物５９５間において、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔した複数の下部コンタクトプラグ６７５に変わる。また、第１のビットライン構造物５９５の間において、第２の方向（Ｄ２）に延在する犠牲パターン６８０が、下部コンタクトプラグ６７５により、第２の方向（Ｄ２）に沿って、互いに離隔する複数の部分に分離される。
以後、犠牲パターン６８０を除去し、第８の開口を形成した後、第８の開口を満たす第２のキャップパターン６８５を形成する。他の実施形態において、第２のキャップパターン６８５は、垂直方向にゲート構造物３６０に重なる。
図３０に示すように、下部コンタクトプラグ６７５の上部を除去して、第１のビットライン構造物５９５の側壁に形成された予備スペーサ構造物６６０の上部を露出させた後、露出した予備スペーサ構造物６６０の第２及び第３のスペーサ６３０、６５０の上部を除去する。
以後、下部コンタクトプラグ６７５の上部を更に除去する。これにより、下部コンタクトプラグ６７５の上面は、第２及び第３のスペーサ６３０、６５０の最上面よりも低くなる。
以後、第１のビットライン構造物５９５、予備スペーサ構造物６６０、第１のキャップパターン６８５、及び下部コンタクトプラグ６７５上に、第４のスペーサ膜を形成し、これを異方性エッチングすることで、第１のビットライン構造物５９５の第１の方向（Ｄ１）への各両側壁に形成された予備スペーサ構造物６６０の上部を覆う第４のスペーサ６９０を形成し、これにより、下部コンタクトプラグ６７５の上面が露出する。
以後、露出した下部コンタクトプラグ６７５の上面に、金属シリサイドパターン７００を形成する。他の実施形態において、金属シリサイドパターン７００は、第１及び第２のキャップパターン５８５、６８５、第４のスペーサ６９０、及び下部コンタクトプラグ６７５上に、第１の金属膜を形成し、熱処理した後、第１の金属膜のうち、未反応部分を除去することで形成される。
図３１に示すように、第１及び第２のキャップパターン５８５、６８５、第４のスペーサ６９０、金属シリサイドパターン７００、及び下部コンタクトプラグ６７５上に、第２のバリア膜７３０を形成した後、第２のバリア膜７３０上に、第１のビットライン構造物５９５の間の空間を満たす第２の金属膜７４０を形成する。
以後、第２の金属膜７４０の上部に対する平坦化工程を更に行う。平坦化工程は、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程及び／又はエッチバッグ工程を含む。
図３２及び図３３に示すように、第２の金属膜７４０及び第２のバリア膜７３０をパターニングすることで、上部コンタクトプラグ７５５を形成し、上部コンタクトプラグ７５５の間には、第９の開口７６０が形成される。
第９の開口７６０は、第２の金属膜７４０及び第２のバリア膜７３０のみならず、第１及び第２のキャップパターン５８５、６８５、予備スペーサ構造物６６０、及び第４のスペーサ６９０も部分的に除去することで形成される。
上部コンタクトプラグ７５５は、第２の金属パターン７４５、及びこの下面を覆う第２のバリアパターン７３５を含む。他の実施形態において、上部コンタクトプラグ７５５は、上部から見ると、円形状、楕円形状、多角形状、隅が丸めた多角形状などの形状を有し、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って、例えば、ハニカム状に配列される。
一方、基板３００上に順次積層された下部コンタクトプラグ６７５、金属シリサイドパターン７００、及び上部コンタクトプラグ７５５は、コンタクトプラグ構造物を形成する。
図３４に示すように、第９の開口７６０により露出された予備スペーサ構造物６６０に含まれた第２のスペーサ６３０を除去して、エアギャップを形成し、第９の開口７６０の底面及び側壁に第１０の絶縁パターン７７０を形成した後、第９の開口７６０の残りの部分を満たす第１１の絶縁パターン７８０を形成する。
第１０及び第１１の絶縁パターン７７０、７８０は、第２の絶縁パターン構造物７９０を形成する。
第１０の絶縁パターン７７０により、エアギャップの上端が覆われ、これにより、エアスペーサ６３５が形成される。第１のスペーサ６００、エアスペーサ６３５、及び第３のスペーサ６５０は、スペーサ構造物６６５を形成する。
再度、図１７及び図１８を参照すると、図１～図９で説明した工程と同様な工程を行って、第１のキャパシタ１７２、第１のエッチングストップ膜３０、第１及び第２の支持膜５０、９８、及び上部電極プレート１８０を形成する。
ここで、第１のキャパシタ１７２に含まれた下部電極８０は、上部コンタクトプラグ７５５の上面に接触する。
図３５及び図３６は、本発明の一実施形態による半導体装置を説明するための平面図及び断面図である。ここで、図３６は、図３５のＢ－Ｂ’線に沿った断面図である。
上記半導体装置は、図１で説明した第１のキャパシタ構造物を、垂直チャンネルトランジスタ（ＶＣＴ）ＤＲＡＭ装置に適用しており、第１のキャパシタ構造物に対する重複した説明は省略する。但し、上記半導体装置は、第１のキャパシタ構造物の代わりに、図１２、図１３、及び図１６でそれぞれ説明した第２～第４のキャパシタ構造物のうちのいずれか１つを含む。
以下の説明では、基板８００の上面に平行な水平方向のうち、互いに直交する２つの方向をそれぞれ第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）と定義し、また、基板８００の上面に垂直な垂直方向は、第５の方向（Ｄ５）と称する。
図３５及び図３６に示すように、上記半導体装置は、基板８００上に形成された第２のビットライン構造物、第２のゲート電極９３５、第２のゲート絶縁パターン９２５、チャンネル９１５、コンタクトプラグ９７０、及び前記第１のキャパシタ構造物を含む。
また、上記半導体装置は、更に、第１２の絶縁膜８１０、第１５及び第１６の絶縁パターン９４０、９６０、並びに第２～第５の層間絶縁パターン８５０、８６０、９５０、９８０を含む。
また、上記半導体装置は、更に、第１２の絶縁膜８１０、第１５及び第１６の絶縁パターン９４０、９６０、並びに第２～第５の層間絶縁パターン８５０、８６０、９５０、９８０を含む。
基板８００は、半導体物質、絶縁物質、導電物質などを含む。
図３７及び図３８を参照すると、基板８００上には、第１２の絶縁膜８１０が形成され、第２のビットライン構造物は、第１２の絶縁膜８１０上において、第１の方向（Ｄ１）に延在する。
他の実施形態において、第２のビットライン構造物は、第１２の絶縁膜８１０上において、第５の方向（Ｄ５）に沿って順次積層された第１３の絶縁パターン８２０、第２のビットライン８３０、及び第１４の絶縁パターン８４０を含む。ここで、第１３の絶縁パターン８２０及び第２のビットライン８３０のそれぞれは、第１の方向（Ｄ１）に延在し、第１４の絶縁パターン８４０は、第２のビットライン８３０上において、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔して、複数形成される。
第２のビットライン構造物は、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数形成され、第２の層間絶縁パターン８５０は、第１２の絶縁膜８１０上において、第１の方向（Ｄ１）に延在して、第２の方向（Ｄ２）に互いに隣接する第２のビットライン構造物の間に形成される。
ここで、第２の層間絶縁パターン８５０は、第２の方向（Ｄ２）に第１４の絶縁パターン８４０と隣接する部分の上面は、この上面と実質的に同一の高さに形成され、第２の方向（Ｄ２）に第１４の絶縁パターン８４０と隣接しない部分の上面は、第２のビットライン８３０の上面と実質的に同一の高さに形成される。すなわち、第２の層間絶縁パターン８５０の上面の高さは、第１の方向（Ｄ１）に沿って、周期的に変わる。
第１２の絶縁膜８１０及び第２の層間絶縁パターン８５０のそれぞれは、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含み、第２のビットライン８３０は、例えば、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどのような導電物質を含み、第１３及び第１４の絶縁パターン８２０、８４０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
第１４の絶縁パターン８４０及び第２の層間絶縁パターン８５０上には、第２の方向（Ｄ２）に延在する第３の層間絶縁パターン８６０が形成される。第３の層間絶縁パターン８６０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含む。以下では、第３の層間絶縁パターン８６０、その下に形成された第１４の絶縁パターン８４０、及び第１４の絶縁パターン８４０と同一の高さに形成された第２の層間絶縁パターン８５０の上部を、バー（ｂａｒ）構造物と称する。バー構造物は、第２の方向（Ｄ２）に延在し、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔して、複数形成される。
チャンネル９１５は、バー構造物の間に形成され、第２のビットライン８３０及び第２の層間絶縁パターン８５０上において、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数形成される。ここで、第２の方向（Ｄ２）に互いに隣接するチャンネル９１５の間には、第１７の絶縁パターン５００が形成される。第１７の絶縁パターン５００は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物、あるいは、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
また、チャンネル９１５は、第１の方向（Ｄ１）に延在する第２のビットライン８３０上において、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。図面上では、各チャンネル９１５の第２の方向（Ｄ２）への幅が、第２のビットライン８３０の第２の方向（Ｄ２）への幅と同一であると示しているが、これに限定されない。
他の実施形態において、チャンネル９１５は、第２のビットライン８３０の上面、第２の層間絶縁パターン８５０の上面、及びバー構造物の側壁に形成され、一定の厚さを有する。これにより、チャンネル９１５は、第１の方向（Ｄ１）への断面がカップ形状を有する。
他の実施形態において、チャンネル９１５は、酸化物半導体物質を含む。酸化物半導体物質は、例えば、ＺＴＯ（ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯｘ（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＧＳＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）、インジウム酸化物（ＩｎＯｘ、Ｉｎ２Ｏ３）、ＳｎＯ２（ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＴｉＯｘ（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎｘＯｙＮｚ（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ＭｇｘＺｎｙＯｚ（ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）、ＩｎｘＺｎｙＯａ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩｎｘＧａｙＺｎｚＯａ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｒｘＩｎｙＺｎｚＯａ（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＨｆｘＩｎｙＺｎｚＯａ（ｈａｆｎｉｕｍ ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＳｎｘＩｎｙＺｎｚＯａ（ｔｉｎ ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＡｌｘＳｎｙＩｎｚＺｎａＯｄ（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｔｉｎ ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＳｉｘＩｎｙＺｎｚＯａ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎｄｉｕｍｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎｘＳｎｙＯｚ（ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＡｌｘＺｎｙＳｎｚＯａ（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＧａｘＺｎｙＳｎｚＯａ（ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＺｒｘＺｎｙＳｎｚＯａ（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｚｉｎｃ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、及びＩｎＧａＳｉＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）のうちの少なくとも１つを含む。
他の実施形態において、チャンネル９１５は、非晶質状態の酸化物半導体物質を含む。他の実施形態において、チャンネル９１５の上面は、バー構造物の上面よりも低い。
第４の層間絶縁パターン９５０は、バー構造物の間において、第２のビットライン８３０及び第２の層間絶縁パターン８５０上に形成されたチャンネル９１５部分上に形成され、第２の方向（Ｄ２）に延在し、その底面及び側壁が、第１５の絶縁パターン９４０により覆われる。第１５の絶縁パターン９４０は、第１の方向（Ｄ１）への側壁がカップ形状を有し、第２のビットライン８３０及び第２の層間絶縁パターン８５０上に形成されたチャンネル９１５部分の上面に接触する。
第４の層間絶縁パターン９５０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含み、第１５の絶縁パターン９４０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
バー構造物の一側に形成されたチャンネル９１５部分と第１５の絶縁パターン９４０の間には、第２のゲート絶縁パターン９２５、及び第２のゲート電極９３５が形成される。
第２のゲート電極９３５は、第１５の絶縁パターン９４０の外側壁に接触して、第２の方向（Ｄ２）に延在し、その上面が、第４の層間絶縁パターン９５０及び第１５の絶縁パターン９４０の上面と実質的に同一の高さに形成される。第２のゲート電極９３５は、例えば、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどのような導電物質を含む。
第２のゲート絶縁パターン９２５は、第２のゲート電極９３５の底面及び外側壁を覆い、第２の方向（Ｄ２）に延在する。また、第２のゲート絶縁パターン９２５は、バー構造物の一側壁に形成されたチャンネル９１５部分及びその上部に形成されたコンタクトプラグ９７０下部の内側壁、及び第２のビットライン８３０及び第２の層間絶縁パターン８５０の上面に形成されたチャンネル９１５部分の上面に接触する。これにより、第２のゲート絶縁パターン９２５は、第１の方向（Ｄ１）への断面がＬ字状を有する。
第２のゲート絶縁パターン９２５は、例えば、アルミニウム酸化物、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物などのような金属酸化物、あるいは、シリコン酸化物を含む。
第４の層間絶縁パターン９５０、第１５の絶縁パターン９４０、及び第２のゲート電極９３５の上には、第１６の絶縁パターン９６０が形成され、第２の方向（Ｄ２）に延在する。ここで、第１６の絶縁パターン９６０は、第４の層間絶縁パターン９５０、第１５の絶縁パターン９４０及び第２のゲート電極９３５の上面、及び第２のゲート絶縁パターン９２５の上部内側壁に接触する。
他の実施形態において、第１６の絶縁パターン９６０の上面は、第２のゲート絶縁パターン９２５の上面と実質的に同一の高さに形成される。第１６の絶縁パターン９６０は、例えば、シリコン窒化物のような絶縁性窒化物を含む。
コンタクトプラグ９７０は、第５の方向（Ｄ５）に沿って、第２のビットライン８３０と第２のゲート電極９３５が交差する各領域において、チャンネル９１５の上面に接触する。ここで、コンタクトプラグ９７０は、チャンネル９１５に隣接した第２のゲート絶縁パターン９２５、第３の層間絶縁パターン８６０、及び第１６の絶縁パターン９６０の上面にも接触し、第２のゲート電極９３５の上面とは接触することなく、第１６の絶縁パターン９６０により、これと離隔する。
他の実施形態において、コンタクトプラグ９７０は、チャンネル９１５の上面に接触する下部、及び下部の上に形成され、下部よりも大きい幅を有する上部を含む。ここで、コンタクトプラグ９７０の下部は、第２のゲート絶縁パターン９２５及び第３の層間絶縁パターン８６０に接触し、その底面は、第２のゲート電極９３５の上面よりも低い。
他の実施形態において、コンタクトプラグ９７０は、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数形成され、上部から見ると、格子状又はハニカム状に配置される。コンタクトプラグ９７０は、例えば、金属、金属窒化物、金属シリサイドなどのような導電物質を含む。
第５の層間絶縁パターン９８０は、第３の層間絶縁パターン８６０、チャンネル９１５、第２のゲート絶縁パターン９２５、及び第１６の絶縁パターン９６０上に形成され、コンタクトプラグ９７０の側壁を覆う。第５の層間絶縁パターン９８０は、例えば、シリコン酸化物のような酸化物を含む。
第１のキャパシタ１７２に含まれる第１の下部電極構造物１３２は、コンタクトプラグ９７０の上面に接触する。コンタクトプラグ９７０が、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数形成されることによって、第１の下部電極構造物１３２も、これに対応して、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数形成される。
上記半導体装置において、第２のビットライン８３０とコンタクトプラグ９７０の間に形成されたチャンネル９１５内において、第５の方向（Ｄ５）、すなわち、垂直方向に電流が流れ、これにより、半導体装置は、垂直チャンネルを有する垂直チャンネルトランジスタ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＶＣＴ）を含む。
図３７～図４７は、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を説明するための平面図及び断面図である。具体的に、図３７、図３９、図４２、図４４、及び図４６は、平面図であり、図３８は、図３７のＡ－Ａ’線に沿った断面図であり、図４０～図４１、図４３、図４５、及び図４７は、対応する平面図のＢ－Ｂ’線に沿った断面図である。
上記半導体装置の製造方法は、図１～図９で説明した第１のキャパシタ構造物の形成方法を、垂直チャンネルトランジスタ（ＶＣＴ）ＤＲＡＭ装置の製造方法に適用しており、第１のキャパシタ構造物の形成方法に対する重複した説明は、省略する。
図３７及び図３８に示すように、基板８００上に、第１２の絶縁膜８１０、第１３の絶縁膜、第２のビットライン膜、及び第１４の絶縁膜を順次積層し、第１４の絶縁膜、第２のビットライン膜、及び第１３の絶縁膜をパターニングして、それぞれ、第１４の絶縁パターン８４０、第２のビットライン８３０、及び第１３の絶縁パターン８２０を形成する。
基板８００上に順次積層された第１３の絶縁パターン８２０、第２のビットライン８３０、及び第１４の絶縁パターン８４０は、第２のビットライン構造物と称する。他の実施形態において、第２のビットライン構造物は、基板８００上において、第１の方向（Ｄ１）に延在し、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。これにより、第２の方向（Ｄ２）に互いに隣接した第２のビットライン構造物の間には、第１２の絶縁膜８１０の上面を露出させる第１０の開口が形成される。
以後、第１０の開口を満たす第２の層間絶縁膜を、第２のビットライン構造物及び第１２の絶縁膜８１０上に形成し、第２のビットライン構造物の上面が露出するまで、第２の層間絶縁膜の上部を平坦化し、これにより、第２のビットライン構造物の間には、第１の方向（Ｄ１）に延在する第２の層間絶縁パターン８５０が形成される。
他の実施形態において、平坦化工程は、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程及び／又はエッチバッグ工程を含む。
図３９及び図４０に示すように、第２のビットライン構造物及び第２の層間絶縁パターン８５０上に、第３の層間絶縁膜を形成し、例えば、ドライエッチング工程により、第３の層間絶縁膜及び第１４の絶縁パターン８４０を部分的に除去して、第２のビットライン８３０及び第２の層間絶縁パターン８５０の上面を露出させ、第２の方向（Ｄ２）に延在する第１１の開口８７０を形成する。
これにより、第３の層間絶縁膜はそれぞれが、第２の方向（Ｄ２）に延在し、第１の方向（Ｄ１）に互いに離隔した複数の第３の層間絶縁パターン８６０に分離される。
図４１に示すように、第１１の開口８７０により露出した第２のビットライン８３０及び第２の層間絶縁パターン８５０の上面、及び第３の層間絶縁パターン８６０の側壁及び上面に、チャンネル膜９１０、第２のゲート絶縁膜９２０、及び第２のゲート電極膜９３０を順次積層する。
他の実施形態において、チャンネル膜９１０、第２のゲート絶縁膜９２０、及び第２のゲート電極膜９３０は、例えば、原子層蒸着（ＡＬＤ）工程、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程などのような蒸着工程により形成される。
他の実施形態において、チャンネル膜９１０は、例えば、ＩＧＺＯのような非晶質酸化物半導体物質を含むように形成され、相対的に低温で形成される。一方、第２のゲート絶縁膜９２０及び第２のゲート電極膜９３０は、相対的に高温で形成される。
図４２及び図４３に示すように、第２のゲート電極膜９３０及び第２のゲート絶縁膜９２０に対して、異方性エッチング工程を行い、これにより、これらはそれぞれ、第２のゲート電極９３５及び第２のゲート絶縁パターン９２５に変わって、第１１の開口８７０の側壁に形成される。
第２のゲート絶縁パターン９２５の外側壁は、チャンネル膜９１０の内側壁、及びチャンネル膜９１０の第１の方向（Ｄ１）への縁上面に接触する。他の実施形態において、第２のゲート絶縁パターン９２５は、第１の方向（Ｄ１）への断面がＬ字状を有する。
第２のゲート電極９３５は、第２のゲート絶縁パターン９２５の内側壁及びチャンネル膜９１０の縁上面に形成された部分の上面に接触する。
以後、例えば、エッチバッグ工程を行って、第２のゲート電極９３５の上部を除去する。これにより、第２のゲート電極９３５の上面は、第２のゲート絶縁パターン９２５の上面よりも低くなり、第２のゲート絶縁パターン９２５の上部内側壁が露出する。他の実施形態において、第２のゲート電極９３５の上面は、第３の層間絶縁パターン８６０の上面よりも低い。
図４４及び図４５に示すように、第２のゲート電極９３５の側壁及び上面、第２のゲート絶縁パターン９２５の上部内側壁及び上面、及びチャンネル膜９１０の上面に、第１５の絶縁膜を形成し、第１５の絶縁膜上に、第１１の開口８７０の残りの部分を満たす第４の層間絶縁膜を形成した後、第３の層間絶縁パターン８６０の上面が露出するまで、第４の層間絶縁膜の上部、第１５の絶縁膜の上部、第２のゲート絶縁パターン９２５の上部、及びチャンネル膜９１０の上部に対して、平坦化工程を行う。
平坦化工程は、例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程及び／又はエッチバッグ工程を含む。
平坦化工程を行うことにより、第１１の開口８７０内には、第４の層間絶縁パターン９５０、及びこの底面及び側壁を覆う第１５の絶縁パターン９４０が形成され、チャンネル膜９１０は、第１の方向（Ｄ１）に沿って互いに離隔した複数のチャンネル９１５に分離される。他の実施形態において、各チャンネル９１５は、第２の方向（Ｄ２）に延在し、第１の方向（Ｄ１）への断面がカップ形状を有する。
以後、第４の層間絶縁パターン９５０の上部、及び第１５の絶縁パターン９４０の上部を除去して、第２のゲート電極９３５の上面を露出させる第３のリセスを形成した後、第３のリセス内に第１６の絶縁パターン９６０を形成する。
第１６の絶縁パターン９６０は、第２のゲート電極９３５、第４の層間絶縁パターン９５０、第１５の絶縁パターン９４０、第２のゲート絶縁パターン９２５、チャンネル９１５、及び第３の層間絶縁パターン８６０上に、第３のリセスを満たす第１６の絶縁膜を形成した後、第３の層間絶縁パターン８６０の上面が露出するまで、第１６の絶縁膜を平坦化することで形成される。
以後、各チャンネル９１５を部分的に除去して、第２のビットライン８３０及び第１の上部層間絶縁パターン３００の上面を露出させる第１２の開口を形成した後、第１２の開口内に、第１７の絶縁パターン５００を形成する。これにより、第２の方向（Ｄ２）に延在するチャンネル９１５は、第２の方向（Ｄ２）に沿って互いに離隔するように、複数に分離される。結果として、チャンネル９１５は、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
図４６及び図４７に示すように、チャンネル９１５の上部を部分的に除去して、第４のリセスを形成した後、第４のリセスを満たすコンタクトプラグ膜を、チャンネル９１５、第３の層間絶縁パターン８６０、第２のゲート絶縁パターン９２５、及び第１６の絶縁パターン９６０上に形成し、これをパターニングして、チャンネル９１５の上面に接触するコンタクトプラグ９７０を形成する。
他の実施形態において、コンタクトプラグ９７０は、第１及び第２の方向（Ｄ１、Ｄ２）に沿って互いに離隔して、複数設けられる。
一実施形態において、コンタクトプラグ９７０は、上部から見ると、格子状に配置される。他の実施例において、コンタクトプラグ９７０は、上部から見ると、ハニカム状に配置される。
再度、図３５及び図３６を参照すると、第３の層間絶縁パターン８６０、チャンネル９１５、第２のゲート絶縁パターン９２５、及び第１６の絶縁パターン９６０上に、コンタクトプラグ９７０を覆う第５の層間絶縁膜を形成し、コンタクトプラグ９７０の上面が露出するまで、第５の層間絶縁膜の上部を平坦化し、これにより、コンタクトプラグ９７０の側壁を覆う第５の層間絶縁パターン９８０が形成される。
以後、コンタクトプラグ９７０及び第５の層間絶縁パターン９８０上に、第１のキャパシタ構造物を形成することで、半導体装置の製造を完成する。ここで、第１のキャパシタ１７２に含まれた第１の下部電極構造物１３２は、コンタクトプラグ９７０の上面に接触するように形成される。
上述した工程を行うことで、半導体装置を完成する。
上述したように、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更できることを理解するだろう。
１０：基板
２０：第１の層間絶縁膜
２５：第１の導電パターン
３０：第１のエッチングストップ膜
４０：モールド膜
５０、９８、９２、９６、９９：第１～第５の支持膜
６０、４８０：第１、第２のマスク膜
６５、４８５：第１、第２のマスク
７０、１４０、４４０、６４０、７６０、８７０：第１、第３、第４、第５、第９、第１１の開口
８０：下部電極
９２、９４、９６、９８：第１～第４の絶縁膜
１００、４３０：第１、第２の絶縁膜構造物
１１２、１１４、１１６、１１８、１１１、１１３、１１５、１１７：第１～第８の電極パターン
１２０、１２５：第１、第２の電極構造物
１３２、１３４：第１、第２の下部電極構造物
１５０：第１の誘電膜
１５５、１５７、１５８、１５９：第１～第４の誘電パターン
１６０：第１の上部電極膜
１６５、１６７、１６８、１６９：第１～第４の上部電極
１７２、１７４、１７６、１７８：第１～第４のキャパシタ
１８０：上部電極プレート
３００、８００：基板
３０５：アクティブパターン
３１０：素子分離パターン
３３０、９２５：第１、第２のゲート絶縁パターン
３４０、９３５：第１、第２のゲート電極
３５０：ゲートマスク
３６０：ゲート構造物
４００、４１０、４２０：第５～第７の絶縁膜
４０５、４１５、４２５、６１０、６２０、７７０、７８０：第５～第１１の絶縁パターン
４３５、７９０：第１、第２の絶縁パターン構造物
４５０、４７０：第１、第２の導電膜
４５５、４７５：第２、第３の導電パターン
４６０、７３０：第１、第２のバリア膜
４６５、７３５：第１、第２のバリアパターン
５６５：第２のエッチングストップパターン
５８５、６８５：第１、第２のキャップパターン
５９５：第１のビットライン構造物
６００、６３０、６５０、６９０：第１～第４のスペーサ
６３５：エアスペーサ
６６０：予備スペーサ構造物
６６５：スペーサ構造物
６７５：下部コンタクトプラグ
６８０：犠牲パターン
７００：金属シリサイドパターン
７４０：第２の金属膜
７４５：第２の金属パターン
７５５：上部コンタクトプラグ
８１０：第１２の絶縁膜
８２０、８４０、９４０、９６０、５００：第１３～第１７の絶縁パターン
８３０：第２のビットライン
８５０、８６０、９５０、９８０：第２～第５の層間絶縁パターン
９２０：第２のゲート絶縁膜
９３０：第２のゲート電極膜
９７０：コンタクトプラグ
２０：第１の層間絶縁膜
２５：第１の導電パターン
３０：第１のエッチングストップ膜
４０：モールド膜
５０、９８、９２、９６、９９：第１～第５の支持膜
６０、４８０：第１、第２のマスク膜
６５、４８５：第１、第２のマスク
７０、１４０、４４０、６４０、７６０、８７０：第１、第３、第４、第５、第９、第１１の開口
８０：下部電極
９２、９４、９６、９８：第１～第４の絶縁膜
１００、４３０：第１、第２の絶縁膜構造物
１１２、１１４、１１６、１１８、１１１、１１３、１１５、１１７：第１～第８の電極パターン
１２０、１２５：第１、第２の電極構造物
１３２、１３４：第１、第２の下部電極構造物
１５０：第１の誘電膜
１５５、１５７、１５８、１５９：第１～第４の誘電パターン
１６０：第１の上部電極膜
１６５、１６７、１６８、１６９：第１～第４の上部電極
１７２、１７４、１７６、１７８：第１～第４のキャパシタ
１８０：上部電極プレート
３００、８００：基板
３０５：アクティブパターン
３１０：素子分離パターン
３３０、９２５：第１、第２のゲート絶縁パターン
３４０、９３５：第１、第２のゲート電極
３５０：ゲートマスク
３６０：ゲート構造物
４００、４１０、４２０：第５～第７の絶縁膜
４０５、４１５、４２５、６１０、６２０、７７０、７８０：第５～第１１の絶縁パターン
４３５、７９０：第１、第２の絶縁パターン構造物
４５０、４７０：第１、第２の導電膜
４５５、４７５：第２、第３の導電パターン
４６０、７３０：第１、第２のバリア膜
４６５、７３５：第１、第２のバリアパターン
５６５：第２のエッチングストップパターン
５８５、６８５：第１、第２のキャップパターン
５９５：第１のビットライン構造物
６００、６３０、６５０、６９０：第１～第４のスペーサ
６３５：エアスペーサ
６６０：予備スペーサ構造物
６６５：スペーサ構造物
６７５：下部コンタクトプラグ
６８０：犠牲パターン
７００：金属シリサイドパターン
７４０：第２の金属膜
７４５：第２の金属パターン
７５５：上部コンタクトプラグ
８１０：第１２の絶縁膜
８２０、８４０、９４０、９６０、５００：第１３～第１７の絶縁パターン
８３０：第２のビットライン
８５０、８６０、９５０、９８０：第２～第５の層間絶縁パターン
９２０：第２のゲート絶縁膜
９３０：第２のゲート電極膜
９７０：コンタクトプラグ
Claims (10)
- 基板上に形成された下部電極と、
前記基板の上面に垂直な垂直方向に沿って、前記下部電極上に積層された複数の電極パターンを有する電極構造物を備える下部電極構造物と、
前記下部電極構造物に接触する誘電パターンと、
前記誘電パターンに接触する上部電極と、を含むことを特徴とするキャパシタ構造物。 - 前記誘電パターンは、前記下部電極の側壁、及び前記電極構造物の第１の部分の側壁に接触することを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ構造物。
- 前記誘電パターンと接触しない前記下部電極構造物の第２の部分の側壁に形成され、絶縁物質を有する第１の支持膜を更に含むことを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ構造物。
- 前記下部電極側壁に形成され、絶縁物質を有する第２の支持膜を更に含むことを特徴とする請求項３に記載のキャパシタ構造物。
- 前記誘電パターンは、前記第１の支持膜の下面又は上面に接触することを特徴とする請求項３に記載のキャパシタ構造物。
- 前記誘電パターンは、前記電極構造物に含まれた前記電極パターンのうち、最上層に形成された第１の電極パターンの側壁には接触せず、前記電極パターンのうち、前記第１の電極パターンを除く残りの第２の電極パターンの側壁に接触することを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ構造物。
- 前記誘電パターンは、前記電極構造物に含まれた前記電極パターンのうち、最上層に形成された第１の電極パターンの側壁及び最下層に形成された第２の電極パターンの側壁には接触せず、前記電極パターンのうち、前記第１及び第２の電極パターンを除く残りの第３の電極パターンの側壁に接触することを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ構造物。
- 前記誘電パターンは、前記電極構造物に含まれた前記電極パターンのうち、最上層ではない層に形成された第１の電極パターンの側壁には接触せず、前記電極パターンのうち、前記第１の電極パターンを除く残りの第２の電極パターンの側壁には接触することを特徴とする請求項２に記載のキャパシタ構造物。
- 基板上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成され、前記下部電極に接触する電極構造物を備える下部電極構造物と、
前記下部電極の第１の部分の側壁に接触する第１の支持膜と、
前記電極構造物の第１の部分の側壁に接触する第２の支持膜と、
前記下部電極の第２の部分の側壁、及び前記電極構造物の第２の部分の側壁に接触する誘電パターンと、
前記誘電パターンに接触する上部電極と、を含むことを特徴とするキャパシタ構造物。 - 基板上に形成されたアクティブパターンと、
前記基板の上面に平行な第１の方向に延在し、前記アクティブパターンの上部に埋め立てられたゲート構造物と、
前記基板の上面に平行で且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向に延在し、前記アクティブパターンの中央部上に形成されたビットライン構造物と、
前記アクティブパターンの各両端上に形成されたコンタクトプラグ構造物と、
前記コンタクトプラグ構造物上に形成されたキャパシタ構造物と、を含み、
前記キャパシタ構造物は、
下部電極と、
前記基板の上面に垂直な垂直方向に沿って、前記下部電極上に積層された複数の電極パターンを有する電極構造物を備える下部電極構造物と、
前記下部電極構造物に接触する誘電パターンと、
前記誘電パターンに接触する上部電極と、を含むことを特徴とするキャパシタ構造物。
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