JPH10173154A - 半導体メモリ装置のキャパシタ及びその製造方法 - Google Patents

半導体メモリ装置のキャパシタ及びその製造方法

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JPH10173154A
JPH10173154A JP9331819A JP33181997A JPH10173154A JP H10173154 A JPH10173154 A JP H10173154A JP 9331819 A JP9331819 A JP 9331819A JP 33181997 A JP33181997 A JP 33181997A JP H10173154 A JPH10173154 A JP H10173154A
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capacitor
interlayer insulating
forming
film pattern
pattern
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JP9331819A
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Byoung-Taek Lee
秉澤 李
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Samsung Electronics Co Ltd
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Samsung Electronics Co Ltd
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 障壁層の酸化を防止するキャパシタ及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】 メモリセルトランジスタの形成された半
導体基板10上の層間絶縁膜内に形成されたコンタクト
ホールを介してトランジスタのソース/ドレイン領域と
連結される下部電極30Aと、下部電極30Aを覆う誘
電膜40と、誘電膜40上に形成された上部電極50と
を具備する。コンタクトの一部は半導体基板10と下部
電極30Aとの構成物質の相互拡散を防止するための障
壁層で構成される。障壁層はソース/ドレイン領域に接
する底面と、層間絶縁膜により完全に遮断されている側
面と、コンタクトの一部を除いた残り部分を介在させ下
部電極30Aと所定距離だけ離隔されて水平方向に平坦
な上面を有する柱状を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体メモリ装置
及びその製造方法に係り、特に障壁層の酸化を防止する
キャパシタ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】DRAM(Dynamic Random Access Memory)
の集積度が増加することにより、制限されたセル面積内
でキャパシタンスを増加させるためにキャパシタの誘電
膜を薄膜化する方法、またはキャパシタの有効面積を増
加させるためにキャパシタの下部電極の構造を立体化さ
せる方法などが提案されている。
【0003】しかし、前述したような方法を採用しても
既存の誘電体としては1G DRAM 以上のメモリ素子では素
子作動に必要なキャパシタンス値を得にくい。従って、
このような問題を解決するためにキャパシタの誘電膜と
してBST(Ba(Sr ,Ti)O3)、PZT(Pb(Zr ,Ti)O3)、PLZT
((Pb,La)(Zr,Ti)TiO3)のような高誘電率を有する薄膜
に代える研究が活発に進行されている。前記のような高
誘電膜を使用するキャパシタでは電極物質としてPt、I
r、Ru、RuO2、IrO2などを使用し、その中でも最も優秀
な耐酸化性を有するPtはシリコンとの反応性が大きいた
め、Ptを電極物質として採用する場合にはPtとシリコン
を隔離させうる障壁層(Barrier layer) を必要とする。
【0004】一般に用いられる障壁層は、例えばTiN 、
TaN 、WN1-x のような金属窒化膜であり、このような障
壁層は誘電膜の蒸着過程または後続の酸化性ガス雰囲気
下における熱処理過程で障壁層の上面または側面を通し
て流入される酸素と結合して酸化されてしまう問題が発
生する。障壁層をTiN を使用して形成した場合、酸化さ
れると不導体のTiO2が形成され、その結果下部電極に電
気的な短絡現像が発生することになる。
【0005】従って、キャパシタの誘電膜として高誘電
膜を使用する場合に障壁層の酸化を効率よく防止できる
ようにキャパシタの構造を改善することが必要である。
また、従来のように不純物のドーピングされた多結晶シ
リコンを下部電極として使用する場合には高誘電物質と
多結晶シリコンとが反応してその界面に低誘電率の新た
な誘電層が形成されることにより全体の静電容量が減少
する問題が発生する。従って、高誘電薄膜の適用された
半導体装置のキャパシタに適した新たな下部電極の構造
が要求されている。図1乃至図3は従来の技術による半
導体装置のキャパシタの製造方法を説明するための断面
図である。
【0006】図1は、層間絶縁膜パターン2及びコンタ
クトプラグ3を形成する段階を示す。まず、半導体基板
1上に前記半導体基板1の所定領域を露出させるコンタ
クトホールを有する層間絶縁膜パターン2を形成する。
次いで、前記コンタクトホールを充填するように前記層
間絶縁膜パターン2の形成された結果物上に不純物のド
ーピングされた多結晶シリコン層を形成する。次いで、
前記層間絶縁膜パターン2が露出されるよう前記多結晶
シリコン層を全面蝕刻して前記コンタクトホール内にコ
ンタクトプラグ3を形成する。
【0007】図2は、拡散防止膜パターン4及び導電膜
パターン5を形成することにより前記コンタクトプラグ
3、前記拡散防止膜パターン4及び前記導電膜パターン
5よりなる下部電極を完成する段階を示す。まず、前記
コンタクトプラグ3が形成された結果物上にチタニウム
窒化物(TiN) よりなる拡散防止膜と白金(Pt)よりなる導
電膜を順次に形成する。
【0008】次いで、前記層間絶縁膜パターン2が露出
されるように前記導電膜と前記拡散防止膜とを順次に蝕
刻することにより前記コンタクトプラグ3上に順次に積
層された拡散防止膜パターン4と導電膜パターン5とを
形成する。即ち、前記コンタクトプラグ3、前記拡散防
止膜パターン4及び前記導電膜パターン5よりなる下部
電極を完成する。前記拡散防止膜パターン4は後続の誘
電膜形成段階で前記コンタクトプラグ3と前記導電膜パ
ターン5とが相互反応することによりキャパシタの静電
容量の減少を防止するためのものである。
【0009】図3は、誘電膜6及び上部電極7を形成す
ることによりキャパシタを完成する段階を示す。まず、
前記下部電極の完成された結果物上に化学気相蒸着(CV
D) またはスパッタリング(sputtering)方法でBa、Sr、T
i及びO 成分を含有する非晶質誘電膜を形成する。次い
で、前記非晶質誘電膜が結晶質に変態されるように前記
非晶質誘電膜の形成された結果物を500 乃至750 ℃に熱
処理することにより誘電率の大きなペロブスカイト(per
ovskite)構造の(Ba ,Sr)TiO3 よりなる結晶質誘電膜6
を形成する。以下、前記結晶質誘電膜6を「誘電膜6」
と称する。
【0010】もちろん、前記下部電極の形成された結果
物を500 乃至750 ℃に熱処理しながらBa、Sr、Ti、及び
O 成分を各々含有する物質を前記下部電極の形成された
結果物上に蒸着するイン−シチュ(in-situ) 方法により
前記結晶質誘電膜6を形成する事も出来る。次いで、前
記誘電膜6上に上部電極7を形成することによりキャパ
シタを完成する。
【0011】ところが、前記誘電膜6の形成過程は前述
したように熱処理段階を必然的に伴う。前記拡散防止膜
パターン4の側壁Aは酸素成分を含有した前記非晶質誘
電膜と接するため前記熱処理段階で前記拡散防止膜パタ
ーン4の側壁Aに酸素が侵入して前記拡散防止膜パター
ン4及び前記コンタクトプラグ3が酸化される。即ち、
TiO2及びSiO2などの低い誘電物質が形成される。
【0012】もちろん、前記イン−シチュで前記誘電膜
6を形成する場合にも前記拡散防止膜パターン4の側壁
が酸素雰囲気に露出されるため前記拡散防止膜パターン
4及び前記コンタクトプラグ3が酸化される。また、前
記拡散防止膜パターン4及び前記コンタクトプラグ3は
前記導伝層パターン5を通して前記拡散防止膜パターン
4方向に侵入する酸素により酸化しやすい。
【0013】つまり、従来の技術による半導体装置のキ
ャパシタの製造方法によれば、前記拡散防止膜パターン
4が前記コンタクトプラグ3と前記導電膜パターン5と
の界面反応は防止するが、前記誘電膜6の形成段階で前
記拡散防止膜パターン4の側壁A及び前記導伝層パター
ン5を通して浸透する酸素により前記拡散防止膜パター
ン4及び前記コンタクトプラグ3が酸化され、TiO2及び
SiO2などの低誘電物質が形成されるためキャパシタの静
電容量が大きく減少される問題が発生する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、キャ
パシタの電極物質とシリコンとの反応を防止するため採
用される障壁層の酸化を効率よく防止しうる構造を有す
る半導体メモリ装置のキャパシタを提供するにある。本
発明の他の目的は、前記のような特徴を有する半導体メ
モリ装置のキャパシタの製造方法を提供するにある。
【0015】本発明のさらに他の目的は、下部電極が酸
化されることによりキャパシタの静電容量の減少を防止
しうる半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法を提供
するにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の第1実施例による半導体メモリ装置のキャパ
シタは、メモリセルトランジスタの形成された半導体基
板上の層間絶縁膜内に形成されたコンタクトホールを介
して前記トランジスタのソース/ドレイン領域と連結さ
れる下部電極と、前記下部電極を覆う誘電膜と、前記誘
電膜上に形成された上部電極とを具備する。前記半導体
基板と前記下部電極との構成物質の相互拡散を防止する
ための障壁層が前記コンタクトホールの一部を埋立て
る。
【0017】前記障壁層はTiN 、TiAlN 、TaSiN 、TaAl
N 、TiSiN 、TaSi、TiSi、Ta、TaN、CoSi及びCoよりな
る群から選択された何れか1つで構成される。前記下部
電極はPt、Ir、IrO2、Ru、RuO2及び酸化物伝導体よりな
る群から選択された何れか1つで構成される。前記誘電
膜はSTO(SrTiO3) 、BST(Ba(Sr ,Ti)O3)、PZT(Pb(Zr ,
Ti)O3)及びPLZT((Pb,La)(Zr,Ti)TiO3)よりなる群から
選択された何れか1つで構成される。
【0018】前記コンタクトの内部には前記半導体基板
と前記障壁層との間にオームコンタクト層がさらに備え
られ、前記オームコンタクト層は金属シリサイドで構成
される。前記目的を達成するために本発明の第2実施例
による半導体メモリ装置のキャパシタは、メモリセルト
ランジスタの形成された半導体基板上の層間絶縁膜内に
形成されたコンタクトホールを介して前記トランジスタ
のソース/ドレイン領域と連結される下部電極と、前記
下部電極を覆う誘電膜と、前記誘電膜上に形成された上
部電極とを具備する。前記半導体基板と前記下部電極と
の構成物質の相互拡散を防止するための障壁層が前記コ
ンタクトホールの一部を埋立てるが、前記障壁層の断面
がT字状である。
【0019】前記他の目的を達成するための本発明によ
る半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法は、半導体
基板上に前記半導体基板の一部を露出させる第1コンタ
クトホールを含む第1層間絶縁膜パターンを形成する。
前記第1コンタクトホールの内部に物質拡散防止のため
の障壁層を充填してコンタクトプラグを形成する。前記
コンタクトプラグの形成された結果物上に前記コンタク
トプラグの上面を露出させる第2コンタクトホールを含
む第2層間絶縁膜パターンを形成する。前記第2層間絶
縁膜パターンが形成された結果物上に前記第2コンタク
トホールを介して前記コンタクトプラグと連結される下
部電極を形成する。前記下部電極上に誘電膜を形成す
る。前記誘電膜上に上部電極を形成する。
【0020】前記第1層間絶縁膜パターンを形成するた
め、前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する。前
記第1層間絶縁膜をフォトリソグラフィ工程を用いた乾
式蝕刻工程でパタニングして柱状の第1コンタクトホー
ルを含む第1層間絶縁膜パターンを形成する。または、
前記第1層間絶縁膜パターンを形成するために、前記半
導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する。前記第1層間
絶縁膜をフォトリソグラフィ工程を用いた湿式蝕刻及び
乾式蝕刻工程を順次に適用してパタニングすることによ
り上側の入口が広柱状の第1コンタクトホールを含む第
1層間絶縁膜パターンを形成する。
【0021】前記コンタクトプラグを形成する段階は前
記第1コンタクトホールの内部に前記障壁層を充填する
前に前記第1コンタクトホールにより露出された半導体
基板の表面にオームコンタクト層を形成する段階をさら
に含める。前記オームコンタクト層は金属シリサイドで
構成される。前記さらに他の目的を達成するために本発
明では、半導体基板上に第1コンタクトホールを有する
第1層間絶縁膜パターンを形成する。前記第1コンタク
トホールに埋込まれるようにコンタクトプラグを形成す
る。前記コンタクトプラグ上に拡散防止膜パターンを形
成する。前記拡散防止膜パターンの形成された結果物上
に前記拡散防止膜パターンを露出させる第2コンタクト
ホールを有する第2層間絶縁膜パターンを形成する。前
記第2コンタクトホールを介して前記拡散防止膜パター
ンと接触されるように前記第2層間絶縁膜パターン上に
導電膜パターンを形成することにより前記コンタクトプ
ラグ、前記拡散防止膜パターン及び前記導電膜パターン
よりなる下部電極を完成する。前記導電膜パターン上に
誘電膜と上部電極とを順次に形成する。
【0022】前記コンタクトプラグは不純物のドーピン
グされたSi、W 、WN及びWSixよりなる群から選択された
何れか1つで形成されることが望ましい。また、本発明
では、半導体基板上に第1コンタクトホールを有する第
1層間絶縁膜パターンを形成する。前記第1コンタクト
ホール内に埋没されるようにコンタクトプラグを形成す
る。前記コンタクトプラグ上に第1拡散防止膜パターン
を形成する。前記第1拡散防止膜パターンが形成された
結果物上に前記第1拡散防止膜パターンを露出させる第
2コンタクトホールを有する第2層間絶縁膜パターンを
形成し、前記第2コンタクトホール内に埋没されるよう
に第2拡散防止膜パターンを形成する。前記第2拡散防
止膜パターン上に導電膜パターンを形成することにより
前記コンタクトプラグ、前記第1拡散防止膜パターン、
前記第2拡散防止膜パターン及び前記導電膜パターンよ
りなる下部電極を完成する。前記導電膜パターン上に誘
電膜と上部電極とを順次に形成する。
【0023】前記コンタクトプラグは不純物のドーピン
グされたSi、W 、WN及びWSixよりなる群から選択された
何れか1つで形成されることが望ましい。前記第1拡散
防止膜パターンはTa、Co、TiN 、(Ti ,Al)N、(Ti ,S
i)N、TaN 、(Ta ,Si)N、TiSix 、TaSix 及びCoSix よ
りなる群から選択された何れか1つで形成されることが
望ましい。
【0024】前記第2拡散防止膜パターンはIr、Ru、Ir
O2及びRuO2よりなる群から選択された何れか1つで形成
されることが望ましい。そして、前記導電膜パターンは
Ptよりなることが望ましい。前記第2拡散防止膜パター
ンはIrとIrO2とが順次に積層された二重層構造を有する
ように形成され、前記導電膜パターンはPtよりなること
が望ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
(第1実施例)図4乃至図11は本発明の第1実施例に
よる半導体メモリ装置のキャパシタを製造する方法を説
明するために工程順序に応じて順次に示した断面図であ
る。図4を参照すれば、図示しないメモリセルトランジ
スタのような下部構造(underlying structure)の形成さ
れた半導体基板10上に前記下部構造を絶縁させるため
に第1層間絶縁膜を形成し、その上にフォトリソグラフ
ィ工程を用いて前記第1層間絶縁膜を一部露出させる図
示しないフォトレジストパターンを形成する。引続き、
前記フォトレジストパターンを蝕刻マスクとして前記露
出された第1層間絶縁膜を乾式蝕刻することにより前記
トランジスタの図示しないソース/ドレイン領域を露出
させる柱状の第1コンタクトホールH1を含む第1層間
絶縁膜パターン12を形成する。次いで、前記フォトレ
ジストパターンを除去する。
【0026】図5を参照すれば、前記第1コンタクトホ
ールH1を通して露出された半導体基板10の表面上
に、例えばTiSi、CoSiのような金属シリサイドを使用し
てオームコンタクト(ohmic contact) 層14を形成す
る。前記オームコンタクト層14は前記半導体基板10
のシリコンと後続工程で前記第1コンタクトホールH1
を充填する障壁層の構成物質とのオームコンタクトのた
めに形成するものであって、略してもよい。
【0027】図6を参照すれば、前記第1層間絶縁膜パ
ターン12の上部に前記第1コンタクトホールH1の内
部を充填するに充分な厚さで障壁物質層16、例えばTi
N 層を形成する。前記障壁物質層16を形成する物質と
して前記したようなTiN 以外にも前記半導体基板10の
シリコンと後続工程において使用される下部電極物質、
即ちPtの間における相互拡散を防止しうる物質、例えば
TiAlN 、TaSiN 、TaAlN 、TiSiN 、TaSi、TiSi、Ta、Ta
N 、CoSi、Coのような物質を使用しうる。
【0028】図7を参照すれば、乾式蝕刻工程またはCM
P(Chemical Mechanical Polishing)工程を用いて前記第
1コンタクトホールH1の内部を除いた前記第1層間絶
縁膜パターン12の上部の障壁物質層16を全て除去し
て前記第1コンタクトホールH1の内部に障壁層よりな
るコンタクトプラグ16Aを形成する。その結果、前記
コンタクトプラグ16Aにより側面が露出されないと共
に上面が水平方向に平坦な柱状の構造を有する障壁層が
形成される。前記障壁層よりなるコンタクトプラグ16
Aはキャパシタ下部電極をトランジスタのソース/ドレ
イン領域と連結させるコンタクトの一部を構成すること
になる。
【0029】図8を参照すれば、前記コンタクトプラグ
16Aの形成された結果物上に第2層間絶縁膜を形成し
てフォトリソグラフィ工程を用いて前記第2層間絶縁膜
をパタニングして前記コンタクトプラグ16Aの上面を
露出させる第2コンタクトホールH2を含む第2層間絶
縁膜パターン22を形成する。図9を参照すれば、前記
第2層間絶縁膜パターン22が形成された結果物の全面
に下部電極を形成するための導電物質層30、例えばPt
層を形成する。前記導電物質層30は前述したようなPt
以外にIr、IrO2、Ru、RuO2またはその他の酸化物導電体
を使用して形成しうる。前記導電物質層30はPVD(Phys
ical Vapor Deposition)工程またはCVD(Chemical Vapor
Deposition)工程を用いて形成する。または、前記第2
層間絶縁膜パターン22が形成された結果物の全面に導
電物質、例えばPtを蒸着した後、リフローさせて前記導
電物質層30を形成することも可能である。
【0030】図10を参照すれば、前記第2層間絶縁膜
パターン22が露出されるように前記導電物質層30を
パタニングすることにより、前記第2コンタクトホール
H2内に形成されたコンタクトを通して前記第1コンタ
クトプラグ16Aと接触される下部電極30Aを形成す
る。前記第2コンタクトホールH2内に形成されたコン
タクトはキャパシタの下部電極をトランジスタのソース
/ドレイン領域と連結させるコンタクトのうち前記障壁
層よりなるコンタクトプラグ16Aを除いた残り部分を
構成することになる。
【0031】図11を参照すれば、前記下部電極30A
が形成された結果物上に誘電膜40を形成する。前記誘
電膜40は、例えばSTO(SrTiO3) 、BST 、PZT またはPL
ZT系の物質を使用して形成する。引続き、前記誘電膜4
0上に例えばPtよりなる上部電極50を形成することに
より本発明の第1実施例によるキャパシタを完成する。
【0032】前述したように本発明の第1実施例によれ
ば、キャパシタを半導体基板のソース/ドレイン領域に
連結させるためのコンタクトの内部に障壁層が存在する
ことにより上部から下部電極を通して流入される酸素拡
散の経路が長くなって障壁層の酸化を抑制しうるだけで
なく、障壁層の側面が層間絶縁膜により完全に遮断され
て全然露出されないので障壁層の側面を通した酸素の流
入を完全に遮断しうる。また、キャパシタを半導体基板
のソース/ドレイン領域に連結させるためのコンタクト
を2段階に亙って形成することにより前記のように側面
が露出されない構造を有する障壁層を形成しやすい。
【0033】(第2実施例)図12及び図13は本発明
の第2実施例による半導体メモリ装置のキャパシタを製
造する方法を説明するための断面図である。図12を参
照すれば、第1実施例において図4に基づき説明したよ
うな方法で半導体基板110上に第1層間絶縁膜を形成
し、その上にフォトリソグラフィ工程を用いて前記第1
層間絶縁膜を一部露出させる図示しないフォトレジスト
パターンを形成する。次いで、前記フォトレジストパタ
ーンを蝕刻マスクとして前記露出された第1層間絶縁膜
を所定の深さに部分的に湿式蝕刻し、再び前記フォトレ
ジストパターンを蝕刻マスクとして前記露出された第1
層間絶縁膜を乾式蝕刻することにより、図12に示した
ように上側入口の広い柱状のコンタクトホールH3を含
む第1層間絶縁膜パターン112を形成する。引続き、
前記フォトレジストパターンを除去する。
【0034】図13を参照すれば、第1実施例において
図5、図6及び図7に基づき説明したような方法で前記
コンタクトホールH3の内部に金属シリサイドよりなる
オームコンタクト層114と、障壁層よりなるコンタク
トプラグ116Aを形成する。その結果、前記コンタク
トプラグ116Aにより側面が露出されなく、上面が水
平方向に平坦であり、かつ側面から見ると断面が略T字
状の構造を有する障壁層が形成される。
【0035】引続き、第1実施例において図8乃至図1
1に基づき説明したような方法で第2層間絶縁膜パター
ン122を形成し、下部電極130A、誘電膜140及
び上部電極150を形成して本発明の第2実施例による
キャパシタを完成する。前記したような本発明の第2実
施例によれば、第1実施例と同様にキャパシタを半導体
基板のソース/ドレイン領域に連結させるためのコンタ
クト内部に障壁層が存在することにより、上部から下部
電極を通して流入される酸素拡散の経路が長くなって障
壁層の酸化を抑制しうるだけでなく、障壁層の側面が層
間絶縁膜により完全に遮断されて全然露出されないので
障壁層の側面を通した酸素の流入を完全に遮断でき、障
壁層の断面が側面から見ると略T字状の構造であるた
め、キャパシタを半導体基板のソース/ドレイン領域に
連結させるためのコンタクトを2段階に形成するに当
り、障壁層を構成するコンタクトプラグの上部に第2コ
ンタクトホールを含む第2層間絶縁膜パターンを形成す
る時のアラインマージンを増加させる効果を提供するこ
とにより、障壁層を構成するコンタクトプラグと下部電
極とが形成される第2コンタクトホールとのミスアライ
ンを減らしうる。
【0036】前記したように本発明の第1及び第2実施
例によれば、キャパシタを半導体基板のソース/ドレイ
ン領域に連結させるためのコンタクト内部に障壁層が存
在することにより上部から下部電極を通して流入される
酸素拡散の経路が長くなって障壁層の酸化を抑制しうる
だけでなく、障壁層の側面が全然露出されないので障壁
層の側面を通した酸素の流入を完全に遮断しうる。ま
た、キャパシタを半導体基板のソース/ドレイン領域に
連結させるためのコンタクトを2段階に亙って形成する
ことにより前記のように側面が露出されない構造を有す
る障壁層を形成しやすい。
【0037】(第3実施例)図14乃至図16は本発明
の第3実施例による半導体メモリ装置のキャパシタの製
造方法を説明するための断面図である。図14は第1層
間絶縁膜パターン220、コンタクトプラグ230及び
拡散防止膜パターン240を形成する段階を示す。ま
ず、半導体基板210上に前記半導体基板210の所定
領域を露出させる第1コンタクトホールを有する第1層
間絶縁膜パターン220を形成する。
【0038】次いで、前記第1コンタクトホールを充填
するように前記第1層間絶縁膜パターン220が形成さ
れた結果物上に第1導電膜を形成する。前記第1導電膜
は不純物のドーピングされたSi、W 、WNまたはWSixで形
成する。引続き、前記第1層間絶縁膜パターン220が
露出されるように前記第1導電膜を全面蝕刻して前記第
1コンタクトホール内にコンタクトプラグ230を形成
する。
【0039】次いで、前記コンタクトプラグ230の形
成された結果物上にTa、Co、TiN 、(Ti ,Al)N、(Ti ,
Si)N、TaN 、(Ta ,Si)N、TiSix 、TaSix またはCoSix
で拡散防止膜を形成する。ここで、前記拡散防止膜は前
記コンタクトプラグ230と導電膜パターン(図15の
部材番号250)の相互反応を防止するためのものであ
る。次いで、前記第1層間絶縁膜パターン220が露出
されるように前記拡散防止膜を蝕刻することにより前記
コンタクトプラグ230上に拡散防止膜パターン240
を形成する。
【0040】図15は第2層間絶縁膜パターン245及
び導電膜パターン250を形成することにより前記コン
タクトプラグ230、前記拡散防止膜パターン240及
び前記導電膜パターン250よりなる下部電極を完成す
る段階を示す。まず、前記拡散防止膜パターン240が
形成された結果物上に第2層間絶縁膜を形成する。次い
で、前記拡散防止膜パターン240が露出されるように
前記第2層間絶縁膜を蝕刻することにより第2コンタク
トホールを有する第2層間絶縁膜パターン245を形成
する。引続き、前記第2コンタクトホールを充填するよ
うに前記第2層間絶縁膜パターン245上にPt、Ir、R
u、IrO2またはRuO2で第2導電膜を形成する。
【0041】次いで、前記第2層間絶縁膜パターン24
5が露出されるように前記第2導電膜をパタニングする
ことにより前記第2層間絶縁膜パターン245上に前記
第2コンタクトホールを通して前記拡散防止膜パターン
240と接触される導電膜パターン250を形成する。
即ち、前記コンタクトプラグ230、前記拡散防止膜パ
ターン240及び前記導電膜パターン250よりなる下
部電極を完成する。
【0042】図16は誘電膜260及び上部電極270
を形成することにより本発明によるキャパシタを完成す
る段階を示す。まず、前記下部電極が完成された結果物
上に非晶質誘電膜を形成する。次いで、前記非晶質誘電
膜が結晶質に変態されるように前記非晶質誘電膜の形成
された結果物を熱処理することによりSrTiO3、(Ba ,S
r)TiO3 、(Pb ,Zr)TiO3 または(Pb ,Zr)(Ti,La)TiO
3 等で結晶質誘電膜260を形成する。もちろん、前記
下部電極の形成された結果物を熱処理しながらイン−シ
チュで前記結晶質誘電膜260を形成してもよい。以
下、前記結晶質誘電膜260を「誘電膜260」と称す
る。次いで、前記誘電膜260上に上部電極270を形
成することにより本発明によるキャパシタを完成する。
【0043】ここで、前記拡散防止膜パターン240は
前記非晶質誘電膜と接しないため従来とは異なって前記
熱処理段階で酸素が前記拡散防止膜パターン240と反
応出来ない。従って、前記拡散防止膜パターン240及
び前記コンタクトプラグ230の酸化が防止される。も
ちろん、イン−シチュで前記誘電膜260を形成する場
合にも前記拡散防止膜パターン242が酸素雰囲気に露
出されないため前記拡散防止膜パターン242及び前記
コンタクトプラグ230の酸化が防止される。
【0044】また、前記第2層間絶縁膜パターン245
の表面を基準とした前記第2層間絶縁膜パターン245
の厚さが薄くても、前記導電膜パターン150が前記第
2コンタクトホールを通して前記拡散防止膜パターン2
50と接触するために前記導電膜パターン250を通し
て酸素が前記拡散防止膜パターン250まで到達するに
は従来よりさらに長時間がかかる。従って、前記導電膜
パターン250を通して侵入する酸素により前記拡散防
止膜パターン240が酸化されることも防止しうる。
【0045】(第4実施例)図17乃至図19は本発明
の第4実施例による半導体メモリ装置のキャパシタの製
造方法を説明するための断面図である。図17は第1層
間絶縁膜パターン320、コンタクトプラグ330及び
第1拡散防止膜パターン340を形成する段階を示す。
まず、半導体基板310上に前記半導体基板310の所
定領域を露出させる第1コンタクトホールを有する第1
層間絶縁膜パターン320を形成する。次いで、前記第
1コンタクトホールを充填するように前記第1層間絶縁
膜パターン320が形成された結果物上に不純物のドー
ピングされたSi、W 、WNまたはWSixで第1導電膜を形成
する。次いで、前記第1層間絶縁膜パターン320が露
出されるように前記第1導電膜を全面蝕刻して前記第1
コンタクトホール内にコンタクトプラグ330を形成す
る。
【0046】引続き、前記コンタクトプラグ330が形
成された結果物上にTa、Co、TiN 、(Ti ,Al)N、(Ti ,
Si)N、TaN 、(Ta ,Si)N、TiSix 、TaSix またはCoSix
で第1拡散防止膜を形成する。ここで、前記第1拡散防
止膜は前記コンタクトプラグ330と第2拡散防止膜
(図18の347)が相互反応することを防止するため
のものである。次いで、前記層間絶縁膜パターン345
が露出されるように前記第1拡散防止膜をパタニングす
ることにより前記コンタクトプラグ330上に第1拡散
防止膜パターン340を形成する。
【0047】図18は第2層間絶縁膜パターン345及
び第2拡散防止膜パターン347を形成する段階を示
す。まず、前記第1拡散防止膜パターン340が形成さ
れた結果物上に第2層間絶縁膜を形成した後、前記第1
拡散防止膜パターン340が露出されるように前記第2
層間絶縁膜をパタニングすることにより第2コンタクト
ホールを有する第2層間絶縁膜パターン345を形成す
る。
【0048】次いで、前記第2コンタクトホールを充填
するように前記第2層間絶縁膜パターン345上にIr、
Ru、IrO2またはRuO2で第2拡散防止膜を形成する。ここ
で、前記第2拡散防止膜は導電膜パターン(図19の部
材番号350)との接着力を向上させるためにIr及びIr
O2が順次に積層された二重層構造を有するように形成す
ることもできる。
【0049】次いで、前記第2層間絶縁膜パターン34
5が露出されるように前記第2拡散防止膜を全面蝕刻す
ることにより前記第2コンタクトホール内に第2拡散防
止膜パターン347を形成する。ここで、前記第2拡散
防止膜パターン347は前記第1拡散防止膜パターン3
40の酸化を防止するためのものである。図19は前記
コンタクトプラグ330、前記第1拡散防止膜パターン
340、前記第2拡散防止膜パターン347及び導電膜
パターン350よりなる下部電極を完成する段階と、誘
電膜360及び上部電極370を形成することにより本
発明によるキャパシタを完成する段階を示す。
【0050】まず、前記第2拡散防止膜パターン347
が形成された結果物上にPtよりなる第2導電膜を形成す
る。次いで、前記第2層間絶縁膜パターン345が露出
されるように前記第2導電膜をパタニングすることによ
り前記第2拡散防止膜347上に導電膜パターン350
を形成する。即ち、前記コンタクトプラグ330、前記
第1拡散防止膜パターン340、前記第2拡散防止膜パ
ターン347及び前記導電膜パターン350よりなる下
部電極を完成する。
【0051】次いで、前記下部電極が完成された結果物
上に非晶質誘電膜を形成する。引続き、前記非晶質誘電
膜が結晶質に変態されるように前記非晶質誘電膜の形成
された結果物を熱処理することによりSrTiO3、(Ba ,S
r)TiO3 、(Pb ,Zr)TiO3 または(Pb,Zr)(Ti,La)TiO3
よりなる結晶質誘電膜360を形成する。もちろん、前
記下部電極の形成された結果物を熱処理しながらイン−
シチュで前記結晶質誘電膜360を形成してもよい。以
下、前記結晶質誘電膜360を「誘電膜360」と称す
る。次いで、前記誘電膜360上に上部電極370を形
成することにより本発明によるキャパシタを完成する。
【0052】ここで、前記第1拡散防止膜パターン34
0は前記非晶質誘電膜と接しないため、従来とは異なっ
て前記熱処理段階で前記第1拡散防止膜パターン340
が酸化されることが防止される。もちろん、イン−シチ
ュで前記誘電膜360を形成する場合にも前記第1拡散
防止膜パターン340が酸素雰囲気に露出されないため
前記第1拡散防止膜パターン340の酸化が防止され
る。
【0053】また、前記第2拡散防止膜パターン347
を形成することにより前記導電膜パターン350を通し
て浸透する酸素と前記第1拡散防止膜パターン340が
反応することを防止しうる。
【0054】
【発明の効果】前述したように本発明による半導体装置
のキャパシタの製造方法によれば、前記拡散防止膜パタ
ーンが酸化されることを防止することにより下部電極の
一部が酸化されてキャパシタの静電容量が減少されるこ
とを防止しうる。以上、本発明を望ましい実施例に基づ
き詳しく説明したが、本発明は前記実施例に限定されな
く、本発明の技術的思想の範囲内で当分野で通常の知識
を有する者により多様な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術による半導体装置のキャパシタの製
造方法を説明するための断面図である。
【図2】従来の技術による半導体装置のキャパシタの製
造方法を説明するための断面図である。
【図3】従来の技術による半導体装置のキャパシタの製
造方法を説明するための断面図である。
【図4】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置の
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5】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置の
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6】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置の
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7】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置の
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】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置の
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9】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置の
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10】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置
の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11】本発明の第1実施例による半導体メモリ装置
の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12】本発明の第2実施例による半導体メモリ装置
の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】本発明の第2実施例による半導体メモリ装置
の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14】本発明の第3実施例による半導体メモリ装置
の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15】本発明の第3実施例による半導体メモリ装置
の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16】本発明の第3実施例による半導体メモリ装置
の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17】本発明の第4実施例による半導体メモリ装置
の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18】本発明の第4実施例による半導体メモリ装置
の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】本発明の第4実施例による半導体メモリ装置
のキャパシタの製造方法を説明するための断面図であ
る。
【符号の説明】
10 半導体基板 12 第1層間絶縁パターン 14 オームコンタクト層 16A コンタクトプラグ 22 第2層間絶縁パターン 30A 下部電極 40 誘電膜 50 上部電極

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 メモリセルトランジスタの形成された半
    導体基板上の層間絶縁膜内に形成されたコンタクトホー
    ルを介して前記トランジスタのソース/ドレイン領域と
    連結される下部電極と、前記下部電極を覆う誘電膜と、
    前記誘電膜上に形成された上部電極とを具備したキャパ
    シタにおいて、 前記半導体基板と前記下部電極との構成物質の相互拡散
    を防止するための障壁層が前記コンタクトホールの一部
    を埋立てることを特徴とする半導体メモリ装置のキャパ
    シタ。
  2. 【請求項2】 前記障壁層は、TiN 、TiAlN 、TaSiN 、
    TaAlN 、TiSiN 、TaSi、TiSi、Ta、TaN 、CoSi及びCoよ
    りなる群から選択された何れか1つで構成されることを
    特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置のキャパ
    シタ。
  3. 【請求項3】 前記下部電極は、Pt、Ir、IrO2、Ru、Ru
    O2及び酸化物伝導体よりなる群から選択された何れか1
    つで構成されることを特徴とする請求項1に記載の半導
    体メモリ装置のキャパシタ。
  4. 【請求項4】 前記誘電膜は、STO(SrTiO3) 、BST(Ba(S
    r ,Ti)O3)、PZT(Pb(Zr ,Ti)O3)及びPLZT((Pb,La)(Z
    r,Ti)TiO3)よりなる群から選択された何れか1つで構
    成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモ
    リ装置のキャパシタ。
  5. 【請求項5】 オームコンタクト層が前記半導体基板と
    前記障壁層との間にさらに備えられることを特徴とする
    請求項1に記載の半導体メモリ装置のキャパシタ。
  6. 【請求項6】 前記オームコンタクト層は、金属シリサ
    イドで構成されることを特徴とする請求項5に記載の半
    導体メモリ装置のキャパシタ。
  7. 【請求項7】 メモリセルトランジスタの形成された半
    導体基板上の層間絶縁膜内に形成されたコンタクトホー
    ルを介して前記トランジスタのソース/ドレイン領域と
    連結される下部電極と、前記下部電極を覆う誘電膜と、
    前記誘電膜上に形成された上部電極とを具備するキャパ
    シタにおいて、 前記半導体基板と前記下部電極の構成物質の相互拡散を
    防止するための障壁層が前記コンタクトホールの一部を
    埋立てるが、前記障壁層の断面がT字状であることを特
    徴とする半導体メモリ装置のキャパシタ。
  8. 【請求項8】 前記障壁層は、TiN 、TiAlN 、TaSiN 、
    TaAlN 、TiSiN 、TaSi、TiSi、Ta、TaN 、CoSi及びCoよ
    りなる群から選択された何れか1つで構成されることを
    特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置のキャパ
    シタ。
  9. 【請求項9】 前記下部電極は、Pt、Ir、IrO2、Ru、Ru
    O2及び酸化物伝導体よりなる群から選択された何れか1
    つで構成されることを特徴とする請求項7に記載の半導
    体メモリ装置のキャパシタ。
  10. 【請求項10】 前記誘電膜は、STO(SrTiO3) 、BST(Ba
    (Sr ,Ti)O3)、PZT(Pb(Zr ,Ti)O3)及びPLZT((Pb,La)
    (Zr,Ti)TiO3)よりなる群から選択された何れか1つで
    構成されることを特徴とする請求項7に記載の半導体メ
    モリ装置のキャパシタ。
  11. 【請求項11】 オームコンタクト層が前記半導体基板
    と前記障壁層との間にさらに具備されることを特徴とす
    る請求項7に記載の半導体メモリ装置のキャパシタ。
  12. 【請求項12】 前記オームコンタクト層は、金属シリ
    サイドで構成されることを特徴とする請求項11に記載
    の半導体メモリ装置のキャパシタ。
  13. 【請求項13】 半導体基板上に前記半導体基板の一部
    を露出させる第1コンタクトホールを含む第1層間絶縁
    膜パターンを形成する段階と、 前記第1コンタクトホールの内部に物質拡散防止のため
    の障壁層を充填してコンタクトプラグを形成する段階
    と、 前記コンタクトプラグの形成された結果物上に前記コン
    タクトプラグの上面を露出させる第2コンタクトホール
    を含む第2層間絶縁膜パターンを形成する段階と、 前記第2層間絶縁膜パターンが形成された結果物上に前
    記第2コンタクトホールを介して前記コンタクトプラグ
    と連結される下部電極を形成する段階と、 前記下部電極上に誘電膜を形成する段階と、 前記誘電膜上に上部電極を形成する段階とを含むことを
    特徴とする半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記第1層間絶縁膜パターンを形成す
    る段階は、 前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する段階と、 前記第1層間絶縁膜をフォトリソグラフィ工程を用いた
    乾式蝕刻工程でパタニングして柱状の第1コンタクトホ
    ールを含む第1層間絶縁膜パターンを形成する段階とを
    含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体メモリ
    装置のキャパシタの製造方法。
  15. 【請求項15】 前記第1層間絶縁膜パターンを形成す
    る段階は、 前記半導体基板上に第1層間絶縁膜を形成する段階と、 前記第1層間絶縁膜をフォトリソグラフィ工程を用いた
    湿式蝕刻及び乾式蝕刻工程を順次に適用してパタニング
    することにより上側の入口が広柱状の第1コンタクトホ
    ールを含む第1層間絶縁膜パターンを形成する段階とを
    含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体メモリ
    装置のキャパシタの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記コンタクトプラグを形成する段階
    は、 前記第1層間絶縁膜パターンの上部に前記第1コンタク
    トホールの内部を充填するに充分の厚さで障壁物質層を
    形成する段階と、 前記第1コンタクトホールの内部を除いた前記第1層間
    絶縁膜パターンの上部の障壁物質層を除去して前記第1
    コンタクトホールの内部を障壁層で充填する段階とを含
    むことを特徴とする請求項13に記載の半導体メモリ装
    置のキャパシタの製造方法。
  17. 【請求項17】 前記障壁物質層は、TiN 、TiAlN 、Ta
    SiN 、TaAlN 、TiSiN 、TaSi、TiSi、Ta、TaN 、CoSi及
    びCoよりなる群から選択された何れか1つで構成される
    ことを特徴とする請求項16に記載の半導体メモリ装置
    のキャパシタの製造方法。
  18. 【請求項18】 前記障壁物質層を除去する段階は、乾
    式蝕刻工程により行なわれることを特徴とする請求項1
    6に記載の半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  19. 【請求項19】 前記障壁物質層を除去する段階は、CM
    P 工程により行なわれることを特徴とする請求項16に
    記載の半導体メモリ装置キャパシタの製造方法。
  20. 【請求項20】 前記コンタクトプラグを形成する段階
    は、前記第1コンタクトホールの内部に前記障壁層を充
    填する前に前記第1コンタクトホールにより露出された
    半導体基板の表面にオームコンタクト層を形成する段階
    をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の半導
    体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  21. 【請求項21】 前記オームコンタクト層は、金属シリ
    サイドで構成されたことを特徴とする請求項20に記載
    の半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  22. 【請求項22】 前記下部電極は、Pt、Ir、IrO2、Ru、
    RuO2及び酸化物伝導体よりなる群から選択された何れか
    1つで形成されることを特徴とする請求項13に記載の
    半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  23. 【請求項23】 前記誘電膜は、STO(SrTiO3) 、BST(Ba
    (Sr ,Ti)O3)、PZT(Pb(Zr ,Ti)O3)及びPLZT((Pb,La)
    (Zr,Ti)TiO3)よりなる群から選択された何れか1つで
    形成されることを特徴とする請求項13に記載の半導体
    メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  24. 【請求項24】 半導体基板上に第1コンタクトホール
    を有する第1層間絶縁膜パターンを形成する段階と、 前記第1コンタクトホールに埋込まれるようにコンタク
    トプラグを形成する段階と、 前記コンタクトプラグ上に拡散防止膜パターンを形成す
    る段階と、 前記拡散防止膜パターンの形成された結果物上に前記拡
    散防止膜パターンを露出させる第2コンタクトホールを
    有する第2層間絶縁膜パターンを形成する段階と、 前記第2コンタクトホールを介して前記拡散防止膜パタ
    ーンと接触されるように前記第2層間絶縁膜パターン上
    に導電膜パターンを形成することにより前記コンタクト
    プラグ、前記拡散防止膜パターン及び前記導電膜パター
    ンよりなる下部電極を完成する段階と、 前記導電膜パターン上に誘電膜と上部電極とを順次に形
    成する段階とを含むことを特徴とする半導体メモリ装置
    のキャパシタの製造方法。
  25. 【請求項25】 前記コンタクトプラグは、不純物のド
    ーピングされた多結晶シリコン、タングステン、タング
    ステン窒化物及びタングステンシリサイドよりなる群か
    ら選択された何れか1つで形成されることを特徴とする
    請求項24に記載の半導体メモリ装置のキャパシタの製
    造方法。
  26. 【請求項26】 前記拡散防止膜パターンは、Ta、Co、
    TiN 、(Ti ,Al)N、(Ti ,Si)N、TaN 、(Ta ,Si)N、Ti
    Six 、TaSix 及びCoSix よりなる群から選択された何れ
    か1つで形成されることを特徴とする請求項24に記載
    の半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  27. 【請求項27】 前記導電膜パターンは、Pt、Ir、Ru、
    IrO2及びRuO2よりなる群から選択された何れか1つで形
    成されることを特徴とする請求項24に記載の半導体メ
    モリ装置のキャパシタの製造方法。
  28. 【請求項28】 前記コンタクトプラグ、前記拡散防止
    膜パターン及び前記導電膜パターンは、各々不純物のド
    ーピングされた多結晶シリコン、チタン窒化物及び白金
    で形成されることを特徴とする請求項24に記載の半導
    体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  29. 【請求項29】 半導体基板上に第1コンタクトホール
    を有する第1層間絶縁膜パターンを形成する段階と、 前記第1コンタクトホール内に埋没されるようにコンタ
    クトプラグを形成する段階と、 前記コンタクトプラグ上に第1拡散防止膜パターンを形
    成する段階と、 前記第1拡散防止膜パターンが形成された結果物上に前
    記第1拡散防止膜パターンを露出させる第2コンタクト
    ホールを有する第2層間絶縁膜パターンを形成する段階
    と、 前記第2コンタクトホール内に埋没されるように第2拡
    散防止膜パターンを形成する段階と、 前記第2拡散防止膜パターン上に導電膜パターンを形成
    することにより前記コンタクトプラグ、前記第1拡散防
    止膜パターン、前記第2拡散防止膜パターン及び前記導
    電膜パターンよりなる下部電極を完成する段階と、 前記導電膜パターン上に誘電膜と上部電極とを順次に形
    成する段階とを含むことを特徴とする半導体メモリ装置
    のキャパシタの製造方法。
  30. 【請求項30】 前記コンタクトプラグは、不純物のド
    ーピングされた多結晶シリコン、タングステン、タング
    ステン窒化物及びタングステンシリサイドよりなる群か
    ら選択された何れか1つで形成されることを特徴とする
    請求項29に記載の半導体メモリ装置のキャパシタの製
    造方法。
  31. 【請求項31】 前記第1拡散防止膜パターンは、Ta、
    Co、TiN 、(Ti ,Al)N、(Ti ,Si)N、TaN 、(Ta ,Si)
    N、TiSix 、TaSix 及びCoSix よりなる群から選択され
    た何れか1つで形成されることを特徴とする請求項29
    に記載の半導体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  32. 【請求項32】 前記第2拡散防止膜パターンは、Ir、
    Ru、IrO2及びRuO2よりなる群から選択された何れか1つ
    で形成されることを特徴とする請求項29に記載の半導
    体メモリ装置のキャパシタの製造方法。
  33. 【請求項33】 前記導電膜パターンは、Ptよりなるこ
    とを特徴とする請求項29に記載の半導体メモリ装置の
    キャパシタの製造方法。
  34. 【請求項34】 前記第2拡散防止膜パターンは、Irと
    IrO2とが順次に積層された二重層構造を有するように形
    成され、前記導電膜パターンはPtよりなることを特徴と
    する請求項29に記載の半導体メモリ装置のキャパシタ
    の製造方法。
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