KR101895460B1 - 커패시터 구조물 및 이의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
커패시터 구조물의 형성 방법에 있어서, 복수의 플러그들을 포함하는 기판 상에 몰드막을 형성한다. 몰드막을 부분적으로 제거하여 플러그를 노출시키는 복수의 개구부들을 형성한다. 개구부들을 매립하는 속이 찬 기둥 형상의 복수의 하부 전극들을 형성한다. 몰드막의 상부를 제거하여 하부 전극의 상부를 노출시킨다. 노출된 상기 하부 전극의 측벽 및 몰드막 상에 지지 패턴을 형성한다. 몰드막을 제거한다. 하부 전극 및 지지 패턴 상에 유전막 및 상부 전극을 순차적으로 형성한다.
Description
본 발명은 커패시터 구조물 및 이의 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지지 패턴을 포함하는 커패시터 구조물 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 소자의 집적도가 증가하고, 디자인 룰이 감소됨에 따라 상기 반도체 소자에 포함되는 커패시터의 종횡비가 크게 증가하고 있다. 이에 따라, 상기 커패시터의 하부 전극이 기울어지거나 쓰러지는 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 하부 전극의 기울어짐 혹은 쓰러짐 현상을 방지하기 위해 상기 하부 전극의 측벽 상에 지지 패턴을 형성하는 방법들에 대해 연구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 우수한 구조적 안정성 및 신뢰성을 갖는 커패시터 구조물의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 구조적 안정성 및 신뢰성을 갖는 커패시터 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물 형성 방법에 따르면, 복수의 플러그들을 포함하는 기판 상에 몰드막을 형성한다. 상기 몰드막을 부분적으로 제거하여 상기 플러그를 노출시키는 복수의 개구부들을 형성한다. 상기 개구부들을 매립하는 속이 찬 기둥 형상의 복수의 하부 전극들을 형성한다. 상기 몰드막의 상부를 제거하여 상기 하부 전극의 상부를 노출시킨다. 노출된 상기 하부 전극의 측벽 및 상기 몰드막 상에 지지 패턴을 형성한다. 상기 몰드막을 제거한다. 상기 하부 전극 및 상기 지지 패턴 상에 유전막 및 상부 전극을 순차적으로 형성한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 몰드막은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 사용하여 형성되며, 상기 지지 패턴은 실리콘 질화물을 사용하여 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 몰드막의 상부는 에치-백(etch-back) 공정을 통해 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 지지 패턴을 형성함에 있어서, 상기 몰드막 상에 노출된 상기 하부 전극들을 커버하는 지지막을 형성할 수 있다. 상기 지지막을 이방성 식각 공정을 통해 부분적으로 식각할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 지지 패턴은 상기 하부 전극의 상면에서 아래로 갈수록 두께가 증가할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수의 하부 전극들은 제1 방향으로 배치되어 하부 전극 열을 형성하며, 복수의 상기 하부 전극 열들이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치될 수 있다. 상기 하부 전극 열들에 포함된 상기 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 서로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하부 전극 열은 최외곽의 두 개의 제2 하부 전극들 및 상기 제2 하부 전극들 사이에 형성된 제1 하부 전극들을 포함할 수 있다. 상기 제2 하부 전극은 상기 제1 하부 전극보다 큰 지름 또는 너비를 갖도록 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제2 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결되며, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제1 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결되지 않을 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수의 하부 전극들을 형성한 후, 상기 몰드막 및 상기 하부 전극 열의 일부를 커버하는 마스크를 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 지지 패턴은 상기 마스크에 의해 커버되지 않는 상기 하부 전극 상부의 측벽 상에 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 두 개의 상기 하부 전극 열에 포함된 상기 하부 전극들이 상기 지지 패턴에 의해 연결되어 직사각형 어레이를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물은 하부 전극, 지지 패턴, 유전막 및 상부 전극을 포함한다. 복수의 상기 하부 전극들은 기판 상에 구비된 플러그와 접촉하는 속이 찬 기둥 형상을 갖는다. 상기 지지 패턴은 상기 하부 전극 상부의 측벽 상에 형성되며, 상기 하부 전극 상면에서 아래로 갈수록 두께가 증가한다. 상기 유전막은 상기 하부 전극 및 상기 지지 패턴 상에 형성된다. 상기 상부 전극은 상기 유전막 상에 형성된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수의 하부 전극들은 제1 방향으로 배치되어 하부 전극 열을 정의하며, 복수의 상기 하부 전극 열들이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치될 수 있다. 상기 하부 전극 열들에 포함된 상기 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 서로 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 하부 전극 열은 최외곽의 두 개의 제2 하부 전극들 및 상기 제2 하부 전극들 사이에 배치되며 상기 제2 하부 전극보다 작은 지름 또는 너비를 갖는 제1 하부 전극들을 포함할 수 있다. 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제2 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결되며, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제1 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결되지 않을 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 지지 패턴을 형성하기 위한 식각 혹은 패터닝 공정을 하부 전극 형성 후에 수행하므로, 상기 하부 전극 혹은 지지 패턴 형성을 위해, 이종의 막들을 식각하지 않을 수 있다. 또한, 상기 하부 전극들의 배열, 위치, 사이즈들을 조절하여 상기 지지 패턴의 형상을 적절하게 조절할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 단면도 및 평면도들이다.
도 2는 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 14 내지 도 21은 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 22 내지 도 32는 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 33 내지 도 36은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 37은 예시적인 실시예들에 따른 컴퓨팅 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 평면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 14 내지 도 21은 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 22 내지 도 32는 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다.
도 33 내지 도 36은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 37은 예시적인 실시예들에 따른 컴퓨팅 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1a 내지 도 1c는 각각 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 상기 커패시터 구조물은 기판(100) 상에 구비된 하부 전극(170), 지지 패턴(180), 유전막(190) 및 상부 전극(195)을 포함할 수 있다.
기판(100)은 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판 등 반도체 기판을 포함할 수 있다. 또한, 기판(100)은 n형 혹은 p형 불순물이 도핑된 불순물 영역과 같은 도전 영역을 포함할 수 있다.
기판(100) 상에는 층간 절연막(110)이 구비될 수 있다. 층간 절연막(110)은 USG(undoped silicate glass), SOG(spin on glass), PSG(phosphor silicate glass), BPSG(boro-phosphor silicate glass), FOX(flowable oxide), TOSZ(Tonen Silazane), TEOS(tetra ethyl ortho silicate), PE-TEOS(plasma enhanced-TEOS), HDP-CVD(high density plasma-chemical vapor deposition) 산화물 등과 같은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
플러그(120)는 층간 절연막(110)을 관통하여 기판(100) 상에 구비될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 플러그(120)는 기판(100)의 상기 도전 영역과 접속될 수 있다. 또한, 복수의 플러그들(120)이 제1 방향 및 상기 제1 방향에 실질적으로 수직한 제2 방향을 따라 규칙적으로 배치될 수 있다. 플러그(120)는 금속 및/또는 금속 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플러그(120)는 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta), 텅스텐 질화물(WNx), 티타늄 질화물(TiNx), 알루미늄 질화물(AlNx), 탄탈륨 질화물(TaNx), 티타늄-알루미늄 질화물(TiAlxNy) 등을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 플러그(120)는 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수도 있다.
층간 절연막(110) 상에는 식각 저지막(130)이 구비될 수 있다. 식각 저지막(130)은 예를 들어, 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 식각 저지막(130)은 생략될 수도 있다.
층간 절연막(110) 상에는 플러그(120)와 접촉하는 하부 전극(170)이 구비될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 하부 전극(170)은 기판(100) 상면에 수직한 방향으로 돌출되는 필라(pillar) 형상 또는 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수 있다.
도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 복수의 하부 전극들(170)이 상기 제1 방향으로 배치되어 하부 전극 열을 형성할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에서는 4개의 하부 전극들(170)이 하나의 하부 전극 열을 형성하는 것으로 도시되었으나, 상기 하부 전극 열에 포함되는 하부 전극들(170)의 숫자는 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 복수의 상기 하부 전극열들이 상기 제2 방향을 따라 배치될 수 있다. 도 1b 및 도 1c에서는 2개의 상기 하부 전극 열들 만을 도시하였으나, 더 많은 상기 하부 전극 열들이 상기 제2 방향을 따라 배치될 수 있다.
하부 전극(170) 상부의 측벽 상에는 지지 패턴(180)이 구비될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴(180)은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 실리콘 탄질화물을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상을 조합하여 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴(180)은 하부 전극(170) 상부 측벽에 형성된 스페이서 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 지지 패턴(180)은 하부 전극(170)의 상면에서 아래로 갈수록 폭이 증가하는 형상을 가질 수 있다. 하부 전극(170)이 원 기둥 형상을 갖는 경우, 지지 패턴(180)은 하부 전극(170)의 상부를 감싸며, 지지 패턴(180)을 기판(100) 상면에 평행하게 절단한 단면은 상기 하부 전극(170)의 상면에서 아래로 갈수록 외측 지름이 증가하는 고리 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 지지패턴(180)의 상면은 상기 하부 전극(170)의 상면과 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 또는, 지지패턴(180)의 최상부는 상기 하부 전극(170)의 상면과 연결된 형상을 가질 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 지지 패턴(180)은 상기 하부 전극 열의 상부 측벽에 형성되어 상기 제1 방향을 따라 연속적으로 연장하는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 하나의 상기 하부 전극 열에 포함된 하부 전극들(170)은 지지 패턴(180)에 의해 상기 제1 방향을 따라 연결될 수 있다. 이에 따라, 지지 패턴(180)은 상기 제1 방향을 따라, 상기 하부 전극 열을 지지하여 상기 하부 전극 열에 포함되는 하부 전극들(170)의 쓰러짐 또는 기울어짐 현상을 방지할 수 있다.
도 1a를 다시 참조하면, 하부 전극(170) 및 지지 패턴(180)을 커버하는 유전막(190)이 층간 절연막(110) 또는 식각 저지막(130) 상에 구비될 수 있다. 유전막(190)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 계열의 물질을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 유전막(190)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 보다 높은 유전 상수를 갖는 고유전율 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고유전율 물질은 탄탈륨 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 등과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유전막(190)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 금속 산화막을 포함하는 단일막 구조를 가질 수도 있지만, 금속 산화막, 실리콘 산화막 및/또는 실리콘 질화막이 복층으로 형성된 다층막 구조를 가질 수도 있다.
유전막(190) 상에는 상부 전극(195)이 구비될 수 있다. 상부 전극(195)은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 금속 질화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(195)은 티타늄, 티타늄 질화물, 알루미늄, 알루미늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 서로 혼합되어 사용될 수 있다
이에 따라. 필라형의 하부 전극(170), 유전막(190) 및 상부 전극(195)을 포함하는 커패시터가 정의 될 수 있으며, 복수의 하부 전극들(170)은 제1 방향을 따라 지지 패턴(180)에 의해 연결되어 지지될 수 있다.
한편, 도 1c를 참조하면, 지지 패턴(182)에 의해 하나의 상기 하부 전극 열들에 포함된 하부 전극들(170) 뿐만 아니라, 상기 제2 방향을 따라 인접하는 상기 하부 전극 열들도 지지 패턴(182)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들면, 지지 패턴(182)에 의해 상기 제1 및 제2 방향으로 인접하는 하부 전극들(170) 모두가 연결될 수 있다. 이에 따라, 하부 전극들(170)의 지지 효과를 더 향상시킬 수 있으며, 특히 하나의 상기 하부 전극 열이 전체적으로 외부 충격에 의해 뽑히는 현상을 방지할 수 있다.
도 2는 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 평면도이다. 상기 커패시터 구조물은 하부 전극 및/또는 지지 패턴의 형상을 제외하고는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 커패시터 구조물과 실질적으로 동일한 구조 및/또는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 중복되는 구성 및/또는 부재에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 하나의 상기 하부 전극 열에는 양 단부 혹은 외곽에 배치되는 제2 하부 전극들(172b) 및 상기 제2 하부 전극들(172b) 사이에 배열되는 제1 하부 전극들(172a)이 포함될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 하부 전극(172b)은 제1 하부 전극(172a) 보다 큰 폭 또는 지름을 가질 수 있다.
이 경우, 지지 패턴(184)에 의해 하나의 상기 하부 전극 열들에 포함된 제1 및 제2 하부 전극들(172a, 172b)이 상기 제1 방향을 따라 연결될 수 있다. 추가적으로, 상기 제2 방향을 따라 인접하는 제2 하부 전극들(172b)이 지지 패턴(184)에 의해 연결될 수 있다. 상기 제2 방향을 따라 서로 인접하는 제1 하부 전극들은(172a) 서로 분리될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인접하는 상기 하부 전극 열들도 지지 패턴(184)에 의해 연결시킴으로써, 하부 전극들의 지지 효과를 더 향상시킬 수 있으며, 특히 하나의 상기 하부 전극 열이 전체적으로 외부 충격에 의해 뽑히는 현상을 방지할 수 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 지지 패턴(182)에 의해 하부 전극들(170)이 상기 제1 및 제2 방향을 따라 전체적으로 연결될 수도 있으나, 이 경우 지지 패턴(182)의 부피가 증가하면서 지지 패턴(182) 내부에 크랙(crack)과 같은 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 전극 열의 외곽에 배치된 제2 하부 전극들(172b)만을 통해서 복수의 상기 하부 전극 열들을 지지 패턴(184)으로 연결시킬 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 나타내는 평면도이다. 상기 커패시터 구조물은 하부 전극 및/또는 지지 패턴의 형상을 제외하고는 도 1a 및 도 1b에 도시된 커패시터 구조물과 실질적으로 동일한 구조 및/또는 형상을 가질 수 있다. 따라서, 중복되는 구성 및/또는 부재에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3a를 참조하면, 지지 패턴(186)은 하부 전극(170) 상부의 측벽을 부분적으로 둘러싸도록 형성될 수 있다. 도 1b, 도 1c 및 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 지지패턴(180, 182, 184)은 하부 전극(170. 172a, 172b) 상부를 전체적으로 둘러싸면서 인접하는 상기 하부 전극들을 연결시킬 수도 있다. 그러나, 이 경우 지지 패턴(180, 182, 184) 형성을 위해 많은 양의 증착 물질이 필요하고, 증착 두께가 증가하면서 지지 패턴(180, 182, 184)의 안정성이 약화될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 지지 패턴(186)은 하부 전극(170)의 측벽을 부분적으로 감싸면서 인접하는 하부 전극들(170)을 연결시킬 수 있다. 따라서, 지지 패턴(186) 형성에 필요한 증착 물질의 양 및 증착 두께를 감소시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴(186)은 하나의 상기 하부 전극 열들에 포함된 하부 전극들(170)을 연결시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 하부 전극 열들은 지지패턴(186)에 의해 서로 연결되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 지지패턴(187)에 의해 인접하는 두 개의 상기 하부 전극 열들에 포함된 하부 전극들(170)이 모두 지지 패턴(187)에 의해 연결되도록 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 하나의 상기 하부 전극 열에 포함되는 최외곽의 두 제2 하부 전극들(172b)이 두 제2 하부 전극들(172a) 사이에 형성된 제1 하부 전극들(172a) 보다 큰 지름 또는 너비를 가질 수 있다. 이 경우, 하부 전극들(172)은 지지 패턴(188)에 의해 연결되어 실질적으로 직사각형 모양의 어레이(array)를 형성할 수 있으며, 복수의 상기 어레이들이 기판(100) 상부에 형성될 수 있다. 상기 직사각형 어레이의 외부로 지지 패턴(188)이 형성되지 않은 하부 전극(172) 상부의 측벽이 일부 노출될 수 있다. 한편, 상기 직사각형 어레이 내부의 하부 전극들(172)은 상기 직사각형의 꼭지점들에 위치한 제2 하부 전극들(172a)을 제외하고는 상기 제2 방향을 따라 지지패턴(188)에 의해 연결되지 않을 수 있다.
예시적으로, 지지패턴(188) 및 하부전극들(170)이 직사각형 형상의 어레이를 형성한다고 설명하였으나, 그 형상은 다향하게 변경가능하며 하나의 어레이 안에 포함되는 하부 전극들(170)의 수도 특별히 제한되는 것은 아니다.
도 4 내지 도 13은 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다. 구체적으로, 도 4 내지 도 7, 도 9, 도 10, 도 12 및 도 13은 상기 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 8은 도 7의 평면도이며, 도 11a 및 도 11b는 도 10의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(100) 상에 층간 절연막(110)을 형성하고, 층간 절연막(110)을 관통하는 복수의 플러그들(120)을 형성한다.
기판(100)으로서 예를 들면, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 실리콘-온-인슐레이터(Silicon-On-Insulator: SOI) 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(Germanium-On-Insulator: GOI) 기판 등 반도체 기판을 사용할 수 있다. 또한, 기판(100)은 n형 혹은 p형 불순물이 도핑된 불순물 영역과 같은 도전 영역을 포함할 수 있다.
층간 절연막(110)은 실리콘 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 층간 절연막(110)은 USG, SOG, PSG, BPSG, FOX, TOSZ, TEOS, PE-TEOS, HDP-CVD 산화물 등을 사용하여 형성될 수 있다. 층간 절연막(110)은 화학 기상 증착(chemical vapor deposition: CVD) 공정, 플라즈마 증대 화학 기상 증착(plasma-enhanced CVD: PECVD) 공정, 스핀 코팅(spin coating) 공정, 고밀도 플라즈마-화학 기상 증착(HDP-CVD) 공정 등을 이용하여 형성할 수 있다.
플러그(120)는 층간 절연막(110)을 관통하여 기판(100)과 접촉하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 플러그(120)는 기판(100) 상에 형성된 상기 도전 영역과 접촉할 수 있다. 또한, 복수의 플러그들(120)이 제1 방향 및 상기 제1 방향에 실질적으로 수직한 제2 방향을 따라 규칙적으로 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 층간 절연막(110)을 부분적으로 제거하여 기판(100)을 부분적으로 노출시키는 복수의 홀들(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 상기 홀들을 매립하는 도전막을 층간 절연막(110) 및 기판(100) 상에 형성할 수 있다. 이후, 기계 화학적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정 및/또는 에치-백(etch-back) 공정을 통해, 층간 절연막(110) 상면이 노출될 때까지 상기 도전막의 상부를 제거함으로써, 상기 홀들을 매립하는 복수의 플러그들(120)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 및/또는 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 상기, 금속 및/또는 금속 질화물의 예로서 텅스텐, 티타늄, 알루미늄, 구리, 탄탈륨, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 알루미늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 티타늄-알루미늄 질화물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상을 혼합하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 도전막은 물리 기상 증착(physical vapor depostion: PVD) 공정, 원자층 증착 공정(atomic layer deposition: ALD), 스퍼터링(sputtering) 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
도 5를 참조하면, 층간 절연막(110) 및 플러그(120) 상에 식각 저지막(130) 및 몰드막(140)을 순차적으로 형성한다.
식각 저지막(130)은 예를 들면, 실리콘 질화물을 사용하여 CVD 공정, PECVD 공정, 스핀 코팅 공정, HDP-CVD 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 식각 저지막(130)은 후속 공정에 의해 개구부(150, 도 6참조)를 형성할 때, 식각 종말점으로서 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 식각 저지막(130)은 형성되지 않을 수도 있다.
식각 저지막(130) 상에는 몰드막(140)을 형성할 수 있다. 몰드막(140)은 실리콘 또는 BPSG, PSG, USG, SOG, FOX, TOSZ, TEOS, PE-TEOS, HDP-CVD 산화물 등과 같은 실리콘 산화물을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 몰드막(140)은 CVD 공정, 스핀 코팅 공정, PECVD 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
도 6을 참조하면, 몰드막(140) 및 식각 저지막(130)을 부분적으로 제거하여, 플러그(120)를 노출시키는 복수의 개구부들(150)을 형성한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 식각 공정을 수행하여 몰드막(140을 부분적으로 제거함으로써, 식각 저지막(130)을 노출시킬 수 있다. 이후, 제2 식각 공정을 수행하여, 노출된 식각 저지막(130) 부분을 제거하여 플러그(120)를 노출시킬 수 있다. 상기 제1 식각 공정 및 제2 식각 공정은 서로 다른 식각 가스를 사용하는 건식 식각 공정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 식각 공정을 위한 식각 가스는 HF를 포함할 수 있고, 상기 제2 식각 공정을 위한 식각 가스는 CH3F, CHF3, CF4, C2F6, NF3 등을 포함할 수 있다. 한편, 식각 저지막(130)이 형성되지 않은 경우, 상기 제1 식각 공정만을 수행하여 개구부(150)를 형성할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 개구부(150)를 채우면서 플러그(120)와 접속되는 하부 전극(170)을 형성한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 개구부(150)를 매립하는 하부 전극막을 몰드막(140) 상에 형성한다. 상기 하부 전극막은 금속 혹은 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 전극막은 구리, 알루미늄, 텅스텐, 백금, 루비듐, 이리듐 등과 같은 금속 혹은 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 텅스텐 질화물과 같은 금속 질화물을 사용하여 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 하부 전극막은 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수도 있다. 상기 하부 전극막은 스퍼터링 공정, PVD 공정, ALD 공정 등을 통해 수득될 수 있다. 이후, CMP 공정 및/또는 에치-백 공정을 통해 상기 하부 전극막 상부를 몰드막(140) 상면이 노출될 때까지 연마하여 하부 전극(170)을 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 하부 전극(170)은 기판(100) 상면에 수직한 방향으로 돌출되는 필라(pillar) 형상 또는 속이 찬 원기둥 형상을 가질 수 있다.
도 7의 평면도인 도 8을 참조하면, 복수의 하부 전극들(170)이 몰드막(140) 내부에 매립되어 상기 제1 및 제2 방향으로 규칙적으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수의 하부 전극들(170) 상기 제1 방향으로 배치되어 하부 전극 열을 형성하고, 복수의 상기 하부 전극 열들이 상기 제2 방향으로 따라 형성될 수 있다. 하나의 상기 하부 전극 열에 포함되는 하부 전극들(170) 수 및 상기 하부 전극 열들의 수는 특별히 제한되지 않는다.
도 9를 참조하면, 몰드막(140) 상부를 부분적으로 제거하여 하부 전극들(170)의 상부를 노출시킨다. 예시적인 실시예들에 따르면, 에치-백 공정을 통해 몰드막(140)의 상기 상부를 제거할 수 있다. 이에 따라, 하부 전극들(170)은 몰드막(140)위로 돌출될 수 있다.
도 10을 참조하면, 몰드막(140) 상면 및 노출된 하부 전극들(170)의 측벽 상에 지지 패턴(180)을 형성한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 몰드막(140) 상에 노출된 하부 전극들(170)을 덮는 지지막을 형성할 수 있다. 이어서, 상기 지지막을 이방성 식각 공정을 통해 부분적으로 제거하여 지지 패턴(180)을 형성할 수 있다. 상기 지지막은 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 실리콘 탄질화물을 사용하여 형성할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 지지막은 CVD 공정, PECVD 공정, PVD 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴(180)은 노출된 하부 전극(170) 부분의 측벽을 둘러싸는 스페이서 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 패턴(180)은 하부 전극(170)의 상면에서 아래로 갈수록 폭이 증가하는 형상을 가질 수 있다. 하부 전극(170)이 원기둥 형상을 갖는 경우, 지지 패턴(180)은 하부 전극(170)의 상부 측벽을 감싸며, 지지 패턴(180)을 기판(100) 상면에 평행하게 절단한 단면은 상기 하부 전극(170)의 상면에서 아래로 갈수록 외측 지름이 증가하는 고리 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 지지패턴(180)의 상면은 상기 하부 전극(170)의 상면과 동일 평면 상에 위치할 수 있다. 또는, 지지패턴(180)의 최상부는 상기 하부 전극(170)의 상면과 연결된 형상을 가질 수 있다.
도 10의 평면도인 도 11a를 참조하면, 지지 패턴(180)에 의해 하나의 상기 하부 전극 열에 포함되는 하부 전극들(170)이 모두 연결될 수 있다. 이에 따라, 지지 패턴(180)은 상기 제1 방향을 따라, 상기 하부 전극 열을 지지하여 상기 하부 전극 열에 포함되는 하부 전극들(170)의 쓰러짐 또는 기울어짐 현상을 방지할 수 있다. 한편, 상기 하부 전극열들은 상기 제2 방향으로는 지지 패턴(180)에 의해 연결되지 않을 수 있다.
도 11b를 참조하면, 상기 지지막의 증착 두께를 증가시키거나, 인접하는 상기 하부 전극 열들 사이의 간격을 감소시킴으로써 지지 패턴(182)에 의해 복수의 상기 하부 전극 열들에 포함된 하부 전극들(170) 모두가 연결되도록 형성될 수도 있다. 예를 들면, 지지 패턴(182)에 의해 상기 제1 및 제2 방향으로 인접하는 하부 전극들(170) 모두가 연결될 수 있다. 이에 따라, 하부 전극들(170)의 지지 효과를 더 향상시킬 수 있으며, 특히 하나의 상기 하부 전극 열이 전체적으로 외부 충격에 의해 뽑히는 현상을 방지할 수 있다. 도 11b에서는 2 개의 상기 하부 전극 열들이 지지 패턴(182)에 의해 연결되는 것으로 도시하였으나, 3 개 혹은 그 이상의 상기 하부 전극 열들이 지지 패턴(182)에 의해 연결될 수도 있다.
도 12를 참조하면, 몰드막(140)을 제거한다. 예시적인 실시예들에 따르면, 몰드막(140)은 실리콘 산화물에 대해 높은 식각 선택비를 갖는 식각 용액을 사용하는 습식 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 식각 용액은, 불산(HF) 용액, 버퍼 산화물 식각(buffer oxide etchant: BOE) 용액, 엘에이엘(LAL) 용액 등을 포함할 수 있다.
도 13을 참조하면, 하부 전극(170) 및 지지 패턴(180)을 커버하는 유전막(190)을 식각 저지막(130) 상에 형성할 수 있다. 유전막(190) 상에는 상부 전극(195)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 필라 형태의 하부 전극(170), 유전막(190) 및 상부 전극(195)을 포함하며, 지지 패턴(180)에 의해 인접하는 하부 전극들(170)이 연결되어 지지되는 커패시터 구조물을 수득할 수 있다.
유전막(190)은 실리콘 산화물 또한 실리콘 질화물 계열의 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 또한, 유전막(190)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 보다 높은 유전 상수를 갖는 고유전율 물질을 사용하여 형성될 수도 있다. 상기 고유전율 물질은 예를 들어, 탄탈륨 산화물, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물 등과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유전막(190)은 금속 산화막, 실리콘 산화막 및/또는 실리콘 질화막이 복층으로 형성된 다층막 구조로 형성될 수 있다. 유전막(190)은 CVD 공정, PVD 공정, ALD 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
상부 전극(195)은 티타늄, 티타늄 질화물, 알루미늄, 알루미늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물 등과 같은 금속 또는 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상부 전극(195)은 도핑된 폴리실리콘을 사용하여 형성될 수도 있다. 상부 전극(195)은 PVD 공정, 스퍼터링 공정, ALD 공정 등을 통해 수득될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴(180)을 형성하기 위한 식각 혹은 패터닝 공정을 하부 전극(170) 형성 후에 수행하므로, 상기 하부 전극 혹은 지지 패턴 형성을 위해, 이종의 막들(예를 들면, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막)을 식각하지 않을 수 있다. 따라서, 몰드막 및 지지막을 적층시킨 후, 하부 전극 형성을 위한 개구부를 형성하는 식각 공정에서 발생하는 상기 개구부 측벽의 보이드, 불균일한 프로파일, 심, 크랙 등과 같은 결함을 방지할 수 있다.
또한, 상기 하부 전극의 종횡비를 높이기 위해 복층으로 상기 하부 전극을 적층하는 경우에도, 상기 지지 패턴을 최상부의 상기 하부 전극 상에 전술한 예시적인 실시예들에 따른 방법에 따라 용이하게 형성할 수 있다.
도 14 내지 도 21은 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다. 구체적으로, 도 14, 도 15, 도 17, 도 19 및 도 21은 상기 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 16, 도 18 및 도 20은 각각 도 15, 도 17 및 도 19의 평면도들이다.
도 4 내지 도 13을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 14를 참조하면, 도 4 및 도 5를 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행한다. 이에 따라, 기판(100) 상에 층간 절연막(110) 및 층간 절연막(110)을 관통하는 복수의 플러그들(120)을 형성하고, 층간 절연막(110) 및 플러그들(120) 상에 식각 저지막(130) 및 몰드막(140)을 순차적으로 형성할 수 있다.
도 15 및 도 15의 평면도인 도 16을 참조하면, 도 6을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일한거나 유사한 공정을 수행함으로써, 몰드막(140) 및 식각 저지막(130)을 부분적으로 제거한다. 이에 따라, 플러그들(120)을 각각 노출시키는 복수의 개구부들(152)을 형성할 수 있다. 개구부들(152)은 상기 제1 방향을 따라 배치되는 개구부 열을 형성할 수 있으며, 상기 복수의 개구부 열들이 상기 제2 방향을 따라 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 개구부 열은 양 단부 또는 최외곽부에 형성된 2 개의 제2 개구부들(152b) 및 제2 개구부들(152b) 사이에 형성된 제1 개구부(152a)를 포함할 수 있다. 도 15에서는 2 개의 제1 개구부들(152a)이 형성되는 것으로 도시하였으나, 제1 개구부들(152a)의 수는 특별히 한정되지 않는다.
제1 개구부(152a) 및 제2 개구부(152b)는 각각 제1 폭(D1) 및 제2 폭(D2)에 대응하는 지름 또는 너비를 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 폭(D2)은 제1 폭(D1)보다 큰 값을 가질 수 있다. 따라서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 제2 방향으로 인접하는 제2 개구부들(152b) 사이의 간격은 상기 제2 방향으로 인접하는 제1 개구부들(152a) 사이의 간격보다 더 작을 수 있다.
도 17 및 도 17의 평면도인 도 18을 참조하면, 도 7을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 수행하여, 개구부들(152)을 매립하며, 플러그들(120)과 접속되는 하부 전극들(172)을 형성한다. 하부 전극들(172)은 속이 찬 필라 형상 또는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 하부 전극들(172)이 상기 제1 방향으로 배치되어 하부 전극 열을 형성하고, 복수의 상기 하부 전극 열들이 상기 제2 방향을 따라 배치될 수 있다.
하나의 상기 하부 전극 열에는 최외곽에 형성되는 2 개의 제2 하부 전극들(172b) 및 제2 하부 전극들(172b) 사이에 배치되는 제1 하부 전극들(172a)이 포함될 수 있다. 제2 하부 전극(172b)의 지름 또는 너비는 제2 개구부(152b)의 제2 폭(D2)과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한 제1 하부 전극(172a)의 지름 또는 너비는 제1 개구부(152a)의 제1 폭(D1)과 실질적으로 동일할 수 있다. 즉, 제2 하부 전극(172b)은 제1 하부 전극(172a) 보다 큰 지름 또는 너비를 가질 수 있다. 따라서, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 제2 방향을 따라 인접하는 제2 하부 전극들(172b) 사이의 간격은 상기 제2 방향을 따라 인접하는 제1 하부 전극들(172a) 사이의 간격보다 더 작을 수 있다.
도 19를 참조하면, 도 9 및 도 10을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 수행할 수 있다. 이에 따라, 몰드막(140) 상부를 제거하고, 몰드막(140) 및 하부 전극들(172) 상부의 측벽 상에 지지 패턴(184)을 형성할 수 있다.
도 19의 평면도인 도 20을 참조하면, 지지 패턴(184)에 의해 하나의 상기 하부 전극 열들에 포함된 제1 및 제2 하부 전극들(172a, 172b)이 상기 제1 방향을 따라 연결될 수 있다. 추가적으로, 상기 제2 방향을 따라 인접하는 제2 하부 전극들(172b)이 지지 패턴(184)에 의해 연결될 수 있다. 상기 제2 방향을 따라 인접하는 제1 하부 전극들은(172a) 서로 분리될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 상기 하부 전극 열들이 최외곽에 배치된 제2 하부 전극들(172b) 및 지지 패턴(184)을 매개로 서로 연결될 수 있다. 따라서, 하부 전극들(172)의 지지 효과를 더 향상시킬 수 있으며, 특히 하나의 상기 하부 전극 열이 외부 충격에 의해 뽑히는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 서로 다른 상기 하부 전극 열에 포함되는 제1 하부 전극들(172a)은 서로 연결되지 않고 분리될 수 있다. 이에 따라, 지지 패턴(184)의 부피 또는 두께를 줄일 수 있으므로, 지지 패턴(184) 내부에서 발생할 수 있는 크랙, 심 등과 같은 결함을 방지할 수 있다.
도 21을 참조하면, 도 12 및 도 13을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행한다. 이에 따라, 몰드막(140)을 제거한 후, 하부 전극(172), 지지 패턴(184) 및 식각 저지막(130) 상에 유전막(190) 및 상부 전극(195)을 순차적으로 형성할 수 있다.
도 22 내지 도 32는 또 다른 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도 및 평면도들이다. 구체적으로, 도 22, 도24, 도 26 내지 도 28, 도 30 및 도 32는 상기 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 23, 도 25, 도 29a 내지 도 29c 및 도 31은 상기 커패시터 구조물의 형성 방법을 설명하기 위한 평면도들이다. 도 4 내지 도 13을 참조로 설명한 공정 및/또는 구성들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 22 및 도 22의 평면도인 도 23을 참조하면, 도 4 내지 도 8을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행한다. 이에 따라, 몰드막(140) 및 식각 저지막(130)을 관통하고, 기판(100) 상에 형성된 플러그들(120)과 접촉하는 하부 전극들(170)을 형성할 수 있다.
도 24, 도 24의 평면도인 도 25 및 도 25의 I-II 라인을 따라 절단한 단면도인 도 26을 참조하면, 몰드막(140) 상에 각 하부 전극(170)들을 부분적으로 커버하는 마스크(175)를 형성한다. 예시적인 실시예들에 따르면, 마스크(175)는 인접하는 두 개의 하부 전극 열을 부분적으로 커버하며, 상기 하부 전극 열에 포함된 하부 전극들(170)은 마스크(175)에 의해 부분적으로 노출될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 마스크(175) 실질적으로 직사각형 형태의 노출부를 포함하는 액자 형상을 가질 수 있다. 또한, 마스크(175)는 도 24 및 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 제1 방향을 따라 연장하는 라인 패턴들을 포함할 수 있다.
마스크(175)는 예를 들면, 포토레지스트 계열의 물질, 실리콘 기반의 스핀-온 하드 마스크(silicon based spin-on hard mask: Si-SOH), 폴리실리콘, 비정질 실리콘, 비정질 카본 등을 포함할 수 있다.
도 27을 참조하면, 마스크(175)에 의해 노출된 몰드막(140)의 상부를 예를 들면, 에치-백 공정을 수행하여 부분적으로 제거한다. 이에 따라, 하부 전극(170)의 측벽이 부분적으로 노출될 수 있다.
이후, 마스크(175)는 애싱(ashing) 공정, 스트립(strip) 공정 등을 통해 제거될 수 있다.
도 28 및 도 28의 평면도인 도 29a를 참조하면, 도 10을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 유사한 공정을 수행함으로써, 노출된 상기 하부 전극(170)의 측벽 상에 실질적으로 스페이서 형상의 지지 패턴(186)을 형성한다.
예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴(186)은 하부 전극(170) 상부의 측벽을 부분적으로 감싸면서 인접하는 하부 전극들(170)을 연결시킬 수 있다. 지지 패턴(186)은 하부 전극(170)의 상기 상부의 전체 측벽을 둘러싸지 않으므로, 지지 패턴(186) 형성에 필요한 증착 물질의 양 및 증착 두께를 감소시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 도 29a에 도시된 바와 같이, 지지 패턴(186)은 하나의 상기 하부 전극 열들에 포함된 하부 전극들(170)을 연결시킬 수 있다. 이 경우, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 하부 전극 열들은 지지패턴(186)에 의해 서로 연결되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도 29b에 도시된 바와 같이, 지지패턴(187)에 의해 인접하는 두 개의 상기 하부 전극 열들에 포함된 하부 전극들(170)이 모두 지지 패턴(187)에 의해 연결되도록 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 도 29c에 도시된 바와 같이, 하나의 상기 하부 전극 열에 포함되는 최외곽의 두 제2 하부 전극들(172b)이 두 제2 하부 전극들(172b) 사이에 형성된 제1 하부 전극들(172a) 보다 큰 지름 또는 너비를 갖도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 지지 패턴(188)은 하부 전극들(172) 상부의 측벽에 부분적으로 형성되고, 인접하는 하부 전극들(172)을 연결하여 실질적으로 직사각형 모양의 어레이를 형성할 수 있다. 상기 직사각형의 꼭지점들에 위치한 제2 하부 전극들(172b)은 지지 패턴(188)에 의해 연결되나, 상기 제2 방향으로 인접하는 제1 하부 전극들(172a)은 지지 패턴(188)에 의해 연결되지 않을 수 있다.
이하에서는, 도 29a에 도시된 구조물을 참조로 후속 공정들에 대해 설명한다.
도 30 및 도 30의 평면도인 도 31을 참조하면, 도 12를 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 수행함으로써, 몰드막(140)을 제거한다.
도 32를 참조하면, 도 13을 참조로 설명한 공정과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정을 수행함으로써, 하부 전극(170), 지지 패턴(186) 및 식각 저지막(130) 상에 순차적으로 유전막(190) 및 상부 전극(195)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 예시적인 실시예들에 따른 커패시터 구조물을 수득할 수 있다.
도 33 내지 도 36은 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치의 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 예를 들면, 상기 반도체 장치는 디램(dynamic random access memory device: DRAM) 장치일 수 있다.
도 33을 참조하면, 기판(200)에 소자 분리막(205)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 소자 분리막(205)은 얕은 트렌치 소자 분리(STI) 공정을 통해 형성될 수 있다.
기판(200) 상에 게이트 절연막, 게이트 전극막 및 하드 마스크 막을 순차적으로 형성하고, 사진 식각 공정을 통해 이들을 패터닝하여, 기판(200) 상에 순차적으로 적층된 게이트 절연막 패턴(212), 게이트 전극(214) 및 하드 마스크(216)를 각각 포함하는 복수 개의 게이트 구조물들(210)을 형성한다. 상기 게이트 절연막은 실리콘 산화물 혹은 금속 산화물을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 게이트 전극막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 또는 금속 질화물을 사용하여 형성될 수 있다. 상기 하드 마스크막은 실리콘 질화물을 사용하여 형성될 수 있다.
이후, 게이트 구조물들(210)을 이온 주입 마스크로 사용하는 이온 주입 공정을 통해, 게이트 구조물들(210)에 인접한 기판(200) 상부에 제1 및 제2 불순물 영역들(207, 209)을 형성한다. 제1 및 제2 불순물 영역들(207, 209)은 트랜지스터의 소스/드레인 영역으로 기능할 수 있다.
게이트 구조물(210) 및 불순물 영역들(207, 209)은 상기 트랜지스터를 형성할 수 있다. 한편, 게이트 구조물들(210)의 측벽들에는 실리콘 질화물을 사용하여 스페이서들(218)을 형성할 수 있다.
도 34를 참조하면, 게이트 구조물들(210) 및 스페이서들(218)을 커버하는 제1 층간 절연막(220)을 기판(200) 상에 형성한다. 제1 층간 절연막(220)을 부분적으로 식각하여 불순물 영역들(207, 209)을 노출시키는 제1 홀들(도시하지 않음)을 형성한다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 홀들은 게이트 구조물들(210) 및 스페이서들(218)에 자기 정렬될 수 있다. 이후, 상기 제1 홀들을 매립하는 제1 도전막을 제1 층간 절연막(220) 상에 형성하고, 기계 화학적 연마 공정 및/또는 에치 백 공정을 통해 제1 층간 절연막(220)이 노출될 때까지 상기 제1 도전막 상부를 제거함으로써, 상기 제1 홀들 내에 형성된 제1 플러그(227) 및 제2 플러그(229)를 형성한다. 제1 플러그(227)는 제1 불순물 영역(207)에 접촉할 수 있고, 제2 플러그(229)는 제2 불순물 영역(209)에 접촉할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제1 방향을 따라 복수의 제2 플러그들(229)이 규칙적으로 형성될 수 있다.상기 제1 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 등을 사용하여 형성될 수 있다. 제1 플러그(227)는 비트 라인 콘택으로 기능할 수 있다.
제1 플러그(227)에 접촉하는 제2 도전막(도시하지 않음)을 형성하고 패터닝함으로써 제1 층간 절연막(220) 상에 비트 라인(도시하지 않음)을 형성한다. 상기 제1 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 등을 사용하여 형성될 수 있다. 이후, 상기 비트 라인을 커버하는 제2 층간 절연막(230)을 제1 층간 절연막(220) 상에 형성한다. 제2 층간 절연막(230)을 부분적으로 식각하여 제2 플러그(229)를 노출시키는 제2 홀들(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 제2 홀들을 매립하는 제3 도전막을 제2 층간 절연막(230) 상에 형성한다. 기계 화학적 연마 공정 및/또는 에치 백 공정을 통해 제2 층간 절연막(230)이 노출될 때까지 상기 제3 도전막 상부를 제거함으로써, 상기 제2 홀들 내에 형성된 제3 플러그(235)를 형성한다. 상기 제3 도전막은 도핑된 폴리실리콘, 금속 등을 사용하여 형성될 수 있다. 제2 및 제3 플러그들(229, 235)은 커패시터 콘택으로 기능할 수 있다. 이와는 달리, 제2 플러그(229)를 별도로 형성하지 않고, 제3 플러그(235)가 제2 불순물 영역(209)에 직접 접촉하도록 형성하여, 단독으로 상기 커패시터 콘택의 기능을 수행할 수도 있다.
도 35를 참조하면, 도 4 내지 도 13을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행함으로써 제2 층간 절연막(230) 및 제3 플러그(235) 상에 커패시터 구조물을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제3 플러그에 접속되는 복수의 하부 전극들(370)이 상기 제1 방향을 따라 형성되어 하부 전극 열을 형성할 수 있다. 또한, 복수의 상기 하부 전극 열들이 제1 방향에 실질적으로 수직한 제2 방향을 따라 형성될 수 있다. 지지 패턴(380)은 하부 전극(370) 상부의 측벽을 감싸며, 상기 하부 전극 열에 포함된 하부 전극들(370)을 연결시킬 수 있다. 하부 전극(370), 지지 패턴(380) 및 식각 저지막(330) 상에는 유전막(390) 및 상부 전극(395)을 형성할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 있어서, 도 14 내지 도 21을 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행함으로써, 상기 하부 전극열에 포함된 최외곽의 상기 하부 전극들이 상기 지지패턴에 의해 상기 제2 방향을 따라 연결되도록 형성될 수도 있다.
또 다른 예시적인 실시예들에 있어서, 도 36에 도시된 바와 같이, 지지 패턴(386)이 하부 전극(370) 상부 측벽의 일부 상에만 형성될 수도 있다. 예를 들면, 도 22 내지 도 32를 참조로 설명한 공정들과 실질적으로 동일하거나 유사한 공정들을 수행함으로써, 지지 패턴(386)이 하부 전극(370)의 상부 측벽을 부분적으로 감싸면서, 상기 하부 전극 열에 포함된 하부 전극들(370)을 연결시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치는 다양한 형태의 반도체 패키지에 실장될 수 있다. 또한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치 또는 이를 포함하는 반도체 패키지는 컴퓨팅 시스템과 같은 다양한 형태의 시스템들에 적용될 수 있다.
도 37은 예시적인 실시예들에 따른 컴퓨팅 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 37을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(300)은 시스템 버스에 전기적으로 연결된 마이크로프로세서(CPU)(420), 램(RAM)(430), 사용자 인터페이스(USER INTERFACE)(440), 베이스밴드 칩셋(Baseband chipset)과 같은 모뎀(MODEM)(450) 및 메모리 시스템(410)을 포함할 수 있다. 메모리 시스템(410)은 메모리 소자(412)와 메모리 컨트롤러(411)를 포함할 수 있다. 메모리 소자(412)는 상술한 예시적인 실시예들에 따른 반도체 장치를 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤러(411)는 메모리 소자(412)를 제어할 수 있도록 구성된다. 메모리 소자(412)와 메모리 컨트롤러(411)의 결합에 의해 메모리 시스템(410)은 메모리 카드 또는 반도체 디스크 장치(Solid State Disk: SSD)로 제공될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(400)이 모바일 장치인 경우, 컴퓨팅 시스템(400)의 동작 전압을 공급하기 위한 배터리가 추가적으로 제공될 수 있다. 도시되지 않았지만, 예시적인 실시예들에 따른 컴퓨팅 시스템(400)에는 응용 칩셋(Application chipset), 카메라 이미지 프로세서(Camera Image Processor: CIS), 모바일 디램 등이 더 포함될 수도 있다.
전술한 예시적인 실시예들에 따르면, 지지 패턴에 의해 서로 연결되어 구조적 안정성이 강화된 커패시터 구조물, 예를 들면 필라형 하부 전극을 포함하는 커패시터 구조물을 수득할 수 있다. 상기 지지 패턴을 상기 하부 전극 형성 후에 형성하므로, 상기 하부 전극에 패턴 불량과 같은 악영향을 미치지 않고 용이하게 상기 지지 패턴을 형성할 수 있다. 상기 커패시터 구조물은 DRAM과 같은 메모리 소자에 포함되거나, 로직 소자 등의 커패시터 구조물로서 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200: 기판 110: 층간 절연막
120: 플러그 130: 식각 저지막
140: 몰드막 150, 152: 개구부
152a: 제1 개구부 152b: 제2 개구부
170, 172, 370: 하부 전극 172a: 제1 하부 전극
172b: 제2 하부 전극 175: 마스크
180. 182, 184, 186, 187, 188, 380, 386: 지지 패턴
190, 390: 유전막 195, 395: 상부 전극
205: 소자 분리막 207: 제1 불순물 영역
209: 제2 불순물 영역 210: 게이트 구조물
212: 게이트 절연막 패턴 214: 게이트 전극
216: 하드 마스크 218: 스페이서
220: 제1 층간 절연막 227: 제1 플러그
229: 제2 플러그 230: 제2 층간 절연막
235: 제3 플러그 330: 식각 저지막
195b, 196b, 197b, 295b, 296b, 297b: 하부
400: 컴퓨팅 시스템 410: 메모리 시스템
411: 메모리 컨트롤러 412: 메모리 소자
420: 마이크로프로세서 430: 램
440: 사용자 인터페이스 450: 모뎀
120: 플러그 130: 식각 저지막
140: 몰드막 150, 152: 개구부
152a: 제1 개구부 152b: 제2 개구부
170, 172, 370: 하부 전극 172a: 제1 하부 전극
172b: 제2 하부 전극 175: 마스크
180. 182, 184, 186, 187, 188, 380, 386: 지지 패턴
190, 390: 유전막 195, 395: 상부 전극
205: 소자 분리막 207: 제1 불순물 영역
209: 제2 불순물 영역 210: 게이트 구조물
212: 게이트 절연막 패턴 214: 게이트 전극
216: 하드 마스크 218: 스페이서
220: 제1 층간 절연막 227: 제1 플러그
229: 제2 플러그 230: 제2 층간 절연막
235: 제3 플러그 330: 식각 저지막
195b, 196b, 197b, 295b, 296b, 297b: 하부
400: 컴퓨팅 시스템 410: 메모리 시스템
411: 메모리 컨트롤러 412: 메모리 소자
420: 마이크로프로세서 430: 램
440: 사용자 인터페이스 450: 모뎀
Claims (10)
- 복수의 플러그들을 포함하는 기판 상에 몰드막을 형성하는 단계;
상기 몰드막을 부분적으로 제거하여 상기 플러그를 노출시키는 복수의 개구부들을 형성하는 단계;
상기 개구부들을 매립하는 속이 찬 기둥 형상의 복수의 하부 전극들을 형성하는 단계;
상기 몰드막의 상부를 제거하여 상기 하부 전극의 상부를 노출시키는 단계;
노출된 상기 하부 전극의 측벽 및 상기 몰드막 상에 지지 패턴을 형성하는 단계;
상기 몰드막을 제거하는 단계; 및
상기 하부 전극 및 상기 지지 패턴 상에 유전막 및 상부 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 하부 전극들은 제1 방향으로 배치되어 하부 전극 열을 형성하며, 복수의 상기 하부 전극 열들이 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 배치되고,
상기 하부 전극 열들에 포함된 상기 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 서로 연결되는 커패시터 구조물의 형성 방법. - 제1항에 있어서, 상기 몰드막은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 사용하여 형성되며, 상기 지지 패턴은 실리콘 질화물을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 지지 패턴을 형성하는 단계는,
상기 몰드막 상에 노출된 상기 하부 전극들을 커버하는 지지막을 형성하는 단계; 및
상기 지지막을 이방성 식각 공정을 통해 부분적으로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법. - 제3항에 있어서, 상기 지지 패턴은 상기 하부 전극의 상면에서 아래로 갈수록 두께가 증가하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 하부 전극 열은 최외곽의 두 개의 제2 하부 전극들 및 상기 제2 하부 전극들 사이에 형성된 제1 하부 전극들을 포함하며,
상기 제2 하부 전극은 상기 제1 하부 전극보다 큰 지름 또는 너비를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법. - 제6항에 있어서, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제2 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결되며, 상기 제2 방향으로 인접하는 상기 제1 하부 전극들은 상기 지지 패턴에 의해 연결되지 않는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 하부 전극들을 형성하는 단계 이후에, 상기 몰드막 및 상기 하부 전극 열의 일부를 커버하는 마스크를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 지지 패턴은 상기 마스크에 의해 커버되지 않는 상기 하부 전극 상부의 측벽 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법.
- 제9항에 있어서, 두 개의 상기 하부 전극 열에 포함된 상기 하부 전극들이 상기 지지 패턴에 의해 연결되어 직사각형 어레이를 형성하는 것을 특징으로 하는 커패시터 구조물의 형성 방법.
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