(57)【要約】  大きな面積プレートおよび小さなフットプリントを有する半導体キャパシタ（１００、１５０）が半導体ウエハ（３１０）上に形成される。この半導体キャパシタは、ウエハ（３１０）内に開口（３２０）を形成し、開口（３２０）内に第１の金属層を形成するようにウエハ（３１０）から離間して位置する第１のシャドーマスク（２１４Ａ）を介して第１の金属原子（３２６）を堆積して、第１の金属層（３３０）上に誘電体層（３３４）を形成し、誘電体層（３３４）上に第２の金属層（３４２）を形成するようにウエハ（３１０）から離間して位置する第２のシャドーマスク（２１４Ｂ）を介して第２の金属原子（３４０）を堆積することにより形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ内の開口と、
前記開口内に位置し、前記半導体ウエハに接し、かつ実質的に均一の厚さを有する第１の非導電層と、
前記開口内に位置し、前記第１の非導電層に接し、かつ実質的に均一の厚さを有する第１の導電構造と、
前記開口内に位置し、前記第１の非導電層および前記第１の導電構造に接し、かつ実質的に均一の厚さを有する第２の非導電層と、
前記開口内に位置し、前記第２の非導電層に接し、かつ実質的に均一の厚さを有する第２の導電構造と、
を含むキャパシタ。
【請求項２】
前記第１の導電構造の第１の部分が、前記第２の導電構造の垂直方向の下方に位置し、前記第１の部分が前記開口内に位置し、
前記第１の導電構造の第２の部分が、前記第２の導電構造のどの部分の垂直方向の下方にも位置せず、前記第２の部分が前記開口内に位置する、
請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項３】
前記第１の導電構造と、前記第２の非導電層と、前記第２の導電構造とが完全に前記開口内に位置する、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項４】
キャパシタがさらに、前記第１の導電構造、前記第２の非導電層、および前記第２の導電構造に接する第３の非導電層を含む、請求項１に記載のキャパシタ。
【請求項５】
キャパシタがさらに、
前記第３の非導電層を介して延在して前記第１の導電構造と電気的に接続する第１の金属コンタクトと、
前記第３の非導電層を介して延在して前記第２の導電構造と電気的に接続する第２の金属コンタクトと、
を含む請求項４に記載のキャパシタ。
【請求項６】
前記第１の金属コンタクトが前記第２の導電構造から離間され、前記第２の金属コンタクトが前記第１の導電構造から離間される、請求項５に記載のキャパシタ。
【請求項７】
前記第１の導電構造が前記第１の金属コンタクトの底面に接し、前記第２の導電構造が前記第２の金属コンタクトの底面に接する、請求項５に記載のキャパシタ。
【請求項８】
キャパシタを形成する方法であって、
半導体ウエハに第１の開口を形成すること、
前記半導体ウエハに接するように前記第１の開口に第１の非導電層を形成することであって、当該第１の非導電層が実質的に均一の厚さを有しかつ第２の開口を形成すること、
前記第２の開口内に前記第１の非導電層に接する第１の金属構造を形成するように前記第１の非導電層上に複数の第１の原子を堆積することであって、当該第１の原子が第１のシャドーマスクを通過し、当該第１のシャドーマスクが前記第１の非導電層の上面から離間され、前記第１の金属構造が実質的に均一の厚さを有しかつ第３の開口を形成すること、
前記第３の開口内に前記第１の非導電層と前記第１の金属構造とに接するように第２の非導電層を形成することであって、当該第２の非導電層が実質的均一の厚さを有しかつ第４の開口を形成すること、および
前記第４の開口内に前記第２の非導電層に接する第２の金属構造を形成するように前記第２の非導電層上に複数の第２の原子を堆積することであって、当該第２の原子が第２のシャドーマスクを通過し、当該第２のシャドーマスクが前記第２の非導電層の上面から離間され、前記第２の金属構造が実質的に均一の厚さを有すること、
を含む、キャパシタの形成方法。
【請求項９】
キャパシタの形成方法がさらに、前記第１の非導電層を露出するように前記半導体ウエハを平坦化することを含み、前記第２の金属構造、前記第２の非導電層、および前記第１の金属属構造が前記半導体ウエハの平坦化の後に露出される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
キャパシタの形成方法がさらに、前記第２の金属構造と、前記第２の非導電層と、前記第１の金属構造と、前記第１の非導電層とに接するように第３の非導電層を形成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
キャパシタの形成方法がさらに、
前記第１の金属構造を露出するように前記第３の非導電層に第１の開口を形成し、当該第１の開口の形成と同時に、前記第２の金属構造を露出するように前記第３の非導電層に第２の開口を形成すること、および
前記第１の金属構造と電気的に接するように前記第１の開口に第１の金属コンタクトを形成し、かつ前記第２の金属構造に電気的に接するように前記第２の開口に第２の金属コンタクトを形成すること、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の金属コンタクトが第２の金属構造から離間され、前記第２の金属コンタクトが前記第１の金属構造から離間される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
キャパシタの形成方法がさらに、前記複数の第２の原子が前記第２の金属構造を形成するように堆積される前に、前記第２の非導電層の上面をエッチングすることを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記半導体ウエハが平坦化された後に、前記第１の金属構造の第１の部分が前記第２の金属構造の垂直方向の下方に位置し、前記第１の金属構造の第２の部分が、前記第２の金属構造のどの部分の垂直方向の下方にも位置しない、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
キャパシタの形成方法がさらに、
前記第１の金属構造が形成された後であってかつ前記第２の非導電層が形成される前に、前記第１の金属構造をエッチングするように第１の定義シャドーマスクを原子が通過することであって、当該第１の定義シャドーマスクが前記第１の金属構造の上面から離間されること、および
前記第２の金属構造が形成された後であってかつ前記第３の非導電層が形成される前に、前記第２の金属構造をエッチングするように第２の定義シャドーマスクを原子が通過することであって、当該第２の定義シャドーマスクが前記第２の金属構造の上面から離間されること、
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の非導電層が複数の材料の層を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の材料の層のうちの２つが異なっている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の非導電層が第１の蒸着チャンバ内で形成され、前記第１の原子が第２の蒸着チャンバ内で堆積され、前記第２の原子が第３の蒸着チャンバ内で堆積される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
第２の非導電層が形成されるとき、前記第１のチャンバが大気圧よりも低い内部圧力を有し、前記第１の原子が堆積されるとき、前記第２のチャンバが前記内部圧力を有し、前記第２の原子が堆積されるとき、前記第３のチャンバが前記内部圧力を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のチャンバ、前記第２のチャンバ、および前記第３のチャンバ間を前記ウエハが移動されるとき、前記ウエハが継続的に前記内部気圧に晒される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体キャパシタに関し、特に、シャドーマスクと２つのみのリソグラフィ工程で形成される、大きな面積のプレートおよび小さなフットプリントとを備えた半導体キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体キャパシタは、誘電体層によって垂直方向に隔てられた２つの金属プレートを典型的に含む構造として周知である。半導体キャパシタは、通常、金属相互接続構造の一部として形成され、その構造により、追加のリソグラフィ工程を必要とすることなくキャパシタが形成され得る。
【０００３】
例えば、下方のキャパシタプレートは、第１の金属層がエッチングされて金属トレースの第１の層を形成するのと同時に形成され得、上方のキャパシタプレートは、第２の金属層がエッチングされて金属トレースの第２の層を形成するのと同時に形成され得る。この場合、金属トレースの第１の層を金属トレースの第２の層から電気的に絶縁する層間絶縁膜は、キャパシタ誘電体として機能する。
【０００４】
金属相互接続構造の一部として形成されるキャパシタは追加のリソグラフィ工程を必要とせず、それゆえ費用はかからないが、キャパシタの静電容量は、金属相続接続構造の利用可能面積および要件によって制限される。言い換えれば、キャパシタに占有され得る面積と、金属トレースの第１および第２の層間の垂直方向の間隔と、層間絶縁膜として使用される材料とが、キャパシタの要件によってではなく、金属相互接続構造の要件によって規定される。
【０００５】
金属相互接続構造の要件によって規定されないとき、キャパシタによって提供される静電容量は、高誘電率（High K）材料のような異なる誘電材料を利用することによって増加し得る。また、静電容量は、プレートの面積を増加させることによって増加し得る。大きな面積のプレートと小さなフットプリントとを備えるキャパシタを形成するための１つの一般的なアプローチは、基板内に異方性ドライエッチされた開口にコンフォーマルに（conformally）裏打ちするようにプレートを形成することである。
【０００６】
大きな面積のプレートと小さなフットプリントとを備えるキャパシタを形成するための別の一般的なアプローチは、小さな面積の交互配置されたプレートを多数使用することであり、奇数プレートの各々が共に接続されて第１のキャパシタプレートを形成し、偶数プレートの各々が共に接続されて第２のキャパシタプレートを形成する。それゆえ、たとえ各プレートの面積が小さくても、第１および第２のキャパシタプレートの有効面積はより大きい。さらなるアプローチは、基板内に異方性ドライエッチされた開口に交互配置されたプレートを多数形成することである。
【０００７】
しかしながら、キャパシタによって提供される静電容量を増加させるためのこれらのアプローチは、典型的に多くのリソグラフィ工程を必要とする。リソグラフィは、半導体製造プロセスにおいて最も費用のかかる工程の１つである。さらに、基板内に異方性ドライエッチされた開口内にコンフォーマルに裏打ちするようにキャパシタプレートが形成されるとき、キャパシタを形成するよう堆積された材料は不均一な厚さを有する傾向にあり、かつ、開口の底面と垂直な側壁とが交差する開口底部の角で非常に薄くなる傾向がある。その結果、これらのキャパシタはより高い不良率を有する傾向がある。
【０００８】
それゆえ、限られた数のリソグラフィ工程で形成される、大きな面積のプレートと小さなフットプリントとを有するキャパシタが必要とされる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明のキャパシタは、大きな面積のプレートと小さなフットプリントとを提供する。本発明のキャパシタは、半導体ウエハ内の開口と、開口内に位置しかつ半導体ウエハに接する第１の非導電層とを含む。第１の非導電層は実質的に均一の厚さを有する。キャパシタはまた、開口内に位置しかつ第１の非導電層に接する第１の導電構造を有する。第１の導電構造は実質的に均一の厚さを有する。キャパシタはさらに、開口内に位置しかつ第１の非導電層および第１の導電構造に接する第２の非導電層を有する。第２の非導電層は実質的に均一の厚さを有する。キャパシタはさらに、開口内に位置しかつ第２の非導電層に接する第２の導電構造を有する。第２の導電性構造は実質的に均一の厚さを有する。
【００１０】
本発明のキャパシタの形成方法の一つは、半導体ウエハに第１の開口を形成すること、および半導体ウエハに接するよう第１の開口内に第１の非導電層を形成することを含む。第１の非導電層は、実質的に均一の厚さを有し、第２の開口を形成する。この方法はまた、複数の第１の原子を第１の非導電層上に堆積させて、第１の非導電性層に接する第１の金属構造を第２の開口内に形成することを含む。第１の原子は第１のシャドーマスクを通過する。第１のシャドーマスクは第１の非導電層の上面から離間される。第１の金属構造は、実質的に均一の厚さを有し、第３の開口を形成する。この方法はさらに、第１の非導電層および第１の金属構造に接する第２の非導電層を第３の開口内に形成することを含む。第２の非導電層は、実質的に均一の厚さを有し、第４の開口を形成する。この方法はさらに、第２の非導電層に複数の第２の原子を堆積させて、第２の非導電層に接する第２の金属構造を第４の開口内に形成することを含む。第２の原子は第２のシャドーマスクを通過する。第２のシャドーマスクは、第２の非導電層の上面から離間される。第２の金属構造は実質的に均一の厚さを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａおよび図１Ｂは、本実施例によるキャパシタの例を説明する図である。図１Ａは、本発明の第１の実施例によるキャパシタ１００の一例を説明する断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第２の実施例によるキャパシタ１５０の一例を説明する断面図である。
【図２Ａ】図２Ａないし図２Ｃは、本発明による半導体処理システムの例を説明する図である。図２Ａは、本発明による金属蒸着チャンバ２００の一例を説明する断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂおよび図２Ｃは、本発明によるシャドーマスク２１４の例を説明する平面図である。図２Ｂは、本発明によるシャドーマスク２１４の第１の例を説明するシャドーマスク２１４Ａである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明によるシャドーマスク２１４の第２の例を説明するシャドーマスク２１４Ｂである。
【図３Ａ】図３Ａおよび図３Ｂは、本発明によるキャパシタの形成方法の第１のステップの一例を説明する図である。図３Ａは平面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ‐３Ｂ線に沿った断面図である。
【図４Ａ】図４Ａないし図４Ｃは、本発明によるキャパシタの形成方法の第２のステップの一例を説明する図である。図４Ａは、平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ‐４Ｂ線に沿った断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、代替的な実施例を説明する断面図である。
【図５】図５は、本発明によるキャパシタの形成方法の第３のステップの結果の一例を説明する断面図である。
【図６】図６は、本発明によるキャパシタの形成方法の第４のステップの一例を説明する断面図である。
【図７】図７は、本発明によるキャパシタの形成方法の第５のステップの結果の一例を説明する断面図である。
【図８】図８は、本発明によるキャパシタの形成方法の第６のステップの一例を説明する断面図である。
【図９】図９は、本発明によるキャパシタの形成方法の第７のステップの結果の一例を説明する断面図である。
【図１０】図１０は、本発明によるキャパシタの形成方法の追加のｎラウンドの第２ラウンドの一例を説明する断面図である。
【図１１】図１１は、本発明によるキャパシタの形成方法での、追加のｎラウンドと第７のステップとの完了に続く次のステップの一例を説明する断面図である。
【図１２】図１２は、本発明によるキャパシタの形成方法での平坦化に続く次のステップの一例を説明する断面図である。
【図１３】図１３は、本発明によるキャパシタの形成方法でのパターン化されたフォトレジスト層の除去に続く次のステップの一例を説明する断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施例によるプラズマエッチングチャンバ１４００の一例を説明する断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明による定義シャドーマスクの例を説明する平面図である。図１５Ａは、第１の定義シャドーマスク１５１０を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、第２の定義シャドーマスク１５２０を示す。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施例によるプラズマエッチングチャンバ１６００の一例を説明する断面図である。
【図１７】図１７は、本発明による定義シャドーマスク１５１０および１５２０の支持領域１５１４および１５２４の一例を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明によるキャパシタの一例を説明する図を示す。下記でより詳細に述べるように、本発明は、シャドーマスクと２つのみのリソグラフィステップで形成される、大きな面積のプレートおよび小さなフットプリントとを備えるキャパシタである。
【００１３】
図１Ａは、本発明の第１の実施例によるキャパシタ１００の一例を説明する断面図を示す。図１Ａの例に示すように、キャパシタ１００は、半導体基板１１０と、半導体基板１１０内の開口１１２とを含む。
【００１４】
図１Ａの例にさらに示されるように、キャパシタ１００は、開口１１２内に位置しかつ半導体基板１１０に接する非導電層１１４を含む。非導電層１１４は、実質的に均一の厚さを有する。キャパシタ１００はまた、完全に開口１１２に位置しかつ非導電層１１４に接する導電構造１１６を含む。非導電層１１４と同様に、導電構造１１６もまた実質的に均一の厚さを有する。
【００１５】
さらに、キャパシタ１００は、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電層１１４と導電構造１１６とに接する非導電層１２０を含む。さらに、キャパシタ１００は、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電層１２０に接する導電構造１２２を含む。上述のように、非導電層１２０と導電構造１２２とはそれぞれ実質的に均一の厚さを有する。
【００１６】
図１Ａの例にさらに示されるように、導電構造１１６および１２２は、導電構造１１６の第１の部分１２４が、導電構造１２２の垂直方向の下方に位置し、導電構造１１６の第２の部分１２６が、導電構造１２２のどの部分の垂直方向の下方にも位置しないように、開口１２２内に配置される。
【００１７】
さらに、キャパシタ１００は、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電層１２０および導電構造１２２に接する非導電領域１３０を含む。さらにキャパシタ１００は、半導体基板１１０、非導電層１１４、導電構造１１６、非導電層１２０、導電構造１２２、および非導電領域１３０に接する非導電層１３２を含む。
【００１８】
キャパシタ１００はまた、金属コンタクト１３４と金属コンタクト１３６とを含む。金属コンタクト１３４は、金属コンタクト１３４の底面が導電構造１１６に電気的に接続するように非導電層１３２を介して延在する。同様に、金属コンタクト１３６は、金属コンタクト１３６の底面が導電構造１２２に電気的に接続するように非導電層１３０を介して延在する。
【００１９】
金属コンタクト１３４および金属コンタクト１３６の双方は、半導体基板１１０から電気的に絶縁される。さらに、金属コンタクト１３４は、導電構造１２２から離間されかつ電気的に絶縁され、金属コンタクト１３６は、導電構造１１６から離間されかつ電気的に絶縁される。
【００２０】
図１Ｂは、本発明の第２の実施例によるキャパシタ１５０の一例を説明する断面図を示す。キャパシタ１５０はキャパシタ１００と類似しており、その結果として、双方のキャパシタに共通の要素を示すために同じ参照番号を使用する。
【００２１】
図１Ｂの例に示されるように、キャパシタ１５０がキャパシタ１００と異なるのは、キャパシタ１５０がさらに、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電層１２０および導電構造１２２に接する非導電層１５２を含む点である。キャパシタ１５０はまた、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電層１５２に接する導電構造１５４を含む。
【００２２】
さらにキャパシタ１５０は、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電層１５２および導電構造１５４に接する非導電層１５６を含む。さらにキャパシタ１５０は、完全に開口１１２内に位置しかつ非導電領域１３０および非導電層１５６に接する導電構造１５８を含む。上述のように、非導電層１５２、導電構造１５４、非導電層１５６、および導電構造１５８はそれぞれ実質的に均一の厚さを有する。
【００２３】
導電構造１５４および１５８は、実質的に全ての導電構造１５４が導電構造１１６の垂直方向の上方に位置し、かつ実質的に全ての導電構造１５８が、導電構造１２２の垂直方向の上方に位置するように、開口１１２内に配置される。さらに非導電層１３２はまた、非導電層１５２、導電構造１５４、非導電層１５６、および導電構造１５８に接する。
【００２４】
さらに、金属コンタクト１３４の底面は、導電構造１５４に電気的に接続され、他方、金属コンタクト１３４は、導電構造１５８から離間されかつ電気的に絶縁される。同様に、金属コンタクト１３６の底面は、導電構造１５８に電気的に接続され、他方、金属コンタクト１３６は、導電構造１５４から離間されかつ電気的に絶縁される。
【００２５】
その結果、キャパシタ１５０は、導電構造１１６および１５４を含む第１のキャパシタプレートと、導電構造１２２および１５８とを含む第２のキャパシタプレートとを含む。それゆえ、キャパシタ１００で使用される２つの構造１１６および１２２と比較すると、キャパシタ１５０は、４つもしくはそれ以上の交互配置された構造が交互にキャパシタプレートの有効面積を増加させ、それにより静電容量を増加させるように使用され得ることを例示している。それゆえ、開口１１２内にキャパシタ１００および１５０を形成する結果として、キャパシタ１００および１５０の各々は、大きな面積のプレートと小さなフットプリントとを有する。
【００２６】
本発明の方法は、マルチチャンバ半導体処理システムを使用する。マルチチャンバ半導体処理システムは、ウエハを受け取り、システム内の空気圧を大気中の圧力より低いレベルまで減少させ、そして、真空を破壊することなく特定のシーケンスにおいてチャンバからチャンバへウエハを移動させるシステムである。各チャンバでは、ウエハは特定の処理ステップを受ける。
【００２７】
例えば、マルチチャンバ半導体処理システムは、クラスタツールあるいはシーケンサで実装され得る。クラスタツールは、特定のシーケンスがいずれかのチャンバから任意の他のチャンバまでであることができるように、ランダムアクセスを提供する。他方、シーケンサは、固定されたチャンバのシーケンス（順序）を提供する。
【００２８】
本発明の第１の実施例では、マルチチャンバ半導体処理システムは、３つのチャンバを含む：誘電体を堆積するための第１のチャンバと、金属を堆積するための第２のチャンバと、金属を堆積するための第３のチャンバである。第１のチャンバは、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバのような任意の従来の誘電体蒸着チャンバで実装され得る。第２および第３のチャンバは、例えばプラズマ蒸着（ＰＶＤ）チャンバで実装され得る。
【００２９】
本発明によれば、マルチチャンバ半導体処理システムの第２および第３チャンバは、ウエハの処理されるべき表面から離間されかつその上に位置するシャドーマスクを含むようにそれぞれ変更される。シャドーマスクは、アルミニウムプレートなどの金属プレートであり、このマスクは、当該金属プレートを完全に貫通するパターンを含むように処理される。
【００３０】
図２Ａないし図２Ｃは、本発明による半導体処理システムの一例を説明する図を示す。図２Ａは、本発明による金属蒸着チャンバ２００の一例を示す断面図を示す。図２Ａに示されるように、動作中に封止される金属蒸着チャンバ２００は、チャックなどのウエハ支持２１０と、ウエハ支持２１０上に位置しかつウエハ支持２１０から離間されたターゲット２１２と、ウエハ支持２１０とターゲット２１２との間に位置するシャドーマスク２１４とを含む。
【００３１】
さらに金属蒸着チャンバ２００は、ウエハ支持２１０、ターゲット２１２、およびシャドーマスク２１４を支持するため、ウエハ支持２１０、ターゲット２１２、およびシャドーマスク２１４に接続されたフレーム構造２１６を含む。シャドーマスク２１４は、ウエハ支持２１０とシャドーマスク２１４間の距離が固定されるように、フレーム構造２１６にしっかりと取り付けられ得る。
【００３２】
任意選択的に、ウエハ支持２１０とシャドーマスク２１４間の距離が変化されてもよい。例えば、フレーム構造２１６は、シャドーマスク２１４を垂直方向に移動させる垂直方向のアクチュエータ２１８を含み得る。代替的に、チャンバ２００に挿入されたウエハに係合するように垂直方向に移動可能であり得るウエハ支持２１０は、ウエハ支持２１０とシャドーマスク２１４間の距離を変化させ得る、より大きな垂直方向の伸長を含むよう変更されても良い。
【００３３】
さらに、追加の柔軟性のために、金属蒸着チャンバ２００は、ロボットアームなどのシャドーマスク移動構造を含むことができ、当該移動構造は、シャドーマスク２１４を所定位置に移動させ、そしてシャドーマスク２１４を取り外させるように、フレーム構造２１６に接続される。シャドーマスク移動構造は、チャンバ２００を開けることなく、シャドーマスク２１４用いてあるいは用いないで、金属蒸着チャンバ２００を使用できるようにする。
【００３４】
図２Ｂおよび図２Ｃは、本発明によるシャドーマスク２１４の例を説明する平面図を示す。図２Ｂは、本発明によるシャドーマスク２１４の第１の例を説明するシャドーマスク２１４Ａを示し、図２Ｃは、本発明によるシャドーマスク２１４の第２の例を説明するシャドーマスク２１４Ｂを示す。
【００３５】
図２Ｂに示されるように、シャドーマスク２１４Ａは、アルミニウムプレートなどの金属プレート２２０と、金属プレート２２０を貫通する開口２２２とを含む。同様に、図２Ｃに示すように、シャドーマスク２１４Ｂは、アルミニウムプレートなどの金属プレート２３０と、金属プレート２３０を貫通する開口２３２とを含む。
【００３６】
本発明によれば、マルチチャンバ半導体処理システムの第２のチャンバは、シャドーマスク２１４がシャドーマスク２１４Ａで実装される金属蒸着チャンバで２００で実装され、マルチチャンバ半導体処理システムの第３のチャンバは、シャドーマスク２１４がシャドーマスク２１４Ｂで実装される金属蒸着チャンバ２００で実装される。
【００３７】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明によるキャパシタの形成方法の第１のステップの一例を説明する図を示す。図３Ａは平面図を示し、図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線に沿った断面図を示す。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、本発明の方法は、従来の方式で形成された半導体ウエハ３１０を使用する。本例では、＜１００＞シリコンウエハが使用されるが、他のウエハもまた使用され得る。
【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂでさらに示されるように、本発明の方法は、従来の方法でウエハ３１０の上面にマスキング層３１２を堆積することから始まる。マスキング層３１２は、例えば、シリコンナイトライドで実装され得る。これに続いて、パターン化されたフォトレジスト層３１４がマスキング層３１２の上面上に形成される。
【００３９】
パターン化されたフォトレジスト層３１２は、従来の方法で形成され、当該方法は、フォトレジスト層を堆積すること、光に曝されたフォトレジスト領域を軟化させるためのマスクとして公知のパターン化された黒／透明ガラスを介して光を投射すること、その後に軟化されたフォトレジスト領域を除去することを含む。
【００４０】
パターン化されたフォトレジスト層３１４が形成された後、マスキング層３１２の露出された領域が従来の方法でエッチングされて、ウエハ３１０の上面を露出させる開口３１６を形成する。ウエハ３１０の上面が露出されると、パターン化されたフォトレジスト層３１４が従来の方法で除去される。
【００４１】
図４Ａないし図４Ｃは、本発明によるキャパシタの形成方法の第２のステップの一例を説明する図を示す。図４Ａは平面図であり、図４Ｂは、図４Ａの４Ｂ−４Ｂ線に沿った断面図を示す。図４Ｃは、代替的な実施例を説明する断面図を示す。
【００４２】
図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、パターン化されたフォトレジスト層３１４の除去に続いて、ウエハ３１０は、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）あるいは水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの従来のエッチャントを用いて従来の方法で異方性ウェットエッチングされて、ウエハ３１０内に開口３２０を形成する。図４Ａおよび図４Ｂにさらに示されるように、＜１００＞シリコンウエハの異方性ウェットエッチングが、結晶面に沿ってエッチングをして、平坦な底面と、５４．７°相当の角度αを有する垂直でない側壁とを有する開口３２０を形成する。
【００４３】
代替的に、フッ硝酸（ＨＮＡ）など、結晶面に対し敏感でないウェットエッチャントが、開口３２０を形成するために、任意のタイプのウエハで使用され得る。図４Ｃに例示されるように、結晶面に鈍感なエッチャントは、すべての方向に等しくエッチングをし、これにより、平坦な底面と曲線的な側壁とを有する開口３２０を形成する。図４Ｂあるいは図４Ｃに示されるように開口３２０が形成された後、マスキング層３１２が従来の方法で除去される。
【００４４】
図５は、本発明によるキャパシタの形成方法の第３のステップの結果の一例を説明する断面図を示す。図５に示されるように、開口３２０が形成され、かつマスキング層３１２が除去された後、本発明の方法は、ウエハ３１０をマルチチャンバ半導体処理システムの第１のチャンバへ挿入することにより続行する。
【００４５】
第１のチャンバへ挿入されると、実質的に均一の厚さを有する誘電体層３２２が従来の方法でウエハ３１０の上面上に堆積される。誘電体層３２２の堆積は、開口３２４を形成する。誘電体層３２２の形成の後、ウエハ３１０が第１のチャンバから取り除かれる。図５に示されるように、誘電体層３２２は、開口３２０をコンフォーマルに裏打ちするように形成される。
【００４６】
図６は、本発明によるキャパシタの形成方法の第４のステップの一例を説明する断面図を示す。図６に示されるように、ウエハ３１０が第１のチャンバから取り除かれた後、ウエハ３１０は、ウエハ支持２１０上に位置するようマルチチャンバ半導体処理システムの第２のチャンバに挿入される。
【００４７】
第２のチャンバに挿入されると、多数の第１の金属原子３２６が従来の方法でターゲット２１２から遊離される。遊離された第１の金属原子３２６は、接地されたウエハ３１０に電気的に引きつけられ、かつシャドーマスク２１４／２１４Ａを通過して、誘電体層３２２の上面上に第１の金属構造３３０を形成する。第１の金属原子３２６の堆積は、開口３３２を形成する。
【００４８】
図６に示されるように、シャドーマスク２１４／２１４Ａにより、第１の金属構造３３０は、誘電体層３２２の水平の上面から、開口３２４の一方の側面を下方に沿い、底面を横切り、かつ開口３２４の反対側の側面の一部にのみ延在する。その結果、第１の金属構造３３０は、開口３２４の一方の側の誘電体層３２２の水平な上面に接するが、開口３２４の反対側の誘電体層３２２の水平な上面には接しない。第１の金属構造３３０の形成後、ウエハ３１０は第２のチャンバから取り除かれる。
【００４９】
従来のＰＤＶ処理では、遊離された原子３２６は非常に異方性である。その結果、第１の金属構造３３０は、完全には異方性でない遊離された原子３２６のために傾斜される傾向にある周縁を除き、実質的に均一の厚さを有する。また、特徴の明確さをさらに改善するために、シャドーマスク２１４／２１４Ａは、誘電体層３２２に接することなく、できるだけ誘電体層３２２の上面に近接するように配置され、それによって、シャドーマスク２１４／２１４Ａを通過する異方性でない原子３２６の影響を制限する。
【００５０】
図７は、本発明によるキャパシタを形成する方法の第５のステップの結果の一例を説明する断面図を示す。ウエハ３１０が第２のチャンバから取り除かれた後、ウエハ３１０がマルチチャンバ半導体処理システムの第１のチャンバへ再び挿入される。
【００５１】
第１のチャンバに挿入されると、実質的に均一の厚さを有する誘電体層３３４が誘電体層３２２の上面および第１の金属構造３３０の上に従来の方法で堆積される。誘電体層３３４の堆積は開口３３６を形成する。誘電体層３３４の形成後、ウエハ３１０が第１のチャンバから取り除かれる。図７に示されるように、誘電体層３３４は、誘電体層３２２と第１の金属構造３３０の上にコンフォーマルに形成される。
【００５２】
図８は、本発明によるキャパシタの形成方法の第６のステップの一例を説明する断面図を示す。図８に示されるように、ウエハ３１０が第１のチャンバから取り除かれた後、ウエハ３１０は、ウエハ支持２１０上に位置するようマルチチャンバ半導体処理システムの第３のチャンバに挿入される。
【００５３】
第３のチャンバに挿入されると、多数の第２の金属原子３４０がターゲット２１２から従来の方法で遊離される。遊離された第２の金属原子３４０は、接地されたウエハ３１０に電気的に引きつけられ、かつシャドーマスク２１４／２１４Ｂを通過して、誘電体層３３４の上面上に第２の金属構造３４２を形成する。第２の金属原子３４０の堆積は、開口３４４を形成する。
【００５４】
図８に示されるように、シャドーマスク２１４／２１４Ｂのため、第２の金属構造３４２は、誘電体層３３４の水平な上面から、開口３３６の一方の側面を下方に沿い、底面を横切り、開口３３６の反対側の一部にのみ延在する。その結果、第２の金属構造３４２は、開口３３６の一方の側で誘電体層３３４の水平な上面に接するが、開口３３６の反対側の誘電体層３３４の水平な上面には接しない。第２の金属構造３４２の形成後、ウエハ３１０は第３のチャンバから取り除かれる。
【００５５】
上述のように、遊離された原子３４０は非常に異方性である。その結果、第２の金属構造３４２は、完全には異方性でない遊離された原子３４０のため傾斜される傾向にある周縁を除き、実質的に均一の厚さを有する。また、特性の明確さをさらに改善するために、シャドーマスク２１４／２１４Ｂは、誘電体層３３４に接することなく、できるだけ誘電体層３３４の上面に近接して配置され、これにより、シャドーマスク２１４／２１４Ｂを通過する異方性でない原子３４０の影響を制限する。
【００５６】
図９は、本発明によるキャパシタの形成方法の第７のステップの結果の一例を説明する断面図を示す。ウエハ３１０が第３のチャンバから取り除かれた後、ウエハ３１０は、再びマルチチャンバ半導体処理システムの第１のチャンバに挿入される。第１のチャンバに挿入されると、厚い誘電体層３４６が誘電体層３３４の上面と第２の金属構造３４２上に従来の方法で堆積される。誘電体層３４６の形成後、ウエハ３１０は第１のチャンバから取り除かれる。
【００５７】
金属構造の形成は、第２の金属構造３４２の形成の後に終了することができ、あるいは代替的に、金属構造の形成は、誘電体層３４６が形成される前に、追加のｎ個のラウンドに対し継続することができる。図１０は、本発明によるキャパシタの形成方法の追加のｎ個のラウンドのうちの第２ラウンドの一例を説明する断面図を示す。
【００５８】
図１０に示されるように、追加のｎ個のラウンドの第２ラウンドは、ウエハ３１０を第１のチャンバへ移動させることによって実行され得、ここで実質的に均一の厚さを有する誘電体層３４８が、誘電体層３３４と第２の金属構造３４２との上に形成される。次に、ウエハ３１０が第１のチャンバから取り除かれて第２のチャンバに挿入され、ここで第３の金属構造３５０が誘電体層３４８上に形成される。これに続いて、ウエハ３１０が第２のチャンバから第１のチャンバへ移動され、ここで誘電体層３５２が誘電体層３４８と第３の金属構造３５０上に形成される。
【００５９】
この後、ウエハ３１０が第１のチャンバから第３のチャンバへ移動され、ここで第４の金属構造３５４が誘電体層３５２上に形成される。これに続いて、ウエハ３１０が第３のチャンバから第１のチャンバへ移動され、ここで厚い誘電体層３４６が誘電体層３５２と第４の金属構造３５４との上に形成される。
【００６０】
実行される追加のｎ個のラウンドの数は、開口３２０の寸法（すなわち、浅い開口３２０は、多数の金属構造に対応することができない）および上限に制限があるため、取得されるべき静電容量値によって決定される。上限は、不良率と許容可能な故障率によって統計的に決定され得る。例えば、もし、千ラウンド毎に１つのラウンドがキャパシタを故障させる不良を有し、許容可能な故障率がキャパシタ５０個につき１つであるならば、各キャパシタは２０個のラウンドの上限を含み得る。
【００６１】
故障の主な原因の１つは、隣接する金属構造を分離する誘電体層中のピンホールの形成である。この結果、誘電体層３２２、３３４、３４６、３４８、３５２の各々は、多層の材料から形成され得る。また、これらの多層の材料は、２つあるいはそれ以上の異なるタイプの材料を含み得る。多層の誘電体層は、誘電体層中のピンホールがキャパシタを故障させる可能性を減少させる。（ウエハ３１０がチャンバからチャンバへと移動するときに真空を維持することもまたピンホール形成の可能性を著しく減らす。）
【００６２】
誘電体層３２２、３３４、３４６、３４８、３５２は、酸化物、酸窒化物、あるいは窒化物などの従来の誘電材料で実装され得る。さらに、チタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、およびチタン酸バリウム（ＢＴ）といった焼結を要する他の材料もまた誘電体層を実装するのに使用され得る。このような他の材料は、焼結の要件に起因して使用され得る金属あるいは合金のタイプを決定する。
【００６３】
第２および第３チャンバ内のターゲット２１２を形成するのに使用される材料は、同一であっても異なっても良く、マルチチャンバシステム内のシャドーマスクを介してコンフォーマルに堆積され得る金属あるいは合金とし得、さらに処理温度やエッチング化学成分など、残る製造要件に耐え得るものである。低いシート抵抗を有するクロムが、第２および第３チャンバ内で金属構造を形成するために堆積され得る材料の一例である。アルミニウムもまた使用され得る材料の一例である。
【００６４】
図１１は、本発明によるキャパシタの形成方法の追加のｎ個のラウンドと第７のステップとの完了の後に続く次のステップの一例を説明する断面図を示す。図１１に示されるように、最後の金属構造３４２あるいは３５４が形成された後、ウエハ３１０がマルチチャンバ半導体処理システムから取り除かれ、そして、化学機械研磨などの従来の方法で平坦化される。
【００６５】
図１１でさらに示されるように、平坦化は、非導電領域３５８を形成し、金属構造３３０、誘電体層３３４、金属構造３４２、および誘電体層３４６（および、存在する場合、誘電体層３４８、金属構造３５０、誘電体層３５２、および誘電体層３５４）を、ウエハ３１０の水平な上面上の位置から除去する。
【００６６】
その結果、金属構造３３０、誘電体層３３４、金属構造３４２、および誘電体層３４６（および、存在する場合、誘電体層３４８、金属構造３５０、誘電体層３５２、および金属構造３５４）は、完全に開口３２０内に位置する。図１１に示されるように、誘電体層３２２がウエハ３１０の水平な上面から除去された後に、あるいは代替的に、金属構造３３０が誘電体層３２２の水平な上面から除去された後に、平坦化が終了し得る。
【００６７】
図１２は、本発明によるキャパシタ形成方法の平坦化に続く次のステップの一例を説明する断面図を示す。図１２に示されるように、平坦化が完了した後、絶縁層３６０がウエハ３１０の上面上に従来通り堆積され、パターン化されたフォトレジスト層３６２の従来通りの形成がそれに続く。絶縁層３６０は、例えば酸化物で実装され得る。
【００６８】
パターン化されたフォトレジスト層３６２が形成された後、絶縁層３６０の露出された領域は、従来の方法でエッチングされて、第１の金属構造３３０（および、存在する場合、第３の金属構造３５０と、任意の追加の奇数番号の構造と）を露出させる第１の開口３６４と、第２の金属構造３４２（および存在する場合、第４の金属構造３５４と、任意の追加の偶数番号の構造と）を露出させる第２の開口３６６とを形成する。ウエハ３１０の上面が露出されると、パターン化されたフォトレジスト層３６２が従来の方法で除去される。
【００６９】
図１３は、本発明によるキャパシタ形成方法のパターン化されたフォトレジスト層３６２の除去に続く次のステップの一例を説明する断面図を示す。図１３に示されるように、パターン化されたフォトレジスト層３６２が除去された後、コンタクト／ビア材料などの金属性材料が、開口３６４および３６６を充填するよう絶縁層３６０の上面上に堆積され、その後、従来の方法で平坦化されて、第１の開口３６４内の第１の金属性コンタクト３７０と第２の開口３６６内の第２の金属性コンタクト３７２とを形成する。
【００７０】
第１の金属性コンタクト３７０は、第１の金属構造３３０（および存在する場合、第３の金属構造３５０と、任意の追加の奇数番号の構造と）に接し、第２の金属性コンタクト３７２は、第２の金属構造３４２（および存在する場合、第４の金属構造３５４と、任意の追加の偶数番号の構造と）に接する。これに続いて、この方法は従来のバックエンド処理ステップを続ける。
【００７１】
このように、シャドーマスクを使用して大きな面積のプレートと小さなフットプリントを有する半導体キャパシタを形成する１つの方法が説明された。本発明の利点の１つは、ウエハ内に開口を形成するために異方性ウェットエッチあるいは等方性ウェットエッチの使用によって、キャパシタを形成するために堆積された各材料が（金属層の端部を除いて）均一の厚さで開口に裏打ちされ、これにより、従来のアプローチに関する薄いスポットや非均一の被覆性の問題をなくすことである。
【００７２】
本発明の別の利点は、本発明が２つのみのリソグラフ工程でキャパシタを形成することである：すなわち、マスキング層３１２に開口３１６を形成するために必要なステップと、絶縁層３６０に開口３６４と３６６とを形成するために必要なステップである。さらに、本発明の方法は、多数のプレート、例えば２０の奇数プレートと２０の偶数プレート、が形成されることを可能にするため、本発明のキャパシタは、例えばマイクロファラッド範囲のような、非常に大きな静電容量値を有することができる。
【００７３】
図１４は、本発明の第２の実施例によるプラズマエッチングチャンバ１４００の一例を説明する断面図を示す。図１４に示されるように、動作中には封止されるプラズマエッチングチャンバ１４００は、チャックなどのウエハ支持１４１０と、ウエハ支持１４１０の上方に位置し、かつウエハ支持１４１０から離間されるＲＦプラズマ発生器１４１２とを含む。さらに、プラズマエッチングチャンバ１４００はまた、ウエハ支持１４１０とＲＦプラズマ発生器１４１２とを支持するようウエハ支持１４１０とＲＦプラズマ発生器１４１２とに接続されるフレーム構造１４１４を含む。
【００７４】
本発明の第２の実施例によれば、マルチチャンバ半導体処理システムは、プラズマエッチングチャンバ１４００で実装されるブランケットプラズマエッチングチャンバを含み得る。本発明の第２の実施例では、各誘電体層の堆積に続いて、かつ次の金属構造が形成される前に、ブランケットプラズマエッチングが実施されて、誘電体層の上面に存在し得る如何なる汚染物質をも除去するために誘電体層の表面層を取り除くことができる。図１４は、誘電体層３３４のブランケットプラズマエッチングを例示している。
【００７５】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明による定義シャドーマスクの例を説明する平面図を示す。図１５Ａは、第１の定義シャドーマスク１５１０を示し、図１５Ｂは、第２の定義シャドーマスク１５２０を示す。図１５Ａに示されるように、アルミニウムで実装され得る定義シャドーマスク１５１０は、シャドーマスク２１４Ａ内の開口の概ね反転である金属プレート領域１５１２と、金属プレート領域１５１２を隣接する構造に接続する多数の支持領域１５１４とを含む。
【００７６】
同様に、図１５Ｂに示されるように、アルミニウムで実装され得る定義シャドーマスク１５２０は、シャドーマスク２１４Ｂ内の開口の概ね反転である金属プレート領域１５２２と、金属プレート領域１５２２を隣接する構造に接続する多数の支持体領域１５２４とを含む。
【００７７】
図１６は、本発明の第３の実施例によるプラズマエッチングチャンバ１６００の一例を説明する断面図を示す。図１６に示されるように、プラズマエッチングチャンバ１６００は、プラズマエッチングチャンバ１４００と類似しており、そのため、双方のチャンバに共通する構造を示すのに同じ参照番号が使用される。
【００７８】
図１６に示されるように、プラズマエッチングチャンバ１６００がプラズマエッチングチャンバ１４００と異なる点は、プラズマエッチングチャンバ１６００がウエハ支持１４１０とＲＦプラズマ発生器１４１２との間に位置するように、フレーム構造１４１４に接続された定義シャドーマスク１６１０を含むことである。
【００７９】
本発明の第３の実施例によれば、マルチチャンバ半導体処理システムは、図１６に示されるように、定義シャドーマスク１６１０が定義シャドーマスク１５１０で実装される、プラズマエッチングチャンバ１６００で実装される第１の定義プラズマエッチングチャンバと、定義シャドーマスク１６１０が定義シャドーマスク１５２０で実装される、プラズマエッチングチャンバ１６００で実装される第２の定義プラズマエッチングチャンバとを含み得る。
【００８０】
本発明の第３の実施例では、例えば第１の金属構造３３０や第３の金属構造３５０といった奇数番号の金属構造の各々の堆積に続いて、かつ次の誘電体層が形成される前に、ウエハ３１０が定義シャドーマスク１６１０／１５１０を介してプラズマエッチングされ、金属構造３３０および３５０から不所望に離れて延在する金属層を除去する。
【００８１】
例えば、薄い金属層が開口３２４の右側に不所望に延在する可能性があり、その結果、シャドーマスク２１４Ａを通過した異方性のない原子のために、開口３２４の両側の誘電体層の水平な上面上に金属層が位置する。定義プラズマエッチングは、各金属プレートが開口の片側にのみに位置することを確実にするため、この薄い金属層を除去する。
【００８２】
同様に、例えば、第２の金属構造３４２や第４の金属構造３５４といった偶数番号の金属構造の各々の堆積に続いて、かつ次の誘電体層が形成される前に、ウエハ３１０が定義シャドーマスク１６１０／１５２０を介してプラズマエッチングされて、金属構造３４２および３５４から不所望に離れて延在するあらゆる金属層を取り除く。
【００８３】
図１７は、本発明による定義シャドーマスク１５１０および１５２０の支持領域１５１４および１５２４の一例を説明する断面図を示す。図１７に示されるように、薄い金属層１７１０が金属構造から不所望に離れて延在するとき、支持領域１５１４あるいは支持領域１５２４は（偶数あるいは奇数の金属層のどちらがエッチングされているのかに依り）、プラズマエッチングが支持領域１５１４あるいは１５２４の直下に位置する薄い金属層１７１０を除去するのを遮断する。
【００８４】
しかしながら、図１７にさらに示されるように、支持領域１５１４および１５２４の側壁は、各支持体領域１５１４および１５２４によって遮断されたプラズマエッチング粒子が反射されて、隣接する支持領域１５１４および１５２４の直下に位置する薄い第１の金属層１７１０を除去するように、角度が付けられている。
【００８５】
上記説明は本発明の例示であり、ここで説明された発明の様々な代替物が本発明を実施するにあたり採用され得ることが理解されるべきである。それゆえ下記の請求項は本発明の範囲を定義するものであり、これらの請求項の範囲内にある構造および方法とそれらの相当物はこれに含まれることが意図される。
【図１Ａ】
2014503988.tif 000003
【図１Ｂ】
2014503988.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2014503988.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
2014503988.tif 000024
【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
2014503988.tif 000027
2014503988.tif 000028