(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板上に導電性プラグを形成する段階と、
（ｂ）前記導電性プラグが形成された半導体基板上に高融点金属と、セリウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウム及びこれらの酸化物よりなった群から選択された少なくとも一つ以上で構成された充填材を、前記高融点金属よりなったターゲットと前記充填材よりなったターゲットを含むスパッタを利用するコスパッタリング方式で遂行することにより障壁層を形成する段階と、
（ｃ）前記障壁層上に下部電極を形成する段階と、
（ｄ）前記下部電極上と前記下部電極及び障壁層の側壁に高誘電膜を蒸着する段階と、
（ｅ）前記高誘電膜が形成された前記半導体基板を、酸素雰囲気で高温熱処理を実施する段階と、
（ｆ）前記熱処理された前記半導体基板の前記高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高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項２】
前記障壁層に含まれた充填材の比率は２０原子％を越えないことを特徴とする請求項１に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項３】
前記高融点金属はタンタル、モリブデン及びタングステンよりなった群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）段階後、前記導電性プラグ上にオーム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１に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項５】
前記オーム層はチタニウムシリサイドより形成されることを特徴とする請求項４に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項６】
前記下部電極は白金族金属と、セリウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウム及びこの酸化物よりなった群から選択された、少なくとも一つ以上で構成された充填材を、前記白金族金属よりなったターゲットと前記充填材よりなったターゲットを含む少なくとも２つ以上のターゲットを装着したスパッタを利用するコスパッタリング方式または前記白金族金属と充填材より構成された複合ターゲットを使用するスパッタリング方式で遂行することにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項７】
前記下部電極に含まれた充填材の比率は２０原子％を越えないことを特徴とする請求項６に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項８】
前記白金族金属は白金、イリジウム及びルテニウムよりなった群から選択された、いずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項９】
前記（ｃ）段階後、前記下部電極上に白金族金属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６に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項１０】
前記白金族金属層は白金、イリジウム及びルテニウムよりなった群から選択された、少なくともいずれか一つ以上で形成されることを特徴とする請求項９に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項１１】
前記下部電極を形成する段階及び白金族金属層を形成する段階を少なくとも１回以上反復遂行することを特徴とする請求項９に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項１２】
前記下部電極は白金族金属またはその酸化物より形成されることを特徴とする請求項１に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項１３】
前記白金族金属は白金、イリジウム及びルテニウムよりなった一つの群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１２に記載の高誘電キャパシタの製造方法。
【請求項１４】
半導体基板上に形成された導電性プラグと、
前記導電性プラグ上に形成されており、高融点金属と、セリウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウム及びこれらの酸化物よりなった群から選択された少なくとも一つ以上で構成された充填材を、前記高融点金属よりなったターゲットと前記充填材よりなったターゲットを含むスパッタを利用するコスパッタリング方式で遂行することにより形成された障壁層と、
前記障壁層上に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された高誘電膜、及び前記高誘電膜上に形成された上部電極と、よりなったことを特徴とする高誘電キャパシタ。
【請求項１５】
前記障壁層に含まれた前記充填材の比率は２０原子％を越えないことを特徴とする請求項１４に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項１６】
前記高融点金属はタンタル、モリブデン及びタングステンよりなった群から選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１４に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項１７】
前記下部電極は白金族金属と、セリウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウム及びこれらの酸化物よりなった群から選択された、少なくとも一つ以上で構成された充填材を、前記白金族金属よりなったターゲットと前記充填材よりなったターゲットを含む少なくとも２つ以上のターゲットを装着したスパッタを利用するコスパッタリング方式または前記白金族金属と充填材より構成された複合ターゲットを使用するスパッタリング方式で遂行することにより形成したことを特徴とする請求項１４に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項１８】
前記下部電極に含まれた充填材の比率は２０原子％を越えないことを特徴とする請求項１７に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項１９】
前記白金族金属は白金、イリジウム及びルテニウムよりなった群から選択された、いずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項２０】
前記導電性プラグと前記障壁層の間に形成されたオーム層をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項２１】
前記オーム層はチタニウムシリサイドより構成されることを特徴とする請求項２０に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項２２】
前記下部電極は前記充填材を含む白金族金属層と、前記充填材を含まない白金族金属層の二重膜より構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の高誘電キャパシタ。
【請求項２３】
前記下部電極は、前記充填材を含む白金族金属層と前記充填材を含まない白金族金属層が少なくとも２回以上交代に積層された多重膜より構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の高誘電キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその製造方法に係り、特に高誘電キャパシタ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＲＡＭの集積度が増加することによって、制限されたセルの面積内でキャパシタンスを増加させるための多くの方法が提案されているが、普通、次の３つに分けられ得る。即ち、▲１▼誘電膜を薄膜化する方法、▲２▼キャパシタの有効面積増加のためにキャパシタ構造を立体化させる方法、及び▲３▼誘電定数が大きい物質を使用する方法である。
【０００３】
この中、１番目の方法は誘電膜の厚さを１００Å以下に薄膜化する場合、ファウラノードハイム電流により信頼性が低下するので大容量メモリ素子に適用し難い短所がある。
【０００４】
２番目の方法は、シリンダ及びフィン型のような３次元構造のキャパシタを製造するために工程が複雑になり工程単価が増加する短所がある。
【０００５】
従って、高誘電物質を使用してキャパシタンスを増加させようとする方法が多角度に研究されているが、このような高誘電物質にはＳｒＴｉＯ3 、Ｂａ（Ｓｒ、Ｔｉ）Ｏ3 （以下ＢＳＴと称する）、Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3 （以下ＰＺＴと称する）、Ｐｂ（Ｌａ、Ｚｒ）ＴｉＯ3 （以下ＰＬＺＴと称する）、またはＴａ2 Ｏ5 などがある。
【０００６】
一方、このような高誘電キャパシタは優れた耐酸化性を有する白金族金属またはその酸化物を電極物質として採用する。特に、白金は優れた耐酸化性を有するので、高誘電膜との接触時にも酸化されなく漏れ電流特性も優秀である。即ち、白金はＢＳＴ、ＳｒＴｉＯ3 、ＰＺＴのような高誘電物質に比べて仕事関数が大きくて前記高誘電物質と接触する場合にその界面にショットキーバリアが形成されるので優れた漏れ電流特性を見せる。
【０００７】
しかし、白金は３００℃以上の温度でポリシリコンと反応してシリサイドを形成するので、このようなシリサイド形成を防止する障壁層を白金電極下部に形成するべきである。ところが、一般的に用いられる障壁層の構成物質、たとえばＴｉＮ、ＴａＮまたはＷＮ1-x のような窒化金属は後続する酸化性ガス雰囲気の熱処理工程で酸化される問題がある。即ち、後続する白金電極の形成工程は表面膜質をなめらかにするために高温で遂行され、高誘電膜蒸着工程も高温の酸素雰囲気で行なわれる。この時、酸素は白金電極内の結晶粒界に沿って障壁層に流入され、後続する熱処理工程により追加の酸素拡散が起りながら前記障壁層を構成する窒素が流入された酸素と置換された後放出され、その結果障壁層の剥離現象が現れる。
【０００８】
このような問題点を超すためにＲｕＯ2 またはＩｒＯ2 のような導電性酸化膜をキャパシタ電極として採用する構造が提案された。図１はこのような構造の高誘電膜キャパシタを示す。
【０００９】
図１を参考すると、参照番号１０、１１及び１２は各々半導体基板、絶縁膜及び導電性プラグを示し、１３、１４及び１５は各々障壁層と下部電極を示す。また参照番号１７と１９は各々高誘電膜と上部電極を示す。
【００１０】
ここで、前記導電性プラグ１２はポリシリコンよりなっており、前記障壁層１４は窒化チタニウムのような窒化金属よりなっている。また前記下部電極１５は導電性酸化膜、例えばＲｕＯ2 よりなっている。前記高誘電膜１７はＢＳＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴまたはＴａ2 Ｏ5 のような高誘電物質よりなっており、前記上部電極１９は白金族元素またはこれらの酸化物よりなりうる。
【００１１】
ところが、前記下部電極１５の構成物質の導電性酸化膜は、白金に比べて酸素の拡散防止機能は優秀であるが、高誘電膜との仕事関数の差が大きくなくて漏れ電流特性が悪い短所がある。漏れ電流特性を改善するためには前記下部電極１５と前記高誘電膜１７の接触面積を縮めるべきであり、前記高誘電膜１７の接触面積を縮めるためには前記下部電極１５の厚さを最小化するべきである。しかし前記下部電極１５が酸素拡散に対する防止膜としての機能を遂行しなければならないので、前記下部電極１５を薄膜化するには限界がある。
【００１２】
このような問題点を改善するために、導電性酸化膜よりなった下部電極と障壁層の間に白金族金属に酸化防止用犠牲層を形成して下部電極を薄膜化する方法が提案された。図２はこのような形態の高誘電膜キャパシタを示す。
【００１３】
図２を参考すると、参照番号２００、２０１及び２０３は各々半導体基板、絶縁膜及び導電性プラグを示し、参照番号２０５はチタニウムシリサイドよりなったオーム層を、２０７はチタニウム窒化膜よりなった障壁層を示す。また、参照番号２０９と２１１は各々酸化防止用犠牲層と下部電極を示し、参照番号２１３及び２１５は各々高誘電膜と上部電極を示す。
【００１４】
この時、前記酸化防止用犠牲層２０９は白金族金属、例えばルテニウムより形成できるし、前記ルテニウムは高温の酸素雰囲気で遂行される後続工程で、ルテニウム膜にフローされる酸素と反応して酸化ルテニウムになる。したがって、前記酸化防止用犠牲層２０９は酸素が前記障壁層２０７に流入されることを遮断するので、前記障壁層２０７の酸化が防止される。
【００１５】
しかし、このような形態の高誘電キャパシタも図１に示した高誘電キャパシタと同じように相変らず漏れ電流特性が不良で、前記障壁層２０７の側壁から流入される酸素は遮断出来ないので、前記障壁層２０７の酸化を防止するには不充分である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、酸素と金属に対する拡散防止特性が向上した高誘電キャパシタの製造方法を提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は酸素と金属に対する拡散防止特性が向上した高誘電キャパシタを提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による高誘電キャパシタの製造方法は次のようである。まず、半導体基板上に導電性プラグを形成する。前記導電性プラグ上に高融点金属と、セリウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウム及びこれらの酸化物よりなった群から選択された少なくとも一つ以上で構成された充填材を、前記高融点金属よりなったターゲットと前記充填材よりなったターゲットを含むスパッタを利用するコスパッタリング方式で遂行することにより障壁層を形成するが、これは障壁層内に存在するグレーンの境界を充填材に詰めることによって金属と酸素の拡散経路を遮断するためのことである。次いで前記障壁層上に下部電極と高誘電膜を順次に形成した後、酸素雰囲気の高温熱処理を実施する。そして前記高誘電膜上に上部電極を形成する。
【００２０】
また、本発明による高誘電キャパシタは、導電性プラグが半導体基板上に形成されている。高融点金属と、セリウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウム及びこれらの酸化物よりなった群から選択された少なくとも一つ以上で構成された充填材を、前記高融点金属よりなったターゲットと前記充填材よりなったターゲットを含むスパッタを利用するコスパッタリング方式で遂行することによりなった障壁層が前記導電性プラグ上に形成されている。前記障壁層上に下部電極が形成されている。高誘電膜が前記下部電極上に形成されている。そして上部電極が前記高誘電膜上に形成されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
本発明の前記目的及び作用は添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明することによってより明らかになる。
【００２２】
《実施形態１》
図３は本発明の一実施形態による高誘電膜キャパシタの断面を示す。
【００２３】
半導体基板３００の上に絶縁膜３０１が形成されており、前記絶縁膜３０１内の特定領域には導電性プラグ３０３及びオーム層３０５が形成されている。絶縁膜３０１とオーム層３０５の上に積層構造が形成されている。積層構造は障壁層パターン３０７ａ、第１下部電極パターン３０９ａ、及び第２下部電極パターン３１１ａよりなる。前記障壁層パターン３０７ａは高融点金属と充填材よりなる。第１下部電極パターン３０９ａは白金族金属と充填材よりなる。第２下部電極パターン３１１ａは白金族金属よりなる。前記積層構造上には高誘電膜３１３と上部電極３１５が順次に形成されている。
【００２４】
前記導電性プラグ３０３はポリシリコンよりなり、前記オーム層３０５は界面の接触抵抗を改善するためのことで、チタニウムシリサイドのような金属シリサイドよりなる。
【００２５】
前記障壁層パターン３０７ａはタンタル、モリブデンまたはタングステンなどのような高融点金属と充填材よりなる。前記充填材は高融点金属の結晶粒界を充填して金属または酸素の拡散経路を遮断する役割をすることで、電極及び配線材料として用いられる金属と化学的親和力がなく、高温熱処理時結晶粒界を形成するような欠陥がなく、金属とシリコンの高溶度及び高い拡散度に対する抵抗性が大きくなければならない。
【００２６】
従って、前記充填材は溶解点が高くて、熱的安全性が高くて、障壁層または電極物質と共に使われる時、偏析傾向性が大きくて原子半径が大きい物質が望ましいので、セリウム、ジルコニウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウムまたはこれらの酸化物を使用したり、これらを組合して使用する。前記酸化物はＭＯ2-x （０≦ｘ≦１）の構造を有することが望ましいが、この時前記Ｍはセリウム、ジルコニウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウムの中でいずれか一つである。
【００２７】
前記充填材の量は蒸着条件及びスパッタリング時に用いられるターゲットの組成によって変化でき、添加量が多くなるほど拡散防止特性は優秀になるが電気的特性が劣化する。
【００２８】
前記第１下部電極パターン３０９ａは白金族金属と充填材よりなるが、前記障壁層パターン３０７ａでと同じく充填材は白金族金属の結晶粒界を充填して金属または酸素の拡散経路を遮断する。前記白金族金属には白金、イリジウム、ルテニウムなどがあり、前記充填材はセリウム、ジルコニウム、イットリウム、トリウム、ハフニウム、ランタン、アルミニウムまたはこれらの酸化物とかこれらの組合で形成できる。
【００２９】
前記第２下部電極パターン３１１ａは白金族金属で形成して良好な漏れ電流特性を示すようにする。前記白金族金属には白金、イリジウムまたはルテニウムなどがある。
【００３０】
前記高誘電膜３１３はＢＳＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、またはＴａ2 Ｏ5 等により形成でき、前記上部電極３１５は白金族金属により形成できる。
【００３１】
以下は図４Ａ乃至図５Ｆを参照して、本発明の一実施形態による高誘電キャパシタの製造方法を説明する。この時、高誘電キャパシタの製造のための蒸着工程では幾つの蒸着室が真空室を通じて連結していて、大気に露出されずに半導体基板が移動できる高周波マグネトロンスパッタリングシステム装備を利用することが望ましい。
【００３２】
図４Ａは半導体基板４００の上に導電性プラグ４０３を形成した結果を示す。
【００３３】
半導体基板４００の上にシリコン酸化膜を蒸着して絶縁膜４０１を形成する。前記絶縁膜４０１の特定部位を蝕刻してコンタクトホールを形成し洗浄した後、電気伝導度を向上させる燐を含む多結晶シリコンを垂直型低圧化学気相蒸着装置を利用して３０００Å（±３００Å）程度の厚さでシリコン基板上に蒸着して導電性プラグ４０３を形成する。
【００３４】
図４Ｂはオーム層４０５を形成した結果を示す。
【００３５】
詳細に説明すると、２００℃の温度と７ｍトルの圧力及びアルゴンガス雰囲気下で高周波プラズマ食刻を実施して前記導電性プラグ４０３の上に形成された自然酸化膜を除去した後、大気露出なしに連続的に前記導電性プラグ４０３の上にチタニウムを３００Å程度で蒸着する。次いで、前記結果物を急速熱処理装備に移動させた後、７５０℃のＮＨ3 雰囲気下で３０秒間熱処理してチタニウムシリサイドよりなったオーム層４０５を形成する。次いで、硫酸溶液で前記結果物を洗浄して未反応チタニウムと前記オーム層４０５の表面に形成された窒化チタニウムを除去する。
【００３６】
この時前記熱処理工程は７００〜８００℃の温度とＮＨ3 またはＮ2 ガス雰囲気で遂行されることが望ましい。もし７００℃以下または８００℃以上で不活性気体のアルゴンガス雰囲気下で熱処理を行なうと、チタニウムシリサイドの形成反応が不均一に起きて界面が荒くなり、これによって後続工程に蒸着される膜の厚さが不均一になる。
【００３７】
図４Ｃは障壁層４０７が形成された結果を示す。
【００３８】
即ち、高融点金属のタンタルと充填材のＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）を一緒に蒸着して前記オーム層４０５の上に約１００Åの厚さで障壁層４０７を形成する。前記障壁層４０７は、図６に示したように、タンタルターゲットとＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）ターゲットを含む、少なくとも２以上のターゲットが装着されたスパッタを使用するコスパッタリング方式で形成できる。この時、前記障壁層４０７の内に含まれるＣｅＯ2-x の比率は２０原子％を越えないようにさせるが、より望ましくは約１０原子％になるようにする。
【００３９】
前記充填材は多結晶タンタルの結晶粒界を充填して酸素と金属の拡散を防止する。
【００４０】
図４Ｄは第１下部電極４０９及び第２下部電極４１１を蒸着した結果を示す。
【００４１】
詳細に説明すると、白金族金属の白金と充填材に用いられるＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）を一緒に蒸着して前記障壁層４０７の上に５００Åの厚さで第１下部電極４０９を形成する。
【００４２】
前記第１下部電極４０９は、図７に示したように白金ターゲットとＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）ターゲットを含む、少なくとも２以上のターゲットが装着されたスパッタを用いたコスパッタリング方式とか、白金とＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）の複合ターゲットを使用したスパッタリング方式で形成できる。
【００４３】
この時、前記第１下部電極４０９の内に含まれたＣｅＯ2-x の比率は２０原子％を越えないようにするが、より望ましくは約１０原子％になるようにする。
【００４４】
前記充填材は多結晶白金の結晶粒界を充填して酸素と金属の相互拡散を防止する。
【００４５】
次いで、前記第１下部電極４０９の上に白金を約１００Åの厚さで蒸着して第２下部電極４１１を形成する。
【００４６】
図５Ｅは前記障壁層４０７、前記第１下部電極４０９及び前記第２下部電極４１１を順次にパタニングした結果を示す。具体的に、前記第２下部電極４１１、前記第１下部電極４０９及び前記障壁層４０７を順次にパタニングして障壁層パターン４０７ａ、第１下部電極パターン４０９ａ及び第２下部電極パターン４１１ａを各々形成する。
【００４７】
図５Ｆは高誘電膜４１３と上部電極４１５を形成した結果を示す。
【００４８】
前記結果物上にＢＳＴを蒸着して高誘電膜４１３を形成し、次いで白金を蒸着して上部電極４１５を形成する。
【００４９】
前記高誘電膜４１３はＰＺＴ、ＳＴＯまたはＣｅＯ2-x で形成され、前記上部電極４１５は白金、イリジウムまたはルテニウムなどの白金族元素で形成できる。
【００５０】
前述したように、図６は障壁層４０７を形成するためのターゲット構造を示す。ターゲット構造はＴａターゲットとＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）ターゲットを含む。
【００５１】
図７は第１下部電極４０９を形成するためのターゲットを示す。このターゲットはＰｔターゲットとＣｅＯ2-x （０≦ｘ≦１）ターゲットを含む。
【００５２】
図８は図４Ｃと図４Ｄに示した結果物を高温熱処理した後、Ｘ線回折分析を実施した結果である。
【００５３】
白金よりなった前記第２下部電極４１１と多結晶シリコンでよりなった前記導電性プラグ４０３が反応して、白金シリサイドの形成可否を調査することによって前記障壁層４０７の拡散防止性能を調べた。このために前記図４Ｂ及び図４Ｄに示した結果物に対してＸ線回折実験を行い、次いで図４Ｄに示した結果物を大気に露出されたオーブンを使用して６５０〜８００℃の温度で３０分間熱処理した結果物に対してもＸ線回折実験を行った。
【００５４】
図８を参照すると、Ａは図４Ｂに示したような前記オーム層４０５まで形成された構造、即ち半導体基板／多結晶シリコン／ＴｉＳｉ2 の構造に対するＸ線回折分析結果であり、Ｂは図４Ｄに示したような前記第２下部電極４１１まで形成された構造、即ち半導体基板／多結晶シリコン／ＴｉＳｉ２／Ｔａ＋ＣｅＯ2 （１００Å）／Ｐｔ＋ＣｅＯ2 （５００Å）／Ｐｔ（１００Å）の構造に対するＸ線回折分析結果である。前記Ａは半導体基板上にＴｉＳｉ2 だけを形成した標準試料のＸ線回折分析結果と同一であり、Ｂでは白金の存在が強く現れていることが分かる。
【００５５】
また、前記Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは図４Ｄに示したように前記第２下部電極４１１まで形成された構造、即ち半導体基板／多結晶シリコン／ＴｉＳｉ2 ／Ｔａ＋ＣｅＯ2 （１００Å）／Ｐｔ＋ＣｅＯ2 （５００Å）／Ｐｔ（１００Å）の構造を各々６５０℃、７００℃、７５０℃及び８００℃の温度で熱処理した場合のＸ線回折分析結果である。前記Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦは前記Ｂに現れたＸ線回折分析結果と大きい差がないが、これより白金、チタニウムシリサイド及び多結晶シリコンの間の相互拡散がおきなかったし、従って白金シリサイドが形成されなかったことが分かる。
【００５６】
《実施形態２》
図９は本発明の第２実施形態により形成された高誘電キャパシタを示す。ここで、図３と同じ参照番号は同じ要素を示す。
【００５７】
本発明の第２実施形態により形成された高誘電キャパシタは下部電極８００がＣｅＯ2 のような充填材を含む白金の単一膜よりなったことを除外すれば、図３に示す本発明の第１実施形態による高誘電膜キャパシタと同一である。
【００５８】
このような形態の高誘電膜キャパシタは下部電極８００の内に充填されたＣｅＯ2 が前記下部電極８００と前記高誘電膜３１３の界面に酸素が供給できるので、ＰＺＴのような強誘電物質よりなった高誘電膜３１３から現れる酸素空洞発生にともなう疲労現象が大きく抑制できる。
【００５９】
《実施形態３》
図１０は本発明の第３実施形態による高誘電キャパシタを示す。この時、図３と同じ参照番号は同じ要素を示す。
【００６０】
本発明の第３実施形態による高誘電キャパシタは下部電極９００がＣｅＯ2 のような充填材を含む白金膜９００ａと充填材を含まない白金膜９００ｂよりなった二重膜が２回以上積層された多重膜構造を有するということを除外すれば、図３に示した本発明の第１実施形態による高誘電膜キャパシタと同一である。このような構造の高誘電膜キャパシタは酸素流入がより効果的に遮断できる。
【００６１】
《実施形態４》
図１１は本発明の第４実施形態による高誘電キャパシタを示す。この時、図３と同じ参照番号は同じ要素を示す。
【００６２】
本発明の第４実施形態による高誘電キャパシタは下部電極１０００が充填材を含まない白金族金属やその酸化物よりなったことを除外すれば、図３に示した本発明の第１実施形態による高誘電膜キャパシタと同一である。即ち、第４実施形態による高誘電キャパシタは前記障壁層パターン３０７ａにだけ充填材が含まれている。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、障壁層及び電極層の拡散防止機能が向上するので、超高集積半導体装置に適用できる高い信頼性の高誘電キャパシタが得られる。特に、約１００Å程度の障壁層でも金属または酸素の拡散が防止できるので、白金以外の膜が高誘電膜と接触する面積が最小化できて、向上した拡散防止特性と同時に優れた漏れ電流特性を有する高誘電キャパシタが得られる。
【００６４】
以上、本発明はこれに限定されなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を有する者により可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の技術による高誘電キャパシタを示す断面図である。
【図２】  従来の技術による他の高誘電キャパシタを示す断面図である。
【図３】  本発明の第１実施形態による高誘電キャパシタを示す断面図である。
【図４】  本発明の第１実施形態による高誘電キャパシタを製造する方法を示す断面図である。
【図５】  図４に続く本発明の第１実施形態による高誘電キャパシタを製造する方法を示す断面図である。
【図６】  図４ｃに示した障壁層形成工程時に用いられるターゲットの構造を例示する。
【図７】  図４ｄに示した下部電極形成工程時に用いられるターゲットの構造を例示する。
【図８】  本発明の第１実施形態による高誘電キャパシタに対するＸ線回折分析結果を示す。
【図９】  本発明の第２実施形態による高誘電キャパシタを示す断面図である。
【図１０】  本発明の第３実施形態による高誘電キャパシタを示す断面図である。
【図１１】  本発明の第４実施形態による高誘電キャパシタを示す断面図である。
【符号の説明】
３００，４００…半導体基板、
３０１，４０１…絶縁膜、
３０３，４０３…導電性プラグ、
３０５，４０５…オーム層、
３０７ａ，４０７ａ…障壁層パターン、
３０９ａ，４０９ａ…第１下部電極パターン、
３１１ａ，４１１ａ…第２下部電極パターン、
３１３，４１３…高誘電膜、
３１５，４１５…上部電極、
４０７…障壁層、
４０９…第１下部電極、
４１１…第２下部電極、
８００，９００，１０００…下部電極、
９００ａ…充填材を含む白金膜、
９００ｂ…充填材を含まない白金膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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