(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）半導体基板に絶縁膜を形成して前記絶縁膜にパターニングを実施し半導体基板のソース領域を露出させるコンタクトホールを形成する段階と、
（２）前記コンタクトホールを埋立て前記絶縁膜を覆う導電層を形成する段階と、
（３）前記導電層を加工して前記コンタクトホールと連結される導電層パターンを形成する段階と、
（４）前記半導体基板をチャンバに入れてパージガスを供給する段階と、
（５）前記チャンバへ前記絶縁膜と導電層に対して選択的に蒸着される特性を保つ犠牲金属ソースガスを供給して前記導電層の上にのみ犠牲金属層を形成する段階と、
（６）前記犠牲金属層の金属原子よりさらに小さいハロゲン結合力を有する金属ハロゲン化合物ガスを前記チャンバへ供給して前記犠牲金属層を蒸着金属層に置換する段階と、
（７）前記蒸着金属層の上に誘電体膜を形成する段階と、
（８）前記誘電体膜の上に上部電極を形成する段階と、
を備えることを特徴とする選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【請求項２】
前記絶縁膜は、酸化膜又は酸化膜を含む複合膜を用いて形成することを特徴とする請求項１に記載の選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【請求項３】
前記（２）段階の導電層は、不純物がドーピングされたポリシリコン又は窒化チタンを使用して形成することを特徴とする請求項１に記載の選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【請求項４】
前記不純物がドーピングされたポリシリコンは、水素終端基を有することを特徴とする請求項３に記載の選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【請求項５】
前記（４）段階のパージガスは、水素とシランとの混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【請求項６】
前記（４）段階のパージガスを供給する方法は、持続的に供給、あるいは始め一定量を供給してパージして前記犠牲金属層の形成及び蒸着金属層への置換がなった後で一定量を供給する周期的な供給方法であることを特徴とする請求項１に記載の選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【請求項７】
前記（６）段階の蒸着金属層を形成した後で前記蒸着金属層をケイ素化する段階をさらに実施することを特徴とする請求項１に記載の選択的な金属層形成方法による半導体素子のキャパシタ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に関し、さらに詳細には選択的な金属層形成方法とこれを用いる半導体素子のキャパシタ形成方法及びコンタクトホール埋立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子が漸次高集積化されて複雑になることによりその製造工程で選択的に金属層を形成するべき時が増加している。この中で半導体素子のキャパシタ製造工程では、高いキャパシタンスを実現するためにポリシリコンの代わりに金属を使用して下部電極を形成することによりＭＩＳ（Metal Insulator Silicon）又はＭＩＭ（Metal Insulator Metal）キャパシタを具現しているが、コンタクトホール埋立て工程では、大きさが小さく縦横比が高いコンタクトホールの底にオーム層を形成するには工程が困難であった。
【０００３】
金属材質の下部電極を有するキャパシタ製造工程で、ポリシリコンを材質とする半球形グレーン（ＨＳＧ：Hemi Spherical Grain）の下部電極にパターニングを進行せずに金属層を選択的ではないブランケットに蒸着する方法は非常に実現しにくく、現在ではこのような技術が皆無であるのが実情である。且つ、キャパシタの高誘電膜としてぺロブスカイト（Perovskite）構造を有するＰＺＴ(Pb(Zr,Ti)O3、ＢＳＴ（BaSrTiO3）等を使用しようとすれば誘電膜を蒸着する時、酸化が起らず漏洩電流特性が優れる白金を既存のポリシリコン電極の代わりに使用することが理想的である。しかし白金膜のような金属層を選択的ではないブランケット方式で蒸着すれば蝕刻が難しいという問題点がする。即ち、ブランケットに形成された白金を塩素ガスを使用して乾式蝕刻すれば、蝕刻副産物として生成するPtClxが非揮発性の電導性ポリマーであるため、これを湿式蝕刻で除去する工程を追加して実行しなければならない。そして湿式蝕刻工程で、白金からなった下部電極の一部も共に蝕刻されるので、微細なパターニングが要求されるＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）製造工程で再現性のある工程を具現することが難しい。
【０００４】
又、コンタクトホールの底にオーム層の形成は、一般的にチタンのような電導性が優れる高融点金属をプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）又はスパッタリング方式で行う。しかし、スパッタリング方式でを形成すれば段差塗布性が劣化して、ＰＥＣＶＤ方式は６００℃以上の高い蒸着温度により漏洩電流が増加し半導体素子の電気的な特性が悪化するため、実際工程に適用するにはまだ多くの問題点がある。
【０００５】
それ以外にもチタン層のようなオーム層をスパッタリング方式で形成し、その上に障壁層、例えば窒化チタンを化学気相蒸着（ＣＶＤ）方式で形成すると、オーム層に対する腐蝕及びオーム層と障壁層との界面でリフティングのような欠陥が発生する。且つ、チタンからなったオーム層の上にスパッタリング方式で障壁層（TiN）を形成すればオーム層と障壁層との界面でリフティング問題は生じないものの、後続工程でコンタクトを埋立てるプラグ層をタングステンを使用して化学気相蒸着方式に形成する時にリフティング問題が発生する。
【０００６】
したがって、半導体素子の電気的な特性の劣化が発生しない５００℃以下の温度で選択的に金属層を形成する方法が要求されるが、現在まではキャパシタ下部電極形成工程及びコンタクトホールのオーム層の形成工程ではこのような技術がないのが実情である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は５００℃以下の低温で選択的に蒸着された犠牲金属層に、犠牲金属層の金属原子よりさらに小さいハロゲン結合力を有する金属ハロゲン化合物ガスを反応させ、犠牲金属層を蒸着金属層に置換させる選択的な金属層形成方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は前記選択的な金属層形成方法を用いた半導体素子のキャパシタ形成方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は前記選択的な金属層形成方法を用いたコンタクトホール埋立て方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の参考例による選択的な金属層形成方法は、先ず絶縁膜及び導電層が形成された半導体基板をチャンバに入れて水素とシランの混合ガスのパージガスを供給する。続いて、チャンバへ絶縁膜と導電層に対して選択的に蒸着する特性を保つ犠牲金属ソースガス、例えばＤＭＡＨ（Dimethyl Aluminum Hydride：(CH3)2AlH）又はＤＭＥＡＡ（Dimethyl Ethylamine Alane：(CH3)2C2H5N:AlH3)を供給して導電層の上にのみ犠牲金属層を形成する。最後に、犠牲金属層の金属原子よりさらに小さいハロゲン結合力を有する金属ハロゲン化合物ガスをチャンバへ供給し犠牲金属層を蒸着金属層に置換する。
【００１０】
パージガスを供給する方法は持続的に供給するか、始め一定量供給してパージして犠牲金属層の形成及び蒸着金属層への置換がなった後で一定量ずつ供給することが好ましく、この際蒸着金属層への置換がなった後で供給するパージガスは、供給時間及び供給量が他の段階よりさらに多いことが適当である。
絶縁膜は酸化膜又は酸化膜を含む複合膜を使用し、導電層は不純物のドーピングされたシリコン又は金属を使用して形成することが好ましい。
【００１１】
望ましくは、蒸着金属層の金属はチタン、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル及び白金の中で選択されたいずれか一つを使用することが好ましく、蒸着金属がチタンの場合には金属ハロゲン化合物ガスとしてTiCl4を使用して、蒸着金属が白金の場合には金属ハロゲン化合物ガスとしてCl6H6PtかPtCl2を水又はアルコールで溶かして蒸気化させるものを使用するのが適合する。
【００１２】
他の目的を達成するための本発明による選択的な金属層形成方法を用いた半導体素子のキャパシタ形成方法は、半導体基板に酸化膜又は酸化膜を含む複合膜のような絶縁膜を形成して絶縁膜にパターニングして半導体基板のソース領域を露出させるコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホールを埋立て絶縁膜の上を覆う不純物がドーピングされたポリシリコンか金属から構成された導電層を形成して、導電層をパターニング又は化学機械的な練磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）で加工しコンタクトホールと連結される導電層パターンを形成する。続いて、半導体基板をチャンバに入れて水素とシランとの混合ガスのパージガスを供給する。そして、チャンバへ絶縁膜と導電層に対して選択的に蒸着される特性を保つ犠牲金属ソースガス、例えばＤＭＡＨ又はＤＭＥＡＡを供給し導電層の上にのみ犠牲金属層を形成する。続いて、犠牲金属層の金属原子よりさらに小さいハロゲン化合物ガスをチャンバへ供給し犠牲金属層を蒸着金属層に置換する。最後に蒸着金属層の上に誘電体膜を形成し、誘電体膜の上に上部電極を形成する。
【００１３】
導電層パターンを形成した後で、導電層パターンの表面に半球形グレーンを形成する段階をさらに実施できる。
パージガスを供給する方法は、持続的に供給するか、始め一定量を供給しパージして犠牲金属層の形成及び蒸着金属層への置換がなった後で一定量を供給することが望ましく、この際蒸着金属層への置換がなった後で供給するパージガスは他の段階で供給するパージガスより供給時間のさらに長く、供給量のさらに多いことが好ましい。
蒸着金属層を形成した後で蒸着金属層をケイ素化する段階がさらに実施できる。
【００１４】
さらに他の目的を達成するための本発明の参考例は、半導体基板に酸化膜又は酸化膜を含む複合膜のような絶縁膜を形成してパターニングを進行して、下部膜、例えば不純物がドーピングされたポリシリコン又はTiNのような金属を材質とする下部膜を露出するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールが形成された半導体基板をチャンバに入れて水素とシランとの混合ガスのパージガスを供給する。続いて、絶縁膜と下部膜に対して選択的に蒸着される特性を保つ犠牲金属ソースガス、例えばＤＭＡＨ又はＤＭＥＡＡを供給し下部膜にのみアルミニウムから構成された犠牲金属層を形成する。続いて、犠牲金属層の金属原子よりさらに小さいハロゲン結合力を有する金属ハロゲン化合物ガスをチャンバへ供給して犠牲金属層を蒸着金属層に置換する。そして、コンタクトホールを埋立てる導電層を形成する。
【００１５】
パージガスを供給する方法は持続的に供給するか、始め一定量を供給しパージして犠牲金属層の形成及び蒸着金属層への置換がなった後で一定量を供給するのが望ましく、この際蒸着金属層への置換がなった後で供給するパージガスは他の段階で供給するパージガスより供給時間のさらに長く、供給量のさらに多い方が好ましい。
蒸着金属層に置換した後で蒸着金属層の上に障壁層、例えばTiN層を形成する工程をさらに実施することが望ましい。
【００１６】
本発明によると、半導体素子の製造工程で ５００℃以下の低温で特定金属を選択的に形成することにより、これをキャパシタ下部電極の形成工程に適用し工程上の大きな困難がなく金属からなったキャパシタ下部電極が形成できる。且つ、コンタクトホールの底のオーム層を形成する時、段差塗布性を増加させながら腐蝕に起因する薄膜の特性劣化又はリフティングのような欠陥を防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
（選択的な金属層形成方法）
図１は本発明による選択的な金属層形成方法を説明するための工程流れ図である。
【００１８】
図１に示すように、先ず絶縁膜と導電層が形成された半導体基板を半導体設備のチャンバに投入する（１００）。この際、絶縁膜としては選択的な金属層の形成のため蒸着される金属が吸着されないような特性を有する酸化膜及びその複合膜を使用する。そして導電層としては蒸着される金属のアルミニウムが選択的に蒸着しやすい特性を有する、水素終端基を有し不純物がドーピングされたポリシリコン、又は窒化チタンのような金属を使用する。続いて、チャンバにパージガスの水素とシランが混合されたガスを供給（１１０）してチャンバ内部をパージさせる。ここで、パージガスの供給方式は二つの方式で可能である。一つ目はパージガスを始めから一定量を持続的に供給する方式であり、二つ目は始め犠牲金属ソースガスを供給する前に先ずパージガスを供給してパージさせた後、犠牲金属の蒸着（１２０）及び蒸着金属への置換（１４０）がなった後で周期的に一定量ずつ供給する方式である。
【００１９】
そしてチャンバへ犠牲金属ソースガスのDMAH又はDMEAAを供給して導電層の表面にアルミニウムからなった犠牲金属層を形成（１２０）する。ここで、アルミニウムを犠牲金属層に使用する理由はアルミニウムがCl、Br、F、Iのようなハロゲン族元素と一番高いギブスの自由エネルギー（Gibbs Free Energy）を有しながら多様な前駆物質が既に開発されているからである。アルミニウム蒸着のための前駆物質では(C4H9)2AlH（Di-i-butyl aluminum hydride）、(C4H9)3Al（Tri-i-butyl  aluminum）、(C2H5)2Al（Triethyl aluminum）、(CH3)3Al（Trimethyl aluminum）、AlH3N(CH3)3（Trimethylamine）、(CH3)2AlH（Dimethyl Aluminum Hydride）、(CH3)2C2H5N:AlH3（Dimethyl Ethylamine Alane）等がある。この中で(CH3)2AlH（Dimethyl Aluminum Hydride;DMAH）と(CH3)2C2H5N:AlH3（Dimethyl Ethylamine Alane;DMEAA）は酸化膜のような絶縁膜には蒸着されずに水素終端基の不純物がドーピングされたシリコンかTiNのような金属にのみ選択的に蒸着される特性がある。それゆえにチャンバにある半導体基板の絶縁膜には蒸着されずに導電層にのみ選択的に蒸着される。続いて犠牲金属層の選択的に形成された半導体基板があるチャンバにパージガスを供給（１３０）してチャンバ内部の犠牲金属のソースガスをパージさせる。
【００２０】
続けて、チャンバへ蒸着を所望の金属を含む金属ハロゲン化合物ガス、例えばTiCl4を供給して半導体基板と反応させると、TiCl4はAlClxに変化され犠牲金属層のアルミニウムはチタンの蒸着金属層に置換される（１４０）。ここで、金属ハロゲン化合物ガスの金属は犠牲金属層の金属原子よりハロゲン結合力がさらに弱いので、犠牲金属層の金属原子が金属ハロゲン化合物ガスと反応する。即ち、４２７℃でTiCl4のギブスの自由エネルギーが678.3kJ/molで大部分の金属ハロゲン化合物より高い反面、AlCl6のギブスの自由エネルギーは1121.9kJ/molでTiCl4のギブスの自由エネルギーよりさらに高いからである。したがって、犠牲金属層のアルミニウム原子は導電層の表面から離れてきて結合力がさらに高い塩素ガスと反応して気体状態のAlClxとなり、犠牲金属層のアルミニウム原子が離れてきた所にはTiCl4から分解されたチタンが蒸着される。結局、犠牲金属とハロゲン原子の結合力、即ちギブスの自由エネルギーがさらに小さい金属ハロゲン化合物ガスを犠牲金属の形成された半導体基板があるチャンバへ供給すれば金属層が選択的に形成できる。このように形成できる蒸着金属層にはチタン、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル及び白金がある。
【００２１】
ここで、蒸着金属がチタンの場合には金属ハロゲン化合物ガスとしてTiCl4を使用し、蒸着金属が白金の場合には金属ハロゲン化合物ガスとしてCl6H6Pt（Platinic Chloride）かPtCl2を水又はアルコールに溶かして蒸気化させるものを使用し、蒸着金属がコバルトの場合には金属ハロゲン化合物ガスとしてCoCl2、CoF2、CoI2の中で選択された一つの物質を使用する。ここで、白金を含む金属ハロゲン化合物、即ちCl6H6PtかPtCl2が気体ではない固体なので、これをソルベントのような溶剤に溶かして蒸気化して使用する。この際白金は他の金属と比較すると不活性であるのでハロゲン原子との結合力が小さく、アルミニウムのような犠牲金属層と反応して蒸着しやすい。
【００２２】
そして、蒸着金属がモリブデンの場合には金属ハロゲン化合物ガスとして(C5H5)2MoCl2（Bis cyclopentadienyl molybdenum dichloride）、C5H5MoCl4（cyclopentadienyl molybdenum tetrachloride）、MoF6（molybdenum fluoride)、MoCl3/MoCl5（Molybdenum chloride）及びMoI2（Molybdenum iodide）の中で選択された一つの物質を使用し、蒸着金属がニッケルの場合には金属ハロゲン化合物ガスとして［(C6H5)2PCH2CH2CH2P(C6H5)2］NiCl2（1,2-Bis diphenylphosphineo propane nickel)、［(C6H5)5C5］2NiBr2（Bis triphenylphosphin nickel bromide)、［(C6H5)3P］2NiCl2（Bis triphenylphosphin nickel chloride)、［Ni(NH3)6］Cl2（Hexaaminenickel chloride）、［Ni(NH3)6］I2（Hexaamine iodide)、NiBr/NiBr2（Nickel bromide）、NiCl2（Nickel chloride）、NiF2（Nickel Fluoride)及びNiI2（Nickel iodide）の中で選択された一つの物質を使用し、蒸着金属がタングステンの場合には蒸着金属のハロゲン化合物ガスとして(C5H5)2Wcl2（Bis cyclopentadienyl tungsten dichloride）、WB/W2B/W2B5（Tungsten bromide）、WCl4/WCl6（Tungsten chloride）及びWF6（Tungsten fluoride）の中で選択された一つの物質を使用する。
【００２３】
参考で表１〜表５は絶対温度７００Ｋ（４２７℃）でいろいろな金属ハロゲン化合物ガスのギブスの自由エネルギーを示した資料である。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【表５】
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最後にチタン、タンタル、ジルコニウム、ハフニウム、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル及び白金のような金属層を、金属ハロゲン化合物ガスを用いた置換方式に形成した後、パージガスをチャンバへ供給（１５０）する。この際供給するパージガスは犠牲金属層形成及び他の段階で供給するパージガスより供給量がさらに多く、供給時間をさらに長くし、犠牲金属層を除外した絶縁膜のような所へ吸着されたTiClxのような金属ハロゲン化合物ガスを分離させパージさせる。
【００２４】
図２は本発明による選択的な金属層の形成工程のガス供給ダイアグラムである。ここでＹ軸は供給ガスの供給状態を示してＸ軸は時間である。図２は水素とシランを混合させたパージガスを周期的に供給する場合であり、図３はパージガスを始めから持続的に供給する場合である。図２のように周期的にパージガスを供給する場合、金属ハロゲン化合物ガスを供給した直後に供給するパージガス（１５０）の供給時間及び供給量を増やし、金属ハロゲン化合物ガスが絶縁膜に吸着されずに十分にパージされるようにする。これを簡単に説明すればパージガス（１１０）を先ず供給し、犠牲金属ソースガスを供給（１２０）して犠牲金属を形成する。そして周期的にパージガスを供給する場合には、パージガスをチャンバへ供給（１３０）して残存する犠牲金属ソースガスをパージさせて、蒸着しようとする金属を含む金属ハロゲン化合物ガスを供給して犠牲金属層を蒸着金属層に置換する。この際チャンバには犠牲金属のアルミニウムとハロゲン原子の化合物ガスが残されるが、これはパージガスの供給（１５０）により再びチャンバ外部へパージされる。このような工程を一つ周期で設定してこれを反復進行すれば蒸着金属の厚さ調節を容易にでき、段差塗布性問題も改善できる。
【００２５】
（選択的な金属層形成方法を用いた半導体素子のキャパシタ形成方法）
図４は本発明の選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するための工程流れ図である。
【００２６】
図４を参照すれば、先ずトランジスタなどの下部構造を形成して、層間絶縁膜（ILD:Inter Layer Dielectric）としての絶縁膜を酸化膜又は酸化膜の含む複合膜を用いて形成する。絶縁膜に写真及び蝕刻工程を進行してトランジスタのソース領域を露出させるコンタクトホールを形成（３００）する。続いて選択的に、コンタクトホールと埋立て物質間の導電性を向上させて、拡散を防止するためのオーム層及び障壁層をチタン又は窒化チタンのような物質を使用して形成（３１０）することもできる。続いて、下部電極用導電物質、例えば不純物がドーピングされたポリシリコン又はTiNのような金属物質を用いてコンタクトホールを埋立てながら絶縁膜の表面を覆う導電層を形成する。ここで、不純物ドーピングされたポリシリコンは、後続工程で犠牲金属層が選択的に形成されるように、終端水素化されたものが適合する。続いて導電層をパターニングしてコンタクトホールと連結された下部電極用導電層パターンを形成（３２０）する。導電層パターンを形成する方法は、コンタクトホール内部のみを埋立てるプラグ層を先ず形成し、その上に導電層パターンが形成でき、一回にコンタクトホールの内部を埋立てる導電層を積んでパターニングして形成することもある。ここで導電層パターンに半球形グレーン（ＨＳＧ）を形成（３３０）する段階を実施し、下部電極の表面積を増大させ得る。続いて半球形グレーンが形成された半導体基板を半導体設備のチャンバに入れてパージガスを図２で説明されたように持続的に又は周期的に供給（３４０）する。チャンバへ犠牲金属ソースガスのDMAH又はDMEAAを供給する。そうすると、導電層の上にのみ選択的にアルミニウム層の犠牲金属層が形成（３５０）される。続いて蒸着金属を含む金属ハロゲン化合物ガス、例えばTiCl4かCl6H6PtかPtCl2を水又はアルコールに溶かして蒸気化させるものを供給してチタン又は白金からなった蒸着金属層を置換方式に形成（３６０）する。続いて必要により蒸着金属層に熱処理してケイ層を形成（３６５）するか、アンモニアプラズマ又は急速窒化処理（RTN:Rapid Thermal Nitridation）を用いて窒化膜を形成（３７０）するか、酸素雰囲気で熱処理して酸化膜を形成（３７５）してこれを誘電体膜に使用する。
【００２７】
この際、始め蒸着金属層でチタンを使用した場合に、窒化膜でTiNを形成して図１に説明された選択的な金属層形成工程を再び進行して、即ち第２次蒸着金属層（３７３）として白金が再び形成できる。この場合は第１次蒸着金属のチタンはコンタクトホール埋立て物質として使用されて、第２次蒸着金属の白金はキャパシタ下部電極として使用される。
【００２８】
続いて、結果物の上に誘電体膜を蒸着する（３８０）。このような誘電体膜は酸化膜と窒化膜の複合膜、又はTa2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3及びNb2O5の単一金属原子からなった酸化物の中いずれか一つ、又はAlNのような単一金属原子からなった窒化物の中一つ、又はSrTiO3、PZT(Pb(Zr,Ti)O3、BST(BaSrTiO3）のような多原子金属酸化物の中で選択された一つを使用して形成できる。最後に前記誘電体膜が形成された半導体基板の上に上部電極をポリシリコンかTiN、TiAlN、TiSiN等の金属を用いて形成する（３９０）。
【００２９】
（第１参考例）
図４は本発明の第１参考例による選択的な金属層の形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【００３０】
図５を参照すれば、半導体基板４００にトランジスタなどの下部構造（図示せず）を形成して、その上部に絶縁膜４０２で酸化膜又は酸化膜を含む複合膜を形成する。絶縁膜４０２をパターニングしてトランジスタのソース領域を露出させるコンタクトホール４０４を形成する。コンタクトホール４０４が形成された半導体基板に水素終端基を有する不純物がドーピングされたポリシリコン層を積層し、これをパターニングしてコンタクトホールと連結される下部電極用導電層パターン４０６を形成する。
【００３１】
図６を参照すれば、結果物上に図１で説明された選択的な金属層の蒸着方法を用いてチタン及び白金のような蒸着金属層４０８を形成する。この際、蒸着金属層を形成する前に、導電層パターン４０６に半球形グレーン（ＨＳＧ）形成工程を進行してキャパシタ下部電極の表面積を増加させ得る。したがって、本発明ではＨＳＧ表面にパターニングせずに金属を蒸着することが選択的な金属層蒸着により可能となる。
【００３２】
図７を参照すれば、蒸着金属層４０８が形成された半導体基板にアンモニアプラズマ（NH3 plasma）を用いた窒化処理、又は急速窒化処理（ＲＴＮ）を実施して窒化膜４１０を形成する。このような窒化膜４１０は後続工程で誘電体膜を蒸着する時、下部電極と誘電体膜との界面にキャパシタンスを劣化させる酸化物生成を抑制する役割をする。
図８を参照すれば、結果物に酸素雰囲気の熱処理を進行して酸化膜４１２、例えば酸化チタンを形成して窒化膜４１０と酸化膜４１２とを誘電体膜に用いられる。
【００３３】
図９を参照すれば、結果物の上にTa2O5、TiO2、Al2O3及びNb2O5の単一金属原子からなった酸化物の中いずれか一つ、又はAlNのような単一金属原子からなった窒化物の中一つ、又はSrTiO3、PZT(Pb(Zr,Ti)O3、BST(BaSrTiO3）のような多原子金属酸化物の中で選択された一つを使用して誘電体膜４１４を形成する。
【００３４】
図１０を参照すれば、誘電体膜４１４が形成された半導体基板の上にポリシリコン又は金属を用いた上部電極４１６を形成してＳＩＭ（Silicon Insulator Metal）又はＭＩＭ（Metal Insulator Metal）構造を有する半導体素子のキャパシタを形成する。
【００３５】
前述した発明により半導体素子のキャパシタを形成すれば、下部電極を形成した後、パターニングする必要がなく写真蝕刻工程を省略できて、特に半球形グレーンを使用する下部電極に対してパターニングする必要がないので、蝕刻に従う各種問題点を解決しながら下部電極を金属材質で形成できる長所がある。
【００３６】
（第２参考例）
図５は本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【００３７】
図１１及び図１２を参照すれば、前述した第１参考例と同じ工程であるので重複を避けて説明を略する。ここで、参照符号は理解を容易にするため前述した第１参考例と相互対応になるように構成した。
図１３を参照すれば、選択的な金属層の蒸着金属層５０８が形成された半導体基板にケイ化形成工程を進行して蒸着金属層５０８を TiSixのようなケイ化物層５１０に取り替える。
【００３８】
図１４を参照すれば、ケイ化物層５１０が形成された半導体基板にアンモニアプラズマを用いるか、急速窒化処理を遂行して窒化膜５１２を形成する。
図１５を参照すれば、窒化膜５１０が形成された半導体基板に誘電体膜５１４を酸化膜と窒化膜の複合膜、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3及びNb2O5の単一金属原子からなった酸化物の中いずれか一つ、又はAlNのような単一金属原子からなった窒化物の中一つ、又はSrTiO3、PZT、BSTのような多原子金属酸化物の中で選択された一つを使用して形成する。
【００３９】
図１６を参照すれば、誘電体膜が形成された半導体基板に上部電極５１６をポリシリコン又は金属を用いて形成することにより、ＳＩＭ又はＭＩＭ構造のキャパシタを形成する。
【００４０】
（第３参考例）
図６は本発明の第３参考例による選択的な金属層形成方法を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【００４１】
本参考例は白金膜をキャパシタ下部電極に選択的に蒸着する時、高い抵抗を有するケイ素化白金（PtSix）が形成される問題点を抑制するための参考例で、選択的な金属層蒸着工程を２回に渡って使用する。
図１７を参照すれば、半導体基板６００にトランジスタなどの下部構造を形成して、絶縁膜６０２で酸化膜又は酸化膜の含む複合膜を形成する。続いてトランジスタのソース領域を露出するコンタクトホールを埋立てるプラグ層６０４をポリシリコンで使用して形成する。続けてプラグ層６０４と連結されたキャパシタ下部電極用導電層の窒化チタンを化学気相蒸着（CVD:Chmical Vapor Deposition）又は物理的気相蒸着によりブランケット方式に形成して、これをパターニングしてキャパシタ下部電極用導電膜パターン６０６を形成する。続いて図１の選択的な金属層形成方法を用いてTiNから構成された導電膜パターン６０６の表面に白金膜６０８を形成する。
【００４２】
白金膜からなったキャパシタ下部電極用導電膜パターンは、次の通り変形された方法に形成できる。トランジスタのソース領域を露出するコンタクトホールを形成して、これを埋立てるプラグ層６０４は水素終端基を有する不純物がドーピングされたポリシリコンで形成する。続いて図１の選択的な金属層形成方法にしたがって、露出されたプラグ層６０４の表面に チタンを選択的に蒸着してプレーナ形の導電膜パターン６０６を形成する。続いて、チタンを材質とする導電膜パターン６０６にアンモニアプラズマを用いた窒化処理か、急速窒化処理を遂行して表面に窒化チタンを形成して、図１の選択的な金属層形成方法による白金膜６０８を再び形成して白金膜を材質とするキャパシタ下部電極を形成する。
【００４３】
図１８を参照すれば、白金膜６０８の上に誘電体膜層６１０を積層する。このような誘電体膜６１０としては、酸化膜と窒化膜の複合膜、又はTa2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3及びNb2O5の単一金属原子からなった酸化物の中いずれか一つ、又はAlNのような単一金属原子からなった窒化物の中に一つ、又はSrTiO3、PZT(Pb(Zr,Ti)O3、BST(BaSrTiO3）のような多原子金属酸化物の中で選択された一つを使用して形成できる。
【００４４】
図１９を参照すれば、誘電体膜６１０が形成された結果物にポリシリコン又は白金のような金属を使用してキャパシタ上部電極６１２を形成して、本発明の第３参考例による選択的な金属層形成方法を用いた半導体素子のキャパシタ形成工程を完了する。
【００４５】
（選択的な金属層形成方法を用いたコンタクトホール埋立て方法）
図２０は本発明の選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した工程流れ図である。
【００４６】
図２０を参照すれば、トランジスタ、ビットラインなどの下部構造が形成された半導体基板に層間絶縁膜（ＩＬＤ）で絶縁膜を積層し、これをパターニングして下部膜を露出するコンタクトホールを形成（７００）する。この際絶縁膜は酸化膜又はその複合膜を使用して形成し、下部膜は窒化チタン、又は水素終端基を有する不純物がドーピングされたシリコンを用いて形成する。これは後続工程で犠牲金属ソースガスから犠牲金属層を下部膜に選択的に蒸着させるためである。そしてコンタクトホールは、半導体基板と直接連結されたキャパシタ下部電極用コンタクトホール、又は金属コンタクトホールである。続いて図１で説明した選択的な金属層形成方法を用いて、コンタクトホールの底に蒸着金属層をチタンのような物質を用いて形成（７１０）、（７２０）、（７３０）する。チタンのように導電性が優れた物質から構成された蒸着金属層は、コンタクトホールを埋立てる過程でオーム層に使用される。続いて、急速窒化処理又はアンモニアプラズマを用いた窒化処理により、蒸着金属層のオーム層上部に窒化チタンのような障壁層を選択的に形成（７４０）する。最後に障壁層の上にアルミニウム又はタングステンを用いてプラグ層を形成（７５０）し、プラグ層と連結された導電層を形成（７６０）してコンタクトホールを埋立てる。ここで、プラグ層を別途に形成せずに、障壁層かオーム層の上にまっすぐコンタクトホールを埋立てる導電層を形成することもある。
【００４７】
ここで、障壁層を形成（７４０）する方法は、急速窒化処理かアンモニアプラズマを用いた窒化処理の代わりに、化学気相蒸着かスパッタリング方式を使用してブランケット方式で形成してこれをパターニングすることもある。
【００４８】
（第４実施例）
図８は本発明の第４実施例による選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホールの埋立て方法を説明するために示す断面図である。
【００４９】
図２１を参照すれば、半導体基板８００に絶縁膜８０２、例えば酸化膜又はその複合膜を形成して、これをパターニングして下部膜を露出させるコンタクトホール８０４を形成する。ここでコンタクトホール８０４は、図２１のように半導体基板と連結されたキャパシタ下部電極用コンタクトホールであり、第１次コンタクトホールが形成された状態で再び形成する金属コンタクトホールである。
【００５０】
図２２を参照すれば、コンタクトホール８０４が形成された半導体基板に図１で説明した選択的な金属層形成方法を用いてチタンのような蒸着金属層を形成する。このような蒸着金属層は、コンタクトホールを埋立てる工程で、下部膜とコンタクトホールを埋立てる導電物質間の導電性を向上させるオーム層８０６の役割を果たす。
【００５１】
図２３を参照すれば、オーム層８０６が選択的に蒸着された半導体基板に、不純物の拡散を防止する役割を遂行する障壁層８０８、例えば窒化チタン膜を形成する。このような障壁層はアンモニアプラズマによる窒化処理、急速窒化処理又はブランケット蒸着方式を通じて形成することができる。
【００５２】
図２４を参照すれば、障壁層８０８が形成された半導体基板に、コンタクトホールを埋立てながら半導体基板表面を覆う導電層８１０を積層し、本発明の第４実施例による選択的な金属層の形成方法によるコンタクトホール埋立て工程を完了する。
【００５３】
図２５は図２４を変形した方法の断面図である。詳細に説明すれば、障壁層８０８が形成された半導体基板にタングステン又はアルミニウムを使用してプラグ層８１２を１次形成する。続いてプラグ層８１２をエッチバック又は化学機械的に練磨してプラグ層８１２をコンタクトホール内部に限り、２次にプラグ層８１２と連結された導電層８１０を積層して形成することができる。
【００５４】
それゆえに、本実施例によると縦横比が高いコンタクトホール内部に、５００℃以下の低温でリフティングか腐蝕等の問題を発生せずに、比較的な薄い厚さを有するオーム層を形成することができる。したがって、本発明ではオーム層の厚さを調節するために実施するエッチバック等の工程を省略できる。
本発明は前述した実施例に限らずに、本発明が属する技術的な思想内で当分野の通常の知識を持つ者により多くの変形が可能なのが明白である。
【００５５】
【発明の効果】
前述した本発明によると、５００℃以下の低温でチタン及び白金のような金属層を選択的に形成することにより、半導体素子のキャパシタ形成工程で容易に下部電極をポリシリコンの代わりに金属に形成できる。したがって従来のチタンと白金等に形成する時発生する工程上のいろいろな問題点が解決できる。且つ、コンタクトホールの底のオーム層形成工程では、低い温度で適合した厚さを有するオーム層を選択的にコンタクト下部にのみ形成して、リフティングもしくは腐蝕等の欠陥を抑制しながらコンタクトホールを埋立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による選択的な金属層形成方法を説明するための工程流れ図である。
【図２】  本発明による選択的な金属層形成工程のガス供給ダイアグラムである。
【図３】  本発明による選択的な金属層形成工程のガス供給ダイアグラムである。
【図４】  本発明の選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するための工程流れ図である。
【図５】  本発明の第１参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図６】  本発明の第１参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図７】  本発明の第１参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図８】  本発明の第１参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図９】  本発明の第１参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１０】  本発明の第１参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１１】  本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１２】  本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１３】  本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１４】  本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１５】  本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１６】  本発明の第２参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１７】  本発明の第３参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１８】  本発明の第３参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図１９】  本発明の第３参考例による選択的な金属層形成工程を用いたキャパシタ形成方法を説明するため示した断面図である。
【図２０】  本発明の選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した工程流れ図である。
【図２１】  本発明の第４実施例による選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した断面図である。
【図２２】  本発明の第４実施例による選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した断面図である。
【図２３】  本発明の第４実施例による選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した断面図である。
【図２４】  本発明の第４実施例による選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した断面図である。
【図２５】  本発明の第４実施例による選択的な金属層形成工程を用いたコンタクトホール埋立て方法を説明するため示した断面図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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