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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024041033
(43)【公開日】2024-03-26
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
   H10B 12/00 20230101AFI20240318BHJP
   H01L 21/8234 20060101ALI20240318BHJP
   H01L 21/822 20060101ALI20240318BHJP
   H01L 29/786 20060101ALI20240318BHJP
【FI】
H10B12/00 611
H10B12/00 621B
H10B12/00 671A
H10B12/00 671C
H01L27/06 102A
H01L27/04 C
H01L27/088 H
H01L29/78 613B
H01L29/78 626A
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023091378
(22)【出願日】2023-06-02
(31)【優先権主張番号】10-2022-0115000
(32)【優先日】2022-09-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Electronics Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】129,Samsung-ro,Yeongtong-gu,Suwon-si,Gyeonggi-do,Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】チェ ウンソク
(72)【発明者】
【氏名】キム イェラム
(72)【発明者】
【氏名】金 是 祐
(72)【発明者】
【氏名】キム ジンア
(72)【発明者】
【氏名】金 衡 洙
(72)【発明者】
【氏名】リ ソンベク
【テーマコード(参考)】
5F038
5F048
5F083
5F110
【Fターム(参考)】
5F038AC05
5F038AC09
5F038AC10
5F038AC14
5F038AC15
5F038DF05
5F048AB01
5F048AC10
5F048BA01
5F048BA14
5F048BA15
5F048BA20
5F048BB05
5F048BB08
5F048BB09
5F048BB11
5F048BB12
5F048BB14
5F048BD07
5F048BF01
5F048BF02
5F048BF03
5F048BF06
5F048BF07
5F048CB07
5F083AD06
5F083AD23
5F083GA01
5F083GA05
5F083GA09
5F083GA21
5F083HA02
5F083HA06
5F083JA02
5F083JA03
5F083JA05
5F083JA12
5F083JA35
5F083JA36
5F083JA37
5F083JA38
5F083JA39
5F083JA40
5F083JA42
5F083JA43
5F083JA53
5F083LA21
5F083MA06
5F083MA16
5F083NA01
5F083PR06
5F083PR07
5F110AA30
5F110BB05
5F110BB06
5F110CC09
5F110DD01
5F110DD05
5F110EE01
5F110EE02
5F110EE03
5F110EE04
5F110EE06
5F110EE07
5F110EE22
5F110FF01
5F110FF02
5F110FF03
5F110FF04
5F110FF09
5F110FF12
5F110GG01
5F110NN72
5F110QQ11
(57)【要約】
【課題】電気的特性及び信頼度が向上された半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明による半導体装置は、活性パターンと、活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極及び第2下部電極と、第1及び第2下部電極を支持するサポーターと、第1及び第2下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、サポーターは、第1下部電極及び第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁を含み、上部電極は、サポーターによって囲まれる介在電極部を含み、第1サポーター屈曲側壁は、介在電極部に向かって膨らんでいる。
【選択図】図1B
【特許請求の範囲】
【請求項1】
活性パターンと、
前記活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、
前記キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、
前記キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極及び第2下部電極と、
前記第1及び第2下部電極を支持するサポーターと、
前記第1及び第2下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、
前記キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、
前記サポーターは、前記第1下部電極及び前記第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁を含み、
前記上部電極は、前記サポーターによって囲まれる介在電極部を含み、
前記第1サポーター屈曲側壁は、前記介在電極部に向かって膨らんでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1及び第2下部電極に隣接する第3下部電極をさらに有し、
前記サポーターは、前記第1下部電極及び前記第3下部電極と接続される第2サポーター屈曲側壁をさらに含み、
前記第1サポーター屈曲側壁と前記第2サポーター屈曲側壁との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記キャパシタ絶縁膜は、前記第1サポーター屈曲側壁に接する第1絶縁屈曲外側壁及び前記第2サポーター屈曲側壁に接する第2絶縁屈曲外側壁を含み、
前記第1絶縁屈曲外側壁と前記第2絶縁屈曲外側壁との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第1絶縁屈曲外側壁及び前記第2絶縁屈曲外側壁は、前記介在電極部に向かって凹んでいることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第1サポーター屈曲側壁は、前記第1下部電極に隣接する第1部分及び前記第2下部電極に隣接する第2部分を含み、
前記第1サポーター屈曲側壁の前記第1部分と前記介在電極部の中心との間の距離は、前記第1下部電極で、遠くなるほど小さくなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1サポーター屈曲側壁の前記第2部分と前記介在電極部の前記中心との間の距離は、前記第2下部電極で、遠くなるほど小さくなることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1下部電極の最上部は、前記キャパシタ絶縁膜に接する第1側壁及び前記サポーターに接する第2側壁を含み、
前記第1下部電極の前記最上部の前記第1側壁の曲率半径は、前記第1下部電極の前記最上部の前記第2側壁の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記介在電極部の幅は、レベルが低くなるほど小さくなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記サポーターの上面のレベルは、前記第1及び第2下部電極の上面のレベルと同一であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項10】
活性パターンと、
前記活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、
前記キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、
前記キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極、第2下部電極、及び第3下部電極と、
前記第1乃至第3下部電極を支持する第1サポーターと、
前記第1乃至第3下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、
前記キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、
前記第1サポーターは、前記第1下部電極及び前記第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁と、前記第1下部電極及び前記第3下部電極と接続される第2サポーター屈曲側壁と、を含み、
前記第1サポーター屈曲側壁と前記第2サポーター屈曲側壁との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなることを特徴とする半導体装置。
【請求項11】
前記第1サポーターの上面は、前記第1乃至第3下部電極の上面と共面をなすことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記上部電極は、前記第1サポーターと同一のレベルに配置される介在電極部を含み、
前記第1サポーター屈曲側壁及び前記第2サポーター屈曲側壁は、前記介在電極部に向かって膨らんでいることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第1サポーター下の第2サポーターをさらに有し、
前記第2サポーターのサポーター屈曲側壁は、凹んでいることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記キャパシタ絶縁膜は、前記第2サポーターの前記サポーター屈曲側壁に接する介在絶縁部を含み、
前記介在絶縁部は、リング形状を有することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記上部電極は、前記キャパシタ絶縁膜の前記介在絶縁部によって囲まれる介在電極部を含み、
前記介在電極部は、円形状を有することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記キャパシタ絶縁膜は、前記第1サポーター屈曲側壁に接する絶縁屈曲外側壁を含み、
前記絶縁屈曲外側壁は、凹んでいることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記第1下部電極の最上部は、前記キャパシタ絶縁膜に接する第1側壁及び前記第1サポーターに接する第2側壁を含み、
前記第1下部電極の前記最上部の前記第1側壁の曲率半径は、前記第1下部電極の前記最上部の前記第2側壁の曲率半径より大きいことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記第1下部電極の前記最上部の幅は、レベルが低くなるほど大きくなることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
【請求項19】
活性パターンを含む基板と、
前記活性パターン上のゲート構造体と、
前記活性パターン上のビットライン構造体と、
前記活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、
前記キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、
前記キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極、第2下部電極、及び第3下部電極と、
前記第1乃至第3下部電極を支持するサポーターと、
前記第1乃至第3下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、
前記キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、
前記サポーターは、前記第1下部電極及び前記第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁と、前記第2下部電極及び前記第3下部電極と接続される第2サポーター屈曲側壁と、前記第1下部電極及び前記第3下部電極と接続される第3サポーター屈曲側壁と、を含み、
前記上部電極は、前記第1乃至第3サポーター屈曲側壁及び前記第1乃至第3下部電極によって囲まれる介在電極部を含み、
前記第1乃至第3サポーター屈曲側壁は、前記介在電極部に向かって膨らんでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項20】
前記第1サポーター屈曲側壁と前記第2サポーター屈曲側壁との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなることを特徴とする請求項19に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、特にキャパシタ構造体を含む半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
小型化、多機能化、及び/又は低い製造単価等の特性によって半導体素子は、電子産業で重要な要素として脚光を浴びている。
半導体素子は、論理データを格納する半導体記憶素子、論理データを演算処理する半導体論理素子、及び記憶要素と論理要素を含むハイブリッド(hybrid)半導体素子等に区分されることができる。
【0003】
近年、電子機器の高速化、低消費電力化に応じて、これらに内蔵される半導体素子もやはり速い動作速度及び/又は低い動作電圧等が要求されており、これを充足させるためには、より高集積化された半導体素子が必要である。
但し、半導体素子の高集積化が深化されるほど、半導体素子の電気的特性及び生産収率が減少する可能性がある。
したがって、半導体素子の課題としての電気的特性及び生産収率の向上のために多くの研究、開発が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第10,283,509号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記従来の半導体素子における課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電気的特性及び信頼度が向上された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、活性パターンと、前記活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、前記キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、前記キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極及び第2下部電極と、前記第1及び第2下部電極を支持するサポーターと、前記第1及び第2下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、前記サポーターは、前記第1下部電極及び前記第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁を含み、前記上部電極は、前記サポーターによって囲まれる介在電極部を含み、前記第1サポーター屈曲側壁は、前記介在電極部に向かって膨らんでいることを特徴とする。
【0007】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、活性パターンと、前記活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、前記キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、前記キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極、第2下部電極、及び第3下部電極と、前記第1乃至第3下部電極を支持する第1サポーターと、前記第1乃至第3下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、前記第1サポーターは、前記第1下部電極及び前記第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁と、前記第1下部電極及び前記第3下部電極と接続される第2サポーター屈曲側壁と、を含み、前記第1サポーター屈曲側壁と前記第2サポーター屈曲側壁との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなることを特徴とする。
【0008】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による半導体装置は、活性パターンを含む基板と、前記活性パターン上のゲート構造体と、前記活性パターン上のビットライン構造体と、前記活性パターンに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体と、前記キャパシタコンタクト構造体に電気的に接続されるキャパシタ構造体と、を有し、前記キャパシタ構造体は、互いに隣接する第1下部電極、第2下部電極、及び第3下部電極と、前記第1乃至第3下部電極を支持するサポーターと、前記第1乃至第3下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜と、前記キャパシタ絶縁膜上の上部電極と、を含み、前記サポーターは、前記第1下部電極及び前記第2下部電極と接続される第1サポーター屈曲側壁と、前記第2下部電極及び前記第3下部電極と接続される第2サポーター屈曲側壁と、前記第1下部電極及び前記第3下部電極と接続される第3サポーター屈曲側壁と、を含み、前記上部電極は、前記第1乃至第3サポーター屈曲側壁及び前記第1乃至第3下部電極によって囲まれる介在電極部を含み、前記第1乃至第3サポーター屈曲側壁は、前記介在電極部に向かって膨らんでいることを特徴とする。
【0009】
本発明の実施形態による半導体装置の製造方法は、犠牲膜及びサポーターを形成する段階と、前記犠牲膜及び前記サポーターを貫通する下部電極を形成する段階と、前記下部電極上にマスク構造体を形成する段階と、前記マスク構造体上に開口を含むフォトレジストパターンを形成する段階と、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記マスク構造体をエッチングする段階と、エッチングされた前記マスク構造体をエッチングマスクとして前記犠牲膜及び前記サポーターをエッチングしてホールを形成する段階と、前記下部電極を覆うキャパシタ絶縁膜を形成する段階と、前記キャパシタ絶縁膜上に上部電極を形成する段階と、を有し、前記サポーターは前記サポーターの中で最上部に配置される第1サポーターを含み、前記ホールは前記第1サポーターと同一のレベルに配置される第1部分及び前記第1部分下の第2部分を含み、前記第1サポーターは前記ホールの前記第1部分に向かって膨らんでいるサポーター屈曲側壁を含むことができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る半導体装置によれば、下部電極とサポーター屈曲側壁との間のミスアライメントマージンを確保することができる。
また、下部電極の間のブリッジディスターブを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1A】本発明の実施形態による半導体装置の概略を示す部分平面図である。
図1B図1AのA1-A1’線に沿って切断した部分断面図である。
図1C図1AのB1-B1’線に沿って切断した部分断面図である。
図1D図1AのC1-C1’線に沿って切断した部分断面図である。
図1E図1AのD領域の拡大図である。
図1F図1A図1Eにしたがう半導体装置の第2サポーターの概略を示す図である。
図2A図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分平面図である。
図2B図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分断面図である。
図3A図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分平面図である。
図3B図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分断面図である。
図4A図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分平面図である。
図4B図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分断面図である。
図4C図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分断面図である。
図4D図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分断面図である。
図5A】本発明の他の実施形態による半導体装置を説明するための部分平面図である。
図5B】本発明の他の実施形態による半導体装置を説明するための部分断面図である。
図5C】本発明の他の実施形態による半導体装置を説明するための部分断面図である。
図6A】本発明の実施形態による半導体装置の部分平面図である。
図6B図6AのA2-A2’線に沿って切断した部分断面図である。
図6C図6AのB2-B2’線に沿って切断した部分断面図である。
図7A】本発明の実施形態による半導体装置の斜視図である。
図7B図7Aにしたがう半導体装置の部分平面図である。
図7C図7AのA3-A3’線に沿って切断した部分断面図である。
図7D図7AのB3-B3’線に沿って切断した部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
次に、本発明に係る半導体装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【0013】
図1Aは、本発明の実施形態による半導体装置の概略を示す部分であり、図1Bは、図1AのA1-A1’線に沿って切断した部分断面図であり、図1Cは、図1AのB1-B1’線に沿って切断した部分断面図であり、図1Dは、図1AのC1-C1’線に沿って切断した部分断面図であり、図1Eは、図1AのD領域の拡大図であり、図1Fは、図1A図1Eにしたがう半導体装置の第2サポーターの概略を示す図である。
図1Eは、半導体装置の第1サポーターを示す図である。
図1Eは、例えば、半導体装置の第1サポーターの上面のレベルにしたがう構造を示す図である。
図1Fは、例えば、半導体装置の第2サポーターの上面のレベルにしたがう構造を示す図である。
【0014】
図1A~1Fを参照すると、半導体装置は基板100を含む。
本発明の実施形態において、基板100は、半導体基板である。
一例として、基板100は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン-ゲルマニウム、GaP、又はGaAsを含む。
一実施形態において、基板100は、「シリコン-オン-インシュレータ」(SOI)基板又は「ゲルマニウム-オン-インシュレータ」(GOI)基板であり得る。
基板100は、第1方向D1及び第2方向D2に延長される平面に沿って延長されるプレートの形状を有する。
第1方向D1及び第2方向D2は、互いに交差する。
一例として、第1方向D1と第2方向D2は互いに直交する水平方向である。
【0015】
基板100を覆う層間絶縁膜110が提供される。
層間絶縁膜110は絶縁材料を含む。
一実施形態において、層間絶縁膜110は,複数の絶縁膜を含む多重絶縁膜であり得る。
層間絶縁膜110内にキャパシタコンタクト構造体120が提供される。
キャパシタコンタクト構造体120は,導電物質を含む。
キャパシタコンタクト構造体120は,基板100に電気的に接続される。
一実施形態において、基板100は,不純物領域を含む活性パターンを含み、キャパシタコンタクト構造体120は、基板100の活性パターン内の不純物領域に接続される。
一実施形態において、キャパシタコンタクト構造体120は、複数の導電膜を含む多重導電膜である。
【0016】
層間絶縁膜110及びキャパシタコンタクト構造体120上にキャパシタ構造体130が提供される。
キャパシタ構造体130は、キャパシタコンタクト構造体120と電気的に接続される。
キャパシタ構造体130は、キャパシタコンタクト構造体120を通じて基板100に電気的に接続される。
キャパシタ構造体130は、下部電極LE、キャパシタ絶縁膜CI、第1サポーターSU1、第2サポーターSU2、第3サポーターSU3、及び上部電極UEを含む。
下部電極LEは、第3方向D3に延長する円柱の形状を有する。
第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2に交差する。
一例として、第3方向D3は、第1方向D1及び第2方向D2に直交する垂直方向である。
【0017】
下部電極LEは、キャパシタコンタクト構造体120に接続される。
キャパシタ絶縁膜CIは、下部電極LE及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)を覆う。
キャパシタ絶縁膜CIは、下部電極LE及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)を囲む。
キャパシタ絶縁膜CIは、層間絶縁膜110を覆う。
キャパシタ絶縁膜CIは、絶縁材料を含み得る。
一例として、キャパシタ絶縁膜CIは、酸化物を含む。
一実施形態において、キャパシタ絶縁膜CIは、多重絶縁膜である。
【0018】
上部電極UEは、キャパシタ絶縁膜CI上に提供される。
上部電極UEは、キャパシタ絶縁膜CIを覆う。
上部電極UEは、下部電極LE、第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)及びキャパシタ絶縁膜CIを囲む。
第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)は、下部電極LEを支持する。
第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)は、下部電極LEを囲む。
第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)は、絶縁材料を含み得る。
一例として、第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)は、シリコン酸窒化物(例えば、SiCN)を含む。
第1サポーターSU1は、サポーター(SU1、SU2、SU3)の中で最も高いレベルに配置される。
第2サポーターSU2は、第1サポーターSU1より低いレベルに配置される。
第2サポーターSU2は、第1サポーターSU1の下に配置される。
第3サポーターSU3は、第2サポーターSU2より低いレベルに配置される。
第3サポーターSU3は、第2サポーターSU2の下に配置される。
【0019】
下部電極LEは、導電物質を含み得る。
一例として、下部電極LEは、TiSiNを含む。
上部電極UEは、導電物質を含み得る。
一例として、上部電極UEは、TiNを含む。
上部電極UEは、第1サポーターSU1と同一のレベルに配置される第1介在電極部IEP1を含む。
第1介在電極部IEP1は、第1サポーターSU1によって囲まれる上部電極UEの部分である。
第1介在電極部IEP1は、第1サポーターSU1の上面(SU1_T)と下面(SU1_B)との間に配置される上部電極UEの部分である。
第1サポーターSU1は、サポーター屈曲側壁SCSを含む。
第1サポーターSU1のサポーター屈曲側壁SCSは、上部電極UEの第1介在電極部IEP1と対向する側壁である。
第1サポーターSU1の上面(SU1_T)は、下部電極LEの上面と同一のレベルに配置される。
第1サポーターSU1の上面(SU1_T)は、下部電極LEの上面と共面をなす。
【0020】
互いに接続される第1サポーターSU1のサポーター屈曲側壁SCS及び下部電極LEは、上部電極UEの第1介在電極部IEP1を囲む。
例えば、下部電極LEは、互いに隣接する第1下部電極LE1、第2下部電極LE2、及び第3下部電極LE3を含み、第1サポーターSU1は、互いに隣接する第1サポーター屈曲側壁SCS1、第2サポーター屈曲側壁SCS2、及び第3サポーター屈曲側壁SCS3を含み、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第1~第3サポーター屈曲側壁(SCS1、SCS2、SCS3)によって上部電極UEの第1介在電極部IEP1が囲まれる。
第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第1~第3サポーター屈曲側壁S(CS1、SCS2、SCS3)によって定義される空間内に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
第1サポーター屈曲側壁SCS1は、第1下部電極LE1及び第2下部電極LE2に接続される。
第2サポーター屈曲側壁SCS2は、第2下部電極LE2及び第3下部電極LE3に接続される。
第3サポーター屈曲側壁SCS3は、第1下部電極LE1及び第3下部電極LE3に接続される。
【0021】
第1サポーター屈曲側壁SCS1と第2サポーター屈曲側壁SCS2との間に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
第2サポーター屈曲側壁SCS2と第3サポーター屈曲側壁SCS3との間に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
第1サポーター屈曲側壁SCS1と第3サポーター屈曲側壁SCS3との間に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
第1下部電極LE1と第2下部電極LE2との間に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
第2下部電極LE2と第3下部電極LE3との間に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
第1下部電極LE1と第3下部電極LE3との間に上部電極UEの第1介在電極部IEP1が配置される。
【0022】
第1~第3サポーター屈曲側壁(SCS1、SCS2、SCS3)は、曲がっている。
第1~第3サポーター屈曲側壁(SCS1、SCS2、SCS3)は、上部電極UEの第1介在電極部IEP1に向かって膨らんでいる。
一例として、図1Eにしたがう平面視において、第1~第3サポーター屈曲側壁(SCS1、SCS2、SCS3)は、上部電極UEの第1介在電極部IEP1に向かって膨らんでいる。
第1サポーター屈曲側壁SCS1と第3サポーター屈曲側壁SCS3との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
一例として、第1サポーター屈曲側壁SCS1と第3サポーター屈曲側壁SCS3との間の第1方向D1への距離L1(図1D参照)は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第1サポーター屈曲側壁SCS1と第2サポーター屈曲側壁SCS2との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第2サポーター屈曲側壁SCS2と第3サポーター屈曲側壁SCS3との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
【0023】
第1サポーターSU1のサポーター屈曲側壁SCSの下部電極LEに隣接する部分と第1介在電極部IEP1の中心CEとの間の距離は、下部電極LEで、遠くなるほど小さくなる。
例えば、第1サポーター屈曲側壁SCS1は、第1下部電極LE1に隣接する部分P1及び第2下部電極LE2に隣接する部分P2を含み、第1サポーター屈曲側壁SCS1の第1下部電極LE1に隣接する部分P1と第1介在電極部IEP1の中心CEとの間の距離は、第1下部電極LE1で、遠くなるほど小さくなり、第1サポーター屈曲側壁SCS1の第2下部電極LE2に隣接する部分P2と第1介在電極部IEP1の中心CEとの間の距離は、第2下部電極LE2で、遠くなるほど小さくなる。
【0024】
キャパシタ絶縁膜CIは、第1介在電極部IEP1を囲む第1介在絶縁部IIP1を含む。
第1介在絶縁部IIP1は、第1サポーターSU1及び第1介在電極部IEP1と同一のレベルに配置されるキャパシタ絶縁膜CIの一部である。
第1介在絶縁部IIP1は、第1サポーターSU1の上面(SU1_T)と下面(SU1_B)との間に配置されるキャパシタ絶縁膜CIの部分である。
第1介在絶縁部IIP1は、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第1~第3サポーター屈曲側壁(SCS1、SCS2、SCS3)によって囲まれる。
第1介在絶縁部IIP1は、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第1~第3サポーター屈曲側壁(SCS1、SCS2、SCS3)と第1介在電極部IEP1との間に提供される。
【0025】
第1介在絶縁部IIP1は、第1サポーター屈曲側壁SCS1に接する第1絶縁屈曲外側壁ICO1、第2サポーター屈曲側壁SCS2に接する第2絶縁屈曲外側壁ICO2、及び第3サポーター屈曲側壁SCS3に接する第3絶縁屈曲外側壁ICO3を含む。
第1絶縁屈曲外側壁ICO1は、第1サポーター屈曲側壁SCS1に対応して曲がる。
第2絶縁屈曲外側壁ICO2は、第2サポーター屈曲側壁SCS2に対応して曲がる。
第3絶縁屈曲外側壁ICO3は、第3サポーター屈曲側壁SCS3に対応して曲がる。
第1~第3絶縁屈曲外側壁(ICO1、ICO2、ICO3)は、第1介在電極部IEP1に向かって凹んでいる。
第1絶縁屈曲外側壁ICO1は、第1及び第2下部電極(LE1、LE2)に接続される。
第2絶縁屈曲外側壁ICO2は、第2及び第3下部電極(LE2、LE3)に接続される。
第3絶縁屈曲外側壁ICO3は、第1及び第3下部電極(LE1、LE3)に接続される。
【0026】
第1絶縁屈曲外側壁ICO1と第2絶縁屈曲外側壁ICO2との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第2絶縁屈曲外側壁ICO2と第3絶縁屈曲外側壁ICO3との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第1絶縁屈曲外側壁ICO1と第3絶縁屈曲外側壁ICO3との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第1介在絶縁部IIP1は、第1絶縁屈曲外側壁ICO1の反対側に第1絶縁屈曲内側壁ICI1、第2絶縁屈曲外側壁ICO2の反対側に第2絶縁屈曲内側壁ICI2、及び、第3絶縁屈曲外側壁ICO3の反対側に第3絶縁屈曲内側壁ICI3を含む。
第1~第3絶縁屈曲内側壁(ICI1、ICI2、ICI3)は、第1介在電極部IEP1に向かって膨らんでいる。
第1絶縁屈曲内側壁ICI1と第2絶縁屈曲内側壁ICI2との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第2絶縁屈曲内側壁ICI2と第3絶縁屈曲内側壁ICI3との間の距離は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第1絶縁屈曲内側壁ICI1と第3絶縁屈曲内側壁ICI3との間の距離は、レベルが低くなるほど、小さくなる。
【0027】
第1介在電極部IEP1は、第1絶縁屈曲内側壁ICI1に接する第1電極屈曲側壁ECS1、第2絶縁屈曲内側壁ICI2に接する第2電極屈曲側壁ECS2、及び第3絶縁屈曲内側壁ICI3に接する第3電極屈曲側壁ECS3を含む。
第1電極屈曲側壁ECS1は、第1サポーター屈曲側壁SCS1と対向する。
第2電極屈曲側壁ECS2は、第2サポーター屈曲側壁SCS2と対向する。
第3電極屈曲側壁ECS3は、第3サポーター屈曲側壁SCS3と対向する。
第1電極屈曲側壁ECS1は、第1絶縁屈曲内側壁ICI1に対応して曲がる。
第2電極屈曲側壁ECS2は、第2絶縁屈曲内側壁ICI2に対応して曲がる。
第3電極屈曲側壁ECS3は、第3絶縁屈曲内側壁ICI3に対応して曲がる。
第1~第3電極屈曲側壁(ECS1、ECS2、ECS3)は、第1介在電極部IEP1の中心CEに向かって凹んでいる。
第1電極屈曲側壁ECS1と第2電極屈曲側壁ECS2との間の距離は、レベルが低くなるほど減少する。
第2電極屈曲側壁ECS2と第3電極屈曲側壁ECS3との間の距離は、レベルが低くなるほど減少する。
第1電極屈曲側壁ECS1と第3電極屈曲側壁ECS3との間の距離は、レベルが低くなるほど減少する。
【0028】
第1介在電極部IEP1の幅は、レベルが低くなるほど小さくなる。
第1サポーター屈曲側壁SCS1と第3下部電極LE3との間の距離は、レベルが低くなるほど減少する。
第2サポーター屈曲側壁SCS2と第1下部電極LE1との間の距離は、レベルが低くなるほど減少する。
第3サポーター屈曲側壁SCS3と第2下部電極LE2との間の距離は、レベルが低くなるほど減少する。
【0029】
上部電極UEは、第2サポーターSU2と同一のレベルに配置される第2介在電極部IEP2を含む。
第2介在電極部IEP2は、第2サポーターSU2によって囲まれる上部電極UEの部分である。
第2サポーターSU2は、例えば、互いに隣接する第4サポーター屈曲側壁SCS4、第5サポーター屈曲側壁SCS5、及び第6サポーター屈曲側壁SCS6を含み、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第4~第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)によって上部電極UEの第2介在電極部IEP2が囲まれる。
第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第4~第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)によって定義される空間内に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第4サポーター屈曲側壁SCS4は、第1下部電極LE1及び第2下部電極LE2に接続される。
第5サポーター屈曲側壁SCS5は、第2下部電極LE2及び第3下部電極LE3に接続される。
第6サポーター屈曲側壁SCS6は、第1下部電極LE1及び第3下部電極LE3に接続される。
【0030】
第4サポーター屈曲側壁SCS4と第5サポーター屈曲側壁SCS5との間に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第5サポーター屈曲側壁SCS5と第6サポーター屈曲側壁SCS6との間に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第4サポーター屈曲側壁SCS4と第6サポーター屈曲側壁SCS6との間に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第1下部電極LE1と第2下部電極LE2との間に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第2下部電極LE2と第3下部電極LE3との間に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第1下部電極LE1と第3下部電極LE3との間に上部電極UEの第2介在電極部IEP2が配置される。
第4~第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)は、曲がっている。
第4~第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)は、凹んでいる。
一例として、図1Fにしたがう平面視において、第4乃至第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)は凹んでいる。
【0031】
キャパシタ絶縁膜CIは、第2介在電極部IEP2を囲む第2介在絶縁部IIP2を含む。
第2介在絶縁部IIP2は、第2サポーターSU2及び第2介在電極部IEP2と同一のレベルに配置されるキャパシタ絶縁膜CIの部分である。
第2介在絶縁部IIP2は、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第4~第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)によって囲まれる。
第2介在絶縁部IIP2は、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)及び第4~第6サポーター屈曲側壁(SCS4、SCS5、SCS6)と第2介在電極部IEP2との間に提供される。
第2介在絶縁部IIP2は、第4サポーター屈曲側壁SCS4に接する第4絶縁屈曲外側壁ICO4、第5サポーター屈曲側壁SCS5に接する第5絶縁屈曲外側壁ICO5、及び第6サポーター屈曲側壁SCS6に接する第6絶縁屈曲外側壁ICO6を含む。
第4~第6絶縁屈曲外側壁(ICO4、ICO5、ICO6)は、膨らんでいる。
第4絶縁屈曲外側壁ICO4は、第1及び第2下部電極(LE1、LE2)に接続される。
第5絶縁屈曲外側壁ICO5は、第2及び第3下部電極(LE2、LE3)に接続される。
第6絶縁屈曲外側壁ICO6は、第1及び第3下部電極(LE1、LE3)に接続される。
【0032】
一実施形態において、第2介在絶縁部IIP2は、平面的にリング形状を有し、第2介在電極部IEP2は、平面的に円形状を有する。
第2介在電極部IEP2の平面の面積は、第1介在電極部IEP1の平面の面積より小さい。
一実施形態において、第2サポーターSU2のサポーター屈曲側壁SCSは、第1サポーターSU1のサポーター屈曲側壁SCSと類似した形状を有し、第2介在絶縁部IIP2は、第1介在絶縁部IIP1と類似した形状を有し、第2介在電極部IEP2は、第1介在電極部IEP1と類似した形状を有する。
【0033】
上部電極UEは、第3サポーターSU3によって囲まれる第3介在電極部IEP3を含む。
キャパシタ絶縁膜CIは、第3介在電極部IEP3を囲む第3介在絶縁部IIP3を含む。
第3介在電極部IEP3の形状は、第2介在電極部IEP2と類似である。
第3介在絶縁部IIP3の形状は、第2介在絶縁部IIP2の形状と類似である。
一実施形態において、第3サポーターSU3のサポーター屈曲側壁SCSは、第1サポーターSU1のサポーター屈曲側壁SCSと類似の形状を有し、第3介在絶縁部IIP3は、第1介在絶縁部IIP1と類似の形状を有し、第3介在電極部IEP3は、第1介在電極部IEP1と類似の形状を有する。
【0034】
本発明の実施形態による半導体装置は、第1サポーター屈曲側壁SCS1が第1介在電極部IEP1に向かって膨らんでいることに対応して、第1及び第2下部電極(LE1、LE2)に隣接する第4下部電極LE4と第1サポーター屈曲側壁SCS1との間の距離が相対的に大きい。
したがって、第4下部電極LE4と第1サポーター屈曲側壁SCS1との間のミスアライメントマージンが確保され、第4下部電極LE4が第1サポーター屈曲側壁SCS1と接続される現象を防止することができる。
本発明の実施形態による半導体装置は、第1サポーター屈曲側壁SCS1が第1介在電極部IEP1に向かって膨らんでいることに対応して、第1及び第2下部電極(LE1、LE2)が第1サポーター屈曲側壁SCS1の表面に沿って接続される距離が相対的に大きい。
したがって、第1下部電極LE1と第2下部電極LE2との間のブリッジディスターブ(bridge disturb)を改善することができる。
【0035】
図2A図2B図3A図3B図4A図4B図4C、及び図4Dは、図1A図1Fにしたがう半導体装置の製造方法を説明するための部分平面図及び部分断面図である。
図2A図3A、及び図4Aは、図1Aに対応し、図2B図3B、及び図4Cは、図1Cに対応し、図4Bは、図1Bに対応し、図4Dは、図1Dに対応する。
【0036】
図2A及び図2Bを参照すると、基板100上に層間絶縁膜110及びキャパシタコンタクト構造体120を形成する。
層間絶縁膜110及びキャパシタコンタクト構造体120上に犠牲膜140及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)を交互に形成する。
犠牲膜140及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)は、互いに異なる絶縁材料を含む。
犠牲膜140が含む絶縁物質は、第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)が含む絶縁物質に対してエッチング選択比を有する。
例えば、犠牲膜140は、酸化物を含み、第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)は、シリコン炭窒化物(例えば、SiCN)を含む。
【0037】
犠牲膜140及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)をパターニングして円柱形状を有する空き空間を形成する。
犠牲膜140及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)をパターニングして形成した空き空間に下部電極LEを形成する。
下部電極LEは、犠牲膜140及び第1~第3サポーター(SU1、SU2、SU3)を貫通する。
【0038】
図3A及び図3Bを参照すると、下部電極LE及び第1サポーターSU1上にマスク構造体141を形成する。
マスク構造体141は、下部電極LE及び第1サポーターSU1上の第1マスク膜142及び第1マスク膜142上の第2マスク膜143を含む。
第1マスク膜142は、例えば、非晶質炭素膜(amorphous carbon layer)を含み、第2マスク膜143は、例えば、シリコン酸窒化物(SiON)を含む。
マスク構造体141が含むマスク膜(142、143)の数は、2に制限されなくともよい。
マスク構造体141上にフォトレジストパターン144を形成する。
フォトレジストパターン144を形成することは、マスク構造体141上にフォトレジスト膜を形成すること、及びフォトレジスト膜をパターニングすることを含む。
フォトレジストパターン144は、下部電極LE上に形成される。
【0039】
フォトレジストパターン144は、開口145を含む。
開口145は、フォトレジストパターン144を貫通する。
開口145によってマスク構造体141の第2マスク膜143が露出される。
一実施形態において、開口145の側壁(145_S)は、下部電極LEの側壁と第3方向D3に重畳する。
例えば、開口145の側壁(145_S)は、互いに隣接する第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)の側壁と第3方向D3に重畳する。
フォトレジストパターン144は、下部電極LEと第3方向D3に重畳する重畳部OVを含む。
【0040】
重畳部OVは、例えば、下部電極LEの垂直上に配置される部分である。
重畳部OVと下部電極LEは、完全に第3方向D3に重畳する。
重畳部OVの全部は、下部電極LEの全部と第3方向D3に重畳する。
重畳部OVの平面形状は、下部電極LEの平面形状と同一である。
重畳部OVは、平面的に円形状を有する。
重畳部OVは、円柱形状を有する。
開口145は、互いに隣接する3つの重畳部OVの間に配置される。
開口145は、互いに隣接する3つの重畳部OVによって囲まれる。
開口145は、互いに隣接する3つの重畳部OVに接する。
フォトレジストパターン144は、重畳部OVと開口145の間の介在部INを含む。
【0041】
図4A図4B図4C、及び図4Dを参照すると、フォトレジストパターン144をエッチングマスクとして、マスク構造体141をエッチングする。
続いて、エッチングしたマスク構造体141をエッチングマスクとしてサポーター(SU1、SU2、SU3)の中で最上部に配置される第1サポーターSU1をエッチングする。
第1サポーターSU1及び下部電極LEが互いにエッチング選択比が小さい物質を含み、エッチング選択比が小さいエッチング工程を通じて第1サポーターSU1をエッチングすることによって、第1サポーターSU1が3次元的にエッチングされ、第1サポーターSU1は、サポーター屈曲側壁SCSが形成されるようにエッチングされる。
【0042】
続いて、第2サポーターSU2、第3サポーターSU3、及び犠牲膜140をエッチングし、下部電極LEの間のホール146を形成する。
ホール146は、第1サポーターSU1、第2サポーターSU2、第3サポーターSU3、犠牲膜140、下部電極LE、及び層間絶縁膜110によって定義される。
ホール146は、第1サポーターSU1、第2サポーターSU2、第3サポーターSU3、犠牲膜140、及び下部電極LEによって囲まれる。
ホール146は、互いに隣接する3つの下部電極LEに接続される。
一例として、ホール146は、第1~第3下部電極(LE1、LE2、LE3)に接続される。
【0043】
ホール146は、第1サポーターSU1と同一のレベルに配置される第1部分147及び第1部分147下の第2部分148を含む。
ホール146の第1部分147は、フォトレジストパターン144の開口145より平面の面積が大きい。
ホール146の第2部分148は、フォトレジストパターン144の開口145と平面の面積が同一である。
ホール146の第2部分148は、フォトレジストパターン144の開口145と第3方向D3に重畳する。
ホール146の第1部分147は、第1サポーターSU1のサポーター屈曲側壁SCSによって定義される。
サポーター屈曲側壁SCSは、ホール146の第1部分147の中心に向かって膨らんでいる。
【0044】
図1A図1Fを参照すると、犠牲膜140を除去する。
キャパシタ絶縁膜CIを形成する。
キャパシタ絶縁膜CIの第1介在絶縁部IIP1は、ホール146の第1部分147内に形成される。
上部電極UEを形成する。
上部電極UEの第1介在電極部IEP1は、ホール146の第1部分147内に形成される。
【0045】
図5A図5B、及び図5Cは、本発明の他の実施形態による半導体装置を説明するための部分平面図及び部分断面図である。
図5Aは、例えば、半導体装置の第1サポーターの上面のレベルにしたがう構造を示す部分平面図である。
図5A図5B、及び図5Cを参照すると、半導体装置は、基板100a、層間絶縁膜110a、キャパシタコンタクト構造体120a、下部電極LEa、第1サポーターSU1a、第2サポーターSU2a、第3サポーターSU3a、キャパシタ絶縁膜CIa、及び上部電極UEaを含む。
【0046】
キャパシタ絶縁膜CIaは、第1サポーターSU1aと同一のレベルに配置される介在絶縁部IIPaを含む。
下部電極LEaの最上部(LEa_UM)は、第1側壁(LEa_S1)及び第2側壁(LEa_S2)を含む。
下部電極LEaの最上部(LEa_UM)は、第1サポーターSU1a及びキャパシタ絶縁膜CIaの介在絶縁部IIPaと同一のレベルに配置される部分である。
下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第1側壁(LEa_S1)は、キャパシタ絶縁膜CIaの介在絶縁部IIPaに接する。
下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第2側壁(LEa_S2)は、第1サポーターSU1aに接する。
下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第1側壁(LEa_S1)及び第2側壁(LEa_S2)は、曲がっている。
【0047】
図5B及び図5Cにしたがう断面視において、下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第1側壁(LEa_S1)は曲がっている。
図5B及び5cにしたがう断面視において、下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第2側壁(LEa_S2)は平らである。
下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の幅は、レベルが低くなるほど大きくなる。
【0048】
図5Aにしたがう平面視において、下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第1側壁(LEa_S1)の曲率半径は、下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第2側壁(LEa_S2)の曲率半径より大きい。
第1サポーターSU1aをエッチングする工程で、第1サポーターSU1a及び下部電極LEaのエッチング選択比が小さいので、第1サポーターSU1aと共に下部電極LEaの最上部(LEa_UM)がエッチングされ、下部電極LEaの最上部(LEa_UM)の第1側壁(LEa_S1)が形成される。
【0049】
図6Aは、本発明の実施形態による半導体装置の部分平面図であり、図6Bは、図6AのA2-A2’線に沿って切断した部分断面図であり、図6Cは、図6AのB2-B2’線に沿って切断した部分断面図である。
図6A図6B、及び図6Cを参照すると、半導体装置は、基板100bを含む。
【0050】
一実施形態において、基板100bは、半導体基板である。
一実施形態において、基板100bは、「シリコン-オン-インシュレータ」(SOI)基板又は「ゲルマニウム-オン-インシュレータ」(GOI)基板であり得る。
基板100bは、活性パターンAPを含む。
第3方向D3に突出される基板100bの上部が活性パターンAPとして定義される。
活性パターンAPは、互いに離隔される。
活性パターンAPの間に提供される空間内に素子分離膜STIが提供される。
素子分離膜STIは、基板100b内に提供される。
活性パターンAPは、素子分離膜STIによって定義される。
各々の活性パターンAPは、素子分離膜STIによって囲まれる。
素子分離膜STIは、絶縁材料を含み得る。
一例として、素子分離膜STIは、酸化物を含む。
【0051】
第2方向D2に延長するゲート構造体150が提供される。
ゲート構造体150は、第1方向D1に配列される。
ゲート構造体150は、素子分離膜STI及び活性パターンAP上に提供される。
ゲート構造体150は、活性パターンAP及び素子分離膜STI内に埋め込まれた埋め込みゲート構造体である。
活性パターンAPは、不純物領域を含み得る。
ゲート構造体150及び活性パターンAPによってセルトランジスタが定義される。
ゲート構造体150は、活性パターンAP上のゲート絶縁膜152、ゲート絶縁膜152上のゲート電極151、及びゲート電極151上のゲートキャッピング膜153を含む。
【0052】
ゲート絶縁膜152及びゲートキャッピング膜153は、絶縁材料を含み得る。
一例として、ゲート絶縁膜152は、酸化物を含み、ゲートキャッピング膜153は、窒化物を含む。
ゲート電極151は、導電物質を含み得る。
活性パターンAPは、第1部分及び2つの第2部分を含む。
活性パターンAPの2つの第2部分の間に活性パターンAPの第1部分が配置される。
活性パターンAPの第1部分と第2部分との間にゲート構造体150が提供される。
活性パターンAPの第1及び第2部分は、ゲート構造体150によって互いに離隔される。
【0053】
ゲート構造体150及び素子分離膜STI上に絶縁パターン111が提供される。
絶縁パターン111は、絶縁材料を含み得る。
一実施形態において、絶縁パターン111は、複数の絶縁膜を含み得る。
第1方向D1に延長するビットライン構造体160が提供される。
ビットライン構造体160は、第2方向D2に配列される。
ビットライン構造体160は、絶縁パターン111及び活性パターンAP上に提供される。
ビットライン構造体160は、活性パターンAPに電気的に接続される。
各々のビットライン構造体160は、ビットラインコンタクト161、第1導電膜162、第2導電膜163、第3導電膜164、ビットラインキャッピング膜166、及びビットラインスペーサー167を含む。
【0054】
ビットライン構造体160のビットラインコンタクト161は、第1方向D1に配列される。
ビットライン構造体160の第1導電膜162は、第1方向D1に配列される。
ビットライン構造体160のビットラインコンタクト161及び第1導電膜162は、第1方向D1に沿って互いに交互に配置される。
ビットラインコンタクト161は、活性パターンAPの第1部分上に配置される。
ビットラインコンタクト161は、絶縁パターン111を貫通する。
第1導電膜162は、絶縁パターン111上に提供される。
ビットラインコンタクト161及び第1導電膜162は、導電物質を含み得る。
一例として、ビットラインコンタクト161及び第1導電膜162は、ポリシリコンを含む。
一実施形態において、1つのビットライン構造体160が含むビットラインコンタクト161及び第1導電膜162は、互いに境界無しで接続される一体の構造を有する。
【0055】
第2導電膜163は、ビットラインコンタクト161及び第1導電膜162上に提供される。
第3導電膜164は、第2導電膜163上に提供される。
ビットラインキャッピング膜166は、第3導電膜164上に提供される。
第2導電膜163及び第3導電膜164は、導電物質を含み得る。
一例として、第2導電膜163は、ポリシリコンを含み、第3導電膜164は、金属を含む。
ビットラインキャッピング膜166は、絶縁材料を含み得る。
一例として、ビットラインキャッピング膜166は、窒化物を含む。
一実施形態において、1つのビットライン構造体160が含む導電膜の数は、図に示したものより多くてもよく、少なくてもよい。
【0056】
ビットラインスペーサー167は、ビットラインキャッピング膜166の上面及び側壁、第1~第3導電膜(162、163、164)の側壁及びビットラインコンタクト161の側壁を覆う。
ビットラインスペーサー167は、絶縁材料を含む。
一実施形態において、ビットラインスペーサー167は、複数の絶縁膜を含む。
基板100bの活性パターンAPに電気的に接続されるキャパシタコンタクト構造体120bが提供される。
キャパシタコンタクト構造体120bは、ストレージノードコンタクトBC及びランディングパッドLPを含む。
【0057】
ストレージノードコンタクトBCは、活性パターンAP上に提供される。
ストレージノードコンタクトBCは、互いに隣接するビットライン構造体160の間に提供される。
ストレージノードコンタクトBCは、ビットライン構造体160の側壁上に提供される。
ストレージノードコンタクトBCは、導電物質を含み得る。
一例として、ストレージノードコンタクトBCは、ポリシリコンを含む。
【0058】
ランディングパッドLPが提供される。
ランディングパッドLPは、ストレージノードコンタクトBC上に提供される。
ランディングパッドLPは、導電物質を含み得る。
一例として、ランディングパッドLPは、金属を含む。
一実施形態において、ストレージノードコンタクトBCとランディングパッドLPとの間に金属シリサイド膜及びバリアー膜が提供される。
【0059】
絶縁フェンス180が提供される。
絶縁フェンス180は、ゲート構造体150のゲートキャッピング膜153上に提供される。
絶縁フェンス180は、第2方向D2に互いに隣接するビットライン構造体160の間に提供される。
絶縁フェンス180は、絶縁材料を含み得る。
絶縁フェンス180上に、フィリングパターン170が提供される。
フィリングパターン170は、ランディングパッドLPを互いに離隔させる。
フィリングパターン170は、ランディングパッドLPを囲む。
フィリングパターン170は、絶縁材料を含み得る。
【0060】
エッチング停止膜190がフィリングパターン170上に提供される。
エッチング停止膜190は、絶縁材料を含み得る。
キャパシタ構造体130bが提供される。
キャパシタ構造体130bは、下部電極LEb、第1サポーターSU1b、第2サポーターSU2b、第3サポーターSU3b、キャパシタ絶縁膜CIb、及び上部電極UEbを含む。
上部電極UEbは、第1サポーターSU1bと同一のレベルに配置される介在電極部IEPbを含む。
第1サポーターSU1bは、上部電極UEbの介在電極部IEPbに向かって膨らんでいるサポーター屈曲側壁SCSbを含む。
【0061】
図7Aは、本発明の実施形態による半導体装置の斜視図であり、図7Bは、図7Aにしたがう半導体装置の部分平面図であり、図7Cは、図7AのA3-A3’線に沿って切断した部分断面図であり、図7Dは、図7AのB3-B3’線に沿って切断した部分断面図である。
図7A図7B図7C、及び図7Dを参照すると、半導体装置200は、基板210、複数の第1導電ライン220、活性パターン230、ゲート電極240、ゲート絶縁膜250、及びキャパシタ構造体280を含む。
【0062】
半導体装置200は、垂直チャンネルトランジスタ(vertical channel transistor:VCT)を含むメモリ装置である。
垂直チャンネルトランジスタは、活性パターン230のチャンネル長さが基板210から垂直方向に沿って延長される構造を示す。
【0063】
基板210上には下部絶縁膜212が配置され、下部絶縁膜212上に複数の第1導電ライン220が第1方向D1に互いに離隔され、第2方向D2に延長される。
下部絶縁膜212上には複数の第1絶縁構造体222が複数の第1導電ライン220の間の空間を満たすように配置される。
複数の第1絶縁構造体222は、第2方向D2に延長され、複数の第1絶縁構造体222の上面は、複数の第1導電ライン220の上面と同一レベルに配置される。
複数の第1導電ライン220は、半導体装置200のビットラインとして機能する。
一実施形態で、複数の第1導電ライン220は、ドーピングされたポリシリコン、金属、導電性金属窒化物、導電性金属シリサイド、導電性金属酸化物、又はこれらの組合を含む。
【0064】
例えば、複数の第1導電ライン220は、ドーピングされたポリシリコン、Al、Cu、Ti、Ta、Ru、W、Mo、Pt、Ni、Co、TiN、TaN、WN、NbN、TiAl、TiAlN、TiSi、TiSiN、TaSi、TaSiN、RuTiN、NiSi、CoSi、IrOx、RuOx、又はこれらの組み合わせで形成され得るが、これに限定されるものではない。
複数の第1導電ライン220は、前述した物質の単一膜又は多重膜を含む。
一実施形態で、複数の第1導電ライン220は、2次元半導体物質を含み、例えば、2次元半導体物質は、グラフェン(graphene)、炭素ナノチューブ(carbon nanotube)、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【0065】
活性パターン230は、複数の第1導電ライン220上で第1方向D1及び第2方向D2に離隔されて配置されるマトリックス形状に配列される。
活性パターン230は、第1方向D1にしたがう第1幅と第3方向D3に沿う第1高さを有し、第1高さが第1幅より大きい。
例えば、第1高さは、第1幅の約2~10倍であるが、これに限定されるものではない。
活性パターン230の底部は、第1ソース/ドレーン領域(図示せず)として機能し、活性パターン230の上部(upper portion)は第2ソース/ドレーン領域(図示せず)として機能し、第1及び第2ソース/ドレーン領域の間の活性パターン230の一部分は、チャンネル領域(図示せず)として機能する。
【0066】
一実施形態で、活性パターン230は、酸化物半導体を含み得、例えば、酸化物半導体は、InxGayZnzO、InxGaySizO、InxSnyZnzO、InxZnyO、ZnxO、ZnxSnyO、ZnxOyN、ZrxZnySnzO、SnxO、HfxInyZnzO、GaxZnySnzO、AlxZnySnzO、YbxGayZnzO、InxGayO、又はこれらの組み合わせを含む。
活性パターン230は、酸化物半導体の単一膜又は多重膜を含み得る。
【0067】
一実施形態において、活性パターン230は、シリコンのバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャップエネルギーを有する。
例えば、活性パターン230は、約1.5eV~5.6eVのバンドギャップエネルギーを有する。
例えば、活性パターン230は、約2.0eV~4.0eVのバンドギャップエネルギーを有する時に最適のチャンネル性能を有する。
例えば、活性パターン230は、多結晶又は非晶質であるが、これに限定されるものではない。
一実施形態で、活性パターン230は、2次元半導体物質を含み得、例えば、2次元半導体物質は、グラフェン(graphene)、炭素ナノチューブ(carbon nanotube)、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【0068】
ゲート電極240は、活性パターン230の両側壁上で第1方向D1に延長される。
ゲート電極240は、活性パターン230の第1側壁と対向する第1サブゲート電極240P1と、活性パターン230の第1側壁に反対になる第2側壁と対向する第2サブゲート電極240P2を含む。
第1サブゲート電極240P1と第2サブゲート電極240P2との間に1つの活性パターン230が配置されることによって半導体装置200はデュアルゲートトランジスタ構造を有する。
しかし、本発明はこれに制限されなく、第2サブゲート電極240P2が省略され、活性パターン230の第1側壁と対向する第1サブゲート電極240P1のみが形成されてシングルゲートトランジスタ構造が具現されてもよい。
【0069】
ゲート電極240は、ドーピングされたポリシリコン、金属、導電性金属窒化物、導電性金属シリサイド、導電性金属酸化物、又はこれらの組み合わせを含み得る。
例えば、ゲート電極240は、ドーピングされたポリシリコン、Al、Cu、Ti、Ta、Ru、W、Mo、Pt、Ni、Co、TiN、TaN、WN、NbN、TiAl、TiAlN、TiSi、TiSiN、TaSi、TaSiN、RuTiN、NiSi、CoSi、IrOx、RuOx、又はこれらの組み合わせで形成することができるが、これに限定されるものではない。
【0070】
ゲート絶縁膜250は、活性パターン230の側壁を囲み、活性パターン230とゲート電極240との間に介在する。
例えば、活性パターン230の全体側壁がゲート絶縁膜250によって囲まれ、ゲート電極240の側壁一部分がゲート絶縁膜250と接する。
一実施形態で、ゲート絶縁膜250は、ゲート電極240の延長方向に延長され、活性パターン230の側壁の中でゲート電極240と対向する2つの側壁のみがゲート絶縁膜250と接触し得る。
一実施形態で、ゲート絶縁膜250は、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン酸化膜より高い誘電常数を有する高誘電膜、又はこれらの組み合わせで形成され得る。
【0071】
高誘電膜は、金属酸化物又は金属酸化窒化物で形成される。
例えば、ゲート絶縁膜250として使用可能な高誘電膜は、HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、ZrO2、Al2O3、又はこれらの組み合わせで形成され得るが、これに限定されるものではない。
複数の第1絶縁構造体222上には複数の第2絶縁構造体232が第2方向D2に沿って延長され、複数の第2絶縁構造体232の中で隣接する2つの第2絶縁構造体232の間に活性パターン230が配置される。
【0072】
また、隣接する2つの第2絶縁構造体232の間で、2つの隣接する活性パターン230の間の空間に第1埋め込み層234及び第2埋め込み層236が配置される。
第1埋め込み層234は、2つの隣接する活性パターン230の間の空間の底部に配置され、第2埋め込み層236は、第1埋め込み層234上で2つの隣接する活性パターン230の間の空間の残りを満たすように形成される。
第2埋め込み層236の上面は、活性パターン230の上面と同一のレベルに配置され、第2埋め込み層236は、ゲート電極240の上面を覆う。
これとは異なり、複数の第2絶縁構造体232が複数の第1絶縁構造体222と連続的な物質層で形成されるか、或いは第2埋め込み層236が第1埋め込み層234と連続的な物質層で形成されてもよい。
【0073】
活性パターン230上にはキャパシタコンタクト構造体260が配置される。
キャパシタコンタクト構造体260は、活性パターン230と垂直オーバーラップされるように配置され、第1方向D1及び第2方向D2に離隔されて配置されるマトリックス形状に配列される。
キャパシタコンタクト構造体260は、ドーピングされたポリシリコン、Al、Cu、Ti、Ta、Ru、W、Mo、Pt、Ni、Co、TiN、TaN、WN、NbN、TiAl、TiAlN、TiSi、TiSiN、TaSi、TaSiN、RuTiN、NiSi、CoSi、IrOx、RuOx、又はこれらの組み合わせで形成され得るが、これに限定されるものではない。
【0074】
上部絶縁膜262は、複数の第2絶縁構造体232と第2埋め込み層236上でキャパシタコンタクト構造体260の側壁を囲む。
上部絶縁膜262上にはエッチング停止膜270が配置され、エッチング停止膜270上にキャパシタ構造体280が配置される。
キャパシタ構造体280は、下部電極LEc、キャパシタ絶縁膜CIc、上部電極UEc、第1サポーターSU1c、第2サポーターSU2c、及び第3サポーターSU3cを含む。
【0075】
上部電極UEcは、第1サポーターSU1cと同一のレベルに配置される介在電極部IEPcを含む。
キャパシタ絶縁膜CIcは、第1サポーターSU1cと同一のレベルに配置される介在絶縁部IIPcを含む。
介在絶縁部IIPcは、介在電極部IEPcを囲む。
介在絶縁部IIPcは、互いに隣接する4つの下部電極LEcに接する。
第1サポーターSU1cは、上部電極UEcの介在電極部IEPcに向かって膨らんでいるサポーター屈曲側壁SCScを含む。
上部電極UEcの介在電極部IEPcは、4つのサポーター屈曲側壁SCScによって囲まれる。
キャパシタ絶縁膜CIcの介在絶縁部IIPcは、4つのサポーター屈曲側壁SCScに接する。
【0076】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【0077】
100 基板
110 層間絶縁膜
120 キャパシタコンタクト構造体
130 キャパシタ構造体
140 犠牲膜
146 ホール
CI キャパシタ絶縁膜
ECS1、ECS2、ECS3 (第1~第3)電極屈曲側壁
ICI1、ICI2、ICI3 (第1~第3)絶縁屈曲内側壁
ICO1、ICO2、ICO3 (第1~第3)絶縁屈曲外側壁
IEP1、IEP2、IEP3 (第1~第3)介在電極部
IIP1、IIP2、IIP3 (第1~第3)介在絶縁部
LE、LE1、LE2、LE3 (第1~第3)下部電極
SCS、SCS1、SCS2、SCS3 (第1~第3)サポーター屈曲側壁
SU1、SU2、SU3 (第1~第3)サポーター
UE 上部電極
図1A
図1B
図1C
図1D
図1E
図1F
図2A
図2B
図3A
図3B
図4A
図4B
図4C
図4D
図5A
図5B
図5C
図6A
図6B
図6C
図7A
図7B
図7C
図7D