KR100272268B1 - 반도체소자 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 아날로그 반도체 소자를 구성하는 캐패시터를 구성하는 전극의 전도도를 향상시킴과 동시에 조밀한 조직의 유전막을 구비하는 캐패시터를 제조하여, 안정된 특성의 캐퍼시턴스와 리니어티를 갖는 효과가 있다.
이를 구현하기 위하여, 본 발명의 반도체 소자는, 반도체 기판의 소자 분리막 상에 형성된 아날로그용 캐패시터 및 활성 영역 상에 형성된 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자에 있어서, 상기 트랜지스터의 게이트 전극 형성시 동일막으로 상기 소자 분리막 상에 형성하는 상기 캐패시터의 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 순차적으로 형성하는 금속막 및 유전막과, 상기 하부 전극과 상기 금속막 사이의 계면에 열공정으로 형성하는 금속 살리사이드층과, 상기 금속막과 상기 유전막 사이의 계면에 열 공정으로 형성하는 금속 산화막과, 상기 트랜지스터의 금속 배선과 동일한 막으로 상기 유전막 상에 형성하는 상기 캐패시터의 상부 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 아날로그 회로를 구성하는 캐패시터를 제조하기 위한 아날로그용 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, “로우” 상태와 “하이” 상태의 두 가지 정보만을 갖는 디지탈 반도체 소자와는 달리, 아날로그 반도체 소자는 여러 상태의 정보를 저장하기 위한 소자로 회로의 필요한 노드에 형성된다. 이러한 아날로그 반도체 소자는 저항과 캐패시터로 구성되며, 시스템의 동작을 증폭할 수 있다.
아날로그 반도체 소자는 DRAM소자의 리프레쉬 타이머로 이용되며, 리프레쉬 타이머의 주기는 저항과 캐패시터 값에 따라 결정된다. 즉, 리프레쉬 타이머의 주기는 아날로그 반도체 소자의 저항값과 캐패시터의 용량의 곱에 비례한다.
따라서, 고성능 캐패시터는 아날로그 반도체 소자의 중요한 요소이며, A/D 컨버터와 스위치-캐패시터 필터 분야에 이용된다.
종래 아날로그 반도체 소자의 캐패시터는 도핑된 폴리실리콘막으로 형성된 상부 전극 및 하부 전극과 그 사이에 개재된 유전막으로 구성된다. 하부 전극은 트랜지스터의 게이트 전극 형성을 위한 제1 폴리실리콘막으로 형성하며, 상부 전극은 인-시튜 도핑 공정으로 진행된 제2 폴리실리콘막으로 구성한다.
그리고, 상기 제1 및 제2 폴리실리콘막은 전도도를 높이기 위해서 고농도 도
핑 된다.
그러나, 상기에서 언급한 아날로그 반도체 소자의 캐패시터를 구성하는 제1 및 제2 폴리실리콘막을 균일하게 고농도 도핑시키는데는 한계가 있고, 두께에 따라 불균일한 저항성을 갖게 된다. 즉, 아날로그 반도체 소자의 리니어러티(=dV/dC, Linearity)를 낮추는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 아날로그 반도체 소자를 구성하는 캐패시터를 구성하는 전극의 전도도를 향상시킴과 동시에 조밀한 조직(Morphology)의 유전막을 구비하는 캐패시터를 제조하여, 안정된 특성의 캐퍼시턴스와 리니어티를 갖는 아날로그용 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1(a)도 및 제1(c)도는 본 발명에 의한 아날로그 반도체 소자의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 반도체 기판 11 : 소자 분리막
12 : 게이트 산화막 13a, 17 : 캐패시터 전극
13b : 게이트 전극 14 : 사이드월 스페이서
15S1: 티타늄 살리사이드 15S2: 티타늄 실리사이드
16 : 유전막 패턴
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반도체 소자는, 반도체 기판의 소자 분리막 상에 형성된 아날로그용 캐패시터 및 활성 영역상에 형성된 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자에 있어서, 상기 트랜지스터의 게이트 전극 형성시 동일 막으로 상기 소자 분리막 상에 형성하는 상기 캐패시터의 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 순차적으로 형성하는 금속막 및 유전막과, 상기 하부 전극과 상기 금속막 사이의 계면에 열공정으로 형성하는 금속 살리사이드층과, 상기 금속막과 상기 유전막 사이의 계면에 열공정으로 형성하는 금속 산화막과, 상기 트랜지스터의 금속 배선과 동일한 막으로 상기 유전막 상에 형성하는 상기 캐패시터의 상부 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부 전극은 폴리실리콘막인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 금속막은 티타늄인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유전막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 상부 전극은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은, 반도체 기판의 소자 분리막 상에 형성된 아날로그용 캐패시터 및 활성 영역상에 형성된 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 소자 분리막이 형성된 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 산화막 상에 폴리실리콘막을 중착한 다음 사진 식각 공정으로 상기 소자 분리막 상에 상기 캐패시터의 하부 전극과 상기 활성 영역 상의 소정 영역에 상기 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 전체 구조상에 스페이서 절연막을 증착한 후 전면성 식각하여 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 전체 구조상에 제1 금속막을 증착하는 단계와, 상기 전체 구조상에 상기 캐패시터의 유전막을 형성한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 하부 전극이 위치하는 상기 제1 금속막 상에 유전막 패턴을 형성하고, 상기 제1 금속막과 유전막이 반응하여 계면에서 금속 산화막이 형성되는 단계와, 상기 제1 금속막과 그 하부의 상기 캐패시터의 하부 전극, 상기 제1 금속막과 상기 트랜지스터의 게이트 전극에 사이에 열 공정으로 금속 살리사이드층을 형성하고, 상기 제1 금속막과 상기 트랜지스터의 접합 영역의 계면에는 금속 실리사이드를 형성하는 단계와,
상기 전체 구조 상에 상기 트랜지스터의 금속 배선 형성을 위한 금속막과 동일한 막으로 제2 금속막을 증착하는 단계와, 상기 제2 금속막을 식각하여 상기 유전막 패턴 상에 상기 캐패시터의 상부 전극을 형성하여 아날로그용 캐패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 금속막은 티타늄인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유전막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2 금속막은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다.
[실시예]
이하, 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 제1(a)도 및 제1(c)도는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 반도체 소자의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도이다. 아날로그 반도체 소자는 저항과 캐패시터로 구성되는데, 본 발명에서는 캐패시터에 관해서만 도시하기로 한다.
반도체 기판 상에 형성된 소자 분리막으로 활성 영역이 한정되고, 제1(a)도에서 A는아날로그 반도체 소자가 형성되는 영역이며, B는 반도체 기억 소자가 형성되는 영역이다.
먼저, 제1(a)도와 같이 소자 분리막(11)이 형성된 반도체 기판(10) 상에 게이트산화막(12)과 폴리실리콘막을 차례로 적층한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 소자분리막(11) 상에는 아날로그 반도체 소자용 캐패시터의 하부 전극(13a)을 형성하고, 활성 영역(B)에는 게이트 전극(13b)을 형성한다. 그런 다음, 전체 구조상에 스페이서 절연막을 증착하고 전면성 식각하여 사이드월 스페이서(14)를 형성한다.
이어서, 전체 구조상에 티타늄(Ti)막(15)과 실리콘 산화막을 차례로 형성한 다음, 제1(b)도와사진 식각 공정을 통하여 하부 전극(13a) 상에 실리콘 산화막으로 된 유전막 패턴(16)을 형성한다. 계속해서, 열공정을 진행하여 상기 하부 전극과 게이트 전극의 계면에서 티타늄이 폴리실리콘과 반응한 티타늄 실리사이드층(15S1)을 형성하고, 트랜지스터의 접합 영역과 티타늄 사이의 계면에서는 티타늄 실리사이드층(15S2)을 형성한다.
티타늄막은 결정립(Grain) 크기가 작아서 표면의 조직이 조밀하다. 따라서, 그 상부의 실리콘 산화막 형성시 그 표면이 쉽게 산화되고, 그 계면에서 생기는 TiO2와 같은 티타늄 산화막은 절연막의 특성을 양호하게 한다. TiO2는 유전 상수가 10 이상으로, 캐패시터의 유전 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 폴리실리콘막으로부터의 결함 형성을 막는 유전막의 완충 역할도 한다.
계속해서, 전체 구조상에 트랜지스터의 금속 배선으로 사용되는 알루미늄 합금층을 증착한 다음, 제1(c)도와 같이 사진 식각 공정을 통하여 상기 유전막 패턴상에 상부 전극(17)을 형성한다. 이후의 공정은 종래 기술과 같다.
이상에서 설명한 바와 같이, 아날로그 반도체 소자의 캐패시터의 하부 전극과 유전막 사이에 티타늄막을 증착하여 각각의 계면에서 티타늄 살리사이드층과 티타늄 산화막을 형성하고 상부 전극은 트랜지스터의 금속 배선 물질인 알루미늄 합금층으로 형성함으로써, 캐패시터 전극의 전도도를 향상시킴과 동시에 조밀한 조직의 유전막을 구비하는 캐패시터를 제조하여 안정된 특성의 캐패시턴스와 리니어티를 갖는 아날로그용 반도체 소자를 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (9)
- 반도체 기판의 소자 분리막 상에 형성된 아날로그용 캐패시터 및 활성 영역 상에 형성된 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자에 있어서, 상기 트랜지스터의 게이트 전극 형성시 동일막으로 상기 소자 분리막 상에 형성하는 상기 캐패시터의 하부 전극과, 상기 하부 전극 상에 순차적으로 형성하는 금속막 및 유전막과, 상기 하부 전극과 상기 금속막 사이의 계면에 열 공정으로 형성하는 금속 살리사이드층과, 상기 금속막과 상기 유전막 사이의 계면에 열 공정으로 형성하는 금속 산화막과, 상기 트랜지스터의 금속 배선과 동일한 막으로 상기 유전막 상에 형성하는 상기 캐패시터의 상부 전극을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 하부 전극은 폴리실리콘막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 금속막은 티타늄인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 유전막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 상부 전극은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 반도체 기판의 소자 분리막 상에 형성된 아날로그용 캐패시터 및 활성 영역 상에 형성된 트랜지스터를 구비하는 반도체 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 소자 분리막이 형성된 반도체 기판 상에 게이트 산화막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 산화막 상에 폴리실리콘막을 증착한 다음 사진 식각 공정으로 상기 소자 분리막 상에 상기 캐패시터의 하부 전극과 상기 활성 영역 상의 소정 영역에 상기 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 전체 구조상에 스페이서 절연막을 증착한 후 전면성 식각하여 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 전체 구조상에 제1 금속막을 증착하는 단계와, 상기 전체 구조상에 상기 캐패시터의 유전막을 형성한 다음, 사진 식각 공정을 통하여 하부 전극이 위치하는 상기 제1 금속막 상에 유전막 패턴을 형성하고, 상기 제1 금속막과 유전막이 반응하여 계면에서 금속 산화막이 형성되는 단계와, 상기 제1 금속막과 그 하부의 상기 캐패시터의 하부 전극, 상기 제1 금속막과 상기 트랜지스터의 게이트 전극에 사이에 열공정으로 금속 살리사이드층을 형성하고, 상기 제1 금속막과 상기 트랜지스터의 접합 영역의 계면에는 금속 실리사이드를 형성하는 단계와, 상기 전체 구조상에 상기 트랜지스터의 금속 배선 형성을 위한 금속막과 동일한 막으로 제2 금속막을 증착하는 단계와, 상기 제2 금속막을 식각하여 상기 유전막 패턴 상에 상기 캐패시터의 상부전극을 형성하여 아날로그용 캐패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 금속막은 티타늄인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 유전막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 제2 금속막은 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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