KR100282217B1 - Manufacturing Method of Semiconductor Memory Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커패시터 특성 열화를 방지하는 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 소자격리막 상부의 제 1 층간절연막 상에 커패시터가 형성된다. 커패시터를 포함하여 제 1 층간절연막 상에 제 2 층간절연막이 형성된다. 제 2 층간절연막 및 제 1 층간절연막을 뚫고 커패시터 하부전극 및 반도체 기판과 동시에 전기적으로 접속되도록 제 1 금속 콘택이 형성된다. 제 1 금속 콘택을 포함하여 제 2 층간절연막 상에 제 3 층간절연막이 형성된다. 제 3 층간절연막 및 제 2 층간절연막을 뚫고 커패시터 상부전극과 전기적으로 접속되도록 제 2 금속 콘택이 형성된다. 제 2 금속 콘택을 포함하여 제 3 층간절연막 상에 제 1 금속 콘택과 커패시터 하부전극 및 제 2 금속 콘택과 커패시터 상부전극이 상호 반응하는 온도보다 낮은 온도에서 패시베이션막이 증착된다. 이와 같은 반도체 장치의 제조 방법에 의해서, 패시베이션막을 250℃ 이하의 저온에서 증착함으로써, 패시베이션막 증착에 따른 수소 침투 및 스트레스를 최소화 할 수 있고, 확산 방지막 없이도 금속 콘택들과 커패시터 전극들이 상호 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 커패시터의 특성이 열화 되는 것을 방지할 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device that prevents deterioration of capacitor characteristics, wherein a capacitor is formed on a first interlayer insulating film on an isolation layer. A second interlayer insulating film is formed on the first interlayer insulating film including the capacitor. The first metal contact is formed to penetrate the second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film and to be electrically connected to the capacitor lower electrode and the semiconductor substrate at the same time. A third interlayer insulating film is formed on the second interlayer insulating film including the first metal contact. A second metal contact is formed so as to be electrically connected to the capacitor upper electrode through the third interlayer insulating film and the second interlayer insulating film. The passivation film is deposited on the third interlayer insulating film including the second metal contact at a temperature lower than a temperature at which the first metal contact and the capacitor lower electrode and the second metal contact and the capacitor upper electrode react with each other. According to the method of manufacturing a semiconductor device, by depositing the passivation film at a low temperature of 250 ° C. or less, hydrogen penetration and stress caused by the passivation film deposition can be minimized, and the metal contacts and the capacitor electrodes can react with each other without the diffusion barrier. This can prevent the deterioration of the characteristics of the capacitor.

Description

반도체 메모리 장치의 제조 방법(A METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE)A METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE

본 발명은 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 강유전체 커패시터의 특성 열화를 방지하는 FRAM(Ferroelectric Random Access Memory)의 패시베이션막(passivation layer) 증착 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of depositing a passivation layer of a ferroelectric random access memory (FRAM) that prevents deterioration of characteristics of a ferroelectric capacitor.

강유전체 메모리 장치는 비휘발성(nonvolatile), 랜덤 억세스(random access), 그리고 저 전압 동작(low voltage operation) 등의 장점으로 인하여 차세대 메모리로 사용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.Ferroelectric memory devices are being actively researched for use as next-generation memories due to advantages such as nonvolatile, random access, and low voltage operation.

강유전체 메모리 장치를 실용화하기 위해서는 패시베이션과 패키지(package)공정이 필수적이나, 이들 공정에서 발생되는 수소(H) 침투 및 스트레스에 의해 커패시터의 특성이 열화 되는 문제점이 발생되어 제품의 실현을 어렵게 하고 있다.Passivation and package processes are essential for the practical use of ferroelectric memory devices, but the characteristics of capacitors are deteriorated due to hydrogen (H) infiltration and stress generated in these processes, making it difficult to realize products.

도 1은 종래의 반도체 메모리 장치의 구조를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional semiconductor memory device.

도 1을 참조하면, 강유전체 메모리 장치는, 반도체 기판(2) 상에 활성 영역과 비활성 영역을 정의하여 소자격리막(4)이 형성되어 있다. 상기 활성 영역의 반도체 기판(2) 상에 게이트 전극(6)이 형성되어 있다. 상기 소자격리막(4) 및 게이트 전극(6)을 포함하여 반도체 기판(2) 상에 제 1 층간절연막(interlayer dielectric)(8)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1, in the ferroelectric memory device, an isolation layer 4 is formed on a semiconductor substrate 2 by defining an active region and an inactive region. The gate electrode 6 is formed on the semiconductor substrate 2 in the active region. A first interlayer dielectric 8 is formed on the semiconductor substrate 2 including the device isolation film 4 and the gate electrode 6.

상기 제 1 층간절연막(8) 상에 커패시터 하부전극(10), 강유전체막(11), 그리고 커패시터 상부전극(12)을 포함하는 커패시터(14)가 형성되어 있다. 상기 강유전체막(11)과 다른 물질의 반응을 방지하기 위해 상기 커패시터(14)를 둘러싸도록 TiO2등으로 캡핑층(capping layer)(9)이 형성되어 있다. 상기 캡핑층(9)을 포함하여 제 1 층간절연막(8) 상에 제 2 층간절연막(16)이 형성되어 있다. 제 2 층간절연막(16), 제 1 층간절연막(8), 그리고 캡핑층(9b)을 뚫고 반도체 기판(2)과 전기적으로 접속되고, 또한 캐패시터 하부전극(10) 및 반도체 기판(2)과 동시에 전기적으로 접속되도록 각각의 제 1 금속 콘택(18a, 18b)이 형성되어 있다.A capacitor 14 including a capacitor lower electrode 10, a ferroelectric layer 11, and a capacitor upper electrode 12 is formed on the first interlayer insulating layer 8. A capping layer 9 is formed of TiO 2 or the like so as to surround the capacitor 14 in order to prevent the ferroelectric layer 11 and other materials from reacting. A second interlayer insulating film 16 is formed on the first interlayer insulating film 8 including the capping layer 9. The second interlayer insulating film 16, the first interlayer insulating film 8, and the capping layer 9b are electrically connected to the semiconductor substrate 2 and simultaneously with the capacitor lower electrode 10 and the semiconductor substrate 2. Each of the first metal contacts 18a and 18b is formed to be electrically connected.

상기 제 1 금속 콘택들(18a, 18b)을 포함하여 제 2 층간절연막(16) 상에 제 3 층간절연막(20)이 형성되어 있다. 상기 제 3 층간절연막(20), 제 2 층간절연막(16), 그리고 캡핑층(9b)을 뚫고 커패시터 상부전극(12)과 전기적으로 접속되도록 제 2 금속 콘택(22)이 형성되어 있다. 상기 제 2 금속 콘택(22)을 포함하여 제 3 층간절연막(20) 상에 패시베이션막(24)이 형성되어 있다.A third interlayer insulating film 20 is formed on the second interlayer insulating film 16 including the first metal contacts 18a and 18b. A second metal contact 22 is formed through the third interlayer insulating film 20, the second interlayer insulating film 16, and the capping layer 9b to be electrically connected to the capacitor upper electrode 12. The passivation film 24 is formed on the third interlayer insulating film 20 including the second metal contact 22.

종래의 패시베이션막(24)은 ECR(Electro Cyclotron Resonance) 방법으로 형성되는 산화막 또는 PE-TEOS(Plasma Enhanced CVD TetraEthyl OrthoSilicate) 산화막이 사용된다.In the conventional passivation film 24, an oxide film formed by an ECR (Electro Cyclotron Resonance) method or a PE-TEOS (Plasma Enhanced CVD TetraEthyl OrthoSilicate) oxide film is used.

상기 ECR 산화막 및 PE-TEOS막은 300℃ - 400℃의 증착 온도가 요구된다.The ECR oxide film and the PE-TEOS film require a deposition temperature of 300 ° C-400 ° C.

그러나, 상기 제 2 금속 콘택(22)이 형성된 후 200℃ 이상의 공정이 진행되는 경우, 커패시터 전극 물질인 플라티늄과 금속 콘택 물질인 알루미늄이 상호 반응하여 강유전체의 특성이 저하되는 문제점이 발생된다.However, when the process of 200 ° C. or higher is performed after the formation of the second metal contact 22, a problem occurs in that the characteristics of the ferroelectric are deteriorated due to the mutual reaction of platinum, which is a capacitor electrode material, and aluminum, which is a metal contact material.

도 2a 내지 도 2d는 어닐링 온도 변화에 따른 커패시터 상부전극(Pt)과 콘택전극(Al) 사이의 반응을 보여주는 SEM(Scanniong Electron Microscope) 사진이다.2A to 2D are SEM (Scanniong Electron Microscope) photographs showing the reaction between the capacitor upper electrode (Pt) and the contact electrode (Al) according to the change in the annealing temperature.

도 2a를 참조하면, 커패시터 상부전극(12)과 전기적으로 연결되는 제 2 콘택 전극(22) 형성 후 어닐링 공정(패시베이션막 증착 공정)을 수행하지 않은 경우, 커패시터 상부전극(12)과 제 2 콘택 전극(22) 사이에 반응물이 형성되지 않는다.Referring to FIG. 2A, when the annealing process (passivation layer deposition process) is not performed after the formation of the second contact electrode 22 electrically connected to the capacitor upper electrode 12, the capacitor upper electrode 12 and the second contact are not performed. No reactant is formed between the electrodes 22.

그러나, 도 2b에 도시된 바와 같이, 어닐링 온도가 200℃인 경우, 커패시터 상부전극(12)과 제 2 콘택 전극(22) 사이에 Pt-Al 반응물이 얇은 두께로 형성되고, 어닐링 온도가 300℃(도 2c) 및 400℃(도 2d)로 증가될수록 상기 Pt-Al 반응물은 더욱 증가하게 된다.However, as shown in FIG. 2B, when the annealing temperature is 200 ° C., a Pt-Al reactant is formed in a thin thickness between the capacitor upper electrode 12 and the second contact electrode 22, and the annealing temperature is 300 ° C. FIG. As shown in Fig. 2c and 400 ° C (Fig. 2d), the Pt-Al reactant is further increased.

도 3은 어닐링 온도 변화에 따른 강유전체 커패시터의 히스테리시스 루프를 보여주는 그래프이다.3 is a graph showing a hysteresis loop of a ferroelectric capacitor according to a change in annealing temperature.

도 3을 참조하면, 강유전체 커패시터의 잔류 분극 즉, 센싱 전하(sensing charge)는 상온(25℃) 대비 어닐링 온도(패시베이션막 증착 온도)가 200℃, 300℃, 그리고 400℃로 각각 증가함에 따라 점점 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the residual polarization of the ferroelectric capacitor, that is, the sensing charge, is gradually increased as the annealing temperature (passivation film deposition temperature) increases from 200 ° C, 300 ° C, and 400 ° C to room temperature (25 ° C), respectively. It can be seen that the decrease.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 커패시터 전극들과 콘택 전극들 사이의 반응을 방지하기 위해, 커패시터 전극들과 콘택 전극들 사이에 TiN 등의 확산 방지막(diffusion barrier layer)이 형성된다. 그러나, 여전히 패시베이션막 증착 온도가 높기 때문에, 수고 침투 및 스트레스로 인해 강유전체 커패시터의 센싱 전하가 크게 감소되는 문제점이 발생된다.In order to solve the above problems, a diffusion barrier layer such as TiN is formed between the capacitor electrodes and the contact electrodes to prevent a reaction between the capacitor electrodes and the contact electrodes. However, since the passivation film deposition temperature is still high, a problem arises in that the sensing charge of the ferroelectric capacitor is greatly reduced due to labor penetration and stress.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 패시베이션막 증착시 증착 온도로 인해 커패시터의 특성이 열화 되는 것을 방지할 수 있고, 커패시터 전극들과 금속 콘택들 사이에 확산 방지막을 형성하지 않아도 커패시터 전극들과 금속 콘택들 사이의 반응을 방지할 수 있는 반도체 메모리 장치의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and it is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the capacitor due to the deposition temperature during the passivation film deposition, and even without forming a diffusion barrier between the capacitor electrodes and the metal contacts. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device capable of preventing a reaction between capacitor electrodes and metal contacts.

제1도는 종래의 반도체 메모리 장치의 구조를 보여주는 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor memory device.

제2a도 내지 제2d도는 어닐링 온도 변화에 따른 커패시터 상부전극(Pt)과 콘택전극(Al) 사이의 반응을 보여주는 SEM 사진.2a to 2d are SEM images showing the reaction between the capacitor upper electrode (Pt) and the contact electrode (Al) according to the change in the annealing temperature.

제3도는 어닐링 온도 변화에 따른 강유전체 커패시터의 히스테리시스 루프를 보여주는 그래프.3 is a graph showing a hysteresis loop of a ferroelectric capacitor according to a change in annealing temperature.

제4a도 내지 제4d도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도.4A through 4D are flowcharts sequentially showing processes of a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

제5도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 패시베이션막 증착후의 SEM 사진.5 is a SEM photograph after deposition of a passivation film of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

제6도는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션막 증착 전후의 센싱 전하를 보여주는 그래프.Figure 6 is a graph showing the sensing charge before and after passivation film deposition according to the conventional and embodiments of the present invention.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

2, 100 : 반도체 기판 4, 102 : 소자격리막2, 100: semiconductor substrate 4, 102: device isolation film

6, 104 : 게이트 전극 8, 106 : 제 1 층간절연막6, 104: gate electrode 8, 106: first interlayer insulating film

9, 107 : 캡핑층 10, 108 : 커패시터 하부전극9, 107: capping layer 10, 108: capacitor lower electrode

11, 109 : 강유전체막 12, 110 : 커패시터 상부전극11, 109: ferroelectric film 12, 110: capacitor upper electrode

14, 112 : 커패시터 16, 114 : 제 2 층간절연막14, 112 capacitor 16, 114 second interlayer insulating film

18a, 18b, 116a, 116b : 제 1 금속 콘택18a, 18b, 116a, 116b: first metal contact

20, 118 : 제 3 층간절연막 22, 120 : 제 2 금속 콘택20, 118: third interlayer insulating film 22, 120: second metal contact

24, 122 : 패시베이션막24, 122: passivation film

[구성][Configuration]

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 소자격리막을 갖는 반도체 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 소자격리막 상부의 제 1 절연층 상에 커패시터 하부전극, 커패시터 유전체막, 그리고 커패시터 상부전극을 차례로 형성하여 커패시터를 형성하는 단계; 상기 커패시터를 포함하여 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연층 및 제 1 절연층을 뚫고 상기 커패시터 하부전극 및 반도체 기판과 동시에 전기적으로 접속되도록 제 1 금속 콘택을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속 콘택을 포함하여 제 2 절연층 상에 제 3 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연층 및 제 2 절연층을 뚫고 상기 커패시터 상부전극과 전기적으로 접속되도록 제 2 금속 콘택을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 금속 콘택을 포함하여 제 3 절연층 상에 패시베이션막을 형성하되, 상기 제 1 금속 콘택과 커패시터 하부전극이 상호 반응하는 온도 및 상기 제 2 금속 콘택과 커패시터 상부전극이 상호 반응하는 온도보다 낮은 온도에서 형성한다.According to the present invention for achieving the above object, a manufacturing method of a semiconductor memory device, comprising: forming a first insulating layer on a semiconductor substrate having a device isolation film; Forming a capacitor by sequentially forming a capacitor lower electrode, a capacitor dielectric layer, and a capacitor upper electrode on the first insulating layer above the device isolation layer; Forming a second insulating layer on the first insulating layer including the capacitor; Forming a first metal contact through the second insulating layer and the first insulating layer to be electrically connected to the capacitor lower electrode and the semiconductor substrate at the same time; Forming a third insulating layer on the second insulating layer including the first metal contact; Forming a second metal contact through the third insulating layer and the second insulating layer to be electrically connected to the upper electrode of the capacitor; And forming a passivation film on the third insulating layer including the second metal contact, wherein a temperature at which the first metal contact and the capacitor lower electrode react with each other and a temperature at which the second metal contact and the capacitor upper electrode react with each other. Form at low temperatures.

[작용][Action]

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 반도체 메모리 장치의 제조 방법은, 커패시터 전극들과 전기적으로 접속되는 금속 콘택 공정 후, 반도체 기판 전면에 패시베이션막이 증착 된다. 이때, 상기 패시베이션막을 250℃ 이하의 저온에서 증착 함으로써, 패시베이션막 증착에 따른 수소 침투 및 스트레스를 최소화 할 수 있고, 확산 방지막 없이도 금속 콘택들과 커패시터 전극들이 상호 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 커패시터의 특성이 열화 되는 것을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 6, in the novel semiconductor memory device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a passivation film is deposited on the entire surface of a semiconductor substrate after a metal contact process electrically connected to capacitor electrodes. At this time, by depositing the passivation film at a low temperature of 250 ℃ or less, it is possible to minimize the hydrogen penetration and stress caused by the passivation film deposition, and to prevent the metal contacts and the capacitor electrodes react with each other without a diffusion barrier, thereby The deterioration of the characteristics can be prevented.

[실시예]EXAMPLE

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 6.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법의 공정들을 순차적으로 보여주는 흐름도 이다.4A through 4D are flowcharts sequentially illustrating processes of a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 제조 방법은 먼저, 반도체 기판(100) 상에 활성 영역과 비활성 영역을 정의하여 소자격리막(102)이 형성된다. 상기 활성 영역의 반도체 기판(100)에 게이트 산화막(도면에 미도시) 및 게이트 전극(104), 그리고 소오스/드레인 영역(도면에 미도시)을 포함하는 트랜지스터(transistor)가 형성된다.Referring to FIG. 4A, in the method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, an isolation layer 102 is formed on a semiconductor substrate 100 by defining an active region and an inactive region. A transistor including a gate oxide film (not shown) and a gate electrode 104 and a source / drain region (not shown) are formed in the semiconductor substrate 100 in the active region.

상기 트랜지스터를 포함하여 반도체 기판(100) 전면에 평탄한 상부 표면을 갖는 제 1 층간절연막(106)이 형성된다.Including the transistor, a first interlayer insulating film 106 having a flat upper surface is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 100.

도 4b에 있어서, 상기 제 1 층간절연막(106) 상에 커패시터 하부전극(108), 강유전체막(109), 커패시터 상부전극(110)을 포함하는 강유전체 커패시터(112)가 형성된다. 상기 커패시터 하부전극(108) 및 상부전극(110)은 일반적으로 플라티늄(Pt)으로 형성되고 여기서는, 각각 약 2300Å 및 약 2300Å의 두께로 형성된다. 상기 강유전체막(109)은 예를 들어, Pb(Zr, Ti)O[PZT] 또는 Pb(La)(Zr, Ti)O[PLZT] 등으로 형성되고, 여기서는 약 2500Å 두께의 PZT로 형성된다. 상기 강유전체 커패시터(112)를 덮도록 TiO2등으로 캡핑층(107b)이 형성된다. 이 캡핑층(107b)은 강유전체막(109)이 후속 공정에서 다른 물질과 반응하는 것을 방지하기 위해 형성된다. 상기 제 1 층간절연막(106)과 커패시터 하부전극(108) 사이에도 캡핑층(107a)이 더 형성될 수 있다.In FIG. 4B, a ferroelectric capacitor 112 including a capacitor lower electrode 108, a ferroelectric layer 109, and a capacitor upper electrode 110 is formed on the first interlayer insulating layer 106. The capacitor lower electrode 108 and the upper electrode 110 are generally formed of platinum (Pt), and here, are formed to a thickness of about 2300 kPa and about 2300 kPa, respectively. The ferroelectric film 109 is formed of, for example, Pb (Zr, Ti) O [PZT] or Pb (La) (Zr, Ti) O [PLZT] or the like, and is formed of PZT having a thickness of about 2500 kPa. A capping layer 107b is formed of TiO 2 to cover the ferroelectric capacitor 112. This capping layer 107b is formed to prevent the ferroelectric film 109 from reacting with other materials in subsequent processes. A capping layer 107a may be further formed between the first interlayer insulating layer 106 and the capacitor lower electrode 108.

상기 캡핑층(107b)을 포함하여 제 1 층간절연막(106) 상에 제 2 층간절연막(114)이 형성된다. 상기 제 2 층간절연막(114), 제 1 층간절연막(106), 그리고 캡핑층(107b)을 뚫고 소오스/드레인 영역과 전기적으로 접속되고, 소오스/드레인 영역 및 커패시터 하부전극(108)과 동시에 전기적으로 접속되도록 각각의 제 1 금속 콘택(116a, 116b)이 형성된다.A second interlayer insulating film 114 is formed on the first interlayer insulating film 106 including the capping layer 107b. The second interlayer insulating film 114, the first interlayer insulating film 106, and the capping layer 107b are electrically connected to the source / drain regions and electrically connected to the source / drain regions and the capacitor lower electrode 108 at the same time. Each of the first metal contacts 116a and 116b is formed to be connected.

도 4c를 참조하면, 상기 제 1 금속 콘택들(116a, 116b)을 포함하여 제 2 층간절연막(114) 상에 제 3 층간절연막(118)이 형성되고, 상기 제 3 층간절연막(118), 제 2 층간절연막(114), 그리고 캡핑층(107b)을 뚫고 상기 커패시터 상부전극(110)과 전기적으로 접속되도록 제 2 금속 콘택(120)이 형성된다. 상기 제 1 및 제 2 금속 콘택(116a, 116b, 120)은 예를 들어, 스퍼터링(sputtering) 증착 방법에 의한 알루미늄(Al)으로 형성된다.Referring to FIG. 4C, a third interlayer dielectric layer 118 is formed on the second interlayer dielectric layer 114 including the first metal contacts 116a and 116b, and the third interlayer dielectric layer 118 and the third interlayer dielectric layer 118 are formed. The second metal contact 120 is formed to penetrate the second interlayer insulating film 114 and the capping layer 107b and to be electrically connected to the capacitor upper electrode 110. The first and second metal contacts 116a, 116b, and 120 are formed of aluminum (Al) by, for example, a sputtering deposition method.

마지막으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 금속 콘택(120)을 포함하여 제 3 층간절연막(118) 상에 패시베이션막(122)이 약 6000Å의 두께로 증착 된다.Finally, as shown in FIG. 4D, the passivation film 122 is deposited on the third interlayer insulating film 118 including the second metal contact 120 to a thickness of about 6000 kPa.

상기 패시베이션막(122)은 예를 들어, 산화막으로서 상기 금속 콘택 물질(Al)과 커패시터 전극 물질(Pt)이 반응하는 온도보다 낮은 온도 즉, 250℃ 보다 낮은 온도에서 증착 된다. 바람직하게는 200℃ 이하에서 증착 된다.For example, the passivation layer 122 is deposited at a temperature lower than the temperature at which the metal contact material Al and the capacitor electrode material Pt react as an oxide film, that is, lower than 250 ° C. Preferably it is deposited at 200 ° C or less.

상기 패시베이션막(122)은 P-silane 베이스(SiH4based PECVD) 산화막, PE-TEOS 산화막, PSG, BPSG, 그리고 USG 중 적어도 하나 이상으로 형성된다. 한편, ECR 산화막은 200℃ 이하에서 형성되더라도, 스텝 커버리지가 매우 좋지 못하므로 패시베이션막으로 부적합하다.The passivation film 122 is formed of at least one of a P-silane base (SiH 4 based PECVD) oxide film, a PE-TEOS oxide film, PSG, BPSG, and USG. On the other hand, even if the ECR oxide film is formed at 200 ° C. or lower, the step coverage is not very good, and thus it is not suitable as a passivation film.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 장치의 패시베이션막 증착후의 SEM 사진이고, 도 6은 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 패시베이션막 증착 전후의 센싱 전하를 보여주는 그래프이다.5 is a SEM photograph after passivation film deposition of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a graph showing the sensing charge before and after passivation film deposition according to the prior art and the embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 상기 패시베이션막(122)으로서 PE-TEOS 산화막이 200℃ 이하의 온도에서 증착된 것으로, 커패시터 전극과 콘택 전극 사이에 이들의 반응물이 형성되지 않았음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the PE-TEOS oxide film is deposited as the passivation film 122 at a temperature of 200 ° C. or less, and it can be seen that their reactants are not formed between the capacitor electrode and the contact electrode.

또한, 도 6에 있어서, 종래 ECR 산화막을 패시베이션막으로 사용한 경우의 센싱 전하는 패시베이션막 증착 전의 센싱 전하 본 발명의 실시예에 따른 190℃에서 (약 9μC/㎠)에 비해 약 1μC/㎠로 크게 감소된 반면, 형성된 P-silane 베이스 산화막 및 200℃에서 형성된 PE-TEOS 산화막의 경우는 센싱 전하가 그대로 유지됨을 알 수 있다.(단, 인가 전압 3V) 이때, 상기 ECR 산화막의 경우, 커패시터 전극들과 콘택 전극들 사이에 확산 방지막(TiN)이 형성되어 있다.In addition, in FIG. 6, the sensing charge when the conventional ECR oxide film is used as the passivation film is significantly reduced to about 1 μC / cm 2 at 190 ° C. (about 9 μC / cm 2) at 190 ° C. according to an embodiment of the present invention. On the other hand, in the case of the formed P-silane base oxide film and the PE-TEOS oxide film formed at 200 ° C., it can be seen that the sensing charge is maintained as it is (except voltage of 3V). The diffusion barrier layer TiN is formed between the contact electrodes.

이와 같이, 본 발명에 따른 반도체 메모리 장치의 커패시터 형성 방법에 의하면, 커패시터 전극들과 콘택 전극들 사이에 확산 방지막을 형성하지 않더라도 커패시터 전극들과 콘택 전극들 사이의 반응이 방지되고, 패시베이션막 증착 후에도 강유전체 커패시터의 특성이 유지된다.As described above, according to the method of forming a capacitor of a semiconductor memory device according to the present invention, even if a diffusion barrier is not formed between the capacitor electrodes and the contact electrodes, the reaction between the capacitor electrodes and the contact electrodes is prevented, and even after the passivation layer is deposited. The characteristics of the ferroelectric capacitor are maintained.

본 발명은 종래 패시베이션막을 200℃ 이상의 온도에서 증착함에 따라, 패시베이션막 증착시 발생되는 스트레스 및 수소 침투로 인하여 강유전체 커패시터의 센싱 전하가 감소되는 문제점 및 커패시터 전극들과 금속 콘택들이 상호 반응함에 따라 커패시터 특성이 열화 되는 문제점을 해결한 것이다.According to the present invention, as the conventional passivation film is deposited at a temperature of 200 ° C. or higher, the sensing charge of the ferroelectric capacitor is reduced due to the stress and hydrogen penetration generated during the deposition of the passivation film, and the characteristics of the capacitors as the capacitor electrodes and the metal contacts react with each other. This deterioration problem is solved.

상기 패시베이션막을 200℃ 이하의 저온에서 증착함으로써, 패시베이션막 증착에 따른 수소 침투 및 스트레스를 최소화 할 수 있고, 확산 방지막 없이도 금속 콘택들과 커패시터 전극들이 상호 반응하는 것을 방지할 수 있으며, 이로써 커패시터의 특성이 열화 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.By depositing the passivation film at a low temperature of 200 ° C. or less, hydrogen penetration and stress due to the passivation film deposition can be minimized, and the metal contacts and the capacitor electrodes can be prevented from interacting with each other without the diffusion barrier, thereby the characteristics of the capacitor. There is an effect that can prevent this deterioration.

Claims (2)

소자격리막을 갖는 반도체 기판 상에 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 소자격리막 상부의 상기 제 1 절연층 상에 커패시터 하부전극, 커패시터 유전체막, 그리고 커패시터 상부전극을 차례로 형성하여 커패시터를 형성하는 단계; 상기 커패시터를 포함하여 상기 제 1 절연층 상에 제 2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연층 및 상기 제 1 절연층을 뚫고 상기 커패시터 하부전극 및 상기 반도체 기판과 동시에 전기적으로 접속되도록 제 1 금속 콘택을 형성하는 단계; 상기 제 1 금속 콘택을 포함하여 상기 제 2 절연층 상에 제 3 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연층 및 상기 제 2 절연층을 뚫고 상기 커패시터 상부전극과 전기적으로 접속되도록 제 2 금속 콘택을 형성하는 단계; 및 상기 제 2 금속 콘택을 포함하여 상기 제 3 절연층 상에 250℃ 이하의 저온에서 플라즈마 CVD 방식으로 패시베이션막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.Forming a first insulating layer on the semiconductor substrate having the device isolation film; Forming a capacitor by sequentially forming a capacitor lower electrode, a capacitor dielectric layer, and a capacitor upper electrode on the first insulating layer on the device isolation layer; Forming a second insulating layer on the first insulating layer including the capacitor; Forming a first metal contact through the second insulating layer and the first insulating layer to be electrically connected to the capacitor lower electrode and the semiconductor substrate at the same time; Forming a third insulating layer on the second insulating layer including the first metal contact; Forming a second metal contact through the third insulating layer and the second insulating layer to be electrically connected to the capacitor upper electrode; And forming a passivation film on the third insulating layer by the plasma CVD method at a low temperature of 250 ° C. or lower including the second metal contact. 제1항에 있어서, 상기 패시베이션막은, P-silane 베이스 산화막, PE-TEOS 산화막, PSG, BPSG, 그리고 USG 중 적어도 하나 이상으로 형성되는 반도체 장치의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the passivation film is formed of at least one of a P-silane base oxide film, a PE-TEOS oxide film, a PSG, a BPSG, and a USG.
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