KR100311034B1 - Method for manufacturing capacitor of semiconductor device - Google Patents

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KR100311034B1 KR1019940040666A KR19940040666A KR100311034B1 KR 100311034 B1 KR100311034 B1 KR 100311034B1 KR 1019940040666 A KR1019940040666 A KR 1019940040666A KR 19940040666 A KR19940040666 A KR 19940040666A KR 100311034 B1 KR100311034 B1 KR 100311034B1
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박순오
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삼성전자 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device is provided to be capable of preventing the fatigue phenomenon and the generation of an oxide layer at the sidewall of a storage node by using a lower electrode. CONSTITUTION: An insulating layer(42) having contact holes, is formed on a substrate(30). A spacer(44) is formed at both sidewalls of the contact hole. A conductive layer(48) is formed in the contact hole. A storage node pattern is formed at the contact hole region by sequentially depositing and patterning an adhesion layer(50) and a diffusion barrier(52) on the entire surface of the resultant structure. After depositing a platinum layer on the storage node pattern, a lower electrode(54) is formed by carrying out an etch-back process at the platinum layer. Then, a dielectric layer(56) and an upper electrode(58) are sequentially deposited on the resultant structure.

Description

반도체 장치의 캐패시터 제조방법Capacitor Manufacturing Method of Semiconductor Device

본 발명은 반도체장치의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로 특히, 고유전체막을 이용한 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a capacitor using a high dielectric film.

회로가 고집적화 됨에 따라 메모리 셀의 캐패시터 충전 전하는 감소되고, 메모리 셀 면적은 작아지고 있다. 따라서, 회로를 구성하는 소자들 간의 간격은 상대적으로 좁아지고 그에 따라 소자를 구성하는 기술 또한 점점 복잡화 되어가고 있다. 이에 따라 작지만 충분한 용량를 갖는 캐패시터를 얻는 것이, 보다 진보된 고집적 반도체 장치 개발을 위한 가장 중요한 요소의 하나가 되었다. 이와같은 요구에 따라 메모리 셀의 캐패시터의 용량을 증가시키기 위한 여러방법이 제시되었고 많은 종류의 캐패시터가 등장했지만 캐패시터를 형성하는 기본구조는 어느 것이나 같다.As circuits become more integrated, capacitor charge charges in memory cells are reduced, and memory cell areas are becoming smaller. Therefore, the spacing between the elements constituting the circuit becomes relatively narrow, and accordingly, the technique of constituting the elements is also becoming more complicated. Accordingly, obtaining a capacitor with small but sufficient capacity has become one of the most important factors for the development of more advanced highly integrated semiconductor devices. According to such a demand, various methods for increasing the capacity of a capacitor of a memory cell have been proposed, and many kinds of capacitors have appeared, but the basic structure for forming the capacitor is the same.

메모리 셀에서의 캐패시터의 구조는 하부전극과 유전체 상부전극으로 구성되는 금속절연물 반도체(MIS:Metal Insulator Semiconductor)를 그 기본구조로 하고 있다. 회로의 집적화에 따라 셀에서 캐패시터가 차지하는 공간이 작아 짐으로서 캐패시터의 유효면적, 간격, 유전체의 유전율에 제한을 가지왔다. 상기의 캐패시터의 세 가지 구성요소중 간격은 적을수록 캐패시터의 용량을 증가 시킨다. 간격은 극판사이에 삽입되는 유전체의 성질가도 밀접한 관계가 있으며, 간격을 제한하는 주요인은 유전체의 누설전류와 파괴전압이다. 주어진 유전체막의 두께에서, 누설전류가 적어면 적을수록, 파괴전압이 크면 클수록 좋은 유전체가 된다.The structure of a capacitor in a memory cell is based on a metal insulator semiconductor (MIS) composed of a lower electrode and a dielectric upper electrode. With the integration of circuits, the space occupied by capacitors in cells has become smaller, which limits the effective area, spacing, and dielectric constant of the capacitors. The smaller the spacing of the three components of the capacitor increases the capacity of the capacitor. The spacing is closely related to the nature of the dielectric inserted between the plates. The main factors limiting the spacing are the leakage current and breakdown voltage of the dielectric. For a given dielectric film thickness, the smaller the leakage current, the larger the breakdown voltage, the better the dielectric.

캐패시터의 유효면적은 용량과 비례하지만 셀의 축소에 따라 면적이 축소된다. 따라서 제한 된 영역내에서 유효면적을 크게 하기 위한 여러가지 방법이 제시되었고 그 방법에 따라 플레너(planar), 트렌치(trench), 스택(stack), 반구(Hemisphere), 핀(pin), 실린더(cylinder)형을 비롯해서 이들의 복합형 등 다양한 종류의 캐패시터가 등장했다. 캐패시터의 유전체는 캐패시터의 극판간격 및 유효면적과 밀접한 관계가 있다. 큰 유전상수를 가지면서 두께를 얇게 할 수 있고, 누설전류가 적고, 파괴전압이 큰 유전체일수록 메모리 셀 내에서 캐패시터가 차지하는 공간을 작게 할 수 있다. 이와같은 유전체는 캐패시터의 용량을 증가 시킬 수 있고, 메모리 셀의 크기를 더 작게 할 수 있다. 따라서, 고유전체는 반도체 회로의 고집적화에 없어서는 안되는 필수요소의 하나이다.The effective area of the capacitor is proportional to the capacity but the area is reduced as the cell shrinks. Therefore, various methods for increasing the effective area within the limited area have been proposed and planar, trench, stack, hemisphere, pin and cylinder according to the method. Various types of capacitors have emerged, including molds and their complex types. The dielectric of the capacitor is closely related to the plate gap and the effective area of the capacitor. The larger the dielectric constant, the thinner the thickness, the less the leakage current and the larger the breakdown voltage, the smaller the space occupied by the capacitor in the memory cell. Such a dielectric can increase the capacitance of the capacitor and can make the memory cell smaller. Therefore, high dielectric constant is one of the indispensable elements for high integration of semiconductor circuits.

큰 유전상수를 갖는 대표적인 유전체로서는 오산화 이탄탈륨(Ta2O5)이나 삼산화 티타 스트론튬(SrTiO3:이하 STO라 한다), 삼산화 티타스트론튬화 바륨[(BaSr)TiO3:이하 BST라 한다]등이 있다. 오산화 이탄탈륨은 박막상태에서 누설전류가 크고 파괴전압이 작다는 문제점이 있다. 상기의 STO나 BST는 유전율이 300-600정도로 매우 높아서 반도체용 캐패시터에 적합 할 것으로 보이며, 앞으로 캐패시터의 공정단순화 및 MDRAM 이상의 고집적 반도체 장치에 대응 할 수 있을 것으로 여겨진다.Representative dielectric materials having a large dielectric constant include tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), titanium strontium trioxide (SrTiO 3 : hereinafter referred to as STO), and barium titanstrontium trioxide [(BaSr) TiO 3 : hereinafter referred to as BST]. have. Phenol pentoxide has a problem that the leakage current is large and the breakdown voltage is small in the thin film state. The STO and BST have a very high dielectric constant of about 300-600, which makes them suitable for semiconductor capacitors. In the future, STO and BST are expected to be able to cope with process simplification of capacitors and highly integrated semiconductor devices beyond MDRAM.

그러나 STO나 BST와 같은 고유전체를 사용하는 경우 스토리지 노드(Storage Node)의 상부전극으로 다결정 실리콘을 사용 할 수 없고, 산화가 잘되지 않는 백금(Pt)를 사용해야 한다. 백금(Pt)을 사용하는 경우 실리콘이나 산소의 확산방지 및 부착(adhesion)을 위한 일련의 층(layer)이 필요하게 된다. BST를 사용 할 경우확산방지층 및 부착층과 BST와의 직접접촉에 의해서 산화막(SiO2)이 발생하고 이로인해 접촉부분이 약해지고 누설전류가 발생한다.However, when using a high-k dielectric such as STO or BST, polycrystalline silicon cannot be used as an upper electrode of a storage node, and platinum (Pt), which does not oxidize well, must be used. The use of platinum (Pt) requires a series of layers to prevent diffusion and adhesion of silicon or oxygen. In case of using BST, oxide film (SiO2) is generated by direct contact between diffusion prevention layer and adhesion layer and BST, which causes weak contact area and leakage current.

최근, 초 고밀도 집적회로(VLSI:Very Large Scale IC)에 관한 1994년 심포지움에서 BST를 이용한 캐패시터에 관한 논문이 발표되었다. (참조 : A Memory Capacitor with BaxSr1-xTiO3(BST) Film for Advanced DRAM) 상기 논문에 의하면 캐패시터 제조후 어닐링(annealing)과정에서 발생되는 Si-Pt반응에 의한 규화물(silicide)이 생성되는데 이를 막기위해 확산방지층이 사용되었다. 또한 BST와 확산방지층 및 부착층과의 직접접촉에 의한 반응을 제거하기 위해 화학기상층착에 의한 산화막(CVDSiO2)을 스토리지 노드 측벽에 형성 시켰다. 상기 BST를 이용한 캐패시터 제조방법에 대해서 도면과 함께 상세하게 설명한다.Recently, a paper on capacitors using BST was published at the 1994 Symposium on Very Large Scale ICs (VLSIs). (Reference: A Memory Capacitor with Ba x Sr 1-x TiO 3 (BST) Film for Advanced DRAM) According to the above paper, silicide is formed by Si-Pt reaction generated during annealing after capacitor manufacturing. To prevent this, a diffusion barrier layer was used. In addition, in order to remove the reaction due to the direct contact between the BST, the diffusion barrier layer and the adhesion layer, an oxide film (CVDSiO 2 ) by chemical vapor deposition was formed on the sidewall of the storage node. A capacitor manufacturing method using the BST will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1A도 내지 제1F도는 종래의 기술을 이용한 캐패시터 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.1A to 1F are diagrams showing step-by-step steps of a capacitor manufacturing method using a conventional technique.

제1A도는 패드폴리실리콘을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 실리콘기판(도시안됨)상에 웰(well:1)를 형성한 다음, 인접소자와의 접촉방지를 위해 소자분리영역(3)을 만든다. 상기 결과물에 게이트전극(5)를 형성한다. 상기 게이트전극 전면에 절연체(7)을 얇게 증착한다. 계속해서 상기 결과물에 절연층을 증착해서 패터닝하여 제1컨택홀(8)을 갖는 절연막을 형성한다. 계속해서 상기 제1컨택홀에 패드폴리 실리콘(9)을 형성한다.1A illustrates the step of forming the pad polysilicon. Specifically, a well (1) is formed on a silicon substrate (not shown), and then an isolation region 3 is formed to prevent contact with an adjacent device. The gate electrode 5 is formed on the resultant. A thin insulator 7 is deposited on the entire surface of the gate electrode. Subsequently, an insulating layer is deposited and patterned on the resultant to form an insulating film having the first contact hole 8. Subsequently, pad polysilicon 9 is formed in the first contact hole.

제1B도는 제2컨택홀을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 제1A도의 결과물상에 브로포스포실리케이트 글래스(Borophosposilicate Glass 이하 BPSG라 한다. :11)을 증착하고 누설전류를 방지하기 위해 평탄화 한다. 제2컨택홀(13)을 형성하기 위해 상기 절연막상에 포토레지스트(도시안함)를 도포하여 패터닝한다. 상기 패터닝의해 드러난 BPSG(11)를 패드폴리 실리콘(9)계면까지 건식식각한다.1B illustrates a step of forming a second contact hole. Specifically, brophosposilicate glass (hereinafter referred to as BPSG: BPSG) on the resultant of FIG. 1A is deposited and planarized to prevent leakage current. In order to form the second contact hole 13, a photoresist (not shown) is applied and patterned on the insulating layer. The BPSG 11 exposed by the patterning is etched to the pad polysilicon 9 interface.

제1C도는 도전층을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 포토레지스트를 제거한 다음 LPCVD를 이용해서 질화막을 상기 제2컨택홀(13)에 얇게 증착한다. 계속해서 상기 결과물을 그대로 건식식각한 다음, 평탄화를 실시하면 상기 제2컨택홀(13) 측벽에 스페이서(spacer:15)가 형성된다. 상기 스페이서(15)는 다음공정인 도전층 형성 과정에서 세척과정(cleaning)시 BPSG의 소모를 막기 위한 것이다.1C shows a step of forming a conductive layer. Specifically, after removing the photoresist, a nitride film is deposited thinly in the second contact hole 13 by using LPCVD. Subsequently, the resultant is dry-etched as it is, and then planarized to form a spacer 15 on the sidewall of the second contact hole 13. The spacer 15 is to prevent the consumption of BPSG during the cleaning process in the process of forming the conductive layer, which is the next process.

상기 제2컨택홀(13)에 3000Å 정도의 다결정실리콘을 증착한 다음, n+이온을 주입시켜 도전층(17)을 형성한다.After depositing about 3000 GPa of polysilicon into the second contact hole 13, n + ions are implanted to form a conductive layer 17.

제1D도는 하부전극을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 절연막 및 도전층 전면을 에치-백(etch-back)한다음, 상기 절연막 및 도전층 위에 부착층(19)과 확산방지층(21) 및 하부전극(23)을 순차적으로 증착한다. 상기부착층(19) 및 확산방지층(21)으로는, 티타늄/질화티타늄(Ti/TiN) 또는 티타늄/질화티타늄/ 탄탈륨(Ti/TiN/Ta)등을 사용하고 상기 하부전극(23)으로는 백금(Pt)을 사용한다. 계속해서 하부전극(23)은 스퍼트 증착방식을 이용하여 상기 확산방지층(21)위에 1000-2000Å으로 증착한다.1D illustrates a step of forming the lower electrode. Specifically, the entire surface of the insulating film and the conductive layer is etched back, and then the adhesion layer 19, the diffusion barrier layer 21, and the lower electrode 23 are sequentially deposited on the insulating film and the conductive layer. Titanium / titanium nitride (Ti / TiN) or titanium / titanium nitride / tantalum (Ti / TiN / Ta) or the like is used as the adhesion layer 19 and the diffusion barrier layer 21, and the lower electrode 23 is used. Use platinum (Pt). Subsequently, the lower electrode 23 is deposited on the diffusion barrier layer 21 at 1000-2000 mW using the sputter deposition method.

제1E도는 고유전체막을 증착하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 하부전극(23)상에 포토레지스트를 도포한 다음, 스토리지 폴리마스크(S-Poly Mask)를 패터닝한다. 상기 패터닝에 의해 노드이외의 상기 하부전극(23), 확산방지층(21) 및 부착층(19)을 제거한다. 계속해서 유기 금속 화합물을 원료로 하는 기상에픽택셜법인 금속유기화학기상증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition 이하 MOCVD라 한다)방법을 이용하여 BST막(25)을 증착한다. 그 결과, 하부전극(23)의 상부 및 측벽과 부착층(19) 및 확산방지층(21)측벽에 BST막(25)이 증착된다.1E shows a step of depositing a high dielectric film. Specifically, a photoresist is applied on the lower electrode 23, and then a storage polymask is patterned. The lower electrode 23, the diffusion barrier layer 21, and the adhesion layer 19 other than the node are removed by the patterning. Subsequently, the BST film 25 is deposited using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, which is a vapor phase epitaxial method using an organic metal compound as a raw material. As a result, the BST film 25 is deposited on the upper and sidewalls of the lower electrode 23 and the sidewalls of the adhesion layer 19 and the diffusion barrier layer 21.

제1F도는 상부전극을 증착하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, BST막(25)위에 스퍼터 방식으로 상부전극(27)을 증착한다. 마무리단계로서 상기 결과물상에 포토레지스트를 증착하고 사진식각공정을 이용하여 셀 이외의 백금(Pt) 및 BST를 식각하여 제거하고 포토레지스트를 제거한다. 이어서 플라즈마강화 화학기상증착(Plasma-Enhanced CVD 이하 PECVD라 한다)방법을 이용하여 신화막(SiO2)을 얇게 도포하고 BPSG를 덮어서 평탄화 한 다음, 접촉금속을 형성하여 제패시터를 완성한다.1F illustrates a step of depositing an upper electrode. Specifically, the upper electrode 27 is deposited on the BST film 25 by sputtering. As a finishing step, a photoresist is deposited on the resultant, and by using a photolithography process, platinum (Pt) and BST other than cells are etched and removed, and photoresist is removed. Subsequently, a thin film of SiO 2 is applied using a plasma-enhanced chemical vapor deposition (hereinafter referred to as PECVD) method, the BPSG is covered and planarized, and a contact metal is formed to complete the capacitor.

종래 기술을 이용한 반도체 장치의 캐패시터 제조방법에 있어서는 스토리지 노드의 측벽에서 확산방지층(21) 및 부착층(19)이 BST층(25)과 직접 접촉함으로서 산화막(SiO2)을 형성시킴으로서 이 부분이 약해 질 수 있고, 따라서 누설전류가 발생된다. 또한 확산방지층(21) 및 부착층(19)이 BST층(25)과 직접접촉하는 것을 막기위해 산화막 스페이서(SiO2spacer)를 사용 할 경우, 이 부분의 약화는 방지 할 수 있겠으나 측벽에 또 하나의 유전질층이 추가 됨으로서 캐패시터에 유전물질을 하나 더 삽입한 것과 같은 효과를 나타낸다. 결과적으로 등가 산화막두께를 증가시켜서 캐패시터의 용량을 감소시키는 결과를 가져온다. 특히 측벽부분의 유전용량을 모두 잃게되고, 기가비터(Giga bit)정도의 고집적 반도체 장치에서는 스토리지 노드와 노드사이의 간격이 산화막 스페이서를 부착 할 만큼 넓지 않기 때문에 문제가 된다.In the capacitor manufacturing method of the semiconductor device using the prior art, this part is weak by forming the oxide film (SiO 2 ) by directly contacting the BST layer 25 with the diffusion barrier layer 21 and the adhesion layer 19 on the sidewall of the storage node. So that leakage current is generated. In addition, when an oxide spacer (SiO 2 spacer) is used to prevent the diffusion barrier layer 21 and the adhesion layer 19 from being in direct contact with the BST layer 25, the weakening of the portion may be prevented. The addition of one dielectric layer has the same effect as the insertion of another dielectric material into the capacitor. As a result, the equivalent oxide film thickness is increased, resulting in a reduction in the capacity of the capacitor. In particular, the dielectric capacitance of the sidewall portion is lost, and in the high-density semiconductor device having a gigabit level, the distance between the storage node and the node is not wide enough to attach the oxide spacer.

본 발명의 목적은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 하부전극을 부착층 및 확산방지층의 측벽까지 증착 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in which a lower electrode is deposited to sidewalls of an adhesion layer and a diffusion barrier layer in order to solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

기판상에 컨택홀을 갖는 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film having a contact hole on the substrate;

상기 컨택홀의 측벽에 스페이서(spacer)를 형성하는 단계;Forming a spacer on a sidewall of the contact hole;

상기 컨택홀에 도전층을 형성하는 단계;Forming a conductive layer in the contact hole;

상기 절연막 및 도전층의 전면에, 부착층 및 확산방지층을 순차적으로 증착하고 패터닝하여 상기 콘택홀 영역에서 스토리지노드 패턴을 평성하는 단계;Depositing and patterning an adhesion layer and a diffusion barrier layer on the entire surface of the insulating layer and the conductive layer to planarize the storage node pattern in the contact hole region;

상기 스토리지노드 패턴상에 백금을 증착하고 에치-백(etch-back)하여 하부전극을 형성하는 단계;Depositing platinum on the storage node pattern and etching-back to form a lower electrode;

상기 하부전극위에 고유전체막을 증착하는 단계, 및Depositing a high dielectric film on the lower electrode, and

상기 고유전체막위에 상부전극을 증착하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 제공한다.It provides a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device comprising the step of depositing an upper electrode on the high dielectric film.

상기 스페이서(spacer)는 저유전체(예를들어, 질화막(Si3N4))를 사용하고, 상기 부착층 및 확산방지층으로는 Ti/TiN이나 Ti/TiN/Ta를 사용하며, 재료에 따라 그 두께를 다르게 하는 것이 바람직하다.The spacer uses a low dielectric material (for example, nitride film (Si 3 N 4 )), and Ti / TiN or Ti / TiN / Ta is used as the adhesion layer and the diffusion barrier layer. It is desirable to vary the thickness.

상기 하부전극으로는 내열성금속(예를들어 백금(Pt))을 사용하고, 에치-백(etch-back)을 실시 할 때는, 종말점(ending point)을 스토리지 노드패턴 사이의 절연막의 계면으로 한다. 그리고 상기 하부전극은 스토리지 노드패턴의 상부와 측벽부분을 감싸도록 형성한다. 상기 측벽부분의 하부전극은 전극으로 사용함과 동시에, 상기 확산방지층과 부착층이 상기 고유전체층과 직접접촉하는 것을 방지하게 한다.A heat resistant metal (for example, platinum Pt) is used as the lower electrode, and when etch-back is performed, an ending point is used as an interface between the insulating layers between the storage node patterns. The lower electrode is formed to surround the top and sidewall portions of the storage node pattern. The lower electrode of the sidewall portion is used as an electrode and prevents the diffusion barrier layer and the adhesion layer from directly contacting the high dielectric layer.

상기 고유전체막으로는 STO나 BST, 또는 기타 큰 유전상수를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 증착은 MOCVD방식을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 상부전극으로는 상기 하부전극과 같은 내열성금속을 사용 하는 것이 바람직하다.It is preferable to use STO, BST, or other material having a large dielectric constant as the high dielectric film, and deposition is preferably performed by MOCVD. As the upper electrode, it is preferable to use the same heat resistant metal as the lower electrode.

본 발명은 고유전체막과 확산방지층 및 부착층이 직접 접촉하지 않으므로서 캐패시터의 용량저하를 막을 수 있고, 스토리지노드의 측벽을 캐패시터로 활용 함으로서 캐패시터의 용량을 증가 시킬 수 있다.The present invention can prevent the lowering of the capacitor without directly contacting the high-k dielectric layer, the diffusion barrier layer, and the adhesion layer, and increase the capacity of the capacitor by utilizing the sidewall of the storage node as the capacitor.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.

제2A도 내지 제2F도는 본 발명을 이용한 캐패시터 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.2A to 2F are diagrams showing step by step a capacitor manufacturing method using the present invention.

제2A도는 컨택홀을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 기판(도시안함)상에 웰(well:30)를 형성하고, 소자분리절연충(32)을 형성한 다음, 게이트전극(34)을 형성한다. 계속해서 상기 게이트전극(34)의 절연막(36)을 형성하고, 패터닝하여 제1컨택홀(38)을 갖는 절연막을 증착한다. 상기 제1컨택홀(38)에 다결정실리콘을 채워서 패드폴리실리콘(40)을 형성한다. 상기 패드폴리 실리콘(40)이 형성된 기판상에 절연막(42)을 형성한다. 상기 절연막상에 포지형 포토레지스트(도시안함)를 도포한 다음, 패터닝한다. 상기 패터닝을 이용해서 건식식각하면 상기 절연막(42)은 패드폴리실리콘(40)계면까지 식각되고 컨택홀(46)이 형성된다. 계속해서 상기 포토레지스트를 화학약품을 이용한 습식이나 산소-플라즈마를 이용한 건식방식으로 제거한다. 상기 컨택홀(46)의 측벽에 스페이서(spacer : 44)를 형성하기위해 저압화학기상증착(Low Pressure CVD 이하 LPCVD라 한다 )방식을 이용하여 질화막(Si3N4)을 균일하게 증착한다. 계속해서 상기 결과물을 건식식각으로 에치-백(etch-back)하면 컨택홀 측벽에 스페이서 ( spacer: 44)가 형성된다.2A illustrates a step of forming a contact hole. Specifically, a well 30 is formed on a substrate (not shown), the device isolation insulating layer 32 is formed, and then the gate electrode 34 is formed. Subsequently, an insulating film 36 of the gate electrode 34 is formed and patterned to deposit an insulating film having the first contact hole 38. Pad polysilicon 40 is formed by filling polycrystalline silicon in the first contact hole 38. An insulating film 42 is formed on the substrate on which the pad polysilicon 40 is formed. A positive photoresist (not shown) is applied on the insulating film and then patterned. When the dry etching is performed using the patterning, the insulating layer 42 is etched to the pad polysilicon 40 interface and the contact hole 46 is formed. Subsequently, the photoresist is removed by a wet method using a chemical or a dry method using an oxygen-plasma. In order to form a spacer 44 on the sidewall of the contact hole 46, a nitride film Si 3 N 4 is uniformly deposited by using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). Subsequently, the resultant material is etched back by dry etching to form spacers 44 on the sidewalls of the contact holes.

상기 질화막 스페이서(spacer:44)는 이후에 진행 될 도전층 세척과정(Cleaning)에서 절연막(42)이 소모되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 컨택홀(46)에 LPCVD를 이용하여 다결정실리콘을 약 3000Å증착하고 n+이온을 주입하여 도전층을 형성한다.The nitride layer spacer 44 is to prevent the insulating layer 42 from being exhausted in the subsequent cleaning of the conductive layer. In the contact hole 46, polysilicon is deposited by about 3,000 kPa by LPCVD and n + ions are implanted to form a conductive layer.

제2B도는 부착층 및 확산방지층을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 상기 절연막(42) 및 도전층(48)의 전면을 건식식각으로 애치-백(etch-back)한다.상기 결과물상에 CVD방식을 이용해서 티타늄과 질화티타늄(Ti/TiN) 또는 티타늄과 질화티타늄 및 탄탈륨(Ti/TiN/Ta)같은 저유전체막을 사용하여 부착층(50)과 확산방지층(52)을 형성한다. Ti/TiN을 사용 할 때는 Ti를 400, TiN을 600Å 정도 증착하고, Ti/TiN/Ta를 사용 할 때는 Ti를 200, TiN을 400, Ta를 400Å 증착한다.2B shows the steps of forming an adhesion layer and a diffusion barrier layer. Specifically, the entire surface of the insulating film 42 and the conductive layer 48 is etch-back by dry etching. Titanium and titanium nitride (Ti / TiN) or titanium using the CVD method on the resultant The adhesion layer 50 and the diffusion barrier layer 52 are formed by using a low dielectric film such as titanium nitride and tantalum (Ti / TiN / Ta). When using Ti / TiN, Ti is deposited about 400 and TiN is about 600Å. When using Ti / TiN / Ta, Ti is deposited on 200, TiN is deposited on 400, and Ta is deposited on 400Å.

제2C도는 하부전극을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로는, 제2B도에서 확산방지층(52)위에 포지형 포토레지스트막(도시안함)을 얇게 증착한다. 상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 컨택홀(46)영역에서 상기 부착층(50) 및 확산방지층(52) 건식식각하여 스토리지노드 패턴을 형성한다. 계속해서 상기 스토리지노드 패턴부분에 있는 포토레지스트를 현상하여 제거 한다. 이어서 상기 스토리지노드 패턴상에 직류 마그네트론 스퍼트(DC Magnetron Sputter)방식을 이용해서 내열성금속(예를들어 백금(Pt))을 증착하여 하부전극(54) 형성한다.2C illustrates a step of forming the lower electrode. Specifically, in FIG. 2B, a positive photoresist film (not shown) is deposited thinly on the diffusion barrier layer 52. FIG. The photoresist is patterned to dry-etch the adhesion layer 50 and the diffusion barrier layer 52 in the contact hole 46 to form a storage node pattern. Subsequently, the photoresist in the storage node pattern portion is developed and removed. Subsequently, a heat resistant metal (for example, platinum (Pt)) is deposited on the storage node pattern by using a DC magnetron sputter method to form a lower electrode 54.

상기 하부전극(54)의 예로서 백금(Pt)을 사용 할 경우, 스토리지 노드(storage node)패턴을 형성하는 상기 확산방지층(52)과 부착층(50)중에서 상기 확산방지층(52)의 상부에는 1000-2000Å 스토리지 노드 패턴 사이의 절연막(42) 계면위에는 600-l200Å, 스토리지노드패턴을 형성하는 상기 확산방지층(52)과 부착층(50)의 측벽에는 300-400Å 정도가 증착된다. 상기 확산방지층(52)과 부착층(50)의 측벽의 백금(Pt)은 고유전체막(예를들어 BST)과 확산방지층(52)및 부착층(50)의 직접 접촉을 방지하므로, 캐패시터의 용량 저하를 막고 스토리지 노드 측벽을 캐패시터로 활용 할 수 있다. 따라서 종래의 부착층 및 확산방지층의 노드측벽과 절연막의 접촉에 의해서 나타나는 산화현상도 막을 수 있다.When platinum Pt is used as an example of the lower electrode 54, an upper portion of the diffusion barrier layer 52 and the adhesion layer 50 forming a storage node pattern may be formed on the upper portion of the diffusion barrier layer 52. 600-200 Å is deposited on the insulating film 42 interface between the 1000-2000 Å storage node patterns, and 300-400 Å is deposited on the sidewalls of the diffusion barrier layer 52 and the adhesion layer 50 forming the storage node pattern. Platinum Pt on the sidewalls of the diffusion barrier layer 52 and the adhesion layer 50 prevents direct contact between the high dielectric film (for example, BST), the diffusion barrier layer 52, and the adhesion layer 50. To prevent capacity degradation, the storage node sidewall can be used as a capacitor. Therefore, the oxidation phenomenon caused by the contact between the insulating layer and the node side wall of the conventional adhesion layer and the diffusion barrier layer can also be prevented.

제2D도는 하부전극을 식각하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 스토리지 노드패턴을 형성하는 상기 확산방지층(52)과 부착층(50)의 측벽과 상기 확산방지층(52)의 상부 이외의 부분에 있는 상기 하부전극(54)재료를 건식식각하여 제거한다. 상기 하부전극(54)을 건식식각한 결과, 스토리지 노드패턴 사이의 하부전극이 제거되고, 동시에 상기 확산방지층(52)상부의 하부전극(54)도 600-l200Å 정도가 제거되고 400-800Å 정도만 남는다. 결과적으로, 스토리지 노드패턴 즉,상기 확산방지층(52) 및 부착층(50)의 측벽과 상기 확산방지층(52)의 상부를 감싸도록 하부전극(54)이 형성한다.2D shows etching the lower electrode. Specifically, the material of the lower electrode 54 on the sidewalls of the diffusion barrier layer 52 and the adhesion layer 50 and the portion other than the upper portion of the diffusion barrier layer 52 forming the storage node pattern is removed by dry etching. . As a result of the dry etching of the lower electrode 54, the lower electrode between the storage node patterns is removed, and at the same time, the lower electrode 54 on the diffusion barrier layer 52 is also removed about 600-l200 되고, leaving only about 400-800 Å. . As a result, the lower electrode 54 is formed to surround the storage node pattern, that is, the sidewalls of the diffusion barrier layer 52 and the adhesion layer 50 and the upper portion of the diffusion barrier layer 52.

제2E도는 하부전극위에 고유전체막을 증착하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, MOCVD방식을 이용하여 고유전체막(예를들면BST:56)을 약 600Å 정도 증착한다. 그 결과 인접 스토리지노드패턴 사이의 접촉에 의한 용량 저하를 방지 할 수 있다.2E shows a step of depositing a high dielectric film on the lower electrode. Specifically, a high dielectric film (e.g., BST: 56) is deposited by about 600 kV using the MOCVD method. As a result, capacity degradation due to contact between adjacent storage node patterns can be prevented.

제2F도는 상기 고유전체막위에 상부전극을 증착하는 단계를 나타낸다. 구체적으로 고유전체막(56)위에 직류 마그네트론 스퍼트(DC megnetron sputter)방식을 이용해서 상부전극(예를들어 백금(Pt):58)을 증착한다. 계속해서 건식식각을 이용해서 노드 이외의 넓은 부위에 남아있는 고유전체막과 상부 및 하부 전극물질를 식각한다. 계속해서 CVD방법을 이용하여 산화막을 증착하고 BPSG를 덮고 리플로우(reflow)하여 평탄화 한 다음 금속접촉을 실시하여 캐패시터를 완성한다.2F illustrates depositing an upper electrode on the high dielectric film. Specifically, an upper electrode (for example, platinum (Pt) 58) is deposited on the high dielectric film 56 by using a DC megnetron sputter method. Subsequently, dry etching is used to etch the high-k dielectric film and the upper and lower electrode materials remaining in the wide area other than the node. Subsequently, an oxide film is deposited using a CVD method, the BPSG is covered, reflowed and planarized, and metal contact is performed to complete the capacitor.

이상의 본 발명은 부착층(50)과 확산방지층(52)을 먼저 증착한다음, 상부전극(54)을 별도의 공정으로 증착한다. 그리고 부착층(50)과 확산방지층(52)을 먼저 식각하여 제거한 다음, 하부전극(54)을 제거한다. 따라서 종래의 하부전극(23)를산화막 마스크로 식각해야 함으로서 생기는 공정의 복잡함을 피할 수 있다. 또한 스토리지 노드와 노드사이의 좁은 공간에 산화막 스페이서(spacer)를 형성 함으로서 생기는 캐패시터의 용량저하를 막음과 동시에 노드사이에 유전물질이 차게 됨으로서 발생하는 간격의 협소함을 막을 수 있다. 또한 본 발명은 하부전극(54)이 확산방지층(52) 및 부착층(50)과 고유전체막의 직접적인 접촉을 방지 함으로서 산화막(SiO2)의 발생을 방지 할 수 있게 한다. 따라서 캐패시터 용량을 증가시킬 수 있을 뿐만아니라 스토리지 노드의 측벽을 캐패시터의 유효면적으로 이용 함으로서 캐패시터의 유효면적이 증가 되고, 결과적으로 캐패시터 용량을 더욱 증가 시킬 수 있다. 그리고 더욱 미세화 된 패턴에서도 산화막스페이서 (SiO2)를 사용하지 않으므로서 공정마진이 높아지는 잇점이 있다,In the present invention, the adhesion layer 50 and the diffusion barrier layer 52 are deposited first, and then the upper electrode 54 is deposited in a separate process. The adhesion layer 50 and the diffusion barrier layer 52 are first etched and removed, and then the lower electrode 54 is removed. Therefore, the complexity of the process caused by etching the lower electrode 23 with the oxide film mask can be avoided. In addition, it is possible to prevent the capacitor from declining due to the formation of an oxide spacer in a narrow space between the storage node and the node, and to prevent the narrowing of the gap caused by filling the dielectric material between the nodes. In addition, the present invention prevents the lower electrode 54 from directly contacting the diffusion barrier layer 52 and the adhesion layer 50 with the high-k dielectric film, thereby preventing the occurrence of the oxide film (SiO 2 ). Therefore, not only can the capacitor capacity be increased, but also the effective area of the capacitor can be increased by using the sidewall of the storage node as the effective area of the capacitor. As a result, the capacitor capacity can be further increased. In addition, even finer patterns do not use oxide spacers (SiO 2 ), which increases the process margin.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 실시가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications can be made by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

제1A도 내지 제1F도는 종래의 기술을 이용한 캐패시터 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.1A to 1F are diagrams showing step-by-step steps of a capacitor manufacturing method using a conventional technique.

제2A도 내지 제2F도는 본 발명을 이용한 캐패시터 제조방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.2A to 2F are diagrams showing step by step a capacitor manufacturing method using the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

1, 30 : 웰(well) 3,32 : 소자분리 절연층1, 30: well 3,32: device isolation insulating layer

5, 34 : 게이트 전극 7,36 : 절연막, 게이트전극5, 34: gate electrode 7,36: insulating film, gate electrode

8, 38: 제1컨택홀(Contact Hole)8, 38: first contact hole

9, 40 : 패드폴리실리콘 11, 42 : 절연막(BPSG)9, 40: pad polysilicon 11, 42: insulating film (BPSG)

13, 46 :제2컨택홀 15, 44 : 스페이서(spacer)13, 46: second contact hole 15, 44: spacer

17, 48 : 도전층 19, 50 : 부착층 (adhesion)17, 48: conductive layer 19, 50: adhesion layer

21, 52 : 확산방지층(barrier) 23, 54 : 하부전극21, 52: diffusion barrier layer (barrier) 23, 54: lower electrode

25, 56 : 유전체막 27, 58 : 상부전극25, 56: dielectric film 27, 58: upper electrode

Claims (3)

기판상에 컨택홀을 갖는 절연막을 형성하는 단계:Forming an insulating film having a contact hole on the substrate: 상기 컨택홀의 측벽에 스페이서(spacer)를 형성하는 단계:Forming a spacer on a sidewall of the contact hole: 상기 컨택홀에 도전층을 형성하는 단계:Forming a conductive layer in the contact hole: 상기 절연막 및 도전층의 전면에 부착층 및 확산방지층을 순차적으로 증착하고 패터닝하여 상기 콘택홀 영역에서 스토리지노드 패턴을 형성하는 단계:Sequentially depositing and patterning an adhesion layer and a diffusion barrier layer on the entire surface of the insulating layer and the conductive layer to form a storage node pattern in the contact hole region: 상기 스토리지노드 패턴상에 백금을 증착하고 에치-백(etch-back)하여 하부전극을 형성하는 단계:Depositing platinum on the storage node pattern and etching-back to form a lower electrode; 상기 하부전극위에 고유전체막을 증착하는 단계, 및Depositing a high dielectric film on the lower electrode, and 상기 고유전체막위에 상부전극를 증착하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.And depositing an upper electrode on the high dielectric film. 제1항에 있어서, 상기 부착층 및 확산방지층은 Ti/TiN 이나 Ti/TiN/Ta을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the adhesion layer and the diffusion barrier layer are formed using Ti / TiN or Ti / TiN / Ta. 제1항에 있어서, 상기 하부전극은 스토리지 노드 패턴의 상부와 측벽을 감싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the lower electrode is formed to surround an upper sidewall and a sidewall of a storage node pattern.
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KR100400290B1 (en) * 1996-12-31 2003-12-24 주식회사 하이닉스반도체 Method for manufacturing capacitor of semiconductor device
CN108511424A (en) * 2018-05-30 2018-09-07 睿力集成电路有限公司 Integrated-circuit capacitor and its manufacturing method, semiconductor devices

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