KR100334964B1 - Method for forming analog capacitor of MML device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 그 방법은 메모리 셀 어레이에 해당하는 반도체기판의 활성영역 상부에 게이트전극을 형성함과 동시에 로직회로부에 해당하는 필드산화막에 커패시터의 하부전극을 형성하며, 기판 전면에 이후 형성될 BPSG 층간 절연막의 이온이 기판으로 침투되는 것을 방지하면서 커패시터의 유전체로 사용될 TEOS막을 형성한 후에 TEOS막 상부에 질화물질의 식각 정지막을 적층하며, 로직회로부의 하부전극 상부에 있는 식각 정지막을 제외하고 이를 모두 제거한 후에 층간 절연막을 형성하며, 층간 절연막 및 식각 정지막을 선택 식각하여 로직회로부의 절연체박막 상부면에 개구부와 메모리 셀 어레이부의 소스/드레인 영역이 개방되는 콘택홀을 동시에 형성하며, 개구부에 상부전극을 형성함과 동시에 콘택홀을 통해서 소스/드레인과 접하는 비트라인을 형성한다. 이에 따라, 본 발명은 BPSG 층간 절연막과의 식각 선택비가 다른 식각 정지막에 의해 커패시터의 절연체박막의 특성을 해치지 않으면서 상부전극 및 비트라인의 영역을 확보하기 위한 콘택홀 제조 공정을 동시에 실시할 수 있어 마스크 공정을 단순화시킨다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing an analog capacitor of a composite semiconductor device. In particular, the method includes forming a gate electrode over an active region of a semiconductor substrate corresponding to a memory cell array, and at the same time a lower portion of the capacitor in a field oxide layer corresponding to a logic circuit. Forming an electrode, forming a TEOS film to be used as a dielectric of the capacitor while preventing ions of the BPSG interlayer insulating film to be formed on the front surface of the substrate, and then forming an etch stop film of the nitride material on the TEOS film, and the lower portion of the logic circuit portion After removing all of the etch stop layer except the upper part of the electrode, the interlayer insulating film is formed, and the interlayer insulating film and the etch stop film are selectively etched to open the contact and the source / drain region of the memory cell array unit in the opening and the upper surface of the insulator thin film. Forming holes at the same time, the upper electrode in the opening At the same time, a bit line contacting the source / drain is formed through the contact hole. Accordingly, the present invention can simultaneously perform the process of manufacturing a contact hole to secure the region of the upper electrode and the bit line without damaging the characteristics of the insulator thin film of the capacitor by an etch stop film having a different etching selectivity from the BPSG interlayer insulating film. It simplifies the mask process.
Description
본 발명은 메모리 셀 어레이와 로직회로를 원칩화한 복합 반도체장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 메모리 셀의 게이트전극 및 비트라인 공정시 PIP(Poly Insulator Poly)형 아날로그 커패시터의 제조 공정을 동시에 진행하여 제조 공정을 단축할 수 있는 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a composite semiconductor device in which a memory cell array and a logic circuit are integrated into one chip. In particular, the present invention relates to manufacturing a PIP (Poly Insulator Poly) type analog capacitor during a gate electrode and a bit line process of a memory cell. The present invention relates to an analog capacitor manufacturing method of a composite semiconductor device capable of shortening the process.
일반적으로, 반도체장치는 로직 회로에 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해서 ADC(Analog to Digital Converter) 내지 DAC( Digital to Analog Converter)등의 로직회로를 필요로 하고 있다. 이러한 로직회로들은 대개 폴리실리콘-절연체-폴리실리콘(PIP) 구조의 아날로그 커패시터를 사용하고 있다.In general, a semiconductor device requires a logic circuit such as an analog to digital converter (ADC) or a digital to analog converter (DAC) to convert an analog signal input to a logic circuit into a digital signal. These logic circuits usually use analog capacitors of polysilicon-insulator-polysilicon (PIP) structure.
한편, 최근에는 메모리 셀 에레이부와 로직회로부를 원칩화한 복합 반도체장치(Merged Memory Logic)의 등장으로 인해 멀티미디어 기능이 크게 향상되고 있으며 이로 인해 종전보다 반도체장치의 고집적화 및 고속화를 효과적으로 달성할 수 있게 되었다.Recently, multimedia functions have been greatly improved due to the emergence of a merged memory logic device in which a memory cell array unit and a logic circuit unit are integrated into one chip, and thus, higher integration and higher speed of semiconductor devices have been achieved. .
상기 복합 반도체장치에서 역시 ADC 내지 DCA 회로는 필수 불가결하게 사용되기 때문에 로직회로 부분에 아날로그 커패시터를 포함하게 되었다.In the composite semiconductor device, the ADC to the DCA circuit is also indispensably used, and therefore, an analog capacitor is included in the logic circuit.
도 1a 내지 도 1g는 통상적인 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터를 형성하기 위한 제조 공정을 나타낸 단면도들로서, 이를 참조하면 종래 기술은 다음과 같다.1A to 1G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process for forming an analog capacitor of a conventional composite semiconductor device. Referring to this, the prior art is as follows.
우선, 도 1a에 도시된 바와 같이 반도체기판으로서 실리콘기판(10) 상부에 소자간 활성영역과 분리 영역을 구분하기 위한 소자분리영역으로서 필드산화막(12)을 형성한다. 이어서, 상기 기판(10) 상부에 게이트산화막과 도프트 폴리실리콘을 적층한 후에 게이트 마스크를 사용한 사진 및 식각 공정으로 메모리 셀 어레이부(200)의 기판(10) 활성영역에 게이트전극(14a)을 형성하면서 로직회로부(100)의 필드산화막(12)에 아날로그 커패시터의 하부전극(14b)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a field oxide film 12 is formed on the silicon substrate 10 as an element isolation region for distinguishing an active region and an isolation region between elements. Subsequently, after the gate oxide layer and the doped polysilicon are stacked on the substrate 10, the gate electrode 14a is placed in the active region of the substrate 10 of the memory cell array unit 200 by a photolithography and etching process using a gate mask. While forming, the lower electrode 14b of the analog capacitor is formed in the field oxide film 12 of the logic circuit unit 100.
그리고, 게이트전극(14a) 및 하부전극(14b)의 측벽에 절연물질로 이루어진 사이드월 스페이서(16)를 형성하고, 메모리 셀 어레이의 활성 영역내에 게이트전극(14a)을 사이에 두고 도전형 불순물이 이온 주입된 소스/드레인 영역(18)을 형성한다.Then, sidewall spacers 16 made of an insulating material are formed on the sidewalls of the gate electrode 14a and the lower electrode 14b, and conductive impurities are formed in the active region of the memory cell array with the gate electrode 14a therebetween. Ion implanted source / drain regions 18 are formed.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상부에 아날로그 커패시터의 유전체로 사용될 절연체(20)를 증착한다. 여기서, 절연체(20)는 이후 형성될 층간절연막으로 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)의 보론 도펀트가 하부의 메모리 셀에 침투되는 것을 방지하는 역할을 하기 위하여 TEOS(Tetra - Ethyl - Ortho - Silicate)를 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, an insulator 20 is used on top of the resultant to be used as a dielectric of the analog capacitor. Here, the insulator 20 uses TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) to prevent the boron dopant of BPSG (Boro Phospho Silicate Glass) from penetrating into the lower memory cell as an interlayer insulating film to be formed later. do.
그 다음, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 절연체(20) 상부에 도프트 폴리실리콘(22)을 증착한 후에 사진 및 식각 공정을 진행하여 적층된 도프트 폴리실리콘(22)을 패터닝하여 상부전극(22')을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 1C and 1D, the doped polysilicon 22 is deposited on the insulator 20, and then the stacked doped polysilicon 22 is patterned by performing a photo and etching process. The upper electrode 22 'is formed.
이어서, 도 1e 및 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 기판 전면에 BPSG를 증착하여 층간절연막(24)을 형성한 후에 셀의 비트라인 공정을 진행하기에 앞서 층간절연막(24)을 선택식각해서 메모리 셀 어레이의 소스/드레인(18)이 개방되는 콘택홀(26)을 형성한다.1E and 1F, after the BPSG is deposited on the entire surface of the substrate to form the interlayer dielectric layer 24, the interlayer dielectric layer 24 is selectively etched before the bit line process of the cell. A contact hole 26 is formed in which the source / drain 18 of the cell array is opened.
그 다음, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 콘택홀(26)에 도프트 폴리실리콘을 매립하여 비트라인(28)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1G, doped polysilicon is embedded in the contact hole 26 to form a bit line 28.
상기한 바와 같이, 종래 복합 반도체장치의 제조 방법은 메모리 셀의 비트라인으로 도프트 폴리실리콘물질을 사용하고 있어 추가의 폴리실리콘 제조 공정이 필요없지만 아날로그 커패시터 입장에서는 전극 사이의 절연체박막을 적절한 두께로 유지해주어야만 하였다.As described above, the conventional method of manufacturing a composite semiconductor device uses a doped polysilicon material as a bit line of a memory cell, thus eliminating the need for an additional polysilicon fabrication process. I had to keep it.
이에, 종래 기술은 1차의 폴리실리콘 공정으로 셀 게이트 및 하부전극을 형성하고, 2차의 폴리실리콘 공정을 실시하여 상부전극을 형성한 후에 다시 폴리실리콘 공정을 실시하여 메모리 셀의 비트라인 공정을 진행하기 때문에 제조 공정이 다소 복잡해지는 문제점이 있었다.Accordingly, in the conventional technology, the cell gate and the lower electrode are formed by the first polysilicon process, the second polysilicon process is performed to form the upper electrode, and then the polysilicon process is performed again to perform the bit line process of the memory cell. There was a problem that the manufacturing process is somewhat complicated because it proceeds.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 층간 절연막과 하부 구조물 사이에 산화물과의 식각 선택비가 다른 식각 정지막을 추가함으로써 커패시터의 절연체박막의 특성을 해치지 않으면서 이후 상부전극 및 비트라인 제조 공정을 동시에 실시할 수 있어 제조 공정을 단순화시키는 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the above problems of the prior art by adding an etch stop film having a different etch selectivity with oxide between the interlayer insulating film and the lower structure without compromising the characteristics of the insulator thin film of the capacitor afterwards The present invention provides a method for manufacturing an analog capacitor of a composite semiconductor device, which can simultaneously perform a line manufacturing process, thereby simplifying the manufacturing process.
도 1a 내지 도 1g는 통상적인 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터를 형성하기 위한 제조 공정을 나타낸 단면도들,1A to 1G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process for forming an analog capacitor of a conventional composite semiconductor device;
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터를 형성하기 위한 제조 공정을 나타낸 단면도들.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process for forming an analog capacitor of a composite semiconductor device according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 실리콘 기판 12: 필드산화막10 silicon substrate 12 field oxide film
14a: 게이트전극 14b: 하부전극14a: gate electrode 14b: lower electrode
16: 사이드월 스페이서 18: 소스/드레인 영역16: sidewall spacers 18: source / drain regions
20: 절연체박막 22', 44a: 상부전극20: insulator thin film 22 ', 44a: upper electrode
24: BPSG 층간절연막 26, 42b: 비트라인용 콘택홀24: BPSG interlayer insulating film 26, 42b: bit line contact hole
28,44b: 비트라인 40: 식각 정지막28, 44b: bit line 40: etch stop film
42a: 상부전극용 개구부42a: opening for upper electrode
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 메모리 셀 어레이부와 로직회로부를 원칩화한 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터 제조 방법에 있어서, 메모리 셀 어레이에 해당하는 반도체기판의 활성영역 상부에 게이트전극을 형성함과 동시에 로직회로부에 해당하는 기판의 필드산화막에 커패시터의 하부전극을 형성하는 단계와, 메모리 셀 어레이부에 해당하는 활성영역에 소스/드레인 영역을 형성하는 단계와, 기판 전면에 이후 형성될 층간 절연막의 이온이 기판으로 침투되는 것을 방지하면서 커패시터의 유전체로 사용될 절연체박막을 형성하는 단계와, 절연체박막 상부에 식각 정지막을 적층하는 단계와, 로직회로부의 하부전극 상부에 있는 식각 정지막을 제외하고 이를 제거하는 단계와, 기판 전면에 하부 구조물과 이후 형성될 상부 구조물을 층간절연하는 층간 절연막을 형성하는 단계와, 층간 절연막 및 식각 정지막을 선택 식각하여 메모리 셀 어레이부의 소스/드레인 영역이 개방되는 콘택홀과 로직회로부의 절연체박막 상부면에 개구부를 동시에 형성하는 단계와, 개구부에 상부전극을 형성함과 동시에 콘택홀을 통해서 소스/드레인과 접하는 배선을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an analog capacitor of a composite semiconductor device in which a memory cell array unit and a logic circuit unit are integrated into one chip. Forming a lower electrode of the capacitor in the field oxide film of the substrate corresponding to the logic circuit portion, forming a source / drain region in the active region corresponding to the memory cell array portion, and ions of the interlayer insulating film to be subsequently formed on the entire surface of the substrate. Forming an insulator thin film to be used as a dielectric of the capacitor while preventing penetration into the substrate, laminating an etch stop film on the insulator thin film, and removing the etch stop film except the upper portion of the lower electrode of the logic circuit part. And a lower structure on the front of the substrate and an upper structure to be formed later. Forming an interlayer insulating film for inter-insulating, and simultaneously forming an opening in the contact hole where the source / drain region of the memory cell array part is opened and the upper portion of the insulating thin film of the logic circuit part by selectively etching the interlayer insulating film and the etch stop film; Forming an upper electrode in the opening and forming a wiring contacting the source / drain through the contact hole.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 하며 본 실시예의 도면에서는 종래 기술과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings of this embodiment, the same reference numerals are used for the same parts as the prior art.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 복합 반도체장치의 아날로그 커패시터를 형성하기 위한 제조 공정을 나타낸 단면도들로서, 이를 참조하면 본 발명의 제조 공정은 다음과 같다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process for forming an analog capacitor of a composite semiconductor device according to the present invention. Referring to this, the manufacturing process of the present invention is as follows.
우선, 도 2a를 참조하면, 종래 기술과 마찬가지로 실리콘기판(10)에 필드산화막(12)을 형성한 후에, 메모리 셀의 게이트전극(14a) 및 아날로그 커패시터의 하부전극(14b)을 형성한다.First, referring to FIG. 2A, after the field oxide film 12 is formed on the silicon substrate 10 as in the prior art, the gate electrode 14a of the memory cell and the lower electrode 14b of the analog capacitor are formed.
그리고, 게이트전극(14a) 및 하부전극(14b)의 측벽에 사이드월 스페이서(16)를 형성하고, 메모리 셀 어레이의 활성 영역내에 게이트전극(14a)을 사이에 두고 도전형 불순물이 이온 주입된 소스/드레인 영역(18)을 형성한다.Then, the sidewall spacers 16 are formed on the sidewalls of the gate electrode 14a and the lower electrode 14b, and the source in which the conductive impurities are ion-implanted with the gate electrode 14a interposed in the active region of the memory cell array. / Drain region 18 is formed.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상부에 아날로그 커패시터의 유전체로 사용되면서 이후 형성될 층간절연막의 BPSG의 보론 도펀트가 하부의 메모리 셀에 침투되는 것을 방지하는 역할을 하고자 TEOS 물질을 증착하여 절연체박막(20)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, TEOS material is deposited on the resultant to serve to prevent the boron dopant of the BPSG of the interlayer dielectric layer to be formed later, from being penetrated into the memory cell. An insulator thin film 20 is formed.
그 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 절연체박막(20) 상부에 질화막을 증착하여 식각 정지막(40)을 형성한다. 여기서, 식각 정지막(40)은 이후 비트라인 영역 및 커패시터 상부전극 영역을 확보하기 위한 식각 공정시 절연체박막(20)을 보호하기 위한 역할을 한다.Next, as illustrated in FIG. 2C, a nitride film is deposited on the insulator thin film 20 to form an etch stop film 40. Here, the etch stop layer 40 serves to protect the insulator thin film 20 during the etching process to secure the bit line region and the capacitor upper electrode region.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 로직회로부(100)의 하부전극 상부에 있는 식각 정지막(40')만을 선택적으로 남기기 위한 사진 및 식각 공정을 진행하여 상기 식각 정지막을 식각한다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, the etch stop layer is etched by performing a photo and etching process to selectively leave only the etch stop layer 40 ′ on the lower electrode of the logic circuit unit 100.
이어서, 도 2e 및 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 기판 전면에 BPSG를 증착하여 층간절연막(24)을 형성한 후에 로직 회로부(100)의 아날로그 커패시터의 상부전극 및 메모리 셀 어레이부(200)의 비트라인 영역을 정의하는 사진 공정과 건식식각 공정을 진행하여 상기 층간 절연막(24) 및 식각 정지막(40)을 선택식각한다. 그러면, 메모리 셀 어레이부(100)의 소스/드레인 영역(18)이 개방되는 콘택홀(42a)이 형성되며 로직회로부(200)의 절연체박막(20) 상부면에 개구부(42b)가 형성된다.Subsequently, as shown in FIGS. 2E and 2F, after the BPSG is deposited on the entire surface of the substrate to form the interlayer dielectric layer 24, the upper electrode of the analog capacitor of the logic circuit unit 100 and the memory cell array unit 200 may be formed. The interlayer insulating layer 24 and the etch stop layer 40 are selectively etched by performing a photo process and a dry etching process to define the bit line region. Then, a contact hole 42a through which the source / drain region 18 of the memory cell array unit 100 is opened is formed, and an opening 42b is formed in the upper surface of the insulator thin film 20 of the logic circuit unit 200.
그 다음, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 콘택홀(42a) 및 개구부(42b)에 도프트 폴리실리콘을 매립하여 메모리 셀 어레이부(200)에 비트라인(44a)과 로직회로부(100)에 상부전극(44b)을 각각 형성한다.Next, as shown in FIG. 2G, doped polysilicon is buried in the contact hole 42a and the opening 42b to the bit line 44a and the logic circuit unit 100 in the memory cell array unit 200. Upper electrodes 44b are formed, respectively.
한편, 상기 식각 정지막(40)인 질화막을 제거할 때 층간절연막(24)만을 식각하고 질화막의 식각 용액인 인산을 사용해 이를 별도로 제거할 수도 있다.Meanwhile, when removing the nitride film, which is the etch stop film 40, only the interlayer insulating film 24 may be etched and removed separately using phosphoric acid, which is an etching solution of the nitride film.
상기한 바와 같이, 본 발명은 1의 마스크 패턴을 사용하여 메모리 셀 어레이의 비트라인과 로직회로의 아날로그 커패시터 상부전극이 형성될 예정 영역을 동시에 확보할 수 있어 제조 공정시간을 단축할 수 있으며 동시에 제조 원가의 절감 및 품질 안정화를 달성할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can secure a predetermined area where a bit line of a memory cell array and an analog capacitor upper electrode of a logic circuit are to be formed by using a mask pattern of 1, thereby shortening the manufacturing process time and simultaneously manufacturing. Cost reduction and quality stabilization can be achieved.
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