KR100572831B1 - Method for fabricating capacitor of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 더미 패턴을 형성하여 전극의 표면적을 증가시키고, 어닐링을 이용한 하부전극의 표면처리를 통해 정전용랑을 확보하는 반도체 소자의 캐패시터의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, and more particularly, to manufacturing a capacitor of a semiconductor device for forming a dummy pattern, increasing the surface area of an electrode, and securing a static electricity through surface treatment of a lower electrode using annealing. It is about a method.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판에 더미 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판의 상부에 제 1 금속막, 유전체막 및 제 2 금속막을 순차적으로 증착하고 패터닝하는 단계, 상기 기판의 상부에 절연막을 형성하고 패터닝하여 상기 제 1 금속막 및 제 2 금속막을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계 및 상기 기판의 상부에 제 3 금속막을 형성하고 평탄화하여 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is the step of forming a dummy pattern on a substrate on which a predetermined structure is formed, sequentially depositing and patterning a first metal film, a dielectric film and a second metal film on the substrate, the upper portion of the substrate Forming and patterning an insulating film to form a via hole exposing the first metal film and the second metal film, and forming and planarizing a third metal film on top of the substrate to form metal wiring. It is achieved by a capacitor manufacturing method of a semiconductor device.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 캐패시터 제조방법은 더미 패턴을 이용하여 캐패시터의 표면적을 증가시키고, 어닐링을 통한 하부전극의 표면처리를 통해 하부전극의 표면 거칠기를 개선시켜 캐패시터의 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method of manufacturing a capacitor of the semiconductor device of the present invention can increase the surface area of the capacitor using a dummy pattern, and improve the surface roughness of the lower electrode through surface treatment of the lower electrode through annealing, thereby improving the characteristics of the capacitor. It works.
더미 패턴, 어닐링, 캐패시터, MIMDummy Patterns, Annealed, Capacitors, MIM
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 의한 캐패시터 제조방법을 나타낸 공정단면도.Figure 1a to 1d is a process cross-sectional view showing a capacitor manufacturing method according to the prior art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 의한 캐패시터 제조방법을 나타낸 공정단면도.Figure 2a to 2e is a process cross-sectional view showing a capacitor manufacturing method according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 더미 패터(Dummy pattern)을 형성하여 전극의 표면적을 증가시키고, 어닐링(annealing)을 이용한 하부전극의 표면처리를 통해 정전용랑을 확보하는 반도체 소자의 캐패시터의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
캐패시터의 유전막으로는 보통 SiO2/Si3N4계 유전물질을 사용하며, 캐패시터 의 전극 물질에 따라, PIP(Poly-Insulator-Poly) 캐패시터, 또는 MIM 캐패시터를 사용하게 된다. PIP 캐패시터 또는 MIM 캐패시터 등과 같은 박막형 캐패시터는 MOS 캐패시터나 접합부 캐패시터와는 달리 바이어스에 독립적이기 때문에 캐패시터의 정밀성을 요구하는 아날로그 제품에 있어서 많이 사용되고 있다.Usually, SiO 2 / Si 3 N 4 -based dielectric material is used as the dielectric film of the capacitor. Depending on the electrode material of the capacitor, a PIP (Poly-Insulator-Poly) capacitor or a MIM capacitor is used. Thin-film capacitors such as PIP capacitors or MIM capacitors are used in analog products that require the precision of capacitors, unlike MOS capacitors and junction capacitors, because they are bias-independent.
또한, MIM 캐패시터의 경우는 단위 면적당 캐패시턴스를 PIP 캐패시터에 비해 크게 제조하기 어려운 단점이 있는 반면, 전압에 따른 캐패시턴스의 변화율 (Voltage Coefficient for Capacitor; VCC)과 온도에 따른 캐패시턴스의 변화율 (Temperature Coefficient for Capacitor; TCC)이 PIP 캐패시터에 비해 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 정밀한 아날로그 제품을 제조하는 데 매우 유리하다.In addition, the MIM capacitor has a disadvantage in that it is difficult to manufacture the capacitance per unit area much larger than that of the PIP capacitor.However, the change in capacitance (Voltage Coefficient for Capacitor (VCC)) and the change in capacitance according to temperature (Temperature Coefficient for Capacitor) TCC) is very advantageous for producing precise analog products because it exhibits very good characteristics compared to PIP capacitors.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 종래의 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 캐패시터는 유전막과 폴리실리콘막 사이에 저유전막이 형성되어 원하는 커패시턴스를 얻을 수 없게 되었다. 이에 따라, 상기 MIS 캐패시터를 대체할 수 있는 MIM 캐패시터에 대한 필요성이 커지고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, a conventional dielectric-insulator-semiconductor (MIS) capacitor has a low dielectric film formed between the dielectric film and the polysilicon film, thereby failing to obtain a desired capacitance. Accordingly, there is a growing need for a MIM capacitor that can replace the MIS capacitor.
이하에서는 종래기술에 의한 MIM 캐패시터의 제조방법을 도 1a 내지 도 1d를 참조해서 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a MIM capacitor according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 상에 소정의 하지층(10)을 형성한 상태에서, 상기 하지층(10) 상에 제1금속막(11)과 유전체막(12) 및 제2금속막(13)을 차례로 형성한다. 여기서, 상기 하지층(10)은 트랜지스터 및 표면 평탄화가 이루어진 층간절연막을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.First, as shown in FIG. 1A, in a state in which a
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제2금속막(13) 상에 공지된 포토리소그라 피 공정을 통해 제1감광막 패턴(14)을 형성하고, 그런 다음, 상기 제1감광막 패턴(14)을 식각 마스크로 이용해서 상기 제2금속막(13)과 유전체막(12)을 식각함으로써 캐패시터 상부 전극(13a)을 얻는다.Next, as shown in FIG. 1B, the first
다음으로, 상기 제1감광막 패턴을 제거한 후, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 결과물 상에 재차 포토리소그라피 공정을 통해 캐패시터 하부 전극의 형성을 위한 제2감광막 패턴(15)을 형성한다. 그 다음, 노출된 제1금속막 부분을 식각하여 캐패시터 하부 전극(11a)을 얻음으로써, MIM 캐패시터를 완성한다. 도면부호 11b는 로직 영역에서의 회로 배선을 나타낸다.Next, after removing the first photoresist pattern, a second
이후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 층간절연막(16)을 형성한 후, 상기 층간절연막(16)의 소정 부분들을 선택적으로 식각하여 캐패시터 하부 및 상부 전극(11a, 13a)과 회로 배선(11b)을 각각 노출시키는 콘택홀들을 형성한다. 그 다음, 각 콘택홀들 내에 도전막을 매립시켜 회로 배선(11b)과 캐패시터 하부 및 상부 전극(11a, 13a)과 각각 콘택되는 플러그(17)를 형성한다. 그리고 나서, 상기 층간절연막(16) 상에 금속막을 증착한 후, 이를 패터닝하여 플러그(17)에 의해 상기 회로 배선(11b)과 캐패시터 하부 및 상부 전극(11a, 13a)과 전기적으로 각각 콘택되는 금속 전극들(18)을 형성한다. Thereafter, as shown in FIG. 1D, after forming the
그러나, 상기와 같은 종래의 MIM 캐패시터 제조방법은 상부 전극의 형성 후에 하부 전극을 형성하는 것으로 용량(capacitance)의 형성이 상부 전극으로 덮여진 면적에서만 이루어질 뿐, 하부 전극의 측면에서는 이루어지지 않았다. 따라서, 원하는 용량을 확보하기 위해서는 필연적으로 캐패시터 전극 면적의 확대가 필요하 므로, 칩 면적의 낭비가 초래되어 고집적화 측면에서 바람직하지 못하다.However, the conventional MIM capacitor manufacturing method as described above forms the lower electrode after the formation of the upper electrode, and the formation of the capacitance is made only in the area covered by the upper electrode, but not on the side of the lower electrode. Therefore, in order to secure the desired capacity, it is necessary to enlarge the capacitor electrode area, which leads to waste of the chip area, which is not preferable in terms of high integration.
대한민국 공개특허 제 2002-82549호에 하부 전극의 일측 측면이 감싸도록 상부 전극을 형성하는 방법에 대하여 기재되어 있으나 상기의 기술은 일측 측면만 저장 용량이 증가하였고, 소자의 소형화에는 문제가 있다. 또한 Tu 등의 미합중국 특허 US6,271,084호에는 집적도를 높이기 위하여 대머신 방식을 이용하여 캐퍼시터를 형성하는 기술이 기재되어 있으나, 상기 기술은 상부 전극 형성시 전극물질이 유전체막의 측벽에 재증착되어 쇼트를 유발시키는 현상이 발생하는 문제가 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-82549 describes a method of forming an upper electrode so that one side of the lower electrode is wrapped, but the above technique has increased storage capacity on only one side and there is a problem in miniaturization of the device. In addition, US Pat. No. 6,271,084 to Tu et al. Describes a technique for forming a capacitor using a large machine method to increase the degree of integration. However, in the above technique, when the upper electrode is formed, the electrode material is redeposited on the sidewall of the dielectric layer to shorten the short. There is a problem that causes the phenomenon.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더미 패턴을 이용하여 캐패시터의 표면적을 증가시키고, 어닐링을 통한 하부 전극의 표면처리를 통해 하부 전극의 표면 거칠기(roughness)를 개선시켜 캐패시터의 특성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by using a dummy pattern to increase the surface area of the capacitor, and improve the surface roughness of the lower electrode through the surface treatment of the lower electrode through annealing It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device that can improve the characteristics of the capacitor.
본 발명의 상기 목적은 소정의 구조물이 형성된 기판에 더미 패턴을 형성하는 단계, 상기 기판의 상부에 제 1 금속막, 유전체막 및 제 2 금속막을 순차적으로 증착하고 패터닝하는 단계, 상기 기판의 상부에 절연막을 형성하고 패터닝하여 상기 제 1 금속막 및 제 2 금속막을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계 및 상기 기 판의 상부에 제 3 금속막을 형성하고 평탄화하여 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is the step of forming a dummy pattern on a substrate on which a predetermined structure is formed, sequentially depositing and patterning a first metal film, a dielectric film and a second metal film on the substrate, the upper portion of the substrate Forming and patterning an insulating film to form a via hole exposing the first metal film and the second metal film, and forming and planarizing a third metal film on the substrate to form a metal wiring. Is achieved by a capacitor manufacturing method of a semiconductor device.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 캐패시터의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the present invention.
먼저, 도 2a와 같이, 소정의 구조물이 형성된 기판(20)에 제 1 절연막(21)을 형성하고 패터닝한다. 소정의 구조물이 형성되어 있는 기판에 제 1 절연막으로 산화막 또는 질화막을 2000 내지 4000Å, 바람직하게는 3000Å의 두께로 형성한다. 이어 상기 제 1 절연막의 상부에 포토레지스트를 증착하고 사진 식각공정으로 패터닝한 후 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 상기 제 1 절연막을 식각하여 패터닝한다. 이어 상기 포토레지스트를 애슁/스트립 공정으로 제거하고 세정공정으로 포토레지스트 제거시 발생할 수 있는 잔유물을 제거한다. 상기 소정의 구조물은 트랜지스터, 다이오드 등의 소자 또는 하부 배선층을 덮도록 형성된 층간절연막이 될 수 있다.First, as shown in FIG. 2A, the first
다음, 도 2b에 도시한 것과 같이, 더미 패턴(22)을 형성한다. 패터닝된 제 1 절연막의 상부에 소정의 막을 증착한 후 상기 소정의 막이 증착된 기판을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 평탄화한 후 상기 제 1 절연막을 제거하여 더미 패턴을 형성한다. 상기 소정의 막은 후에 더미 패턴을 형성하는 막으로 금속 층 또는 절연층이 가능하며, 텅스텐층이 바람직하다. 상기 제 1 절연막의 제거는 HF를 이용한 습식식각이 바람직하며, 상기 제 1 절연막이 제거된 후 더미 패턴의 높이는 2000 내지 3000Å, 바람직하게는 2500Å가 적합하다. 상기 더미 패턴은 캐패시터 전극의 표면적을 늘리기 위한 보조적인 패턴으로서 소자의 동작과는 무관하게 설계한다. 또한 더미 패턴의 높이 및 넓이, 즉 표면적을 조절하여 구현하고자 하는 캐패시터의 용량을 조절할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2B, a
다음, 도 2c에 도시한 것과 같이, 제 1 금속막(23), 유전체막(24) 및 제 2 금속막(25)을 형성한다. 더미 패턴이 형성된 기판에 하부 전극용 제 1 금속막과 유전체막을 증착한다. 상기 유전체막은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), PVD(Physical Vapour Deposition), CVD(Chemical Vapour Deposition) 및 SOG(Spin-On-Glass)를 포함하는 기술을 이용하여 증착하며 Ta2O5, Si3N
4, Si3O2, BaSrTiO3 또는 PE-nitride(Plasma Enhanced Nitride)를 10 내지 1000Å, 바람직하게는 400 내지 600Å의 두께로 증착한다. 상기 하부 전극용 제 1 금속막은 Al 또는 Al 합금을 사이에 두고 Ti와 TiN이 단층 또는 복층으로 적층되어 있는 다층막으로 형성하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 2C, the first metal film 23, the dielectric film 24, and the
상기 유전체막을 증착한 후 어닐링을 통하여 하부 전극용 제 1 금속막의 거칠기를 개선할 수 있다. 상부 전극에 + 바이어스가 가해지면 하부 전극의 표면 거칠기가 불량한 곳으로 자기장의 집중현상이 발생하여 캐패시터의 특성이 나빠진다. 이러한 현상을 극복하고자 어닐링 공정을 추가하여 하부 전극의 표면 거칠기를 개 선한다. 하지만 어닐링 공정시 더미 패턴, 제 1 금속막 및 유전체막 사이의 리프팅(lifting)현상이 발생하지 않도록 최적화된 공정 조건에서 어닐링을 진행한다. 본 발명에서는 400 내지 450℃의 온도에서 20 내지 40분 동안, 바람직하게는 425℃에서 30분 동안 어닐링 공정을 진행하여 최적의 공정조건을 확보한다.After the deposition of the dielectric film, roughness of the first metal film for the lower electrode may be improved by annealing. When the + bias is applied to the upper electrode, the concentration of the magnetic field occurs to a place where the surface roughness of the lower electrode is poor, thereby degrading the characteristics of the capacitor. To overcome this phenomenon, an annealing process is added to improve the surface roughness of the lower electrode. However, in the annealing process, annealing is performed under an optimized process condition so that lifting phenomenon between the dummy pattern, the first metal film, and the dielectric film does not occur. In the present invention, an annealing process is performed for 20 to 40 minutes at a temperature of 400 to 450 ° C., preferably at 425 ° C. for 30 minutes to ensure optimum process conditions.
이어 상기 유전체막의 상부에 상부 전극용 제 2 금속막을 증착한다. 상기 제 2 금속막은 TiN, Ti/TiN 또는 W 등이 바람직하다.Subsequently, a second metal film for the upper electrode is deposited on the dielectric film. The second metal film is preferably TiN, Ti / TiN, W, or the like.
다음, 도 2d에 도시한 것과 같이, 캐패시터(30)를 형성한다. 상기 제 2 금속막, 유전체막 및 제 1 금속막을 포토레지스트를 이용한 사진 식각공정으로 패터닝하여 상부 전극(25a) 및 하부 전극(23a)을 갖는 캐패시터를 형성한다. 상기 패터닝시 상기 하부 전극에 배선을 연결하기 위한 공간을 마련해야 한다.Next, as shown in FIG. 2D, the
다음, 도 2e에 도시한 것과 같이, 캐패시터의 전극에 배선을 형성한다. 상기 캐패시터가 형성된 기판의 상부에 제 2 절연막(26)을 형성한다. 이어, 상기 제 2 절연막을 포토레지스트를 이용한 사진 식각공정으로 패터닝하여 상부 전극과 하부 전극을 노출시키는 비아홀을 형성한다. 이어, 상기 기판의 상부에 제 3 금속막을 형성하고 평탄화공정과 패터닝공정 등을 진행하여 상기 상부 전극과 외부를 연결시키는 금속배선(27a)과 상기 하부 전극과 외부를 연결시키는 금속배선(27b)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, wiring is formed in the electrode of the capacitor. The second insulating
상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.It will be apparent that changes and modifications incorporating features of the invention will be readily apparent to those skilled in the art by the invention described in detail. It is intended that the scope of such modifications of the invention be within the scope of those of ordinary skill in the art including the features of the invention, and such modifications are considered to be within the scope of the claims of the invention.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 캐패시터 제조방법은 더미 패턴을 이용하여 캐패시터의 표면적을 증가시키고, 어닐링을 통한 하부 전극의 표면처리를 통해 하부 전극의 표면 거칠기를 개선시켜 캐패시터의 특성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method of manufacturing a capacitor of the semiconductor device of the present invention can increase the surface area of the capacitor using a dummy pattern, and improve the surface roughness of the lower electrode through surface treatment of the lower electrode through annealing, thereby improving the characteristics of the capacitor. It works.
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