KR100576513B1 - Method for fabricating MIM capacitor of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정전용량을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device capable of increasing capacitance.
본 발명의 상기 목적은 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 있어서, 소정의 구조물이 형성된 기판상에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막의 상부에 제 1 도전층을 증착하고 패터닝하는 단계; 상기 기판에 유전체막과 제 2 도전층을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전층을 형성할 때 사용하는 포토레지스트 패턴보다 넓게 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 제 2 도전층과 유전체막을 패터닝하는 단계 및 상기 기판에 제 2 절연막을 형성하고 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is a method of manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device, comprising the steps of: forming a first insulating film on a substrate on which a predetermined structure is formed; Depositing and patterning a first conductive layer on the first insulating layer; Forming a dielectric film and a second conductive layer on the substrate; Forming a photoresist pattern wider than the photoresist pattern used to form the first conductive layer, patterning the second conductive layer and the dielectric film, and forming and patterning a second insulating film on the substrate. It is achieved by the method of manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법은 하부 전극의 측벽도 정전 용량을 고려하는 스택형 구조를 적용하여 접촉 면적을 늘림으로써 정전 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method of manufacturing the MIM capacitor of the semiconductor device of the present invention has an effect of increasing the capacitance by increasing the contact area by applying a stacked structure in which the sidewall of the lower electrode also considers the capacitance.
캐패시터, MIMCapacitor, MIM
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 캐패시터의 제조방법을 도시한 공정단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the prior art.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 캐패시터의 제조방법을 도시한 공정단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 MIM(Metal-Insulator-Metal) 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정전용량을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal-insulator-metal (MIM) capacitor of a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device capable of increasing capacitance.
캐패시터의 유전막으로는 보통 SiO2/Si3N4계 유전물질을 사용하며, 캐패시터의 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, 전압이나 온도에 따른 캐패시턴스의 VCC(Voltage Coefficient for Capacitor)와 TCC(Temperature Coefficient for Capacitor)가 PIP 캐패시터에 비해 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 정밀한 아날로그 제품을 제조하는 데 매우 유리하다.In addition, in the case of MIM capacitors, the capacitance per unit area is harder to manufacture than PIP capacitors, whereas the VCC (Voltage Coefficient for Capacitor) and TCC (Temperature Coefficient for Capacitor) of the capacitance according to voltage or temperature are applied to the PIP capacitor. It is very advantageous for producing precise analog products because it shows very good characteristics.
반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 종래의 MIS(Metal-Insulator-Semiconductor) 캐패시터는 유전막과 폴리실리콘막 사이에 저유전막이 형성되어 원하는 캐패시턴스를 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, and thus cannot obtain a desired capacitance. Accordingly, there is a growing need for a MIM capacitor that can replace the MIS capacitor.
현재 가장 많이 사용되고 있는 유전막으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)에 의한 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiN)이다. 이러한 유전막들을 사용할 경우 유전밀도(capacitance density)는 1fF/㎛2 정도를 얻을 수 있다. 그러나 최근 반도체 집적도가 증가함에 따라 많은 사용자들은 최대 3fF/㎛2의 유전밀도를 갖는 MIM 캐패시터를 요구하고 있다. Y.L.Tu 등은 2003년 VLSI symposium 을 통해 3fF/㎛2를 확보할 수 있는 새로운 유전막으로 Ta2O5 , Al2O3, HfO2 등을 제시하고 있으나 아직까지는 MIM 캐패시터에 상용화되고 있지는 않다.Currently, the most commonly used dielectric films are silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). When using such dielectric films, a dielectric density of about 1fF / μm 2 can be obtained. However, with the recent increase in semiconductor integration, many users are demanding MIM capacitors with dielectric densities up to 3fF / μm 2 . YLTu et al. Proposed Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 and HfO 2 as new dielectric films that can secure 3fF / μm 2 through VLSI symposium in 2003, but are not commercialized in MIM capacitors.
이하에서는 상기한 MIM 캐패시터의 제조방법을 도 1a 내지 도 1d를 참조해서 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the MIM capacitor 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 포토리소그라피 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 상태에서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 재차 포토리소그라피 공정을 통해 캐패시터 하부 전극의 형성을 위한 제2감광막 패턴(15)을 형성하고, 그런 다음, 노출된 제1금속막 부분을 식각하여 캐패시터 하부 전극(11a)을 얻음으로써, MIM 캐패시터를 완성한다. 미설명된 도면부호 11b는 로직 영역에서의 회로 배선을 나타낸다.Next, in a state in which the first photoresist pattern is removed, as shown in FIG. 1C, a second
이후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 층간절연막(16)을 형성한 상태에서, 상기 층간절연막(16)의 소정 부분들을 선택적으로 식각하여 캐패시터 하부 및 상부 전극(11a, 13a)과 회로 배선(11b)을 각각 노출시키는 콘택홀들을 형성하고, 그런 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, in a state where the
그러나, 상기와 같은 종래의 MIM 캐패시터 제조방법은 상부 전극의 형성 후에 하부 전극을 형성함으로써 용량(capacitance)의 형성이 상부 전극으로 덮여진 면적에서만 이루어질 뿐, 하부 전극의 측면에서는 이루어지지 않는다. 따라서 높은 Q값과 낮은 전압율(Voltage coefficient)을 얻기 위해서는 단위 면적당 높은 용량이 요구되고, 이를 확보하기 위해서는 캐패시터 전극 면적의 확대가 필요하다. 하지만 상기 전극 면적의 확대는 칩 면적의 낭비가 초래되는 문제점이 있다.However, the conventional MIM capacitor manufacturing method as described above forms the lower electrode after the formation of the upper electrode, so that 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 obtain a high Q value and a low voltage coefficient, a high capacity per unit area is required, and in order to secure this, an enlargement of the capacitor electrode area is required. However, there is a problem that the enlargement of the electrode area causes a waste of chip area.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스택형 구조를 적용하여 면적을 늘림으로써 정전 용량을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device capable of increasing the capacitance by increasing the area by applying a stack type structure. have.
본 발명의 상기 목적은 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 있어서, 소 정의 구조물이 형성된 기판상에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막의 상부에 제 1 도전층을 증착하고 패터닝하는 단계; 상기 기판에 유전체막과 제 2 도전층을 형성하는 단계; 상기 제 1 도전층을 형성할 때 사용하는 포토레지스트 패턴보다 넓게 포토레지스트 패턴을 형성하고 상기 제 2 도전층과 유전체막을 패터닝하는 단계 및 상기 기판에 제 2 절연막을 형성하고 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 MIM 캐패시터 제조방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is a method of manufacturing a MIM capacitor of a semiconductor device, comprising the steps of: forming a first insulating film on a substrate on which a predetermined structure is formed; Depositing and patterning a first conductive layer on the first insulating layer; Forming a dielectric film and a second conductive layer on the substrate; Forming a photoresist pattern wider than the photoresist pattern used to form the first conductive layer, patterning the second conductive layer and the dielectric film, and forming and patterning a second insulating film on the substrate. It is achieved by the method of manufacturing a MIM capacitor 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 2c는 본 발명에 따른 반도체소자의 캐패시터 제조방법을 도시한 공정단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 소정의 구조물이 형성된 기판상에 하부 전극을 형성한다. 트랜지스터를 형성하는 공정(기판공정 또는 FEOL; Front End Of the Line)이 완료된 기판(30)의 상부에 하부소자와의 절연을 위한 제 1 절연막(31)을 형성하고 상기 제 1 절연막의 상부에 캐패시터의 하부 전극이 될 제 1 도전층(32)을 적층한다. 상기 제 1 도전층은 Al, Al 합금, Ti 및 TiN의 단일층 또는 그들의 복합층을 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 Al(21), Ti(22) 및 TiN(23)으로 이루어진 복합층을 하부 전극으로 사용하였다.First, as shown in FIG. 2A, a lower electrode is formed on a substrate on which a predetermined structure is formed. A first
이어 상기 제 1 도전층을 패터닝한다. 즉 Al, Ti 및 TiN으로 이루어진 제 1 도전층의 상부에 포토레지스트를 도포하고 레티클을 이용하여 노광 및 현상공정으 로 상기 포토레지스트를 패터닝한다. 이후 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 상기 제 1 도전층을 패터닝한 후 상기 포토레지스트를 제거하여 하부 전극을 형성한다.Subsequently, the first conductive layer is patterned. That is, a photoresist is applied on the first conductive layer made of Al, Ti, and TiN, and the photoresist is patterned by an exposure and development process using a reticle. Subsequently, after patterning the first conductive layer using the patterned photoresist as a mask, the photoresist is removed to form a lower electrode.
다음, 도 2b에 도시한 것과 같이, 유전체막(33) 및 제 2 도전층(34)을 형성하고 상기 제 2 도전층과 유전체막을 패터닝한다. 상기 하부 전극을 포함한 기판의 상부에 유전체막과 상부 전극이 될 제 2 도전층을 증착한다. 상기 유전체막은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), PVD(Physical Vapour Deposition), CVD(Chemical Vapour Deposition) 및 SOG(Spin-On-Glass)를 이용하여 Ta2O5, Si3N4, Si3O2, BaSrTiO3
, SiO2, SiON, 또는 SiN을 사용하여 증착할 수 있다. 보다 자세하게는 PECVD 공정을 이용하여 SiN 또는 SiO2를 500 내지 1000Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다. 상기 제 2 도전층은 Ti(24)/TiN(25)의 복합층으로 이루어지며 1500 내지 2000Å로 증착하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 2B, the dielectric film 33 and the second
이어, 상기 제 2 도전층과 유전체막을 패터닝한다. 상기 제 2 도전층의 상부에 포토레지스트를 도포하고 레티클을 이용하여 노광 및 현상공정으로 상기 포토레지스트를 패터닝한 후 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 상기 제 2 도전층과 유전체막을 패터닝한 후 상기 포토레지스트를 제거하여 하부 전극(32) 및 상부 전극(34)을 갖는 캐패시터를 형성한다.Next, the second conductive layer and the dielectric film are patterned. Applying photoresist on top of the second conductive layer, patterning the photoresist by exposure and development process using a reticle, patterning the second conductive layer and the dielectric layer using the patterned photoresist as a mask and then the photo The resist is removed to form a capacitor having a
상기 패터닝시 포토레지스트 패턴을 하부 전극을 형성할 때보다 0.5 내지 2㎛ 넓게 패터닝하여 하부 전극의 측벽에도 유전체막과 제 2 도전층이 남아 있도록 한다.During the patterning, the photoresist pattern is patterned to be 0.5 to 2 탆 wider than that of forming the lower electrode so that the dielectric film and the second conductive layer remain on the sidewall of the lower electrode.
다음, 도 2c에 도시한 것과 같이, 캐패시터의 전극에 배선을 형성한다. 상기 캐패시터가 형성된 기판의 상부에 제 2 절연막(35)을 형성하고 상기 제 2 절연막을 포토레지스트를 이용한 사진 식각공정으로 패터닝하여 상부 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하고 후속 배선 공정을 진행한다.Next, as shown in FIG. 2C, wiring is formed in the electrode of the capacitor. A 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 MIM 캐패시터 제조방법은 하부 전극의 측벽도 정전 용량을 고려하는 스택형 구조를 적용하여 접촉 면적을 늘림으로써 정전 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method of manufacturing the MIM capacitor of the semiconductor device of the present invention has an effect of increasing the capacitance by increasing the contact area by applying a stacked structure in which the sidewall of the lower electrode also considers the capacitance.
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