KR100954909B1 - Ｍｉｍ 커패시터 및 ｍｉｍ 커패시터 제조 방법 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 MIM 커패시터의 제조 방법은 하부 금속배선층 위에 유전체층이 형성되는 단계; 상기 유전체층에 트렌치가 형성되는 단계; 상기 트렌치가 매립되도록 하여 상기 유전체층 위에 제3 금속층이 형성되는 단계; 상기 유전체층 및 상기 제3 금속층을 패터닝하여 상기 트렌치를 포함하는 유전체층 패턴 및 제3 금속층 패턴이 형성되는 단계; 상기 유전체층 패턴 및 상기 제3 금속층 패턴이 덮히도록 하여 상기 하부 금속배선층 위에 절연층이 형성되는 단계; 상기 절연층을 관통하여 상기 제3 금속층 패턴과 접촉되는 상부 금속배선층이 형성되는 단계를 포함한다.

실시예에 의하면, 유전체 패턴에 트렌치가 형성됨으로써 유전체와 금속체간의 단면적을 넓게 형성할 수 있으므로 커패시터의 용량을 증가시킬 수 있고, 커패시터의 실장 면적을 최소화하여 반도체 소자의 집적화에 유리한 효과가 있다.

MIM 커패시터, 포토 레지스트 패턴, SiON, TiN, 금속배선층

Description

ＭＩＭ 커패시터 및 ＭＩＭ 커패시터 제조 방법{Metal Insulator Metal capacitor and manufacturing method of metal insulator metal capacitor}

실시예는 MIM 커패시터 및 MIM 커패시터 제조 방법에 관하여 개시한다.

최근, 반도체 공정기술이 급격한 발전을 이루면서, 예컨대, D/A 컨버터(Digital/Analog convertor), A/D 컨버터(Analog/Digital convertor), MML 디바이스(Merged Memory Logic device) 등의 설계에 유용하게 활용되는 캐패시터의 성능 또한 향상되고 있다.

도 1은 MIM 커패시터에 제조 과정을 도시한 도면이다.

도 1의 (a) 도면과 같이, 제1 TiN층(11), 알루미늄층(12), 제2 TiN층(13)으로 이루어지는 하부 금속배선층(10)을 형성하고, (b) 도면과 같이, 하부 금속배선층(10) 위에 SiN층(20), 제3 TiN층(30), 제1 PR(Photo Resist) 패턴(22)을 형성한다.

이어서, (c) 도면과 같이, 제1 PR 패턴(22)을 식각 마스크로 하여 SiN층(20)과 제3 TiN층(30)을 식각함으로써 SiN 패턴(24)과 TiN 패턴(32)을 형성하고, 그 위에 산화막(40)을 증착한다. 상기 산화막(40) 위에는 제2 PR 패턴(42)이 형성된다.

상기 제2 PR 패턴(42)를 식각 마스크로 하여 산화막(40)과 TiN 패턴(32)을 식각함으로써, (d) 도면과 같이, TiN 패턴(32)의 일부까지 형성된 트렌치(44)를 형성한다.

이어서, (e) 도면과 같이, 상기 트렌치(44)를 텅스텐으로 매립하여 상부 금속배선층(50)을 형성한다.

이와 같은 과정을 통하여 제조된 MIM 커패시터는 수평 구조를 가지는 커패시터로서, 초소형화된 반도체 소자의 집적화 추세에 따라 작은 사이즈로 구현되는데 한계가 있다.

특히, 상기 SiN 패턴(24)과 TiN 패턴(32)의 단면적을 넓게 형성하는데 한계가 있으므로, MIM 커패시터의 용량을 향상시키기 어려운 문제점이 있다.

실시예는 작은 공간에 구현되면서도 유전체와 금속체간의 단면적이 넓게 형성됨으로써 커패시터 용량을 증가시킬 수 있는 MIM 커패시터 및 MIM 커패시터의 제조 방법을 제공한다.

실시예에 따른 MIM 커패시터는 하부 금속배선층 위에 형성되고, 상면에 트렌치가 형성된 유전체층 패턴; 상기 유전체층 패턴 위에 형성된 제3 금속층 패턴; 상기 하부 금속배선층, 상기 유전체층 패턴 및 상기 제3 금속층 패턴 위에 형성된 절연층을 포함한다.

실시예에 따른 MIM 커패시터의 제조 방법은 하부 금속배선층 위에 유전체층이 형성되는 단계; 상기 유전체층에 트렌치가 형성되는 단계; 상기 트렌치가 매립되도록 하여 상기 유전체층 위에 제3 금속층이 형성되는 단계; 상기 유전체층 및 상기 제3 금속층을 패터닝하여 상기 트렌치를 포함하는 유전체층 패턴 및 제3 금속층 패턴이 형성되는 단계; 상기 유전체층 패턴 및 상기 제3 금속층 패턴이 덮히도록 하여 상기 하부 금속배선층 위에 절연층이 형성되는 단계; 상기 절연층을 관통하여 상기 제3 금속층 패턴과 접촉되는 상부 금속배선층이 형성되는 단계를 포함한다.

실시예에 따른 MIM 커패시터 및 MIM 커패시터의 제조 방법에 의하면, 유전체 패턴에 트렌치가 형성됨으로써 유전체와 금속체간의 단면적을 넓게 형성할 수 있으므로 커패시터의 용량을 증가시킬 수 있고, 커패시터의 실장 면적을 최소화하여 반도체 소자의 집적화에 유리한 효과가 있다.

첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 MIM 커패시터 및 MIM 커패시터의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 제1 포토 레지스트 패턴(122)이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도이다.

반도체 기판(도시되지 않음) 위에 제1 금속층(101), 제1 금속배선층(102), 제2 금속층(103)으로 이루어지는 하부 금속배선층(110)을 형성한다.

상기 제1 금속층(101)과 상기 제2 금속층(103)은 가령, TiN과 같은 재질로 형성될 수 있고, 상기 제1 금속배선층(102)은 알루미늄과 같은 재질로 형성될 수 있다.

상기 제1 금속층(101)과 상기 제2 금속층(103)은 상기 제1 금속배선층(102)의 전기 접촉성을 향상시켜준다.

이어서, 상기 하부 금속배선층(110) 위에 유전체층(120)을 형성하는데, 예를 들어, 상기 유전체층(120)은 SiON과 같은 재질로 이루어질 수 있다.

상기 유전체층(120)이 형성되면, 제1 포토 레지스트층을 도포하고, 노광 및 현상을 공정을 통하여 소정 구간이 개구된 제1 포토 레지스트 패턴(122)을 형성한다.

도 3은 유전체층(120)의 제1 식각 공정을 처리한 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도이다.

상기 제1 포토 레지스트 패턴(122)을 식각 마스크로 이용하여 제1 식각 공정을 처리한다.

이때, 상기 제1 식각 공정은 등방성(Isotropic) 식각 장비를 이용하여 진행되며, 따라서 도 3에 도시된 것처럼, 제1 포토 레지스트 패턴(122)의 내측의 유전체층(120) 일부까지 파고들어 식각된다.

또한, 제1 식각 공정이 종료됨에 따라, 상기 유전체층(120)의 상면 일부에 와인 글래스의 잔형태의 트렌치(124)가 형성될 수 있다.

제1 식각 공정이 종료되면, 상기 제1 포토 레지스트 패턴(122)은 제거된다.

도 4는 제3 금속층(130)이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도이다.

이어서, 상기 트렌치(124)가 매립되도록 하여 상기 유전체층(120) 위에 제3 금속층(130)을 증착한다.

상기 제3 금속층(130)은 가령, TiN과 같은 금속 물질로 형성될 수 있다.

도 5는 제2 포토 레지스트 패턴(140)이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도이다.

상기 제3 금속층(130) 위에 제2 포토 레지스트층을 도포하고, 노광 및 현상 공정을 통하여 제2 포토 레지스트 패턴(140)을 형성한다.

상기 제2 포토 레지스트 패턴(140)은, 상측으로부터 수직하게 투영하였을 경 우, 상기 트렌치(124)를 포함하고 상기 트렌치(124) 양측의 상기 제3 금속층(130)의 일부 영역을 포함하도록 형성된다.

도 6은 제3 금속층(130) 및 유전체층(120)의 제2 식각 공정이 처리된 후의 실시에에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도이다.

상기 제2 포토 레지스트 패턴(140)을 식각 마스크로 이용하여 제2 식각 공정을 처리함으로써, 도 6에 도시된 것처럼 상기 트렌치(124)를 포함하는 유전체층 패턴(126)과 제3 금속층 패턴(132)이 형성된다.

상기 유전체층 패턴(126)은 커패시터의 유전체로 기능되는 구성부이고, 상기 제3 금속층 패턴(132)은 상부 커패시터 금속층으로 기능되는 구성부이다.

또한, 상기 유전체층 패턴(126)과 접촉되는 제2 금속층(103)의 영역은 하부 커패시터 금속층으로 기능될 수 있다.

상기 제2 식각 공정이 종료되면, 상기 제2 포토 레지스트 패턴(140)은 제거된다.

도 7은 상부 금속배선층(160)이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도이다.

이어서, 상기 유전체층 패턴(126)과 상기 제3 금속층 패턴(132)을 덮도록 하여 절연층(150)을 증착하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing)와 같은 연마공정을 통하여 상기 절연층(150)의 표면을 평탄화한다.

상기 절연층(150)은, 가령 옥사이드(oxide) 계열의 물질로 형성될 수 있다.

상기 절연층(150)의 표면이 평탄화되면 제3 포토 레지스트층을 도포하고, 노 광 및 현상 공정을 통하여 제3 포토 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다.

상기 제3 포토 레지스트 패턴은 상기 제3 금속층 패턴(132)보다 작은 크기의 개구를 형성한다.

실시예에서, 상기 제3 포토 레지스트 패턴의 개구는 상기 트렌치(124)와 같은 크기를 가지는 것으로 한다.

다음으로, 상기 제3 포토 레지스트 패턴을 식각 마스트로 이용하여, 제3 식각 공정을 처리한다.

상기 제3 식각 공정에 의하여, 상기 절연층(150) 표면으로부터 상기 제3 금속층 패턴(132)에 이르는 트렌치가 형성된다.

안정적인 전기 접속을 위하여, 상기 트렌치는 상기 제3 금속층 패턴(132)의 상면 일부까지 형성되는 것이 좋다.

이어서, 상기 트렌치가 매립되도록 하여 금속 물질을 도포하고, 평탄화 공정을 통하여 상기 트렌치 외부의 금속 물질을 제거함으로써 상부 금속배선층(160)을 형성한다.

이때, 상기 트렌치를 매립하는 금속 물질은, 가령 텅스텐(W)이 사용될 수 있다.

이후, 제3 포토 레지스트 패턴이 제거됨으로써, 도 7에 도시된 것과 같은 MIM 커패시터가 완성된다.

이와 같은 트렌치(124) 구조를 통하여, 상기 제3 금속층 패턴(132)과 유전체층 패턴(126)의 접촉 면적은 넓어질 수 있다.

커패시턴스 수치는 금속층과 유전체층의 접촉 면적 및 유전체층의 유전율에 비례하고, 유전체층의 두께에 반비례하므로, 실시예에 따른 MIM 커패시터의 커패시턴스는 향상될 수 있다.

또한, 상기 유전체층 패턴(126)과 상기 제3 금속층 패턴(132)의 실장 영역에 따라 상기 유전체층 패턴(126)에 형성된 트렌치(124)의 깊이를 조정할 수 있으므로, 실시예에 따른 MIM 커패시터의 커패시턴스는 향상될 수 있다.

이때, 상기 트렌치(124)의 프로파일은 상기 제1 식각 공정, 즉 등방성 식각의 가스 주입량, 식각 에너지, 식각 온도 등에 따라 제어될 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 MIM 커패시터에 제조 과정을 도시한 도면.

도 2는 제1 포토 레지스트 패턴이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도.

도 3은 유전체층의 제1 식각 공정을 처리한 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도.

도 4는 제3 금속층이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도.

도 5는 제2 포토 레지스트 패턴이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도.

도 6은 제3 금속층 및 유전체층의 제2 식각 공정이 처리된 후의 실시에에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도.

도 7은 상부 금속배선층이 형성된 후의 실시예에 따른 MIM 커패시터의 구조를 도시한 측단면도.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 하부 금속배선층 위에 유전체층이 형성되는 단계;

   상기 유전체층 위에 소정 구간이 개구된 포토 레지스트 패턴을 형성하고, 등방성 식각 장비를 이용하여 식각 공정을 처리함으로써 상기 유전체층의 상면 일부에 와인 글래스 잔형태의 트렌치가 형성되는 단계;

   상기 포토 레지스트 패턴이 제거되는 단계;

   상기 트렌치가 매립되도록 하여 상기 유전체층 위에 제3 금속층이 형성되는 단계;

   상기 유전체층 및 상기 제3 금속층을 패터닝하여 상기 트렌치를 포함하는 유전체층 패턴 및 제3 금속층 패턴이 형성되는 단계;

   상기 유전체층 패턴 및 상기 제3 금속층 패턴이 덮히도록 하여 상기 하부 금속배선층 위에 절연층이 형성되는 단계;

   상기 절연층을 관통하여 상기 제3 금속층 패턴과 접촉되는 상부 금속배선층이 형성되는 단계를 포함하는 MIM 커패시터 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 유전체층과 접촉되는 상기 하부 금속배선층 면에 TiN을 포함하여 이루어지는 제2 금속층이 형성되고,

   상기 유전체층은 SiON을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MIM 커패시터 제조 방법.
7. 삭제
8. 제5항에 있어서, 상기 제3 금속층은

   TiN을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MIM 커패시터의 제조 방법.
9. 제5항에 있어서,

   상기 절연층은 옥사이드 계열의 물질을 포함하여 이루어지고,

   상기 상부 금속배선층은 텅스텐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 MIM 커패시터의 제조 방법.

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