KR19990021388A - 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아날로그 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체기판 상에 커패시터영역에 필드산화막과 트랜지스터 영역에 게이트산화막을 증착하여 형성한 후에 그 위에 폴리실리콘막을 증착하고 식각하는 단계와, 상기 단계 후에 커패시터 영역과 트랜지스터 영역에서 식각된 폴리실리콘막의 외면에 산화막을 증착하고 식각하여 폴리실리콘막의 양측면에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 단계 후에 폴리실리콘막 상에 티타늄을 증착하여 티타늄실리사이막을 형성하고 불필요한 부분의 티타늄실리사이드막을 제거하는 단계와, 상기 단계 후에 게이트와 커패시터 상에 절연막과 상부금속막을 연속적으로 적층하는 단계와, 상기 단계 후에 상부금속막과 절연막을 마스킹 식각공정을 통하여 커패시터의 상부면에 상부전극으로 남겨두고 그 이외의 부분에서 모두 식각하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법인바, 상부전극 및 하부전극을 모두 금속막으로서 도핑농도를 같게하여 형성하므로 커패시터의 동작특성을 향상시키도록 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

Description

아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법

본 발명은 아날로그 반도체장치에 관한 것으로서, 특히, 아날로그 반도체에서 필드산화막 상에 형성되는 커패시터에서 하부전극을 폴리실리사이드막 및 티타늄실리사이드막으로 하고, 상부전극을 티타늄나이트라이드 및 알루미늄을 이용한 복층의 금속막을 사용하여 상부전극 및 하부전극을 모두 금속막으로서 형성하여 아주 낮은 전압게수 특성을 갖추므로 커패시터의 동작특성을 향상시키도록 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체장치의 종류에는 여러 가지가 있으며, 이 반도체장치 내에 형성되는 트랜지스터 및 커패시터등을 구성시키는 방법에는 다양한 제조기술이 사용되고 있으며, 최근에는 반도체기판 상에 산화막을 입혀 전계효과를 내도록 하는 모스형 전계효과트랜지스터(MOSFET; metal oxide semiconductor field effect transistor)를 점차적으로 많이 사용하고 있는 실정에 있다.

상기한 모스형 전계효과트랜지스터는 반도체 기판상에 형성된 게이트가 반도체층에서 얇은 산화 실리콘막에 위해 격리되어 있는 전계효과 트랜지스터로 접합형과 같이 임피던스가 저하되는 일이 없으며, 확산 공정이 1회로 간단하고, 소자간의 분리가 필요 없는 장점을 지니고 있어서, 고밀도 집적화에 적합한 특성을 지니고 있는 반도체 장치이다.

이러한 반도체 장치에는 모스형 전계효과트랜지스터에서 아날로그 신호를 디지털 신호로 변화시켜야 하는 옵션프로세스가 적용되는 경우에 트랜지스터(Transistor) 영역을 형성하면서 동시에 아날로그(Analogue) 회로용으로 사용되는 커패시터(Capacitor) 영역이 형성된 아날로그형 반도체소자를 제조하여 사용하고 있는 것으로, 본 발명은 아날로그 회로용으로 사용되는 커패시터의 동작특성을 향상시킨 새로운 발명을 제안하고자 한다.

도 1은 종래의 아날로그 반도체소자의 제조공정 단면을 개략적으로 예시하여 보인 도면으로서, 종래의 공정은 반도체기판(1) 상에 필드산화막(1) 및 게이트산화막(2)을 형성하고, 이 필드산화막(2) 및 게이트산화막(3)상에 트랜지스터 영역의 게이트전극인 동시에 커패시터 영역의 하부전극으로 사용되는 제1폴리실리콘막(4) 을 연속적으로 도포하여 형성한다.

그리고, 계속하여 상기 제1폴리실리콘막(4) 상에 커패시터 영역에서 상부전극과 하부전극의 사이에 절연을 방지하기 위하여 TEOS절연막(5)을 적층하고, 다시 그 절연막(5) 상에 그 위에 커패시터 영역에서 상부전극으로 사용되는 제2폴리실리콘막(6)을 도포한다.

그 이후에 마스킹 공정을 통하여 커패시터 영역의 제2폴리실리콘막(6)을 식각하게 되면, 트랜지스터 영역에 있던 제2폴리실리콘막(6) 역시 식각되어 제거되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 트랜지스터영역의 게이트전극은 게이트산화막(3) 및 제1폴리실리콘막(4)으로 형성되고, 커패시터영역의 커패시터전극은 제1폴리실리콘막(4)/전연막(5)/폴리실리콘막(6)으로 적층되어 형성된다.

그리고, 계속하여 도 2에 도시된 바와 같이, 게이트전극과 커패시터전극의 양측면에 절연막을 증착하고 식각하여 스페이서(8)를 형성한 후에 그 위에 티타늄실리사이드막(TiSi₂)(7)을 증착하고 불필요한 부분을 제거하여서 커패시터 영역의 제2폴리실리콘막(6)과 더불어 상부전극으로 사용하고, 트랜지스터 영역의 제1폴리실리콘막(4)과 더불어 게이트전극으로 사용하도록 한다.

그런데, 상기한 바와 같이, 종래의 거패시터전극의 구성은 하부전극으로 사용되는 제1폴리실리콘막(4)의 도핑농도와 상부전극으로 사용되는 제2폴리실리콘막(6)의 도핑농도가 일치하지 않는 경우에 제1, 제2폴리실리콘막(4)(6)을 분리하는 절연막(5)사이의 경계면에서 축적되거나 이동하는 캐리어(Carrier)의 농도가 일정하지 않고 달라지게 되어 전압게수(Voltage Coefficient)특성을 저하시키는 경우가 발생될 뿐만 아니라 하부전극인 제1폴리시리콘막(4)과 상부전극인 제2폴리실리콘막(6)의 도핑농도 역시 매우 높지않은 경우에는 기본적인 전압특성이 높지 않으므로 동작특성이 우수한 아날로그 반도체장치를 얻지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 반도체장치의 동작특성을 향상시키기 위하여 제1폴리실리콘막(4)과 제2폴리실리콘막(6)의 도핑농도를 높이는 경우에는 절연막(6)의 증착속도가 증가하므로 제1폴리실리콘막(4)과 제2폴리실리콘막(6)사이의 경계면에서 거칠기(Roughness)가 심해져서 커패시터의 누설전류 및 절연특성을 악화시키는 단점이 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로서, 아날로그 반도체에서 필드산화막 상에 형성되는 커패시터에서 하부전극을 폴리실리사이드막 및 티타늄실리사이드막으로 하고, 상부전극을 티타늄나이트라이드 및 알루미늄을 이용한 복층의 금속막으로 이용하여 상부전극 및 하부전극을 모두 금속막으로 도핑농도를 같게하여 형성하므로 커패시터의 동작특성을 향상시키는 것이 목적이다.

도 1 및 도 2는 종래의 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법을 개략적으로 보인 도면이고,

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법을 순차적으로 보인 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반도체기판 20 : 필드산화막

30 : 게이트산화막 40 : 폴리실리콘막

50 : 스페이서(Spacer) 60 : 티타늄실리사이드막(TiSi₂)

70 : 절연막 80 : 상부금속막

이러한 목적은 반도체기판 상에 커패시터 영역에 필드산화막과 트랜지스터 영역에 게이트산화막을 증착하여 형성한 후에 그 위에 폴리실리콘막을 증착하고 식각하는 단계와, 상기 단계 후에 커패시터 영역과 트랜지스터 영역에서 식각된 폴리실리콘막의 외면에 산화막을 증착하고 식각하여 폴리실리콘막의 양측면에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 단계 후에 폴리실리콘막 상에 티타늄을 증착하여 티타늄실리사이드막을 형성하고 불필요한 부분의 티타늄실리사이드막을 제거하는 단계와, 상기 단계 후에 게이트와 커패시터 상에 절연막과 상부금속막을 연속적으로 적층하는 단계와, 상기 단계 후에 상부금속막과 절연막을 마스킹 식각공정을 통하여 커패시터 영역에서 상부전극인 상부금속막을 남겨두고 그 이외의 모든 부분을 식각하는 단계로 이루어진 아날로그 반도체장치의 커패시터를 제조하는 방법을 제공함으로써 달성된다.

그리고, 상기 절연막은 TEOS막을 사용하고, 상기 커패시터 영역에서 상부전극으로 사용되는 상부금속막은 TiN/Al/TiN 막을 복층의 구조로 사용하고, 이 상부금속막인 TiN/Al/TiN 막은 각각의 두꼐가 약 300Å/5000Å/300Å정도로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 상부금속막에서 TiN층을 TiSi₂막으로 대체하여 구성하는 것이 가능하다

그리고, 상기 절연막은 650℃ ∼ 680℃의 저온에서 저압 화학 증착(LPCVD)법으로 증착하도록 하고, 이 절연막인 TEOS막의 두꼐는 150Å ∼ 200Å이고, 절연막을 증착한 후에 800℃의 CO₂가스의 분위기 상태에서 20분 내지 40분 정도 어닐링(Annealing)을 실시하여서 절연막이 균일하고 점착력이 증대된 상태로 증착되도록 한다.

또한, 상기 상부금속막을 남겨두고 나머지 부분을 모두 식각하는 단계후에 폴리실리콘막, 티타늄실리사이드막 및 절연막 사이의 누설전류를 차단하기 위하여 600℃ ∼ 700 ℃에서 2시간동안 N₂가스의 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명에 따른 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법에 대하여 상세히 살펴보도록 한다

우선, 도 3은 반도체기판(10) 상에 커패시터 영역에 필드산화막(20)과 트랜지스터 영역에 게이트산화막(30)을 증착하여 형성한 후에 그 위에 폴리실리콘막(40)을 증착하는 상태를 보인 도면이다.

그리고, 상기 단계 후에 커패시터 영역과 트랜지스터 영역에서 식각된 폴리실리콘막(40)의 외면에 산화막을 증착하고 식각하여 폴리실리콘막(40)의 양측면에 스페이서(50)를 형성하는 상태를 보이는 도면이다.

또한, 도 5는 상기 단계 후에 폴리실리콘막(40) 상에 티타늄(Ti)을 증착하여 티타늄실리사이막(60)을 형성하고 게이트와 커패시터의 상부를 제외하고 불필요한 부분의 티타늄실리사이드막을 제거시킨 상태를 보인 도면이다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단계 후에 게이트와 커패시터 상에 절연막(70)과 상부금속막(80)을 연속적으로 적층시키게 되는 데, 상기 절연막(70)은 TEOS막을 사용하고, 상기 커패시터영역에서 상부전극으로 사용되는 상부금속막(80)은 TiN/Al/TiN 막을 복층의 구조를 사용하도록 하며, 이 상부금속막(80)인 TiN/Al/TiN 막은 각각의 두꼐가 약 300Å/5000Å/300Å정도로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 상부금속막(80)에서 TiN층을 TiSi₂막으로 대체하는 것이 가능하다

그리고, 상기 절연막(70)은 650℃ ∼ 680℃의 저온에서 저압 화학 증착(LPCVD)법으로 증착하도록 하고, 이 절연막(70)인 TEOS막의 두꼐는 150Å ∼ 200Å이고, 절연막(70)을 증착한 후에 800℃의 CO₂가스의 분위기 상태에서 20분 내지 40분 정도 어닐링(Annealing)을 실시하여서 절연막(70)이 균일하고 접착력이 증대된 상태로 증착되어 있도록 한다.

또한, 도 7은 상기 단계 후에 상부금속막(80)과 절연막(70)을 마스킹 식각공정을 통하여 커패시터 영역에서 상부전극인 상부금속막(80)을 남겨두고 그 이외의 모든 부분을 식각하는 상태를 보이고 있으며, 상기 상부금속막(80)을 남겨두고 나머지 부분을 모두 식각하는 단계 후에 폴리실리콘막(40), 티타늄실리사이드막(60) 및 절연막(70) 사이의 누설전류를 차단하기 위하여 600℃ ∼ 700 ℃에서 약 2시간동안 N₂가스의 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 커패시터 제조방법을 사용하게 되면, 아날로그 반도체에서 필드산화막 상에 형성되는 커패시터에서 하부전극을 폴리실리사이드막 및 티타늄실리사이드막으로 하고, 상부전극을 티타늄나이트라이드 및 알루미늄을 이용한 복층의 금속막으로 이용하여 상부전극 및 하부전극을 모두 금속막으로 형성하여 아주 낮은 전압게수 특성을 갖추므로 아날로그 커패시터의 동작특성을 향상시키는 매우 유용하고 효과적인 발명인 것이다.

Claims (8)

1. 아날로그 반도체장치의 커패시터를 제조하는 방법에 있어서,

   반도체기판 상에 커패시터 영역에 필드산화막과 트랜지스터 영역에 게이트산화막을 증착하여 형성한 후에 그 위에 폴리실리콘막을 증착하고 식각하는 단계와, 상기 단계 후에 커패시터 영역과 트랜지스터 영역에서 식각된 폴리실리콘막의 외면에 산화막을 증착하고 식각하여 폴리실리콘막의 양측면에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 단계 후에 폴리실리콘막 상에 티타늄을 증착하여 티타늄실리사이막을 형성하고 불필요한 부분의 티타늄실리사이드막을 제거하는 단계와, 상기 단계 후에 게이트와 커패시터 상에 절연막과 상부금속막을 연속적으로 적층하는 단계와, 상기 단계 후에 상부금속막과 절연막을 마스킹 식각공정을 통하여 커패시터 영역에서 상부전극인 상부금속막을 남겨두고 그 이외의 모든 부분을 식각하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 절연막은 TEOS막인 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 커패시터 영역에서 상부전극으로 사용되는 상부금속막은 TiN/Al/TiN 막인 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 상부금속막인 TiN/Al/TiN 막은 각각 두꼐가 약 300Å/5000Å/300Å으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 상부금속막에서 TiN층을 TiSi₂막으로 대체하는 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연막은 650℃ ∼ 680℃의 저온에서 저압 화학 증착법으로 증착하는 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
7. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 절연막인 TEOS막의 두꼐는 150Å ∼ 200Å이고, 절연막을 증착한 후에 800℃의 CO₂가스의 분위기 상태에서 20분 내지 40분 정도 어닐링을 실시하는 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 상부금속막을 남겨두고 나머지 부분을 모두 식각하는 단계 후에 폴리실리콘막, 티타늄실리사이드막 및 절연막 사이의 누설전류를 차단하기 위하여 600℃ ∼ 700 ℃에서 2시간동안 N₂가스의 분위기에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아날로그 반도체장치의 커패시터 제조방법.