KR20000046743A - Method of manufacturing capacitor of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method of manufacturing a capacitor is to increase a capacitance per unit surface area of the capacitor by interposing a dielectric film between upper and lower electrodes of the capacitor. CONSTITUTION: An oxide film(22) is formed on a silicone substrate(20) of a P-typed semiconductor, and a portion of the oxide film is removed by a photolithography method to form a contact hole exposing a portion of a surface of an impurity diffusion region(21) formed on the substrate. The oxide film is deposited with a first polycrystalline silicon layer by a chemical vapor deposition method, and is treated by a chemical mechanical deposition method to form a contact plug(23). A doped polycrystalline layer(24) is deposited on the oxide film to form a first lower electrode layer. A first dielectric film(25) is deposited on the first lower electrode layer. A first upper electrode layer(26) is formed on the first dielectric film.

Description

반도체장치의 캐패시터 제조방법Capacitor Manufacturing Method of Semiconductor Device

본 발명은 반도체장치의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 캐패시터의 하부전극과 상부전극을 서로 맞불리게 형성하고 그 사이에 유전막이 개재되도록 하기 위하여 하부전극층과 상부전극층을 교대로 적층하고 그 사이에 유전막을 개재시킨 다음 패터닝하여 노출된 부위를 적절히 절연화 시킨 다음 하부전극과 상부전극을 별도의 도전층으로 각각 연결되도록하는 방법으로 캐패시터를 형성하므로서 캐패시터의 하부전극 표면적을 극대화시켜 단위 셀 면적당 캐패시터의 정전용량을 증가시키도록 한 반도체장치의 적층형 캐패시터 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. In particular, the lower electrode layer and the upper electrode layer are alternately stacked and interposed therebetween so as to form a lower electrode and an upper electrode of the capacitor so as to be mutually interposed therebetween. By interposing a dielectric film and then patterning to properly insulate the exposed areas, and then to connect the lower electrode and the upper electrode to separate conductive layers, the capacitor is formed to maximize the surface area of the lower electrode of the capacitor. A method of manufacturing a stacked capacitor of a semiconductor device to increase the capacitance.

반도체장치의 고집적화에 따라 셀(cell) 면적이 축소되어도 캐패시터가 일정한 축전 용량을 갖도록 축전 밀도를 증가시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 축전 용량을 증가시키기 위해서는 커패시터를 적층(stacked) 또는 트렌치(trench)의 3차원 구조로 형성하여 유전체의 표면적을 증가시켰다.Many studies have been conducted to increase the storage density so that the capacitor has a constant storage capacity even if the cell area is reduced due to the high integration of the semiconductor device. To increase the capacitance, capacitors were formed in a three-dimensional structure, stacked or trenched, to increase the surface area of the dielectric.

상기 3차원 구조를 갖는 캐패시터 중 적층구조를 갖는 것은 제조 공정이 용이하고 대량 생산에 적합한 구조로서 축전 용량을 증대시키는 동시에 알파 입자(α particle)에 의한 전하 정보 혼란에 대하여 면역성을 갖는다. 적층 캐패시터는 스토리지전극(stroage electrode)에 따라 이중적층(double stacked layer)구조, 핀(fin)구조 또는 크라운(crown)구조 등으로 구별된다.Among the capacitors having the three-dimensional structure, the laminated structure has an easy manufacturing process and is suitable for mass production, increasing the storage capacity and being immune to the disturbance of charge information caused by alpha particles. Stacked capacitors are classified into a double stacked layer structure, a fin structure, or a crown structure according to storage electrodes.

매몰형 디램제조공정에서 셀부의 캐패시터를 구성하기 위하여 반도체기판 위에 트랜지스터 등을 형성한 다음 다수개의 폴리실리콘층을 패터닝하여 하부전극을 형성하고 유전막 및 상부전극을 만들어 캐패시터를 형성한 다음 소자간의 전기적 연결을 위하여 금속배선공정을 실시하게 된다.In the buried DRAM manufacturing process, to form a capacitor in a cell part, a transistor or the like is formed on a semiconductor substrate, and then a plurality of polysilicon layers are patterned to form a lower electrode, a dielectric film and an upper electrode to form a capacitor, and then an electrical connection between the devices. In order to perform the metal wiring process.

도 1은 종래 기술에 따라 제조된 반도체장치의 캐패시터 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device manufactured according to the prior art.

도 1을 참조하면, P형의 반도체기판(10) 상에 아세닉(As) 또는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 소오스 및 드레인영역으로 이용되는 불순물영역(11)이 형성되어 있다. 그리고, 반도체기판 상에 층간절연막으로 절연막(12)이 위치하고 이 절연막(12의 소정 부분을 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 제거하여 형성된 접촉구가 있다. 접촉구를 충분히 매립하도록 절연막(12) 상에 불순물이 도핑된 제 1 다결정실리콘층(13)을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 증착한 다음 제 1 다결정실리콘층(13)에 에치백이나 씨엠피(CMP)공정을 실시하여 형성된 콘택플러그(contact plug, 13)가 있다.Referring to FIG. 1, an impurity region 11 is formed on the P-type semiconductor substrate 10 to be heavily doped with N-type impurities such as an asic (As) or phosphorus (P) to serve as a source and a drain region. It is. Then, an insulating film 12 is placed on the semiconductor substrate as an interlayer insulating film, and there is a contact hole formed by removing a predetermined portion of the insulating film 12 by photolithography. The first polycrystalline silicon layer 13 doped with an impurity in a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) method, and then etched back or CMP onto the first polycrystalline silicon layer 13. There is a contact plug 13 formed by carrying out the process.

그리고, 콘택플러그(13) 상부 표면을 포함하는 절연막(12)의 소정 부위에 핀(fin) 형태의 스토리지전극(14)인 하부전극(14)이 형성되어 있다. 이러한 하부전극은 절연막(13) 위에 스토리지전극 형성용 폴리실리콘층, 절연층 등을 증착한 후 적절한 방법으로 패터닝하여 형성한다.The lower electrode 14, which is a fin-type storage electrode 14, is formed at a predetermined portion of the insulating layer 12 including the upper surface of the contact plug 13. The lower electrode is formed by depositing a polysilicon layer, an insulating layer, and the like for forming a storage electrode on the insulating layer 13 and patterning the same.

그러나, 상부 핀과 하부 핀을 연결하기 위하여 필연적으로 그 사이에 홀을 형성하여 이를 매립하는 플러그를 중앙부에 형성하여야 한다.However, in order to connect the upper pin and the lower pin, it is necessary to form a hole therebetween to form a plug in the center portion.

스토리지전극(14)의 표면에 형성된 유전막(15)이 있고, 이 유전막(15) 상에 하부전극과 대응되어 캐패시터를 완성하기 위한 상부전극(16)인 플레이트전극(16)이 형성되어 있다.There is a dielectric film 15 formed on the surface of the storage electrode 14, and a plate electrode 16, which is an upper electrode 16 for completing the capacitor in correspondence with the lower electrode, is formed on the dielectric film 15.

이러한 구조의 캐패시터는 다음과 같은 방법으로 제조된다.Capacitors of this structure are manufactured in the following manner.

먼저, 아세닉(As) 또는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 소오스 및 드레인영역으로 이용되는 불순물영역(11)이 형성되어 있는 P형의 반도체기판(10) 상에 층간절연막으로 절연막(12)을 형성한다.First, an interlayer insulating film is formed on a P-type semiconductor substrate 10 on which an impurity region 11 used as a source and a drain region is formed by doping N-type impurities such as an asce (As) or phosphorus (P) at a high concentration. The insulating film 12 is formed.

그리고, 이 절연막(12)의 소정 부분을 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 제거하여 접촉구를 형성한 다음, 접촉구를 충분히 매립하도록 절연막(12) 상에 불순물이 도핑된 제 1 다결정실리콘층(13)을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 증착한 후, 제 1 다결정실리콘층(13)에 에치백이나 씨엠피(CMP)공정을 실시하여 콘택플러그(contact plug, 13)를 형성한다.Then, a predetermined portion of the insulating film 12 is removed by photolithography to form contact holes, and then the first polycrystalline silicon layer doped with impurities on the insulating film 12 to sufficiently fill the contact holes ( 13) is deposited by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) method, and then subjected to an etch back or CMP process on the first polysilicon layer 13 to obtain a contact plug, 13).

그리고, 콘택플러그(13) 상부 표면을 포함하는 절연막(12)의 소정 부위에 핀(fin) 형태의 스토리지전극(14)인 하부전극(14)을 형성한다. 이러한 하부전극은 절연막(13) 위에 스토리지전극 형성용 폴리실리콘층, 버퍼층 등을 증착한 후 서로 다른 층에 형성된 폴리실리콘층 사이를 전기적으로 연결하기 위하여 버퍼층에 도전성 물질로 플러그를 형성한 다음 적절한 방법으로 패터닝하여 형성한다.The lower electrode 14, which is a fin-type storage electrode 14, is formed on a predetermined portion of the insulating layer 12 including the upper surface of the contact plug 13. The lower electrode is formed by depositing a polysilicon layer for forming a storage electrode, a buffer layer, and the like on the insulating layer 13, and then forming a plug with a conductive material on the buffer layer to electrically connect the polysilicon layers formed on different layers. It is formed by patterning.

그러나, 상술한 종래의 기술에 따른 캐패시터 제조방법은 디램이 점차 고집적화 되고 선폭이 감소하므로 셀 패턴의 마진 확보가 곤란하기 때문에 정전용량의 확보가 어렵고,정전용량을 확보하기 위하여 캐패시터의 높이가 높아져서 셀부와 페리부의 단차가 커지며, 또한, 핀구조 형성을 위한 식각시 핀 구조물이 분리되어 수율이 저하되는 문제점이 있다.However, the capacitor manufacturing method according to the conventional technology described above is difficult to secure the capacitance because the DRAM is increasingly integrated and the line width decreases, making it difficult to secure the margin of the cell pattern, and the height of the capacitor is increased to secure the capacitance. Steps to increase the ferri portion, and also, the pin structure is separated during the etching for forming the fin structure has a problem that the yield is reduced.

따라서, 본 발명의 목적은 캐패시터의 하부전극과 상부전극을 서로 맞불리게 형성하고 그 사이에 유전막이 개재되도록 하기 위하여 하부전극층과 상부전극층을 교대로 적층하고 그 사이에 유전막을 개재시킨 다음 패터닝하여 노출된 부위를 적절히 절연화 시킨 다음 하부전극과 상부전극을 별도의 도전층으로 각각 연결되도록하는 방법으로 캐패시터를 형성하므로서 캐패시터의 하부전극 표면적을 극대화시켜 단위 셀 면적당 캐패시터의 정전용량을 증가시키도록 한 반도체장치의 적층형 캐패시터 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to alternately stack the lower electrode layer and the upper electrode layer, and to interpose the dielectric layer therebetween in order to form the lower electrode and the upper electrode of the capacitor so that the dielectric layer is interposed therebetween, and then patterning the exposed electrode. The semiconductor is designed to increase the capacitance of the capacitor per unit cell area by maximizing the surface area of the lower electrode by maximizing the surface area of the capacitor by forming a capacitor by appropriately insulating the parts and then connecting the lower electrode and the upper electrode to separate conductive layers. It is to provide a method of manufacturing a stacked capacitor of the device.

상술한 목적을 위하여 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조방법은 층간절연층이 형성되고 상기 층간절연층의 소정부위에 도전성 플러그가 형성된 반도체 기판 위에 제 1 하부전극층/제 1 유전막/제 1 상부전극층/제 2 유전막을 차례로 형성하여 적층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 유전막 위에 제 2 하부전극층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 하부전극층과 상기 적층의 소정 부위를 제거하여 상기 제 2 하부전극층과 상기 적층의 일측면을 노출시키는 적층패턴을 형성하는 단계와, 상기 일측단면이 및 상부 표면이 노출된 상기 적층패턴의 노출된 표면을 소정 두께를 갖도록 제 1 절연화하는 단계와, 상기 제 2 하부전극층 및 상기 제 1 하부전극층의 제 1 절연화된 부위를 제거하는 단계와, 잔류한 상기 적층패턴의 노출된 측면에 측벽 형태의 제 3 하부전극층을 형성하는 단계와, 노출된 상기 제 3 하부전극층의 표면과 노출된 상기 적층패턴의 표면에 제 3 유전막을 형성하는 단계와, 상기 제 3 유전막 위에 제 2 상부전극층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 상부전극층 및 상기 제 3 유전막 그리고 상기 적층패턴의 소정 부위를 제거하여 상기 적층패턴의 타측면을 노출시키는 단계와, 노출된 상기 적층패턴의 상기 타측면 및 노출된 상기 제 2 상부전극층의 표면을 소정 두께로 제 2 절연화 시키는 단계와, 상기 제 2 내지 제 1 상부전극의 제 2 절연화된 부위를 제거하는 단계와, 상기 제 2 상부전극층을 포함하는 잔류한 상기 적층패턴의 표면에 제 3 상부전극층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.For the above-mentioned object, a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes a first lower electrode layer / first dielectric layer / first upper electrode layer on a semiconductor substrate having an interlayer insulating layer formed thereon and a conductive plug formed on a predetermined portion of the interlayer insulating layer. Forming a stack by sequentially forming a second dielectric layer, forming a second lower electrode layer on the second dielectric layer, removing the second lower electrode layer and a predetermined portion of the stack, and Forming a lamination pattern exposing one side of the lamination, first insulating the exposed surface of the lamination pattern having the one end surface and the upper surface exposed to a predetermined thickness, and the second lower portion Removing the first insulated portion of the electrode layer and the first lower electrode layer; Forming a pole layer, forming a third dielectric layer on the exposed surface of the third lower electrode layer and the exposed surface of the laminated pattern, forming a second upper electrode layer on the third dielectric layer, and Exposing the other side surface of the stack pattern by removing a second upper electrode layer, the third dielectric layer, and a predetermined portion of the stack pattern, and the other side of the exposed stack pattern and the surface of the exposed second top electrode layer Second insulating to a predetermined thickness, removing second insulated portions of the second to first upper electrodes, and forming a second insulating layer on the remaining surface of the stacked pattern including the second upper electrode layer. And forming an upper electrode layer.

도 1은 종래 기술에 따라 제조된 반도체장치의 캐패시터 단면도1 is a cross-sectional view of a capacitor of a semiconductor device manufactured according to the prior art.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조공정 단면도2A to 2F are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

캐패시터는 두개의 전극사이에 유전체를 개재시켜 전하를 저장 또는 방출하는 소자이다. 이러한 소자의 정전용량은 유전상수 및 단면적에 비례하고 두전극 사이의 거리에 반비례한다. 따라서, 정전용량을 증가시키기 위해서는 유전상수가 큰 유전체를 사용하거나 두전극 사이의 간격을 줄인다. 그러나, 가장 보편적으로 사용되는 방법은 두전극이 유전막을 사이에 두고 대응하는 면적을 증가시키는 것이다.A capacitor is a device that stores or emits electric charges through a dielectric between two electrodes. The capacitance of such a device is proportional to the dielectric constant and the cross-sectional area and inversely proportional to the distance between the two electrodes. Therefore, in order to increase the capacitance, use a dielectric having a large dielectric constant or reduce the gap between two electrodes. However, the most commonly used method is to increase the corresponding area with two electrodes sandwiching the dielectric film.

따라서, 본 발명에서는 전극의 면적을 증가시키는 방법으로 하부전극과 상부전극을 서로 맞물린 형태로 형성하고 그 사이에 유전막을 개재시킨 형태로 형성한다. 이와 같이 상하부전극이 맞물린 형태는 필요한 정전용량의 크기에 따라 복수개로 형성하면 된다.Therefore, in the present invention, the lower electrode and the upper electrode are formed in the form of interlocking with each other by a method of increasing the area of the electrode, and the dielectric film is interposed therebetween. In this way, the upper and lower electrodes may be formed in plural forms in accordance with the required capacitance.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조공정 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

도 2a를 참조하면, 아세닉(As) 또는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 소오스 및 드레인영역으로 이용되는 불순물영역(21)이 형성되어 있는 P형의 반도체기판인 실리콘기판(20) 상에 층간절연층으로 산화막(22)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a silicon substrate which is a P-type semiconductor substrate on which an impurity region 21 used as a source and a drain region is formed by doping N-type impurities such as an asic (As) or phosphorus (P) at a high concentration. An oxide film 22 is formed on the 20 as an interlayer insulating layer.

그리고, 층간절연층(22)의 소정부분을 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 제거하여 불순물 확산영역(21)의 일부 표면을 노출시키는 접촉구를 형성한다.A predetermined portion of the interlayer insulating layer 22 is removed by photolithography to form a contact hole for exposing a part of the surface of the impurity diffusion region 21.

그다음 접촉구를 충분히 매립하도록 층간절연층(22) 상에 불순물이 도핑된 제 1 다결정실리콘층을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 증착한 후, 제 1 다결정실리콘층에 에치백이나 씨엠피(CMP)공정을 실시하여 콘택플러그(contact plug, 23)를 형성한다. 이때, 식각정지층으로 층간절연층(23)을 이용한다.Then, after depositing the first polycrystalline silicon layer doped with impurities on the interlayer insulating layer 22 by the chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) method to sufficiently fill the contact hole, the first polycrystalline silicon layer An etch back or CMP process is performed to form a contact plug 23. In this case, the interlayer insulating layer 23 is used as the etch stop layer.

그리고, 콘택플러그(23) 상부 표면을 포함하는 층간절연막(22) 위에 산화작용 또는 질화작용 등에 의한 절연막의 형성이 가능한 도전성 물질을 사용하여 하부전극의 제 1 패널 형성용 제 1 하부전극층(24)으로 불순물이 도핑된 다결정실리콘층(24)을 CVD법으로 증착하여 형성한다.The first lower electrode layer 24 for forming the first panel of the lower electrode is formed by using a conductive material capable of forming an insulating film on the interlayer insulating film 22 including the upper surface of the contact plug 23 by oxidation or nitriding. The polysilicon layer 24 doped with impurities is deposited by CVD.

그 다음 제 1 하부전극층(24)위에 질화막 또는 Ta2O5, BST, PZT, Ta2O5, Y3O3, ZrO2, Nb2O2, 등의 고유전률을 갖는 제 1 유전막(25)을 증착한다.Next, a nitride film or a first dielectric film 25 having a high dielectric constant such as Ta 2 O 5 , BST, PZT, Ta 2 O 5 , Y 3 O 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 2 , or the like on the first lower electrode layer 24. E).

그리고, 제 1 유전막(25) 위에 산화작용 또는 질화작용 등에 의한 절연막의 형성이 가능한 도전성 물질로 제 1 상부전극층(26)을 형성한다. 이때, 형성되는 제 1 상부전극층(26)과 제 1 하부전극층(24)은 이들이 산화 또는 질화작용을 통하여 형성하되 각각의 절연물질이 서로 다른 식각률을 갖도록 한다.The first upper electrode layer 26 is formed of a conductive material capable of forming an insulating film on the first dielectric layer 25 by an oxidation process or a nitriding process. In this case, the first upper electrode layer 26 and the first lower electrode layer 24 formed are formed through oxidation or nitriding, but each insulating material has a different etching rate.

이와 같은 방식으로 제 1 상부전극층(26) 위에 제 2 유전막(27), 제 2 하부전극층(28), 제 3 유전막(29), 제 2 상부전극층(30), 제 4 유전막(31) 그리고, 제 3 하부전극층(32)을 차례로 적층하여 형성한다. 이때, 최종적으로 형성되는 제 3 하부전극층(32)은 산화 또는 질화 등을 통해 형성되는 절연층의 두께를 고려하여 두껍게 증착하여 적층패턴을 형성한다.In this manner, the second dielectric layer 27, the second lower electrode layer 28, the third dielectric layer 29, the second upper electrode layer 30, and the fourth dielectric layer 31 are formed on the first upper electrode layer 26. The third lower electrode layers 32 are sequentially stacked. At this time, the third lower electrode layer 32 finally formed is deposited thickly in consideration of the thickness of the insulating layer formed through oxidation or nitriding to form a stacked pattern.

또한, 본 발명에 따라 제조되는 캐패시터의 적층 수는 하부전극층이 상부전극층 보다 1 층 더 형성되도록 하여 필요한 정전용량을 확보하도록 한다. 이때, 최상층에 형성되는 하부전극층은 상술한 바와 같이 하지층보다 두껍게 형성하는 것이 유리하다.In addition, the number of stacked layers of the capacitor manufactured according to the present invention allows the lower electrode layer to be formed one more layer than the upper electrode layer to secure the necessary capacitance. In this case, the lower electrode layer formed on the uppermost layer is advantageously formed thicker than the underlying layer as described above.

도 2b를 참조하면, 최상층인 제 3 하부전극층 위에 포토레지스트를 도포한 다음, 형성하고자하는 캐패시터의 적층패턴이 사각기둥일 경우 패턴의 이웃한 두 측면을 노출시키기 위한 노광 및 현상을 포토레지스트에 실시하여 포토레지스트패턴(도시안함)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, after the photoresist is applied on the third lower electrode layer, which is the uppermost layer, exposure and development are performed on the photoresist to expose two adjacent sides of the pattern when the stacked pattern of the capacitor to be formed is a square pillar. A photoresist pattern (not shown) is formed.

그리고, 포토레지스트패턴으로 보호되지 않는 부위의 제 3 하부전극층/제 4 유전막/제 2 상부전극층/제 3 유전막/제 2 하부전극층/제 2 유전막/제 1 상부전극층/제 1 유전막/제 1 하부전극층을 차례로 제거하여 잔류한 제 3 하부전극층(320)/제 4 유전막(310)/제 2 상부전극층(300)/제 3 유전막(290)/제 2 하부전극층(280)/제 2 유전막(270)/제 1 상부전극층(260)/제 1 유전막(250)/제 1 하부전극층(240)으로 이루어져서 형성될 적층패턴의 절반만 패터닝된 제 1 적층패턴을 형성한다. 그리고, 포토레지스트패턴을 제거한다.And the third lower electrode layer / fourth dielectric film / second upper electrode layer / third dielectric film / second lower electrode layer / second dielectric film / first upper electrode layer / first dielectric film / first lower portion of the portion not protected by the photoresist pattern. The third lower electrode layer 320, the fourth dielectric layer 310, the second upper electrode layer 300, the third dielectric layer 290, the second lower electrode layer 280, and the second dielectric layer 270 that remain by sequentially removing the electrode layers ) The first stacked pattern in which only half of the stacked patterns to be formed by forming the first upper electrode layer 260 / the first dielectric layer 250 / the first lower electrode layer 240 is formed. Then, the photoresist pattern is removed.

그리고 노출된 제 1 적층패턴에 산화를 실시하여 노출된 제 3 하부전극층(320)의 표면에 제 1 산화막(321), 노출된 제 2 상부전극층(300)의 측면에 제 2 산화막(301), 노출된 제 2 하부전극층(280)의 측면에 제 3 산화막(281), 노출된 제 1 상부전극층(260)의 측면에 제 4 산화막(261), 그리고 노출된 제 1 하부전극층(240)의 측면에 제 5 산화막(241)을 형성한다.The first oxide layer 321 is exposed on the exposed surface of the third lower electrode layer 320 by oxidizing the exposed first stacked pattern, the second oxide layer 301 is disposed on the side surface of the exposed second upper electrode layer 300. The third oxide film 281 is disposed on the exposed side surface of the second lower electrode layer 280, the fourth oxide film 261 is disposed on the side surface of the exposed first upper electrode layer 260, and the side surface of the exposed first lower electrode layer 240 is formed. A fifth oxide film 241 is formed in the trench.

이때, 제 2, 제 4 산화막(301)(261)은 나머지 제 1, 제 3, 제 5 산화막(321)(281)(241)과 서로 다른 식각률을 갖는다.In this case, the second and fourth oxide films 301 and 261 have etching rates different from those of the remaining first, third and fifth oxide films 321, 281 and 241.

도 2c를 참조하면, 노출된 제 1 적층패턴에 습식식각을 실시하여 제 1, 제 3, 제 5 산화막(321)(281)(241)을 제거한다. 따라서 잔류한 제 1 내지 제 3 하부전극층(320)(280)(240)의 일측의 측면이 다시 노출되었다.Referring to FIG. 2C, first, third and fifth oxide films 321, 281 and 241 are removed by wet etching the exposed first stacked patterns. Accordingly, the side surfaces of one side of the remaining first to third lower electrode layers 320, 280 and 240 are exposed again.

그다음, 잔류한 제 1 내지 제 3 하부전극층(320)(280)(240)을 서로 전기적으로 연결하기 위하여 하부전극층 형성물질과 동일한 물질을 제 1 적층패턴을 포함하는 기판의 전면에 증착한 다음 에치백하여 습식식각된 노출된 제 1 적층패턴의 측면에 측벽형태의 제 4 하부전극층(33)을 형성한다.Next, in order to electrically connect the remaining first to third lower electrode layers 320, 280 and 240 to each other, the same material as the lower electrode layer forming material is deposited on the entire surface of the substrate including the first stacked pattern. The fourth lower electrode layer 33 having a sidewall shape is formed on the side surface of the exposed first stacked pattern wet and etched back.

그리고, 제 4 하부전극층(33)의 노출된 표면을 포함하는 기판의 전면에 제 5 유전막(34)을 증착하여 형성한 다음, 그(34) 위에 상부전극 형성물질과 동일한 물질로 제 3 상부전극층(35)을 증착하여 형성한다.In addition, a fifth dielectric layer 34 is formed on the entire surface of the substrate including the exposed surface of the fourth lower electrode layer 33, and then, on the 34, the third upper electrode layer is made of the same material as the upper electrode forming material. 35 is formed by vapor deposition.

도 2d를 참조하면, 제 3 상부전극층(35)을 포함하는 기판의 전면에 포토레지스트를 도포한 다음 제 3 상부전극층을 포함하는 제 1 적층패턴의 나머지 두 측면을 패터닝하기 위한 노광 및 현상을 실시하여 포토레지스트패턴(도시안함)을 형성한다.Referring to FIG. 2D, the photoresist is applied to the entire surface of the substrate including the third upper electrode layer 35, and then exposure and development are performed to pattern the remaining two sides of the first stacked pattern including the third upper electrode layer. A photoresist pattern (not shown) is formed.

그리고 포토레지스트패턴으로 보호되지 않는 부위의 제 3 상부전극층/제 5 유전막/제 3 하부전극층/제 4 유전막/제 2 상부전극층/제 3 유전막/제 2 하부전극층/제 2 유전막/제 1 상부전극층/제 1 유전막/제 1 하부전극층을 차례로 제거하여 잔류한 제 3 상부전극층(350)/제 5 유전막(340)/제 3 하부전극층(321)/제 4 유전막(311)/제 2 상부전극층(302)/제 3 유전막(291)/제 2 하부전극층(281)/제 2 유전막(271)/제 1 상부전극층(262)/제 1 유전막(251)/제 1 하부전극층(241)의 측면을 노출시킨다. 이때 잔류한 제 1 패턴은 제 3 상부전극층(350)을 포함하여 기둥형태의 기둥패턴을 형성한다.And the third upper electrode layer / fifth dielectric film / third lower electrode layer / fourth dielectric film / second upper electrode layer / third dielectric film / second lower electrode layer / second dielectric film / first upper electrode layer of the portion not protected by the photoresist pattern. The third upper electrode layer 350, the fifth dielectric layer 340, the third lower electrode layer 321, the fourth dielectric layer 311, and the second upper electrode layer 302) / third dielectric film 291 / second lower electrode layer 281 / second dielectric film 271 / first upper electrode layer 262 / first dielectric film 251 / first lower electrode layer 241 Expose In this case, the remaining first pattern includes the third upper electrode layer 350 to form a pillar pattern having a pillar shape.

그다음, 노출된 기둥패턴 표면에 산화공정을 실시하여 제 6 내지 제 11 산화막(351)(322)(303)(282)(263)(241)을 기둥패턴의 노출된 부위에 형성한다. 이때, 제 6, 제 8, 제 10 산화막(351)(303)(263)은 제 7, 제 9, 제 11 산화막과 식각률이 다르다. 즉, 식각선택비가 크도록 형성된다.Then, an oxidation process is performed on the exposed pillar pattern surface to form sixth to eleventh oxide films 351, 322, 303, 282, 263 and 241 on exposed portions of the pillar pattern. In this case, the etch rates of the sixth, eighth, and tenth oxide films 351, 303, and 263 differ from the seventh, ninth, and eleventh oxide films. That is, the etching selectivity is formed to be large.

도 2e를 참조하면, 제 6, 제 8, 제 10 산화막(351)(303)(263)을 습식식각으로 제거하여 제 3 상부전극층(350)의 상부표면 및 측면과 제 2 상부전극층(302) 및 제 1 상부전극층(262)의 측면을 노출시킨다.Referring to FIG. 2E, the sixth, eighth, and tenth oxide layers 351, 303, and 263 are wet-etched to remove the upper surface and side surfaces of the third upper electrode layer 350 and the second upper electrode layer 302. And a side surface of the first upper electrode layer 262.

도 2f를 참조하면, 노출된 제 3 상부전극층(350)의 상부표면 및 측면과 제 2 상부전극층(302) 및 제 1 상부전극층(262)의 측면을 포함하는 기판의 전면에 제 4 상부전극층(36)을 형성하여 캐패시터를 완성한다.Referring to FIG. 2F, the fourth upper electrode layer may be formed on the front surface of the substrate including the upper surface and side surfaces of the exposed third upper electrode layer 350 and the side surfaces of the second upper electrode layer 302 and the first upper electrode layer 262. 36) to complete the capacitor.

이와 같이 형성된 캐패시터의 내부구조는 상부전극과 하부전극이 서로 맞물려 있고 그 사이에는 유전막이 개재되어 있으며, 전채적으로 원기둥 또는 사각기둥등의 다양한 기둥형태의 적층 캐패시터 구조를 갖게 된다.The internal structure of the capacitor formed as described above has an upper electrode and a lower electrode engaged with each other, and a dielectric film is interposed therebetween, and has a stacked capacitor structure having various pillar shapes such as a cylinder or a square pillar.

따라서, 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조방법은 전극형성을 위한 사진식각공정을 단 2 회만 실시하므로 전극의 형태를 디파인하기 용이하고, 캐패시터의 하부전극 표면적을 극대화시켜 단위 셀 면적당 캐패시터의 정전용량을 증가시키며, 각각의 전극이 서로 단단하게 연결되어 견고한 구조를 갖게 되어 수율을 향쌍시키는 장점이 있다.Therefore, the capacitor manufacturing method of the semiconductor device according to the present invention performs only two photolithography processes for forming the electrode, so that it is easy to define the shape of the electrode, and the capacitance of the capacitor per unit cell area is maximized by maximizing the surface area of the lower electrode of the capacitor. In order to increase the yield, the electrodes are firmly connected to each other to have a solid structure.

Claims (5)

층간절연층이 형성되고 상기 층간절연층의 소정부위에 도전성 플러그가 형성된 반도체 기판 위에 제 1 하부전극층/제 1 유전막/제 1 상부전극층/제 2 유전막을 차례로 형성하여 적층을 형성하는 단계와,Forming a stack by sequentially forming a first lower electrode layer / first dielectric film / first upper electrode layer / second dielectric film on a semiconductor substrate having an interlayer insulating layer formed thereon and a conductive plug formed on a predetermined portion of the interlayer insulating layer; 상기 제 2 유전막 위에 제 2 하부전극층을 형성하는 단계와,Forming a second lower electrode layer on the second dielectric layer; 상기 제 2 하부전극층과 상기 적층의 소정 부위를 제거하여 상기 제 2 하부전극층과 상기 적층의 일측면을 노출시키는 적층패턴을 형성하는 단계와,Removing the second lower electrode layer and a predetermined portion of the stack to form a stack pattern exposing the second lower electrode layer and one side of the stack; 상기 일측단면이 및 상부 표면이 노출된 상기 적층패턴의 노출된 표면을 소정 두께를 갖도록 제 1 절연화하는 단계와,First insulating the exposed surface of the lamination pattern having the one side surface and the upper surface exposed to have a predetermined thickness; 상기 제 2 하부전극층 및 상기 제 1 하부전극층의 제 1 절연화된 부위를 제거하는 단계와,Removing the first insulated portions of the second lower electrode layer and the first lower electrode layer; 잔류한 상기 적층패턴의 노출된 측면에 측벽 형태의 제 3 하부전극층을 형성하는 단계와,Forming a third lower electrode layer having a sidewall on an exposed side surface of the remaining stacked pattern; 노출된 상기 제 3 하부전극층의 표면과 노출된 상기 적층패턴의 표면에 제 3 유전막을 형성하는 단계와,Forming a third dielectric layer on the exposed surface of the third lower electrode layer and the exposed surface of the stacked pattern; 상기 제 3 유전막 위에 제 2 상부전극층을 형성하는 단계와,Forming a second upper electrode layer on the third dielectric layer; 상기 제 2 상부전극층 및 상기 제 3 유전막 그리고 상기 적층패턴의 소정 부위를 제거하여 상기 적층패턴의 타측면을 노출시키는 단계와,Removing the second upper electrode layer, the third dielectric layer, and predetermined portions of the stacked pattern to expose the other side surface of the stacked pattern; 노출된 상기 적층패턴의 상기 타측면 및 노출된 상기 제 2 상부전극층의 표면을 소정 두께로 제 2 절연화 시키는 단계와,Insulating the other side of the exposed laminated pattern and the surface of the exposed second upper electrode layer to a second thickness with a predetermined thickness; 상기 제 2 내지 제 1 상부전극의 제 2 절연화된 부위를 제거하는 단계와,Removing second insulated portions of the second to first upper electrodes; 상기 제 2 상부전극층을 포함하는 잔류한 상기 적층패턴의 표면에 제 3 상부전극층을 형성하는 단계로 이루어진 반도체장치의 캐패시터 제조방법.And forming a third upper electrode layer on a surface of the stacked pattern including the second upper electrode layer. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 하부전극층과 상기 제 1 내지 제 2 상부전극층은 상기 제 1 내지 제 2 절연화된 부위가 큰 식각선택비를 갖도록 하는 물질로 각각 형성되는 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.The semiconductor of claim 1, wherein the first to third lower electrode layers and the first to second upper electrode layers are each formed of a material such that the first to second insulated portions have a large etching selectivity. Method of manufacturing the device. 청구항 1에 있어서, 상기 적층을 복수개로 수직방향으로 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것이 특징인 반도체장치의 캐패시터 제조방법.The method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to claim 1, further comprising the step of forming a plurality of said stacks in a vertical direction. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 내지 제 2 절연화는 산화 또는 질화공정으로 실시하는 것이 특징인 반도체장치의 캐패시터 제조방법.The method of claim 1, wherein the first to second insulation are performed by an oxidation or nitriding process. 청구항 4에 있어서, 상기 타측면이 제거되어 잔류한 상기 적층패턴은 사각기둥 또는 원형기둥의 형태인 것이 특징인 반도체장치의 캐패시터 제조방법.The method of manufacturing a capacitor of claim 4, wherein the stacked pattern in which the other side is removed is in the form of a square pillar or a circular pillar.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100780169B1 (en) * 2005-07-26 2007-11-27 페-쳉 종 semiconductor barrier grain boundary insulating structure and its forming method
KR100936185B1 (en) * 2007-05-18 2010-01-11 박영진 Multi layer capacitor device and multi layer varistor device
KR101400061B1 (en) * 2007-12-07 2014-06-27 삼성전자주식회사 Capacitor, semiconductor device including the capacitor, method of forming the capacitor and method of manufacturing the semiconductor device including the capacitor

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