KR20000057990A - Capacitive element, semiconductor device having the capacitive element and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20000057990A
KR20000057990A KR1020000006099A KR20000006099A KR20000057990A KR 20000057990 A KR20000057990 A KR 20000057990A KR 1020000006099 A KR1020000006099 A KR 1020000006099A KR 20000006099 A KR20000006099 A KR 20000006099A KR 20000057990 A KR20000057990 A KR 20000057990A
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가네꼬 히사시
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Abstract

PURPOSE: A capacitor and a semiconductor device are provided to have a high operational reliability by enabling a fabrication process of the capacitor to be proceeded under 700°C. CONSTITUTION: A lower electrode(1) has HSG(hemispherical grain) formed on the surface thereof. A dielectric film(2) is composed of silicon nitride and covers the surface of the lower electrode(1). An upper electrode(3) covers the dielectric film(2). In the prior art, an impurity-doped polysilicon was adopted for an upper electrode. In that case, the impurity-doped polysilicon did not function as an upper electrode when heat treated under 700°C. However, an upper electrode(3) of the invention is composed of metal or electrically conducting compound. So the upper electrode(3), even though formed under 700°C, can sufficiently function as an electrode.

Description

용량소자, 이를 사용한 반도체장치 및 그의 제조방법 {Capacitive element, semiconductor device having the capacitive element and method of manufacturing the same}Capacitive element, semiconductor device using same and manufacturing method thereof {Capacitive element, semiconductor device having the capacitive element and method of manufacturing the same}

본 발명은 용량소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HSG(hemisperical grains)을 이루는 실리콘을 포함하는 하부전극을 갖는 정전용량에 관한 것이다. 또한 본 발명은 정전용량을 갖는 반도체소자 와 정전용량및 반도체소자를 제조하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor, and more particularly, to a capacitance having a lower electrode including silicon forming HSG (hemisperical grains). The present invention also relates to a semiconductor device having a capacitance and a method of manufacturing the capacitance and the semiconductor device.

최근, 반도체소자에 포함된 DRAM(Dynamic Random Access Memory)등의 집적회로들이 보다 소형화되어가고 있으며, 고용량을 갖으며 적은 영역을 차지하도록 디자인된 용량소자가 요구되어지고 있다. 그러한 요구에 부응하여, 하나의 용량소자에 포함된 하부전극의 표면에 HSG를 형성하기 위한 한 방법이 제시되었다.In recent years, integrated circuits such as DRAM (Dynamic Random Access Memory) included in semiconductor devices have been miniaturized, and a capacitor having a high capacity and designed to occupy a small area has been demanded. In response to such a requirement, one method for forming HSG on the surface of a lower electrode included in one capacitor is proposed.

도 1은 종래의 용량소자의 전극부분을 설명하는 단면도이다. 용량소자의 전극부분에 있어서, 실리콘질화막으로 형성된 용량막(32)은 폴리실리콘으로 이루어진 하부전극(31)의 표면상에 형성된다. 폴리실리콘으로 이루어진 상부전극(33)은 용량막(32)의 표면상에 형성된다.1 is a cross-sectional view illustrating an electrode portion of a conventional capacitor. In the electrode portion of the capacitor, the capacitor film 32 formed of a silicon nitride film is formed on the surface of the lower electrode 31 made of polysilicon. The upper electrode 33 made of polysilicon is formed on the surface of the capacitor film 32.

HSG(43)는 하부전극(31)의 표면상에 형성된다. 개개의 HSG(43)는 예컨대, 직경 30 ~ 70nm의 버섯형상 또는 거의 반구의 형상 또는 상기 두 형상이 조합된 형상으로 볼록하게 형성된다. 만약 HSG(43)가 하부전극(31)의 표면상에 형성되면, 용량소자는 작은 영역을 차지하면서 큰 표면적을 가질 수 있게 된다. 용량증가율이 하부전극(31)의 표면적증가율과 같은 경우, 만약 하부전극(31)의 표면적이 하부전극(31)의 표면상에 HSG(43)를 포함하지 않은 용량소자와 비교하여 두배만큼 되면,하부전극(31)상에 형성된 HSG(43)를 갖는 용량소자는 원래 값의 거의 두배의 용량값을 얻을 수 있다.The HSG 43 is formed on the surface of the lower electrode 31. The individual HSGs 43 are formed convex, for example, in the form of mushrooms having a diameter of 30 to 70 nm or almost hemispheres, or a combination of the two. If the HSG 43 is formed on the surface of the lower electrode 31, the capacitor element can have a large surface area while occupying a small area. When the capacity increase rate is the same as the surface area increase rate of the lower electrode 31, if the surface area of the lower electrode 31 is doubled as compared with the capacitance element that does not include the HSG 43 on the surface of the lower electrode 31, The capacitor having the HSG 43 formed on the lower electrode 31 can obtain a capacitance value almost twice that of the original value.

하부전극(31)상에 HSG(43)를 형성하는 일반적인 과정은 다음과 같다. 우선, 인도핑 비정질실리콘막과 같은 도프트 비정질실리콘막인 하부전극층이 형성되어 패터닝되어, 하부전극(31)을 형성한다. 다음으로, HSG(43)가 진행중인 공정에 부합하여 하부전극(31)의 표면상에 형성된다. HSG가 형성되는 동안의 열처리를 실행함으로써, 하부전극(31)을 형성하는 도프트 비정질실리콘은 폴리실리콘으로 변환된다. HSG(43)가 형성된 하부전극(31)의 표면은 용량막(32)으로 덮혀진다. 인도핑 폴리실리콘과 같은 도프트 폴리실리콘막은 용량막(32)상에 형성되어 상부전극(33)을 형성하고, 이로써 용량소자가 완성한다.The general process of forming the HSG 43 on the lower electrode 31 is as follows. First, a lower electrode layer, which is a doped amorphous silicon film such as a guided amorphous silicon film, is formed and patterned to form the lower electrode 31. Next, the HSG 43 is formed on the surface of the lower electrode 31 in accordance with the ongoing process. By performing the heat treatment during the formation of the HSG, the doped amorphous silicon forming the lower electrode 31 is converted into polysilicon. The surface of the lower electrode 31 on which the HSG 43 is formed is covered with the capacitor film 32. A doped polysilicon film, such as a guided polysilicon, is formed on the capacitor film 32 to form the upper electrode 33, thereby completing the capacitor.

이러한 제조공정에 있어서, 상부전극(33)을 형성하기 위해 사용된 도프트 폴리실리콘막이 용량막(32)상에 형성된 후에, 800℃ 또는 그 이상에서 열처리가 실시되어 전기전도도를 충분히 얻을 수 있으며, 그로 인해 인과 같은 불순물들이 활성화 된다.In this manufacturing process, after the doped polysilicon film used to form the upper electrode 33 is formed on the capacitor film 32, heat treatment is performed at 800 ° C. or higher to sufficiently obtain electrical conductivity. As a result, impurities such as phosphorus are activated.

용량소자는 MOSFET 등의 트랜지스터가 형성된 후에 형성된다. 만약 용량소자가 형성되는 동안 용량소자가 800℃ 또는 그 이상의 매우 고온에서 열처리되면, 트랜지스터의 확산층에 포함된 불순물들이 더욱 확산되고, 결과적으로 소오스확산층 및 드레인확산층간의 간격(채널길이)이 짧아지게 된다. 상기와 같은 여건에서는, 만약 종래의 용량소자가 소형화되면, 효율적인 채널길이가 충분히 확보되지 못하고 펀치-쓰로우현상이 발생하는 문제가 야기된다.The capacitor is formed after the formation of a transistor such as a MOSFET. If the capacitor is heat-treated at an extremely high temperature of 800 ° C. or higher during the formation of the capacitor, the impurities contained in the diffusion layer of the transistor are further diffused, resulting in a shorter gap (channel length) between the source diffusion layer and the drain diffusion layer. do. In the above circumstances, if the conventional capacitor is downsized, a problem arises in that an efficient channel length is not sufficiently secured and a punch-throw phenomenon occurs.

만약 DRAM 및 고속의 동작을 요하는 논리회로에서 사용되는 트랜지스터를 포함하는 집적회로가 800℃ 또는 그 이상의 온도에서 열처리되면, 논리회로에 사용되는 트랜지스터에 펀치-쓰로우현상이 발생될 수 있으며, 또는 논리회로에 사용되는 트랜지스터에 포함된 소오스확산층, 드레인확산층 및 게이트전극상에 형성된 규소 화합물의 저항치가 증가할 수 있다.If an integrated circuit including a DRAM and a transistor used in a logic circuit requiring high speed operation is heat-treated at a temperature of 800 ° C. or higher, a punch-throw may occur in the transistor used in the logic circuit, or The resistance of the silicon compound formed on the source diffusion layer, the drain diffusion layer, and the gate electrode included in the transistor used in the logic circuit may increase.

상기 방법을 고려할때, 만약 용량소자가 전체 제조공정동안에 700℃이하의 온도에서 제조되면, 불순물공핍층(34)이 도 1에서 설명된 도프트 폴리실리콘으로 이루어진 상부전극(33)내의 용량막(32)에 인접한 영역에서 생성된다. 불순물공핍층(34)에서, 인과 같은 불순물들은 원하는대로 잘 확산되지 않는다. 이러한 구조에서, 절연막의 두께는 실질적으로 증가되며, 용량값은 충분하게 얻어지지 않는다. 특히, 상부전극(33)이 하부전극(31)에 비해 플러스전위로 설정되면, 전자들은 용량막(32)에 인접한 상부전극(33)의 하부측에서 상부전극(33)의 상부측으로 이동한다. 이러한 이유로 불순물공핍층(34)의 두께는 증가하고 용량값은 감소하게 된다.Considering the above method, if the capacitor element is manufactured at a temperature of 700 DEG C or lower during the entire manufacturing process, the impurity depletion layer 34 is formed of the capacitor film in the upper electrode 33 made of the doped polysilicon described in FIG. In the area adjacent to it. In the impurity depletion layer 34, impurities such as phosphorous do not diffuse as desired. In this structure, the thickness of the insulating film is substantially increased, and the capacitance value is not sufficiently obtained. In particular, when the upper electrode 33 is set to a positive potential compared to the lower electrode 31, electrons move from the lower side of the upper electrode 33 adjacent to the capacitor film 32 to the upper side of the upper electrode 33. For this reason, the thickness of the impurity depletion layer 34 increases and the capacitance value decreases.

상술한 바와같이, 만약 용량값이 감소하면, 전기적충전이 용량부분에서 완전히 축적되지 않는다. 그러므로, 예정된 양의 전기적충전이 주어진 시간동안에 이루어지지 않는다. 이러한 불완전한 특성을 없애기 위해, 리플레쉬사이클 수를 증가시키거나 용량의 면적을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 리플레쉬사이클수의 증가는 독출속도를 저하시키며, 용량면적의 증가는 칩면적의 증가를 유도한다.As described above, if the capacitance value decreases, the electric charge is not completely accumulated in the capacitance portion. Therefore, a predetermined amount of electrical charging is not made in a given time. To eliminate these incomplete characteristics, it is necessary to increase the number of refresh cycles or increase the area of the capacity. However, an increase in the number of refresh cycles lowers the read speed, and an increase in the capacity area leads to an increase in the chip area.

일본 특개평 8-139288은, 하부전극의 거친 표면에서 하부전극의 증가로 리크전류특성의 향상을 가져오며, 실리콘의 표면상에 형성된 HSG화된 텅스텐을 사용하여 하부전극을 이루는 용량소자, 산화탄탈로 형성된 용량막 및 질화티타늄 및 텅스텐으로 형성된 상부전극을 개시하고 있다. 그러나, 공보에 공개된 제조방법은 다음과 같은 두가지의 결점을 가지고 있다:Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-139288 discloses an improvement in the leakage current characteristics due to an increase in the lower electrode on the rough surface of the lower electrode, and a capacitance element, tantalum oxide, which forms the lower electrode using HSG tungsten formed on the surface of silicon. A capacitive film formed and an upper electrode formed of titanium nitride and tungsten are disclosed. However, the manufacturing method disclosed in the publication has two drawbacks:

첫째, 많은 제조공정이 요구되며, 그러한 제조공정들은 각각 전용의 제조장치가 필요하다. 더욱이, 그러한 전용 제조장치는 설비상에 많은 비용이 요구된다.First, many manufacturing processes are required, and each of these manufacturing processes requires a dedicated manufacturing apparatus. Moreover, such dedicated manufacturing equipment is expensive on equipment.

둘째로, 산화탄탈로 형성된 용량막의 열적안정이 충분히 얻어지지 않는다. 용량소자의 형성 후, 형성공정중에 있는 주변회로에 예컨대, 700℃의 온도에서 열처리가 필요할 때, 용량막은 불가피하게 성능이 저하된다. 이것은 용량막으로 유입되는 리크전류를 증가시켜 설정된 허용치를 초과하게 만든다. 따라서, 상기 출원공개된 용량막의 동작신뢰도는 낮아지고, 그러한 용량소자를 갖는 반도체소자의 동작신뢰도도 낮아진다.Secondly, the thermal stability of the capacitive film formed of tantalum oxide is not sufficiently obtained. After the formation of the capacitor, when the peripheral circuit in the formation process requires heat treatment at a temperature of, for example, 700 占 폚, the capacitor film inevitably deteriorates. This increases the leakage current flowing into the capacitive film and exceeds the set tolerance. Therefore, the operation reliability of the disclosed capacitor film is lowered, and the operation reliability of the semiconductor element having such a capacitor element is also lowered.

상술한 공보는 여기에 포함된다.The foregoing publications are incorporated herein.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 동작신뢰도를 갖는 용량소자 및 반도체소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 높은 열적안정을 갖는 HSG 및 용량막을 이루는 실리콘으로 이루어진 용량소자, 용량소자로 이루어진 반도체소자를 제공하데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 실질적으로 종래의 기술로부터 유도된 용량소자 제조공정에 반하여 전체의 용량소자 제조공정이 700℃이하의 온도에서 실행되는, 용량소자 제조방법, 용량소자를 갖는 반도체소자 제공방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a capacitor and a semiconductor device having high operational reliability. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device comprising a capacitor device and a capacitor device made of HSG having high thermal stability and silicon forming a capacitor film. It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a capacitor, a method of providing a semiconductor device having a capacitor, wherein the entire capacitor is manufactured at a temperature of 700 ° C. or lower, as opposed to a capacitor manufactured by the prior art. To provide.

도 1은 종래의 용량소자의 전극부분을 설명하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an electrode portion of a conventional capacitor.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 구조를 설명하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

도 3은 도 2에 도시된 반도체소자의 용량소자부분을 확대하여 설명하는 단면도이다.3 is an enlarged cross-sectional view illustrating a capacitor element of the semiconductor device illustrated in FIG. 2.

도 4는 도 3에 도시된 용량소자의 전극부분을 확대하여 설명하는 단면도이다.4 is an enlarged cross-sectional view illustrating an electrode part of the capacitor illustrated in FIG. 3.

도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 설명하기 위한 단면도이다.5 is a cross-sectional view for describing a manufacturing process of the semiconductor device including the capacitor according to the first embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 설명하기 위한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 설명하기 위한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 설명하기 위한 단면도이다.8 is a cross-sectional view for describing a manufacturing process of the semiconductor device including the capacitor according to the first embodiment of the present invention.

도 9a 및 9b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 각각 설명하기 위한 단면도이다.9A and 9B are cross-sectional views each illustrating a manufacturing process of a semiconductor device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량소자의 전극부분을 확대하여 설명하는 단면도이다.10 is an enlarged cross-sectional view illustrating an electrode part of a capacitor according to a second exemplary embodiment of the present invention.

도 11a 및 11b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 각각 설명하기 위한 단면도이다.11A and 11B are cross-sectional views each illustrating a manufacturing process of a semiconductor device including a capacitor according to a second embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 제조공정을 설명하기 위한 단면도이다.12 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device including a capacitor according to a second embodiment of the present invention.

도 13은 비교예에 따른 용량소자 및 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자의 특성을 보여주는 도면이다.13 is a view showing the characteristics of the capacitor according to the comparative example and the capacitor according to the first embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명.* Explanation of symbols for the main parts of the drawings.

1 : 하부전극 2 : 용량막1: lower electrode 2: capacitor film

3 : 상부전극 3B : 보조상부전극3: upper electrode 3B: auxiliary upper electrode

4 : HSG 5 : 소자분리막4: HSG 5: device isolation film

6 : 실리콘기판 7S : 소오스확산층6: silicon substrate 7S: source diffusion layer

7D : 드레인확산층 8 : 게이트전극7D: Drain diffusion layer 8: Gate electrode

9A,9B : 층간절연막 10 : 제 1 콘택9A, 9B: Interlayer insulating film 10: First contact

11 : 제 2 콘택 12 : 비트라인11: second contact 12: bit line

15 : 인도핑 비정질실리콘 21 : 게이트산화막15: guiding amorphous silicon 21: gate oxide film

23 : 질화티타늄막 24 : 인도핑 폴리실리콘막23: titanium nitride film 24: guided polysilicon film

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 용량소자는 실리콘으로 형성되어 그 표면상에 HSG를 갖는 하부전극(1), 실리콘질화물로 형성되어 상기 하부전극(1)의 표면을 덮고있는 용량막(2) 및 금속 또는 전기적 전도화합물로 형성되어 용량막(2)을 덮고있는 상부전극(3)으로 구성되어져 있다.The capacitive element according to the first aspect of the present invention for achieving the above object is formed of silicon and having a lower electrode (1) having an HSG on its surface, formed of silicon nitride to cover the surface of the lower electrode (1) And the upper electrode 3 formed of the capacitive film 2 and the metal or the electrically conductive compound covering the capacitive film 2.

본 발명에 따른, 용량소자는 금속 또는 전기적 전도화합물로 형성된 상부전극을 포함하므로, 용량소자을 형성하는 전체 공정은 700℃이하의 온도에서 실시된다. 그러므로, 트랜지스터 등과 같은 반도체소자가 용량소자를 형성하기 전에 반도체기판상에서 형성되는 경우에서도, 반도체소자의 특성이 저하되지 않는다.According to the present invention, since the capacitor includes an upper electrode formed of a metal or an electrically conductive compound, the entire process of forming the capacitor is performed at a temperature of 700 ° C. or less. Therefore, even when a semiconductor element such as a transistor is formed on the semiconductor substrate before forming the capacitor, the characteristics of the semiconductor element do not deteriorate.

상부전극(3)은 고융점금속질화물 또는 고융점금속산화물로 형성되어 질 수 있다.The upper electrode 3 may be formed of high melting point metal nitride or high melting point metal oxide.

용량막(2)은 실리콘질화막과 실리콘산화막이 형성된 적층구조를 갖을수 있다.The capacitor film 2 may have a stacked structure in which a silicon nitride film and a silicon oxide film are formed.

상부전극(3)은 실리콘산화막상에 형성되어질 수 있다.The upper electrode 3 may be formed on the silicon oxide film.

본 발명의 제 2 관점에 따른 용량소자 제조방법은 실리콘으로 이루어져 있으며 그 표면상에 HSG를 갖는 하부전극(1)을 형성하는 단계, 하부전극(1)상에 실리콘 질소화합물로 이루진 용량막(2)을 형성하는 단계 및 용량막상에 금속 또는 전기적 전도금속화합물로 이루어진 상부전극(3)을 형성하는 단계로 이루어져 있다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a capacitive element, the method comprising: forming a lower electrode 1 having HSG on a surface thereof, and a capacitive film made of a silicon nitrogen compound on the lower electrode 1; 2) and forming an upper electrode 3 made of a metal or an electrically conductive metal compound on the capacitor film.

하부전극(1)의 형성, 용량막(2)의 형성 및 상부전극(3)의 형성은 700℃이하의 온도에서 실시되어질 수 있다.The formation of the lower electrode 1, the formation of the capacitor film 2 and the formation of the upper electrode 3 may be carried out at a temperature of 700 ° C or less.

상부전극(3)의 형성은 화학적증기침전(CVD)기술에 의한 상부전극(3)의 형성을 포함할 수 있다.The formation of the upper electrode 3 may include the formation of the upper electrode 3 by chemical vapor deposition (CVD).

상부전극(3)의 형성은 고융점금속질화물 또는 고융점금속산화물을 사용한 상부전극의 형성을 포함한다.The formation of the upper electrode 3 includes the formation of the upper electrode using a high melting point metal nitride or a high melting point metal oxide.

용량막(2)의 형성은 열질화기술에 의한 하부전극(1)의 표면을 질화시키는 단계, 화학적증기침전기술에 의한 하부전극(1)상에 실리콘질화막을 형성하는 단계 및 실리콘질화막의 표면을 산화시키는 단계를 포함한다.Formation of the capacitive film 2 includes the steps of nitriding the surface of the lower electrode 1 by a thermal nitriding technique, forming a silicon nitride film on the lower electrode 1 by a chemical vapor deposition technique, and forming a surface of the silicon nitride film. Oxidizing.

본 발명의 제 3 관점에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자는 실리콘으로 형성되어 그 표면상에 HSG를 갖는 하부전극(1), 실리콘질화물로 형성되어 상기 하부전극(1)의 표면을 덮고있는 용량막(2) 및 금속 또는 전기적 전도화합물로 이루어져 용량막(2)을 덮고있는 상부전극(3)으로 구성되어져 있다.The semiconductor device including the capacitor according to the third aspect of the present invention is a capacitor formed of silicon and having a HSG on its surface, a capacitor formed of silicon nitride and covering the surface of the lower electrode 1. It consists of the membrane 2 and the upper electrode 3 which consists of a metal or an electrically conductive compound and covers the capacitance membrane 2.

본 발명의 제 4 관점에 따른 용량소자 제조방법을 이루는 반도체소자 제조방법은 실리콘으로 이루어져 있으며 그 표면상에 HSG를 갖는 하부전극(1)을 형성하는 단계, 하부전극(1) 표면상에 실리콘질화물로 이루진 용량막(2)을 형성하는 단계 및 상기 용량막(2)상에 금속 또는 전기적 전도화합물로 이루어진 상부전극(3)을 형성하는 단계로 이루어져 있다.The semiconductor device manufacturing method of the capacitive device manufacturing method according to the fourth aspect of the present invention comprises the step of forming a lower electrode 1 made of silicon and having an HSG on the surface thereof, and silicon nitride on the lower electrode 1 surface. And a step of forming an upper electrode 3 made of a metal or an electrically conductive compound on the capacitor film 2.

본 발명의 목적 및 장점은 이하 첨부된 도면들을 이용한 상세한 설명을 통해 보다 명백하게 될 것이다.The objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description using the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면들을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

제 1 실시예First embodiment

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 포함하는 반도체소자의 구조를 보여주는 단면도이다. 설명에 있어서, 용량소자가 부가된 단일 트랜지스터가 예시된 반도체소자로서 보여진다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a semiconductor device including a capacitor according to a first embodiment of the present invention. In the description, a single transistor to which a capacitive element is added is shown as the illustrated semiconductor element.

트랜지스터는 실리콘기판(6)상에 형성된 소자분리막(5)으로 구획되는 소자영역에 형성된다. 트랜지스터는 소오스확산층(7S), 드레인확산층(7D) 및 게이트전극(8)으로 이루어진다. 소오스확산층(7S) 및 드레인확산층(7D)는 실리콘기판(6)에 형성되며, 반면 게이트전극(8)은 게이트절연막(21)을 개재하여 실리콘기판(6)상부에 형성된다.The transistor is formed in an element region partitioned by an element isolation film 5 formed on the silicon substrate 6. The transistor consists of a source diffusion layer 7S, a drain diffusion layer 7D and a gate electrode 8. The source diffusion layer 7S and the drain diffusion layer 7D are formed on the silicon substrate 6, while the gate electrode 8 is formed on the silicon substrate 6 via the gate insulating film 21.

층간절연막(9A)은 실리콘기판(6)상에 형성되며, 층간절연막(9B)는 층간절연막(9A)상에 형성된다.The interlayer insulating film 9A is formed on the silicon substrate 6, and the interlayer insulating film 9B is formed on the interlayer insulating film 9A.

용량소자는 층간절연막(9B)상에 형성된다. 용량소자는 폴리실리콘으로 형성된 하부전극(1), 실리콘질화물로 형성된 예시되지 않은 용량막(2) 및 금속 또는 전기적 전도금속화합물 등으로 형성된 상부전극(3)으로 이루어진다.The capacitor is formed on the interlayer insulating film 9B. The capacitor includes a lower electrode 1 made of polysilicon, an unexemplified capacitor film 2 made of silicon nitride, and an upper electrode 3 made of metal or an electrically conductive metal compound.

소오스확산층(7S)은 층간절연막(9A, 9B)을 관통하는 제 2 콘택(11)을 개재하여 하부전극(1)에 접속된다. 드레인확산층(7D)는 층간절연막(9A)를 관통하는 제 1 콘택(10)을 개재하여 층간절연막(9A)상에 형성된 비트라인(12)에 접속된다.The source diffusion layer 7S is connected to the lower electrode 1 via the second contact 11 penetrating through the interlayer insulating films 9A and 9B. The drain diffusion layer 7D is connected to the bit line 12 formed on the interlayer insulating film 9A via the first contact 10 penetrating through the interlayer insulating film 9A.

도 3은 도 2에 도시된 반도체소자의 용량소자부분을 설명하기 위해 확대하여 보여주는 단면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 용량소자의 전극부분을 설명하기 위해 확대하여 보여주는 단면도이다.FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the capacitor device of the semiconductor device illustrated in FIG. 2. 4 is an enlarged cross-sectional view illustrating the electrode part of the capacitor illustrated in FIG. 3.

도 3에 설명된바와 같이, HSG(4)는 실로콘으로 이루어진 하부전극(1)의 표면상에 형성된다. 상부전극(3)은 HSG(4)가 형성된 하부전극(1)의 표면위에 형성된다.As illustrated in FIG. 3, the HSG 4 is formed on the surface of the lower electrode 1 made of xylocone. The upper electrode 3 is formed on the surface of the lower electrode 1 on which the HSG 4 is formed.

도 4에서, 실리콘질화물로 형성된 용량막(2)은 하부전극(1)과 상부전극(3)간에 형성된다. 상부전극(3)은 HSG(4)사이의 공간을 다 채울때까지 형성된다. 이렇게 함으로써 실질적인 용량절연막의 두께가 증가하지 않으며, 용량절연막의 실질적인 두께는 효과적인 용량막(2)의 두께로만 결정될 수 있다. 용량막(2)상에 형성된 상부전극(3)은 금속 또는 전기적 전도금속화합물로 이루지며, 전기적 전도성을 계속 유지하기 위해 요구되는 불순물을 필요로 하지 않는다. 상기의 결과로서, 상부 전극(3)의 전기적 전도성은 감소하지 않는다. 더욱이, 하부전극(1)이 그 하부전극 표면상에 HSG(4)를 갖는 구조에서 용량의 증가가 예상된다.In FIG. 4, the capacitor film 2 formed of silicon nitride is formed between the lower electrode 1 and the upper electrode 3. The upper electrode 3 is formed until it fills the space between the HSG 4. By doing so, the substantial thickness of the capacitive insulating film does not increase, and the substantial thickness of the capacitive insulating film can be determined only by the thickness of the effective capacitive film 2. The upper electrode 3 formed on the capacitive film 2 is made of a metal or an electrically conductive metal compound, and does not need impurities required to maintain electrical conductivity. As a result of the above, the electrical conductivity of the upper electrode 3 does not decrease. Moreover, an increase in capacitance is expected in the structure in which the lower electrode 1 has the HSG 4 on its lower electrode surface.

용량막(2)이 전부가 실리콘질화막이어도 좋지만, 상부전극(3)에 접속된 표면이 산화되어 있는것, 즉 용량막(2)이 온(ON)막(실리콘질화막 및 실리콘산화막이 형성된 적층구조라고 생각할 수도 있다)인 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 본 실시예에 있어서, 그 표면상에 실리콘산화막이 형성된 실리콘질화막을 포함하는 막들은 실리콘질화막들인 것으로 본다. 용량막(2)의 두께는 이것이 일반적인 용량막으로서의 기능을 하는 범위라면 임으로 가능하며, 예컨대 2 ~ 20nm, 바람직하게는 5 ~ 15nm의 범위가 바람직하다.Although all of the capacitor film 2 may be a silicon nitride film, the surface connected to the upper electrode 3 is oxidized, that is, a laminated structure in which the capacitor film 2 is turned on (silicon nitride film and silicon oxide film). It is more preferable). In this embodiment of the present invention, the films including the silicon nitride film on which the silicon oxide film is formed are considered to be silicon nitride films. The thickness of the capacitive film 2 can be any length as long as it functions as a general capacitive film, and is preferably in the range of 2 to 20 nm, preferably 5 to 15 nm.

상부전극(3)을 형성하는 금속막 또는 전기적 전도금속화합물막은 700℃이하의 온도에서 형성되어지는 것이 바람직하다. 특히, 상부전극(3)은 고융점금속(텅스텐, 티타늄, 코발트 등), 고융점금속질화물(텅스텐질화물, 티타늄질화물 등), 고융점금속산화물(산화루테늄, 산화이리듐 등) 또는 고융점금속규소화합물(규화티타늄, 규화코발트 등)과 같은 물질들로 형성되어질 수 있다. 이중에서, 질화텅스텐, 질화티타늄 등의 고융점금속질화물 및 산화루테늄, 산화이리듐 등의 고융점금속산화물 등이 용량막(2)을 형성하는 실리콘질화물의 열적안정을 고려할 때 바람직하다.The metal film or the electrically conductive metal compound film forming the upper electrode 3 is preferably formed at a temperature of 700 ° C or less. In particular, the upper electrode 3 includes a high melting point metal (tungsten, titanium, cobalt, etc.), a high melting point metal nitride (tungsten nitride, titanium nitride, etc.), a high melting point metal oxide (ruthenium oxide, iridium oxide, etc.) or a high melting point metal silicon. It may be formed of materials such as compounds (titanium silicide, cobalt silicide, etc.). Among these, high melting point metal nitrides such as tungsten nitride and titanium nitride and high melting point metal oxides such as ruthenium oxide and iridium oxide are preferable in consideration of thermal stability of silicon nitride forming the capacitive film 2.

상부전극(3)은 화학적증기침전(이하, CVD라 함)기술을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.The upper electrode 3 is preferably formed using a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) technique.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 도 2에 도시된, 용량소자의 제조방법에 대해 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the capacitor shown in FIG. 2 according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 5 내지 도 9b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자를 구비한 반도체소자의 제조공정을 각각 설명하기 위한 단면도들이며, 각각은 반도체소자로서 단일 트랜지스터부분을 보여준다.5 to 9B are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of a semiconductor device having a capacitor according to a first embodiment of the present invention, respectively, each showing a single transistor portion as a semiconductor device.

도 5에 도시된 것과 같이, 종래의 용량소자와 단일 트랜지스터가 형성되어 있다. 소자분리막(5)으로서 LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)막이 LOCOS기술을 사용하여 실리콘기판(6)상에 형성되어 있다. 게이트전극(8)이 소자분리막(5)으로 구획된 영역에 폴리실리콘으로 형성된다. 다음으로, 이온주입기술을 사용하여 소오스확산층(7S) 및 드레인확산층(7D)이 형성되고, 이렇게하여 트랜지스터가 형성된다. 층간절연막(9A)이 트랜지스터가 형성된 실리콘기판(6)상에 형성된다. 다음으로, 제 1 콘택홀(10A)이 드레인확산층(7D)상에 형성된다. 제 1 콘택홀(10A)은 인도핑 비정질실리콘 또는 폴리실리콘으로 채워져, 제 1 콘택(10)을 형성한다. 다음으로, 비트라인(12)이 WSi 등의 배열로 층간절연막(9A)의 표면상에 형성되며, 층간절연막(9B)는 층간절연막(9A)와 비트라인(12)상에 형성된다.As shown in Fig. 5, a conventional capacitor and a single transistor are formed. As the device isolation film 5, a LOCOS (Local Oxidation Of Silicon) film is formed on the silicon substrate 6 using the LOCOS technique. The gate electrode 8 is formed of polysilicon in a region partitioned by the device isolation film 5. Next, the source diffusion layer 7S and the drain diffusion layer 7D are formed using an ion implantation technique, thereby forming a transistor. An interlayer insulating film 9A is formed on the silicon substrate 6 on which the transistor is formed. Next, the first contact hole 10A is formed on the drain diffusion layer 7D. The first contact hole 10A is filled with guided amorphous silicon or polysilicon to form the first contact 10. Next, the bit lines 12 are formed on the surface of the interlayer insulating film 9A in an arrangement such as WSi, and the interlayer insulating film 9B is formed on the interlayer insulating film 9A and the bit line 12.

도 6에서 도시된 것과 같이, 제 2 콘택홀(11A)은 층간절연막(9A, 9B)를 관통하여 소오스확산층(7S)에 접속되어 형성된다. 제 2 콘택홀(11A)은 1×1020cm-3의 농도로 인을 포함하는 인도핑 비정질실리콘으로 채워진다. 다음에, 인도핑 비정질실리콘막(15)은 층간절연막(9B)의 표면상에 1×1020cm-3의 농도로 인을 포함하는 인도핑 비정질실리콘을 퇴적시킴으로써 0.2 ~ 1㎛의 두께로 형성된다.As shown in FIG. 6, the second contact hole 11A is formed through the interlayer insulating films 9A and 9B and connected to the source diffusion layer 7S. The second contact hole 11A is filled with a guided amorphous silicon containing phosphorus at a concentration of 1 × 10 20 cm −3 . Next, the guiding amorphous silicon film 15 is formed to a thickness of 0.2 to 1 탆 by depositing a guiding amorphous silicon containing phosphorus at a concentration of 1x10 20 cm -3 on the surface of the interlayer insulating film 9B. do.

도 7에 도시된 것과 같이, 인도핑 비정질실리콘막(15)이 패터닝되고, 미리결정된 형태를 갖는 하부전극(1)을 형성한다.As shown in FIG. 7, the guided amorphous silicon film 15 is patterned to form the lower electrode 1 having a predetermined shape.

도 8에 도시된 것과 같이, HSG(4)는 기지의 HSG화 처리조건, 즉, 도 7에 도시된 화로내어서 하부전극상에 시레인 또는 디시레인을 30분정도 조사하여 하부전극(1)상에 실리콘의 핵들을 형성하고, 하부전극(1)이 550℃ ~ 700℃의 범위의 온도에서 진공아닐되는 처리조건,하에서 하부전극(1)의 표면상에 형성된다.As shown in FIG. 8, the HSG 4 irradiates about 30 minutes of silane or desilane on the lower electrode in the furnace shown in FIG. The nuclei of silicon are formed on the lower electrode 1, and the lower electrode 1 is formed on the surface of the lower electrode 1 under the processing conditions under which the vacuum is not vacuumed at a temperature in the range of 550 ° C to 700 ° C.

불순물은 상부전극에서 충분히 확산되지 않을 수 있으며 그로 인해 하부전극 상에 형성된 HSG(4)는 불순물을 포함하지 않을 가능성이 있다. HSG(4)의 형성 후, 인이 ,예컨대, 1×1015cm-2의 분량으로 그리고 20KeV의 에너지가속으로 HSG(4)에 주입되거나, 인이 ,예컨대, POCl3, PH3등,의 개스속에서 열처리 되어 도핑된다. 이렇게 함으로써, 인은 하부전극(1)상에 형성된 HSG(4)내에서 효율적으로 확산된다. 이것이 하부전극(1)에서 고르지않게 확산된 불순물들에 의한 용량값저하 문제를 해결할 수 있다.Impurities may not diffuse sufficiently in the upper electrode, whereby the HSG 4 formed on the lower electrode may not contain impurities. After formation of the HSG 4, phosphorus is injected into the HSG 4 in an amount of, for example, 1 × 10 15 cm −2 and with an energy acceleration of 20 KeV, or phosphorus, for example, of POCl 3 , PH 3, etc. Heat treated in gas and doped. By doing so, phosphorus is efficiently diffused in the HSG 4 formed on the lower electrode 1. This can solve the problem of the reduction in capacitance caused by the impurities unevenly diffused in the lower electrode 1.

HSG(4)의 형성 다음에, 하부전극(1)의 표면은 열질화 기술을 사용하여 암모니아개스 속에서, 예컨대, 700℃의 온도로 1 ~ 1.5nm의 두께로 질화된다. 더욱이, 실리콘질화막은 하부전극(1)의 질화된 표면상에 CVD 기술을 사용하여 700℃이하의 온도에서 5 ~ 8nm의 두께로 형성된다. 그 후에, 실리콘질화막의 표면은 ,실예로, 700℃의 온도에서 열산화되어, 예컨대, 0.5 ~ 1nm의 두께를 갖는 실리콘산화막을 형성함으로써, 용량막(2)으로서의 온막이 도 9a에 도시된 것과 같이 형성된다.Following the formation of the HSG 4, the surface of the lower electrode 1 is nitrided in ammonia gas to a thickness of 1 to 1.5 nm in ammonia gas, for example, at a temperature of 700 ° C. Further, a silicon nitride film is formed on the nitrided surface of the lower electrode 1 to a thickness of 5 to 8 nm at a temperature of 700 ° C. or less using CVD technique. Thereafter, the surface of the silicon nitride film is thermally oxidized at a temperature of 700 ° C., for example, to form a silicon oxide film having a thickness of, for example, 0.5 to 1 nm so that the warm film as the capacitor film 2 is the same as that shown in Fig. 9A. Formed together.

도 9b에 도시된 것과 같이, 질화티타늄막(23)은 CVD 기술을 사용하여 , 예컨대, 700℃의 온도에서 , 예컨대, 100nm ~ 300nm의 두께로 용량막(2)상에 형성되며, 여기에서 천연가스로서 TiCl4및 암모니아가 사용된다.As shown in FIG. 9B, the titanium nitride film 23 is formed on the capacitor film 2 by using a CVD technique, for example, at a temperature of 700 ° C., for example, in a thickness of 100 nm to 300 nm, where natural As gas, TiCl 4 and ammonia are used.

다음에, 질화티타늄막(23)이 설정된 형태로 패터닝되어, 상부전극(3) 및 배선을 형성하고, 이로써 도 2에 도시된 용량소자가 완전하게 형성된다.Next, the titanium nitride film 23 is patterned in a set manner to form the upper electrode 3 and the wirings, thereby completely forming the capacitor shown in FIG.

도시되지는 않았지만, 바람직한 층간절연막, 배선 등이 형성되고, 더욱이 주변회로들이 필요에 따라 형성되어 반도체소자가 완성된다.Although not shown, a preferred interlayer insulating film, wiring, and the like are formed, and further, peripheral circuits are formed as necessary to complete the semiconductor device.

제 2 실시예Second embodiment

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량소자의 전극부분을 확대하여 설명하는 단면도이다. 본 발명의 제 2 실시예에 있어서, 반도체소자의 구조 및 제조방법은 제 1 실시예에서의 설명된 그것들과 전극부분을 제외하고 동일하다. 그러므로, 본 실시예에서는 전극부분만을 설명한다.10 is an enlarged cross-sectional view illustrating an electrode part of a capacitor according to a second exemplary embodiment of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the structure and manufacturing method of the semiconductor element are the same except for the electrode portion and those described in the first embodiment. Therefore, only the electrode portion is described in this embodiment.

도 4에서 도시되고 제 1 실시예에서 설명된 상부전극(3)의 두께는 100nm ~ 300nm의 범위에 있으며, 종래의 상부전극의 두께와 동일하다. 상부전극(3)이 HSG(4)사이의 공간을 채우며, 제 1 실시예와는 달리, 그 위에 평탄한 표면을 요구하지는 않는다는 것이 이해된다. 도 10에 도시된 것과 같이, 상부전극(3)은 상부전극이 용량막(2)을 덮고있는 한 그 기능을 잘 수행한다. 그러므로, 상부전극(3)으로서 금속막 또는 전기적 전도금속화합물막은 ,실예로, 10nm 또는 이보다 훨씬 큰 두께를 갖는다. 상부전극(3)의 두께가 매우 얇은 경우, 도핑된 폴리실리콘 등으로 이루어진 보조상부전극(3B)이 상부전극(3)의 표면상에 바람직하게 형성됨으로써, 상부전극(3)은 와이어링과 용이하게 접속된다. 예컨대, 50nm의 두께로 상부전극(3)이 형성되고, 그 위에 100nm ~ 300nm의 두께로 보조상부전극(3B)이 형성된다.The thickness of the upper electrode 3 shown in FIG. 4 and described in the first embodiment is in the range of 100 nm to 300 nm, which is the same as that of the conventional upper electrode. It is understood that the upper electrode 3 fills the space between the HSGs 4 and, unlike the first embodiment, does not require a flat surface thereon. As shown in FIG. 10, the upper electrode 3 performs its function as long as the upper electrode covers the capacitor film 2. Therefore, the metal film or the electrically conductive metal compound film as the upper electrode 3 has, for example, a thickness of 10 nm or much larger. When the thickness of the upper electrode 3 is very thin, the auxiliary upper electrode 3B made of doped polysilicon or the like is preferably formed on the surface of the upper electrode 3, so that the upper electrode 3 can be easily connected and wired. Is connected. For example, the upper electrode 3 is formed with a thickness of 50 nm, and the auxiliary upper electrode 3B is formed thereon with a thickness of 100 nm to 300 nm.

제 2 실시예에 따른 용량소자의 제조공정은 제 1 실시예에서 설명된 것과 도 9a에 도시된 단계에 이르기까지 실질적으로 동일하다. 도 9a에 도시된 단계 이후, 다음단계들이 진행된다.The manufacturing process of the capacitor according to the second embodiment is substantially the same as described in the first embodiment up to the steps shown in Fig. 9A. After the step shown in Fig. 9A, the following steps proceed.

도 11a에 도시된 것과 같이, 질화티타늄막(23)은 CVD 기술을 사용하여 ,예컨대, 700℃의 온도에서 , 예컨대, 10nm의 두께로 용량막(2)상에 형성되며, 여기에서, TiCl4및 암모니아가 천연가스로 사용된다.As shown in FIG. 11A, the titanium nitride film 23 is formed on the capacitor film 2 by using a CVD technique, for example, at a temperature of 700 ° C., for example, at a thickness of 10 nm, where TiCl 4 And ammonia are used as natural gas.

도 11b에 도시된 것과 같이, 인도핑 폴리실리콘막(24)은 질화티타늄막(23)상에 100 ~ 300nm의 두께로 형성된다.As shown in Fig. 11B, the guided polysilicon film 24 is formed on the titanium nitride film 23 to a thickness of 100 to 300 nm.

도 12에 도시된 것과 같이, 질화티타늄막(23) 및 인도핑 폴리실리콘막(24)은 각각 설정된 형태로 패터닝되고, 상부전극(3), 보조상부전극(3B) 및 와이어링이 형성되어, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량소자가 완성된다.As shown in FIG. 12, the titanium nitride film 23 and the guided polysilicon film 24 are patterned in a set form, respectively, and the upper electrode 3, the auxiliary upper electrode 3B, and the wiring are formed. The capacitor according to the second embodiment of the present invention is completed.

도시되지는 않았지만, 바람직한 층간절연막, 배선 등이 형성되고, 더욱이 주변회로가 필요에 따라 형성됨으로써 반도체소자가 완성된다.Although not shown, a preferable interlayer insulating film, wiring, and the like are formed, and further, a peripheral circuit is formed as necessary to complete the semiconductor device.

비교예Comparative example

제 1 및 제 2 실시예에서 설명된 것과 같이, 상부전극(3)은 금속 또는 전기적 전도금속화합물로 형성되고, 이로 인해 용량소자의 용량값은 종래의 용량소자의 용량값에 비해 증가한다. 용량소자의 증가된 용량값을 나타내는 측정결과는 다음과 같다.As described in the first and second embodiments, the upper electrode 3 is formed of a metal or an electrically conductive metal compound, whereby the capacitance value of the capacitor is increased compared to that of the conventional capacitor. The measurement results showing the increased capacitance of the capacitor are as follows.

본 발명의 용량소자 및 본 발명의 용량소자의 용량값과 그 용량값을 비교하기 위한 용량소자가 형성된다. 본 발명의 용량소자는 실질적으로 제 1 실시예에서 설명된 것과 동일하다. 본 발명의 용량소자와 용량값을 비교하기 위해 사용된 용량소자는 인도핑 폴리실리콘으로 형성된 상부전극이 도 9a에 도시된 상태에서 용량막(2)의 표면상에 형성된 후 상부전극이 대략 700℃의 온도에서 열아닐된 것을 제외하고 실질적으로 제 1 실시예에서 설명된 것과 동일하다.A capacitance element for comparing the capacitance of the capacitor of the present invention and the capacitor of the present invention with the capacitance thereof is formed. The capacitor of the present invention is substantially the same as that described in the first embodiment. The capacitor used to compare the capacitance with the capacitance of the present invention has a capacitor formed on the surface of the capacitor film 2 in the state where the upper electrode formed of the guided polysilicon is shown in Fig. 9A. It is substantially the same as that described in the first embodiment except that it is heat-annealed at the temperature of.

도 13은 비교예에 따른 용량소자 및 본 발명의 제 1 실시예에 따른 용량소자의 특성을 보여주는 도면이다.13 is a view showing the characteristics of the capacitor according to the comparative example and the capacitor according to the first embodiment of the present invention.

비교예와 비교하여 본 발명의 용량소자의 용량값에서의 향상정도를 알 수 있는 것은 도 13으로부터 명백하다. 특히, 용량소자의 용량값은 플러스(+)전압이 그곳에 인가될 때(즉, 상부전극이 플러스전위로 설정될 때) 더욱 향상된다.It is apparent from FIG. 13 that the degree of improvement in the capacitance value of the capacitor of the present invention can be known as compared with the comparative example. In particular, the capacitance value of the capacitor is further improved when a positive voltage is applied thereto (i.e., when the upper electrode is set to the positive potential).

상술된 바와 같이, 용량소자에 포함된 상부전극은 금속 또는 전기적 전도금속화합물로 이루어졌으며, 그로부터, 높은 용량값을 갖는 용량소자가 700℃ 내지 그 이하의 온도에서 형성된다. 따라서, 트랜지스터 등과 같은 반도체소자가 용량소자의 형성 이전에 반도체기판상에 형성되는 경우에도, 반도체소자의 특성은 저하되지 않는다.As described above, the upper electrode included in the capacitor is made of a metal or an electrically conductive metal compound, from which a capacitor having a high capacitance is formed at a temperature of 700 ° C. or lower. Therefore, even when a semiconductor element such as a transistor is formed on the semiconductor substrate before formation of the capacitor, the characteristics of the semiconductor element do not deteriorate.

상부전극이 도핑된 실리콘으로 형성되는 종래의 용량소자와 달리, 본 발명의 용량소자의 용량값은 종래의 용량소자의 용량값보다 분명히 높다. 즉, 바람직한 용량값은 본 발명에 따라 얻어진다.Unlike the conventional capacitance element in which the upper electrode is formed of doped silicon, the capacitance value of the capacitor element of the present invention is clearly higher than that of the conventional capacitor element. In other words, preferred dose values are obtained according to the invention.

본 발명의 넓은 사상 및 범위내에서 다양한 실시예 및 수정이 가능하다. 상술된 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 실시예보다 청구범위에 의해 설명된다. 본 발명의 청구항의 균등의 의미내와 본 발명의 범위로 간주되는 청구항내에서 다양한 변경이 가능하다.Various embodiments and modifications are possible within the broad spirit and scope of the invention. The above-described embodiments are intended to illustrate the present invention and do not limit the scope of the present invention. The scope of the invention is illustrated by the claims rather than the examples. Various modifications are possible within the meaning of equivalents of the claims of the invention and within the claims regarded as the scope of the invention.

본 출원은, 1999년 2월 9일에 출원된 일본특허출원번호 평11-031234호를 기초로 우선권주장한다.This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 11-031234 for which it applied on February 9, 1999.

상술한 바와 같이, 용량소자(2)는 실리콘질소화합물로 이루어지며, 이로써, 용량소자는 제조공정중에 어떠한 동적변화를 야기하지 않으며 형성될 수 있다. 상부전극이 주변회로를 형성하기 위해 ,예컨대, 700℃의 온도에서 열처리된다 할지라도, 용량소자(2)는 저하되지 않는다. 즉, 용량막(2)의 열적안정이 계속 유지된다. 결과적으로, 그러한 용량소자를 갖는 용량소자 및 반도체소자는 높은 동작신뢰도를 갖는다.As described above, the capacitor 2 is made of a silicon nitrogen compound, whereby the capacitor can be formed without causing any dynamic change during the manufacturing process. Although the upper electrode is heat-treated at a temperature of, for example, 700 ° C. to form a peripheral circuit, the capacitor 2 does not deteriorate. In other words, the thermal stability of the capacitor film 2 is maintained. As a result, the capacitor and semiconductor element having such a capacitor have a high operational reliability.

따라서, 본 발명의 용량소자 및 용량소자 제조방법은 소형화소자, 실예로, 256메가 또는 그 이상의 메모리사이즈를 갖는 고집적구조의 DRAM, 0.25㎛의 설계룰을 갖는 논리회로에 사용되는 트랜지스터를 가지는 DRAM,에 사용 및 적용될때 이익이 있다.Therefore, the capacitive element and the method of manufacturing the capacitive element of the present invention include a miniaturized element, for example, a highly integrated structure having a memory size of 256 mega or more, a DRAM having a transistor used in a logic circuit having a design rule of 0.25 mu m, It is beneficial when used and applied to.

Claims (12)

용량소자에 있어서:In the capacitive element: 실리콘으로 형성되고 표면상에 HSG를 갖는 하부전극과;A lower electrode formed of silicon and having HSG on the surface; 실리콘질화물로 형성되고 상기 하부전극의 표면을 덮고있는 용량막과; 그리고A capacitor film formed of silicon nitride and covering the surface of the lower electrode; And 금속 또는 전기적 전도화합물로 형성되고 상기 용량막을 덮는 상부전극으로 구성된 용량소자.A capacitive element formed of a metal or an electrically conductive compound and composed of an upper electrode covering the capacitive layer. 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극은 고융점금속질화물 또는 고융점금속산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량소자.2. The capacitor device of claim 1, wherein the upper electrode is made of a high melting point metal nitride or a high melting point metal oxide. 제 1 항에 있어서, 상기 용량막은 실리콘질화막 및 실리콘산화막이 형성된 적층구조를 가지며, 상기 상부전극은 상기 실리콘산화막상에 형성되는 것을 특징으로 하는 용량소자.The capacitor as claimed in claim 1, wherein the capacitor film has a stacked structure in which a silicon nitride film and a silicon oxide film are formed, and the upper electrode is formed on the silicon oxide film. 제 2 항에 있어서, 상기 용량막은 실리콘질화막 및 실리콘산화막이 형성된 적층구조를 가지며, 상기 상부전극은 실리콘산화막상에 형성되는 것을 특징으로 하는 용량소자.The capacitor as claimed in claim 2, wherein the capacitor film has a stacked structure in which a silicon nitride film and a silicon oxide film are formed, and the upper electrode is formed on the silicon oxide film. 용량소자 제조방법에 있어서:In the capacitive element manufacturing method: 실리콘으로 이루어지며 표면상에 HSG를 갖는 하부전극을 형성하는 단계와;Forming a bottom electrode made of silicon and having an HSG on the surface; 상기 하부전극의 표면상에 실리콘질화물로 이루어진 용량막을 형성하는 단계와; 그리고Forming a capacitor film made of silicon nitride on the surface of the lower electrode; And 상기 용량막상에 금속 또는 전기적 전도화합물로 이루어진 상부전극을 형성하는 단계로 이루어지는 용량소자 제조방법.Forming an upper electrode made of a metal or an electrically conductive compound on the capacitor film. 제 5 항에 있어서, 상기 하부전극 형성단계, 상기 용량막 형성단계 및 상기 상부전극 형성단계는 700℃이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 용량소자 제조방법.The method of claim 5, wherein the forming of the lower electrode, the forming of the capacitor film, and the forming of the upper electrode are performed at a temperature of 700 ° C. or less. 제 6 항에 있어서, 상기 상부전극 형성단계는 CVD기술로 상부전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 용량소자 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the forming of the upper electrode comprises forming the upper electrode by CVD. 제 6 항에 있어서, 상기 상부전극 형성단계는 고융점금속질화물 또는 고융점금속산화물을 사용하여 상기 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량소자 제조방법.The method of claim 6, wherein the forming of the upper electrode comprises forming the upper electrode using a high melting point metal nitride or a high melting point metal oxide. 제 7 항에 있어서, 상기 상부전극 형성단계는 고융점금속질화물 또는 고융점금속산화물을 사용하여 상기 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량소자 제조방법.The method of claim 7, wherein the forming of the upper electrode comprises forming the upper electrode using a high melting point metal nitride or a high melting point metal oxide. 제 9 항에 있어서, 상기 용량막 형성단계는The method of claim 9, wherein the capacitive film forming step is 열질화기술을 사용하여 하부전극의 표면을 질화하는 단계와;Nitriding the surface of the lower electrode using a thermal nitriding technique; CVD기술을 사용하여 하부전극상에 실리콘질화막을 형성하는 단계와; 그리고Forming a silicon nitride film on the lower electrode by using a CVD technique; And 상기 실리콘질화막의 표면을 산화하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량소자 제조방법.And oxidizing the surface of the silicon nitride film. 제 1 항에 따른 용량소자를 구비하는 반도체소자.A semiconductor device comprising the capacitor according to claim 1. 제 5 항에 따른 용량소자 제조방법을 구비하는 반도체소자 제조방법A semiconductor device manufacturing method comprising the method of manufacturing a capacitor device according to claim 5
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