KR20010005086A - A method for fabricating capacitor in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 반도체 소자 제조시 캐패시터(capacitor) 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor manufacturing technology, and more particularly to a method of forming a capacitor in manufacturing a semiconductor device.
반도체 장치의 고집적화됨에 따라 캐패시터의 정전용량(capacitance)을 증가시키기 위하여 다양한 기술이 개발되고 있다. 캐패시터의 정전용량은 캐패시터 유전막의 두께에 반비례하고, 전하저장전극의 표면적 및 캐패시터 유전막의 유전률에 비례한다.As semiconductor devices are highly integrated, various technologies have been developed to increase the capacitance of a capacitor. The capacitance of the capacitor is inversely proportional to the thickness of the capacitor dielectric film, and is proportional to the surface area of the charge storage electrode and the dielectric constant of the capacitor dielectric film.
그 중 하나로서, 캐패시터 유전막의 두께를 감소시킴으로써 캐패시터의 정전용량을 증가시키는 기술은 누설전류 증가 문제 등을 유발하기 때문에 한계에 직면하였으며, 이에 따라 캐패시터의 전하저장전극을 단순 스택 구조와 같은 2차원 구조에서 실린더(cylinder) 구조, 지느러미(fin) 구조, 풀무(bellows) 구조 등의 3차원 구조로 변경하여 전하저장전극의 표면적을 증가시키는 기술이 주로 적용되어 왔다. 그러나, 256M DRAM급 이상의 초고집적 소자에서는 이러한 전하저장전극의 형상 변경으로는 충분한 셀 정전용량의 확보와 전기적 특성 확보에 어려움이 있다.As one of them, the technique of increasing the capacitance of a capacitor by reducing the thickness of the capacitor dielectric film has faced limitations because it causes a problem of increasing leakage current, and thus, the charge storage electrode of the capacitor has a two-dimensional structure such as a simple stack structure. The technique of increasing the surface area of the charge storage electrode has been mainly applied by changing from a structure to a three-dimensional structure such as a cylinder structure, a fin structure, and a bellows structure. However, in the highly integrated device of 256M DRAM or more, it is difficult to secure sufficient cell capacitance and electrical characteristics by changing the shape of the charge storage electrode.
이에 따라, Ta2O5등의 고유전체 물질을 캐패시터 유전막으로 적용하는 기술이 개발되었으나, 실제 양산에 적용하는 데에는 아직까지 해결해야 할 문제점이 남아 있다.Accordingly, a technique for applying a high dielectric material such as Ta 2 O 5 as a capacitor dielectric film has been developed, but there are still problems to be solved in the actual mass production.
최근에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 종래와 같은 레이아웃 면적 및 구조를 사용하면서도 전하저장전극 표면적을 2배 이상 증가시킬 수 있는 선택적 HSG(hemi-spherical silicon grain) 박막 형성 기술이 개발되어 캐패시터의 정전용량을 어느 정도 확보할 수 있게 되었다.Recently, in order to solve this problem, a selective hemi-spherical silicon grain (HSG) thin film formation technology capable of increasing the surface area of the charge storage electrode by more than twice while using the same layout area and structure as the conventional one has been developed to reduce the capacitance of the capacitor. It can be secured to some extent.
그러나, 기가 디램급 차세대 소자에서는 이러한 HSG 전하저장전극 구조 만으로는 다시 충분한 정전용량을 확보하는데 한계에 직면하게 될 것이므로, 이에 대한 대책이 필요하다.However, in the next generation of giga DRAM class devices, the HSG charge storage electrode structure alone will face a limit in securing sufficient capacitance, and thus, a countermeasure is required.
본 발명은 반구형 실리콘 그래인 박막을 사용한 캐패시터 제조시 레이아웃 및 구조의 변경 없이도 정전용량을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device capable of increasing capacitance without changing a layout and structure when manufacturing a capacitor using a hemispherical silicon grain thin film.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 캐패시터 제조 공정도.1a to 1d is a manufacturing process of a cylindrical capacitor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 기판10: substrate
11 : 층간절연막11: interlayer insulating film
12, 15 : 폴리실리콘막12, 15: polysilicon film
13 : HSG13: HSG
14 : 유전체막14: dielectric film
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 반도체 소자의 캐패시터 제조방법은, 소정의 하부층 상에 폴리실리콘 전하저장전극 패턴을 형성하는 제1 단계; 상기 전하저장전극 패턴 표면에 반구형 실리콘 그레인을 형성하는 제2 단계; 상기 제2 단계 수행 후, 전체구조 전체구조 표면을 따라 질화막을 포함하는 유전체막을 형성하되, 상기 유전체막이 상기 반구형 실리콘 그레인의 프로파일을 따라 형성되도록 하는 제3 단계; 및 상기 유전체막 상에 플레이트 전극을 형성하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, the method including: forming a polysilicon charge storage electrode pattern on a predetermined lower layer; Forming a hemispherical silicon grain on a surface of the charge storage electrode pattern; A third step of forming a dielectric film including a nitride film along the entire structure surface after performing the second step, wherein the dielectric film is formed along a profile of the hemispherical silicon grain; And a fourth step of forming a plate electrode on the dielectric film.
즉, 본 발명은 HSG(hemi-spherical silicon grain) 구조의 전하저장전극 형성 후, 캐패시터 유전체로 사용되는 질화막의 증착 조건을 변화시켜 질화막이 HSG의 프로파일을 따라 요철지게 증착되도록 함으로써 전극의 유효 표면적을 증가 시키는 기술이다.That is, according to the present invention, after forming the charge storage electrode having a hemi-spherical silicon grain (HSG) structure, the deposition conditions of the nitride film used as the capacitor dielectric material are changed to allow the nitride film to be deposited unevenly along the profile of the HSG, thereby increasing the effective surface area of the electrode. It is an increasing technology.
첨부된 도면 도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 캐패시터 제조 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 설명한다.1A to 1D illustrate a cylindrical capacitor manufacturing process according to an embodiment of the present invention, which will be described below with reference to the drawings.
본 실시예에 따른 공정은 우선, 도 1a에 도시된 바와 같이 폴리실리콘막(12)을 사용하여 실린더 구조의 전하저장전극 패턴을 형성한다. 이때, 실린더형 전하저장전극 패턴을 형성하는 공정은 희생막과 2층의 폴리실리콘막 증착을 이용한 통상의 공정에 따른다. 미설명 도면 부호 '10'은 기판, '11'은 층간절연막을 각각 나타낸 것이다.In the process according to the present embodiment, first, as shown in FIG. 1A, the polysilicon film 12 is used to form a charge storage electrode pattern having a cylindrical structure. At this time, the process of forming the cylindrical charge storage electrode pattern is in accordance with the conventional process using the deposition of the sacrificial film and the polysilicon film of two layers. Reference numeral '10' denotes a substrate and '11' denotes an interlayer insulating film.
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이 폴리실리콘막(12) 표면에 선택적으로 HSG(13)를 증착한다. HSG(13)의 증착 공정 역시 통상의 레시피(recipe)를 적용한다.Next, as shown in FIG. 1B, the HSG 13 is selectively deposited on the surface of the polysilicon film 12. The deposition process of the HSG 13 also applies a conventional recipe.
계속하여, 도 1c에 도시된 바와 같이 전체구조 표면을 따라 유전체막(14)을 증착한다. 유전체막(14)는 NO(nitride/oxide) 구조로서 질화막 증착 및 산화 공정을 통해 형성되며, HSG(13)의 프로파일이 유전체막(14)에 전사되어 요철지게 형성되도록 한다.Subsequently, a dielectric film 14 is deposited along the entire structure surface as shown in FIG. 1C. The dielectric film 14 is formed through a nitride film deposition and an oxidation process as a nitride / oxide (NO) structure, and the profile of the HSG 13 is transferred to the dielectric film 14 so as to be formed unevenly.
이때, 질화막 증착 공정은 다음과 같은 조건으로 수행된다.At this time, the nitride film deposition process is performed under the following conditions.
가) 증착 가스로 SiH2Cl2(또는 SiH4) 가스 및 NH3가스를 사용한다.A) SiH 2 Cl 2 (or SiH 4 ) gas and NH 3 gas are used as the deposition gas.
나) SiH2Cl2(또는 SiH4) 가스 및 NH3가스의 유량비(Flow Ratio)를 1:5∼1:15로 설정한다.B) The flow ratio of SiH 2 Cl 2 (or SiH 4 ) gas and NH 3 gas is set from 1: 5 to 1:15.
다) 증착 온도를 680∼900℃로 설정한다.C) The deposition temperature is set to 680 to 900 ° C.
라) 증착 챔버(Chamber) 내부의 압력을 0.1∼0.5Torr로 설정한다.D) The pressure inside the deposition chamber is set to 0.1 to 0.5 Torr.
마) 증착법으로 저압화학기상증착(Low-Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD) 방식을 사용한다.E) Low-Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) is used as the deposition method.
다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이 전체구조 상부에 폴리실리콘막(15)을 증착하고 이를 패터닝하여 플레이트전극을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1D, a polysilicon film 15 is deposited on the entire structure and patterned to form a plate electrode.
상기와 같은 공정을 실시하는 경우, 유전체막(14)이 HSG(13)의 표면을 따라 형성되어 전하저장전극 뿐만 아니라 플레이트전극의 유효 표면적을 증가시키게 됨으로써 캐패시터의 정전용량을 크게 증가시킬 수 있다.In the above process, the dielectric film 14 is formed along the surface of the HSG 13 to increase the effective surface area of the plate electrode as well as the charge storage electrode, thereby greatly increasing the capacitance of the capacitor.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.
예컨대, 전술한 실시예에서는 실린더형 전하저장전극 구조를 채용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 지느러미형, 풀무형, 일반 스택형 등과 같이 선택적 HSG 기술을 적용할 수 있는 모든 구조의 캐패시터 제조시에 적용할 수 있다.For example, in the above-described embodiment, the case where the cylindrical charge storage electrode structure is adopted is described as an example, but the present invention is a capacitor of any structure that can be applied to the selective HSG technology, such as fin type, bellows type, general stack type, etc. Applicable at the time of manufacture.
전술한 본 발명은 캐패시터의 레이아웃 및 구조를 변경하지 않고도 안정적인 정전용량을 확보할 수 있으며, 이로 인하여 반도체 소자의 동작 특성을 개선하는 효과가 있다.The present invention described above can ensure a stable capacitance without changing the layout and structure of the capacitor, thereby improving the operating characteristics of the semiconductor device.
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KR1019990025880A KR20010005086A (en) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | A method for fabricating capacitor in semiconductor device |
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Cited By (1)
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KR100851080B1 (en) * | 2000-10-17 | 2008-08-08 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Production of semiconductor integrated circuit |
-
1999
- 1999-06-30 KR KR1019990025880A patent/KR20010005086A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100851080B1 (en) * | 2000-10-17 | 2008-08-08 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Production of semiconductor integrated circuit |
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