KR20040009749A - Method of Manufacturing Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공정 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device that can improve productivity through a simplified process.
아날로그 캐패시터(analog capacitor)는 폴리실리콘막-절연막-폴리실리콘막 구조 대신에 금속막-절연막-금속막(Metal-Insulator-Metal : 이하, MIM) 구조를 이용하는 것이 일반적이다. 이것은 RF 대역의 아날로그 회로에 사용되는 캐패시터는 높은 양호도(Quality Factor) 값이 요구되는데, 이를 실현하기 위해선 전극 재료로서 공핍(Depletion)이 거의 없고, 저항이 낮은 금속 전극의 사용이 필수적이기 때문이다.An analog capacitor generally uses a metal-insulator-metal film (MIM) structure instead of a polysilicon film-insulation film-polysilicon film structure. This is because capacitors used in analog circuits in the RF band are required to have high quality factor values because there is almost no depletion and low resistance metal electrodes are essential to realize this. .
한편, 이와 같은 MIM 캐패시터를 구비한 반도체 소자를 제조함에 있어서, 종래에는 MIM 캐패시터의 형성 후에 금속배선을 형성하고 있으며, 그 제조방법은 다음과 같다.On the other hand, in manufacturing a semiconductor device having such a MIM capacitor, conventionally, the metal wiring is formed after the formation of the MIM capacitor, the manufacturing method is as follows.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating processes for manufacturing a semiconductor device according to the related art.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 소정의 하지층이 구비된 반도체 기판(1) 상에 공지의 공정에 따라 하부 금속배선(2)을 형성한 후, 상기 하부 금속배선(2)을 덮도록 상기 반도체 기판(1) 상에 제1층간절연막(3)을 형성한다. 그런다음, 상기 제1층간절연막(3) 상에 제1금속막(4), 유전막(5) 및 제2금속막(6)을 차례로 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a lower metal wiring 2 is formed on a semiconductor substrate 1 having a predetermined base layer according to a known process, and then the lower metal wiring 2 is covered. A first interlayer insulating film 3 is formed on the semiconductor substrate 1. Then, the first metal film 4, the dielectric film 5, and the second metal film 6 are sequentially formed on the first interlayer insulating film 3.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제2금속막(6)과 유전막(5)을 공지된 공지의 포토리소그라피 공정을 통하여 패터닝하고, 이를 통해 MIM 캐패시터의 상부전극(6a)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the second metal film 6 and the dielectric film 5 are patterned through a known photolithography process, thereby forming the upper electrode 6a of the MIM capacitor.
계속해서, 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제1금속막(4)을 식각하여 MIM 캐패시터의 하부전극(4a)을 형성하고, 이 결과로서, 하부전극(4a), 유전막(5) 및 상부전극(6a)의 적층으로 이루어진 MIM 캐패시터(10)를 형성한다.Subsequently, as shown in 1c, the first metal film 4 is etched to form the lower electrode 4a of the MIM capacitor, and as a result, the lower electrode 4a, the dielectric film 5 and the upper electrode. A MIM capacitor 10 composed of a stack of 6a is formed.
다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 제2층간절연막(11)을 증착하고, 상기 제2층간절연막(11)과 제1층간절연막(3)의 국소 부분을 식각하여 하부 금속배선(2), 하부전극(4a) 및 상부전극(6a)을 각각 노출시키는 콘택홀들(12)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1D, a second interlayer insulating film 11 is deposited on the resultant, and the local portions of the second interlayer insulating film 11 and the first interlayer insulating film 3 are etched to form a lower metal. Contact holes 12 are formed to expose the wiring 2, the lower electrode 4a, and the upper electrode 6a, respectively.
그 다음으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 콘택홀들(12)이 매립되도록 제2층간절연막(11) 상에 금속막을 증착하고, 이어, 상기 금속막을 패터닝하여 상기 하부 금속배선(2)과 콘택되는 상부 금속배선(13a)을 형성하여 다층금속배선 구조를 형성함과 동시에, 상기 하부전극(4a) 및 상부전극(6a)과 각각 콘택되는 하부전극 배선(14a)과 상부전극 배선(14b)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1E, a metal film is deposited on the second interlayer insulating film 11 so that the contact holes 12 are filled, and then the metal film is patterned to form the lower metal wiring 2. The upper metal wiring 13a in contact with each other is formed to form a multi-layered metal wiring structure, and the lower electrode wiring 14a and the upper electrode wiring 14b in contact with the lower electrode 4a and the upper electrode 6a, respectively. ).
그러나, 전술한 바와 같이, 종래 반도체 소자의 제조방법은 MIM 캐패시터의 형성 후에 다층금속배선을 형성하므로, 전체 공정이 복잡하며, 이에 따라, 생산성 측면에서 바람직하지 못하다.However, as described above, the conventional method of manufacturing a semiconductor device forms a multi-layered metal wiring after the formation of the MIM capacitor, so that the entire process is complicated, and therefore, undesirable in terms of productivity.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 공정 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve productivity through process simplification.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.2A to 2D are cross-sectional views of processes for describing a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing
21 : 반도체 기판 22 : 하부 금속배선21 semiconductor substrate 22 lower metal wiring
23 : 캐패시터 하부전극 25 : 층간절연막23 capacitor lower electrode 25 interlayer insulating film
27 : 제1감광막 패턴 29 : 유전막27: first photosensitive film pattern 29: dielectric film
31 : 제2감광막 패턴 33 : 제2금속막31: second photosensitive film pattern 33: second metal film
33a : 캐패시터 상부전극 33b : 상부 금속배선33a: capacitor upper electrode 33b: upper metal wiring
37 : MIM 캐패시터37: MIM capacitor
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소정의 하지층을 구비한반도체 기판 상에 제1금속막을 증착하는 단계; 상기 제1금속막을 패터닝하여 하부 금속배선과 캐패시터 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부 금속배선 및 하부전극 상에 층간절연막을 증착하는 단계; 상기 층간절연막을 식각하여 상기 하부 금속배선과 하부전극을 각각 노출시키는 제1 및 제2콘택홀을 형성하는 단계: 상기 제1 및 제2콘택홀 표면을 포함한 상기 층간절연막 상에 유전막을 증착하는 단계; 상기 절연막 상에 캐패시터 하부전극 상부 영역을 가리는 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 노출된 유전막 부분을 식각하는 단계: 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 상기 기판 결과물 상에 제2금속막을 증착하는 단계: 및 상기 제2금속막을 패터닝하여 상기 제1콘택홀을 통해 상기 하부 금속배선과 콘택되는 상부 금속배선을 형성함과 동시에 상기 절연막 상에 캐패시터 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공함에, 그 목적이 있다.In order to achieve the above object, the present invention, the step of depositing a first metal film on a semiconductor substrate having a predetermined base layer; Patterning the first metal layer to form a lower metal interconnection and a capacitor lower electrode; Depositing an interlayer insulating film on the lower metal interconnection and the lower electrode; Etching the interlayer insulating layer to form first and second contact holes exposing the lower metal interconnection and the lower electrode, respectively; depositing a dielectric layer on the interlayer insulating layer including surfaces of the first and second contact holes ; Forming a photoresist pattern covering the upper region of the capacitor lower electrode on the insulating layer; Etching the exposed portion of the dielectric layer using the photoresist pattern as an etch barrier: removing the photoresist pattern; Depositing a second metal film on the substrate resultant; and patterning the second metal film to form an upper metal wiring contacting the lower metal wiring through the first contact hole, and at the same time, a capacitor upper electrode on the insulating film. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device comprising forming a.
본 발명에 따르면, MIM 캐패시터와 다층금속배선을 동시에 형성하기 때문에 공정 단순화를 이룰 수 있으며, 이에 따라, 생산성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the MIM capacitor and the multilayer metal wiring are formed at the same time, the process can be simplified, thereby improving productivity.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views illustrating processes of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, 소정의 하지층을 구비한 반도체 기판(21) 상에 제1금속막을 증착하고, 이어서, 상기 제1금속막을 패터닝하여 하부 금속배선(22)과 캐패시터 하부전극(23)을 형성한다. 다음으로, 상기 하부 금속배선(22) 및 캐패시터 하부전극(23) 상에 층간절연막(25)을 증착하고, 상기 층간절연막(25) 상에 상기 하부금속배선 및 캐패시터 하부전극 상부 영역을 노출시키는 제1감광막 패턴(27)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a first metal film is deposited on a semiconductor substrate 21 having a predetermined underlayer, and then the first metal film is patterned to form the lower metal wiring 22 and the capacitor lower electrode 23. Form. Next, an interlayer insulating film 25 is deposited on the lower metal wiring 22 and the capacitor lower electrode 23, and an upper region of the lower metal wiring and the capacitor lower electrode is exposed on the interlayer insulating film 25. 1 Photosensitive film pattern 27 is formed.
도 2b를 참조하면, 상기 제1감광막 패턴을 이용하여 상기 층간절연막(25)을 식각하고, 그 결과로서, 상기 하부 금속배선(22)과 캐패시터 하부전극(23)을 각각 노출시키는 제1콘택홀(26a) 및 제2콘택홀(26b)을 형성한다. 다음으로, 상기 제1감광막 패턴을 제거한 후, 상기 제1콘택홀(26a)과 제2콘택홀(26b) 표면을 포함한 상기 층간절연막(25) 상에 유전막(29)을 증착하고, 이어서, 상기 유전막(29) 상에 캐패시터 하부전극(23) 상부 영역을 가리는 제2감광막 패턴(31)을 형성한다.Referring to FIG. 2B, the interlayer insulating layer 25 is etched using the first photoresist layer pattern, and as a result, a first contact hole exposing the lower metal wiring 22 and the capacitor lower electrode 23, respectively. 26a and the second contact hole 26b are formed. Next, after removing the first photoresist layer pattern, a dielectric layer 29 is deposited on the interlayer insulating layer 25 including the surfaces of the first contact hole 26a and the second contact hole 26b. A second photoresist pattern 31 covering the upper region of the capacitor lower electrode 23 is formed on the dielectric layer 29.
도 2c를 참조하면, 상기 제2감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 노출된 유전막(29) 부분을 식각하고, 그런다음, 이를 통해, 캐패시터 하부전극(23) 상에만 유전막(29)을 잔류시킨다. 계속해서, 상기 제2감광막 패턴을 제거한 상태에서, 상기 기판 결과물 상에 제2금속막(33)을 증착하고, 상기 제2금속막(33) 상에 상부 금속배선 형성 영역 및 캐패시터 형성 영역을 한정하는 제3감광막 패턴(35)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, the exposed portion of the dielectric layer 29 is etched using the second photoresist layer pattern as an etch barrier. Then, the dielectric layer 29 is left only on the capacitor lower electrode 23. Subsequently, in the state where the second photoresist layer pattern is removed, a second metal layer 33 is deposited on the substrate resultant, and an upper metal wiring forming region and a capacitor forming region are defined on the second metal layer 33. The third photosensitive film pattern 35 is formed.
도 2d를 참조하면, 상기 제3감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용하여 상기 제2금속막(33)을 식각하고, 그 결과로서, 상기 제1콘택홀(26a)을 통해 상기 하부 금속배선(22)과 콘택되는 상부 금속배선(33b)을 형성함으로써, 다층금속배선 구조를 형성하고, 이와 동시에, 상기 유전막(29) 상에 캐패시터 상부전극(33a)을 형성함으로써, 하부전극(23), 유전막(29) 및 상부전극(33a)의 적층막구조로 이루어진 MIM 캐패시터(39)를 형성한다. 그리고나서, 제3감광막 패턴을 제거하고, 이 결과로서, 본 발명에 따른 MIM 캐패시터 및 다층금속배선의 형성을 완성한다.Referring to FIG. 2D, the second metal film 33 is etched using the third photoresist pattern as an etch barrier, and as a result, the lower metal wire 22 through the first contact hole 26a. The upper metal wiring 33b in contact with the film is formed to form a multilayer metal wiring structure, and at the same time, the capacitor upper electrode 33a is formed on the dielectric film 29, whereby the lower electrode 23 and the dielectric film 29 are formed. ) And an MIM capacitor 39 formed of a laminated film structure of the upper electrode 33a. Then, the third photoresist pattern is removed, and as a result, the formation of the MIM capacitor and the multilayer metal wiring according to the present invention are completed.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 MIM 캐패시터와 다층금속배선은 다마신(Damascene) 공정을 이용하여 형성할 수 있다.Meanwhile, as another embodiment of the present invention, the MIM capacitor and the multi-layered metal wiring may be formed using a damascene process.
즉, 도 2b에서의 유전막(29) 식각 후, 제2감광막 패턴(31)을 제거한 상태에서, 기판 결과물 상에 제1 및 제2콘택홀(26a, 26b)을 완전히 매립시키는 두께로 제2금속막(33)을 증착하고, 그런다음, 상기 층간절연막(25)이 노출될 때까지 제2금속막(33)을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하여 MIM 캐패시터의 상부전극 (33a)을 형성함과 동시에 다층금속배선에서의 플러그를 형성하고, 이후, 층간절연막(25) 상에 상부 금속배선을 형성하여 다층금속배선 구조를 구성한다.That is, after etching the dielectric layer 29 in FIG. 2B, the second metal is formed to have a thickness to completely fill the first and second contact holes 26a and 26b on the substrate resultant with the second photoresist layer pattern 31 removed. After the film 33 is deposited, the second metal film 33 is chemically mechanical polished (CMP) until the interlayer insulating film 25 is exposed to form the upper electrode 33a of the MIM capacitor. After forming the plug in the multi-layer metal wiring, the upper metal wiring is formed on the interlayer insulating film 25 to form a multi-layer metal wiring structure.
이상에서와 같이, 본 발명은 MIM 캐패시터와 다층금속배선을 동시에 형성하기 때문에, MIM 캐패시터와 다층금속배선을 각각 구현하는 종래의 기술과 비교하여 전체 공정을 단순화시킬 수 있으며, 이에 따라, 공정 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.As described above, since the present invention simultaneously forms the MIM capacitor and the multi-layered metal wiring, the overall process can be simplified as compared with the conventional techniques for implementing the MIM capacitor and the multi-layered metal wiring, respectively, thereby simplifying the process. This can improve productivity.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, this invention can be implemented in various changes within the range which does not deviate from the summary.
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