KR20040059848A - Method for fabricating capacitor in semiconductor device - Google Patents

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KR20040059848A
KR20040059848A KR1020020086353A KR20020086353A KR20040059848A KR 20040059848 A KR20040059848 A KR 20040059848A KR 1020020086353 A KR1020020086353 A KR 1020020086353A KR 20020086353 A KR20020086353 A KR 20020086353A KR 20040059848 A KR20040059848 A KR 20040059848A
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김남경
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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device is provided to be capable of obtaining a stable capacitor hole and simplifying the process. CONSTITUTION: Gate patterns(33) are formed on a semiconductor substrate(30) with active regions(32a). An interlayer dielectric(34) and a capacitor insulating layer(36) are sequentially formed on the resultant structure. A capacitor hole(37) is formed to expose the active regions by patterning the capacitor insulating layer and the interlayer dielectric. A lower electrode is formed in the capacitor hole. A dielectric film and an upper electrode are sequentially formed on the lower electrode.

Description

반도체 장치의 캐패시터 제조방법{Method for fabricating capacitor in semiconductor device}Method for fabricating capacitor in semiconductor device

본 발명은 반도체 제조공정에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 캐패시터 제조공정에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor manufacturing process, and more particularly, to a capacitor manufacturing process of a semiconductor device.

반도체 소자, 특히 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 반도체 메모리의 집적도가 증가함에 따라 정보 기억을 위한 기본 단위인 메모리 셀의 면적이 급격하게 축소되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices, in particular DRAM (Dynamic Random Access Memory) semiconductor memories, increases, the area of memory cells, which are basic units for information storage, is rapidly being reduced.

이러한 메모리 셀 면적의 축소는 셀 캐패시터의 면적 감소를 수반하여, 센싱 마진과 센싱 속도를 떨어뜨리고, α-입자에 의한 소프트 에러(Soft Error)에 대한 내구성이 저하되는 문제점을 유발하게 된다. 따라서, 제한된 셀 면적에서 충분한정전용량을 확보할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.Such a reduction in the memory cell area is accompanied by a reduction in the area of the cell capacitor, thereby lowering the sensing margin and the sensing speed, and causes a problem that the durability against soft errors caused by α-particles is degraded. Therefore, there is a need for a method capable of securing sufficient capacitance in a limited cell area.

캐패시터의 정전용량(C)은 하기의 수학식 1과 같이 정의된다.The capacitance C of the capacitor is defined as in Equation 1 below.

C=ε·As/dC = ε · As / d

여기서, ε은 유전률, As는 전극의 유효 표면적, d는 전극간 거리를 각각 나타낸 것이다.Is the dielectric constant, As is the effective surface area of the electrode, and d is the distance between the electrodes.

따라서, 캐패시터의 정전용량을 늘리기 위해서는 전극의 표면적을 넓히거나, 유전체 박막의 두께를 줄이거나, 유전률을 높여야 한다.Therefore, in order to increase the capacitance of the capacitor, it is necessary to increase the surface area of the electrode, reduce the thickness of the dielectric thin film, or increase the dielectric constant.

이 중에서 전극의 표면적을 넓히는 방안이 제일 먼저 고려되어 왔다. 컨케이브 구조, 실린더 구조, 다층 핀 구조 등과 같은 3차원 구조의 캐패시터는 모두 제한된 레이아웃 면적에서 전극의 유효 표면적을 증대시키기 위하여 제안된 것이다. 그러나, 이러한 방법은 반도체 소자가 초고집적화 되면서 전극의 유효 표면적을 증대시키는데 한계를 보이고 있다.Among these, the first method of increasing the surface area of the electrode has been considered. Capacitors of three-dimensional structures, such as concave structures, cylinder structures, multilayer fin structures, and the like, are all proposed to increase the effective surface area of the electrode in a limited layout area. However, this method has a limitation in increasing the effective surface area of the electrode as the semiconductor device is very high integration.

그리고, 전극간 거리(d)를 최소화하기 위해 유전체 박막의 두께를 감소시키는 방안은 유전체 박막의 두께가 감소함에 따라 누설전류가 증가하는 문제 때문에 역시 그 한계에 직면하고 있다.In addition, the method of reducing the thickness of the dielectric thin film in order to minimize the distance between electrodes (d) also faces the limitation due to the problem that the leakage current increases as the thickness of the dielectric thin film is reduced.

따라서, 근래에 들어서는 주로 유전체 박막의 유전율의 증대를 통한 캐패시터의 정전용량 확보에 초점을 맞추어 연구, 개발이 진행되고 있다. 전통적으로, 실리콘산화막이나 실리콘질화막을 유전체 박막 재료로 사용한 소위 NO(Nitride-Oxide) 구조의 캐패시터가 주류를 이루었으나, 최근에는 Ta2O5, (Ba,Sr)TiO3(이하 BST라 함) 등의 고유전체 물질이나, (Pb,Zr)TiO3(이하 PZT라 함), (Pb,La)(Zr,Ti)O3(이하 PLZT라 함), SrBi2Ta2O9(이하 SBT라 함), Bi4-xLaxTi3O12(이하, BLT라 함) 등의 강유전체 물질을 유전체 박막 재료로 적용하고 있다.Therefore, in recent years, research and development have been focused on securing capacitance of a capacitor mainly by increasing the dielectric constant of a dielectric thin film. Traditionally, so-called NO (Nitride-Oxide) capacitors using silicon oxide or silicon nitride as the dielectric thin film have become mainstream, but recently, Ta 2 O 5 , (Ba, Sr) TiO 3 (hereinafter referred to as BST) High dielectric materials such as (Pb, Zr) TiO 3 (hereinafter referred to as PZT), (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 (hereinafter referred to as PLZT), SrBi2Ta2O 9 (hereinafter referred to as SBT), Bi Ferroelectric materials such as 4-x La x Ti 3 O 12 (hereinafter referred to as BLT) are applied as the dielectric thin film material.

이러한 고유전체 물질 또는 강유전체 물질을 유전체 박막 재료로 사용하는 고유전체 캐패시터 또는 강유전체 캐패시터를 제조함에 있어서, 고유전체 물질 또는 강유전체 물질 특유의 유전 특성을 구현하기 위해서는 유전체 주변 물질 및 공정의 적절한 제어가 수반되어야 한다.In the manufacture of high dielectric capacitors or ferroelectric capacitors using such high dielectric materials or ferroelectric materials as dielectric thin film materials, proper control of dielectric surrounding materials and processes must be accompanied to realize dielectric properties specific to the high dielectric materials or ferroelectric materials. do.

일반적으로, 고유전체 캐패시터나 강유전체 캐패시터의 상, 하부전극 물질로서 노블메탈(noble metal) 또는 이들의 화합물, 예컨대 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 루테늄옥사이드(RuO2), 이리듐옥사이드(IrO2)등을 사용하고 있다.Generally, noble metal or a compound thereof, such as platinum (Pt), iridium (Ir), ruthenium (Ru), ruthenium oxide (RuO 2 ), as the upper and lower electrode materials of the high dielectric capacitor or the ferroelectric capacitor, Iridium oxide (IrO 2 ) and the like are used.

그러나, 캐패시터의 상,하부전극으로 금속막을 사용함으로서, 금속막과 절연막과의 접착문제가 반도체 소자의 캐패시터의 제조시에 새로운 문제점으로 대두되고 있다. 금속막은 그 특성상 절연막으로 사용되는 산화막등과 접착특성이 열화되기 때문이다. 또한, 캐패시터의 상,하부전극이 금속막을 사용함으로서,하부구조인 폴리실리콘으로 형성된 스토리지 노드 콘택 플러그와의 오믹(ohmic) 접촉특성을 위한 실리사이드 공정등을 포함한 여러공정이 추가되어 제조 공정이 복잡해지는 문제점을 가지고 있다.However, by using a metal film as the upper and lower electrodes of the capacitor, the problem of adhesion between the metal film and the insulating film has emerged as a new problem in manufacturing the capacitor of the semiconductor device. This is because the metal film is deteriorated in adhesion properties with an oxide film or the like used as an insulating film due to its characteristics. In addition, since the upper and lower electrodes of the capacitor use a metal film, various processes including a silicide process for ohmic contact characteristics with a storage node contact plug formed of polysilicon having a lower structure are added, thereby making the manufacturing process complicated. I have a problem.

도1a 내지 도1f는 종래기술에 의한 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 공정단면도이다. 이하에서는 도면을 참조하여 종래기술에 의한 캐패시터 제조방법을 살펴본다.1A to 1F are process cross-sectional views showing a capacitor manufacturing method of a semiconductor device according to the prior art. Hereinafter, a capacitor manufacturing method according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.

도1a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(11), 활성영역(12a,12b), 게이트패턴(13)(게이트전극,게이트 절연막,게이트 스페이서등을 포함하는 패턴)이 형성된 반도체기판(10)상에 제1 층간절연막(12)을 형성한 후, 제1 층간절연막(12)을 관통하여 반도체기판(10)의 활성영역(12b)가 노출되는 비트라인 콘택홀을 형성한다. 비트라인 콘택홀을 도전성 물질로 매립하여 기 형성된 비트라인(15)과 연결되는 비트라인 콘택플러그(15')를 형성한다.As shown in FIG. 1A, on the semiconductor substrate 10 on which the device isolation layer 11, the active regions 12a and 12b, and the gate pattern 13 (the pattern including the gate electrode, the gate insulating layer, the gate spacer, etc.) are formed. After the first interlayer insulating film 12 is formed on the bit line, the bit line contact hole through which the active region 12b of the semiconductor substrate 10 is exposed is formed through the first interlayer insulating film 12. The bit line contact hole is filled with a conductive material to form a bit line contact plug 15 ′ connected to the previously formed bit line 15.

이어서 도1b에 도시된 바와 같이, 기판전면에 제2 층간절연막(15)를 형성하고, 활성영역(12a)가 노출되도록 제1 및 제2 층간절연막(14,16)을 선택적으로 제거하여 스토리지 노드(storage node) 콘택홀(17')를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, a storage node is formed by forming a second interlayer insulating film 15 on the front surface of the substrate, and selectively removing the first and second interlayer insulating films 14 and 16 so that the active region 12a is exposed. (storage node) A contact hole 17 'is formed.

이어서 도1c에 도시된 바와 같이, 스토리지 노드 콘택홀(17')에 폴리실리콘으로 매립하여 스토리지 노드 콘택플러그(17)를 형성하고, 스토리지 노드 콘택플러그(17)의 상단부분이 리세스(recess)되도록 상단부분에 형성된 폴리실리콘이 제거되도록 한다. 이어서 스토리지 노드 콘택플러그의 리세스된 부분에 티타늄을 형성시킨 다음 열공정을 통해 티타늄과스코리지 노드 콘택플러그(17)의 폴리실리콘과 반응시켜 티타늄실리사이드막(18)을 형성시킨다. 이어서 티타늄나이트라이드막(19)을 티타늄실리사이드막(18)상에 형성시킨다. 여기서 티타늄실리사이드막(18)은 후속공정에서 형성될 금속 하부전극과 폴리실리콘으로 형성된 콘택플러그(17)간의 오믹콘택을 위한 것이고, 티타늄실리사이드막(18)은 상호간의 물질확산을 방지하기위한 베리어메탈로 사용된 막이다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, the storage node contact plug 17 is formed by filling the storage node contact hole 17 ′ with polysilicon, and the upper portion of the storage node contact plug 17 is recessed. If possible, the polysilicon formed on the upper portion is removed. Subsequently, titanium is formed in the recessed portion of the storage node contact plug and then reacts with polysilicon of the titanium and the storage node contact plug 17 through a thermal process to form the titanium silicide layer 18. A titanium nitride film 19 is then formed on the titanium silicide film 18. Here, the titanium silicide film 18 is for ohmic contact between the metal lower electrode to be formed in a subsequent process and the contact plug 17 formed of polysilicon, and the titanium silicide film 18 is a barrier metal for preventing material diffusion between them. It is used as a membrane.

이어서 도1d에 도시된 바와 같이, 기판전면에 캐패시터 형성용 절연막(20)을 캐패시터가 형성될 높이만큼 형성시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, an insulating film 20 for forming a capacitor is formed on the entire surface of the substrate so that the capacitor is formed thereon.

이어서 도1e에 도시된 바와 같이, 스토리지 노드 콘택플러그(17)의 상단에 형성되어 있는 티타늄나이트라이드막(19)이 노출되도록 캐패시터 형성용 절연막(20)을 선태적으로 제거하여 캐패시터홀(22)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, the capacitor forming insulating film 20 is selectively removed to expose the titanium nitride film 19 formed on the upper end of the storage node contact plug 17 to form the capacitor hole 22. To form.

이어서 도1f에 도시된 바와 같이, 캐패시터홀(22)의 내부에 하부전극(24)을 형성하고, 하부전극(24) 상부에 유전체 박막(23)을 형성한다. 이어서 캐패시터홀(22)이 매립되도록 상부전극을 형성한다. 여기서 상,하부전극용 물질로는 전술한 바와 같이, 백금, 이리듐, 루테늄, 루테늄옥사이드, 이리듐옥사이드등을 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 1F, the lower electrode 24 is formed in the capacitor hole 22, and the dielectric thin film 23 is formed on the lower electrode 24. Subsequently, an upper electrode is formed to fill the capacitor hole 22. As the material for the upper and lower electrodes, platinum, iridium, ruthenium, ruthenium oxide, iridium oxide, and the like are used as described above.

한편, 반도체 메모리 장치가 고집적화 되면서 하나의 단위셀에 해당되는 면적은 점점 축소되어 셀 캐패시터를 제조할 면적도 점점 축소되어 왔다. 이로 인해 셀 캐패시터의 일정한 용량 확보를 위해 형성되는 캐패시터홀의 깊이는 점점 더 깊어지고, 폭은 점점 더 좁아지는 추세이다. 0.10㎛ 기술에서는 요구하는 캐패시터용량을 확보하기 위해 캐패시터홀의 깊이가 1.5㎛ 이상이 필요한데, 현재의 공정장비로는 폭이 매우 좁은 상태에서 1.5㎛ 정도의 깊이를 가지는 캐패시터홀을 안정적으로 형성하는 것이 큰 문제가 되고 있다.Meanwhile, as semiconductor memory devices are highly integrated, the area corresponding to one unit cell is gradually reduced, and the area for manufacturing cell capacitors has also been gradually reduced. As a result, the depth of the capacitor hole formed to secure a constant capacity of the cell capacitor is getting deeper and narrower. In the 0.10㎛ technology, the depth of the capacitor hole is required to be 1.5㎛ or more to secure the required capacitor capacity.However, in current process equipment, it is large to stably form a capacitor hole having a depth of about 1.5㎛ in a very narrow state. It is a problem.

특히, 캐패시터 절연막을 선택적으로 제거하여 형성하게 되는 캐패시터홀의 상단부는 넓은 반면 하단부는 점점 좁아 지게 되는데, 이로 인해서 스토리지 콘택플러그의 상단부를 안정적으로 노출시키기가 어렵다. 스토리지 노드 콘택플러그를 안정적으로 노출시키려고 캐패시터 형성용 절연막의 두께보다 과식각을 하게되면, 하부에 형성된 티타늄나이트라이드 및 티타늄실리사이드막이 손상되는 문제점이 생긴다.In particular, the upper end of the capacitor hole, which is formed by selectively removing the capacitor insulating layer, becomes wider while the lower end becomes narrower, which makes it difficult to stably expose the upper end of the storage contact plug. If the substrate is overetched more than the thickness of the capacitor forming insulating layer in order to stably expose the storage node contact plug, the titanium nitride and the titanium silicide layers formed thereunder may be damaged.

도2는 종래기술에 의해 캐패시터를 제조할 때의 문제점을 나타내는 공정단면도이다.2 is a process sectional view showing a problem in manufacturing a capacitor according to the prior art.

도2에는 캐패시터 형성용 절연막(21)을 선택적으로 식각하여 캐패시터홀을 형성할 때 과식각으로 인해 하부 스토리지 노드 콘택플러그상의 티타늄나이트라이드(19) 및 티타늄실리사이드(18)이 제거되어 스토리지 노드 콘택플러그(12a)의 폴리실리콘이 노출되는 것(A,B)이 도시되어 있다. 폴리실리콘이 노출되어 있는 상태에서 계속 공정을 진행하여 캐패시터를 완성하게 되면 캐패시터의 하부전극과 활성영역간의 접촉저항 특성이 나빠지게 된다.2 shows that when the capacitor formation insulating layer 21 is selectively etched to form the capacitor hole, the titanium nitride 19 and the titanium silicide 18 on the lower storage node contact plug are removed due to overetching, thereby causing the storage node contact plug to be removed. The polysilicon of (12a) is exposed (A, B). If the process is completed by continuing the process while the polysilicon is exposed, the contact resistance between the lower electrode of the capacitor and the active region becomes worse.

또한, 상,하부전극으로 금속을 사용하게 됨에 따라 금속 전극과 캐패시터 형성용 절연막과의 접착특성도 나빠지는 문제점을 가지고 있다.In addition, as the metal is used as the upper and lower electrodes, there is a problem in that adhesion characteristics between the metal electrode and the capacitor forming insulating film are also deteriorated.

본 발명은 고집적 메모리 장치에서 캐패시터홀을 안정적으로 형성하면서도 공정단계를 단순화하여, 후속공정에서 신뢰성있는 캐패시터를 제조하고, 제조비용은 절감할 수 있는 캐패시터 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor that can stably form a capacitor hole in a highly integrated memory device, thereby simplifying a process step, producing a reliable capacitor in a subsequent process, and reducing a manufacturing cost.

도1a 내지 도1f는 종래기술에 의한 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 공정단면도.1A to 1F are process cross-sectional views showing a capacitor manufacturing method of a semiconductor device according to the prior art.

도2는 종래기술에 의해 캐패시터를 제조할 때의 문제점을 나타내는 공정단면도.Fig. 2 is a process sectional view showing a problem when manufacturing a capacitor according to the prior art.

도3a 내지 도3h는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 공정단면도.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

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

30 : 기판30: substrate

31 : 소자분리막31: device isolation film

32a,32b : 활성영역32a, 32b: active area

33 : 게이트 패턴33: gate pattern

34 : 층간절연막34: interlayer insulating film

35 : 비트라인 패턴35: bit line pattern

36 : 캐패시터 형성용 절연막36: insulating film for capacitor formation

37 : 캐패시터홀37: capacitor hole

38 : 티타늄막38: titanium film

39 : 티타늄나이트라이드막39: titanium nitride film

40 : 티타늄실리사이드막40: titanium silicide film

41 : 하부전극41: lower electrode

42 : 유전체 박막42: dielectric thin film

43 : 상부전극43: upper electrode

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 활성영역이 형성된 기판상에 기 형성된 워드라인 패턴간의 절연을 위한 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막 상에 캐패시터 형성용 절연막을 형성하는 단계; 상기 활성영역이 노출되도록 상기 층간절연막 및 상기 캐패시터 형성용 절연막을 패터닝하여 캐패시터홀을 형성하는 단계; 상기 캐패시터홀 내부에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극 상에 유전체 박막을 형성하는 단계; 상기 유전체 박막상에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an interlayer insulating film for insulating between the pre-formed word line pattern on the substrate on which the active region is formed; Forming an insulating film for forming a capacitor on the interlayer insulating film; Forming a capacitor hole by patterning the interlayer insulating film and the capacitor forming insulating film to expose the active region; Forming a lower electrode in the capacitor hole; Forming a dielectric thin film on the lower electrode; It provides a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device comprising the step of forming an upper electrode on the dielectric thin film.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.

도3a 내지 도3h는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 캐패시터 제조방법을 나타내는 공정단면도이다. 이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 의한 캐패시터 제조방법을 살펴본다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Hereinafter, a capacitor manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저 도3a에 도시된 바와 같이, 소자분리막(31), 활성영역(32a,32b), 게이트패턴(33)(게이트전극,게이트 절연막,게이트 스페이서등을 포함하는 패턴)이 형성된 반도체기판(30)상에 층간절연막(32)을 형성한 후, 층간절연막(32)을 관통하여 반도체기판(30)의 활성영역(32b)이 노출되는 비트라인 콘택홀을 형성한다. 비트라인 콘택홀을 도전성 물질로 매립하여 기 형성된 비트라인(35)과 연결되는 비트라인 콘택플러그(35')를 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, the semiconductor substrate 30 on which the device isolation layer 31, the active regions 32a and 32b, and the gate pattern 33 (the pattern including the gate electrode, the gate insulating layer, and the gate spacer) are formed. After the interlayer insulating film 32 is formed on the bit line, the bit line contact hole through which the active region 32b of the semiconductor substrate 30 is exposed is formed through the interlayer insulating film 32. The bit line contact hole is filled with a conductive material to form a bit line contact plug 35 ′ connected to the previously formed bit line 35.

이어서 도3b에 도시된 바와 같이, 기판전면에 캐패시터 형성용 절연막(36)를 형성한다. 여기서 캐패시터 형성용 절연막(36)는 HDP(High density plasma) 산화막, PE-TEOS(Plasma enhanced - tetraethylorthosilicate)막, 오존 TEOS 막, BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)막, HTO(High Temperature Oxidation,830℃이상의 온도에서 증착된 산화막)막, LTO(Low Temperauure Deposition fo Oxide,400~450℃ 정도의 온도에서 증착된 산화막)막, MTO(Medium Temperature Deposition of Oxide, 약 800℃ 정도의 온도에서 증착된 산화막)막 중에서 선택된 하나의 막을 사용하여 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3B, an insulating film 36 for forming a capacitor is formed on the entire surface of the substrate. The capacitor forming insulating film 36 may include a high density plasma (HDP) oxide film, a plasma enhanced-tetraethylorthosilicate (PE-TEOS) film, an ozone TEOS film, a Boro-Phospho-Silicate Glass (BPSG) film, and a HTO (High Temperature Oxidation, 830) film. Oxide film deposited at a temperature above about ℃, LTO (low temperauure deposition oxide) film, deposited at a temperature of about 400 ~ 450 ℃, MTO (Medium Temperature Deposition of Oxide, about 800 ℃) It is formed using one film selected from the films.

이어서 도3c에 도시된 바와 같이, 캐패시터 형성용 절연막(36) 및 층간절연막(32)를 동시에 선택적으로 제거하여 기판상의 활성영역(32a)가 노출되도록 캐패시터홀(37)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, the capacitor forming insulating film 36 and the interlayer insulating film 32 are selectively removed at the same time to form the capacitor hole 37 so as to expose the active region 32a on the substrate.

이어서 도3d에 도시된 바와 같이 캐패시터홀(37)의 내부가 포함되는 기판전면에 티타늄막(38)을 10~500Å 범위의 두께로 형성하고, 티타늄막(38) 상부에 티타늄나이트라이드막(39)을 형성한다. 티타늄막(38)과 티타늄나이트라이드막(39)은 화학적기상증착법(Chemical Vapor deposition), 원자층증착법(atomic layer depostion), 플라즈마 인엔스드 원자층증착방법(plasma enhanced atomic layer depostion) 중에서 선택된 하나의 방법으로 증착한다. 또한 티타늄나이트라이드막(39)는 10~1000Å범위의 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, a titanium film 38 is formed on the front surface of the substrate including the inside of the capacitor hole 37 to a thickness in the range of 10 to 500 kV, and the titanium nitride film 39 is formed on the titanium film 38. ). The titanium film 38 and the titanium nitride film 39 are selected from chemical vapor deposition, atomic layer depostion, and plasma enhanced atomic layer depostion. Deposition by the method of. In addition, the titanium nitride film 39 is formed to a thickness of 10 ~ 1000Å range.

티타늄나이트라이드막(39)은 후속공정에서 형성될 하부전극과 활성영역(32a)간의 상호 물질확산을 방지하는 역할을 일차적으로 하고, 이차적으로는 하부전극으로 형성될 금속의 씨앗층 역할도 하게 된다.The titanium nitride film 39 primarily serves to prevent material diffusion between the lower electrode and the active region 32a to be formed in a subsequent process, and also serves as a seed layer of the metal to be formed as the lower electrode. .

이어서 도3e에 도시된 바와 같이, 급속열처리(rapid thermal anneal) 및 로 열처리(furnace anneal) 공정을 통해 기판상의 활성영역(32a)과 티타늄막(38)이 서로 반응하여 활성영역(32a)과 티타늄막(38) 사이에 티타늄실리사이드막(40)이 형성되게 한다. 급속열처리 공정을 사용할 때에는 600~900℃범위의 온도로 공정을 진행하고, 열공정시에 반응가스로는 N2, Ar, Ne, He,N2+Ar등을 가스를 환원분위기 상태로 이용한다. 여기서 티타늄실리사이드막(40)은 티타늄나이트라이드막(39)과 활성영역(32a)간의 오믹접촉이 형성되도록 하기 위한 막이다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, the active region 32a and the titanium film 38 on the substrate react with each other through a rapid thermal anneal and furnace anneal process so that the active region 32a and the titanium are reacted with each other. The titanium silicide film 40 is formed between the films 38. When the rapid heat treatment process is used, the process is performed at a temperature in the range of 600 to 900 ° C. In the heat process, N 2 , Ar, Ne, He, N 2 + Ar, and the like are used as a reducing atmosphere. The titanium silicide film 40 is a film for forming ohmic contact between the titanium nitride film 39 and the active region 32a.

이어서 도3f에 도시된 바와 같이, 티타늄나이트라이드막(39) 상에 하부전극(41)을 형성한다. 하부전극(41)은 화학적기상증착법(Chemical Vapor deposition), 원자층증착법(atomic layer depostion), 플라즈마 인엔스드 원자층증착방법(plasma enhanced atomic layer depostion) 중에서 선택된 하나의 방법으로 증착하고, 10~1000Å범위의 두께로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3F, a lower electrode 41 is formed on the titanium nitride film 39. The lower electrode 41 is deposited by one method selected from chemical vapor deposition, atomic layer deposition, and plasma enhanced atomic layer depostion. It is formed to a thickness of 1000Å range.

하부전극(41)으로는 백금(Pt), 텅스텐(W), 텅스텐질화막(WN), 티타늄나이트라이드(TiN), 루세늄(Ru), 루세늄옥사이드(RuO2), 이리듐(Ir), 이리듐 옥사이드(IrO2)중에서 선택된 하나를 사용한다.The lower electrode 41 includes platinum (Pt), tungsten (W), tungsten nitride film (WN), titanium nitride (TiN), ruthenium (Ru), ruthenium oxide (RuO 2 ), iridium (Ir), and iridium One selected from oxide (IrO 2 ) is used.

이어서 도3g에 도시된 바와 같이, 화학적기계적 공정 또는 에치백 공정을 이용하여 캐패시터홀 내부에만 남도록 하부전극(41), 티타늄나이트라이드막(39), 티타늄막(38)을 제거한다.3G, the lower electrode 41, the titanium nitride film 39, and the titanium film 38 are removed so as to remain only inside the capacitor hole using a chemical mechanical process or an etch back process.

이어서 도3h에 도시된 바와 같이, 하부전극(41) 상에 유전체박막(42)을 형성하고, 캐패시터홀(37)이 매립되도록 유전체박막(42)상에 상부전극(43)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3H, the dielectric thin film 42 is formed on the lower electrode 41, and the upper electrode 43 is formed on the dielectric thin film 42 so that the capacitor hole 37 is embedded.

여기서 유전체 박막(43)으로는 Si3N4, Al2O3, HfO3, Ta2O3, SrTiO3, (Ba,Sr)TiO3, (Pb,Zr)TiO3중에서 선택된 하나를 사용하여, 화학적기상증착법(Chemical Vapor deposition), 원자층증착법(atomic layer depostion), 플라즈마 인엔스드 원자층증착방법(plasma enhanced atomic layer depostion) 중에서 선택된 하나의 방법으로 증착하고, 10~500Å범위의 두께로 200~700℃ 범위의 온도에서 증착한다. 유전체박막을 증착할 때의 반응가스로는 N2, Ar, O2, N2O, H2O2, H2O, N2+O2등을 이용한다.Here, as the dielectric thin film 43, one selected from Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , HfO 3 , Ta 2 O 3 , SrTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 , (Pb, Zr) TiO 3 is used. , By chemical vapor deposition, atomic layer deposition, plasma enhanced atomic layer deposition method selected from one of the methods, and the thickness of 10 ~ 500Å range Deposit at a temperature in the range of 200-700 ° C. N 2 , Ar, O 2 , N 2 O, H 2 O 2 , H 2 O, N 2 + O 2, and the like are used as the reaction gas when the dielectric thin film is deposited.

상부전극(43)으로는 백금, 텅스텐, 텅스텐질화막, 티타늄나이트라이드, 루세늄, 루세늄옥사이드, 이리듐, 이리듐 옥사이드, 탄탈륨나이트라이드(TaN)중에서 선택된 하나를 사용하고, 화학적기상증착법(Chemical Vapor deposition), 원자층증착법(atomic layer depostion), 플라즈마 인엔스드 원자층증착방법(plasma enhanced atomic layer depostion) 중에서 선택된 하나의 방법으로 증착하고, 10~500Å범위의 두께로 증착한다.As the upper electrode 43, one selected from platinum, tungsten, tungsten nitride, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, iridium, iridium oxide, and tantalum nitride (TaN) is used, and chemical vapor deposition is performed. ), The atomic layer deposition method (atomic layer depostion), plasma enhanced atomic layer deposition method (plasma enhanced atomic layer depostion) selected by one of the methods, and deposited to a thickness in the range of 10 ~ 500Å.

전술한 실시예에 따라 캐패시터를 제조하게 되면, 캐패시터 형성용 절연막(36) 및 층간절연막(32)을 동시에 선택적으로 제거하여 기판상의 활성영역(32a)가 노출되도록 캐패시터홀(37)을 형성하게 됨으로서, 종래의 스토리지 노드 콘택플러그를 형성할 필요가 없으며, 또한 제1 및 제2 층간절연막(도1d의 14,16 참조)을 형성하던 것을 하나의 층간절연막(도3b의 34 참조)만을 사용하게 되어 공정이 단순화된다.When the capacitor is manufactured according to the above-described embodiment, the capacitor forming insulating film 36 and the interlayer insulating film 32 are selectively removed at the same time to form the capacitor hole 37 to expose the active region 32a on the substrate. There is no need to form a conventional storage node contact plug, and only one interlayer insulating film (see 34 in FIG. 3b) is used to form the first and second interlayer insulating films (see 14 and 16 in FIG. 1D). The process is simplified.

본 발명에 의해서 캐패시터를 제조하게되면, 하부에 베리어메탈로 사용된 티타늄나이트라이드막 및 오믹콘택을 위한 티타늄실리사이드막을 캐패시터홀을 형성하고 나 다음 형성하게되어, 캐패시터홀 형성시 식각공정을 과도하게 진행하더라도 하부 베리어메탈 및 오믹 콘택층이 손상되는 현상은 발생하지 않는다.When the capacitor is manufactured according to the present invention, the titanium nitride film used as the barrier metal and the titanium silicide film for the ohmic contact are formed on the lower part of the capacitor hole, and then formed, so that the etching process is excessively performed during the formation of the capacitor hole. Even if the lower barrier metal and the ohmic contact layer is damaged does not occur.

또한 이전에는 캐패시터 형성용 절연막의 높이만큼만 캐패시터의 전극 표면적으로 사용할 수 있었으나, 본 발명에 의해서는 캐패시터 형성용 절연막의 높이에 하부구조의 층간절연막까지도 캐패시터의 전극 표면적으로 사용할 수 있는 효과를 가지고 있다.In addition, in the past, it was possible to use only the electrode surface area of the capacitor as much as the height of the capacitor forming insulating film, according to the present invention has the effect that even the interlayer insulating film of the lower structure to the height of the capacitor forming insulating film can be used as the electrode surface area of the capacitor.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

예컨대, 전술한 실시예에서는 콘케이브형의 캐패시터를 제조하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 실린더형의 캐패시터를 제조할 때에도 본 발명을 적용하는 것이 가능하다.For example, in the above-described embodiment, the manufacturing of a concave capacitor is described as an example. However, the present invention can be applied to the manufacture of a cylindrical capacitor.

본 발명에 따라 3차원 캐패시터를 형성하게 되면, 종래보다 하번의 층간절연막 형성공정 및 스토리지 노드 콘택플러그를 형성하는 공정을 생략할 수 있어 공정을 단순화 할 수 있다.When the three-dimensional capacitor is formed in accordance with the present invention, the process of forming the interlayer dielectric film and the storage node contact plug can be omitted.

또한, 캐패시터홀을 형성한 후에 하부에 베리어메탈로 사용된 티타늄나이트라이드막 및 오믹콘택을 위한 티타늄실리사이드막을 형성하게 되어, 캐패시터홀 형성시 식각공정을 과도하게 진행하더라도 하부 베리어메탈 및 오믹 콘택층이 손상되는 현상은 발생하지 않아서 신뢰성 있는 캐패시터를 제조할 수 있다.In addition, after forming the capacitor hole, the titanium nitride film used as the barrier metal and the titanium silicide film for the ohmic contact are formed at the bottom, so that the lower barrier metal and the ohmic contact layer are formed even if the etching process is excessively performed. Damage does not occur so that a reliable capacitor can be manufactured.

Claims (7)

활성영역이 형성된 기판상에 기 형성된 워드라인 패턴간의 절연을 위한 층간절연막을 형성하는 단계;Forming an interlayer insulating film for insulating between the word line patterns formed on the substrate on which the active region is formed; 상기 층간절연막 상에 캐패시터 형성용 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film for forming a capacitor on the interlayer insulating film; 상기 활성영역이 노출되도록 상기 층간절연막 및 상기 캐패시터 형성용 절연막을 패터닝하여 캐패시터홀을 형성하는 단계;Forming a capacitor hole by patterning the interlayer insulating film and the capacitor forming insulating film to expose the active region; 상기 캐패시터홀 내부에 하부전극을 형성하는 단계;Forming a lower electrode in the capacitor hole; 상기 하부전극 상에 유전체 박막을 형성하는 단계;Forming a dielectric thin film on the lower electrode; 상기 유전체 박막상에 상부전극을 형성하는 단계Forming an upper electrode on the dielectric thin film 를 포함하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.Capacitor manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서The method of claim 1 상기 캐패시터홀 바닥과 측벽에 티타늄막을 형성하는 단계;Forming a titanium film on the bottom and sidewalls of the capacitor hole; 상기 티타늄막 상에 티타늄나이트라이드막을 형성하는 단계; 및Forming a titanium nitride film on the titanium film; And 열공정을 통해 상기 티타늄나이트라이드막과 상기 활성영역 사이에 티타늄실리사이드막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.And forming a titanium silicide film between the titanium nitride film and the active region through a thermal process. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 열공정을 급속열처리 또는 로 열처리인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, characterized in that the thermal process is rapid heat treatment or furnace heat treatment. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 급속열처리는 600~900℃ 범위의 온도에 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The rapid heat treatment is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that proceeding at a temperature in the range of 600 ~ 900 ℃. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 하부전극은 백금, 텅스텐, 텅스텐질화막, 티타늄나이트라이드, 루세늄, 루세늄옥사이드, 이리듐, 이리듐 옥사이드중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.Wherein the lower electrode is one selected from platinum, tungsten, tungsten nitride, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, iridium, and iridium oxide. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 티타늄막은 10~500Å 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The titanium film is a capacitor manufacturing method of the semiconductor device, characterized in that formed in a thickness of 10 ~ 500 10 range. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 티타늄나이트라이드막은 10~1000Å 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 캐패시터 제조방법.The titanium nitride film is a capacitor manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that formed in a thickness of 10 ~ 1000Å range.
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