KR20040059938A - Method for fabricating semiconductor device with analog capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 폴리실리콘층들 사이의 절연체의 유전율을 이용한 아날로그 커패시터(Analog capacitor)를 구비한 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device having an analog capacitor using dielectric constant of an insulator between polysilicon layers.
종래기술에 의한 아날로그 커패시터 및 MOS트랜지스터의 제조방법을 도1a 내지 도 1d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing an analog capacitor and a MOS transistor according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.
먼저, 도1a에 나타낸 바와 같이 반도체소자간의 절연을 위한 필드산화막(1)과 게이트산화막(2)을 반도체기판(도시하지 않음)상의 소정영역에 형성한 후, 아날로그 커패시터의 하부전극으로 사용하기 위한 제1폴리실리콘(3)을 필드산화막(1) 및 게이트산화막(2)위에 증착하고 불순물을 도핑한다. 이어서 상기 제1폴리실리콘층(3)위에 유전체로 이용될 산화막/질화막(4)을 저압화학증착법(LPCVD)으로 증착한 다음, 소정의 마스크(5)를 이용한 선택적 건식식각 방법으로 도 1b에 나타낸 바와 같이 필드산화막(1) 위에 아날로그 커패시터 하부전극(3A) 및 유전체막(4A)을 형성한다. 다음에, 마스크(5)를 제거한다.First, as shown in FIG. 1A, a field oxide film 1 and a gate oxide film 2 for insulation between semiconductor devices are formed in a predetermined region on a semiconductor substrate (not shown), and then used as a lower electrode of an analog capacitor. The first polysilicon 3 is deposited on the field oxide film 1 and the gate oxide film 2 and doped with impurities. Subsequently, an oxide film / nitride film 4 to be used as a dielectric material is deposited on the first polysilicon layer 3 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), and then shown in FIG. 1B by a selective dry etching method using a predetermined mask (5). As described above, the analog capacitor lower electrode 3A and the dielectric film 4A are formed on the field oxide film 1. Next, the mask 5 is removed.
이어서, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 기판 전면에 아날로그 커패시터의 상부전극 및 MOS 트랜지스터의 게이트전극으로 사용될 제2폴리실리콘(6)을 증착하고 도핑한 후, 소정의 마스크(7)를 이용한 건식식각 방법으로 제2폴리실리콘층(6)을 식각하여 도 1d에 나타낸 바와 같이 아날로그 커패시터의 상부전극(6A) 및 MOS 트랜지스터의 게이트전극(B)을 형성한다. 이때, 제2폴리실리콘층(6)으로 형성된 아날로그 커패시터의 상부전극(6A) 하단에는 산화막/질화막(4A)이 남아 있게 되며, 나머지 부분은 건식식각에 의해 제거된다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, the second polysilicon 6 to be used as the upper electrode of the analog capacitor and the gate electrode of the MOS transistor is deposited and doped on the entire surface of the substrate, and then a dry etching method using a predetermined mask 7 is performed. The second polysilicon layer 6 is etched to form the upper electrode 6A of the analog capacitor and the gate electrode B of the MOS transistor as shown in FIG. 1D. At this time, the oxide film / nitride film 4A remains at the lower end of the upper electrode 6A of the analog capacitor formed of the second polysilicon layer 6, and the remaining part is removed by dry etching.
MOS 트랜지스터의 소스와 드레인은 이온주입 방법으로 형성하며, 이후 도면에는 표시되지 않은 금속배선의 절연을 위한 TEOS막과 BPSG막을 화학증착법으로 형성한다. 이어서 금속배선과 소스, 드레인 및 아날로그 커패시터의 하부전극, 상부전극을 연결하기 위한 콘택홀을 형성하고, 금속배선으로 연결한다.The source and the drain of the MOS transistor are formed by an ion implantation method, and then a TEOS film and a BPSG film are formed by chemical vapor deposition to insulate the metal wiring, which is not shown in the drawings. Subsequently, contact holes are formed to connect the metal wires, the source electrodes, the drain electrodes, and the lower electrodes and the upper electrodes of the analog capacitor, and are connected by metal wires.
상술한 바와 같이 이루어지는 종래의 아날로그 커패시터 형성방법은 제1폴리실리콘층을 이용한 커패시터의 하부전극(3A) 형성후, 제2폴리실리콘층을 이용한 게이트전극(6B) 및 커패시터 상부전극(6A)을 형성한다. 이때, 제1폴리실리콘으로 형성된 커패시터의 하부전극(3A) 및 제2폴리실리콘으로 형성된 게이트전극(6B) 및 커패시터의 상부전극(6A)은 필드산화막(1)과 더불어 반도체소자의 단차를 더 심화시킨다. 이와 같이 발생된 단차에 의하여 제2폴리실리콘 증착후 마스크를 이용한 제2폴리실리콘 식각시 제1폴리실리콘으로 형성된 아날로그 커패시터의 하부전극(3A)과 제2폴리실리콘으로 형성된 게이트전극(6B)의 측벽에 건식식각장비의 선택비 부족 및 단차 등으로 유발되는 제2폴리실리콘 잔유물이 발생되며, 이 잔유물은 게이트 폴리실리콘 사이의 단락을 유발한다.In the conventional analog capacitor forming method as described above, after forming the lower electrode 3A of the capacitor using the first polysilicon layer, the gate electrode 6B and the capacitor upper electrode 6A using the second polysilicon layer are formed. do. At this time, the lower electrode 3A of the capacitor formed of the first polysilicon, the gate electrode 6B formed of the second polysilicon, and the upper electrode 6A of the capacitor further increase the step difference of the semiconductor device together with the field oxide film 1. Let's do it. Sidewalls of the lower electrode 3A of the analog capacitor formed of the first polysilicon and the gate electrode 6B formed of the second polysilicon during the second polysilicon etching using the mask after the deposition of the second polysilicon due to the step generated as described above Second polysilicon residues are generated due to the lack of selectivity and the step of the dry etching equipment, which causes a short circuit between the gate polysilicon.
또한, 제2폴리실리콘 잔유물을 제거하기 위한 과도한 건식 식각시 게이트산화막의 손상을 필연적으로 가져 오며, 손상된 게이트산화막을 통하여 접합누설이 발생한다.In addition, damage to the gate oxide film is inevitably caused during excessive dry etching to remove the second polysilicon residue, and junction leakage occurs through the damaged gate oxide film.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제1폴리실리콘으로 형성된 커패시터 하부전극의 단차에 의한 제2폴리실리콘 잔유물의 발생을 근본적으로 해결할 수 있는 아날로그 커패시터를 구비한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, the manufacturing of a semiconductor device having an analog capacitor that can fundamentally solve the generation of the second polysilicon residues due to the step of the capacitor lower electrode formed of the first polysilicon The purpose is to provide a method.
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 의한 아날로그 커패시터 제조방법을 도시한 공정 단면도,1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an analog capacitor according to the prior art;
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 커패시터를 구비한 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having an analog capacitor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11 : 필드산화막 12 : 게이트산화막11 field oxide film 12 gate oxide film
14 : 트렌치 15a : 하부전극14 trench 15a lower electrode
16 : 산화막/질화막 17B : 하부전극16: oxide film / nitride film 17B: lower electrode
17A : 게이트전극17A: gate electrode
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 제조 방법은 반도체기판상의 소정 영역에 필드산화막과 게이트산화막을 형성하는 단계, 건식식각에 의해 상기 필드산화막에 트렌치를 형성하는 단계, 상기 필드산화막에 형성된 트렌치내에 제1폴리실리콘을 매립시켜 커패시터의 하부전극을 형성하는 단계, 상기 커패시터 하부전극 위에 커패시터 유전체막을 형성하는 단계, 상기 유전체막을 포함한 전면에 제2폴리실리콘을 형성하는 단계, 및 상기 제2폴리실리콘을 소정패턴으로 패터닝하여 상기 게이트산화막위에 게이트전극을 형성함과 동시에 상기 커패시터 유전체막위에 커패시터의 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 트렌치의 크기는 기설정된 커패시터 하부전극보다 0.5∼1.0㎛ 크게 형성하는 것을 특징으로 한다.The semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object is to form a field oxide film and a gate oxide film in a predetermined region on the semiconductor substrate, forming a trench in the field oxide film by dry etching, the trench formed in the field oxide film Embedding the first polysilicon in the capacitor to form a lower electrode of the capacitor, forming a capacitor dielectric film on the capacitor lower electrode, forming a second polysilicon on the entire surface including the dielectric film, and the second polysilicon And forming a gate electrode on the gate oxide layer by patterning a predetermined pattern, and simultaneously forming an upper electrode of the capacitor on the capacitor dielectric layer, wherein the trench has a size of 0.5 smaller than that of the predetermined capacitor lower electrode. It is characterized by forming large -1.0 micrometer.
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.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 아날로그 커패시터를 구비한 반도체소자의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having an analog capacitor according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 반도체기판(도시하지 않음)상의 소정 영역에 반도체소자간의 절연을 위한 필드산화막(11)과 게이트산화막(12)을 형성한 후, 게이트전극과 커패시터 전극간의 단차를 줄이기 위해 커패시터 하부전극 형성용 마스크(13)를 이용하여 건식식각으로 필드산화막(11)에 트렌치구조(14)를 형성한다. 이때, 트렌치(14)의 크기는 기설정된 커패시터 하부전극보다 0.5∼1.0㎛ 크게 형성한다. 즉, 통상적으로 증착 및 식각에 의해 형성하는 커패시터 하부전극보다 크게 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a field oxide film 11 and a gate oxide film 12 are formed in a predetermined region on a semiconductor substrate (not shown) to insulate the semiconductor devices, and then a step between the gate electrode and the capacitor electrode is formed. The trench structure 14 is formed in the field oxide layer 11 by dry etching using the capacitor lower electrode forming mask 13 to reduce the thickness. At this time, the size of the trench 14 is formed to be 0.5 to 1.0㎛ larger than the predetermined capacitor lower electrode. That is, it is generally formed larger than the capacitor lower electrode formed by deposition and etching.
도 2b에 나타낸 바와 같이, 제1폴리실리콘(15)을 증착한 후, 도 2c에 나타낸 바와 같이 소정의 마스크를 이용하여 건식식각 방법으로 트렌치(14)에 증착된 아날로그 커패시터의 하부전극(15a)으로 사용할 제1폴리실리콘(15)을 제외한 나머지 부분을 제거한다. 이때, 적용되는 마스크는 아날로그 커패시터의 상부전극 형성용 마스크보다 약 0.5∼1.0㎛ 큰 것을 사용하며, 커패시터의 하부전극(15a)은 트렌치(14)에 매립되는 평탄한 형태를 갖는다.As shown in FIG. 2B, after depositing the first polysilicon 15, the lower electrode 15a of the analog capacitor deposited on the trench 14 by dry etching using a predetermined mask as shown in FIG. 2C. The remaining portions except for the first polysilicon 15 to be used are removed. In this case, the mask to be applied is about 0.5 to 1.0 μm larger than the mask for forming the upper electrode of the analog capacitor, and the lower electrode 15a of the capacitor has a flat shape embedded in the trench 14.
이어서 아날로그 커패시터의 유전체로 사용할 산화막과 질화막의 이중막 즉, 산화막/질화막(16)을 50∼300Å 두께로 증착하고 커패시터 하부전극(15a) 상에 형성된 부분을 제외한 부분을 건식식각으로 제거한다.Subsequently, a double layer of an oxide film and a nitride film to be used as a dielectric of an analog capacitor, that is, an oxide film / nitride film 16, is deposited to a thickness of 50 to 300 Å, and portions except the portions formed on the capacitor lower electrode 15a are removed by dry etching.
다음에 도 2d에 나타낸 바와 같이, 게이트전극과 커패시터 상부전극으로 이용될 제2폴리실리콘(17)을 증착하고 이온주입에 의해 도핑한다.Next, as shown in FIG. 2D, a second polysilicon 17 to be used as the gate electrode and the capacitor upper electrode is deposited and doped by ion implantation.
이어서 도 2e에 나타낸 바와 같이 상기 제2폴리실리콘(17)을 패터닝하여 게이트산화막(12) 위에 게이트전극(17B)을 형성함과 동시에 산화막/질화막(16) 위에커패시터 상부전극(17A)을 형성한다. 이후, 이온주입공정을 이용하여 소스 및 드레인을 형성하여 트랜지스터를 완성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, the second polysilicon 17 is patterned to form a gate electrode 17B on the gate oxide film 12, and a capacitor upper electrode 17A is formed on the oxide film / nitride film 16. . Thereafter, a source and a drain are formed using an ion implantation process to complete the transistor.
다음에 도 2f에 나타낸 바와 같이 트랜지스터의 문턱전압 변화 등을 방지하기 위하여 게이트전극(17B) 위에 TEOS막(18)을 화학증착법(CVD)으로 650∼750℃ 온도에서 700∼300Å 두께로 증착한다.Next, as shown in FIG. 2F, the TEOS film 18 is deposited on the gate electrode 17B to a thickness of 700 to 300 kPa at a temperature of 650 to 750 ° C by chemical vapor deposition (CVD) to prevent the transistor from changing the threshold voltage.
이후, 도시하지는 않았지만 금속배선과 소스, 드레인 및 아날로그 커패시터의 하부전극, 상부전극을 전기적으로 연결하기 위한 콘택홀을 형성하고, 금속배선으로 연결시킨다.Subsequently, although not shown, a contact hole for electrically connecting the lower electrode and the upper electrode of the metal wiring, the source, the drain, and the analog capacitor is formed, and then connected by the metal wiring.
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 범위내에서 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.
상술한 바와 같은 본 발명은 에 의하면, 제1폴리실리콘으로 형성된 커패시터 하부전극의 단차에 의한 제2폴리실리콘 잔유물 발생을 근본적으로 방지하여 제2폴리실리콘 잔유물에 의한 제1폴리실리콘의 브릿지 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by fundamentally preventing the generation of the second polysilicon residue due to the step of the capacitor lower electrode formed of the first polysilicon to prevent the generation of the bridge of the first polysilicon due to the second polysilicon residue There is an effect that can be prevented.
또한, 필드산화막에 커패시터 하부전극보다 0.5∼1.0㎛ 더 큰 트렌치를 형성한 후, 필드산화막 내부에 하부전극을 형성하므로 커패시터 하부전극의 단차 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the trench is formed in the field oxide film by 0.5 to 1.0 µm larger than the capacitor lower electrode, the lower electrode is formed in the field oxide film, thereby reducing the step difference problem of the capacitor lower electrode.
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