KR20110077118A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 액정표시장치(Liquid Crystal Display:LCD) 패널의 구동에 필요한 LDI(LCD driver IC)에서 사용되는 반도체 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The embodiment relates to a semiconductor device used in an LCD driver IC (LDI) required for driving a liquid crystal display (LCD) panel, and a method of manufacturing the same.
LDI(LCD driver IC)는 액정표시장치(LCD) 패널의 구동에 필수적인 드라이버 IC(Integrated circuit)로서, 구동신호 및 데이터를 제공하고 인터페이스를 하는 집적회로를 말한다.An LCD driver IC (LDI) is an integrated circuit (IC) that is essential for driving a liquid crystal display (LCD) panel, and refers to an integrated circuit that provides driving signals and data and interfaces with it.
LDI의 구성요소 중 데이터를 저장하는 GRAM(Graphic Random Access Memory) 메모리는 차후 상용화될 WVGA급(wide video graphics array) 고해상도를 구현하기 위해서는 고집적화가 필요하다. Graphic random access memory (GRAM) memory, which stores data among the components of LDI, needs to be highly integrated in order to realize wide video graphics array (WVGA) high resolution that will be commercialized in the future.
기존의 6개의 트랜지스터로 구성된 6T SRAM을 사용할 경우 칩 사이즈(chip size) 커져 경쟁력이 떨어지기 때문에 칩을 소형화, 고집적화하는 방법이 필요하다. When using 6T SRAM consisting of six conventional transistors, the chip size becomes larger and less competitive. Therefore, a method of miniaturizing and integrating chips is needed.
특히 고성능의 DDI(display driver IC) 구조를 위하여 하이 덴시티(high-density)의 메모리 용량이 필요해짐에 따라 SRAM 구조의 메모리로는 칩 사이즈의 쉬링크(shrink)에 있어 한계에 도달하고 있다. In particular, as high-density memory capacity is required for a high-performance display driver IC (DDI) structure, the memory of the SRAM structure has reached a limit in chip size shrink.
이를 위하여, 기존의 LDI 디바이스에 형성되는 LV(Low Voltage), MV(Medium Voltage), HV(High Voltage)의 세 가지 게이트 산화막을 형성하는 공정에 추가하여, 고밀도를 갖는 메모리 소자를 구성하는 공정이 필요하다. To this end, in addition to the process of forming three gate oxide films of LV (Medium Voltage), MV (Medium Voltage) and HV (High Voltage) formed in the existing LDI device, need.
이에 LDI 소자 내에 1개의 트랜지스터(Tr)에 1개의 캐패시터로 구성되는 LDRAM(Logic DRAM)을 형성함으로써, 고밀도를 갖는 메모리 소자를 구현할 수 있다. Accordingly, by forming an LDRAM (Logic DRAM) composed of one capacitor in one transistor Tr in the LDI device, a memory device having a high density can be realized.
그러나 일반적인 DRAM과 달리 DRAM 만을 위한 소자가 아니라 LDI와 동시에 형성할 수 있어야 하므로 일반적인 DRAM에서 사용하는 딥 비아(deep VIA)를 이용하여 캐패시터를 만드는 것이 매우 곤란한다. However, unlike general DRAM, it must be able to be formed at the same time as LDI, not a device for DRAM alone, so it is very difficult to make a capacitor using a deep VIA used in general DRAM.
이러한 소자를 구현하기 위하여, LDRAM 소자의 캐패시터 역할을 하는 산화막을 STI 하부에 형성시키고 있다. In order to implement such a device, an oxide film serving as a capacitor of the LDRAM device is formed under the STI.
하지만, LV,MV,HV 소자와 같은 액티브 영역 위에서의 산화막 성장과는 달리 STI 영역의 트랜치 하부에 산화막을 형성해야 하므로 공정이 복잡하고, 프로세스(Process)를 최적화(optimize) 하는데 어려움이 많은 문제점이 있다. However, unlike oxide growth on active regions such as LV, MV, and HV devices, the oxide layer must be formed under the trench of the STI region, making the process complicated and difficult to optimize the process. have.
실시예는 LDRAM 소자의 캐패시턴스를 향상시킬 수 있는 반도체 소자 및 그 제조방법을 제공한다. The embodiment provides a semiconductor device and a method of manufacturing the same that can improve the capacitance of an LDRAM device.
실시예에 따른 반도체 소자는, 제1 도전형 웰이 형성된 반도체 기판; 상기 반도체 기판에 형성된 트랜치; 상기 트랜치의 측벽이 노출되도록 상기 트랜치의 바닥면을 기준으로 제1 높이로 상기 트랜치 내부에 형성된 절연 패턴; 상기 절연 패턴에 의하여 노출된 상기 트랜치의 측벽에 형성된 고유전층; 및상기 고유전층을 포함하는 상기 트랜치 상에 형성된 캐패시터 상부전극을 포함한다. In an embodiment, a semiconductor device may include a semiconductor substrate on which a first conductivity type well is formed; A trench formed in the semiconductor substrate; An insulating pattern formed in the trench at a first height relative to the bottom surface of the trench to expose sidewalls of the trench; A high dielectric layer formed on sidewalls of the trench exposed by the insulating pattern; And a capacitor upper electrode formed on the trench including the high dielectric layer.
실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 기판에 제1 트랜치 및 제2 트랜치에 산화막을 갭필하고 소자분리막을 형성하는 단계;상기 반도체 기판에 제1 도전형 불순물을 도핑하고 제1 도전형 웰을 형성하는 단계;상기 제1 트랜치에 해당하는 상기 산화막을 일정 두께로 제거하고, 상기 제1 트랜치의 측벽을 노출시키는 단계;상기 제1 트랜치의 측벽에만 고유전층을 형성하는 단계;상기 고유전층을 포함하는 상기 제1 트랜치 상에 캐패시터 상부전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a semiconductor device may include: filling an oxide film in a first trench and a second trench in a semiconductor substrate, and forming a device isolation layer; Removing the oxide layer corresponding to the first trench to a predetermined thickness and exposing sidewalls of the first trench; forming a high dielectric layer only on the sidewalls of the first trench; And forming a capacitor upper electrode on the first trench that includes.
실시예에서는, LDRAM 소자에서 캐패시터의 정전용량이 개선될 수 있다. In an embodiment, the capacitance of the capacitor in the LDRAM device can be improved.
즉, 캐패시터 유전막이 고유전층으로 형성됨으로써 캐패시터의 정전용량이 증가될 수 있다. That is, since the capacitor dielectric layer is formed of a high dielectric layer, the capacitance of the capacitor can be increased.
상기 고유전층이 STI 트랜치의 측벽에만 선택적으로 형성되고, 그 두께의 조절이 가능할 수 있다.The high dielectric layer may be selectively formed only on the sidewall of the STI trench, and the thickness thereof may be adjusted.
이에 따라, 캐패시터의 캐패시턴스를 안정적으로 관리하고, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As a result, the capacitance of the capacitor can be stably managed and the reliability of the device can be improved.
상기 캐패시터 영역이 작아지더라도 상기 고유전층에 의하여 캐패시터의 용량이 증가될 수 있다. Even if the capacitor area is small, the capacitance of the capacitor may be increased by the high dielectric layer.
이에 따라, LDLAM에서 소자의 초소형화, 고집적화를 구현할 수 있다. Accordingly, the device can be miniaturized and highly integrated in LDLAM.
상기 캐패시터 유전층이 고 유전 상수 물질로 형성되므로, 상기 STI 트랜치 하부에 형성되는 절연 패턴의 공정 마진을 크게 향상시킬 수 있다. Since the capacitor dielectric layer is formed of a high dielectric constant material, the process margin of the insulating pattern formed under the STI trench can be greatly improved.
이에 따라, 상기 STI 트랜치에서 상호 인접하도록 형성되는 캐패시터의 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the isolation characteristics of the capacitors formed to be adjacent to each other in the STI trench can be improved.
상기 절연 패턴의 두께를 최적화할 수 있으므로, 서로 인접하는 캐패시터의 정션 리키지(junction leakage)를 방지하고 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Since the thickness of the insulating pattern may be optimized, the junction leakage of the capacitors adjacent to each other may be prevented and the reliability of the device may be improved.
이하, 실시예에 따른 반도체 소자 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a semiconductor device and a method of manufacturing the same according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.In the description of the embodiments, where it is described as being formed "on / under" of each layer, it is understood that the phase is formed directly or indirectly through another layer. It includes everything.
도 1 및 도 10을 참조하여, 실시예에 따른 반도체 소자를 설명한다. 1 and 10, a semiconductor device according to an embodiment will be described.
도 1은 LDI(LCD driver IC)용 반도체 소자의 회로도이다. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device for an LCD driver IC (LDI).
상기 LDI 소자는 1개의 제1 트랜지스터(T1)과 1개의 제1 캐패시터(C1)로 구성되는 LDRAM(logic DRAM)을 구현할 수 있다.The LDI device may implement a logic DRAM (LDRAM) including one first transistor T1 and one first capacitor C1.
상기 제1 캐패시터(C1)는 STI 영역의 트랜치를 이용하여 형성될 수 있다. The first capacitor C1 may be formed using a trench in the STI region.
도 10은 도 1에 도시된 LDI용 반도체 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a structure of the semiconductor device for LDI shown in FIG. 1.
도 10에 도시된 바와 같이 LDI용 반도체 소자의 상기 제1 트랜지스터(T1)는 반도체 기판(100)에 형성된 게이트(210), 스페이서(230) 및 소스/드레인(220)을 포함한다. As shown in FIG. 10, the first transistor T1 of the LDI semiconductor device includes a
상기 반도체 기판(100)은 소자분리막(160)에 의하여 액티브 영역(AA) 및 필드 영역(FA)이 정의되어 있다. In the
상기 반도체 기판(100)의 액티브 영역(AA)에는 제1 도전형 불순물이 도핑된 제1 도전형 웰(NW)이 형성되어 있다. A first conductivity type well NW doped with a first conductivity type impurity is formed in the active region AA of the
예를 들어, 상기 제1 도전형 불순물은 n형 또는 p형 불순물일 수 있다. For example, the first conductivity type impurities may be n type or p type impurities.
상기 제1 도전형 웰(NW)은 제1 트랜지스터 영역(TA) 및 제1,제2 캐패시터 영역(CA1,CA2)으로 레이아웃 될 수 있다. The first conductivity type well NW may be laid out as a first transistor region TA and first and second capacitor regions CA1 and CA2.
상기 제1 도전형 웰(NW)의 제1 트랜지스터 영역(TA)에 상기 제1 트랜지스터(T1)가 형성된다. The first transistor T1 is formed in the first transistor area TA of the first conductivity type well NW.
상기 제1 트랜지스터(T1)와 전기적으로 연결되는 제1 캐패시터(C1)는 상기 제1 도전형 웰(NW)의 제1 캐패시터 영역(C1)에 형성된다. The first capacitor C1 electrically connected to the first transistor T1 is formed in the first capacitor region C1 of the first conductivity type well NW.
상기 제1 트랜지스터(T1)의 소스/드레인 영역(220)은 상기 제1 캐패시터(C1) 의 캐패시터 하부전극과 전기적으로 연결될 수 있다. The source /
상기 제1 캐패시터(C1)는 캐패시터 하부전극, 캐패시터 유전층(190) 및 캐패시터 상부전극(200)을 포함한다. The first capacitor C1 includes a capacitor lower electrode, a capacitor
예를 들어, 상기 제1 캐패시터(C1)는 소자분리용 트랜치(110) 내부의 절연막을 제거하고 상기 트랜치(110)의 내부에 캐패시터 유전층(190) 및 캐패시터 상부전극(200)을 순차적으로 형성할 수 있다. For example, the first capacitor C1 may remove an insulating layer in the
예를 들어, 상기 캐패시터 하부전극은 상기 제1 도전형 불순물이 도핑된 제1 도전형 웰(NW)일 수 있다. For example, the capacitor lower electrode may be a first conductivity type well (NW) doped with the first conductivity type impurity.
상기 캐패시터 유전층(190)은 상기 트랜치(110)가 형성된 반도체 기판(100)의 표면 프로파일을 따라 형성된 산화막일 수 있다. The capacitor
특히, 상기 캐패시터 유전층(190)은 고유전 상수(High K)를 가지는 고유전층 물질로 형성될 수 있다. 상기 캐패시터 유전층(190)의 유전율은 85 이상의 물질로 형성될 수 있다. In particular, the capacitor
상기 캐패시터 유전층(190)은 TiO2로 형성될 수 있다. The capacitor
상기 캐패시터 유전층(190)은 상기 트랜치(110)의 측벽에만 선택적으로 형성될 수 있다. The capacitor
상기 캐패시터 상부전극(200)은 상기 트랜치(110)를 포함하는 상기 반도체 기판(100) 상에 형성된 폴리실리콘막으로 형성될 수 있다. The capacitor
상기 제1 캐패시터(C1)는 트랜치(110)의 바닥면에 형성된 절연 패턴(155)에 의하여 이웃하는 제2 캐패시터 영역(CA2)의 제2 캐패시터(C2)와 분리될 수 있다.The first capacitor C1 may be separated from the second capacitor C2 of the neighboring second capacitor region CA2 by the
도시되지는 않았지만, 상기 제2 캐패시터(C2)는 제2 트랜지스터와 전기적으로 연결될 수 있다. Although not shown, the second capacitor C2 may be electrically connected to the second transistor.
즉, 상기 제1 트랜지스터(T1)의 전하는 상기 제1 캐패시터(C1)로 저장될 수 있고, 상기 제2 트랜지스터(미도시)의 전하는 상기 제2 캐패시터(C2)로 저장될 수 있다.That is, the charge of the first transistor T1 may be stored in the first capacitor C1, and the charge of the second transistor (not shown) may be stored in the second capacitor C2.
상기 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)는 상기 트랜치(110) 내부의 절연패턴(155)을 기준으로 대칭적으로 형성될 수 있다. The first capacitor C1 and the second capacitor C2 may be symmetrically formed with respect to the
도시되지는 않았지만, 상기 캐패시터 상부전극(200)에는 공통 컨택이 형성될 수 있으며, 상기 공통 컨택에 바이어스(bias)를 인가하면 상기 제1 캐패시터(C1)에 역전층(inversion layer)이 형성되고 캐패시터로 사용될 수 있다. Although not shown, a common contact may be formed on the capacitor
상기 절연 패턴(155)은 상기 트랜치(110)의 바닥면에 일정 두께로 형성되고, 상기 제1 캐패시터(C1)와 제2 캐패시터(C2)를 전기적으로 분리할 수 있다. The
상기 절연 패턴(155)의 두께를 콘트롤하고 서로 이웃하는 캐패시터의 아이솔레이션을 통해 소자의 신뢰성을 확보할 수 있다. The reliability of the device may be secured by controlling the thickness of the
상기 캐패시터 유전층(190)이 상기 트랜치(110)의 측벽에 고유전물질로 형성될 수 있다. The capacitor
이에 따라 캐패시터(C1)의 정전 용량을 증가시킬 수 있다. Accordingly, the capacitance of the capacitor C1 can be increased.
상기 캐패시터 유전층(190)이 상기 트랜치(110)의 측벽에만 선택적으로 형성되므로, 작은 면적의 캐패시터로 고 용량의 캐패시터를 형성할 수 있다. Since the capacitor
이에 따라, LDRAM 소자의 초소형화, 고집적화가 가능하고, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As a result, the LDRAM device can be miniaturized and highly integrated, and the reliability of the device can be improved.
도 2 내지 도 10을 참조하여, LDI 소자의 1TRAM용 캐패시터를 형성하는 방법을 구체적으로 설명한다. 2 to 10, a method of forming a capacitor for 1TRAM of an LDI element will be described in detail.
도 2를 참조하여, 반도체 기판(100)에 STI 공정에 의한 소자분리막(160)을 형성하고, 액티브 영역(Active area:AA) 및 필드영역(Field area:FA)을 정의한다. Referring to FIG. 2, an
상기 반도체 기판(100)은 단결정 또는 다결정의 실리콘 기판이며, p형 또는 n형 불순물이 도핑된 기판일 수 있다. The
상기 액티브 영역(AA)은 LDI(LCD driver IC) 소자의 LDRAM(Logic DRAM) 형성을 위한 한 개의 트랜지스터(1 Tr) 및 한 개의 캐패시터(1 Cap)가 형성될 영역일 수 있다 The active area AA may be an area in which one transistor 1 Tr and one capacitor 1 Cap are formed to form a Logic DRAM (LDRAM) of an LCD driver IC (LDI) device.
상기 소자분리막(160)의 형성공정은 우선, 상기 반도체 기판(100) 상에 패드 산화막(130) 및 패드 질화막(140)을 형성한다. 상기 패드 산화막(130) 및 패드 질화막(140)은 포토레지스트 패턴(미도시)에 의하여 선택적으로 식각되고 소자분리막 예정영역에 해당하는 상기 반도체 기판(100)의 표면을 선택적으로 노출시킬 수 있다. In the process of forming the
상기 패드 산화막(130) 및 패드 질화막(140)을 식각마스크로 사용하고 상기 반도체 기판(100)에 대한 반응성 이온식각(reactive ion etching) 공정을 진행하여 상기 반도체 기판(100)에 소정 깊이를 가지는 소자분리용 트랜치(120)를 형성한다. A device having a predetermined depth in the
상기 소자분리용 트랜치(120)가 형성될 때 액티브 영역(AA)에서 LDI((LCD driver IC)소자의 LDRAM(Logic DRAM)을 형성을 위한 캐패시터 트랜치(110)가 동시에 형성될 수 있다.When the
예를 들어, 상기 캐패시터 트랜치를 제1 트랜치(110)라고 지칭하고, 상기 소자분리용 트랜치를 제2 트랜치(120)라고 지칭한다. For example, the capacitor trench is referred to as a
이후, HDP 공정에 의한 상기 제1 트랜치(110) 및 제2 트랜치(120) 내부에 산화막을 갭필하고, CMP 공정에 의하여 평탄화시킬 수 있다. Thereafter, an oxide film may be gap-filled in the
따라서, 상기 제2 트랜치(120)에는 상기 소자분리막(160)이 형성되고, 상기 제1 트랜치(110)에도 상기 소자분리막(160)과 동일한 형태로 절연막(150)이 갭필될 수 있다. Accordingly, the
상기 절연막(150)은 산화막일 수 있다. The insulating
상기 CMP 공정시 연마 종료점은 상기 패드 질화막(140)일 수 있다. An end point of polishing during the CMP process may be the
추가적으로 상기 소자분리막(160)에 의한 열처리 공정을 더 진행할 수 있다. Additionally, the heat treatment process by the
상기와 같이 반도체 기판(100)에 상기 소자분리막(160)이 형성되고 필드 영역(FA) 및 액티브 영역(AA)이 정의될 수 있다. As described above, the
또한, LDI 소자의 캐패시터가 형성될 제1 트랜치(110)에 절연막(150)이 갭필될 수 있다. In addition, the insulating
이후, 상기 반도체 기판(100)의 웰 영역 형성을 위하여 상기 액티브 영역(AA)에 해당하는 반도체 기판(100)으로 n형 또는 p형 불순물을 이온주입하여 제1 도전형 웰을 형성할 수 있다. 실시예에서 상기 제1 도전형 웰(NW)은 n형 불순물로 형성될 수 있다. Thereafter, a first conductivity type well may be formed by ion implanting n-type or p-type impurities into the
도 3를 참조하여, 상기 제1 트랜치(110) 내부의 절연막(150)을 일정 깊이로 제거하고, 절연 패턴(155)을 형성한다. Referring to FIG. 3, the insulating
상기 절연 패턴(155)은 상기 제1 트랜치(110)의 바닥면을 기준으로 제1 높이(H1)로 형성될 수 있다. The insulating
상기 절연 패턴(155)에 의하여 노출된 상기 제1 트랜치(110) 측벽(115)은 제1 높이(H1) 보다 큰 제2 높이(H2)로 형성될 수 있다. The
예를 들어, 상기 절연 패턴(155)은 상기 제1 트랜치(110)의 바닥면을 기준으로 500~900Å의 두께로 형성될 수 있다. For example, the insulating
상지 절연 패턴(155)은 상기 제1 트랜치(110)에 해당하는 상기 반도체 기판(100)을 선택적으로 노출시키는 제1 포토레지스트 패턴(10)을 형성한다. The upper
상기 제1 포토레지스트 패턴(10)은 상기 반도체 기판(100) 상부에 스핀공정등에 의하여 포토레지스트막을 코팅하고, 선택적 노광 및 현상 공정을 통해 상기 제1 트랜치(110) 상부 영역을 노출시키도록 형성될 수 있다. The
그리고, 상기 제1 포토레지스트 패턴(10)을 식각마스크로 사용하고, 노출된 영역의 절연막(150)에 대한 식각 공정을 진행한다.Then, the
상기 식각 공정은 습식 또는 건식 식각 공정일 수 있다.The etching process may be a wet or dry etching process.
예를 들어, 습식식각 공정은 BHF 케미컬을 이용하여 상기 절연막(150)을 선택적으로 제거할 수 있다. For example, the wet etching process may selectively remove the insulating
상기 절연막(150) 식각 공정의 식각 파라미터를 제거하고, 상기 제1 트랜치(110)에 일정 두께의 절연 패턴(155)을 형성할 수 있다. An etching parameter of the insulating
상기 절연 패턴(155)은 후속 공정으로 상기 제1 트랜치(110)에 형성되는 캐패시터를 소자별로 분리할 수 있다. The insulating
상기 식각 공정을 통해 상기 제1 트랜치(110) 내부의 절연막(150)이 선택적으로 제거되고, 상기 제1 트랜치(110)의 측벽(115)이 노출될 수 있다.The insulating
상기 제1 트랜치(110)의 절연막(150) 식각 공정시 잔류하는 상기 절연 패턴(155)의 덴시티(density)에 의존하여 변화가 생기고, 각 공정 변화에 의해 상기 절연 패턴(155)의 두께가 크게 변동하여 캐패시터의 특성이 악화될 수도 있다. A change occurs depending on the density of the insulating
이에 실시예에서는 캐패시터 유전막에 고 유전 상수(High-k) 물질을 적용하여, 상기 절연 패턴(155)의 두께에 대한 공정마진을 향상시킬 수 있다. In this embodiment, a high dielectric constant (High-k) material may be applied to the capacitor dielectric layer to improve the process margin with respect to the thickness of the insulating
즉, 캐패시터 아이솔레이션에 충분한 관리를 위한 절연 패턴(155)의 두께만이 중요하게 관리될 수 있으므로 여러가지 공정 변수를 충분히 고려할 수 있게 된다. That is, only the thickness of the
도 4를 참조하여, 상기 절연 패턴(155) 및 제1 트랜치(110)를 포함하는 상기 반도체 기판(100) 상에 금속층(170)이 형성된다. Referring to FIG. 4, a
상기 금속층(170)은 상기 필드 영역(FA)에서 동일 높이를 가지는 상기 패드 질화막(140) 및 소자분리막(160)의 표면을 따라 형성될 수 있다. The
상기 금속층(170)은 상기 액티브 영역(AA)에서 상기 절연 패턴(155)을 포함하는 상기 제1 트랜치(110)의 표면을 따라 형성될 수 있다. The
상기 금속층(170)은 상기 절연 패턴(155)에 의하여 노출된 상기 제1 트랜치(110)의 측벽(115)과 접할 수 있다. The
즉, 상기 금속층(170)은 상기 제1 트랜치(110)의 측벽을 통해 상기 반도체 기판(100)의 실리콘 영역과 접하도록 형성될 수 있다. That is, the
상기 금속층(170)은 티타늄(Ti)층으로 형성될 수 있다. The
도 5를 참조하여, 상기 금속층(170)에 대한 열처리 공정을 진행하고, 실리사이드층(175)이 형성된다. Referring to FIG. 5, a heat treatment process is performed on the
상기 열처리 공정을 통해 상기 제1 트랜치(110)의 측벽(115)에 실리사이드층(175)이 형성된다. The
즉, 상기 금속층(170)에 대한 열처리 공정을 통해 상기 실리콘 부분과 접촉하는 영역에 상기 실리사이드층(175)이 형성된다. That is, the
상기 실리사이드층(175)은 티타늄 실리사이드일 수 있다. The
예를 들어, 상기 열처리 공정은 급속 열처리(Rapid Thermal Process) 공정을 통해 700~1000℃에서 10~20초 동안 진행될 수 있다. For example, the heat treatment process may be performed for 10 to 20 seconds at 700 ~ 1000 ℃ through a rapid thermal process (Rapid Thermal Process) process.
또는 상기 열처리 공정은 퍼니스(furnace) 공정을 통해 400~600℃에서 30~60분 동안 진행될 수 있다.Alternatively, the heat treatment process may be performed for 30 to 60 minutes at 400 ~ 600 ℃ through a furnace (furnace) process.
이에 따라, 상기 금속층(170)과 접하고 있는 상기 제1 트랜치(110)의 측벽(115)에만 상기 실리사이드층(175)이 형성될 수 있다. Accordingly, the
도 6을 참조하여, 상기 금속층(170)이 제거된다. Referring to FIG. 6, the
상기 금속층(170)은 습식식각 공정을 통해 선택적으로 제거될 수 있다. The
예를 들어, 상기 금속층(170)은 TMAH, H2O2 및 H2O를 혼합한 케미컬을 이용하 여 선택적으로 제거할 수 있다. For example, the
상기 금속층(170)이 제거되고, 상기 필드 영역(FA)의 상기 패드 질화막(140) 및 소자분리막(160)의 표면이 노출된다. The
상기 금속층(170)이 제거되고, 상기 제1 트랜치(110)의 측벽에는 티타늄 실리사이드층(175)이 노출되고, 상기 제1 트랜치(110)의 바닥에는 절연 패턴(155)이 노출된다. The
도 7을 참조하여, 상기 실리사이드층(175)에 대한 열산화 공정이 진행된다. Referring to FIG. 7, a thermal oxidation process of the
상기 열산화 공정을 통해 상기 실리사이드층(175)은 고 유전상수(High-k)를 가지는 고유전층(190)으로 형성될 수 있다. Through the thermal oxidation process, the
상기 고유전층(190)은 TiO2층으로 형성될 수 있다. The
상기 열산화 공정은 산소분위기에서 어닐링 공정을 통해 티타늄 실리사이드를 TiO2막과 SiO2막(180)으로 산화시킬 수 있다.The thermal oxidation process may oxidize titanium silicide into a TiO 2 film and a SiO 2 film 180 through an annealing process in an oxygen atmosphere.
즉, 상기 열산화 공정을 통해 상기 제1 트랜치(110)의 내측 영역은 TiO2막을 가지는 고유전층(190)이 될 수 있다. That is, the inner region of the
상기 TiO2막은 유전율이 85 이상을 가지는 고유전 물질이다. The TiO 2 film is a high dielectric material having a dielectric constant of 85 or more.
상기 고유전층(190)인 TiO2막이 상기 제1 트랜치(110)의 측벽에만 선택적으로 형성되고, 캐패시터 유전층으로 사용될 수 있다. The TiO 2 film, which is the
한편, 상기 열산화 공정을 제어함으로써 상기 고유전층(190)의 두께를 조절 할 수도 있다. Meanwhile, the thickness of the
도 8을 참조하여, 상기 패드 질화막(140), 패드 산화막(130) 및 SiO2막(180)이 제거된다. Referring to FIG. 8, the
상기 패드 질화막(140), 패드 산화막(130) 및 SiO2막(180)은 건식 또는 습식 식각 공정을 통해 제거될 수 있다. The
이때, 상기 제1 트랜치(110) 내부의 상기 절연 패턴(155)은 별도의 마스크(미도시)에 의하여 보호될 수 있다. In this case, the insulating
따라서, 상기 필드 영역(FA)에 해당하는 상기 반도체 기판(100)의 소자분리막(160)이 노출된다. Therefore, the
상기 액티브 영역(AA)에 해당하는 상기 제1 트랜치(110)의 상기 절연 패턴(155) 및 고유전층(190)이 노출될 수 있다. The insulating
상기 제1 트랜치(110)의 하부 영역에 절연 패턴(155)이 형성된다. An
상기 캐패시터 절연층으로 사용되는 상기 고유전층(190)이 고유전 상수 물질로 형성되므로, 상기 절연 패턴(155)의 두께에 대한 공정 마진을 안정적으로 유지할 수 있다. Since the high dielectric
상기 절연 패턴(155)의 두께가 충분한 두께로 형성될 수 있으므로, 후속 공정으로 상기 제1 트랜치(110)의 내부에 형성되는 제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)의 아이솔레이션을 안정적으로 유지할 수 있다. Since the insulating
도 9를 참조하여, 상기 제1 트랜치(110)가 갭필되고 상기 반도체 기판(100) 상에 일정높이를 가지도록 폴리실리콘막을 형성한다. Referring to FIG. 9, a polysilicon layer is formed such that the
상기 폴리실리콘막에 대한 선택적 패터닝 공정을 통해 상기 트랜지스터 영역에 게이트(210)를 형성하고, 상기 캐패시터 영역(CA1,CA2) 상에 캐패시터 상부 전극(200)을 형성할 수 있다. The
이때, 상기 게이트(210)와 상기 캐패시터 상부전극(200)은 동시에 패터닝될 수 있다. In this case, the
도 10을 참조하여, 상기 게이트(210)의 측벽에 스페이서(230)를 형성하고, 상기 게이트(220)의 하부영역에 소스/드레인 영역(220)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 10, a
상기 제1 트랜지스터(T1) 및 제1 캐패시터(C1)를 포함하는 반도체 기판(100) 상에 콘택 플러그를 포함하는 PMD층(240)을 형성한다. 상기 콘택 플러그는 비트라인용 배선(250)과 상기 제1 트랜지스터(T1)를 연결할 수 있다. The
실시예에서는, 캐패시터 유전막이 고유전층으로 형성됨으로써 캐패시터의 정전용량이 증가될 수 있다. In an embodiment, the capacitance of the capacitor may be increased by forming the capacitor dielectric layer as a high dielectric layer.
상기 고유전층이 STI 트랜치의 측벽에만 선택적으로 형성되고, 그 두께의 조절이 가능할 수 있다.The high dielectric layer may be selectively formed only on the sidewall of the STI trench, and the thickness thereof may be adjusted.
이에 따라, 캐패시터의 캐패시턴스를 안정적으로 관리하고, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. As a result, the capacitance of the capacitor can be stably managed and the reliability of the device can be improved.
즉, 상기 캐패시터 영역이 작아지더라도 상기 고유전층에 의하여 캐패시터의 용량이 증가될 수 있다. That is, even if the capacitor area is small, the capacitance of the capacitor may be increased by the high dielectric layer.
이에 따라, LDLAM에서 소자의 초소형화, 고집적화를 구현할 수 있다. Accordingly, the device can be miniaturized and highly integrated in LDLAM.
상기 캐패시터 유전층이 고 유전 상수 물질로 형성되므로, 상기 STI 트랜치 하부에 형성되는 절연 패턴의 공정 마진을 크게 향상시킬 수 있다. Since the capacitor dielectric layer is formed of a high dielectric constant material, the process margin of the insulating pattern formed under the STI trench can be greatly improved.
이에 따라, 상기 STI 트랜치에서 상호 인접하도록 형성되는 캐패시터의 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있다. Accordingly, the isolation characteristics of the capacitors formed to be adjacent to each other in the STI trench can be improved.
상기 절연 패턴의 두께를 최적화할 수 있으므로, 서로 인접하는 캐패시터의 정션 리키지(junction leakage)를 방지하고 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. Since the thickness of the insulating pattern may be optimized, the junction leakage of the capacitors adjacent to each other may be prevented and the reliability of the device may be improved.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.The present invention is not limited to the described embodiments and drawings, and various other embodiments are possible within the scope of the claims.
도 1은 실시예에 따른 1개의 트랜지스터, 1개의 캐패시터를 가지는 반도체 소자의 회로도를 나타낸다. 1 is a circuit diagram of a semiconductor device having one transistor and one capacitor according to an embodiment.
도 2는 도 1에 도시된 반도체 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of the semiconductor device illustrated in FIG. 1.
도 3 내지 도 10은 실시예에 따른 반도체 소자의 제조공정을 나타내는 단면도이다. 3 to 10 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment.
Claims (16)
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KR1020090133582A KR20110077118A (en) | 2009-12-30 | 2009-12-30 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
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