KR100591171B1 - Metal Insulator Metal Capacitor and Manufacturing Method Thereof - Google Patents
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Abstract
반도체 기판 위에 형성되어 있는 제1 층간 절연막, 제1 층간 절연막 위에 형성되어 있는 하부 전극, 제1 층간 절연막 및 하부 전극 위에 형성되어 있으며, 복수개의 캐패시터 홀을 가지고 있는 제2 층간 절연막, 제2 층간 절연막 및 복수개의 캐패시터 홀 내부에 형성되어 있으며, 하부 전극과 연결되어 있는 버퍼 전극, 버퍼 전극 위에 형성되어 있는 유전체막, 유전체막 위에 형성되어 있는 제1 텅스텐 플러그, 제2 층간 절연막 및 제1 텅스텐 플러그 위에 형성되어 있으며, 복수개의 비아 홀을 가지고 있는 제3 층간 절연막, 제3 층간 절연막의 비아 홀 내부에 채워져 있는 제2 텅스텐 플러그, 제3 층간 절연막 위에 형성되어 있으며, 제2 텅스텐 플러그와 연결되어 있는 상부 금속 전극, 제2 층간 절연막 및 제3 층간 절연막을 관통하여 하부 전극과 연결되어 있는 하부 전극 연결 텅스텐 플러그, 제3 층간 절연막 위에 형성되어 있으며, 하부 전극 연결 텅스텐 플러그와 연결되어 있는 상부 금속 전극을 포함하는 금속 절연체 금속 캐패시터.A first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, a lower electrode formed on the first interlayer insulating film, a second interlayer insulating film formed on the first interlayer insulating film and the lower electrode, and having a plurality of capacitor holes, and a second interlayer insulating film And a buffer electrode formed in the plurality of capacitor holes and connected to the lower electrode, a dielectric film formed on the buffer electrode, a first tungsten plug, a second interlayer insulating film, and a first tungsten plug formed on the dielectric film. A third interlayer insulating film having a plurality of via holes, a second tungsten plug filled in the via hole of the third interlayer insulating film, and an upper portion formed on the third interlayer insulating film and connected to the second tungsten plug The lower electrode penetrates through the metal electrode, the second interlayer insulating film, and the third interlayer insulating film. A metal insulator metal capacitor comprising a lower electrode connection tungsten plug and an upper metal electrode formed on the third interlayer insulating film and connected to the lower electrode connection tungsten plug.
금속 절연체 금속 캐패시터, Corner Rounding, 캐패시터 홀, 버퍼전극Metal Insulator Metal Capacitor, Corner Rounding, Capacitor Hole, Buffer Electrode
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터의 단면도이고, 1 is a cross-sectional view of a metal insulator metal capacitor according to an embodiment of the present invention;
도 2 내지 도 6은 도 1의 금속 절연체 금속 캐패시터의 제조 방법을 공정 단계별로 나타낸 단면도이고,2 to 6 are cross-sectional views showing the manufacturing method of the metal insulator metal capacitor of FIG. 1 step by step,
도 7은 도 2의 공정 단계의 금속 절연체 금속 캐패시터의 평면도이고,7 is a plan view of a metal insulator metal capacitor in the process step of FIG. 2,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터를 포함하는 MOS 트랜지스터를 도시한 도면이다. 8 is a diagram illustrating a MOS transistor including a metal insulator metal capacitor according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 금속 절연체 금속 캐패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a metal insulator metal capacitor and a method of manufacturing the same.
일반적으로 금속 절연체 금속 캐패시터(Metal Insulator Metal capacitor, 이하 MIM이라 칭함)는 금속과 금속이 서로 중첩되며 그 사이에 절연체가 형성되어 캐패시터를 이룬다. 여기서, 절연체의 재료로는 실리콘 나이트라이드(Silicon nitride, 질화규소), 실리콘 디옥사이드(silicon dioxide, 산화 규소) 및 폴리이미 드(polymide) 등을 사용한다. In general, a metal insulator metal capacitor (hereinafter referred to as MIM) is a metal and a metal overlap each other, and an insulator is formed therebetween to form a capacitor. Here, the material of the insulator is silicon nitride (silicon nitride), silicon dioxide (silicon oxide), polyimide (polymide) and the like.
그러나 이러한 금속 절연체 금속 캐패시터는 절연체를 기준으로 상부 금속과 하부 금속이 중첩되는 면적 즉, 서로 공통으로 차지하는 면적만이 캐패시턴스를 형성한다. 따라서, 대용량의 금속 절연체 금속 캐패시터를 만들기 위해서는 상부 금속과 하부 금속이 중첩되는 면적이 넓어야하므로 칩 사이즈(chip size)가 증가해야하고, 이 경우 집적도도 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. However, in the metal insulator metal capacitor, only the area where the upper metal and the lower metal overlap, that is, the area occupied in common with each other, forms capacitance. Therefore, in order to make a large-capacity metal insulator metal capacitor, the area where the upper metal and the lower metal overlap must be large, so that the chip size must be increased, and in this case, the integration degree is also reduced.
본 발명의 기술적 과제는 고용량 및 고신뢰도를 가지는 금속 절연체 금속 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. The technical problem of the present invention is to provide a metal insulator metal capacitor having a high capacity and high reliability and a method of manufacturing the same.
본 발명에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터는 반도체 기판 위에 형성되어 있는 제1 층간 절연막, 상기 제1 층간 절연막 위에 형성되어 있는 하부 전극, 상기 제1 층간 절연막 및 하부 전극 위에 형성되어 있으며, 복수개의 캐패시터 홀을 가지고 있는 제2 층간 절연막, 상기 제2 층간 절연막 및 복수개의 캐패시터 홀 내부에 형성되어 있으며, 상기 하부 전극과 연결되어 있는 버퍼 전극, 상기 버퍼 전극 위에 형성되어 있는 유전체막, 상기 유전체막 위에 형성되어 있는 제1 텅스텐 플러그, 상기 제2 층간 절연막 및 제1 텅스텐 플러그 위에 형성되어 있으며, 복수개의 비아 홀을 가지고 있는 제3 층간 절연막, 상기 제3 층간 절연막의 비아 홀 내부에 채워져 있는 제2 텅스텐 플러그, 상기 제3 층간 절연막 위에 형성되어 있으며, 상기 제2 텅스텐 플러그와 연결되어 있는 상부 금속 전극, 상기 제2 층간 절연막 및 제3 층간 절연막을 관통하여 상기 하부 전극과 연결되어 있는 하부 전극 연결 텅스텐 플러그, 상기 제3 층간 절연막 위에 형성되어 있으며, 상기 하부 전극 연결 텅스텐 플러그와 연결되어 있는 상부 금속 전극을 포함하는 것이 바람직하다. The metal insulator metal capacitor according to the present invention is formed on the first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate, the lower electrode formed on the first interlayer insulating film, the first interlayer insulating film and the lower electrode, and a plurality of capacitor holes. A second interlayer insulating film, a second interlayer insulating film, and a plurality of capacitor holes formed therein; a buffer electrode connected to the lower electrode; a dielectric film formed on the buffer electrode; and a dielectric film formed on the dielectric film. A third interlayer insulating film formed on the first tungsten plug, the second interlayer insulating film and the first tungsten plug, and having a plurality of via holes, and a second tungsten plug filled in the via hole of the third interlayer insulating film; It is formed on the third interlayer insulating film, and is connected to the second tungsten plug A lower electrode connecting tungsten plug connected to the lower electrode through the upper metal electrode, the second interlayer insulating film and the third interlayer insulating film, and formed on the third interlayer insulating film and connected to the lower electrode connecting tungsten plug It is preferred to include an upper metal electrode.
또한, 상기 캐패시터 홀의 상부 모서리 부분은 둥글게 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the upper edge portion of the capacitor hole is preferably formed round.
또한, 상기 캐패시터 홀의 내부의 밑면 및 측면 위에 상기 버퍼 전극이 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the buffer electrode is preferably formed on the bottom and side surfaces of the inside of the capacitor hole.
또한, 상기 유전체막은 상기 캐패시터 홀의 내부의 밑면 및 측면 위에 형성되어 있는 상기 버퍼 전극과 동일한 패턴으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, the dielectric film is preferably formed in the same pattern as the buffer electrode formed on the bottom and side surfaces of the inside of the capacitor hole.
또한, 상기 유전체막과 제1 텅스텐 플러그 사이에 제1 접착층이 더 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that a first adhesive layer is further formed between the dielectric film and the first tungsten plug.
또한, 상기 제1 텅스텐 플러그와 제2 텅스텐 플러그 사이에 제2 접착층이 더 형성되어 있는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that a second adhesive layer is further formed between the first tungsten plug and the second tungsten plug.
또한, 상기 제1 및 제2 접착층은 Ti , TiN 또는 Ti/TiN 중의 어느 하나인 것이 바람직하다. In addition, the first and second adhesive layer is preferably any one of Ti, TiN or Ti / TiN.
또한, 상기 제1 내지 3 층간 절연막은 산화 규소나 질화 규소인 것이 바람직하다. The first to third interlayer insulating films are preferably silicon oxide or silicon nitride.
또한, 상기 버퍼 전극은 Ti, TiN 또는 Ti/TiN 중의 어느 하나인 것이 바람직하다. In addition, the buffer electrode is preferably any one of Ti, TiN or Ti / TiN.
또한, 본 발명에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터의 제조 방법은 반도체 기 판 위의 제1 층간 절연막 위에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 층간 절연막 및 하부 전극 위에 제2 층간 절연막을 형성하고, 상기 제2 층간 절연막에 복수개의 캐패시터 홀을 형성하는 단계, 상기 캐패시터 홀의 상부 모서리 부분을 둥글게 형성하는 단계, 상기 제2 층간 절연막 및 복수개의 캐패시터 홀 내부에 상기 하부 전극과 연결되는 버퍼 전극을 형성하는 단계, 상기 버퍼 전극 위에 유전체막을 형성하는 단계, 상기 유전체막 위에 제1 텅스텐 플러그를 형성하는 단계, 상기 제1 텅스텐 플러그, 유전체막 및 버퍼 전극을 선택적으로 식각하여 상기 복수개의 캐패시터 홀을 포함하는 일부 영역에 대응되는 부분을 남겨놓은 단계, 상기 남겨진 제1 텅스텐 플러그 및 제2 층간 절연막 위에 제3 층간 절연막을 형성하고, 복수개의 비아 홀을 형성하는 단계, 상기 제3 층간 절연막의 비아 홀 내부에 제2 텅스텐 플러그를 형성하는 단계, 상기 제3 층간 절연막 위에 상기 제2 텅스텐 플러그와 연결되는 상부 금속 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, the method of manufacturing a metal insulator metal capacitor according to the present invention comprises the steps of forming a lower electrode on the first interlayer insulating film on the semiconductor substrate, forming a second interlayer insulating film on the first interlayer insulating film and the lower electrode, Forming a plurality of capacitor holes in the second interlayer insulating film, forming a rounded upper edge portion of the capacitor hole, forming a buffer electrode connected to the lower electrode in the second interlayer insulating film and the plurality of capacitor holes, Forming a dielectric film on the buffer electrode, forming a first tungsten plug on the dielectric film, selectively etching the first tungsten plug, the dielectric film, and the buffer electrode to a partial region including the plurality of capacitor holes Leaving the corresponding portion, the remaining first tungsten plug and the second interlayer Forming a third interlayer insulating film on the flexible film, forming a plurality of via holes, forming a second tungsten plug inside the via hole of the third interlayer insulating film, and forming the second tungsten plug on the third interlayer insulating film; It is preferable to include forming the upper metal electrode to be connected.
또한, 상기 제2 층간 절연막 및 제3 층간 절연막을 관통하여 상기 하부 전극과 연결되는 하부 전극 연결 텅스텐 플러그를 형성하는 단계, 상기 제3 층간 절연막 위에 상기 하부 전극 연결 텅스텐 플러그와 연결되는 상부 금속 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. The method may further include forming a lower electrode connection tungsten plug connected to the lower electrode through the second interlayer insulating layer and the third interlayer insulating layer, and forming an upper metal electrode connected to the lower electrode connection tungsten plug on the third interlayer insulating layer. It is preferable to further comprise the step of forming.
또한, 상기 복수개의 캐패시터 홀은 상기 하부 전극의 일부를 노출하는 것이 바람직하다. In addition, the plurality of capacitor holes may expose a portion of the lower electrode.
또한, 스퍼터링 식각을 이용하여 상기 캐패시터 홀의 상부 모서리 부분을 둥글게 형성하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable to form a rounded upper edge portion of the capacitor hole using sputter etching.
또한, 상기 유전체막 위에 제1 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. The method may further include forming a first adhesive layer on the dielectric film.
또한, 상기 제3 층간 절연막의 비아 홀 내부에 제2 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. The method may further include forming a second adhesive layer in the via hole of the third interlayer insulating layer.
그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Then, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the other part being "right over" but also another part in the middle. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle.
이제 본 발명의 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a metal insulator metal capacitor and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터의 단면도이고, 도 7은 도 2의 공정 단계의 금속 절연체 금속 캐패시터의 평면도이다. 1 is a cross-sectional view of a metal insulator metal capacitor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view of the metal insulator metal capacitor in the process step of FIG. 2.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터는 반도체 기판 즉, 웨이퍼 위에 제1 층간 절연막(110)이 형성되어 있다. 이러한 제1 층간 절연막(110)은 산화 규소나 질화 규소 등의 절연 물질로 형성하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1, in the metal insulator metal capacitor according to the exemplary embodiment of the present invention, a first
그리고, 제1 층간 절연막(110) 위에는 패턴화된 하부 전극(125)이 형성되어 있다. 이러한 하부 전극(125)은 Al 합금, Ti, TiN, Ti/TiN 합금, Al 및 Ti, TiN, Ti/TiN의 합금인 것이 바람직하다.In addition, a patterned
그리고, 하부 전극(125) 및 제1 층간 절연막(110) 위에는 제2 층간 절연막(135)이 형성되어 있다. 이러한 제2 층간 절연막(135)은 산화 규소나 질화 규소 등의 절연 물질로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 층간 절연막(135)에는 상기 하부 전극(125)의 일부를 노출하는 복수개의 캐패시터 홀(131)이 형성되어 있다(도 7 참조).The second
이러한 캐패시터 홀(131)의 상부 모서리 부분(135a)은 둥글게 형성되어 있다. 이 경우에 캐패시터 홀(131)의 상부 모서리 부분(135a)에서 유전체막(155)이 국부적으로 얇아지는 현상을 방지함으로써 전기장(Electric Field)이 집중되어 금속 절연체 금속 캐패시터의 BV(Breakdown Voltage)특성, TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 특성 등이 열화되는 문제를 방지할 수 있다. The
제2 층간 절연막(135) 및 복수개의 캐패시터 홀(131) 내부에는 버퍼 전극(145)이 형성되어 있으며, 이러한 버퍼 전극(145)은 하부 전극(125)과 연결되어 있다. 즉, 버퍼 전극(145)은 얇게 형성되어 각각의 캐패시터 홀(131)의 내부 즉, 캐패시터 홀(131)의 밑면 및 측면 위에 형성되어 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터의 하부 전극(125)과 연결된 버퍼 전극(145)은 종래의 금속 절연체 금속 캐패시터가 형성되는 영역 내의 버퍼 전극(145)보다 넓은 면적을 가지게 되므로, 정전 용량이 향상된다. A
그리고, 버퍼 전극(145) 위에 유전체막(155)이 형성되어 있으며, 유전체막(155) 위에 제1 텅스텐 플러그(165)가 형성되어 있다. The
그리고, 유전체막(155)과 제2 텅스텐 플러그(165) 사이에 Ti , TiN 또는 Ti/TiN으로 된 접착층(157)이 형성되어 있다. An
그리고, 제2 층간 절연막(135) 및 제1 텅스텐 플러그(165) 위에 제3 층간 절연막(175)이 형성되어 있으며, 제3 층간 절연막(175)은 제1 텅스텐 플러그(165)의 일부를 노출하는 복수개의 비아 홀(171)을 가지고 있다. 이러한 제3 층간 절연막(175)은 산화 규소나 질화 규소 등의 절연 물질로 형성하는 것이 바람직하다. The third
그리고, 제3 층간 절연막(175)의 비아 홀(171) 내부에 제2 텅스텐 플러그(185)가 채워져 있으며, 이러한 제2 텅스텐 플러그(185)는 제1 텅스텐 플러그(165)와 연결되어 있다. The
그리고, 제3 층간 절연막(175) 위에 상부 금속 전극(195)이 형성되어 있으며, 이러한 상부 금속 전극(195)은 제2 텅스텐 플러그(185)와 연결되어 있다. An
그리고, 제2 층간 절연막(135) 및 제3 층간 절연막(175)을 관통하여 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186)가 형성되어 있으며, 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186)는 하부 전극(125)과 연결되어 있다. The lower electrode
그리고, 제3 층간 절연막(175) 위에 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186)와 연결되어 있는 상부 전극(196)이 형성되어 있다. An
상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터의 제조 방법을 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.A method of manufacturing a metal insulator metal capacitor according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
도 2 내지 도 6은 도 1의 금속 절연체 금속 캐패시터의 제조 방법을 공정 단계별로 나타낸 단면도이다. 2 to 6 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the metal insulator metal capacitor of FIG.
우선, 도 2에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 즉, 웨이퍼 위의 제1 층간 절연막(Inter Metal Dielectrics, IMD)(110) 위에 Al 합금이나 Ti, TiN 또는 Ti/TiN 합금 또는 Al 및 Ti, TiN 또는 Ti/TiN의 합금 등을 증착하고, 포토 레지스트 패터닝 공정(photo resist patterning process) 및 식각 공정을 사용하여 금속 절연체 금속 캐패시터의 하부 전극(125)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2, an Al alloy or Ti, TiN or Ti / TiN alloy or Al, Ti, TiN, or the like on a semiconductor substrate, that is, a first interlayer dielectric (IMD) 110 on a wafer, may be used. An alloy of Ti / TiN or the like is deposited, and the
다음으로, 제1 층간 절연막(110) 및 하부 전극(125) 위에 제2 층간 절연막(135)을 증착하고 CMP 공정(Chemical Mechanical Polishing process)이나 에치 백 공정(Etch Back process)을 통해 제2 층간 절연막(135)을 평탄화시킨다. 이 때 제2 층간 절연막(135)의 두께가 금속 절연체 금속 캐패시터의 정전 용량(Capacitance)에 많은 영향을 주기 때문에 CMP 공정이나 에치 백 공정 시 제2 층간 절연막(135)의 두께를 정확하게 관리해야한다. 다음으로, 제2 층간 절연막(135)을 패터닝하여 복수개의 캐패시터 홀(Hole)(131)을 형성한다. Next, a second
도 7에는 캐패시터 홀(131)이 형성된 금속 절연체 금속 캐패시터의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 층간 절연막(135)에는 복수개의 캐패시터 홀(131)이 소정 간격으로 형성된다. FIG. 7 is a schematic plan view of a metal insulator metal capacitor having a
다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 스퍼터 식각(Sputter etching)을 이용하여 캐패시터 홀(131)의 상부 모서리 부분(135a)을 둥글게 형성한다. 캐패시터 홀(131)의 상부 모서리 부분(135a)을 둥글게 함으로써 캐패시터 홀(131)의 상부 모서리 부분(135a)의 유전체막(155)이 국부적으로 얇아지는 것을 방지한다. 따라서, 캐패시터 홀(131)의 상부 모서리 부분(135a)에 전기장(Electric Field)이 집중되는 것을 방지하여 금속 절연체 금속 캐패시터의 BV(Breakdown Voltage) 특성, TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown) 특성 등이 열화되는 문제를 방지할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3, the
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 층간 절연막(135) 위에 버퍼 전극 층(140), 유전체층(150), 제1 텅스텐 플러그층(160)을 차례로 증착한다. Next, as shown in FIG. 4, the
그리고, 버퍼 전극(145) 위에 유전체막(155)을 증착하고, 유전체막(155) 위에 Ti , TiN 또는 Ti/TiN을 접착층(157)으로 증착한 후 제1 텅스텐 플러그(165)를 증착할 수도 있다. The
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 텅스텐 플러그층(160)을 패터닝하여 복수개의 캐패시터 홀(131)을 포함하는 일부 영역에 대응되는 부분의 제1 텅스텐 플러그(165), 유전체막(155) 및 버퍼 전극(145)은 남겨놓고 나머지 영역의 제1 텅스텐 플러그층(160), 유전체층(150) 및 버퍼 전극층(140)을 제거한다. Next, as shown in FIG. 5, the first
여기서 버퍼 전극(145)은 하부 전극(125)과 연결되며 캐패시터 홀(131)의 내부에도 형성되므로 넓은 면적을 가진다. 즉, 버퍼 전극(145)은 얇게 형성되어 각각의 캐패시터 홀(131)의 내부 즉, 캐패시터 홀(131)의 밑면 및 측면 위에 형성된 다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터의 하부 전극(125)과 연결된 버퍼 전극(145)은 종래의 금속 절연체 금속 캐패시터가 형성되는 영역 내의 버퍼 전극보다 넓은 면적을 가지게 되므로, 정전 용량이 향상된다. 이러한 버퍼 전극(145)은 Ti, TiN 또는 Ti/TiN으로 형성하는 것이 바람직하다. The
다음으로, 패터닝한 제1 텅스텐 플러그(165) 및 제2 층간 절연막(135) 위에 제3 층간 절연막(170)을 소정의 두께로 증착하고, CMP 공정이나 에치백 공정을 통해 제3 층간 절연막(170)을 평탄화시킨다.Next, a third
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 층간 절연막(175)을 패터닝하여 복수개의 비아 홀(Via Hole)(171)을 형성한다. 이 때, 제3 층간 절연막(175) 및 제2 층간 절연막(135)의 일부를 패터닝하여 텅스텐 플러그 홀(172)을 형성한다. Next, as illustrated in FIG. 6, the third
그리고, 제3 층간 절연막(175) 위에 텅스텐(W)을 증착하고 CMP 공정이나 에치 백 공정을 통해 제2 텅스텐 플러그(185) 및 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186)를 각각 형성한다. Then, tungsten (W) is deposited on the third
한편, 이러한 비아 홀(171) 및 텅스텐 플러그 홀(172)의 내부에 텅스텐을 채우기 전에 Ti, TiN 또는 Ti/TiN으로 된 접착층(도시하지 않음)을 형성할 수도 있다. 즉, 제3 층간 절연막(175) 위에 Ti, TiN 또는 Ti/TiN으로 된 접착층(도시하지 않음)을 증착하고, 접착층(도시하지 않음) 위에 텅스텐(W)을 증착하여 CMP 공정이나 에치 백 공정을 통해 제2 텅스텐 플러그(185) 및 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186)를 각각 형성할 수도 있다. Meanwhile, an adhesive layer (not shown) made of Ti, TiN, or Ti / TiN may be formed before filling tungsten in the via
그리고, 제3 층간 절연막(175)에 비아 홀(171)을 형성하는 대신에 긴 막대기 형상의 비아 트렌치(Via Trench ) 또는 사각형 형상의 비아 블록(Via Block)을 형성할 수도 있다. In addition, instead of forming the via
다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, Al 합금이나 Ti, TiN 또는 Ti/TiN 합금 또는 Al 및 Ti, TiN 또는 Ti/TiN의 합금 등을 제3 층간 절연막(175) 위에 증착하고, 포토 레지스트 패터닝 공정(photo resist patterning process) 및 식각 공정을 사용하여 금속 절연체 금속 캐패시터의 상부 금속 전극(195)과 상부 전극(196)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 1, Al alloy or Ti, TiN or Ti / TiN alloy or an alloy of Al and Ti, TiN or Ti / TiN is deposited on the third
상부 전극(196)은 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186)와 연결되고, 상부 금속 전극(195)은 제2 텅스텐 플러그(185)와 연결된다. The
이와 같이, 캐패시터 홀(131)을 가지는 금속 절연체 금속 캐패시터는 캐패시터 홀(131)의 측면이 캐패시터 작용을 하기 때문에 종래의 금속 절연체 금속 캐패시터와 동일한 면적을 가지면서도 정전 용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 버퍼 전극(145)과 제1 텅스텐 플러그(165)가 형성시키는 면적이 모두 정전 용량을 형성한다. As described above, the metal insulator metal capacitor having the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터 및 그 제조 방법은 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 트랜지스터의 내부나 MOS(Metal-Oxide Semiconductor) 트랜지스터의 제조 방법의 중간에 형성하는 것이 바람직하다. Meanwhile, the metal insulator metal capacitor and the method for manufacturing the metal insulator according to the embodiment of the present invention are preferably formed in the inside of the metal oxide semiconductor (MOS) transistor or in the middle of the manufacturing method of the metal oxide semiconductor (MOS) transistor.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터를 포함하는 MOS 트랜지스터가 도시되어 있다. 8 illustrates a MOS transistor including a metal insulator metal capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)인 실리콘 기판에 소자의 활성 영 역과 비활성 영역사이를 분리하기 위한 소자 분리막(12)을 형성한다.As shown in FIG. 8, a
이어서, 소자 분리막(12)이 형성된 실리콘 기판(10)에 반도체 소자로서, MOS 트랜지스터를 형성한다. 이러한 MOS 트랜지스터는 게이트 전극(14), 소스 및 드레인 영역(13, 15)으로 구성된다. Subsequently, a MOS transistor is formed as a semiconductor element on the
이러한 MOS 트랜지스터 위에는 층간 절연막(Poly Metal Dielectric layer, PMD)(20)으로서 BPSG(BoroPhospho Silicate Glass) 또는 PSG(Phospho Silicate Glass)를 증착 및 어닐링한다.On this MOS transistor, a BPG (BoroPhospho Silicate Glass) or a PSG (Phospho Silicate Glass) is deposited and annealed as a poly metal dielectric layer (PMD) 20.
다음으로, CMP 공정으로 층간 절연막(20) 표면을 평탄화한다. 그리고, 층간 절연막(20)에 컨택 홀(Contact hole)을 형성하고, 컨택 홀에 금속을 채워 게이트 전극(14), 소스 및 드레인 영역(13, 15)에 각각 연결되는 복수개의 비아(Via)(25)를 형성한다. Next, the surface of the
다음으로, 복수개의 비아(25)와 연결되는 MOS 트랜지스터의 하부 금속(M1)을 형성할 경우, 금속 절연체 금속 캐패시터의 하부 전극(125)을 함께 형성한다. Next, when the lower metal M1 of the MOS transistor connected to the plurality of
그리고, 상기에서 설명한 바와 같이 금속 절연체 금속 캐패시터(100)를 형성시킨다. As described above, the metal
그리고, 하부 전극 연결 텅스텐 플러그(186) 및 제2 텅스텐 플러그(185)를 형성할 경우, MOS 트랜지스터의 비아(55)를 함께 형성한다. When the lower electrode connecting
그리고, 금속 절연체 금속 캐패시터의 상부 금속 전극(195)과 상부 전극(196)을 형성할 경우, MOS 트랜지스터의 상부 금속(M2)을 함께 형성한다. When the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
본 발명에 따른 금속 절연체 금속 캐패시터 및 그 제조 방법은 캐패시터 홀의 상부 모서리 부분을 둥글게 함으로써 캐패시터 홀의 상부 모서리 부분의 유전체막이 국부적으로 얇아지는 것을 방지하여 전기장(Electric Field)이 집중되는 것을 방지한다. 따라서, 금속 절연체 금속 캐패시터의 BV 특성, TDDB 특성 등이 열화되는 문제를 방지할 수 있다.The metal insulator metal capacitor and the method of manufacturing the same according to the present invention round the upper edge portion of the capacitor hole to prevent the dielectric film of the upper edge portion of the capacitor hole from thinning locally to prevent the electric field from being concentrated. Therefore, the problem that the BV characteristic, TDDB characteristic, etc. of a metal insulator metal capacitor deteriorate can be prevented.
또한, 금속 절연체 금속 캐패시터가 형성되는 영역에 복수개의 캐패시터 홀을 일정 간격으로 형성시키고 캐패시터 홀의 내부의 밑면과 측면에 캐패시터를 형성함으로써 작은 캐패시터 영역으로 큰 정전 용량을 가지게 한다는 장점이 있다. 즉, 고성능 혼합 신호(High Performance Mixed Signal) 및 RF 회로(Radio Frequency Circuit)에 사용되는 금속 절연체 금속 캐패시터의 특성을 그대로 유지시키면서 동일 면적에서 종래의 금속 절연체 금속 캐패시터보다 큰 정전 용량을 가진다는 장점이 있다. In addition, a plurality of capacitor holes are formed at predetermined intervals in a region where the metal insulator metal capacitor is formed, and capacitors are formed on the bottom and side surfaces of the capacitor hole to have a large capacitance in a small capacitor region. That is, the advantage of having a larger capacitance than the conventional metal insulator metal capacitor in the same area while maintaining the characteristics of the metal insulator metal capacitor used in the high performance mixed signal and RF circuit. have.
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