JP2005057263A - Etching method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体素子の製造方法に係り、特にキャパシタの下部電極のような半導体素子を製造するためのエッチング方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an etching method for manufacturing a semiconductor device such as a lower electrode of a capacitor.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)素子のような半導体素子の製造時、半導体製造工程の多様な段階でフッ化水素(HF)とフッ化アンモニウム(NH4F)とを含む化学溶液(LAL)や希釈化された酸化膜エッチング液(BOE)のような化学溶液が誘電体層のエッチングに通常的に使われる。 When manufacturing a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) device, a chemical solution (LAL) or dilution containing hydrogen fluoride (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F) is used in various stages of the semiconductor manufacturing process. Chemical solutions such as oxidized oxide etchant (BOE) are typically used for etching the dielectric layer.
不幸にも、添加物、例えば、化学溶液に一般的に含まれる界面活性剤のような添加物によって、所望しない多様な大きさの気泡が前記化学溶液で発生する。このような気泡は度々半導体基板の表面に付着して、酸化膜のアンエッチングまたは未開口などの深刻な問題を引き起こす。 Unfortunately, additives such as surfactants typically included in chemical solutions cause undesirably various sized bubbles to be generated in the chemical solution. Such bubbles often adhere to the surface of the semiconductor substrate and cause serious problems such as unetching or unopening of the oxide film.
デザインルールの減少につれて、このような問題はさらに深刻になり、製造収率を相当落とす。例えば、デザインルールの減少によってキャパシタの下部電極がさらに円形に近くなるにつれて、前記気泡はさらに容易に下部電極に付着され、その結果、未開口現象のような多様な問題を引き起こす。 As design rules decrease, these problems become more serious and significantly reduce production yields. For example, as the lower electrode of the capacitor becomes more circular due to the reduction of the design rule, the bubbles are more easily attached to the lower electrode, resulting in various problems such as an unopened phenomenon.
したがって、前記化学溶液に含まれている気泡によって引き起こされる問題点を解決できる新しいエッチング方法を開発する必要性が至急に要求されつつある。
本発明はLALのような化学溶液を使用して誘電体層をエッチングする時、その化学溶液に含まれている気泡によって引き起こされるアンエッチングまたは未開口現象などの問題のない半導体素子を製造するためのエッチング方法を提供する。 The present invention is to manufacture a semiconductor device free from problems such as unetching or unopened phenomenon caused by bubbles contained in a chemical solution when the dielectric layer is etched using a chemical solution such as LAL. An etching method is provided.
本発明の一実施例によれば、まず誘電体層及び前記誘電体層の上面から部分的に突出している突出部を有する電極を含むウェーハを提供する。そして、前記誘電体層に化学溶液またはエッチング液を加えて前記化学溶液に含まれている気泡の前記電極への付着を防止する。気泡の前記電極への付着を防止するために、エッチング工程を行う前に、前記化学溶液に含まれている気泡の前記電極への付着を防止すべく前記突出部を覆うバッファ層を形成する。 According to an embodiment of the present invention, a wafer including an electrode having a dielectric layer and a protruding portion partially protruding from an upper surface of the dielectric layer is provided. Then, a chemical solution or an etching solution is added to the dielectric layer to prevent bubbles contained in the chemical solution from adhering to the electrode. In order to prevent bubbles from adhering to the electrode, a buffer layer that covers the protrusions is formed to prevent the bubbles contained in the chemical solution from adhering to the electrode before performing the etching process.
ここに開示されている本発明の技術的思想によれば、誘電体層のエッチング工程が進行する間に、化学溶液に含まれている気泡の、例えば、キャパシタ下部電極のような構造物への付着を防止しうる。したがって、化学溶液に含まれている気泡による妨害を受けずに、LALのような化学溶液を使用して誘電体層をエッチングしうる。したがって、本発明の実施例を使用すれば、アンエッチング現象によって引き起こされる1ビット不良のような素子の不良を防止できるので、収率を向上させうる。 According to the technical idea of the present invention disclosed herein, the bubbles contained in the chemical solution are transferred to the structure such as the capacitor lower electrode while the etching process of the dielectric layer proceeds. Adhesion can be prevented. Therefore, the dielectric layer can be etched using a chemical solution such as LAL without being disturbed by bubbles contained in the chemical solution. Therefore, if the embodiment of the present invention is used, it is possible to prevent a device failure such as a 1-bit failure caused by an unetching phenomenon, thereby improving the yield.
本発明によれば、アンエッチング現象によって引き起こされる1ビット不良のような素子の不良を防止しうる。したがって、本発明によれば収率を相当増加させうる。 According to the present invention, it is possible to prevent an element defect such as a one-bit defect caused by an unetching phenomenon. Therefore, according to the present invention, the yield can be increased considerably.
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明される実施例に限定されず、他の形に具体化されうる。むしろ、ここで紹介される実施例は本発明の技術的思想が徹底して完全に開示さるべく、そして当業者に本発明の思想を十分に伝えるべく例示的に提供されるものである。図面において、構成要素らの形態は明確性のために誇張された。そして、明細書全体に亙って同じ参照番号は同じ構成要素を示す。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided by way of example only so that the technical spirit of the present invention can be disclosed thoroughly and thoroughly and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the form of the components is exaggerated for clarity. The same reference numerals denote the same components throughout the specification.
図1Aを参照すれば、DRAMのような半導体素子のキャパシタを製造するために、層間絶縁層11または予備金属誘電体層をウェーハまたは半導体基板10上に形成する。層間絶縁層11はシリコン酸化物のような誘電物質で形成しうる。
Referring to FIG. 1A, an
なお、図示していないが、半導体基板10上には、トランジスタまたはメモリセルを形成すべくソース/ドレーン領域及びゲート電極のような下部構造物が形成されていてもよい。
Although not shown, a lower structure such as a source / drain region and a gate electrode may be formed on the
次いで、通常の技術を使用し、ストレージノードコンタクトパッド12を層間絶縁層11に形成し、その上部に形成されるキャパシタの下部電極と電気的に連結する。ストレージノードコンタクトパッド12は再び半導体基板10の活性領域と電気的に連結される。引続いて、層間絶縁層11を平坦化する。
Next, the storage
次いで、層間絶縁層11上にエッチング阻止層13を形成する。エッチング阻止層13は第1誘電体層14に対して高いエッチング選択比を有する。このような層は従来の通常の製造方法を使用して形成しうる。エッチング阻止層13は、例えば、シリコン窒化物を使用して約500ないし1000Å程度の厚さに形成しうる。
Next, an
第1誘電体層14をエッチング阻止層13上に形成する。エッチング阻止層13は第1誘電体層14だけでなく、その上部に形成される第2誘電体層16を除去するための後続エッチングリフトオフ工程でエッチング停止点としての役割をする。
A first
第1誘電体層14は低温化学気相蒸着(LPCVD)工程のような従来の方法を用いて約3000ないし20000Å程度の厚さを有するシリコン酸化物で形成することが望ましい。第1誘電体層14はPE−TEOS(plasma−enhanced tetraethylorthosilicate)の単一膜であるか、PE−TEOS層を含む複合膜で有り得る。
The first
図1Bを参照すれば、エッチング阻止層13をエッチング停止点として使用して第1誘電体層14をエッチングまたはパターニングすることによって、コンタクトパッド12の一部を露出させるストレージノード開口18を第1誘電体層14に形成する。第1誘電体層14に対するエッチングまたはパターニングは従来の技術によるフォトリソグラフィ及びエッチング工程を使用する。そして、ストレージノード開口18により露出されるエッチング阻止層13を除去する。
Referring to FIG. 1B, the first
図1Cを参照すれば、キャパシタ下部電極15’(図1D参照)を形成するために、ドーピングされたポリシリコン、Pt、Ru、またはTiNなどの物質よりなる導電体膜15を前記開口18を含む第1誘電体層14とストレージノードコンタクトパッド12上に形成する。
Referring to FIG. 1C, the
次いで、前記ストレージノードコンタクトパッド12と連結されており、前記開口18内にある導電体膜15上に第2誘電体層16を形成する。第2誘電体層16はシリコン酸化物で約10,000ないし30,000Å程度の厚さに形成することが望ましい。当業者には自明なように、第1誘電体層14及び第2誘電体層16を形成するためにシリコン酸化物ではない他の適切な誘電物質を使用しても良い。
Next, a second
図1Dを参照すれば、第1誘電体層14と第2誘電体層16の上面が露出されるまで、前記導電体膜15を含む第1誘電体層14及び第2誘電体層16を平坦化し、ノード分離されたキャパシタ下部電極15’を形成する。
Referring to FIG. 1D, the first
前記平坦化工程は、化学機械的研磨(CMP)またはエッチバック工程のような通常の工程を使用して行える。CMP工程を使用する場合には、キャパシタ下部電極15’と第1誘電体層及び第2誘電体層14、16に対してエッチング選択比のあるスラリーを使用することが望ましい。エッチバック工程を使用する場合には、キャパシタ下部電極15’と第1誘電体層及び第2誘電体層14、16に対してエッチング選択比のあるエッチング液を使用することが望ましい。
The planarization process may be performed using a normal process such as chemical mechanical polishing (CMP) or an etch back process. When the CMP process is used, it is desirable to use a slurry having an etching selectivity with respect to the capacitor
図1Eを参照すれば、平坦化工程の結果として発生するエッチバック残留物またはCMP残留物を除去する洗浄工程で、望ましくはHFを使用する。このため、例えば、円形または楕円形のキャパシタ下部電極15’の上部が、HFを使用する湿式洗浄工程のゆえに誘電体層14、16の表面から突出することになる。なぜなら、HFはポリシリコンで形成されたキャパシタ下部電極は実質的にほとんどエッチングしない一方、シリコン酸化膜のような誘電体層を選択的にエッチングするためである。なお、残留物を除去するためのこのような洗浄工程においてはこの分野で公知の他の適切な洗浄液を使用しても良い。
Referring to FIG. 1E, HF is preferably used in the cleaning process for removing the etch-back residue or the CMP residue generated as a result of the planarization process. For this reason, for example, the upper part of the circular or elliptical capacitor
図1Gを参照すれば、従来のリフトオフ工程を使用して第1誘電体層14及び第2誘電体層16を同時に除去することによって、キャパシタ下部電極15’を完成する。特に、第1誘電体層14と第2誘電体層16はLALのような化学溶液を使用してエッチングする。この湿式エッチング工程では一般的に表1にその組成が表示されているLALのようなエッチング液を使用する。しかし、LAL以外の他の適切な湿式エッチング液を使用しても良い。
Referring to FIG. 1G, the capacitor
しかし、図2Aに図示されているように、LALのような化学溶液またはエッチング液にある気泡はキャパシタ下部電極15’の突出部に容易に付着してしまう。このような気泡の付着はキャパシタ下部電極15’の平面が円形か楕円形である場合に特に発生しやすいが、これは前記形状の場合に気泡を容易に捕獲できるからである。
However, as shown in FIG. 2A, bubbles in a chemical solution or an etchant such as LAL easily adhere to the protruding portion of the capacitor
デザインルールが小さくなるにつれて、この問題はさらに重要になるが、これはキャパシタ下部電極15’に捕獲されている所望しない気泡によって、LALのような化学溶液と誘電体層16との接触が遮断されることがあり、その結果、図2B及び図2Cに図示されているように、アンエッチングまたは未開口現象が発生するからである。言い換えれば、化学溶液24に存在する気泡27のために第2誘電体層16の一部がエッチングされていない状態で残留し、したがって化学溶液24と第2誘電体層16との接触を遮断してしまう。これはまた第2誘電体層16の除去を妨害する。
As the design rules get smaller, this problem becomes more important, as the undesired bubbles trapped in the capacitor
このような問題点を解決するために、本実施例では、図1Fを説明すれば、従来のリフトオフ工程、すなわち、第1誘電体層14及び第2誘電体層16を除去するための湿式エッチング工程を行う前に、キャパシタ下部電極15’の突出部および/または上端部をバッファ層21で覆い、化学溶液またはエッチング液24に含まれている気泡27の電極15’または半導体基板10への付着あるいは接触を防止する。バッファ層21は実質的に半導体基板10のあらゆる上面を覆うこともある。
In order to solve such a problem, in this embodiment, referring to FIG. 1F, a conventional lift-off process, that is, wet etching for removing the
望ましくは、電極15’の突出部を覆っているバッファ層21が実質的に乾燥してしまう前に、化学溶液またはエッチング液24を前記誘電体層14、16の上に加える。より望ましくは、電極15’の突出部がバッファ層210で覆われた後、約5分内に誘電体層14、16上に化学溶液またはエッチング液24を加える。最も望ましくは、電極15’の突出部がバッファ層210で覆われた後、約2分内に誘電体層14、16上に化学溶液またはエッチング液24を加える。
Desirably, a chemical solution or
しかし、当業者ならば本発明が前述した実施例に限定されないということが分かるだろう。例えば、化学溶液またはエッチング液24を誘電体層14、16に加える前にバッファ層21が実質的に乾燥されない限り、いかなる他の工程も使用できる。言い換えれば、電極15’の突出部はバッファ層21で十分に覆われてエッチング工程をし始める時、化学溶液またはエッチング液24に含まれている気泡の電極15’への付着を防止可能にすることが望ましい。もし、バッファ層21で突出部を覆ってから誘電体層14、16に化学溶液またはエッチング液24を加えることが遅延されるならば、バッファ層21は過度に乾燥されて本発明の効果を達成できなくなる恐れもある。
However, those skilled in the art will appreciate that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, any other process can be used as long as the
一方、従来の技術では、絶縁層である誘電体膜14、16のエッチング前に洗浄工程を実施した後、一般的に基板10を完全に乾燥した。しかし、本発明の実施例では、化学溶液24を誘電体層14、16に加える時、気泡27の電極15’への付着を防止するために基板10の表面をバッファ層21で十分に覆うか、濡らすことが望ましい。
On the other hand, in the conventional technique, the
本発明の一側面によれば、一旦エッチング工程が始まれば、バッファ層21が電極15’の突出部を覆っている必要がない。バッファ層21は化学溶液24と混合される。このようなエッチング工程は電極15’に気泡27が付着されていない状態で始められるので、電極15’内に捕獲されている気泡27によって発生する問題点を解決しうる。
According to one aspect of the present invention, once the etching process is started, the
本発明の一実施例では、電極15’をバッファ層21で覆うために、電極15’の突出部に親水性液体を加えても良い。望ましくは、前記親水性液体は脱イオン水(DIW)、過酸化水素(H2O2)またはオゾン水(O3)で有り得るが、これらに限定されるものではない。電極15’を含む基板10の表面がより小さな表面張力を有するバッファ層21によって十分に濡れたり、または覆われているように、前記親水性液体は化学溶液24と比較して実質的にさらに少ない気泡または不純物を有することが望ましい。
In one embodiment of the present invention, in order to cover the
バッファ層21は電極15’の上端部に親水性液体をスプレーすることによって形成しても良い。
The
また、プレイーに代えて、例えば、図3に示されたような従来の湿式−化学溶液用のバス33を用いて親水性溶液34に基板10を浸漬させてバッファ層21を形成しても良い。特に、ロボットアーム35を使用してウェーハキャリア32に位置する基板10を親水性溶液34に浸漬させることが望ましい。
Further, instead of the play, for example, the
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではない。当業者ならば、気泡27の電極15’への付着を防止できる他の適切な方法の利用も、同等に本発明に適用可能であることが分かる。
In addition, this invention is not limited to the said Example. One skilled in the art will recognize that the use of other suitable methods that can prevent the
本明細書に開示されている本発明の思想によれば、誘電体層に対してエッチングを進行する間に化学溶液24に含まれている気泡27の、例えば、キャパシタ下部電極15’への付着を防止しうる。したがって、LALのような化学溶液を使用する場合にもその化学溶液に含まれている気泡27によって妨害を受けずに誘電体層14、16をエッチングできる。
According to the idea of the present invention disclosed in the present specification, bubbles 27 contained in the
たとえ本発明はキャパシタの製造方法について図示及び記述しているとしても、本発明がこれに限定されると解釈されてはならない。特許請求項によって決まる本発明の思想及び範囲を外れずとも、本発明は、むしろ電極や他の導電層が誘電体構造物の上面から突出しているその誘電体構造物をエッチングするために、その内部に気泡を含んでいる化学溶液を使用するいかなる湿式エッチング工程に対しても適用可能である。 Even though the present invention illustrates and describes a method for manufacturing a capacitor, the present invention should not be construed as limited thereto. Without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the claims, the present invention is rather intended to etch that dielectric structure with electrodes and other conductive layers protruding from the top surface of the dielectric structure. The present invention can be applied to any wet etching process using a chemical solution containing bubbles inside.
本発明は半導体素子の製造産業に適用しうる。特に、湿式エッチング工程を含む半導体製造分野で適用可能である。 The present invention can be applied to the semiconductor device manufacturing industry. In particular, it is applicable in the field of semiconductor manufacturing including a wet etching process.
10…半導体基板、
11…層間絶縁層、
12…ストレージノードコンタクトパッド、
13…エッチング阻止層、
14…第1誘電体層、
15…導電体膜、
15’…キャパシタ下部電極、
16…第2誘電体層、
18…開口、
21…バッファ層、
24…エッチング液、
27…気泡、
32…ウェーハキャリア、
33…バス、
34…親水性溶液。
10: Semiconductor substrate,
11 ... Interlayer insulating layer,
12 ... Storage node contact pad,
13 ... Etching prevention layer,
14 ... first dielectric layer,
15 ... Conductor film,
15 '... capacitor lower electrode,
16 ... the second dielectric layer,
18 ... Opening,
21 ... Buffer layer,
24 ... Etching solution,
27 ... Bubbles,
32 ... Wafer carrier,
33 ... Bus
34: hydrophilic solution.
Claims (34)
前記誘電体層にエッチング液を加える段階と、
前記エッチング液に含まれている気泡の前記電極への付着を防止する段階と、を含むエッチング方法であって、前記電極への気泡の付着を防止する段階は前記電極の突出部をバッファ層で覆う段階を含むことを特徴とするエッチング方法。 Providing a wafer comprising a dielectric layer and an electrode partially projecting from an upper surface of the dielectric layer;
Adding an etchant to the dielectric layer;
And preventing the bubbles contained in the etchant from adhering to the electrode, wherein the step of preventing the bubbles from adhering to the electrode includes a buffer layer for the protruding portion of the electrode. An etching method comprising a step of covering.
前記誘電体層を化学溶液でエッチングする段階と、
前記エッチング段階以前に前記化学溶液に含まれている気泡の前記電極への付着を防止すべく前記突出部をバッファ層で覆う段階と、を含むエッチング方法。 Providing a wafer comprising a dielectric layer and an electrode partially projecting from an upper surface of the dielectric layer;
Etching the dielectric layer with a chemical solution;
And a step of covering the protruding portion with a buffer layer to prevent bubbles contained in the chemical solution from adhering to the electrode before the etching step.
前記第1誘電体層に開口を形成する段階と、
前記開口を含む前記第1誘電体層上に導電体層を蒸着する段階と、
前記開口内の前記導電体層を覆う第2誘電体層を蒸着する段階と、
上端部を有するキャパシタの下部電極を形成すべく前記第1誘電体層が露出されるまで前記導電体層を含む前記結果物を平坦化する段階と、
化学溶液を使用して前記第1誘電体層及び第2誘電体層をエッチングし、前記化学溶液内に含まれている気泡の前記電極への付着を防止する段階と、を含むエッチング方法。 Forming a first dielectric layer on a semiconductor substrate;
Forming an opening in the first dielectric layer;
Depositing a conductor layer on the first dielectric layer including the opening;
Depositing a second dielectric layer covering the conductor layer in the opening;
Planarizing the resultant including the conductive layer until the first dielectric layer is exposed to form a lower electrode of a capacitor having an upper end;
Etching the first dielectric layer and the second dielectric layer using a chemical solution to prevent the bubbles contained in the chemical solution from adhering to the electrode.
前記第1誘電体層に開口を形成する段階と、
前記開口を含む前記第1誘電体層上に導電体層を蒸着する段階と、
前記開口内の前記導電体層を覆う第2誘電体層を形成する段階と、
上端部を有するキャパシタの下部電極を形成すべく前記第1誘電体層の上面が露出されるまで前記導電体層を含む結果物を平坦化する段階と、
前記結果物に対して平坦化段階以後に、バッファ層を生成させる段階と、
化学溶液を使用して前記第1及び第2誘電体層のエッチング段階と、を含むエッチング方法であって、前記エッチング段階では前記バッファ層が前記化学溶液に含まれている気泡の前記電極上端部への付着を防止することを特徴とするエッチング方法。 Forming a first dielectric layer on a semiconductor substrate;
Forming an opening in the first dielectric layer;
Depositing a conductor layer on the first dielectric layer including the opening;
Forming a second dielectric layer covering the conductor layer in the opening;
Planarizing the resultant structure including the conductive layer until an upper surface of the first dielectric layer is exposed to form a lower electrode of the capacitor having an upper end;
Generating a buffer layer after the planarization step on the resultant; and
And etching the first and second dielectric layers using a chemical solution, wherein the buffer layer is included in the chemical solution in the etching step. An etching method characterized by preventing adhesion to the substrate.
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