KR100253579B1 - 반도체소자의 캐패시터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로서, 저장전극 콘택과 접촉되는 저장전극의 표면을 식각용액으로 소정 시간 처리하여 그레인 바운더리를 식각하여 요홈들을 형성하여 표면적을 증가시켰으므로, 표면적에 비례하는 정전용량이 증가되어 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
제1(a)~(d)도는 본발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 반도체 기판 12 : 필드 산화막
13 : 게이트 산화막 14 : 게이트 전극
15 : 소오스/드레인영역 16 : 층간절연막
17 : 비트라인 18 : 평탄화층
19 : 산화막 20 : 저장전극 콘택홀
21 : 폴리실리콘층 22 : 산화막패턴
23 : 폴리 스페이서 24 : 저장전극
25 : 요홈
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 저장전극의 표면을 식각용액으로 소정두께 식각하여 요홈들을 형성하여 표면적에 따른 정전용량을 증가시켜 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.
최근 반도체 소자 특히 디램의 고집적화 추세에 따라 셀 크기가 감소되어 충분한 정전용량을 갖는 캐패시터를 형성하기가 어려워지고 있다.
특히, 하나의 모스 트랜지스터와 캐패시터로 구성되는 디램 소자는 반도체 기판 상에 세로 및 가로 방향으로 일정 간격을 유지하여 워드선인 게이트들과 금속배선인 비트선들이 직교 배치되어 있으며, 두개의 게이트에 걸쳐 캐패시터가 형성되어 있고, 상기 캐패시터의 중앙에 콘택홀이 형성되어 있다.
이때 상기 캐패시터는 주로 폴리 실리콘을 도전체로하여 산화막, 질화막 또는 그 적층막인 오.엔.오(oxide-nitride-oxide)막을 유전체로 사용하고 있는데, 칩에서 많은 면적을 차지하는 캐패시터의 정전용량을 크게 하면서, 면적을 줄이는 것이 디램 소자의 고집적화에 중요한 요인이 된다.
따라서 C=(εO×εr×A)/T (여기서 εO 은 진공 유전율(permitivity of vaccum), εr 은 유전막의 유전상수(dielectric constant), A는 캐패시터의 면적 그리고 T는 유전막의 두께) 로 표시되는 캐패시터의 정전용량(C)을 증가시키기 위하여 유전상수가 높은 물질을 유전체로 사용하거나, 유전막를 얇게 형성하거나 또는 캐패시터의 표면적을 증가시키는 등의 방법이 있다. 그러나 이러한 방법들은 모두 각각의 문제점을 가지고 있다.
즉, 높은 유전상수를 갖는 유전물질, 예를들어 Ta2O5, TiO2또는 SrTiO3등이 연구되고 있으나, 이러한 물질들의 접합 파괴전압등과 같은 신뢰도 및 박막특성등이 확실하게 확인되어 있지 않아 실제소자에 적용하기가 어렵고, 유전막 두께를 감소시키는 것은 소자 동작시 유전막이 파괴되어 캐패시터의 신뢰도에 심각한 영향을 준다.
또한 캐패시터의 표면적을 증가시키기 위하여 폴리 실리콘을 다층으로 형성한 후, 이들을 관통하여 서로 연결시키는 핀(Pin) 구조나, 원통형 또는 사각틀체 형상의 실린더 구조로 형성하거나, 폴리 실리콘의 그레인을 이용하는 에이치.에스.지(hemispherical grain poly silicon; 이하 HSG라 칭함) 공정을 사용하기도 한다.
종래의 실린더형 캐패시터의 경우 반도체기판상에 모스 구조를 형성한 후, 전표면에 층간절연막을 형성하고, 비트라인 콘택홀 및 비트라인을 형성한다. 그다음 전표면에 단차 피복성이 우수한 재질, 예를들어 비.피.에스.지(borophospho silicate glass; 이하 BPSG라 칭함)등으로된 평탄화층을 순차적으로 형성하고, 저장전극 콘택홀을 형성한다.
그 후, 상기 콘택홀을 메우는 폴리실리콘층을 전표면에 형성한 후, 콘택홀 상부의 폴리실리콘층상에 실린더형 캐패시터의 코아절연막인 두꺼운 산화막 패턴을 형성한다.
그 다음 상기 산화막패턴에 의해 노출되어 있는 폴리실리콘층을 제거하여 상기 콘택흘을 메우는 폴리실리콘층 패턴을 형성하고, 상기 산화막패턴의 측벽에 폴리스페이서를 형성하였다.
또한, 핀형의 경우 다층의 폴리실리콘층을 적층한 후, 서로 연결시켜 형성 한다.
그러나, 이러한 방법들도 디램의 고집적화에 따라 면적이 감소되어 여전히 충분한 정전용량을 갖지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본발명의 목적은 저장전극의 표면을 식각용액 처리하여 폴리실리콘층의 그레인 바운더리를 식각하여 요철을 형성하여 표면적에 비례하는 정전용량을 증가시켜 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 캐패시터의 제조 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조방법의 특징은, 필드 산화막, 소오스/드레인영역, 게이트 산화막, 게이트 전극, 층간절연막, 비트라인 및 평탄화층등이 형성되어 있는 반도체 기판에 저장전극 콘택홀을 형성하고, 상기 저장 전극 콘택홀을 메우는 폴리실리콘층 패턴으로된 소정 형상의 저장전극을 형성한 후, 상기 저장전극 표면의 그레인 바운더리에 요철을 형성하여 표면적에 비례하는 정전용량을 증가시켜 소자동작의 신뢰성을 향상시킴에 있다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1(a)~(d)도는 본발명에 따른 반도체소자의 캐패시터 제조 공정도로서, 실린더형 저장전극의 예이다.
반도체기판(11) 상에 소자분리를 위한 필드산화막(12) 및 게이트 산화막(13), 게이트 전극(14) 그리고 소오스/드레인영역(15)으로 구성되는 모스(metaloxide semiconductor) 구조를 형성한 후, 상기 구조의 전표면에 층간절연막(16)을 산화 막으로 형성한다. 그다음 상기 소오스/드레인영역(15)의 비트선 콘택으로 예정된 부분상의 층간절연막(16)을 제거하고 이를 메우는 비트라인(17)을 형성한 후, 비.피.에스.지(boro phospho silicate glass; 이하 BPSG라 칭함) 산화막으로 평탄화층(18)을 형성한다. (제1(a)도 참조).
그 후, 상기 평탄화층(18)상에 산화막(19)을 형성하고, 상기 소오스/드레인영역(15)의 저장전극 콘택으로 예정되어 있는 부분상의 산화막(19)에서 층간절연막(16)까지를 순차적으로 사진식각하여 저장전극 콘택홀(20)을 형성한 후, 상기 구조의 전표면에 폴리실리콘층(21)을 도포하여 상기 저장전극 콘택홀(20)을 메운다. (제1(b)도 참조).
그 다음 상기 저장전극 콘택홀(20)을 메운 폴리실리콘층(21) 상에 실린더형 저장전극을 형성하기 위한 코아절연막인 산화막패턴(22)을 소정형상, 예를들어 직육면체나 원기둥 형상으로 형성한 후, 상기 산화막패턴(22)에 의해 노출되어 있는 폴리실리콘층(21)을 제거하여 상기 저장전극 콘택홀(20)을 메운 폴리실리콘층(21) 패턴을 형성한다.
그 다음, 전체표면 상부에 폴리실리콘층(도시되지 않음)을 전면 도포한 후, 전면 이방성 식각하여 사각틀체나 원통형상의 폴리 스페이서(23)를 형성한다. (제1(c)도 참조).
그 후, 상기 산화막패턴(22)을 제거하고, 상기 폴리 스페이서(23)와 폴리실리콘층(21) 패턴으로 구성되는 저장전극(24)을 소정 식각용액, 예를들어 CH3COOH : HNO3: HF = 10 : 3 : 1 의 비율로 혼합되어 있는 식각용액을 사용하여 소정 두께 식각하면, 상기 폴리실리콘층(21) 패턴의 그레인 바운더리가 표면 보다 빨리 식각되어 요홈(25)들이 형성된다. (제1(d)도 참조)
그 다음, 도시되어 있지는 않으나, 상기 구조의 전표면에 유전막과 플레이트 전극을 형성하여 실린더형 캐패시터를 완성하였다. 상기에서 실린더형 캐패시터를 예로 들었으나, 핀형이나 다층 실린더형 및 미로형 캐패시터등 모든 형상의 캐패시터에 적용할 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본발명에 따른 반도체소자의 캐패시터 제조방법은 저장전극 콘택과 접촉되는 저장전극의 표면을 식각용액으로 소정시간 처리하여 그레인 바운더리를 식각하여 요홈들을 형성하여 표면적을 증가시켰으므로, 표면적에 비례하는 정전용량이 증가되어 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
Claims (2)
- 반도체 기판상에 평탄화층을 형성하는 공정과, 상기 반도체 기판의 저장전극 콘택으로 예정된 부분을 노출시키는 저장 전극 콘택홀을 형성하는 공정과, 상기 저장전극 콘택홀을 메우는 저장전극을 폴리실리콘 패턴으로 형성하는 공정과, 상기 저장전극의 표면을 CH3COOH/HNO3/HF 혼합용액으로 그레인 바운더리를 식각하여 요홈들을 형성하는 공정을 구비하는 반도체소자의 캐패시터 제조방법.
- 제1항에 있어서 상기 혼합용액은 CH3COOH : HNO3: HF = 10 : 3 : 1 비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 캐패시터 제조방법.
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