KR100268428B1 - A capacitor and a method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명에 의하면, 반도체 기판 상에 형성된 제1절연막을 식각하여, 스토리지 노드 콘택 홀을 형성하고, 상기 스토리지 노드 콘택 홀을 도전물질로 채워서 스토리지 노드 콘택 플러그를 형성하고, 상기 제1절연막 상 및 스토리지 노드 콘택 플러그 상에 제2절연막을 형성하고, 상기 제2절연막을 부분적으로 식각하여 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 상부 표면 및 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 양측의 상기 제1절연막의 일부분을 노출시키는 오프닝을 형성하고, 상기 오프닝을 부분적으로 채우도록 상기 제2절연막 상에 도핑된 폴리 실리콘막을 형성하고, 상기 오프닝을 완전히 채우도록 상기 도핑된 폴리 실리콘막 상에 오프닝 필링 물질인 포토레지스트막을 형성하고, 상기 오프닝 양측의 상기 도핑된 폴리 실리콘막 및 상기 포토레지스트막을 상기 제2절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 평탄화 식각하여 스토리지 노드를 형성하고, 상기 오프닝 내부의 상기 포토레지스트막을 제거하고, 상기 스토리지 노드 내부 표면 및 상부 표면 상에 HSG 폴리 실리콘막을 형성하고, 상기 제1절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 스토리지 노드 양측의 상기 제2절연막을 제거하는 단계를 포함한다. 이와 같은 커패시터 및 그 제조 방법에 의하면, 실린더형 스토리지 노드 내부 및 상부 표면 상에 HSG 폴리 실리콘막을 형성함으로 써, 커패시터의 유효 면적은 증가되고 이에 따라 커패시턴스가 증가하게 되며 또한 이웃하는 스토리지 노드와 매우 근접하게 커패시터가 형성된다.The present invention relates to a capacitor and a method of manufacturing the same. According to the present invention, a first insulating layer formed on a semiconductor substrate is etched to form a storage node contact hole, and the storage node contact hole is filled with a conductive material to store the same. Forming a node contact plug, forming a second insulating layer on the first insulating layer and the storage node contact plug, and partially etching the second insulating layer to form an upper surface of the storage node contact plug and both sides of the storage node contact plug. Forming an opening that exposes a portion of the first insulating film, forming a doped polysilicon film on the second insulating film to partially fill the opening, and opening on the doped polysilicon film to completely fill the opening. Forming a photoresist film as a filling material, and The doped polysilicon layer and the photoresist layer may be planarized and etched until the upper surfaces of the second insulating layers are exposed to form a storage node, the photoresist layer may be removed, and the inner surface and the upper surface of the storage node may be removed. Forming an HSG polysilicon film on a surface, and removing the second insulating film on both sides of the storage node until an upper surface of the first insulating film is exposed. According to such a capacitor and its manufacturing method, by forming an HSG polysilicon film inside and on a top surface of a cylindrical storage node, the effective area of the capacitor is increased, thereby increasing capacitance and being very close to a neighboring storage node. Capacitor is formed.

Description

커패시터 및 그 제조 방법(A CAPACITOR AND A METHOD FOR FABRICATING THE SAME)A CAPACITOR AND A METHOD FOR FABRICATING THE SAME

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 커패시턴스가 증가된 커패시터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a capacitor with increased capacitance and a method for manufacturing the same.

작은 면적에서 충분한 용량의 커패시턴스를 확보하는 것은, ULSI(ultra large scale integration) DRAM(dynamic random access memory) 제조 기술에 있어서 가장 중요한 문제 중의 하나이다. 디램(DRAM)의 고집적화가 요구되어 짐에 따라, 각 메모리 셀의 스토리지 노드는 점점 더 적어지는 면적에 꼭 들어맞도록 제조되어야 한다. 고집적화에 따른 메모리 셀 영역의 감소로 인한 셀 커패시턴스의 감소는 디램의 패킹 덴시티(packing density)를 증가시키는데 있어서 심각한 장애가 된다. 따라서, 커패시턴스 감소 문제를 해결하기 위해서는 디램의 패킹 덴시티 증가를 확보하는 것이 중요하다.Ensuring sufficient capacitance in a small area is one of the most important problems in ultra large scale integration (ULSI) dynamic random access memory (DRAM) fabrication technology. As higher integration of DRAMs is required, the storage nodes of each memory cell must be manufactured to fit in an increasingly smaller area. The decrease in cell capacitance due to the reduction of memory cell area due to the high integration is a serious obstacle in increasing the packing density of the DRAM. Therefore, in order to solve the capacitance reduction problem, it is important to secure an increase in the packing density of the DRAM.

일반적으로, 통상의 이차원적 구조(two dimensional structure)의 스택형 커패시터가 적용되는 1.5㎛2정도의메로리 셀 면적을 갖는 64 MB DRAM에 있어서는, 고유전체 물질, 예를 들면 탄탈륨 옥사이드(Ta2O3)가 유전막으로 사용되더라도 충분한 용량의 커패시턴스를 확보하기가 어렵다. 그러므로, 삼차원적 구조(three dimensional structure)를 갖는 스택형 커패시터가 셀 커패시턴스를 증가시키기위해 연구되고 있다. 그러한 스택형 커패시터는, 예를 들면 이중 스택형(double-stacked), 핀 스택형(fin stacked), 실린더형(cylindrical), 그리고 박스 구조(box structure) 커패시터 등이 있다.In general, in a 64 MB DRAM having a memory cell area of about 1.5 μm 2 to which a conventional two dimensional structure stacked capacitor is applied, a high dielectric material such as tantalum oxide (Ta 2 O 3) Is used as a dielectric film, it is difficult to secure a sufficient capacitance. Therefore, stacked capacitors having three dimensional structures have been studied to increase cell capacitance. Such stacked capacitors are, for example, double-stacked, fin stacked, cylindrical, and box structure capacitors.

상기와 같은 커패시터의 내부 표면과 외부 표면 모두 커패시터의 유효 면적이 되기 때문에, 실린더 형 커패시터가 삼차원 스택형 커패시터들 중에서 가장 바람직한 커패시터 형태이며, 특히 64 MB 또는 그 이상의 집적화된 메모리 셀에 있어서 적당하다.Since both the inner and outer surfaces of the capacitor become the effective area of the capacitor, the cylindrical capacitor is the most preferred form of capacitor among the three-dimensional stacked capacitors, and is particularly suitable for 64 MB or more integrated memory cells.

한편, 최근에는 새로운 기술, 즉 커패시터 폴리 실리콘의 표면 형태에 변화를 가함으로써, 유효면적을 증가시키는 기술이 개발되고 있다. 상기 표면의 형태 변화는 폴리 실리콘의 핵 형성 및 성장 조건을 컨트롤하거나 또는 조작하는 것 등에 의한다. HSG 폴리 실리콘막이 커패시터의 표면적과 커패시턴스를 증가시키기 위해 스토리지 노드 상에 증착되는 방법이 사용되어 지고 있다.On the other hand, in recent years, a new technology, that is, a technology for increasing the effective area by changing the surface shape of capacitor polysilicon has been developed. The shape change of the surface is caused by controlling or manipulating the nucleation and growth conditions of polysilicon. HSG polysilicon films are being used to deposit on storage nodes to increase the surface area and capacitance of capacitors.

도 1a 및 도 1e는 종래의 기술에 따른 커패시터 제조 방법의 공정들을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.1A and 1E are flowcharts sequentially showing processes of a capacitor manufacturing method according to the related art.

먼저, 도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 절연막(11)이 형성된다. 예컨대, BPSG, USG 등의 산화막으로 형성될 수 있다. 상기 절연막(11)이 패턴화 되고 식각되어 콘택 홀(12)이 형성된다. COB(capacitor over bit line) 셀에서와 같이, 반도체 기판(10)에는 여러 가지 활성영역, 비트 라인, 워드 라인, 그리고 다른 구조(미도시) 들이 존재한다. 폴리 실리콘막이 상기 구조 전면에 증착된다. 예를 들면, 상기 폴리 실리콘막은 인(P)으로 도핑된 폴리 실리콘막이다.First, referring to FIG. 1A, an insulating film 11 is formed on a semiconductor substrate 10. For example, it may be formed of an oxide film such as BPSG and USG. The insulating layer 11 is patterned and etched to form a contact hole 12. As in a capacitor over bit line (COB) cell, there are various active regions, bit lines, word lines, and other structures (not shown) in the semiconductor substrate 10. A polysilicon film is deposited over the structure. For example, the polysilicon film is a polysilicon film doped with phosphorus (P).

그리고 나서, 상기 폴리 실리콘막이 패턴화 되고 식각되어 도 2b에 나타난 바와 같이 도핑된 폴리 실리콘 영역(13)이 형성된다. 상기 도핑된 폴리 실리콘 영역(13)의 폭과 길이는 디자인에 따라 변하겠지만 일반적으로 0.3 내지 1 마이크론(micron)의 범위가 될 수 있다.The polysilicon film is then patterned and etched to form a doped polysilicon region 13 as shown in FIG. 2B. The width and length of the doped polysilicon region 13 will vary depending on the design but can generally be in the range of 0.3 to 1 micron.

다음, 도 1c에 나타난 바와 같이, 얇은 HSG 폴리 실리콘막(14)이 상기 구조 전면에 형성된다. 상기 HSG 폴리 실리콘막(14)은 전형적으로 비정질 실리콘/폴리 실리콘 전이 온도(transition temperature)에서 사일렌 (SiH4) 증착을 통해 증착되어 형성되며, 이에 따라 HSG 폴리 실리콘막(14) 을 갖는 스토리지 노드(15)가 형성된다. 각각의 스토리지 노드(15)를 전기적으로 격리시키기 위해서 상기 스토리지 노드(15) 양측의 상기 절연막(11) 상의 상기 HSG 폴리 실리콘막이 제거된다.Next, as shown in Fig. 1C, a thin HSG polysilicon film 14 is formed over the entire structure. The HSG polysilicon film 14 is typically formed by depositing through a siren (SiH 4 ) deposition at an amorphous silicon / polysilicon transition temperature, thus forming a storage node having the HSG polysilicon film 14. (15) is formed. The HSG polysilicon film on the insulating film 11 on both sides of the storage node 15 is removed to electrically isolate each storage node 15.

그리고 나서, 도 1d에 나타난 바와 같이, 유전막(16)이 상기 스토리지 노드 상(15)에 증착된다. 상기 유전막(16)은 옥사이드-나이트라이드-옥사이드의 3개의 층으로 형성될 수 있다.Then, as shown in FIG. 1D, a dielectric film 16 is deposited on the storage node 15. The dielectric layer 16 may be formed of three layers of oxide-nitride-oxide.

상술한 종래 방법의 문제점은 다음과 같다. HSG 폴리 실리콘막이 커패시터 스토리지 노드의 외부 표면에 형성되기 때문에, 고집적 디램의 제조에 있어서 인접한 스토리지 노드와의 간격을 최소화하는데 있어서 한계에 부딪히게 된다. 또한 HSG 성장시 시간에 따른 HSG 크기에 있어서도 역시 한계에 부딪히게 된다.The problem of the above-mentioned conventional method is as follows. Since the HSG polysilicon film is formed on the outer surface of the capacitor storage node, there is a limit in minimizing the distance between adjacent storage nodes in the manufacture of highly integrated DRAM. In addition, HSG growth also encounters limitations in terms of HSG size over time.

따라서, HSG 폴리 실리콘을 사용하여 커패시터의 표면적을 최대화시키면서 디램을 고집적화 할 수 있는 방법이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for a method of using HSG polysilicon to maximize DRAM surface area while maximizing capacitor surface area.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, HSG 폴리 실리콘막을 실리더형 커패시터의 내부와 상부 표면에 형성함으로 써, 유효 면적과 커패시턴스를 증가시킬 수 있고, 인접한 커패시터 스토리지 노드와의 거리를 최소화 할 수 있는 커패시터 및 그 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and by forming the HSG polysilicon film on the inside and the upper surface of the cylinder type capacitor, it is possible to increase the effective area and capacitance, and the distance from the adjacent capacitor storage node. The purpose is to provide a capacitor and a method of manufacturing the same that can be minimized.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 커패시터를 형성하는 방법의 공정들을 순차적으로 나타내는 단면도;그리고1A-1D are cross-sectional views sequentially illustrating the processes of a method of forming a capacitor according to the prior art; and

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 신규한 커패시터를 형성하는 방법의 공정들을 순차적으로 나타내는 단면도.2A-2G are cross-sectional views sequentially illustrating the processes of a method of forming a novel capacitor in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

30 : 반도체 기판 31 : 필드 산화막30 semiconductor substrate 31 field oxide film

32 : 게이트 산화막 33 : 게이트32: gate oxide film 33: gate

34,36 : 절연막 35 : 스토리지 콘택 플러그34,36 insulation film 35 storage contact plug

37,40 : 포토레지스트 38 : 오프닝37,40 photoresist 38 opening

41 : 스토리지 노드 42 : HSG 폴리 실리콘막41: storage node 42: HSG polysilicon film

43 : 유전막43: dielectric film

(구성 및 작용)(Configuration and action)

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 먼저, 반도체 기판 상에 형성된 제1절연막을 식각하여, 스토리지 노드 콘택 홀을 형성하는 단계; 상기 스토리지 노드 콘택 홀을 도전물질로 채워서 스토리지 노드 콘택 플러그를 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상 및 스토리지 노드 콘택 플러그 상에 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 제2절연막을 부분적으로 식각하여 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 상부 표면 및 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 양측의 상기 제1절연막의 일부분을 노출시키는 오프닝을 형성하는 단계; 상기 오프닝을 부분적으로 채우도록 상기 제2절연막 상에 폴리 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 오프닝을 완전히 채우도록 상기 폴리 실리콘막 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 오프닝 양측의 상기 폴리 실리콘막 및 상기 포토레지스트막을 상기 제2절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 평탄화 식각하여 스토리지 노드를 형성하는 단계; 상기 오프닝 내부의 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계; 상기 스토리지 노드 내부 표면 및 상부 표면 상에 HSG 폴리 실리콘을 형성하는 단계; 그리고, 상기 제1절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 스토리지 노드 양측의 상기 제2절연막을 제거하는 단계를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, first, etching the first insulating film formed on the semiconductor substrate, forming a storage node contact hole; Filling the storage node contact hole with a conductive material to form a storage node contact plug; Forming a second insulating layer on the first insulating layer and on the storage node contact plug; Partially etching the second insulating layer to form an opening that exposes an upper surface of the storage node contact plug and a portion of the first insulating layer on both sides of the storage node contact plug; Forming a polysilicon film on the second insulating film to partially fill the opening; Forming a photoresist film on the polysilicon film to completely fill the opening; Forming a storage node by planar etching the polysilicon layer and the photoresist layer on both sides of the opening until the upper surface of the second insulating layer is exposed; Removing the photoresist film inside the opening; Forming HSG polysilicon on the storage node inner surface and upper surface; And removing the second insulating layers on both sides of the storage node until the upper surface of the first insulating layer is exposed.

상기 스토리지 노드 콘택 홀을 형성하는 단계는, 상기 스토리지 노드 콘택 홀을 질화막으로 채우는 단계; 상기 질화막을 건식식각하여 상기 스토리지 노드 콘택 홀 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The forming of the storage node contact hole may include filling the storage node contact hole with a nitride film; The method may further include forming a spacer on both sides of the storage node contact hole by dry etching the nitride layer.

도 2g를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 신규한 커패시터 및 그 제조 방법은, 반도체 기판 상에 형성된 절연막이 식각되어 스토리지 노드 형성을 위한 오프닝이 형성된다. 상기 오프닝을 부분적으로 채우도록 도핑된 폴리 실리콘막이 증착된다. 스토리지 노드의 전기적 격리를 위해 상기 오프닝의 양측의 상기 도핑된 폴리 실리콘막이 제거된다. 상기 스토리지 노드의 내부 표면 및 상부 표면 상에 HSG 폴리 실리콘이 형성된다.Referring to FIG. 2G, in a novel capacitor and a method of manufacturing the same, an insulating film formed on a semiconductor substrate is etched to form an opening for forming a storage node. A doped polysilicon film is deposited to partially fill the opening. The doped polysilicon film on both sides of the opening is removed for electrical isolation of the storage node. HSG polysilicon is formed on the inner surface and top surface of the storage node.

이와 같은 반도체 장치 제조 방법에 의해서, HSG 폴리 실리콘막을 커패시터 내부에 형성함으로써, 커패시터의 유효 면적 및 커패시턴스를 증가시킬 수 있고, 바로 이웃하는 스토리지 노드와의 거리를 최소화 할 수 있다. 또한, HSG 폴리 실리콘막이 커패시터 내부에 형성된 후 절연막이 스트립 되기 때문에 HSG 폴리 실리콘막이 절연막 하부에 형성된 다른 절연막 상에 증착되어서 일어나는 인접한 스토리지 노드와 전기적 단락의 문제가 발생하지 않는다.By using the semiconductor device manufacturing method as described above, by forming the HSG polysilicon film inside the capacitor, the effective area and capacitance of the capacitor can be increased, and the distance from the immediately neighboring storage node can be minimized. In addition, since the insulating film is stripped after the HSG polysilicon film is formed inside the capacitor, there is no problem of an electrical short circuit with an adjacent storage node caused by the deposition of the HSG polysilicon film on another insulating film formed under the insulating film.

(실시예)(Example)

이하, 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2G.

도 2a를 참조하면, 반도체 기판(30) 상에 활성영역과 비활성 영역을 정의하여 필드 산화막(31)이 형성된다. 상기 반도체 기판(30)의 활성영역 상에 게이트 산화막(32)을 사이에 두고 게이트(33)가 형성된다. 이어, 상기 게이트(33) 양측의 상기 반도체 기판(30)의 활성영역 내에 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역(미도시)이 형성된다.Referring to FIG. 2A, a field oxide layer 31 is formed on the semiconductor substrate 30 by defining active regions and inactive regions. The gate 33 is formed on the active region of the semiconductor substrate 30 with the gate oxide layer 32 interposed therebetween. Subsequently, a source / drain region (not shown) is formed by implanting impurities into the active region of the semiconductor substrate 30 on both sides of the gate 33.

상기 게이트(33)를 포함하여 상기 반도체 기판(30) 상에 제1절연막(34)이 형성된다. 예컨대, BPSG, USG 등의 산화막으로 형성될 수 있다. 이어 상기 제1절연막(34) 상에 포토레지스트막(미도시)이 형성되고 상기 포토레지스트막이 잘 알려진 사진 식각 공정으로 페터닝 되어 스토리지 콘택 영역을 정의하기 위한 포토레지스트 패턴(미도시)이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 제1절연막(34)이 식각되어 상기 소오스/드레인 영역의 상부 표면을 노출시키는 스토리지 노드 콘택 홀(35a)이 형성된다. 상기 식각은 예를 들면, CF4, CHF3, 그리고 argon을 사용하는 건식식각에 의해 수행될 수 있다. 상기 아르곤은 물리적 스퍼터링(physical sputtering)으로 제공되며, 폴리머 생성을 최소화하기 위해서 사용된다.The first insulating layer 34 is formed on the semiconductor substrate 30 including the gate 33. For example, it may be formed of an oxide film such as BPSG and USG. Subsequently, a photoresist film (not shown) is formed on the first insulating layer 34, and the photoresist film is patterned by a well-known photolithography process to form a photoresist pattern (not shown) for defining a storage contact region. . The first insulating layer 34 is etched using the photoresist pattern as a mask to form a storage node contact hole 35a exposing an upper surface of the source / drain region. The etching may be performed by dry etching using, for example, CF 4 , CHF 3 , and argon. The argon is provided by physical sputtering and is used to minimize polymer production.

그리고 나서, 도전물질, 바람직하기는 도핑된 폴리 실리콘막(미도시)이 상기 스토리지 노드 콘택 홀(35a)을 완전히 채우도록 상기 제1절연막(34) 상 및 상기 스토리지 노드 콘택 홀(35a) 내부에 증착된다. 상기 도핑된 폴리 실리콘막이 잘 알려진 CMP 공정 또는 건식 에치 백(dry etch back)에 의해 평탄화 식각되어 스토리지 노드 콘택 플러그(35)가 형성된다. 상기 스토리지 노드 콘택 플러그(35)가 형성되기 전에, 상기 스토리지 노드 콘택 홀(35a)의 양측벽에, 상기 스토리지 노드 콘택 플러그(35)를 코팅하는, 질화막으로 형성된 스페이서(35b)가 형성될 수 있다. 상기 질화막 스페이서(35b)를 형성하는 단계는 상기 스토리지 노드 콘택 홀(35a)을 질화막으로 채우는 단계와 상기 질화막을 건식식각하여 스페이서(35b)를 형성하는 단계를 포함한다.Then, a conductive material, preferably a doped polysilicon layer (not shown), is formed on the first insulating layer 34 and inside the storage node contact hole 35a to completely fill the storage node contact hole 35a. Is deposited. The doped polysilicon layer is planarized by a well-known CMP process or dry etch back to form a storage node contact plug 35. Before the storage node contact plug 35 is formed, spacers 35b formed of a nitride film may be formed on both sidewalls of the storage node contact hole 35a to coat the storage node contact plug 35. . Forming the nitride layer spacer 35b may include filling the storage node contact hole 35a with a nitride layer and dry etching the nitride layer to form the spacer 35b.

상기 스토리지 노드 콘택 플러그(35)를 포함하여 상기 제1절연막(34) 상에 제2절연막(36)이 형성된다. 상기 제2절연막(36)은 도핑된 산화막 예를 들면, PSG, BSG, 도핑된 SOG 등으로 형성되며, 바람직하기는 실리콘 산화막으로 형성된다. 상기 제2절연막(36)은 원하는 커패시터의 높이에 따라 그 두께가 결정되어 진다.A second insulating layer 36 is formed on the first insulating layer 34 including the storage node contact plug 35. The second insulating layer 36 is formed of a doped oxide film, for example, PSG, BSG, doped SOG, or the like, and is preferably formed of a silicon oxide film. The thickness of the second insulating layer 36 is determined according to the height of the desired capacitor.

다음, 도 2b를 참조하면, 오프닝 영역(opening region)이 정의된 제1포토레지스트막(37)이 상기 제2절연막(36) 상에 형성된다. 그리고 나서, 도 2c에서 보는 바와 같이, 상기 제1포토레지스트막(37) 을 마스크로 사용하여 상기 제2절연막(36)이 식각되어 상기 스토리지 노드 콘택 플러그(35) 및 상기 스토리지 노드 콘택 플러그(35) 양측의 상기 제1절연막(34)의 일부분을 노출시키는 오프닝(38)이 형성된다. 상기 제1포토레지스트막(37)이 상기 제2절연막(36) 표면으로부터 제거된다.Next, referring to FIG. 2B, a first photoresist film 37 in which an opening region is defined is formed on the second insulating film 36. 2C, the second insulating layer 36 is etched using the first photoresist layer 37 as a mask to etch the storage node contact plug 35 and the storage node contact plug 35. An opening 38 exposing portions of the first insulating layer 34 on both sides is formed. The first photoresist film 37 is removed from the surface of the second insulating film 36.

다음, 도 2d에서 보는 바와 같이, 불순물이 도핑된 폴리 실리콘막(39)이 상기 구조 전면에 얇게 증착되며, 증착온도를 예를 들면 약 510℃ 내외로 조절하여 비정질(amorphous) 상태가 되도록 한다. 이때, 불순물로는 N형 불순물 예를 들면 인을 사용하며, 그 농도는 약 1.0 x 1020atoms/cm3정도이다. 상기 도핑된 폴리 실리콘막(39)은 약 1000Å 내지 2000Å 정도의 두께 범위로 증착되고, 이에 따라 폴리 실리콘 오프닝(38a)이 형성된다. 폴리 실리콘 오프닝(38a) 필링(filling) 물질 예를 들면, 제2포토레지스트막(40)이 평탄화가 가능할 정도로 상기 폴리 실리콘 오프닝(38a)의 내부 및 상기 도핑된 폴리 실리콘막(39) 상에 증착되어 상기 오프닝(38a)을 완전히 채운다. 이는 상기 오프닝(38a) 내부를 채움으로서, 스토리지 노드 상호간의 전기적 격리를 위한 스토리지 노드 양측의 상기 도핑된 폴리 실리콘막(39)을 제거하는데 있어, 상기 오프닝(38a) 내부를 보호하기 위함이다.Next, as shown in FIG. 2D, a polysilicon film 39 doped with impurities is deposited thinly on the entire surface of the structure, and the deposition temperature is controlled to, for example, about 510 ° C. to be in an amorphous state. At this time, an N-type impurity such as phosphorus is used as the impurity, and the concentration thereof is about 1.0 x 10 20 atoms / cm 3 . The doped polysilicon film 39 is deposited in a thickness range of about 1000 GPa to 2000 GPa, thereby forming a polysilicon opening 38a. Polysilicon Opening 38a Filling Material For example, the second photoresist film 40 is deposited inside the polysilicon opening 38a and onto the doped polysilicon film 39 such that planarization is possible. To completely fill the opening 38a. This is to fill the opening 38a to remove the doped polysilicon layer 39 on both sides of the storage node for electrical isolation between the storage nodes, thereby protecting the inside of the opening 38a.

그리고 나서 상기 오프닝(38a) 양측의 상기 제2포토레지스트(40)가 건식 에치 백되어 제거된다. 이후 도 2e에 나타난 바와 같이, 상기 오프닝(38a) 양측의 상기 도핑된 폴리 실리콘막(39)이 인접한 스토리지 노드와의 전기적 격리를 위해 평탄화 식각되어 실린더형 스토리지 노드(41)가 형성된다. 그리고 나서 상기 오프닝(38a) 내부에 남아 있던 상기 제2포토레지스트가 제거된다.The second photoresist 40 on both sides of the opening 38a is then dry etched back and removed. Then, as shown in FIG. 2E, the doped polysilicon layer 39 on both sides of the opening 38a is planarized and etched to electrically isolate the adjacent storage node to form the cylindrical storage node 41. Then, the second photoresist remaining inside the opening 38a is removed.

다음, 도 2f에서 보는 바와 같이, HSG 폴리 실리콘막(42)을 상기 실린더형 스토리지 노드(41) 내부 및 상부 표면에만 형성하기 위한 HSG 핵 형성 공정이 수행된다. 상기 핵형성은 종래의 LPCVD법, 플라즈마 증착법(plasma deposition) 그리고 분자 빔 증착법(molecular beam deposition) 등으로 수행된다. LPCVD법인 경우, 공정 압력은 대략 1.0 x 10-5Torr 이고, 온도는 약 530℃ 내지 540℃ 이며, 분위기 가스로는 사일렌(SiH4), 디클로로 사일렌(SiH2Cl2), Si2H6등이 사용된다. 핵 형성 공정이 완료된 후, 1.0 x 10-9내지 1.0 x 10-10의 초고진공 상태에서 어닐링 공정이 수행된다. 상기 각 단계의 공정 시간은 HSG의 크기 및 밀도를 결정하는 중요한 역할을 한다. 상기 HSG 폴리 실리콘의 평균 grain 크기는 예를 들면 약 100Å 내지 200Å 정도로 형성된다. 본 발명에서는 상기 HSG 핵이 실린더형 스토리지(41)의 내부 및 상부 표면 상에만 형성되기 때문에, 상기 HSG 핵 성장시, 성장시간에 따른 HSG 크기에 대한 제한을 극복할 수 있다.Next, as shown in FIG. 2F, an HSG nucleation process for forming the HSG polysilicon film 42 only on the inner surface and the upper surface of the cylindrical storage node 41 is performed. The nucleation is performed by conventional LPCVD, plasma deposition, molecular beam deposition, or the like. In the case of LPCVD, the process pressure is approximately 1.0 × 10 −5 Torr, the temperature is about 530 ° C. to 540 ° C., and the atmospheric gases include xylene (SiH 4 ), dichloro xylene (SiH 2 Cl 2 ), Si 2 H 6 Etc. are used. After the nucleation process is completed, the annealing process is performed in an ultrahigh vacuum state of 1.0 × 10 −9 to 1.0 × 10 −10 . The processing time of each step plays an important role in determining the size and density of the HSG. The average grain size of the HSG polysilicon is, for example, about 100 kPa to 200 kPa. In the present invention, since the HSG nuclei are formed only on the inner and upper surfaces of the cylindrical storage 41, when the HSG nucleus is grown, it is possible to overcome the limitation on the HSG size with the growth time.

다음, 상기 스토리지 노드(41) 양측의 상기 제2절연막(36)이 제거된다. 상기 제2절연막(36)의 제거는 HF 에치에 의해 수행될 수 있다. 본 발명에서는, 상기 제2절연막(36)이 상기 HSG 폴리 실리콘막(42)이 형성된 후 제거되기 때문에, 상기 HSG 폴리 실리콘막(42)이 상기 제1절연막(34) 상에 증착될 가능성은 없으며, 따라서 스토리지 노드 사이의 단락 문제가 발생하지 않는다.Next, the second insulating layer 36 on both sides of the storage node 41 is removed. Removal of the second insulating layer 36 may be performed by HF etching. In the present invention, since the second insulating film 36 is removed after the HSG polysilicon film 42 is formed, there is no possibility that the HSG polysilicon film 42 is deposited on the first insulating film 34. Therefore, short circuit problem between storage nodes does not occur.

그리고 나서, 도 2g에 나타난 바와 같이, 유전막(43)이 상기 스토리지 노드(41)를 포함하여 상기 제1절연막(34) 상에 형성된다.Then, as shown in FIG. 2G, a dielectric film 43 is formed on the first insulating film 34 including the storage node 41.

상술한 본 발명의 커패시터 및 그 제조 방법에 의하면, 도 2g에 나타난 바와 같이, 커패시터가 실린더형으로 형성되어 커패시터의 표면적이 증가하고 이에 따라 커패시턴스 또한 증가한다. 또한 HSG 폴리 실리콘이 실린더 내부 및 상부 표면에 형성되어 커패시터 표면적을 더욱더 증가시켰으며, 고집적도 메모리 셀 제조에 있어서 가능한 한 인접한 스토리지 노드와의 간격을 최소화 할 수 있다.According to the above-described capacitor of the present invention and a method of manufacturing the same, as shown in FIG. 2G, the capacitor is formed in a cylindrical shape so that the surface area of the capacitor increases and thus the capacitance also increases. In addition, HSG polysilicon is formed on the inside and top surfaces of the cylinder to further increase the capacitor surface area, minimizing the distance between adjacent storage nodes as much as possible in the fabrication of high density memory cells.

또한, 상술한 본 발명의 커패시터 및 그 제조 방법에 의하면, 도 2e 및 도 2f에 나타난 바와 같이, 상기 제 2 산화막(36)이 상기 HSG 폴리 실리콘막(42)이 커패시터 내부에 완전히 형성된 다음 스트립 된다. 따라서, 상기 HSG 폴리 실리콘막(42)이 상기 제1절연막(34) 상에 증착되는 문제는 발생하지 않으며, 스토리지 노드 사이의 전기적 격리 특성이 좋게된다.In addition, according to the above-described capacitor of the present invention and a manufacturing method thereof, as shown in FIGS. 2E and 2F, the second oxide film 36 is formed after the HSG polysilicon film 42 is completely formed inside the capacitor and then stripped. . Accordingly, the problem that the HSG polysilicon layer 42 is deposited on the first insulating layer 34 does not occur, and electrical isolation between storage nodes is improved.

종래의 커패시터 제조 방법은 HSG 폴리 실리콘이 커패시터의 외부에도 형성되어 인접한 커패시터의 HSG 폴리 실리콘과 서로 붙는 문제로 인해 HSG 폴리 실리콘 크기에 제한이 있는 문제점 및 이에 따른 인접한 커패시터와의 간격 또한 제한이 있어, 유효면적의 증대에 한계가 있었다. 이를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 실린더형 커패시터 스토리지 노드를 형성하고 HSG 폴리 실리콘을 실린더 내부 및 상부 표면에만 형성함으로 써, HSG 폴리 실리콘 크기의 제한을 극복할 수 있고 커패시터 유효면적을 최대화 할 수 있으며, 인접한 토리지 노드와의 간격 또한 최소화 할 수 있어 반도체 장치의 고집적화에 유리한 효과가 있다.The conventional capacitor manufacturing method has a problem that the HSG polysilicon is formed on the outside of the capacitor, and the HSG polysilicon size of the adjacent capacitor is limited to each other due to the problem that the HSG polysilicon is attached to each other, and thus the spacing between adjacent capacitors is limited. There was a limit to the increase of the effective area. According to the present invention to solve this problem, by forming a cylindrical capacitor storage node and forming HSG polysilicon only on the inner and upper surfaces of the cylinder, it is possible to overcome the limitation of HSG polysilicon size and maximize the capacitor effective area. In addition, the spacing between adjacent storage nodes can be minimized, which is advantageous for high integration of semiconductor devices.

Claims (6)

반도체 기판 상에 형성된 제1절연막을 식각하여, 스토리지 노드 콘택 홀을 형성하는 단계;Etching the first insulating layer formed on the semiconductor substrate to form a storage node contact hole; 상기 스토리지 노드 콘택 홀을 도전물질로 채워서 스토리지 노드 콘택 플러그를 형성하는 단계;Filling the storage node contact hole with a conductive material to form a storage node contact plug; 상기 제1절연막 상 및 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 상에 제2절연막을 형성하는 단계;Forming a second insulating layer on the first insulating layer and on the storage node contact plug; 상기 제2절연막을 부분적으로 식각하여 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 상부 표면 및 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 양측의 상기 제1절연막의 일부분을 노출시키는 오프닝을 형성하는 단계;Partially etching the second insulating layer to form an opening that exposes an upper surface of the storage node contact plug and a portion of the first insulating layer on both sides of the storage node contact plug; 상기 오프닝을 부분적으로 채우도록 상기 제2절연막 상에 폴리 실리콘막을 형성하는 단계;Forming a polysilicon film on the second insulating film to partially fill the opening; 상기 오프닝을 완전히 채우도록 상기 폴리 실리콘막 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;Forming a photoresist film on the polysilicon film to completely fill the opening; 상기 오프닝 양측의 상기 폴리 실리콘막 및 상기 포토레지스트막을 상기 제2절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 평탄화 식각하여 스토리지 노드를 형성하는 단계;Forming a storage node by planar etching the polysilicon layer and the photoresist layer on both sides of the opening until the upper surface of the second insulating layer is exposed; 상기 오프닝 내부의 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계;Removing the photoresist film inside the opening; 상기 스토리지 노드 내부 표면 및 상부 표면 상에 HSG 폴리 실리콘을 형성하는 단계; 및Forming HSG polysilicon on the storage node inner surface and upper surface; And 상기 제1절연막의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 스토리지 노드 양측의 상기 제2절연막을 제거하는 단계를 포함하는 커패시터 제조 방법.Removing the second insulating layer on both sides of the storage node until the upper surface of the first insulating layer is exposed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리 실리콘막은, 1000Å 내지 2000Å 의 두께 범위를 갖도록 형성되는 커패시터 제조 방법.The polysilicon film is a capacitor manufacturing method is formed to have a thickness range of 1000kW to 2000kW. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 평탄화 식각은 에치 백 공정에 의해 수행되는 커패시터 제조 방법.And the planarization etching is performed by an etch back process. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스토리지 노드 콘택 홀을 형성하는 단계는,The forming of the storage node contact hole may include: 상기 스토리지 노드 콘택 홀을 질화막으로 채우는 단계; 그리고Filling the storage node contact hole with a nitride film; And 상기 질화막을 건식식각하여 스토리지 콘택 홀 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 더 포함하는 커패시터 제조 방법.And dry etching the nitride layer to form spacers on both side walls of the storage contact hole. 반도체 기판 상에 형성된 절연막을 뚫고 상기 반도체 기판의 활성영역과 전기적으로 연결되도록 형성된 스토리지 노드 콘택 플러그와;A storage node contact plug formed through the insulating layer formed on the semiconductor substrate and electrically connected to an active region of the semiconductor substrate; 상기 절연막과 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 사이에 형성되어, 상기 스토리지 노드 콘택 플러그를 감싸는 스페이서와;A spacer formed between the insulating layer and the storage node contact plug and surrounding the storage node contact plug; 상기 스토리지 노드 콘택 플러그와 전기적으로 연결되도록 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 양측의 상기 절연막을 일부를 포함하여, 상기 스토리지 노드 콘택 플러그 및 상기 스페이서 상에 형성된 실린더형 폴리 실리콘막; 및,A cylindrical polysilicon layer formed on the storage node contact plug and the spacer, including a portion of the insulating layer on both sides of the storage node contact plug to be electrically connected to the storage node contact plug; And, 상기 실린더형 폴리 실리콘막 내부 및 상부 표면 상에 형성된 HSG 폴리 실리콘막을 포함하는 커패시터 스토리지 노드.And a HSG polysilicon film formed on and in the cylindrical polysilicon film. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 스토리지 노드 콘택 플러그는, 폴리 실리콘막으로 형성되는 커패시터 스토리지 노드The storage node contact plug is a capacitor storage node formed of a polysilicon layer.
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