KR100299513B1 - 반도체 메모리 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고집적화에 따른 내부 실린더형 스토리지 전극의 형성시 실린더 저부의 손상을 방지하면서 평평한 실린더 프로파일을 얻을 수 있는 반도체 메모리 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라, 반도체 기판 상에 제 1 절연막을 형성하고, 제 1 절연막을 기판의 일부가 노출되도록 식각하여 캐패시터용 콘택홀을 형성한다. 그런 다음, 콘택홀 표면 및 제 1 절연막 상부에 스토리지 전극용 도전막을 형성하고, 도전막이 형성된 콘택홀에만 매립되도록 감광막을 형성한 후, 감광막 상부 및 도전막 상부에 콘택홀을 완전히 매립하도록 제 2 절연막을 형성한다. 그리고 나서, 제 2 절연막 및 도전막을 제 1 절연막이 노출되도록 전면 식각하여 스토리지 전극을 형성하고, 제 1 및 제 2 절연막과 감광막을 제거한다.
Description
본 발명은 반도체 메모리 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 메모리 소자의 내부 실린더형 스토리지 전극 형성방법에 관한 것이다.
메모리 소자의 집적도가 증가됨에 따라, 셀면적 및 셀 사이의 간격은 축소되는 반면, 캐패시터는 일정용량을 보유해야 하기 때문에, 좁은 면적에 큰 용량을 가지는 캐패시터가 요구된다.
최근 256메가 디램(Dynamic Random Access Memory; DRAM)급 이상의 메모리 소자에서는 캐패시터의 용량을 확보하기 위하여, 내부 실린더형 스토리지 전극(inner cyliner type stroage electrode)이 적용되고 있다.
도 1a 내지 도 1c는 상기한 내부 실린더형 스토리지 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 제 1 절연막(11)을 형성하고, 제 1 절연막(11)을 기판(10)의 일부가 노출되도록 식각하여 캐패시터용 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀 표면 및 제 1 절연막(11) 상부에 스토리지 전극용 도전막(12)을 형성한다. 그런 다음, 도전막(12)이 형성된 콘택홀에 매립되도록 도전막(12) 상부에 제 2 절연막(13)을 형성하고, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 2 절연막(13) 및도전막(12)을 제 1 절연막(11)의 표면이 노출되도록 순차적으로 전면 식각하여 도전막(12)을 분리시켜 내부 실린더형 스토리지 전극(12A, 12B)을 형성한다.
그리고 나서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 절연막(11, 13)을 습식식각으로 제거한다. 이때, 제 1 및 제 2 절연막(11, 13)의 식각 선택비를 조절하여, 실린더 외부의 제 1 절연막(11)을 소정의 높이만큼 남길 수 있다.
한편, 고집적화에 따라 상기한 스토리지 전극이 차지하는 영역의 면적은 감소되는데 반하여, 캐패시터 용량 확보에 따른 높이는 높아지기 때문에, 실린더의 어스펙트비가 증가된다. 이에 따라, 실린더 내부를 채우는 제 2 절연막(13)의 매립특성이 저하되어, 도 2에 나타낸 바와 같이 제 2 절연막(13)에 보이드(V)가 발생된다. 또한, 이러한 보이드(V)는 이후 제 2 절연막(13)의 전면식각시 실린더 내부를보호하지 못하여, 도 3의 A에 나타낸 바와 같이, 실린더 저부가 손상되는 문제가 발생된다.
상기한 문제를 해결하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 절연막(13) 대신에 감광막(50)을 실린더 내부에만 선택적으로 매립하는 방법이 제시되었다. 그러나, 감광막(50)은 실린더 높이보다 낮게 형성되고 실린더 높이만큼 높이를 조절하여 형성하기가 어렵기 때문에, 도전막의 전면식각후 도 5의 B에 도시된 바와 같이, 실린더의 프로파일이 평평하지 않고 스페이서 형상을 갖게 된다. 또한, 이러한 스페이서 형상의 실린더는 이후 전계집중을 야기시켜 유전체막의 파괴를 유발할 뿐만 아니라, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 표면적 증대를 위하여 상기한 스페이서 형상의 실린더형 스토리지 전극에 반구형 그레인 (HSG; Hemi-Spherical Grain)을 형성하게 되면 불안정하게 되여, 예컨대 HSG가 쉽게 떨어져서 스토리지 전극 사이에 브리지를 유발할 확률이 높아지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고집적화에 따른 내부 실린더형 스토리지 전극의 형성시 실린더 저부의 손상을 방지하면서 평평한 실린더 프로파일을 얻을 수 있는 반도체 메모리 소자의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 반도체 메모리 소자의 내부 실린더형 스토리지 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2 및 도 3은 종래의 절연막에 발생된 보이드 및 실린더 저부 손상을 나타낸 단면도.
도 4 및 도 5는 종래의 감광막을 이용하여 실린더 내부를 채운 후의 단면도 및 실린더 형상을 나타낸 단면도.
도 6a 및 도 6b는 종래의 도 5에 나타낸 실린더 형상에 HSG를 적용한 경우를 나타낸 단면도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 내부 실린더형 스토리지 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 실린더형 스토리지 전극을 나타낸 단면도.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 스토리지 전극에 HSG막을 적용한 경우를 나타낸 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
70 : 반도체 기판 71 : 제 1 절연막
72 : 도전막 72A, 72B : 스토리지 전극
73 : 감광막 74 : 제 2 절연막
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라, 반도체 기판 상에 제 1 절연막을 형성하고, 제 1 절연막을 기판의 일부가 노출되도록 식각하여 캐패시터용 콘택홀을 형성한다. 그런 다음, 콘택홀 표면 및 제 1 절연막 상부에 스토리지 전극용 도전막을 형성하고, 도전막이 형성된 콘택홀에만 매립되도록 감광막을 형성한 후, 감광막 상부 및 도전막 상부에 콘택홀을 완전히 매립하도록 제 2 절연막을 형성한다. 그리고 나서, 제 2 절연막 및 도전막을 제 1 절연막이 노출되도록 전면 식각하여 스토리지 전극을 형성하고, 제 1 및 제 2 절연막과 감광막을 제거한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 내부 실린더형 스토리지 전극 형성방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a를 참조하면, 반도체 기판(70) 상에 제 1 절연막(71)을 형성하고, 제 1절연막(71)을 기판(70)의 일부가 노출되도록 식각하여 캐패시터용 콘택홀을 형성한다. 여기서, 제 1 절연막(71)은 BPSG막, PSG막 또는 O3-TEOS막으로 형성한다. 그런 다음, 상기 콘택홀 표면 및 제 1 절연막(71) 상부에 스토리지 전극용 도전막(72)을 형성한다. 여기서, 도전막(72)은 불순물이 주입된 막으로서, 먼저 도핑되지 않은 도전막을 증착한 후 불순물을 이온주입 또는 확산방법으로 일정 두께만큼 주입하여 형성한다. 이때, 불순물로서 As과 P가 사용된다.
그런 다음, 도전막(22)이 형성된 콘택홀에 매립되도록 감광막(73)을 도포하고 선택적으로 광을 조사한 후 현상하여 콘택홀에만 남도록 일부 제거한 후 감광막(73)을 경화시킨다. 여기서, 감광막(73)은 용해억제형 I-라인 감광막이나 화학증폭형 DUV 감광막으로 형성한다. 또한, 감광막(73)의 경화는 100 내지 200℃의 온도범위에서 순차적으로 온도를 조절하여, 바람직하게 100℃, 150℃, 200℃로 조절하여 진행한다.
이때, 도 7a에 도시된 바와 같이, 감광막(73)이 콘택홀의 높이보다 낮게 형성되어 콘택홀 하부에만 매립된다. 그리고 나서, 콘택홀 상부를 완전히 매립하도록 기판 전면에 제 2 절연막(74)을 형성한다. 여기서, 제 2 절연막(74)은 BPSG막, PSG막 또는 O3-TEOS막을 이용하여 플라즈마 보조 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)으로 300 내지 450℃의 온도에서 형성한다. 이때, 콘택홀 하부에 매립된 감광막(73)에 의해, 콘택홀의 높은 어스펙트비가 완화되어, 제 2 절연막(74)의 매립특성이 향상되므로 보이드 발생확률이 크게 감소된다.
그런 다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 제 2 절연막(74)을 도전막(72)의 표면이 노출되도록 전면식각하고, 이어서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 제 1 절연막(71)의 표면이 노출되도록 도전막(72)을 전면 식각하여 내부 실린더형 스토리지 전극(72A, 72B)을 형성한다.
즉, 도 8a 및 도 8b는 식각후 형성된 스토리지 전극(72A, 72B)를 나타낸 단면도로서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 보이드 및 실린더 저부의 손상이 발생되지 않는다. 예컨대, 제 2 절연막(74)에 보이드가 발생되더라도 하부의 감광막(73)에 의해 실린더 저부가 완전히 덮혀지기 때문에 식각에 따른 실린더 저부의 손상이 방지된다. 또한, 감광막(73)에 의해 채워지지 않은 실린더 상부가 제 2 절연막(74)에 의해 완전히 채워진 상태에서 식각이 진행되기 때문에, 프로파일이 평평한 실린더형 스토리지 전극(72A, 72B)을 얻을 수 있다.
그리고 나서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 절연막(71, 74)을 HF나 BOE를 이용한 습식식각으로 제거하고 감광막(73)을 제거한다. 이때, 제 1 및 제 2 절연막(71, 74)의 습식식각 선택비를 제 2 절연막(74)이 빠르도록 조절하여, 실린더 외부의 제 1 절연막(71)을 소정의 높이만큼 남긴다.
또한, 표면적 증대를 위하여 상기한 스토리지 전극(72A, 72B) 표면에 HSG를 형성하게 되면, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 반구형 그레인 (HSG; Hemi-Spherical Grain)을 형성하더라도 안정적으로 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 종래와 같은 전극 사이의 브리지 문제가 발생되지 않는다.
상기한 본 발명에 의하면, 고집적화에 따른 높은 어스펙트비의 실린더를 감광막 및 절연막으로 완전히 채운 후 실린더 형성을 위한 식각을 진행하기 때문에, 보이드 발생이 최소화되고, 보이드가 발생되더라도 식각시 실린더 저부의 손상이 발생되지 않는다. 또한, 평평한 프로파일의 실린더형 스토리지 전극을 얻을 수 있기 때문에, 표면적 증대를 위한 HSG를 브리지 발생없이 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
Claims (7)
- 반도체 기판 상에 제 1 절연막을 형성하는 단계;상기 제 1 절연막을 상기 기판의 일부가 노출되도록 식각하여 캐패시터용 콘택홀을 형성하는 단계;상기 콘택홀 표면 및 상기 제 1 절연막 상부에 스토리지 전극용 도전막을 형성하는 단계;상기 도전막이 형성된 콘택홀에만 매립되도록 감광막을 형성하는 단계;상기 감광막 상부 및 도전막 상부에 상기 콘택홀을 완전히 매립하도록 제 2 절연막을 형성하는 단계;상기 제 2 절연막 및 도전막을 상기 제 1 절연막이 노출되도록 전면 식각하여 스토리지 전극을 형성하는 단계; 및상기 제 1 및 제 2 절연막과 상기 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 감광막을 형성하는 단계는상기 도전막이 형성된 콘택홀에 매립되도록 감광막을 도포하는 단계;상기 감광막에 선택적으로 광을 조사한 후 현상하여 상기 콘택홀에만 매립되도로록 감광막의 일부를 제거하는 단계; 및상기 감광막을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리소자의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 감광막은 용해억제형 I-라인 감광막이나 화학증폭형 DUV 감광막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 제조방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 감광막의 경화는 100 내지 200℃의 온도범위에서 순차적으로 온도를 조절하여 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 절연막은 BPSG막, PSG막 또는 O3-TEOS막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 절연막은 플라즈마 보조 화학기상증착으로 300 내지 450℃의 온도에서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 절연막은 HF나 BOE를 이용한 습식식각으로 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 제조방법.
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- 2000-06-20 US US09/597,601 patent/US6383867B1/en not_active Expired - Fee Related
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| US6383867B1 (en) | 2002-05-07 |
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