KR100429569B1 - 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법 - Google Patents

반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐패시터 형성을 위한 콘택홀 형성시 포토리소그라피 공정마진을 충분히 확보하여 하부전극 사이의 브리지 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 일정 간격으로 배치된 다수의 스토리지노드 콘택이 형성된 반도체 기판 상에 희생산화막을 형성하는 단계; 상기 희생산화막을 선택 식각하여 상기 스토리지노드 콘택을 교번적으로 노출/차폐시키는 체스판 형상의 희생산화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생산화막 패턴 측벽에 절연막을 형성하는 단계; 상기 희생산화막 패턴을 제거하여 캐패시터 형성영역을 디파인하는 단계; 상기 캐패시터 형성영역이 디파인된 전체 구조 표면을 따라 하부전극용 도전막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막 상부의 상기 하부전극용 도전막을 제거하여 단위 캐패시터별로 분리된 하부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법이 제공된다.

Description

반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CAPACITOR FOR SEMICONDUCTOR MEMORY DEVICE}
본 발명은 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 특히 캐패시터용 콘택홀 형성시 충분한 공정마진을 확보할 수 있는 반도체 메모리 소자의 캐피시터 제조방법에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자의 고집적화에 따라 캐패시터의 하부전극인 스토리지 노드전극의 형상을 대부분 실린더형(cylinder type)으로 형성하고 있다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c는 종래의 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도로서, 도 2a는 도 1의 C-C' 선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 층간절연막(11)을 형성하고, 기판(10)의 일부가 노출되도록 층간절연막(11)을 식각하여 플러그용 콘택홀을 형성한다. 그 다음, 상기 콘택홀에 매립되도록 층간절연막(11) 상에 도전막을 증착하고 전면식각하여 플러그(12)를 형성한다. 여기서, 플러그(12)의 스토리지노드 콘택으로서 작용한다. 그 후, 기판 전면 상에 캐패시터 형성을 위한 산화막(13)을 형성하고, 산화막(13) 상부에 포토리소그라피 공정으로 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 그 다음, 이 포토레지스트 패턴을 식각마스크로하여 플러그(12) 및 이 플러그(12)의 주변영역이 일부 노출되도록 산화막(13)을 식각하여 캐패시터 형성영역(14)을 디파인한다. 그 후, 공지된 방법으로 포토레지스트 패턴을 제거한다.
도 2b를 참조하면, 전체 구조 표면을 따라 하부전극용 도전막(15)을 증착한다. 도 2c를 참조하면, 이후 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정시 사용되는 슬러리(slurry)나 기타 오염물 등의 잔류를 방지하기 위하여, 도전막(15)이 형성된 캐패시터 형성영역(14)에 매립용 물질막(미도시)을 매립하고, 이 매립용 물질막 및 도전막(15)을 CMP 공정으로 평탄화하여 도전막(15)을 분리시킴으로써 실린더형 하부전극(15A)을 형성한다. 이때, CMP 공정을 대신하여 에치백(etch back) 공정을 수행할 수도 있다. 그 다음, 잔류하는 매립용 물질막을 제거하고, 도시되지는 않았지만, 하부전극(15A) 상에 유전막 및 상부전극을 형성하여 캐패시터를 완성한다.
그러나, 소자의 고집적화가 점점 더 가속화되면서 디자인룰이 급격하게 감소됨에 따라, 포토리소그라피(photolithography) 장비의 해상도(Resolution) 한계와 오정렬(misalignment) 등의 문제로 인하여 공정 마진을 확보하는 것이 매우 어렵게 되었고, 임계치수(Critical Dimension; CD) 균일도(uniformity)도 악화되어 후속 식각공정이나 증착공정 등에 악영향을 미치게 된다. 이에 따라, 상술한 캐패시터용 제 2 콘택홀(14) 형성시 X 축 및 Y축의 CD가 독립적으로 변하여 콘택홀 사이의 브리지(bridge) 발생 가능성이 높아진다. 또한, 캐패시터 용량을 증가시키기 위하여 제 2 콘택홀(14)을 깊게 형성함에 따라 예컨대, 산화막(13)을 약 15000Å 정도까지 식각해야 하는데, 이때 식각마스크로서 사용되는 포토레지스트 패턴의 변형으로 인하여 식각면, 즉 제 2 콘택홀(14) 면에 경사(slope)가 발생되어 콘택홀 사이의 브리지 발생 가능성은 더욱더 심해질 뿐만 아니라 후속 하부전극용 도전막(15)의 증착불량을 유발하게 된다. 그 결과, 하부전극(15A) 사이의 브리지가 유발되어 단일비트 패일(single bit fail) 및 이중비트 패일(dual bit fail) 등이 발생됨으로써 소자의 신뢰성이 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 캐패시터 형성을 위한 콘택홀 형성시 포토리소그라피 공정마진을 충분히 확보하여 하부전극 사이의 브리지 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c는 종래의 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도로서,
도 2a는 도 1의 C-C'선에 따른 단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 평면도 및 단면도로서,
도 3 내지 도 5에서, (a)는 평면도이고, (b)는 (a)의 B-B' 선에 따른 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 반도체 기판 21 : 층간절연막
22 : 플러그 23 : 산화막 패턴
24 : 절연막 25 : 콘택홀
26 : 하부전극
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 일정 간격으로 배치된 다수의 스토리지노드 콘택이 형성된 반도체 기판 상에 희생산화막을 형성하는 단계; 상기 희생산화막을 선택 식각하여 상기 스토리지노드 콘택을 교번적으로 노출/차폐시키는 체스판 형상의 희생산화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생산화막 패턴 측벽에 절연막을 형성하는 단계; 상기 희생산화막 패턴을 제거하여 캐패시터 형성영역을 디파인하는 단계; 상기 캐패시터 형성영역이 디파인된 전체 구조 표면을 따라 하부전극용 도전막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막 상부의 상기 하부전극용 도전막을 제거하여 단위 캐패시터별로 분리된 하부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3 내지 도 5에서, (a)는 평면도이고, (b)는 (a)의 B-B' 선에 따른 단면도이다.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(20) 상에 층간절연막(21)을 형성하고, 기판(20)의 일부가 노출되도록 층간절연막(21)을 식각하여 플러그용 콘택홀을 형성한다. 그 다음, 상기 콘택홀에 매립되도록 층간절연막(21) 상에 플러그용 도전막을 증착하고 전면식각하여 플러그(22)를 형성한다. 여기서, 플러그(22)는 스토리지노드 콘택으로서 작용한다. 그 후, 기판 전면 상에 캐패시터 형성을 위한 산화막을 형성하고, 산화막 상부에 포토리소그라피 공정으로 예컨대 체스(chess)판 형상의 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이때, 포토리소그라피를 종래보다 2배정도 증가된 피치로 수행함으로써 충분한 공정마진을 확보할 수 있다. 예컨대, 레이레이식(Rayleigh's equation)에 의한 공정관련 상수 k(= RNA/λ; R은 해상도, λ는 광파장, NA는 노광 장비의 렌즈 개구수)의 관점에서 설명하면, 종래에는 k 값이 0.37 정도인데 비해 피치를 2배정도 증가시킴으로써 본 발명에서는 k값이 0.73 정도로 되어 공정난이도가 현저하게 경감될 수 있다. 그리고 나서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 산화막을 식각하여 플러그(22) 및 그 주변영역을 교번적으로 노출/차폐시키는 체스판 형상(도 3의 (b) 참조)의 산화막 패턴(23)을 형성한다. 그 다음, 공지된 방법으로 포토레지스트 패턴을 제거한다.
도 4를 참조하면, 전체 구조 표면을 따라 Si-N 화합물이나 Si-O 화합물을 포함하는 절연막(24)을 형성하고, 비등방성 전면식각(플러그(22) 및 산화막 패턴(23) 표면이 노출되도록 절연막(24)을 건식식각을 수행함)을 통해 산화막 패턴(23)의 측벽에만 절연막(24)이 잔류하도록 한 다음, 산화막 패턴(23)을 선택적으로 제거하여 캐패시터 형성영역(25)을 디파인한다. 이때, 잔류하는 절연막(24)이 플러그(22)를 포함하는 격자 형태를 나타내고 있으며, 종래와 달리 캐패시터 형성영역(25)이 사각형상으로 형성됨에 따라 콘택홀의 X축 및 Y축의 독립적 변동이 억제될 수 있고, 이에 따라 캐패시터 간의 브리지 발생 가능성도 저하된다.
도 5를 참조하면, 전체 구조 표면을 따라 하부전극용 도전막을 증착하고, 추속 CMP 공정시 사용되는 슬러리나 기타 오염물 등의 잔류를 방지하기 위하여, 도전막(15)이 형성된 캐패시터 형성영역(25)에 매립용 물질막(미도시)을 매립한다. 여기서, 매립용 물질막은 완충 및 보호재로 작용할 수 있도록 포토레지스트막으로 형성한다. 그 다음, 이 매립용 물질막 및 도전막을 CMP 공정으로 평탄화하여 도전막을 분리시켜 실린더형 하부전극(26)을 형성한다. 이때, CMP 공정을 대신하여 에치백 공정을 수행할 수도 있다. 그 후, 상기 매립용 물질막을 제거하고, 도시되지는 않았지만, 하부전극(26) 상에 유전막 및 상부전극을 형성하여 캐패시터 형성 공정을 완료한다.
상기 실시예에 의하면, 캐패시터 형성영역을 디파인하기 위한 포토리소그라피 공정을 종래보다 2배 정도 증가된 피치로 수행함에 따라 충분한 공정마진을 확보할 수 있으므로, 해상도 한계 및 오정렬 등의 문제로부터 자유로워질 수 있을 뿐만 아니라, CD 변동으로 인한 브리지 발생을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 캐패시터 사이의 절연공간을 종래보다 현저하게 감소시킴에 따라 하부전극의 표면적이 증가되므로, 콘택홀 깊이를 깊게 형성할 필요 없이, 고집적화에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있으므로, 종래의 식각 타겟 증가에 의한 패턴 경사에 의한 브리지 발생도 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은 캐패시터 형성영역을 디파인하기 위한 포토리소그라피 공정마진을 충분히 확보함으로써 하부전극 사이의 브리지 발생을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고집적화에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 용이하게 확보할 수 있다.

Claims (5)

  1. 일정 간격으로 배치된 다수의 스토리지노드 콘택이 형성된 반도체 기판 상에 희생산화막을 형성하는 단계;
    상기 희생산화막을 선택 식각하여 상기 스토리지노드 콘택을 교번적으로 노출/차폐시키는 체스판 형상의 희생산화막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 희생산화막 패턴 측벽에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 희생산화막 패턴을 제거하여 캐패시터 형성영역을 디파인하는 단계;
    상기 캐패시터 형성영역이 디파인된 전체 구조 표면을 따라 하부전극용 도전막을 형성하는 단계; 및
    상기 절연막 상부의 상기 하부전극용 도전막을 제거하여 단위 캐패시터별로 분리된 하부전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 희생산화막 패턴 측벽에 절연막을 형성하는 단계는,
    상기 희생산화막 패턴이 형성된 전체구조 표면을 따라 절연막을 증착하는 단계와,
    상기 희생산화막 패턴의 상부 및 상기 스토리지노드 콘택이 노출되도록 상기 절연막을 비등방성 전면식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 절연막은 Si-N 화합물 또는 Si-O 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연막 상부의 상기 하부전극용 도전막을 제거하기 위하여 CMP 공정 또는 에치백 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법.
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