KR100465856B1 - Capacitor Manufacturing Method of Semiconductor Memory Device - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 분야1. Fields to which the invention described in the claims belong
반도체 메모리소자 제조.Semiconductor memory device manufacturing.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
커패시터 스토리지노드 패턴의 측벽이 아무런 보호막없이 노출되어 건식식각시 손상됨으로써 전하저장 능력이 감소되어 소자의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제를 해결하기 위함.To solve the problem that the sidewall of the capacitor storage node pattern is exposed without any protection and is damaged during dry etching, thereby reducing the charge storage capacity and reducing the reliability of the device.
3. 발명의 해결방법의 요지3. Summary of Solution to Invention
절연막 스페이서를 이용하여 전하저장전극 측벽의 손상을 방지할 수 있도록 함.The insulation spacer can be used to prevent damage to the sidewalls of the charge storage electrodes.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 메모리 소자의 제조에 이용됨.Used in the manufacture of semiconductor memory devices.
Description
본 발명은 반도체 메모리장치의 커패시터 제조방법에 관한 것으로, 특히 HSG(hemispherical grain)을 이용한 미로형(maze) 커패시터의 전하저장전극 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of forming a charge storage electrode of a maze capacitor using HSG (hemispherical grain).
종래기술에 의한 HSG를 이용한 커패시터 형성방법을 도 1A 내지 도 1D를 참조하여 설명하면 다음과 같다.A capacitor forming method using the HSG according to the prior art will be described with reference to FIGS. 1A to 1D.
먼저, 도 1A와 같이 실리콘기판(1)의 소정의 커패시터 하부구조(도시하지 않음) 형성공정을 실시한 후, 기판 전면에 절연막(2)을 형성하고 이를 선택적으로 식각하여 콘택홀을 형성한다. 이어서 상기 콘택홀을 포함한 절연막(2) 전면에 커패시터의 전하저장전극 형성을 위한 제1도전층(3)으로서, 예컨대 다결정실리콘을 소정두께로 증착한 후, 그위에 다결정실리콘의 식각장벽으로 사용될 산화막(4)을 소정두께로 형성한다. 이어서 상기 산화막(4)상에 감광막을 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 소정의 커패시터 스토리지노드 패턴(5)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, after forming a predetermined capacitor underlayer (not shown) of the silicon substrate 1, an insulating film 2 is formed on the entire surface of the substrate and selectively etched to form a contact hole. Subsequently, as a first conductive layer 3 for forming a charge storage electrode of a capacitor on the entire surface of the insulating film 2 including the contact hole, for example, polycrystalline silicon is deposited to a predetermined thickness, and then an oxide film to be used as an etch barrier of the polycrystalline silicon thereon. (4) is formed to a predetermined thickness. Subsequently, a photoresist film is coated on the oxide film 4 and then selectively exposed and developed to form a predetermined capacitor storage node pattern 5.
다음에 도 1B와 같이 상기 감광막패턴(5)을 마스크로 이용하여 상기 산화막(4)과 다결정실리콘층(3)을 차례로 건식식각한 후, 감광막패턴을 제거한다. 이어서 HSG(6)를 소정두께로 증착한다.Next, as shown in FIG. 1B, the oxide film 4 and the polysilicon layer 3 are sequentially dry-etched using the photoresist pattern 5 as a mask, and then the photoresist pattern is removed. Subsequently, the HSG 6 is deposited to a predetermined thickness.
다음에 도 1C와 같이 상기 산화막(4)을 전면 건식식각하여 HSG형태에 따라 디파인(define)되도록 한다. 건식식각에 의해 상기 산화막(4)을 식각한 후, 다결정실리콘 식각조건으로 공정조건을 변화시켜 상기 산화막(4)의 사이사이로 드러난 다결정실리콘층(3)을 원하는 깊이만큼 비등방성 식각하여 도 1D와 같이 스토리지노드(3A)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the oxide film 4 is completely dry-etched to be defined according to the HSG type. After etching the oxide film 4 by dry etching, the process conditions are changed to polycrystalline silicon etching conditions to anisotropically etch the polysilicon layer 3 exposed between the oxide films 4 to a desired depth. Similarly, the storage node 3A is formed.
상기한 종래 기술에서는 다결정실리콘의 식각조건으로 건식식각시 산화막의 사이사이로 드러난 다결정실리콘층(3)을 원하는 깊이만큼 식각하기 위해서는 충분한 식각 타겟(target)을 필요로 하는바, 이 공정에서 이미 형성된 스토리지노드 패턴의 측벽이 아무런 보호막없이 노출되어 건식식각시의 플라즈마내의 여러각도에서 입사되는 전하를 띤 이온과 래디컬(radical)에 너무 많이 노출되어 도 1D에 도시된 바와 같이 원하는 높이의 스토리지노드 패턴이 형성되지 않는다. 이로 인해 커패시터의 전하저장 능력이 감소되어 소자의 신뢰성을 떨어뜨릴 뿐 아니라, 심한 경우에는 소자의 기능에 치명적인 타격을 주게 된다.In the above-described prior art, a sufficient etching target is required to etch the polysilicon layer 3 exposed between the oxide layers during dry etching to a desired depth by etching conditions of the polysilicon, and thus the storage already formed in this process The sidewalls of the node patterns are exposed without any protective layer and are exposed to too many charged ions and radicals incident at various angles in the plasma during dry etching to form a storage node pattern of a desired height as shown in FIG. 1D. It doesn't work. This not only reduces the capacitor's charge storage capability, reducing the reliability of the device, but also, in severe cases, can seriously damage the device's function.
본 발명은 절연막 스페이서를 이용하여 스토리지노드 측벽의 손상을 방지할 수 있도록 한 반도체 메모리장치의 커패시터 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor memory device capable of preventing damage to a storage node sidewall by using an insulating film spacer.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 메모리장치의 커패시터 제조방법은 반도체 기판 상에 다결정실리콘층을 형성하는 단계; 상기 다결정실리콘층 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막과 다결정실리콘층을 소정의 커패시터 스토리지노드 패턴으로 패터닝하는 단계; 상기 스토리지노드 패턴 측면에 후속 스토리지노드 형성을 위한 건식식각시 플라즈마 내의 여러 각도에서 입사되는 전하를 띤 이온과 래디컬에 의해 스토리지노드의 측면이 너무 많이 노출되어 어택받는 것을 방지하기 위한 절연막 스페이서를 형성하는 단계; 상기 절연막 스페이서가 형성된 기판 전면에 HSG를 증착하는 단계; 상기 HSG 그레인 사이에 노출된 상기 산화막을 건식 식각하는 단계; 상기 산화막의 사이에 노출된 상기 다결정실리콘층을 소정 깊이만큼 비등방성 식각하여 스토리지노드를 형성하는 단계; 및 상기 절연막 스페이서를 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.A capacitor manufacturing method of a semiconductor memory device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a polysilicon layer on a semiconductor substrate; Forming an oxide film on the polysilicon layer; Patterning the oxide layer and the polysilicon layer in a predetermined capacitor storage node pattern; Forming an insulating layer spacer on the side surface of the storage node pattern to prevent the side surface of the storage node from being attacked by too much charged ions and radicals incident from various angles in the plasma during dry etching for forming the subsequent storage node step; Depositing an HSG on the entire surface of the substrate on which the insulating film spacer is formed; Dry etching the oxide film exposed between the HSG grains; Forming an storage node by anisotropically etching the polysilicon layer exposed between the oxide layers by a predetermined depth; And removing the insulating film spacer.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2A 내지 도 2E에 본 발명에 의한 커패시터 제조방법을 공정순서에 따라 도시하였다.2A to 2E illustrate a method of manufacturing a capacitor according to the present invention according to a process sequence.
먼저, 도 2A와 같이 실리콘기판(1)의 소정의 커패시터 하부구조(도시하지 않음) 형성공정을 실시한 후, 기판 전면에 절연막(2)을 형성하고 이를 선택적으로 식각하여 전하저장전극 접속을 위한 콘택홀을 형성한다. 이어서 상기 콘택홀을 포함한 절연막(2) 전면에 커패시터의 전하저장전극 형성을 위한 제1도전층(3)으로서, 예컨대 다결정실리콘을 소정두께로 증착한 후, 그위에 다결정실리콘의 식각장벽으로 사용될 산화막(4)을 소정두께로 형성한다. 이어서 상기 산화막(4)상에 감광막을 도포하고 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 소정의 커패시터 스토리지노드 패턴(5)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a process of forming a predetermined capacitor substructure (not shown) of the silicon substrate 1 is performed. Then, an insulating film 2 is formed on the entire surface of the substrate and selectively etched to contact the charge storage electrode. Form a hole. Subsequently, as a first conductive layer 3 for forming a charge storage electrode of a capacitor on the entire surface of the insulating film 2 including the contact hole, for example, polycrystalline silicon is deposited to a predetermined thickness, and then an oxide film to be used as an etch barrier of the polycrystalline silicon thereon. (4) is formed to a predetermined thickness. Subsequently, a photoresist film is coated on the oxide film 4 and then selectively exposed and developed to form a predetermined capacitor storage node pattern 5.
다음에 도 2B와 같이 상기 감광막패턴(5)을 마스크로 이용하여 상기 산화막(4)과 다결정실리콘층(3)을 차례로 건식식각한 후, 감광막패턴을 제거한 다음, 절연층으로서, 예컨대 산화막(7)을 기판 전면에 소정두께로 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the oxide film 4 and the polysilicon layer 3 are dry etched in sequence using the photoresist film pattern 5 as a mask, and then the photoresist film pattern is removed. ) Is formed on the entire surface of the substrate at a predetermined thickness.
다음에 도 2C와 같이 상기 산화막(7)을 마스크없이 건식식각하여 상기 다결정실리콘층(3) 및 산화막(4)패턴 측면에 산화막스페이서(7')를 형성한다. 이어서 기판 전면에 HSG건식식각에 의해 HSG(9)를 소정두께로 증착한다. 이때, HSG의 증착에 의해 상기 다결정실리콘층(3)과 산화막(4)으로 이루어진 패턴의 크기가 증가되어 상기 콘택홀과의 오버랩 마진(overlap margin)이 증가되지만, 반도체 메모리 셀과 셀 사이의 거리가 감소되어 셀간 단락이 유발될 수 있으므로 HSG증착시 적절한 두께선정이 중요하다. 한편, 상기 산화막 스페이서(7')는 인접한 커패시터전극간의 브릿지 발생의 가능성을 배제시키는 역할을 하게 된다.Next, as shown in FIG. 2C, the oxide film 7 is dry-etched without a mask to form an oxide film spacer 7 ′ on the side surfaces of the polysilicon layer 3 and the oxide film 4 pattern. Subsequently, HSG 9 is deposited to a predetermined thickness by HSG dry etching on the entire surface of the substrate. At this time, the size of the pattern consisting of the polysilicon layer 3 and the oxide film 4 is increased by the deposition of HSG to increase the overlap margin with the contact hole, but the distance between the semiconductor memory cell and the cell It is important to select the proper thickness when HSG is deposited, since the short-circuit can cause short circuit between cells. On the other hand, the oxide film spacer 7 'serves to exclude the possibility of bridge generation between adjacent capacitor electrodes.
이어서 도 2D와 같이 상기 HSG(8) 사이에 노출된 산화막(4)을 건식식각한다. 이때, 산화막을 마스크없이 전면식각함으로써 HSG의 그레인 사이사이를 넓게 만들수 있으며, 상기 산화막(4)을 HSG형태에 따라 디파인할 수 있다. 상기 마스크없이 전면식각할때 다결정실리콘 식각조건을 이용하지 않고 산화막 식각조건을 적용하여 식각을 행한다. 상기 HSG 증착후, 전면식각을 행하기 전에 HSG의 일정두께를 산화시켜 산화막의 식각공정을 용이하게 하고, HSG 그레인간의 간격을 조절할 수도 있다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, the oxide film 4 exposed between the HSGs 8 is dry etched. At this time, the entire surface of the HSG can be made wide by etching the oxide film without a mask, and the oxide film 4 can be fine-defined according to the HSG type. When the entire surface is etched without the mask, etching is performed by applying oxide film etching conditions without using polysilicon etching conditions. After deposition of the HSG and before the entire surface etching, the predetermined thickness of the HSG is oxidized to facilitate the etching process of the oxide film, and the gap between the HSG grains may be adjusted.
다음에 도 2E와 같이 상기 산화막(4)의 식각후, 다결정실리콘 식각조건으로 공정조건을 변화시켜 상기 산화막(4)의 사이사이로 드러난 다결정실리콘층(3)을 원하는 깊이만큼 비등방성 식각하여 도 2E와 같이 그 표면이 극대화된 스토리지노드(3B)를 형성한다. 이때, 잔존하는 HSG는 다결정실리콘층(3)이 소정깊이만큼 식각되는 동안 충분히 식각되어 제거될 수 있으며, 산화막스페이서(9)에 의해 스토리지노드의 측벽이 보호되어 그 높이를 그대로 유지시킬 수 있다. 또한, 스토리지노드 패턴 상부에 남아 있는 산화막과 산화막 스페이서는 후속 세정공정에서 쉽게 제거될 수 있으며, 별도의 공정으로 제거하는 것도 가능하다.Next, as shown in FIG. 2E, after the etching of the oxide film 4, the process conditions are changed to polycrystalline silicon etching conditions to anisotropically etch the polysilicon layer 3 exposed between the oxide films 4 to a desired depth. As shown in FIG. 2, the storage node 3B maximizes the storage node 3B. In this case, the remaining HSG may be sufficiently etched and removed while the polysilicon layer 3 is etched by a predetermined depth, and the sidewall of the storage node may be protected by the oxide film spacer 9 to maintain the height thereof. In addition, the oxide film and the oxide spacer remaining on the storage node pattern may be easily removed in a subsequent cleaning process, or may be removed by a separate process.
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.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
본 발명에 의하면, 좁은 면적내에서 표면적이 극대화된 커패시터 전극을 형성할 수 있으며, 절연막 스페이서에 의해 스토리지노드 측면이 손상되는 것을 방지할 수 있어 소자의 신뢰성 및 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a capacitor electrode having a maximum surface area can be formed in a small area, and the side of the storage node can be prevented from being damaged by the insulating film spacer, thereby improving the reliability and performance of the device.
도 1A 내지 도 1D는 종래기술에 의한 커패시터 전극 형성방법을 도시한 공정순서도,1A to 1D are process flowcharts showing a method of forming a capacitor electrode according to the prior art;
도 2A 내지 도 2E는 본 발명에 의한 커패시터 전극 형성방법을 도시한 공정순서도.2A to 2E are process flowcharts showing a method of forming a capacitor electrode according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1.반도체기판 2.절연막1. Semiconductor board 2. Insulation film
3.다결정실리콘층 3B.전하저장전극3.Polycrystalline silicon layer 3B. Charge storage electrode
4.산화막 5.감광막패턴4.Oxide layer 5.Photoresist pattern
7'.산화막 스페이서 8.HSG7'.oxide spacer 8.HSG
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