KR100489354B1 - Method of forming charge storage electrode of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야1. The technical field to which the invention described in the claims belongs
반도체 제조 분야에 관한 것임Regarding the field of semiconductor manufacturing
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 2. Technical problem to be solved by the invention
표면에 요철을 갖는 폴리실리콘막을 이용한 전하 저장 전극 형성 방법의 식각 과정에서 폴리실리콘막 요철 위에 산화막이 잔류하는 것과 폴리실리콘막 표면의 요철이 제거되는 것을 방지하여 정전 용량의 감소를 줄인다.In the etching process of the method for forming a charge storage electrode using the polysilicon film having irregularities on the surface, an oxide film is left on the polysilicon film irregularities and the unevenness on the surface of the polysilicon film is prevented to reduce the reduction in capacitance.
3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention
홀 모양의 전하 저장 전극 영역을 정의하고, 비정질 실리콘막을 형성한 후, 산화막을 형성하고 식각하여 전하 저장 전극 영역 내부에만 산화막이 남도록 한 다음, 비정질 실리콘막을 선택적으로 식각하여 전하 저장 전극 패턴을 형성하고, 전하 저장 전극 영역 내부에 남은 산화막과 상기 절연막을 제거한 후, 비정질 실리콘막 표면에 요철을 갖는 폴리실리콘막을 형성한다.After defining the hole-shaped charge storage electrode region, forming an amorphous silicon film, forming an oxide film and etching to leave the oxide film only inside the charge storage electrode region, and selectively etching the amorphous silicon film to form a charge storage electrode pattern. After removing the oxide film remaining inside the charge storage electrode region and the insulating film, a polysilicon film having irregularities is formed on the surface of the amorphous silicon film.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 장치 제조 공정에 이용됨.Used in semiconductor device manufacturing process.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로 특히, 표면에 요철을 갖는 폴리실리콘막으로 이루어지는 반도체 장치의 전하 저장 전극 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a charge storage electrode of a semiconductor device comprising a polysilicon film having irregularities on its surface.
캐패시터의 정전 용량을 증가시키기 위하여 전하 저장 전극을 표면에 요철을 갖는 폴리실리콘막(metastable polysilicon, 이하 MPS)을 이용하여 형성한다. MPS막은 적정 온도(560 ∼ 580 ℃)에서 폴리실리콘막을 증착하거나, 500 ∼ 540 ℃ 온도에서 비정질 실리콘막을 증착한 후 동일 챔버(chamber)에서 열처리함으로써 형성한다. 또는, 1000 ∼ 2000 Å 두께의 폴리실리콘막을 증착한 후 Si 핵을 씨딩(seeding)하여 Si 핵이 폴리실리콘막 내의 실리콘과 결합하도록 진공 열처리를 하여 형성한다.In order to increase the capacitance of the capacitor, the charge storage electrode is formed using a polysilicon film (MPS) having irregularities on its surface. The MPS film is formed by depositing a polysilicon film at an appropriate temperature (560 to 580 ° C.) or by depositing an amorphous silicon film at a temperature of 500 to 540 ° C., followed by heat treatment in the same chamber. Alternatively, the Si core is seeded by depositing a polysilicon film having a thickness of 1000 to 2000 GPa and formed by vacuum heat treatment so that the Si nucleus is bonded to the silicon in the polysilicon film.
종래 기술에 따라 형성된 반도체 장치의 전하 저장 전극 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.A method of forming a charge storage electrode of a semiconductor device formed according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도1a에 도시한 바와 같이 소정의 하부층이 형성된 실리콘 기판(11) 상의 절연막(12)을 식각하여 콘택홀을 형성한 후 콘택홀 내부에 2000 Å의 폴리실리콘막으로 플러그(plug, 13)를 형성한다. 이어서, 절연막(14)을 형성하고 식각하여 홀 모양의 전하 저장 전극 영역을 형성한 후 폴리실리콘막(15) 및 MPS막(16)을 일정 두께로 증착한다. 이어서, 전하 저장 전극 패턴을 형성하기 위한 폴리실리콘막(15) 및 MPS막(16) 식각시 상기 전하 저장 전극 영역 내의 폴리실리콘막(15) 및 MPS막(16)을 보호하기 위한 산화막(17)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a contact hole is formed by etching an
다음으로, 도1b에 도시한 바와 같이 상기 산화막(17)을 건식 및 습식 식각 방법으로 식각하여 상기 전하 저장 전극 영역에 내에만 소정 두께의 산화막(17)이 남도록 한다. 이때, 절연막(14) 상의 MPS막(16) 표면에 산화막(17)이 잔류하게 된다. 따라서, 도1c에 도시한 바와 같이 잔류된 산화막으로 인하여 이후 전하 저장 전극 패턴 형성을 위한 폴리실리콘막(15) 및 MPS막(16)식각 공정 후 절연막(14) 표면에 'a'와 같이 폴리실리콘막(16, 17)이 남아서 후속 금속 배선 공정에서 문제를 유발한다.Next, as illustrated in FIG. 1B, the
도1d는 상기 산화막(17) 식각 과정에서 절연막 상부의 MPS막(16) 요철 부위에 산화막(17)이 잔류되지 않도록 습식 식각 정도를 증가시킨 경우의 식각 결과를 나타낸 것이다. 이때, 전하 저장 전극 영역 내의 산화막 손실이 많아서 도1e에 도시한 바와 같이 이후의 전하 저장 전극 패턴을 형성하기 위한 폴리실리콘막(15) 및 MPS막(16) 식각시 상기 산화막(17)이 식각 장벽의 역할을 하지 못하여 전하 저장 전극 영역 측벽 및 바닥(b)에 MPS막(16) 및 폴리실리콘막(15)이 손상되어 정전 용량이 감소되는 단점이 있다.FIG. 1D illustrates an etching result when the wet etching degree is increased so that the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 산화막이 MPS막 표면에 잔류되는 것을 방지하고 MPS막의 손상을 억제할 수 있는 반도체 장치의 전하 저장 전극 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve the above problems is to provide a method for forming a charge storage electrode of a semiconductor device that can prevent the oxide film from remaining on the surface of the MPS film and suppress the damage of the MPS film.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 장치의 전하 저장 전극 형성 방법에 있어서, 소정의 하부층이 형성된 반도체 기판 상에 절연막을 형성하고 식각하여 홀 모양의 전하 저장 전극 영역을 정의하는 단계; 상기 홀의 측벽 및 상기 절연막 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상에 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 식각하여 상기 전하 저장 전극 영역 내부에만 상기 산화막이 남도록 하는 단계; 상기 비정질 실리콘막을 선택 식각하여 전하 저장 전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 전하 저장 전극 영역 내부에 남은 산화막과 상기 절연막을 제거하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 표면에 요철을 갖는 폴리실리콘막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a charge storage electrode of a semiconductor device, the method comprising: forming an insulating layer on a semiconductor substrate on which a predetermined lower layer is formed and etching to define a hole-shaped charge storage electrode region; Forming an amorphous silicon film on the sidewalls of the holes and the insulating film; Forming an oxide film on the amorphous silicon film; Etching the oxide layer so that the oxide layer remains only inside the charge storage electrode region; Selectively etching the amorphous silicon layer to form a charge storage electrode pattern; Removing the oxide film and the insulating film remaining inside the charge storage electrode region; And forming a polysilicon film having irregularities on the surface of the amorphous silicon film.
본 발명은 전하 저장 전극 형성시 문제되는 산화막의 잔류 및 요철의 평탄화로 인한 정전 용량 감소를 해결하기 위하여, 전하 저장 전극 영역에 비정질 실리콘막만을 증착한 후 산화막을 형성하고 식각하여 전하 저장 전극 패턴을 형성하고 이후에 MPS막을 형성하여 MPS막의 요철 사이에 산화막이 남을 가능성을 제거함으로써, MPS막의 요철 손상을 방지하여 정전 용량의 감소를 방지할 수 있다.According to the present invention, in order to solve the reduction of capacitance due to the remaining of the oxide film and the planarization of the unevenness, which is a problem in forming the charge storage electrode, the amorphous silicon film is deposited on the charge storage electrode region and then the oxide film is formed and etched to form the charge storage electrode pattern. By forming the MPS film afterwards, eliminating the possibility of the oxide film remaining between the unevenness of the MPS film, it is possible to prevent the uneven damage of the MPS film and to prevent the reduction of the capacitance.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention.
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일실시 예에 따른 전하 저장 전극 형성 공정 단면도이다.2A through 2D are cross-sectional views of a process of forming a charge storage electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도2a에 도시한 바와 같이 플러그(22)를 포함한 소정의 하부층이 형성된 실리콘 기판(21) 위에 절연막(23)을 형성하고 식각하여 홀 모양의 전하 저장 전극 영역을 정의한다. 이어서, 전체 구조에 비정질 실리콘막(24)을 약 500 Å 두께로 증착하고 산화막(25)을 형성한다. 상기 산화막(25)은 단차 피복성(step coverage)이 우수하여 전하 저장 전극 영역 내부를 완전히 채워 빈영역(void)의 생성을 최소화할 수는 O3-PSG(phospho-silicate glass) 등으로 형성된다.First, as shown in FIG. 2A, an
다음으로, 도2b에 도시한 바와 같이 상기 비정질 실리콘막(24) 표면이 드러날 때까지 CHF3 및 CF4 등의 가스로 상기 산화막(25)을 전면식각하여 전하 저장 전극 영역 내부에만 일정 두께로 산화막(25)을 남긴다.Next, as shown in FIG. 2B, the
다음으로, 2c에 도시한 바와 같이 상기 절연막(24) 상에 노출된 비정질 실리콘막(24)을 Cl2 가스로 식각하여 전하 저장 전극 패턴을 형성한다.Next, as shown in 2c, the
다음으로, 도2d에 도시한 바와 같이 상기 보호 산화막(25) 및 절연막(23)을 습식 식각으로 제거한다. 이때 상기 보호 산화막(25)과 절연막(23)이 동시에 제거될 수 있도록 이전의 공정에서 상기 보호 산화막(25)과 비슷한 식각 선택비를 갖는 절연막(23)의 종류 및 식각 용액을 선정하는데 본 발명의 일실시 예로서, 산화막으로 상기 절연막을 형성하고, 식각 용액은 HF을 사용하여 상기 절연막(23) 및 산화막(25)을 제거한다. 또한, 상기 제거 과정 후 비정질 실리콘막의 무너짐이 발생하지 않도록하기 위하여 이전의 증착 과정에서 상기 비정질 실리콘막은 500 Å 이상의 두께로 형성되어야 한다.Next, as shown in FIG. 2D, the
다음으로, 도2e에 도시한 바와 같이 핵성장 방법(seed)을 이용하여 상기 비정질 실리콘막(24) 표면에 MPS막(26)을 형성하여 MPS막(26)으로 이루어진 전하 저장 전극을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, the
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 기술 분야에서 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 technical field of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 MPS막 위에 보호 산화막을 형성하지 않아 MPS막에 산화막이 잔류하는 것을 방지하여 후속의 금속 공정을 수월하게 진행할 수 있으며 식각 과정에서 발생하는 MPS막의 손상을 방지하여 정전 용량의 감소를 피할 수 있다.The present invention made as described above does not form a protective oxide film on the MPS film to prevent the oxide film remaining on the MPS film to facilitate the subsequent metal process and to prevent damage of the MPS film generated during the etching process of the capacitance The reduction can be avoided.
도1a 내지 도1e는 종래 기술에 따른 반도체 장치의 전하 저장 전극 형성 공정 단면도.1A to 1E are cross-sectional views of a charge storage electrode forming process of a semiconductor device according to the prior art.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시 예에 따른 전하 저장 전극 형성 공정 단면도.2A to 2E are cross-sectional views of a charge storage electrode forming process according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 설명* Description of the main parts of the drawing
11, 21: 실리콘 기판 12, 23: 절연막11, 21:
13, 22: 플러그 14: 절연막13, 22: plug 14: insulating film
15: 폴리실리콘막 16, 26: MPS막15:
17, 25: 보호 산화막 24: 비정질 실리콘막17, 25: protective oxide film 24: amorphous silicon film
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