KR100498604B1 - Method for forming charge storage electrode of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야.1. The technical field to which the invention described in the claims belongs.
반도체 소자 제조 방법.Semiconductor device manufacturing method.
2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제.2. The technical problem to be solved by the invention.
반도체 소자의 전하 저장 전극 형성시, 희생막을 사용하지 않는 공정으로도, 전자 저장 전극의 면적을 증가시킬 수 있는 커패시터의 전하 저장 전극의 형성 방법의 제공을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method of forming a charge storage electrode of a capacitor capable of increasing the area of an electron storage electrode even in a process without using a sacrificial film when forming a charge storage electrode of a semiconductor device.
3. 발명의 해결 방법의 요지.3. Summary of the solution of the invention.
커패시터의 전하 저장 전극 형성시, 폴리 실리콘막을 적층하고, 기형성된 폴리 실리콘막과 층간절연막에 트렌치를 적절히 형성하여 층간 절연막 상에 돌출 되는 폴리 실리콘 기둥만큼의 커패시턴스와 층간절연막 내의 트렌치만큼의 표면 단차를 줄인다. 또한 노출되는 전하 저장 전극의 표면 손상을 방지하여 소자 수율을 향상시킨다.When forming the charge storage electrode of the capacitor, the polysilicon film is laminated, and trenches are appropriately formed in the preformed polysilicon film and the interlayer insulating film, so that the capacitance as much as the polysilicon pillar protruding on the interlayer insulating film and the surface level of the trench in the interlayer insulating film are obtained. Reduce It also improves device yield by preventing surface damage of exposed charge storage electrodes.
4. 발명이 중요한 용도.4. Intended use of the invention.
반도체 소자 제조 공정 중 캐패시터 제조 공정에 이용됨.Used in capacitor manufacturing process in semiconductor device manufacturing process.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 커패시터의 전하 저장 전극 형성 방법을 개선시켜 커패시터의 용량을 증가시키기 위한 반도체 소자의 전하 저장 전극 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
현추세에 따라, 집적회로 제조시 소자가 고집적화되어 가면서 반도체 소자 제조 공정에 여러 가지 문제가 따른다. 일 예로 전하 저장 전극의 면적에 비례하는 커패시터의 용량을 확보하기가 힘들어지고 있다.In accordance with the current trend, as semiconductor devices become highly integrated in manufacturing integrated circuits, there are various problems in the semiconductor device manufacturing process. For example, it is difficult to secure a capacity of a capacitor proportional to the area of the charge storage electrode.
이를 위한 해결 방안으로 첫째 3차원적 셀 구조로써 트랜지스터와 커패시터를 공간상에 배치하여 평면 구조에 비해 각 소자의 면적과 간격을 충분히 확보하는 방법이다. 둘째 커패시터의 유전체로 사용하는 ONO막 대신에 유전 상수가 더 큰 유전체 예를 들면, 산화막 및 질화막, TiO2 또는 Ta2O5를 사용하여 커패시터 용량을 확보할 수 있다.As a solution to this problem, the first three-dimensional cell structure is to arrange transistors and capacitors in space to secure enough area and spacing of each device compared to the planar structure. Second, instead of the ONO film used as the dielectric of the capacitor, a dielectric having a larger dielectric constant, for example, an oxide film and a nitride film, TiO 2 or Ta 2 O 5 , can be used to secure the capacitor capacity.
도1a 내지 도1d는 종래 기술에 의한 커패시터의 전하 저장 전극 형성 방법을 나타내는 공정 단면이고, 도2는 종래 기술에 따른 커패시터를 갖는 반도체 소자의 단차를 나타내는 공정도이다. 여기서 도면 부호 "A" 는 주변 회로 지역과 셀 지역간의 단차로서, 커패시터 형성에 의해 유도된다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a charge storage electrode of a capacitor according to the prior art, and FIG. 2 is a process diagram illustrating a step of a semiconductor device having a capacitor according to the prior art. Here, the symbol "A" is a step between the peripheral circuit region and the cell region, which is induced by the capacitor formation.
먼저, 도1a에 도시된 바와 같이, 소정의 공정이 완료된 하부층을 구비하는 실리콘 기판(도시되지 않음)상에 소자들의 절연을 위한 층간 절연막(11)을 형성한다. 콘택홀용 마스크를 이용한 식각공정으로 콘택홀을 형성하고 콘택홀 측면에 산화막 스페이서(12)를 형성한다. 그리고, 전체 구조 상부에 전하 저장 전극용 제1폴리 실리콘층(13`)을 형성한다. 이러한 제1폴리실리콘층(13`)의 두께는 1000Å으로 한다.First, as shown in FIG. 1A, an
다음으로, 도1b에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 폴리 실리콘층(13`)과의 선택식각비를 갖는 물질로 예를 들면, 인유리층(PSG, 14)을 형성하고, 제1전하 저장 전극용 마스크를 이용하여, 인유리층(14)과 제1폴리 실리콘층(13)을 식각한다. 여기서 인유리층(14)은 희생막으로서 사용된다.Next, as shown in FIG. 1B, for example, a phosphorous layer (PSG) 14 is formed of a material having a selective etching ratio with the
다음으로, 도1c에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 실린더형 커패시터 전하 저장 전극 형성하기 위한 제2폴리 실리콘층(15)을 580℃정도의 공정온도에서 1500Å 정도로 형성한다. Next, as shown in FIG. 1C, a
마지막으로, 도1d에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 형성되었던 제2폴리 실리콘층(15)을 비등방성 전면 건식식각하여 인유리층(14), 제1폴리 실리콘층(13)의 수직구조 측면에 스페이서(15)를 형성한다. 그리고 희생막으로 사용한 인유리층(14)을 선택적으로 습식 제거하여 실린더형 커패시터의 전하 저장 전극을 형성한다. 다음으로 유전층 및 플레이트 전극을 형성하여 커패시터를 완성한다.Finally, as shown in FIG. 1D, the
그러나, 전술한 바와 같이, 실린더형의 측벽을 형성하기 위하여 사용되는 희생막 인유리층(14)으로 인하여 칩내의 패턴 크기가 불안정하고, 인유리층(14)과 포토레지스트 패턴간의 결합으로 패턴간의 충돌 등이 유발된다. 또한 이러한 인유리층(14)의 제거시 하부의 전하저장전극의 표면이 손상되어 커패시터 용량을 감소시키는 문제점을 야기시킨다.However, as described above, the pattern size in the chip is unstable due to the sacrificial film in-
전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 반도체 소자의 전하 저장 전극 형성시, 희생막을 사용하지 않는 공정으로 전자 저장 전극의 면적을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 전하 저장 전극의 형성 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method of forming a charge storage electrode of a semiconductor device capable of increasing the area of the electron storage electrode by a process not using a sacrificial film when forming the charge storage electrode of the semiconductor device. To provide that purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 반도체 소자의 전하 저장 전극 형성 방법은, 기판 상부의 층간절연막을 선택식각하여 콘택홀을 형성하는 제1단계; 상기 콘택홀을 매립하는 제1전도막을 전체구조 상부에 형성하는 제2단계; 상기 콘택홀을 포함하는 영역의 제1전도막을 제1선폭으로 오픈시키는 제1식각마스크 패턴을 형성하는 제3단계; 상기 제1식각마스크 패턴을 사용하여 상기 제1전도막을 식각하고, 상기 층간절연막을 일정깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 제4단계; 상기 제4단계가 완료된 결과물 표면에 제2전도막을 형성하는 제5단계; 상기 제1선폭 보다 큰 제2선폭으로 상기 트렌치를 포함하는 영역 상부를 덮는 제2식각마스크 패턴을 형성하는 제6단계; 및 상기 제2식각마스크 패턴을 사용하여 상기 제2전도막 및 제1전도막을 식각하는 제7단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a method of forming a charge storage electrode of a semiconductor device according to the present invention includes: a first step of forming a contact hole by selectively etching an interlayer insulating layer on an upper surface of a substrate; A second step of forming a first conductive film filling the contact hole on the entire structure; Forming a first etching mask pattern for opening the first conductive film in the region including the contact hole with a first line width; Etching the first conductive layer using the first etching mask pattern and etching the interlayer insulating layer to a predetermined depth to form a trench; A fifth step of forming a second conductive film on a surface of the resultant product of which the fourth step is completed; A sixth step of forming a second etching mask pattern covering an upper portion of the region including the trench with a second line width greater than the first line width; And a seventh step of etching the second conductive film and the first conductive film by using the second etching mask pattern.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도3a 내지 도3g는 본 발명의 일실시예에 따른 커패시터의 전하 저장 전극 형성 방법을 나타내는 공정 단면도로서, 실리콘 기판상에 게이트 전도막을 형성하는 공정을 생략하여 나타낸 공정도이고, 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 커패시터의 전하 저장 전극을 형성하기 위한 패턴이다.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of forming a charge storage electrode of a capacitor according to an exemplary embodiment of the present invention, in which a process of omitting a process of forming a gate conductive film on a silicon substrate is omitted. A pattern for forming a charge storage electrode of a capacitor according to an embodiment.
먼저, 도3a에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 층간절연막(31) 상부에 비트라인(32)을 형성하고, 그 상부에 산화막(33)을 7000Å 증착한다.First, as shown in FIG. 3A, a
다음으로, 도3b에 도시된 바와 같이, 그 상부에 커패시터 전하저장전극용 식각마스크 패턴으로 포토레지스트 패턴(301)을 형성하고, 산화막(33), 층간절연막(31)을 선택적 식각하여 실리콘 기판(도시되지 않음)이 노출시키는 콘택홀을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, the
다음으로, 도3c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(301)의 제거 후에 제1 폴리 실리콘막(34)을 형성한다. 이러한, 제1 폴리 실리콘막(34)은 산화막(33) 상부에 적어도 5000Å정도 형성되도록 한다.Next, as shown in FIG. 3C, the
다음으로, 도3d에 도시된 바와 같이, 전체 구조 상부에 상기 콘택홀 영역과 오버랩되는 제1폴리 실리콘막(34)을 오픈시키는 포토레지스트(302) 패턴을 형성한다. 이러한 포토레지스트 패턴(302)에 의하여 오픈되는 제1폴리 실리콘막(34)의 오픈영역은 도4의 "401"로 정의 할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3D, a photoresist 302 pattern is formed on the entire structure to open the
다음으로, 도3e에 도시된 바와 같이, 기형성된 포토레지스트(302)패턴을 식각장벽으로하여 식각타켓을 9000Å으로 설정하여 노출된 폴리 실리콘막(34)을 제거하고, 계속하여 4000Å정도 산화막(33)을 부분식각하여 트렌치를 형성한다. 여기서 잔류된 3000Å의 산화막(33)은 비트라인(32)의 절연막으로서 충분한 역할을 할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3E, the exposed
다음으로, 도3f에 도시된 바와 같이, 잔류 포토레지스트 패턴(302)을 제거하고, 도핑된 제2 폴리 실리콘막(35)을 전면에 1000Å 정도 형성한다. 그 상부에 포토레지스트를 도포한후, 전술한 식각공정으로 형성된 트렌치 영역과 오버랩되는 포토레지스트 패턴(303)을 형성한다. 이때 형성되는 포토레지스트 패턴(303)은 도4의 "402"로 정의 될 수 있다.Next, as shown in FIG. 3F, the
마지막으로, 도3g에 도시된 바와 같이, 기형성된 포토레지스트 패턴(303)을 식각장벽으로하여 1000Å의 도핑된 폴리 실리콘막(35)을 식각하고, 계속해서 5000Å의 제1폴리 실리콘막(34)을 식각하여 산화막(33)이 노출되도록 한다. 그리고, 잔류 포토레지스트 패턴(303)을 제거하여 도핑된 제2폴리 실리콘막(35)을 노출시켜 표면이 손상되지 않은 전하저장전극을 형성한다.Finally, as shown in Fig. 3G, the 1000 도 doped
전술한 바와 같은 공정으로 진행되는 본 발명은, 기존의 실린더형 전하저장전극을 형성하기 위하여 사용하던 희생산화막을 사용하지 않음으로 해서 결과적으로 희생산화막의 제거시 발생되는 전하저장전극의 표면 손상이 유발되지 않으면서 표면적이 증가된 전하저장전극을 형성할 수 있다.The present invention, which proceeds to the above-described process, does not use the sacrificial oxide film used to form the conventional cylindrical charge storage electrode, resulting in surface damage of the charge storage electrode generated when the sacrificial oxide film is removed. It is possible to form a charge storage electrode having an increased surface area.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 커패시터의 전하 저장 전극 형성시, 폴리 실리콘막을 적층하고, 기형성된 폴리 실리콘막과 층간절연막에 트렌치를 적절히 형성하여 층간 절연막 상에 돌출 되는 폴리 실리콘 기둥만큼의 커패시턴스와 층간절연막 내의 트렌치만큼의 표면 단차를 줄인다. 또한 노출되는 전하 저장 전극의 표면 손상을 방지하여 소자 수율을 향상시킨다.According to the present invention, the polysilicon film is laminated when the charge storage electrode of the capacitor is formed, the trench is formed appropriately in the preformed polysilicon film and the interlayer insulating film, and the capacitance and the interlayer are as large as the polysilicon pillars protruding on the interlayer insulating film. The surface level difference by the trench in the insulating film is reduced. It also improves device yield by preventing surface damage of exposed charge storage electrodes.
도1a 내지 도1d는 종래 기술에 따른 커패시터의 전하 저장 전극 형성 방법을 나타내는 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a charge storage electrode of a capacitor according to the prior art.
도2는 종래 기술에 따른 커패시터를 갖는 반도체 소자의 단차를 나타내는 공정도.2 is a process chart showing a step of a semiconductor device having a capacitor according to the prior art.
도3a 내지 도3g는 본 발명의 일실시예에 따른 커패시터의 전하 저장 전극 형성 방법을 나타내는 공정 단면도.3A to 3G are cross-sectional views illustrating a method of forming a charge storage electrode of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 커패시터의 전하 저장 전극을 형성하기 위한 패턴.4 is a pattern for forming a charge storage electrode of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명* Brief description of the main parts of the drawing
31 : 하부층을 구비하는 층간절연막31: interlayer insulating film having a lower layer
32 : 비트라인32: bit line
33 : 산화막33: oxide film
34 : 제1폴리 실리콘막34: first polysilicon film
35 : 제2폴리 실리콘막35: second polysilicon film
301, 302, 303 : 포토레지스트 패턴301, 302, 303: photoresist pattern
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- 1997-12-30 KR KR1019970077975A patent/KR100498604B1/en not_active IP Right Cessation
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