KR100541691B1 - Method for fabricating capacitor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐패시터 제조방법에 대해 개시한 것으로서, 반도체기판 상에 제 1절연막을 형성하고 나서 상기 제 1절연막을 식각하여 상기 기판의 일부를 노출시키는 제 1스토리지노드 콘택을 형성하는 단계와, 제 1스토리지노드 콘택을 매립시키는 제 1플러그를 형성하는 단계와, 제 1플러그를 포함한 기판 상에 제 2절연막 및 제 2절연막과 식각선택성이 다른 제 3절연막을 차례로 형성하는 단계와, 제 3절연막 및 제 2절연막을 선택 식각하여 상기 제 1플러그의 일부를 노출시키는 제 2스토리지노드 콘택을 형성하는 단계와, 제 2스토리지노드 콘택의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 질화막 스페이서를 포함한 제 2스토리지노드 콘택을 매립시키는 제 2플러그를 형성하는 단계와, 제 2플러그를 포함한 기판 위에 상기 제 2플러그를 노출시키는 제 4절연막패턴을 형성하는 단계와, 제 4절연막 패턴을 포함한 기판 전면에 스토리지노드 전극용 금속막을 형성하고 나서 제 4절연막 패턴을 노출시키는 시점까지 상기 금속막을 에치백하여 캐패시터의 스토리지노드 전극을 형성하는 단계와, 제 4절연막패턴을 습식식각하여 제거하며 이와 동시에 잔류된 제 3절연막 및 스페이서를 식각장벽으로 이용하여 제 2절연막이 식각되지 않도록 하는 단계와, 캐패시터의 스토리지노드 전극 위에 유전막 및 플레이트전극을 차례로 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a capacitor, the method comprising: forming a first storage node contact to expose a portion of the substrate by forming a first insulating layer on a semiconductor substrate and then etching the first insulating layer; Forming a first plug to fill the storage node contact; sequentially forming a second insulating film and a third insulating film having different etching selectivity from the second insulating film and the second insulating film on the substrate including the first plug; Selectively etching the insulating layer to form a second storage node contact exposing a portion of the first plug; forming a spacer on a sidewall of the second storage node contact; and a second storage node contact including a nitride film spacer. Forming a second plug to fill the second plug; and a fourth insulating film exposing the second plug on the substrate including the second plug. Forming a turn, forming a storage node electrode on the substrate including the fourth insulating layer pattern, and then etching back the metal layer until the fourth insulating layer pattern is exposed to form the storage node electrode of the capacitor; And removing the fourth insulating layer pattern by wet etching, and simultaneously preventing the second insulating layer from being etched by using the remaining third insulating layer and the spacer as an etch barrier, and forming a dielectric layer and a plate electrode on the storage node of the capacitor. It includes a step.
Description
도 1a 내지 도 1h는 종래기술에 따른 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도. 1A to 1H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the prior art.
도 2는 종래기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 평면도.Figure 2 is a plan view for explaining the problem according to the prior art.
도 3a 내지 도 3j는 본 발명에 따른 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도. 3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the present invention.
본 발명은 캐패시터 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스토리지노드 전극을 형성하기 위한 희생산화막을 습식 식각하여 제거하는 공정에서, 습식액이 하부의 절연막 내로 침투하는 것을 방지할 수 있는 캐패시터 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a capacitor manufacturing method, and more particularly, to a capacitor manufacturing method capable of preventing a wet liquid from penetrating into a lower insulating film in a process of wet etching and removing a sacrificial oxide film for forming a storage node electrode. It is about.
최근 미세화된 반도체 공정기술의 발달로 인하여 메모리 제품의 고집적화가 가속화되고, 단위 셀면적이 크게 감소하고 있으며, 동작전압의 저전압화가 이루어지고 있다. 그러나, 기억소자의 동작에 필요한 충전용량은 셀 면적 감소에도 불구하고 소프트 에러(soft error)의 발생과 리플래쉬 시간(reflash time)의 단축 방지 를 위해서 25fF/cell 이상의 충분한 정전용량이 지속적으로 요구되고 있다.Recently, due to the development of miniaturized semiconductor process technology, high integration of memory products has been accelerated, unit cell areas have been greatly reduced, and operation voltage has been reduced. However, despite the reduced cell area, the charging capacity required for the operation of the memory device requires a sufficient capacitance of 25 fF / cell or more to prevent the occurrence of soft errors and shortening of the reflash time. have.
상기 정전용량의 증가 방법으로는 NO(Nitride-0xide)구조의 유전막에 반구형 입자를 가진 실리콘막(HemiSpheric Glass)구조를 적용하는 방법 또는 유전막으로 높은 유전율을 가진 Al2O3막을 이용하는 방법 등이 있다. 그러나, 100nm 이하의 디바이스에는 Al2O3막으로는 충분한 정전용량의 확보가 어렵기 때문에 보다 높은 유전율을 가진 유전물질을 개발해 왔으며, 이 뿐만 아니라 스토리지노드 전극으로 도핑된 폴리실리콘 대신 금속을 적용하는 방법이 제안되었다. The method of increasing the capacitance may be a method of applying a semi-spherical silicon (HemiSpheric Glass) structure to the NO (Nitride-0xide) dielectric film, or a method using an Al 2
도 1a 내지 도 1h는 종래기술에 따른 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다. 1A to 1H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the prior art.
종래기술에 따른 캐패시터 제조방법은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 소정의 하부구조를 가진 반도체기판(1) 상에 제 1절연막(3)을 형성하고 나서, 상기 제 1절연막을 선택 식각하여 기판의 소정부위를 노출시키는 제 1스토리지노드 콘택(4)을 형성한다. 이어, 상기 제 1스토리지노드 콘택(4)을 포함한 기판 전면에 제 1다결정실리콘막(미도시)을 증착하고 나서, 상기 제 1절연막이 노출되는 시점까지 상기 제 1다결정실리콘막을 에치백하여 제 1스토리지노드 콘택(4)을 매립시키는 제 1플러그(5)를 형성한다. 그런다음, 상기 제 1플러그(5) 및 제 1절연막(3) 전면에 제 2절연막(7)을 형성한다.In the capacitor manufacturing method according to the related art, as shown in FIG. 1A, a first
이후, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제 2절연막을 선택식각하여 상기 제 1플러그(5)의 일부를 노출시키는 제 2스토리지노드 콘택(8)을 형성한다. 이어, 상기 제 2스토리지노드 콘택(8)을 포함한 기판 전면에 제 2다결정실리콘막(미도시)을 증착 하고 나서, 제 2다결정실리콘막을 에치백하여 제 2스토리지노드 콘택(8)을 매립시키는 제 2플러그(9)를 형성한다. 이때, 상기 제 2플러그(9)는 제 2스토리지노드 콘택(8)을 통해 제 1플러그와 전기적으로 연결된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 1B, the second insulating layer is selectively etched to form a second
그런다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제 2플러그(9)를 포함한 기판 전면에 질화막(11) 및 제 3절연막(13)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 질화막(11)은 이후의 식각공정에서 식각정지막으로서의 역할을 하게 된다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3절연막은 산화막을 이용한다.Then, as illustrated in FIG. 1C, the
이후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 질화막을 식각정지점으로 하여 제 3절연막을 선택 식각하여 상기 제 2플러그(9)를 노출시키는 제 3절연막패턴(13a)을 형성한다. 이때, 상기 제 3절연막패턴(13a)은 스토리지노드 전극을 형성하기 위한 희생산화막이 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 1D, a third insulating layer is selectively etched using the nitride layer as an etch stop to form a third
이어, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 제 3절연막패턴(13a)을 포함한 기판 전면에 스토리지노드 전극용 TiN막(15)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1E, the
그런다음, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 스토리지노드 전극용 TiN막(15)을 에치백하여 제 3절연막패턴(13a)의 상부표면을 노출시킨다. 이때, 도 1f에서 미설명된 도면부호 16은 에치백 공정 후 잔류된 스토리지노드 전극용 TiN막으로서, 실린더 구조를 가진 캐패시터의 스토리지노드 전극을 나타낸 것이다.1F, the upper surface of the third
이후, 도 1g에 도시된 바와 같이, 제 3절연막패턴을 습식 식각방법으로 제거한다. 이때, 상기 제 3절연막패턴은 BOE(Buffer Oxide Etchant)를 이용한다.Thereafter, as shown in FIG. 1G, the third insulating layer pattern is removed by a wet etching method. In this case, the third insulating layer pattern uses BOE (Buffer Oxide Etchant).
이어, 도 1h에 도시된 바와 같이, 캐패시터의 스토리지노드 전극(16) 위에 유전막(17) 및 플레이트전극(19)을 차례로 형성하여 캐패시터 제조를 완료한다.Subsequently, as shown in FIG. 1H, the
도 2는 종래기술에 따른 문제점을 설명하기 위한 평면도로서, 벙커결함(bunker defect)이 발생된 것을 보인 것이다.Figure 2 is a plan view for explaining the problem according to the prior art, showing that a bunker defect (bunker defect) has occurred.
그러나, 종래의 기술에서는 제 1플러그와 스토리지노드 전극 사이의 콘택저항을 감소하기 위해 제 2플러그 구조를 적용하고 있으나, 제 2플러그가 스토리지노드 전극의 바닥면을 완전히 감싸고 있지 못한 형상을 가진다. 따라서, 산화막 패턴을 제거하는 습식 식각 공정 시, 습식액(BOE)이 치밀하지 못한 스토리지노드 전극의 바닥면을 통과해 제 2플러그로 침투하거나, 또는 스토리지노드 전극과 질화막 사이로 침투하여 제 2절연막을 식각하게 되며, 이로써, 도 2의 A와 같이, 벙커결함을 유발하게 되는 문제점이 있다. However, in the related art, the second plug structure is applied to reduce the contact resistance between the first plug and the storage node electrode, but the second plug does not completely cover the bottom surface of the storage node electrode. Therefore, during the wet etching process of removing the oxide layer pattern, the wet liquid (BOE) penetrates through the bottom surface of the dense storage node electrode to penetrate the second plug or penetrates between the storage node electrode and the nitride layer to form the second insulating layer. Etching, and as a result, there is a problem that causes a bunker defect, as shown in FIG.
상기 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 제 2절연막의 상부 및 측벽을 각각 질화막을 이용하여 감싸도록 함으로써, 스토리지노드 전극을 형성하기 위한 희생산화막을 습식 식각하여 제거하는 공정에서, 습식액이 제2절연막 내로 침투하는 것을 방지할 수 있는 캐패시터 제조방법을 제공하려는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to cover each of the upper and sidewalls of the second insulating layer with a nitride film, thereby wet etching and removing the sacrificial oxide film for forming the storage node electrode. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a capacitor that can prevent penetration into an insulating film.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 캐패시터 제조방법은 반도체기판 상에 제 1절연막을 형성하고 나서 상기 제 1절연막을 식각하여 상기 기판의 일부를 노출시키는 제 1스토리지노드 콘택을 형성하는 단계와, 제 1스토리지노드 콘택을 매립시키는 제 1플러그를 형성하는 단계와, 제 1플러그를 포함한 기판 상에 제 2절 연막 및 제 2절연막과 식각선택성이 다른 제 3절연막을 차례로 형성하는 단계와, 제 3절연막 및 제 2절연막을 선택 식각하여 상기 제 1플러그의 일부를 노출시키는 제 2스토리지노드 콘택을 형성하는 단계와, 제 2스토리지노드 콘택의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 질화막 스페이서를 포함한 제 2스토리지노드 콘택을 매립시키는 제 2플러그를 형성하는 단계와, 제 2플러그를 포함한 기판 위에 상기 제 2플러그를 노출시키는 제 4절연막패턴을 형성하는 단계와, 제 4절연막 패턴을 포함한 기판 전면에 스토리지노드 전극용 금속막을 형성하고 나서 제 4절연막 패턴을 노출시키는 시점까지 상기 금속막을 에치백하여 캐패시터의 스토리지노드 전극을 형성하는 단계와, 제 4절연막패턴을 습식식각하여 제거하며 이와 동시에 잔류된 제 3절연막 및 스페이서를 식각장벽으로 이용하여 제 2절연막이 식각되지 않도록 하는 단계와, 캐패시터의 스토리지노드 전극 위에 유전막 및 플레이트전극을 차례로 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the capacitor manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming a first storage layer on the semiconductor substrate and then etching the first insulating layer to form a first storage node contact to expose a portion of the substrate, Forming a first plug to fill the first storage node contact; sequentially forming a second insulating film having a different etching selectivity from the second insulation film and the second insulating film on the substrate including the first plug; Selectively etching the insulating film and the second insulating film to form a second storage node contact exposing a portion of the first plug, forming a spacer on a sidewall of the second storage node contact, and a second including a nitride film spacer. Forming a second plug to fill a storage node contact; and a fourth to expose the second plug on a substrate including the second plug. Forming an insulating layer pattern, forming a storage node electrode on the substrate including the fourth insulating layer pattern, and then etching back the metal layer until the fourth insulating layer pattern is exposed to form the storage node electrode of the capacitor; And wet etching the fourth insulating layer pattern to remove the second insulating layer and simultaneously using the remaining third insulating layer and the spacer as an etch barrier so that the second insulating layer is not etched, and then the dielectric layer and the plate electrode are sequentially formed on the storage node of the capacitor. It characterized by including the step of forming.
상기 제 3절연막 및 상기 스페이서는 질화막을 이용한 것이 바람직하다.It is preferable that a nitride film is used for the third insulating film and the spacer.
상기 제 4절연막패턴은 HF, BOE중 어느 하나의 습식액을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다.The fourth insulating film pattern is preferably removed using a wet liquid of any one of HF and BOE.
상기 스토리지노드 전극 및 플레이트전극은 TiN,TaN,HfN,Ru,RuO2,Pt,Ir 및 IrO2 중 어느 하나의 금속을 이용하는 것이 바람직하다.Preferably, the storage node electrode and the plate electrode use any one metal of TiN, TaN, HfN, Ru, RuO 2, Pt, Ir and IrO 2.
상기 유전막은 Al2O3, HfO2, HfO2/AlO3, BST 중 어느 하나의 금속을 이용하는 것이 바람직하다.As the dielectric film, any one metal of Al 2 O 3, HfO 2 , HfO 2 / AlO 3 , and BST is preferable.
(실시예)(Example)
도 3a 내지 도 3j는 본 발명에 따른 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다. 3A to 3J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to the present invention.
본 발명에 따른 캐패시터 제조방법은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 소정의 하부구조를 가진 반도체기판(100) 상에 제 1절연막(102)을 형성하고 나서, 상기 제 1절연막을 선택 식각하여 기판의 소정부위를 노출시키는 제 1스토리지노드 콘택(103을 형성한다. 이어, 상기 제 1스토리지노드 콘택(103)을 포함한 기판 전면에 제 1다결정실리콘막(미도시)을 증착하고 나서, 상기 제 1절연막이 노출되는 시점까지 상기 제 1다결정실리콘막을 에치백하여 제 1스토리지노드 콘택(103)을 매립시키는 플러그(104)를 형성한다. 그런다음, 상기 제 1플러그(104) 및 제 1절연막(102) 전면에 제 2절연막(106) 및 제 제 3절연막(108)을 차례로 형성한다. 이때, 상기 제 3절연막(108)은 제 2절연막(106)과 식각선택성이 다른 물질을, 예로들면 질화막을 이용한다.In the method of manufacturing a capacitor according to the present invention, as shown in FIG. 3A, after forming a first
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 3절연막 및 제 2절연막을 선택식각하여 상기 제 1플러그(104)의 일부를 노출시키는 제 2스토리지노드 콘택(109)를 형성한다. 이어, 상기 제 2스토리지노드 콘택(109)을 포함한 기판 전면에 제 1질화막(110)을 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 3B, the third and second insulating layers are selectively etched to form second
그런다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1질화막을 에치백하여 제 2스토리지노드 콘택(109) 측벽에 스페이서(110a)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, the first nitride layer is etched back to form a
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 위에 제 2다결정실리콘막(미 도시)을 형성하고 나서, 상기 제 2다결정실리콘막을 에치백하여 스페이서(110a)를 포함한 제 2스토리지노드 콘택(109)을 매립시키는 제 2플러그(112)를 형성한다.3D, a second polysilicon layer (not shown) is formed on the resultant, and then the second polysilicon layer is etched back to form a second
이어, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2플러그(112)를 포함한 기판 전면에 제 2질화막(114) 및 제 4절연막(116)을 차례로 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, the
그런다음, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 제 4질화막을 식각정지점으로 하여 제 4절연막을 선택 식각하여 상기 제 2플러그(112)를 노출시키는 제 4절연막패턴(116a)을 형성한다. 3F, the fourth insulating layer is selectively etched using the fourth nitride layer as an etch stop to form a fourth insulating
이후, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 제 4절연막패턴(116a)을 포함한 기판 전면에 스토리지노드 전극용 TiN막(118)을 형성한다.Thereafter, as illustrated in FIG. 3G, the
그런다음, 도 3h에 도시된 바와 같이, 제 4절연막패턴(116a)의 상부표면을 노출시키는 시점까지 상기 스토리지노드 전극용 TiN막을 에치백하여 실린더 구조를 가진 캐패시터의 스토리지노드 전극(119)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3H, the TiN layer for storage node electrodes is etched back to a point where the upper surface of the fourth insulating
이후, 도 3i에 도시된 바와 같이, 상기 제 4절연막패턴을 습식 식각방법으로 제거한다. 이때, 상기 제 4절연막패턴은 BOE 또는 HF를 이용한다. 한편, 상기 제 4절연막패턴의 습식식각 공정에서, 잔류된 제 3절연막 및 스페이서는 제 2절연막 내로 습식액이 침투되지 못하도록 하는 식각장벽으로서의 역할을 한다.Thereafter, as shown in FIG. 3I, the fourth insulating film pattern is removed by a wet etching method. In this case, the fourth insulating film pattern uses BOE or HF. Meanwhile, in the wet etching process of the fourth insulating film pattern, the remaining third insulating film and the spacer serve as an etching barrier to prevent the wet liquid from penetrating into the second insulating film.
이어, 도 3j에 도시된 바와 같이, 캐패시터의 스토리지노드 전극(119) 위에 유전막(120) 및 플레이트전극(122)을 차례로 형성하여 캐패시터 제조를 완료한다. 이때, 상기 스토리지노드 전극(119) 및 플레이트전극(122)은 TiN,TaN,HfN,Ru,RuO2,Pt,Ir 및 IrO2 중 어느 하나의 금속을 이용한다. 또한, 상기 유전막(120)은 Al2O3, HfO2, HfO2/AlO3, BST 중 어느 하나의 금속을 이용한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3J, the
본 발명은 제 2절연막의 상부 및 측벽을 각각 질화막을 이용하여 감싸도록 함으로써, 스토리지노드 전극을 형성하기 위한 희생산화막을 습식 식각하여 제거 공정 시에 습식액이 제2절연막 내로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 방커결함이 발생되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성이 향상된다.According to the present invention, the upper and sidewalls of the second insulating layer may be respectively wrapped by using a nitride layer to prevent wet liquid from penetrating into the second insulating layer during the removal process by wet etching the sacrificial oxide layer for forming the storage node electrode. have. Therefore, the occurrence of the barrier defect is prevented and the reliability of the device is improved.
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