KR100716641B1

KR100716641B1 - 비정질카본층을 이용한 실린더형 캐패시터 제조 방법

Info

Publication number: KR100716641B1
Application number: KR1020060059251A
Authority: KR
Inventors: 박기선; 노재성; 길덕신; 송한상; 염승진; 김진혁; 이기정
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2007-05-09
Also published as: JP2008010866A; US7670903B2; CN101097852B; TWI333696B; CN101097852A; TW200802900A; JP5089262B2; US20080003741A1

Abstract

본 발명은 실린더의 높이를 높이더라도 습식딥아웃 공정에서 이웃하는 스토리지노드간 브릿지 현상을 방지할 수 있는 반도체소자의 캐패시터 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체소자의 캐패시터 제조 방법은 스토리지노드콘택이 형성된 반도체기판 상부에 비정질카본층이 삽입된 적층구조의 분리층을 형성하는 단계, 상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택 상부를 개방시키는 오픈영역을 형성하는 단계, 상기 오픈영역 내부에 스토리지노드를 형성하는 단계, 상기 분리층의 비정질카본층까지 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드의 중간부분의 외벽을 에워싸는 상기 비정질카본층으로 된 링 형태의 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층 형성후 잔류하는 분리층을 선택적으로 습식딥아웃하는 단계, 및 상기 지지층을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 내벽 및 외벽을 모두 드러내는 단계를 포함하며, 상술한 본 발명은 실린더 구조의 스토리지노드 형성을 위해 필수적으로 수반되는 습식딥아웃 공정에서 발생하는 스토리지노드 사이의 브릿지현상을 지지층(비정질카본중간층)이 방지할 수 있는 효과가 있다.

캐패시터, 비정질카본층, 브릿지, 실린더, 습식딥아웃

Description

비정질카본층을 이용한 실린더형 캐패시터 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING CYLINDER TYPE CAPACITOR USING AMORPHOUS CARBON LYAER}

도 1a는 종래 기술에 따른 습식 딥 아웃 공정 전의 캐패시터 구조를 도시한 도면,

도 1b는 종래기술에 따른 습식딥아웃후의 스토리지노드간 브릿지 가능성을 보여주는 사진,

도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 구조의 캐패시터 제조 방법을 도시한 공정 단면도,

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 오픈영역의 평면도,

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 스토리지노드분리공정후의 결과를 나타낸 평면도,

도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 비정질카본하드마스크층 제거후의 결과를 도시한 사시도,

도 3d 및 도 3e는 산화막 습식딥아웃 공정후의 결과를 도시한 사시도 및 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 반도체기판 22 : 스토리지노드콘택산화막

23 : 스토리지노드콘택플러그 24 : 배리어메탈

25 : 식각정지막층 26 : 캐패시터몰드산화막층

27, 27a : 비정질카본중간층 28 : 버퍼산화막층

29 : 비정질카본하드마스크층 32a : 스토리지노드

33, 33c, 33d : 희생산화막층

본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 실린더형 캐패시터(Cylinder type capacitor)의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, DRAM의 디자인 룰(Design Rule)이 작아짐에 따라 셀 크기(Cell size)는 계속해서 감소되고 있고 이에 따라, 원하는 충전 용량을 확보하기 위해 캐패시터의 높이는 계속해서 높아지고 있으며, 캐패시터 유전막의 두께는 더욱 얇아지고 있다. 여기서, 캐패시터의 높이가 높아지고, 유전막의 두께가 얇아지는 것은, 충전 용량이 전극 면적 및 유전막의 유전율에 비례하고 전극간 간격 즉, 유전막의 두께에 반비례하기 때문이다.

특히, 캐패시터의 높이의 증가는 후속 공정의 어려움을 유발하는 바, 그 한계가 있어서 유전막의 두께를 감소시키는 방향으로 많은 연구가 이루어지고 있다.

이를 위해, 유전막 자체의 개발 뿐만 아니라 사용하는 전극이 기존의 폴리실리콘에서 금속 재질로 변화하는 추세이다. 이것은, 폴리실리콘의 경우에는 표면의 자연 산화막으로 인해 유전막의 두께 감소에 한계가 있기 때문이다.

그런데, 금속 전극을 사용하는 경우에는 금속 재료의 특성인 결정립이 발달한다. 예컨대, TiN의 경우에 주상 구조(columnar structure)로 성장하여 표면이 거칠 뿐만 아니라, 발달된 결정립 계면 또는 막의 결함 등을 통해 습식식각 용액이 침투하게 되므로, 실린더형 TiN 하부전극 형성시의 캐패시터몰드산화막 제거를 위한 습식 식각 공정에서 하부전극의 하부 구조가 습식 식각 용액에 의해 어택(attack) 받게 되고, 이는 결과적으로 DRAM 동작이 안되는 불량으로 이어지게 된다.

또한, 디자인 룰이 작아짐에 따라 습식 식각에 의한 캐패시터몰드산화막 제거 공정인 딥-아웃(Dip-Out) 공정에서 이웃한 하부전극 간의 브릿지 현상이 발생하게 된다.

도 1a는 종래 기술에 따른 습식 딥 아웃 공정 전의 캐패시터 구조를 도시한 도면이다.

도 1a를 참조하면, 반도체기판(11) 상부에 스토리지노드콘택산화막(12)을 관통하는 스토리지노드콘택플러그(13)와 배리어메탈(14)의 적층구조를 형성하고, 스토리지노드콘택산화막(12) 상부에 식각정지막층(15)과 캐패시터몰드산화막층(16)을 형성한다.

이어서, 캐패시터몰드산화막(16)과 식각정지막층(15)을 식각하여 오픈영역을 형성한 후에, 오픈영역의 내부에 실린더 구조의 스토리지노드(17)를 형성한다.

위와 같이, 스토리지노드(17)를 형성한 후에는 스토리지노드(17)의 내벽 및 외벽을 모두 노출시켜 실린더 구조를 형성하도록 산화막 습식딥아웃 공정을 통해 캐패시터몰드산화막(16)을 제거해준다.

그러나, 최근에 디자인룰이 감소함에 따라 실린더형 캐패시터 공정에서는 실린더 형상의 스토리지노드간 간격이 작아지므로 습식딥아웃(Wet dip out) 공정의 최적화에도 불구하고 이웃한 스토리지노드간 브릿지가 발생할 확률이 점점 높아진다.

도 1b는 종래기술에 따른 습식딥아웃후의 스토리지노드간 브릿지 가능성을 보여주는 사진이다.

도 1b를 참조하면, A-A' 방향에서는 B-B' 방향에 비해 스토리지노드간 간격이 매우 작아서 습식딥아웃 공정시에 스토리지노드가 충분히 지탱하지 못하여 쓰러지게 되고, 이로써 이웃하는 스토리지노드간에 브릿지가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 실린더의 높이를 높이더라도 습식딥아웃 공정에서 이웃하는 스토리지노드간 브릿지 현상을 방지할 수 있는 반도체소자의 캐패시터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 캐패시터 제조 방법은 스토리지노드콘택이 형성된 반도체기판 상부에 비정질카본층이 삽입된 적층구조의 분리층을 형성하는 단계, 상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택 상부를 개방시키는 오픈영역을 형성하는 단계, 상기 오픈영역 내부에 스토리지노드를 형성하는 단계, 상기 분리층의 비정질카본층까지 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드의 중간부분의 외벽을 에워싸는 상기 비정질카본층으로 된 링 형태의 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층 형성후 잔류하는 분리층을 선택적으로 습식딥아웃하는 단계, 및 상기 지지층을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 내벽 및 외벽을 모두 드러내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 캐패시터의 제조 방법은 스토리지노드콘택이 형성된 반도체기판 상부에 중간에 지지층이 삽입된 분리층을 형성하는 단계, 상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택 상부를 개방시키는 오픈영역을 형성하는 단계, 상기 오픈영역 내부에 실린더형 스토리지노드를 형성하는 단계, 상기 분리층의 일부를 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 상부를 노출시키는 단계, 상기 지지층까지 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드의 외벽을 에워싸면서 이웃한 스토리지노드간에는 서로 연결되는 상기 지지층으로 된 링 패턴을 형성하는 단계, 상기 링 패턴 형성후 잔류하는 상기 분리층을 선택적으로 습식딥아웃하는 단계, 및 상기 링 패턴을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 내벽 및 외벽을 모두 드러내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시예에 따른 실린더 구조의 캐패시터 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21) 상부에 스토리지노드콘택산화막(22)을 형성한 후, 스토리지노드콘택산화막(22)을 관통하는 스토리지노드콘택홀을 형성하고, 이 스토리지노드콘택홀에 매립되는 스토리지노드콘택플러그(23)를 형성한다. 여기서, 도시되지 않았지만, 스토리지노드콘택산화막(22) 형성 전에는 통상정으로 워드라인을 포함하는 트랜지스터, 비트라인 공정이 진행되어 있고, 스토리지노드콘택산화막(22)은 예를 들어, USG막으로 형성하며, 그 두께는 1000∼3000Å으로 한다.

그리고, 스토리지노드콘택플러그(24)는 스토리지노드콘택산화막(22)을 스토리지노드콘택마스크를 이용하여 식각하여 스토리지노드콘택홀을 형성한 후에, 스토리지노드콘택홀을 채울때까지 폴리실리콘막을 증착하고 이후 에치백을 통해 형성한다.

이후, 스토리지노드콘택플러그(23) 상부에 배리어메탈(24)을 형성한다. 여기서, 배리어메탈(24)은 CVD Ti을 일정 두께로 증착하고, RTP(Rapid Thermal Process) 어닐 공정으로 하부의 실리콘과 Ti을 반응시켜 TiSi₂(24a)를 형성한 후, CVD TiN(24b)을 1000∼2000Å으로 증착하고 CMP 또는 에치백을 사용하여 평탄화하여 형성한다.

이상의 배리어메탈(24) 공정은 후속 스토리지노드도전막층으로 TiN을 사용하 는 경우에는 CVD TiN(24b) 증착 공정없이 바로 스토리지노드도전막층인 TiN을 증착하므로써, CVD TiN(24b)의 증착 및 평탄화공정을 생략할 수도 있다.

다음으로, 스토리지노드콘택플러그(23)가 매립된 스토리지노드콘택산화막(22) 상에 식각정지막(25)을 형성한다. 여기서, 식각정지막(25)은 질화막으로 형성한다.

이어서, 식각정지막(25) 상부에 캐패시터몰드산화막층(26), 비정질 카본 중간층(Amorphous Carbon Interlayer, 27), 버퍼산화막층(28), 비정질카본하드마스크층(29)을 차례로 적층한다. 여기서, 캐패시터몰드산화막층(26)은 저온의 언도우프드 산화막인 PETEOS, PSG 및 BPSG로 이루어진 그룹중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상으로 적층하여 전체 두께를 5000∼15000Å으로 한다.

그리고, 비정질카본중간층(27)은 PECVD 방식에 따라 300∼500℃의 온도에서 500 ∼2000Å의 두께로 증착한다.

그리고, 버퍼산화막층(28)은 저온 도우프드 산화막인 저온의 언도우프드 산화막인 PETEOS, PSG 및 BPSG로 이루어진 그룹중에서 선택된 어느 하나를 500∼2000Å 두께로 증착한다.

그리고, 비정질카본하드마스크층(29)은 PECVD 방식에 따라 300∼500℃의 온도에서 2000∼5000Å의 두께로 증착한다.

이어서, 비정질카본하드마스크층(29) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 스토리지노드를 정의하기 위한 스토리지노드마스크(30)를 형성한다. 여기서, 스토리지노드마스크(30)는 도 3에 도시된 것처럼, 지그재그(Zigzag) 어레이를 유지하는 것이 중요하다. 지그재그 어레이 상에서는 도 3과 같이 A-A' 방향의 스토리지노드홀 바깥쪽 CD가 B-B' 방향의 CD보다 훨씬 작다.

SN 식각을 위해서는 스토리지노드마스크(30) 아래에 도면에서는 표시되어 있지 않지만, 비정질카본하드마스크층(29) 위에 SiON 또는 산화막을 500∼1500Å 두께로 증착하여 이것을 반사방지막층으로 사용하며, 스토리지노드마스크(30)를 식각배리어로 하여 반사방지막층 및 비정질카본하드마스크층(29)을 식각하고, 이후 비정질카본하드마스크층(29)을 식각배리어로 하여 하부 물질들을 식각한다.

즉, 비정질카본하드마스크층(29)을 식각배리어로 하여 버퍼산화막층(28), 비정질카본중간층(27) 및 캐패시터몰드산화막(26)을 식각하여 하부전극이 형성될 홀(Hole) 형상의 오픈영역(Open region, 31)을 형성한다. 이러한 오픈영역(31) 형성을 위한 식각공정시에 스토리지노드마스크(30)은 모두 소모되고(따라서 점선으로 도시함), 비정질카본하드마스크층(29)이 실질적인 식각배리어 역할을 한다.

이후, 오픈영역(31) 아래의 식각정지막(25)을 식각하여 스토리지노드콘택플러그(23) 상부를 개방시킨다.

상술한 오픈영역(31)은 스토리지노드가 형성될 홀 형태이므로, 스토리지노드홀(Storage node Hole)이라고도 한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 오픈영역(31)의 평면도로서, 오픈영역(31)의 지름(D1, D2)은 A-A' 방향 및 B-B' 방향 모두 동일하고(D1=D2), 오픈영역(31)간 간격(S1, S2)은 A-A' 방향에서의 제1간격(S1)보다 B-B' 방향에서의 제2간격(S2)이 더 크다.

결국, 오픈영역(31)은 식각정지막층(25), 캐패시터몰드산화막층(26), 비정질카본중간층(27), 버퍼산화막층(28) 및 비정질카본하드마스크층(29)의 순서로 적층된 제1분리층(100)에 의해 제공된다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 오픈영역(31)의 표면을 따라 스토리지노드로 사용될 도전막, 즉 스토리지노드도전막층(32)을 증착한다. 여기서, 스토리지노드도전막층(32)은 TiN 또는 Ru이며, 그외에 다른 물질로 형성할 수도 있다. 바람직하게, 스토리지노드도전막층(32)은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 방법으로 증착하되, 200∼400Å 두께로 증착한다.

여기서, 스토리지노드도전막층(32)으로 TiN을 증착하는 경우에는 하부의 스토리지노드콘택플러그(23) 상부에, 즉 식각정지막(25)을 증착하기 전에 CVD TiN(24b) 증착 및 CVD TiN(24b)의 평탄화 공정을 생략할 수도 있다. 즉, 배리어메탈(24)과 스토리지노드도전막층(32)이 모두 TiN인 경우에는, 별도로 배리어메탈 역할을 하는 TiN의 증착 및 평탄화 공정을 진행하지 않아도 된다. 배리어메탈로 사용하는 CVD TiN(24b)의 증착을 생략한다고 하더라도, 스토리지노드도전막층(32)인 TiN 증착전에는 CVD Ti 증착 및 RTP 어닐 공정을 반드시 진행하여 하부의 스토리지노드콘택플러그(23)와 스토리지노드도전막층(32)인 TiN간의 오믹컨택을 형성하여 저항특성을 개선해야 한다.

상술한 스토리지노드도전막층(32)으로 TiN을 증착하는 경우에는 TiCl₄를 원료소스로 사용하고, NH₃를 반응가스로 하는 CVD TiN 증착 방법을 사용하되, 400∼ 700℃의 온도에서 증착한다.

그리고, Ru을 스토리지노드도전막층(32)으로 사용하는 경우에는 원료소스로 Ru(EtCp)₂를 사용하고, 반응가스로 O₂ 가스를 이용하여 200∼400℃의 온도에서 ALD(Atomic Layer Deposition) 방법으로 증착한다.

상술한 바와 같이, 스토리지노드도전막층(32)을 증착한 후에는 도 2c에 도시된 것처럼, 스토리지노드분리(Storage node isolation) 공정을 진행한다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 스토리지노드 분리 공정은 별도의 배리어없이 스토리지노드도전막층(32)을 건식 에치백(Dry etchback)한다. 한편, 스토리지노드도전막층(32)이 TiN인 경우의 스토리지노드 분리 공정은 감광막 배리어 또는 산화막배리어를 사용한 CMP 또는 건식에치백으로도 진행할 수 있다. 여기서, 감광막배리어 또는 산화막배리어를 사용하는 경우에는 분리공정시 오픈영역 내부에서의 오염을 방지할 수 있다.

위와 같은 스토리지노드 분리 공정은 비정질카본하드마스크층(29)의 표면이 드러날때까지 진행하여 오픈영역(32) 내부에 실린더 형상의 스토리지노드(32a)를 형성한다. 즉, CMP 또는 건식에치백을 통해 오픈영역(32)을 벗어난 비정질카본하드마스크층(29) 상부의 스토리지노드도전막층(32)을 제거하여 오픈영역(32)의 바닥 및 측벽에 걸치는 실린더 형상의 스토리지노드(32a)를 형성한다.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 스토리지노드분리공정후의 결과를 나타낸 평면도로서, 스토리지노드(32a)가 제1분리층(100)에 의해 지지되고 있음을 알 수 있다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 잔류하고 있는 비정질카본하드마스크층(29)을 제거한다. 이때, 비정질카본하드마스크층(29)은 O₂ 애싱(Ashing) 공정을 통해 스트립하는데, 비정질카본하드마스크층(29)은 감광막과 유사하게 산소(O₂)에 의해 용이하게 스트립된다.

따라서, 산소 애싱 공정후에 비정질카본하드마스크층(29)이 제거되어 스토리지노드(32a)의 상부가 노출되며, 이로써 스토리지노드(32a)의 상부 외측 아래에는 버퍼산화막층(28)이 노출된다.

도 3c는 비정질카본하드마스크층(29) 제거후의 결과를 도시한 사시도로서, 비정질카본하드마스크층(29) 제거후에 이웃한 스토리지노드(32a) 사이에는 식각정지막층(25), 캐패시터몰드산화막층(26), 비정질카본중간층(27) 및 버퍼산화막층(28)의 순서로 적층된 제2분리층(101)이 잔류하고, 제2분리층(101)에 의해 스토리지노드(32a)의 상부가 노출된다.

다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상부가 노출된 스토리지노드(32a)를 포함한 제2분리층(101) 상부에 희생산화막층(Sacrificial oxide layer, 33)을 형성한다.

이때, 희생산화막층(33)은 ALD 방법을 이용하여 SiO₂(이를 'ALD SiO₂'라고 함)로 증착하며, 원료가스로는 헥사클로라이드 디실레인(Si₂Cl₆, 'HCD'라 일컬음)를 사용하고, 촉매물질로는 피리딘(Pyridine)을 사용하며, 반응가스로는 H₂O 증기(Vapoer)를 사용한다. 그리고, ALD SiO₂의 증착온도는 100℃ 정도(80∼150℃)의 저온을 유지한다. 이처럼, 희생산화막층(33)을 저온증착이 가능한 ALD 방법으로 증착하면 스텝커버리지(Step coverage) 특성이 우수하고 후속 습식딥아웃공정으로 쉽게 제거되는 SiO₂를 용이하게 증착할 수 있다.

상술한 희생산화막층(33) 증착시 두께를 조절하여 A-A' 방향(스토리지노드사이의 간격이 좁은 부분)에서는 이웃한 스토리지노드(32a) 사이를 채우고('33a' 참조) B-B' 방향(스토리지노드 사이의 간격이 넓은 부분)에서는 이웃한 스토리지노드(32a) 사이를 채우지 않는('33b' 참조) 즉, 스토리지노드(32a)를 포함한 표면 상부에 일정한 두께로 증착한다. 이처럼, 희생산화막층(33)이 위치별로 두께가 다른 것은, A-A' 방향에서는 이웃한 스토리지노드(32a) 사이가 좁고, B-B' 방향에서는 이웃한 스토리지노드(32a) 사이가 넓기 때문이다. 이처럼, 희생산화막층(33)의 두께를 조절할 수 있는 것은 ALD 방법으로 증착하기 때문에 가능하다.

도 2f에 도시된 바와 같이, 희생산화막층(33)을 건식에치백한다.

이러한 희생산화막층(33)의 건식에치백후에 A-A' 방향 및 B-B' 방향 모두 스토리지노드의 내부에는 희생산화막층(33c)이 잔류하고, A-A' 방향의 이웃한 스토리지노드 사이에는 이웃한 스토리지노드 사이를 채우는 형태로 희생산화막층(33d)이 잔류하며, B-B' 방향의 이웃한 스토리지노드 사이에는 이웃한 스토리지노드 사이를 채우지 않는 형태로 희생산화막층(33e)이 잔류한다. 즉, B-B' 방향의 이웃한 스토 리지노드 사이에서는 희생산화막층(33)의 두께가 상대적으로 A-A' 방향에 비해 얇기 때문에 건식에치백후에 이웃한 스토리지노드 사이가 모두 드러나면서 각 스토리지노드의 노출된 상부 모서리의 측벽에 스페이서 형태로 희생산화막층(33e)이 잔류하게 된다.

한편, 희생산화막층(33)의 건식에치백시에 A-A' 방향 및 B-B' 방향 모두 각 스토리지노드(32a)의 상부 모서리가 노출되는 타겟으로 진행할 수 있다.

결국, 희생산화막층(33)의 건식에치백후에 A-A' 방향에서는 잔류하는 희생산화막층(33d)에 의해 하부의 버퍼산화막층(28)이 노출되지 않고, B-B' 방향에서는 스페이서 형태로 잔류하는 희생산화막층(33e)에 의해 하부의 버퍼산화막층(28)이 노출된다.

도 2g에 도시된 바와 같이, 희생산화막층(33)의 건식에치백후에 연속해서 버퍼산화막층(28)과 비정질카본중간층(27)을 차례로 건식 에치백한다. 이때, 버퍼산화막층(28)과 비정질카본층(27)의 건식에치백은 A-A' 방향 및 B-B' 방향에서 모두 일어난다. 단, A-A' 방향에서는 잔류하는 희생산화막층(33d)에 의해 버퍼산화막층(28)이 덮혀 있으므로, A-A' 방향에서는 버퍼산화막층(28)의 건식에치백이 일어나지 않고, B-B' 방향에서 노출된 버퍼산화막층(28) 및 버퍼산화막층(28) 아래의 비정질카본중간층(27)이 건식에치백된다.

상술한 바에 의하면, 버퍼산화막층(28)과 비정질카본중간층(27)의 건식에치백시에 A-A' 방향에서는 희생산화막층(33d)이 식각배리어 역할을 한다. 여기서, A-A' 방향에서는 희생산화막층(33d)이 버퍼산화막층(28)의 건식에치백시에 일부가 제 거될 수는 있으나, 여전히 버퍼산화막층(28)을 노출시키지 않는 두께로 잔류한다.

결국, 버퍼산화막층(28)과 비정질카본중간층(27)의 건식에치백후에 B-B' 방향에서는 스토리지노드(32a)의 상부가 비정질카본중간층(27a), 버퍼산화막층(28a) 및 희생산화막층(33e)의 순서로 적층된 구조의 스페이서에 의해 지지된다. 이에 반해, A-A' 방향에서는 스토리지노드(32a)의 상부가 이웃한 스토리지노드(32a) 사이를 완전히 채우는 형태의 적층구조물(27, 28, 33d)에 의해 지지된다. 실질적으로 스페이서 형태로 남는 B-B' 방향의 비정질카본중간층(27a)은 평면상으로 보면, 스토리지노드(32a)의 외벽을 에워싸는 링 형태의 스페이서이다. 물론, 버퍼산화막층(28a)과 희생산화막층(33e)도 스토리지노드(32a)의 외벽을 에워싸는 링 형태이다.

한편, 비정질카본중간층(27)의 건식에치백이 A-A' 방향에서는 일어나지 않지만, 평면도상으로 살펴볼때, 건식에치백이 블랭킷 식각 방식으로 진행되므로, A-A' 방향에서는 연결된 구조로 비정질카본중간층(27a)이 잔류하고, B-B' 방향에서는 끊어진 형태로 비정질카본중간층(27a)이 잔류한다. 따라서, 비정질카본중간층(27a)은 각각의 스토리지노드(32a)의 외벽을 에워싸는 링 형태가 되고, 이러한 링 형태의 비정질카본중간층(27a)은 A-A' 방향에서는 서로 연결되며, B-B' 방향에서는 서로 연결되지 않는다. 이러한 비정질카본중간층(27a)의 구조는 후술하는 도 3d 및 도 3e에 자세히 도시되어 있다.

도 2h에 도시된 바와 같이, 산화막 습식딥아웃공정을 진행한다. 이때, 산화막 습식딥아웃 공정에 의해 A-A' 방향에서는 산화막 물질인 희생산화막층(33c, 33d), 버퍼산화막층(28) 및 캐패시터몰드산화막층(26)이 모두 제거되고, B-B' 방향에서는 산화막 물질인 희생산화막층(33e), 버퍼산화막층(28a) 및 캐패시터몰드산화막층(26)이 모두 제거된다. A-A' 방향에서도 캐패시터몰드산화막층(26)이 모두 제거되는 것은 B-B' 방향에서 침투되는 산화막에천트가 비정질카본중간층(27a) 아래의 A-A' 방향으로도 흘러들어가기 때문이다. 따라서, A-A' 방향 및 B-B' 방향 모두에서 비정질카본중간층(27a) 아래에 캐패시터몰드산화막층(26)이 제거되어 빈 공간(26a)이 형성된다.

위와 같은 산화막 습식딥아웃 공정 후에, 비정질카본중간층(27a)에 의해 지지되고 있는 실린더 구조의 스토리지노드(32a)가 완성된다.

도 3d 및 도 3e는 산화막 습식딥아웃 공정후의 결과를 도시한 사시도 및 평면도로서, 각각의 스토리지노드(32a)의 외벽을 링 형태의 비정질카본중간층(27a)이 에워싸고 있으며, 각 비정질카본중간층(27a)은 A-A' 방향 및 A-A' 방향에 수직한 방향에서는 서로 연결된 구조이다. 따라서, 비정질카본중간층(27a)은 각각의 스토리지노드(32a)의 외벽에 끼워진 체인 형태의 링 구조라 볼 수 있다.

결국, A-A' 방향에서는 서로 연결된 링 형태의 비정질카본중간층(27a)에 의해 지지되는 형태가 되고, B-B' 방향에서는 서로 연결되지 않는 링 형태의 비정질카본중간층(27a)에 의해 지지되는 형태가 된다. 여기서, A-A' 방향의 비정질카본중간층(27a)과 B-B' 방향의 비정질카본중간층(27a)은 연결된 형태이므로, 모든 방향에서 모두 스토리지노드(32a)를 지지하는 역할을 할 수 있다.

바람직하게, 산화막 습식딥아웃 공정시 산화막 에천트로는 BOE 또는 HF 용액 을 사용하고, 딥아웃 시간은 희생산화막층, 버퍼산화막층, 캐패시터몰드산화막층을 모두 제거할 수 있는 시간으로 딥아웃한다.

상술한 바에 따르면, 산화막 습식딥아웃 공정시에 이웃하는 스토리지노드(32a)가 비정질카본중간층(27a)에 의해 지지되어 습식딥아웃 공정후에도 스토리지노드간의 브릿지 현상이 방지된다.

도 2i에 도시된 바와 같이, 건식 감광막 스트립(Dry PR strip)으로 남아있는 비정질카본중간층(27a)을 제거한다. 비정질카본중간층(27a)은 전술한 것처럼, 감광막스트립(예컨대, 산소를 이용한 스트립)에 의해 쉽게 제거된다.

도시하지 않았지만, 후속 공정으로, 유전막 증착과 상부전극 증착을 진행하여 실린더 구조의 캐패시터를 완성한다.

상술한 실시예에 따르면, 스토리지노드의 지지구조물에 비정질카본층을 삽입해주므로써 후속 산화막 습식딥아웃 공정시에도 스토리지노드가 쓰러지는 것을 방지하여 이웃한 스토리지노드간 브릿지를 방지한다. 즉, 실린더 구조의 스토리지노드 형성을 위해 필수적으로 수반되는 습식딥아웃 공정에서 발생하는 실린더 사이의 브릿지현상을 비정질카본중간층이 방지할 수 있고, 이로써 스토리지노드의 높이를 최대한 높여 캐패시턴스를 충분히 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명은 비정질카본중간층(27a)까지 모두 제거한 후에 유전막을 증착하므로, 스토리지노드와 유전막의 접촉면적을 넓혀 캐패시턴스를 충분히 확보할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은 실린더 구조의 스토리지노드 형성을 위해 필수적으로 수반되는 습식딥아웃 공정에서 발생하는 스토리지노드 사이의 브릿지현상을 비정질카본중간층이 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 비정질카본중간층은 실린더 형상의 스토리지노드 형성 공정이 완료된 후 건식감광막스트립으로 쉽게 제거할 수 있으므로 공정 수율의 저하없이 캐패시터 제조 공정을 완료할 수 있는 효과가 있다.

Claims

스토리지노드콘택이 형성된 반도체기판 상부에 비정질카본층이 삽입된 적층구조의 분리층을 형성하는 단계;

상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택 상부를 개방시키는 오픈영역을 형성하는 단계;

상기 오픈영역 내부에 스토리지노드를 형성하는 단계;

상기 분리층의 비정질카본층까지 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드의 중간부분의 외벽을 에워싸는 상기 비정질카본층으로 된 링 형태의 지지층을 형성하는 단계;

상기 지지층 형성후 잔류하는 분리층을 선택적으로 습식딥아웃하는 단계; 및

상기 지지층을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 내벽 및 외벽을 모두 드러내는 단계

를 포함하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 오픈영역을 형성하는 단계에서,

상기 오픈영역은 일방향으로는 이웃한 오픈영역간 간격이 좁고, 다른 방향으로는 이웃한 오픈영역간 간격이 넓게 오픈되는 마스크를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 오픈영역을 형성하는 단계는,

상기 분리층으로서 제1절연막층, 제1비정질카본층, 제2절연막층 및 제2비정질카본층을 차례로 적층하는 단계;

상기 제2비정질카본층 상부에 감광막을 이용하여 마스크를 형성하는 단계;

상기 마스크를 식각배리어로 상기 제2비정질카본층을 식각하는 단계; 및

상기 제2비정질카본층을 하드마스크로 사용하여 제2절연막층, 제1비정질카본층 및 제1절연막층을 식각하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 제1절연막층과 제2절연막층은 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 제1절연막층 아래에 식각정지막층을 더 형성하고, 상기 제2비정질카본층을 하드마스크로 사용한 식각시 상기 식각정지막층까지 식각하여 상기 오픈영역을 개방시키는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제5항에 있어서,

상기 식각정지막층은, 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 제1비정질카본층은, PECVD 방식을 이용하여 300∼500℃의 온도에서 500∼2000Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 제2비정질카본층은, PECVD 방식을 이용하여 300∼500℃의 온도에서 2000∼5000Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 제2비정질카본층과 마스크 사이에 추가로 하드마스크를 삽입하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 추가 하드마스크는, SiON 또는 저온언도우프드산화막을 500∼1500Å 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 분리층에서,

상기 제1절연막층은 PE-TEOS, PSG 및 BPSG로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 5000∼15000Å 두께로 증착하고, 상기 제2절연막층은 PE-TEOS, PSG 및 BPSG로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 2000∼5000Å 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지지층을 형성하는 단계는,

상기 스토리지노드 형성후에 상기 분리층의 최상부층인 제2비정질카본층을 선택적으로 제거하는 단계;

상기 제2비정질카본층 제거후에 상부가 노출된 스토리지노드를 포함한 전면에 희생막층을 형성하는 단계;

상기 희생막층을 선택적으로 식각하는 단계; 및

상기 희생막층을 식각배리어로 상기 분리층의 제1비정질카본층까지 식각하여 상기 제1비정질카본층으로 된 상기 링형태의 지지층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 링형태의 지지층 형성후에 잔류하는 희생막층은 상기 분리층의 습식딥아웃시에 동시에 제거되는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 제2비정질카본층을 제거하는 단계는,

산소 분위기의 플라즈마 공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 희생막층을 형성하는 단계는

상기 스토리지노드사이의 간격이 좁은 부분에서는 이웃한 스토리지노드 사이를 채우고, 상기 스토리지노드 사이의 간격이 넓은 부분에서는 이웃한 스토리지노드 사이를 채우지 않는 두께로 형성하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제14항에 있어서,

상기 희생막층은,

ALD 방법을 이용하여 SiO₂로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제15항에 있어서,

상기 희생막층의 ALD 방법 증착시,

원료소스로는 헥사클로라이드디실레인을 사용하고, 촉매물질로 피리딘을 사용하며, 반응가스로는 H₂O 증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제16항에 있어서,

상기 희생막층의 ALD 방법 증착은, 100℃∼150℃의 저온에서 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 희생막층을 선택적으로 식각하는 단계와 상기 희생막층을 식각배리어로 상기 분리층의 제1비정질카본층까지 식각하여 상기 제1비정질카본층으로 된 상기 지지층을 형성하는 단계는,

건식 에치백으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 스토리지노드를 형성하는 단계는,

상기 오픈영역의 표면을 따라 스토리지노드도전막층을 형성하는 단계; 및

상기 오픈영역을 벗어난 지역의 스토리지노드도전막층을 선택적으로 제거하는 스토리지노드분리공정을 통해 상기 오픈영역의 내부에만 스토리지노드를 형성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 스토리지노드도전막층은 TiN 또는 Ru로 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 스토리지노드분리공정은, 배리어없는 건식에치백으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제19항에 있어서,

상기 스토리지노드분리공정은, 감광막배리어 또는 산화막배리어를 이용한 CMP 또는 건식에치백으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 분리층은 상기 비정질카본층을 제외한 나머지가 모두 산화막이고, 상기 습식딥아웃은 산화막 습식딥아웃으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패 시터의 제조 방법.
제23항에 있어서,

상기 습식딥아웃은, BOE 용액 또는 HF 용액으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 지지층을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 내벽 및 외벽을 모두 드러내는 단계는,

산소 분위기의 플라즈마 공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
스토리지노드콘택이 형성된 반도체기판 상부에 중간에 지지층이 삽입된 분리층을 형성하는 단계;

상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택 상부를 개방시키는 오픈영역을 형성하는 단계;

상기 오픈영역 내부에 실린더형 스토리지노드를 형성하는 단계;

상기 분리층의 일부를 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 상부를 노출시키는 단계;

상기 지지층까지 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드의 외벽을 에워싸면서 이웃한 스토리지노드간에는 서로 연결되는 상기 지지층으로 된 링 패턴을 형성하는 단계;

상기 링 패턴 형성후 잔류하는 상기 분리층을 선택적으로 습식딥아웃하는 단계; 및

상기 링 패턴을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 내벽 및 외벽을 모두 드러내는 단계

를 포함하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제26항에 있어서,

상기 분리층은 제1산화막, 상기 지지층인 제1비정질카본층, 제2산화막 및 제2비정질카본층의 순서로 적층하여 형성하고,

상기 분리층의 일부를 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 상부를 노출시키는 단계에서 상기 제2비정질카본층이 제거되는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제27항에 있어서,

상기 제1,2비정질카본층은, PECVD 방법을 이용하여 300∼500℃의 온도에서 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제27항에 있어서,

상기 제1,2산화막은, PE-TEOS, PSG 및 BPSG로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제27항에 있어서,

상기 제2비정질카본층을 제거하는 단계는,

산소분위기의 플라즈마 공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제30항에 있어서,

상기 제2비정질카본층 제거후에,

상기 상부가 노출된 스토리지노드를 포함한 전면에 희생막층을 형성하는 단계;

상기 희생막층을 선택적으로 건식에치백하여 스페이서형태로 잔류시키는 단계; 및

상기 스페이서형태로 잔류하는 희생막층을 식각배리어로 상기 분리층의 제1비정질카본층까지 식각하여 상기 제1비정질카본층으로 된 상기 링패턴을 형성하는 단계를 더 포함하고,

상기 링패턴 형성후에 잔류하는 희생막층은 상기 분리층의 습식딥아웃시에 동시에 제거되는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제31항에 있어서,

상기 희생막층을 형성하는 단계는

상기 스토리지노드사이의 간격이 좁은 부분에서는 이웃한 스토리지노드 사이를 채우고, 상기 스토리지노드 사이의 간격이 넓은 부분에서는 이웃한 스토리지노드 사이를 채우지 않는 두께로 형성하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제32항에 있어서,

상기 희생막층은,

ALD 방법을 이용하여 SiO₂로 증착하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시 터의 제조 방법.
제33항에 있어서,

상기 희생막층의 ALD 방법 증착시,

원료소스로는 헥사클로라이드디실레인을 사용하고, 촉매물질로 피리딘을 사용하며, 반응가스로는 H₂O 증기를 사용하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제35항에 있어서,

상기 희생막층의 ALD 방법 증착은, 100℃∼150℃의 저온에서 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.
제26항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 링패턴을 형성하는 단계에서,

상기 지지층의 식각은 건식 에치백으로 진행하는 것을 특징으로 하는 실린더형 캐패시터의 제조 방법.