KR100733463B1 - Semiconductor device and method for fabrication thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실린더형 캐패시터 형성을 위해 캐패시터 희생절연막을 딥-아웃 공정을 진행할 때, 하부전극의 하부로 케미컬이 침투하여 층간절연막 및 플러그 등이 식각되는 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 소정의 오픈부를 갖도록 배치되어 상기 오픈부를 통해 하부의 도전영역을 노출시키는 절연막; 상기 오픈부를 매립하며 상기 도전영역과 전기적으로 접속된 도전막; 및 상기 도전막 상에 배치된 캐패시터 하부전극을 구비하며, 상기 절연막은, 상기 캐패시터 하부전극의 결함을 통해 침투하는 케미컬의 어택을 방지하기 위해 그 최상부에 제1펜스를 갖고, 상기 제1펜스 및 상기 오픈부를 이루는 절연막의 측벽을 감싸는 스페이서 형상의 제2펜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자를 제공한다.The present invention provides a semiconductor device and a method of manufacturing the same, which prevents the phenomenon of etching the interlayer insulating film and the plug by infiltrating the lower portion of the lower electrode when the capacitor sacrificial insulating film is formed in the deep-out process to form a cylindrical capacitor To this end, the present invention for this purpose, is disposed to have a predetermined opening to expose the lower conductive region through the opening; A conductive film filling the open part and electrically connected to the conductive area; And a capacitor lower electrode disposed on the conductive layer, wherein the insulating layer has a first fence at the top thereof to prevent attack of the chemical penetrating through the defect of the capacitor lower electrode, and the first fence and It provides a semiconductor device comprising a spacer-shaped second fence surrounding the side wall of the insulating film forming the open portion.
또한, 본 발명은, 소정의 오픈부를 갖도록 배치되어 상기 오픈부를 통해 하부의 도전영역을 노출시키는 절연막; 상기 오픈부를 매립하며 상기 도전영역과 전기적으로 접속된 도전막; 및 상기 도전막 상에 배치된 캐패시터 하부전극을 구비하며, 상기 절연막은, 상기 캐패시터 하부전극의 결함을 통해 침투하는 케미컬의 어택을 방지하기 위해 그 중간에 제1펜스를 갖고, 상기 오픈부를 이루는 절연막의 측벽을 감싸는 스페이서 형상의 제2펜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자를 제공한다.
In addition, the present invention includes an insulating film disposed to have a predetermined open portion to expose a lower conductive region through the open portion; A conductive film filling the open part and electrically connected to the conductive area; And a capacitor lower electrode disposed on the conductive layer, wherein the insulating layer has a first fence in the middle thereof to prevent attack of the chemical penetrating through the defect of the capacitor lower electrode, and forms an open portion. It provides a semiconductor device comprising a spacer-shaped second fence surrounding the side wall of the.
캐패시터, 희생절연막, 펜스, 스페이서, 스토리지노드용 콘택 플러그, 실린더.Capacitors, sacrificial insulating films, fences, spacers, contact plugs for storage nodes, cylinders.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 실린더형 캐패시터 형성 공정을 도시한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views showing a cylindrical capacitor forming process according to the prior art.
도 2는 하부전극의 디펙트를 통한 층간절연막의 어택을 설명하기 위한 단면도.2 is a cross-sectional view for explaining the attack of the interlayer insulating film through the defect of the lower electrode.
도 3은 파티클로 인한 하부전극용 전도막의 증착 불량을 통한 층간절연막의 어택을 설명하기 위한 단면도.3 is a cross-sectional view for explaining the attack of the interlayer insulating film through poor deposition of the conductive film for the lower electrode due to the particles.
도 4는 하부전극용 전도막의 스텝 커러비지의 불량으로 인한 층간절연막의 어택을 설명하기 위한 단면도.4 is a cross-sectional view for explaining the attack of the interlayer insulating film due to the poor step coverage of the conductive film for the lower electrode;
도 5는 캐패시터가 형성된 본 발명의 반도체 소자를 개략적으로 도시한 평면도.5 is a plan view schematically showing a semiconductor device of the present invention in which a capacitor is formed.
도 6은 도 5를 a-a' 방향으로 절취한 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention taken along the line a-a 'in FIG. 5. FIG.
도 7은 도 5를 b-b' 방향으로 절취한 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention taken along the line b-b ′ of FIG. 5.
도 8은 도 5를 a-a' 방향으로 절취한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도.8 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with another embodiment of the present invention taken along the line a-a 'of FIG. 5.
도 9는 도 5를 b-b' 방향으로 절취한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소를 도시한 단면도.FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor saw according to another exemplary embodiment of the present invention taken along the line b-b 'in FIG. 5; FIG.
도 10a 내지 도 10d는 도 6 및 도 7에 해당하는 반도체 소자 제조 공정을 도시한 단면도.10A to 10D are cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing process corresponding to FIGS. 6 and 7.
도 11a 내지 도 11d는 도 8 및 도 9에 해당하는 반도체 소자 제조 공정을 도시한 단면도.
11A to 11D are cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing process corresponding to FIGS. 8 and 9.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100: 기판 104 : 불순물 확산영역100
106 : 제1절연막 107 : 셀콘택 플러그106: first insulating film 107: cell contact plug
108 : 제1식각정지막 109 : 제2절연막108: first etching stop film 109: second insulating film
110 : 전도막 111 : 절연성 하드마스크110: conductive film 111: insulating hard mask
112 : 스페이서 113 : 제3절연막112
114 : 제1펜스 117 : 제2펜스114: first fence 117: second fence
121 : 하부전극 122 : 유전체막121: lower electrode 122: dielectric film
123 : 상부전극
123: upper electrode
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로 특히, 캐패시터용 희생 절연막의 습식 어택으로 인한 불량 발생을 억제할 수 있는 반도체 소자 제조 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 manufacturing a semiconductor device capable of suppressing occurrence of defects due to wet attack of a sacrificial insulating film for a capacitor.
반도체 소자의 고집적화, 소형화 및 고속화에 따라 캐패시터가 차지하는 면적이 감소하고있으며, 비록 반도체 소자가 고집적화 및 소형화되더라도 반도체 소자를 구동시키기 위한 캐패시터의 정전용량는 최소한 확보되어야 한다.The area occupied by the capacitor is decreasing with high integration, miniaturization and high speed of the semiconductor device. Even if the semiconductor device is highly integrated and miniaturized, the capacitance of the capacitor for driving the semiconductor device should be secured at least.
캐패시터의 정전용량을 확보하기 위한 한 방안으로 캐패시터의 하부전극을 실린더 구조(Cylinder) 구조, 스택(Stack) 구조, 핀(Pin) 구조, 컨캐이브(Concave) 구조 등 다양한 구조로 형성하여 제한된 면적 하에서 캐패시터 하부전극의 유효 표면적을 극대화시키고 있다.As a way to secure the capacitance of the capacitor, the lower electrode of the capacitor is formed in various structures such as cylinder structure, stack structure, pin structure, and concave structure, thereby limiting The effective surface area of the capacitor lower electrode is maximized.
이 중에서 3차원 구조로서 가장 큰 정전용량을 확보할 수 있는 것이 실린더 구조이다.Among them, the cylinder structure can secure the largest capacitance as a three-dimensional structure.
도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 실린더형 캐패시터 형성 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 실린더형 캐패시터 형성 공정을 살펴본다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a cylindrical capacitor forming process according to the prior art, and looks at the conventional cylindrical capacitor forming process with reference to this.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 웰 및 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(10) 상에 층간절연막(11)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, an interlayer
층간절연막(11)을 산화막 계열의 물질막으로 이용할 경우에는 BSG(Boro Silicate Glass)막, BPSG(Boro Phospho SIlicate Glass)막, PSG막, TEOS막, HDP(High Density Plasma) 산화막, SOG(Spin On Glass)막 또는 APL(Advanced Planarization Layer)막 등을 이용하며, 산화막 계열 이외에 무기 또는 유기 계열의 저유전율막을 이용할 수 있다.When the interlayer
참고로, 여기서의 공정 단면에서는 게이트전극 패턴이 나타나지 않는다.For reference, the gate electrode pattern does not appear in the process cross section here.
이어서, 층간절연막(11)을 선택적으로 식각하여 셀콘택 플러그(도시하지 않음)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다. 이어서, 전도막을 증착한 다음, 전면식각 또는 CMP 등을 이용한 평탄화 공정을 실시하여 층간절연막(11)과 그 상부가 평탄화되고 아이솔레이션된 복수의 스토리지노드용 콘택 플러그(12)를 형성한다. Subsequently, the
스토리지노드용 콘택 플러그(12)는 폴리실리콘의 단독 또는 폴리실리콘이 Ti, TiN, Ta, TaN 등과 조합된 구성을 포함한다.The
이어서, 스토리지노드용 콘택 플러그(12)가 형성된 전면에 후속 캐패시터의 스토리지노드 형성 영역을 정의하는 오픈부 형성시 스토리지노드용 콘택 플러그(12)의 어택을 방지하기 위한 식각 멈춤 역할을 하는 식각정지막(13)을 형성한다.Subsequently, an etch stop layer serves as an etch stop to prevent attack of the storage
식각정지막(13)은 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막 등의 절연성을 갖는 질화막 계열의 물질막을 이용한다.The
이어서, 식각정지막(13) 상에 캐패시터 형성용 희생절연막(14)을 형성한다. 희생절연막(14)으로 통상의 산화막 계열의 물질막을 사용할 수 있으며, 주로 TEOS막의 단독 또는 TEOS막/PSG막의 적층 구조를 사용한다.Subsequently, a sacrificial
이어서, 희생절연막(14) 상에 캐패시터의 스토리지노드 콘택 형성 영역을 정 의하는 마스크 패턴(15)을 형성한다.Subsequently, a
마스크 패턴(15)은 보통 포토레지스트 패턴 만을 나타내는 것이었으나, 근래에는 캐패시터의 수직 높이가 증가함에 따라 이를 결정하는 희생절연막(14)의 높이가 증가함으로 인해, 또한 고해상도르 구현하기 위해서는 포토레지스트 패턴의 두께가 얇아짐으로 인해 포토레지스트 패턴 만으로는 희생절연막(14)을 식각하는 것에 한계가 발생하였다. 이로 인해 포토레지스트 패턴 하부에 식각 배리어용으로 사용될 희생 하드마스크를 사용하며, 포토레지스트 패턴을 이용하여 희생 하드마스크에 패턴을 전사한 다음, 희생 하드마스크를 이용하여 피식각층, 희생절연막(14)을 식각하여 원하는 패턴을 형성하고 있다. 이러한 희생 하드마스크 물질로는 폴리실리콘, 텅스텐, 질화막 등이 사용되고 있으며, 피식각층의 종류에 따라 다양하게 사용된다.The
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(15)을 식각마스크로 희생절연막(14)을 선택적으로 식각하여 스토리지노드용 콘택 플러그(12) 상부의 식각정지막(13)을 노출시키는 오픈부(16)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the
여기서, 오픈부(16)는 캐패시터 형성 예정 영역을 나타낸다.Here, the
이 때, 통상의 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 공정의 경우 오픈부(16)의 식각 프로파일이 비트라인(도시하지 않음)의 측면에 얼라인되며, 큰 식각 타겟으로 인한 식각 공정의 마진 확보를 위해 자기정렬콘택(Self Align Contact; 이하 SAC 이라 함)에 의한 식각 공정을 적용한다.In this case, in the case of a conventional DRAM (Dynamic Random Access Memory) process, the etching profile of the
이어서, 식각정지막(13)을 제거하여 스토리지노드용 콘택 플러그(12)를 노출 시킨다.Subsequently, the
이어서, 오픈부(16) 형성에 따른 식각 잔류물과 오픈부(16) 저면에 형성된 계면 산화막 등을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정은 습식 방식을 이용하며, 케미컬로는 HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 등을 사용한다.Subsequently, a cleaning process is performed to remove the etching residue resulting from the formation of the
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 오픈부(16)가 형성된 프로파일을 따라 스토리지노드용 전도막을 증착하여 오픈부(16) 형성에 따라 노출된 스토리지노느용 콘택 플러그(12)와 전기적으로 접속시킨다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, a conductive film for the storage node is deposited along the profile in which the
이어서, 보호막을 증착하여 오픈부(16)의 빈 부분을 채운 다음, 희생절연막(14)이 노출되는 타겟으로 전면식각 또는 CMP 공정을 실시하여 아이솔레이션된 캐패시터의 하부전극(17) 즉, 스토리지노드를 형성한다.Subsequently, the passivation layer is deposited to fill the empty portion of the
여기서, 하부전극용 전도막은 폴리실리콘, Ti, TiN, Ta, TaN, Ir, IrO2, Ru, RuO2, Pt 등의 단독 또는 조합된 구성을 포함한다.Here, the conductive film for the lower electrode includes a single or combined configuration of polysilicon, Ti, TiN, Ta, TaN, Ir, IrO 2 , Ru, RuO 2 , Pt and the like.
아울러, 하부전극(17)과 스토리지노드용 콘택 플러그(12) 사이의 계면에 Ti, TiN, Ta, TaN, TiSi2 등의 단독 또는 조합된 구성을 갖는 배리어막을 형성할 수 있으며, 또한 층간절연막 및 스토리지노드용 콘택 플러그(12)와 배리어막과 사이에 접착층을 더 포함할 수도 있다.In addition, a barrier film having a single or combined configuration such as Ti, TiN, Ta, TaN, TiSi 2 , or the like may be formed at an interface between the
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 보호막을 제거한 다음, 딥-아웃(Dip-out) 공정을 실시하여 희생절연막(14)을 제거하여 하부전극(17)이 실린더 구조가 되도록 한다. 딥-아웃 공정에서는 HF 또는 BOE 등의 케미컬을 사용한다.
Subsequently, as shown in FIG. 1D, after removing the protective film, a dip-out process is performed to remove the sacrificial
이어서, 하부전극(17) 상에 유전체막(18)과 상부전극(19)을 차례로 형성함으로써, 셀 캐패시터 형성 공정이 완료된다.Subsequently, the
한편, 상기한 종래의 실린더형 캐패시터 형성을 위해 실시하는 희생절연막(14)의 딥-아웃 공정에서는 HF 또는 BOE 등의 케미컬을 에쳔트(Etchant)로 사용하며, 하부전극에 결함이 있거나 파티클 등의 이류로 하부전극이 이미 형성된 캐패시터 구조에서 충분히 증착되지 않을 경우 이러한 케미컬이 하부로 흘러들어가 하부에 있는 층간절연막(11)을 식각하는 문제가 발생한다. 예컨대, 하부전극(17) 물질로 만히 사용되는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition; 이하 CVD라 함) 방식을 이용하여 증착한 TiN을 사용할 경우 그레인 바운더리(Grain boundary)의 밀도가 낮은 원주형 그레인(Columnar grain) 구조를 갖기 때문에 그레인 바운더리를 통한 용액의 침투가 용이한 용이한 단점이 있다. 하부의 층간절연막(11)이 식각되어 제거되는 경우 케미컬이 식각된 층간절연막(11)의 공간에 저장되었다가 후속의 열공정 중 스토리지노드용 콘택 플러그(12) 및 하부의 샐콘택 플러그, 심할 경우 기판(10)까지 식각하게 되어 큰 결함으로 발전하게 된다.On the other hand, in the dip-out process of the sacrificial insulating
이하에서는, 딥-아웃 공정시 케미컬에 의한 층간절연막의 어택을 유형 별로 살펴 본다.Hereinafter, the attack of the interlayer insulating layer due to the chemical during the dip-out process will be described for each type.
도 2는 하부전극의 디펙트를 통한 층간절연막의 어택을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating an attack of an interlayer insulating film through defects of a lower electrode.
도 2의 (a)를 참조하면, 하부전극(17)이 스토리지노드용 콘택 플러그(12)와의 계면 부근에서 도면부호 '20'과 같이 디펙트(Defect)가 존재할 경우 도 2의 (b) 와 같이 희생절연막(14)을 제거하기 위한 딥-아웃 공정에서 이러한 디펙트(20)로 케미컬이 침투하여 도면부호 '21'과 같이 층간절연막(110이 식각된다.Referring to FIG. 2A, when the
도 3은 파티클로 인한 하부전극용 전도막의 증착 불량을 통한 층간절연막의 어택을 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an attack of an interlayer insulating film due to poor deposition of a conductive film for a lower electrode due to particles.
도 3의 (a)를 참조하면, 하부전극 형성을 위한 오픈부 형성 공정 후 오픈부 상단에 도면부호 '22'와 같이 파티클이 존재할 경우 파티클(22)이 존재하는 하부의 오픈부에는 하부전극용 전도막(17')이 증착되지 않는다.Referring to (a) of FIG. 3, when a particle is present as shown by reference numeral '22' at the top of the open part after the open part forming process for forming the lower electrode, the lower part is open for the lower electrode in which the
이 때, 도 3의 (b)와 같이 희생절연막(14)을 제거하기 위한 딥-아웃 공정에서 도면부호 '23'과 같이 층간절연막(11)이 식각된다.At this time, the
도 4는 하부전극용 전도막의 스텝 커러비지의 불량으로 인한 층간절연막의 어택을 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view for explaining the attack of the interlayer insulating film due to the poor step coverage of the conductive film for the lower electrode.
도 4의 (a)를 참조하면, 하부전극용 전도막 증착시 종횡비의 증가로 오픈부 저면에서의 증착되는 막의 두께가 도면부호 '24'와 같이 상부에 비해 얇게 됨을 알 수 있다.Referring to (a) of FIG. 4, it can be seen that the thickness of the deposited film on the bottom of the open part becomes thinner than the upper part as indicated by '24' due to the increase in the aspect ratio during the deposition of the conductive film for the lower electrode.
이 때, 도 4의 (b)와 같이 희생절연막(14)을 제거하기 위한 딥-아웃 공정에서 오픈부 저면에서 증착되는 하부전극용 전도막의 두께가 얇아, 이 부분으로 도면부호 '25'과 같이 층간절연막(11)이 식각된다.
At this time, in the deep-out process for removing the sacrificial insulating
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 실 린더형 캐패시터 형성을 위해 캐패시터 희생절연막을 딥-아웃 공정을 진행할 때, 하부전극의 하부로 케미컬이 침투하여 층간절연막 및 플러그 등이 식각되는 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and when a capacitor sacrificial insulating film is formed in a dip-out process to form a cylinder type capacitor, the chemical penetrates into the lower portion of the lower electrode, such as an interlayer insulating film and a plug. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of preventing the etching phenomenon and a manufacturing method thereof.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 소정의 오픈부를 갖도록 배치되어 상기 오픈부를 통해 하부의 도전영역을 노출시키는 절연막; 상기 오픈부를 매립하며 상기 도전영역과 전기적으로 접속된 도전막; 및 상기 도전막 상에 배치된 캐패시터 하부전극을 구비하며, 상기 절연막은, 상기 캐패시터 하부전극의 결함을 통해 침투하는 케미컬의 어택을 방지하기 위해 그 최상부에 제1펜스를 갖고, 상기 제1펜스 및 상기 오픈부를 이루는 절연막의 측벽을 감싸는 스페이서 형상의 제2펜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an insulating film disposed to have a predetermined open portion to expose a lower conductive region through the open portion; A conductive film filling the open part and electrically connected to the conductive area; And a capacitor lower electrode disposed on the conductive layer, wherein the insulating layer has a first fence at the top thereof to prevent attack of the chemical penetrating through the defect of the capacitor lower electrode, and the first fence and It provides a semiconductor device comprising a spacer-shaped second fence surrounding the side wall of the insulating film forming the open portion.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 소정의 오픈부를 갖도록 배치되어 상기 오픈부를 통해 하부의 도전영역을 노출시키는 절연막; 상기 오픈부를 매립하며 상기 도전영역과 전기적으로 접속된 도전막; 및 상기 도전막 상에 배치된 캐패시터 하부전극을 구비하며, 상기 절연막은, 상기 캐패시터 하부전극의 결함을 통해 침투하는 케미컬의 어택을 방지하기 위해 그 중간에 제1펜스를 갖고, 상기 오픈부를 이루는 절연막의 측벽을 감싸는 스페이서 형상의 제2펜스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자를 제공한다.In addition, to achieve the above object, the present invention is an insulating film disposed to have a predetermined open portion to expose a lower conductive region through the open portion; A conductive film filling the open part and electrically connected to the conductive area; And a capacitor lower electrode disposed on the conductive layer, wherein the insulating layer has a first fence in the middle thereof to prevent attack of the chemical penetrating through the defect of the capacitor lower electrode, and forms an open portion. It provides a semiconductor device comprising a spacer-shaped second fence surrounding the side wall of the.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 도전영역을 포함하는 하부 구조 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 상기 제1절연막의 어택을 방지하기 위한 제1펜스 형성을 위한 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 제2절연막 및 상기 제1절연막을 선택적으로 식각하여 상기 도전영역을 노출시키는 제1오픈부를 형성하는 단계-상기 제2절연막은 상기 제1절연막의 최상부에서 제1펜스를 이룸; 상기 제1오픈부가 형성된 프로파일을 따라 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 상기 제1절연막의 어택을 방지하기 위한 제2펜스 형성을 위해 제3절연막을 형성하는 단계; 전면식각을 실시하여 상기 오픈부를 이루는 제1펜스 및 상기 제1절연막의 측벽에 스페이서 형상의 제2펜스를 형성하는 단계; 상기 제1오픈부를 매립하며 상기 제1펜스와 실질적으로 평탄화된 도전막을 형성하는 단계; 상기 도전막 상에 캐패시터 형성용 희생절연막을 형성하는 단계; 상기 희생절연막을 선택적으로 식각하여 상기 도전막을 노출시키는 제2오픈부를 형성하는 단계; 상기 제2오픈부의 프로파일을 따라 상기 도전막에 콘택되며 아이솔레이션된 캐패시터 하부전극을 형성하는 단계; 및 상기 캐패시터 하부전극이 실린더 형상을 갖도록 딥-아웃 공정을 실시하여 상기 희생절연막을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.In addition, to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a first insulating film on a lower structure including a conductive region; Forming a second insulating layer for forming a first fence on the first insulating layer to prevent attack of the first insulating layer by chemicals through defects in a capacitor lower electrode during a subsequent dip-out process; Selectively etching the second insulating layer and the first insulating layer to form a first open portion exposing the conductive region, wherein the second insulating layer forms a first fence at the top of the first insulating layer; Forming a third insulating layer to form a second fence to prevent attack of the first insulating layer by chemicals through defects in the capacitor lower electrode during a subsequent dip-out process along the profile in which the first opening is formed; Forming a spacer-shaped second fence on the sidewalls of the first insulating film and the first fence forming the open portion by performing an entire surface etching; Filling the first open portion and forming a conductive film substantially planar with the first fence; Forming a sacrificial insulating film for capacitor formation on the conductive film; Selectively etching the sacrificial insulating layer to form a second open portion exposing the conductive layer; Forming a capacitor lower electrode in contact with the conductive layer along the profile of the second open portion; And removing the sacrificial insulating layer by performing a dip-out process so that the capacitor lower electrode has a cylindrical shape.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 도전영역을 포함하는 하부 구조 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 상기 제1절연막의 어택을 방지하기 위한 제1펜스 형성을 위한 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 제2절연막 상에 제 4절연막을 형성하는 단계; 상기 상기 제4절연막과 제2절연막 및 상기 제1절연막을 선택적으로 식각하여 상기 도전영역을 노출시키는 제1오픈부를 형성하는 단계-상기 제2절연막은 상기 제1절연막과 상기 제4절연막의 사이에서 제1펜스를 이룸; 상기 제1오픈부가 형성된 프로파일을 따라 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 상기 제1절연막의 어택을 방지하기 위한 제2펜스 형성을 위해 제3절연막을 형성하는 단계; 전면식각을 실시하여 상기 오픈부의 프로파일을 이루는 상기 제1절연막과 상기 제1펜스 및 상기 제4절연막의 측벽에 스페이서 형상의 제2펜스를 형성하는 단계; 상기 제1오픈부를 매립하며 상기 제4절연막과 실질적으로 평탄화된 도전막을 형성하는 단계; 상기 도전막 상에 캐패시터 형성용 희생절연막을 형성하는 단계; 상기 희생절연막을 선택적으로 식각하여 상기 도전막을 노출시키는 제2오픈부를 형성하는 단계; 상기 제2오픈부의 프로파일을 따라 상기 도전막에 콘택되며 아이솔레이션된 캐패시터 하부전극을 형성하는 단계; 및 상기 캐패시터 하부전극이 실린더 형상을 갖도록 딥-아웃 공정을 실시하여 상기 희생절연막을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법을 제공한다.
In addition, to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a first insulating film on a lower structure including a conductive region; Forming a second insulating layer for forming a first fence on the first insulating layer to prevent attack of the first insulating layer by chemicals through defects in a capacitor lower electrode during a subsequent dip-out process; Forming a fourth insulating film on the second insulating film; Selectively etching the fourth insulating layer, the second insulating layer, and the first insulating layer to form a first open portion exposing the conductive region, wherein the second insulating layer is between the first insulating layer and the fourth insulating layer. Making a first fence; Forming a third insulating layer to form a second fence to prevent attack of the first insulating layer by chemicals through defects in the capacitor lower electrode during a subsequent dip-out process along the profile in which the first opening is formed; Forming a second spacer having a spacer shape on sidewalls of the first insulating layer, the first fence, and the fourth insulating layer forming the profile of the open part by performing an entire surface etching; Filling the first open portion and forming a conductive film substantially planar with the fourth insulating layer; Forming a sacrificial insulating film for capacitor formation on the conductive film; Selectively etching the sacrificial insulating layer to form a second open portion exposing the conductive layer; Forming a capacitor lower electrode in contact with the conductive layer along the profile of the second open portion; And removing the sacrificial insulating layer by performing a dip-out process so that the capacitor lower electrode has a cylindrical shape.
본 발명은 실린더형 캐패시터 형성을 위한 희생절연막 딥-아웃 공정시 케미컬이 하부전극 밑으로 침투하는 것을 방지하기 위한 펜스를 갖도록 한다.The present invention has a fence for preventing the chemical from penetrating under the lower electrode during the sacrificial insulating film dip-out process for forming the cylindrical capacitor.
즉, 스토리지노드용 콘택 플러그와 평탄화되는 산화막 계열의 절연막의 상부 또는 중간에 질화막 계열의 물질막을 이용하여 펜스를 갖도록 하고, 또한 펜스를 포함하는 절연막의 측면에 질화막 계열의 물질막을 이용한 스페이서 형상의 펜스를 갖도록 함으로써, 딥-아웃 공정에서 하부전극에 디펙트가 있거나 하부전극의 스텝커버리지가 불량하더라도 펜스를 통해 케미컬의 침투를 차단한다.
That is, a fence having a spacer shape using a nitride film-based material film on the side of the insulating film including a fence and having a fence by using a nitride film-based material film on or in the middle of the planarized contact plug for the storage node and the oxide film-based insulating film. By having a, even if there is a defect in the lower electrode or the step coverage of the lower electrode in the dip-out process, the penetration of the chemical through the fence is blocked.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 5는 캐패시터가 형성된 본 발명의 반도체 소자를 개략적으로 도시한 평면도이다.5 is a plan view schematically illustrating a semiconductor device of the present invention in which a capacitor is formed.
도 5를 참조하면, y방향으로 라인 형태로 확장된 복수의 게이트전극(G1 ∼ G3)이 일정 간격으로 배치되어 있고, 게이트전극(G1 ∼ G3) 상부에는 게이트전극(G1 ∼ G3)과 교차하는 방향인 x방향으로 라인 형태로 확장된 복수의 비트라인(BL1 ∼ BL3)이 배치되어 있다. 게이트전극(G1 ∼ G3) 사이의 기판의 불순물 확산영역에는 셀콘택 플러그(도시하지 않음)이 형성되고 있으며, 비트라인 BL1과 BL2는 각각 비트라인 콘택 플러그 BLC1 및 BLC2를 통해 셀콘택 플러그 또는 기판의 불순물 확산영역과 콘택되어 있다. 셀콘택 플러그 중 일부는 비트라인(BL1 ∼ BL3)의 측면에 얼라인된 오픈부를 매립하는 스토리지노드용 콘택 플러그(SNC1 ∼ SNC4)에 콘택되어 있으며, 스토리지노드용 콘택 플러그(SNC1 ∼ SNC4) 상에는 각각 셀 캐패시터(Cap1 ∼ Cap4)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 5, a plurality of gate electrodes G1 to G3 extending in a line shape in the y direction are arranged at regular intervals, and the gate electrodes G1 to G3 intersect with the gate electrodes G1 to G3. A plurality of bit lines BL1 to BL3 extended in a line form in the x direction, which is a direction, are disposed. Cell contact plugs (not shown) are formed in the impurity diffusion region of the substrate between the gate electrodes G1 to G3, and the bit lines BL1 and BL2 are formed through the bit line contact plugs BLC1 and BLC2, respectively. It is in contact with the impurity diffusion region. Some of the cell contact plugs are in contact with the storage node contact plugs SNC1 to SNC4, which bury the open portions aligned on the side surfaces of the bit lines BL1 to BL3, respectively, on the storage node contact plugs SNC1 to SNC4. The cell capacitors Cap1 to Cap4 are formed.
도 6은 도 5를 a-a' 방향으로 절취한 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다. FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention taken along the line a-a '.
도 6을 참조하면, 본 발명의 반도체 소자는 소정의 오픈부를 갖도록 배치되며 오픈부를 통해 하부의 도전영역 예컨대, 셀콘택 플러그(107)를 노출시키는 제2 및 제3절연막(109, 113)과, 오픈부를 매립하며 노출된 셀콘택 플러그(107)와 전기적으로 접속된 도전막 예컨대, 스토리지노드용 콘택 플러그(117)와, 스토리지노드용 콘택 플러그(117) 상에 배치된 캐패시터 하부전극(121)를 포함하며, 제3절연막(113)은 캐패시터 하부전극(121)의 결함을 통해 침투하는 케미컬의 어택을 방지하기 위해 그 최상부에 제1펜스(114)를 갖고, 제1펜스(114) 및 오픈부를 이루는 제2 및 제3절연막(109, 113)의 측벽을 감싸는 스페이서 형상의 제2펜스(116)을 갖는다.Referring to FIG. 6, the semiconductor device of the present invention is disposed to have a predetermined open portion, and exposes second and third insulating
한편, 여기서는 셀콘택 플러그(107)를 도전영역의 예로 들었으나, 도전영역은 이러한 셀콘택 플러그 외에 기판(100)의 물순물 확산영역(104) 금속배선, 게이트전극, 비트라인 등 도전성을 갖는 모든 형태의 패턴을 포함한다.Meanwhile, although the cell contact plug 107 is used as an example of the conductive region, the conductive region may be formed of any conductive material such as a metal wiring, a gate electrode, and a bit line in addition to the cell contact plug. Include patterns of forms.
또한, 여기서는 스토리지노드용 콘택 플러그(117)을 도전막의 예로 하였으나, 이외에도 그 상부에 캐패시터가 접속되는 모든 형태의 도전성을 갖는 패턴을 포함한다.In addition, although the storage
도 6에 도시된 예에서의 다른 구성 요소를 보다 구체적으로 살펴 본다.Other components in the example shown in FIG. 6 will be described in more detail.
기판(100)에 소스/드레인 등의 불순물 확산영역(104)이 형성되어 있다. 불순물 확산영역(104)은 게이트전극에 얼라인되도록 형성하나, 도 6의 단면에서는 게이트전극은 나타나지 않는다. 셀콘택 플러그(107)는 제1절연막(106)을 관통하여 불순물 확산영역(104)에 콘택되고, 그 상부는 제1절연막(106)과 실질적으로 평탄화되어 있다.
An
제2절연막(109)과 제1절연막(106) 사이에는 제2오픈부 즉, 스토리지노드용 콘택홀 형성시 하부 셀콘택 플러그(107)의 어택을 방지하기 위한 제1식각정지막(108)이 질화막 계열의 절연성 막을 이용하여 형성되어 있다. 제2절연막(109) 상에는 비트라인(BL1 ∼ BL3)이 형성되어 있으며, 비트라인(BL1 ∼ BL3)은 제3절연막(113)에 의해 둘러 쌓여 있고, 스토리지노드용 콘택홀 즉, 제2오픈부의 식각 프로파일은 비트라인(BL1 ∼ BL3)에 얼라인되어 있다.Between the second insulating
비트라인(BL1 ∼ BL3)은 텅스텐 등을 포함하는 전도막(110)과 그 상부의 절연성 하드마스크(111) 및 그 측벽의 스페이서(112)를 구비한다. The bit lines BL1 to BL3 include a
여기서, 캐패시터 하부전극(121)은 폴리실리콘, Ti, TiN, Ta, TaN, Ir, IrO2, Ru, RuO2, Pt 등의 단독 또는 조합된 구성으로 이루어지고, 하부전극(121)과 스토리지노드용 콘택 플러그(117) 사이의 계면에 Ti, TiN, Ta, TaN, TiSi2 등의 단독 또는 조합된 구성을 갖는 배리어막을 더 포함할 수 있으며, 스토리지노드용 콘택 플러그(117)와 배리어막과의 사이에 도전성 접착층을 더 포함할 수도 있다.Here, the capacitor
하부전극(121)은 실린더 구조이며, 하부전극(121) 상에는 유전체막(122)이 형성되어 있고, 유전체막(122) 상에는 상부전극(123)이 형성되어 있다. 따라서, 상부전극(123)과 유전체막(122) 및 하부전극(121)은 실린더 형상의 캐패시터(Cap1, Cap2)를 이룬다.The
도 7은 도 5를 b-b' 방향으로 절취한 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present disclosure taken along the line b-b ′ of FIG. 5.
도 6은 비트라인(BL1 ∼ BL3)과 교차하는 방향으로 절취한 것이므로, 단면 상에 비트라인(BL1 ∼ BL3)이 나타나는 반면, 게이트전극(G1 ∼ G3)은 나타나지 않는다.6 is cut out in the direction crossing the bit lines BL1 to BL3, so that the bit lines BL1 to BL3 appear on the cross section, while the gate electrodes G1 to G3 do not appear.
한편, 도 7은 게이트전극(G1, G2)과 교차하는 방향으로 절취한 것이므로, 단면 상에 게이트전극(G1, G2)이 나타나는 반면, 비트라인(BL1 ∼ BL3)은 나타나지 않는다.On the other hand, since Fig. 7 is cut in the direction crossing the gate electrodes G1 and G2, the gate electrodes G1 and G2 appear on the cross section, whereas the bit lines BL1 to BL3 do not appear.
도 7의 구성 중 도 6과 동일한 구성 요소에 대해서는 그 설명을 생략한다.In the configuration of FIG. 7, the same components as in FIG. 6 will be omitted.
도 7을 참조하면, 기판(100) 상에 게이트 절연막(101)과 게이트 전도막(102) 및 절연성 하드마스크(103)가 적층되고 그 측벽에 스페이서 형상의 식각정지막(105b, 스페이서는 생략하였슴)을 갖는다. 따라서, 불순물 확산영역(104)는 게이트전극(G1, G2)의 측면에 얼라인되어 기판(100) 표면 하부에 확장된 형태를 갖고, 셀콘택 플러그(107)는 게이트전극(G1, G2)에 얼라인되어 형성된 제1오픈부를 매립하고 절연성 하드마스크(103) 및 제1절연막(106)과 실질적으로 평탄화되어 있다.Referring to FIG. 7, the
게이트 절연막(101)은 산화막 계열의 절연성 막 예컨대, 실리콘산화막을 사용하고, 게이트 전도막(102)은 폴리실리콘, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 나이트라이드 등이 단독 또는 조합된 구성을 포함하며, 절연성 하드마스크(103)와 식각정지막(105b)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화질화막 등의 질화막 계열을 포함한다. 제1 내지 제3절연막(106, 109, 113)은 통상의 산화막 계열의 절연막으로 이루어진다.The
도 6 및 도 7에 도시된 일실시예에서는 스토리지노드용 콘택 플러그(117)와 평탄화되는 제3절연막(113)의 상부에 질화막 계열의 물질막을 이용하여 제1펜스(114)를 갖도록 하고, 제1펜스(114)를 포함하는 제3절연막(113)과 제2절연막(109)의 측벽에 질화막 계열의 물질막을 이용한 스페이서 형상의 제2펜스(116)를 갖도록 함으로써, 딥-아웃 공정에서 하부전극에 디펙트(결함)가 있거나 하부전극의 스텝커버리지가 불량하더라도 펜스를 통해 케미컬의 침투를 차단할 수 있다.6 and 7, the
도 8은 도 5를 a-a' 방향으로 절취한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자를 도시한 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to another exemplary embodiment in which FIG. 5 is cut along the a-a 'direction.
도 8을 참조하면, 본 발명의 반도체 소자는 소정의 오픈부를 갖도록 배치되며 오픈부를 통해 하부의 도전영역 예컨대, 셀콘택 플러그(107)를 노출시키는 제2 내지 제4절연막(109, 113, 124)과, 오픈부를 매립하며 노출된 셀콘택 플러그(107)와 전기적으로 접속된 도전막 예컨대, 스토리지노드용 콘택 플러그(117)와, 스토리지노드용 콘택 플러그(117) 상에 배치된 캐패시터 하부전극(121)를 포함하며, 제3절연막(113)과 제4절연막(124) 사이에는 캐패시터 하부전극(121)의 결함을 통해 침투하는 케미컬의 어택을 방지하기 위해 제1펜스(114)를 갖고, 제1펜스(114) 및 오픈부를 이루는 제2 내지 제4절연막(109, 113, 124)의 측벽을 감싸는 스페이서 형상의 제2펜스(116)을 갖는다.Referring to FIG. 8, the semiconductor device of the present invention is disposed to have a predetermined open portion and exposes second to fourth insulating
한편, 여기서 제4절연막(124)은 제거될 수도 있다.In some embodiments, the fourth insulating
여기서, 도 6 및 도 7과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하였으며, 그 구체적인 설명을 생략한다.Here, the same reference numerals are used for the same components as those in FIGS. 6 and 7, and a detailed description thereof will be omitted.
도 9는 도 5를 b-b' 방향으로 절취한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소를 도시한 단면도이다.FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor chip according to another exemplary embodiment in which FIG. 5 is cut along the b-b 'direction.
도 8은 비트라인(BL1 ∼ BL3)과 교차하는 방향으로 절취한 것이므로, 단면 상에 비트라인(BL1 ∼ BL3)이 나타나는 반면, 게이트전극(G1 ∼ G3)은 나타나지 않는다.8 is cut out in the direction crossing the bit lines BL1 to BL3, the bit lines BL1 to BL3 appear on the cross-section, whereas the gate electrodes G1 to G3 do not appear.
한편, 도 9는 게이트전극(G1, G2)과 교차하는 방향으로 절취한 것이므로, 단면 상에 게이트전극(G1, G2)이 나타나는 반면, 비트라인(BL1 ∼ BL3)은 나타나지 않는다.9 is cut out in the direction crossing the gate electrodes G1 and G2, the gate electrodes G1 and G2 appear on the cross section while the bit lines BL1 to BL3 do not appear.
여기서도, 도 6 내지 도 8과 동일한 구성 요소에 대해서는 그 설명을 생략한다.Here, the description of the same components as in Figs. 6 to 8 is omitted.
도 8 및 도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서는 스토리지노드용 콘택 플러그(117)와 평탄화되는 제4절연막(124)과 제3절연막(113)의 사이에 질화막 계열의 물질막을 이용하여 제1펜스(114)를 갖도록 하고, 제1펜스(114)를 포함하는 제4절연막(124)과 제3절연막(113) 및 제2절연막(109)의 측벽에 질화막 계열의 물질막을 이용한 스페이서 형상의 제2펜스(116)를 갖도록 함으로써, 딥-아웃 공정에서 하부전극에 결함이 있거나 하부전극의 스텝커버리지가 불량하더라도 펜스를 통해 케미컬의 침투를 차단할 수 있다.8 and 9, a nitride film-based material film is formed between the storage
이하에서는 전술한 구성을 갖는 본 발명의 반도체 소자 제조 공정을 살펴 본다.Hereinafter, the semiconductor device manufacturing process of the present invention having the above-described configuration will be described.
도 10a 내지 도 10d는 도 6 및 도 7에 해당하는 반도체 소자 제조 공정을 도시한 단면도로서, 도 5를 a-a' 및 b-b' 방향으로 절취한 단면에 해당한다. 10A to 10D are cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing process corresponding to FIGS. 6 and 7, and correspond to cross sections taken along the line a-a 'and b-b' of FIG. 5.
먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이, 웰 및 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(100) 상에 게이트 절연막(101)과 게이트 전도막(102) 및 절연성 하드마스크(103)가 적층된 게이트전극(G1, G2)를 형성한다.First, as shown in FIG. 10A, a
한편, 게이트전극(G1, G2)의 측벽에 스페이서를 형성하나 여기서는 스페이서 형성 공정을 생략한다.Meanwhile, spacers are formed on sidewalls of the gate electrodes G1 and G2, but the spacer forming process is omitted here.
이어서, 이온주입 공정을 실시하여 게이트전극(G1, G2) 측면에 얼라인되는 소스/드레인 등의 불순물 확산영역(104)을 형성한다.Subsequently, an ion implantation process is performed to form an
이어서, 게이트전극(G1, G2)이 형성된 프로파일을 따라 제1식각정지막(105a)을 형성한 다음, 전면에 제1절연막(106)을 형성한다.Subsequently, the first
제1절연막(106)을 산화막 계열의 물질막으로 이용할 경우에는 BSG막, BPSG막, PSG막, TEOS막, HDP 산화막, SOG막 또는 APL막 등을 이용하며, 산화막 계열 이외에 무기 또는 유기 계열의 저유전율막을 이용할 수 있다.When the first insulating
이어서, 제1절연막(106)을 선택적으로 식각하여 불순물 확산영역(104)을 노출시키는 콘택홀을 형성한 다음, 플러그 형성용 전도막을 증착하고, 절연성 하드마스크(103)가 노출되는 타겟으로 평탄화 공정을 실시하여 아이솔레이션된 셀콘택 플러그(107)를 형성한다.Subsequently, the first insulating
한편, 콘택홀 형성 공정에서 식각정지막(105a)이 식각되어 게이트전극(G1, G2) 측면에서 도면부호 '105b'와 같이 스페이서 형상을 갖는다.In the contact hole forming process, the
이어서, 후속 스토리지노드 콘택 형성을 위한 식각 공정에서 셀콘택 플러그 (107)가 어택받는 것을 방지하기 위해 셀콘택 플러그(107) 및 제1절연막(106) 상에 제1식각정지막(108)을 형성한다. 제1식각정지막(108)으로는 질화막 계열의 절연성 막을 사용한다.Subsequently, a first
이어서, 제1식각정지막(108) 상에 제2절연막(109)을 형성한 다음, 셀콘택 플러그(107) 중 일부와 비트라인 콘택을 통해 콘택된(또는 불순물 확산영역(104)과 콘택된) 비트라인(BL1 ∼ BL3)을 형성한다.Subsequently, a second insulating
비트라인(BL1 ∼ BL3)은 전도막(110)과 절연성 하드마스크(111)의 적층 구조와 측벽의 스페이서(112)로 이루어진다.The bit lines BL1 to BL3 are formed of a stacked structure of the
이어서, 비트라인(BL1 ∼ BL3)이 형성된 전면에 제3절연막(113)을 형성한 다음, 제3절연막(113) 상에 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 제3절연막(113)의 어택을 방지하기 위한 제1펜스 형성용 절연막(114a)를 형성한다. 제1펜스 형성용 절연막(114a)은 질화막 계열의 절연성 막을 포함한다.Subsequently, a third
이어서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제1펜스 형성용 절연막(114a)과 제3절연막(113) 및 제2절연막(109)을 선택적으로 식각하여 제1식각정지막(108)에서 식각 멈춤을 함으로써, 스토리지노드 콘택이 이루어질 셀콘택 플러그(107)를 상부를 노출시키는 제1오픈부(115)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 10B, the first fence
이 때, 제1펜스 형성용 절연막(114a)은 식각되어 제3절연막(113)의 최상부에서 제1펜스(114)를 이룬다.At this time, the first fence forming insulating
이어서, 제1오픈부(115) 저면에서의 제1식각정지막(108)을 제거하여 셀콘택 플러그(107)를 노출시킨다.Subsequently, the first
이어서, 셀콘택 플러그(107)가 노출된 제1오픈부(115)가 형성된 프로파일을 따라 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터의 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 제3절연막(113)의 어택을 방지하기 위한 제2펜스용 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 실시하여 제1펜스(114)와 제3절연막(113) 및 제2절연막(109)이 식각되어 형성된 제1오픈부(115)의 측벽에 스페이서 형상의 제2펜스(116)를 형성한다. 제2펜스용 절연막으로는 질화막 계열의 절연성 막을 이용한다.Subsequently, the third insulating
이어서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 제1오픈부(115)를 매립하도록 전도막을 증착한 다음, 전면식각 또는 CMP 등을 이용한 평탄화 공정을 실시하여 제1펜스(114)와 그 상부가 평탄화되고 아이솔레이션된 복수의 스토리지노드용 콘택 플러그(117)를 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 10C, a conductive film is deposited to fill the first
스토리지노드용 콘택 플러그(117)는 폴리실리콘의 단독 또는 폴리실리콘이 Ti, TiN, Ta, TaN 등과 조합된 구성을 포함한다.The storage
이어서, 스토리지노드용 콘택 플러그(117)가 형성된 전면에 후속 캐패시터의 스토리지노드 형성 영역을 정의하는 오픈부 형성시 스토리지노드용 콘택 플러그(117)의 어택을 방지하기 위한 식각 멈춤 역할을 하는 제2식각정지막(118)을 형성한다.Subsequently, a second etching acts as an etch stop to prevent attack of the storage
제2식각정지막(118)은 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막 등의 절연성을 갖는 질화막 계열의 물질막을 이용한다.The second
이어서, 제2식각정지막(118) 상에 캐패시터 형성용 희생절연막(119)을 형성 한다. 희생절연막(119)으로 통상의 산화막 계열의 물질막을 사용할 수 있으며, 주로 TEOS막의 단독 또는 TEOS막/PSG막의 적층 구조를 사용한다.Subsequently, a sacrificial insulating
이어서, 도 10d에 도시된 바와 같이, 희생절연막(119) 상에 캐패시터의 스토리지노드 콘택 형성 영역을 정의하는 마스크 패턴(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 10D, a mask pattern (not shown) defining a storage node contact formation region of the capacitor is formed on the sacrificial insulating
마스크 패턴은 보통 포토레지스트 패턴 만을 나타내는 것이었으나, 근래에는 캐패시터의 수직 높이가 증가함에 따라 이를 결정하는 희생절연막(119)의 높이가 증가함으로 인해, 또한 고해상도르 구현하기 위해서는 포토레지스트 패턴의 두께가 얇아짐으로 인해 포토레지스트 패턴 만으로는 희생절연막(119)을 식각하는 것에 한계가 발생하였다. 이로 인해 포토레지스트 패턴 하부에 식각 배리어용으로 사용될 희생 하드마스크를 사용하며, 포토레지스트 패턴을 이용하여 희생 하드마스크에 패턴을 전사한 다음, 희생 하드마스크를 이용하여 피식각층, 희생절연막(14)을 식각하여 원하는 패턴을 형성하고 있다. 이러한 희생 하드마스크 물질로는 폴리실리콘, 텅스텐, 질화막 등이 사용되고 있으며, 피식각층의 종류에 따라 다양하게 사용된다.The mask pattern usually represents only a photoresist pattern, but in recent years, as the vertical height of the capacitor increases, the height of the sacrificial insulating
이어서, 마스크 패턴을 식각마스크로 희생절연막(119)을 선택적으로 식각하여 스토리지노드용 콘택 플러그(117) 상부의 제2식각정지막(118)을 노출시키는 제2오픈부(120)를 형성한다.Subsequently, the sacrificial insulating
여기서, 제2오픈부(120)는 캐패시터 형성 예정 영역을 나타낸다.Here, the second
이 때, 제2오픈부(120)의 식각 프로파일이 비트라인(BL1 ∼ BL3)의 측면에 얼라인되며, 큰 식각 타겟으로 인한 식각 공정의 마진 확보를 위해 SAC에 의한 식 각 공정을 적용한다.At this time, the etching profile of the second
이어서, 제2식각정지막(118)을 제거하여 스토리지노드용 콘택 플러그(117)를 노출시킨다.Next, the second
이어서, 제2오픈부(120) 형성에 따른 식각 잔류물과 제2오픈부(120) 저면에 형성된 계면 산화막 등을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정은 습식 방식을 이용하며, 케미컬로는 HF 또는 BOE 등을 사용한다.Subsequently, a cleaning process is performed to remove the etching residue resulting from the formation of the second
이어서, 제2오픈부(120)가 형성된 프로파일을 따라 스토리지노드용 전도막을 증착하여 제2오픈부(120) 형성에 따라 노출된 스토리지노느용 콘택 플러그(117)와 전기적으로 접속시킨다. Subsequently, the conductive film for the storage node is deposited along the profile in which the second
이어서, 보호막을 증착하여 오픈부(120)의 빈 부분을 채운 다음, 희생절연막(119)이 노출되는 타겟으로 전면식각 또는 CMP 공정을 실시하여 아이솔레이션된 캐패시터의 하부전극(121) 즉, 스토리지노드를 형성한다.Subsequently, the passivation layer is deposited to fill the empty portion of the
여기서, 하부전극용 전도막은 폴리실리콘, Ti, TiN, Ta, TaN, Ir, IrO2, Ru, RuO2, Pt 등의 단독 또는 조합된 구성을 포함한다.Here, the conductive film for the lower electrode includes a single or combined configuration of polysilicon, Ti, TiN, Ta, TaN, Ir, IrO 2 , Ru, RuO 2 , Pt and the like.
아울러, 하부전극(121)과 스토리지노드용 콘택 플러그(117) 사이의 계면에 Ti, TiN, Ta, TaN, TiSi2 등의 단독 또는 조합된 구성을 갖는 배리어막을 형성할 수 있으며, 또한 층간절연막 및 스토리지노드용 콘택 플러그(117)와 배리어막과 사이에 접착층을 더 포함할 수도 있다.In addition, a barrier film having a single or combined configuration such as Ti, TiN, Ta, TaN, TiSi 2 , or the like may be formed at an interface between the
이어서, 보호막을 제거한 다음, 딥-아웃 공정을 실시하여 희생절연막(119)을 제거하여 하부전극(121)이 실린더 구조가 되도록 한다. 딥-아웃 공정에서는 HF 또는 BOE 등의 케미컬을 사용한다.Subsequently, after the protective film is removed, the sacrificial insulating
이어서, 하부전극(121) 상에 유전체막(122)과 상부전극(123)을 차례로 형성함으로써, 도 6 및 도 7에 도시된 셀 캐패시터 형성 공정이 완료된다.Subsequently, the
도 11a 내지 도 11d는 도 8 및 도 9에 해당하는 반도체 소자 제조 공정을 도시한 단면도로서, 도 5를 a-a' 및 b-b' 방향으로 절취한 단면에 해당한다.11A to 11D are cross-sectional views illustrating a semiconductor device manufacturing process corresponding to FIGS. 8 and 9 and correspond to cross sections taken along the line a-a 'and b-b' of FIG. 5.
먼저, 도 11a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 게이트 절연막(101)과 게이트 전도막(102) 및 절연성 하드마스크(103)가 적층된 게이트전극(G1, G2)를 형성한다. 이어서, 이온주입 공정을 실시하여 게이트전극(G1, G2) 측면에 얼라인되는 소스/드레인 등의 불순물 확산영역(104)을 형성한다.First, as shown in FIG. 11A, gate electrodes G1 and G2 having the
이어서, 게이트전극(G1, G2)이 형성된 프로파일을 따라 제1식각정지막(105a)을 형성한 다음, 전면에 제1절연막(106)을 형성한다.Subsequently, the first
이어서, 제1절연막(106)을 선택적으로 식각하여 불순물 확산영역(104)을 노출시키는 콘택홀을 형성한 다음, 플러그 형성용 전도막을 증착하고, 절연성 하드마스크(103)가 노출되는 타겟으로 평탄화 공정을 실시하여 아이솔레이션된 셀콘택 플러그(107)를 형성한다.Subsequently, the first insulating
한편, 콘택홀 형성 공정에서 식각정지막(105a)이 식각되어 게이트전극(G1, G2) 측면에서 도면부호 '105b'와 같이 스페이서 형상을 갖는다.In the contact hole forming process, the
이어서, 셀콘택 플러그(107) 및 제1절연막(106) 상에 제1식각정지막(108)을 형성한다. 제1식각정지막(108)으로는 질화막 계열의 절연성 막을 사용한다.
Subsequently, a first
이어서, 제1식각정지막(108) 상에 제2절연막(109)을 형성한 다음, 셀콘택 플러그(107) 중 일부와 비트라인 콘택을 통해 콘택된 비트라인(BL1 ∼ BL3)을 형성한다.Subsequently, a second insulating
비트라인(BL1 ∼ BL3)은 전도막(110)과 절연성 하드마스크(111)의 적층 구조와 측벽의 스페이서(112)로 이루어진다.The bit lines BL1 to BL3 are formed of a stacked structure of the
이어서, 비트라인(BL1 ∼ BL3)이 형성된 전면에 제3절연막(113)을 형성한 다음, 제3절연막(113) 상에 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 제3절연막(113)의 어택을 방지하기 위한 제1펜스 형성용 절연막(114a)를 형성한다. 제1펜스 형성용 절연막(114a)은 질화막 계열의 절연성 막을 포함한다. 이어서, 제1펜스 형성용 절연막(114a) 상에 산화막 계열의 절연성 막을 이용하여 제4절연막(124)을 형성한다.Subsequently, a third
이어서, 도 11b에 도시된 바와 같이, 제4절연막(124)과 제1펜스 형성용 절연막(114a)과 제3절연막(113) 및 제2절연막(109)을 선택적으로 식각하여 제1식각정지막(108)에서 식각 멈춤을 함으로써, 스토리지노드 콘택이 이루어질 셀콘택 플러그(107)를 상부를 노출시키는 제1오픈부(115)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 11B, the first etching stop layer may be selectively etched by selectively etching the fourth insulating
이 때, 제1펜스 형성용 절연막(114a)은 식각되어 제4절연막(124)과 제3절연막(113)의 사이에서 제1펜스(114)를 이룬다.In this case, the first fence
이어서, 제1오픈부(115) 저면에서의 제1식각정지막(108)을 제거하여 셀콘택 플러그(107)를 노출시킨다.Subsequently, the first
이어서, 셀콘택 플러그(107)가 노출된 제1오픈부(115)가 형성된 프로파일을 따라 후속 딥-아웃 공정시 캐패시터의 하부전극의 결함을 통한 케미컬에 의한 제3절연막(113)의 어택을 방지하기 위한 제2펜스용 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 실시하여 제4절연막(124)와 제1펜스(114)와 제3절연막(113) 및 제2절연막(109)이 식각되어 형성된 제1오픈부(115)의 측벽에 스페이서 형상의 제2펜스(116)를 형성한다. 제2펜스용 절연막으로는 질화막 계열의 절연성 막을 이용한다.Subsequently, the third insulating
이어서, 도 11c에 도시된 바와 같이, 제1오픈부(115)를 매립하도록 전도막을 증착한 다음, 전면식각 또는 CMP 등을 이용한 평탄화 공정을 실시하여 제1펜스(114)와 그 상부가 평탄화되고 아이솔레이션된 복수의 스토리지노드용 콘택 플러그(117)를 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 11C, the conductive film is deposited to fill the first
이어서, 스토리지노드용 콘택 플러그(117)가 형성된 전면에 제2식각정지막(118)을 형성한다.Subsequently, a second
이어서, 제2식각정지막(118) 상에 캐패시터 형성용 희생절연막(119)을 형성한다. Subsequently, a sacrificial insulating
이어서, 도 11d에 도시된 바와 같이, 희생절연막(119) 상에 캐패시터의 스토리지노드 콘택 형성 영역을 정의하는 마스크 패턴(도시하지 않음)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 11D, a mask pattern (not shown) defining a storage node contact formation region of the capacitor is formed on the sacrificial insulating
이어서, 마스크 패턴을 식각마스크로 희생절연막(119)을 선택적으로 식각하여 스토리지노드용 콘택 플러그(117) 상부의 제2식각정지막(118)을 노출시키는 제2오픈부(120)를 형성한다.Subsequently, the sacrificial insulating
이어서, 제2식각정지막(118)을 제거하여 스토리지노드용 콘택 플러그(117)를 노출시킨다.
Next, the second
이어서, 제2오픈부(120) 형성에 따른 식각 잔류물과 제2오픈부(120) 저면에 형성된 계면 산화막 등을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. Subsequently, a cleaning process is performed to remove the etching residue resulting from the formation of the second
이어서, 제2오픈부(120)가 형성된 프로파일을 따라 스토리지노드용 전도막을 증착하여 제2오픈부(120) 형성에 따라 노출된 스토리지노느용 콘택 플러그(117)와 전기적으로 접속시킨다. Subsequently, the conductive film for the storage node is deposited along the profile in which the second
이어서, 보호막을 증착하여 오픈부(120)의 빈 부분을 채운 다음, 희생절연막(119)이 노출되는 타겟으로 전면식각 또는 CMP 공정을 실시하여 아이솔레이션된 캐패시터의 하부전극(121) 즉, 스토리지노드를 형성한다.Subsequently, the passivation layer is deposited to fill the empty portion of the
이어서, 보호막을 제거한 다음, 딥-아웃 공정을 실시하여 희생절연막(119)을 제거하여 하부전극(121)이 실린더 구조가 되도록 한다. 딥-아웃 공정에서는 HF 또는 BOE 등의 케미컬을 사용한다.Subsequently, after the protective film is removed, the sacrificial insulating
한편, 딥-아웃 공정에서 제4절연막(124)을 동시에 제거할 수도 있다.Meanwhile, the fourth insulating
이어서, 하부전극(121) 상에 유전체막(122)과 상부전극(123)을 차례로 형성함으로써, 도 8 및 도 9에 도시된 셀 캐패시터 형성 공정이 완료된다.
Subsequently, the
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 스토리지노드용 콘택 플러그와 평탄화되는 산화막 계열의 절연막의 상부 또는 중간에 질화막 계열의 물질막을 이용하여 펜스를 갖도록 하고, 또한 펜스를 포함하는 절연막의 측면에 질화막 계열의 물질막을 이용한 스페이서 형상의 펜스를 갖도록 함으로써, 딥-아웃 공정에서 하부전극에 디펙트가 있거나 하부전극의 스텝커버리지가 불량하더라도 펜스를 통해 케 미컬의 침투를 차단할 수 있다.According to the present invention made as described above, a nitride film-based material film is formed on the upper or middle portion of the contact plug for the storage node and the oxide film-based insulating film to be planarized. By having a spacer-shaped fence using a material film, it is possible to block chemical penetration through the fence even if there is a defect in the lower electrode or the step coverage of the lower electrode is poor in the dip-out process.
또한, 캐패시터 형성 영역을 정의하는 제2오픈부 형성시 미스얼라인이 발생하더라도 제1 및 제2펜스에 의해 식각 프로파일을 원하는 방향으로 유도할 수 있어, 미스얼라인에 따른 불량 발생을 줄일 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
In addition, even if a misalignment occurs when the second open portion defining the capacitor formation region is formed, the etching profile may be induced by the first and second fences in a desired direction, thereby reducing the occurrence of defects due to the misalignment. It was found through the examples.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 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.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같은 본 발명은, 희생절연막의 딥-아웃에 따른 케미컬의 침투를 방지하여 불량 발생을 줄임으로써, 반도체 소자의 수율을 향상시키는 효과가 있다.The present invention as described above, by preventing the penetration of the chemical due to the dip-out of the sacrificial insulating film to reduce the occurrence of defects, there is an effect to improve the yield of the semiconductor device.
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Citations (3)
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KR20000003644A (en) * | 1998-06-29 | 2000-01-25 | 김영환 | Method for manufacturing capacitor of semiconductor devices |
KR20010046663A (en) * | 1999-11-15 | 2001-06-15 | 윤종용 | method of forming buried contact hole for use in capacitor lower electrode semiconductor memory device |
KR20030023970A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating semiconductor device |
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2004
- 2004-07-06 KR KR1020040052274A patent/KR100733463B1/en not_active IP Right Cessation
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KR20030023970A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for fabricating semiconductor device |
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