KR100769791B1 - Method of manufacturing a capacitor in a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 커패시터 제조 방법에 관한 것으로, 커패시터의 하부 전극을 세미 실린더 구조로 형성하는 공정에 있어서, 하부 전극의 형태를 결정하는 산화막을 식각 선택비가 다른 하부 산화막 및 상부 산화막으로 이루어진 이층 구조로 형성하고, 식각 선택비의 차이에 따라 하부 전극의 상부 구조를 실린더 구조로 형성하기 위한 상부 산화막만을 제거하여 하부 전극의 하부 구조를 컵 구조로 형성하기 위한 하부 산화막을 균일하게 잔류시키므로써 식각 균일도를 향상시키고, 정전 용량을 균일하게 하여 공정의 신뢰성 및 커패시터의 정전 용량 분포 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법이 개시된다.
The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device, in which, in a process of forming a lower electrode of a capacitor in a semicylindrical structure, an oxide film for determining the shape of a lower electrode is divided into a lower oxide film and a lower oxide film And the lower oxide layer for forming the lower structure of the lower electrode is formed uniformly by removing only the upper oxide layer for forming the upper structure of the lower electrode in the cylinder structure according to the difference in etch selectivity, A method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device capable of improving the reliability of the process and the capacitance distribution characteristics of the capacitor by improving the uniformity of the capacitance and improving the processability.
하부 전극, 컵 구조, 실린더 구조, 세미 실린더, 식각 선택비, 식각 균일성Bottom electrode, cup structure, cylinder structure, semi-cylinder, etch selectivity, etch uniformity
Description
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
1A to 1F are sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
11 : 반도체 기판 12 : 제 1 층간 절연막11: semiconductor substrate 12: first interlayer insulating film
13 : 콘택 플러그 14 : 제 2 층간 절연막13: contact plug 14: second interlayer insulating film
14a : 제 1 절연막 14b : 제 2 절연막14a: first
15 : 하부 전극 15a : 하부 전극의 하부 구조15:
15b : 하부 전극의 상부 구조 16 : 준안정 폴리실리콘15b: upper structure of lower electrode 16: metastable poly silicon
17 : 유전체막 18 : 상부 전극
17: dielectric film 18: upper electrode
본 발명은 반도체 소자의 커패시터 제조 방법에 관한 것으로, 특히 커패시터의 하부 전극을 세미 실린더 구조로 형성하는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device, and more particularly to a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in which a lower electrode of a capacitor is formed in a semi-cylinder structure.
소자의 집적도가 증가하면서 소자의 사이즈가 줄어들고, 이에 따라 커패시터의 정전 용량이 줄어든다. As the degree of integration of the device increases, the size of the device is reduced, thereby reducing the capacitance of the capacitor.
최근에는 커패시터의 정전 용량이 줄어드는 것을 방지하기 위하여, 하부 전극을 컵(Cup) 구조나 실린더(Cylinder) 구조와 같은 3차원 구조로 형성하면서 높게 형성하여 하부 전극의 표면적을 증대시키고, 이로써 정전 용량을 확보한다. 하부 전극의 구조 중 실린더 구조는 컵 구조보다 정전 용량이 높으나, 구조상 불안정하여 하부 전극의 패턴이 붕괴되거나 이물질(Defect)을 발생시킨다.In recent years, in order to prevent the capacitance of the capacitor from being reduced, the lower electrode is formed in a three-dimensional structure such as a cup structure or a cylinder structure to be formed high, thereby increasing the surface area of the lower electrode, . Among the structure of the lower electrode, the cylindrical structure has higher capacitance than the cup structure, but is structurally unstable, causing the pattern of the lower electrode to collapse or to cause foreign matter (Defect).
이러한 문제점을 해결하기 위하여 하부 전극의 하부는 컵 구조로 형성하고, 상부는 실리더 구조로 형성하는 세미 실린더(Semi-Cylinder) 구조로 하부 전극을 형성한다. 세미 실린더 구조는 전체적인 하부 전극의 높이를 유지하면서 하부 전극 중 실리더 구조 부분의 높이를 낮출 수 있으므로 하부 전극의 구조를 안정화시킴과 동시에 정전 용량을 확보할 수 있다. In order to solve this problem, a lower electrode is formed by a semi-cylindrical structure in which a lower part of the lower electrode is formed in a cup structure and an upper part is formed in a cylindrical structure. Since the semi-cylindrical structure can lower the height of the entire structure of the lower electrode while maintaining the height of the lower electrode, the structure of the lower electrode can be stabilized and the capacitance can be secured.
이러한 세미 실린더 하부 전극의 경우 대부분 높이가 1 내지 2 ㎛ 정도이며, 컵 구조의 하부 전극이 형성되는 하단의 산화막 높이에 따라, 하부 전극이 컵 구조로 형성되는 비율을 조절할 수 있으므로 커패시터의 정전 용량을 제어할 수 있다.Since the height of the semi-cylinder lower electrode is about 1 to 2 占 퐉 and the ratio of the lower electrode formed into the cup structure can be adjusted according to the height of the oxide film at the lower end where the lower electrode of the cup structure is formed, Can be controlled.
구조 하단의 산화막 높이는 식각 용액을 이용하여 조절하는데, 산화막의 물 질에 따라 식각 용액에 담기는 시간이 다르다. 하지만, 정전 용량을 확보하기 위하여 0.5 내지 1.5㎛ 정도의 산화막을 제거하기 위해서는 식각 용액에 담기는 시간이 길어진다. The height of the oxide film at the bottom of the structure is controlled by using an etching solution, and the etching time is different depending on the quality of the oxide film. However, in order to secure an electrostatic capacity, it takes a long time to remove the oxide film of about 0.5 to 1.5 탆 in the etching solution.
장시간 동안 식각 용액에 웨이퍼를 넣을 경우 웨이퍼내 식각 균일도가 불량해지고, 이로 인해 최종적으로 웨이퍼 내의 정전 용량 분포도가 불균일 해진다. 따라서, 소자의 전기적 특성 및 신뢰성이 저하된다.
If the wafer is put in the etching solution for a long time, the uniformity of etching in the wafer becomes poor, and finally the electrostatic capacity distribution in the wafer becomes uneven. Therefore, the electrical characteristics and reliability of the device are deteriorated.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 하부 전극의 형태를 결정해주는 산화막을 식각 선택비가 다른 하부 산화막 및 상부 산화막으로 이루어진 이층 구조로 형성하고, 식각 선택비의 차이에 따라 하부 전극의 상부 구조를 실린더 구조로 형성하기 위한 상부 산화막만을 제거하여 하부 전극의 하부 구조를 컵 구조로 형성하기 위한 하부 산화막을 균일하게 잔류시키므로써 식각 균일도를 향상시키고, 정전 용량을 균일하게 하여 공정의 신뢰성 및 커패시터의 정전 용량 분포 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an oxide film for determining the shape of a lower electrode, The lower oxide film is uniformly left to form the lower structure of the lower electrode by removing only the upper oxide film for forming the cylinder structure, thereby improving the etching uniformity and uniformizing the capacitance, And it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device capable of improving capacitance distribution characteristics.
본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터 제조 방법은 층간 절연막의 소정 영역에 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판 상에 식각 선택비가 서로 다른 제 1 절연 막 및 제 2 절연막을 순차적으로 형성하는 단계, 소정 영역의 제 2 및 제 1 절연막을 순차적으로 제거하여 콘택 플러그를 노출시키는 단계, 제 2 및 제 1 절연막의 측벽 및 제 1 절연막의 저면에 전도성 물질을 형성하여 하부 전극을 형성하는 단계 및 제 2 절연막을 제거하는 단계, 하부 전극을 포함한 전체 상에 유전체막 및 상부 전극을 순차적으로 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. A method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes sequentially forming a first insulating film and a second insulating film having different etching selection ratios on a semiconductor substrate on which a contact plug is formed in a predetermined region of an interlayer insulating film, Forming a lower electrode by forming a conductive material on the sidewalls of the second and first insulating films and the bottom surface of the first insulating film, and removing the second insulating film; And sequentially forming a dielectric film and an upper electrode on the entire surface including the lower electrode.
제 1 및 제 2 절연막의 식각 선택비는 식각 용액에 대하여 제 1 절연막이 제 2 절연막에 대하여 3 이상의 선택비를 갖도록 한다. The etch selectivity of the first and second insulating films allows the first insulating film to have a selectivity of 3 or more with respect to the second insulating film with respect to the etching solution.
이때, 제 1 절연막은 물성적으로 안정된 산화막을 이용해 형성하거나, HF, BOE 기타 산화막 식각용액에 쉽게 제거되지 않는 물질을 이용하여 형성하며, 이상적으로는 TEOS나 SiH4 가스를 이용한 언도프트 산화막으로 형성한다. At this time, the first insulating film is formed by using a stable oxide film, or by a material which is not easily removed by HF, BOE or other oxide etching solution. Ideally, the first insulating film is formed of an undoped oxide film using TEOS or SiH 4 gas do.
제 2 절연막은 제 1 절연막과 반대되는 성질을 가진 산화막이나, 식각 용액에 쉽게 제거되는 산화막으로 형성하며, 이상적으로는 TEOS나 SiH4 가스를 이용한 도프트 산화막으로 형성한다. The second insulating film is formed of an oxide film having properties opposite to the first insulating film, or an oxide film easily removed in the etching solution, and ideally formed of a doped oxide film using TEOS or SiH 4 gas.
제 1 절연막의 두께에 따라 하부 전극에서 차지하는 하부 구조인 컵 구조의 비율이 조절된다. The ratio of the cup structure, which is the lower structure occupying the lower electrode, is controlled according to the thickness of the first insulating film.
전도성 물질은 폴리실리콘이며, 제 2 절연막을 제거한 후 하부 전극의 표면에 준안정 폴리실리콘을 형성하여 하부 전극의 표면적을 더욱 더 증대시킬 수 있다.
The conductive material is polysilicon, and the surface area of the lower electrode can be further increased by forming the metastable polysilicon on the surface of the lower electrode after removing the second insulating film.
본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터 제조 방법이 다른 실시예는 하부 구조은 컵 구조이고, 상부 구조는 실린더 구조인 세미 실린더 구조의 하부 전극을 형성하는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법에 있어서, 컵 구조의 제 1 희생 절연막과 실리더 구조의 제 2 희생 절연막을 서로 다른 식각 선택비를 갖는 절연막으로 형성하여 전체 커패시터 하부 전극의 컵 구조 및 실린더 구조 비율이 균일하도록 하는 것을 특징으로 한다. A method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes forming a lower electrode of a semicylinder structure having a lower structure as a cup structure and a upper structure as a cylinder structure, The sacrificial insulating film and the second sacrificial insulating film of the cylinder structure are formed of insulating films having different etch selectivities so that the cup structure and the cylinder structure ratio of the entire capacitor lower electrode are uniform.
제 1 및 제 2 희생 절연막의 식각 선택비는 식각 용액에 대하여 제 1 희생 절연막이 제 2 희생 절연막에 대하여 3 이상의 선택비를 갖도록 한다. The etch selectivity ratio of the first and second sacrificial insulating films is such that the first sacrificial insulating film has a selectivity of 3 or more with respect to the second sacrificial insulating film for the etching solution.
제 1 희생 절연막은 물성적으로 안정된 산화막을 이용해 형성하거나, HF, BOE 기타 산화막 식각용액에 쉽게 제거되지 않는 물질을 이용하여 형성하며, 이상적으로는 TEOS나 SiH4 가스를 이용한 언도프트 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 한다. The first sacrificial insulating layer is formed using a stable oxide film or a material that can not be easily removed by HF, BOE or other oxide etching solution. Ideally, the first sacrificial insulating layer is formed of an undoped oxide film using TEOS or SiH 4 gas .
제 2 희생 절연막은 제 1 희생 절연막과 반대되는 성질을 가진 산화막이나, 식각 용액에 쉽게 제거되는 산화막으로 형성하며, 이상적으로는 TEOS나 SiH4 가스를 이용한 도프트 산화막으로 형성한다. The second sacrificial insulating layer is formed of an oxide layer having a property opposite to that of the first sacrificial insulating layer, or an oxide layer easily removed in the etching solution, and ideally a doped oxide layer using TEOS or SiH 4 gas.
제 1 희생 절연막의 두께에 따라 하부 전극에서 차지하는 하부 구조인 컵 구조의 비율을 조절된다.
The ratio of the cup structure, which is the lower structure occupying the lower electrode, is controlled according to the thickness of the first sacrificial insulating film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다. 1A to 1F are sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention.
도 1a를 참조하면, 통상의 공정을 통해 트랜지스터(도시되지 않음)를 포함한 여러 요소가 형성된 반도체 기판(11) 상에 제 1 층간 절연막(12)을 형성한 후 포토 리소그라피/식각 공정으로 소정 영역의 제 1 층간 절연막(12)을 제거하여 콘택홀을 형성한다. 콘택홀에 의해 반도체 기판(11)의 접합 영역(도시되지 않음)이 노출된다. 콘택홀에 전도성 물질을 매립하여 콘택 플러그(13)를 형성한다. 1A, a first interlayer
콘택 플러그(13)가 형성되면, 전체 상부에 식각 선택비가 서로 다른 제 1 절연막(14a) 및 제 2 절연막(14b)을 순차적으로 형성하여 이층 구조의 제 2 층간 절연막(14)을 형성한다. 제 2 층간 절연막(14)은 1 내지 3㎛의 두께로 형성한다. When the
제 1 절연막(14a)과 제 2 절연막(14b)의 식각 선택비는, 식각 용액에 대하여 제 1 절연막(14a)이 제 2 절연막(14b)에 대하여 3 이상의 선택비를 갖도록 한다. 즉, 후속 공정에서 제 2 절연막(14b)을 제거하기 위한 식각 공정시 제 1 절연막(14a)이 식각 장벽층의 역할을 하도록 한다. The etching selectivity ratio of the first
따라서, 제 1 절연막(14a)은 최종적으로 커패시터가 제조된 후에도 잔류되므로 물성적으로 안정된 산화막을 이용해 형성하거나, HF, BOE 기타 산화막 식각용액에 쉽게 제거되지 않는 물질을 이용하여 형성한다. 즉, 제 1 절연막(14a)은 TEOS나 SiH4 가스를 이용한 언도프트 산화막으로 형성한다.
Therefore, since the first
제 2 절연막(14b)은 후속의 식각 공정에서 제거해야하므로 제 1 절연막(14b)과 반대되는 성질을 가진 산화막이나, 식각 용액에 쉽게 제거되는 산화막으로 형성한다. 즉, 제 2 절연막(14b)은 TEOS나 SiH4 가스를 이용한 도프트 산화막으로 형성한다. Since the
또한, 제 1 및 제 2 절연막(14a 및 14b)은 식각 용액에 대해 높은 선택비를 가질수록 좋다. 하지만, 산화막의 종류가 많지 않으므로 식각 선택비가 3이상이 될 수 있도록 제 1 및 제 2 절연막(14a 및 14b)을 구성하여 이용할 수 있다. Further, it is preferable that the first and second
도 1b를 참조하면, 포토 리소그라피/식각 공정으로 소정 영역의 제 2 및 제 1 절연막(14b 및 14a), 즉 제 2 층간 절연막(14a)의 소정 영역을 제거하여 하부 전극이 형성될 영역을 정의한다. 제 2 및 제 1 절연막(14b 및 14a)의 소정 영역이 제거되면서, 하부에 형성된 콘택 플러그(13)의 상부 표면이 노출된다. Referring to FIG. 1B, a predetermined region of the second and first
참고로, 제 2 층간 절연막(14)은 일반적으로 캡 옥사이드층 또는 희생 산화막이라 하며, 제 2 층간 절연막(14)이 식각되는 형태에 따라 후속 공정에서 형성될 커패시터 하부 전극의 형태가 결정된다. 이 중에서도, 제 1 절연막(14a)은 하부 전극의 하부 구조를 컵 구조로 형성하기 위한 희생 산화막이다. 제 2 절연막(14b)은 하부 전극의 상부 구조를 실린더 구조로 형성하기 위한 희생 산화막으로써, 하부 전극의 상부 구조를 실린더 구조로 형성하기 위하여 후속의 식각 공정에서 제거된다. For reference, the second
일반적으로, 제 2 층간 절연막(14)의 두께에 의해 커패시터 하부 전극의 높 이가 결정되고, 식각되는 폭에 의해 커패시터 하부 전극의 폭이 결정된다. 또한, 제 2 층간 절연막(14)이 식각되어 하부 전극이 형성될 영역은 콘택 플러그(13)의 폭보다 넓다. 통상적으로, 제 1 층간 절연막(12)과 제 2 층간 절연막(14) 사이에는 식각 정지층(도시되지 않음)이 형성되며, 제 2 층간 절연막(14)의 소정 영역을 식각하는 과정에서 하부의 제 1 층간 절연막(12)은 식각 정지층에 의해 식각되지 않는다. Generally, the height of the lower electrode of the capacitor is determined by the thickness of the second
도 1c를 참조하면, 콘택 플러그(13)를 포함한 전체 상부에 하부 전극용 전도성 물질층을 형성한 후 제 2 절연막(14b) 상부의 하부 전극용 전도성 물질층을 제거하여 제 2 층간 절연막(14)이 식각된 영역에 각각 독립된 하부 전극(15)을 형성한다. 제 2 절연막(14b) 상부의 하부 전극용 전도성 물질층은 화학적 기계적 연마등과 같은 평탄화 공정으로 제거된다. 1C, after forming a conductive material layer for the lower electrode on the entire upper surface including the
이때, 하부 전극용 전도성 물질층은 폴리실리콘으로 형성한다. At this time, the conductive material layer for the lower electrode is formed of polysilicon.
도 1d를 참조하면, 소정의 식각 공정을 통해 제 2 절연막(14b)을 제거한다. 이때, 제 1 절연막(14a)은 제 2 절연막(14b)과의 식각 선택비 차이에 의해 식각 장벽층과 같은 역할을 하므로, 제 2 절연막(14b)의 식각 공정에서 식각되지 않고 그대로 잔류한다. Referring to FIG. 1D, the second
이로써, 하부 전극의 상부 구조(15b)는 모두 노출되어 실린더 구조가 되고, 하부 전극의 하부 구조(15a)는 잔류하는 제 1 절연막(14a)에 의해 컵 구조가 된다. 하부 전극의 상부 구조(15b)는 제 2 절연막(14b)이 제거되면서 실린더 구조가 되지만 그 높이가 높지 않아 붕괴되는 것을 방지할 수 있다.
As a result, the
상기에서, 잔류하는 제 1 절연막(14a)의 두께에 따라, 하부 전극(15)에서 차지하는 컵 구조의 비율을 조절할 수 있다. 따라서, 도 1a에서 제 1 절연막(14a)의 두께를 조절하여 형성하므로써 하부 전극(15)에서 차지하는 컵 구조의 비율을 조절할 수 있다. 이때, 제 1 절연막(14a)은 제 2 절연막(14b)과의 식각 선택비 차이에 의해 식각 장벽층과 같이 거의 식각되지 않으므로, 하부 전극의 상부 구조(15b)를 균일하게 노출시켜, 전체 커패시터의 정전 용량을 균일하게 만든다.In this case, the ratio of the cup structure occupying in the
또한, 컵 구조보다는 실린더 구조의 정전 용량이 더 높으므로, 도 1a에서 제 1 절연막(14a)의 두께를 조절하여 형성하므로써 하부 전극(15)에서 차지하는 컵 구조의 비율을 조절하여 하부 전극(15) 구조의 안정성 및 정전 용량을 동시에 확보할 수 있다. In addition, since the capacitance of the cylindrical structure is higher than that of the cup structure, the thickness of the first insulating
도 1e를 참조하면, 하부 전극(15)의 노출된 표면에 준안정 폴리실리콘(Metastable Poly Silicon; 16)을 형성하여 하부 전극(15)의 표면적을 보다 더 증대시킨다. Referring to FIG. 1E,
도 1f를 참조하면, 하부 전극(16)을 포함한 전체 상부에 유전체막(17) 및 상부 전극(18)을 형성한다. 이때, 유전체막(17)은 ONO막이나 Ta2O5와 고유전체 물질로 형성한다.
Referring to FIG. 1F, a
상술한 바와 같이, 본 발명은 실린더 구조로 형성할 하부 전극의 상부 구조 를 균일하게 노출시켜 전체 커패시터의 정전 용량을 균일하게 만들고, 하부 전극의 상부 구조가 노출되는 정도를 제 1 절연막의 두께로 제어하므로써 공정의 신뢰성 및 커패시터의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, the upper structure of the lower electrode to be formed by the cylinder structure is uniformly exposed to uniform the capacitance of the entire capacitor, and the degree of exposure of the upper structure of the lower electrode is controlled to be the thickness of the first insulating film The reliability of the process and the electrical characteristics of the capacitor are improved.
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