KR100825034B1 - Semiconductor device with nitride?nitride?oxide spacer and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘택스페이서로 인한 스토리지노드콘택과 비트라인간의 기생 캐패시턴스를 감소시켜 소자의 신뢰성을 개선하는데 적합한 반도체 소자 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 복수의 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인의 측벽에 질화막스페이서를 형성하는 단계; 상기 비트라인 사이를 채울때까지 전면에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막을 식각하여 상기 비트라인 사이에 스토리지노드콘택홀을 형성하는 단계; 상기 스토리지노드콘택홀을 포함하는 상기 층간절연막의 표면을 따라 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막의 일부를 변형시켜 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막과 질화막을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택홀의 측벽에 이중 구조의 콘택스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 스토리지노드콘택홀을 매립하는 스토리지노드콘택플러그를 형성하는 단계를 포함하고, 비트라인과 스토리지노드콘택 사이의 절연구조를 NNO(Nitride-Nitride-Oxide) 구조로 형성하므로써 비트라인과 스토리지노드콘택간 기생캐패시턴스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention is to provide a semiconductor device suitable for improving the reliability of the device by reducing the parasitic capacitance between the storage node contact and the bit line due to the contact spacer, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention is a plurality of bits Forming a line; Forming a nitride film spacer on sidewalls of the bit line; Forming an interlayer insulating film over the entire surface until filling between the bit lines; Etching the interlayer insulating layer to form a storage node contact hole between the bit lines; Forming a nitride film along a surface of the interlayer insulating film including the storage node contact hole; Deforming a portion of the nitride film to form an oxide film; Selectively etching the oxide layer and the nitride layer to form a double layer contact spacer on a sidewall of the storage node contact hole; And forming a storage node contact plug to fill the storage node contact hole, and forming an insulation structure between the bit line and the storage node contact in a NIT (Nitride-Nitride-Oxide) structure. There is an effect that can reduce the liver parasitic capacitance.
기생 캐패시턴스, 스토리지노드콘택, 콘택스페이서, 유전율, 라디칼산화 Parasitic capacitance, storage node contact, contact spacer, permittivity, radical oxidation
Description
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 구조를 도시한 도면.1 is a view showing the structure of a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 구조를 도시한 도면.2 is a view showing the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 스토리지노드콘택과 비트라인간 절연구조를 도시한 상세도.4 is a detailed view illustrating an insulating structure between a storage node contact and a bit line according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체 기판 32 : 제1층간절연막31
33 : 랜딩플러그콘택 34 : 제2층간절연막33: landing plug contact 34: second interlayer insulating film
35 : 비트라인 35A : 배리어메탈35:
35B : 텅스텐막 36 : 비트라인스페이서35B: Tungsten Film 36: Bit Liner Facer
37 : 제3층간절연막 40 : 스토리지노드콘택홀37: third interlayer insulating film 40: storage node contact hole
41, 41B : 스페이서질화막 41A : 스페이서산화막41, 41B:
42 : 스토리지노드콘택 100 : 콘택 스페이서42: storage node contact 100: contact spacer
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 기생 캐패시턴스를 감소시키기 위한 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly to a method of manufacturing capacitors in semiconductor devices for reducing parasitic capacitance.
반도체 디바이스의 고집적화에 따라 라인 간 간격(Spacing)의 감소 그리고 워드라인(Word line)과 비트라인(Bit line) 또는 캐패시터(Capacitor) 사이를 절연시키는 각각의 층간절연막 두께가 얇아지고 있으며 이에 따라 원하지 않는 기생 캐패시턴스(Capacitance; C)가 증가하여 소자의 특성을 열화시킨다. Higher integration of semiconductor devices results in a reduction in spacing between lines and a thinner thickness of each interlayer insulating film that insulates between word lines and bit lines or capacitors. Parasitic capacitance (C) increases to deteriorate device characteristics.
이 때, 기생 캐패시턴스를 감소시키기 위해 단순히 층간절연막의 두께만을 증가시킬 경우 라인 간 간격 감소와 간격 감소에 따른 층간절연막의 갭필 마진 감소를 유발할 수 있다.In this case, simply increasing the thickness of the interlayer insulating layer to reduce the parasitic capacitance may cause a decrease in the gap fill margin of the interlayer insulating layer due to the decrease in the gap between the lines and the gap.
특히, 80㎚ 기술 이하의 반도체소자의 경우 이러한 기생 캐패시턴스 증가에 의한 소자의 신뢰성 저하가 우려되고 있다.In particular, in the case of semiconductor devices of 80 nm or less technology, there is a concern that the reliability of devices due to such parasitic capacitance increases.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 구조를 도시한 도면이다.1 is a view showing the structure of a semiconductor device according to the prior art.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(11) 상부에 제1층간절연막(12)이 형성되고, 제1층간절연막(12)을 관통하는 콘택홀 내에 랜딩플러그콘택(13)이 형성된다. 그리고, 랜딩플러그콘택(13) 및 제1층간절연막(12) 상에 제2층간절연막(14)이 형성되 고, 제2층간절연막(14)의 소정 영역 상에 배리어메탈(15A), 텅스텐막(15B) 및 하드마스크질화막(15C)이 차례로 적층된 복수의 비트라인(BL)이 형성된다. 그리고, 각 비트라인의 양측벽에는 비트라인스페이서(16)가 형성되며, 비트라인(BL)을 포함한 전면에 제3층간절연막(17)이 형성된다. 그리고, 제3층간절연막(17)과 제2층간절연막(14)이 식각되어 비트라인(BL) 사이에 랜딩플러그콘택(13) 표면을 개방시키는 스토리지노드콘택홀(18)이 형성되고, 스토리지노드콘택홀(18)의 측벽에는 절연물질의 콘택스페이서(19)가 형성된다. 그리고, 스토리지노드콘택홀(18) 내부에는 랜딩플러그콘택(13)과 연결되는 스토리지노드콘택(20)이 매립된다.Referring to FIG. 1, a first
위와 같은 종래기술에서, 콘택스페이서(19)와 비트라인스페이서(16)는 질화막을 사용함에 따라, 비트라인(BL)과 스토리지노드콘택(20) 사이의 절연구조는 NN(Nitride-Nitride) 구조가 된다.In the prior art as described above, as the
그러나, 종래 기술에서 콘택스페이서(19)로 사용된 질화막은 유전율이 7 이상으로 높아서 비트라인(BL)과 스토리지노드콘택(20) 간에 불필요한 기생 캐패시턴스를 크게 유발하게 된다.However, in the prior art, the nitride film used as the
이와 같은 기생 캐패시턴스를 낮추기 위하여 질화막보다 낮은 유전율을 가지는 산화막을 콘택스페이서(19)로 사용하면, 콘택스페이서(19)의 전면 식각 후 진행하는 세정 단계에서 일정 두께의 손실이 발생함에 따라 콘택스페이서(19)가 구비해야 하는 충분한 두께를 확보하지 못하게 된다. 또한, 두께 손실을 줄이기 위해 세정 시간을 감소시키는 경우에는 랜딩 플러그 상에 자연산화막(Native oxide) 등의 불순물층을 완벽하게 제거하지 못하여 스토리지노드콘택과 랜딩플러그콘택 간의 콘 택저항을 증가시킬 우려가 있다.In order to reduce the parasitic capacitance, when an oxide film having a lower dielectric constant than that of the nitride film is used as the
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 콘택스페이서로 인한 스토리지노드콘택과 비트라인간의 기생 캐패시턴스를 감소시켜 소자의 신뢰성을 개선하는데 적합한 반도체 소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a semiconductor device suitable for improving the reliability of the device by reducing the parasitic capacitance between the storage node contact and the bit line due to the contact spacer, and its manufacturing method There is a purpose.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은 복수의 비트라인을 형성하는 단계; 상기 비트라인의 측벽에 질화막스페이서를 형성하는 단계; 상기 비트라인 사이를 채울때까지 전면에 층간절연막을 형성하는 단계; 상기 층간절연막을 식각하여 상기 비트라인 사이에 스토리지노드콘택홀을 형성하는 단계; 상기 스토리지노드콘택홀을 포함하는 상기 층간절연막의 표면을 따라 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막의 일부를 변형시켜 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막과 질화막을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드콘택홀의 측벽에 이중 구조의 콘택스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 스토리지노드콘택홀을 매립하는 스토리지노드콘택플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 스페이서를 형성하는 단계는 상기 산화막과 질화막의 선택적 식각후의 부산물 제거를 위한 세정 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 산화막은 상기 질화막의 일부를 산화시켜 형성하고, 상기 산화는 라디칼산화인 것을 특징으로 한다.The semiconductor device manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a plurality of bit lines; Forming a nitride film spacer on sidewalls of the bit line; Forming an interlayer insulating film over the entire surface until filling between the bit lines; Etching the interlayer insulating layer to form a storage node contact hole between the bit lines; Forming a nitride film along a surface of the interlayer insulating film including the storage node contact hole; Deforming a portion of the nitride film to form an oxide film; Selectively etching the oxide layer and the nitride layer to form a double layer contact spacer on a sidewall of the storage node contact hole; And forming a storage node contact plug to fill the storage node contact hole, wherein the forming of the spacer further includes a cleaning step for removing by-products after selective etching of the oxide film and the nitride film. The oxide film may be formed by oxidizing a part of the nitride film, and the oxidation may be radical oxidation.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 구조를 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42) 사이의 절연물질 구조가 비트라인스페이서(36), 스페이서질화막(41B) 및 스페이서산화막(41A)의 삼중 구조로 이루어진다.Referring to FIG. 2, the insulating material structure between the
자세히 살펴보면, 소정공정이 완료된 반도체기판(31) 상부에 제1층간절연막(32)에 의해 이웃한 것과 절연되는 랜딩플러그콘택(33)이 형성되고, 제1층간절연막(32) 상부에 제2층간절연막(34)이 형성된다.In detail, a
그리고, 제2층간절연막(34) 상에 배리어메탈(35A), 텅스텐막(35B) 및 하드마스크질화막(35C)의 순서로 적층된 복수의 비트라인(35)이 소정 간격을 두고 배치되며, 비트라인(35)의 양측벽에는 비트라인스페이서(36)가 형성되어 있다. A plurality of
그리고, 비트라인(35) 상부에 제3층간절연막(37)이 형성되고, 비트라인(35) 사이의 제3층간절연막(37), 제2층간절연막(34)을 관통하여 랜딩플러그콘택(33) 표면을 개방시키는 스토리지노드콘택홀(40)이 형성되어 있다.A third
그리고, 스토리지노드콘택홀(40)의 측벽에는 스페이서질화막(41B)과 스페이 서산화막(41A)의 이중 구조로 된 콘택스페이서(100)가 형성되어 있다. 여기서, 스페이서산화막(41A)은 스페이서질화막(41B)의 일부를 라디칼산화를 통해 산화시킨 산화막이다. 후술하겠지만 스페이서질화막(41B)은 라디칼산화 후 잔류하는 스페이서질화막이다.A
그리고, 스토리지노드콘택홀(40) 내부에 스토리지노드콘택(42)이 매립되어 있다.The
스토리지노드콘택(42)과 비트라인(35)의 텅스텐막(35B) 사이의 캐패시턴스를 살펴보기 위한 절연막 구조인 도면부호 '200'을 살펴보면, 스토리지노드콘택(42)과 비트라인(35)의 텅스텐막(35B) 사이의 층간 절연을 위한 구조가 스페이서산화막(41A), 스페이서질화막(41B) 및 질화막 물질인 비트라인스페이서(36)의 3중 구조가 된다. 3중 구조의 절연물질은 질화막보다 유전율이 낮은 산화막 물질의 스페이서산화막(41A)이 포함되어 있으므로, 비트라인(35)의 텅스텐막(35B)으로부터 스토리지노드콘택(42) 방향으로 질화막-질화막-산화막의 NNO(Nitride-Nitrdie-Oxide) 구조가 된다. 반대 방향으로 보면 ONN 구조가 된다.Looking at the reference numeral '200', which is an insulating film structure for examining the capacitance between the
위와 같이, NNO(또는 ONN) 구조의 절연물질이 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42) 사이에 존재하면, NN(Nitride-Nitride) 구조에 비해 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42)간 기생캐패시턴스가 감소한다. 이는 NNO 구조의 스페이서산화막(41A)이 나머지 질화막 물질에 비해 유전율이 낮으므로, 실질적으로 비트라인텅스텐(35)과 스토리지노드콘택(42)간 기생캐패시턴스를 결정하는 유전율이 작아지기 때문이다. 즉, 캐패시턴스를 구하는 식에서 캐패시턴스가 유전율에 비례하므로, 유 전율이 작아지면 캐패시턴스는 그에 따라 작아진다.As described above, when an insulating material having an NNO (or ONN) structure exists between the
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 소자분리막 및 게이트라인(또는 워드라인)을 구비한 트랜지스터 등의 소정 공정이 완료된 반도체기판(31) 상부에 제1층간절연막(32)을 형성한 후, 제1층간절연막(32)을 관통하여 반도체기판(31)의 일부(바람직하게는 트랜지스터의 소스/드레인영역)에 연결되는 랜딩플러그콘택(33)을 형성한다. 이때, 랜딩플러그콘택(33)은 폴리실리콘으로 형성한다.As shown in FIG. 3A, a first interlayer
이어서, 랜딩플러그콘택(33)을 포함한 제1층간절연막(32) 상에 제2층간절연막(34)을 형성한 후, 제2층간절연막(34)의 소정 표면 상에 복수의 비트라인(35)을 형성한다. 이때, 비트라인(35)은 배리어메탈(35A), 텅스텐막(35B) 및 하드마스크질화막(35C)의 순서로 적층된 라인 패턴이며, 배리어메탈(35A)은 Ti/TiN 구조이다.Subsequently, after forming the second
이어서, 비트라인(35)을 포함한 전면에 비트라인스페이서절연막을 증착한 후, 에치백하여 비트라인(35)의 양측벽에 접하는 스페이서 형상의 비트라인스페이서(36)를 형성한다. 여기서, 비트라인스페이서(36)는 실리콘질화막을 100∼250Å 두께로 증착한 후 에치백하여 형성한다.Subsequently, a bit line spacer insulating film is deposited on the entire surface including the
이어서, 비트라인(35) 사이를 채울때까지 전면에 제3층간절연막(37)을 증착한다. 이때, 제3층간절연막(37)은 제1 및 제2층간절연막(32, 34)과 동일하게 BPSG와 같은 산화막 물질로 형성하며, 제3층간절연막(37)은 하부 구조에 의한 표면 굴곡을 완화시키기 위해 추가로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등의 평탄화 공 정이 진행될 수 있다.Subsequently, a third
이어서, 제3층간절연막(37) 상에 하드마스크층(38)을 형성한다. 이때, 하드마스크층(38)은 후속 감광막패턴을 이용한 식각공정의 선택비 부족을 극복하기 위해 도입하는 것으로, 바람직하게는 폴리실리콘으로 형성한다.Next, a
이어서, 하드마스크층(38) 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 감광막패턴(39)을 형성한다. 이때, 감광막패턴(39)은 스토리지노드콘택 마스크 역할을 한다. Subsequently, a photoresist film is coated on the
이어서, 감광막패턴(39)을 식각배리어로 하드마스크층(38)을 식각한다.Subsequently, the
도 3b에 도시된 바와 같이, 잔류하는 감광막패턴(39) 및 하드마스크층(38)을 식각배리어로 이용한 스토리지노드콘택 식각 공정을 진행한다.As shown in FIG. 3B, the storage node contact etching process using the remaining
즉, 잔류하는 감광막패턴(39) 및 하드마스크층(38)을 식각배리어로 이용하여 제3층간절연막(37), 제2층간절연막(34)을 식각하여 비트라인(35) 사이의 랜딩플러그콘택(33)의 표면을 개방시키는 스토리지노드콘택홀(40)을 형성한다. 이상의 식각공정은 자기정렬콘택식각(Self Aligned Contact; SAC) 방식으로 진행할 수 있으며, 스토리지노드콘택홀(40)의 형성이 완료되는 시점에서 감광막패턴(39)은 모두 소모되어 잔류하지 않는다.That is, the third
스토리지노드콘택홀(40) 형성후에는 하드마스크층(38)을 제거하고, 연속해서 세정공정을 진행하여 식각공정에서 발생된 부산물을 제거한다. 여기서, 하드마스크층(38)은 스토리지노드콘택식각이 이루어진 챔버내에서 제거한다.After the storage
도 3c에 도시된 바와 같이, 스토리지노드콘택홀(40)을 포함한 제3층간절연 막(37) 상에 스토리지노드콘택 스페이서로 사용되는 스페이서질화막(41)을 증착한다. 이 때, 스페이서질화막(41)은 100∼350Å 두께로 증착하며, 저압화학기상증착(LPCVD) 또는 플라즈마강화화학기상증착(PECVD)으로 형성한다. 바람직하게, 스페이서질화막(41)은 실리콘질화막(Si3N4)이다.As shown in FIG. 3C, a
도 3d에 도시된 바와 같이, 스페이서질화막(41) 형성후에 바로 라디컬 산화(Radical Oxidation)를 실시하여 스페이서질화막(41)의 표면 일부를 산화시킨다. 이러한 라디칼산화에 의해 스페이서질화막(41)의 일부는 스페이서산화막(41A)이 되고 나머지는 스페이서질화막(41B)으로 잔류한다. 바람직하게, 스페이서산화막(41A)은 SixOy 구조이다.As shown in FIG. 3D, immediately after the formation of the
스페이서산화막(41A) 형성을 위한 라디칼산화는, 플라즈마 챔버 내부에서 산소(Oxygen)와 수소(Hydrogen)를 주입한 후 플라즈마 발생을 위해 전원을 인가하여 이루어진다. 자세히 살펴 보면, 0.3∼1.5 Torr의 압력과 400∼700℃ 의 온도 범위에서 산화분위기가스로 O2/H2O의 혼합가스 또는 H2/O2의 혼합가스를 사용하고, 플라즈마 발생을 위한 탑측 RF 파워(Top RF power)는 3000∼4000W, 사이드측 파워(Side RF power)는 300∼1000W를 사용한다. 위와 같은 조건에 의해 발생된 플라즈마 중의 산소라디칼(Oxygen radical)과 스페이서질화막(41) 내의 실리콘(Si)이 반응하여 'SixOy'을 형성하도록 하여 스페이서질화막(41) 두께의 30∼80% 두께를 갖는 스페이서산화막(41A)이 형성되며 나머지는 스페이서질화막(41B)으로 잔류한다.The radical oxidation for forming the
스페이서산화막(41A)이 형성되는 원리를 부연 설명하면, 산소라디칼과 스페 이서질화막(41) 내의 '실리콘(Si)'이 먼저 반응하여 SiO2이 형성된다. 이처럼, 산소라디칼과 스페이서질화막(41) 내의 실리콘이 먼저 반응하는 이유는 수소(H2) 또는 H2O와 같이 수소성분을 갖는 가스를 사용하기 때문이며, 수소는 스페이서질화막(41)과 환원 반응을 일으키고, 환원반응에 의해 발생된 'Si'이 산소라디칼과 반응하여 스페이서질화막(41)의 일부가 SiO2로 변질되는 것이다. 이와 같은 산화 반응을 '라디칼 산화(Radical oxidation)'라고 한다.The principle in which the
전술한 일련의 라디칼산화를 통해 형성된 스페이서산화막(41A)은 일반적으로 LPCVD, PECVD 등의 증착법에 의한 순수한 산화막과는 다른 막 밀도를 보인다. 즉, 증착법에 의한 순수한 산화막과 라디칼산화에 의한 산화막은 구조 자체의 밀도차이에 의해 습식 식각률이 다르다.The
예를 들어, 라디칼산화를 통해 형성된 산화막은 증착법에 의한 순수한 산화막(pure SiO2) 보다 느린 습식 식각율을 갖는다. 라디칼산화의 개념을 이용하는 것으로 알려진 고밀도플라즈마산화막(HDP Oxide)은 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액을 이용한 습식식각시 증착법에 의한 순수한 산화막보다 습식식각률이 느린 것으로 알려져 있다.For example, the oxide film formed through radical oxidation has a wet etching rate slower than that of pure SiO 2 by the vapor deposition method. HDP oxide, which is known to use the concept of radical oxidation, is known to have a slower wet etch rate than a pure oxide film by evaporation during wet etching using BOE (Buffered Oxide Etchant) solution.
이와 같은 느린 습식식각률에 의해 후속 세정시 스페이서산화막(41A)의 손실이 최소화 되어 스토리지노드콘택스페이서의 두께를 충분히 유지할 수 있게 된다. This slow wet etch rate minimizes the loss of the
상술한 바에 따르면, 라디칼산화를 통해 형성된 스페이서산화막(41A)은 질화 막(유전율 7∼10)보다 낮은 유전율(유전율 3.9)을 가질뿐만 아니라 순수한 산화막보다 느린 습식식각률을 가지므로, 후속 콘택 스페이서 식각 및 후속 세정 공정 후에도 원하는 두께 만큼의 콘택스페이서를 남길 수 있다. 결국, 기생 캐패시턴스를 낮출 수 있다. 기생캐패시턴스에 관해서는 후술하기로 한다.As described above, the
도 3e에 도시된 바와 같이, 스페이서산화막(41A) 및 스페이서질화막(41B)을 전면 식각하여 랜딩플러그콘택(33)의 표면을 노출시키면서 스토리지노드콘택홀(40)의 측벽에 접하는 콘택스페이서(100)를 형성한다. 이때, 콘택스페이서(100)는 스페이서산화막(41A)과 스페이서질화막(41B)의 이중 구조이므로, 비트라인(35)의 텅스텐막(35B)과 스토리지노드콘택플러그가 쇼트되는 것을 방지할 수 있는 충분한 두께를 갖는다.As shown in FIG. 3E, the
이어서, 세정을 실시하여 식각 부산물을 제거한다. 이때, 세정은 습식세정이며, 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합 용액을 사용하여 1차 세정을 하고, NH4/HF 혼합 용액에 2차 세정을 진행한다.Subsequently, washing is performed to remove the etch byproducts. At this time, the washing is wet cleaning, the first washing using a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and the second washing is performed to the NH 4 / HF mixed solution.
도 3f에 도시된 바와 같이, 콘택스페이서(100)가 형성된 스토리지노드콘택홀(40)을 채울 때까지 제3층간절연막(37) 상에 도전막을 증착한다. 이때, 도전막은 예컨대, 폴리실리콘막을 사용한다. 그리고 나서, 전면 식각 또는 화학적·기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)를 실시하여 제3층간절연막(37)의 표면이 드러날 때까지 도전막을 평탄화하므로써, 스토리지노드콘택(42)이 형성된다.As shown in FIG. 3F, a conductive film is deposited on the third
도 3f의 도면부호 '200'은 스토리지노드콘택(42)과 비트라인(35)의 텅스텐 막(35B) 사이의 절연막 구조이다.
도 4는 도 3f의 스토리지노드콘택(42)과 비트라인(35)의 텅스텐막(35B) 사이의 캐패시턴스를 살펴보기 위한 절연막 구조인 도면부호 '200'의 상세도이다.FIG. 4 is a detailed view of reference numeral '200', which is an insulating film structure for examining the capacitance between the
즉, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스토리지노드콘택과 비트라인간 절연구조를 도시한 상세도로서, 스토리지노드콘택(42)와 비트라인(35)의 텅스텐막(35B) 사이의 층간 절연을 위한 구조가 스페이서산화막(41A), 스페이서질화막(41B) 및 질화막 물질인 비트라인스페이서(36)의 3중 구조가 된다. 3중 구조의 절연물질은 질화막보다 유전율이 낮은 산화막 물질의 스페이서산화막(41A)이 포함되어 있으므로, 비트라인(35)의 텅스텐막(35B)으로부터 스토리지노드콘택(42) 방향으로 질화막-질화막-산화막의 NNO(Nitride-Nitrdie-Oxide) 구조가 된다. 반대 방향으로 보면 ONN 구조가 된다.That is, FIG. 4 is a detailed view illustrating an insulating structure between a storage node contact and a bit line according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein the interlayer insulation between the
위와 같이, NNO 구조의 절연물질이 비트라인(35)의 텅스텐막(35B)과 스토리지노드콘택(42) 사이에 존재하면, NN(Nitride-Nitride) 구조에 비해 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42)간 기생캐패시턴스가 감소한다. 이는 NNO 구조의 스페이서산화막(41A)이 나머지 질화막 물질에 비해 유전율이 낮으므로, 실질적으로 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42)간 기생캐패시턴스를 결정하는 유전율이 작아지기 때문이다. 즉, 캐패시턴스를 구하는 식에서 캐패시턴스가 유전율에 비례하므로, 유전율이 작아지면 캐패시턴스는 그에 따라 작아진다.As described above, when an insulating material having an NNO structure is present between the
또한, 후속 세정을 진행하더라도 두께 손실이 적은 스페이서산화막(41A)을 구비하므로 스토리지노드콘택(42)와 비트라인(35) 사이의 층간 절연을 위한 충분한 두께를 유지하므로, 스토리지노드콘택(42)과 비트라인(35)간의 캐패시턴스를 더욱 감소시킨다. In addition, since the
예컨대, 캐패시터의 캐패시턴스(Capacitance, C)는 아래와 같은 수학식 1과 같이 정의된다.For example, the capacitance of the capacitor C is defined as in Equation 1 below.
여기서, ε는 유전율, AS는 전극의 유효 면적, d는 전극간 거리를 각각 나타낸 것이다. 위 수학식1에서 캐패시턴스(C)는 유전율(ε)과 면적(AS)에 비례하고, 전극간 거리(d)에 반비례함을 알 수 있으며, 캐패시턴스(C)를 감소시키기 위해서는 유전율(ε)과 면적(AS)을 작게 하고, 두께(d)를 증가시키면 된다.Is the permittivity, A S is the effective area of the electrode, and d is the distance between the electrodes. In Equation 1, the capacitance (C) is proportional to the dielectric constant (ε) and the area (A S ), and can be seen to be inversely proportional to the distance (d) between electrodes, and in order to reduce the capacitance (C), the dielectric constant (ε) What is necessary is to reduce the area A S and increase the thickness d.
본 발명은 캐패시턴스를 결정하는 요소 중에서 스페이서질화막(41)의 일부를 라디칼산화를 통해 산화시켜 스페이서산화막(41A)을 형성한 것이므로 두께(d) 증가가 일부 있다고 볼 수 있으며, 더불어 질화막-질화막-산화막의 삼중 구조로 바뀌어 유전율(ε)의 변화가 있다. 단, 면적의 증가는 없다.In the present invention, since the
이를 테면, 유전율이 낮은 스페이서산화막(41A)이 삽입된 구조가 되므로, 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42)간 절연물질의 총 유전율은 낮은 유전율을 갖는 스페이서산화막(41A)이 삽입됨에 따라 감소한다. 또한, 스페이서산화막(41A)이 라디칼산화를 통해 형성된 것이므로 두께 증가가 수반된다.For example, since the
결국, 비트라인(35)과 스토리지노드콘택(42) 사이의 절연물질의 구조를 NNO 구조로 바꾸어 주므로써 비트라인(35)과 스토리노드콘택(42)간 기생캐패시턴스를 감소시키게 된다.As a result, the parasitic capacitance between the
상술한 실시예에 따르면, 본 발명은 스토리지노드콘택홀의 측벽에 구비되는 콘택 스페이서(100)를 형성할 때, 콘택 스페이서 물질로 스페이서질화막(41)을 증착한 후, 스페이서질화막(41)의 일부를 라디칼산화를 통해 산화시켜 스페이서질화막(41B) 상에 스페이서산화막(41A)이 형성된 2중 구조의 콘택 스페이서를 형성하므로써, 질화막만을 사용하는 단일막 스페이서 보다 낮은 유전율과 두께 증가 효과를 가지도록 할 수 있다.According to the embodiment described above, when forming the
따라서, 스토리지노드콘택(42)과 비트라인(35)의 텅스텐막(35B)간의 기생캐패시턴스를 감소시킬 수 있다. Therefore, parasitic capacitance between the
또한, 스페이서산화막(41A)을 라디컬 산화로 형성하므로써, 후속 세정 공정에 의한 손실을 최소화하여 콘택 스페이서의 두께를 절연이 충분히 이루어지도록 하는 두께로 유지할 수 있다.In addition, since the
결국, 본 발명은 낮은 유전율을 가지면서 절연을 위한 충분한 두께를 유지할 수 있는 콘택 스페이서를 구현하므로서, 원하지 않는 기생 캐패시턴스 값을 낮출 수 있으므로 소자의 신뢰성을 향상시킬수 있다.As a result, the present invention implements a contact spacer capable of maintaining a sufficient thickness for insulation while having a low dielectric constant, thereby reducing unwanted parasitic capacitance values, thereby improving device reliability.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여 야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above 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 본 발명은 콘택스페이서 물질로 질화막을 증착한 후, 질화막의 일부를 라디칼산화를 통해 산화시켜 습식 식각율이 느린 산화막을 구현하므로써 산화막의 낮은 유전율과 층간절연을 위한 절연막의 두께를 증가시키므로써 기생 캐패시턴스 값을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, after depositing a nitride film with a contact material, the nitride film is oxidized through radical oxidation to realize an oxide film having a slow wet etching rate, thereby increasing the thickness of the insulating film for low dielectric constant and interlayer insulation. There is an effect that can reduce the parasitic capacitance value.
또한, 층간절연막의 두께를 증가시키지 않고도 동일한 효과를 얻을 수 있으므로, 층간절연막의 갭필 마진을 증가시킬 수 있다. In addition, since the same effect can be obtained without increasing the thickness of the interlayer insulating film, the gap fill margin of the interlayer insulating film can be increased.
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