KR100876879B1 - 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 스토리지 노드 콘택이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 식각정지용 질화막, 희생산화막, 하드마스크용 알루미늄산화막 및 스토리지 노드 형성 영역을 한정하는 감광막 패턴을 차례로 형성하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 하드마스크용 알루미늄산화막을 식각하는 단계와, 상기 감광막 패턴을 제거하고 식각된 알루미늄산화막을 식각 장벽으로 이용해서 희생산화막과 식각정지용 질화막을 차례로 식각하여 스토리지 노드 콘택을 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치 표면 및 알루미늄산화막 상에 스토리지 노드 물질막을 증착하는 단계와, 상기 알루미늄산화막 상에 증착된 스토리지 노드 물질막 부분을 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 하드마스크막으로서 알루미늄산화막을 이용함으로써 희생산화막의 식각 후에 상기 알루미늄산화막을 따로 제거할 필요가 없으며, 이에 따라, 공정 상의 번거로움을 해결할 수 있고, 또한, 상기 알루미늄산화막의 존재로 인해 희생산화막의 상단 손실을 방지할 수 있는 바, 용량 감소 또한 방지할 수 있다.

Description

캐패시터의 스토리지 노드 형성방법{Method for forming storage node of capacitor}

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 캐패시터 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 스토리지 노드 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

21 : 반도체 기판 22 : 층간절연막

23 : 스토리지 노드 콘택 24 : 질화막

25 : 희생산화막 26 : 알루미늄막

27 : 감광막 패턴 28 : 트렌치

29 : 스토리지 노드

본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스토리지 노드 형성방법에 관한 것이다.

반도체 메모리 소자의 수요가 급증함에 따라 고용량의 캐패시터를 얻기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다. 여기서, 캐패시터는 스토리지 노드(storage node)와 플레이트 노드(plate node) 사이에 유전체막(dielectric)이 개재된 구조로서, 그 용량은 전극 표면적과 유전체막의 유전율에 비례하며, 전극들간의 간격, 즉, 유전체막의 두께에 반비례한다.

따라서, 고용량의 캐패시터를 얻기 위해서는 유전율이 큰 유전체막을 사용하거나, 전극 표면적을 확대시키거나, 또는, 전극들간의 거리를 줄이는 것이 요구된다. 그런데, 전극들간의 거리, 즉, 유전체막의 두께를 줄이는 것은 그 한계가 있는 바, 고용량의 캐패시터를 형성하기 위한 연구는 유전율이 큰 유전체막을 사용하거나, 또는, 전극 표면적을 넓히는 방식으로 진행되고 있다.

한편, 반도체 메모리 소자의 고집적화에 따라 소자 면적이 감소되고 있고, 이에 수반해서 캐패시터 면적 또한 감소되고 있다. 따라서, 면적 감소에 기인하는 캐패시터의 용량을 보상하기 위해 캐패시터 전극, 즉, 스토리지 노드의 높이는 상대적으로 높아지고 있는 추세이다.

이하에서는 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 종래 기술에 따른 캐패시터 형성방법을 설명하도록 한다.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(1) 상에 공지의 공정에 따라 층간절연막(2) 및 스토리지 노드 콘택(3)을 형성한 상태에서, 기판 결과물 상에 식각정지용 질화막(4), 희생산화막(5), 하드마스크용 폴리실리콘막(6) 및 스토리지 노드 형성 영역을 한정하는 감광막 패턴(7)을 차례로 형성한다.

여기서, 상기 희생산화막(5)은 대략 20000Å의 두께로 형성한다. 상기 폴리실리콘막(6)은, 후속 트렌치 식각시, 감광막만으로는 충분한 선택비가 확보되지 않고 측면이 뭉그러지는 현상이 발생하는 등, 패턴 형성이 어렵기 때문에 이를 보완하기 위해 형성해주는 것이며, 대략 3500Å의 두께로 형성한다.

도 1b를 참조하면, 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 폴리실리콘막을 식각한 후, 산화막과 질화막간의 식각 선택비를 이용하면서 식각된 폴리실리콘막을 식각 장벽으로 이용해서 희생산화막(5)을 식각한다.

여기서, 도면부호 6a는 희생산화막(5)의 식각 후에 잔류된 폴리실리콘막을 나타낸다.

도 1c를 참조하면, 상기 희생산화막이 식각되어 노출된 질화막 부분을 식각 제거하고, 이를 통해, 상기 스토리지 노드 콘택(3)을 노출시키는 트렌치(8)를 형성한다.

도 1d를 참조하면, 기판 결과물 상에 스토리지 노드용 폴리실리콘막을 증착한다. 그런다음, 트렌치(8)를 매립하도록 기판 전면 상에 감광막을 도포한 후, 희생산화막(5)이 노출되도록 감광막 및 폴리실리콘막을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)하고, 그리고나서, 잔류된 감광막을 제거하여 트렌치(8) 표면 상에 실린더 형상의 스토리지 노드(9)를 형성한다.

이후, 도시하지는 않았으나, 습식 식각 공정을 통해 희생산화막을 제거한 후, 상기 스토리지 노드(9) 상에 유전체막과 플레이트 노드를 차례로 형성하여 캐패시터를 형성한다.

그러나, 전술한 종래의 캐패시터 형성방법에 따르면, 트렌치의 형성 후에 하드마스크로 사용된 폴리실리콘막을 별도의 공정을 통해 제거해야만 하는 바, 공정 측면에서 번거로움이 있고, 특히, 완전한 제거가 이루어지지 못할 경우, 폴리실리콘막이 도전체인 것과 관련해서 이웃하는 스토리지 노드들간에 브릿지(bridge)가 유발될 수 있다.

또한, 희생산화막 식각 후 식각정지용 질화막의 추가 식각시, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 희생산화막(5)의 탑 부분에서 손실(loss)이 발생되는 바, 스토리지 노드의 높이가 낮아져 캐패시터 용량 감소가 초래된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하드마스크용 폴리실리콘막에 기인된 공정 측면에서의 번거로움 및 브릿지 발생을 방지할 수 있는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 희생산화막의 손실에 기인된 캐패시터 용량 감소를 방지할 수 있는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 스토리지 노드 콘택이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 식각정지용 질화막, 희생산화막, 하드마스크용 알루미늄산화막 및 스토리지 노드 형성 영역을 한정하는 감광막 패턴을 차례로 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 하드마스크용 알루미늄산화막을 식각하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하고, 식각된 알루미 늄산화막을 식각 장벽으로 이용해서 희생산화막과 식각정지용 질화막을 차례로 식각하여 스토리지 노드 콘택을 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치 표면 및 알루미늄산화막 상에 스토리지 노드 물질막을 증착하는 단계; 및 상기 알루미늄산화막 상에 증착된 스토리지 노드 물질막 부분을 제거하는 단계를 포함하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법을 제공한다.

여기서, 상기 알루미늄산화막은 원자층증착 공정 또는 화학기상증착 공정에 따라 300∼500Å의 두께로 증착한다

상기 희생산화막의 식각은 CxFy 가스, Cl2 가스, 또는, CxFy와 Cl2의 혼합 가스를 사용하여 수행한다.

상기 알루미늄산화막 상에 증착된 스토리지 노드 물질막 부분을 제거하는 단계는, 상기 스토리지 노드 물질막 상에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 알루미늄산화막이 노출되도록 상기 절연막과 스토리지 노드 물질막을 CMP 또는 에치백하는 단계와, 상기 잔류된 절연막을 제거하는 단계로 구성되며, 상기 절연막은 감광막 또는 실리콘산화막으로 이루어진다.

상기 스토리지 노드 물질막은 폴리실리콘막, TiN막, Ti막, Ru막, Al막, W막, WSix막, Cu막 또는 이들의 혼합막으로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 하드마스크막으로서 알루미늄산화막을 이용함으로써 희생산화막의 식각 후에 상기 알루미늄산화막을 따로 제거할 필요가 없으며, 이에따라, 공정 상의 번거로움을 해결할 수 있고, 또한, 상기 알루미늄산화막의 존재로 인해 희생산화막의 상단 손실을 방지할 수 있는 바, 용량 감소 또한 방지할 수 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면에 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 소정의 하지층을 덮도록 층간절연막(22)이 형성되고, 상기 층간절연막(22) 내에 스토리지 노드 콘택(23)이 형성된 반도체 기판(21)을 마련한다. 그런다음, 스토리지 노드 콘택(23)을 포함한 층간절연막(22) 상에 식각정지용 질화막(24)과 실리콘산화막으로 이루어진 희생산화막(25) 및 하드마스크용 알루미늄산화막(26)을 차례로 증착한 후, 상기 알루미늄산화막(26) 상에 스토리지 노드 형성 영역을 한정하는 감광막 패턴(27)을 형성한다.

여기서, 상기 질화막(24)은 100∼1000Å의 두께로 증착하며, 상기 희생산화막(25)은 1.2∼5㎛의 두께로 증착한다.

상기 알루미늄산화막(26)은 희생산화막(25)에 대해 식각선택비를 갖는 막으로서 원자층증착(Atomic Layer Deposition) 또는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition) 공정에 따라 500Å 이하의 두께, 바람직하게 300∼500Å의 두께로 증착한다.

도 2b를 참조하면, 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 그 아래의 하드마스크용 알루미늄산화막(26)을 식각하고, 그런다음, 공지의 공정에 따라 상기 감광막 패턴을 제거한다.

도 2c를 참조하면, 식각된 알루미늄산화막(26)을 식각 장벽으로 이용해서 그 아래의 희생산화막(25)을 식각한 후, 연이어, 식각정지용 질화막(24)을 식각하여 스토리지 노드 콘택을 노출시키는 트렌치(28)를 형성한다.

여기서, 상기 희생산화막(25)의 식각은 식각 가스로서 CxFy의 카본 플루오라이드(Fluoride) 가스 또는 Cl2 가스를 사용하여 수행하거나, 혹은 CxFy와 Cl2의 혼합 가스를 사용하여 수행한다. 또한, 상기 트렌치(28)는 다각형, 타원형, 또는, 원형의 형태로 형성한다.

한편, 상기 알루미늄산화막(26)은 유전율이 9 정도인 절연 물질로서, 희생산화막(25)의 식각 후에 굳이 제거할 필요가 없으며, 이에 따라, 상기 식각정지용 질화막(24)의 식각시 알루미늄산화막(26)의 존재로 인해 상기 희생산화막(25)의 손실은 방지된다.

도 2d를 참조하면, 트렌치(28) 표면 및 알루미늄산화막(26) 상에 스토리지 노드용 폴리실리콘막을 증착한다. 그런다음, 트렌치(28)를 완전 매립하도록 상기 단계까지의 기판 결과물 상에 감광막(도시안됨)을 도포한 후, 알루미늄산화막(26)이 노출될 때까지 상기 감광막 및 폴리실리콘막을 CMP 또는 에치백(etch back)하고, 그리고나서, 잔류된 감광막을 제거하여 본 발명에 따른 스토리지 노드(29)를 형성한다.

여기서, 상기 감광막 대신에 실리콘산화막(SiO2)을 적용할 수 있으며, 아울러, 스토리지 노드 물질막으로서는 폴리실리콘막 대신에 TiN막, Ti막, Ru막, Al막, W막, WSix막, Cu막 또는 이들의 혼합막을 증착하는 것도 가능하다.

이후, 도시하지는 않았으나, 습식 식각 공정을 통해 알루미늄산화막 및 희생산화막을 제거한 후, 상기 스토리지 노드(29) 상에 유전체막과 플레이트 노드를 차례로 형성하여 캐패시터를 형성한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 하드마스크막으로서 알루미늄산화막을 이용함에 따라 희생산화막의 식각 후에 상기 알루미늄산화막을 따로 제거할 필요가 없으며, 그래서, 공정 상의 번거로움을 해결할 수 있다.

또한, 알루미늄산화막으로 인해 질화막의 식각 공정에서 희생산화막의 손실이 방지될 뿐만 아니라, 상기 알루미늄산화막의 존재로 인해 스토리지 노드의 높이가 종래의 그것 보다 높아지기 때문에 캐패시터의 용량 증대를 부가적으로 얻을 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 하드마스크막으로서 희생산화막에 대해 식각선택비를 갖는 알루미늄산화막을 이용함으로써 상기 희생산화막의 식각 후에 따로 제거할 필요가 없으며, 이에 따라, 공정 상의 번거로움을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄산화막의 존재로 인해 식각정지용 질화막의 식각시 희생산화막의 손실을 방지할 수 있음은 물론 스토리지 노드의 높이를 더 높게 할 수 있는 바, 고용량의 캐패시터를 제공할 수 있다.

기타, 본 발명은 그 요지가 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (6)

1. 스토리지 노드 콘택이 형성된 반도체 기판을 제공하는 단계;

   상기 기판 상에 식각정지용 질화막, 희생산화막, 하드마스크용 알루미늄산화막 및 스토리지 노드 형성 영역을 한정하는 감광막 패턴을 차례로 형성하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 식각 장벽으로 이용해서 하드마스크용 알루미늄산화막을 식각하는 단계;

   상기 감광막 패턴을 제거하고, 식각된 알루미늄산화막을 식각 장벽으로 이용해서 희생산화막과 식각정지용 질화막을 차례로 식각하여 스토리지 노드 콘택을 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계;

   상기 트렌치 표면 및 알루미늄산화막 상에 스토리지 노드 물질막을 증착하는 단계; 및

   상기 알루미늄산화막 상에 증착된 스토리지 노드 물질막 부분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄산화막은 원자층증착 공정 또는 화학기상증착 공정에 따라 300∼500Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 희생산화막의 식각은 CxFy 가스, Cl2 가스 및 CxFy 와 Cl2의 혼합 가스로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄산화막 상에 증착된 스토리지 노드 물질막 부분을 제거하는 단계는

   상기 스토리지 노드 물질막 상에 절연막을 형성하는 단계;

   상기 알루미늄산화막이 노출되도록 상기 절연막과 스토리지 노드 물질막을 CMP 또는 에치백하는 단계; 및

   상기 잔류된 절연막을 제거하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 절연막은 감광막 또는 실리콘산화막인 것을 특징으로 하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 스토리지 노드 물질막은

   폴리실리콘막, TiN막, Ti막, Ru막, Al막, W막, WSix막, Cu막 및 이들의 혼합막으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐패시터의 스토리지 노드 형성방법.

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