KR100878495B1 - Method of manufacutring capacitor for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐패시터 산화막의 식각 두께를 감소시켜 보우잉 및 브리지를 방지함과 동시에 고집적 소자에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 제공한다.The present invention provides a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device capable of reducing the etching thickness of the capacitor oxide film to prevent bowing and bridges and at the same time ensuring sufficient capacitor capacity corresponding to the highly integrated device.
본 발명은 캐패시터 산화막을 2차례로 나누어 증착하고 각각 식각하여 비트라인 상부 및 하부에 각각 캐패시터를 형성하여 적층형의 이중 캐패시터로 형성함으로써, 캐패시터 산화막의 식각 깊이를 감소시켜 보우잉 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 스토리지노드 전극간 브리지를 방지할 수 있게 됨으로써 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 적층형 이중 캐패시터에 의해 고집적화에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있으므로 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the capacitor oxide film is deposited in two times, and each is etched to form capacitors on the upper and lower portions of the bit line to form a stacked double capacitor, thereby preventing the bowing phenomenon by reducing the etching depth of the capacitor oxide film. Accordingly, it is possible to prevent the bridge between the storage node electrodes, thereby improving the yield of the device. In addition, the multilayered double capacitor can secure sufficient capacitor capacity corresponding to high integration, thereby improving the electrical characteristics of the device.
비트라인, 캐패시터, 보우잉, 브리지, 캐패시터 산화막Bitline, Capacitor, Bowing, Bridge, Capacitor Oxide
Description
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도.1A to 1H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing
10 : 반도체 기판 11, 19 : 제 1 및 제 2 층간절연막10
12A, 12B, 12C : 제 1 내지 제 3 플러그 12A, 12B, 12C: first to third plug
13 : 질화막 14, 25 : 제 1 및 제 2 캐패시터 산화막13:
15, 26 : 캐패시터용 제 1 및 제 2 홀15, 26: first and second holes for the capacitor
16, 27 : 제 1 및 제 2 스토리지노드 전극16 and 27: first and second storage node electrodes
17, 28 : 제 1 및 제 2 유전막17, 28: first and second dielectric film
18, 29 : 제 1 및 제 2 플레이트 전극18, 29: first and second plate electrodes
20 : 비트라인용 콘택홀 21 : 콘택홀 스페이서20: contact hole for bit line 21: contact hole spacer
22 : 비트라인 23 : 하드 마스크22: bit line 23: hard mask
24 : 비트라인 스페이서 C1, C2 : 제 1 및 제 2 캐패시터
24: bit line spacer C1, C2: first and second capacitors
본 발명은 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 특히 고집적화에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 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 capable of securing a sufficient capacitor capacity corresponding to high integration.
일반적으로, 메모리셀(memory cell)에 사용되는 캐패시터는 스토리지 (storage node) 전극, 유전막, 및 플레이트(plate) 전극으로 이루어지며, 고집적화에 따라 감소하는 셀면적 내에서 소자에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 얻기 위하여 캐패시터의 높이를 점점 더 증가시키고 있다. In general, a capacitor used in a memory cell is composed of a storage node electrode, a dielectric film, and a plate electrode, and has a sufficient capacitor capacity corresponding to the device within a cell area which decreases with high integration. Increasingly, the height of the capacitor is increasing.
이러한 캐패시터는 통상적으로 스토리지 노드 콘택의 형성 후 희생막인 캐패시터 산화막을 적용하여 캐패시터 영역을 한정한 후 스토리지노드 전극, 유전막 및 플레이트 전극을 순차적으로 형성하기 때문에, 원하는 높이의 캐패시터를 얻기 위해서는 캐패시터 높이에 해당되는 두께로 캐패시터 산화막을 형성 및 식각하여야 한다.Such capacitors typically define a capacitor region by applying a capacitor oxide layer, which is a sacrificial layer, after the formation of the storage node contact, and then sequentially form the storage node electrode, the dielectric layer, and the plate electrode. A capacitor oxide film should be formed and etched to a corresponding thickness.
한편, 셀면적 감소에 따른 디자인룰 마진(design rule margin) 감소로 인하여, 캐패시터 높이를 예컨대 2㎛ 이상으로 높여야만 소자에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있게 되었다. 이에 따라, 캐패시터 산화막을 2㎛ 이상의 두께로 적용하고 이를 2㎛ 이상 식각하여 캐패시터용 홀을 형성하여 캐패시터 영역을 한정하여야 한다. 그러나, 2㎛ 이상의 두께로 캐패시터 산화막을 식각하게 되 면 홀 사이의 공간이 좁아질 뿐만 아니라 식각시 보우잉(bowing)이 발생하여 스토리지노드 전극간 브리지(bridge)를 유발함으로써 소자의 수율을 저하시키게 되므로, 캐패시터 높이를 증가시키는 데에는 한계가 있다.
On the other hand, due to the reduction in design rule margin due to cell area reduction, it is possible to secure sufficient capacitor capacity corresponding to the device only by increasing the capacitor height, for example, 2 μm or more. Accordingly, the capacitor oxide film should be applied to a thickness of 2 μm or more and etched to 2 μm or more to form a capacitor hole to limit the capacitor region. However, when the capacitor oxide film is etched to a thickness of 2 μm or more, the space between the holes is not only narrowed, but bowing occurs during etching, which causes a bridge between storage node electrodes, thereby lowering the yield of the device. Therefore, there is a limit to increasing the capacitor height.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 캐패시터 산화막의 식각 두께를 감소시켜 보우잉 및 브리지 등을 방지함과 동시에 고집적 소자에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, which reduces the etching thickness of the capacitor oxide film to prevent bowing, bridges, etc., and at the same time secures a sufficient capacitor capacity corresponding to the highly integrated device. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a capacitor of a device.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기의 본 발명의 목적은 상부에 서로 이격된 제 1 내지 제 3 플러그가 구비된 제 1 층간절연막이 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 기판 상에 질화막 및 제 1 캐패시터 산화막을 형성하는 단계; 제 1 및 제 3 플러그가 노출되도록 제 1 캐패시터 산화막을 식각하여 캐패시터용 제 1 홀을 형성하는 단계; 제 1 홀에만 매립되도록 제 1 스토리지노드 전극을 형성하는 단계; 제 1 캐패시터 산화막을 제거하는 단계; 제 1 스토리지노드 전극 및 질화막 상에 제 1 유전막 및 제 1 플레이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계; 제 1 스토리지노드 전극의 표면이 노출되도록 제 1 플레이트 전극 및 제 2 유전막을 전면식각하여 제 1 캐패시터를 형성하는 단계; 기판 전면 상에 제 2 층간절연막을 형성하는 단계; 제 1 및 제 3 플러그 사이의 제 2 플러그를 노출시키는 비트라인용 콘택홀을 형성하는 단계; 콘택홀 측벽에 제 1 스페이서를 형성하는 단계; 콘택홀을 통하여 제 3 플러그와 콘택하는 비트라인을 형성하는 단계; 비트라인 측벽에 제 2 스페이서를 형성하는 단계; 기판 전면 상에 제 2 캐패시터 산화막을 형성하는 단계; 제 1 스토리지노드 전극이 노출되도록 제 2 캐패시터 산화막을 식각하여 캐패시터용 제 2 홀을 형성하는 단계; 제 2 홀에만 매립되도록 제 2 스토리지노드 전극을 형성하는 단계; 제 2 캐패시터 산화막을 제거하는 단계; 및 제 2 스토리지노드 전극 및 제 2 층간절연막 상에 제 2 유전막 및 제 2 플레이트 전극을 순차적으로 형성하여 제 2 캐패시터를 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 캐패시터 제조방법에 의해 달성될 수 있다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, an object of the present invention comprises the steps of preparing a semiconductor substrate having a first interlayer insulating film having a first to third plugs spaced apart from each other; Forming a nitride film and a first capacitor oxide film on the substrate; Etching the first capacitor oxide layer to expose the first and third plugs to form a first hole for the capacitor; Forming a first storage node electrode to be embedded only in the first hole; Removing the first capacitor oxide film; Sequentially forming a first dielectric layer and a first plate electrode on the first storage node electrode and the nitride layer; Forming a first capacitor by full-etching the first plate electrode and the second dielectric layer so that the surface of the first storage node electrode is exposed; Forming a second interlayer insulating film on the entire surface of the substrate; Forming a contact hole for a bit line exposing a second plug between the first and third plugs; Forming a first spacer on the contact hole sidewall; Forming a bit line in contact with the third plug through the contact hole; Forming a second spacer on the bitline sidewalls; Forming a second capacitor oxide film on the entire surface of the substrate; Etching the second capacitor oxide layer to expose the first storage node electrode to form a second hole for the capacitor; Forming a second storage node electrode to be buried only in the second hole; Removing the second capacitor oxide film; And sequentially forming a second dielectric layer and a second plate electrode on the second storage node electrode and the second interlayer insulating layer to form a second capacitor.
바람직하게, 제 1 캐패시터 산화막의 식각시 식각깊이를 1㎛ 이하로 하며, 제 1 캐패시터를 형성하는 단계에서 전면식각은 화학기계연마 공정으로 수행한다.Preferably, the etching depth of the first capacitor oxide layer is 1 μm or less, and the entire surface etching is performed by a chemical mechanical polishing process in the step of forming the first capacitor.
또한, 제 1 및 제 2 유전막은 PZT막, STO막, BST막,ONO막, NO막, 티타늄산화막(TiO), 탄탈륨산화막(TaO), 탄탈륨질산화막(TaON) 중 선택되는 하나의 막으로 동일한 막 또는 다른 막으로 이루어지고, 제 1 및 제 2 플레이트 전극은 폴리실리콘막이나 금속막으로 동일한 막 또는 다른 막으로 이루어지며, 제 1 및 제 2 스페이서는 질화막으로 각각 이루어진다.In addition, the first and second dielectric films are the same as one selected from a PZT film, an STO film, a BST film, an ONO film, an NO film, a titanium oxide film (TiO), a tantalum oxide film (TaO), and a tantalum nitride film (TaON). A film or another film, the first and second plate electrodes are made of the same film or another film as a polysilicon film or a metal film, and the first and second spacers are made of a nitride film, respectively.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 캐패시터 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.1A to 1H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 셀영역이 정의되고 트랜지스터 등의 소정의 공정이 완료된 반도체 기판(10) 상에 제 1 층간절연막(11)을 형성하고, 셀영역의 기판(10) 일부가 노출되도록 제 1 층간절연막(11)을 식각하여 소정 간격으로 이격된 제 1 내지 제 3 콘택홀을 형성한다. 그 다음, 제 1 내지 제 3 콘택홀에 매립되도록 폴리실리콘막을 증착하고 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정이나 에치백(etch-back) 공정으로 폴리실리콘막을 전면식각하여 기판(10)과 콘택하는 제 1 내지 제 플러그(12A, 12B, 12C)를 형성한다. 그 다음, 기판 전면 상에 질화막(13)과 제 1 캐패시터 산화막(14)을 순차적으로 증착하고, 제 1 및 제 3 플러그(12A, 12C)가 노출되도록 제 1 캐패시터 산화막(14)과 질화막(13)을 식각하여 캐패시터용 제 1 홀(15)을 형성함으로써 제 1 캐패시터 영역을 한정한다. 바람직하게, 제 1 캐패시터 산화막(14)을 총 캐패시터 산화막 두께의 1/2 이하, 더욱 바람직하게 1㎛ 이하의 두께로 형성하여 식각 깊이가 1㎛ 를 넘지 않도록 한다.Referring to FIG. 1A, a first interlayer
도 1b를 참조하면, 제 1 홀(15)에 매립되도록 제 1 캐패시터 산화막(14) 상부에 폴리실리콘막 또는 금속막 등의 제 1 도전막을 증착하고 CMP 공정이나 에치백 공정으로 제 1 캐패시터 산화막(14)이 노출되도록 도전막을 전면식각하여 제 1 스토리지노드 전극(16)을 형성한다. 그 다음, 질화막(13)을 식각정지막으로 하여 셀영역의 제 1 캐패시터 산화막(14)을 제거하여 질화막(13) 및 제 1 스토리지노드 전극(16)을 노출시킨다.
Referring to FIG. 1B, a first conductive film, such as a polysilicon film or a metal film, is deposited on the first
도 1c를 참조하면, 노출된 제 1 스토리지노드 전극(16) 및 질화막(13) 표면 상에 제 1 유전막(17)을 증착하고, 제 1 유전막(17) 상부에 제 1 플레이트 전극(18)을 형성한다. 바람직하게, 제 1 유전막(17)은 PZT막, STO막, BST막,ONO막, NO막, 티타늄산화막(TiO), 탄탈륨산화막(TaO), 탄탈륨질산화막(TaON) 중 선택되는 하나의 막으로 형성하고, 제 1 플레이트 전극(18)은 폴리실리콘막이나 금속막으로 형성한다. 그 다음, CMP 공정이나 에치백 공정으로 제 1 스토리지노드 전극(16)의 표면이 노출되도록 제 1 플레이트 전극(18) 및 제 1 유전막(17)을 전면식각하여 제 1 캐패시터(C1)를 형성한다.Referring to FIG. 1C, the first
도 1d를 참조하면, 기판 전면 상에 제 2 층간절연막(19)을 형성하고, 제 1 및 제 3 플러그(12A, 12C) 사이의 제 2 플러그(12B)가 노출되도록 제 2 층간절연막(19), 제 1 플레이트 전극(18), 제 1 유전막(17) 및 질화막(13)을 식각하여 비트라인용 콘택홀(20)을 형성한다. 그 다음, 콘택홀(20) 표면 및 제 2 층간절연막(19) 상에 질화막을 증착하고 에치백공정으로 전면식각하여 콘택홀(20) 측벽에 콘택홀 스페이서(20)를 형성한다.Referring to FIG. 1D, the second
도 1e를 참조하면, 콘택홀(20)에 매립되도록 제 2 층간절연막(19) 상부에 제 2 도전막을 증착하고 제 2 도전막 상부에 하드 마스크(23)를 형성하고, 하드 마스크(23)를 이용하여 제 2 도전막을 패터닝하여 비트라인(22)을 형성한다. 그 다음, 기판 전면 상에 질화막을 증착하고 에치백공정으로 전면식각하여 비트라인(22) 및 하드 마스크(23) 측벽에 비트라인 스페이서(24)를 형성한다.Referring to FIG. 1E, a second conductive layer is deposited on the second
도 1f를 참조하면, 기판 전면 상에 제 2 캐패시터 산화막(25)을 증착하고, 제 1 캐패시터(C1)의 제 1 스토리지노드 전극(16)이 노출되도록 제 2 캐패시터 산화막(25)을 식각하여 캐패시터용 제 2 홀(26)을 형성함으로써 제 2 캐패시터 영역을 한정한다.Referring to FIG. 1F, the second
도 1g를 참조하면, 제 2 홀(26)에 매립되도록 제 2 캐패시터 산화막(25) 상부에 폴리실리콘막 또는 금속막 등의 제 3 도전막을 증착하고 CMP 공정이나 에치백 공정으로 제 2 캐패시터 산화막(25)이 노출되도록 제 3 도전막을 전면식각하여 제 2 스토리지노드 전극(27)을 형성한다. 그 다음, 제 2 층간절연막(19)을 식각정지막으로 하여 셀영역의 제 2 캐패시터 산화막(25)을 제거하여 제 2 층간절연막(19) 및 제 2 스토리지노드 전극(27)을 노출시킨다.Referring to FIG. 1G, a third conductive film such as a polysilicon film or a metal film is deposited on the second
도 1h를 참조하면, 노출된 제 2 스토리지노드 전극(27) 및 제 2 층간절연막(19) 표면 상에 제 2 유전막(28)을 증착하고, 제 2 유전막(28) 상부에 제 2 플레이트 전극(29)을 형성하여 제 2 캐패시터(C2)를 형성함으로써, 제 1 및 제 2 캐패시터(C1, C2)가 적층된 적층형 이중 캐패시터를 완성한다. 바람직하게, 제 2 유전막(28)은 제 1 유전막(17)과 마찬가지로 PZT막, STO막, BST막,ONO막, NO막, 티타늄산화막(TiO), 탄탈륨산화막(TaO), 탄탈륨질산화막(TaON) 중 선택되는 하나의 막으로 제 1 유전막(17)과 동일한 막 또는 다른 막으로 형성하고, 제 2 플레이트 전극(29)도 제 1 플레이트 전극(18)과 마찬가지로 폴리실리콘막이나 금속막으로 제 1 플레이트 전극(18)과 동일한 막 또는 다른 막으로 형성한다.Referring to FIG. 1H, a second dielectric layer 28 is deposited on the exposed surfaces of the second
상기 실시예에 의하면, 캐패시터 산화막을 2차례로 나누어 증착하고 각각 식각하여 비트라인 상부 및 하부에 각각 캐패시터를 형성하여 적층형의 이중 캐패시 터로 형성함으로써, 캐패시터 산화막의 식각 깊이를 감소시켜 보우잉 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 스토리지노드 전극간 브리지를 방지할 수 있게 됨으로써 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 적층형 이중 캐패시터에 의해 고집적화에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보할 수 있으므로 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.According to the above embodiment, the capacitor oxide film is divided into two times and deposited and etched to form capacitors above and below the bit line, respectively, to form a stacked double capacitor, thereby reducing the etching depth of the capacitor oxide film to prevent bowing phenomenon. As a result, it is possible to prevent the bridge between the storage node electrodes, thereby improving the yield of the device. In addition, the multilayered double capacitor can secure sufficient capacitor capacity corresponding to high integration, thereby improving the electrical characteristics of the device.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
전술한 본 발명은 적층형의 이중 캐패시터를 적용함에 따라 캐패시터 산화막의 식각 두께를 감소시킴으로써 보우잉 및 이로 인한 브리지를 방지할 수 있으므로 소자의 수율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고집적 소자에 대응하는 충분한 캐패시터 용량을 확보함으로써 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can reduce the etching thickness of the capacitor oxide film by applying the stacked double capacitor, thereby preventing the bowing and the resulting bridge, thereby improving the yield of the device, and sufficient capacitor corresponding to the highly integrated device. By securing the capacity, the electrical characteristics of the device can be improved.
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |