KR100954416B1 - Method for forming of capacitor the trench type - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법 중 트렌치형 커패시터 제조 방법에 관한 것으로, 기존의 트렌치 하부에 캡 옥사이드 형성을 위해 진행되던 습식 식각공정을 본 발명에서는 2단계 즉, 습식식각과 건식식각을 순차적으로 진행하여 캡 옥사이드를 형성함으로써, 후속 캡 옥사이드의 특성을 향상시키기 위한 캡 옥시데이션 공정 시에 트렌치 측벽에 굴곡이 형성되는 것이 방지되어 굴곡 영역에 발생되던 옥사이드 씬잉(oxide thinning)현상의 발생을 방지하도록 하는 기술이다.
The present invention relates to a trench type capacitor manufacturing method of a semiconductor device manufacturing method, in the present invention, a wet etching process that was performed to form a cap oxide in the lower portion of the conventional trench in the present invention proceeds two steps, that is, wet etching and dry etching sequentially Thereby forming a cap oxide, which prevents formation of bends in the trench sidewalls during the cap oxidation process to improve the properties of subsequent cap oxides, thereby preventing the occurrence of oxide thinning in the bend region. Technology.
트렌치, 커패시터, 굴곡Trench, Capacitor, Bend
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래의 트렌치형 커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a conventional trench capacitor.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 실시예에 따른 트렌치형 커패시터의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a trench capacitor according to an embodiment of the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 - -Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
100 : 실리콘기판 110 : 패드산화막100: silicon substrate 110: pad oxide film
120 : 패드질화막 130 : 트렌치120: pad nitride film 130: trench
140 : 제 1절연막 150 : 캡 옥사이드140: first insulating film 150: cap oxide
160 : 제 2절연막 170 : 커패시터 전극
160: second insulating film 170: capacitor electrode
본 발명은 커패시터 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트렌치 측벽 의 굴곡을 방지하여 반도체소자의 신뢰성을 향상시키도록 하는 트렌치형 커패시터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a capacitor, and more particularly, to a method of manufacturing a trench type capacitor to improve the reliability of the semiconductor device by preventing bending of the trench sidewalls.
반도체 메모리장치의 고집적화에 따라 소자 당 면적이 1 ~ 2㎛에 이르고 있다. 이와 같이 소자 당 면적이 줄어듬에 따라 제한된 면적에서 충분히 큰 충전용량을 확보하는 것이 가장 큰 문제로 대두되고 있으며 이의 해결을 위해 제한된 면적에서 커패시터의 면적을 크게 할 수 있는 방법 중의 하나로서 트렌치 구조(Trench structure)가 개발되었다.As the semiconductor memory device is highly integrated, an area per device reaches 1 to 2 mu m. As the area per device decreases, securing a sufficiently large charge capacity in a limited area is the biggest problem.Trench structure is one of the ways to increase the area of the capacitor in the limited area. structure has been developed.
그러나, 종래 기술에 의한 트렌치 구조의 커패시터 제조방법에 따르면, 트렌치 형성 시, 트렌치의 상부 모서리가 날카롭게 형성되며, 이에 따라, 후속 트렌치 식각 공정에 의한 실리콘기판의 데미지를 완화하기 위해 자기정렬콘택 옥시데이션 공정 시, 날카롭게 형성된 모서리에 의해 모서리 영역에 절연막이 얇게 형성되는 옥사이드 씬잉(oxide thinning)이 발생하는 문제가 있다.However, according to the method of manufacturing a capacitor having a trench structure according to the prior art, when the trench is formed, the upper edge of the trench is sharply formed, and accordingly, self-aligned contact oxidation to mitigate the damage of the silicon substrate by the subsequent trench etching process. In the process, there is a problem in that oxide thinning occurs in which an insulating film is thinly formed in the corner region due to the sharply formed edge.
이하, 종래 기술에 따른 트렌치 구조의 커패시터 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a capacitor having a trench structure according to the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1d는 종래의 트렌치형 커패시터의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a conventional trench capacitor.
도 1a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(100) 상에 패드산화막(110)과 패드질화막(120)을 순차적으로 증착한 다음 패드질화막(120) 상에 트렌치를 형성하기 위한 감광막(미도시함) 패턴을 형성한다. 그리고, 상기 감광막 패턴(미도시함)을 식각 마스크로 이용하여 실리콘기판(100)을 건식식각해서 실리콘기판(100) 내에 트렌 치(130)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(130)의 상부와 하부 모서리가 "A"와 같이 날카롭게 형성된다.As shown in FIG. 1A, a
도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(130)가 형성된 실리콘기판(100)에 세정공정을 진행한 후, 상기 트렌치 식각 공정 시, 받은 실리콘기판(100)의 데미지(damage)를 완화하기 위해 약 1050℃에서 약 500Å 타겟으로 자기정렬콘택(SAC : Self Aligned Contact) 옥시데이션 공정을 습식으로 진행하여 산화물로 이루어진 제 1절연막(140)을 형성함으로써, 트렌치(130) 내벽의 데지미를 완화시키며 트렌치(130) 상부 모서리를 라운딩지게 형성한다. 그러나, 상기 SAC 옥시데이션 공정은 트렌치(130)의 상부 모서리를 라운딩지게 형성하기도 하지만, 경우에 따라서는 "B"와 같이 활성영역(A)의 모서리를 날카롭게 형성하기도 하는 문제점이 있었다. 그 결과, "B"와 같이 날카롭게 형성된 활성영역(A)의 모서리로 인하여 활성영역(A)의 모서리 영역의 제 1절연막(140)이 다른 영역의 제 1절연막(140)보다 얇게 형성되는 옥사이드 씬잉(oxide thinning)이 발생되는 문제점이 있었다.As shown in FIG. 1B, the cleaning process is performed on the
상기 공정을 진행하고 나서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전체에 HDP 산화막을 사용하여 캡 옥사이드(cap oxide)(150)를 증착한 다음 습식 식각공정을 진행하여 트렌치(130) 하부 영역만 캡 옥사이드(150)를 잔류시킨다. 그리고, 상기 캡 옥사이드(150)가 잔류된 결과물 전체에 습식 옥시데이션 공정을 진행하여 트렌치 내벽에 산화물로 이루어진 제 2절연막을 형성하여 캡 옥사이드의 특성을 향상시켰다. 그러나, 상기 습식 옥시데이션 공정에 의해 "C"와 같이 트렌치 하부에 잔류된 캡 옥사이드의 측벽 굴곡으로 인하여 굴곡 영역에 제 2절연막이 얇게 형성되 어 산화막 두께가 얇아지는 옥사이드 씬잉(oxide thinning)이 발생하였다.After the process is performed, as shown in FIG. 1C, a
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전면에 커패시터 전극을 형성하기 위한 도전물질로, 예를 들어 불순물이 도우핑된 다결정실리콘을 도포한 후 에치백함으로써, 자기정합된 커패시터 전극이 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, a conductive material for forming a capacitor electrode on the entire surface of the resultant, for example, by applying and then etching back polycrystalline silicon doped with impurities, a self-aligned capacitor electrode is formed. .
즉, 상기와 같은 종래의 트렌치형 커패시터 제조방법을 이용하여 트렌치형 커패시터 제조 시에, 습식으로 진행되는 SAC 옥시데이션 공정과 캡 옥사이드의 특성을 향상시키기 위한 습식 옥시데이션 공정에 의해 옥사이드 씬잉(oxide thinning)현상이 발생되어 반도체소자의 특성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.
That is, oxide thinning is performed by a wet SAC oxidation process and a wet oxidation process to improve the characteristics of the cap oxide when the trench capacitor is manufactured using the conventional trench capacitor manufacturing method as described above. Phenomena occur, which deteriorates the characteristics and reliability of the semiconductor device.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 트렌치 하부에 캡 옥사이드 형성을 위해 진행되던 습식 식각공정을 본 발명에서는 2단계 즉, 습식식각과 건식식각을 순차적으로 진행하여 캡 옥사이드를 형성함으로써, 후속 캡 옥사이드의 특성을 향상시키기 위한 캡 옥시데이션 공정 시에 트렌치 측벽에 굴곡이 형성되는 것이 방지되어 굴곡 영역에 발생되던 옥사이드 씬잉(oxide thinning)현상의 발생을 방지하도록 하는 트렌치형 커패시터의 제조방법을 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is a wet etching process that was carried out for the formation of a cap oxide in the lower portion of the existing trench in the present invention two steps, that is, wet etching and dry etching sequentially By proceeding to form the cap oxide, the formation of bent on the trench sidewall during the cap oxidation process to improve the characteristics of the subsequent cap oxide is prevented to prevent the occurrence of oxide thinning phenomenon occurred in the bent region It is to provide a method of manufacturing a trench capacitor.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 패드산화막과 패드질화막이 순차적으로 적층된 실리콘기판에 식각공정을 진행하여 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치가 형성된 결과물에 SAC 옥시데이션 공정을 건식으로 진행하여 제 1절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연막이 형성된 결과물 전체에 캡 옥사이드를 증착하는 단계와, 상기 캡 옥사이드를 습식과 건식식각을 혼용하여 2단계로 식각하여 트렌치 하부에 소정의 캡 옥사이드를 잔류시키는 단계와, 상기 캡 옥사이드가 잔류된 결과물에 캡 옥시데이션 공정을 건식으로 진행하여 트렌치 내측벽에 제 2절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2절연막이 형성된 결과물 상에 도전물질을 도포하여 커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 트렌치형 커패시터 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a step of forming a trench by etching the silicon substrate in which the pad oxide film and the pad nitride film is sequentially stacked, and by performing a dry SAC oxidation process on the resultant trench formed Forming a first insulating layer, depositing a cap oxide on the entire product on which the first insulating layer is formed, and etching the cap oxide in a two-step process by using wet and dry etching to form a predetermined cap oxide under the trench. And forming a second insulating film on the inner wall of the trench by dryly performing a cap oxidation process on the resultant product in which the cap oxide remains, and applying a conductive material on the resultant product on which the second insulating film is formed. Trench type capacitor manufacturing method comprising the step of forming an electrode It provides.
즉, 본 발명은 실리콘기판의 데미지를 완화하기 위한 SAC 옥시데이션 공정을 건식으로 진행하여 트렌치 모서리의 굴곡 없이 완만하게 제 1절연막을 형성할 수 있으며, 캡 옥사이드 식각 시, 트렌치 하부에 캡 옥사이드 잔류 시에 캡 옥사이드를 약 5000Å의 두께로 잔류되도록 습식식각한 다음, 약 5000Å의 잔류된 캡 옥사이드를 플라즈마를 사용하여 약 2000Å 잔류되도록 건식식각함으로써, 트렌치 내측벽에 굴곡이 형성되는 것을 방지한다.That is, the present invention can dry the SAC oxidation process to alleviate the damage of the silicon substrate to form a first insulating film smoothly without bending the corner of the trench, when cap oxide etching, when cap oxide remaining in the lower portion of the trench Ep cap oxide is wet etched to remain at a thickness of about 5000 kPa, and then dry etching of about 5000 kPa of remaining cap oxide to about 2000 kPa remains using a plasma to prevent the formation of bends in the trench inner walls.
상기 SAC 옥시데이션 공정은 N2 와 O2 가스가 4 : 8 정도의 비율로 혼합된 분위기에서 약 1000℃의 온도로 약 300Å의 타겟으로 진행하는 것이 바람직하다.In the SAC oxidation process, it is preferable to proceed to a target of about 300 Pa at a temperature of about 1000 ° C. in an atmosphere where N 2 and O 2 gas are mixed at a ratio of about 4: 8.
상기 캡 옥사이드를 잔류시키는 단계는, 캡 옥사이드를 약 5000Å의 두께로 잔류되도록 습식식각하는 제 1단계와, 상기 약 5000Å 두께로 잔류된 캡 옥사이드를 약 2000Å 잔류되도록 건식식각하는 제 2단계를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 캡 옥사이드를 5000Å의 두께에서 2000Å의 두께로 건식식각하여 잔류시키는 이유는 5000Å에서 2000Å으로 건식식각 시에 옥사이드 테일(oxide tail)이 가장 이상적으로 형성되기 때문이다.The remaining of the cap oxide may include a first step of wet etching the cap oxide to a thickness of about 5000 kPa, and a second step of dry etching the cap oxide remaining to about 2000 kPa to about 2000 kPa. It is preferable to make. In this case, the reason why the cap oxide is dry etched from 2000 kPa to 2000 kPa is because an oxide tail is most ideally formed during dry etching from 5000 kPa to 2000 kPa.
상기 제 2단계의 건식식각은 플라즈마를 이용하여 진행하는 것이 바람직하다.
The dry etching of the second step is preferably performed using a plasma.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명에 실시예에 따른 트렌치형 커패시터의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.2A through 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a trench capacitor according to an embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 실리콘기판(100) 상에 패드산화막(110)과 패드질화막(120)을 순차적으로 증착한 다음 패드질화막(120) 상에 트렌치를 형성하기 위한 감광막(미도시함) 패턴을 형성한다. 그리고, 상기 감광막 패턴(미도시함)을 식각 마스크로 이용하여 실리콘기판(100)을 건식식각해서 실리콘기판(100) 내에 트렌치(130)를 형성한다. 이때, 상기 트렌치(130)의 상부와 하부 모서리가 "A"와 같이 날카롭게 형성된다.As shown in FIG. 2A, a
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(130)가 형성된 실리콘기판(100)에 세정공정을 진행한 다음 상기 트렌치 식각 공정 시에 받은 실리콘기판(100)의 데미 지(damage)를 완화하기 위해 자기정렬콘택(SAC : Self Aligned Contact) 옥시데이션 공정을 건식으로 진행한다. 이때, 상기 자기정렬콘택 옥시데이션 공정은 약 1000℃에서 약 300Å 타겟으로 N2 와 O2 가스가 4 : 8 정도의 비율로 혼합된 분위기에서 건식 옥시데이션한다. 그 결과, "B'"와 같이 산화물로 이루어진 제 1절연막(140)이 형성되어, 트렌치(130) 내벽의 데미지를 완화시키며 트렌치(130) 상부 모서리의 라운딩 최적화가 이루어진다.As shown in FIG. 2B, a cleaning process is performed on the
상기 공정을 진행한 다음, 도 2c 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전체에 HDP 산화막을 사용하여 캡 옥사이드(cap oxide)(150)를 증착한 다음 상기 캡 옥사이드를 습식과 건식식각을 혼용하여 2단계로 식각하여 트렌치 하부에 소정의 캡 옥사이드를 잔류시킨다. 즉, 상기 캡 옥사이드를 트렌치 하부에 약 2000Å 잔류시키기 위해 우선 캡 옥사이드를 약 5000Å의 두께로 잔류되도록 제 1단계 습식식각을 진행한 다음, 약 5000Å 두께로 잔류된 캡 옥사이드를 약 2000Å 잔류되도록 2단계 건식식각을 플라즈마를 이용하여 진행한다. 이때, 상기 캡 옥사이드를 5000Å의 두께에서 2000Å의 두께로 건식식각하여 잔류시키는 이유는 5000Å에서 2000Å으로 건식식각 시에 옥사이드 테일(oxide tail)이 가장 이상적으로 형성되기 때문이다.After the process, as shown in Figures 2c to 2d, by depositing a cap oxide (150) using an HDP oxide film on the entire resultant, the cap oxide is mixed with wet and dry etching Etching in two steps to leave a predetermined cap oxide in the lower portion of the trench. That is, in order to retain the cap oxide in the trench below about 2000Å, the first step wet etching is performed so that the cap oxide remains in the thickness of about 5000Å, and then, in the second step, the remaining cap oxide with the thickness of about 5000Å is left. Dry etching is performed using plasma. In this case, the reason why the cap oxide is dry etched from 2000 kPa to 2000 kPa is because an oxide tail is most ideally formed during dry etching from 5000 kPa to 2000 kPa.
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 캡 옥사이드(150)가 잔류된 결과물 전체에 캡 옥시데이션 공정을 건식으로 진행하여 진행하여 트렌치 내벽에 산화물로 이루어진 제 2절연막을 형성한다. 이때, 상기 제 2절연막은 O2 가스와 실리콘기판의 실리콘이 반응하여 SiO2 형성에 의해 산화막이 성장하여 형성되는 것으로 즉, 실리콘이 산화에 참여하는 것으로 형성되는 것으로 예를 들어, 제 2절연막이 100Å이라면 산화에 참여한 실리콘의 두께는 약 50Å정도이며, 옥시데이션에 의해 성장한 산화막의 두께가 약 50Å이다. 또한, 상기 제 2절연막은 "C'"에 보이는 바와 같이, 옥사이드 테일에 의해 "가"영역에서는 옥사이드가 미리 존재하기에 제 2절연막이 옥사이드 성장을 위해 산화에 참여한 실리콘의 두께는 거의 제로(zero)이며, "나"영역에서 "다"영역으로 갈수록 옥사이드 성장을 위해 산화에 참여한 실리콘의 두께가 점점 두꺼워진다. 그 결과, 기존의 트렌치 내측벽에 생기는 굴곡화를 방지할 수 있어 옥사이드 씬잉(oxide thinning)현상을 방지할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 2E, the cap oxidization process is performed in a dry manner over the entire remaining product of the
이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전면에 커패시터 전극을 형성하기 위한 도전물질로, 예를 들어 불순물이 도우핑된 다결정실리콘을 도포한 후 에치백함으로써, 자기정합된 커패시터 전극이 형성된다.
Subsequently, as shown in FIG. 2F, a self-aligned capacitor electrode is formed by applying a conductive material for forming a capacitor electrode on the entire surface of the resultant, for example, by applying polycrystalline silicon doped with impurities and then etching back. .
따라서, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 트렌치형 커패시터의 제조방법을 이용하게 되면, 트렌치 하부에 형성된 캡 옥사이드의 특성을 향상시키기 위한 캡 옥시데이션 공정 시에 트렌치 측벽에 굴곡이 형성되는 것이 방지되어 굴곡 영역에 발생되던 옥사이드 씬잉(oxide thinning)현상의 발생을 방지함으로써, 반도체소자의 특성 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.Therefore, as described above, by using the method of manufacturing a trench capacitor according to the present invention, it is possible to prevent the formation of bends in the trench sidewalls during the cap oxidization process to improve the characteristics of the cap oxide formed under the trench. By preventing the occurrence of oxide thinning phenomenon in the bent region, there is an effect of improving the characteristics and reliability of the semiconductor device.
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