KR100968428B1 - Fabricating method for protecting loss of area of ferroelectric capacitor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스택형 캐패시터를 형성하는 경우, 캐패시터 형성을 위한 식각공정을 가로방향, 세로방향으로 나누어서 실시함으로써, 사각형 형태의 캐패시터 모서리부분에서 발생하는 라운딩 발생을 억제하여 캐패시터의 유효면적 감소를 방지한 발명이다. 이를 위한 본 발명은, 스토리지 노드 콘택플러그를 포함하는 소정의 하부구조가 완료된 기판 상에 캐패시터의 하부전극용 전도막을 형성하는 단계; 상기 하부전극용 전도막을 패터닝하되, 제 1 방향과 제 2 방향의 2 단계로 나누어서 패터닝을 수행하는 단계; 및 상기 패터닝된 하부전극 상에 강유전체막 및 상부전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
In the present invention, when forming a stacked capacitor, the etching process for forming the capacitor is performed by dividing the etching process horizontally and vertically, thereby suppressing the occurrence of rounding occurring at the corners of the rectangular capacitors, thereby preventing the reduction of the effective area of the capacitors. Invention. To this end, the present invention comprises the steps of forming a conductive film for the lower electrode of the capacitor on a substrate having a predetermined substructure including a storage node contact plug; Patterning the conductive film for the lower electrode, and performing patterning by dividing into two steps of a first direction and a second direction; And forming a ferroelectric film and an upper electrode on the patterned lower electrode.
스택형 캐패시터, 강유전체, 라운딩, 유효면적Stacked Capacitors, Ferroelectric, Rounding, Effective Area
Description
도1a는 종래기술에 따라 캐패시터의 하부전극을 먼저 패터닝한 단면을 도시한 단면도,1A is a cross-sectional view showing a cross section in which a lower electrode of a capacitor is first patterned according to the prior art;
도1b는 종래기술에 따라 캐패시터의 하부전극, 유전체 및 상부전극을 차례로 적층하고 이를 한번에 패턴닝하여 캐패시터를 형성한 경우에 그 단면을 도시한 단면도,FIG. 1B is a cross-sectional view showing a cross section when a capacitor is formed by sequentially stacking a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode of a capacitor and patterning the same according to the prior art; FIG.
도2a 내지 도2b는 종래기술에 따라 강유전체 캐패시터를 형성하는 경우에, 모서리 부분에 라운딩(rounding)이 발생한 모습을 도시한 SEM 사진,2a to 2b is a SEM photograph showing the rounding occurs in the corner portion when forming a ferroelectric capacitor according to the prior art,
도3은 본 발명의 일실시예에 따라 캐패시터의 하부전극을 패터닝하기 위해, 하부전극 상에 하드마스크와 감광막이 형성된 모습을 도시한 단면도,3 is a cross-sectional view illustrating a hard mask and a photosensitive film formed on the lower electrode in order to pattern the lower electrode of the capacitor according to an embodiment of the present invention;
도4a는 본 발명의 일실시에에 의해, 먼저 가로방향으로 하부전극을 패터닝한 모습을 도시한 평면도,4A is a plan view showing a state in which the lower electrode is first patterned in the horizontal direction according to one embodiment of the present invention;
도4b는 도4a에 도시된 A-A' 라인에 따른 단면을 도시한 단면도,FIG. 4B is a sectional view showing a section along the line AA ′ shown in FIG. 4A;
도4c는 도4a에 도시된 B-B' 라인에 따른 단면을 도시한 단면도,4C is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along the line BB ′ shown in FIG. 4A;
도5a는 세로방향으로 하부전극을 패터닝하기 위해 감광막 패턴이 형성된 모 습을 도시한 평면도,5A is a plan view showing how a photosensitive film pattern is formed to pattern a lower electrode in a vertical direction;
도5b는 도5a의 감광막 패턴을 이용한 식각공정이 진행된 이후의 모습을 도시한 평면도,5B is a plan view illustrating a state after an etching process using the photosensitive film pattern of FIG. 5A is performed;
도6는 본 발명의 일실시예에 따라 하부전극 형성이 완료된 모습을 도시한 단면도,6 is a cross-sectional view showing a state in which the lower electrode is completed according to an embodiment of the present invention;
도7은 본 발명의 일실시예에 따라 유전체, 상부전극 및 금속배선 공정까지 완료된 상태를 도시한 단면도.
Figure 7 is a cross-sectional view showing a state completed until the dielectric, the upper electrode and the metallization process according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
21 : 하부막 22 : 제 1 층간절연막21: lower film 22: first interlayer insulating film
23 : 스토리지 노드 콘택플러그 24 : 배리어메탈23: storage node contact plug 24: barrier metal
25 : 하부전극 26 : 하드마스크25: lower electrode 26: hard mask
27a, 27b : 감광막 28 : 제 2 층간절연막27a, 27b: Photosensitive film 28: Second interlayer insulating film
29 : 강유전체 30 : 상부전극29 ferroelectric 30 upper electrode
31 : 제 3 층간절연막 32 : 확산방지막31: third interlayer insulating film 32: diffusion barrier film
33 : 금속배선
33: metal wiring
본 발명은 강유전체 메모리 소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로서, 특히 캐패시터 형성을 위한 식각공정을 가로방향, 세로방향으로 나누어서 실시함으로써, 사각형 캐패시터의 모서리부분에서 발생하던 라운딩을 억제하여 유효면적 감소를 방지한 발명이다.The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a ferroelectric memory device, and in particular, by performing an etching process for forming a capacitor divided into a horizontal direction and a vertical direction, thereby preventing rounding occurring at the corners of the rectangular capacitor to prevent an effective area reduction. Invention.
일반적으로, 반도체 메모리 소자에서 강유전체막(Ferroelectric Layer)을 캐패시터의 유전체로 사용함으로써 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 소자에서 필요한 리프레쉬(Refresh)의 한계를 극복하고 대용량의 메모리를 이용할 수 있는 소자의 개발이 진행되어왔다. In general, by using a ferroelectric layer as a dielectric of a capacitor in a semiconductor memory device, development of a device capable of using a large-capacity memory to overcome the limitation of refresh required in a DRAM (Dynamic Random Access Memory) device Has been going on.
이러한 강유전체막을 이용하는 강유전체 메모리 소자(Ferroelectric Random Access Memory; 이하 'FeRAM'이라 약칭함)는 비휘발성 메모리 소자(Nonvolatile Memory device)의 일종으로, 전원이 끊어진 상태에서도 저장 정보를 기억하는 장점이 있을 뿐만 아니라, 동작속도도 DRAM에 필적하여 차세대 기억소자로 각광받고 있다.A ferroelectric memory device (hereinafter referred to as 'FeRAM') using the ferroelectric film is a kind of nonvolatile memory device, which not only stores the stored information even when the power is cut off. In addition, the operation speed is comparable to DRAM, and is becoming a popular next-generation memory device.
강유전체막을 이용하는 비휘발성 메모리 소자는, 가해주는 전기장의 방향으로 분극의 방향을 조절하여 신호를 입력하고 전기장을 제거하였을 때 남아있는 잔류분극의 방향에 의해 디지털 신호 '1'과 '0'을 저장하는 히스테리시스 (Hysteresis) 특성을 이용한다.A nonvolatile memory device using a ferroelectric film inputs a signal by adjusting the direction of polarization in the direction of an applied electric field and stores the digital signals '1' and '0' by the direction of residual polarization remaining when the electric field is removed. Hysteresis characteristics are used.
이러한 FeRAM 소자의 유전체로는 페로브스카이트(Perovskite) 구조를 갖는 (Bi,La)4Ti3O12 (이하 BLT), SrBi2Ta2O9 (이하 SBT), Pb(Zr,Ti)O3(이하 PZT), SrxBiy(TaiNbj)2O9(이하 SBTN)와 같은 강유전체막이 주로 사용되며, 강유전체막은 상온에서 유전상수가 수백에서 수천에 이르며 두 개의 안정한 잔류분극(Remnant polarization; Pr) 상태를 갖고 있어 이를 박막화하여 비휘발성(Nonvolatile) 메모리 소자로의 응용이 실현되고 있다. Dielectrics of such FeRAM devices include (Bi, La) 4 Ti 3 O 12 (hereinafter BLT), SrBi 2 Ta 2 O 9 (hereinafter SBT), and Pb (Zr, Ti) O having a perovskite structure. Ferroelectric films such as 3 (hereinafter PZT) and Sr x Bi y (Ta i Nb j ) 2 O 9 (hereinafter referred to as SBTN) are mainly used.The ferroelectric film has a constant dielectric constant of several hundred to thousands at room temperature and has two stable residual polarizations (Remnant). It has a polarization (Pr) state and has been thinned to realize application to nonvolatile memory devices.
이러한 강유전체를 캐패시터의 유전체로 사용하여 종래기술에 따라 스택형(stack type) 캐패시터를 형성하는 방법을 도1a 내지 도1b에 도시하였다.A method of forming a stack type capacitor according to the prior art using such a ferroelectric as a dielectric of a capacitor is shown in FIGS. 1A to 1B.
먼저, 도1a는 하부전극(15)을 먼저 패터닝(patterning)한 후에, 그 상부에 유전체 및 상부전극을 적층 형성하는 방법을 도시한 도면으로, 도1a에는 유전체와 상부전극은 도시되어 있지 않으며, 패터닝된 하부전극만이 도시되어 있다.First, FIG. 1A illustrates a method of stacking a
그리고, 도1b는 하부전극 유전체 및 상부전극을 차례로 적층형성한 이후에 이를 한번에 식각하여 스택형 캐패시터를 형성한 도면으로, 먼저 도1a에 도시된 캐패시터 형성방법을 설명한다.In addition, FIG. 1B is a diagram in which a stacked capacitor is formed by sequentially stacking a lower electrode dielectric and an upper electrode and then etching the same at a time. First, a method of forming a capacitor shown in FIG. 1A will be described.
전술한 바를 참조하면, 먼저 소정의 하부구조(예를 들면, 워드라인 및 비트라인)가 형성된 반도체 기판(11)상에 층간절연막(12)을 형성하고, 상기 층간절연막(12)을 선택적으로 식각하여 반도체 기판(11)을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.Referring to the foregoing, first, an
이후에, 상기 콘택홀을 포함하는 층간절연막(12) 상에 전도막(예를 들면, 폴리실리콘)을 도포한 후, 에치벡공정 또는 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP)를 수행하여 스토리지 노드 콘택 플러그(13)를 형성한다.
Subsequently, a conductive film (for example, polysilicon) is coated on the
이어서, 스토리지 노드 콘택플러그(13)의 산화를 방지하며 또한, 상/하부 층간의 상호확산을 방지할 목적으로 전체 구조상부에 배리어메탈(14)을 형성하고, 상기 배리어메탈(14) 상부에 하부전극용 전도막(15)을 형성한다.Subsequently, a
다음으로, 적절한 마스크를 이용하여 상기 하부전극용 전도막(15) 및 배리어 메탈(14)을 식각하여 하부전극을 격리시킨다. 이때, 하부전극을 격리시키기 위한 식각공정은 하나의 마스크를 이용하여 한번에 수행된다.Next, the lower electrode
이와같이 하부전극이 패터닝된 모습을 평면적으로 살펴보면, 패터닝된 각각의 하부전극은 직사각형 형태을 가져야 정상이나, 직사각형 형태의 모서리 부분에서 라운딩이 발생하여 전체적으로는 타원형의 형태를 갖게되는데, 이는 곧 캐패시터의 유효면적의 감소를 가져오는데, 이에 대해서는 도2a 내지 도2b를 참조하여 후술한다. When the lower electrode is patterned in a plan view, each patterned lower electrode should have a rectangular shape, but rounding occurs at the corners of the rectangular shape, so that the overall shape of the capacitor has an elliptical shape, which is the effective area of the capacitor. This results in a decrease of which will be described later with reference to FIGS. 2A to 2B.
이와같이 하부전극을 패터닝한 이후에, 도1a에는 도시되어 있지 않지만, 하부전극 상에 강유전체막 및 상부전극을 차례로 적층형성하여 캐패시터 형성을 완료한다.After the lower electrode is patterned in this manner, although not shown in FIG. 1A, the ferroelectric film and the upper electrode are sequentially stacked on the lower electrode to complete capacitor formation.
도1a에 도시된 방법이외에도, 하부전극, 유전체 및 상부전극을 차례로 적층형성한 이후에, 이를 한번에 식각하여 스택형 캐패시터를 형성하는 방법이 있는데 이를 도1b를 참조하여 설명한다.In addition to the method illustrated in FIG. 1A, after stacking the lower electrode, the dielectric, and the upper electrode in order, there is a method of forming the stacked capacitor by etching them at once and this will be described with reference to FIG. 1B.
먼저, 도1b에 도시된 바와같이 스토리지 노드 콘택플러그(13)를 형성하기 까지의 공정은 도1a에 도시된 제조방법과 동일하므로 이에 대해 설명은 생략한다.First, as shown in FIG. 1B, the process of forming the storage
다음으로, 스토리지 노드 콘택플러그(13)를 포함하는 층간절연막(12) 상에 배리어 메탈(14), 하부전극(15), 강유전체막(16) 및 상부전극(17)을 차례로 적층 형성한다.Next, the
이어서 하나의 마스크를 이용하여 상기 배리어 메탈(14), 하부전극(15), 강유전체막(16) 및 상부전극(17)을 한번에 식각하여 캐패시터 형성을 완료한다.Subsequently, the
이와같이, 캐패시터를 형성한 후의 모습을 평면적으로 살펴보면, 직사각형 형태를 가져야 하나, 전술한 바와같은 동일한 이유로 인해 직사각형 형태의 모서리 부분에 라운딩이 발생하여 캐패시터의 유효면적이 감소하는 문제가 있었다.As described above, when the capacitor is formed in plan view, it should have a rectangular shape, but due to the same reasons as described above, rounding occurs at the corners of the rectangular shape, thereby reducing the effective area of the capacitor.
도2a내지 도2b는 도1b에 도시된 방법에 따라 강유전체 캐패시터를 형성하는 경우에, 모서리 부분에 라운딩(rounding)이 발생한 모습을 도시한 SEM 사진으로서, 메모리 셀 단위로 형성된 복수개의 캐패시터 및 하나의 캐패시터가 확대된 모습이 도시되어 있다.2A to 2B are SEM photographs showing rounding at corners when ferroelectric capacitors are formed according to the method shown in FIG. 1B. FIG. 2A to FIG. An enlarged view of the capacitor is shown.
종래기술에 따른 캐패시터 형성방법에서는 이러한 라운딩에 의해 직사각형 형태가 아닌 타원형의 캐패시터가 형성되므로, 결국 캐패시터의 유효면적이 감소되는 단점이 있었다.In the method of forming a capacitor according to the prior art, since such rounding forms an elliptical capacitor rather than a rectangular shape, there is a disadvantage in that the effective area of the capacitor is reduced.
또한, 도1a에 도시된 제조방법에 따라 하부전극을 패터닝한 이후의 모습도, 도2a와 도2b에 도시된 SEM 사진과 같이 유사한 타원형의 모습을 갖는다.Also, after the lower electrode is patterned according to the manufacturing method shown in FIG. 1A, the shape of the lower electrode also has a similar elliptical shape as in the SEM photographs shown in FIGS.
이러한 캐패시터의 유효면적 감소는 곧 캐패시터의 분극값의 감소를 의미하며, 이와같은 문제점은 메모리 소자의 고집적화를 위해 메모리 셀의 면적이 감소할 수록 더욱 심각해 진다.
The reduction of the effective area of the capacitor means a reduction in the polarization value of the capacitor, and this problem becomes more serious as the area of the memory cell is reduced for higher integration of the memory device.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 캐패시터 형성을 위한 식각공정을 가로방향과 세로방향으로 각각 나누어서 실시함으로서, 라운딩을 발생을 억제하여 캐패시터 유효면적의 감소를 방지한 강유전체 캐패시터 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, by performing the etching process for forming the capacitor divided into the horizontal direction and the vertical direction, respectively, to suppress the occurrence of rounding to reduce the capacitor effective area of the ferroelectric capacitor It is an object to provide a manufacturing method.
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상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스토리지 노드 콘택플러그를 포함하는 소정의 하부구조가 완료된 기판 상에 배리어 메탈, 하부전극용 전도막, 하드마스크 및 패터닝된 제 1 감광막을 차례로 적층 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막 및 상기 하드마스크를 이용하여 상기 하부전극용 전도막을 제 1 방향으로 패터닝하는 단계; 상기 하부전극용 전도막을 제 2 방향으로 패터닝하기 위한 제 2 감광막을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막 및 상기 하드마스크을 이용하여 상기 하부전극용 전도막을 제 2 방향으로 패터닝하는 단계; 및 상기 패터닝된 하부전극 상에 강유전체막 및 상부전극을 차례로 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, a barrier metal, a lower electrode conductive film, a hard mask, and a patterned first photoresist film are sequentially formed on a substrate on which a predetermined substructure including a storage node contact plug is completed; Patterning the conductive film for the lower electrode in a first direction by using the first photosensitive film and the hard mask; Forming a second photosensitive film for patterning the conductive film for the lower electrode in a second direction; Patterning the conductive film for the lower electrode in a second direction by using the second photosensitive film and the hard mask; And sequentially forming a ferroelectric film and an upper electrode on the patterned lower electrode.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
스택형 캐패시터를 형성하는 방법으로는 첫째, 하부전극을 먼저 패터닝한 이후에 유전체 및 상부전극을 형성하는 제조방법이 있을 수 있으며, 둘쩨, 하부전극, 유전체 및 상부전극을 차례로 적층형성한 이후에 상기 하부전극, 유전체 및 상부전극을 한꺼번에 식각하여 캐패시터를 제조하는 방법이 있을 수 있다.As a method of forming a stacked capacitor, first, there may be a manufacturing method of forming a dielectric and an upper electrode after patterning a lower electrode first, and, secondly, after forming a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode sequentially There may be a method of manufacturing a capacitor by etching the lower electrode, the dielectric and the upper electrode at once.
도3 내지 도7에 도시된 도면은, 캐패시터의 하부전극을 먼저 패터닝한 이후에 유전체 및 상부전극을 형성하는 제조방법을 도시한 도면으로, 이를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 강유전체 캐패시터 제조방법을 설명한다.3 to 7 illustrate a manufacturing method of forming a dielectric and an upper electrode after first patterning a lower electrode of a capacitor. Referring to this, a ferroelectric capacitor is manufactured according to an embodiment of the present invention. Explain how.
우선, 도3은 하부전극을 패터닝하기 위하여 하부전극 상에 하드마스크 및 감광막이 형성된 모습을 보인 단면도이다. 도3을 참조하면, 스토리지 노드 콘택플러그(23)를 형성하기까지의 공정은 종래기술과 동일하다.First, FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a hard mask and a photosensitive film formed on the lower electrode in order to pattern the lower electrode. Referring to Figure 3, the process up to forming the storage
즉, 소정의 하부구조(예를들면 워드라인, 비트라인, 소스/드레인영역 등)가 형성된 반도체 기판(21)상에 제 1 층간절연막(22)을 형성한 후, 상기 제 1 층간절연막(22)을 선택적으로 식각하여 상기 반도체 기판(21)이 노출되는 콘택홀을 형성한다.That is, after the first
이어서, 콘택홀을 포함하는 제 1 층간절연막(22) 상에 전도막(폴리실리콘)을 도포하여 상기 콘택홀 내부를 전도막으로 매립한 이후에, 에치벡 공정 또는 화학기계연마를 수행하여 스토리지 노드 콘택플러그(23)를 완성한다.
Subsequently, a conductive film (polysilicon) is applied on the first
이어서, 스토리지 노드 콘택플러그를 포함하는 제 1 층간절연막(22) 상에 배리어메탈(24)을 형성한다. 배리어메탈은 후속 고온공정에서 스토리지 노드 콘택플러그(23)가 산화되는것을 방지하며, 또한 배리어메탈의 상부와 하부에 형성된 레이어(layer)를 구성하는 물질의 상호확산을 방지하는 역할을 수행한다.Subsequently, a
이러한 배리어메탈로는 TiN, TiAlN, TiSiN, RuTiN 등을 사용하거나 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 배리어메탈의 두께는 100 ∼ 3000Å 으로 한다.As such a barrier metal, TiN, TiAlN, TiSiN, RuTiN, or the like can be used, or a laminate thereof can be used, and the thickness of the barrier metal is 100 to 3000 kPa.
이어서, 배리어메탈(24) 상에 및 하부전극(25)을 적층하여 형성한다, 하부전극으로는 한 종류 또는 여러종류의 금속전극을 적층하여 형성할 수 있으며, 예를 들면, 이리듐(Ir), 이리듐산화막(IrO2), 백금(Pt)이 적층된 구조의 하부전극을 사용할 수 있다.Subsequently, the
다음으로 하부전극(25) 상에 하드마스크(26) 및 감광막패턴(27a)을 형성한다. 하드마스크로(26)는 TiN, TiAlN, TiSiN, RuTiN 등을 사용하거나 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 하드마스크의 두께는 100 ∼ 3000Å 으로 한다.Next, a
여기서, 감광막패턴(27a) 및 하드마스크(26)는 하부전극(25)을 식각하여 패터닝하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예에서는 하부전극 패터닝을 위한 식각공정을 2 단계로 진행하는 점이 종래기술과 다른 점이다.Here, the
즉, 종래기술에서는 하나의 마스크를 사용하여 하부전극을 패터닝하였으나, 본 발명의 일실시예에서는, 가로방향(또는 세로방향)으로 하부전극을 먼저 패터닝한 이후에, 새로운 감광막 패턴을 이용하여 세로방향(또는 가로방향)으로 하부전극 을 패터닝한다. That is, in the prior art, the lower electrode is patterned using one mask. However, in the exemplary embodiment of the present invention, after the lower electrode is first patterned in the horizontal direction (or vertical direction), the new photoresist pattern is used in the vertical direction. The lower electrode is patterned in the horizontal direction.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 가로방향의 패터닝공정 및 가로방향과 직교(90°)하는 세로방향의 패터닝 공정의 2 단계로, 하부전극 패터닝 공정을 나누어서 실시하였으나, 꼭 직교(90°)하는 방향만으로 한정되는 것은 아니며, 양 방향이 이루는 내각이 10 ∼ 90°사이에서 변할 수도 있다.In addition, in an embodiment of the present invention, the lower electrode patterning process is divided into two stages of the horizontal patterning process and the vertical patterning process perpendicular to the horizontal direction (90 °), but the orthogonal (90 °) It is not limited only to a direction, The internal angle which both directions make may change between 10-90 degrees.
이는 캐패시터의 평면적 형태에 의해 좌우될 것이며, 근래에는 소자의 고 집적화를 위해 통상적인 사각형 형태의 캐패시터 모양 대신에 마름모 헝태, 또는 다각형 형태의 캐패시터에 대한 연구가 진행되고 있으므로, 다양한 내각과 2단계 이상의 다단계 식각공정을 적용한 본 발명은, 이러한 형태의 캐패시터 제조에도 적용될 수 있을 것이다. This will depend on the planar shape of the capacitor. In recent years, instead of the conventional rectangular capacitor shape for the high integration of the device, research on the rhombus shape or the polygon type capacitor is being conducted. The present invention applying the multi-step etching process may be applied to the production of capacitors of this type.
이와같이 감광막패턴(27a) 및 하드마스크(26)를 이용하여 하부전극(25)을 가로방향으로 먼저 식각한 후, 감광막패턴(27a)을 제거한 모습을 도4a에 도시하였다.As shown in FIG. 4A, the
도4a는 먼저, 가로방향으로 하부전극을 패터닝한 모습을 도시한 평면도면으로, 하드마스크(26)가 잔존한 부분과, 하부전극(25)은 식각되어 제거되었기 때문에 배리어메탈(24)이 노출된 부분이 도시되어 있다.FIG. 4A is a plan view showing the patterning of the lower electrode in the horizontal direction. The
먼저, 감광막(27a)을 이용하여 하드마스크를 선택적으로 제거한다. 이후에 잔존한 하드마스크를 이용하여 배리어 메탈의 일정부분이 노출될 때까지 식각공정을 진행하여 하부전극을 패터닝한다. First, the hard mask is selectively removed using the
하부전극 패턴닝을 위한 첫번째 식각공정(가로방향으로 패터닝)에서는 하드마스크 및 배리어메탈을 전부 제거하지 않고 일정두께 이상을 남길 수 있도록 공정 조건을 조절한다. 이는, 후속 두번째 식각공정(세로방향으로 패터닝)에서 남아있는 배리어메탈과 하드마스크를 다시 사용하기 위해서이다. 여기서, 하부전극이 제거되어 배리어메탈이 노출되는 폭은 100 ∼ 20000 Å 정도로 한다.In the first etching process (patterning in the horizontal direction) for the lower electrode patterning, the process conditions are adjusted to leave a predetermined thickness or more without removing all of the hard mask and barrier metal. This is to reuse the remaining barrier metal and hard mask in the subsequent second etching process (patterning in the vertical direction). Here, the width at which the lower electrode is removed to expose the barrier metal is about 100 to 20,000 kPa.
도4b는 도4a에 도시된 A-A' 라인에 따른 단면을 도시한 단면도면으로, 하부전극(25) 상부에 하드마스크(26)가 잔존하고 있음을 알 수 있으며, 도4c는 도4a의 B-B' 라인에 따른 단면을 도시한 단면도면으로, 도4c를 참조하면, 하드마스크 및 하부전극을 식각되어 제거되고, 제 1 배리어 메탈(24)만이 잔존하고 있음을 알 수 있다.FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a cross section taken along the AA ′ line of FIG. 4A, and it can be seen that a
이와같이 하부전극을 가로방향으로 먼저 패터닝한 이후에, 세로방향으로 하전극을 패터닝하기 위하여 새로운 감광막 패턴(27b)을 형성한다. After the lower electrode is first patterned in the horizontal direction as described above, a
도5a는 하부전극을 세로방향으로 패터닝하기 위해서 새로운 감광막 패턴(27b)이 형성된 모습을 도시한 평면도면으로써, 제 1 배리어 메탈(24) 및 하드마스크(26)가 도시된 도4a의 구조에, 새로운 감광막 패턴(27b)이 형성된 모습을 도시한 도면이다. 도5a를 참조하면, 새로운 감광막패턴(27b)은 하드마스크의 일정영역(26) 및 배리어메탈의 일정영역(24)을 노출시키고 있다.FIG. 5A is a plan view showing the formation of a
이와같은 새로운 감광막 패턴(27b)을 이용하여, 세로방향으로 하부전극을 패터닝하는 식각공정을 진행하면, 노출된 하드마스크의 일정영역, 상기 노출된 하드마스크의 일정영역 하부에 형성된 하부전극 및 노출된 배리어메탈의 일정영역이 식각되어 제거되는데, 이와같은 식각공정을 진행한 후, 감광막 패턴을 제거한 모습을 도5b에 도시하였다.
When the etching process of patterning the lower electrode in the vertical direction using the
도5a에 도시된 노출된 배리어메탈의 일정영역(24)은 가로방향의 식각공정과 세로방향 식각공정을 통해 두번 식각되는 부분으로서, 배리어메탈마저 완전히 제거되어 제 1 층간절연막(22)이 노출되어 있음을 도5b를 참조하면 알 수 있다.A portion of the exposed
또한, 도5a에 도시된 노출된 하드마스크의 일정영역(26)은 세로방향의 식각공정을 통해, 노출된 하드마스크 및 노출된 하드마스크 하부의 하부전극이 제거되어 배리어메탈(24)이 노출되어 있음을 도5b를 참조하면 알 수 있다.In addition, the
또한, 새로운 감광막 패턴(27b)의 하부는 세로방향의 식각공정에서 식각되지 않는 부분이므로, 하드마스크 및 배리어메탈이 그대로 잔존하고 있음을 알 수 있다.In addition, since the lower portion of the
이와같이 가로방향, 세로방향의 두 단계로 하부전극을 패터닝한 이후에, 남아았는 배리어메탈 및 하드마스크를 습식식각법으로 제거하면, 도6에 도시된 바와같이 패터닝된 하부전극(25)을 얻을 수 있다.After the lower electrode is patterned in two horizontal and vertical steps as described above, the remaining barrier metal and the hard mask are removed by wet etching to obtain the patterned
본 발명에서는 하부전극 패터닝을 위한 식각공정을 가로방향, 세로방향의 2단계로 나누어서 진행하므로, 평면적으로 보았을때 완전한 직사각형 형태의 캐패시터를 얻을 수 있다, 따라서, 종래기술에서와 같이 라운딩(rounding)에 의한 면적감소를 방지할 수 있기 때문에 고집적화에 유리한 장점이 있다.In the present invention, since the etching process for the lower electrode patterning is divided into two stages in the horizontal direction and the vertical direction, it is possible to obtain a capacitor having a completely rectangular shape when viewed in plan, and thus, in the rounding as in the prior art. Since it is possible to prevent the reduction in area due to the high integration is an advantage.
또한 도6에 도시된 바와같이, 각각의 셀에 형성된 캐패시터가 균일한 형태를 가질 수 있기 때문에, 소자의 균일도(uniformity)가 향상될 수 있다.Also, as shown in Fig. 6, since the capacitors formed in each cell can have a uniform shape, the uniformity of the device can be improved.
이와같이 하부전극(25)을 패터닝한 이후에, 하부전극 상에 강유전체막(29) 및 상부전극(30) 등을 차례로 형성하여 캐패시터를 완성한 모습을 도7에 도시하였 다.After patterning the
하부전극 패터닝 이후의 공정은 통상적인 캐패시터 제조공정으로 이를 도7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 하부전극 패터닝 이후에, 제 2 층간절연막(28)을 하부전극을 포함하는 제 1 층간절연막(22) 상에 형성하고 에치벡공정이나 화학기계연마를 실시하여 하부전극의 표면을 노출시킨다.The process after the lower electrode patterning is a conventional capacitor manufacturing process and will be described in detail with reference to FIG. 7 as follows. First, after the lower electrode patterning, the second
다음으로 강유전체막(29)을 제 2 층간절연막(28) 및 하부전극(25) 상에 형성한 후, 강유전체막 상에 상부전극(30)을 형성한다. 이어서, 상부전극(30)을 포함하는 강유전체막(29) 상에 제 3 층간절연막(31)을 형성하고 표면을 평탄화한다.Next, after forming the
다음으로 제 3 층간절연막(31)의 일정부분을 식각하여 상부전극(30)의 일정부분을 노출시키는 금속배선용 콘택홀을 형성한다.Next, a portion of the third
이어서, 전술한 금속배선용 콘택홀을 포함한 전면에 확산방지막(32)을 형성한 후, 에치백 또는 화학적기계적연마를 통해 콘택홀내에만 확산방지막(32)을 잔류시킨다. Subsequently, after the
확산방지막(32)은 반도체 메모리 소자의 제조공정에서 강유전체로 된 캐패시터 유전막이 열화되는 것을 방지하기 위한 것으로, 층간절연막(Interlayer Dielectric) 형성공정, 금속간 절연막(InterMetal Dielectric; IMD) 형성공정, 보호막(Passivation) 형성공정 등에서 발생하는 수소 또는 수분이 강유전체막의 특성을 저하시키는 것을 방지한다.The
이어서, 확산방지막(32)상에 금속배선용 알루미늄(Al)을 형성한 후, 알루미늄을 패터닝하여 금속배선(33)을 완성한다.
Subsequently, after forming aluminum (Al) for metal wiring on the
전술한 바와같은 본 발명의 기술적 사상은 하부전극, 유전체 및 상부전극을 차례로 적층형성한 이후에 상기 하부전극, 유전체 및 상부전극을 한꺼번에 식각하여 캐패시터를 제조하는 방법에도 적용될 수 있다.The technical idea of the present invention as described above may be applied to a method of manufacturing a capacitor by etching the lower electrode, the dielectric and the upper electrode at a time after stacking the lower electrode, the dielectric, and the upper electrode.
즉, 상기 하부전극, 유전체 및 상부전극을 한꺼번에 식각하는 공정을 가로 방향, 세로방향으로 나누어서 수행하면, 라운딩이 방지된 직사각형 형태의 캐패시터를 얻을 수 있다.
That is, when the process of etching the lower electrode, the dielectric, and the upper electrode at a time is performed by dividing the horizontal electrode and the vertical electrode at the same time, a rounded rectangular capacitor can be obtained.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명에 따른 강유전체 캐패시터 제조방법을 적용할 경우 캐패시터 유효면적의 감소를 방지하여 분극값의 감소를 막을 수 있으며, 캐패시터의 균일도가 향상되는 장점이 있다. 그리고 캐패시터 유효면적의 증가로 인해 소자의 고집적화가 가능해지는 효과가 있다.When the ferroelectric capacitor manufacturing method according to the present invention is applied, it is possible to prevent the reduction of the effective area of the capacitor to prevent the reduction of the polarization value, and the uniformity of the capacitor is improved. In addition, due to the increase in the effective area of the capacitor, it is possible to achieve high integration of the device.
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JPH098240A (en) * | 1995-06-16 | 1997-01-10 | Sony Corp | Manufacture of semiconductor device |
JP2000138349A (en) | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Sharp Corp | Manufacture of semiconductor memory device |
JP2000232206A (en) | 1999-02-09 | 2000-08-22 | Oki Electric Ind Co Ltd | Ferroelectric memory |
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2003
- 2003-04-30 KR KR1020030027713A patent/KR100968428B1/en not_active IP Right Cessation
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