KR100979378B1 - 반도체소자의 저장전극 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 저장전극 형성방법에 관한 것으로, 반도체소자의 고집적화에 따라 높아진 캐패시터의 에스펙트비 ( aspect ratio ) 로 인하여 유발되는 저장전극간의 리닝 ( leaning ) 현상을 방지하기 위한 것이다.

본 발명은 저장전극 콘택플러그가 구비되는 하부절연층 상에 저장전극용 산화막을 형성하고 저장전극의 장축 방향으로 저장전극 영역 사이에 섬형태의 보호막 영역을 정의한 다음, 상기 보호막 영역을 매립하는 보호막을 형성하고, 상기 보호막 영역에 상기 장축방향의 소정폭이 중첩되는 저장전극 영역을 정의한 다음, 상기 저장전극 콘택플러그에 접속되는 저장전극용 도전층을 상기 저장전극 영역 표면에 형성하고 상기 저장전극용 산화막을 제거하여 저장전극을 형성하되, 상기 저장전극의 양측 장축 방향 끝부분이 상기 보호막에 끼워진 평면구조로 형성되는 구성을 포함하여 저장전극의 쓰러짐을 방지하고 그에 따른 리닝 현상의 유발을 방지하여 반도체소자의 고집적화에 충분한 정전용량을 확보할 수 있도록 하는 기술이다.

Description

반도체소자의 저장전극 형성방법{A method for forming a storage node of a semiconductor device}

도 1 내지 도 5 는 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도 및 평면도.

도 6 은 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극을 도시한 단면 및 평면 셈사진.

도 7 내지 도 13 은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도 및 평면도.

도 14 는 본 발명의 제2실시예에 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도 및 평면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11,31 : 하부절연층 13,33 : 식각장벽층

15,35 : 저장전극 콘택홀 17,36 : 저장전극 콘택플러그

19,37 : 저장전극용 산화막 21 : 감광막패턴

23,45 : 저장전극용 도전층 25 : 감광막

27,47 : 저장전극 39 : 제1감광막패턴

41 : 보호막, 질화막 43 : 제2감광막패턴

본 발명은 반도체소자의 저장전극 형성방법에 관한 것으로, 특히 삼차원적 구조를 갖는 캐패시터를 형성하여 반도체소자의 고집적화에 충분한 정전용량을 확보하는데 있어서, 높은 에스펙트비 ( aspect ratio ) 에 따른 저장전극간의 리닝 ( leaning ) 현상을 방지하며 공정 마진을 확보할 수 있도록 하기 위하여 다마신 ( damascene ) 공정을 이용하여 저장전극을 형성하는 기술에 관한 것이다.

반도체소자가 고집적화되어 셀 크기가 감소됨에 따라 저장전극의 표면적에 비례하는 정전용량을 충분히 확보하기가 어려워지고 있다.

특히, 단위 셀이 하나의 모스 트랜지스터와 캐패시터로 구성되는 디램 소자는 칩에서 많은 면적을 차지하는 캐패시터의 정전용량을 크게 하면서, 면적을 줄이는 것이 디램 소자의 고집적화에 중요한 요인이 된다.

그래서, ( Eo × Er × A ) / T ( 단, 상기 Eo 는 진공유전율, 상기 Er 은 유전막의 유전율, 상기 A 는 캐패시터의 면적 그리고 상기 T 는 유전막의 두께 ) 로 표시되는 캐패시터의 정전용량을 증가시키기 위하여, 하부전극인 저장전극의 표면적을 증가시켜 캐패시터를 형성하거나, 유전체막의 두께를 감소시켜 캐패시터를 형성하였다.

도 1 내지 도 5 는 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도 및 평면도로서, 일측은 평면도를 도시하고 타측은 상기 평면도의 점선에 따른 단면도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 소자분리막, 게이트전극 및 비트라인과 같은 하부구조물이 구비되는 반도체기판 상에 하부절연층(11)을 형성한다.

상기 하부절연층(11) 상부에 식각장벽층(13)을 형성하고 저장전극 콘택마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 반도체기판의 활성영역을 노출시키는 저장전극 콘택홀(15)을 형성한다.

상기 저장전극 콘택홀(15)을 통하여 상기 반도체기판에 접속되는 저장전극 콘택플러그(17)를 형성한다.

전체표면상부에 저장전극용 산화막(19)을 형성하고 상기 저장전극용 산화막(19) 상부에 감광막패턴(21)을 형성한다. 이때, 상기 감광막패턴(21)은 저장전극 마스크(도시안됨)를 이용한 노광 및 현상 공정으로 형성한 것이다.

도 2를 참조하면, 상기 감광막패턴(21)을 마스크로 하여 상기 저장전극용 산화막(19)을 식각함으로써 상기 저장전극 콘택플러그(17)를 노출시키는 저장전극 영역(100)을 정의한다.

상기 저장전극 영역(100)을 포함한 전체표면상부에 저장전극용 도전층(23)을 증착한다.

도 3을 참조하면, 전체표면상부에 감광막(25)을 도포한다.

도 4를 참조하면, 상기 저장전극용 산화막(19)이 노출될 때까지 화학기계연마 ( CMP ) 하여 상기 저장전극 영역(100)에만 상기 저장전극용 도전층(23)을 남기고, 상기 저장전극 영역(100) 내의 상기 감광막(25)을 제거한다.

도 5를 참조하면, 상기 저장전극용 도전층(23)과 저장전극용 산화막(19)의 식각선택비 차이를 이용하여 상기 저장전극용 산화막(19)을 제거함으로써 상기 저장전극 콘택플러그(17)에 접속되는 저장전극(27)을 형성한다.

이때, 상기 저장전극(27)은 높은 에스펙트비로 인하여 측면으로 쓰러지는 경우가 발생하고 이웃하는 저장전극과 붙어 버리는 리닝 현상이 유발된다.

도 6 은 본 발명에 따라 형성된 저장전극을 도시한 단면 및 평면 셈사진으로서, 상기 도 5 와 같이 리닝 현상이 유발된 것을 도시한다.

상기한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은, 반도체소자의 고집적화에 따른 정전용량을 확보하기 위하여 높은 에스펙스비를 갖도록 형성함으로써 저장전극이 쓰러져 이웃하는 저장전극들과 붙어 버리는 리닝 ( leaning ) 현상이 유발되어 소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키고 그에 따른 소자의 고집적화를 어렵게 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여, 저장전극간의 붙음 ( leaning ) 현상이 유발되는 것을 방지하여 반도체소자의 수율, 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은,

저장전극 콘택플러그가 구비되는 하부절연층 상에 저장전극용 산화막을 형성하는 공정과,

저장전극의 장축 방향으로 저장전극 영역 사이에 섬형태의 보호막 영역을 정의하는 공정과,

상기 보호막 영역을 매립하는 보호막을 형성하고, 상기 보호막 영역에 상기 장축방향의 소정폭이 중첩되는 저장전극 영역을 정의하는 공정과,

상기 저장전극 콘택플러그에 접속되는 저장전극용 도전층을 상기 저장전극 영역 표면에 형성하는 공정과,

상기 저장전극용 산화막을 제거하여 저장전극을 형성하되, 상기 저장전극의 양측 장축 방향 끝부분이 상기 보호막에 끼워진 평면구조로 형성되는 공정을 포함하는 것과,

상기 보호막은 산화막보다 식각선택비가 50 이상 낮은 질화막으로 형성하는 것을 제1특징으로 한다.

또한, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은,

저장전극 콘택플러그가 구비되는 하부절연층 상에 저장전극용 산화막을 형성하는 공정과,

저장전극의 장축 방향으로 저장전극 영역 사이에 라인형태의 보호막 영역을 정의하는 공정과,

상기 보호막 영역을 매립하는 보호막을 형성하고, 상기 보호막 영역에 상기 장축방향의 소정폭이 중첩되는 저장전극 영역을 정의하는 공정과,

상기 저장전극 콘택플러그에 접속되는 저장전극용 도전층을 상기 저장전극 영역 표면에 형성하는 공정과,

상기 저장전극용 산화막을 제거하여 저장전극을 형성하되, 상기 저장전극의 양측 장축 방향 끝부분이 상기 보호막에 끼워진 평면구조로 형성되는 공정을 포함하는 것을 제2특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 7 내지 도 13 은 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도 및 평면도로서, 일측은 평면도를 도시하고 타측은 상기 평면도의 점선에 따른 단면도를 도시한다.

도 7을 참조하면, 소자분리막, 게이트전극 및 비트라인과 같은 하부구조물이 구비되는 반도체기판 상에 하부절연층(31)을 형성한다.

상기 하부절연층(31) 상부에 식각장벽층(33)을 형성하고 저장전극 콘택마스크를 이용한 사진식각공정으로 상기 반도체기판의 활성영역을 노출시키는 저장전극 콘택홀(35)을 형성한다.

상기 저장전극 콘택홀(35)을 통하여 상기 반도체기판에 접속되는 저장전극 콘택플러그(36)를 형성한다.

전체표면상부에 저장전극용 산화막(37)을 형성하고 상기 저장전극용 산화막(37) 상부에 제1감광막패턴(39)을 형성한다.

여기서, 상기 제1감광막패턴(39)은 저장전극의 장축 방향으로 저장전극 사이 에 보호막 영역을 형성하기 위한 노광마스크를 이용하여 형성한 것으로, 상기 보호막 영역을 섬형태로 노출시키며 구비된다.

상기 보호막 영역은 상기 저장전극의 장축 방향 끝부분과 소정폭 중첩되도록 형성되어, 후속 공정으로 보호막 및 저장전극의 형성을 완료하면 상기 보호막이 저장전극의 리닝 현상을 방지하는 역할을 한다.

도 8을 참조하면, 상기 제1감광막패턴(39)을 마스크로 하여 상기 저장전극용 산화막(37)을 식각하고 전체표면상부에 보호막(41)을 매립한다.

이때, 상기 보호막(41)은 산화막과의 식각선택비가 50 배 이상 낮은 질화막으로 형성한 것이다.

도 9를 참조하면, 평탄화식각공정인 화학기계연마 공정으로 상기 보호막(41)을 식각하여 상기 저장전극용 산화막(37)을 노출시킨다.

이때, 상기 보호막(41)은 후속 공정으로 형성될 저장전극의 장축 방향으로 저장전극 영역 사이에 구비된다.

도 10을 참조하면, 전체표면상부에 제2감광막패턴(39)을 형성한다. 이때, 상기 제2감광막패턴(39)은 저장전극 마스크(도시안됨)를 이용한 노광 및 현상 공정으로 형성한 것이다.

도 11을 참조하면, 상기 제2감광막패턴(43)을 마스크로 하여 상기 저장전극용 산화막(37) 및 보호막(41)을 식각함으로써 상기 저장전극 콘택플러그(35)를 노출시키는 저장전극 영역(200)을 형성한다.

상기 저장전극 영역(200)을 포함한 전체표면상부에 저장전극용 도전층(45)을 형성한다.

도 12를 참조하면, 전체표면상부를 평탄화시키는 산화막이나 감광막과 같은 절연층(도시안됨)을 형성하고 상기 저장전극용 산화막(37)이 노출될때까지 평탄화식각하여 상기 저장전극 영역(200)에만 저장전극용 도전층(45)을 남긴다.

도 13을 참조하면, 상기 저장전극용 산화막(37)을 제거하여 저장전극(47)을 형성한다. 이때, 상기 저장전극용 산화막(37)의 제거 공정은 주변층과의 식각선택비 차이를 이용하여 제거한다.

상기 저장전극(47)은 장축방향의 양측 끝부분이 상기 보호막(41)과 중첩되어 끼워져 있는 평면구조로 형성되어, 저장전극(47)의 쓰러짐을 방지하고 그에 따른 리닝 현상을 방지할 수 있다.

도 14 는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도 및 평면도로서, 일측은 평면도를 도시하고 타측은 상기 평면도에 도시된 점선을 따라 도시된 단면도이다.

상기 도 14는 상기 도 13의 제1실시예에서의 보호막을 섬형태로 형성하는 대신 라인 형태로 형성한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은, 저장전극의 장축 양측을 고정할 수 있는 보호막을 패터닝하여 높은 에스펙트비를 갖는 저장전극의 리닝 현상을 방지함으로써 반도체소자의 고집적화에 따른 정전용량을 확보할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 저장전극 콘택플러그가 구비되는 하부절연층 상에 저장전극용 산화막을 형성하는 공정과,

   저장전극의 장축 방향으로 저장전극 영역 사이에 섬형태의 보호막 영역을 정의하는 공정과,

   상기 보호막 영역을 매립하는 보호막을 형성하고, 상기 보호막 영역에 상기 저장전극의 장축방향 끝부분이 중첩되도록 저장전극 영역을 정의하는 공정과,

   상기 저장전극 콘택플러그에 접속되는 저장전극용 도전층을 상기 저장전극 영역 표면에 형성하는 공정과,

   상기 저장전극용 산화막을 제거하여 저장전극을 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보호막은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.
3. 저장전극 콘택플러그가 구비되는 하부절연층 상에 저장전극용 산화막을 형성하는 공정과,

   저장전극의 장축 방향으로 저장전극 영역 사이에 라인형태의 보호막 영역을 정의하는 공정과,

   상기 보호막 영역을 매립하는 보호막을 형성하고, 상기 보호막 영역에 상기 저장전극의 장축방향 끝부분이 중첩되는 저장전극 영역을 정의하는 공정과,

   상기 저장전극 콘택플러그에 접속되는 저장전극용 도전층을 상기 저장전극 영역 표면에 형성하는 공정과,

   상기 저장전극용 산화막을 제거하여 저장전극을 형성하는 공정을 포함하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.

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