KR20040002010A - 커패시터의 저장 전극 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커패시터의 저장 전극 형성 방법에 관한 것으로, 하부 전극을 실린더 구조로 형성하기 위하여 하부 전극 사이에 잔류하는 희생 절연막을 제거하는 과정에서 하부 전극이 기울어지거나 무너지는 것을 방지하기 위하여 실린더 구조의 하부 전극 사이에 절연 물질로 이루어진 봉(Bridge)을 형성하여 하부 전극을 고정시킴으로써, 하부 전극의 표면적이 감소하는 것을 최소화하면서 희생 절연막을 제거하여도 하부 전극이 기울어지거나 무너지는 것을 방지하여 불량률 감소에 따른 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 커패시터의 저장 전극 형성 방법이 개시된다.

Description

커패시터의 저장 전극 형성 방법{Method of forming a storage node in a capacitor}

본 발명은 커패시터의 저장 전극 형성 방법에 관한 것으로, 특히 저장 전극을 오목한 구조나 실린더형 구조로 형성한 후 저장 전극 사이의 희생 절연막을 제거하는 과정에서 저장 전극이 기울어지는 것을 방지할 수 있는 커패시터의 저장 전극 형성 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 커패시터의 저장 전극이 면적이 감소하면서 정전 용량이 낮아져 소자의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 발생하고 있다. 커패시터의 정전 용량을 증가시키기 위한 방법으로는 저장 전극의 면적을 증가시키는 대신에 저장 전극의 표면적을 증가시키는 방법이 있다. 저장 전극의 표면적을 증가시키기 위하여 저장 전극을 실린더 구조와 같이 3차원 구조로 형성한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.

도 1a를 참조하면, 트랜지스터와 같은 소자(도시되지 않음)가 형성된 반도체 기판(100) 상에 층간 절연막(101)을 형성한 후 커패시터의 저장 전극과 같이 층간절연막(101) 상부에 형성될 상구 구조(도시되지 않음)를 반도체 기판(100)의 접합 영역(도시되지 않음)과 전기적으로 연결시키기 위하여 층간 절연막(101)에 콘택 플러그(102)를 형성한다.

이후, 전체 상부에 식각 정지층(103) 및 희생 절연막(104)을 순차적으로 형성한다. 희생 절연막(104)은 후속 공정에서 형성될 저장 전극의 형태를 결정하는데 사용된다.

도 1b를 참조하면, 저장 전극이 형성될 영역의 희생 절연막(104)을 식각 공정으로 제거하여, 하부의 콘택 플러그(102)를 노출시키는 개구부(105)를 형성한다.

도 1c를 참조하면, 전체 상부에 전도성 물질을 증착한 후 화학적 기계적 연마나 에치 백(Etch back) 공정을 실시하여 희생 절연막(103)의 상부 표면에 형성된 전도성 물질층을 제거한다. 이로써, 전도성 물질층이 서로 격리되면서 개구부(105) 측면 및 콘택 플러그(102)의 상부만 잔류하여, 전도성 물질층으로 이루어진 저장 전극(106)이 형성된다.

도 1d를 참조하면, 희생 절연막(도 1c의 104)을 제거한다. 이로써, 저장 전극(106)이 실린더의 형태를 갖게 된다. 이때, 희생 절연막(도 1c의 104)을 제거되면서 저장 전극(106) 사이에 빈 공간이 형성되고, 이로 인해, 실린더 구조의 저장 전극(106)이 기울어지는 현상이 발생된다.

저장 전극(106)이 기울어지면 후속 공정에서 유전체막이나 상부 전극을 형성하는 과정에서 증착 공정이 정상적으로 이루어지지 않거나, 심한 경우 저장 전극(106)이 주변의 저장 전극과 접촉하여 단락이 발생될 수도 있다. 이로 인하여,공정의 신뢰성뿐만 아니라 소자의 전기적 특성이 저하되고, 불량률이 증가하는 문제점이 발생된다.

따라서, 본 발명은 하부 전극을 실린더 구조로 형성하기 위하여 하부 전극 사이에 잔류하는 희생 절연막을 제거하는 과정에서 하부 전극이 기울어지거나 무너지는 것을 방지하기 위하여 실린더 구조의 하부 전극 사이에 절연 물질로 이루어진 봉(Bridge)을 형성하여 하부 전극을 고정시킴으로써, 하부 전극의 표면적이 감소하는 것을 최소화하면서 희생 절연막을 제거하여도 하부 전극이 기울어지거나 무너지는 것을 방지하여 불량률 감소시키고 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도들이다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 설명하기 위한 레이 아웃도들이다.

도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 설명하기 위하여 도 2a 내지 도 2g에서 선 A-A`에 따라 절취한 상태를 도시한 소자의 단면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 반도체 기판101, 201 : 층간 절연막

102, 202 : 콘택 플러그103, 203 : 식각 정지층

104, 204 : 희생 절연막105, 208 : 개구부

106, 209 : 저장 전극205 : 트렌치

206a : 절연 물질206 : 봉

207 : 하드 마스크

본 발명에 따른 반도체 소자의 커패시터는 콘택 플러그를 포함한 반도체 기판 상부에 설치되며 실린더 구조로 이루어진 다수의 저장 전극과, 저장 전극들을 고정 시키기 위하여 서로 인접한 저장 전극 사이에 저장 전극을 연결시키는 막대 형태로 설치되며 절연 물질로 이루어진 고정 봉과, 저장 전극을 포함한 전체 상부에 형성된 유전체막과, 유전체막 상부에 형성된 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 고정 봉의 폭은 콘택 플러그의 폭보다 좁게 형성되며, 질화물로이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법은 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판의 전체 상부에 식각 정지층 및 희생 절연막을 순차적으로 형성하는 단계와, 콘택 플러그가 형성된 영역과 그 사이의 희생 절연막을 소정의 깊이만큼 식각하여 트렌치를 형성하는 단계와, 트렌치에 희생 절연막과 식각 선택비가 다른 절연 물질을 매립하는 단계와, 하부 전극이 형성될 영역에 형성된 희생 절연막 및 절연 물질을 식각하여 콘택 플러그가 노출되는 개구부를 형성하는 단계와, 개구부를 통해 노출되는 희생 절연막과 절연 물질의 측벽과 콘택 플러그의 상부에 저장 전극을 형성하는 단계와, 희생 절연막을 제거하여 저장 전극을 실린더 구조로 형성하고, 저장 전극 사이에는 절연 물질로 이루어지며 저장 전극의 고정 수단 역할을 하는 고정 봉이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 트렌치는 콘택 플러그의 폭보다 좁은 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하며, 트렌치로 매립되는 절연 물질은 질화물인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 설명하기 위한 레이 아웃도들이다. 도 3a 내지 도 3g는 본 발명에 따른 커패시터의 저장 전극 형성 방법을 설명하기 위하여 도 2a 내지 도 2g에서 선 A-A`에 따라 절취한 상태를 도시한 소자의 단면도들이다.

도 2a 및 도 3a를 참조하면, 트랜지스터와 같은 소자(도시되지 않음)가 형성된 반도체 기판(200) 상에 층간 절연막(201)을 형성한 후 커패시터의 저장 전극과 같이 층간 절연막(201) 상부에 형성될 상구 구조(도시되지 않음)를 반도체 기판(200)의 접합 영역(도시되지 않음)과 전기적으로 연결시키기 위하여 층간 절연막(201)에 콘택 플러그(202)를 형성한다.

이후, 전체 상부에 식각 정지층(203) 및 희생 절연막(204)을 순차적으로 형성한다. 희생 절연막(204)은 후속 공정에서 형성될 저장 전극의 형태를 결정하는데 사용된다.

도 2b 및 도 3b를 참조하면, 콘택 플러그(202)가 형성된 영역의 희생 절연막(204)을 노광 및 식각 공정으로 소정 깊이만큼 식각하여 트렌치(205)를 형성하되, 콘택 플러그(202)가 형성된 영역이 연결되도록 트렌치(205)를 형성한다. 이때, 트렌치(205)는 콘택 플러그(202)의 폭보다 좁은 폭으로 형성한다.

도 2c 및 도 3c를 참조하면, 희생 절연막(204)과 식각 선택비가 다른 절연 물질(206a)로 트렌치(205)를 매립한다. 이때, 절연 물질(206a)로는 질화막을 사용할 수 있다.

도 2d 및 도 3d를 참조하면, 희생 절연막(204)을 포함한 상부에 하부 전극이형성될 영역이 정의된 하드 마스크(207)를 형성한다. 하부 전극 영역에 형성된 절연 물질(206a)과 희생 절연막(204)이 하드 마스크(207)를 통해 노출된다.

도 2e 및 도 3e를 참조하면, 하드 마스크(도 3d의 207)를 통해 노출된 희생 절연막(204) 및 절연 물질(206a)을 제거하고, 식각 정지층(203)을 순차적으로 제거하여 하부 전극이 형성될 영역에 콘택 플러그(202)가 노출되는 개구부(208)를 형성한다. 이후, 하드 마스크(도 3d의 207)를 제거한다. 이로써, 절연 물질(도 2d의 206a)은 개구부(208) 사이에만 잔류한다.

도 2f 및 도 3f를 참조하면, 전체 상부에 전도성 물질을 증착한 후 화학적 기계적 연마나 에치 백(Etch back) 공정을 실시하여 절연 물질(206a) 및 희생 절연막(204)의 상부에 형성된 전도성 물질층을 제거한다. 이로써, 전도성 물질층이 서로 격리되면서 개구부(208)를 통해 노출된 절연 물질(206a) 및 희생 절연막(204)의 측면 및 콘택 플러그(102)의 상부만 잔류하여, 전도성 물질층으로 이루어진 저장 전극(209)이 형성된다. 한편, 저장 전극(209)이 형성되면서 절연 물질(206a)은 저장 전극(209) 사이에 위치하게 된다.

도 2g 및 도 3g를 참조하면, 습식 식각 공정으로 저장 전극(209) 사이에 잔류하는 희생 절연막(도 3f의 204)을 제거한다. 이때, 하부의 층간 절연막(201)은 상부에 형성된 식각 정지층(203)에 의해 희생 절연막(도 3f의 204)을 제거하는 과정에서 식각되지 않고 그대로 잔류한다. 이로써, 저장 전극(209)이 실린더 구조로 형성된다. 한편, 희생 절연막(도 3f의 204) 상부에 형성된 절연 물질(206a)은 희생 절연막(도 3f의 204)과 식각 선택비가 다르기 때문에 제거되지 않고 저장전극(209) 상부의 사이에 연결 봉(Bridge; 206)으로 잔류한다. 이렇게, 절연 물질(206a)로 저장 전극(209) 상부의 사이에 고정 수단 역할을 하는 고정 봉(Bridge; 206)을 형성함으로써, 희생 절연막(도 3f의 204)을 제거하는 과정에서 고정 봉(206)에 의해 저장 전극(209)이 서로 고정되어 기울어지거나 패턴이 붕괴되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 고정 봉(206)을 형성함으로 인하여 감소되는 저장 전극(209)의 표면적은 저장 전극(206) 상부에서도 일부분으로 한정되므로, 표면적의 감소로 인하여 저하되는 정전 용량은 무시할 수 있을 정도로 작다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 실리더형 하부 전극 사이에 봉을 형성하여 서로 고정되도록 함으로써, 하부 전극 사이의 절연막을 제거하면서 형성되는 빈공간에 의해 하부 전극이 기울어지거나 붕괴되는 것을 방지하여 불량률 감소시키고 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 콘택 플러그를 포함한 반도체 기판 상부에 설치되며, 실린더 구조로 이루어진 다수의 저장 전극과,

   상기 저장 전극들을 고정 시키기 위하여 서로 인접한 저장 전극 사이에 상기 저장 전극을 연결시키는 막대 형태로 설치되며, 절연 물질로 이루어진 고정 봉과,

   상기 저장 전극을 포함한 전체 상부에 형성된 유전체막과,

   상기 유전체막 상부에 형성된 상부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정 봉의 폭은 상기 콘택 플러그의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 커패시터의 저장 전극 형성 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고정 봉은 질화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터.
4. 콘택 플러그가 형성된 반도체 기판의 전체 상부에 식각 정지층 및 희생 절연막을 순차적으로 형성하는 단계;

   상기 콘택 플러그가 형성된 영역과 그 사이의 상기 희생 절연막을 소정의 깊이만큼 식각하여 트렌치를 형성하는 단계;

   상기 트렌치에 상기 희생 절연막과 식각 선택비가 다른 절연 물질을 매립하는 단계;

   하부 전극이 형성될 영역에 형성된 상기 희생 절연막 및 상기 절연 물질을 식각하여 상기 콘택 플러그가 노출되는 개구부를 형성하는 단계;

   상기 개구부를 통해 노출되는 상기 희생 절연막과 상기 절연 물질의 측벽과 상기 콘택 플러그의 상부에 저장 전극을 형성하는 단계; 및

   상기 희생 절연막을 제거하여 상기 저장 전극을 실린더 구조로 형성하고, 상기 저장 전극 사이에는 상기 절연 물질로 이루어지며 상기 저장 전극의 고정 수단 역할을 하는 고정 봉이 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 트렌치는 상기 콘택 플러그의 폭보다 좁은 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 절연 물질은 질화물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 커패시터 제조 방법.