KR20060071994A - Manufacturing method for capacitor in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학적 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) TiN을 캐패시터 물질로 사용하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것이다. 반도체 소자의 캐패시터 형성방법은 SNC 플러그 폴리가 형성된 반도체 기판 상에 SN 식각 방지 질화막을 형성하는 단계, SN 식각 방지 질화막 상에 제 1 및 제 2 SN 산화막을 형성하는 단계, 하드 마스크 폴리를 증착한 후 타원형의 포토 레지스트를 형성하는 단계, 타원형의 포토 레지스트를 이용하여 상기 하드 마스크 폴리를 식각하는 단계, 패터닝된 SN 하드 마스크 폴리를 마스크로 이용하여 제 1 및 제 2 SN 산화막을 건식 식각하는 단계 및 하드 마스크 폴리 및 SN 식각 방지 질화막을 제거한 다음 세정 공정을 수행하는 단계를 포함한다. The present invention relates to a method of forming a capacitor of a semiconductor device using Chemical Vapor Deposition (CVD) TiN as a capacitor material. The method for forming a capacitor of a semiconductor device includes forming an SN etch resistant nitride film on a semiconductor substrate on which an SNC plug poly is formed, forming a first and a second SN oxide film on the SN etch resistant nitride film, and depositing a hard mask poly Forming an elliptical photoresist, etching the hard mask poly using an elliptic photoresist, dry etching the first and second SN oxide films using the patterned SN hard mask poly as a mask, and hard etching Removing the mask poly and the SN etch resistant nitride film and then performing a cleaning process.
캐패시터, SNC, SNCapacitor, SNC, SN
Description
도 1a 내지 1g는 종래의 SN 형성 공정을 설명하기 위한 단면도. 1A to 1G are cross-sectional views for explaining a conventional SN forming process.
도 2는 종래의 반도체 소자에 있어서 타원형의 SN와 SNC의 중첩을 설명하기 위한 도면. 2 is a view for explaining the superposition of an elliptical SN and an SNC in a conventional semiconductor device.
도 3a 및 3b는 종래의 반도체 소자에 있어서 SN 식각 공정에서 발생한 SNC 스페이서 질화막의 손실을 설명하기 위한 사진 및 단면도. 3A and 3B are photographs and cross-sectional views for explaining the loss of an SNC spacer nitride film generated in an SN etching process in a conventional semiconductor device.
도 4a 및 4b는 종래의 반도체 소자에 있어서 SN TiN 증착 후의 TEM 이미지 및 CAP 누설이 발생한 웨이퍼 맵. 4A and 4B are wafer maps in which a TEM image and CAP leakage have occurred after SN TiN deposition in a conventional semiconductor device.
도 5는 인산 용액에서의 식각량을 비교하기 위한 그래프. 5 is a graph for comparing the etching amount in the phosphoric acid solution.
도 6a 내지 6g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SN 형성 공정을 설명하기 위한 단면도. 6A to 6G are cross-sectional views illustrating a SN forming process according to a preferred embodiment of the present invention.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 진행 결과를 설명하기 위한 SEM 사진.7a to 7c is a SEM photograph for explaining the progress of the process according to a preferred embodiment of the present invention.
-- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ---Explanation of symbols for the main parts of the drawing-
102: 비트라인 104: SN 스탑 질화막 102: bit line 104: SN stop nitride film
106: SNC 스페이서 질화막 108: SNC 폴리106: SNC spacer nitride film 108: SNC poly
110: SN 제 1 산화막 112: SN 제 2 산화막 110: SN first oxide film 112: SN second oxide film
114: SN 하드 마스크 폴리 116: 포토 레지스트
114: SN hard mask poly 116: photoresist
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 화학적 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) TiN을 캐패시터 물질로 사용하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a capacitor in a semiconductor device using Chemical Vapor Deposition (CVD) TiN as a capacitor material.
일반적으로, 종래의 DRAM 소자의 캐패시터는 폴리 실리콘을 전극으로 사용하는 오목한 SIS(Silicon-Insulator-Silicon) 캐패시터를 사용하고 있지만, 셀 사이즈의 감소로 캐패시터 면적 감소 및 높이의 증가로 인하여 캐패시턴스를 확보하기가 어렵게 되어 유전 상수가 큰 새로운 유전 물질을 도입하고 있다. 하지만, 이러한 새로운 유전 물질의 도입은 누설 전류가 증가하는 문제점이 있어서 전극을 일함수(work function)가 큰 메탈 전극으로 변경하고 있다. In general, a capacitor of a conventional DRAM device uses a concave Silicon-Insulator-Silicon (SIS) capacitor using polysilicon as an electrode.However, the capacitance is reduced due to the reduction of the capacitor area and the increase in height due to the reduction in cell size. Is becoming difficult to introduce new dielectric materials with large dielectric constants. However, the introduction of such a new dielectric material has a problem of increasing leakage current, thereby changing the electrode into a metal electrode having a large work function.
도 1a 내지 1g는 종래의 SN 형성 공정을 설명하기 위한 단면도를 도시한다.1A to 1G show cross-sectional views for explaining a conventional SN forming process.
먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, SNC 폴리(18) 식각 및 SN 식각 방지 질화막(16) 증착한다. First, as shown in FIG. 1A, the
그리고 나서, 도 1b에 도시한 바와 같이, SN 식각 방지 질화막(16) 상에 제 1 SN 산화막(20) 및 제 2 SN 산화막(22)을 형성한다. Then, as shown in FIG. 1B, the first
이어서, 도 1c에 도시한 바와 같이, 하드 마스크 폴리(25)를 증착한 후 포토 레지스트(24)를 도포한다. 계속하여 타원형의 SN을 형성하기 위해 도포된 포토 레지스트(24)에 노광 공정을 수행한다.Next, as shown in FIG. 1C, after the
다음 단계로, 도 1d에 도시한 바와 같이, 타원형으로 노광된 포토 레지스트(24)를 이용하여 SN 하드 마스크 폴리(25)를 패터닝한 후 포토 레지스트(24)를 제거한다. Next, as shown in FIG. 1D, the SN
그리고 나서, 패터닝된 SN 하드 마스크 폴리(25)를 마스크로 이용하여 제 1 SN 산화막(20) 및 제 2 SN 산화막(22)을 건식 식각한다. Then, the first
다음 단계로, 도 1f에 도시한 바와 같이, 하드 마스크 폴리(25)를 제거한 다음 BOE를 이용하여 세정 공정을 수행한다. Next, as shown in FIG. 1F, the
이때, 도 1g에 도시한 바와 같이, SN 식각 방지 질화막(14)이 식각되면서 하부의 SNC 스페이서 질화막(16)에 손실이 생기게 된다. In this case, as shown in FIG. 1G, as the SN etch preventing
한편, 구조 형성을 위한 SN 홀의 크기가 작아 캐패시터 높이의 증가에 한계가 나타나는 문제점을 극복하기 위하여 오목한 구조에서 가능한 넓은 면적의 셀을 형성하기 위하여 도 2에 도시한 바와 같이 스토리지 노드 컨택(SNC; Storage Node Contact)에 스토리지 노드(SN; Storage Node)를 지그재그 형으로 정렬하고 SN을 타원형으로 형성하고 있다. On the other hand, in order to form a cell as large as possible in the concave structure in order to overcome the problem that the size of the SN hole for forming the structure is limited to increase the height of the capacitor as shown in Figure 2 storage node contact (SNC; Storage) Storage Nodes (SN) are arranged in a zigzag form in a node contact, and SNs are formed in an elliptical shape.
또한, 메탈을 전극으로 이용한 MIM 캐패시터 구조 형성에 있어서 전극으로 TiCl4, TiN을 사용할 경우 SN 산화막 식각 공정에서 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같 이 SNC 스페이서 질화막이 하부로 수백 Å 정도로 깊게 식각되는 문제점이 발생한다. In addition, in the formation of a MIM capacitor structure using a metal as an electrode, when
또한, 도 4a 및 4b에 도시한 바와 같이, 후속의 TiCl4 TiN 300Å 증착시 SNC 스페이서 질화막이 손실된 부위에서는 70~80Å 정도만 증착되거나 거의 증착되지 않는 문제점으로 인한 누설 전류 증가에 기인한 캡(CAP) 누설전류 불량을 유발시키는 문제점이 있다. 이러한 캡 누설전류 불량은 다이(Die)당 10 비트 이하로 제어되어야 하며, 그 이상이 되면 리페어가 불가능하여 수율(yield)에 치명적인 영향을 미친다.
In addition, as shown in FIGS. 4A and 4B, a cap due to an increase in leakage current due to a problem in which only about 70 to 80 mA is deposited or rarely deposited at a site where the SNC spacer nitride film is lost during
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 화학적 기상 증착(CVD; Chemical Vapor Deposition) TiN을 캐패시터 물질로 사용하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of forming a capacitor of a semiconductor device using Chemical Vapor Deposition (CVD) TiN as a capacitor material in order to solve the above problems.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 SNC 플러그 폴리가 형성된 반도체 기판 상에 SN 식각 방지 질화막을 형성하는 단계, SN 식각 방지 질화막 상에 제 1 및 제 2 SN 산화막을 형성하는 단계, 하드 마스크 폴리를 증착한 후 타원형의 포토 레지스트를 형성하는 단계, 타원형의 포토 레지스트를 이용하여 상기 하드 마스크 폴리를 식각하는 단계, 패터닝된 SN 하드 마스크 폴리를 마스크로 이용하여 제 1 및 제 2 SN 산화막을 건식 식각하는 단계 및 하드 마스크 폴리 및 SN 식각 방지 질 화막을 제거한 다음 세정 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 캐패시터 형성방법을 제공한다.
In order to achieve the object of the present invention, forming an SN etch-resistant nitride film on the SNC plug poly-type semiconductor substrate, forming a first and a second SN oxide film on the SN etch-resistant nitride film, depositing a hard mask poly And then forming an elliptical photoresist, etching the hard mask poly using an elliptic photoresist, and dry etching the first and second SN oxide films using the patterned SN hard mask poly as a mask. And removing the hard mask poly and the SN etch preventing nitride film and then performing a cleaning process.
이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary 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 present invention.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. Like parts are designated by like reference numerals throughout the specification.
도 5는 인산 용액에서의 식각량을 비교하기 위한 그래프이며, 도 6a 내지 6g는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SN 형성 공정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 7a 내지 7c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 진행 결과를 설명하기 위한 SEM 사진이다. Figure 5 is a graph for comparing the etching amount in the phosphoric acid solution, Figures 6a to 6g is a cross-sectional view for explaining the SN forming process according to a preferred embodiment of the present invention, Figures 7a to 7c is a preferred embodiment of the present invention SEM picture for explaining the results of the process progress.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, SNC 폴리(108) 식각을 수행하고 SN 식각 방지 질화막(104)을 증착한다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 SN 식각 방지 질화막(104)은 대략 650~760℃ 정도의 온도에서 N2, NH3, DCS 가스를 이용하여 노(furnace)에서 대략 700~900Å 정도의 두께로 증착한다. First, as shown in FIG. 6A, the
그리고 나서, 도 6b에 도시한 바와 같이, SN 식각 방지 질화막(104) 상에 제 1 SN 산화막(110) 및 제 2 SN 산화막(112)을 형성한다. 6B, the first
이어서, 도 6c에 도시한 바와 같이, 하드 마스크 폴리(114)를 증착한 후 포 토 레지스트(116)를 도포한다. 계속하여 타원형의 SN을 형성하기 위한 노광 공정을 수행한다. Subsequently, as shown in FIG. 6C, the
다음 단계로, 도 6d에 도시한 바와같이, 타원형으로 노광된 포토 레지스트(116)를 이용하여 SN 하드 마스크 폴리(114)를 식각한 후 포토 레지스트(116)를 제거한다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 SN 하드 마스크 폴리(114)는 HBr/Cl2/O2 가스를 이용하여 식각된다. Next, as shown in FIG. 6D, the SN
그리고 나서, 도 6e에 도시한 바와 같이, 패터닝된 SN 하드 마스크 폴리(114)를 마스크로 이용하여 제 1 SN 산화막(110) 및 제 2 SN 산화막(112)을 건식 식각한다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 제 1 SN 산화막(110) 및 제 2 SN 산화막(112)은 C4F6/O2/CF4 가스를 이용하여 식각된다. Then, as shown in FIG. 6E, the first
다음 단계로, 도 6f에 도시한 바와 같이, 하드 마스크 폴리(114) 및 SN 식각 방지 질화막(104)을 제거한 다음 BOE를 이용하여 세정 공정을 수행한다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 종래의 C2F6/Cl2/HBr 가스를 이용하여 하드마스크 폴리의 제거 공정을 진행하고, CHF3/O2 가스를 이용하여 식각 방지 질화막 식각을 각각 진행하는 것이 아니라 C2F6/O2 가스를 이용하여 하드 마스크 폴리(114) 및 SN 식각 방지 질화막(104)을 식각하게 된다. Next, as shown in FIG. 6F, the
이때, 도 6g에 도시한 바와 같이, 하드 마스크 폴리(114) 및 SN 식각 방지 질화막(104)의 식각량이 적어서 하부 CD가 작음을 알 수 있다. In this case, as shown in FIG. 6G, the etching amount of the
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 160~165℃ 정도의 고온의 인산 용액에서 3분 정도 세정을 실시하여 SN 산화막 및 SN 식각 방지 질화막을 도 7a에 도시한 바와 같이 넓히게 된다. According to a preferred embodiment of the present invention by washing for about 3 minutes in a high temperature phosphoric acid solution of about 160 ~ 165 ℃ to extend the SN oxide film and the SN etching preventing nitride film as shown in Figure 7a.
그리고, 도 7b 및 7c에 도시한 바와 같이, 인산에서 3분 세정을 하는 경우 SN 식각 방지 질화막 부분이 넓혀지게 되어, SN 하부 CD를 크게 하며, SNC 스페이서 질화막의 손실은 거의 발생하지 않게 된다. 또한, 제 1 SN 산화막 부분도 넓혀지게 되어 Cs를 동등하게 유지할 수 있다. As shown in FIGS. 7B and 7C, in the case of 3-minute cleaning with phosphoric acid, the portion of the SN etch preventing nitride film is widened, the SN lower CD is increased, and the loss of the SNC spacer nitride film is hardly generated. In addition, the portion of the first SN oxide film is also widened to maintain Cs equally.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인산 용액에서의 질화막 및 실리콘 산화막은 다음의 화학 반응식에 의해 진행된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the nitride film and the silicon oxide film in the phosphoric acid solution proceed by the following chemical reaction formula.
질화막 식각 반응: Si3N4+4H3PO4+12H2O↔3Si(OH)
4+4NH4·H2PO4 Nitride etch reaction: Si 3 N 4 + 4H 3 PO 4 + 12H 2 O↔3Si (OH) 4 +
산화막 식각 반응: SiO2+2H2O↔Si(OH)4 Oxide etching reaction: SiO 2 + 2H 2 O↔Si (OH) 4
인산 용액에서 제 1 SN 산화막, 제 2 SN 산화막 및 SN 식각 방지 질화막을 선택적으로 식각할 수 있는 것은 다음의 표 1 및 도 5에 도시한 바와 같이 인산에서의인산 세정을 3분 동안 식각되는 양은 PSG는 63Å, PE-TEOS=5Å, SN 식각 방지 질화막=144Å, SNC 스페이서 질화막=21Å으로서 PSG/PETEOS/질화막 식각 선택비가 매우 크기 때문이다. In the phosphoric acid solution, the first SN oxide film, the second SN oxide film, and the SN etch preventing nitride film may be selectively etched, as shown in Table 1 and FIG. This is because the PSG / PETEOS / nitride etching selectivity is very large, with 63 GPa, PE-TEOS = 5 GPa, SN etching prevention nitride film = 144 GPa, and SNC spacer nitride film = 21 GPa.
그리고, 인산 용액에서 SN 질화막을 식각하면서 SNC 스페이서 질화막의 식각을 최소화할 수 있는 이유는 SNC 스페이서 질화막의 두께가 약 150~250Å으로 얇아 서 SN 식각 방지 질화막을 식각하는 동안 인산의 점성도가 커서 얇은 SNC 스페이서 질화막을 식각할 수 없기 때문이다. The reason why the etching of the SNC spacer nitride film can be minimized while etching the SN nitride film in the phosphoric acid solution is because the thickness of the SNC spacer nitride film is about 150 to 250Å thin, so the viscosity of the phosphoric acid is large during the etching of the anti-etch nitride film. This is because the spacer nitride film cannot be etched.
표 1은 인산에서의 시간당 식각이고, 도 5의 그래프는 인산 용액에서의 각 물질의 시간에 따른 식각량이다. Table 1 shows the etching per hour in phosphoric acid, and the graph of FIG. 5 shows the etching amount of each substance in the phosphoric acid solution over time.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 세정 공정에서 사용하는 용액은 150~160℃ 정도의 인산으로서 10sec~10min 정도의 시간동안 세정을 진행하는 것을 특징으로 한다. According to a preferred embodiment of the present invention, the solution used in the cleaning process is characterized in that the washing proceeds for about 10sec ~ 10min as phosphoric acid of about 150 ~ 160 ℃.
또한, SN 식각 방지 질화막은 저압(LP; Low Pressure) 노(furnace) 질화막 또는 CVD PE(Plasma Enhanced) 질화막이며, SN 식각 방지 질화막의 두께는 400 내지 1000Å 정도의 두께인 것을 특징으로 한다. In addition, the SN etching prevention nitride film is a low pressure (LP) furnace nitride film or a CVD PE (Plasma Enhanced) nitride film, the thickness of the SN etching prevention nitride film is characterized in that the thickness of about 400 to 1000Å.
또한, 제 1 SN 산화막은 PSG, BPSG 또는 USG 막으로 형성되며, 제 1 SN 산화막의 두께는 전체 SN 산화막 두께의 50% 이하인 것을 특징으로 한다. Further, the first SN oxide film is formed of a PSG, BPSG or USG film, and the thickness of the first SN oxide film is 50% or less of the total SN oxide film thickness.
또한, 제 2 SN 산화막은 플라즈마 CVD 방법으로 형성된 TEOS 막으로 형성되며, 하드 마스크 폴리 및 SN 질화막을 C2F6/O2 가스를 이용하여 동시에 식각하는 것을 특징으로 한다. In addition, the second SN oxide film is formed of a TEOS film formed by a plasma CVD method, and the hard mask poly and SN nitride films are simultaneously etched using C2F6 / O2 gas.
또한, 하드 마스크 폴리 및 SN 질화막을 C2F6/O2 가스를 이용하여 동시에 식각하고 후속 인산 세정시 인산 용액의 식각 선택비가 SN 식각 정지막 질화막/PSG에 대하여 2~3인 것을 특징으로 하며, SNC 스페이서 질화막은 노(furnace) LP 질화막을 사용하고 그 두께가 50~250Å 정도인 것을 특징으로 한다.In addition, the hard mask poly and SN nitride films are simultaneously etched using C2F6 / O2 gas, and the etching selectivity of the phosphoric acid solution in the subsequent phosphoric acid cleaning is 2 to 3 with respect to the SN etch stop film nitride / PSG, and the SNC spacer nitride film Silver furnace (furnace) LP nitride film is characterized in that the thickness of about 50 ~ 250Å.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, MIM 캐패시터에서 SNC에 SN을 지그재그 형태로 정렬되고 모양이 타원형인 구조를 채택하는 경우에 메탈 전극을 이용한 MIM 캐패시터 구조 형성에 있어서 전극으로 TiCl4 TiN을 사용할 경우 SN 산화막 식각 공정에서 하드 마스크 폴리 제거 공정을 진행하고 식각 방지 질화막 식각을 진행하는 것이 아니라 C2F6/O2 가스를 이용하여 하드 마스크 폴리 및 SN 식각 방지 질화막을 동시에 식각하고 고온(160~165℃)의 인산 용액에서 세정 공정을 실시함으로써, SN 산화막 부분도 넓어지게 되어 Cs를 동등하게 유지하면서 SN 식각 방지 질화막 부분을 넓게하여 SN 하부 CD를 크게 하는 효과가 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, in the case of adopting a structure in which the SN is zigzag-aligned and elliptical in the SNC in the MIM capacitor, the SN oxide film is used when
또한, SNC 스페이서 질화막 손실은 거의 발생하지 않으므로 인해서 SNC 스페이서 질화막 손실 발생시 나타나는 TiN 증착시의 TiN 증착 불량에 의한 캡 누설 불량을 개선하여 소자의 수율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, since the SNC spacer nitride film loss rarely occurs, there is an effect that the yield of the device can be increased by improving the cap leak defect caused by the TiN deposition failure during TiN deposition that occurs when the SNC spacer nitride film loss occurs.
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2004
- 2004-12-22 KR KR1020040110514A patent/KR20060071994A/en not_active Application Discontinuation
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