KR20090032881A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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KR20090032881A
KR20090032881A KR1020070098458A KR20070098458A KR20090032881A KR 20090032881 A KR20090032881 A KR 20090032881A KR 1020070098458 A KR1020070098458 A KR 1020070098458A KR 20070098458 A KR20070098458 A KR 20070098458A KR 20090032881 A KR20090032881 A KR 20090032881A
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김형륜
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Abstract

A formation method of the semiconductor device is provided to shorten the process of manufacturing semiconductor by skipping the dry etching process for removing the remnant of the photosensitive film. A sacrificial dielectric film(210) is formed in a semiconductor substrate(200). A photosensitive film is formed in the sacrificial dielectric film. The photosensitive pattern is formed by the exposure and development process. The bottom electrode region which exposes the semiconductor substrate is formed by etching the sacrificial dielectric film. A conduction layer for bottom electrode(240) is formed in the whole surface including the bottom electrode region. The top coating material(225) of the water soluble reclaiming the bottom electrode region is formed in the whole surface. The bottom electrode is formed by etching the top coating material and the conductive layer of the water soluble. The sacrificial dielectric film is removed by the dip-out process.

Description

반도체 소자의 형성 방법{Method for Manufacturing Semiconductor Device}Method for Forming Semiconductor Device {Method for Manufacturing Semiconductor Device}

도 1a 내지 도 1j는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도.1A to 1J are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도.2A to 2I are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100, 200: 반도체 기판 110, 210: 희생절연막100 and 200: semiconductor substrate 110 and 210: sacrificial insulating film

120, 220: 감광막 패턴 225: 탑 코팅(Top Coating)물질120 and 220: photoresist pattern 225: top coating material

130, 230: 하부 전극 영역 140, 240: 도전층130 and 230: lower electrode regions 140 and 240: conductive layer

145: 매립 절연막 150, 250: 하부 전극 145: buried insulating film 150, 250: lower electrode

160, 260: 유전체막 170, 270: 상부 전극 160 and 260: dielectric films 170 and 270: upper electrode

본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 하부 전극 형성 공정 시 하부 전극에 도전층을 증착 후, 도전층 상부에 감광막을 매립하지 않고 수용성 물 질인 탑 코팅(Top Coating) 물질을 매립하여 평탄화 식각 공정을 실시함으로써, 감광막의 잔존물을 제거하기 위한 건식 식각(Dry Etching) 공정을 스킵(Skip) 할 수 있고, 후속 공정인 습식 세정(Wet Cleaning)으로 탑 코팅(Top Coating) 물질의 잔존물을 제거할 수 있도록 하여 반도체 제조 공정의 단축이 가능한 기술을 개시한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a semiconductor device. In the process of forming a lower electrode, a conductive layer is deposited on the lower electrode, and then a top coating material, which is a water-soluble material, is not planarized, and the planarization etching is performed. By carrying out the process, the dry etching process for removing the residue of the photoresist film can be skipped, and the residue of the top coating material can be removed by the subsequent wet cleaning. A technique capable of shortening a semiconductor manufacturing process is disclosed.

도 1a 내지 도 1j는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도이다.1A to 1J are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device according to the prior art.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 희생절연막(110)을 형성한 후, 희생절연막(110) 상에 감광막을 형성하고, 하부 전극 형성용 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴(120)을 형성한다. 감광막 패턴(120)을 마스크로 희생절연막(110)을 식각하여 반도체 기판(100)을 노출시키는 하부 전극 영역(130)을 형성한다. 1A to 1C, after the sacrificial insulating film 110 is formed on the semiconductor substrate 100, a photosensitive film is formed on the sacrificial insulating film 110, and an exposure and development process using an exposure mask for forming a lower electrode. The photoresist pattern 120 is formed. The sacrificial insulating layer 110 is etched using the photoresist pattern 120 as a mask to form a lower electrode region 130 exposing the semiconductor substrate 100.

도 1d 내지 도 1f를 참조하면, 하부 전극 영역(130)을 포함한 전체 표면 상부에 하부 전극용 도전층(140)을 전체 표면에 형성한다.1D to 1F, the lower electrode conductive layer 140 is formed on the entire surface over the entire surface including the lower electrode region 130.

다음에, 하부 전극 영역(130)을 매립하는 매립 절연막(145)을 전체 표면 상부에 형성하고, 희생절연막(110)이 노출될 때까지 매립 절연막(145) 및 도전층(140)을 평탄화 식각하여 하부 전극(150)을 형성한다.Next, a buried insulating film 145 filling the lower electrode region 130 is formed over the entire surface, and the buried insulating film 145 and the conductive layer 140 are planarized and etched until the sacrificial insulating film 110 is exposed. The lower electrode 150 is formed.

이때, 매립 절연막은 감광막 또는 산화막을 사용한 것이다.In this case, the buried insulating film is a photosensitive film or an oxide film.

도 1g 및 도 1h를 참조하면, 하부 전극 영역(130) 내부에 남은 매립 절연막(145) 잔존물을 건식 식각(Dry Etching) 및 습식 세정(Wet Etching)으로 제거한 다. 1G and 1H, the residues of the buried insulating layer 145 remaining in the lower electrode region 130 are removed by dry etching and wet etching.

다음에, 딥 아웃 공정을 실시하여 희생절연막(110)을 제거한다.Next, a dip out process is performed to remove the sacrificial insulating film 110.

도 1i 및 도 1j를 참조하면, 하부 전극(150) 표면에 유전체막(160) 및 플레이트 전극인 상부 전극(170)을 형성하여 커패시터를 완성한다.1I and 1J, the capacitor is formed by forming the dielectric layer 160 and the upper electrode 170, which is a plate electrode, on the lower electrode 150 surface.

현재 반도체 소자의 메모리 소자의 수요가 급증함에 따라 고용량의 커패시터(Capacitor)를 얻기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다. As the demand for memory devices of semiconductor devices increases rapidly, various techniques have been proposed for obtaining high capacity capacitors.

커패시터는 저장 전극(Storage Node)용 하부 전극과 플레이트 전극용 상부 전극 사이에 유전체막(Dielectric)이 개재된 구조를 가진다. 커패시터의 정전용량은 전극 표면적과 유전체막의 유전율에 비례하며, 전극들 간의 간격, 즉 유전체막의 두께에 반비례한다. The capacitor has a structure in which a dielectric film is interposed between the lower electrode for the storage node and the upper electrode for the plate electrode. The capacitance of the capacitor is proportional to the electrode surface area and the dielectric constant of the dielectric film and is inversely proportional to the spacing between the electrodes, that is, the thickness of the dielectric film.

따라서, 정전용량이 높은 커패시터를 제조하기 위하여 유전율이 큰 유전체막을 사용하는 방법, 유전체막의 두께를 줄이는 방법, 하부 전극 표면적을 확대시키는 방법, 또는 전극들 간의 거리를 축소시키는 방법 등이 개발되었다. Therefore, a method of using a dielectric film having a high dielectric constant, a method of reducing the thickness of the dielectric film, a method of increasing the lower electrode surface area, or a method of reducing the distance between electrodes has been developed to manufacture a capacitor having a high capacitance.

하지만, 반도체 메모리 소자의 집적도의 증가로 소자 크기가 점차 감소함에 따라, 충분한 정전용량을 확보할 수 있는 커패시터를 제조하는 것이 점점 어려워졌다. However, as device size gradually decreases due to an increase in the degree of integration of semiconductor memory devices, it becomes increasingly difficult to manufacture capacitors capable of ensuring sufficient capacitance.

이에, 하부 전극의 구조를 개선하는 연구가 꾸준히 이루어지고 있으며, 그 해결책으로, 3차원 구조를 가지는 콘케이브형(Concave Type) 또는 실린더형(Cylinder Type) 커패시터가 개발되었다. Accordingly, researches to improve the structure of the lower electrode have been steadily made. As a solution, a concave type or cylinder type capacitor having a three-dimensional structure has been developed.

최근에는 내부 면적만 노드 면적으로 사용하는 콘케이브형 커패시터보다는 내부 면적은 물론 외부 면적까지도 노드 면적으로 사용하는 실린더형 커패시터를 더욱 선호하는 추세이다. Recently, a cylindrical capacitor that uses not only an internal area but also an external area as a node area is more preferred than a concave capacitor using only an internal area as a node area.

이로 인해 커패시터의 용량은 증가 하지만 커패시터 제조 방법에서 하부 전극의 평탄화 식각 공정 시 드라이 에칭(Dry Etching) 및 습식 세정(Wet Cleaning) 공정이 중복으로 증가하게 되는 문제가 있다.As a result, the capacity of the capacitor increases, but there is a problem in that dry etching and wet cleaning processes increase in the planarization etching process of the lower electrode in the capacitor manufacturing method.

본 발명은 하부 전극 형성 공정 시 하부 전극에 도전층을 증착 후, 도전층 상부에 감광막을 매립하지 않고 수용성 물질인 탑 코팅(Top Coating) 물질을 매립하여 평탄화 식각 공정을 실시함으로써, 감광막의 잔존물을 제거하기 위한 건식 식각(Dry Etching) 공정을 스킵(Skip) 할 수 있고, 후속 공정인 습식 세정(Wet Cleaning)으로 탑 코팅(Top Coating) 물질의 잔존물을 제거할 수 있도록 하여 반도체 제조 공정의 단축이 가능한 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In the present invention, after depositing a conductive layer on the lower electrode during the lower electrode forming process, a top coating material, which is a water-soluble material, is buried without filling the photoresist layer on the conductive layer, thereby performing a planarization etching process, thereby remaining of the photoresist layer. Dry Etching process can be skipped for removal, and wet cleaning, which is a subsequent process, can remove the residues of the top coating material by the wet process, thereby shortening the semiconductor manufacturing process. It is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor device.

본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은,       The method for forming a semiconductor device according to the present invention,

반도체 기판 상부에 희생절연막을 형성하는 단계와,Forming a sacrificial insulating film on the semiconductor substrate;

상기 희생절연막을 식각하여 하부 전극 영역을 형성하는 단계와,Etching the sacrificial insulating layer to form a lower electrode region;

상기 하부 전극 영역을 포함한 전체 표면 상부에 도전층을 형성하는 단계와,Forming a conductive layer over the entire surface including the lower electrode region;

상기 하부 전극 영역을 포함한 전체 표면 상부에 수용성의 탑 코팅(Top Coating) 물질을 형성하는 단계와,Forming a water-soluble Top Coating material on the entire surface including the lower electrode region;

상기 수용성의 탑 코팅(Top Coating) 물질을 평탄화 식각하여 희생절연막을 노출 시키는 단계와,Exposing the sacrificial insulating film by planarizing etching the water-soluble top coating material;

상기 희생절연막 및 수용성의 탑 코팅(Top Coating) 물질을 습식 세정(Wet Cleaning)으로 제거하는 단계와,Removing the sacrificial insulating film and the water-soluble top coating material by wet cleaning;

상기 하부 전극 상부에 유전체막을 형성하는 단계 및Forming a dielectric film on the lower electrode; and

상기 유전체막 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming an upper electrode on the dielectric film.

상기 도전층은 Poly Silicon, W, Ru, Pt, TiN 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것과,The conductive layer includes any one selected from the group consisting of Poly Silicon, W, Ru, Pt, TiN, and combinations thereof,

상기 탑 코팅(Top Coating)물질은 불화물, 폴리에틸, 폴리비닐클로라이드 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것과,The top coating material includes any one selected from the group consisting of fluoride, polyethyl, polyvinyl chloride, and combinations thereof,

상기 탑 코팅(Top Coating)물질은 90 ~ 150℃ 온도로 베이크(Bake)하여 형성하는 것과,The top coating material is formed by baking at a temperature of 90 ~ 150 ℃ (bak),

상기 탑 코팅(Top Coating)물질은 500 ~ 20000Å 두께로 형성하는 것과,The top coating material is to form a thickness of 500 ~ 20000Å,

상기 습식 세정(Wet Cleaning) 공정은 순수(DI Water), 2.3% 테크라 메틸 암모늄 하이드로옥사이드(TMAH) 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 실시하는 것과,The wet cleaning process is performed by any one selected from the group consisting of DI water, 2.3% techla methyl ammonium hydroxide (TMAH), and combinations thereof,

상기 유전체막은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, ZrO2,Ta2O5, SrTiO3, BST(BaSr)TiO3, PZT((PB,La)TiO3) 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택 된 어느 하나를 형성하는 것과,The dielectric film is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , BST (BaSr) TiO 3 , PZT ((PB, La) TiO 3 ) and Forming any one selected from the group consisting of a combination of these,

상기 상부 전극은 도핑된 Poly Silicon, TiN, Ru, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.The upper electrode is characterized in that it comprises any one selected from the group consisting of doped Poly Silicon, TiN, Ru, Pt and combinations thereof.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2a 내지 도 2i는 본 발명에 따라 형성된 반도체 소자를 도시한 단면도이다.2A to 2I are cross-sectional views illustrating semiconductor devices formed in accordance with the present invention.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 반도체 기판(200) 상에 희생절연막(210)을 형성한 후, 희생절연막(210) 상에 감광막을 형성하고, 하부 전극 콘택용 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정으로 감광막 패턴(220)을 형성한다. 감광막 패턴(220)을 마스크로 희생절연막(210)을 식각하여 반도체 기판(200)을 노출시키는 하부 전극 영역(230)을 형성한다. 2A to 2C, after the sacrificial insulating film 210 is formed on the semiconductor substrate 200, a photosensitive film is formed on the sacrificial insulating film 210, and an exposure and development process using an exposure mask for lower electrode contact is performed. The photosensitive film pattern 220 is formed. The sacrificial insulating layer 210 is etched using the photoresist pattern 220 as a mask to form a lower electrode region 230 exposing the semiconductor substrate 200.

도 2d 및 2e를 참조하면, 하부 전극 영역(230)을 포함한 전체 표면 상부에 하부 전극용 도전층(240)을 전체 표면 상부에 형성한다.2D and 2E, the conductive layer 240 for the lower electrode is formed on the entire surface, including the lower electrode region 230.

다음에, 하부 전극 영역(230)을 매립하는 수용성의 탑 코팅(Top Coating, 225) 물질을 전체 표면 상부에 형성하고, 희생절연막(210)이 노출될 때까지 수용성의 탑 코팅(Top Coating, 225) 물질 및 도전층을 평탄화 식각하여 하부 전극(250)을 형성한다.Next, a water soluble Top Coating (225) material filling the lower electrode region 230 is formed on the entire surface, and the water soluble Top Coating (225) is applied until the sacrificial insulating film 210 is exposed. ) And the lower electrode 250 is formed by planar etching of the material and the conductive layer.

도 2f 및 2g를 참조하면, 하부 전극 영역(230) 내부에 남은 수용성의 탑 코팅(Top Coating, 225) 물질의 잔존물을 습식 세정(Wet Cleaning)으로 제거한다.2F and 2G, residues of the water-soluble Top Coating (225) material remaining inside the lower electrode region 230 are removed by wet cleaning.

다음에, 딥 아웃(Dip-Out) 공정을 실시하여 희생절연막(210)을 제거한다.Next, a dip-out process is performed to remove the sacrificial insulating film 210.

도 2h 내지 2i를 참조하면, 하부 전극(250) 표면에 유전체막(260) 및 플레이트 전극인 상부 전극(170)을 형성하여 커패시터를 완성한다.2H to 2I, a capacitor is completed by forming a dielectric layer 260 and an upper electrode 170, which is a plate electrode, on the surface of the lower electrode 250.

본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은 하부 전극 형성 공정 시 하부 전극에 도전층을 증착 후, 도전층 상부에 감광막을 매립하지 않고 수용성 물질인 탑 코팅(Top Coating) 물질을 매립하여 평탄화 식각 공정을 실시함으로써, 감광막의 잔존물을 제거하기 위한 건식 식각(Dry Etching) 공정을 스킵(Skip) 할 수 있고, 후속 공정인 습식 세정(Wet Cleaning)으로 탑 코팅(Top Coating) 물질의 잔존물을 제거할 수 있도록 하여 반도체 제조 공정의 단축이 가능한 효과를 제공한다.      In the method of forming a semiconductor device according to the present invention, after the conductive layer is deposited on the lower electrode during the lower electrode formation process, the planarization etching process is performed by embedding a top coating material, which is a water-soluble material, without filling the photoresist layer on the conductive layer. By doing so, the dry etching process for removing the residue of the photoresist film can be skipped and the residue of the top coating material can be removed by the subsequent wet cleaning. Thus, the effect of shortening the semiconductor manufacturing process is provided.

아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.     In addition, the preferred embodiment of the present invention for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.

Claims (8)

반도체 기판 상부에 희생절연막을 형성하는 단계;Forming a sacrificial insulating film on the semiconductor substrate; 상기 희생절연막을 식각하여 하부 전극 영역을 형성하는 단계;Etching the sacrificial insulating layer to form a lower electrode region; 상기 하부 전극 영역을 포함한 전체 표면 상부에 도전층을 형성하는 단계;Forming a conductive layer over the entire surface including the lower electrode region; 상기 하부 전극 영역을 포함한 전체 표면 상부에 수용성의 탑 코팅(Top Coating) 물질을 형성하는 단계;Forming a water-soluble Top Coating material over the entire surface including the lower electrode region; 상기 수용성의 탑 코팅(Top Coating) 물질을 평탄화 식각하여 희생절연막을 노출 시키는 단계;Exposing the sacrificial insulating film by planarizing etching the water-soluble top coating material; 상기 희생절연막 및 수용성의 탑 코팅(Top Coating) 물질을 습식 세정(Wet Cleaning)으로 제거하여 하부 전극을 형성하는 단계;Removing the sacrificial insulating layer and the water-soluble top coating material by wet cleaning to form a lower electrode; 상기 하부 전극 상부에 유전체막을 형성하는 단계; 및Forming a dielectric film on the lower electrode; And 상기 유전체막 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And forming an upper electrode on the dielectric layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전층은 폴리 실리콘, W, Ru, Pt, TiN 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.And the conductive layer comprises any one selected from the group consisting of polysilicon, W, Ru, Pt, TiN, and combinations thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탑 코팅(Top Coating)물질은 불화물, 폴리에틸, 폴리비닐클로라이드 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The top coating material includes any one selected from the group consisting of fluoride, polyethyl, polyvinyl chloride, and combinations thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탑 코팅(Top Coating) 물질은 90 ~ 150℃ 온도로 베이크(Bake)하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소의 형성 방법.The top coating material is a method of forming a semiconductor element, characterized in that formed by baking (bak) at a temperature of 90 ~ 150 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 탑 코팅(Top Coating) 물질은 500 ~ 20000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The top coating material is a method of forming a semiconductor device, characterized in that formed to a thickness of 500 ~ 20000Å. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 습식 세정(Wet Cleaning) 공정은 순수(DI Water), 2.3% 테크라 메틸 암모늄 하이드로옥사이드(TMAH) 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The wet cleaning process is performed by any one selected from the group consisting of DI water, 2.3% techla methyl ammonium hydroxide (TMAH), and combinations thereof. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유전체막은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Nb2O5, ZrO2,Ta2O5, SrTiO3, BST(BaSr)TiO3, PZT((PB,La)TiO3) 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The dielectric film is SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , SrTiO 3 , BST (BaSr) TiO 3 , PZT ((PB, La) TiO 3 ) and A method for forming a semiconductor device, comprising forming any one selected from the group consisting of a combination of these. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 상부 전극은 도핑된 Poly Silicon, TiN, Ru, Pt 및 이들의 조합으로 이루어진 일군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.The upper electrode includes any one selected from the group consisting of doped Poly Silicon, TiN, Ru, Pt, and combinations thereof.
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