KR20120033508A

KR20120033508A - Method for manufacturing capacitor

Info

Publication number: KR20120033508A
Application number: KR1020100095064A
Authority: KR
Inventors: 정진기
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-04-09

Abstract

PURPOSE: A capacitor manufacturing method is provided to eliminate a sacrificial film using a plasma etching method, thereby selectively eliminating the sacrificial film without a fall of a storage node. CONSTITUTION: An inter-layer insulating film(22) is formed on a substrate(21). An etching stop film(24) is formed on the inter-layer insulating film. A pillar is formed on the substrate in which the etching stop film is formed. A sacrificial film is formed for filling a gap between the pillars. A hole is formed within the sacrificial film by eliminating the pillar. A storage node(28) is formed within the hole.

Description

Capacitor Manufacturing Method {METHOD FOR MANUFACTURING CAPACITOR}

본 발명은 반도체장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a capacitor.

DRAM이 고집적화됨에 따라 대부분의 포토레지스트 형성 공정이 ArF 레지스트를 이용하는 공정으로 전환되고 있으며, 식각 공정도 2㎛ 이상의 깊은 콘택(Deep Contact) 형성 기술이 필요하게 되었다.As DRAMs are highly integrated, most photoresist forming processes are being converted to using ArF resists, and etching processes require deep contact formation techniques of 2 µm or more.

대표적인 깊은 콘택 형성 공정은 캐패시터의 스토리지노드 공정이다. 캐패시터의 스토리지노드 공정은 큰 종횡비(High aspect ratio)의 홀(Hole)을 형성한 후 홀 내부에 스토리지노드를 형성한다. 스토리지노드 공정은 디자인룰이 작아지고 홀 크기(Hole Size)가 감소됨에 따라 스토리지노드 용량을 확보하기 위한 방법으로서 홀 높이(Hole Height)를 계속하여 높이는 방법을 사용하여 왔다.A typical deep contact formation process is a storage node process of a capacitor. The storage node process of the capacitor forms a high aspect ratio hole and then forms a storage node inside the hole. The storage node process has used a method of continuously increasing the hole height as a method for securing the storage node capacity as the design rule becomes smaller and the hole size decreases.

도 1은 종래기술에 따른 캐패시터 제조 방법을 도시한 도면이다.1 is a view showing a capacitor manufacturing method according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 워드라인, 트랜지스터 및 비트라인 공정이 완료된 반도체 기판(11) 상부에 층간절연막(12)을 형성한 후, 층간절연막(12)을 관통하는 스토리지노드콘택홀을 형성하고, 이 스토리지노드콘택홀에 매립되는 콘택플러그(13)를 형성한다. As shown in FIG. 1, after forming the interlayer dielectric layer 12 on the semiconductor substrate 11 where the word line, transistor, and bit line processes are completed, a storage node contact hole penetrating the interlayer dielectric layer 12 is formed. And a contact plug 13 embedded in the storage node contact hole.

다음으로, 콘택플러그(13)를 포함한 층간절연막(12) 상에 식각정지막(14)을 형성한 후, 식각정지막(14) 상에 분리절연막(15)을 형성한다. Next, after the etch stop film 14 is formed on the interlayer insulating film 12 including the contact plug 13, the isolation insulating film 15 is formed on the etch stop film 14.

분리절연막(15)을 식각하여 콘택플러그(13)의 표면을 노출시키는 홀(16)을 형성한다. 여기서, 홀(16)을 형성하기 위해 식각정지막(14)에서 식각이 정지할때까지 분리절연막(15)을 식각하고, 이후 식각정지막(14)을 식각한다.The isolation insulating layer 15 is etched to form holes 16 exposing the surface of the contact plug 13. Here, the isolation insulating layer 15 is etched until the etching stops at the etch stop layer 14 to form the hole 16, and then the etch stop layer 14 is etched.

후속하여 홀(16)의 내부에 스토리지노드(도시 생략)를 형성한다. Subsequently, a storage node (not shown) is formed in the hole 16.

종래기술은 캐패시터의 스토리지노드의 높이를 높이기 위해 홀(16)의 깊이가 매우 깊어지고 있고, 고집적화를 위해 홀(16)의 폭이 좁아지고 있다.In the prior art, the depth of the hole 16 is very deep to increase the height of the storage node of the capacitor, and the width of the hole 16 is narrowed for high integration.

그러나, 홀(16)의 높이를 증가시키는 방법은 식각 공정시 보잉(Bowing, 도면부호 '18'), 낫오픈(Not Open, 도면부호 '17') 등의 문제가 발생하여 캐패시터의 정전용량(Capacitance; Cs)을 증가시키는데 한계가 있다. 또한, 홀(16)의 높이가 증가함에 따라 후속 습식딥아웃 공정시 스토리지노드의 쓰러짐(Leaning)이 발생한다.
However, the method of increasing the height of the hole 16 may cause problems such as bowing ('18') and not-open ('17') during the etching process. There is a limit to increasing the capacitance (Cs). In addition, as the height of the hole 16 increases, the storage node may collapse during the subsequent wet deep-out process.

본 발명은 스토리지노드가 형성될 홀의 보잉 및 낫오픈을 방지하면서 스토리지노드의 리닝을 방지할 수 있는 캐패시터 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor capable of preventing the storage node from lining while preventing the bowing and knock-opening of the hole in which the storage node is to be formed.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캐패시터 제조 방법은 스토리지노드콘택플러그가 형성된 기판 상에 필라를 형성하는 단계; 상기 필라 사이를 갭필하는 희생막을 형성하는 단계; 상기 필라를 제거하여 상기 희생막 내에 홀을 형성하는 단계; 및 상기 홀 내에 스토리지노드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 필라는 산화막 또는 실리콘함유 물질을 포함하고, 상기 희생막은 카본함유물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.Capacitor manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a pillar on a substrate on which the storage node contact plug is formed; Forming a sacrificial layer gap gap between the pillars; Removing the pillar to form a hole in the sacrificial layer; And forming a storage node in the hole. The pillar may include an oxide film or a silicon-containing material, and the sacrificial film may be formed of a carbon-containing material.

또한, 본 발명의 캐패시터 제조 방법은 스토리지노드콘택플러그가 형성된 기판 상에 필라를 형성하는 단계; 상기 필라 사이를 갭필하며 카본이 함유된 희생막을 형성하는 단계; 상기 필라를 제거하여 상기 희생막 내에 홀을 형성하는 단계; 상기 홀 내에 스토리지노드를 형성하는 단계; 플라즈마식각을 통해 상기 희생막을 제거하는 단계; 및 상기 스토리지노드의 표면을 플라즈마처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 플라즈마식각은 산소, 질소 또는 수소가 포함된 플라즈마를 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 필라 및 희생막은 상기 스토리지노드보다 높은 공정온도에서 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 플라즈마처리는 불소가 포함된 가스를 이용하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the capacitor manufacturing method of the present invention comprises the steps of forming a pillar on the substrate on which the storage node contact plug is formed; Gap-filling the pillars to form a sacrificial layer containing carbon; Removing the pillar to form a hole in the sacrificial layer; Forming a storage node in the hole; Removing the sacrificial layer through plasma etching; And plasma processing the surface of the storage node. The plasma etching is characterized by using a plasma containing oxygen, nitrogen or hydrogen. The pillar and the sacrificial layer are formed at a process temperature higher than that of the storage node. The plasma treatment is characterized by using a gas containing fluorine.

상술한 본 발명은 버퍼막을 이용한 필라 공정 및 희생막 공정을 이용하여 스토리지노드가 형성될 홀을 형성하므로써 보잉과 낫오픈이 발생하지 않으며, 희생막을 플라즈마 식각으로 제거하므로써 스토리지노드의 쓰러짐을 방지할 수 있는 효과가 있다.
The present invention described above does not generate boeing or sick opening by forming a hole in which a storage node is formed using a pillar process and a sacrificial layer process using a buffer layer, and prevents the storage node from falling down by removing the sacrificial layer by plasma etching. It has an effect.

도 1은 종래기술에 따른 캐패시터 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1 is a view showing a capacitor manufacturing method according to the prior art.
2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to facilitate a person skilled in the art to easily carry out the technical idea of the present invention. .

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 캐패시터 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a capacitor according to an embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 소정 공정이 완료된 기판(21) 상에 층간절연막(22)을 형성한다. 여기서, 소정 공정은 트랜지스터 공정 및 비트라인 공정을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2A, an interlayer insulating film 22 is formed on the substrate 21 on which a predetermined process is completed. Here, the predetermined process may include a transistor process and a bit line process.

층간절연막(22)을 식각하여 스토리지노드콘택홀(도면부호 생략)을 형성한다. 스토리지노드콘택홀을 매립하는 스토리지노드콘택플러그(23)를 형성한다. 스토리지노드콘택플러그(23)는 폴리실리콘을 증착한 후 에치백하여 형성할 수 있다.The interlayer insulating layer 22 is etched to form a storage node contact hole (not shown). The storage node contact plug 23 filling the storage node contact hole is formed. The storage node contact plug 23 may be formed by depositing polysilicon and then etching back.

스토리지노드콘택플러그(23)를 포함한 층간절연막(22) 상에 식각정지막(24)을 형성한다. 식각정지막(24)은 실리콘질화막 등의 질화막을 포함한다.An etch stop layer 24 is formed on the interlayer dielectric layer 22 including the storage node contact plug 23. The etch stop film 24 includes a nitride film such as a silicon nitride film.

식각정지막(24) 상에 버퍼막(25)을 형성한다. 버퍼막(25)은 절연막을 포함하며, 바람직하게, 산화막을 포함한다. 또한, 버퍼막(25)은 실리콘이 포함된 실리콘함유물질로 형성할 수도 있다.The buffer layer 25 is formed on the etch stop layer 24. The buffer film 25 includes an insulating film, and preferably includes an oxide film. In addition, the buffer layer 25 may be formed of a silicon-containing material including silicon.

도 2b에 도시된 바와 같이, 버퍼막(25)을 선택적으로 식각하여 필라(25A)를 형성한다. 여기서, 필라(25A)의 폭은 그 하부의 스토리지노드콘택플러그(23)와 동일하게 형성할 수 있다. 바람직하게, 필라(25A)의 모양은 후속 스토리지노드의 형태가 전사된다. 필라(25A)를 형성하기 위해 하드마스크막(미도시)을 사용할 수 있다.As illustrated in FIG. 2B, the buffer layer 25 is selectively etched to form pillars 25A. Here, the width of the pillar 25A may be formed to be the same as the storage node contact plug 23 below. Preferably, the shape of pillar 25A is transferred to the shape of subsequent storage nodes. A hard mask film (not shown) may be used to form the pillars 25A.

도 2c에 도시된 바와 같이, 필라(25A)를 포함한 전면에 희생막(26)을 형성한다. 희생막(26)은 필라(25A) 사이를 갭필한다. 희생막(26)은 실리콘산화막 등의 산화막을 포함한다. 희생막(26)은 플로우(Flow) 특성을 갖는 물질로 형성한다. 희생막(26)은 스핀온카본(Spin On Carbon; SOC) 등의 카본을 포함하는 카본함유물질로 형성한다.As shown in FIG. 2C, a sacrificial layer 26 is formed on the entire surface including the pillars 25A. The sacrificial layer 26 gap-fills the pillars 25A. The sacrificial film 26 includes an oxide film such as a silicon oxide film. The sacrificial layer 26 is formed of a material having a flow characteristic. The sacrificial layer 26 is formed of a carbon-containing material including carbon such as spin on carbon (SOC).

필라(25A)의 표면이 노출될때까지 희생막(26)을 선택적으로 제거한다. 이를 위해 전면식각 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 진행한다.The sacrificial film 26 is selectively removed until the surface of the pillar 25A is exposed. To this end, a full etching or chemical mechanical polishing (CMP) process is performed.

따라서, 필라(25A)의 주위를 희생막(26)이 절연시키게 된다. 필라(25A)로 사용된 버퍼막의 공정온도는 희생막(26)의 공정온도보다 높아야 한다. 또한, 희생막(26)의 공정 온도는 후속 스토리지노드도전막의 공정온도보다 높아야 한다. 아울러, 필라(25A)를 형성하기 위한 버퍼막의 공정온도는 희생막(26)보다 높은 온도에서 진행한다. 이와 같은 공정온도 차이는 스토리지노드가 쓰러지는 것을 방지하기 위함이다.Therefore, the sacrificial film 26 insulates the surroundings of the pillars 25A. The process temperature of the buffer film used as the pillar 25A should be higher than the process temperature of the sacrificial film 26. In addition, the process temperature of the sacrificial layer 26 should be higher than the process temperature of the subsequent storage node conductive layer. In addition, the process temperature of the buffer film for forming the pillars 25A proceeds at a temperature higher than that of the sacrificial film 26. This process temperature difference is to prevent the storage node from falling over.

도 2d에 도시된 바와 같이, 필라(25A)를 선택적으로 제거한다. 이에 따라, 홀(27)이 개방된다. 홀(27)의 모양은 원형 또는 타원형의 모양을 가지며, 홀(27) 아래에는 식각정지막(24)이 노출된다. 필라(25A)를 제거하기 위해 습식식각 또는 플라즈마식각이 적용될 수 있다. 습식식각은 HF, BOE 등의 불소(F)가 포함된 용액을 사용한다. 플라즈마식각시에는 CF₄ 등의 불소(F)가 포함되어 있는 가스를 이용한다. 불소가 포함된 용액이나 불소가 포함된 가스는 카본이 함유된 희생막(26)에 대해 선택비를 갖는다. 따라서, 희생막(26)의 손실없이 필라(25A)만을 선택적으로 제거할 수 있고, 이로써 홀(27)은 모양이 균일하고 변형이 없이 형성된다.As shown in FIG. 2D, pillar 25A is selectively removed. As a result, the hole 27 is opened. The hole 27 has a circular or oval shape, and the etch stop layer 24 is exposed below the hole 27. Wet etching or plasma etching may be applied to remove the pillars 25A. Wet etching uses a solution containing fluorine (F), such as HF, BOE. In plasma etching, a gas containing fluorine (F) such as CF ₄ is used. The fluorine-containing solution or the fluorine-containing gas has a selectivity with respect to the sacrificial film 26 containing carbon. Thus, only the pillars 25A can be selectively removed without losing the sacrificial film 26, whereby the holes 27 are formed in a uniform shape and without deformation.

이어서, 홀(27) 아래의 식각정지막(24)을 식각한다. 이에 따라, 스토리지노드콘택플러그(23)의 표면이 노출된다.Subsequently, the etch stop layer 24 under the hole 27 is etched. Accordingly, the surface of the storage node contact plug 23 is exposed.

도 2e에 도시된 바와 같이, 홀(27) 내부에 스토리지노드(28)를 형성한다. 스토리지노드(28)는 실린더 모양을 갖는다. As shown in FIG. 2E, the storage node 28 is formed in the hole 27. The storage node 28 has a cylindrical shape.

스토리지노드(28)를 형성하기 위해, 먼저, 홀(27)을 포함한 전면에 스토리지노드도전막을 형성한다. 스토리지노드도전막은 금속막을 포함한다. 바람직하게, 스토리지노드도전막은 티타늄질화막(TiN)을 포함한다. 스토리지노드 분리 공정을 진행한다. 스토리지노드 분리 공정은 스토리지노드도전막을 선택적으로 제거하여 홀(27) 내부에만 잔류시키는 공정이다. 바람직하게, 스토리지노드 분리 공정은 에치백공정(Etchback process)으로 진행하거나 CMP 공정 및 에치백공정을 순차적으로 진행할 수 있다. 위와 같은 스토리지노드 분리 공정에 의해 홀(27) 내부에 실린더 형태의 스토리지노드(28)가 형성된다. 다른 실시예에서, 스토리지노드(28)는 필라의 형태를 가질 수도 있다. 필라 형태의 스토리지노드를 형성하기 위해 홀(27)을 갭필하도록 스토리지노드도전막을 형성한 후 스토리지노드 분리 공정을 진행한다.In order to form the storage node 28, first, a storage node conductive film is formed on the entire surface including the hole 27. The storage node conductive film includes a metal film. Preferably, the storage node conductive film includes a titanium nitride film (TiN). Proceed with storage node separation process. The storage node separation process is a process of selectively removing the storage node conductive film and remaining only inside the hole 27. Preferably, the storage node separation process may proceed to an etchback process or may proceed sequentially to the CMP process and the etchback process. By the storage node separation process as described above, a storage node 28 having a cylindrical shape is formed in the hole 27. In other embodiments, storage node 28 may take the form of a pillar. In order to form a pillar-shaped storage node, a storage node conductive layer is formed to gap-fill the holes 27, and then a storage node separation process is performed.

도 2f에 도시된 바와 같이, 희생막(26)을 제거한다. 본 발명은 희생막(26)을 제거하기 위해 습식식각을 적용하지 않고 플라즈마 식각 공정(29)을 적용한다. 플라즈마 식각 공정(29)을 이용하여 희생막(26)을 제거하면 스토리지노드(28)가 쓰러지는 것을 방지한다. 희생막(26)이 카본을 포함하는 물질이므로, 플라즈마식각 공정(29)은 감광막스트립공정과 같이 산소플라즈마를 이용한다. As shown in FIG. 2F, the sacrificial layer 26 is removed. The present invention applies the plasma etching process 29 without applying wet etching to remove the sacrificial layer 26. Removing the sacrificial layer 26 using the plasma etching process 29 prevents the storage node 28 from falling over. Since the sacrificial film 26 is a material containing carbon, the plasma etching process 29 uses oxygen plasma in the same manner as the photosensitive film strip process.

상술한 바와 같이, 플라즈마 식각 공정(29)을 적용하면 스토리지노드(28)의 쓰러짐없이 희생막(26)을 선택적으로 제거할 수 있다. 다른 실시예에서, 희생막(26)을 제거하기 위해 질소, 또는 수소가 포함된 플라즈마를 이용할 수도 있다.As described above, when the plasma etching process 29 is applied, the sacrificial layer 26 may be selectively removed without falling down of the storage node 28. In another embodiment, a plasma containing nitrogen or hydrogen may be used to remove the sacrificial layer 26.

도 2g에 도시된 바와 같이, 스토리지노드(28)의 표면에 대해 불소가 포함된 가스를 이용하여 플라즈마처리(30)를 수행한다. 이는 희생막 제거후에 스토리지노드(28)의 표면에 잔류하는 산화물을 제거하기 위해서이다. 통상적으로, 감광막스트립 공정을 이용하면 스토리지노드(28)의 표면이 산화될 수 있다. 플라즈마처리(30)는 이러한 잔류 산화물을 제거한다.As shown in FIG. 2G, the plasma treatment 30 is performed using a gas containing fluorine on the surface of the storage node 28. This is to remove oxide remaining on the surface of the storage node 28 after removing the sacrificial film. Typically, the surface of the storage node 28 may be oxidized using a photoresist strip process. Plasma treatment 30 removes this residual oxide.

다른 실시예에서, 버퍼막과 희생막의 물질을 서로 바꾸어 형성할 수도 있다. 예컨대, 버퍼막이 카본을 포함하는 물질로 형성하고, 희생막은 플로우 특성이 있는 산화막 또는 실리콘이 포함된 물질로 형성한다.In another embodiment, the materials of the buffer layer and the sacrificial layer may be interchanged. For example, the buffer film is formed of a material containing carbon, and the sacrificial film is formed of an oxide film having a flow characteristic or a material containing silicon.

전술한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

21 : 기판 22 : 층간절연막
23 : 스토리지노드콘택플러그 24 : 식각정지막
25 : 버퍼막 25A : 필라
26 : 희생막 27 : 홀
28 : 스토리지노드21 substrate 22 interlayer insulating film
23: storage node contact plug 24: etch stop
25: buffer film 25A: pillar
26: Sacrifice 27: Hall
28: storage node

Claims

Forming a pillar on the substrate on which the storage node contact plug is formed;
Forming a sacrificial layer gap gap between the pillars;
Removing the pillar to form a hole in the sacrificial layer; And
Forming a storage node in the hole
Capacitor manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,
Forming the pillar,
Forming an etch stop layer on the substrate;
Forming a buffer film on the etch stop film; And
Selectively etching the buffer layer to form the pillar corresponding to the storage node contact plug
Capacitor manufacturing method comprising a.

The method of claim 1,
The pillar is a capacitor manufacturing method comprising an oxide film or silicon containing material.

The method of claim 3,
The sacrificial film is a capacitor manufacturing method of forming a carbon-containing material.

The method of claim 1,
The sacrificial film is a capacitor manufacturing method comprising an oxide film or a silicon-containing material.

The method of claim 5,
The pillar is formed of a carbon-containing material capacitor manufacturing method.

The method of claim 1,
The pillar and the sacrificial layer is formed at a process temperature higher than the storage node.

Forming a pillar on the substrate on which the storage node contact plug is formed;
Gap-filling the pillars to form a sacrificial layer containing carbon;
Removing the pillar to form a hole in the sacrificial layer;
Forming a storage node in the hole;
Removing the sacrificial layer through plasma etching; And
Plasma treating the surface of the storage node
Capacitor manufacturing method comprising a.

The method of claim 8,
The plasma etching,
Capacitor manufacturing method using a plasma containing oxygen, nitrogen or hydrogen.

The method of claim 8,
Forming the pillar,
Forming an etch stop layer on the substrate;
Forming a buffer film on the etch stop film; And
Selectively etching the buffer layer to form the pillar corresponding to the storage node contact plug
Capacitor manufacturing method comprising a.

The method of claim 8,
The pillar is a capacitor manufacturing method comprising an oxide film or silicon containing material.

The method of claim 8,
The pillar and the sacrificial layer is formed at a process temperature higher than the storage node.

The method of claim 8,
The plasma treatment,
A capacitor manufacturing method using a gas containing fluorine.