KR930009582B1 - Self-aligned stacked capacitor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
제 1 도는 종래의 공정단면도.1 is a conventional process cross-sectional view.
제 2 도는 본 발명의 공정단면도.2 is a cross-sectional view of the process of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 기판 2 : 필드산화막1 substrate 2 field oxide film
3,5,6,7,9 : 산화막 4,8,12 : 다결정규소막3,5,6,7,9 oxide film 4,8,12 polycrystalline silicon film
3a : 게이트 산화막 4a : 다결정규소게이트3a: gate oxide film 4a: polysilicon gate
5a : 게이트 캡산화막 11 : 유전체막5a: gate cap oxide film 11: dielectric film
PR1-PR4: 감광제PR 1 -PR 4 : Photosensitizer
본 발명은 고집적 모스 메모리(Mos Memory)소자의 커패시터 구조 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 자기정합성 적층형 커패시터의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a capacitor structure and a manufacturing method of a highly integrated Mos Memory device, and more particularly, to a structure and a manufacturing method of a self-matching stacked capacitor.
종래의 적층형 커패시터 제조공정을 첨부된 제 1a 도 내지 제 1r 도을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The conventional multilayer capacitor manufacturing process will now be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1R.
먼저 제 1a 도와 같이 통상의 LOCOS(Local Oxidation of Silicon)공정으로 기판(20)위에 필드산화막(21) 필드영역(Field Region)과 액티브영역(Active Region)을 형성한 다음 트랜지스터의 게이트를 형성하기 위해 고열확산로에서 산화막(22)을 성장하고, 제 1b 도와 같이 그 위에 도핑(Doping)된 다결정규소막(또는 다결정 규소막과 실리 사이드 막으로 이루어진 폴리사이드막)(23) 및 게이트 캡용 산화막(24)을 형성한다.First, in order to form a field region and an active region of the field oxide film 21 on the substrate 20 using a conventional LOCOS (Local Oxidation of Silicon) process as shown in FIG. 1A, and then to form a gate of a transistor. The oxide film 22 is grown in a high thermal diffusion furnace, and a polycrystalline silicon film (or a polyside film composed of a polycrystalline silicon film and a silicide film) 23 doped thereon as shown in FIG. 1b and an oxide film 24 for a gate cap. ).
이어 제 1c, d 도와 같이 감광제(PR7)를 증착하고, 노광, 현상하여 워드라인 영역을 정의하고 이를 마스크로 이용하여 상기 산화막(24), 다결정규소막(23), 산화막(22)을 식각하여 상기 필드영역인 필드산화막(21)위에 액티브영역 위에 각각 트랜지스터가 형성되도록 워드라인(Word Line)을 형성한다.Subsequently, the photoresist PR 7 is deposited, exposed, and developed to define a word line region, and the oxide layer 24, the polysilicon layer 23, and the oxide layer 22 are etched using the mask as the first c and d diagrams. Thus, word lines are formed on the field oxide layer 21, which is the field region, so that transistors are formed on the active region, respectively.
이때의 에치공정은 건식에치법으로 상기 다결정 규소막(23)과 산화막(22)을 수직으로 에치하여 다결정규소게이트(23a)와 게이트산화막(22a) 및 게이트 캡 산화막(24a)을 형성한다. 워드라인 형성 후 워드라인을 마스크로 하여 저농도 이온주입으로 소오스와 드레인 영역을 형성한 다음 제 1e 도와 같이 트랜지스터 형성 마스크용 감광제(PR7)를 제거한 다음 제 1f 도와 같이 전체적으로 산화막(25)을 증착하고 RIE(Reactive Ion Etch)법으로 에치백 공정을 거쳐 제 1g 도와 같이 쇼트채널 방지를 위한 측벽산화막(25a)을 형성한다.At this time, the etching process is performed by etching the polycrystalline silicon film 23 and the oxide film 22 vertically by dry etching to form the polycrystalline silicon gate 23a, the gate oxide film 22a, and the gate cap oxide film 24a. After the word line is formed, the source and drain regions are formed by the low concentration ion implantation using the word line as a mask. Then, the photoresist PR 7 for the transistor forming mask is removed as shown in FIG. 1e. Then, the oxide film 25 is entirely deposited as shown in FIG. 1f. The sidewall oxide layer 25a for preventing the short channel is formed through the etch back process by the reactive ion etching (RIE) method as shown in FIG.
그리고나서 상기 측벽산화막(25a)을 마스크로 고농도 이온주입을 실시하여 LDD(Lightly Doped Drain)구조의 소오스와 드레인 접합을 형성한다.Then, high concentration ion implantation is performed using the sidewall oxide layer 25a as a mask to form a source and drain junction of a lightly doped drain (LDD) structure.
이어 제 1h 도와 같이 트랜지스터 다결정규소게이트(23a)와 커패시터의 스토리지 노드(Storage Node)용 다결정규소막을 절연시키기 위한 산화막(26)을 증착한 다음 감광제(PR8)를 이용하여 콘택트 부위를 한정하고 제 1i 도와 같기 감광제(PR8)를 마스크로 이용한 에치공정을 거쳐 산화막(25a)(26) 사이의 접합부위가 커패시터의 스토리지 노드와 연결될 수 있도록 메몰 콘택트(Buried Contact)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 1h, an oxide layer 26 is insulated from the transistor polysilicon gate 23a and the polysilicon layer for the storage node of the capacitor. Then, the contact region is defined using a photoresist PR 8 , and the contact region is defined. A buried contact is formed so that the junction between the oxide layers 25a and 26 may be connected to the storage node of the capacitor through an etch process using a 1i or the same photoresist PR 8 as a mask.
이어 제 1j 도와 같이 매몰 콘택트 형성용 감광제(PR7)를 제거하고 제 1k 도와 같이 스토리지 노드용 다결정 규소막(27)을 메몰 콘택트 부위의 기판(20) 표면위로 증착시킨다.Subsequently, the photosensitive agent PR 7 for forming the buried contact is removed as shown in the 1j chart, and the polysilicon film 27 for the storage node is deposited on the surface of the substrate 20 in the buried contact region as shown in the 1k chart.
이어 제 1l 도와 같이 감광제(PR9)를 이용하여 다결정 규소막(27) 위에 스토리지 노드를 한정하고 상기 감광제(PR9)를 마스크로 제 1m 도와 같이 상기 스토리지 노드용 다결정규소막(27)의 불필요한 부분을 에치하여 제거하므로써 다결정 규소 스토리지노드(27a)을 형성한 다음 제 1n 도와 같이 감광제(PR9)를 깨끗하게 제거해낸다.After the using the help as a photosensitive agent (PR 9) 1l polycrystalline silicon film 27 over limited and the photosensitive material (PR 9) unnecessary in as claim 1m help to mask the storage node polysilicon film 27 for the storage node The etched portion is removed to form the polycrystalline silicon storage node 27a, and then the photoresist PR 9 is removed as shown in FIG. 1n.
그리고 제 1o 도와 같이 커패시터 유전체막으로서 ONO(Oxide Nitride-Oxide)막(8)을 형성하고 그 위에 플레이트(plate)용 다결정규소막(29)을 증착시킨다.An oxide Nitride-Oxide (ONO) film 8 is formed as a capacitor dielectric film as shown in FIG. 1O, and a polysilicon film 29 for a plate is deposited thereon.
마지막 단계로 제 1p 도와 같이 감광제(PR10)를 이용하여 다결정규소막(29)을 한정한 후 제 1q 도와 같이 상기 감광제(PR10)를 마스크로 다결정규소막(29)을 에치하여 불필요한 부분을 제거하므로써 다결정규소 플레이트(29a)를 형성한다.As a final step, the polysilicon film 29 is defined using the photosensitive agent PR 10 as shown in the 1p diagram, and the polysilicon layer 29 is etched using the photosensitive agent PR 10 as a mask as shown in the 1q diagram. By removing, the polysilicon plate 29a is formed.
그리고 제 1r 도와 같이 다결정규소 플레이트 마스크용 감광제(PR10)를 제거하므로써 적층형 커패시터가 완성된다.The multilayer capacitor is completed by removing the photosensitive agent PR 10 for the polysilicon plate mask as shown in FIG. 1r.
그러나 상기 종래기술은 다음과 같은 단점이 있었다.However, the prior art has the following disadvantages.
첫째, 커패시터의 면적을 충분히 확보할 수 없으므로 정전용량이 적어 디램의 재 충전(Refresh) 특성과 소자신뢰도가 저하되는 단점이 있었다.First, since the capacitance of the capacitor cannot be sufficiently secured, there is a disadvantage in that the refresh characteristics and device reliability of the DRAM are reduced due to the low capacitance.
둘째, 충분한 용량의 커패시터를 얻기 위해서는 적층(Stack) 구조를 크게 할 수 밖에 없으나 그렇게 되면 소자의 집적도가 낮아질 뿐만 아니라 칩의 면적이 커지므로 고집적화 소자의 콤팩트(Compact)화에 부적합하다.Second, in order to obtain a capacitor having sufficient capacity, the stack structure must be increased, but it is not suitable for compacting a highly integrated device because the integration of the device is reduced and the area of the chip is increased.
본 발명은 상기 단점을 제거키 위한 것으로 동일면적의 집적도하에 커패시터의 면적을 늘려 정전용량을 증가시키므로써 소자의 재충전 특성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 자기정합성 공정을 사용하므로써 공정의 효율화를 기하고 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 자기정합성 커패시터의 구조 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to eliminate the above drawbacks to increase the capacitance by increasing the area of the capacitor under the same area of integration to increase the recharging characteristics of the device, as well as to improve the efficiency of the process by using a self-matching process It is an object of the present invention to provide a structure and method of a self-matching capacitor that can improve the characteristics of.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판위에 통상의 방법으로 필드영역과 액티브영역을 형성하고 상기 두 영역에 각각 트랜지스터 구조를 형성하는 공정에 있어서, 전체적으로 메몰 콘택트 에치용 산화막과 커패시터 확장용의 도우프되지 않은 다결정 규소막 및 산화막을 차례로 형성하는 단계, 상기 각 트랜지스터 윗 부분의 커패시터 확장용 산화막과 다결정 규소막 위에 커패시터 확장용 산화막은 수직으로 에치하고 다결정 규소막은 등방성으로 에치하여 돌출부 형상으로 형성하는 단계, 메몰 콘택트용 산화막 위에 각 트랜지스터 구조 사이에 메몰 콘택트를 형성하는 단계, 상기 굴곡된 형상을 따라 전체적으로 스토리지노드용 다결정 규소막을 증착한 후 감광제를 도포하고 이들을 후처리 에치법으로 상기 커패시터 확장용 산화막이 드러날때까지 에치하는 단계, 상기 커패시터 확장용 산화막은 습식에치법으로 제거하는 단계, 커패시터 유전체막과 플레이트용 다결정 규소막을 차례로 증착하고 불필요한 부분은 제거하는 단계를 차례로 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the step of forming a field region and an active region on a substrate in a conventional manner, and a transistor structure in each of the two regions, the oxide film for etch contact etching and the dough for capacitor expansion as a whole Forming an undoped polycrystalline silicon film and an oxide film sequentially, wherein the capacitor expansion oxide film on the upper portion of each transistor and the capacitor expansion oxide film are vertically etched on the polycrystalline silicon film, and the polycrystalline silicon film is isotropically etched to form a protrusion shape. Forming a contact between the transistor structures on the oxide contact oxide film; depositing a polysilicon film for a storage node as a whole along the curved shape, and then applying a photoresist to the oxide expansion film; Will be revealed Etching until the capacitor expansion oxide film is wet-etched; depositing the capacitor dielectric film and the polycrystalline silicon film for the plate in order and removing unnecessary portions.
또한 본 발명은 필드영역과 액티브영역에 위치한 각 게이트상의 스토리지노드에 각각 돌출부를 갖는 적층형 커패시터에 있어서, 상기 각 돌출부가 트렌치 되어 커패시터 면적이 확장된 웅덩이 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 자기정합성 적층형 커패시터 구조를 포함한다.In addition, the present invention provides a stacked capacitor having protrusions at each storage node on each gate located in the field region and the active region, wherein the protrusions are trenched to have a puddle shape in which the capacitor area is expanded. It includes.
이를 첨부된 제 2 도 (a) 내지 (o)을 참조하여 상술하면 다음과 같다.This will be described in detail with reference to the attached second drawings (a) to (o) as follows.
먼저 제 2a 도와 같이 통상의 LOCOS 공정으로 기판(1) 위에 필드산화막(2)을 형성하여 필드영역과 액티브영역을 한정한 다음 게이트용 산화막(3)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, the field oxide film 2 is formed on the substrate 1 by the conventional LOCOS process to define the field region and the active region, and then the gate oxide film 3 is formed.
그리고 제 2b 도와 같이 트랜지스터를 형성하기 위해 전체적으로 게이트용 다결정규소막(4) 및 게이트캡용 산화막(5)을 차례로 형성하고 제 2c 도와 같이 감광제(PR1)를 이용하여 게이트를 한정한 다음 제 2d 도와 같이 불필요한 부분을 제거하여 게이트 산화막(3a)과 다결정규소 게이트(4a) 및 게이트 캡산화막(5a)을 형성한다.In order to form a transistor as shown in FIG. 2B, the gate polycrystalline silicon film 4 and the gate cap oxide film 5 are sequentially formed in turn, and the gate is limited using the photosensitive agent PR 1 as shown in FIG. 2C. Likewise, unnecessary portions are removed to form the gate oxide film 3a, the polysilicon gate 4a, and the gate cap oxide film 5a.
그후, 게이트를 마스크로 이용하고 저농도 이온주입으로 저농도 소오스와 드레인영역을 형성한 뒤, 제 2e 도와 같이 게이트 한정용 감광제(PR1)를 제거한 다음 제 2f 도와 같이 측벽산화막용 산화막(6)을 증착하고 이를 RIE 에치하여 제 2g 도와 같이 측벽산화막(6a)을 형성하므로써 필드영역과 액티브영역에 각각 트랜지스터를 완성하여 워드라인을 형성한다.Thereafter, using the gate as a mask and forming a low concentration source and a drain region by low concentration ion implantation, the photoresist for limiting gate PR 1 is removed as shown in FIG. 2e and then the oxide film 6 for sidewall oxide film as in FIG. 2f is deposited. The RIE is etched to form the sidewall oxide film 6a as shown in FIG. 2G to form a word line by completing transistors in the field region and the active region, respectively.
그리고 고농도 소오스와 드레인 이온을 주입하여 LDD 구조의 소오스와 드레인 접합(도시되지 않음)을 형성한다.A high concentration source and drain ions are implanted to form a source and drain junction (not shown) of the LDD structure.
이어 제 2h 도와 같이 메몰콘택트 에치용 산화막(7)과 커패시터 확장을 위한 약 3000Å-6000Å 두께의 도우피되지 않은 다결정규소막(8)과 약 2000-6000Å 두께의 산화막(9)을 차례로 형성한 다음 제 2i 도와 같이 자기(Self) 정합(Matching)이 되도록 필드영역가 액티브 영역의 각 트랜지스터 상측에 있는 다결정규소막(8)과 산화막(9)의 일정부분을 감광제(PR2)를 이용하여 한정한 다음 제 2j 도와 같이 굴곡지게 에치한다.Subsequently, as shown in FIG. 2h, an oxide film 7 for etch contact etch, an undoped polysilicon film 8 having a thickness of about 3000 Å-6000 과 and an oxide film 9 having a thickness of about 2000-6000 과 are formed in order. As shown in Fig. 2i, a portion of the polysilicon film 8 and the oxide film 9 in which the field region is located above each transistor in the active region so as to be self-matched is defined using a photosensitive agent PR 2 . It is etched flexibly with the 2j tile.
이때 상측의 산화막(9)은 기판(1)의 표면에 대해 수직방향으로 건식 에치하고 하측의 다결정규소막(8)은 SF6GAs나 Cl2+SF6GAs를 사용하여 약 1000-3000Å의 두께를 등방성(Isotropic) 에치하여 굴곡형상을 만든다.At this time, the upper oxide film 9 is dry etched vertically with respect to the surface of the substrate 1 and the lower polysilicon film 8 is about 1000-3000 mm thick using SF 6 GAs or Cl 2 + SF 6 GAs. Isotropically etched to form a bend.
여기서 등방성에치는 건식에치법으로 수직에치한 다음 습식에치법으로 다시 에치하는 순으로 이루어짐으로써 만들 수 있다.The isotropic etch can be made by vertical etch with dry etch followed by etch again with wet etch.
이어 제 2k 도와 같이 감광제(PR3)를 이용하여 메몰 콘택트를 한정하고 산화막(7)을 에치하여 메몰 콘택트를 형성한 다음 약 100-500Å 두께로 열적산화막(도시되지 않음)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2k, the photoresist PR 3 is used to define the mem contact, and the oxide film 7 is etched to form the mem contact, and then a thermally oxidized film (not shown) is formed to a thickness of about 100-500 kPa.
제 2l 도와 같이 스토리지 노드용 다결정규소막(10)을 산화막(7)과 오픈된 메몰 콘택트 및 상기 굴곡형 상의 다결정규소막(8)과 산화막(9)의 굴곡을 따라 약 500-2500Å의 두께로 증착시킨다.As shown in FIG. 2L, the polysilicon film 10 for the storage node has a thickness of about 500-2500 kPa along the open contact with the oxide film 7 and the bend of the bent polycrystalline silicon film 8 and the oxide film 9. Deposit.
그리고 제 2m 도와 같이 전체적으로 감광제(PR4)를 도포하고 감광제(PR4)과 스토리지노드용 다결정 규소막(10)과의 에치율비가 1 : 1 또는 2 : 1정도가 되도록 설정한 다음 후처리 에치(Etch Back)한다.And applies a photosensitive material (PR 4) as a whole, such as to help the 2m and a photosensitive agent (PR 4), and the ratio of first etch rate in the storage node polysilicon layer (10): 1 or 2: set to 1 degree, and then the post-processing etch (Etch Back)
이때 에치정도는 상기 커패시터 확장용 산화막(9)을 감싸고 있는 스토리지노드용 다결정규소막(10)을 상기 커패시터 확장용 산화막(9)의 표면이 드러나도록 한다.In this case, the etch degree may expose the surface of the capacitor expansion oxide film 9 to the polysilicon film 10 for the storage node surrounding the capacitor expansion oxide film 9.
이와 같이 후처리 에치가 끝나면 상기 표면이 드러난 커패시터 확장용 산화막(9)을 제 2n 도와 같이 습식에치법으로 제거한 다음 감광제(PR4)를 제거한다.When the post-treatment etch finishes as described above, the surface of the capacitor-extended oxide film 9 is removed by wet etching, as shown in 2n, and then the photoresist PR 4 is removed.
여기서, 상기 산화막(9)의 습식에치 두께는 증착두께에 약 2000Å 정도를 더한 값이다.Here, the wet etch thickness of the oxide film 9 is obtained by adding about 2000 kPa to the deposition thickness.
이어 상기 스토리지노드용 다결정규소막(10)의 굴곡을 따라 ONO막이나 NO막 또는 Ta2O5를 사용하여 커패시터 유전체막(11)을 증착시키고 제 2o 도와 같이 도우프된 다결정규소막(In-Situ Doped Polysi)이나 다결정 규소막을 증착시킨 다음 커패시터의 플레이트용 다결정규소막(12)을 약 1000-3000Å의 두께로 형성하므로써 자기정합성 적층형 커패시터는 제조된다.Subsequently, the capacitor dielectric layer 11 is deposited using the ONO layer, the NO layer, or Ta 2 O 5 along the curvature of the polysilicon layer 10 for the storage node, and the doped polysilicon layer (In −) is doped. A self-matching multilayer capacitor is manufactured by depositing Situ Doped Polysi) or a polycrystalline silicon film and then forming a polysilicon film 12 for the plate of the capacitor to a thickness of about 1000-3000 Å.
이상과 같이 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.
첫째, 동일면적의 집적도하에 커패시터의 정전용량을 증대시키므로써 소자의 재 충전특성을 개선시킬 수 있다.First, it is possible to improve the recharging characteristics of the device by increasing the capacitance of the capacitor under the same area of integration.
둘째, 자기정합성 공정을 사용하므로써 공정효율을 증대시킬 수 있고, 또한 제품의 특성을 향상시킬 수 있다.Second, the use of self-matching process can increase the process efficiency, and can also improve the characteristics of the product.
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