KR101128721B1 - 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스토리지노드콘택홀을 제공하는 다층 구조의 층간절연막을 단순화하여 스토리지노드콘택홀의 버티칼식각을 가능케하며, 식각율 예측이 용이하여 콘택홀이 활성영역에 도달하지 않는 위험을 제거할 수 있는 엠디엘(MDL) 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법은 반도체 기판 상부에 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 게이트전극 상부에 보더리스콘택을 위한 제1절연막(산화막)을 형성하는 단계, 상기 제1절연막 상부에 층간절연을 위한 제2절연막(산화막)을 형성하는 단계, 상기 제2절연막 상에 하부전극의 면적 확보를 위한 제3절연막(질화물)을 형성하는 단계, 상기 제3절연막을 선택적으로 식각하여 스토리지노드콘택홀의 일부를 개방시키는 단계, 상기 식각처리된 제3절연막을 마스크로 하여 상기 제2절연막과 제1절연막을 식각하여 상기 반도체기판의 표면을 노출시키는 스토리지노드콘택홀을 완전히 개방시키는 단계, 상기 스토리지노드콘택홀을 통해 상기 반도체 기판의 일부와 연결되는 스토리지노드콘택을 겸하는 하부전극을 형성하는 단계, 및 상기 제3절연막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함한다.

MDL, 로직소자, 스토리지노드콘택홀, 질화물, 선택비, 버티칼식각

Description

엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법{METHOD FOR FORMING STORAGENODE CONTACT IN MERGED DRAM LOGIC DEVICE}

도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 도시한 공정 단면도,

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 도시한 공정 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

31 : 반도체 기판 32 : 소자분리막

33 : 게이트절연막 34 : 게이트전극

35 : 게이트스페이서 36 : 산화막

37 : 실리콘금속화합물 38 : 바텀절연막

39 : 층간절연산화막 40 : 질화물

41 : 마스크 43 : 스토리지노드콘택홀

44 : 하부전극 45 : 하부전극 측벽

46 : 유전막 47 : 상부전극

48 : 금속배선

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 MDL 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법에 관한 것이다.

DRAM과 CPU 사이의 성능 차이의 증가는 하나의 칩에 DRAM 어레이를 드라이브시키는 로직회로를 머지하는 새로운 기능의 시스템을 요구하게 되었다. 이러한 접근은 단품 DRAM이나 로직소자에 비해 많은 데이타라인, 저전력 소자, 노이즈면역성, 작은 면적 등의 장점이 있다.

이러한 장점들을 살리기 위해서, 현재 MDL 제품이 여러가지로 시도되고 있다. 즉, 로직소자와 단품 DRAM 어레이를 하나의 칩에 머지한 시스템온칩(System On Chip; SOC) 구현을 위해서, 로직소자와 DRAM이 단일 웨이퍼에서 동일한 공정을 진행하여 동시에 만들어지면서 각각 그 특성에 맞게 동작하는 MDL(Merged DRAM and Logic) 소자가 개발중이다.

이 MDL 소자중 하나로 스택형 캐패시터을 사용하여 원활한 캐패시터 용량을 확보할 수 있는데, 스택형 캐패시터를 구현하기 위해서는 층간절연막 위에 캐패시터를 형성하여야 하고, 캐패시터와 하부의 활성영역과의 연결은 스토리지노드콘택을 사용하여 하부전극인 실리콘과 활성영역을 연결시켜준다.

도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(11)에 소자분리막(12)을 형성한 후, 반도체 기판(11) 상에 게이트절연막(13)을 형성한다.

이어서, 게이트절연막(13) 상에 게이트전극(14)을 형성하고, 게이트전극(14)의 양측벽에 접하는 게이트스페이서(15)를 형성한다.

이어서, 제1산화막(16)을 증착한 후 마스크스텝으로 캐패시터가 형성되는 활성영역에만 제1산화막(16)을 남긴 후 실리콘금속화합물(17)을 형성한다. 예컨대, 게이트전극의 상면과 캐패시터가 형성되는 활성영역을 제외한 나머지 활성영역 표면 상에 실리사이드물질을 형성해준다.

다음으로, 보더리스콘택(Borderless contact) 형성을 위한 제1질화물(18)을 증착하고, 연속해서 층간절연산화막(19)을 증착한다.

이어서, 습식각배리어 역할을 하는 제2질화물(20)을 증착하고, 제2질화물(20) 상에 캐패시터 면적 확보를 위한 제2산화막(21)을 증착한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 스토리지노드콘택 식각을 진행하여 스토리지노드콘택홀(22)을 형성한다.

이때, 스토리노드콘택홀(22) 형성을 위해 식각되는 물질은 제2산화막(21), 제2질화물(20), 층간절연산화막(19), 제1질화물(18), 제1산화막(16)이다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 스토리지노드콘택홀(22)을 채울때까지 폴리실리콘막을 증착한 후, 마스크스텝으로 패터닝하여 스토리지노드콘택홀(22)을 통해 반 도체기판(11)과 연결되는 스토리지노드콘택을 겸하는 하부전극(23)을 형성한다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 제2산화막(21)을 선택적으로 습식식각한 후, 전면에 실리콘막을 증착한 후 마스크 스텝없이 건식식각하여 하부전극측벽(24)을 형성한다.

도 1e에 도시된 바와 같이, 전면에 유전막(25)을 증착하고, 유전막(25) 상에 실리콘막을 증착한 후 마스크스텝으로 패터닝하여 상부전극(26)을 형성한다.

다음으로, 층간절연막(27)을 형성한 후, 금속배선을 위한 콘택 식각을 진행한다. 이어서, 금속막 증착 및 패터닝을 통해 금속배선(28)을 완성한다.

전술한 바와 같이, 종래기술은 스토리지노드콘택홀(22)을 형성하기 위한 식각 공정시 식각해야될 층간절연막이, 제2산화막(21), 제2질화물(20), 층간절연산화막(19), 제1질화물(18), 제1산화막(16)으로 이루어진 복잡한 다층 구조이다. 즉, 층간절연막이 단일구조가 아니라 각각의 목적을 가진 서로 다른 성질의 복잡한 다층 구조를 가진다.

이러한 다층 구조의 층간절연막을 한번의 마스크 스텝으로 식각해내기 위해서는 막질간 선택비가 있는 식각종으로 각 막질을 식각하거나, 선택비가 없는 식각종으로 막질을 식각하거나, 또는 둘다를 섞어서 사용하여 식각하게 된다.

첫번째는 공정비용과 시간을 많이 소요하며,두, 세번째 경우는 정확한 식각율 계산이 어려워 식각시 활성영역을 과도하게 식각하거나, 식각이 약하여 활성영역까지 식각이 되지 않아 즉, 콘택홀이 활성영역까지 도달하지 못하여 캐패시터 배선 연결이 안되어 캐패시터 동작을 못하게 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 여러가지 목적을 가진 다층 구조의 층간절연막을 단순화하여 스토리지노드콘택홀의 버티칼식각을 가능케하며, 식각율 예측이 용이하여 콘택홀이 활성영역에 도달하지 않는 위험을 제거할 수 있는 엠디엘(MDL) 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법은 반도체 기판 상부에 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 게이트전극 상부에 보더리스콘택을 위한 제1절연막을 형성하는 단계, 상기 제1절연막 상부에 층간절연을 위한 제2절연막을 형성하는 단계, 상기 제2절연막 상에 하부전극의 면적 확보를 위한 제3절연막을 형성하는 단계, 상기 제3절연막을 선택적으로 식각하여 스토리지노드콘택홀의 일부를 개방시키는 단계, 상기 식각처리된 제3절연막을 마스크로 하여 상기 제2절연막과 제1절연막을 식각하여 상기 반도체기판의 표면을 노출시키는 스토리지노드콘택홀을 완전히 개방시키는 단계, 상기 스토리지노드콘택홀을 통해 상기 반도체 기판의 일부와 연결되는 스토리지노드콘택을 겸하는 하부전극을 형성하는 단계, 및 상기 제3절연막을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1절연막과 제2절연막은 산화막으로 형성하고, 상기 제3절연막은 질화물로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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.

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31)에 소자분리막(32)을 형성한 후, 반도체 기판(31) 상에 게이트절연막(33)을 형성한다. 여기서, 소자분리막(32)은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 통해 형성한다.

이어서, 게이트절연막(33) 상에 게이트전극(34)을 형성하고, 게이트전극(34)의 양측벽에 접하는 게이트스페이서(35)를 형성한다. 여기서, 게이트전극(34)은 폴리실리콘막으로 형성하고, 게이트스페이서(35)는 산화막과 질화막의 적층으로 형성한다.

이어서, 전면에 산화막(36)을 증착한 후 마스크스텝으로 캐패시터가 형성되는 활성영역에만 산화막(36)을 남긴 후 실리콘금속화합물(37)을 형성한다. 예컨대, 게이트전극(34)의 상면과 캐패시터가 형성되는 활성영역을 제외한 나머지 활성영역 표면 상에 실리사이드물질을 형성해준다.

다음으로, 보더리스콘택(Borderless contact) 형성을 위한 바텀절연막(38)을 증착하고, 연속해서 층간절연을 위한 층간절연산화막(39)을 증착 및 평탄화한다. 여기서, 바텀절연막(38)은 종래기술의 제1질화물과 동일한 역할을 수행하는데, 본 발명은 질화물로 형성하지 않고 산화막으로 형성한다. 예컨대, 바텀절연막(38)은 300Å～1000Å 두께로 형성한다.

이어서, 층간절연산화막(39) 상에 캐패시터 면적 확보를 위한 질화물(40)을 증착한다.

이때, 질화물(40)은 캐패시터 면적 확보를 위해 500Å～4000Å 두께로 형성한다. 종래기술은 캐패시터 면적 확보를 위해 제2질화물과 제2산화막을 500Å～4000Å 두께로 형성하였으나, 본 발명은 제2산화막을 생략하고 질화물(40)을 종래기술보다 더 두꺼운 500Å～4000Å 두께로 형성하고 있다.

상기 질화물(40)은 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방법으로 증착한다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 마스크스텝을 진행하여 마스크(41)를 형성한 후, 마스크(41)를 식각배리어로 질화물(40)을 식각하여 스토리지노드콘택홀의 1차 개구부(42)를 형성한다. 이때, 마스크(41)를 이용한 식각공정시 질화막과 산화막의 식각선택비가 30:1～50:1이 되도록 한다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 마스크(41)를 스트립한 후, 질화물(40)을 마스크로 하여 층간절연산화막(39)을 건식식각으로 식각하여 이방성식각, 즉 버티컬 식각 프로파일(Vertical etch profile)을 갖는 스토리지노드콘택홀(43)을 완전히 개방시킨다. 상기 스토리지노드콘택홀(43) 형성을 위한 식각시 층간절연산화막(39)과 반도체기판(31)의 식각선택비가 30:1～50:1이 되도록 식각하여 반도체기판(31)의 식각손실을 줄인다.

이때, 스토리지노드콘택홀(43)을 위해 식각되는 물질은 질화물(40)을 마스크로 이용하므로 층간절연산화막(39), 바텀절연막(38) 및 산화막(36)이다. 즉, 산화 막의 한 종류 물질이다.

결국, 스토리지노드콘택홀(43)을 제공하기 위한 층간절연막 구조는 산화막(36), 바텀절연막(38), 층간절연산화막(39)으로 된 산화막과 질화물의 두종류 물질의 적층구조이다.

도 2d에 도시된 바와 같이, 스토리지노드콘택홀(43)을 채울때까지 폴리실리콘막을 증착한 후, 마스크스텝으로 패터닝하여 스토리지노드콘택홀(43)을 통해 반도체기판(31)과 연결되는 스토리지노드콘택을 겸하는 하부전극(44)을 형성한다.

도 2e에 도시된 바와 같이, 질화물(40)을 선택적으로 습식식각한다. 이때, 질화물(40)은 인산(H₃PO₄) 용액을 이용하여 하부의 층간절연산화막(39)의 손실없이 선택적으로 식각한다.

위와 같이, 질화물(40)을 제거하므로써 하부전극의 표면적을 넓힐 공간을 확보해준다.

도 2f에 도시된 바와 같이, 질화물(40) 식각후 노출된 하부전극(44)의 전면에 실리콘막을 증착한 후 마스크 스텝없이 건식식각하여 하부전극측벽(45)을 형성한다. 이와 같이 하부전극측벽(45)을 형성해주므로써 캐패시터의 표면적 증대를 얻는다.

이어서, 전면에 유전막(46)을 증착하고, 유전막(46) 상에 실리콘막을 증착한 후 마스크스텝으로 패터닝하여 상부전극(47)을 형성한다.

다음으로, 층간절연막(48)을 형성한 후, 금속배선을 위한 콘택 식각을 진행 한다. 이어서, 금속막 증착 및 패터닝을 통해 금속배선(49)을 완성한다.

전술한 실시예에 따르면, 질화물(40)을 식각배리어로 식각하여 스토리지노드콘택홀(43)을 완전히 개방시킬 때 식각되는 물질이, 층간절연산화막(39), 바텀절연막(38), 산화막(36)의 한 종류이므로 즉 식각시 단일 종류 식각만 하게 하므로서 식각선택비를 높일 수 있다.

이로써, 하부전극과 활성영역간을 식각율 제어를 통해 원활하게 연결할 수 있다. 이는 스택형 캐패시터 하부의 층간절연막 구조를 단순화하여 식각공정을 안정화하여 콘택낫오픈(Contact not open)을 방지하여 공정신뢰성을 높이고, 수율을 향상시켜 스택형 캐패시터를 사용하는 엠디엘 소자를 제조할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은 스토리지노드콘택홀을 제공하는 층간절연막을 두 가지로 단순화하므로써 선택적 선택비를 향상시켜 식각진행시 위험요소를 제거하여 식각공정의 신뢰성 및 수율을 향상시켜, 스택형 캐패시터 디램을 사용하는 엠디엘 소자의 제조능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 반도체 기판 상부에 게이트전극을 형성하는 단계;

   상기 반도체 기판의 상부 전면에 산화막을 증착한 후 캐패시터가 형성될 활성영역에만 상기 산화막을 잔류시키는 단계;

   상기 게이트전극 상부에 보더리스콘택을 위한 바텀절연막을 형성하는 단계;

   상기 바텀절연막 상부에 층간절연을 위한 층간절연산화막을 형성하는 단계;

   상기 층간절연산화막 상에 하부전극의 면적 확보를 위한 질화물을 형성하는 단계;

   상기 질화물을 선택적으로 식각하여 스토리지노드콘택홀의 일부를 개방시키는 단계;

   상기 식각처리된 질화물을 마스크로 하여 상기 층간절연산화막, 상기 바텀절연막 및 상기 산화막을 동시에 식각하여 상기 반도체기판의 표면을 노출시키는 스토리지노드콘택홀을 완전히 개방시키는 단계;

   상기 스토리지노드콘택홀을 통해 상기 반도체 기판의 일부와 연결되는 스토리지노드콘택을 겸하는 하부전극을 형성하는 단계; 및

   상기 질화물을 선택적으로 제거하는 단계

   를 포함하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 바텀절연막은 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 바텀절연막은,

   300Å～1000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 질화물은,

   500Å～4000Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 질화물은 CVD 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 질화물 식각시, 상기 층간절연산화막과의 식각선택비가 30:1～50:1이 되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 층간절연산화막과 상기 바텀절연막 식각시,

   이방성 버티컬 식각으로 진행하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 층간절연산화막과 상기 바텀절연막 식각시,

   상기 반도체기판과의 식각선택비가 30:1～50:1이 되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 엠디엘 소자의 스토리지노드콘택 형성 방법.

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