KR100346454B1 - 반도체소자의 저장전극 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 저장전극 형성방법에 관한 것으로, 고집적 반도체소자에서 정전용량을 증가시키기 위하여 형성되는 준안정다결정실리콘(meta-stabl poly silicon, MPS)막을 형성한 다음, 선택적 에피택셜 성장(selective epitaxial growth, SEG)막을 형성하면서 인시튜(insitu)로 인(phosphorus)을 도핑하기 때문에 도핑공정에 의해 상기 MPS막이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 후속 세정공정에서 인이 손실되더라도 인이 도핑되어 있는 SEG막이 충분하게 형성되어 있기 때문에 소자의 특성을 저하시킬 문제가 없으며, 기존의 챔버(chamber)와 동일한 챔버타입의 장비를 사용할 수 있으므로 별도의 장비를 구비할 필요가 없고, 튜브타입(tube type)의 장비를 사용하는 경우 처리량(throughput)을 높일 수 있는 기술이다.

Description

반도체소자의 저장전극 형성방법{Fabricating method for storage node of semiconductor device}

본 발명은 반도체소자의 저장전극 형성방법에 관한 것으로서, 특히 표면적을 증가시키기 위하여 형성되는 준안정다결정실리콘(meta-stable polysilicon, 이하 MPS 라 함)막의 도핑공정시 상기 MPS 막의 손상을 방지하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체소자의 고집적화가 1G DRAM급 이상으로 증가됨에 따라 캐패시터의 고정전용량이 요구되고 있다. 이를 해결하기 위해 캐패시터의 유전상수가 높은 물질을 사용하는 방법, 유전체막의 두께를 얇게 형성하는 방법, 저장전극의 표면적을 증대시키는 방법 등이 대두되고 있다.

도 1a 내지 도 1d 는 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도이고, 도 2a 및 도 2b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법의 문제점을 도시한 단면도이다.

먼저, 반도체기판(11) 상에 소자분리 산화막(도시안됨)과 게이트산화막(도시안됨)을 형성하고, 게이트전극(도시안됨)과 소오스/드레인전극(도시안됨)으로 구성되는 모스 전계효과 트랜지스터와 비트라인(도시안됨)을 형성한다.그리고, 전체표면 상부를 평탄화시키는 층간절연막(13)을 형성하고 이를 통하여 상기 상기 소오스/드레인전극 에 접속되는 저장전극 콘택플러그(15)를 형성한다.

다음, 상기 저장전극 콘택플러그와 접속되는 저장전극용 제1도전층(17)을 형성한다. 상기 저장전극용 제1도전층(17)은 후속공정으로 MPS막을 형성하기 위하여 불순물이 저농도로 도핑된 다결정실리콘을 이용하여 스택형 또는 실린더형구조로 형성한다. (도 1a 참조)

다음, 상기 저장전극용 제1도전층(17)의 표면에 저장전극용 제2도전층인 MPS막(19)을 형성하여 저장전극의 표면적을 증가시킨다. (도 1b 참조)

그 다음, 저농도인 저장전극용 제1도전층(17)의 농도를 높이기 위하여 PH₃를 이용해 상기 MPS막(19)의 표면을 플라즈마처리한다. (도 1c 참조)

그 후, 유전체막(도시안됨) 및 상부전극(도시안됨)을 형성하여 캐패시터를 완성한다. (도 1d 참조)

상기와 같은 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은, 저장전극의 표면적을 증가시키기 위하여 상기 저장전극용 제1도전층의 표면에 저장전극용 제2도전층인 MPS막을 형성하고, 상기 MPS막이 형성된 웨이퍼를 PH₃챔버(chamber) 안에서 PH₃앰비언트(ambient)하에서 플라즈마처리하여 인을 도핑한다. 그러나, 도 2a 에 도시된 플라즈마처리된 MPS막(21)의 ⓐ부분과 같이 플라즈마에 의한 손상이 발생된다. 또한, 후속 절연막의 형성공정시 자연산화막을 제거하기 위해여 실시하는 세정공정시 도 2b 에 도시된 바와 같이 표면의 도핑된 인이 다량 손실된다. 따라서, 저장전극 내의 인 농도가 저하되고, 캐패시턴스의 디플리션(depeletion) 현상이 발생되며 캐패시턴스의 최저값(C_min)의 저하되는 등의 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 삼차원 구조의 저장전극 표면에 MPS막을 형성하고 상기 MPS막 표면에 선택적 에피택셜 성장 ( selective epitaxial growth, 이하 SEG 라 함 ) 막을 형성하는 동시에 인시튜로 인 불순물을 도핑함으로써 상기 MPS 막의 표면이 플라즈마에 의해 손상되는 현상을 방지하여 캐패시터의 전기적 특성을 향상시키는 반도체소자의 저장전극 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1d 는 종래기술에 따른 반도체소자의 캐패시터 형성방법을 도시한 단면도.

도 2a 및 도 2b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법의 문제점을 도시한 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

11, 12 : 반도체기판 13, 14 : 층간절연막

15, 16 : 저장전극콘택플러그 17, 18 : 저장전극용 제1도전층

19, 20 : MPS막 21 : 플라즈마 도핑된 MPS막

22 : SEG막

이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은,반도체기판 상에 저장전극 콘택플러그가 구비된 층간절연막을 형성하는 공정과,상기 저장전극 콘택플러그와 접속되는 저장전극용 도전층을 형성하는 공정과,상기 저장전극 도전층 표면에 선택적으로 준안정다결정실리콘(MPS)막을 형성하는 공정과,

상기 준안정다결정실리콘막 표면에 선택적 에피택셜 성장(SEG)막을 형성하며 인시튜로 인을 도핑하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법을 도시한 단면도이다.

먼저, 반도체기판(12) 상에 소자분리 산화막(도시안됨)과 게이트 산화막(도시안됨)을 형성하고, 게이트 전극(도시안됨)과 소오스/드레인전극(도시안됨)으로 구성되는 모스 전계효과 트랜지스터와 비트라인(도시안됨)을 형성한다.그리고, 전체표면 상부를 평탄화시키는 층간절연막(14)을 형성하고 이를 통하여 상기 소오스/드레인전극에 접속되는 저장전극 콘택플러그(16)를 형성한다.

다음, 상기 저장전극 콘택플러그(16)와 접속되는 저장전극용 제1도전층(18)을 형성한다.

그 다음, 상기 저장전극용 제1도전층(18)의 표면에 MPS막(20)을 형성한다.

다음, 상기 MPS막(20)의 표면에 SEG막(22)을 형성하는 동시에 인(phosphorus)을 인시튜로 도핑한다.

이때, 상기 SEG막(22)의 증착공정 및 도핑공정은 저압화학기상증착(low pressure chemical vapor deposition, 이하 LPCVD 라 함)방법으로 실시하되, DCS(Si₂H₆) 가스 또는 MS(SiH₄) 가스를 베이스 가스로 사용하며, 1 ∼ 5% PH₃/H₂가스 또는 1 ∼ 5% PH₃/SiH₄가스를 동시에 흘려주면서 실시한다.

여기서, 상기 DCS가스를 사용하는 상기 SEG막 성장 및 도핑공정은 700 ∼ 950℃의 온도, 1.0 ∼ 100 torr의 압력하에서 0.1 ∼ 1 slm 의 DCS(Si₂H₆)가스, 30 ∼ 150 slm 의 H₂가스, 0 ∼ 1.0slm의 HCl를 사용하는 동시에 0.1 ∼ 0.5 slm 의 1 ∼ 5% PH₃/H₂를 흘려주는 조건으로 실시한다.

다음, 상기 MS 가스를 사용하여 상기 SEG 막 성장 및 도핑공정은 700 ∼ 950℃의 온도, 1.0 ∼ 100torr의 압력하에서 0.1 ∼ 1 slm 의 MS(SiH₄)가스, 30 ∼ 150 slm 의 H₂가스, 0.5 ∼ 5.0slm의 HCl 를 사용하는 동시에 0.1 ∼ 0.5 slm 의 1 ∼ 5% PH₃/H₂를 흘려주는 조건으로 실시한다.

상기와 같이 수십Å 두께의 도핑된 SEG막(22)을 형성하여 도핑공정을 실시하므로 후속공정에서 인이 손실되어도 저장전극 내의 인의 농도가 저하되는 문제는없다.

상기 공정은 MPS막(20)을 형성하는 챔버와 동일한 챔버타입을 사용하여 실시하는 방법과 튜브타입을 사용하여 실시하는 방법이 있으나, 공정조건과 결과는 거의 유사하다. (도 3 참조)

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체소자의 저장전극 형성방법은, 고집적 반도체소자에서 정전용량을 증가시키기 위하여 형성되는 MPS막을 형성하고 SEG 막을 형성하면서 인시튜로 인을 도핑하기 때문에 도핑공정에 의해 상기 MPS막이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 후속 세정공정에서 인이 손실되더라도 인이 도핑되어 있는 SEG막이 충분하게 형성되어 있기 때문에 소자의 특성을 저하시킬 문제가 없으며, 기존의 챔버와 동일한 챔버 타입의 장비를 사용할 수 있으므로 별도의 장비를 구비할 필요가 없고, 튜브타입의 장비를 사용하는 경우 처리량(throughput)을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 반도체기판 상에 저장전극 콘택플러그가 구비된 층간절연막을 형성하는 공정과,

   상기 저장전극 콘택플러그와 접속되는 저장전극용 도전층을 형성하는 공정과,

   상기 저장전극 도전층 표면에 선택적으로 준안정다결정실리콘(MPS)막을 형성하는 공정과,

   상기 준안정다결정실리콘막 표면에 선택적 에피택셜 성장(SEG)막을 형성하며 인시튜로 인을 도핑하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 선택적 에피택셜 성장막은 700 ∼ 950 ℃ 의 온도 및 1.0 ∼ 100 torr 의 압력하에서 0.1 ∼ 1 slm 의 DCS(Si₂H₆) 가스와 30 ∼ 150 slm 의 H₂가스와 0 ∼ 1.0 slm 의 HCl 를 사용하는 동시에 0.1 ∼ 0.5 slm 의 1 ∼ 5 % PH₃/H₂를 흘려주며 LPCVD 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 1 ∼ 5% PH₃/H₂대신 1 ∼ 5% PH₃/SiH₄를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 선택적 에피택셜 성장막은 700 ∼ 950 ℃의 온도 및 1.0 ∼ 100 torr 의 압력하에서 0.1 ∼ 1 slm 의 MS(SiH₄) 가스와 30 ∼ 150 slm 의 H₂가스와 0.5 ∼ 5.0 slm 의 HCl를 사용하는 동시에 0.1 ∼ 0.5 slm 의 1 ∼ 5% PH₃/H₂를 흘려주며 LPCVD 방법으로 형성하는것을 특징으로 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 1 ∼ 5% PH₃/H₂대신 1 ∼ 5% PH₃/SiH₄를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 저장전극 형성방법.