KR100420409B1 - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

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KR100420409B1 KR10-2001-0060780A KR20010060780A KR100420409B1 KR 100420409 B1 KR100420409 B1 KR 100420409B1 KR 20010060780 A KR20010060780 A KR 20010060780A KR 100420409 B1 KR100420409 B1 KR 100420409B1
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Abstract

본 발명은 반도체장치의 제조 공정 중 열적으로 유기되는 스트레스 또는 기계적으로 유기되는 스트레스로 인한 핫캐리어 효과, GIDL 및 접합누설 특성의 저하를 억제하도록 한 반도체장치의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 트랜지스터가 형성된 반도체기판상에 캐패시터를 형성하는 단계, 상기 캐패시터를 포함한 상기 반도체기판을 급속열처리하는 단계, 및 상기 급속열처리된 상기 반도체기판을 600℃∼800℃에서 노열처리하는 단계를 포함한다.The present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device to suppress the degradation of the hot carrier effect, GIDL and junction leakage characteristics due to thermally induced stress or mechanically induced stress during the manufacturing process of the semiconductor device. The present invention includes forming a capacitor on a semiconductor substrate on which a transistor is formed, rapidly thermally processing the semiconductor substrate including the capacitor, and thermally treating the rapid thermally treated semiconductor substrate at 600 ° C. to 800 ° C. do.

Description

반도체장치의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}Manufacturing method of semiconductor device {METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 열적 또는 기계적으로 유기된 스트레스를 완화시키도록 한 반도체장치의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device to relieve thermally or mechanically induced stress.

일반적으로, 실리콘을 이용하여 집적회로를 제조하는 공정에서는 여러 가지 열처리(Annealing) 기술이 사용되고 있다. 예를 들면, 실리콘기판을 산화시켜 SiO2로 만들어 절연층을 구성하는데 이용되기도 하고, 식각마스크 및 트랜지스터용 게이트산화막을 형성하는데 이용되기도 한다.In general, various annealing techniques are used in a process of manufacturing integrated circuits using silicon. For example, the silicon substrate may be oxidized to SiO 2 to form an insulating layer, or to form an etching mask and a gate oxide film for a transistor.

또한, 열처리 기술은 실리콘기판에 3가 또는 5가의 이온을 주입후 주입된 이온이 실리콘결정속으로 침입형에서 치환형으로 재배열되어 전기전도에 기여할 수 있는 여분의 정공(Hole) 또는 전자(Electron)를 생성하게 하기 위한 수단으로 이용되기도 한다.In addition, the heat treatment technology injects trivalent or pentavalent ions into the silicon substrate, and the implanted ions are rearranged from the invasive to substituted into the silicon crystal, thereby contributing to extra holes or electrons that may contribute to electrical conduction. It is also used as a means to generate).

또한 이외에도 열처리 기술은 여러가지 방법으로 형성된 박막의 열처리 및 BPSG막의 리플로우(Reflow)에 사용되며, 기타 여러 가지 목적으로 열처리 공정이 반도체장치의 제조공정에 사용되고 있다. 이러한 열처리 공정에 통상적으로 사용되고 있는 장치는 전기로(Furnace)이다.In addition, heat treatment techniques are used for heat treatment of thin films formed by various methods and reflow of BPSG films, and heat treatment processes are used for manufacturing semiconductor devices for various other purposes. An apparatus commonly used in this heat treatment process is an electric furnace.

그러나, 최근에는 반도체장치가 점점 고집적화됨에 따라 소자 크기의 감소로 제조공정의 전체 열이력(Thermal budget)을 줄이기 위하여 급속열처리(Rapid Thermal Annealing; RTA) 장치를 이용하여 열처리하는 경향이 두드러지고 있다.In recent years, however, as semiconductor devices have been increasingly integrated, there has been a tendency for heat treatment using Rapid Thermal Annealing (RTA) devices in order to reduce the overall thermal budget of the manufacturing process due to the reduction in device size.

급속열처리(RTA) 장치는 가열방식에 따라 두가지로 나뉘어지는데 할로겐 램프 또는 아크 램프를 열원으로 이용하는 램프 가열식 열처리 장치와, 저항 가열식 히터를 이용하는 핫 웰형 열처리 장치이다.Rapid heat treatment (RTA) is divided into two types according to the heating method, a lamp heating heat treatment apparatus using a halogen lamp or an arc lamp as a heat source, and a hot well heat treatment apparatus using a resistance heating heater.

최근에 소자의 집적화에 의한 트랜지스터의 고효율을 위하여 금속배선의 적용범위의 확대로 금속의 열적 안전성 등이 점점 중요한 문제로 인식됨에 따라 저열량의 열공정(reduced thermal budget)이 요구되고 있다. 한편, 고농도층 사용의 증가와 콘택 저항의 개선에 고온의 열공정이 필요하다. 따라서 많은 경우 고온에서 짧은 시간의 공정이 가능한 급속열처리(RTA)의 적용 범위가 점점 확대되고 있다.Recently, as the thermal safety of the metal is recognized as an important problem due to the expansion of the application range of the metal wiring for the high efficiency of the transistor by the integration of the device, a reduced thermal budget is required. On the other hand, high temperature thermal processes are required to increase the use of high concentration layers and to improve contact resistance. Therefore, in many cases, the application range of rapid thermal treatment (RTA), which enables a short time process at high temperature, is gradually expanding.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 반도체장치의 제조 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views of a manufacturing process of a semiconductor device according to the prior art.

도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)의 소정 부분에 소자의 활성영역과 필드영역을 한정하는 필드산화막(12)을 형성한다. 이 때, 필드산화막(12)은 반도체기판(11)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하고, 이 트렌치에 절연막을 채우므로써 형성된다. 한편, 필드산화막(12)을 STI(Shallow Trench Isolation) 방법으로 형성하는 것을 보였으나, LOCOS(Local Oxidation of Silicon) 방법으로도 형성할 수 있다.As shown in FIG. 1A, a field oxide film 12 defining an active region and a field region of an element is formed in a predetermined portion of the semiconductor substrate 11. At this time, the field oxide film 12 is formed by etching the semiconductor substrate 11 to a predetermined depth to form a trench, and filling the trench with an insulating film. On the other hand, although the field oxide film 12 has been shown to be formed by a shallow trench isolation (STI) method, it may also be formed by a local oxide of silicon (LOCOS) method.

계속해서, 반도체기판(11)의 활성영역상에 게이트절연막(13)을 형성하고 게이트절연막(13)상에 폴리실리콘을 증착한 후, 폴리실리콘상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝한다.Subsequently, a gate insulating film 13 is formed on the active region of the semiconductor substrate 11 and polysilicon is deposited on the gate insulating film 13, and then a photosensitive film is coated on the polysilicon and patterned by exposure and development.

계속해서, 패터닝된 감광막을 마스크로 하여 폴리실리콘, 게이트절연막(13)을 선택적으로 패터닝하여 게이트절연막(13)과 게이트전극(14)의 적층구조를 형성한 후, 게이트 전극(14)을 마스크로 이용하여 반도체 기판(11) 표면내에 저농도 불순물(15)을 이온주입한다.Subsequently, the polysilicon and gate insulating film 13 are selectively patterned using the patterned photosensitive film as a mask to form a laminated structure of the gate insulating film 13 and the gate electrode 14, and then the gate electrode 14 is used as a mask. Ion implantation of the low concentration impurity 15 into the surface of the semiconductor substrate 11 is performed.

도 1b에 도시된 바와 같이, 게이트전극(14)을 포함한 구조 전면에 절연막을 증착하고 전면 식각하여 게이트전극(14) 양측면에 접하는 측벽(16)을 형성한 후, 게이트전극(14) 및 측벽(16)을 마스크로 이용하여 측벽(16) 하측의 반도체기판(11) 표면내에 고농도 불순물(17)을 이온 주입한다.As shown in FIG. 1B, an insulating film is deposited on the entire surface including the gate electrode 14 and etched to form sidewalls 16 contacting both sides of the gate electrode 14, and then the gate electrode 14 and the sidewalls ( Using the 16 as a mask, high concentration impurities 17 are implanted into the surface of the semiconductor substrate 11 below the sidewall 16.

도 1c에 도시된 바와 같이, 저농도 불순물(15) 및 고농도 불순물(17)을 활성화시키기 위한 급속열처리공정을 실시하여 LDD(15a) 구조의 소스/드레인 영역(17a)을 형성한다.As shown in FIG. 1C, a rapid heat treatment process for activating the low concentration impurity 15 and the high concentration impurity 17 is performed to form the source / drain region 17a of the LDD 15a structure.

이와 같은 종래기술에서, 이온주입은 소정의 이온에 에너지를 가하여 이온이 반도체기판의 표면을 뚫고 들어가 반도체기판 내부에 위치하도록 하는 것이며, 게이트전극의 전압에 채널영역을 형성하기 위해서는 반도체기판의 원자 격자사이에 위치한 불순물이 그 원자의 위치에 있어야 한다. 이렇게 불순물의 위치가 변하는 것을 활성화(Activation)라 하며, 이러한 불순물의 활성화는 외부의 에너지에 의해 일어나며 대개 열처리(Annealing) 공정에 의해서 이루어진다.In such a conventional technique, ion implantation is to apply energy to predetermined ions so that ions penetrate the surface of the semiconductor substrate and be positioned inside the semiconductor substrate, and in order to form a channel region at the voltage of the gate electrode, the atomic lattice of the semiconductor substrate Impurities located in between must be at the position of the atom. This change in the position of impurities is called activation, and activation of such impurities is caused by external energy and is usually performed by annealing process.

그러나, 이러한 불순물의 활성화를 위해 급속열처리(RTA) 공정을 이용할 경우, 필드산화막과 반도체기판의 열팽창에 의한 계면의 이격으로 인해 스트레스(도 2 참조)와 LDD 이온주입 및 소스/드레인 이온주입에 의한 결정결함을 발생하는 문제점이 있다.However, when the rapid thermal treatment (RTA) process is used to activate such impurities, stress (see FIG. 2), LDD ion implantation, and source / drain ion implantation due to the separation of the interface due to thermal expansion of the field oxide film and the semiconductor substrate There is a problem that causes crystal defects.

도 2를 참조하면, 급속열처리(RTA) 공정후 게이트전극의 모서리 부분(A), 필드산화막의 상측모서리 부분(B), 필드산화막의 하측 모서리 부분(C)에서 스트레스가 집중되며, 특히 A, B 영역은 불순물이 도핑된 접합영역내에 포함되므로 소자의 특성에 영향력이 크다.Referring to FIG. 2, stress is concentrated in the corner portion (A) of the gate electrode, the upper edge portion (B) of the field oxide film, and the lower edge portion (C) of the field oxide film after the rapid thermal treatment (RTA) process. The region B is included in the junction region doped with impurities, and thus has a great influence on the characteristics of the device.

그리고, 격자결함이 트랜지스터의 게이트절연막과 반도체기판의 계면과 접합의 주변부에 분포하는 경우, 핫캐리어 열화, GIDL, 접합누설 등의 소자 특성에 악영향을 주는 문제점이 있다.In addition, when the lattice defects are distributed at the interface between the gate insulating film and the semiconductor substrate of the transistor and at the periphery of the junction, there is a problem that adversely affects device characteristics such as hot carrier degradation, GIDL, junction leakage, and the like.

한편, 급속열처리(RTA)는 특성상 급격한 온도의 변화, 웨이퍼내의 온도구배 유발 등으로 전위(dislocation) 등의 격자결함을 유발하는 것으로 알려져 있다.Rapid thermal treatment (RTA), on the other hand, is known to cause lattice defects such as dislocations due to rapid temperature changes and temperature gradients in the wafer.

또한, 종래기술은 급속열처리(RTA) 후 드레인영역 쪽의 저농도 불순물 영역인 LDD구조가 게이트전극과 중첩되므로 유효 채널 길이가 감소되는 숏채널 효과(Short Channel Effect; SCE)가 증가되고, 게이트전극과 드레인 영역의 거리가 짧기 때문에 GIDL(GateInduced Drain Leakage) 현상이 발생되어 소자 특성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, since the LDD structure, which is a low concentration impurity region on the drain region side, overlaps with the gate electrode after the rapid thermal treatment (RTA), the short channel effect (SCE) in which the effective channel length is reduced is increased, Due to the short distance of the drain region, GIDL (Gate Induced Drain Leakage) may occur, resulting in deterioration of device characteristics.

상술한 숏채널 효과에 의해 채널의 드레인영역에 있는 공핍층 내의 전계가 커지기 때문에 전자가 고속으로 가속되어 원자와 충돌하여 전자가 누적적으로 증가하는 애벌란치(avalache) 현상을 일으키고, 발생한 높은 에너지를 가진 고속 전자의 일부는 게이트절연막속에 진입하고 포획되어 트랜지스터의 임계값 전압을 변화시키고 이것으로 인해 소자의 수명을 단축시키게 되는 핫 캐리어 효과(Hot Carrier Effect)가 발생하고 있다.Due to the short channel effect described above, the electric field in the depletion layer in the drain region of the channel is increased, so that electrons are accelerated at high speed and collide with atoms, causing an avalanche phenomenon in which electrons accumulate, and the generated high energy is absorbed. Some of the high-speed electrons have a hot carrier effect that enters and is trapped in the gate insulating film and changes the threshold voltage of the transistor, which shortens the lifetime of the device.

상기와 같은 핫 캐리어 효과로 인한 회로 내의 각 소자의 열화(Degradation)를 억제하여 보다 신뢰성 있는 반도체장치를 제조할 수 있도록 하는 방법이 필요하며, 아울러 전술한 소자의 열화로 인해 발생되는 DRAM의 데이터유지시간(Date retention time), 즉 리프레쉬시간(tREF)의 감소를 개선시킬 수 방법이 필요하다.There is a need for a method for manufacturing a more reliable semiconductor device by suppressing degradation of each device in a circuit due to the hot carrier effect as described above, and also maintaining data of DRAM generated by the above-mentioned device degradation. There is a need for a method that can improve the reduction of the date retention time, ie the refresh time tREF.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 열적으로 유기되는 스트레스 또는 기계적으로 유기되는 스트레스로 인한 핫캐리어 효과, GIDL 및 접합누설 특성의 저하를 억제하는데 적합한 반도체장치의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and is a method of manufacturing a semiconductor device suitable for suppressing a decrease in hot carrier effect, GIDL and junction leakage characteristics due to thermally induced stress or mechanically induced stress. The purpose is to provide.

또한, 본 발명의 다른 목적은 데이터 유지시간 감소를 방지하도록 한 메모리장치를 구비한 반도체장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.Further, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a memory device to prevent a reduction in data retention time.

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 반도체장치의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도 2는 종래기술의 급속열처리 공정에 따른 스트레스 집중을 도시한 도면,2 is a view showing a stress concentration in accordance with the rapid thermal treatment process of the prior art,

도 3은 본 발명에 따른 반도체장치의 열처리 공정 흐름도,3 is a flowchart of a heat treatment process of a semiconductor device according to the present invention;

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치의 스트레스 완화 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,4A to 4C are cross-sectional views illustrating a method for releasing stress in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;

도 5a는 급속열처리공정의 온도에 따른 스트레스의 변화로 열처리 온도가 상승하면 스트레스의 양이 커짐을 도시한 도면,5a is a view showing that the amount of stress increases when the heat treatment temperature rises with the change of stress according to the temperature of the rapid heat treatment process,

도 5b는 노열처리후 스트레스의 완화 정도를 도시한 도면,Figure 5b is a view showing the degree of relaxation of stress after heat treatment;

도 6은 게이트전극에 인가되는 전압(Vg)에 따른 누설전류특성을 도시한 도면,6 is a diagram illustrating leakage current characteristics according to a voltage Vg applied to a gate electrode;

도 7은 핫캐리어 스트레스 전후의 문턱전압(Vt) 변화량을 도시한 도면,FIG. 7 is a diagram illustrating a variation in threshold voltage Vt before and after hot carrier stress; FIG.

도 8은 GIDL 특성을 비교한 도면,8 is a view comparing GIDL characteristics,

도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치의 스트레스 완화 방법을 설명하기 위한 공정 단면도,9A to 9B are cross-sectional views illustrating a method for releasing stress in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention;

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체장치의 스트레스 완화 방법을 설명하기 위한 도면,10 is a view for explaining a stress relaxation method of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention;

도 11은 급속열처리 온도에 따른 캐패시턴스 및 콘택저항을 도시한 도면,11 is a diagram showing capacitance and contact resistance according to rapid heat treatment temperature;

도 12는 데이터유지시간을 비교한 도면.12 is a view comparing data retention time.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

21 : 반도체기판 22 : 필드산화막21 semiconductor substrate 22 field oxide film

23 : 게이트절연막 24 : 게이트전극23: gate insulating film 24: gate electrode

25a : LDD 26 : 측벽25a: LDD 26: side wall

27a : 소스/드레인 영역27a: source / drain area

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치의 제조 방법은 트랜지스터가 형성된 반도체기판상에 캐패시터를 형성하는 단계, 상기 캐패시터를 포함한 상기 반도체기판을 급속열처리하는 단계, 및 상기 급속열처리된 상기 반도체기판을 노열처리하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.A method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a capacitor on a semiconductor substrate on which a transistor is formed, rapidly heat treating the semiconductor substrate including the capacitor, and the rapid thermally processed semiconductor substrate It characterized in that it comprises a heat treatment step.

또한, 본 발명의 반도체장치의 제조 방법은 트랜지스터가 형성된 반도체기판상에 강유전막을 구비하는 캐패시터를 형성하는 단계, 및 상기 캐패시터를 포함한 상기 반도체기판을 노열처리하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a capacitor having a ferroelectric film on a semiconductor substrate on which a transistor is formed, and subjecting the semiconductor substrate including the capacitor to thermal processing.

그리고, 본 발명의 반도체장치의 제조 방법은 반도체기판상에 게이트절연막, 게이트전극을 형성하는 단계, 상기 게이트전극을 마스크로 하여 상기 반도체기판에 불순물을 이온주입하는 단계, 급속열처리를 이용하여 상기 불순물을 활성화시켜 소스/드레인을 형성하는 단계, 및 상기 소스/드레인이 형성된 상기 반도체기판을 노에서 열처리하는 단계를 포함함을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, forming a gate insulating film and a gate electrode on a semiconductor substrate, implanting impurities into the semiconductor substrate using the gate electrode as a mask, and performing the impurity using rapid thermal treatment. Forming a source / drain by activating the semiconductor substrate; and heat-treating the semiconductor substrate on which the source / drain is formed.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

도 3은 본 발명에 따른 반도체장치의 열처리 흐름도로서, 다수번의 급속열처리(RTA-1∼RTA-N) 공정이 이루어진 반도체장치를 노열처리한다.3 is a heat treatment flowchart of a semiconductor device according to the present invention, in which a semiconductor device subjected to a plurality of rapid heat treatment (RTA-1 to RTA-N) processes is subjected to a thermal treatment.

여기서, 급속열처리 공정은, 소스/드레인 공정, 필드산화막 공정, 실리사이드 공정, 콘택 공정, 층간절연막의 리플로우 공정, 캐패시터 유전막의 결정화 공정 등에 적용된다.The rapid heat treatment step is applied to a source / drain step, a field oxide film step, a silicide step, a contact step, a reflow step of an interlayer insulating film, a crystallization step of a capacitor dielectric film, and the like.

이와 같이, 다수번의 급속열처리 공정이 이루어지는 동안 반도체장치는 열적 스트레스에 의해 소자의 신뢰성이 저하되며, 또한, 급속열처리 공정외에 반도체장치의 제조 공정 중 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)에 의해 기계적 스트레스가 유기되기도 하여 반도체장치의 신뢰성을 저하시킨다.As described above, during the rapid heat treatment process, the semiconductor device is degraded due to thermal stress, and the mechanical device is subjected to mechanical mechanical polishing (CMP) during the manufacturing process of the semiconductor device in addition to the rapid heat treatment process. Stress may be induced to lower the reliability of the semiconductor device.

따라서, 본 발명의 실시예는 전술한 열적 스트레스 및 기계적 스트레스를 완화시키기 위해 노열처리 공정을 도입한다.Accordingly, embodiments of the present invention introduce a thermal treatment process to mitigate the thermal and mechanical stresses described above.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치의 스트레스 완화 방법을 도시한 공정 단면도로서, 트랜지스터 제조시 유기되는 열적 스트레스를 완화시키기 위한 방법을 도시하고 있다.4A through 4C are cross-sectional views illustrating a method for releasing stress in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and illustrating a method for mitigating thermal stress induced during transistor manufacturing.

도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(21)의 소정 부분에 소자의 활성영역과 필드영역을 한정하는 필드산화막(22)을 형성한다. 이 때, 필드산화막(22)은 반도체기판(21)을 소정 깊이로 식각하여 트렌치를 형성하고, 이 트렌치에 절연막을 채우므로써 형성된다. 한편, 필드산화막(22)을 STI 방법으로 형성하는 것을 보였으나, LOCOS 방법으로도 형성할 수 있다.As shown in FIG. 4A, a field oxide film 22 defining an active region and a field region of an element is formed in a predetermined portion of the semiconductor substrate 21. At this time, the field oxide film 22 is formed by etching the semiconductor substrate 21 to a predetermined depth to form a trench, and filling the trench with an insulating film. On the other hand, although the field oxide film 22 has been shown to be formed by the STI method, it can also be formed by the LOCOS method.

계속해서, 반도체기판(21)의 활성영역상에 게이트절연막(23)을 형성하고 게이트절연막(23)상에 폴리실리콘을 증착한 후, 폴리실리콘상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝한다.Subsequently, a gate insulating film 23 is formed on the active region of the semiconductor substrate 21 and polysilicon is deposited on the gate insulating film 23. Then, a photosensitive film is coated on the polysilicon and patterned by exposure and development.

계속해서, 패터닝된 감광막을 마스크로 하여 폴리실리콘, 게이트절연막(23)을 선택적으로 패터닝하여 게이트절연막(23)과 게이트전극(24)의 적층구조를 형성한 후, 게이트전극(24)을 마스크로 이용하여 반도체 기판(21) 표면내에 저농도 불순물(25)을 이온주입한다.Subsequently, the polysilicon and gate insulating film 23 are selectively patterned using the patterned photosensitive film as a mask to form a laminated structure of the gate insulating film 23 and the gate electrode 24, and then the gate electrode 24 is used as a mask. Ion implantation of the low concentration impurity 25 into the surface of the semiconductor substrate 21 is performed.

다음으로, 게이트전극(24)을 포함한 구조 전면에 절연막을 증착하고 전면 식각하여 게이트전극(24) 양측면에 접하는 스페이서(26)를 형성한 후, 게이트전극(24) 및 스페이서(26)를 마스크로 이용하여 스페이서(26) 하측의 반도체기판(21) 표면내에 고농도 불순물(27)을 이온 주입한다. 통상적으로 고농도 불순물(27)은 저농도 불순물(25)에 비해 더 깊이 이온주입된다.Next, an insulating film is deposited on the entire structure including the gate electrode 24 and etched to form a spacer 26 in contact with both sides of the gate electrode 24, and then the gate electrode 24 and the spacer 26 are masked. The high concentration impurity 27 is ion-implanted into the surface of the semiconductor substrate 21 under the spacer 26 by using the ion. Typically, the high concentration impurity 27 is ion implanted deeper than the low concentration impurity 25.

도 4b에 도시된 바와 같이, 저농도 불순물(25) 및 고농도 불순물(27)을 활성화시키기 위해 고온(800℃ 이상) 급속열처리(RTA)) 공정을 실시한다. 이 때, LDD(25a) 구조의 소스/드레인 영역(27a)이 형성되되, LDD(25a)는 게이트전극의 모서리 부분과 소정폭 오버랩된다.As shown in FIG. 4B, a high temperature (800 ° C. or higher) rapid thermal treatment (RTA)) process is performed to activate the low concentration impurity 25 and the high concentration impurity 27. At this time, a source / drain region 27a having an LDD 25a structure is formed, and the LDD 25a overlaps a corner portion of the gate electrode with a predetermined width.

도 4c에 도시된 바와 같이, 전술한 급속열처리(RTA) 공정에 의해 게이트전극(24)의 모서리 부분에 소정 폭 오버랩되어 형성된 LDD(25a)와 LDD(25a)에 전기적으로 접속된 소스/드레인 영역(27a)이 형성된 반도체기판(21)을600℃∼800℃에서 노열처리한다.As shown in FIG. 4C, a source / drain region electrically connected to the LDD 25a and the LDD 25a formed by overlapping a predetermined width at a corner portion of the gate electrode 24 by the rapid thermal treatment (RTA) process described above. The semiconductor substrate 21 on which the 27a is formed is subjected to heat treatment at 600 占 폚 to 800 占 폚.

도면에 도시되지 않았지만, 후속 공정으로 소스/드레인 영역(27a)을 외부소자와 접속시키기 위한 금속배선을 형성한다.Although not shown in the drawings, a metal wiring for connecting the source / drain regions 27a with external devices is formed in a subsequent process.

이러한 노열처리는 급속열처리(RTA) 공정에 의해 게이트전극(24)의 모서리 부분(A"), 필드산화막의 상측모서리 부분(B") 및 필드산화막의 하측모서리 부분(C")에 유기된 열적 스트레스를 감소시킨다(도 5b 참조).The thermal treatment is thermally induced in the corner portion A ″ of the gate electrode 24, the upper edge portion B ″ of the field oxide film, and the lower edge portion C ″ of the field oxide film by a rapid thermal treatment (RTA) process. Reduce stress (see FIG. 5B).

도 5a는 급속열처리(RTA) 공정의 온도에 따른 스트레스의 변화로 열처리 온도가 상승하면 스트레스의 양이 커짐을 도시한 도면으로서, 도 3에 비해 의해 게이트전극(24)의 모서리 부분(A'), 필드산화막의 상측모서리 부분(B') 및 필드산화막의 하측모서리 부분(C')에 스트레스의 양이 증가됨을 알 수 있다.FIG. 5A is a diagram illustrating an increase in the amount of stress when the heat treatment temperature is increased due to the change of stress according to the temperature of the rapid thermal treatment (RTA) process. As shown in FIG. 3, the corner portion A ′ of the gate electrode 24 is increased. It can be seen that the amount of stress is increased in the upper edge portion B 'of the field oxide film and the lower edge portion C' of the field oxide film.

도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 스트레스의 완화 정도를 도시한 도면으로서, 급속열처리(RTA) 공정후 노열처리를 실시하므로써 도 5b에 비해 게이트전극이 모서리부분(A")은 40% 정도의 감소효과를 얻을 수 있고, 필드산화막의 상측모서리 부분(B")은 60% 정도의 감소효과를 얻을 수 있는바, 전체적으로 접합영역내에 포함되는 A", B"에 유기된 열적 스트레스의 양이 40%∼60% 정도 감소함을 알 수 있다.FIG. 5B is a diagram illustrating a degree of stress relaxation according to an exemplary embodiment of the present invention. As a result of the thermal treatment after the rapid thermal treatment (RTA) process, the gate electrode has a corner portion A ″ of about 40% as compared to FIG. 5B. A reduction effect can be obtained, and the upper edge portion (B ") of the field oxide film can obtain a reduction effect of about 60%, and the amount of thermal stress induced in A" and B "included in the junction region as a whole is 40. It can be seen that the% to 60% decrease.

도 6은 게이트전극에 인가되는 전압(Vg)에 따른 누설전류특성을 도시한 그래프로서, 급속열처리(RTA) 공정, 급속열처리(RTA)와 노열처리의 혼합열처리, 노열처리만의 열처리후 누설전류를 도시하고 있다.FIG. 6 is a graph illustrating leakage current characteristics according to a voltage Vg applied to a gate electrode. FIG. 6 is a rapid heat treatment (RTA) process, a mixed heat treatment of rapid heat treatment (RTA) and a furnace treatment, and a leakage current after heat treatment only of the furnace treatment. It is shown.

도 6을 참조하면, 노열처리만을 실시한 경우가 급속열처리(RTA), 및 급속열처리(RTA)와 노열처리를 혼합한 경우보다 누설전류가 감소됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the leakage current is reduced in the case where only the heat treatment is performed than in the case of the rapid heat treatment (RTA) and the rapid heat treatment (RTA) and the heat treatment.

도 7은 핫캐리어 스트레스 전후의 문턱전압(Vt) 변화량을 도시한 그래프이다.7 is a graph illustrating changes in threshold voltage Vt before and after hot carrier stress.

도 7을 참조하면, 고온 급속열처리(RTA) 공정이 모두 끝난 직후보다 후속 노열처리를 실시한 경우에 핫캐리어의 누적확률(Cumulative Probability)이 감소함을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the cumulative probability of the hot carrier decreases when the subsequent heat treatment is performed rather than immediately after the completion of the high temperature rapid heat treatment (RTA) process.

도 8은 GIDL 특성을 비교한 그래프로서, 고온 급속열처리(RTA) 공정이 모두 끝난 직후보다, 후속 노열처리를 실시한 경우에 GIDL특성이 개선됨을 알 수 있다. 즉, 게이트전극에 유기된 드레인영역의 누설전류가 감소한다.8 is a graph comparing the GIDL characteristics, and it can be seen that the GIDL characteristics are improved when the subsequent heat treatment is performed, rather than immediately after the completion of all the high temperature rapid heat treatment (RTA) processes. That is, the leakage current of the drain region induced in the gate electrode is reduced.

상술한 제1실시예에서는, 트랜지스터 제조시 급속열처리(RTA) 공정에 의해 유기된 열적 스트레스를 완화시키기 위해 급속열처리(RTA)후 노열처리하므로써, 핫캐리어 효과 및 GIDL 특성을 개선할 수 있다.In the first embodiment described above, the hot carrier effect and the GIDL characteristics can be improved by thermal treatment after rapid thermal treatment (RTA) to alleviate thermal stress induced by the rapid thermal treatment (RTA) process during transistor manufacturing.

도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치의 스트레스 완화 방법을 도시한 공정 단면도로서, 캐패시터를 구비한 반도체장치를 도시하고 있다.9A to 9B are cross-sectional views illustrating a method for releasing stress in a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and illustrating a semiconductor device having a capacitor.

도 9a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31)에 소자간 격리를 위한 필드산화막(32)을 STI 또는 LOCOS 공정을 이용하여 형성하고, 반도체기판(31)상에 게이트절연막(33) 및 워드라인(34)을 형성한 후, 워드라인(34) 양측의 반도체기판(31)내에 저농도 불순물을 이온주입한다.As shown in FIG. 9A, a field oxide film 32 for isolation between devices is formed on the semiconductor substrate 31 using an STI or LOCOS process, and the gate insulating film 33 and the word line are formed on the semiconductor substrate 31. After forming 34, low concentration impurities are implanted into the semiconductor substrate 31 on both sides of the word line 34. As shown in FIG.

다음으로, 워드라인(34)을 포함한 전면에 절연막을 증착한 후 전면식각하여 워드라인(34)의 양측면에 접하는 측벽(35)을 형성하고, 측벽(35) 및 워드라인(34)을 마스크로 하여 반도체기판(31)에 고농도 불순물을 이온주입한다.Next, after the insulating film is deposited on the entire surface including the word line 34, the entire surface is etched to form sidewalls 35, which are in contact with both sides of the wordline 34, and the sidewalls 35 and the wordline 34 are masked. Thus, a high concentration of impurities are implanted into the semiconductor substrate 31.

다음으로, 급속열처리(RTA) 공정으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 활성화시켜 LDD 영역(36)과 LDD 영역(36)에 전기적으로 접속되는 소스/드레인 영역(37)을 형성한다. 이 때, LDD 영역(36)은 워드라인(34)의 모서리 부분에 소정 폭 오버랩된다.Next, a low concentration impurity and a high concentration impurity are activated by a rapid thermal treatment (RTA) process to form a source / drain region 37 electrically connected to the LDD region 36 and the LDD region 36. At this time, the LDD region 36 overlaps a corner of the word line 34 by a predetermined width.

다음으로, 전술한 공정에 의해 형성된 트랜지스터를 포함한 반도체기판(31)의 전면에 제1층간절연막(38)을 증착 및 평탄화한 후, 제1층간절연막(38)을 식각하여 소스/드레인영역(37) 중 일측을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.Next, after depositing and planarizing the first interlayer insulating film 38 on the entire surface of the semiconductor substrate 31 including the transistor formed by the above-described process, the first interlayer insulating film 38 is etched to form a source / drain region 37. ) To form a contact hole exposing one side.

계속해서, 콘택홀을 포함한 전면에 비트라인을 형성하기 위한 전도막을 증착한 후 패터닝하여 소스/드레인영역(37) 중 일측에 접속되는 비트라인(39)을 형성한다.Subsequently, a conductive film for forming a bit line is deposited on the entire surface including the contact hole and then patterned to form a bit line 39 connected to one side of the source / drain region 37.

그리고, 비트라인(39)을 포함한 제1층간절연막(38)상에 제2층간절연막(40)을 증착 및 평탄화한 후, 제2층간절연막(40)의 소정 표면상에 하부전극(41), 유전막(42), 상부전극(43)으로 이루어진 적층형 캐패시터를 형성한다.After the deposition and planarization of the second interlayer insulating film 40 on the first interlayer insulating film 38 including the bit line 39, the lower electrode 41 is formed on a predetermined surface of the second interlayer insulating film 40. A stacked capacitor consisting of a dielectric film 42 and an upper electrode 43 is formed.

여기서, 하부전극(41) 및 상부전극(43)으로는 불순물이 도핑된 폴리실리콘, 예컨대 인(Phosphorous; P) 등의 P형 불순물이 고농도로 도핑된 도우프드 폴리실리콘 또는 Pt, Ir, IrOx, Ru, RuOx, Rh, RhOx, CaRuO3, SrRuO3, BaRuO3, BaSrRuO3, CaIrO3, SrIrO3, BaIrO3, (La,Sr)CoO3, Cu, Al, Ta, Mo, W, Au, Ag, WSi2, TiSi2, MoSix(x=0.3∼2), CoSix(x=1∼2), NbSix(x=0.3∼2), TaSix(x=1∼2), TiN, TaN, WN,TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, RuTiN, IrTiN, TaSiN 및 TaAlN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 금속전극을 이용한다. 그리고, 유전막으로는 SiO2, NO(Nitride Oxide)의 저유전막 및 Ta2O5, TaON, Al2O3와 같은 고유전막 모두 적용가능하다.Here, the lower electrode 41 and the upper electrode 43 are polysilicon doped with impurities, such as doped polysilicon doped with a high concentration of P-type impurities such as phosphorous (P) or Pt, Ir, IrO x , Ru, RuO x, Rh, RhO x, CaRuO 3, SrRuO 3, BaRuO 3, BaSrRuO 3, CaIrO 3, SrIrO 3, BaIrO 3, (La, Sr) CoO 3, Cu, Al, Ta, Mo, W, Au, Ag, WSi 2 , TiSi 2 , MoSi x (x = 0.3-2), CoSi x (x = 1-2), NbSi x (x = 0.3-2), TaSi x (x = 1-2), A metal electrode made of at least one or a combination of two or more selected from the group consisting of TiN, TaN, WN, TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, RuTiN, IrTiN, TaSiN and TaAlN is used. In addition, as a dielectric film, both a low dielectric film of SiO 2 , NO (Nitride Oxide) and a high dielectric film such as Ta 2 O 5 , TaON, and Al 2 O 3 may be used.

한편, 캐패시터 형성시 상부전극(43)을 먼저 식각한 후 유전막(42)과 하부전극(41)을 순차적으로 식각하거나, 상부전극(43), 유전막(42) 및 하부전극(41)을 순차적으로 식각한 후 상부전극(43)을 다시 식각할 수 있다.Meanwhile, when the capacitor is formed, the upper electrode 43 is etched first, and then the dielectric layer 42 and the lower electrode 41 are sequentially etched, or the upper electrode 43, the dielectric layer 42, and the lower electrode 41 are sequentially After etching, the upper electrode 43 may be etched again.

다음으로, 캐패시터 형성이 완료된 반도체기판을 800℃∼1000℃의 고온에서 급속열처리(RTA)하는데, 이러한 급속열처리를 통해 비트라인(39)과 소스/드레인영역(37a)의 콘택저항을 감소시킬뿐만 아니라, 급속열처리는 캐패시터를 형성하기 위한 전극 및 유전막의 식각후 식각손실을 보상시켜주므로써 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시킨다(도 11 참조). 특히, 불순물이 고농도로 도핑된 폴리실리콘을 전극으로 이용하는 경우, 불순물의 활성화에 의한 공핍층을 감소시켜 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다.Next, a rapid thermal treatment (RTA) of the semiconductor substrate on which the capacitor formation is completed is performed at a high temperature of 800 ° C to 1000 ° C. This rapid thermal treatment not only reduces the contact resistance of the bit line 39 and the source / drain region 37a. Rather, the rapid thermal treatment increases the capacitance of the capacitor by compensating the etch loss after etching the electrode and the dielectric film to form the capacitor (see FIG. 11). In particular, when using polysilicon doped with a high concentration of impurities as an electrode, it is possible to increase the capacitance by reducing the depletion layer due to activation of the impurities.

한편, 도 11를 참조하면, 급속열처리(RTA) 공정의 열처리온도가 상승할수록 캐패시턴스는 증가하고 비트라인과 소스/드레인영역의 콘택저항은 감소함을 알 수 있다. 후술하겠지만, 급속열처리(RTA) 공정의 열처리온도의 범위는 캐패시터의 유전막으로서 전술한 유전막을 이용할 경우에만 적용되며 강유전막을 이용하는 경우에는 고온열처리로 인해 강유전막의 구조가 파괴되어 강유전특성이 열화되는 문제점이 있으므로 그 범위가 제한된다.Meanwhile, referring to FIG. 11, it can be seen that as the heat treatment temperature of the rapid thermal treatment (RTA) process increases, the capacitance increases and the contact resistances of the bit lines and the source / drain regions decrease. As will be described later, the range of the heat treatment temperature of the rapid thermal treatment (RTA) process is applied only when the above-described dielectric film is used as the dielectric film of the capacitor, and when the ferroelectric film is used, the structure of the ferroelectric film is destroyed due to the high temperature heat treatment, thereby deteriorating the ferroelectric properties. Therefore, the range is limited.

도 9b에 도시된 바와 같이, 전술한 급속열처리(RTA) 공정에 의해 유기된 열적 스트레스를 완화시키기 위해 600℃∼800℃에서 노열처리한다.As shown in FIG. 9B, the thermal treatment is performed at 600 ° C. to 800 ° C. to relieve thermal stress induced by the above-described rapid heat treatment (RTA) process.

상술한 바와 같이, 급속열처리후 노열처리하면 다수번의 급속열처리시 유기된 스트레스를 감소시켜 접합누설(junction leakage) 등 트랜지스터의 특성을 개선시킴과 아울러 반도체장치, 특히 DRAM의 데이터유지시간을 개선시킬 수 있다(도 12 참조).As described above, the thermal treatment after rapid thermal treatment can reduce the stress induced during a large number of rapid thermal treatments, thereby improving the characteristics of transistors such as junction leakage and improving the data retention time of semiconductor devices, particularly DRAM. (See FIG. 12).

도 12를 참조하면, 고온 급속열처리(RTA)후보다 고온 급속열처리후 노열처리한 경우에 데이터유지시간이 120% 정도 개선됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the data retention time is improved by about 120% when the thermal treatment is performed after the high temperature rapid heat treatment rather than after the high temperature rapid heat treatment (RTA).

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체장치의 스트레스 완화 방법을 도시한 도면으로서, 캐패시터의 유전막으로 강유전막을 이용한 경우를 도시하고 있다.FIG. 10 is a diagram illustrating a stress relaxation method of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and illustrates a case in which a ferroelectric film is used as a dielectric film of a capacitor.

도 10을 참조하면, 반도체기판(31)에 소자간 격리를 위한 필드산화막(32)을 STI 또는 LOCOS 공정을 이용하여 형성하고, 반도체기판(31)상에 게이트절연막(33) 및 워드라인(34)을 형성한 후, 워드라인(34) 양측의 반도체기판(31)내에 저농도 불순물을 이온주입한다.Referring to FIG. 10, a field oxide film 32 for isolation between devices is formed on a semiconductor substrate 31 using an STI or LOCOS process, and a gate insulating film 33 and a word line 34 are formed on the semiconductor substrate 31. ), Low concentration impurities are implanted into the semiconductor substrate 31 on both sides of the word line 34.

다음으로, 워드라인(34)을 포함한 전면에 절연막을 증착한 후 전면식각하여 워드라인(34)의 양측면에 접하는 측벽(35)을 형성하고, 측벽(35) 및 워드라인(34)을 마스크로 하여 반도체기판(31)에 고농도 불순물을 이온주입한다.Next, after the insulating film is deposited on the entire surface including the word line 34, the entire surface is etched to form sidewalls 35, which are in contact with both sides of the wordline 34, and the sidewalls 35 and the wordline 34 are masked. Thus, a high concentration of impurities are implanted into the semiconductor substrate 31.

다음으로, 급속열처리(RTA) 공정으로 저농도 불순물 및 고농도 불순물을 활성화시켜 LDD 영역(36)과 LDD 영역(36)에 전기적으로 접속되는 소스/드레인 영역(37)을 형성한다. 이 때, LDD 영역(36)은 워드라인(34)의 모서리 부분에 소정 폭 오버랩된다.Next, a low concentration impurity and a high concentration impurity are activated by a rapid thermal treatment (RTA) process to form a source / drain region 37 electrically connected to the LDD region 36 and the LDD region 36. At this time, the LDD region 36 overlaps a corner of the word line 34 by a predetermined width.

다음으로, 전술한 공정에 의해 형성된 트랜지스터를 포함한 반도체기판(31)의 전면에 제1층간절연막(38)을 증착 및 평탄화한 후, 제1층간절연막(38)을 식각하여 소스/드레인영역(37a) 중 일측을 노출시키는 콘택홀을 형성한다.Next, after depositing and planarizing the first interlayer insulating film 38 on the entire surface of the semiconductor substrate 31 including the transistor formed by the above-described process, the first interlayer insulating film 38 is etched to etch the source / drain regions 37a. ) To form a contact hole exposing one side.

계속해서, 콘택홀을 포함한 전면에 비트라인을 형성하기 위한 전도막을 증착한 후 패터닝하여 소스/드레인영역(37a) 중 일측에 접속되는 비트라인(39)을 형성한다.Subsequently, a conductive film for forming a bit line is deposited on the entire surface including the contact hole and then patterned to form a bit line 39 connected to one side of the source / drain region 37a.

그리고, 비트라인(39)을 포함한 제1층간절연막(38)상에 제2층간절연막(40)을 증착 및 평탄화한 후, 제2층간절연막(40)의 소정 표면상에 하부전극(41), 유전막(42), 상부전극(43)으로 이루어진 적층형 캐패시터를 형성한다.After the deposition and planarization of the second interlayer insulating film 40 on the first interlayer insulating film 38 including the bit line 39, the lower electrode 41 is formed on a predetermined surface of the second interlayer insulating film 40. A stacked capacitor consisting of a dielectric film 42 and an upper electrode 43 is formed.

여기서, 하부전극(41) 및 상부전극(43)으로는 도우프드 폴리실리콘, Pt, Ir, IrOx, Ru, RuOx, Rh, RhOx, CaRuO3, SrRuO3, BaRuO3, BaSrRuO3, CaIrO3, SrIrO3, BaIrO3, (La,Sr)CoO3, Cu, Al, Ta, Mo, W, Au, Ag, WSi2, TiSi2, MoSix(x=0.3∼2), CoSix(x=1∼2), NbSix(x=0.3∼2), TaSix(x=1∼2), TiN, TaN, WN, TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, RuTiN, IrTiN, TaSiN 및 TaAlN로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어진 금속전극을 이용한다.Here, the dough has a lower electrode 41 and upper electrode 43 peudeu polysilicon, Pt, Ir, IrO x, Ru, RuO x, Rh, RhO x, CaRuO 3, SrRuO 3, BaRuO 3, BaSrRuO 3, CaIrO 3 , SrIrO 3 , BaIrO 3 , (La, Sr) CoO 3 , Cu, Al, Ta, Mo, W, Au, Ag, WSi 2 , TiSi 2 , MoSi x (x = 0.3 to 2), CoSi x (x = 1-2), NbSi x (x = 0.3-2), TaSi x (x = 1-2), TiN, TaN, WN, TiSiN, TiAlN, TiBN, ZrSiN, ZrAlN, MoSiN, MoAlN, RuTiN, IrTiN, A metal electrode made of at least one or a combination of two or more selected from the group consisting of TaSiN and TaAlN is used.

그리고, 유전막(42)은 STO(SrTiO3), BTO(BaTiO3), SBTN((Sr,Bi)(Ta, Nb)2O9), SBT((Sr, Bi)Ta2O9), BLT((Bi, La)Ti3O12), BT(BaTiO3), ST(SrTiO3), PT(PbTiO3)를 포함하는 강유전막을 이용한다.The dielectric film 42 includes STO (SrTiO 3 ), BTO (BaTiO 3 ), SBTN ((Sr, Bi) (Ta, Nb) 2 O 9 ), SBT ((Sr, Bi) Ta 2 O 9 ), BLT ((Bi, La) Ti 3 O 12), BT (BaTiO 3), use the ferroelectric film containing the ST (SrTiO 3), PT ( PbTiO 3).

한편, 캐패시터 형성시 상부전극(43)을 먼저 식각한 후 유전막(42)과 하부전극(41)을 순차적으로 식각하거나, 상부전극(43), 유전막(42) 및 하부전극(41)을 순차적으로 식각한 후 상부전극(43)을 다시 식각할 수 있다.Meanwhile, when the capacitor is formed, the upper electrode 43 is etched first, and then the dielectric layer 42 and the lower electrode 41 are sequentially etched, or the upper electrode 43, the dielectric layer 42, and the lower electrode 41 are sequentially After etching, the upper electrode 43 may be etched again.

전술한 공정을 진행하기전에 적어도 1회 이상의 급속열처리 공정이 이루어질 것이며, 캐패시터 형성이 완료된 반도체기판(31)을 600℃∼800℃에서 노열처리하는데, 이러한 노열처리를 통해 캐패시터를 형성하기 위한 전극 및 유전막의 식각후 식각손실을 보상시켜줄 뿐만아니라, 특히 불순물이 고농도로 도핑된 폴리실리콘을 전극으로 이용하는 경우에는 불순물의 활성화에 의한 공핍층을 감소시키므로 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시킨다.At least one rapid heat treatment process will be performed before proceeding with the above-described process, and the semiconductor substrate 31 on which the capacitor is formed is subjected to heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C., wherein the electrode for forming the capacitor is subjected to the heat treatment. In addition to compensating the etch loss after etching the dielectric layer, in particular, in the case of using polysilicon doped with a high concentration of impurities as an electrode, the depletion layer due to activation of impurities is reduced, thereby increasing the capacitance of the capacitor.

아울러, 제1실시예에 동일하게 접합층(소스/드레인 영역)에 유기되었던 열적 스트레스를 감소시켜 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the characteristics of the transistor by reducing the thermal stress induced in the junction layer (source / drain region) similarly to the first embodiment.

강유전막을 이용하는 반도체장치의 경우, 급속열처리를 실시하지 않고 노열처리만을 실시하는 이유는, 급속열처리를 실시하는 경우 온도변화가 급격히 이루어져 강유전막의 구조가 파괴되는 문제가 있는데 반해 노열처리는 온도변화가 서서히 이루어지므로 강유전막의 강유전특성을 확보할 수 있기 때문이다.In the case of a semiconductor device using a ferroelectric film, only the heat treatment is performed without rapid heat treatment. The rapid heat treatment has a problem that the temperature changes rapidly and the structure of the ferroelectric film is destroyed. This is because the ferroelectric properties of the ferroelectric film can be secured.

한편, 제2 및 제3실시예에서는 적층형 캐패시터를 예로 들었으나,오목형(Concave) 및 실린더형(Cylinder)을 포함하는 다양한 형태의 캐패시터에도 적용가능하며, COB(Capacitor Over Bitline) 구조외에 CUB(Capacitor Under Bitline) 구조의 반도체장치에도 적용가능하다. 즉, 캐패시터의 상부전극(또는 플레이트라인)을 외부소자로 접속시키기 위한 금속배선 공정전에 노열처리 공정을 실시한다.Meanwhile, in the second and third embodiments, stacked capacitors are exemplified, but are applicable to various types of capacitors including concave and cylindrical, and CUB (Capacitor Over Bitline) structure. It is also applicable to semiconductor devices having a capacitor under bitline structure. That is, the heat treatment process is performed before the metal wiring process for connecting the upper electrode (or plate line) of the capacitor to the external element.

그리고, 캐패시터를 셀영역에만 형성하고 비트라인을 주변영역에 형성하는 CMOS 공정의 경우에도 적용가능한데, 이 때 비트라인이 주변영역에 형성되므로 NMOS 및 PMOS의 어느 소스/드레인 영역에도 접합되든지 상관없이 급속열처리(800℃∼1000℃)후 비트라인과 소스/드레인영역간의 콘택저항을 감소시켜 DRAM의 고속동작을 구현할 수 있다.In addition, the present invention can be applied to a CMOS process in which a capacitor is formed only in a cell region and a bit line is formed in a peripheral region. In this case, the bit line is formed in the peripheral region. After the heat treatment (800 ° C. to 1000 ° C.), the contact resistance between the bit line and the source / drain regions may be reduced to achieve high speed DRAM operation.

그리고, 노열처리 공정은 캐패시터 제조후 바로 이루어질 수도 있으나, 캐패시터제조후 금속배선 공정 이전의 어느 단계, 즉 반도체장치의 제조 공정 중 최후 급속열처리공정후에 진행하면 된다.The heat treatment process may be performed immediately after the capacitor is manufactured, but may be performed after the capacitor manufacturing process, before any metal wiring process, that is, after the last rapid heat treatment process of the semiconductor device manufacturing process.

전술한 바와 같은 반도체장치의 스트레스 완화 방법은 급속열처리 경우에만 한정되는 것이 아니고, 화학적기계적연마(CMP)에 의해 기계적 스트레스가 유기된 경우에도 후속 공정으로 노열처리를 실시하면 기계적 스트레스를 감소시킬 수 있다.The stress relaxation method of the semiconductor device as described above is not limited only to rapid thermal treatment, and even if mechanical stress is induced by chemical mechanical polishing (CMP), the thermal stress treatment may be performed by a subsequent process to reduce mechanical stress. .

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 사상의범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 바와 같은 본 발명은 급속열처리공정후 노열처리하여 급속열처리(RTA)의 단점인 열적 스트레스를 완화시키므로 급속열처리 공정의 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of increasing the utilization of the rapid heat treatment process by relieving thermal stress which is a disadvantage of the rapid heat treatment (RTA) by heat treatment after the rapid heat treatment process.

그리고, 열적으로 유기되는 스트레스 및 기계적 스트레스를 완화시켜 격자결함과 트랩 발생 확률을 줄이므로써 핫캐리어효과, GIDL, 누설전류 특성을 개선시켜 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by reducing the thermally induced stress and mechanical stress to reduce the grid defect and the probability of trap generation, it is possible to improve the reliability of the device by improving the hot carrier effect, GIDL, leakage current characteristics.

또한, DRAM의 데이터유지시간을 획기적으로 개선시키므로써 반도체장치의 수율을 증대시킬 수 있다.In addition, the yield of the semiconductor device can be increased by drastically improving the data retention time of the DRAM.

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 트랜지스터가 형성된 반도체기판상에 캐패시터를 형성하는 단계;Forming a capacitor on the semiconductor substrate on which the transistor is formed; 상기 캐패시터를 포함한 상기 반도체기판을 급속열처리하는 단계; 및Rapid thermal treatment of the semiconductor substrate including the capacitor; And 상기 급속열처리된 상기 반도체기판을 노열처리하는 단계Thermally treating the rapidly thermally processed semiconductor substrate; 를 포함함을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device comprising a. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 급속열처리하는 단계는, 800℃∼1000℃의 온도에서 이루어짐을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.The rapid heat treatment is a manufacturing method of a semiconductor device, characterized in that at a temperature of 800 ℃ to 1000 ℃. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 노열처리하는 단계는, 600℃∼800℃의 온도에서 이루어짐을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.The heat treatment step is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that at a temperature of 600 ℃ to 800 ℃. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 캐패시터를 형성하는 단계는,Forming the capacitor, 상기 반도체기판상에 제1도전막, 유전막, 제2도전막을 차례로 형성하는 단계;Sequentially forming a first conductive film, a dielectric film, and a second conductive film on the semiconductor substrate; 상기 제2도전막, 유전막 및 상기 제1도전막을 선택적으로 패터닝하는 단계Selectively patterning the second conductive layer, the dielectric layer, and the first conductive layer 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 유전막은 SiO2, NO, Ta2O5, TaON 및 Al2O3중에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합막을 포함함을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.The dielectric film includes at least one selected from SiO 2 , NO, Ta 2 O 5 , TaON, and Al 2 O 3 , or a combination thereof. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제1 및 제2도전막은 폴리실리콘, 금속막 및 금속산화막으로 이루어진 그룹중에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합막을 포함함을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.Wherein the first and second conductive films comprise at least one selected from the group consisting of polysilicon, a metal film and a metal oxide film or a combination thereof. 트랜지스터가 형성된 반도체기판상에 강유전막을 구비하는 캐패시터를 형성하는 단계; 및Forming a capacitor having a ferroelectric film on the semiconductor substrate on which the transistor is formed; And 상기 캐패시터를 포함한 상기 반도체기판을 노열처리하는 단계Thermally treating the semiconductor substrate including the capacitor 를 포함함을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.Method of manufacturing a semiconductor device comprising a. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 노열처리하는 단계는, 600℃∼800℃의 온도에서 이루어짐을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.The heat treatment step is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that at a temperature of 600 ℃ to 800 ℃. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 강유전막은 STO(SrTiO3), BTO(BaTiO3), SBTN((Sr,Bi)(Ta, Nb)2O9), SBT((Sr, Bi)Ta2O9), BLT((Bi, La)Ti3O12), BT(BaTiO3), ST(SrTiO3) 및 PT(PbTiO3)으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 조합막을 포함함을 특징으로 하는 반도체장치의 제조 방법.The ferroelectric film may include STO (SrTiO 3 ), BTO (BaTiO 3 ), SBTN ((Sr, Bi) (Ta, Nb) 2 O 9 ), SBT ((Sr, Bi) Ta 2 O 9 ), BLT ((Bi, La) Ti 3 O 12), BT (BaTiO 3), ST (SrTiO 3) and a method of manufacturing a semiconductor device according to at least one, or characterized in that it comprises a film combination thereof is selected from the group consisting of PT (PbTiO 3).
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