KR100426492B1 - 반도체소자의전하저장전극형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법에 관한 것으로, 콘택홀을 형성하는 과정에서 발생되는 실리콘 기판의 손실 및 불순물 이온의 하부 확산으로 인한 접합부의 크기 증가를 방지하기 위하여 콘택홀을 2단계 식각법으로 형성하고 폴리실리콘층을 2단계 증착법으로 형성하므로써 소자의 신뢰성이 향상될 수 있도록 한 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법
본 발명은 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법에 관한 것으로, 특히 누설전류의 발생으로 인한 소자의 신뢰성 저하를 방지할 수 있도록 한 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 캐패시터는 하부전극과 상부전극으로 이루어지며 하부전극과 상부전극의 사이에는 유전체막이 형성된다. 그러면 캐패시터의 하부전극으로 이용되는 종래 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법을 도 1A 및 도 1B를 통해 설명하면 다음과 같다.
도 1A 및 도 1B는 종래 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도로서,
도 1A는 접합부(2)가 형성된 실리콘 기판(1)상에 절연막(3)을 형성한 후 상기 접합부(2)가 노출되도록 상기 절연막(3)을 패터닝하여 콘택홀(4)을 형성한 상태의 단면도인데, 상기 콘택홀(4)을 형성하기 위한 식각 공정시 상기 실리콘 기판(1)상 상기 절연막(3)이 잔류되지 않도록 과도 식각을 실시하기 때문에 상기 접합부(2)의 표면이 손실된다.
도 1B는 상기 콘택홀(4)이 매립되도록 전체 상부면에 폴리실리콘층(5)을 형성한 상태의 단면도인데, 이때 언도프(Undope) 폴리실리콘을 증착한 후 불순물 이온을 주입하는 방법 또는 도프(Doped) 폴리실리콘을 증착하는 방법중 어느 하나의 방법을 이용하여 상기 폴리실리콘층(5)을 형성한다. 이후 상기 폴리실리콘층(5)을 패터닝하여 전하저장전극을 형성하고 상기 전하저장전극상에 유전체막 및 상부 전극을 순차적으로 형성하여 캐패시터의 형성을 완료한다. 그런데 상기와 같은 방법을 이용하는 경우 상기 콘택홀(4)을 형성하는 과정에서 발생된 상기 실리콘 기판(1)의 손실 및 후속 열처리 공정시 상기 폴리실리콘층(5)에 주입된 불순물 이온의 하부 확산에 의한 상기 접합부(2)의 크기 증가에 의해 소자의 동작시 누설전류가 발생되며, 이에 의해 메모리 소자의 리프래쉬(Refresh) 특성이 저하된다.
따라서 본 발명은 콘택홀을 2단계 식각법으로 형성하고 폴리실리콘층을 2단계 증착법으로 형성하므로써 상기한 단점을 해소할 수 있는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 접합부가 형성된 실리콘 기판상에 절연막을 형성한 후 콘택 마스크를 이용하여 상기 절연막을 소정 깊이 1차 식각하는 단계와, 상기 단계로부터 나머지 두께의 상기 절연막을 2차 식각하여 상기 접합부가 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 콘택홀이 매립되도록 전체 상부면에 안도프 폴리실리콘층 및 도프 폴리실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 도프 폴리실리콘층 및 언도프 폴리실리콘층을 순차적으로 패터닝하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 언도프 폴리실리콘층은 10 내지 50 nm의 두께로 형성되고 상기 도프 폴리실리콘층은 40 내지 200 nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 언도프 폴리실리콘층 및 도프 폴리실리콘층은 인-시투로 형성되며, 상기 언도프 폴리실리콘층은 550 내지 620 ℃ 온도에서 SiH4및 Si2H6중 어느 하나의 가스를 이용하여 형성하고, 상기 도프 폴리실리콘층은 550 내지 620 ℃ 온도에서 PH3와 SiH4및 PH3와 Si2H6중 어느 하나의 혼합 가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 1A 및 도 1B는 종래 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명에 따른 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 기호설명>
1 및 11: 실리콘 기판 2 및 12: 접합부
3 및 13: 절연막 4 및 14: 콘택홀
5: 폴리실리콘층 15A: 언도프 폴리실리콘층
15B: 도프 폴리실리콘층
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2A 내지 도 2D는 본 발명에 따른 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도로서,
도 2A는 접합부(12)가 형성된 실리콘 기판(11)상에 절연막(13)을 형성한 후 콘택 마스크(도시않됨)를 이용하여 상기 절연막(13)을 소정 깊이 1차 식각한 상태의 단면도로서, 이때 잔류되는 상기 절연막(13)의 두께는 1 내지 5 nm 정도가 되도록 한다.
도 2B는 나머지 두께의 상기 절연막(13)을 2차 식각하여 상기 접합부(12)가 노출되도록 콘택홀(14)을 형성한 상태의 단면도로서, 상기 1차 식각 공정은 상기 2차 식각 공정보다 식각 속도가 높은 식각 방법을 이용하며, 상기 2차 식각은 HF 또는 BOE 용액을 이용한 습식으로 실시하여 상기 실리콘 기판(11)의 손실을 방지한다.
도 2C는 550 내지 620 ℃ 온도의 반응로내에서 SiH4또는 Si2H6가스를 이용한 증착 공정으로 상기 콘택홀(14)이 매립되도록 전체 상부면에 언도프 폴리실리콘층(15A)을 10 내지 50 nm의 두께로 형성한 상태의 단면도이고, 도 2D는 인-시투(In-Situ)로 PH3와 SiH4또는 PH3와 Si2H6가 혼합된 가스를 이용하여 상기 언도프 폴리실리콘층(15A)상에 도프 폴리실리콘층(15B)을 40 내지 200 nm의 두께로 형성한 상태의 단면도이다. 이후 상기 도프 폴리실리콘층(15B) 및 언도프 폴리실리콘층(15A)을 순차적으로 패터닝하여 전하저장전극을 형성하고 상기 전하저장전극상에 유전체막 및 상부전극을 형성하여 캐패시터의 형성을 완료한다.
상기와 같은 방법을 이용하면 상기 콘택홀(14)을 형성하는 과정에서 상기 실리콘 기판(11)의 손실이 발생되지 않으며, 또한 후속 열처리 공정시 상기 도프 폴리실리콘층(15B)에 함유된 불순물 이온이 하부 확산되더라도 상기 언도프 폴리실리콘층(15A)을 통해 상기 실리콘 기판(11)까지 확산되지 못한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 콘택홀을 형성하는 과정에서 발생되는 실리콘 기판의 손실을 방지하며 후속 열처리 공정시 불순물 이온의 하부 확산으로 인한 접합부의 크기 증가를 방지하므로써 소자의 동작시 누설전류가 발생되지 않으며, 따라서 리프래쉬 특성 및 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 접합부가 형성된 실리콘 기판 상에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 접합부 상에 잔류하는 상기 절연막의 두께를 낮추기 위하여, 콘택 마스크를 이용한 식각 공정으로 상기 절연막을 소정의 두께만큼 1차 식각하는 단계;
    상기 접합부 상에 잔류하는 상기 절연막을 습식 식각 공정으로 2차 식각하여 상기 접합부를 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 콘택홀이 매립되도록 전체 상부면에 언도프 플리실리콘층 및 도프 폴리실리콘층을 순차적으로 형성하는 단계;
    상기 도프 폴리실리콘층 및 언도프 폴리실리콘층을 순차적으로 패터닝하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 식각 공정은 상기 2차 식각 공정보다 식각 속도가 높은 방법으로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
  3. 제 1 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2차 식각은 HF 및 BOE 용액중 하나의 용액을 이용한 습식으로 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 언도프 폴리실리콘층은 10 내지 50nm의 두께로 형성되며 상기 도프 폴리실리콘층은 40 내지 200nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 언도프 폴리실리콘층 및 도프 폴리실리콘층은 인-시투로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
  6. 제 1 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 언도프 폴리실리콘층은 550 내지 620℃ 온도에서 SiH4및 Si2H6중 어느 하나의 가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
  7. 제 1 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 도프 폴리실리콘층은 550 내지 620℃ 온도에서 PH3와 SiH4및 PH3와 Si2H6중 어느 하나의 혼합 가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 전하저장전극 형성 방법.
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