KR101008225B1 - Method of forming storage node electrode of semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판 상부에 게이트 전극을 형성하고 그 위에 제 1절연막 및 제 2절연막을 순차 적층하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막을 패터닝하여 캐패시터 영역의 기판을 오픈하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막의 오픈 부위의 기판과 연결되는 하부 전극과 그 위에 유전체막을 형성하는 단계와, 제 2절연막 상부에 유전체막을 감싸는 상부 전극을 형성하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막을 식각해서 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성함과 동시에 게이트 전극 사이의 기판을 오픈시키는 단계와, 오픈된 기판에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.따라서 본 발명은 고온 공정이 수반되는 ONO막 제조 공정 이후에 소오스/드레인 영역을 형성함으로써 트랜지스터의 펀치쓰루 특성이 열화되는 것을 미연에 방지한다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to form a gate electrode on a semiconductor substrate, sequentially stacking a first insulating film and a second insulating film on the semiconductor substrate, and patterning the second insulating film and the first insulating film. Opening a substrate in the region, forming a lower electrode connected to the substrate of the second insulating film and the open portion of the first insulating film and a dielectric film thereon, and forming an upper electrode surrounding the dielectric film on the second insulating film. And etching the second insulating film and the first insulating film to form a spacer on the sidewalls of the gate electrode, simultaneously opening a substrate between the gate electrodes, and forming a source / drain region on the opened substrate. The present invention punches a transistor by forming a source / drain region after an ONO film production process involving a high temperature process. The base is a characteristic deterioration is prevented in advance.
캐패시터, 게이트 전극, 스페이서, 고온 공정, 펀치쓰루 Capacitor, Gate Electrode, Spacer, High Temperature Process, Punch Through
Description
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 메모리장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도,1A to 1I are flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention;
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도.
2A to 2K are flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*Description of the Related Art [0002]
10, 100 : 반도체 기판 12, 102 : 소자 분리막10, 100:
14, 104 : 게이트 전극 16, 105 : LDD 영역14, 104:
18, 106 : 제 1절연막 20, 108 : 제 2절연막18, 106: first
22, 112 : 오픈 영역 24, 114 : 하부 전극22, 112:
26, 116 : 유전체막 28, 118 : 상부 전극26, 116:
18a, 20a, 106a, 108a : 스페이서 30, 120 : 소오스/드레인 영역18a, 20a, 106a, 108a:
32, 122 : 실리사이드 110 : 희생막32, 122: silicide 110: sacrificial film
본 발명은 반도체 메모리장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 메모리 셀과 로직 회로를 원칩화한 SoC(System on Chip) 소자에 유용하게 사용될 수 있는 반도체 메모리장치의 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor memory device, which can be usefully used for a SoC (System on Chip) device having a memory chip and a logic circuit.
현재 반도체 소자는 고집적화를 달성하기 위하여 셀 면적의 감소 및 동작 전압의 저전압화에 관한 연구/개발이 활발하게 진행되고 있다. 더구나, 반도체 소자의 고집적화가 이루어질수록 캐패시터의 면적은 급격하게 감소하고 있기 때문에 기억소자의 동작에 필요한 전하 즉, 단위 면적에 확보되는 커패시턴스를 더욱 증가시켜야만 한다.At present, in order to achieve high integration of semiconductor devices, research / development has been actively conducted on reduction of cell area and reduction of operating voltage. In addition, as the integration of semiconductor devices increases, the area of the capacitor is rapidly decreasing, and therefore, the charge required for the operation of the memory device, that is, the capacitance secured in the unit area, must be further increased.
한편 반도체 메모리장치로서, DRAM(Dynamic Random Access Memory)과 로직 회로를 원칩화한 SoC 소자에서는 다음과 같은 문제점이 있다.On the other hand, as a semiconductor memory device, a SoC device having one-chip DRAM and a logic circuit has the following problems.
첫 번째는 공정적인 문제로 스택 캐패시터를 사용하는 DRAM의 제조 공정은 복잡하고 로직 회로의 제조 공정과는 다른 부분이 많아 전체적인 제조 공정의 단계가 길어져 제조 비용이 올라가고 이로 인해 수율이 낮아진다. The first is a process problem. The manufacturing process of a DRAM using a stack capacitor is complicated, and there are many parts different from the manufacturing process of a logic circuit, which increases the manufacturing cost by increasing the overall manufacturing process step and lowering the yield.
두 번째는 소자적인 문제로 메모리 셀의 캐패시터 제조 공정중에 ONO(Oxide Nitride Oxide)와 같은 고온 공정이 있는데, 이러한 고온 공정시 트랜지스터의 펀치쓰루(puchthrough) 특성을 취약하게 하는 것이다.
Second, due to the device problem, there is a high temperature process such as Oxide Nitride Oxide (ONO) in the capacitor manufacturing process of the memory cell, which weakens the punchthrough characteristics of the transistor during the high temperature process.
본 발명의 목적은 게이트 전극의 스페이서용 절연막을 패터닝하여 오픈 영역을 형성하고 오픈 영역에 하부 전극, 유전체막 및 상부 전극으로 이루어진 캐패시터를 제조한 후에 절연막을 식각해서 게이트 전극의 스페이서를 형성함과 동시에 기판 표면을 오픈한 후에 오픈된 기판에 소오스/드레인 영역을 형성함으로써 메모리 셀의 캐패시터 제조 공정에 수반되는 고온 공정으로 인해 발생되는 트랜지스터의 펀치쓰루 특성이 취약해지는 것을 방지할 수 있는 반도체 메모리장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
An object of the present invention is to form an open region by patterning an insulating film for a spacer of the gate electrode, and to fabricate a capacitor consisting of a lower electrode, a dielectric film and an upper electrode in the open region, and then etching the insulating film to form a spacer of the gate electrode. Fabrication of a semiconductor memory device capable of preventing the punch-through characteristics of a transistor caused by a high temperature process accompanying a capacitor manufacturing process of a memory cell from becoming weak by forming a source / drain region on the opened substrate after opening the substrate surface. To provide a method.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 셀과 캐패시터를 갖는 반도체메모리장치의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판 상부에 게이트 전극을 형성하고 그 위에 제 1절연막 및 제 2절연막을 순차 적층하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막을 패터닝하여 캐패시터 영역의 기판을 오픈하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막의 오픈 부위의 기판과 연결되는 하부 전극과 그 위에 유전체막을 형성하는 단계와, 제 2절연막 상부에 유전체막을 감싸는 상부 전극을 형성하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막을 식각해서 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성함과 동시에 게이트 전극 사이의 기판을 오픈시키는 단계와, 오픈된 기판에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor memory device having a cell and a capacitor, the method comprising: forming a gate electrode on a semiconductor substrate and sequentially laminating a first insulating film and a second insulating film thereon; Patterning the insulating film and the first insulating film to open the substrate in the capacitor region; forming a lower electrode connected to the substrate of the open portion of the second insulating film and the first insulating film; and forming a dielectric film thereon; Forming an upper electrode surrounding the dielectric film, etching the second insulating film and the first insulating film to form a spacer on the sidewall of the gate electrode, and simultaneously opening a substrate between the gate electrodes, and source / drain regions on the opened substrate. Forming a step.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 방법은 셀과 캐패시터를 갖는 반도체메모리장치의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판 상부에 게이트 전극을 형성하고 그 위에 제 1절연막, 제 2절연막, 및 희생막을 순차 적층하는 단계와, 희생막, 제 2절연막 및 제 1절연막을 패터닝하여 캐패시터 영역의 기판을 오픈하는 단계와, 희생막, 제 2절연막 및 제 1절연막의 오픈 부위의 기판과 연결되는 하부 전극을 형성하는 단계와, 희생막을 제거하고 하부 전극 표면에 유전체막 및 상부 전극을 순차적으로 형성하는 단계와, 제 2절연막 및 제 1절연막을 식각해서 게이트 전극 측벽에 스페이서를 형성함과 동시에 게이트 전극 사이의 기판을 오픈시키는 단계와, 오픈된 기판에 소오스/드레인 영역을 형성하는 단계를 포함한다.
In order to achieve the above object, another method of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor memory device having a cell and a capacitor, the method comprising: forming a gate electrode on a semiconductor substrate, and sequentially stacking a first insulating film, a second insulating film, and a sacrificial film thereon; Opening the substrate in the capacitor region by patterning the sacrificial film, the second insulating film and the first insulating film, and forming a lower electrode connected to the substrate in the open region of the sacrificial film, the second insulating film and the first insulating film. Removing the sacrificial layer and sequentially forming the dielectric layer and the upper electrode on the lower electrode surface; etching the second insulating layer and the first insulating layer to form spacers on the sidewalls of the gate electrode, and simultaneously forming a substrate between the gate electrodes. Opening and forming a source / drain region in the opened substrate.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 메모리장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 이들 도면을 참조하면 본 발명의 일 실시예의 제조 공정은 다음과 같다.1A to 1I are flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention. Referring to these drawings, the manufacturing process of an embodiment of the present invention is as follows.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)으로서 실리콘 기판에 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 진행하여 소자 분리막(12)을 형성한다. 그리고 반도체 기판 상부에 게이트 절연막(미도시됨) 및 게이트 전극(14)을 형성한다. 그 다음 LDD 이온 주입으로서 n 도펀트를 저농도로 이온 주입하여 n- LDD 영역(16)을 형성한 후에 반도체 기판 전면에 게이트 전극 측벽에 형성될 스페이서용 물질로서, 제 1절연막(18) 및 제 2절연막(20)을 순차적으로 얇게 적층한다. 이때 제 1절연막(18) 및 제 2절연막(20)은 식각 선택성이 있는 물질로서 예를 들면 제 1절연막(18)은 실리콘산화막, 제 2절연막(20)은 실리콘질화막이 된다.As shown in FIG. 1A, a
이어서 도 1b에 도시된 바와 같이, 하부 전극 콘택 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 제 2절연막(20) 및 제 1절연막(18)을 패터닝하여 캐패시터 영역의 기판을 오픈한다. 이때 기판 표면이 오픈된 부위는 22로 표시한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the second
도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상부 전면에 도프트 폴리실리콘막을 증착하고 이를 패터닝하여 제 2절연막(20) 및 제 1절연막(18)의 오픈된 영역(22)의 기판과 수직으로 연결되는 하부 전극(24)을 형성하고, 하부 전극(24) 표면에 유전체막(26)으로서 ONO막을 증착한다. 이때, 고온 공정이 수반되는 ONO막 제조 공정시 셀 트랜지스터 영역은 스페이서용 제 1 및 제 2절연막(18, 20)들에 의해 마스킹된 상태이며 n+ 소오스/드레인 영역이 형성되기 이전이므로 트랜지스터의 펀치쓰루 발생이 억제된다.1C and 1D, a doped polysilicon film is deposited on the upper surface of the
계속해서 도 1e에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상부 전면에 도프트 폴리실리콘막을 증착하고 이를 패터닝하여 제 2절연막(20) 상부에 유전체막(26)을 감싸는 상부 전극(28)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, a doped polysilicon film is deposited on the entire upper surface of the
그런 다음 도 1f에 도시된 바와 같이, 제 2절연막(20) 및 제 1절연막(18)을 상기 게이트 전극(14) 상부 표면이 드러나도록 건식 식각해서 게이트 전극(14) 측벽에 스페이서(20a, 18a)를 형성함과 동시에 게이트 전극(14) 사이의 기판 표면을 오픈시킨다. 그리고 n 도펀트를 고농도로 이온 주입하여 오픈된 기판내에 n+ 소오 스/드레인 영역(30)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 1F, the second
이어서 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전면에 실리사이드막으로서 티타늄막(Ti)을 증착하고 어닐링 공정을 진행하여 실리콘과 티타늄막을 반응시켜 게이트 전극(14), 소오스/드레인 영역(30) 및 상부 전극(28) 표면에 각각 실리사이드막(32)을 형성하고 미반응된 티타늄막을 제거한다. 이때 실리사이드 공정은 로직 회로의 게이트 전극의 저항을 낮추기 위해 진행하는 제조 공정으로 상부 전극 위에도 실리사이드막을 형성하여 캐패시터 전체에 고른 바이어스를 인가하도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 1G, a titanium film Ti is deposited on the entire surface of the resultant as a silicide film and an annealing process is performed to react silicon and the titanium film so as to react with the
그 다음 도 1h 및 도 1i에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10) 상부 전면에 층간 절연막(34)을 형성하고 그 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정으로 표면을 평탄화한다. 그리고나서 층간 절연막(34)에 콘택홀을 형성한 후에 배선 공정을 진행하여 층간 절연막(34)내 콘택홀을 통해서 소오스/드레인 영역(30)과 수직으로 연결되는 콘택 전극(36)을 형성한다.1H and 1I, an
도 2a 내지 도 2k는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 메모리장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 이들 도면을 참조하면 본 발명의 다른 실시예의 제조 공정은 다음과 같다.2A to 2K are flowcharts illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention. Referring to these drawings, the manufacturing process of another embodiment of the present invention is as follows.
도 2a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)으로서 실리콘 기판에 소자 분리막(102), 게이트 절연막(미도시됨)을 형성한 후에 게이트 전극(104)을 형성한다. 그 다음 LDD 이온 주입으로서 n 도펀트를 저농도로 이온 주입하여 n- LDD 영역(105)을 형성하고 반도체 기판(100) 전면에 게이트 전극 측벽에 형성될 스페이 서용 물질로서, 제 1절연막(106) 및 제 2절연막(108)을 순차적으로 얇게 적층한다. 이때 제 1절연막(106) 및 제 2절연막(108)은 식각 선택성이 있는 물질로서 예를 들면 제 1절연막(106)은 실리콘산화막, 제 2절연막(108)은 실리콘질화막이 된다.As shown in FIG. 2A, after forming the
이어서 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 2절연막(108) 상부에 FIN 구조의 캐패시터를 위한 희생막(110)으로서 실리콘산화막을 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, a silicon oxide film is deposited on the second
그 다음 도 2c에 도시된 바와 같이, 하부 전극 콘택 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 진행하여 희생막(110), 제 2절연막(108) 및 제 1절연막(106)을 패터닝하여 캐패시터 영역의 기판을 오픈한다. 이때 기판 표면이 오픈된 부위는 112로 표시한다. Next, as shown in FIG. 2C, the
도 2d에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상부 전면에 도프트 폴리실리콘막을 증착하고 이를 패터닝하여 희생막(110), 제 2절연막(108) 및 제 1절연막(106)의 오픈된 영역(112)의 기판과 수직으로 연결되는 하부 전극(114)을 형성한다.As shown in FIG. 2D, a doped polysilicon film is deposited on the entire upper surface of the
그리고 도 2e에 도시된 바와 같이, 선택적으로 희생막(110)을 제거하여 FIN 구조의 하부 전극(114)을 형성한다.As shown in FIG. 2E, the
그 다음 도 2f에 도시된 바와 같이, 하부 전극(114) 표면에 유전체막(116)으로서 ONO막을 증착한다. 이때, 고온 공정이 수반되는 ONO막 제조 공정시 셀 트랜지스터 영역은 스페이서용 제 1 및 제 2절연막(106, 108)들에 의해 마스킹된 상태이며 n+ 소오스/드레인 영역이 형성되기 이전이므로 트랜지스터의 펀치쓰루 발생이 억제된다.
2F, an ONO film is deposited as the
계속해서 도 2g에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상부 전면에 도프트 폴리실리콘막을 증착하고 이를 패터닝하여 제 2절연막(108) 상부에 유전체막(116)을 감싸는 상부 전극(118)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2G, a doped polysilicon film is deposited on the upper surface of the
그런 다음 도 2h에 도시된 바와 같이, 제 2절연막(108) 및 제 1절연막(106)을 게이트 전극(104) 상부 표면이 드러나도록 건식 식각해서 게이트 전극(104) 측벽에 스페이서(108a, 106a)를 형성함과 동시에 게이트 전극(104) 사이의 기판 표면을 오픈시킨다. 그리고 n 도펀트를 고농도로 이온 주입하여 오픈된 기판내에 n+ 소오스/드레인 영역(120)을 형성한다.Then, as shown in FIG. 2H, the second insulating
이어서 도 2i에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 전면에 실리사이드막으로서 티타늄막(Ti)을 증착하고 어닐링 공정을 진행하여 실리콘과 티타늄막을 반응시켜 게이트 전극(104), 소오스/드레인 영역(120) 및 상부 전극(118) 표면에 각각 실리사이드막(122)을 형성하고 미반응된 티타늄막을 제거한다. 이때 실리사이드 공정은 로직 회로의 게이트 전극의 저항을 낮추기 위해 진행하는 제조 공정으로 상부 전극 위에도 실리사이드막을 형성하여 캐패시터 전체에 고른 바이어스를 인가하도록 한다.Next, as shown in FIG. 2I, a titanium film Ti is deposited on the entire surface of the resultant as a silicide film and an annealing process is performed to react silicon and the titanium film so that the
그 다음 도 2j 및 도 2k에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상부 전면에 층간 절연막(124)을 형성하고 CMP 공정으로 표면을 평탄화한다. 그리고나서 층간 절연막(124)에 콘택홀을 형성한 후에 배선 공정을 진행하여 층간 절연막(124)내 콘택홀을 통해서 소오스/드레인 영역(120)과 수직으로 연결되는 콘택 전극(126)을 형성한다.
2J and 2K, an
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 게이트 전극의 스페이서용 절연막을 패터닝하여 오픈 영역을 형성하고 오픈 영역에 하부 전극, 유전체막 및 상부 전극으로 이루어진 캐패시터를 제조한 후에 절연막을 식각해서 게이트 전극의 스페이서를 형성함과 동시에 기판 표면을 오픈한 후에 오픈된 기판에 소오스/드레인 영역을 형성한다.As described above, the present invention forms an open region by patterning an insulating film for a spacer of the gate electrode, and after manufacturing a capacitor consisting of a lower electrode, a dielectric film, and an upper electrode in the open region, the insulating film is etched to form a spacer of the gate electrode. At the same time, the substrate surface is opened and a source / drain region is formed in the opened substrate.
그러므로 본 발명은 게이트 전극 측벽의 스페이서를 캐패시터 간의 측면 절연막으로 사용함으로써 일반 DRAM에 비해 층간 절연막 제조 공정이 줄어들게 되고 캐패시터의 높이가 낮아 DRAM과 로직 회로간의 높이 차이가 줄어들어 층간 절연막의 평탄화에 유리하다.Therefore, the present invention uses the spacer of the sidewall of the gate electrode as a side insulating film between the capacitors to reduce the interlayer insulating film manufacturing process compared to the general DRAM, and the height of the capacitor is low, the height difference between the DRAM and logic circuit is reduced, which is advantageous for the planarization of the interlayer insulating film.
또 본 발명은 고온 공정이 수반되는 ONO막 제조 공정 이후에 소오스/드레인 영역을 형성함으로써 트랜지스터의 펀치쓰루 특성이 열화되는 것을 미연에 방지한다. 또한 본 발명은 캐패시터 상부에도 실리사이드를 형성하기 때문에 캐패시터 전체에 고른 바이어스를 인가할 수 있다.In addition, the present invention prevents the punch-through characteristics of the transistor from deteriorating by forming a source / drain region after the ONO film production process involving a high temperature process. In addition, in the present invention, since the silicide is formed on the upper part of the capacitor, an even bias may be applied to the entire capacitor.
따라서 본 발명은 메모리 셀과 로직 회로를 원칩화한 SoC 소자의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, the present invention has an advantage of improving the yield and reliability of SoC devices in which the memory cells and logic circuits are one-chip.
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