KR101096264B1 - Method of manufacturing semiconductor device having dual poly-gate of recessed gate structure - Google Patents
Method of manufacturing semiconductor device having dual poly-gate of recessed gate structure Download PDFInfo
- Publication number
- KR101096264B1 KR101096264B1 KR1020090133248A KR20090133248A KR101096264B1 KR 101096264 B1 KR101096264 B1 KR 101096264B1 KR 1020090133248 A KR1020090133248 A KR 1020090133248A KR 20090133248 A KR20090133248 A KR 20090133248A KR 101096264 B1 KR101096264 B1 KR 101096264B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- polysilicon film
- concentration
- trench
- region
- type
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 title abstract description 14
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 135
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 135
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
- H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
- H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
- H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02041—Cleaning
- H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
- H01L21/02068—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive layers, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
- H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/4916—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen
- H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement
- H01L29/4933—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement with a silicide layer contacting the silicon layer, e.g. Polycide gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
- H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
Abstract
본 발명의 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자 제조방법은, 기판의 제1 영역 및 제2 영역 내에 각각 제1 리세스 및 제2 리세스를 형성하는 단계와, 제1 리세스 및 제2 리세스가 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 게이트절연막 위에, 리세스를 채우는 제1 폴리실리콘막과, 제1 폴리실리콘막 위에 순차적으로 배치되는 제2 폴리실리콘막 및 제3 폴리실리콘막을 포함하며 n형으로 도핑된 폴리게이트를 형성하되, 제1 폴리실리콘막은 제1 폴리실리콘막을 형성하는 과정에서 제1 폴리실리콘막 내부에 만들어지는 심의 이동을 억제할 수 있도록 하는 제1 농도를 갖도록 형성하고, 제2 폴리실리콘막은 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖도록 형성하며, 그리고 제3 폴리실리콘막은 제1 농도보다 높은 제3 농도를 갖도록 형성하는 단계와, 제2 영역의 폴리게이트에 대해 선택적으로 p형 불순물을 카운터 도핑시키는 단계와, 그리고 열처리를 수행하여 제1 영역의 n형 불순물 및 제2 영역의 p형 불순물을 활성화시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device having a dual polygate having a recess gate structure according to the present invention includes forming a first recess and a second recess in a first region and a second region of a substrate, respectively; Forming a gate insulating film on the substrate on which the second recess is formed, a first polysilicon film filling the recess on the gate insulating film, and a second polysilicon film and a third poly sequentially disposed on the first polysilicon film A poly-type doped polygate including a silicon film, wherein the first polysilicon film has a first concentration to suppress the movement of the shim formed inside the first polysilicon film during the process of forming the first polysilicon film. The second polysilicon film is formed to have a second concentration lower than the first concentration, and the third polysilicon film is formed to have a third concentration higher than the first concentration. And selectively doping the p-type impurity to the polygate of the second region, and performing heat treatment to activate the n-type impurity in the first region and the p-type impurity in the second region. .
듀얼 폴리게이트, 리세스 게이트, 폴리 심(seam), 카운터 도핑 Dual Polygate, Recess Gate, Poly Seam, Counter Doped
Description
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자의 제조방법에 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 having a dual polygate having a recess gate structure.
최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체소자의 주요 구성요소인 트랜지스터의 채널길이도 점점 짧아지고 있다. 따라서 기존의 플래너(planar) 구조의 트랜지스터의 경우 숏채널효과(short channel effect)가 문제점으로 대두되고 있다. 숏채널효과는, 트랜지스터의 소스(source)와 드레인(drain) 사이의 펀치스루(punch-through)를 심각하게 유발하며, 이러한 펀치스루는 트랜지스터 소자의 오동작의 주요 원인으로 인식되고 있다. 또한 기판의 도핑농도가 증가되며, 이와 같이 증가된 도핑농도는 전계와 접합누설전류의 증가를 유발하여, 디램(DRAM)과 같은 메모리소자의 경우 충분한 데이터 리텐션 시간(data retention time)을 확보하는데 어려움을 제공한다. 최근에는 숏채널효과를 억제하기 위해, 기판에 트랜치를 형성한 후에 게이트를 트랜치에 매립되도록 형성함으로써 유효채널길이를 증대시키는 리세스 게이트 구조를 적용하고 있는 실정이다. 리세스 게이트 구조에는 트랜치 하부면이 둥근 현상으로 파인 일반적인 구조와 트랜치 하부면에 확장된 구형이 배치되는 벌브(bulb) 구조가 있다. 어느 구조이던지 채널이 트랜치의 프로파일을 따라, 즉 트랜치의 바닥 및 측벽을 따라 형성되게 되므로, 리세스 게이트의 선폭에 비하여 더 긴 길이를 갖게 된다.Recently, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the channel length of transistors, which is a major component of semiconductor devices, is also getting shorter. Therefore, the short channel effect is a problem in the conventional planar transistor. The short channel effect causes severe punch-through between the source and drain of the transistor, which is recognized as a major cause of malfunction of transistor elements. In addition, the doping concentration of the substrate is increased, and the increased doping concentration causes an increase in the electric field and the junction leakage current, thereby ensuring sufficient data retention time in the case of a memory device such as DRAM. Provide difficulties. Recently, in order to suppress the short channel effect, a recess gate structure is applied to increase the effective channel length by forming a gate in the trench after forming the trench in the substrate. The recess gate structure includes a general structure in which the trench bottom surface is rounded and a bulb structure in which an extended sphere is disposed on the trench bottom surface. In either structure, the channel is formed along the trench profile, i.e., along the bottom and sidewalls of the trench, thus having a longer length than the line width of the recess gate.
그런데 리세스 게이트 구조를 형성하는데 있어서, 특히 트랜치를 형성한 후에 트랜치 내부를 폴리실리콘막으로 채우는 과정에서 트랜치를 채운 폴리실리콘막 내부에 폴리 심(poly seam)이 발생될 수 있다. 여기서 폴리 심은 좁은 트랜치를 채우는 과정에서 내부에 폴리실리콘이 채워지지 않은 빈 공간을 의미한다. 더욱이 이와 같은 폴리 심은 폴리실리콘막의 불순물농도가 낮은 경우 후속 열공정을 통해 게이트절연막 가까이 이동하는 경향이 있으며, 그 결과 디램(DRAM)의 경우 쓰는 타이밍(tWR) 특성이 크게 열화된다. 따라서 이 경우 폴리실리콘막의 불순물농도를 증가시킴으로써 폴리 심의 이동을 최소화시키고 있었다.However, in forming the recess gate structure, a poly seam may be generated in the polysilicon film filled with the trench in the process of filling the trench with the polysilicon film after forming the trench. Here, the poly seam means an empty space in which polysilicon is not filled in the process of filling a narrow trench. Furthermore, when the polysilicon film has a low impurity concentration in the polysilicon film, it tends to move closer to the gate insulating film through a subsequent thermal process. As a result, the write timing (tWR) characteristic of the DRAM is greatly degraded. Therefore, in this case, the poly seam was minimized by increasing the impurity concentration of the polysilicon film.
그러나 최근 그 적용범위가 점점 확대되고 있는 듀얼 폴리게이트에 리세스 게이트 구조를 적용하는 경우 폴리실리콘막의 불순물농도를 증가시키기 어렵다는 문제가 있다. 듀얼 폴리게이트는, n형 트랜지스터가 배치되는 영역에는 n형으로 도핑된 폴리실리콘막을 게이트로 사용하고, p형 트랜지스터가 배치되는 영역에는 p형으로 도핑된 폴리실리콘막을 게이트로 사용하는 구조를 의미한다. 이와 같은 듀얼 폴리게이트를 사용하는 이유는 p형 트랜지스터가 배치되는 영역에도 n형으로 도핑된 폴리실리콘막을 사용할 경우 형성되는 채널이 매몰된 구조(buried structure)로 형성되는 반면, p형으로 도핑된 폴리실리콘막을 사용하게 되는 경우 표면 구조(surface structure)로 채널이 형성되기 때문이다.However, when the recess gate structure is applied to the dual poly gate, which has recently been expanded in scope, it is difficult to increase the impurity concentration of the polysilicon film. The dual polygate refers to a structure in which an n-type doped polysilicon film is used as a gate in an area where an n-type transistor is disposed, and a p-type doped polysilicon film is used as a gate in an area where a p-type transistor is disposed. . The reason for using such a dual polygate is that the channel formed in the buried structure is formed in the region where the p-type transistor is used when the n-doped polysilicon film is formed, whereas the poly-doped poly-gate is formed. This is because when the silicon film is used, a channel is formed with a surface structure.
일반적으로 듀얼 폴리게이트에서 p형으로 도핑된 폴리실리콘막을 게이트로 사용하기 위해서는, p형 트랜지스터가 배치될 영역에 형성된 n형 폴리실리콘막을 p형으로 전환시키기 위한 카운터 도핑(counter doping)을 수행하여야 한다. 따라서 폴리 심의 이동을 억제하기 위해 n형 폴리실리콘막의 n형 불순물의 도핑농도를 높게 하게 되면, 원하는 정도의 카운터 도핑이 이루어지도록 하기 위해서 p형 불순물의 도핑 농도 및 에너지 중 적어도 어느 하나를 증가시켜야 한다. 그러나 이 경우 p형 불순물, 예컨대 보론(B)은 게이트절연막을 관통하는 보론 관통(Boron penetration) 현상이 발생하여 소자의 동작 성능 및 신뢰성을 현저하게 저하시킨다. 따라서 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 채용하는 경우 폴리 심의 이동을 억제하기 위해서는 n형 불순물의 도핑을 증가시켜야 하지만, 이 경우 p형 폴리게이트 형성을 위한 카운터 도핑이 적절하게 이루어지지 않게 되는 문제가 있다.In general, in order to use a p-type doped polysilicon film as a gate in a dual polygate, counter doping for converting an n-type polysilicon film formed in a region where a p-type transistor is to be placed into a p-type should be performed. . Therefore, when the doping concentration of the n-type impurity of the n-type polysilicon film is increased to suppress the movement of the poly shim, at least one of the doping concentration and the energy of the p-type impurity must be increased in order to achieve a desired counter doping. . In this case, however, p-type impurities, such as boron (B), may cause boron penetration through the gate insulating film, thereby deteriorating the operation performance and reliability of the device. Therefore, when the dual polygate of the recess gate structure is employed, the doping of the n-type impurity must be increased to suppress the movement of the poly shim, but in this case, the counter doping for forming the p-type polygate is not performed properly. have.
최근에는 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 폴리실리콘막 증착 공정을 두 단계로 나누어 수행하는 방법이 제안된 바 있다. 구체적으로 폴리실리콘막을 일정 두께만큼 증착한 후에 열처리를 수행하여 증착된 폴리실리콘막을 결정화시킨다. 다음에 폴리실리콘막을 증착하여 폴리게이트를 형성함으로써 결정화된 폴리실리콘막과 나중에 증착된 폴리실리콘막 사이의 경계면에서의 에너지 상태를 높게 만든다. 이와 같이 높은 에너지 상태인 경계면은 폴리 심의 이동을 차단하는 벽(wall) 역할을 수행한다. 따라서 이 경우 n형 불순물 농도를 높게 하지 않더라도 폴리 심의 이동 을 어느정도 방지할 수 있다. 그러나 이 방법은 폴리실리콘막 증착 공정을 분리해서 수행하여야 하며, 그 사이에 결정화를 위한 열처리를 수행해야 하므로 전체 공정 스텝이 증가하고, 그 결과 제조비용이 증대된다는 단점이 있다.Recently, in order to solve this problem, a method of dividing the polysilicon film deposition process into two steps has been proposed. Specifically, after the polysilicon film is deposited by a predetermined thickness, heat treatment is performed to crystallize the deposited polysilicon film. A polysilicon film is then deposited to form a polygate, thereby making the energy state at the interface between the crystallized polysilicon film and the later deposited polysilicon film high. This high energy interface serves as a wall to block the movement of the poly shims. In this case, therefore, the poly shim can be prevented to some extent even without increasing the n-type impurity concentration. However, this method has to be performed separately from the polysilicon film deposition process, and the heat treatment for crystallization is performed in the meantime, the overall process step is increased, and as a result, the manufacturing cost is increased.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정 스텝의 증가 없이 폴리 심의 이동을 억제하면서 카운터 도핑이 원활하게 이루어지도록 할 수 있는 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a dual polygate having a recess gate structure capable of smoothly counter-doping while suppressing movement of a poly shim without increasing process steps.
본 발명의 일 예에 따른 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자 제조방법은, 기판의 제1 영역 및 제2 영역 내에 각각 제1 리세스 및 제2 리세스를 형성하는 단계와, 제1 리세스 및 제2 리세스가 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 게이트절연막 위에, 리세스를 채우는 제1 폴리실리콘막과, 제1 폴리실리콘막 위에 순차적으로 배치되는 제2 폴리실리콘막 및 제3 폴리실리콘막을 포함하며 n형으로 도핑된 폴리게이트를 형성하되, 제1 폴리실리콘막은 제1 폴리실리콘막을 형성하는 과정에서 제1 폴리실리콘막 내부에 만들어지는 심의 이동을 억제할 수 있도록 하는 제1 농도를 갖도록 형성하고, 제2 폴리실리콘막은 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖도록 형성하며, 그리고 제3 폴리실리콘막은 제1 농도보다 높은 제3 농도를 갖도록 형성하는 단계와, 제2 영역의 폴리게이트에 대해 선택적으로 p형 불순물을 카운터 도핑시키는 단계와, 그리고 열처리를 수행하여 제1 영역의 n형 불순물 및 제2 영역의 p형 불순물을 활성화시키는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a semiconductor device having a dual polygate having a recess gate structure according to an exemplary embodiment of the present invention may include forming first and second recesses in a first region and a second region of a substrate, respectively, Forming a gate insulating film on the substrate on which the first recess and the second recess are formed, a first polysilicon film filling the recess on the gate insulating film, and a second polysilicon film sequentially disposed on the first polysilicon film And a third polysilicon film to form an n-type doped polygate, wherein the first polysilicon film is capable of suppressing the movement of the seam made inside the first polysilicon film in the process of forming the first polysilicon film. The second polysilicon film is formed to have a first concentration, the second polysilicon film is formed to have a second concentration lower than the first concentration, and the third polysilicon film has a third concentration higher than the first concentration. Forming a wafer, selectively doping a p-type impurity to the polygate in the second region, and performing a heat treatment to activate the n-type impurity in the first region and the p-type impurity in the second region. Include.
본 발명의 다른 예에 따른 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자의 제조방법은, 기판의 제1 영역 및 제2 영역 내에 각각 제1 트랜치 및 제 2 트랜치를 형성하는 단계와, 제1 트랜치 및 제2 트랜치가 형성된 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계와, 게이트절연막 위에, 제1 트랜치 및 제2 트랜치를 채우는 제1 폴리실리콘막과, 제1 폴리실리콘막 위에 순차적으로 배치되는 제2 폴리실리콘막, 제3 폴리실리콘막 및 제4 폴리실리콘막을 포함하며 n형으로 도핑된 폴리게이트를 형성하되, 제1 폴리실리콘막은 내부에 만들어지는 심의 이동을 억제할 수 있도록 하는 제1 농도를 갖도록 형성하고, 제2 폴리실리콘막은 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖도록 형성하며, 제3 폴리실리콘막은 제1 농도보다 높은 제3 농도를 갖도록 형성하며, 그리고 제4 폴리실리콘막은 도핑되지 않은 언도프트로 형성하는 단계와, 제2 영역의 폴리게이트에 대해 선택적으로 p형 불순물을 카운터 도핑시키는 단계와, 그리고 열처리를 수행하여 제1 영역의 n형 불순물 및 제2 영역의 p형 불순물을 활성화시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having a dual polygate having a recess gate structure, the method including: forming a first trench and a second trench in a first region and a second region of a substrate, respectively; Forming a gate insulating film on the substrate on which the trench and the second trench are formed, a first polysilicon film filling the first trench and the second trench on the gate insulating film, and a second poly sequentially disposed on the first polysilicon film A silicon film, a third polysilicon film, and a fourth polysilicon film are formed, and an n-type doped polygate is formed, wherein the first polysilicon film is formed to have a first concentration to suppress the movement of the shim formed therein. The second polysilicon film is formed to have a second concentration lower than the first concentration, and the third polysilicon film is formed to have a third concentration higher than the first concentration, and a fourth The polysilicon film is formed by undoping undoped, selectively doping p-type impurities to the polygate of the second region, and performing heat treatment to perform n-type impurities and the second region of the first region. Activating the p-type impurity.
본 발명에 따르면, 리세스 게이트의 트랜치를 매립하는 부분에는 폴리 심의 이동을 억제할 정도의 도핑 농도를 갖도록 하고, 리세스 게이트의 트랜치 상부에는 카운터 도핑이 원활하게 이루어지도록 낮은 도핑 농도를 갖도록 하며, 그 위에는 n형 폴리게이트의 특성을 양호하게 나타낼 수 있도록 높은 도핑 농도를 갖도록 함으로써, 폴리 심의 이동을 억제하면서 p형 폴리게이트 형성을 위한 p형 불순물의 카운터 도핑도 적절하게 이루어지도록 할 수 있다는 이점이 제공된다. 특히 이와 같은 과정은 하나의 증착 공정을 통해 이루어짐에 따라 공정 스텝을 증가시키지 않으므로 제조 비용도 감소시킬 수 있다는 이점이 제공된다.According to the present invention, the buried portion of the recess gate has a doping concentration sufficient to suppress the movement of the poly shim, and the upper portion of the trench of the recess gate has a low doping concentration to facilitate counter doping. On top of this, by having a high doping concentration so that the characteristics of the n-type polygate can be satisfactorily exhibited, the advantage of counter-doping the p-type impurity for forming the p-type polygate can be achieved while suppressing the movement of the poly shim. Is provided. In particular, since such a process is performed through one deposition process, the process step is not increased, and thus manufacturing costs can be reduced.
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 먼저 도 1을 참조하면, 제1 영역(101) 및 제2 영역(102)을 갖는 기판(100)에 소자분리막(110)을 형성한다. 여기서 제1 영역(101)은 n형 트랜지스터가 배치되는 영역이고 제2 영역(102)은 p형 트랜지스터가 배치되는 영역이다. 따라서 제1 영역(101)에는 n형으로 도핑된 n형 폴리게이트가 형성되고, 제2 영역(102)에는 p형으로 도핑된 p형 폴리게이트가 형성된다. 기판(100)은 실리콘(Si) 기판이며, 소자분리막(110)은 트랜치 형태로 형성하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 소자분리막(110)에 의해 활성(active) 영역이 한정된다. 다음에 소자분리막(110)에 의해 한정되는 기판(100)의 활성영역 위에 이온주입 버퍼막(120)을 형성한다. 이온주입 버퍼막(120)은 실리콘산화막으로 형성할 수 있다. 다음에 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 기판(100)의 활성영역으로 불순물이온을 주입시킨다. 이 불순물이온 주입은 기판(100)의 활성영역 내의 문턱전압을 조절하고, 필요할 경우 웰(well) 영역 및 채널(channel) 영역을 형성하기 위한 것이다. 불순물 이온을 주입한 후에는 이온주입 버퍼막(120)을 제거한다.1 to 6 are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a dual polygate having a recess gate structure according to an embodiment of the present invention. First, referring to FIG. 1, an
다음에 도 2를 참조하면, 기판(100)의 제1 영역(101) 및 제2 영역(102)에 각각 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)를 형성한다. 본 예에서는 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)를 벌브형(bulb type)으로 형성하는 것을 예로 들었지만, 트랜치 하단부가 굴곡이 있는 일반적인 리세스형으로 형성하여도 무방하다. 일 예로 벌 브형의 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)를 형성하기 위해, 먼저 소정의 마스크막패턴을 사용한 식각을 수행하여 통상의 트랜치를 형성한 후, 트랜치 측벽에 보호막을 형성한 상태에서 트랜치에 의해 노출되는 기판(100)을 등방성(symmetric)으로 식각하여 확장된 구형 부분을 형성한다. 그러나 이와 같은 방법 외의 다른 방법으로 벌브형의 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)를 형성하여도 무방하다.Next, referring to FIG. 2,
다음에 도 3을 참조하면, 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)가 형성된 기판(100)의 활성영역 위에 게이트절연막(140)을 형성한다. 게이트절연막(140)은 실리콘산화막으로 형성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다음에 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)를 매립하면서 기판(100) 표면 위로 일정 두께가 되도록 폴리게이트(150)를 형성한다. 폴리게이트(150)를 형성하는 과정에서 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132) 내부, 특히 확장된 구형으로 이루어진 부분에는 폴리 심(160)이 형성될 수 있다.Next, referring to FIG. 3, a
폴리게이트(150)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 폴리실리콘막(151), 제2 폴리실리콘막(152), 제3 폴리실리콘막(153), 및 제4 폴리실리콘막(154)을 포함하여 구성된다. 제1 폴리실리콘막(151), 제2 폴리실리콘막(152) 및 제3 폴리실리콘막(153)은 n형 불순물의 도핑농도가 서로 다르며, 제4 폴리실리콘막(154)의 경우 불순물이 도핑되지 않은 언도프트(undoped) 상태이다. 구체적으로 제1 폴리실리콘막(151)은 후속 열처리시 폴리 심(160)의 이동을 억제할 수 있도록 하는 제1 농도를 갖는다. 일 예에서 제1 농도는 3.5×1020 내지 4.5×1020 atoms/㎤이다. 제1 폴리 실리콘막(151)은 제1 트랜치(131)(또는 제2 트랜치(132)) 내부를 모두 매립할 수 있도록 하는 범위 내에서 최소 두께를 갖는다. 비록 도면에는 이상적인 경우로서 제1 트랜치(131)(또는 제2 트랜치(132))만을 매립한 상태로 나타내었지만, 실질적으로 제1 폴리실리콘막(151)은 트랜치가 있는 부분 외의 다른 부분에서는 기판(100) 위에 적층될 수도 있다.As shown in FIG. 4, the
제2 폴리실리콘막(152)은 제1 폴리실리콘막(151)에서의 n형 불순물 농도인 제1 농도보다 낮은 제2 농도를 갖는다. 일 예에서 제2 농도는 1.0×1020 내지 2.0×1020 atoms/㎤이다. 제2 폴리실리콘막(152)은 상대적으로 낮은 제2 농도를 가지므로 후속의 제2 영역(102)에 대한 p형 불순물 도핑시 카운터 도핑이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 제2 폴리실리콘막(152)의 두께는 제1 폴리실리콘막(151), 제3 폴리실리콘막(153), 및 제4 폴리실리콘막(154)의 두께에 따라 좌우되지만, 일반적으로 가장 두꺼운 두께를 갖는다.The
제3 폴리실리콘막(153)은 제1 폴리실리콘막(151)에서의 n형 불순물 농도인 제1 농도보다 높은 제3 농도를 갖는다. 일 예에서, 제3 농도는 5.0×1020 내지 7.0×1020 atoms/㎤이다. 제3 폴리실리콘막(153)은 제1 영역(101)에 형성될 n형 폴리게이트의 n형 특성을 유지시키기 위해 상대적으로 고농도의 불순물 도핑농도를 갖는 것이며, 이에 따라 두껍게 형성할 필요는 없다. 일 예에서 제3 폴리실리콘막(153)은 대략 100Å 내지 300Å의 두께, 바람직하게는 대략 200Å의 두께로 형성한다.The
제4 폴리실리콘막(154)은 최상부에 배치되며, 불순물이 도핑되지 않은 언도프트(undoped) 폴리실리콘막으로 형성한다. 제4 폴리실리콘막(154) 하부에 배치된 제3 폴리실리콘막(153)이 고농도로 도핑되어 있기 때문에, 제3 폴리실리콘막(153)을 최상부에 배치시킬 경우 제3 폴리실리콘막(153) 내에서 고농도로 도핑되어 있는 포스포러스(P)가 아웃-디퓨전(out-diffusion)되며, 이는 공정 과정에서 만들어지는 결함(defect)의 주요 원인으로 작용할 수 있다. 그러나 본 실시예에서와 같이, 언도프트(undoped) 상태의 제4 폴리실리콘막(154)을 제3 폴리실리콘막(153) 상부에 배치시킴으로써 제3 폴리실리콘막(153) 내부의 포스포러스(P)가 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 제4 폴리실리콘막(154)은 제3 폴리실리콘막(153) 내의 포스포러스(P)가 외부로 확산하는 것을 방지할 수 있을 정도의 두께로 형성한다. 일 예에서 제4 폴리실리콘막(154)은 대략 50Å 내지 150Å의 두께, 바람직하게는 100Å의 두께로 형성한다.The
서로 다른 농도를 갖는 제1 폴리실리콘막(151), 제2 폴리실리콘막(152), 및 제3 폴리실리콘막(153)과 불순물 도핑이 이루어지지 않은 제4 폴리실리콘막(154)의 형성은 단일 적층 공정만으로 수행될 수 있다. 구체적으로 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)를 가지며 게이트절연막(140)이 형성된 기판(100)을 폴리실리콘막 증착챔버, 예컨대 화학기상증착(CVD) 챔버내로 로딩한다. 그리고 챔버의 온도 및 압력을 적절하게 설정한 후에 폴리실리콘막 형성을 위한 반응가스와, 불순물 도핑을 위한 불순물 소스가스를 챔버 내부로 공급한다. 이 과정에서 제1 폴리실리콘막(151)이 형성되는 동안, 즉 제1 트랜치(131) 및 제2 트랜치(132)가 매립될 때까지는 제1 농도로 도핑이 이루어지도록 하는 양으로 불순물 소스가스를 공급한다. 제1 폴리실리콘막(151)이 증착되고, 제2 폴리실리콘막(152)이 증착되는 동안에는 불순물 소스가스의 양을 감소시켜 도핑 농도가 제2 농도가 되도록 한다. 마찬가지로 제2 폴리실리콘막(152)이 증착되고, 제3 폴리실리콘막(153)이 증착되는 동안에는 불순물 소스가스의 양을 증가시켜 도핑 농도가 제3 농도가 되도록 한다. 그리고 제3 폴리실리콘막(153)이 증착된 후에는 불순물 소스가스의 공급을 차단하여 불순물이 도핑되지 않은 제4 폴리실리콘막(154)이 형성되도록 한다. 이와 같이 불순물 소스가스의 공급량만을 조절함으로써 단일의 폴리실리콘막 증착 스텝으로도 서로 다른 농도를 갖는 제1 폴리실리콘막(151), 제2 폴리실리콘막(152), 및 제3 폴리실리콘막(153)과 불순물 도핑이 이루어지지 않은 제4 폴리실리콘막(154)을 형성할 수 있다.Formation of the
다음에 도 4를 참조하면, 제1 영역(101)의 폴리게이트(150)는 덮고 제2 영역(102)의 폴리게이트(150)는 노출시키는 마스크막패턴(160)을 형성한다. 마스크막패턴(160)은 포토레지스트막으로 형성하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 마스크막패턴(160)을 형성한 후에는, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, p형 불순물, 예컨대 보론(B)을 도핑시킨다. 보론(B) 도핑은 통상의 이온주입방법을 사용하여 수행할 수도 있으며, 또는 플라즈마 도핑(PLAD; Plasma Doping) 방법을 사용하여 수행할 수도 있다. 보론(B) 도핑은 제2 영역(102)의 폴리게이트(150)가 n형에서 p형으로 도전형의 전환될 수 있을 정도로 수행한다. 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 폴리게이트(150)를 구성하는 폴리실리콘막들 중 가장 두꺼운 제2 폴리실리콘막(152)의 농도가 상대적으로 낮은 제2 농도를 가지므로, 보론(B) 도핑시 너무 많 은 도즈나 높은 에너지 조건을 설정하지 않더라도 제2 영역(102)에서의 카운터 도핑이 원활하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 충분한 카운터 도핑 효과를 얻으면서 동시에 보론(B) 관통 현상의 발생을 억제할 수 있다. 보론(B) 도핑은 제2 영역(102)의 폴리게이트(150)에서의 보론(B) 농도가 대략 1.0×1017 atoms/㎤ 이하가 되도록 수행한다. 이와 같이 제2 영역(102)에 대해 선택적으로 보론(B) 도핑이 이루어짐에 따라, 제1 영역(101)의 폴리게이트(150) 내에는 n형 불순물인 포스포러스(P)가 다수 캐리어(majority carrier)가 되고, 제2 영역(102)의 폴리게이트(150) 내에는 p형 불순물인 보론(B)이 다수 캐리어가 된다. 보론(B) 도핑을 수행한 후에는 마스크막패턴(160)을 제거한다.Next, referring to FIG. 4, a
다음에 도 6을 참조하면, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이 폴리게이트(도 5의 150) 내에 도핑된 포스포러스(P) 및 보론(B)의 액티베이션(activation)을 위한 열처리를 수행한다. 열처리는 급속열처리(RTP; Rapid Thermal Processing) 방법을 사용하여 수행할 수 있으며, 이 경우 950℃ 내지 1000℃의 온도 조건과 O2 분위기 조건에서 대략 10초 내지 20초 동안 열처리를 수행한다. 이와 같은 열처리가 이루어지는 동안 폴리게이트(도 5의 150) 내에 도핑된 포스포러스(P) 및 보론(B)은 액티베이션되어 제1 영역(101)의 폴리게이트는 n형 폴리게이트(150n)가 되고, 제2 영역(102)의 폴리게이트는 p형 폴리게이트(150p)가 된다. 또한 열처리가 이루어지는 과정에서 폴리 심(160)을 둘러싸는 제1 폴리실리콘막(도 4의 151)이 폴리 심(160)의 이동을 억제할 수 있을 정도로 충분한 제2 농도를 가지므로, 폴리 심(160)이 게이트절연막(140) 가까이 이동하는 것을 억제할 수 있다.Next, referring to FIG. 6, heat treatment for activation of phosphorus P and boron B doped in a polygate (150 in FIG. 5) is performed as indicated by arrows in the figure. The heat treatment may be performed using a rapid thermal processing (RTP) method, and in this case, the heat treatment may be performed for about 10 to 20 seconds at a temperature condition of 950 ° C to 1000 ° C and an O 2 atmosphere. During this heat treatment, the doped phosphors P and boron B in the polygate 150 (see FIG. 5) are activated so that the polygate in the
다음에 비록 도면에 나타내지는 않았지만, n형 폴리게이트(150n) 및 p형 폴리게이트(150p) 위에 게이트 장벽금속층, 게이트 금속막, 및 게이트 하드마스크막을 순차적으로 형성한 후에 통상의 패터닝을 수행하여 게이트스택을 형성한다.Next, although not shown in the drawings, the gate barrier metal layer, the gate metal film, and the gate hard mask film are sequentially formed on the n-
도 1 내지 도 6은 본 발명의 일 예에 따른 리세스 게이트 구조의 듀얼 폴리게이트를 갖는 반도체소자 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.1 to 6 are views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a dual polygate having a recess gate structure according to an embodiment of the present invention.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090133248A KR101096264B1 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Method of manufacturing semiconductor device having dual poly-gate of recessed gate structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020090133248A KR101096264B1 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Method of manufacturing semiconductor device having dual poly-gate of recessed gate structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110076508A KR20110076508A (en) | 2011-07-06 |
KR101096264B1 true KR101096264B1 (en) | 2011-12-22 |
Family
ID=44916397
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020090133248A KR101096264B1 (en) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Method of manufacturing semiconductor device having dual poly-gate of recessed gate structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101096264B1 (en) |
-
2009
- 2009-12-29 KR KR1020090133248A patent/KR101096264B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110076508A (en) | 2011-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8513103B2 (en) | Method for manufacturing vertical transistor having buried junction | |
US8236632B2 (en) | FET structures with trench implantation to improve back channel leakage and body resistance | |
US7419867B2 (en) | CMOS gate structure comprising predoped semiconductor gate material with improved uniformity of dopant distribution and method of forming the structure | |
JP2012004473A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
KR20090075064A (en) | Method of fabricating semiconductor device having differential gate dielectric layer and related device | |
US8329539B2 (en) | Semiconductor device having recessed gate electrode and method of fabricating the same | |
CN107785313B (en) | Semiconductor structure and forming method thereof | |
US10497807B2 (en) | PMOS transistor and fabrication method thereof | |
KR20130094018A (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US20080073730A1 (en) | Semiconductor device and method for formimg the same | |
JP2007081107A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR101194884B1 (en) | Semiconductor device and method of forming the same | |
JP5628471B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
KR101096264B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device having dual poly-gate of recessed gate structure | |
US20210028286A1 (en) | Semiconductor devices | |
US20010044191A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR102349420B1 (en) | Method for fabricating metal silicide layer and method for fabricating semiconductor device using the same | |
CN105845569B (en) | Fin field effect transistor and forming method thereof | |
KR101129028B1 (en) | Method for passivation annealing process in semiconductor device | |
KR101096250B1 (en) | Doping method for p-type poly-gate for preventing seam moving and method of fabricating the poly-gate using the same | |
US10522549B2 (en) | Uniform gate dielectric for DRAM device | |
US9673107B2 (en) | Semiconductor device with buried metal layer | |
KR102293245B1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR101150462B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
KR20100104900A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |