KR19990012156A - A high dielectric storage capacitor on a curved polycrystalline silicon electrode having a stable capacitance with respect to an applied voltage between the electrodes, and a method of manufacturing the same. - Google Patents

A high dielectric storage capacitor on a curved polycrystalline silicon electrode having a stable capacitance with respect to an applied voltage between the electrodes, and a method of manufacturing the same. Download PDF

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Abstract

표면이 고농도 불순물로 높게 도우핑된 굴곡형의 다결졍 실리콘층으로 만들어진 하부 전극층과 상부 전극층 사이에 고유전체층을 가지는 반도체 장치에 있어서,A semiconductor device having a high dielectric layer between a lower electrode layer and an upper electrode layer, the surface of which is made of a curved polycrystalline silicon layer doped with a high concentration of impurities,

상기 하부전극층과 상기 고유전체층 사이에 형성되고 후열처리에 의해 상기 굴곡형 다결정 실리콘층 표면의 상기 고농도 불순물의 농도저하를 방지하는 확산 방지층을 가짐으로써 동작중 인가되는 바이어스 전압에 대해 안정된 캐패시턴스값을 유지하는 반도체장치 및 제조방법이 제공된다.It has a diffusion prevention layer formed between the lower electrode layer and the high-k dielectric layer and prevents the concentration decrease of the high concentration impurity on the surface of the curved polycrystalline silicon layer by post-heat treatment, thereby achieving stable capacitance value for the bias voltage applied during operation. A semiconductor device and a manufacturing method are provided.

Description

전극들간의 인가전압에 관해 안정된 캐패시턴스를 가지는 굴곡형 다결정 실리콘 전극 상의 고유전체 스토리지 캐패시터 및 그 제조방법High dielectric storage capacitor on curved polycrystalline silicon electrode having stable capacitance with respect to applied voltage between electrodes and method of manufacturing same

본 발명은 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로 특히 반도체 메모리에서 사용되는 전극들간에 인가되는 전압에 관해 안정된 캐패시턴스를 가지는 굴곡형 다결정 실리콘 전극상의 고유전체 스토리지 캐패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a high dielectric storage capacitor on a curved polycrystalline silicon electrode having a stable capacitance with respect to a voltage applied between electrodes used in a semiconductor memory, and a method of manufacturing the same.

통상의 하나의 액세스 트랜지스터와 하나의 스토리지 캐패시터로 구성된 메모리 쎌의 다수를 사용하는 다이나믹 랜덤 액세스 메모리(이하 DRAM이라 칭함)와 같은 반도체 메모리의 집적 밀도가 증가할 때 메모리 칩의 면적을 크게 증가하지 않게 하기 위하여 반도체 장치들의 크기를 축소하는 것이 필요하다. 특히 스토리지 캐패시터의 점유면적을 축소하는 것은 불가피하다. 그러나 스토리지 캐패시터의 면적 축소는 입사하는 알파입자들에 기인한 소프트에러들을 방지하기 위하여 필요한 스토리지 전하를 유지하는 것을 어렵게 하여왔다. 소프트 에러들을 방지하는 충분히 큰 캐피시턴스를 유지하기 위하여 스토리지 캐패시터의 유전체층의 두께를 축소시켜왔지만, 상기 유전체층 사이에 인가되는 보다 높은 전계는 수명신뢰도를 악화시키는 원인이되기 때문에 유전체층의 두께를 얇게하는 것은 한계를 갖는다.When the integration density of a semiconductor memory, such as a dynamic random access memory (hereinafter referred to as DRAM) using a large number of memory chips consisting of one conventional access transistor and one storage capacitor, increases, the area of the memory chip does not increase significantly. In order to reduce the size of the semiconductor devices it is necessary. In particular, it is inevitable to reduce the storage area of the storage capacitor. However, shrinking the area of storage capacitors has made it difficult to maintain the storage charge necessary to prevent soft errors due to incident alpha particles. Although the thickness of the dielectric layer of the storage capacitor has been reduced to maintain a sufficiently large capacitance that prevents soft errors, the higher electric field applied between the dielectric layers reduces the lifespan reliability, thereby reducing the thickness of the dielectric layer. Has its limits.

이 한계를 극복하기 위하여 증가된 표면적을 가지는 적층 또는 트렌치 캐패시터와 같은 3차원 캐패시터 구조 및 고유전 상수를 갖는 고유전체 스토리지 캐패시터 구조가 개발되어 왔다.To overcome this limitation, three-dimensional capacitor structures, such as stacked or trench capacitors with increased surface area, and high dielectric constant storage capacitor structures with high dielectric constants have been developed.

약 25의 유전상수를 가지는 탄타륨산화막을 사용하는 고유전체 스토리지 캐패시터를 제조하는 방법이 CVD Ta2O5막 형성전 RTN 처리를 사용하여 제조된 초 박막 캐패시터의 특성이란 제목으로 1992년 발행된 Solid State Devices and Materials의 페이지 521∼523에 개시되어 있고 이 논문은 미합중국 특허번호 제 5,352,623호로 발행되어 있다. 이 종래기술은 인이 도우핑된 다결정 실리콘층 즉 하부전극층과 탄타륨 산화막층 사이에 개재된 실리콘 질화막층을 가지는 스토리지 캐패시터를 개시하고 있다. 이 실리콘 질화막층은 다결정 실리콘층의 표면을 암모니아 개스 분위기에서 램프가열에 의한 RTN(rapid thermal nitridation)공정을 행하는 것에 의해 형성된다. 이 실리콘 질화막층은 탄타륨 산화막층의 CVD 침적후 행해지는 열처리 즉 치밀화(densification)공정중 다결정 실리콘이 산화되는 것을 방지한다. 탄타륨 산화막층상에는 티타늄 질화막층 또는 티타늄 질화막층과 도우핑된 다결정 실리콘층의 2층과 같은 상부전극층이 형성된다.A method of fabricating a high dielectric constant storage capacitor using a tantalum oxide film having a dielectric constant of about 25 is a solid published in 1992 under the title of Properties of Ultra-thin Capacitors Prepared Using RTN Treatment Before CVD Ta 2 O 5 Film Formation. See pages 521-523 of State Devices and Materials, which is published in US Pat. No. 5,352,623. This prior art discloses a storage capacitor having a polycrystalline silicon layer doped with phosphorus, that is, a silicon nitride layer interposed between a lower electrode layer and a tantalum oxide layer. This silicon nitride film layer is formed by performing a rapid thermal nitridation (RTN) process by lamp heating on the surface of the polycrystalline silicon layer in an ammonia gas atmosphere. This silicon nitride film layer prevents the oxidization of polycrystalline silicon during the heat treatment, that is, the densification process, performed after CVD deposition of the tantalum oxide film layer. An upper electrode layer, such as a titanium nitride layer or a titanium nitride layer and two layers of a doped polycrystalline silicon layer, is formed on the tantalum oxide layer.

적층 캐패시터의 하부전극층의 더 큰 표면적을 얻기위하여 반구 또는 버섯 모양의 결정입자들을 가지는 굴곡형 다결정 실리콘층의 제조방법이 미합중국 특허번호 제 5,385,863호에 개시되어 있다. 이 종래기술에서 비정질 실리콘층이 LPCVD에 의해 형성되고 인으로 이온주입된다. 비정질 실리콘층의 표면을 세정하고 이 위의 자연산화막을 제거한후 웨이퍼는 초고진공 CVD 장비의 챔버내에 넣어진다. 챔버는 10-9Torr와 같은 초고진공으로 유지되고 기판은 500℃ 내지 620℃의 온도 범위에서 일정온도로 가열된다. 그후 사일레인(SiH4) 또는 다이사일레인(Si2H6)과 같은 소오스 개스를 공급하는 것에 의해 결정핵들이 발생된다. 이 기술은 결정종자(crystal seeding)법이라 불리워진다. 결정핵들의 형성후 고진공하의 열처리에 의해 상기 결정핵들의 각각은 버섯 또는 반구 모양의 결정입자들로 성장된다. 결국 비정질 실리콘은 버섯 또는 반구모양의 결정입자들에 의해 발생된 굴곡형의 표면을 가지는 다결정 실리콘으로 변환된다.A method for producing a curved polycrystalline silicon layer having hemispherical or mushroom-shaped crystal grains to obtain a larger surface area of a lower electrode layer of a stacked capacitor is disclosed in US Pat. No. 5,385,863. In this prior art, an amorphous silicon layer is formed by LPCVD and implanted into phosphorus. After cleaning the surface of the amorphous silicon layer and removing the native oxide film thereon, the wafer is placed in a chamber of ultra high vacuum CVD equipment. The chamber is maintained at an ultrahigh vacuum such as 10 -9 Torr and the substrate is heated to a constant temperature in the temperature range of 500 ° C to 620 ° C. The crystal nuclei are then generated by supplying a source gas such as silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ). This technique is called crystal seeding. After the formation of the crystal nuclei, each of the crystal nuclei is grown into mushroom or hemispherical crystal grains by heat treatment under high vacuum. Eventually, amorphous silicon is converted into polycrystalline silicon having a curved surface generated by mushroom or hemispherical crystal grains.

집적밀도가 크면 클수록 반도체 장치들의 크기는 더 축소된다. 반도체 장치들의 축소는 이들의 신뢰성을 보장하기 위하여 동작전압의 저하를 야기한다. 예를 들어 256 메가 비트 DRAM에 대해서 1.2볼트 그리고 1기가 비트 DRAM에 대해서는 1볼트 또는 이보다 낮은 전원전압이 제안되어 왔다. 이러한 전원전압의 저하는 메모리 쎌 면적의 축소와 함께 메모리 쎌당 더큰 캐패시턴스를 요구한다. 그러므로 3차원 메모리 쎌의 스토리지 캐패시터에서 캐패시턴스의 증대에 대한 바람직한 해결책은 굴곡형의 다결정 실리콘의 하부전극상에 고유전상수 (εr=25)를 가지는 오 산화탄타륨 Ta2O5의유전체층을 사용하는 것이다.The greater the integration density, the smaller the size of the semiconductor devices. Reduction of semiconductor devices causes a drop in the operating voltage to ensure their reliability. For example, 1.2 volts for 256 megabit DRAM and 1 volt or less for one gigabit DRAM have been proposed. This reduction in power supply voltage requires a larger capacitance per memory cell with shrinking memory cell area. Therefore, a desirable solution for increasing capacitance in storage capacitors in three-dimensional memory cells is to use a dielectric layer of tantalum pentoxide Ta 2 O 5 with a high dielectric constant (ε r = 25) on the bottom electrode of curved polycrystalline silicon. will be.

그러나 전술된 종래기술에 의해 굴곡형 다결정 실리콘의 하부전극층상에 형성된 탄타륨 산화막층을 가지는 스토리지 캐패시터는 하부전극층과 상부전극층 사이에 인가되는 전압에 관하여 그의 캐패시턴스 값이 불안정한 문제를 갖는다. 통상의 DRAM에서 스토리지 캐패시터의 상부전극층으로 전원전압의 반( Vcc)이 인가된다. 스토리지 캐패시터에 데이터를 저장 또는 독출하기 위하여 하부전극층으로 접지전압 또는 전원전압(Vcc)이 인가된다. 이것은 기준전압 즉 0볼트가 하부전극층으로 인가될 때 Vcc 또는 Vcc가 상부전극층에 인가되는 것과 등가이다. 따라서 n형이 도우핑된 하부전극층은 정바이어스 또는 역바이어스된다. 전술된 바와 같이 평탄한 표면을 가지는 인이 도우핑된 다결정 실리콘상에 형성된 탄타륨 산화막을 가지는 스토리지 캐패시터는 인가전압에 관계없이 일정한 캐패시턴스 값을 갖는데 반해 굴곡형 다결정 실리콘의 하부전극층상에 형성된 탄타륨 산화막을 가지는 스토리지 캐패시터는 정바이어스되는 하부전극층에 대한 캐패시턴스 값과 역바이어스되는 하부전극층에 대한 캐패시턴스값 사이에 상당한 차이를 갖는다는 것을 발견하였다. 특히 역바이어스되는 하부전극층에 대한 캐패시턴스 값은 정바이어스되는 하부전극층에 대한 캐패시턴스값보다 작다는 것이 발견되었다. 더욱이 탄타륨 산화막의 침적후 행해지는 열처리공정에 의해 전술된 캐패시턴스 값들의 차이는 더 크게 증대된다. 이 저하된 캐패시턴스 값은 소프트에러를 극복할 만큼 충분한 값이 못될 수 있고 그 결과 데이터를 올바로 독출하거나 기입하는 것을 방해한다. 따라서 하부전극층으로 전압의 인가에 관계없이 안정된 캐패시턴스 값을 유지하는 스토리지 캐패시터가 요망된다.However, the storage capacitor having the tantalum oxide layer formed on the lower electrode layer of the bent polycrystalline silicon has the problem that its capacitance value is unstable with respect to the voltage applied between the lower electrode layer and the upper electrode layer. Half of the power supply voltage from the conventional DRAM to the upper electrode layer of the storage capacitor Vcc) is applied. In order to store or read data in the storage capacitor, a ground voltage or a power supply voltage Vcc is applied to the lower electrode layer. This is when the reference voltage, or 0 volts, is applied to the lower electrode layer Vcc or It is equivalent to Vcc being applied to the upper electrode layer. Therefore, the n-type doped lower electrode layer is positively biased or reverse biased. As described above, the storage capacitor having the tantalum oxide film formed on the phosphorus-doped polycrystalline silicon having a flat surface has a constant capacitance value regardless of the applied voltage, whereas the tantalum oxide film formed on the lower electrode layer of the bent polycrystalline silicon. It has been found that a storage capacitor with has a significant difference between the capacitance value for the positively biased lower electrode layer and the capacitance value for the reverse biased lower electrode layer. In particular, it has been found that the capacitance value for the reverse biased lower electrode layer is smaller than the capacitance value for the forward biased lower electrode layer. Furthermore, the difference in capacitance values described above is further increased by the heat treatment process performed after deposition of the tantalum oxide film. This degraded capacitance value may not be sufficient to overcome the soft error and consequently prevents data from being read or written correctly. Therefore, a storage capacitor that maintains a stable capacitance value is desired regardless of the application of voltage to the lower electrode layer.

따라서 본 발명의 목적은 굴곡형 다결정 실리콘으로 형성된 하부전극층으로 전압의 인가에 관계없이 안정된 캐패시턴스 값을 유지하는 고유전체 스토리지 캐패시터를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-k dielectric storage capacitor that maintains a stable capacitance value regardless of voltage applied to a lower electrode layer formed of curved polycrystalline silicon.

본 발명의 또다른 목적은 고유전체층의 증착후 열처리에도 불구하고 굴곡형 다결정 실리콘의 전극으로 전압의 인가에 관계없이 안정된 캐패시턴스 값을 가지는 고유전체 스토리지 캐패시터를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a high dielectric storage capacitor having a stable capacitance value regardless of application of voltage to an electrode of a bent polycrystalline silicon despite the post-deposition heat treatment of the high dielectric layer.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 표면이 고농도 불순물로 높게 도우핑된 굴곡형의 다결정실리콘층으로 만들어진 하부 전극층과 상부전극층 사이에 고유전체층을 가지는 반도체 장치에 있어서, 상기 하부전극층과 상기 고유전체층 사이에 형성되고, 후 열처리에 의해 상기 굴곡형 다결정 실리콘층 표면의 상기 고농도 불순물의 농도 저하를 방지하는 확산방지층을 가짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device having a high dielectric layer between a lower electrode layer and an upper electrode layer, the surface of which is made of a curved polycrystalline silicon layer doped with high concentration impurities, wherein the lower electrode layer and the And a diffusion barrier layer formed between the high dielectric layers to prevent the concentration of the high concentration impurities on the surface of the curved polycrystalline silicon layer by post-heat treatment.

또한 굴곡형의 다결정 실리콘층으로 만들어진 하부전극층과 상부전극층 사이에 고유전체층을 가지는 반도체장치의 제조방법에 있어서, 상기 다결정 실리콘층을 고농도의 불순물로 도우핑하는 과정과, 후열처리에 의해 상기 굴곡형 다결정 실리콘층 표면의 상기 고농도 불순물의 농도 저하를 방지하는 확산방지층을 상기 도우핑된 다결정 실리콘층과 상기 고유전체층 사이에 형성하는 과정으로 구성됨을 특징으로 한다.A method of manufacturing a semiconductor device having a high dielectric layer between a lower electrode layer and an upper electrode layer made of a curved polycrystalline silicon layer, wherein the polycrystalline silicon layer is doped with a high concentration of impurities, and the bending is performed by post heat treatment. And forming a diffusion barrier layer between the doped polycrystalline silicon layer and the high dielectric layer to prevent the concentration of the high concentration impurity on the surface of the type polycrystalline silicon layer.

본 발명의 타의 목적 및 이점은 첨부도면과 함께 설명되는 하기 설명에 의해 명확하게 나타날 것이다.Other objects and advantages of the invention will be apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들이 적용되는 DRAM의 부분적 구조의 확대 단면도1 is an enlarged cross-sectional view of a partial structure of a DRAM to which embodiments of the present invention are applied.

도 2a-2d는 도1의 한쌍의 스토리지 캐패시터중 하나의 제조공정을 보여주는 부분적 단면도2A-2D are partial cross-sectional views illustrating a manufacturing process of one of the pair of storage capacitors of FIG.

도 3은 종래기술과 본 발명의 실시예의 비교관계를 보여주는 캐패시턴스 특성 곡선들3 is capacitance characteristic curves showing the comparative relationship between the prior art and the embodiment of the present invention.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 질화막층의 두께들에 관한 캐패시턴스 특성 곡선들4 is capacitance characteristic curves for thicknesses of a silicon nitride film layer according to an embodiment of the present invention;

굴곡형 다결정 실리콘으로 형성된 하부전극으로 전압의 인가에 관계없이 안정된 캐패시턴스 값을 가지는 고유전체 스토리지 캐패시터의 구조 및 제조방법에 대한 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.A preferred embodiment of the present invention for a structure and a manufacturing method of a high-k dielectric storage capacitor having a stable capacitance value regardless of application of voltage to a lower electrode formed of curved polycrystalline silicon is described in detail.

도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 DRAM중 한쌍의 메모리쎌에 대응하는 구조의 부분적 단면도가 도시되어 있다. 라인 Ⅰ-Ⅰ'에 관해 대칭이 되는 한쌍의 메모리 쎌들(1A, 1B)의 구조가 도시되어 있지만 본 발명은 그러한 구조에 한정되는 것이 아니라는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 자명할 것이다.1, there is shown a partial cross-sectional view of a structure corresponding to a pair of memory cells of a DRAM in accordance with an embodiment of the present invention. While a structure of a pair of memory cells 1A, 1B that is symmetrical with respect to line I-I 'is shown, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that the present invention is not limited to such a structure. .

P형 반도체 기판(2)의 일표면 상에는 활성영역(3)을 한정하는 필드산화막들(4A, 4B)이 형성되어 있다. 한쌍의 액세스 트랜지스터들(5A, 5B)은 활성영역(3)상에 형성되어 있다. 액세스 트랜지스터들(5A, 5B)은 반도체 기판(2)의 표면상에 필드산화막EMF(4A,4B)과 접하여 형성된 n형의 소오스영역들(6)과, 각 채널영역(7)을 통하여 드레인영역(6)과 이격되고 반도체 기판(2)의 표면상에 형성된 n형의 공통 드레인영역(8)과, 갹 채널영역(7)상에 형성된 게이트 산화막(9)과, 각 게이트 산화막(9)상에 형성된 다결정 실리콘층(11)과 고융점 금속실리사이드층(12)으로 구성된 폴리사이드층(10)과, 각 폴리사이드층(10)의 양 측벽에 형성된 측벽절연막(13)으로 구성되어 있다. 필드산화막들(4A, 4B)상에는 액세스 트랜지스터들(5A, 5B)와 인접하는 액세스 트랜지스터들의 폴리사이드층들로부터 신장하는 폴리사이드층들 즉 워드라인들(14)이 형성되어 있다. 워드라인들(14)과 액세스 트랜지스터들(5A, 5B)상에는 제1층간 절연막(15)이 형성되어 있다. 공통 드레인영역(8)의 표면의 일부분을 노출하는 관통개구(17)가 제1층간 절연막(15)을 관통하여 제공되어 있다. 관통개구(17)내에 공통드레인영역(8)과 접촉하는 도우핑된 다결정 실리콘 또는 텅스텐과 같은 플러그(16)가 충진되어 있다. 플러그(16)는 도우핑된 다결정 실리콘 또는 고융점 금속 또는 폴리사이드 또는 실리사이드로 만들어진 비트라인(18)과 접촉되어 있다. 비트라인(18)과 제1층간 절연막(15)상에는 제2층간 절연막(19)이 형성되어 있다. 소오스 영역들(6)의 표면의 일부분을 노출하기 위하여 관통개구들(20)이 제1 및 제2 층간 절연막들(15, 19)과 게이트 산화막(9)을 관통하여 제공되어 있다.Field oxide films 4A and 4B defining the active region 3 are formed on one surface of the P-type semiconductor substrate 2. A pair of access transistors 5A and 5B are formed on the active region 3. The access transistors 5A and 5B are n-type source regions 6 formed in contact with the field oxide films EMFs 4A and 4B on the surface of the semiconductor substrate 2 and drain regions through the respective channel regions 7. On the n-type common drain region 8 formed on the surface of the semiconductor substrate 2 and spaced apart from the 6, the gate oxide film 9 formed on the channel region 7 and on each gate oxide film 9 And a polyside layer 10 formed of a polycrystalline silicon layer 11 and a high melting point metal silicide layer 12 formed therein, and sidewall insulating films 13 formed on both sidewalls of each polyside layer 10. On the field oxide films 4A and 4B, polyside layers extending from the polyside layers of the access transistors adjacent to the access transistors 5A and 5B, that is, word lines 14, are formed. A first interlayer insulating layer 15 is formed on the word lines 14 and the access transistors 5A and 5B. A through opening 17 exposing a portion of the surface of the common drain region 8 is provided through the first interlayer insulating film 15. Filled openings 17 are filled with a plug 16 such as doped polycrystalline silicon or tungsten in contact with the common drain region 8. The plug 16 is in contact with a bitline 18 made of doped polycrystalline silicon or a high melting point metal or polyside or silicide. A second interlayer insulating film 19 is formed on the bit line 18 and the first interlayer insulating film 15. Through openings 20 are provided through the first and second interlayer insulating films 15 and 19 and the gate oxide film 9 to expose a portion of the surface of the source regions 6.

제2층간 절연막(19)상에는 본 발명에 따른 스토리지 캐패시터 부들(25A, 25B)이 형성되어 있다. 스토리지 캐패시터 부들(25A, 25B)의 각각은 반구 또는 버섯 모양(이하 굴곡형이라 칭함)의 표면을 가지는 인이 도우핑된 다결정 실리콘층 즉 하부 전극층(21)을 가지고 있다. 다결정 실리콘층들(21)은 관통개구들(20)을 통하여 소오스 영역들(6)과 각각 접촉된다. 각 다결정 실리콘층(21)상에는 이 다결정 실리콘층(21)의 표면에 높게 도우핑된 불순물이 밖으로 확산되는 것을 방지하는 확산 방지층(22)이 형성되어 있다. 확산방지층(22)상에는 탄타륨 산화막층과 같은 고유전체층(23)이 형성되어 있고 고유전체층(23)상에는 도전물질의 상부전극층(24)이 형성되어 있다.Storage capacitor portions 25A and 25B according to the present invention are formed on the second interlayer insulating film 19. Each of the storage capacitor portions 25A and 25B has a phosphorus-doped polycrystalline silicon layer or lower electrode layer 21 having a surface of a hemisphere or mushroom shape (hereinafter referred to as a bend). The polycrystalline silicon layers 21 are in contact with the source regions 6 through the through openings 20, respectively. On each polycrystalline silicon layer 21, a diffusion barrier layer 22 is formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 21 to prevent diffusion of highly doped impurities outward. A high dielectric layer 23, such as a tantalum oxide layer, is formed on the diffusion barrier layer 22, and an upper electrode layer 24 of a conductive material is formed on the high dielectric layer 23.

지금 굴곡형 다결정실리콘의 하부 전극층상에 고유전체층을 가지는 스토리지 캐패시터의 제조방법에 대한 바람직한 실시예가 도2a-2d를 참조하여 상세히 설명된다.A preferred embodiment of a method of manufacturing a storage capacitor having a high dielectric layer on the lower electrode layer of curved polycrystalline silicon is now described in detail with reference to FIGS. 2A-2D.

도2a는 제2층간절연막(19)의 침적과 그후 관통개구(20)의 형성후 하부전극층을 형성하는 공정을 보여주는 도1의 DRAM장치의 부분단면도이다. 이 도면은 한쌍의 메모리쎌들(1A, 1B)중 하나의 메모리쎌(1B)과 관련된 스토리지 캐패시터의 제조방법을 도시의 간결성을 위해 나타내고 있지만 후술되는 공정들은 메모리쎌(1A)과 관련된 스토리지 캐패시터의 제조방법에 동일하게 적용됨을 유의하여야 한다.FIG. 2A is a partial cross-sectional view of the DRAM device of FIG. 1 showing the process of forming the lower electrode layer after deposition of the second interlayer insulating film 19 and subsequent formation of the through opening 20. FIG. This figure shows for the sake of brevity the manufacturing method of the storage capacitor associated with one of the pair of memory cells 1A and 1B for the sake of brevity of illustration, but the processes described below It should be noted that the same applies to the manufacturing method.

도2a를 참조하면, 비정질 실리콘이 통상의 화학기상침적(CVD) 방법에 의해 침적되고 그후 인으로 도핑되고 통상의 사진식각방법에 의해 패턴처리된다. 인으로 도핑된 비정질 실리콘이 CVD기술에 의해 침적된 후 패턴 처리될 수 있다. 패턴화된 비정질 실리콘층(26)은 공지의 원통형 또는 왕관형의 층일 수 있다. 관통개구(20)는 상기 화학기상침적중 비정질 실리콘으로 충진될 수 있다. 그러나 상기 비정질 실리콘층(26)의 형성전에 관통개구(20)는 인으로 도핑된 다결정 실리콘으로 충진될 수 있다. 비정질 실리콘의 도우핑농도로서 1 x 1020atoms/cm3이하의 저농도가 바람직하다. 그 이유는 후술되는 바와같이 비정질 실리콘층(26)의 도우핑농도가 낮을수록 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 변환하는 공정중 상기 다결정실리콘층의 표면상에 형성되는 결정입자들의 직경은 더 커지기 때문이다. 또한 비정질 실리콘층(26)의 도우핑농도가 낮을 때 상기 결정입자들은 상기 다결정 실리콘층의 표면상에 균일하게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2A, amorphous silicon is deposited by conventional chemical vapor deposition (CVD) method and then doped with phosphorus and patterned by conventional photolithography method. Amorphous silicon doped with phosphorus may be patterned after deposition by CVD techniques. Patterned amorphous silicon layer 26 may be a known cylindrical or crowned layer. The through opening 20 may be filled with amorphous silicon during chemical vapor deposition. However, the through opening 20 may be filled with polycrystalline silicon doped with phosphorus before the amorphous silicon layer 26 is formed. As a doping concentration of amorphous silicon, a low concentration of 1 x 10 20 atoms / cm 3 or less is preferable. The reason is that as the doping concentration of the amorphous silicon layer 26 is lower as described below, the diameters of the crystal grains formed on the surface of the polysilicon layer become larger during the process of converting the amorphous silicon layer into the polycrystalline silicon layer. to be. In addition, when the doping concentration of the amorphous silicon layer 26 is low, the crystal grains may be uniformly formed on the surface of the polycrystalline silicon layer.

비정질실리콘층(26)의 형성후 비정질 실리콘층(26)의 표면은 세척되고 그 표면상의 자연산화막은 희석된 불산으로 제거된다. 그후 웨이퍼는 초고진공 CVD 장비의 챔버내에 넣어진다. 그후 웨이퍼는 전술된 공지의 결정종자법과 열처리 공정으로 처리된다. 그 결과 비정질실리콘층(26)의 표면상에 버섯 또는 반구 모양의 결정입자들을 가지는 다결정 실리콘층이 형성된다. 그후 이 다결정 실리콘층 아래에 있는 비정질 실리콘층은 약 800oC의 열처리 공정에 의해 다결정 실리콘층으로 변환된다. 이 변환된 다결정 실리콘층은 비정질 실리콘층과 비교할 때 불순물 예컨데 인의 보다 높은 농도로 도우핑될 수 있다.After formation of the amorphous silicon layer 26, the surface of the amorphous silicon layer 26 is washed and the natural oxide film on the surface is removed with diluted hydrofluoric acid. The wafer is then placed in a chamber of ultra high vacuum CVD equipment. The wafer is then processed by the known seed crystal method and heat treatment process described above. As a result, a polycrystalline silicon layer having mushroom or hemispherical crystal grains is formed on the surface of the amorphous silicon layer 26. The amorphous silicon layer below this polycrystalline silicon layer is then converted to a polycrystalline silicon layer by a heat treatment process of about 800 ° C. This converted polycrystalline silicon layer may be doped with a higher concentration of impurities such as phosphorous as compared to the amorphous silicon layer.

도 2b내지 도 2d는 도시의 편의상 도2a의 비정질 실리콘층의 형성후 변환된 굴곡형 다결정 실리콘층 즉 하부전극층의 표면의 일부분에 대한 연속공정들을 보여주는 상기 하부전극층의 확대 부분단면도들이다.2B-2D are enlarged partial cross-sectional views of the lower electrode layer showing continuous processes for a portion of the surface of the curved polycrystalline silicon layer, ie, lower electrode layer, converted after formation of the amorphous silicon layer of FIG. 2A for convenience of illustration.

도2b를 참조하면 반구형 또는 버섯모양의 결정입자들(28)을 표면에 가지는 굴곡형의 다결정 실리콘층(21)이 도시되어 있다. 전술된 바와같이 비정질 실리콘층(26)의 농도가 낮을수록 결정입자들(28)의 직경은 더 커지고 결정입자들의 분포는 보다 균일해진다는 것을 유의해야 한다. 본 실시예에서 비정질 실리콘층(26)의 인도핑농도는 약 3.8 x 1019atoms/cm3이고 그 결과 성장된 결정입자들은 약 1000A°의 평균직경을 갖는다.Referring to FIG. 2B, there is shown a curved polycrystalline silicon layer 21 having hemispherical or mushroom-shaped crystal particles 28 on its surface. As described above, it should be noted that the lower the concentration of the amorphous silicon layer 26, the larger the diameter of the crystal grains 28 and the more uniform the distribution of the crystal grains. In this embodiment, the indoping concentration of the amorphous silicon layer 26 is about 3.8 × 10 19 atoms / cm 3 and the resultant grown crystal grains have an average diameter of about 1000A °.

굴곡형의 다결정실리콘층(21)의 형성후, 이 다결정 실리콘층(21)은 고농도의 n형 불순물로 도우핑된다. 이온주입에 의한 도우핑방법은 다결정실리콘층(21)의 측벽들상의 결정입자들로의 균일한 도우핑을 곤란하게 한다. 또한 Pocl3확산방법은 결정입자들 표면상에 실리콘과 반응하여 유리층을 만들기 때문에 성장된 결정입자들의 크기가 작아지는 문제를 갖는다. 그러므로 결정입자들(28)의 표면상의 실리콘을 소모하지 않는 확산방법 예컨데 포스핀(PH3) 개스와 같은 불순물 함유 혼합개스를 사용한 확산방법이 바람직하다.After formation of the curved polysilicon layer 21, the polycrystalline silicon layer 21 is doped with a high concentration of n-type impurities. The doping method by ion implantation makes it difficult to uniformly doping the crystal grains on the sidewalls of the polysilicon layer 21. In addition, the Pocl 3 diffusion method has a problem that the size of the grown crystal grains is reduced because the glass layer is reacted with silicon on the crystal grains surface. Therefore, a diffusion method that does not consume silicon on the surface of the crystal grains 28 is preferable, for example, a diffusion method using an impurity-containing mixed gas such as phosphine (PH 3 ) gas.

본실시예에서 굴곡형 다결정실리콘층(21)은 포스핀 혼합가스에 함유된 인에 의해 확산된다. 이 확산은 로드록기구(load-lock mechanism)를 가지는 열처리장치 예컨데 RTP(rapid thermal process) 장비에 의해 웨이퍼온도는 약 800oC, 확산챔버내의 압력은 약 120Torr, 포스핀개스의 유속은 약 270 SCCM(Standard cubic centimeter perminute) 그리고 수소개스의 유속은 약 9.5 Slm(Standard liter perminute)의 조건으로 약 5분동안 행해진다. 이 확산에 의해 상기 다결정실리콘층(21)은 그 표면으로부터 약 50A°의 깊이까지 약 5 x 1020atoms/cm3이상의 고농도로 도우핑된다.In this embodiment, the curved polysilicon layer 21 is diffused by phosphorus contained in the phosphine mixed gas. This diffusion is a heat treatment device having a load-lock mechanism, for example, by a rapid thermal process (RTP) device, the wafer temperature is about 800 o C, the pressure in the diffusion chamber is about 120 Torr, and the phosphine gas flow rate is about 270. The standard cubic centimeter perminute (SCCM) and water flow rates are about 5 minutes under conditions of about 9.5 standard liter perminute (Slm). By this diffusion, the polysilicon layer 21 is doped at a high concentration of about 5 x 10 20 atoms / cm 3 or more from its surface to a depth of about 50 A °.

굴곡형 다결정실리콘층(21)의 표면을 약 2 x 1021atoms/cm3의 인으로 도우핑한 후 인의 밖으로의 확산을 방지하는 확산방지층(22)이 도2c에 보인 바와같이 상기 다결정 실리콘층(21)상에 형성된다. 확산방지층(22)은 굴곡형 다결정실리콘층(21)의 표면상의 실리콘의 소모를 최소화할 수 있고 이 표면상의 불순물 즉 인 농도의 저하를 최소화할 수 있는 물질의 층 예컨데 CVD 실리콘질화막층과 같은 물질층이다. 본 실시예에서 확산방지층으로서 실리콘질화막층(22)이 로드록장치를 가지는 클러스터(cluster) CVD장치에 의해 침적된다. 굴곡형 다결정실리콘(21)의 표면상의 자연산화막이 제거된 후 상기 굴곡형 다결정실리콘(21)상에 CVD실리콘질화막층이 웨이퍼온도가 약 650oC이고, 암모니아 개스의 유속이 약 900 SCCM이고, 소오스개스인 다이클로로실란(Si2H2Cl2)의 유속이 약 30 SCCM, 수소개스의 유속은 약 20 Slm, 반응챔버내의 압력이 약 100Torr인 조건에서 침적된다. CVD실리콘질화막층(22)은 실리콘 함유 혼합개스와 암모니아개스의 반응에 의해 650oC와 같은 저온에서 침적되기 때문에 다결정 실리콘층(21)의 표면상의 실리콘과의 반응을 최소화할 수 있고 표면농도의 감소를 최소화할 수 있다. 후술되는 바와같이 탄타륨산화막의 치밀화 공정에서 행해지는 열처리공정중 표면농도의 감소를 최소화하기 위한 실리콘질화막층(22)의 두께는 약 15Ao이상이 바람직하다. 다결정실리콘층(21)의 표면농도의 저하를 방지하는 것은 스토리지 캐패시터의 완성후 독출 또는 기입 동작중 상부와 하부 전극간에 역바이어스가 인가될 때 상기 다결정 실리콘층(21)의 표면에 형성되는 공핍층의 확장을 방지하여 상기 캐패시터의 캐패시턴스값의 저하를 방지하는 것이다. 그러므로 역바이어스의 인가시 캐패시턴스값의 저하를 방지하기 위하여 다결정실리콘층(21)의 표면농도는 가능한 한 높이 유지되고, 이후 공정중 열처리공정에 의해 상기 캐패시컨스값이 저하되지 않게 하는 것이 요망된다. 따라서 실리콘을 함유하는 혼합개스와 질소를 함유하는 혼합개스의 반응에 의해 침적되는 실리콘 질화막층(22)은 표면농도의 저하를 최소화할 수 있다. 실리콘질화막층(22)은 인이 도우핑된 실리콘질화막층일 수 있다.After doping the surface of the curved polysilicon layer 21 with phosphorus of about 2 x 10 21 atoms / cm 3 , a diffusion barrier layer 22 for preventing diffusion of phosphorus out is shown in Fig. 2C. It is formed on (21). The diffusion barrier layer 22 is a layer of a material capable of minimizing the consumption of silicon on the surface of the curved polysilicon layer 21 and minimizing impurities on the surface, that is, a decrease in phosphorus concentration, such as a CVD silicon nitride layer. Layer. In this embodiment, the silicon nitride film layer 22 is deposited by a cluster CVD apparatus having a load lock apparatus as the diffusion barrier layer. After the natural oxide film on the surface of the curved polysilicon 21 is removed, the CVD silicon nitride layer on the curved polysilicon 21 has a wafer temperature of about 650 ° C., and ammonia gas flow rate of about 900 SCCM. The source gas dichlorosilane (Si 2 H 2 Cl 2 ) is deposited at a flow rate of about 30 SCCM, the flow rate of susuose is about 20 Slm, and the pressure in the reaction chamber is about 100 Torr. Since the CVD silicon nitride film layer 22 is deposited at a low temperature such as 650 ° C. by the reaction of the silicon-containing mixed gas and the ammonia gas, the reaction with silicon on the surface of the polycrystalline silicon layer 21 can be minimized and the surface concentration can be minimized. The reduction can be minimized. The thickness of the silicon nitride layer 22 to minimize the reduction of the surface density of the heat-treating step is performed in the densification step of the tantalum oxide film as described below is preferably from about 15A or more o. Preventing a decrease in the surface concentration of the polysilicon layer 21 is a depletion layer formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 21 when a reverse bias is applied between the upper and lower electrodes during a read or write operation after completion of the storage capacitor. It is to prevent the expansion of the capacitor to prevent a decrease in the capacitance value of the capacitor. Therefore, it is desired that the surface concentration of the polysilicon layer 21 is maintained as high as possible in order to prevent the capacitance value from being lowered upon application of the reverse bias, and that the capacitance value is not lowered by the subsequent heat treatment process. Therefore, the silicon nitride film layer 22 deposited by the reaction of the mixed gas containing silicon and the mixed gas containing nitrogen can minimize the decrease in surface concentration. The silicon nitride layer 22 may be a silicon nitride layer doped with phosphorus.

CVD실리콘질화막층(22)의 침적후 침적된 실리콘진화막층의 전기적 특성을 개선하기 위하여 급속열산화(RTO)공정이 웨이퍼온도가 약 850oC이고 산소의 유속이 약 8 Slm이고 질소의 유속이 약 8 slm인 조건에서 약 120초동안 램프 가열챔버속에서 행해질 수 있다.In order to improve the electrical properties of the deposited silicon nitride layer after deposition of the CVD silicon nitride layer 22, the rapid thermal oxidation (RTO) process has a wafer temperature of about 850 ° C., an oxygen flow rate of about 8 Slm, and a nitrogen flow rate. In a lamp heating chamber for about 120 seconds at conditions of about 8 slm.

확산방지층(22)의 형성후 도2d에 보인 바와같이 탄타륨산화막층(23)이 웨이퍼온도가 약 410oC이고 반응챔버의 압력이 약 400mTorr이고 펜타에톡시탄타륨(Ta(OC2H5)5)의 소오스개스의 유속이 약 300 SCCM이고 산소의 유속이 약 1 Slm인 조건에서 CVD에 의해 침적된다. 침적된 탄타륨산화막층(23)의 두께는 약 60A°이다. 탄타륨산화막층(23)의 CVD침적후 치밀화공정이 행해진다. 치밀화공정은 약800oC의 온도에서 건조 산소분위기에서 약 30분동안 행해진다.After formation of the diffusion barrier layer 22, the tantalum oxide layer 23 has a wafer temperature of about 410 ° C., a pressure of about 400 mTorr and a pentaethoxy tantalum (Ta (OC 2 H 5). 5 ) The source gas of 5 ) was deposited by CVD under conditions of a flow rate of about 300 SCCM and an oxygen flow rate of about 1 Slm. The thickness of the deposited tantalum oxide layer 23 is about 60A. The densification process is performed after CVD deposition of the tantalum oxide film layer 23. The densification process is carried out for about 30 minutes in a dry oxygen atmosphere at a temperature of about 800 ° C.

탄타륨산화막층(23)의 전기적 특성을 개선하기 위하여 치밀화공정은 약 30 A°의 제1탄타륨 산화막층의 CVD침적후 약 15분동안 약 300oC의 온도에서 수은등에 의해 방사되는 오존개스에서 행해지고 나머지 약 30A°의 제2탄타륨산화막층의 CVD침적후 약 30분동안 약800oC의 온도에서 건조 산소분위기에서 행해질수 있다.In order to improve the electrical characteristics of the tantalum oxide layer 23, the densification process is performed by ozone gas emitted by mercury lamp at a temperature of about 300 o C for about 15 minutes after CVD deposition of the first tantalum oxide layer of about 30 A °. In the dry oxygen atmosphere at a temperature of about 800 ° C. for about 30 minutes after CVD deposition of the remaining second titanium oxide layer of about 30 A ° .

양호한 스텝커버리지를 가지는 CVD탄타륨 산화막층의 침적후 필수적으로 행해지는 치밀화공정은 약 800oC의 고온처리를 필요로 한다. 그러므로 전술된 바와같이 이 고온처리중 굴곡형 다결정 실리콘층(21)의 표면에 도우핑된 인 불순물농도가 밖으로의 확산에 의해 저하되는 것을 방지하는 것은 안정된 캐패시턴스를 유지하기 위해 중요하다.An essential densification process after deposition of the CVD tantalum oxide film layer with good step coverage requires a high temperature treatment of about 800 ° C. Therefore, as described above, it is important to prevent the phosphorus impurity concentration doped on the surface of the curved polycrystalline silicon layer 21 during this high temperature treatment from being lowered by diffusion outward.

도2d에 보인 바와같이 티타늄질화막층이 탄타륨산화막층(23)상에 상부전극층(24)으로서 형성된다. 그러나 상부전극층(24)으로서 텅스텐질화막층, 또는 티타늄질화막과 고융점 금속 실리사이드의 2층, 또는 티타늄질화막과 도우핑된 다결정 실리콘의 2층, 또는 티타늄질화막과 고융점금속층들, 또는 티타튬질화막과 폴리사이드층들이 사용될 수 있다.As shown in Fig. 2D, a titanium nitride film layer is formed on the titanium oxide film layer 23 as the upper electrode layer 24. However, as the upper electrode layer 24, a tungsten nitride film layer, or two layers of titanium nitride film and a high melting point metal silicide, or two layers of titanium nitride film and doped polycrystalline silicon, or a titanium nitride film and a high melting point metal layer, or a titanium nitride film, Polyside layers can be used.

도3을 참조하면 곡선(30)은 종래기술에 따른 램프가열에 의한 급속가열질화(RTN) 공정과 급속가열산화(RTO) 공정에 의해 형성된 실리콘질화막과 실리콘산화막을 본 발명의 실시예에 따른 굴곡형 다결정실리콘층(21)상에 형성한 경우 탄타륨산화막층을 가지는 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스 특성곡선을 나타내고 있다. 곡선(32)는 본 발명 실시예에 따라 확산방지층(22)으로서 약 20A°의 두께를 가지는 CVD실리콘 질화막층의 형성후 RTO 공정을 행한 경우 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스 특성곡선을 나타내고 있고 곡선(34)는 본 발명의 실시예에 따라 확산방지층(22)으로서 약 20A°의 두께를 가지는 CVD실리콘 질화막층의 형성후 RTO공정을 행하지 않는 경우 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스 특성 곡선을 나타내고 있다.Referring to FIG. 3, the curve 30 is a curve of a silicon nitride film and a silicon oxide film formed by a rapid heating nitriding (RTN) process and a rapid thermal oxidation (RTO) process by lamp heating according to the prior art. When formed on the type polycrystalline silicon layer 21, the capacitance characteristic curve of the storage capacitor which has a tantalum oxide film layer is shown. Curve 32 shows the capacitance characteristic curve of the storage capacitor when the RTO process is performed after the formation of the CVD silicon nitride layer having a thickness of about 20A as the diffusion barrier layer 22 according to the embodiment of the present invention. When the RTO process is not performed after the formation of the CVD silicon nitride film layer having a thickness of about 20A as the diffusion barrier layer 22 according to the embodiment of the present invention, the capacitance characteristics curve of the storage capacitor is shown.

종래기술의 RTN공정은 웨이퍼온도가 약 900oC이고 암모니아 개스의 유속이 약 900 SCCM이고 수소개스의 유속이 약 20 slm인 조건에서 행해졌다. RTO공정은 웨이퍼온도가 850oC이고 산소개스의 유속이 약 8 slm이고 질소개스의 유속이 약 8slm인 조건에서 약 2분동안 행해졌다. 나머지 공정들은 동일하게 적용되었다.The prior art RTN process was carried out under the condition that the wafer temperature was about 900 ° C., the flow rate of ammonia gas was about 900 SCCM, and the flow rate of the hydrophobic gas was about 20 slm. The RTO process was carried out for about two minutes at a wafer temperature of 850 ° C, an oxygen gas flow rate of about 8 slm, and a nitrogen gas flow rate of about 8 slm. The rest of the processes were applied equally.

도3에서 수평축은 하부전극에 접지전압이 인가될 때 상부전압에 인가되는 전압을 나타내고 수직축은 89600μm2의 면적을 가지는 굴곡형 다결정실리콘상에 형성된 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스값을 나타낸다.In FIG. 3, the horizontal axis represents the voltage applied to the upper voltage when the ground voltage is applied to the lower electrode, and the vertical axis represents the capacitance value of the storage capacitor formed on the curved polysilicon having an area of 89600 μm 2 .

지금 전원공급전압이 1.2볼트라 가정한다. 그러면 독출 또는 기입동작중 캐패시터의 상부전극에 인가되는 등가전압은 -0.6볼트와 0.6볼트가 된다. -0.6볼트와 0.6볼트에서 캐패시턴스값들은 각각 Cmin과 Cmax라 칭한다. 그러면 종래기술의 곡선(30)에서 Cmin대 Cmax의 비는 약 0.75이고, 본 발명의 실시예에 따른 곡선들(32)와 (34)에서 Cmin대 Cmax의 비는 각각 약 0.94와 약 0.92이다. 따라서 본발명에 따른 스토리지 캐패시터의 캐패시턴스가 종래기술의 것보다 안정된 캐패시턴스값을 갖는다는 것이 명백하다. 또한 곡선(34)에서 알 수 있는 바와같이 CVD실리콘 질화막층의 형성후 RTO공정을 행하는 것이 보다 높은 캐패시턴스 특성을 나타냄을 알 수 있다.Now suppose the power supply voltage is 1.2 volts. Then, the equivalent voltages applied to the upper electrode of the capacitor during the read or write operation are -0.6 volts and 0.6 volts. At -0.6 volts and 0.6 volts, the capacitance values are called C min and C max , respectively. The ratio of C min for C max on the curve 30 of the prior art is about 0.75, the ratio of C min for C max in the curves 32 and 34 in accordance with an embodiment of the invention is about 0.94, respectively, and About 0.92. It is therefore evident that the capacitance of the storage capacitor according to the present invention has a more stable capacitance value than that of the prior art. Further, as can be seen from the curve 34, it can be seen that the RTO process after the formation of the CVD silicon nitride film layer shows higher capacitance characteristics.

도4는 본 발명의 실시예에 따라 CVD 실리콘 질화막층의 두께들에 대한 캐패시턴스 특성곡선들을 나타내고 있다. 곡선(38)는 도3의 곡선(34)와 동일한 곡선이다. 즉 곡선(38)은 CVD실리콘질화막층의 두께가 약20A°일 경우의 캐패시턴스 특성 곡선이고 곡선(36)과 (37)은 각각 CVD실리콘 질화막층의 두께가 약10A°과 약 15A°일 경우의 캐패시턴스 특성곡선이다. CVD실리콘질화막층의 두께가 얇을수록 탄타륨산화막층의 치밀화 공정중 열처리에 의해 굴곡형 다결정실리콘층(21)의 표면농도가 더 낮아짐을 알 수 있다. 따라서 CVD실리콘질화막층의 두께는 적어도 15A°이상 일것이 요망된다.4 shows capacitance characteristic curves for thicknesses of a CVD silicon nitride film layer in accordance with an embodiment of the present invention. Curve 38 is the same curve as curve 34 of FIG. That is, curve 38 is a capacitance characteristic curve when the thickness of the CVD silicon nitride layer is about 20 A °, and curves 36 and 37 are respectively about 10 A ° and about 15 A ° when the thickness of the CVD silicon nitride layer is Capacitance characteristic curve. It can be seen that the thinner the CVD silicon nitride layer is, the lower the surface concentration of the curved polysilicon layer 21 is due to the heat treatment during the densification of the tantalum oxide layer. Therefore, it is desired that the thickness of the CVD silicon nitride film layer be at least 15A ° or more.

전술된 바와같이 본 발명의 실시예는 고유전체층으로서 탄타륨산화막층을 사용한 스토리지 캐패시터의 제조방법에 대하여 설명되었지만 TiO2, SrTiO3, BaTiO3, (Ba, Sr) TiO3또는 pb(Zr, Ti)O3등의 유전체층을 사용한 스토리지 캐패시터의 제조방법에도 적용될 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention has been described with respect to the manufacturing method of the storage capacitor using the tantalum oxide layer as the high dielectric layer, but TiO 2 , SrTiO 3 , BaTiO 3 , (Ba, Sr) TiO 3 or pb (Zr, The present invention can also be applied to a method of manufacturing a storage capacitor using a dielectric layer such as Ti) O 3 .

전술한 바와같이 높게 도우핑된 굴곡형 다결정실리콘층인 하부전극층과 상부 전극층 사이에 탄타륨 산화막층과 같은 고유전체층을 가지는 스토리지 캐패시터에 있어서 상기 탄타륨산화막층과 상기 하부전극층 사이에 형성되는 CVD실리콘 질화막층과 같은 확산방지층은 탄타륨 산화막층의 치밀화와 같은 후 열처리에 관계없이 상기 높게 도우핑된 굴곡형 다결정 실리콘층의 표면농도의 저하를 최소화함으로써 Cmin대 Cmax의 비값을 최대화하는 이점을 갖는다. 또한 굴곡형 다결정 실리콘층은 불순물이 함유된 개스 예컨데 포스핀개스로 도우핑되기 때문에 이 굴곡형 다결정 실리콘층의 표면은 고농도의 상기 불순물로 도우핑되는 이점을 갖는다.CVD formed between the tantalum oxide layer and the lower electrode layer in a storage capacitor having a high dielectric layer such as a tantalum oxide layer between the lower electrode layer and the upper electrode layer, which is a highly doped curved polycrystalline silicon layer as described above. A diffusion barrier layer, such as a silicon nitride layer, maximizes the ratio of C min to C max by minimizing a decrease in surface concentration of the highly doped bent polycrystalline silicon layer regardless of post-heat treatment such as densification of the tantalum oxide layer. Has In addition, since the curved polycrystalline silicon layer is doped with an impurity-containing gas such as phosphine gas, the surface of the curved polycrystalline silicon layer is doped with a high concentration of the impurity.

Claims (13)

표면이 고농도 불순물로 높게 도우핑된 굴곡형의 다결정실리콘층으로 만들어진 하부 전극층과 상부전극층 사이에 고유전체층을 가지는 반도체 장치에 있어서,A semiconductor device having a high dielectric layer between a lower electrode layer and an upper electrode layer, the surface of which is made of a curved polycrystalline silicon layer highly doped with high concentration impurities, 상기 하부전극층과 상기 고유전체층 사이에 형성되고, 후 열처리에 의해 상기 굴곡형 다결정 실리콘층 표면의 상기 고농도 불순물의 농도 저하를 방지하는 확산방지층을 가짐을 특징으로 하는 반도체 장치.And a diffusion barrier layer formed between the lower electrode layer and the high dielectric layer to prevent a concentration decrease of the high concentration impurity on the surface of the curved polycrystalline silicon layer by post-heat treatment. 제1항에 있어서, 상기 고유전체층은 탄타륨 산화막층임을 특징으로 하는 반도체 장치The semiconductor device according to claim 1, wherein the high dielectric layer is a tantalum oxide layer. 제2항에 있어서, 상기 확산방지층은 화학 기상 침적법에 의해 침적된 실리콘 질화막임을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 2, wherein the diffusion barrier layer is a silicon nitride film deposited by chemical vapor deposition. 제3항에 있어서, 상기 굴곡형의 다결정 실리콘층의 도우핑된 불순물은 n형 불순물을 함유하는 혼합개스에 의해 확산된 n형 불순물임을 특징으로 하는 반도체장치.The semiconductor device according to claim 3, wherein the doped impurity of the curved polycrystalline silicon layer is an n-type impurity diffused by a mixed gas containing n-type impurity. 제4항에 있어서, 상기 혼합개스는 포스핀 개스임을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 4, wherein the mixed gas is a phosphine gas. 제3항에 있어서, 상기 실리콘 질화막층의 두께는 적어도 15A°임을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 3, wherein the silicon nitride film layer has a thickness of at least 15A. 제3항에 있어서, 상기 실리콘질화막층상에 형성된 실리콘 산화막층을 더 가짐을 특징으로 하는 반도체 장치.The semiconductor device according to claim 3, further comprising a silicon oxide film layer formed on said silicon nitride film layer. 굴곡형의 다결정실리콘층으로 만들어진 하부전극층과 상부전극층 사이에 고유전체층을 가지는 반도체장치의 제조방법에 있어서,A method of manufacturing a semiconductor device having a high dielectric layer between a lower electrode layer and an upper electrode layer made of a curved polycrystalline silicon layer, 상기 다결정 실리콘층을 고농도의 불순물로 도우핑하는 과정과,Doping the polycrystalline silicon layer with a high concentration of impurities; 후열처리에 의해 상기 굴곡형 다결정 실리콘층 표면의 상기 고농도 불순물의 농도 저하를 방지하는 확산방지층을 상기 도우핑된 다결정 실리콘층과 상기 고유전체층 사이에 형성하는 과정으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.Forming a diffusion barrier layer between the doped polycrystalline silicon layer and the high-k dielectric layer by post-heat treatment to prevent the concentration of the high concentration impurities on the surface of the curved polycrystalline silicon layer. Manufacturing method. 제8항에 있어서, 상기 고유전체층은 탄타륨산화막층임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.10. The method of claim 8, wherein the high dielectric layer is a tantalum oxide layer. 제9항에 있어서, 상기 확산방지층은 실리콘 함유 혼합개스와 질소 함유혼합개스로 화학 기상 침적에 의해 침적된 실리콘 질화막층임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the diffusion barrier layer is a silicon nitride film layer deposited by chemical vapor deposition with a silicon-containing mixed gas and a nitrogen-containing mixed gas. 제10항에 있어서, 상기 고농도의 불순물로 도우핑하는 것은 상기 불순물을 함유하는 개스에 의해 도우핑됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 10, wherein the doping with the high concentration of impurities is doped with a gas containing the impurities. 제11항에 있어서, 상기 개스는 포스핀 개스임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of claim 11, wherein the gas is a phosphine gas. 제9항에 있어서, 상기 후열처리는 상기 탄타륨산화막층의 침적후 행해지는 치밀화공정중의 과정임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein said post heat treatment is a process during the densification process performed after deposition of said tantalum oxide film layer.
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