KR19990030207A - Selective hemispherical grain electrode for increasing capacitance - Google Patents

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KR19990030207A
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capacitance
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스탠턴 피 어쉬번
더글라스 티 그리더
릭 엘 와이즈
Original Assignee
윌리엄 비. 켐플러
텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
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    • H10B12/033Making the capacitor or connections thereto the capacitor extending over the transistor
    • H10B12/0335Making a connection between the transistor and the capacitor, e.g. plug

Abstract

적어도 하나의 캐패시터(10)를 포함하는 집적 회로가 제공된다. 캐패시터(10)는 제1 캐패시터 접촉부(12) 및 상기 제1 캐패시터 접촉부(contact)로부터 바깥쪽으로 배치된 정전용량 증대층(16)을 포함한다. 상기 정전용량 증대층(16)은 실리콘에 격자(lattice) 부정합되는 물질을 포함한다. 상기 캐패시터(10)는 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치되고 캐패시터 유전층(18)에 의하여 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 분리된 제2 캐패시터 접촉부(20)를 더 포함한다.An integrated circuit is provided that includes at least one capacitor 10. Capacitor 10 includes a first capacitor contact 12 and a capacitance increasing layer 16 disposed outwardly from the first capacitor contact. The capacitive enhancement layer 16 includes a material that is lattice mismatched to silicon. The capacitor 10 further includes a second capacitor contact 20 disposed outwardly from the first capacitor contact and separated from the first capacitor contact by a capacitor dielectric layer 18.

Description

정전용량 증가를 위한 선택적인 반구체의 그레인 전극Selective hemispherical grain electrode for increasing capacitance

본 발명은 일반적으로 전자 장치에 관한 것으로서, 특히 정전용량을 증가시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates generally to electronic devices, and more particularly to methods and apparatus for increasing capacitance.

캐패시터는 현재 집적 회로, 특히 DARM 셀과 같은 장치에 있어서 중요한 소자가 되고 있다. DRAM 셀의 다운 스케일링으로 말미암아 이용 가능한 작은 셀 영역에서 충분한 정전용량을 확보하기가 어렵다. 장치가 점점 작아지고, 메모리 용량이 증가함에 따라, 최소한의 기판 공간을 차지하는 큰 정전용량의 저장 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 기판의 단위 면적당 정전용량을 증가시키기 위한 한 접근 방법은 기판으로부터 수직으로 저장 노드(node)를 확장시키는 것이다. 이 접근 방법은 기판의 단위 면적당 정전용량을 증가시키는 반면, 패터닝에 있어 어려움과 광학적 기술(delineation) 문제를 유발한다.Capacitors are now becoming an important device for integrated circuits, particularly devices such as DARM cells. Downscaling DRAM cells makes it difficult to ensure sufficient capacitance in the small cell area available. As devices grow smaller and memory capacity increases, it is desirable to provide large capacitance storage devices that take up minimal board space. One approach to increasing capacitance per unit area of a substrate is to extend storage nodes vertically from the substrate. While this approach increases the capacitance per unit area of the substrate, it introduces difficulties in patterning and optical delineation problems.

기판의 단위 면적당 정전용량을 증가시키기 위한 또 다른 접근 방법은 거친 반구체의 그레인(grain) 폴리실리콘층을 저장 노드의 바깥쪽으로 피착시키는 것이다. 이 접근 방법은 저장 노드 표면을 따라 핵형성(nucleation) 사이트(site)에서 반구체 그레인의 형성을 통하여 저장 노드의 실효 표면적을 증가시킴으로써 증가된 저장 정전용량을 제공한다. 이 방법과 관련된 몇 가지 문제점이 있다. 반구체 그레인 폴리실리콘은 저장 노드상에 피착되기 전에 순수한(native) 산화층 또는 계면 산화층이 저장 노드로부터 바깥쪽으로 생성되고 반구체의 그레인 폴리실리콘과 저장 노드의 실리콘 사이에 위치한다. 순수 산화층의 품질과 두께를 제어하기가 어렵다. 이런 어려움은 반구체의 그레인 구조의 반복성을 저하시키기도 한다. 게다가, 거친 반구체의 그레인 폴리실리콘층은 비선택 방식으로 형성된다. 즉, 거친 반구체의 그레인 폴리실리콘은 기형성된 저장 노드뿐만 아니라 저장 노드 사이에 있는 산화물의 분리 영역 위에 형성된다. 추가된 에칭이 둘 또는 그 이상의 저장 노드의 단락을 방지하기 위하여 저장 노드 사이의 거친 반구체의 그레인 폴리실리콘을 제거하기 위하여 사용된다. 이 추가된 에칭은 특히 크라운(crown)과 같은 복잡한 형상을 포함하는 저장 노드에 손상을 초래할 수 있다. 여분의 에칭 단계는 또한 이 장치의 생산에 시간과 비용을 추가시킨다. 이 방법과 관련된 또 다른 문제는 반구체의 그레인 폴리실리콘의 텍스처(texture)가 폴리실리콘 피착 온도에 강하게 의존한다는 것이다. 반구체의 그레인 폴리실리콘은 반구체의 그레인이 적당하게 형성되는 온도의 범위가 매우 협소하다. 이 협소한 온도 범위는 이 장치의 제조에 복잡성을 증가시키고 잠재적으로 디자인 선택을 제한한다.Another approach to increasing the capacitance per unit area of the substrate is to deposit a rough hemispherical grain polysilicon layer out of the storage node. This approach provides increased storage capacitance by increasing the effective surface area of the storage node through the formation of hemispherical grains at nucleation sites along the storage node surface. There are some problems with this method. The hemispherical grain polysilicon is formed outward from the storage node and is located between the hemispherical grain polysilicon and the silicon of the storage node before it is deposited on the storage node. It is difficult to control the quality and thickness of the pure oxide layer. This difficulty may reduce the repeatability of the hemispherical grain structure. In addition, the rough hemispherical grain polysilicon layer is formed in a non-selective manner. That is, the coarse hemispherical grain polysilicon is formed on the isolation regions of the oxide between the storage nodes as well as the preformed storage nodes. Added etching is used to remove the coarse hemispherical grain polysilicon between the storage nodes to prevent shorting of two or more storage nodes. This added etching can cause damage to storage nodes, especially including complex shapes such as crowns. The extra etching step also adds time and cost to the production of this device. Another problem with this method is that the texture of the hemispherical grain polysilicon is strongly dependent on the polysilicon deposition temperature. Hemispherical grain polysilicon has a very narrow range of temperatures at which hemispherical grains are properly formed. This narrow temperature range increases the complexity of manufacturing the device and potentially limits design choices.

저장 노드로부터 바깥쪽으로 반구체의 그레인 폴리실리콘을 선택적으로 형성하는 것은 다른 접근 방법을 제공한다. 선택적인 반구체의 그레인 폴리실리콘은 10-8토르(torr) 정도의 매우 낮은 압력에서 아몰포스 실리콘으로부터 전형적으로 형성된다. 이어서, 아몰포스 저장 노드의 실리콘이 표면상의 핵형성 사이트로의 이동을 유발하는 높은 진공 어닐링(annealing)이 뒤따른다. 그러나, 이 방법은 몇가지 단점을 가지고 있다. 이 방법의 한가지 문제점은 저장 노드를 형성하기 위하여 사용되는 재료의 선택이 일반적으로 아몰포스 실리콘으로만 제한된다는 것이다. 게다가, 높은 진공 어닐링은 제조 공정에 시간과 비용을 추가시킨다.Selectively forming hemispherical grain polysilicon outward from the storage node provides another approach. Selective hemispherical grain polysilicon is typically formed from amorphous silicon at very low pressures on the order of 10 -8 torr. This is followed by a high vacuum annealing that causes the silicon of the amorphous storage node to migrate to nucleation sites on the surface. However, this method has some disadvantages. One problem with this method is that the choice of material used to form the storage node is generally limited to amorphous silicon. In addition, high vacuum annealing adds time and cost to the manufacturing process.

본 발명의 내용에 따라서, 집적 회로는 적어도 하나의 캐패시터를 포함한다. 상기 캐패시터는 제1 캐패시터 접촉부 및 상기 제1 캐패시터 접촉부으로부터 바깥쪽으로 배치된 정전용량 증대층을 포함한다. 정전용량 증대층은 실리콘에 격자 부정합되는 재료를 포함한다. 상기 캐패시터는 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치되고 캐패시터 유전층에 의하여 제1 캐패시터 접촉부로부터 분리되는 제2 캐패시터 접촉부를 더 포함한다.In accordance with the teachings of the present invention, an integrated circuit includes at least one capacitor. The capacitor includes a first capacitor contact and a capacitance increasing layer disposed outward from the first capacitor contact. The capacitance increasing layer comprises a material that lattice mismatches to silicon. The capacitor further includes a second capacitor contact disposed outwardly from the first capacitor contact and separated from the first capacitor contact by a capacitor dielectric layer.

본 발명은 몇가지 기술적 장점을 가지고 있다. 정전용량 증대층은 저장 노드 사이에서의 정전용량 증대층이 형성되는 것을 방지하기 위해 선택적으로 피착된다. 선택적인 피착은 저장 노드 사이에 있는 정전용량 증대층을 에칭해야 하는 필요를 감소시키거나 제거한다. 정전용량 증대층과 저장 노드의 실리콘 사이의 격자 부정합에 기인하여, 본 발명은 순수 산화층의 사용을 요구하지 않는다. 결과적으로 본 발명은 순수 산화층을 사용하는 종래 방법보다 더 반복적인 반구체의 그레인 구조를 제공한다. 본 발명의 정전용량 증대층은 넓은 온도 범위에 걸쳐서 반구체의 성장을 용이하게 한다. 게다가, 다른 방법과 관련된 높은 진공 열처리가 생략될 수 있고, 제조 과정에서의 복잡성과 비용을 감소시킨다. 또한, 본 발명은 아몰포스 실리콘 뿐만 아니라 폴리실리콘으로부터 형성된 저장 노드에 사용될 수 있다.The present invention has several technical advantages. The capacitance increasing layer is selectively deposited to prevent the formation of the capacitance increasing layer between the storage nodes. Selective deposition reduces or eliminates the need to etch the capacitive enhancement layer between the storage nodes. Due to the lattice mismatch between the capacitance increasing layer and the silicon of the storage node, the present invention does not require the use of pure oxide layers. As a result, the present invention provides a more repetitive hemispherical grain structure than the conventional method using a pure oxide layer. The capacitance increasing layer of the present invention facilitates the growth of hemispheres over a wide temperature range. In addition, the high vacuum heat treatment associated with other methods can be omitted, reducing the complexity and cost in the manufacturing process. In addition, the present invention can be used for storage nodes formed from amorphous silicon as well as polysilicon.

도 1은 본 발명에 따라 만들어진 캐패시터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a capacitor made in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명에 따라서 피착(deposition) 온도 및 합금 농도의 함수로써 반구체의 성장의 발생을 도시하는 챠트.2 is a chart showing the occurrence of hemisphere growth as a function of deposition temperature and alloy concentration in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명에 따라 구성된 예시적인 DRAM 셀의 개략도.3 is a schematic diagram of an exemplary DRAM cell constructed in accordance with the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 구성된 DRAM 셀을 포함하는 집적 회로의 단면도.4 is a cross-sectional view of an integrated circuit including a DRAM cell constructed in accordance with the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 : 캐패시터10: capacitor

12 : 제1 캐패시터 접촉부(contact)12: first capacitor contact

14 : 제1 중간 구조물14: first intermediate structure

16 : 정전용량 증대층16: capacitance increase layer

18 : 캐패시터 유전층18: capacitor dielectric layer

20 : 제2 캐패시터 접촉부20: second capacitor contact portion

100 : DRAM 셀100: DRAM cell

110 : 캐패시터110: capacitor

112 : 제1 캐패시터 접촉부112: first capacitor contact portion

116 : 정전용량 증대층116: capacitance increase layer

118 : 캐패시터 유전층118: capacitor dielectric layer

120 : 제2 캐패시터 접촉부120: second capacitor contact portion

130 : 패스-게이트 트랜지스터130: pass-gate transistor

132 : 워드선132 word line

134 : 비트선134: bit line

136 : 기판136: substrate

138 : 소스138: source

140 : 드레인140: drain

142 : 게이트142: gate

144 : 측벽 스페이서144: sidewall spacers

146 : 유전층146: dielectric layer

도 1은 본 발명에 따라 만들어진 캐패시터의 단면도이다. 캐패시터(10)는 제1 중간 구조물(14)로부터 바깥쪽으로 배치된 제1 캐패시터 접촉부(12)를 포함한다. 예를 들어, 제1 캐패시터 접촉층은 도핑된 폴리실리콘 또는 도핑된 아몰포스 실리콘을 포함한다. 제1 캐패시터 접촉부는 다양한 구성을 포함할 수 있다. 이 실시예에 있어서, 제1 캐패시터 접촉부(12)는 제1 중간 구조물(14)의 트렌치(trench)안에 배치된 플러그(plug)를 포함한다. 제1 캐패시터 접촉부(12)는 플레이트(plate), 크라운(crown), 핑거(finger)등과 같이 기능에 적합한 임의의 구성을 대안으로 포함할 수 다. 예를 들어, 제1 중간 구조물(14)은 옥사이드(oxide), 니트라이드(nitride), 옥시니트라이드(oxynitride) 또는 옥사이드와 니트라이드의 대안층을 포함하는 헤테로구조체(heterostructure)와 같은 하나 또는 그 이상의 유전 물질을 포함한다.1 is a cross-sectional view of a capacitor made in accordance with the present invention. Capacitor 10 includes a first capacitor contact 12 disposed outward from first intermediate structure 14. For example, the first capacitor contact layer comprises doped polysilicon or doped amorphous silicon. The first capacitor contact can include various configurations. In this embodiment, the first capacitor contact 12 includes a plug disposed in the trench of the first intermediate structure 14. The first capacitor contact 12 may alternatively include any configuration suitable for the function, such as a plate, crown, finger, or the like. For example, the first intermediate structure 14 may be one or the like, such as oxide, nitride, oxynitride or a heterostructure comprising an alternative layer of oxide and nitride. It includes the above dielectric material.

정전용량 증대층(16)이 제1 캐패시터 접촉층(12)으로부터 바깥쪽으로 형성될 수 있다. 정전용량 증대층(16)은 실리콘에 격자 부정합되는 재료를 포함한다. 정전용량 증대층(16)은 예를 들어, x의 값이 특정한 적용예에 따라서 장치의 특성을 최적화시키기위해 선택되는 Si1-xGex를 포함한다. 예를들어, 정전용량 증대층(16) 은 게르만(germane)과 실란(silane), 게르만과 디실란(disilane), 게르만과 디클로르실란(dichlorsilane), 게르만과 트리실란(trisilane), 디게르만(digermane)과 실란, 디게르만(digermane)과 디실란, 디게르만(digermane)과 디클로르실란 또는 디게르만(digermane)과 트리실란 등을 포함하지만 여기에 제한되지 않는 피착 가스의 화합물을 사용하여 화학 증착(CVD)에 의하여 피착될 수 있다. 실리콘에 격자 부정합되는 Si1-xGex외의 다른 물질도 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 사용될 수 있다. 캐패시터 유전층(18)은 정전용량 증대층(16)으로부터 바깥쪽에 형성될 수 있다. 캐패시터 유전층(18)은 옥사이드, 니트라이드, 옥시니트라이드, 탄탈 옥사이드(tantalum oxide), 바륨 스트론튬 티타네이트(barium strontium titanate) 또는 상기 유전체의 대안층을 포함하는 헤테로구조체와 같은 임의의 유전 재료를 포함한다. 제2 캐패시터 접촉부(20)는 예를 들어, 도핑된 폴리실리콘 또는 도핑된 아몰포스 실리콘을 포함한다. 캐패시터 접촉부을 형성하기에 적당한 임의의 물질이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 제2 캐패시터 접촉부(20)에 사용될 수 있다.The capacitance increasing layer 16 may be formed outward from the first capacitor contact layer 12. The capacitive enhancement layer 16 includes a material that is lattice mismatched to silicon. The capacitive enhancement layer 16 includes, for example, Si 1-x Ge x in which the value of x is selected to optimize the device's properties depending on the particular application. For example, the capacitance increasing layer 16 may include germane and silane, germane and disilane, germane and dichlorsilane, germane and trisilane, digerman ( chemical vapor deposition using compounds of deposition gases including, but not limited to, digermane and silane, digermane and disilane, digermane and dichlorsilane, or digermane and trisilane Can be deposited by (CVD). Materials other than Si 1-x Ge x that are lattice mismatched to silicon can also be used without departing from the scope of the present invention. Capacitor dielectric layer 18 may be formed outward from capacitive enhancement layer 16. Capacitor dielectric layer 18 includes any dielectric material, such as an oxide, nitride, oxynitride, tantalum oxide, barium strontium titanate, or a heterostructure including an alternative layer of the dielectric. do. The second capacitor contact 20 includes, for example, doped polysilicon or doped amorphous silicon. Any material suitable for forming a capacitor contact can be used for the second capacitor contact 20 without departing from the scope of the present invention.

제1 캐패시터 접촉부(12), 정전용량 증대층(16), 캐패시터 유전층(18) 및 제2 캐패시터 접촉부(20)가 캐패시터(10)를 형성한다. 상술된 대로, 정전용량 증대층(16)은 실리콘에 격자 부정합되는 물질을 포함한다. 예를 들어, 게르마늄은 실리콘에 약 4.2% 격자 부정합된다. Si1-xGex합금의 게르마늄의 농도를 변화시킴으로써 정전용량 증대층(16)과 제1 캐패시터 접촉부(12) 사이의 격자 부정합의 정도가 제어될 수 있다. 제1 캐패시터 접촉부(12)로부터 바깥쪽으로 격자 부정합된 물질을 피착하는 것은 접촉부(12)의 실리콘과 그 위에 피착된 정전용량 증대 물질 사이에 스트레스(stress)를 야기한다. 피착된 물질의 이동도가 큰 온도에서 정전용량 증대층(16)의 피착은 정전용량 증대층(16)의 반구체 성장을 야기한다. 이 반구체 성장은 층간의 스트레스를 완화한다. 정전용량 증대층(16)의 반구체 성장이 클수록, 정전용량 증대층(16)의 유효 표면적이 커져서, 캐패시터(10)의 정전용량도 커진다.The first capacitor contact 12, the capacitance increasing layer 16, the capacitor dielectric layer 18, and the second capacitor contact 20 form the capacitor 10. As described above, the capacitance increasing layer 16 comprises a material that lattice mismatches to silicon. For example, germanium is about 4.2% lattice mismatch to silicon. By varying the concentration of germanium in the Si 1-x Ge x alloy, the degree of lattice mismatch between the capacitance increasing layer 16 and the first capacitor contact 12 can be controlled. Depositing the lattice mismatched material outward from the first capacitor contact 12 causes stress between the silicon of the contact 12 and the capacitance-increasing material deposited thereon. The deposition of the capacitive enhancement layer 16 at a temperature where the mobility of the deposited material is high causes the hemispherical growth of the capacitive enhancement layer 16. This hemispheric growth relieves interstitial stress. As the hemispherical growth of the capacitance increasing layer 16 increases, the effective surface area of the capacitance increasing layer 16 increases, and the capacitance of the capacitor 10 also increases.

정전용량 증대층(16)은 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘에 격자 부정합되는 물질은 제1 캐패시터 접촉부(12)의 외부 표면 위에 직접 피착된다. 본 발명은 제1 캐패시터 접촉부(12)의 표면 위에 정전용량 증대층(16)의 직접 피착을 용이하게 하여 접촉부로부터 정전용량 증대층을 분리하기 위한 자연 산화층의 필요를 제거하는 장점을 제공한다. 예를 들어, 이는 제1 캐패시터 접촉부(12)의 외부 표면에 격자 부정합된 물질을 포함하는 가스를 유입함으로써 수행될 수 있다. 정전용량 증대층(16)은 격자 부정합되는 물질의 피착(in situ doping)과 동시에 포스핀(phosphine)과 같은 도펀트를 포함하는 가스를 유입함으로써 전도성으로 만들어질 수 있다. 대안적으로, 정전용량 증대층(16)이 피착 후에 도핑 처리(treatment)를 받을 수도 있다.The capacitance increasing layer 16 may be formed by various methods. For example, a material lattice mismatched to silicon is deposited directly on the outer surface of the first capacitor contact 12. The present invention provides the advantage of facilitating the direct deposition of the capacitive enhancement layer 16 on the surface of the first capacitor contact 12 thereby eliminating the need for a native oxide layer to separate the capacitive enhancement layer from the contact. For example, this can be done by introducing a gas comprising a lattice mismatched material to the outer surface of the first capacitor contact 12. The capacitive enhancement layer 16 can be made conductive by introducing a gas containing a dopant, such as phosphine, at the same time as the in situ doping of the material that is lattice mismatched. Alternatively, the capacitive enhancement layer 16 may be subjected to a doping treatment after deposition.

도 2는 본 발명에 따라서 피착 온도 및 합금 농도의 함수로써 반구체의 성장의 발생을 도시하는 챠트이다. 1993년에 D. T. Grider에 의하여 쓰여진, 노스 캐놀라이나 주립대학 박사 논문인 Selectively Deposited Si1-xGexAlloy Diffusion Sources for ULSI Compatible Deep Submicron p+-n and n+-p Junctions의 p.31을 참조하라. 도 2는 반구체의 성장이 정전용량 증대층(16)에서의 온도와 합금 농도에 의해 제어될 수 있다는 것을 도시한다. 챠트에 도시된 바와 같이, 반구체의 성장은 넓은 범위의 온도 및 다양한 합금 농도를 통하여 용이하게 된다. 바람직한 반구체의 그레인은 예를 들어, 대략 800℃의 피착 온도에서 약 30%의 비율로 게르마늄을 사용함으로써 형성될 수 있다.2 is a chart showing the occurrence of hemispherical growth as a function of deposition temperature and alloy concentration in accordance with the present invention. See p.31, Selectively Deposited Si 1-x Ge x Alloy Diffusion Sources for ULSI Compatible Deep Submicron p + -n and n + -p Junctions, a Ph.D. dissertation written by DT Grider in 1993. . 2 shows that the growth of the hemispheres can be controlled by the temperature and alloy concentration in the capacitance increasing layer 16. As shown in the chart, the growth of hemispheres is facilitated through a wide range of temperatures and various alloy concentrations. Preferred hemispherical grains can be formed, for example, by using germanium at a rate of about 30% at an deposition temperature of approximately 800 ° C.

다시 도1을 참조하면, 격자 부정합된 물질의 적절한 선택은 정전용량 증대층(16)의 선택적인 피착을 용이하게 한다. 예를 들어, 게르마늄은 유전층(14)에 있는 옥사이드와 급격하게 반응한다. 그러한 예로써, 제1 캐패시터 접촉부(12)와 유전층(14)으로부터 바깥쪽으로의 Si1-xGex의 피착은 유전층(14)으로부터가 아닌 제1 캐패시터 접촉부(12)로부터 바깥쪽으로 정전용량 증대층(16)의 선택적인 피착이 되게 한다. 이 특징은 정전용량 증대층(16)의 형성 영역에 대한 제어를 용이하게 하는 장점을 제공해서, 캐패시터(10) 사이의 영역으로부터 정전용량 증대층(16)을 에칭해서 없앨 필요를 감소시키거나 완화시킨다.Referring again to FIG. 1, proper selection of the lattice mismatched material facilitates selective deposition of the capacitive enhancement layer 16. For example, germanium reacts rapidly with oxides in the dielectric layer 14. As such, the deposition of Si 1-x Ge x outward from the first capacitor contact 12 and dielectric layer 14 results in a capacitance-increasing layer outward from first capacitor contact 12 and not from dielectric layer 14. Allow for selective deposition of (16). This feature provides the advantage of facilitating control over the formation area of the capacitance increasing layer 16, thereby reducing or alleviating the need to etch away the capacitance increasing layer 16 from the area between the capacitors 10. Let's do it.

DRAM 셀의 밀도가 증가함에 따라, 축소된 영역에 충분한 저장 정전용량을 제공하여야 할 필요성이 더 중요해진다. 본 발명은 추가적인 기판 영역의 요청없이 DRAM 셀에서 셀의 정전용량을 증가시키는데 이용될 수 있다. 도 3은 예시적인 DRAM 셀의 개략도이다. DRAM 셀(100)은 워드선(132) 및 비트선(134)에 결합되어 있는 패스(pass)-게이트 트랜지스터(130)를 포함한다. 캐패시터(110)는 또한 패스-게이트 트랜지스터(130)에 결합된다. 작동시에, 행 디코더(명백하게 도시되지 않음)는 워드선(132)의 전압을 증가시킴으로써 특정 행을 선택해서, 선택된 행의 모든 트랜지스터가 전도성이 되도록 하고 선택된 행의 모든 셀의 저장 캐패시터를 각각의 비트선(134)에 접속시킨다. 선택된 행의 트랜지스터가 전도적으로 될 때, 각 캐패시터(110)는 비트선 정전용량으로 유효하게 병렬로 접속된다. 판독시에, 1의 논리 레벨을 저장하고 있는 캐패시터(110) 양단의 전압은 비트선 정전용량에 포지티브 증가를 야기한다. 비트선 전압의 변화는 열(column) 센스증폭기(명백하게 도시되지 않음)에 의하여 탐지되고 증폭된다. 그 다음, 증폭된 신호는 캐패시터(110)에 인가되서, 그 신호를 적당한 레벨로 복원시킨다. 이런 방법으로, 선택된 행의 모든 셀은 리프레쉬된다. 동시에, 선택된 열의 센스증폭기의 출력 신호는 칩의 데이터 출력선에 공급된다. 기입 동작은 쓰여질 데이터 비트가 열 디코더에 의해 선택된 비트선에 인가되는 것을 제외하고 판독시와 유사하게 진행된다. 이 데이터 비트는 선택된 셀의 캐패시터(110)에 저장된다. 동시에, 선택된 행의 모든 다른 셀이 리프레쉬된다.As the density of DRAM cells increases, the need to provide sufficient storage capacitance in the reduced area becomes more important. The invention can be used to increase the capacitance of a cell in a DRAM cell without requiring additional substrate area. 3 is a schematic diagram of an exemplary DRAM cell. The DRAM cell 100 includes a pass-gate transistor 130 coupled to a word line 132 and a bit line 134. Capacitor 110 is also coupled to pass-gate transistor 130. In operation, a row decoder (not explicitly shown) selects a particular row by increasing the voltage of the word line 132 so that all transistors of the selected row are conductive and each storage capacitor of every cell in the selected row is selected. The bit line 134 is connected. When the transistors in the selected row become conductive, each capacitor 110 is effectively connected in parallel with a bit line capacitance. At read time, the voltage across capacitor 110, which stores a logic level of 1, causes a positive increase in bit line capacitance. The change in the bit line voltage is detected and amplified by a column sense amplifier (not explicitly shown). The amplified signal is then applied to capacitor 110 to restore the signal to an appropriate level. In this way, all cells in the selected row are refreshed. At the same time, the output signal of the sense amplifier of the selected column is supplied to the data output line of the chip. The write operation proceeds similarly to the read, except that the data bits to be written are applied to the bit lines selected by the column decoder. This data bit is stored in the capacitor 110 of the selected cell. At the same time, all other cells in the selected row are refreshed.

도 4는 본 발명에 따라 구성된 DRAM 셀을 포함하는 집적 회로의 단면도이다. 집적 회로((200))은 하나 또는 그 이상의 DRAM 셀(100)을 포함한다. DRAM 셀(100)은 반도체 기판(136) 형성된 패스-게이트 트랜지스터(130)를 포함한다. 패스-게이트 트랜지스터(130)은 소스 영역(138)과 소스 영역(138)의 반대편의 드레인 영역(140)을 포함한다. 소스 영역(138)과 드레인 영역(140)은 기판(136)에 형성될 수 있다. 대안적으로, 증가된 소스와 드레인 영역은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 구현될 수 있다. 패스-게이트 트랜지스터(130)는 기판(136)으로부터 바깥쪽으로 소스 영역(138)과 드레인 영역(140) 사이에 배치된 게이트(142)를 더 포함한다. 게이트(142)는 게이트 유전체에 의해 기판(136)으로부터 분리된다. 측벽(sidewall) 스페이서(spacer)(144)는 게이트(142)의 측벽으로부터 바깥쪽으로 형성될 수 있다. 유전층(146)은 패스-게이트 트랜지스터(130)로부터 바깥쪽으로 배치될 수 있다. 유전층(146)은 예를 들어, 옥사이드, 니트라이드, 또는 옥사이드와 니트라이드의 대안층을 포함하는 헤테르구조물을 포함한다. 임의의 다른 구조도 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 패스-게이트 트랜지스터를 형성하기 위해 이용될 수 있다.4 is a cross-sectional view of an integrated circuit including a DRAM cell constructed in accordance with the present invention. Integrated circuit 200 includes one or more DRAM cells 100. The DRAM cell 100 includes a pass-gate transistor 130 formed on a semiconductor substrate 136. The pass-gate transistor 130 includes a source region 138 and a drain region 140 opposite the source region 138. The source region 138 and the drain region 140 may be formed in the substrate 136. Alternatively, increased source and drain regions can be implemented without departing from the scope of the present invention. The pass-gate transistor 130 further includes a gate 142 disposed between the source region 138 and the drain region 140 outward from the substrate 136. Gate 142 is separated from substrate 136 by a gate dielectric. Sidewall spacers 144 may be formed outwardly from the sidewalls of the gate 142. The dielectric layer 146 may be disposed outward from the pass-gate transistor 130. Dielectric layer 146 includes, for example, a heterostructure including oxides, nitrides, or alternative layers of oxides and nitrides. Any other structure may be used to form the pass-gate transistor without departing from the scope of the present invention.

제1 캐패시터 접촉부(112)는 유전층(146)으로부터 바깥쪽으로 피착될 수 있고, 페스-게이트 트랜지스터(130)의 소스 영역(138)에 결합된다. 제1 캐패시터 접촉부(112)는 도 1에 도시된 제1 캐패시터 접촉부(12)와 구조 및 기능에서 유사하다. 제1 캐패시터 접촉부(112)는 예를 들어 도핑된 폴리실리콘 또는 도핑된 아몰포스 실리콘을 포함한다. 제1 캐패시터 접촉부(112)는 캐패시터 접촉부에 적합한 플레이트, 크라운, 핑거 등과 같은 임의의 형태를 포함한다. 정전용량 증대층(116)은 캐패시터 접촉부(112)로부터 바깥쪽으로 피착될 수 있다. 정전용량 증대층(116)은 도 1에 도시된 정전용량 증대층(16)과 구조와 기능에서 유사하다. 캐패시터 유전층(118)은 정전용량 증대층(116)으로부터 바깥쪽으로 형성될 수 있다. 캐패시터 유전층(118)은 도 1에 도시된 캐패시터 유전층(18)과 구조와 기능에서 유사하다. 제2 캐패시터 접촉부(120)는 캐패시터 유전층(118)으로부터 바깥쪽으로 형성될 수 있다. 제2 캐패시터 접촉부(120)는 도 1의 제2 캐페시터 접촉부(20)와 구조와 기능에서 유사하다. 제1 캐패시터 접촉부(112), 정전용량 증대층(116), 캐패시터 유전층(118) 및 제2 캐패시터 접촉부(120)는 집적 회로(200)의 캐패시터(110)를 형성할 수 있다.The first capacitor contact 112 can be deposited outward from the dielectric layer 146 and is coupled to the source region 138 of the pass-gate transistor 130. The first capacitor contact 112 is similar in structure and function to the first capacitor contact 12 shown in FIG. 1. The first capacitor contact 112 includes, for example, doped polysilicon or doped amorphous silicon. The first capacitor contact 112 includes any form such as a plate, crown, finger, etc. suitable for the capacitor contact. Capacitive enhancement layer 116 may be deposited outward from capacitor contacts 112. The capacitance increasing layer 116 is similar in structure and function to the capacitance increasing layer 16 shown in FIG. Capacitor dielectric layer 118 may be formed outward from capacitive enhancement layer 116. Capacitor dielectric layer 118 is similar in structure and function to capacitor dielectric layer 18 shown in FIG. The second capacitor contact 120 can be formed outward from the capacitor dielectric layer 118. The second capacitor contact portion 120 is similar in structure and function to the second capacitor contact portion 20 of FIG. 1. The first capacitor contact 112, the capacitance increasing layer 116, the capacitor dielectric layer 118, and the second capacitor contact 120 may form the capacitor 110 of the integrated circuit 200.

본 발명의 완전하고 명료한 공개를 위하여 구체적인 실시예를 들어 설명되었지만, 첨부된 청구 범위는 이에 제한되는 것이 아니라, 본 기술 분야에서 숙련된 자가 여기에 설명된 기본적 지식의 범위 안에서 실시할 수 있는 모든 수정 및 대안 실시예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While specific embodiments have been described with reference to specific embodiments for a complete and clear disclosure of the invention, it is to be understood that the appended claims are not limited thereto and that any person skilled in the art may practice within the scope of the basic knowledge described herein. It should be understood to include modifications and alternative embodiments.

본 발명에 따르면, 정전용량 증대층은 저장 노드 사이에서의 정전용량 증대층이 형성되는 것을 방지하기 위해 선택적으로 피착된다. 선택적인 피착은 저장 노드 사이에 있는 정전용량 증대층을 에칭해야 하는 필요를 감소시키거나 제거한다. 정전용량 증대층과 저장 노드의 실리콘 사이의 격자 부정합에 기인하여, 본 발명은 순수 산화층의 사용을 요구하지 않는다. 결과적으로 본 발명은 순수 산화층을 사용하는 종래 방법보다 더 반복적인 반구체의 그레인 구조를 제공한다. 본 발명의 정전용량 증대층은 넓은 온도 범위에 걸쳐서 반구체의 성장을 용이하게 한다. 게다가, 다른 방법과 관련된 높은 진공 열처리가 생략될 수 있고, 제조 과정에서의 복잡성과 비용을 감소시킨다. 또한, 본 발명은 아몰포스 실리콘 뿐만 아니라 폴리실리콘으로부터 형성된 저장 노드에 사용될 수 있다.In accordance with the present invention, the capacitance increasing layer is selectively deposited to prevent the formation of the capacitance increasing layer between the storage nodes. Selective deposition reduces or eliminates the need to etch the capacitive enhancement layer between the storage nodes. Due to the lattice mismatch between the capacitance increasing layer and the silicon of the storage node, the present invention does not require the use of pure oxide layers. As a result, the present invention provides a more repetitive hemispherical grain structure than the conventional method using a pure oxide layer. The capacitance increasing layer of the present invention facilitates the growth of hemispheres over a wide temperature range. In addition, the high vacuum heat treatment associated with other methods can be omitted, reducing the complexity and cost in the manufacturing process. In addition, the present invention can be used for storage nodes formed from amorphous silicon as well as polysilicon.

Claims (10)

적어도 하나의 캐패시터를 포함하는 집적회로에 있어서,An integrated circuit comprising at least one capacitor, 상기 캐패시터는The capacitor is 제1 캐패시터 접촉부;A first capacitor contact; 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치된 정전용량 증대층 -상기 정전용량 증대층은 실리콘에 격자 부정합되는 물질을 포함함-; 및A capacitance increasing layer disposed outwardly from the first capacitor contact, the capacitance increasing layer comprising a material that is lattice mismatched to silicon; And 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치되고 캐패시터 유전층에 의하여 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 분리되어 있는 제2 캐패시터 접촉부A second capacitor contact disposed outwardly from the first capacitor contact and separated from the first capacitor contact by a capacitor dielectric layer 를 포함하는 집적 회로Integrated circuit comprising 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정전용량 증대층은 Si1-xGex를 포함하는 집적 회로.Wherein said capacitance increasing layer comprises Si 1-x Ge x . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 캐패시터 접촉부는 도핑된 폴리실리콘(polysilicon) 및 도핑된 아몰포스(armorphous) 실리콘으로 구성된 그룹중에 선택된 물질을 포함하는 집적 회로.And the first capacitor contact portion comprises a material selected from the group consisting of doped polysilicon and doped amorphous silicon. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 정전용량 증대층은 상기 제1 캐패시터 접촉부의 바깥쪽 표면과 직접 접촉하고 있는 집적 회로.And the capacitance increasing layer is in direct contact with an outer surface of the first capacitor contact. 적어도 하나의 캐패시터를 구비하는 집적 회로를 형성하는 방법에 있어서,A method of forming an integrated circuit having at least one capacitor, the method comprising: 제1 캐패시터 접촉부를 형성하는 단계;Forming a first capacitor contact; 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치된 정전용량 증대층을 형성하는 단계 -상기 정전용량 증대층은 실리콘에 격자 부정합되는 물질을 포함함-;Forming a capacitance increasing layer disposed outwardly from the first capacitor contact, wherein the capacitance increasing layer comprises a material that is lattice mismatched to silicon; 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치된 캐패시터 유전층을 형성하는 단계; 및Forming a capacitor dielectric layer disposed outwardly from the first capacitor contact; And 상기 캐패시터 유전층으로부터 바깥쪽으로 배치된 제2 캐패시터 접촉부를 형성하는 단계Forming a second capacitor contact disposed outwardly from the capacitor dielectric layer 를 포함하는 방법.How to include. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 정전용량 증대층을 형성하는 단계는 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 배치된 Si1-xGex층을 형성하는 단계를 포함하는 방법.Forming the capacitance increasing layer comprises forming an Si 1-x Ge x layer disposed outwardly from the first capacitor contact. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 정전용량 증대층을 형성하는 단계는 게르만(germane)과 실란(silane)의 화합물(combination), 게르만과 디실란(disilane)의 화합물, 게르만과 디클로르실란(dichlorsilane)의 화합물, 게르만과 트리실란(trisilane)의 화합물, 디게르만(digermane)과 실란의 화합물, 디게르만과 디실란의 화합물, 디게르만과 디클로르실란의 화합물 및 디게르만과 트리실란의 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 가스(gas)를 사용하여 상기 제1 캐패시터 접촉부로부터 바깥쪽으로 물질을 피착하는(depositing) 단계를 포함하는 방법.The forming of the capacitance increasing layer may include a compound of germane and silane, a compound of germane and disilane, a compound of germane and dichlorsilane, and germane and trisilane. a gas selected from the group consisting of a compound of trisilane, a compound of digermane and silane, a compound of digerman and disilane, a compound of digerman and dichlorsilane, and a compound of digerman and trisilane And depositing material outwardly from the first capacitor contact. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 정전용량 증대층을 형성하는 단계는Forming the capacitance increasing layer 제1 캐패시터 접촉부의 바깥쪽 표면으로 실리콘과 격자 부정합되는 물질을 포함하는 가스를 유입하는 단계;Introducing a gas comprising a material lattice mismatched with silicon to an outer surface of the first capacitor contact; 실리콘과 격자 부정합되는 물질을 포함하는 상기 가스의 유입과 함께 도펀트(dopant)를 포함하는 가스를 동시에 유입함으로써 상기 정전용량 증대층을 인 시투 도핑(in situ doping)하는 단계In situ doping the capacitive enhancement layer by simultaneously introducing a gas containing a dopant with the inlet of the gas comprising a material that is lattice mismatched with silicon 를 포함하는 방법.How to include. 제5항에 있어서,The method of claim 5, Si1-xGex층을 형성하는 단계는 상기 Si1-xGex층의 반구체 성장을 최대화하기 위하여 피착 온도 및 Si1-xGex에서의 게르마늄의 농도를 제어하는 단계를 포함하는 방법.Si to form a 1-x Ge x layer comprises the step of controlling the deposition temperature and Si concentration of germanium in the 1-x Ge x to maximize the hemisphere growth of the Si 1-x Ge x layer . 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 정전용량 증대층을 형성하는 단계는 약 800℃의 피착 온도에서 Si1-xGex-여기서 x는 약 0.3-를 피착하는 단계를 포함하는 방법.Forming the capacitance increasing layer comprises depositing Si 1-x Ge x, where x is about 0.3- at a deposition temperature of about 800 ° C. 3 .
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KR100414204B1 (en) * 2001-05-31 2004-01-07 삼성전자주식회사 Semiconductor memory device having capacitor and method of forming the same
KR100804147B1 (en) * 2001-12-29 2008-02-19 주식회사 하이닉스반도체 Method of fabricating capacitor

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