KR20000043619A - Method for fabricating semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A semiconductor device fabricating method is provided to prevent a bold effect by forming a lower electrode of a capacitor with Si1-xGex. CONSTITUTION: In a semiconductor device fabricating method, an oxide film(22) as an interlayer insulation film is formed on a semiconductor substrate(20) in which an impurity region(21) is formed. A contact hole is formed by etching the interlayer insulation layer to expose the impurity region. A polysilicon layer is deposited on the resultant structure, and the polysilicon layer is etched back to form a plug(23) connected to the impurity region. A Si1-xGex layer is formed on the exposed plug(23) and interlayer insulation film(22) by use of reactive gases of SiH4 and G3H4. A temperature of forming the Si1-xGex layer is maintained below a crystallization temperature. A hemispherical lower electrode(240) is formed on the Si1-xGex layer(24).

Description

반도체장치의 제조방법Manufacturing Method of Semiconductor Device

본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 캐패시터의 반구형 돌출부위를 갖는 하부전극을 Si1-xGex로 형성하여 볼드(bold)효과를 방지하고 추가 도핑공정 등을 생략하도록 한 반도체장치의 캐패시터 하부전극 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, a semiconductor having a hemispherical protrusion of a capacitor formed of Si 1-x Ge x to prevent a bold effect and to omit an additional doping process, etc. A method for manufacturing a capacitor lower electrode of an apparatus.

반도체장치의 고집적화에 따라 셀(cell) 면적이 축소되어도 캐패시터가 일정한 축전 용량을 갖도록 축전 밀도를 증가시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 축전 용량을 증가시키기 위해서는 캐패시터를 적층(stacked) 또는 트렌치(trench)의 3차원 구조로 형성하여 유전체의 표면적을 증가시켰다.Many studies have been conducted to increase the storage density so that the capacitor has a constant storage capacity even if the cell area is reduced due to the high integration of the semiconductor device. In order to increase the capacitance, the capacitor was formed into a stacked or trenched three-dimensional structure to increase the surface area of the dielectric.

디램제조공정에서 셀부를 구성하기 위하여 반도체기판 위에 트랜지스터 등을 형성한 다음 다수개의 다결정실리콘층으로 스토리지전극 및 플레이트전극을 형성하고 유전막을 그 사이에 개재시켜 캐패시터를 형성한 다음 소자간의 전기적 연결을 위하여 금속배선공정을 실시하게 된다.In the DRAM manufacturing process, transistors and the like are formed on a semiconductor substrate to form a cell portion, and then a storage electrode and a plate electrode are formed of a plurality of polysilicon layers, and a dielectric film is interposed therebetween to form a capacitor. The metal wiring process is performed.

상술한 바와 같이 메모리 소자의 셀이 갖는 제한된 영역에서 캐패시터의 정전용량을 확보하기 위한 유효면적을 증대시키기 위하여 다음과 같은 종래 기술이 있다.As described above, in order to increase the effective area for securing the capacitance of the capacitor in the limited area of the cell of the memory device, there is the following conventional technology.

첫째, 캐패시터의 하부전극인 스토리지전극의 표면을 불규칙하게(rugged morphology) 형성하여 디자인 룰(design rule)과 구조학상 제한될 수 밖에 없는 캐패시터의 면적을 증가시킨다. 대표적인 예로, 일차적으로 박스형태의 스토리지전극을 형성한 다음 그 표면에 다수개의 반구형 실리콘 그레인(Hemispherical Silcon Grain, 이하 HSG라 칭함)를 형성하여 결과적으로 스토리지전극의 표면적을 증가시키는 기술이다.First, the surface of the storage electrode, which is the lower electrode of the capacitor, is formed in a rugged morphology, thereby increasing the area of the capacitor that can not be limited in terms of design rules and structure. As a representative example, first, a box-shaped storage electrode is formed, and then a plurality of hemispherical silica grains (hereinafter referred to as HSG) are formed on the surface thereof, thereby increasing the surface area of the storage electrode.

둘째, 유전상수가 큰 물질로 유전막을 형성하여 캐패시터의 정전용량(capacitance)을 증가시키는 기술이다. 이때, 유전막으로 사용되는 물질로는 Ta2O5, BST 등이 있다.Second, the dielectric film is formed of a material having a high dielectric constant to increase the capacitance of the capacitor. In this case, materials used as the dielectric film include Ta 2 O 5 , BST, and the like.

HSG 형성공정은 그 하부의 하부전극형성용 실리콘층의 결정화 온도 및 도핑 농도에 극히 의존하는 공정으로, 종래 기술에서는 하부전극노드 형성용 도전층을 SiH4와 PH3를 이용하여 실리콘의 결정화 온도 이하에서 증착하였다. 결정화 온도가 560-580℃인 경우, 증착되는 실리콘층에는 결정핵이 존재하므로 인큐베이션 타임(incubation time) 없이도 이후 공정에서 쉽게 결정화되는 실리콘층이 형성된다.The HSG forming process is extremely dependent on the crystallization temperature and the doping concentration of the lower electrode forming silicon layer. In the prior art, the conductive layer for forming the lower electrode node is lower than the crystallization temperature of silicon using SiH 4 and PH 3. Deposited. When the crystallization temperature is 560-580 ° C., since crystal nuclei exist in the silicon layer to be deposited, a silicon layer is easily crystallized in a subsequent process without an incubation time.

따라서, 바람직한 실리콘층의 증착 온도는 500-530℃이며, 이러한 온도 영역은 표면반응, 제한영역에서의 반응을 조건으로, 온도의존성이 극대화되는 영역이다. 즉, 증착속도가 급격히 감소되어 소정의 증착 두께를 얻기 위해서는 맣은 증착시간을 요하게 된다.Therefore, the deposition temperature of the preferred silicon layer is 500-530 ° C, and this temperature range is a region where temperature dependence is maximized, subject to surface reactions and reactions in limited regions. In other words, the deposition rate is drastically reduced so that a large deposition time is required to obtain a predetermined deposition thickness.

이와 같이 증착된 실리콘층은 하부전극으로서의 역할을 수행하기 위하여 충분히 도핑되어야 하며, 그렇지 않은 경우에는 인가전압에 따른 캐패시턴스의 감소를 초래하는 공핍(depletion)현상이 발생한다.The silicon layer thus deposited must be sufficiently doped in order to serve as a lower electrode, otherwise depletion may occur, which causes a reduction in capacitance depending on an applied voltage.

또한, 실리콘층의 결정화에 대한 인큐베이션 타임은 도판트인 P이온의 증가에 따라 감소하는 경향을 보인다. 따라서, 이러한 공핍현상 등을 방지하기 위하여 HSG 형성 후 표면에 형성된 자연산화막을 제거하는 공정과 불순물 이온주입 공정 등이 추가로 실시된다.Also, the incubation time for the crystallization of the silicon layer tends to decrease with the increase of P ions, which are dopants. Therefore, in order to prevent such depletion and the like, a process of removing a natural oxide film formed on the surface after HSG formation and an impurity ion implantation process are further performed.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process of a semiconductor device according to the prior art.

도 1a를 참조하면, P형의 반도체기판인 실리콘기판(10) 상에 아세닉(As) 또는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 소오스 및 드레인영역으로 이용되는 불순물영역(11)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 1A, an impurity region 11 used as a source and a drain region by being doped with N-type impurities such as acenic or phosphorus (P) on a silicon substrate 10, which is a P-type semiconductor substrate, is heavily doped. ) Is formed.

그리고, 반도체기판(10) 상에 층간절연층으로 산화막(12)을 화학기상증착법(이하 CVD라 한다)으로 증착하여 형성한다.The oxide film 12 is formed on the semiconductor substrate 10 by an interlayer insulating layer by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD).

그다음, 층간절연층(12) 위에 포토레지스트를 이용하는 포토리쏘그래피(photolithography) 공정을 실시하여 불순물영역(11)의 표면을 노출시키는 접촉구를 형성한다.Next, a photolithography process using a photoresist is performed on the interlayer insulating layer 12 to form contact holes for exposing the surface of the impurity region 11.

그리고, 스토리지전극용 플러그를 접촉구를 충분히 매립하도록 형성하기 위하여 층간절연층(12) 위에 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 CVD법으로 증착하여 형성한 다음 층간절연층(12)의 표면이 노출되도록 에치백하여 접촉홀을 매립하고 불순물영역(11)과 전기적으로 콘택된 플러그(13)를 형성한다.In order to form a plug for the storage electrode to sufficiently fill the contact hole, a polysilicon layer doped with an impurity is deposited on the interlayer insulating layer 12 by CVD to expose the surface of the interlayer insulating layer 12. It etches back to fill the contact hole and form a plug 13 electrically contacted with the impurity region 11.

그 다음, 노출된 플러그(13) 표면을 포함하는 층간절연층(12) 위에 SiH4와 PH3를 반응기체로 하여 비정질 실리콘층(14)을 증착하여 형성한다.Next, an amorphous silicon layer 14 is formed by depositing SiH 4 and PH 3 as a reactant on the interlayer insulating layer 12 including the exposed plug 13 surface.

이때, 형성되는 실리콘층(14)은 증착온도를 무조건 낮출 수 없으므로 510-530℃ 사이에서 형성되므로 완전히 비정질 상태가 아니고 부분적으로 결정핵을 갖게 되고 이후 공정에서 이부위는 부분적으로 결정화가 이루어진다. 따라서, 이후 HSG 형성공정에서 결정화된 부위에는 HSG 그레인이 형성되지 않게 되고 주변과 비교하여 매그러운 표면을 가지게 되며, 이를 볼드효과(bold effect)라 부른다.At this time, since the silicon layer 14 to be formed is not able to lower the deposition temperature unconditionally, since it is formed between 510 and 530 ° C., the silicon layer 14 is not completely amorphous and has crystal nuclei partially, and this part is partially crystallized in a subsequent process. Therefore, HSG grains are not formed at the crystallized site in the HSG formation process and have a smooth surface compared to the surroundings, which is called a bold effect.

그리고, 이러한 실리콘층(14)을 510℃에서 8000Å 두께로 형성하기 위해서 약 24시간이 소요된다. 일반적으로 폴리실리콘을 증착할 경우에는 동일 두께 형성시 약 6시간정도 소요된다.Then, it takes about 24 hours to form such a silicon layer 14 to a thickness of 8000 kPa at 510 占 폚. Generally, when depositing polysilicon, it takes about 6 hours to form the same thickness.

도 1b를 참조하면, 실리콘층에 포토리쏘그래피법으로 건식식각을 실시하여 하부전극(140)을 패터닝한다. 이때, 형성되는 하부전극(140)의 형태는 박스형, 크라운형, 실린더형 또는 핀형 등 다양한 형태로 패터닝될 수 있다.Referring to FIG. 1B, the bottom electrode 140 is patterned by dry etching the silicon layer by photolithography. In this case, the shape of the lower electrode 140 may be patterned into various shapes such as a box shape, a crown shape, a cylinder shape, or a pin shape.

그리고, 노출된 하부전극(140)의 표면에 선택적 SiH4기체를 이용한 HSG 공정을 실시하여 반구형 돌출부(15)를 형성하여 하부전극(140)의 표면적을 증가시킨다. 결국, 하부전극(140)과 돌출부(15)가 최종 하부전극(140,15)이 된다. 이때, 반구형 돌출부(15)는 노출된 하부전극(140)의 표면에 SiH4기체를 흘려 증착되게 하여 형성한다.In addition, an HSG process using a selective SiH 4 gas is performed on the exposed bottom electrode 140 to form a hemispherical protrusion 15 to increase the surface area of the bottom electrode 140. As a result, the lower electrode 140 and the protrusion 15 become the final lower electrodes 140 and 15. In this case, the hemispherical protrusion 15 is formed by flowing SiH 4 gas on the exposed surface of the lower electrode 140.

그 다음, 공핍현상을 방지하기 위하여, 필요한 경우, 하부전극 표면에 형성된 자연산화막을 제거한 후 추가 불순물 이온주입을 하부전극(140) 및 돌출부(15)에 실시한다. 이는 HSG 형성 측면에서 결정화를 위한 인큐베이션 타임이 길 수록 유리하고, 인큐베이션 타임을 길게 하려면 실리콘층(14)의 증착온도가 낮거나 도핑 농도가 낮아야 하기 때문에 추가 도핑이 필요한 것이다.Then, in order to prevent the depletion phenomenon, if necessary, after removing the natural oxide film formed on the lower electrode surface, additional impurity ion implantation is performed on the lower electrode 140 and the protrusion 15. This is advantageous in terms of HSG formation, the longer the incubation time for crystallization, and the longer the incubation time, the more doping is necessary because the deposition temperature of the silicon layer 14 must be low or the doping concentration is low.

도 1c를 참조하면, 최종 하부전극(140,15) 표면에 유전상수값이 뛰어난 Ta2O5를 증착하여 유전막(16)을 형성한 다음, 산소 분위기에서 유전막(16)에 후처리공정을 실시하여 유전막(16)의 특성을 좋게한다. 이는, 유전막(16)이 일반적으로 Ta2O5-x로 이루어져 있으므로 이상적인 유전막의 유전상수값을 얻기 위하여 Ta2O5로 이루어진 분자식을 형성하기 위함이다.Referring to FIG. 1C, a dielectric film 16 is formed by depositing Ta 2 O 5 having excellent dielectric constant on the surfaces of the final lower electrodes 140 and 15, and then performing a post-treatment process on the dielectric film 16 in an oxygen atmosphere. This improves the characteristics of the dielectric film 16. This is to form a molecular formula consisting of Ta 2 O 5 to obtain the dielectric constant value of the ideal dielectric film since the dielectric film 16 is generally composed of Ta 2 O 5-x .

그리고, 유전막(16)의 표면에 TiN층(17)을 증착하여 상부전극인 금속 플레이트전극을 형성하므로서 캐패시터를 제조한다.A capacitor is manufactured by depositing a TiN layer 17 on the surface of the dielectric film 16 to form a metal plate electrode as an upper electrode.

그러나, 상술한 종래의 기술에 따른 캐패시터 제조방법은 볼드효과 등으로 인하여 HSG 그레인들의 형성이 조밀하지 못하여 최대한의 표면적을 확보하지 못하므로 정전용량 증대에 부합하지 않고, 도한 후속 도핑공정 등이 필요하므로 공정이 복잡한 문제점이 있다.However, the capacitor manufacturing method according to the prior art described above does not meet the increase in capacitance because the formation of HSG grains is not dense due to the bold effect, and thus does not correspond to the increase in capacitance, and thus requires a subsequent doping process. The process is complicated.

따라서, 본 발명의 목적은 캐패시터의 반구형 돌출부위를 갖는 하부전극을 Si1-xGex로 형성하여 볼드(bold)효과를 방지하고 자연산화막 제거공정과 추가 도핑공정 등을 생략하도록 한 반도체장치의 캐패시터 하부전극 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to form a lower electrode having a hemispherical protrusion of a capacitor as Si 1-x Ge x to prevent a bold effect and to omit a natural oxide removal process and an additional doping process. The present invention provides a method of manufacturing a capacitor lower electrode.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체장치의 제조방법은 반도체기판위에 실리콘을 포함하는 반응기체와 게르마늄을 포함하는 반응기체를 이용하여 Si1-xGex층을 형성하는 단계와, Si1-xGex층을 소정 모양으로 패터닝하는 단계와, 패터닝된 Si1-xGex층의 노출된 표면에 복수개의 반구형 돌출부를 실리콘으로 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes forming a Si 1-x Ge x layer on a semiconductor substrate by using a reactive gas including silicon and a reactive gas including germanium; Patterning the 1-x Ge x layer into a predetermined shape, and forming a plurality of hemispherical protrusions in silicon on the exposed surface of the patterned Si 1-x Ge x layer.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조방법은 반도체기판의 소정부위에 도전성 플러그의 상부 표면이 노출되어 형성된 절연막 위에 패터닝된 Si1-xGex층을 결정화온도 이하에서 플러그의 노출된 표면을 덮도록 형성하는 단계와, 노출된 Si1-xGex층 표면에 복수개의 반구형 돌출부를 실리콘으로 형성하는 단계와, 노출된 Si1-xGex층 표면 및 복수개의 반구형 돌출부 표면에 유전막을 형성하는 단계와, 유전막 위에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a capacitor of a semiconductor device according to the present invention includes plugging a Si 1-x Ge x layer patterned on an insulating film formed by exposing an upper surface of a conductive plug to a predetermined portion of a semiconductor substrate at or below a crystallization temperature. forming so as to cover the exposed surface of the exposed Si 1-x Ge x and forming a plurality of semi-spherical protrusions as silicon on the layer surface, and the exposed Si 1-x Ge x layer surface and a plurality of hemispherical protrusions Forming a dielectric film on the surface, and forming an upper electrode on the dielectric film.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조공정 단면도1A to 1C are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process of a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조공정 단면도2A to 2C are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

도 3a 내지 도 3b는 각각 Ge 함량에 대한 온도에 따른 SiGe의 증착속도에 대한 그래프3a to 3b are graphs of deposition rates of SiGe with temperature versus Ge content, respectively

도 4a 내지 도 4b는 각각 특정 온도에서의 Ge함량의 증가에 따른 SiGe의 증착속도에 대한 그래프4A to 4B are graphs showing deposition rates of SiGe with increasing Ge content at specific temperatures, respectively.

본 발명은 HSG가 형성되는 하부전극을 실리콘 대신 게르마늄을 이용하는 Si1-xGex로 형성한다. Ge는 실리콘과 같은 4족 원소로서 실리콘 사이트(site)에 완전고용성(fully solid solubility)를 갖는 원자이다. SiH4를 이용하여 실리콘층을 증착할 때 GeH4를 동시에 유입시키면 실리콘 싸이트에 Ge가 치환되어 Si1-xGex를 형성하게 된다.The present invention forms the lower electrode on which HSG is formed of Si 1-x Ge x using germanium instead of silicon. Ge is a group 4 element, such as silicon, an atom that has fully solid solubility at the silicon site. When GeH 4 is introduced simultaneously when depositing a silicon layer using SiH 4 , Ge is substituted on the silicon site to form Si 1-x Ge x .

이러한 증착속도는 Ge량(x)이 증가할 수록 급속히 증가하며 x가 0.4일 경우 동일온도하에서 10배 이상 증가한다.This deposition rate increases rapidly as the Ge amount (x) increases, and when x is 0.4, the deposition rate increases more than 10 times under the same temperature.

또한, 불순물 활성화 효율의 경우에도 Ge가 실리콘보다 우수하므로 불순물의 농도를 낮게하여 증착하여도 공핍현상이 억제되는 하부전극을 형성할 수 있다.In addition, even in the case of impurity activation efficiency, Ge is superior to silicon, so that the lower electrode can be formed to suppress the depletion even when the impurity is lowered and deposited.

도 3a 내지 도 3b는 각각 Ge 함량에 대한 온도에 따른 Si1-xGex의 증착속도에 대한 그래프이다.3A to 3B are graphs of deposition rates of Si 1-x Ge x according to temperature with respect to Ge content, respectively.

도 3a를 참조하면, 수평좌표축은 온도를 나타내며 수직좌표축은 증착률(Å/min)을 나타낸다. 세 개의 직선은 위에서부터 아래로 각각 GeH4의 분압이 감소하고 Ge의 치환에 따른 활성화에너지가 증가하는 순서로 도시되어 있다. 이때, 실리콘 소스기체로는 SiH2Cl2이다.Referring to Figure 3a, the horizontal coordinate axis represents the temperature and the vertical axis represents the deposition rate (Å / min). The three straight lines are shown from the top to the bottom in order of decreasing partial pressure of GeH 4 and increasing activation energy due to the substitution of Ge. At this time, the silicon source gas is SiH 2 Cl 2 .

따라서, Ge의 치환이 증가함에 따라 활성화에너지가 감소함을 알 수 있으며, 활성화에너지의 감소는 온도에 대한 의존성이 작으며 이는 증착되는 Si1-xGex층이 균일성을 갖게하는 요인이다.Therefore, it can be seen that the activation energy decreases as the substitution of Ge increases, and the decrease of the activation energy is less dependent on temperature, which is a factor that makes the Si 1-x Ge x layer deposited uniform.

도 3b를 참조하면, 수평좌표축은 온도를 나타내며 수직좌표축은 증착률(Å/min)을 나타낸다. 세 개의 직선은 위에서부터 아래로 각각 GeH4의 분압이 감소하고 Ge의 치환에 따른 활성화에너지가 증가하는 순서로 도시되어 있다. 이때, 실리콘 소스기체로는 SiH4이다.Referring to FIG. 3B, the horizontal coordinate axis represents temperature and the vertical coordinate axis represents deposition rate (min / min). The three straight lines are shown from the top to the bottom in order of decreasing partial pressure of GeH 4 and increasing activation energy due to the substitution of Ge. At this time, the silicon source gas is SiH 4 .

Ge의 치환이 증가함에 따라 활성화에너지가 감소함을 역시 알 수 있으며, 활성화에너지의 감소는 온도에 대한 의존성이 작으며 이는 증착되는 Si1-xGex층이 균일성을 갖게하는 요인이다.It can also be seen that the activation energy decreases as the substitution of Ge increases, and the decrease of the activation energy is a small dependence on temperature, which causes the deposited Si 1-x Ge x layer to be uniform.

도 4a 내지 도 4b는 각각 특정 온도에서의 Ge함량의 증가에 따른 SiGe의 증착속도에 대한 그래프이다.4A to 4B are graphs of deposition rates of SiGe with increasing Ge content at specific temperatures, respectively.

도 4a를 참조하면, 수평좌표축은 형성되는 Si1-xGex층에 대한 Ge의 농도를 나타내며 수직좌표축은 증착률(Å/min)을 나타낸다. 세 개의 직선은 위에서부터 아래로 각각 Si2H6, SiH4, SiH2Cl2를 나타내고, 이때 공정조건은 온도 625℃와 압력 760 Torr이다.Referring to FIG. 4A, the horizontal coordinate axis represents the concentration of Ge in the Si 1-x Ge x layer to be formed and the vertical axis represents the deposition rate (Å / min). Three straight lines represent Si 2 H 6 , SiH 4 , and SiH 2 Cl 2 from top to bottom, respectively, wherein the process conditions are 625 ° C. and 760 Torr pressure.

도 4b를 참조하면, 수평좌표축은 형성되는 Si1-xGex층에 대한 Ge의 농도를 나타내며 수직좌표축은 증착률(Å/min)을 나타낸다. 세 개의 직선은 위에서부터 아래로 각각 Si2H6, SiH4, SiH2Cl2를 나타내고, 이때 공정조건은 온도 700℃와 압력 760 Torr이다.Referring to FIG. 4B, the horizontal coordinate axis represents the concentration of Ge in the Si 1-x Ge x layer to be formed, and the vertical axis represents the deposition rate (Å / min). The three straight lines represent Si 2 H 6 , SiH 4 , and SiH 2 Cl 2 from top to bottom, respectively, wherein the process conditions are 700 ° C. and 760 Torr pressure.

도 4a 내지 도 4b 모두 Ge양의 증가에 따른 Si1-xGex층의 증착속도 변화를 나타내며, Si를 포함하는 모든 소스기체의 경우에서 Ge 량이 증가함에 따라 증착속도가 증가하며 x값이 0.4 정도에서 증착속도는 x값이 0인 경우보다 약 10배 증가한다.4A to 4B show the deposition rate change of the Si 1-x Ge x layer as the amount of Ge increases. For all source gases containing Si, the deposition rate increases as the amount of Ge increases and the x value is 0.4. In the degree of deposition, the deposition rate is increased about 10 times compared to the case where the x value is zero.

HSG가 형성될 실리콘층의 증착온도를 낮추고 증착속도를 높이기 위한 방법으로 Si2H6를 사용할 수 있다. 그러나, SiH4를 사용하는 경우와 비교하여 도핑 불순물의 농도에 대해서는 비슷한 결과를 갖고 오염물질 발생, 단차피복도, 균일성, 증착률에 대해서는 불리하다.Si 2 H 6 may be used as a method for lowering the deposition temperature and increasing the deposition rate of the silicon layer on which the HSG is to be formed. However, compared with the case of using SiH 4 , it has similar results with respect to the concentration of doping impurities and is disadvantageous with respect to contaminant generation, step coverage, uniformity, and deposition rate.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 반도체장치의 캐패시터 제조공정 단면도이다.2A to 2C are cross-sectional views of a capacitor manufacturing process of a semiconductor device according to the present invention.

도 2a를 참조하면, P형의 반도체기판인 실리콘기판(20) 상에 아세닉(As) 또는 인(P) 등의 N형 불순물이 고농도로 도핑되어 소오스 및 드레인영역으로 이용되는 불순물영역(21)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 2A, an impurity region 21 used as a source and a drain region by being doped with N-type impurities such as an asic (As) or phosphorus (P) at a high concentration on a silicon substrate 20, which is a P-type semiconductor substrate. ) Is formed.

그리고, 반도체기판(20) 상에 층간절연층으로 산화막(22)을 화학기상증착법(이하 CVD라 한다)으로 증착하여 형성한다.The oxide film 22 is formed on the semiconductor substrate 20 by an interlayer insulating layer by chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD).

그다음, 층간절연층(22) 위에 포토레지스트를 이용하는 포토리쏘그래피(photolithography) 공정을 실시하여 불순물영역(21)의 표면을 노출시키는 접촉구를 형성한다.Next, a photolithography process using a photoresist is performed on the interlayer insulating layer 22 to form contact holes for exposing the surface of the impurity region 21.

그리고, 스토리지전극용 플러그를 접촉구를 충분히 매립하도록 형성하기 위하여 층간절연층(22) 위에 불순물이 도핑된 폴리실리콘층을 CVD법으로 증착하여 형성한 다음 층간절연층(22)의 표면이 노출되도록 에치백하여 접촉홀을 매립하고 불순물영역(21)과 전기적으로 콘택된 플러그(23)를 형성한다.Then, a polysilicon layer doped with an impurity is formed on the interlayer insulating layer 22 by CVD to form a plug for the storage electrode to sufficiently fill the contact hole, and then expose the surface of the interlayer insulating layer 22. It etches back to fill the contact hole and form a plug 23 electrically contacting the impurity region 21.

그 다음, 노출된 플러그(23) 표면을 포함하는 층간절연층(22) 위에 SiH4와 GeH4를 반응기체로 하여 Si1-xGex층(24)을 증착하여 형성한다. 이때, Si1-xGex층(24)의 형성 온도는 결정화 온도 이하로 하며, 증착속도는 종래에 비하여 약 10배이상 감소한다.Next, a Si 1-x Ge x layer 24 is formed by depositing SiH 4 and GeH 4 as a reactant on the interlayer insulating layer 22 including the exposed plug 23 surface. At this time, the formation temperature of the Si 1-x Ge x layer 24 is less than or equal to the crystallization temperature, the deposition rate is reduced by about 10 times or more as compared to the conventional.

반구형 돌출부를 형성하는 HSG를 효과적으로 형성하기 위해서는 실리콘의 증착온도가 낮을 수록 또는 도핑농도가 낮을 수록 결정화의 인큐베이션 시간을 길게 가질수 있 어 유리하지만, 증착속도면이나 공핍현상에 있어서 곤란하다.In order to effectively form HSG forming hemispherical protrusions, the lower the deposition temperature of silicon or the lower the doping concentration, the longer the incubation time of crystallization, but it is difficult in terms of deposition rate and depletion.

그러나, 본 발명에서는, Si1-xGex층(24)을 형성하므로 증착속도 문제를 해결하여 증착온도를 낮출수 있고, 결정화 인큐베이션 시간을 연장시키므로서 볼드효과를 방지할 수 있다.However, in the present invention, since the Si 1-x Ge x layer 24 is formed, the deposition rate problem can be solved to lower the deposition temperature, and the bold effect can be prevented by extending the crystallization incubation time.

또한, 동일한 양의 도판트가 실리콘층과 Si1-xGex층(24)에 각각 존재하는 경우, Si1-xGex층(24)의 도판트 활성화 효율이 우수하므로 HSG형성에 영향을 주지 않는 농도범위(일반적으로 2E20 atoms/㎤)에서 충분히 공핍현상을 방지할 수 있다. 따라서 하부전극의 도전성 확보를 위한 추가 도핑공정이 필요하지 않다.In addition, when the same amount of dopant is present in the silicon layer and the Si 1-x Ge x layer 24, the dopant activation efficiency of the Si 1-x Ge x layer 24 is excellent, thus affecting HSG formation. Depletion can be sufficiently prevented in a concentration range that is not known (generally 2E20 atoms / cm 3). Therefore, no additional doping process is required to secure the conductivity of the lower electrode.

도 2b를 참조하면, Si1-xGex층(24)층에 포토리쏘그래피법으로 건식식각을 실시하여 하부전극(240)을 패터닝한다. 이때, 형성되는 하부전극(240)의 형태는 박스형, 크라운형, 실린더형 또는 핀형 등 다양한 형태로 패터닝될 수 있다.Referring to FIG. 2B, the bottom electrode 240 is patterned by dry etching the Si 1-x Ge x layer 24 by photolithography. In this case, the shape of the lower electrode 240 may be patterned into various shapes such as a box shape, a crown shape, a cylinder shape, or a pin shape.

그리고, 노출된 하부전극(240)의 표면에 선택적 SiH4기체를 이용한 HSG 공정을 실시하여 반구형 돌출부(25)를 형성하여 하부전극(240)의 표면적을 증가시킨다. 결국, 하부전극(240)과 돌출부(25)가 최종 하부전극(240,25)이 된다. 이때, 반구형 돌출부(25)는 노출된 하부전극(240)의 표면에 SiH4기체를 흘려 증착되게 하여 형성하며, 종래 기술에 비해서 볼드효과가 제거되므로 더욱 치밀하게 형성되어 하부전극의 표면적을 늘려서 캐패시터의 정전용량을 증가시킨다.Then, an HSG process using a selective SiH 4 gas is performed on the exposed lower electrode 240 to form a hemispherical protrusion 25 to increase the surface area of the lower electrode 240. As a result, the lower electrode 240 and the protrusion 25 become the final lower electrodes 240 and 25. At this time, the hemispherical protrusion 25 is formed by flowing SiH 4 gas on the exposed surface of the lower electrode 240, and is formed more densely because the bold effect is eliminated as compared to the prior art, thereby increasing the surface area of the lower electrode. To increase the capacitance.

도 2c를 참조하면, 최종 하부전극(240,25) 표면에 유전상수값이 뛰어난 Ta2O5를 증착하여 유전막(26)을 형성한 다음, 산소 분위기에서 유전막(26)에 후처리공정을 실시하여 유전막(26)의 특성을 좋게한다. 이는, 유전막(26)이 일반적으로 Ta2O5-x로 이루어져 있으므로 이상적인 유전막의 유전상수값을 얻기 위하여 Ta2O5로 이루어진 분자식을 형성하기 위함이다.Referring to FIG. 2C, a dielectric film 26 is formed by depositing Ta 2 O 5 having excellent dielectric constant on the surfaces of the final lower electrodes 240 and 25, and then performing a post-treatment process on the dielectric film 26 in an oxygen atmosphere. By improving the characteristics of the dielectric film 26. This is to form a molecular formula consisting of Ta 2 O 5 in order to obtain the dielectric constant value of the ideal dielectric film since the dielectric film 26 is generally composed of Ta 2 O 5-x .

그리고, 유전막(26)의 표면에 TiN층(27)을 증착하여 상부전극인 금속 플레이트전극을 형성하므로서 캐패시터를 제조한다.A capacitor is manufactured by depositing a TiN layer 27 on the surface of the dielectric film 26 to form a metal plate electrode as an upper electrode.

따라서, 본 발명에 따른 캐패시터 제조방법은 Si1-xGex층을 형성하므로 증착속도 문제를 해결하여 증착온도를 낮출수 있고, 결정화 인큐베이션 시간을 연장시키므로서 볼드효과를 방지할 수 있으므로 HSG를 더욱 치밀하게 형성되어 하부전극의 표면적을 늘려서 캐패시터의 정전용량을 증가시키며 또한, 공핍현상을 추가 도핑공정 없이 방지할 수 있으므로 공정을 단순화 시키는 장점이 있다.Therefore, the capacitor manufacturing method according to the present invention forms a Si 1-x Ge x layer can solve the deposition rate problem to lower the deposition temperature, prolong the crystallization incubation time can prevent the bold effect to further increase the HSG It is densely formed to increase the capacitance of the capacitor by increasing the surface area of the lower electrode, and also has the advantage of simplifying the process because it can prevent the depletion phenomenon without additional doping process.

Claims (10)

반도체기판위에 실리콘을 포함하는 반응기체와 게르마늄을 포함하는 반응기체를 이용하여 Si1-xGex층을 형성하는 단계와,Forming a Si 1-x Ge x layer on the semiconductor substrate by using a reactor comprising silicon and a reactor comprising germanium; 상기 Si1-xGex층을 소정 모양으로 패터닝하는 단계와,Patterning the Si 1-x Ge x layer into a predetermined shape; 패터닝된 상기 Si1-xGex층의 노출된 표면에 복수개의 반구형 돌출부를 실리콘으로 형성하는 단계로 이루어진 반도체장치의 제조방법.Forming a plurality of hemispherical protrusions of silicon on the exposed surface of the patterned Si 1-x Ge x layer. 청구항 1에 있어서, 상기 Si1-xGex층과 상기 돌출부는 도전성을 갖도록 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.The method of claim 1, wherein the Si 1-x Ge x layer and the protrusion are formed to have conductivity. 청구항 1에 있어서, 상기 돌출부는 반구형 실리콘 그레인으로 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.The method of claim 1, wherein the protrusion is formed of hemispherical silicon grains. 청구항 1에 있어서, 상기 Si1-xGex층은 결정화 온도 이하에서 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.The method of claim 1, wherein the Si 1-x Ge x layer is formed at or below a crystallization temperature. 청구항 1에 있어서, 상기 돌출부를 형성하는 단계 이후,The method of claim 1, wherein after forming the protrusion, 노출된 상기 Si1-xGex층 및 상기 돌출부의 표면에 유전막을 형성하는 단계와,Forming a dielectric film on the exposed Si 1-x Ge x layer and the surface of the protrusion, 상기 유전막 위에 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.And forming a conductive layer on the dielectric film. 청구항 1에 있어서, 상기 Si1-xGex층의 x값은 약 0.4인 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.The method of claim 1, wherein the x value of the Si 1-x Ge x layer is about 0.4. 반도체기판의 소정부위에 도전성 플러그의 상부 표면이 노출되어 형성된 절연막 위에 패터닝된 Si1-xGex층을 결정화온도 이하에서 상기 플러그의 노출된 표면을 덮도록 형성하는 단계와,Forming a patterned Si 1-x Ge x layer on the insulating film formed by exposing the upper surface of the conductive plug to a predetermined portion of the semiconductor substrate so as to cover the exposed surface of the plug below a crystallization temperature; 노출된 상기 Si1-xGex층 표면에 복수개의 반구형 돌출부를 실리콘으로 형성하는 단계와,Forming a plurality of hemispherical protrusions from silicon on the exposed Si 1-x Ge x layer surface, 노출된 상기 Si1-xGex층 표면 및 복수개의 상기 반구형 돌출부 표면에 유전막을 형성하는 단계와,Forming a dielectric film on the exposed Si 1-x Ge x layer surface and a plurality of the hemispherical protrusion surfaces; 상기 유전막 위에 상부전극을 형성하는 단계로 이루어진 반도체장치의 캐패시터 제조방법.Forming a top electrode on the dielectric film. 청구항 7에 있어서, 상기 Si1-xGex층과 상기 돌출부는 도전성을 갖도록 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 캐패시터 제조방법.The method of claim 7, wherein the Si 1-x Ge x layer and the protrusion are formed to have conductivity. 청구항 7에 있어서, 상기 돌출부는 반구형 실리콘 그레인으로 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 캐패시터 제조방법.The method of claim 7, wherein the protrusion is formed of hemispherical silicon grains. 청구항 7에 있어서, 상기 Si1-xGex층의 x값은 약 0.4인 것이 특징인 반도체장치의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein an x value of the Si 1-x Ge x layer is about 0.4.
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