KR20060077065A - System on chip device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 로직게이트 형성후에 메모리캐패시터를 형성함에 따른 로직트랜지스터의 열화를 방지하고, 공정을 단순화시킬 수 있는 시스템온칩소자 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 시스템온칩소자는 반도체기판, 상기 반도체기판의 소정영역에 형성되며 일정 깊이의 트렌치를 갖는 소자분리절연막, 상기 소자분리절연막의 트렌치에 형성되면서 상기 반도체기판의 표면 일부까지 걸쳐서 형성된 하부전극, 상기 하부전극 상의 유전막 및 상기 유전막 상의 상부전극을 갖는 캐패시터, 상기 반도체기판의 선택된 표면 상에서 게이트절연막을 사이에 두고 형성된 로직트랜지스터의 게이트, 상기 하부전극 아래의 상기 반도체기판 내에 형성된 제1도핑영역, 상기 로직게이트 양측의 반도체기판 내에 형성되며 어느 하나가 상기 제1도핑영역과 연결되는 제2도핑영역, 및 상기 로직게이트 타측의 반도체기판 내에 형성되어 다른 하나의 제2도핑영역과 전기적으로 연결된 제3도핑영역을 포함한다.
The present invention is to provide a system-on-chip device and a method of manufacturing the same that can prevent the deterioration of the logic transistor by forming a memory capacitor after the logic gate is formed, and to simplify the process, the system-on-chip device of the present invention is a semiconductor substrate, A device isolation insulating film formed in a predetermined region of the semiconductor substrate and having a predetermined depth, a lower electrode formed over a portion of the surface of the semiconductor substrate while being formed in a trench of the device isolation insulating film, a dielectric film on the lower electrode, and an upper portion on the dielectric film A capacitor having an electrode, a gate of a logic transistor formed on a selected surface of the semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween, a first doped region formed in the semiconductor substrate under the lower electrode, and formed in a semiconductor substrate on both sides of the logic gate; One of the first doping Station connected to the second doped region, and is formed in a semiconductor substrate of said logic gate the other includes the other of the second doped regions and electrically connected to the third doped region.
시스템온칩소자, SOC, 캐패시터, 트렌치, 로직게이트, 하부전극System-on-chip devices, SOCs, capacitors, trenches, logic gates, bottom electrodes
Description
도 1a는 종래기술의 제1예에 따른 시스템온칩의 구조를 도시한 도면,1A is a diagram illustrating a structure of a system on chip according to a first example of the prior art;
도 1b는 종래기술의 제2예에 따른 시스템온칩의 구조를 도시한 도면,1B illustrates a structure of a system on chip according to a second example of the prior art;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템온칩 소자의 구조를 도시한 구조 단면도,2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a system on chip device according to a first embodiment of the present invention;
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템온칩 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도,3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a system on chip device according to a first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템온칩 소자의 구조를 도시한 구조 단면도,4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a system on chip device according to a second embodiment of the present invention;
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템온칩 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도.
5A to 5E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a system-on-chip device according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 반도체 기판 32 : 소자분리절연막31
33 : 트렌치 34 : 하부전극 33: trench 34: lower electrode
35 : 캐패시터유전막 36 : 게이트절연막35: capacitor dielectric film 36: gate insulating film
37 : 제1도핑영역 38a : 로직게이트37: first doped
38b : 상부전극 39 : 제2도핑영역38b: upper electrode 39: second doped region
40a : 게이트스페이서 40b : 캐패시터스페이서40a:
41 : 제3도핑영역 42 : 실리사이드
41: third doped region 42: silicide
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 디램과 로직회로를 집적한 시스템온칩(System On a Chip; SOC) 소자 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a System On a Chip (SOC) device integrating a DRAM and a logic circuit, and a manufacturing method thereof.
DRAM과 CPU 사이의 성능 차이의 증가는 하나의 칩에 DRAM 어레이를 드라이브시키는 로직회로를 머지하는 새로운 기능의 시스템을 요구하게 되었다. 이러한 접근은 단품 DRAM이나 로직소자에 비해 많은 데이타라인, 저전력 소자, 노이즈면역성, 작은 면적 등의 장점이 있다.The increasing performance gap between DRAMs and CPUs requires new functional systems to merge logic circuits that drive DRAM arrays on a single chip. This approach has the advantages of more data lines, lower power devices, noise immunity, and smaller area than single DRAM or logic devices.
이러한 장점들을 살리기 위해서, 현재 MDL 제품이 여러가지로 시도되고 있다. 즉, 로직소자와 단품 DRAM 어레이를 하나의 칩에 머지한 시스템온칩(System On Chip; SOC) 구현을 위해서, 로직소자와 DRAM이 단일 웨이퍼에서 동일한 공정을 진행하여 동시에 만들어지면서 각각 그 특성에 맞게 동작하는 MDL(Merged DRAM and Logic) 소자가 개발중이다. To take advantage of these advantages, many MDL products are currently being tried. That is, in order to implement a System On Chip (SOC) in which a logic device and a single DRAM array are merged into one chip, the logic device and the DRAM are processed at the same time by performing the same process on a single wafer, and operate according to their characteristics. MDL (Merged DRAM and Logic) devices are under development.
단품 DRAM 소자의 메모리캐패시터를 형성하기 위한 방법으로 한 예시로 도1과 같은 실린더형 캐패시터가 사용된다.As a method for forming a memory capacitor of a single DRAM device, a cylindrical capacitor as shown in FIG. 1 is used.
도 1a는 종래기술의 제1예에 따른 시스템온칩소자의 구조를 도시한 도면이다.1A is a diagram showing the structure of a system-on-chip device according to a first example of the prior art.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(11)에 소자분리절연막(12)이 형성되고, 반도체기판(11) 상에 로직트랜지스터의 게이트(13)이 형성되고, 게이트(13)의 양측벽에 게이트스페이서(14)가 형성된다.As shown in FIG. 1A, a device isolation
그리고, 게이트(13)를 포함한 전면에 층간절연막(15)이 형성되고, 층간절연막(15)을 관통하는 스토리지노드콘택(16)이 형성되고, 스토리지노드콘택(16)에 연결되는 메모리캐패시터의 하부전극(17)이 형성된다.In addition, an
그리고, 하부전극(17) 상에 캐패시터유전막(18)이 형성되고, 캐패시터유전막(18) 상에 상부전극(19)이 형성된다.The capacitor
그러나, 도 1a와 같은 종래기술은 MOSFET 소자의 게이트(13) 형성 공정이 완료된 후 메모리 캐패시터 형성 공정을 진행해야 하기 때문에 로직소자의 열화를 가져오는 문제점이 있으며, 또한 로직소자의 게이트(13) 위로 메모리 캐패시터가 형성됨에 따라 메탈콘택깊이의 증가를 가져오는 문제점이 있다.However, the prior art as shown in FIG. 1A has a problem of degrading the logic device since the process of forming the memory capacitor after the process of forming the
또한 메모리 캐패시터를 형성하기 위해서 적어도 3개의 마스크공정이 추가되어야 하므로 공정수가 길어지고 생산단가가 증가하는 문제점도 있다.In addition, since at least three mask processes must be added to form a memory capacitor, the number of processes is long and production cost increases.
상기한 바와 같이 시스템온칩 소자의 구현을 위한 방안의 다른 방법으로 도2와 같은 모스캐패시터(MOS Capacitor)를 사용하는 경우도 있다. As described above, another method for implementing a system-on-chip device may use a MOS capacitor as shown in FIG. 2.
도 1b는 종래기술의 제2예에 따른 시스템온칩소자의 구조를 도시한 도면이다.1B is a view showing the structure of a system-on-chip device according to a second example of the prior art.
도 1b에 도시된 바와 같이, 반도체기판(21)에 소자분리절연막(22)이 형성되고, 반도체기판(21)의 선택된 표면 상에 게이트절연막(23)과 로직트랜지스터의 게이트(24)가 적층된다. 여기서, 게이트(24)의 양측벽에 게이트스페이서(25)가 형성된다.As shown in FIG. 1B, a device
그리고, 반도체기판(21)의 표면 아래에 모스캐패시터의 하부전극(26)이 되는 도핑영역이 형성되고, 하부전극(26) 상에 유전막(27)과 상부전극(28)이 차례로 형성된다.Then, a doping region that becomes the
그리고, 게이트(24)의 양측 반도체기판(21) 내에는 소스드레인접합이 되는 도핑영역(29a, 29b)이 형성되어 있다.In the
그러나, 도 1b와 같은 종래기술은 하부전극(26)이 매우 넓어 상대적으로 매우 넓은 SN 접합(Storage node junction)을 가지므로, 모스 캐패시터에 저장된 전하의 손실이 커지는 단점을 유발하기 때문에 보다 짧은 주기의 리프레시를 실시해야하는 문제점이 존재한다.
However, the prior art as shown in FIG. 1B has a shorter period since the
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 로직게이트 형성후에 메모리캐패시터를 형성함에 따른 로직트랜지스터의 열화를 방지하고, 공정을 단순화시킬 수 있는 시스템온칩소자 및 그의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a system-on-chip device and a method for manufacturing the same, which can prevent the deterioration of the logic transistor by forming a memory capacitor after the logic gate is formed and simplify the process. Its purpose is to.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템온칩소자는 반도체기판, 상기 반도체기판의 소정영역에 형성되며 일정 깊이의 트렌치를 갖는 소자분리절연막, 상기 소자분리절연막의 트렌치에 형성되면서 상기 반도체기판의 표면 일부까지 걸쳐서 형성된 하부전극, 상기 하부전극 상의 유전막 및 상기 유전막 상의 상부전극을 갖는 캐패시터, 상기 반도체기판의 선택된 표면 상에서 게이트절연막을 사이에 두고 형성된 로직트랜지스터의 게이트, 상기 하부전극 아래의 상기 반도체기판 내에 형성된 제1도핑영역, 상기 로직게이트 양측의 반도체기판 내에 형성되며 어느 하나가 상기 제1도핑영역과 연결되는 제2도핑영역, 및 상기 로직게이트 타측의 반도체기판 내에 형성되어 다른 하나의 제2도핑영역과 전기적으로 연결된 제3도핑영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.A system-on-chip device of the present invention for achieving the above object is formed on a semiconductor substrate, a device isolation insulating film formed in a predetermined region of the semiconductor substrate and having a trench of a predetermined depth, and formed in a trench of the device isolation insulating film, and partially on the surface of the semiconductor substrate. A capacitor having a lower electrode formed over, a capacitor having a dielectric film on the lower electrode and an upper electrode on the dielectric film, a gate of a logic transistor formed with a gate insulating film interposed on a selected surface of the semiconductor substrate, and formed in the semiconductor substrate under the lower electrode. A first doped region, a second doped region formed in the semiconductor substrate on both sides of the logic gate, and one of which is connected to the first doped region, and a second doped region formed in the semiconductor substrate on the other side of the logic gate; Comprising a third doped region electrically connected Gong.
또한, 본 발명의 시스템온칩소자는 반도체기판, 상기 반도체기판의 소정영역에 형성되며 일정 깊이의 트렌치를 갖는 소자분리절연막, 상기 트렌치의 표면 상에 형성된 희생막, 상기 트렌치 상부의 희생막 상에 형성되면서 상기 반도체기판의 표면 일부까지 걸쳐서 형성된 하부전극, 상기 하부전극 상의 유전막 및 상기 유전막 상의 상부전극을 갖는 캐패시터, 상기 하부전극과 반도체기판 사이를 채우면서 상기 반도체기판 표면 상에 형성된 에피택셜층, 상기 에피택셜층의 선택된 표면 상에 게이트절연막을 사이에 두고 형성된 로직트랜지스터의 게이트, 상기 하부전극 아래 의 상기 에피택셜층 및 상기 반도체기판 내에 형성된 제1도핑영역, 상기 로직게이트 양측의 상기 에피택셜층 및 상기 반도체기판 내에 형성되며 어느 하나가 상기 제1도핑영역과 연결되는 제2도핑영역, 및 상기 로직게이트 타측의 에피택셜층 및 반도체기판 내에 형성되어 다른 하나의 제2도핑영역과 전기적으로 연결된 제3도핑영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the system-on-chip device of the present invention is formed on a semiconductor substrate, a device isolation insulating film formed in a predetermined region of the semiconductor substrate, having a trench having a predetermined depth, a sacrificial film formed on the surface of the trench, and a sacrificial film formed on the trench. A lower electrode formed over a portion of the surface of the semiconductor substrate, a capacitor having a dielectric film on the lower electrode and an upper electrode on the dielectric film, an epitaxial layer formed on the surface of the semiconductor substrate while filling between the lower electrode and the semiconductor substrate; A gate of a logic transistor formed on a selected surface of an epitaxial layer with a gate insulating film interposed therebetween, a first doped region formed in the epitaxial layer under the lower electrode and the semiconductor substrate, the epitaxial layers on both sides of the logic gate, and Is formed in the semiconductor substrate and any one of the first doped region And a second doped region to be connected, and a third doped region formed in the epitaxial layer and the semiconductor substrate on the other side of the logic gate and electrically connected to the other second doped region.
그리고, 본 발명의 시스템온칩소자의 제조 방법은 반도체기판의 소정영역에 소자분리절연막을 형성하는 단계, 상기 소자분리막절연막을 소정깊이로 식각하여 트렌치를 형성하는 단계, 상기 트렌치의 표면 상에 상기 반도체기판의 일부 표면까지 걸치는 캐패시터의 하부전극과 유전막의 적층을 형성하는 단계, 상기 반도체기판의 표면 상에 게이트절연막을 형성하면서 상기 하부전극 아래의 반도체기판 내에 제1도핑영역을 형성하는 단계, 상기 게이트절연막 상에 로직트랜지스터의 게이트를 형성함과 동시에 상기 유전막 상에 상부전극을 형성하는 단계, 및 상기 게이트의 일측과 상기 하부전극 사이의 반도체 기판 내에 상기 제1도피영역과 전기적으로 연결되는 제2도핑영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method for manufacturing a system-on-chip device according to the present invention may include forming an isolation layer in a predetermined region of a semiconductor substrate, forming a trench by etching the isolation layer in a predetermined depth, and forming a trench on a surface of the trench. Forming a stack of a lower electrode of the capacitor and a dielectric film extending to a part of the substrate, forming a first doped region in the semiconductor substrate under the lower electrode while forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate, the gate Forming a gate of a logic transistor on an insulating film and simultaneously forming an upper electrode on the dielectric layer, and a second doping electrically connected to the first escape region in a semiconductor substrate between one side of the gate and the lower electrode; Forming a region.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템온칩 소자의 구조를 도시한 구조 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a system on chip device according to a first embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 다른 시스템온칩 소자는, 반도체기판(31), 반도체기판(31)의 소정영역에 형성되며 일정 깊이의 트렌치(33)를 갖는 소자분리절연막(32), 소자분리절연막(32)의 트렌치(33)에 형성되면서 반도체기판(31)의 표면일부까지 걸쳐서 형성된 하부전극(34)을 포함하는 캐패시터, 반도체기판(31)의 선택된 표면 상에 형성된 로직트랜지스터의 게이트(로직게이트, 38a), 로직게이트(38a) 양측의 반도체기판(31) 내에 형성된 제2도핑영역(39), 로직게이트(38a)의 일측에서 제2도핑영역(39)과 캐패시터를 전기적으로 연결하기 위해 반도체기판(31) 내에 형성된 제1도핑영역(37), 로직게이트(38a) 타측의 반도체기판(31) 내에 형성되어 제2도피영역(39)과 전기적으로 연결된 제3도핑영역(41)을 포함한다.As shown in FIG. 2, the system-on-chip device according to the first embodiment of the present invention is formed in a
도 2에서, 제1 내지 제3도핑영역(37, 39, 41)은 모두 n형 불순물이 도핑된 것이고, 제1도핑영역(37)은 캐패시터의 하부전극과 로직트랜지스터의 연결을 위한 SN 접합 역할을 수행한다. 즉, 캐패시터가 하부전극(34), 캐패시터유전막(35) 및 상부전극(38b)으로 구성되고, 하부전극(34)과 로직트랜지스터의 소스/드레인접합인 제2도핑영역(39)간 연결을 위해 제1도핑영역(37)이 형성된 것이다.In FIG. 2, all of the first to third doped
그리고, 캐패시터를 구성하는 하부전극(34)은 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하는데, 이 폴리실리콘막중의 n형 불순물이 게이트절연막(36) 형성시의 열공정에 의해 반도체기판(31)으로 확산하여 제1도핑영역(37)이 된다.The
그리고, 캐패시터를 구성하는 캐패시터유전막(35)은 산화막, 질화막, 강유전체막으로 형성하거나 이들의 조합을 이용하며, 상부전극(38b)은 폴리실리콘막, 금 속막(Ti, TiN, W, Pt) 또는 이들의 합금을 사용한다.The
그리고, 캐패시터의 양측벽과 로직게이트(38a)의 양측벽에는 캐패시터스페이서(40b)와 게이트스페이서(40a)가 형성되며, 로직게이트(38a)의 일측에서는 캐패시터스페이서(40b)와 게이트스페이서(40a)가 접촉하여 반도체기판(31) 상부를 덮는 형태가 된다.A
그리고, 로직게이트(38a)의 상면, 상부전극(38b)의 상면, 제3도핑영역(41)의 상면에 실리사이드(42)가 형성되어 있다.The
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1실시예에 따른 시스템온칩 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a system-on-chip device according to a first embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31)에 STI 공정을 진행하여 소자분리절연막(32)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, an STI process is performed on the
계속해서, CMOSFET 형성을 위한 웰(도시 생략) 공정을 진행한 후, 메모리캐패시터가 형성될 지역의 소자분리절연막(32)의 일부를 포토마스크 및 식각공정을 통해 패터닝하여 소정 깊이를 갖는 트렌치(33)를 형성한다.Subsequently, after the well (not shown) process for forming the CMOSFET is performed, a portion of the device
이때, 트렌치(33)의 바닥은 소자분리절연막(32)을 관통하지 않도록 그 깊이가 조절되어 후속 트렌치(33) 내부에 형성되는 캐패시터의 하부전극이 반도체기판과 불필요하게 숏트되는 것을 방지한다.At this time, the depth of the bottom of the
한편, 소자분리절연막(32)은 일반적인 STI 공정을 통해 형성하였으나, DTI(Deep Trench Isolation) 공정을 통해 형성할 수도 있다.Meanwhile, the device
그리고, 트렌치(33) 형성후에는 로직트랜지스터의 문턱전압조절을 위한 이온 주입(Vt adjust ion implant) 공정을 진행하는데, 이는 후속 메모리캐패시터의 하부전극을 게이트로 한 기생트랜지스터의 문턱전압특성을 개선시키기 위한 필드스탑이온주입(Field stop ion implant)의 목적으로 사용된다.After the
이러한 문턱전압조절을 위한 이온주입 공정은 후속 캐패시터유전막 형성후에 진행할 수도 있다.The ion implantation process for adjusting the threshold voltage may proceed after the formation of the next capacitor dielectric film.
도 3b에 도시된 바와 같이, 트렌치(33)를 포함한 반도체 기판(31)의 전면에 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막을 증착한 후 선택적으로 패터닝하여 메모리캐패시터의 하부전극(34)을 형성한다.As shown in FIG. 3B, a polysilicon film doped with n-type impurities is deposited on the entire surface of the
이어서, 하부전극(34) 상에 유전막을 형성한 후, 선택적으로 패터닝하여 하부전극(34) 상에 캐패시터유전막(35)을 잔류시킨다. 여기서, 캐패시터유전막(35)으로 사용된 유전막은 산화막, 질화막, 강유전체막을 단독으로 사용하거나, 이들을 조합한 막을 이용한다.Subsequently, a dielectric film is formed on the
상기한 하부전극(34)은 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하고, 캐패시터유전막(35)은 유전막으로 형성한다. 여기서, 폴리실리콘막에 도핑된 n형 불순물은 비소(As) 또는 인(P)이다.The
상기 메모리캐패시터의 하부전극(34)과 캐패시터유전막(35)은 트렌치(33)의 내부 및 트렌치(33)를 제공하는 소자분리막절연막(32)의 표면 상에 걸쳐서 형성되며, 특히 하부전극(34)의 일측 끝단은 반도체기판(31)의 표면까지 연장되어 형성된다. 이는 후속 로직트랜지스터의 소스/드레인접합과 연결시키기 위한 것이다.The
한편, 하부전극(34)을 형성하기 위한 폴리실리콘막을 증착하기 전에 하부전 극(34)과 반도체기판(31)이 전기적으로 단락되지 않도록 전세정(Pre-cleaning) 공정을 진행하여 자연산화막을 제거해준다. 이때, 전세정 공정은 불산 용액을 이용한다.Meanwhile, before depositing the polysilicon film for forming the
전술한 바와 같이, 메모리캐패시터의 하부전극(34)을 트렌치(33)의 표면 프로파일을 따라 형성해주면 메모리캐패시터의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 즉, 트렌치(33)의 표면 프로파일을 따라 형성되는 하부전극(34)의 표면적이 증가한다.As described above, if the
그리고, 도시되지 않았지만, 하부전극(34) 형성후에는 표면적을 최대화하기 위해 통상적으로 잘 알려진 HSG, MPS 등을 추가로 형성하여 하부전극(34)의 표면적을 최대로 할 수 있다.Although not shown, after forming the
도 3c에 도시된 바와 같이, 반도체기판(31)의 표면 상에 게이트절연막(36)을 형성한다. 이때, 게이트절연막(36)을 형성하기 위한 공정이 열공정을 수반하므로, 캐패시터유전막(35)의 전기적 절연 특성을 개선시킬 수 있다. 더불어, 게이트절연막(36) 형성시 수반하는 열공정에 의해 하부전극(34)으로 사용된 폴리실리콘막 내의 n형 불순물이 반도체기판(31)쪽으로 확산하여 제1도핑영역(37)이 형성된다. 이 제1도핑영역(37)은 하부전극(34)의 일부와 로직트랜지스터의 소스/드레인접합간 연결을 위한 SN 접합이다. 즉, 스토리지노드콘택(SNC) 역할을 한다.As shown in FIG. 3C, a
한편, 게이트절연막(36)은 캐패시터유전막(35)으로도 형성할 수 있다. 즉, 유전막 증착후 패터닝시에 반도체기판 상에도 유전막을 잔류시키고, 이 유전막을 게이트절연막으로 이용하는 것이다.The
다음으로, 게이트절연막(36)을 포함한 전면에 로직트랜지스터의 로직게이트 용 도전막을 증착한 후, 선택적으로 패터닝하여 로직게이트(38a)와 메모리캐패시터의 상부전극(38b)을 동시에 형성한다.Next, a logic gate conductive film of the logic transistor is deposited on the entire surface including the
이때, 메모리캐패시터의 상부전극(38b)은 캐패시터유전막(35) 상에 형성되며, 일측 끝단은 캐패시터유전막(35)을 벗어나지 않도록 하여 하부전극(34)과 반도체기판(31)에 연결되지 않도록 한다.In this case, the
상기 로직게이트(38a)로 사용되는 도전막은 폴리실리콘막, 금속막(Ti, TiN, W, Pt) 또는 이들의 합금을 사용한다.The conductive film used as the
도 3d에 도시된 바와 같이, MOSFET의 소스/드레인확장영역(Source/Drain extension; SDE)을 형성하기 위한 LDD(Lightly Doped Drain) 이온주입 공정을 진행하여 반도체기판(31) 내에 제2도핑영역(39)을 형성한다. 이때, LDD 이온주입 공정은 n형 불순물을 이온주입하는 것으로, n형 불순물은 비소 또는 인이다.As shown in FIG. 3D, a lightly doped drain (LDD) ion implantation process is performed to form a source / drain extension (SDE) of the MOSFET to form a second doped region (1) in the
위와 같이, LDD 이온주입을 통해 형성한 제2도핑영역(39)은 반도체기판(31) 내에서 제1도핑영역(37)과 전기적으로 연결되는데, 제1도핑영역(37)이 n형 불순물의 확산에 의해 형성된 것이므로 제1도핑영역(37)과 제2도핑영역(39)은 전기적으로 동일한 불순물의 도핑영역이 된다.As described above, the second
도 3e에 도시된 바와 같이, 전면에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 에치백하여 로직게이트(38a)의 양측벽에 접하는 게이트스페이서(40a)를 형성한다. 여기서, 게이트스페이서(40a) 형성시에 스택구조로 형성된 하부전극(34), 유전막(35) 및 상부전극(38b)의 적층 구조의 양측벽에도 게이트스페이서가 형성되는데, 이는 캐패시터스페이서(40b)라고 약칭하기로 한다.
As shown in FIG. 3E, a spacer insulating film is deposited on the entire surface, and then etched back to form a
한편, 캐패시터에 인접하는 로직게이트(38a)의 일측에서는 게이트스페이서(40a)와 캐패시터스페이서(40b)가 접촉할 수 있고, 이로써 게이트스페이서(40a)와 캐패시터스페이서(40b)가 접촉하는 부분 아래에서는 반도체기판(31)의 표면이 커버될 수 있다. 따라서, 로직게이트(38a)의 타측에서는 게이트스페이서(40a) 형성시 게이트절연막(36)까지 식각되어 반도체기판(31)의 표면이 드러난다.On the other hand, the
다음으로, 소스/드레인 이온주입 공정을 진행하여 제3도핑영역(41)을 형성한다. 이때, 제3도핑영역(41)은 로직게이트(38a)의 타측에 형성된 게이트스페이서(40a) 외측의 반도체기판(31) 내에 형성되는 것으로 제2도핑영역(39)과 전기적으로 연결된다.Next, the source / drain ion implantation process is performed to form the third
다음으로, 실리사이드 공정을 진행하여 로직게이트(38a)의 상면, 상부전극(38b)의 상면, 제3도핑영역(41)의 상면에 실리사이드(42)를 형성한다.Next, the silicide process is performed to form the
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템온칩 소자의 구조를 도시한 구조 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a system on chip device according to a second embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 다른 시스템온칩 소자는, 반도체기판(31), 반도체기판(51)의 소정영역에 형성되며 일정 깊이의 트렌치(53)를 갖는 소자분리절연막(52), 트렌치(53)의 표면 상에 형성된 희생산화막(54), 희생산화막(54) 상에서 트렌치(53)에 형성되면서 반도체기판(51)의 표면 일부까지 걸쳐서 형성된 하부전극(55)을 포함하는 캐패시터, 하부전극(55)과 반도체기판(51) 사이를 채우면서 반도체기판(51) 표면 상에 형성된 에피택셜층(57), 에피택셜층(57) 상에 형성된 게이트절연막(38), 게이트절연막(58) 상에 형성된 로직트랜지스터의 게이트 (로직게이트, 60a), 로직게이트(60a) 양측의 반도체기판(51) 내에 형성된 제2도핑영역(61), 로직게이트(60a)의 일측에서 제2도핑영역(61)과 캐패시터를 전기적으로 연결하기 위해 반도체기판(51) 내에 형성된 제1도핑영역(59), 로직게이트(60a) 타측의 반도체기판(51) 내에 형성되어 제2도피영역(61)과 전기적으로 연결된 제3도핑영역(63)을 포함한다.As shown in FIG. 4, the system-on-chip device according to the second embodiment of the present invention is formed in a
도 4에서, 제1 내지 제3도핑영역(59, 61, 63)은 모두 n형 불순물이 도핑된 것이고, 제1도핑영역(59)은 캐패시터의 하부전극과 로직트랜지스터의 연결을 위한 SN 접합 역할을 수행한다. 즉, 캐패시터가 하부전극(55), 캐패시터유전막(56) 및 상부전극(60b)으로 구성되고, 하부전극(55)과 로직트랜지스터의 소스/드레인접합인 제2도핑영역(61)간 연결을 위해 제1도핑영역(59)이 형성된 것이다. 여기서, 하부전극(55)과 반도체기판(51) 사이의 틈에 에피택셜층(57)이 형성되어 하부전극(55)과 반도체기판(51)을 연결시켜준다.In FIG. 4, all of the first to third
그리고, 캐패시터를 구성하는 하부전극(55)은 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하는데, 이 폴리실리콘막중의 n형 불순물이 게이트절연막(58) 형성시의 열공정에 의해 반도체기판(51)으로 확산하여 제1도핑영역(59)이 된다.The
그리고, 캐패시터를 구성하는 캐패시터유전막(56)은 산화막, 질화막, 강유전체막으로 형성하거나 이들의 조합을 이용하며, 상부전극(60b)은 폴리실리콘막, 금속막(Ti, TiN, W, Pt) 또는 이들의 합금을 사용한다.The
그리고, 캐패시터의 양측벽과 로직게이트(60a)의 양측벽에는 캐패시터스페이서(62b)와 게이트스페이서(62a)가 형성되며, 로직게이트(60a)의 일측에서는 캐패시 터스페이서(62b)와 게이트스페이서(62a)가 접촉하여 반도체기판(51) 및 에피택셜층(57) 상부를 덮는 형태가 된다.A
그리고, 로직게이트(60a)의 상면, 상부전극(60b)의 상면, 제3도핑영역(63)의 상면에 실리사이드(64)가 형성되어 있다.The
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템온칩 소자의 제조 방법을 도시한 공정 단면도이다.5A through 5E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a system-on-chip device according to a second embodiment of the present invention.
도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체기판(51)에 STI 공정을 진행하여 소자분리절연막(52)을 형성한다.As shown in FIG. 5A, an STI process is performed on the
계속해서, CMOSFET 형성을 위한 웰(도시 생략) 공정을 진행한 후, 메모리캐패시터가 형성될 지역의 소자분리절연막(52)의 일부를 포토마스크 및 식각공정을 통해 패터닝하여 소정 깊이를 갖는 트렌치(53)를 형성한다.Subsequently, after a well (not shown) process for forming a CMOSFET is performed, a portion of the device
이때, 트렌치(53)의 바닥은 소자분리절연막(52)을 관통하지 않도록 그 깊이가 조절되어 후속 트렌치(53) 내부에 형성되는 캐패시터의 하부전극이 반도체기판과 불필요하게 숏트되는 것을 방지한다.At this time, the depth of the bottom of the
한편, 소자분리절연막(52)은 일반적인 STI 공정을 통해 형성하였으나, DTI(Deep Trench Isolation) 공정을 통해 형성할 수도 있다.Meanwhile, the device
그리고, 트렌치(53) 형성후에는 로직트랜지스터의 문턱전압조절을 위한 이온주입(Vt adjust ion implant) 공정을 진행하는데, 이는 후속 메모리캐패시터의 하부전극을 게이트로 한 기생트랜지스터의 문턱전압특성을 개선시키기 위한 필드스탑이온주입(Field stop ion implant)의 목적으로 사용된다.
After the
이러한 문턱전압조절을 위한 이온주입 공정은 후속 캐패시터유전막 형성후에 진행할 수도 있다.The ion implantation process for adjusting the threshold voltage may proceed after the formation of the next capacitor dielectric film.
도 5b에 도시된 바와 같이, 트렌치(53)를 포함한 반도체 기판(51)의 전면에 희생산화막(54)과 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막을 차례로 증착한 후 폴리실리콘막을 선택적으로 패터닝하여 메모리캐패시터의 하부전극(55)을 형성한다. 상기 희생산화막(54)은 하부전극(55)을 형성하기 위한 식각공정시 반도체기판(31)의 식각손실을 방지하기 위해 도입한 것이다.As shown in FIG. 5B, the
이어서, 하부전극(55) 상에 유전막을 형성한 후, 선택적으로 패터닝하여 하부전극(55) 상에 캐패시터유전막(56)을 잔류시킨다. 여기서, 캐패시터유전막(56)으로 사용된 유전막은 산화막, 질화막, 강유전체막을 단독으로 사용하거나, 이들을 조합한 막을 이용한다.Subsequently, a dielectric film is formed on the
상기한 하부전극(55)은 n형 불순물이 도핑된 폴리실리콘막으로 형성하고, 캐패시터유전막(56)은 유전막으로 형성한다. 여기서, 폴리실리콘막에 도핑된 n형 불순물은 비소(As) 또는 인(P)이다.The
상기 메모리캐패시터의 하부전극(55)과 캐패시터유전막(56)은 트렌치(53)의 내부 및 트렌치(53)를 제공하는 소자분리막절연막(52)의 표면 상에 걸쳐서 형성되며, 특히 하부전극(55)의 일측 끝단은 반도체기판(51)의 표면까지 연장되어 형성된다. 이는 후속 로직트랜지스터의 소스/드레인접합과 연결시키기 위한 것이다.The
전술한 바와 같이, 메모리캐패시터의 하부전극(55)을 트렌치(53)의 표면 프로파일을 따라 형성해주면 메모리캐패시터의 캐패시턴스를 증가시킬 수 있다. 즉, 트렌치(53)의 표면 프로파일을 따라 형성되는 하부전극(55)의 표면적이 증가한다.As described above, if the
그리고, 도시되지 않았지만, 하부전극(55) 형성후에는 표면적을 최대화하기 위해 통상적으로 잘 알려진 HSG, MPS 등을 추가로 형성하여 하부전극(55)의 표면적을 최대로 할 수 있다.Although not shown, after forming the
도 5c에 도시된 바와 같이, 게이트절연막을 형성하기에 앞서 전세정(Pre-cleaning) 공정을 진행하여 하부전극(55) 아래의 희생산화막(54)을 제거해준다. 이때, 전세정 공정은 이방성 습식식각으로 진행하는데, 예컨대 불산 용액을 이용한다.As shown in FIG. 5C, the
이와 같이, 희생산화막(54)을 제거한 후에, 하부전극(55)과 반도체기판(31) 사이에 틈이 발생된다.As described above, after the
이러한 틈을 채우기 위해 선택적에피택셜성장(Selective Epitaxial Growth; SEG)을 진행하여 에피택셜층(57)을 형성한다.In order to fill the gap,
도 5d에 도시된 바와 같이, 에피택셜층(57)의 표면 상에 게이트절연막(58)을 형성한다. 이때, 게이트절연막(58)을 형성하기 위한 공정이 열공정을 수반하므로, 캐패시터유전막(56)의 전기적 절연 특성을 개선시킬 수 있다. 더불어, 게이트절연막(58) 형성시 수반하는 열공정에 의해 하부전극(55)으로 사용된 폴리실리콘막 내의 n형 불순물이 에피택셜층(57) 및 반도체기판(51)쪽으로 확산하여 제1도핑영역(59)이 형성된다. 이 제1도핑영역(59)은 하부전극(55)의 일부와 로직트랜지스터의 소스/드레인접합간 연결을 위한 SN 접합이다. 즉, 스토리지노드콘택(SNC) 역할을 한다.
As shown in FIG. 5D, a
한편, 게이트절연막(58)은 캐패시터유전막(56)으로도 형성할 수 있다. 즉, 유전막 증착후 패터닝시에 반도체기판 상에도 유전막을 잔류시키고, 이 유전막을 게이트절연막으로 이용하는 것이다.On the other hand, the
다음으로, 게이트절연막(58)을 포함한 전면에 로직트랜지스터의 로직게이트용 도전막을 증착한 후, 선택적으로 패터닝하여 로직게이트(60a)와 메모리캐패시터의 상부전극(60b)을 동시에 형성한다.Next, a logic gate conductive film of the logic transistor is deposited on the entire surface including the
이때, 메모리캐패시터의 상부전극(60b)은 캐패시터유전막(56) 상에 형성되며, 일측 끝단은 캐패시터유전막(56)을 벗어나지 않도록 하여 하부전극(55)과 에피택셜층(57)에 연결되지 않도록 한다.In this case, the
상기 로직게이트(60a)로 사용되는 도전막은 폴리실리콘막, 금속막(Ti, TiN, W, Pt) 또는 이들의 합금을 사용한다.The conductive film used as the
도 5e에 도시된 바와 같이, MOSFET의 소스/드레인확장영역(Source/Drain extension; SDE)을 형성하기 위한 LDD(Lightly Doped Drain) 이온주입 공정을 진행하여 반도체기판(51) 내에 제2도핑영역(61)을 형성한다. 이때, LDD 이온주입 공정은 n형 불순물을 이온주입하는 것으로, n형 불순물은 비소 또는 인이다.As shown in FIG. 5E, a lightly doped drain (LDD) ion implantation process is performed to form a source / drain extension (SDE) of the MOSFET to form a second doped region (i.e., a second doped region) in the
위와 같이, LDD 이온주입을 통해 형성한 제2도핑영역(61)은 반도체기판(51) 내에서 제1도핑영역(59)과 전기적으로 연결되는데, 제1도핑영역(59)이 n형 불순물의 확산에 의해 형성된 것이므로 제1도핑영역(59)과 제2도핑영역(61)은 전기적으로 동일한 불순물의 도핑영역이 된다.As described above, the second
다음으로, 전면에 스페이서용 절연막을 증착한 후, 에치백하여 로직게이트 (60a)의 양측벽에 접하는 게이트스페이서(62a)를 형성한다. 여기서, 게이트스페이서(62a) 형성시에 스택구조로 형성된 하부전극(55), 유전막(56) 및 상부전극(60b)의 적층 구조의 양측벽에도 게이트스페이서가 형성되는데, 이는 캐패시터스페이서(62b)라고 약칭하기로 한다.Next, an insulating film for spacers is deposited on the entire surface, and then etched back to form a
한편, 캐패시터에 인접하는 로직게이트(60a)의 일측에서는 게이트스페이서(62a)와 캐패시터스페이서(62b)가 접촉할 수 있고, 이로써 게이트스페이서(62a)와 캐패시터스페이서(62b)가 접촉하는 부분 아래에서는 에피택셜층(51)의 표면이 커버될 수 있다. 따라서, 로직게이트(60a)의 타측에서는 게이트스페이서(62a) 형성시 게이트절연막(58)까지 식각되어 에피택셜층(57)의 표면이 드러난다.On the other hand, at one side of the
다음으로, 소스/드레인 이온주입 공정을 진행하여 제3도핑영역(63)을 형성한다. 이때, 제3도핑영역(63)은 로직게이트(60a)의 타측에 형성된 게이트스페이서(62a) 외측의 반도체기판(51) 내에 형성되는 것으로 제2도핑영역(61)과 전기적으로 연결된다.Next, the source / drain ion implantation process is performed to form the third
다음으로, 실리사이드 공정을 진행하여 로직게이트(60a)의 상면, 상부전극(60b)의 상면, 제3도핑영역(63)의 상면에 실리사이드(64)를 형성한다.
Next, the silicide process is performed to form the
전술한 제1,2실시예에 따르면, 본 발명은 실린더형 캐패시터를 형성하는 공정에 비해 포토마스크 공정이 2개 이상 감소하고, 메모리캐패시터 공정이 로직게이트 형성 이전에 완료되기 때문에 추가적인 열공정에 의한 로직트랜지스터의 열화를 방지한다. According to the above-described first and second embodiments, the present invention is reduced by two or more photomask processes, and the memory capacitor process is completed before the logic gate is formed, compared to the process of forming the cylindrical capacitor. Prevents deterioration of logic transistors.
그리고, 평판형 모스캐패시터를 가지는 MOSYS 1T-RAM 셀 구조에 비해 트렌치형 3차원 캐패시터로 대체하므로써 단위셀사이즈의 감소에 의한 메모리셀 밀도를 크게 향상시킬 수 있다.Compared to the MOSYS 1T-RAM cell structure having the planar MOS capacitor, the memory cell density can be greatly improved by reducing the unit cell size by replacing the trench type three-dimensional capacitor.
그리고, 스택형 캐패시터보다 더 작은 스토리지노드콘택, 즉 더 작은 면적의 SN 접합을 가지게 구현할 수 있기 때문에 더 나은 접합누설특성을 확보한다.In addition, it is possible to implement a smaller storage node contact, that is, a smaller area SN junction than a stacked capacitor, thereby ensuring better junction leakage characteristics.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 포토마스크 공정을 감소시키므로 공정기간과 단가를 절감할 수 있을뿐만 아니라 메모리캐패시터 공정이 로직게이트 형성전에 완료되기 때문에 추가적인 열공정에 의한 로직트랜지스터의 열화를 방지할 수 있어 신뢰성이 우수한 시스템온칩소자를 구현할 수 있는 효과가 있다.Since the present invention reduces the photomask process, not only can reduce the process period and cost, but also because the memory capacitor process is completed before the logic gate is formed, it is possible to prevent deterioration of the logic transistor by the additional thermal process, which is excellent in reliability. There is an effect that can implement a system-on-chip device.
또한, 본 발명은 트렌치형 3차원 메모리캐패시터를 적용하므로 메모리셀밀도를 향상시켜 대용량의 엠디엘(Merged DRAM & Logic) 소자를 개발할 수 있는 기반기술로 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention employs a trench type 3D memory capacitor, it is possible to improve the memory cell density and use it as a base technology for developing a large capacity DRAM (Logic DRAM).
또한, 본 발명은 보다 더 작은 면적의 SN 접합을 가지므로 더 나은 접합누설특성, 즉 우수한 리프레시 특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention has a smaller SN junction area, it is possible to secure better junction leakage characteristics, that is, excellent refresh characteristics.
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KR1020040115854A KR20060077065A (en) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | System on chip device and method for manufacturing the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100848241B1 (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Method for fabricating semiconductor device |
CN116234295A (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-06 | 北京超弦存储器研究院 | Dynamic random access memory unit, preparation method thereof and dynamic random access memory |
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Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20111125 Effective date: 20121211 |