KR20070111667A - Method of manufacturing the semiconductor memory device using asymmetric junction ion implantation - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 반도체 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
본 발명은 반도체 메모리소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 비대칭접합이온주입을 이용한 반도체 메모리소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor memory device using asymmetric junction ion implantation.
최근 반도체소자의 집적도가 급속도로 증가함에 따라, 소자를 구성하는 트랜지스터의 채널길이도 급격하게 짧아지고 있다. 채널길이가 짧아짐에 따라 숏채널효과(short channel effect)에 의한 여러 가지 문제점들이 소자의 동작특성을 열악하게 하고 있다. 일 예로서, 채널길이가 짧아짐에 따라 드레인영역 근처에서의 전계의 세기가 증대되고, 이 증대된 전계의 세기에 의해 핫캐리어(hot carrier)가 발생하여 소자의 동작특성과 안정성이 열악해진다. 또 다른 예로서, 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory)과 같은 반도체메모리소자의 경우, 셀영역에서의 전 계의 세기가 증가함에 따라 누설전류가 발생하고, 이 누설전류는 소자의 리플래시(refresh) 특성을 열악하게 한다.In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices increases rapidly, the channel length of the transistors constituting the devices also decreases rapidly. As the channel length is shortened, various problems caused by the short channel effect are deteriorating the operation characteristics of the device. As an example, as the channel length becomes shorter, the strength of the electric field near the drain region is increased, and hot carriers are generated by the increased electric field, resulting in poor operation characteristics and stability of the device. As another example, in the case of a semiconductor memory device such as a dynamic random access memory (DRAM), a leakage current occurs as an electric field intensity increases in a cell region, and the leakage current causes a refresh of the device. ) Make the characteristics poor.
최근 이와 같은 숏채널효과를 억제하기 위하여, 소자의 집적도를 감소시키지 않고 유효채널길이를 증대시키는 기술들이 제안되고 있는데, 일 예로서 리세스 채널(recess cell) 구조와 스텝게이트 비대칭 리세스 구조가 있다. 리세스 채널 구조의 경우, 기판에 트랜치를 형성한 후, 이 트랜치를 게이트도전막으로 매립함으로써 게이트스택을 형성한다. 이 리세스 채널 구조에서, 채널은 트랜치 둘레를 따라 형성되며, 이에 따라 유효채널길이가 증대된다. 또한 스텝게이트 비대칭 리세스 구조의 경우, 기판에 계단형 프로파일을 형성하고, 이 계단형 프로파일에 게이트스택을 형성함으로써 게이트스택의 양쪽이 비대칭적으로 배치되도록 한다. 이 스텝게이트 비대칭 리세스 구조에서도, 채널은 계단형 프로파일을 따라 형성되며, 이에 따라 유효채널길이가 증대된다.Recently, in order to suppress such a short channel effect, techniques for increasing the effective channel length without reducing the density of devices have been proposed. As an example, there are a recess channel structure and a step gate asymmetric recess structure. . In the case of the recess channel structure, after forming a trench in the substrate, a gate stack is formed by filling the trench with a gate conductive film. In this recess channel structure, channels are formed along the trench circumference, thereby increasing the effective channel length. In addition, in the case of the step gate asymmetric recess structure, a stepped profile is formed in the substrate, and a gate stack is formed in the stepped profile so that both sides of the gate stack are asymmetrically disposed. Even in this step-gate asymmetric recess structure, the channel is formed along the stepped profile, thereby increasing the effective channel length.
한편 이와 같은 입체적 셀 구조를 채택하는 것과 병행하여, 스토리지노드접합영역과 비트라인접합영역의 불순물농도를 다르게 하여 리플래시 특성을 개선하고자 하는 시도도 함께 이루어지고 있다. 즉 게이트스택을 형성한 후에, 비트라인컨택영역만을 노출시키는 마스크막패턴을 이용하여 비트라인컨택영역에 비대칭 문턱전압 이온주입을 수행하여 p형 불순물이온을 주입한다. 그리고 상기 마스크막패턴을 제거한 후, 게이트스페이서막을 형성하고, 이어서 통상의 방법을 사용하여 소스/드레인 접합 이온주입을 수행하면, 스토리지노드접합영역 근처의 채널영역에서의 불순물농도가 비트라인접합영역 근처의 채널영역에서의 불순물농도보다 낮게 되며, 이에 따라 누설전류를 감소시켜 소자의 리플래시 특성을 향상시킬 수 있다.In parallel with the adoption of such a three-dimensional cell structure, attempts have been made to improve the refresh characteristics by varying the impurity concentrations of the storage node junction region and the bit line junction region. That is, after the gate stack is formed, an asymmetric threshold voltage ion is implanted into the bit line contact region using a mask layer pattern exposing only the bit line contact region to implant the p-type impurity ion. After the mask layer pattern is removed, a gate spacer layer is formed, and then source / drain junction ion implantation is performed using a conventional method, and the impurity concentration in the channel region near the storage node junction region is near the bit line junction region. It is lower than the impurity concentration in the channel region of the, thereby reducing the leakage current can improve the refresh characteristics of the device.
그러나 100nm 이하의 고집적화에 대한 시도가 이루어짐에 따라 리플래시 특성을 보다 더 확보하여야 하며, 이와 함께 데이터보유시간(data retention time)의 확보도 또한 더욱 더 요구되고 있다. 그러나 현재의 비대칭 문턱전압 이온주입만으로는 이와 같은 요구에 부응하는데 한계를 나타내고 있는 실정이다.However, as attempts for high integration of less than 100nm have been made, more refresh characteristics have to be secured, and data retention time is also required. However, current asymmetric threshold voltage implantation alone has shown a limit in meeting such demands.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스토리지노드접합영역과 비트라인접합영역에서의 비대칭적 농도차이를 보다 더 유발하여 리플래시 특성이 개선되고 데이터보유시간이 연장되도록 할 수 있는 반도체 메모리소자의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor memory device capable of causing an asymmetric concentration difference between a storage node junction region and a bit line junction region to improve refresh characteristics and extend data retention time. To provide.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 메모리소자의 제조방법은, 반도체기판에 제1 도전형의 불순물이온으로 문턱전압 조절용 이온주입을 수행하는 단계; 상기 이온주입이 이루어진 반도체기판 위에 게이트스택을 형성하여 스토리지노드접합영역 및 비트라인접합영역을 한정하는 단계; 상기 비트라인접합영역은 덮고 상기 스토리지노드접합영역은 노출시키는 마스크막패턴을 이용하여 제2 도전형의 불순물이온으로 비대칭 접합 이온주입을 수행하는 단계; 상기 게이트스택 측면에 게이트스페이서막을 형성하는 단계; 및 상기 게이트스택 및 게이트스페이서막을 이온주입마스크막으로 제2 도전형의 불순물이온을 주입하여 서로 다른 불순물농도 및 접합깊이를 갖는 스토리지노드접합 및 비트라인접합을 형성하 는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention comprises the steps of: performing ion implantation for adjusting the threshold voltage to the impurity ion of the first conductivity type on the semiconductor substrate; Forming a gate stack on the ion implanted semiconductor substrate to define a storage node junction region and a bit line junction region; Performing asymmetric junction ion implantation with impurity ions of a second conductivity type using a mask layer pattern covering the bit line junction region and exposing the storage node junction region; Forming a gate spacer layer on a side of the gate stack; And forming a storage node junction and a bit line junction having different impurity concentrations and junction depths by implanting impurity ions of a second conductivity type into the gate stack and the gate spacer layer using an ion implantation mask layer. do.
상기 제1 도전형의 p형이고, 상기 제2 도전형은 n형인 것이 바람직하다.It is preferable that it is p type of a said 1st conductivity type, and said 2nd conductivity type is n type.
상기 비대칭 접합 이온주입을 수행하는 단계는, 상기 게이트스페이서막을 형성한 후에 수행할 수도 있다.The asymmetric junction ion implantation may be performed after the gate spacer layer is formed.
상기 비대칭 접합 이온주입을 수행하는 단계는, 상기 스토리지노드접합의 최종농도의 10-30%의 도즈로 이온주입이 이루어지도록 수행하는 것이 바람직하다.The asymmetric junction ion implantation may be performed such that ion implantation is performed at a dose of 10-30% of the final concentration of the storage node junction.
상기 스토리지노드접합 및 비트라인접합 형성을 위한 제2 도전형의 불순물이온을 주입하는 단계는, 상기 비트라인접합 및 스토리지노드접합의 최종 불순물농도의 90-70%의 농도로 상기 불순물이온이 주입되도록 수행하는 것이 바람직하다.Injecting the impurity ions of the second conductivity type for forming the storage node junction and the bit line junction may include implanting the impurity ions at a concentration of 90-70% of the final impurity concentration of the bit line junction and the storage node junction. It is preferable to carry out.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 반도체 메모리소자의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present invention.
먼저 도 1을 참조하면, 반도체기판(100)에 소자분리막(110)을 형성하여 활성영역(120)을 한정한다. 비록 도면상에는 나타내지 않았지만, 활성영역(120)에는 리세스채널용 트랜치가 형성되어 있을 수도 있다. 또는 활성영역(120)의 표면은 계단형 프로파일을 가질 수도 있다. 다음에 활성영역(120)이 한정된 반도체기판(100) 위에 버퍼절연막(130)을 산화막으로 형성한다. 이어서 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 전면에 채널 문턱전압 이온주입을 수행한다. 본 실시예에서는 n형 채널을 갖는 경우를 예를 들기로 하며, 따라서 채널 문턱전압 이온주입에 의해 반도체기판(100)의 상부에는 p형 불순물이온들이 주입된다. 주입되는 p형 불순물이온들의 농도는 전체 채널농도의 100%가 되도록 한다.First, referring to FIG. 1, an
다음에 도 2를 참조하면, 반도체기판(100) 위에 게이트절연막(140)을 개재하여 게이트스택(150)을 형성한다. 비록 도면상에는 나타내지 않았지만, 리세스채널용 트랜치가 있는 경우, 게이트스택(150)은 리세스채널용 트랜치를 매립하도록 형성한다. 그리고 계단형 프로파일이 있는 경우, 게이트스택(150)은 계단형 프로파일과 중첩되도록 형성한다. 게이트스택(150)은, 통상적으로 폴리실리콘막, 텅스텐실리사이드막 및 질화막이 순차적으로 적층되는 구조로 형성하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트절연막(140) 및 게이트스택(150)이 형성됨에 따라, 반도체기판(100)의 활성영역(120)은, 게이트절연막(140)과 중첩되는 채널영역(121)과, 스토리지노드접합영역(122)과, 그리고 비트라인접합영역(123)으로 구분할 수 있다.Next, referring to FIG. 2, a
다음에 전면에 라이너산화막(160)을 형성한 후에 비대칭 접합 이온주입을 위한 마스크막패턴(170)을 형성한다. 이 마스크막패턴(170)은 포토레지스트막으로 형성할 수 있으며, 비트라인접합영역(123)은 덮고, 스토리지노드접합영역(122)만을 노출시키는 개구부(171)를 갖는다. 다음에 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 마스크막패턴(170)을 이온주입마스크로 한 비대칭 접합 이온주입을 수행하여 스토리지노드접합영역(122)에 n형 불순물이온을 주입한다. 주입되는 n형 불순물이 온의 농도는 스토리지노드접합영역(122)의 최종농도의 대략 10-30%가 되도록 한다.Next, after forming the
다음에 도 3을 참조하면, 기존의 비트라인접합영역(123)에 대한 비대칭 문턱전압 이온주입을 생략하고, 마스크막패턴(도 2의 170)을 제거한다. 그리고 게이트스택(140)의 측벽에 게이트스페이서막(180)을 형성한다. 게이트스페이서막(180)은 질화막으로 형성할 수 있다. 다음에 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 게이트스택(140) 및 게이트스페이서막(180)을 이온주입마스크로 한 접합형성 이온주입을 수행하여, 반도체기판(100)에 n형 불순물이온을 주입한다. n형 불순물이온으로는 포스포러스(P), 아스나이드(As), 안티몬(Sb), 비스무스(Bi) 등을 사용할 수 있다. 주입되는 n형 불순물이온의 농도는 스토리지노드접합영역(122) 및 비트라인접합영역(123)의 최종농도의 대략 90-70%가 되도록 한다. 이와 같은 접합형성 이온주입에 의해, 반도체기판(100)에는 스토리지노드접합(191) 및 비트라인접합(192)이 형성된다. 여기서 스토리지노드접합(191)의 전체 채널 농도 구배는 100%가 되고, 전체 접합 농도 구배 역시 100%가 된다. 반면에 비트라인접합(192)의 전체 채널 농도 구배는 100%가 되지만 전체 접합 농도 구배는 90-70%가 된다.Next, referring to FIG. 3, the asymmetric threshold voltage ion implantation for the existing bit
한편 상기 게이트스페이서막(180)을 형성하기 전에 엘디디(LDD; Lightly doped drain) 구조를 형성하기 위하여 상대적으로 저농도의 n형 불순물이온을 주입시킬 수 있다. 그리고 p형 불순물이온의 비대칭 채널 이온주입 및 n형 불순물이온의 비대칭 접합 이온주입을 게이트스페이서막(180) 형성후에 스토리지노드접합영역(122)만을 노출시키는 마스크막패턴을 사용하여 연속적으로 수행할 수도 있다.Meanwhile, before forming the
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 비대칭접합이온주입을 이용한 반도체 메모리소자의 제조방법에 의하면, 비트라인접합의 농도를 종래의 경우와 비교하여 대략 90-70% 내외로 형성함으로써 인가되는 전계를 감소시킬 수 있으며, 또한 스토리지노드접합과의 비대칭성의 증대로 리플래시 특성을 향상시킬 수 있다. 더욱이 스토리지노드접합의 농도변화는 없으므로 판독(read)시 문턱전압의 조정을 기존과 동일하게 하면서 스토리지노드접합의 브레이크다운전압을 개선함으로써 리플래시 특성을 더욱 더 향상시킬 수 있다. 일 예로서 스토리지노드접합의 브레이크다운전압을 대략 0.2V 개선하게 되면 리플래시가 대략 40-50mV 개선되어 대략 10%의 추가 리플래시 특성의 향상을 얻을 수 있다.As described so far, according to the method of manufacturing a semiconductor memory device using the asymmetric junction ion implantation according to the present invention, the electric field applied by forming the concentration of the bit line junction to about 90-70% compared with the conventional case is formed. In addition, the refresh characteristics can be improved by increasing asymmetry with the storage node junction. Furthermore, since there is no change in the concentration of the storage node junction, the refresh characteristics can be further improved by improving the breakdown voltage of the storage node junction while adjusting the threshold voltage at the same time as the read. As an example, when the breakdown voltage of the storage node junction is improved by about 0.2V, the refresh is improved by about 40-50mV, and thus an additional refresh characteristic of about 10% can be obtained.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
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