KR910001985B1 - Side-wall doped half-vcc plate trench capacitor cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 본 발명에 따라 제조된 SDHT 구조로 이루어진 트렌치 캐패시터 셀의 단면도.1 is a cross-sectional view of a trench capacitor cell made of an SDHT structure made in accordance with the present invention.
제2도 내지 제7도는 자기 정렬 콘택(SELFALIGNED CONTACT) 공정 방법을 상세하게 나타낸 단면도로써,2 to 7 are cross-sectional views showing in detail a process of self-aligned contact (SELFALIGNED CONTACT) process,
제2도는 본 발명에 의한 제조공정과정에서 게이트 전극을 형성한 단면도.2 is a cross-sectional view of the gate electrode formed during the manufacturing process according to the present invention.
제3도는 제2도의 게이트 전극 좌우측과 실리콘 웨이퍼 상부에 산화막을 형성하고 N-불순물을 P-WELL에 형성한 단면도.FIG. 3 is a cross-sectional view of an oxide film formed on the left and right sides of the gate electrode of FIG. 2 and an upper portion of a silicon wafer, and an N-impurity formed on the P-WELL.
제4도는 제3도의 게이트 전극에 좌우측벽면에 스페이서(SPACER)를 형성한 단면도.4 is a cross-sectional view of forming a spacer SPACER on the left and right side wall surfaces of the gate electrode of FIG.
제5도는 CMOS 구조에서 P-형 채널을 형성하는 FET를 제조하기 위하여 N+ 불순물이 확산되지 않도록 산화막을 N-WELL 상부에 침착한 상태의 단면도.5 is a cross-sectional view of an oxide film deposited on top of an N-WELL such that N + impurities are not diffused in order to fabricate a FET forming a P-type channel in a CMOS structure.
제6도는 제4도의 게이트 좌우면 스페이서(SPACER) 상부에 IPOLY 패턴을 형성한 단면도.FIG. 6 is a cross-sectional view of the IPOLY pattern formed on the gate left and right spacer SPACER of FIG.
제7도는 제6도의 게이트 상부에 LTO막을 형성하고 폴리3층을 IPOLY 상부에 침착하여 패턴을 형성한 단면도.FIG. 7 is a cross-sectional view of forming a pattern by forming an LTO film on the gate of FIG. 6 and depositing a poly 3 layer on the IPOLY.
제8도는 본 발명에 의한 트렌치 캐패시터의 CVD 산화물층 두께에 따른 문턱전압의 변화상태를 나타낸 도표이다.8 is a chart showing the state of change of the threshold voltage according to the thickness of the CVD oxide layer of the trench capacitor according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : P형 실리콘 기판 2 : 보호층1: P-type silicon substrate 2: Protective layer
3 : 금속층 4 : 도프된 산화막층3: metal layer 4: doped oxide layer
5 : 폴리3층 6 : LTO(LOW TEMPERATURE OXIDE) 산화막층5: Poly 3 layer 6: LTO (LOW TEMPERATURE OXIDE) oxide film layer
7 : IPOLY(INTERCONNECTION POLY)층7: IPOLY (INTERCONNECTION POLY) layer
8 : 폴리2층 9 : 절연산화막층8:
10 : 게이트 산화막 11 및 11' : 소스 및 드레인 N+영역10:
12 : ONE(OXIDE-NITRIDE-OXIDE)층12: ONE (OXIDE-NITRIDE-OXIDE) layer
13 : POLY 1층 14 : N+확산층13: POLY 1st floor 14: N + diffusion layer
15 : P-WELL영역15: P-WELL Area
16 : CVD(CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION)산화물층16: CVD (CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION) oxide layer
17 : 질화막층 18 : LTO 산화막층17
19 : 산화막층 20 : LDD(LIGHTLY DOPED DRAIN)영역19: oxide layer 20: LDD (LIGHTLY DOPED DRAIN) region
21 : 스페이서(SPACER)21: spacer
본 발명은 반도체 고집적 기억소자의 SDHT(SIDE-WALL DOPED HALF-VCC PLATE TRENCH CAPACITOR)셀 기술에 관한것으로, 특히 SDT 셀과 유사한 구조로 형성되는데, SDT 셀보다 캐패시터 용량을 크게함과 동시에 셀의 면적을 작게한 SDHT 구조로된 트렌치 캐패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
종래의 SDT 셀 구조는 트렌치 캐패시터 측면벽으로 확산된 P+영역에 P형의 기판과 동일한 VCC의 높은 전압이 인가되어 트렌치 캐패시터의 사화물층 두께가 캐패시터 양단에서 인가되는 전압에 의해 발생하는 전장의 세기에 충분히 견딜수 있도록 두꺼워져야 하였다. 산화막의 두께가 두꺼워짐에 따라 캐패시터 용량은 반비례하여 줄어들게 되는 단점과 이동게이트의 면적은 다음과 같이 마스크를 사용하므로서 넓어지는 문제점이 있었다.In the conventional SDT cell structure, a high voltage of the same VCC as a P-type substrate is applied to the P + region diffused into the sidewalls of the trench capacitor so that the thickness of the tetragonal layer of the trench capacitor is generated by the voltage applied across the capacitor. It had to be thick enough to withstand. As the thickness of the oxide film becomes thicker, the capacity of the capacitor decreases in inverse proportion and the area of the moving gate has been widened by using a mask as follows.
즉, 이동게이트의 소스영역을 비트라인과 연결할때 DC 콘택마스크를 사용하여 이동게이트의 드레인영역을 트렌치 캐패시터 저장전극과 연결할때 BNC 마스크를 사용하므로서, 공정장비의 정밀도에 의하여 상기 마스크 배열이 오차가 발생하고 게이트와 상기의 마스크 사이의 누설전류를 막기 위해 최소거리를 유지하여야 하기 때문에 셀의 면적은 증가하는 단점이 발생하였다.In other words, the BNC mask is used to connect the drain region of the movable gate to the trench capacitor storage electrode by using a DC contact mask when the source region of the movable gate is connected to the bit line. And the area of the cell increases because the minimum distance must be maintained to prevent leakage current between the gate and the mask.
따라서, 발명의 목적은 상기한 단점을 해소하고 종래의 SDT 셀 보다 더 큰 캐패시터 용량을 가지면서 셀의 면적은 작게한 SDHT 셀 트렌치 캐패시터 셀 및 그 제조 방법을 제공하는데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and to provide an SDHT cell trench capacitor cell having a larger capacitor capacity than a conventional SDT cell and a small cell area, and a method of manufacturing the same.
본 발명에 의하면, 트렌치 캐패시터 측면벽에 확산하는 불순물이 N+영역으로, P형 기판과 분리시켜 VCC/2 전압을 인가하므로써 캐패시터 산화막 두께를 80Å정도로 줄일수 있으며, 동일면적의 SDT 셀과 비교하여 비교적 큰 트렌치 캐패시터 용량을 얻을 수 있고, 이동게이트의 소스영역과 비트라인, 드레인영역과 트렌치 저장전극을 연결할때 마스크를 사용치 않고 자기 정렬 콘택의 공정 방법을 사용하여 면적을 줄인다.According to the present invention, the impurity diffused on the sidewalls of the trench capacitor is N + region, and the capacitor oxide film thickness can be reduced to about 80 kV by applying the VCC / 2 voltage to the P + substrate, and compared with the SDT cell of the same area. A large trench capacitor capacity can be obtained, and the area is reduced by using a method of self-aligned contact without using a mask when connecting the source region, the bit line, the drain region and the trench storage electrode of the moving gate.
이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참고로 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 따라 제조된 SDHT 셀의 구조를 단면도로 나타낸 것으로, P형 실리콘 기판(1)에 기억소자의 전력소모를 줄이기 위한 CMOS 공정을 하기 위해 주변회로에 N-WELL이나 P-WELL영역(15)을 형성한 다음, 트렌치 캐패시터를 형성하기 위하여 상기 P-WELL영역(15)상부에 마스크 패턴을 형성하고 RIE 에치로 1차 트렌치를 에를들어 약 2㎛ 깊이로 형성한 다음, 상기 공정후에 저장전극 폴리1층(13)에 전하가 충전되면 이동게이트 드레인 N+영역(11)과 트렌치 측면벽에 N+확산층(14) 사이에 기생의 수직 NMOSFET가 형성되어 드레인 N+영역(11')에서 N+확산층(14)으로 전하가 누설되는데, 이것을 방지함과 동시에 측면벽에 N+확산영역(14)과 트렌치 캐패시터 경계면에 강한 전장이 인가될 경우 N+확산층(14)내의 터널링 전류를 제어하고 셀과 셀사이의 누설전류를 차단하기 위하여 CVD 산화물층(16)을 약 1000Å로 침착한다. 이를 설명하기 위한 일예로서, 산화막 두께와 게이트에 인가하는 전압에 따라서 문턱전압(VT)과 IDS 전류=10(A)일때 게이트와 소스간의 전압 VGS를 나타낸 도면이 제8도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of an SDHT cell manufactured according to the present invention, in which a N-WELL or P-WELL is applied to a peripheral circuit to perform a CMOS process for reducing power consumption of a memory device on a P-
상기 공정후에, CVD 산화물(16)층위에 질화물을 예를들어 약 500Å두께로 침착시키고 이방성 에치로 1차 트렌치 하단의 질화물층과 CVD 산화물층(16)을 제거한후, 2차 트렌치를 약 5㎛ 길이로 형성하고 2차 트렌치 벽면에 PSG 불순물을 침착한 다음, 열처리하여 트렌치 외부전극용 VCC/2 플레이트인 N-확산층(14)을 형성하고 잔여 PSG를 제거한다.After the above process, nitride is deposited on the
상기 공정후, 1차 트렌치 벽면의 질화물층을 제거하고 1차 트렌치 CVD 산화물층(16)과 2차 트렌치 벽면위에 캐패시터 산화막층의 ONO층(12)을 100Å이하로 형성하여 캐패시터 용량을 증가시켜 준다. 또한 캐패시터 외부전극 N+확산층(14)에 1/2 VCC를 인가시켜 주기 위하여 폴드라인 비트선셀 배열에서는 단위셀들이 주기적으로 서로 엇갈리게 배열되기 때문에 단위 셀과 단위셀 사이의 N+확산영역은 상호 연결되도록 배열된 기억소자 영역의 최외각부위의 외부전극용 N+확산층(14)에 VCC/2 전극을 연결하기 위하여 최외각에 있는 트렌치 측면부위에 CVD 산화물층(16)을 제거하고 1, 2차 트렌치 모든 측면벽 부위를 N형 불순물로 확산시켜 N+확산층을 형성한다.After the above process, the nitride layer of the primary trench wall is removed, and the
상기 공정후 N-형 폴리1층(13)을 트렌치 구조에 채우고 트렌치 상부의 마스크 패턴층을 제거한다음, 평탄한 공정으로 표면을 평탄화시키고, LOCOS(LOCALIZED OXIDATION OF SILICON)방법으로 트렌치 내부 전극용 폴리1층(13)의 우측 상단에 IC내부의 각각의 트렌지스터를 절연하기 위하여 절연산화막층(9)을 두께 3000Å정도로 형성한다.After the process, the N-
상기 공정후, 폴리2층(8')을 절연산화막층(9) 상부에 침착하고 좌측 P-WELL영역(15) 상부에 이동게이트 폴리2층(8)을 침착하여 게이트 전극을 형성한 다음, IPOLY층(5)을 침착하여 게이트 상부는 제거하고 열처리하여 IPOLY층(5)으로부터 N불순물을 P-WELL영역(15)으로 확산시켜 소스 및 드레인 N+영역(11 및 11')를 형성한다.After the above process, the
상기 공정후, LTO 산화막층(7)을 침착하고 일정 부분을 남기고 제거한후, 비트라인 폴리3층(5)을 침착시켜서 소스 N+영역(11)위의 IPOLY층(5)에 콘택되도록 한다음, 비트라인 폴리3층(5)의 상부에 BPSG의 도프산화막층(4)을 침착하여 금속층(3)과 비트라인 폴리3층(5)를 절연시켜 준다.After the process, the
상기 공정후, 도프산화물층(4) 상부에 워드라인 고정용 금속층(3)을 형성하여, 워드라인이 되는 폴리2층(8)을 계속적으로, 연결하는 경우 저항이 증가되어 전압강하가 발생되도록, 이러한 전압강하를 방지하기 위하여 셀의 128번째 셀마다 금속층(3)으로 폴리2층(8)에 콘택시켜서 전원을 공급하므로 전압강하되는 문제를 해결하였다.After the above process, the word line fixing metal layer 3 is formed on the
그후, 금속층 상부에 보호층(2)을 증착하여 셀을 열, 충격 및 전류등으로부터 보호한다.Thereafter, a
위와같이 공정으로 이루어진 구조가 제1도에 도시된 바와같은 SDHT 셀의 구조이다.The structure made of the above process is the structure of the SDHT cell as shown in FIG.
상기 공정후 이동게이트 폴리2층(8)을 형성하고 이동게이트 소스 및 드레인 N+영역(11 및 11')을 비트라인, 저장전극 폴리1층(13)을 연결하는 공정은 자기 정렬 콘택(SELF ALIGNED CONTACT) 공정방법으로 제2도에서 제7도를 참고하여 설명한다.After the process, the process of forming the moving
제2도는 트렌치 캐패시터 좌측의 P-WELL영역(15) 상부에 게이트 산화막(10)을 침착하고 게이트 전극용 폴리2(8)를 산화막(10)상부에 침착시킨다음, 그 상부에 LTO(LOW TEMPERATURE OXIDE) 산화막층(18)을 침착하고 에치시 LTO 산화막층(18)을 보호하며, 또한 산화공정시 산화막이 위쪽으로 성장하는 것을 막기 위해 질화막층(17)을 침착한 상태의 단면도이다.FIG. 2 deposits a
제3도는 상기의 게이트 전극 폴리2(8) 좌우측면에서 IPOLY (INTERCONNETION POLY)(5)의 누설전류를 방지하고 LDD(LOWER DOPED DRAIN)영역(20)의 N-불순물의 접합 깊이를 작게 하기 위하여 P-WELL영역(15) 상부와 게이트 전극 폴리2층(8)의 좌우면에 산화막층(19)을 형성한 다음, N-영역이 형성되도록 상기의 산화막층(19) 상부에 N형 불순물을 이온 주입하여 LDD영역(20)를 형성시켜, 이로인하여 소스 및 드레인 N+영역(11 및 11') 영역간에 역전층이 발생할때 강한 전장이 발생하여 전자가 가속화되는 것을 저농도 N-영역으로 바꾸어서 전장의 세기를 감소시켜 전자의 가속을 막아 주는 역할을 한다.3 is for preventing leakage current of the IPOLY (INTERCONNETION POLY) 5 at the left and right sides of the gate electrode poly 2 (8) and reducing the junction depth of the N-impurity of the LDD (LOWER DOPED DRAIN)
제4도는 게이트 전극 폴리2층(8)의 좌우측면에 산화막을 침착한다음 이방성 산화막 에치를 실시하여 후공정으로 형성될 IPOLY(5)로부터 N형 불순물이 LDD영역(21)안으로 확산되어 N+영역으로 변화되는 것을 보호하기 위한 스페이서(21)을 형성하고 잔여 산화막이 제거되도록 한다.4 shows an oxide film deposited on the left and right sides of the gate
또한, CMOS를 형성하기 위하여 P-MOSFET를 N-MOSFET와 동시에 만들때 P-MOSFET의 N-영역 즉 소스 및 드레인 N+영역(11 및 11')을 POLY의 N형 불순물로부터 확산되는 것을 방지하기 위하여 얇은 산화막을 성장시킨 것이 제5도이다.In addition, in order to prevent the diffusion of the N-regions of the P-MOSFETs, that is, the source and drain N +
제6도는 제4도의 게이트 전극 폴리2층(8) 상부의 질화물층(17)을 제거한후 SAC 마스크를 이용해서 NMOS영역의 산화물을 제거시키고 게이트 전극 폴리2층(8)위의 LTO 산화막층(18) 상부와 P-WELL영역(15) 상부에 IPOLY(7)를 침착하고 게이트 상부의 IPOLY(7)를 일정부분 제거한 공정으로, IPOLY(7)를 침착할때 마스크를 사용하지 않고 직접 침착함으로써 마스크 사용시에 공정장비의 오차를 보정하기 위한 최소거리를 두지 않아도 된다. 최소거리를 예를들어 X라 하면 게이트 전극 좌측면과 IPOLY(7)사이의 X, 게이트 전극 우측면과 IPOLY(7)사이의 X 및 절연산화막층(9) 상부의 게이트 전극 좌측면과 IPOLY(7) 사이의 X로 모두 3X가 되며, 워드라인쪽의 셀의 크기를 Y라 하면 셀의 축소면적은 3XY로 나타낼 수 있다.FIG. 6 shows the removal of the
제7도는 제6도에서 침착된 IPOLY(7)을 열처리 공정을 통하여 P-WELL영역(15)안으로 확산시키면 소스 및 드레인 N+영역(11 및 11')이 형성하고 셀의 두개의 게이트 상부에 IPOLY층(7)와 비트라인 폴리3(5)를 절연하기 위해 LTO 산화막층(6)을 성장시킨다음 비트라인 폴리3(5)를 침착시킨 것이다.FIG. 7 shows that when the
전술한 바와같이 게이트 전극을 형성하고 IPOLY층(7)를 침착하는 과정과 소스 및 드레인 N+영역(11 및 11')을 형성하고 LTO 산화막층(17)을 침착한후 비트라인 폴리3(5)를 침착하는 과정을 자기 정렬 콘택으로 형성한후 비트라인 폴리3층(5)와 상부에 BPSG의 도프된 산화막층(4)를 증착하여 비트라인 폴리3(5)와 상부의 금속층(3)을 절연시켜 주며, 도프산화물층(4) 상부에 워드라인 고정용 금속층(3)을 형성하여 워드라인 폴리2층(8)이 연속적으로 셀에 연결되어 전압강하가 발생되므로 셀의 127번째 까지는 폴리2층(8)으로 연결하고 128번째 셀마다 금속층(3)으로부터 직접 연결하여 전원이 공급되도록 한다. 상기 공정후 보호층(2)을 증착하여 셀이 열, 충격, 전류등으로부터 보호한다.As described above, the gate electrode is formed, the
본 발명의 동작은 트렌지스터와 캐패시터가 직렬로 연결된 단위셀로써 게이트 전극을 워드라인으로, 소스 단자가 비트라인 연결되고, 그리고 드레인 단자와 캐패시트를 직렬로 연결하고 캐패시터와 다른쪽 단자는 P+기판에 접지시킨 구조로하여 전하를 축적하거나 소거하는 동작을 할수 있다. 예를들어 NMOSFET의 구조의 캐패시터가 축적되지 않은 경우, 비트라인에 양전압, 워드라인에 양전압을 인가하면 워드라인이 게이트 단자에 양전압을 인가하여 드레인과 소스가 도통되고 비트라인이 소스단자에 양전압을 인가하여 드레인을 거쳐 캐패시터에 전하가 축적된다.The operation of the present invention is a unit cell in which a transistor and a capacitor are connected in series. The gate electrode is connected to the word line, the source terminal is connected to the bit line, and the drain terminal and the capacitor are connected in series, and the capacitor and the other terminal are connected to the P + substrate. With a grounded structure, charges can be accumulated or erased. For example, when the capacitor of the NMOSFET structure is not accumulated, if a positive voltage is applied to the bit line and a positive voltage to the word line, the word line applies a positive voltage to the gate terminal so that the drain and the source are conducted, and the bit line is the source terminal. The positive voltage is applied to the capacitor, and charge is accumulated in the capacitor through the drain.
또한, 축적된 캐패시터의 경우 워드라인에 양전압을 인가하면 게이트 단자에 연결되어 소스, 드레인 도통되고 비트라인에 양전압을 인가하면 소스단자가 드레인 단자보다 전위가 낮아서 캐패시터로부터 드레인을 거쳐 소스쪽으로 전하가 방전하여 소거된다. 따라서, 이러한 소거의 기능을 감지하여 정보를 판독할 수 있다.Also, in the case of accumulated capacitors, when a positive voltage is applied to a word line, it is connected to a gate terminal and is connected to a source and a drain. Is discharged and erased. Thus, the function of erasing can be sensed to read the information.
본 발명의 SDHT 셀은 상기의 설명과 같이 캐패시터 용량을 크게 할수 있을 뿐아니라, 자기 정렬 콘택방법을 사용하여 셀의 면적을 줄일 수 있다.The SDHT cell of the present invention can not only increase the capacitor capacity as described above, but can also reduce the area of the cell by using a self-aligned contact method.
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