KR910006750B1 - Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method - Google Patents

Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
KR910006750B1
KR910006750B1 KR1019880009189A KR880009189A KR910006750B1 KR 910006750 B1 KR910006750 B1 KR 910006750B1 KR 1019880009189 A KR1019880009189 A KR 1019880009189A KR 880009189 A KR880009189 A KR 880009189A KR 910006750 B1 KR910006750 B1 KR 910006750B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
trench
forming
layer
region
gate
Prior art date
Application number
KR1019880009189A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR900002427A (en
Inventor
정인술
Original Assignee
현대전자산업 주식회사
정몽현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대전자산업 주식회사, 정몽현 filed Critical 현대전자산업 주식회사
Priority to KR1019880009189A priority Critical patent/KR910006750B1/en
Priority to JP19038189A priority patent/JPH0715948B2/en
Publication of KR900002427A publication Critical patent/KR900002427A/en
Priority to US07/621,872 priority patent/US5200354A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR910006750B1 publication Critical patent/KR910006750B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/37DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells the capacitor being at least partially in a trench in the substrate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/01Manufacture or treatment
    • H10B12/02Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/03Making the capacitor or connections thereto
    • H10B12/038Making the capacitor or connections thereto the capacitor being in a trench in the substrate
    • H10B12/0387Making the trench

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

The trench capacitor with SDT for DRAM is manufactured by; forming a trench with polysilicon storaging a charge by reactive ion etching; forming a Pt-region by deposition the doped oxide in the inner side of the trench; forming a drain region on the upper side of the trench, followed by forming a source region isolated with fixed space; forming a titanium salicide layer to connect the charge storage electrode with the gate; forming a field oxide layer at residual part of the trench; forming a gate electrode with a first polycide layer followed by deposition the oxide layer on the electrode to insulate; forming a second polycide layer followed by forming oxide layer and protective layer.

Description

SDT 셀 구조로 이루어진 트렌치 캐패시터 셀 및 그 제조방법Trench capacitor cell composed of SDT cell structure and manufacturing method thereof

제1도는 본 발명에 따라 D RAM의 단위 셀인 SDT상에 트랜치 캐패시터를 형성시킨 단면도.1 is a cross-sectional view of a trench capacitor formed on an SDT which is a unit cell of a D RAM according to the present invention.

제2도는 본 발명에 의한 SDT 셀의 레이아웃트의 20,000배율도.2 is a 20,000 magnification of the layout of an SDT cell according to the present invention.

제3도는 제1도의 SDT 셀 구조의 트렌치 캐패시터 용량을 산출하기 위한 트렌치 구조도.3 is a trench structure diagram for calculating the trench capacitor capacity of the SDT cell structure of FIG.

제4도는 본 발명에 의한 SDT 셀의 공정 최종 불순물 분포도.4 is a process final impurity distribution diagram of the SDT cell according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : SDT 셀 2 : 트렌치1: SDT Cell 2: Trench

3 : 캐패시터 산화막 4 : P+도핑영역3: capacitor oxide film 4: P + doped region

5 : 드레인영역 6 : 소스영역5: drain area 6: source area

7 : 스페이서(SPACER) 8 : 필드 산화물층(FOX)7 spacer SPACE 8 field oxide layer (FOX)

9 : 티타늄 샐리사이드층 10 : LTO 절연층9: titanium salicide layer 10: LTO insulating layer

11 및 11' : 제1 및 제2폴리사이드층 12 : 도프산화막11 and 11 ': first and second polyside layers 12: dope oxide film

13 : 보호막13: protective film

본 발명은 반도체 고집적 기억소자의 캐패시터영역이 SDT 셀 (SIDE WALL DOPED TRENCH CELL) 구조로 형성된 트렌치 캐패시터 셀에 관한 것으로, 특히 실리콘 기판을 이방성 에칭하여 3차원적인 구조를 갖는 SDT 셀 구조로 이루어진 트렌치 캐패시터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a trench capacitor cell in which a capacitor region of a semiconductor highly integrated memory device is formed of a SDT cell structure. In particular, a trench capacitor comprising an SDT cell structure having an three-dimensional structure by anisotropically etching a silicon substrate. It is about.

종래의 C RAM 소자는 캐패시터영역을 평판 셀(PLANAR CELL)구조로 형성시켰기 때문에, 셀 사이즈가 크게되어 효과적인 D RAM 소자의 제작이 어려웠다. 따라서 종래에는 이를 해결하기 위하여, 캐패시터의 구조가 3차원적인 구조를 갖는 트렌치 캐패시터나 적층 캐패시터 셀 구조를 개발하여 CCC 구조나 BSE 구조 또는 SPT 구조등을 사용하여 제조하였으나, 첫째, CCC구조에서는 셀 사이즈가 너무크고 P-WELL 농도가 너무 높아 N MOSFET의 전기적 특성중 BODY EFFECT가 큰 단점이 있었고, 역시 이 단점을 해결한 구조인 BSE 구조에서는 도프된 폴리 실리콘이 저장 전극으로 작용하는 내부전하저장(INSIDE CHARGE STORAGE)원리이기 때문에 셀과 셀간의 누설전류가 거의 없고 셀 사이즈가 작은 장점도 있으나, N MOSFET로 형성되기 때문에전력손실이 매우크로 에피텍셜층의 구조를 사용해야 하며 버리드 콘텍트(BURRIE CONTACT)으로 인한 공정상의 문제점이 있었다. 또한, 상기 BSE 구조의 단점을 개선시킨 SPT 구조에서는 T형의 트렌치를 사용하여 절연영역 내에도 캐패시터를 형성하여, 캐패시터간의 거리를 최소화하고 스프트에러 비율(SER)이 감소되며, 노이즈를 줄일수 있는 장점이 있었으나, 이 구조에서는 고가의 불순물 이온 주입장비를 필수적으로 사용해야 하는 문제와 에피텍셜 기판을 사용해야 하는 문제가 있어 경제적이지 못했다.In the conventional C RAM device, since the capacitor region is formed in a planar cell structure, it is difficult to manufacture an effective D RAM device due to the large cell size. Accordingly, in order to solve this problem, a trench capacitor or a stacked capacitor cell structure having a three-dimensional structure of a capacitor was developed and manufactured using a CCC structure, a BSE structure, or an SPT structure. Is too large and the P-WELL concentration is too high, so the BODY EFFECT has a big disadvantage among the electrical characteristics of N MOSFET.In the BSE structure, which solves this disadvantage, the doped polysilicon acts as a storage electrode. CHARGE STORAGE) Principle is that there is little leakage current between cell and cell size is small, but because it is formed by N MOSFET, power loss is very large and epitaxial layer structure should be used, and as BURRIE CONTACT There was a problem in the process. In addition, in the SPT structure, which improves the disadvantages of the BSE structure, a capacitor is formed even in an insulating region by using a T-type trench, thereby minimizing the distance between the capacitors, reducing the SER, and reducing noise. Although there was an advantage in this structure, it was not economical because there was a problem of using an expensive impurity ion implantation equipment and an epitaxial substrate.

따라서, 본 발명에서는 상기 단점을 해소하고 셀 사이즈를 효과적으로 줄이며, 에피텍셜 기판을 사용하는 대신 트렌치 하부에 P+영역을 형성하여 유효 캐패시턴스 값을 증대시키고 트렌치 내부에 전하를 저장할 수 있는 SDT 셀 구조의 트렌치 캐패시터 셀을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention eliminates the above disadvantages and effectively reduces the cell size, and instead of using an epitaxial substrate, an P + region is formed in the lower portion of the trench to increase the effective capacitance value and to store the charge in the trench. The purpose is to provide a trench capacitor cell.

본 발명에 의한 D RAM 소자의 캐패시터 셀에 의하면, 첫째, 전하 저장형태가 트렌치내의 폴리실리콘에 저장되어 질수 있는 내부전하 저장방법을 사용하였으므로 4M BITS급 이상의 D RAM 제품에도 사용되어 질수 있으며, 둘째, 전력소모를 줄이기 위하여 CMOS 처리를 사용하고, 셋째, 위의 두조건을 만족할 수 있는 셀 구조일 경우 유효용량값이 손실없이 N-WELL을 형성하기 위해서는 반드시 고에너지 수행장비를 사용하여야 하는 문제점을 본 발명에 의해 해결할 수 있는 구조이며, 넷째, 유효용량값의 손실도 없고 또한 고에너지 수행장비로 사용하지 않으면서 CMOS 처리를 가능하도록 하기 위해서는 유효용량값을 결정지우는 트렌치 측벽 부분만을 고농도의 BORON으로 선택적인 방법에 의해 도핑처리하고, 다섯째, 이동게이트(TRANSFER GATE)의 드레인영역과 트렌치 캐패시터의 저장 전극을 연결해 주고 또한 MOSFET 소자의 속도를 개선해 주기 위하여 샐리사이드 처리를 사용하였으며, 여섯째, 트렌치 캐패시터의 유효면적을 최대로 하기 위하여 절연영역까지 트렌치 캐패시터를 형성하고, 일곱째, 내부 전하저장방법을 사용하기 때문에 소프트에러 IMMUNITY가 양호하다.According to the capacitor cell of the D RAM device according to the present invention, first, since the charge storage form uses an internal charge storage method that can be stored in the polysilicon in the trench, it can be used in D RAM products of 4M BITS or more. CMOS processing is used to reduce power consumption. Third, in case of a cell structure that satisfies the above two conditions, high energy performance equipment must be used to form N-WELL without losing effective capacity. In order to solve the problem by the invention, and fourthly, in order to enable CMOS processing without loss of effective capacity and high energy performance equipment, only the trench sidewall portion that determines the effective capacity is selected as high concentration BORON. The doping process by the conventional method, and fifthly, the drain region and the trench cache of the transfer gate. In order to connect the storage electrodes of the sheeter and to improve the speed of the MOSFET device, the salicide process was used. Sixth, to maximize the effective area of the trench capacitor, a trench capacitor was formed up to the insulating region. Soft error IMMUNITY is good because it uses.

한편, 상기 선택적인 방법에 의해 도핑처리하는 데에 있어서, 고농도의 BORON으로 유효 캐패시턴스 값을 결정지는 트렌치 측벽 부분만을 도핑처리하는 방법에 이용되는 BORON의 도프원(DOPANT SOURCE)으로는 BSG(BOROSILICA GLASS)필름을 사용하거나 BN(BORN-NITRIDE)웨이퍼를 사용할 수가 있는데, 이때 두 도프원중 어느 것이 더 좋은지는 BORON 의 농도조절이 용이하고 균일하게 도핑되어 질수 있는 정도에 따라 결정되어야 한다.On the other hand, in the doping treatment by the above-mentioned selective method, the BORON DOPANT SOURCE used for the method of doping the trench sidewall portion which determines the effective capacitance value by the high concentration of BORON is BSG (BOROSILICA GLASS). Film or BN (BORN-NITRIDE) wafer can be used. Which of the two dope sources is better should be determined according to the degree that BORON concentration can be easily controlled and uniformly doped.

그러나 이러한 선택적 방법에 의한 측벽 도핑방법 사용시 가장 중요한 문제는 트렌치 측벽도핑된 고농도의 BORON이 추후 열처리에 의해서 계속 확산되어 이동게이트의 특성에 영향을 미칠 수가 있기 때문에(특히 이동게이트의 드레인영역과 측벽도핑영역과의 REACH-THROUGH 블렉다운 현상)측벽도핑시 원하는 측벽 부분만 선택적으로 도핑되어져야 한다.However, the most important problem when using the sidewall doping method by the selective method is that the high concentration of the trench sidewall doped BORON can be continuously diffused by heat treatment and affect the characteristics of the moving gate (especially the drain region and sidewall doping of the moving gate). REACH-THROUGH breakdown with the area) Only the desired sidewall portions should be selectively doped when doping sidewalls.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 따라 D RAM상에 SDT 셀 구조의 캐패시터를 형성시킨 단면도로서 그 제작과정은 다음과 같다. 먼저, P형 실리콘 기판상에 RIE 에칭기술에 의해 트렌치(2)를 형성하고, 트렌치 벽면에 포토레지스터 에치백 기술을 사용하여 선택적 불순물 도핑법에 의해 P+기판(4) 전극영역을 형성한다.1 is a cross-sectional view of a capacitor having an SDT cell structure formed on a D RAM according to the present invention. First, a trench 2 is formed on a P-type silicon substrate by RIE etching, and a P + substrate 4 electrode region is formed on the trench wall by selective impurity doping using a photoresist etch back technique.

다음으로 트렌치 캐패시터 산화막(3)을 성장시킨 후, 전하저장 전극을 형성하기 위해 N형 도프된 폴리실리콘을 채우고 평탄화 기술에 의해 표면을 평탄화시킨 후, 로코스(LOCOS) 기술로 절연영역인 필드산화물층(8)을 형성하여 LDD 구조의 이동게이트를 만들었다. 이때, 이동게이트의 드레인영역과 전하저장 전극을 연결시켜 주고, 게이트 전극의 저항을 줄이며 또한, 소오스 및 드레인영역의 저항을 줄이기 위해 이 영역에 티타늄샐리사이드층(9)을 형성시켰다. 비트라인인 폴리사이드층(11')과의 절연층 역할을 위해 LTO 절연층(10)을 증착하고 텅스텐 폴리사이드층을 형성한 뒤, 도프된 산화막(12)을 증착하며 마지막으로 보호막(13)을 형성시켰다.Next, after the trench capacitor oxide film 3 is grown, the N-doped polysilicon is filled to form a charge storage electrode, and the surface is planarized by a planarization technique, and then a field oxide which is an insulating region by LOCOS technique. The layer 8 was formed to make a moving gate of LDD structure. At this time, the titanium salicide layer 9 was formed in this region in order to connect the drain region of the moving gate and the charge storage electrode, reduce the resistance of the gate electrode, and reduce the resistance of the source and drain regions. The LTO insulating layer 10 is deposited to form an insulating layer with the polyline layer 11 ′, which is a bit line, and a tungsten polyside layer is formed. Then, the doped oxide layer 12 is deposited, and finally, the protective layer 13. Was formed.

이상과 같이 구성시킨 본 발명의 SDT 셀 구조에 의하면, 4M D RAM급 이상의 기억소자에 이용할 수 있는 트렌치 캐패시터의 셀 구조로써 다음과 같은 특징이 있다.According to the SDT cell structure of the present invention configured as described above, the cell structure of the trench capacitor which can be used for 4M D RAM class or more memory device has the following characteristics.

1) 전하 저장 형태가 트렌치 내의 폴리실리콘에 저장되는 방법이기 때문에 CAP TO CAP LEAKAGE를 줄일 수 있으며, 2) EPI/P+기판 구조의 기판을 사용하지 않고서도 트렌치 저장 용량값을 증대시킬 수 있으며, 3) 전력소모를 줄이기 위하여 CMOS 공정을 고에너지 이온주입 장비를 사용하지 않고서도 가능하며, 4) 트렌치 외벽의 고농도영역을 선택적으로 확산하기 위하여 고농도의 불순물을 포함하는 BSG 박막기술과 감광물질(P/R) 에칭백 기술을 사용하며, 5) 게이트와 트렌치 내의 폴리실리콘 전극을 연결하여 주기 위하여 Ti 샐리사이드 공정을 이용하여 그 대체기술 방법으로 마스크층을 사용하여 이 연결부위의 산화막을 에치하여 트렌치 내의 도프된 폴리실리콘과 드레인 영역위에 N형 폴리실리콘을 사용하여 연결시킬 수 있다.1) It is possible to reduce the CAP TO CAP LEAKAGE because the charge storage type is stored in polysilicon in the trench. 2) The trench storage capacity can be increased without using the EPI / P + substrate structure. 3) CMOS process can be done without using high energy ion implantation equipment to reduce power consumption. 4) BSG thin film technology and photosensitive material (PSG) containing high concentration of impurities to selectively diffuse high concentration region of trench outer wall. / R) using etching back technology, and 5) using the Ti salicide process to connect the gate and the polysilicon electrode in the trench. N-type polysilicon may be connected to the doped polysilicon and the drain region in the interior.

제2도는 본 발명에 따른 SDT 셀(1)의 레이아웃트로서, 20,000배의 배율로 확대시킨 것이다. 참고로 설계규칙을 살펴보면,2 is a layout of the SDT cell 1 according to the present invention, which is enlarged at a magnification of 20,000 times. If you look at the design rules,

oACTIVE : 폭=1.8㎛, 공간=1.0㎛, TO POLY2=0.1㎛oACTIVE: Width = 1.8㎛, Space = 1.0㎛, TO POLY2 = 0.1㎛

o폴리 2 : 폭=1.2㎛, 공간=1.0㎛Poly 2: width = 1.2 μm, space = 1.0 μm

oDC : 크기=1×1㎛2, TO ACTIVE=0.4㎛, TO POLYCIDE=0.5㎛, TO POLY2=0.5㎛DC: Size = 1 × 1 μm 2 , TO ACTIVE = 0.4 μm, TO POLYCIDE = 0.5 μm, TO POLY2 = 0.5 μm

oBNC : 크기=1×1㎛2, TO TRENCH=0.3㎛, TO POLY=0.3㎛, TO ACTIVE=0.1㎛BNC: Size = 1 × 1 μm 2 , TO TRENCH = 0.3 μm, TO POLY = 0.3 μm, TO ACTIVE = 0.1 μm

o폴리사이드 : 폭=1.4×2㎛2, 공간=1.1㎛Polyside: width = 1.4 × 2 μm 2 , space = 1.1 μm

o트렌치 : 크기=1.4×2.1㎛2, TO ACTIVE OVERLAP=0.8㎛, TO TRENCH=1㎛o trench: Size = 1.4 × 2.1㎛ 2 , TO ACTIVE OVERLAP = 0.8㎛, TO TRENCH = 1㎛

제3도는 제1도의 트렌치(2)를 발췌하여 확대 도시한 도면으로서, 이의 저장 용량을 해석학적으로 계산하기 위하여 직육면체 트렌치 캐패시터 구조로 가정하였다. 여기서 참고로 본 발명에 예시된 트렌치(2) 구조의 규격, 저장 전압 및 필드영역의 표면농도를 살펴보면 다음과 같다.FIG. 3 is an enlarged view of the trench 2 of FIG. 1, which is assumed as a cuboid trench capacitor structure in order to analytically calculate its storage capacity. Referring to the specification, the storage voltage and the surface concentration of the field region of the trench 2 structure illustrated in the present invention for reference as follows.

트렌치(2) : 크기=1.4×2.1㎛2 Trench (2): Size = 1.4 × 2.1㎛ 2

CAP·OX두께=180ÅCAP and OX thickness = 180 mm

저장 전극의 전압=5VVoltage of storage electrode = 5V

기판 전극의 전압=-2VVoltage of board electrode = -2V

트렌치(2) 깊이=5㎛Trench (2) depth = 5㎛

필드영역의 표면농도=5 E 16cm-3 Surface concentration of field area = 5 E 16cm -3

P+측벽 표면농도=2 E 19cm-3 P + sidewall surface concentration = 2 E 19cm -3

N+POLY-SI 농도=1 E 20cm-3 N + POLY-SI concentration = 1 E 20 cm -3

따라서, 제1도의셀(1)의 저장용량값 Cs는 다음과 같이 주어진다.Therefore, the storage capacity value Cs of the cell 1 of FIG. 1 is given as follows.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

여기서 C1은 사이드웰 도핑(SIDE-WELL DOPING)되지 않은 영역 d의 용량, C2은 사이드웰 도핑(SIDE-WELL DOPING)된 영역(4)의 용량, Cj은 이동게이트의 드레인영역(6)에서 발생하는 접합용량, 그런데 위에서 가정한 전압이 걸리게 되면 C1과 C2 값은 다음과 같은 유효 용량으로 정의된다.Where C1 is the capacity of the side-well doped region d, C2 is the capacity of the side-well doped region 4, Cj is generated in the drain region 6 of the moving gate. When the applied capacitance is applied, but C1 and C2 values are defined as the effective capacitance as follows.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

Figure kpo00003
Figure kpo00003

여기서 Cnp 값은 전압이 걸릴 때 n+도프 폴리실리콘 쪽으로 공핍되는 공핍용량 값이 되며 Cox 값은 캐패시터 산화물 두께 Dd에 의한 용량값이고 Cd의 값은 벌크(Bulk)쪽으로 발생하는 공핍용량값이다.The Cnp value is a depletion capacity value depleted toward n + dope polysilicon when a voltage is applied, the Cox value is a capacitance value due to the capacitor oxide thickness Dd, and the value of Cd is a depletion capacity value generated toward the bulk side.

이들 식을 종합하면 다음 식으로 주어진(단, Cj는 무시)Taken together, these expressions are given by the following equations, but Cj is ignored:

Figure kpo00004
Figure kpo00004

Figure kpo00005
Figure kpo00005

상기 식에서 , , 및 값을 각각 구하면 다음과 같다.In the above formula,,, and values are obtained as follows.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

Figure kpo00007
Figure kpo00007

Figure kpo00008
Figure kpo00008

Figure kpo00009
Figure kpo00009

따라서 저장 용량값 Cs는Therefore, the storage capacity value Cs

Figure kpo00010
이 된다.
Figure kpo00010
Becomes

그러므로 본 발명에 의한 SDT 셀(1) 구조의 저장 용량값은 드레인영역(6)의 접합 용량값을 무시한 경우 약 50pF 정도가 된다.Therefore, the storage capacitance of the structure of the SDT cell 1 according to the present invention is about 50 pF when the junction capacitance of the drain region 6 is ignored.

다음, SDT 셀(1) 구조에 대한 공정 시뮬레이션에 관한 설명으로서, SDT 셀(1) 구조의 가장 큰 문제는 트렌치 캐패시터의 측벽상에 고농도의 BORON을 선택적으로 DOPING하는 방법인데, 이 방법에 대한 정확한 공정조건을 설정하기 위하여 1차원적 공정 시뮬레이터인 SUPREM3와 2차원적 공정 시뮬레이터인 SUPRA를 사용하여, BSG 막(12)의 선택적 에치백 앤드 포인트(ETCH-BACH END POINT)값 결정, BSG막(12)의 침착 및 드라이브-인 최적 공정조건을 시뮬레이션하였다.Next, as a description of the process simulation of the structure of the SDT cell 1, the biggest problem of the structure of the SDT cell 1 is a method of selectively doping a high concentration of BORON on the sidewall of the trench capacitor. In order to set the process conditions, the selective etch back and point value of the BSG film 12 is determined using SUPREM3, a one-dimensional process simulator, and SUPRA, a two-dimensional process simulator. Deposition and drive-in optimum process conditions were simulated.

먼저 접합부 블렉다운 전압을 고려해보면, 제1도의 SDT 셀(1) 구조의 단면도에서도 알 수 있듯이, 이동게이트의 드레인영역(6)과 트렌치(2)의 측벽도핑된 고농도의 BORON과는 서로 역방향 전압이 인가되기 때문에, 이 부위의 접합에서 블랙다운이 발생하게 될 우려가 있다. Si에서 블랙다운이 발생한 조건은 Si내의 불순물 농도가 Na라면, 공핍영역에서 전기장 E 값이 Ecrit 값에 도달할때의 조건(단 평판형 접합으로 가정)인데 다음식으로부터 Ecrit 값을 구할 수 있다.First, considering the junction breakdown voltage, as shown in the cross-sectional view of the structure of the SDT cell 1 of FIG. 1, the high voltage BORON of the drain region 6 and the sidewalls of the trench 2 of the moving gate are opposite to each other. Since this is applied, there is a fear that blackdown will occur at the junction of this site. The condition in which blackdown occurred in Si is a condition when the electric field E reaches an Ecrit value in the depletion region if the impurity concentration in Si is Na (assuming flat plate junction). The Ecrit value can be obtained from the following equation.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

만약 측벽도핑된 BORON이 드레인(6)과의 접합부분까지 확산되지 않았다면, 윗식에서 Na 값은 P-WELL 농도 2×1016cm-3이므로 Ecrit=4.4×105V/cm이며, 최악의 경우 측벽도핑된 BORON이 접합부분에 까지 영향을 미쳤다고 볼 경우 Na=1 E 18cm-3이므로, 이때의 Ecrit=1.2×106V/cm 정도이다.If the sidewall-doped BORON did not diffuse to the junction with the drain 6, the Na value in the equation above is P-WELL concentration 2 × 10 16 cm -3 , resulting in Ecrit = 4.4 × 10 5 V / cm. When the sidewall-doped BORON influenced the junction, Na = 1 E 18cm -3, so Ecrit = 1.2 × 10 6 V / cm.

그러면 Na가 2 E 16cm-3일때와 1 E 18cm-3일때의 블렉다운 전압값을 14V(접합부 블레다운 전압 이상으로 설정하기 위하여) 이상 유지하기 위한 최소의 공핍폭은 각각 0.32㎛, 0.12㎛이므로 드레인영역(6)과 측벽도핑영역의 접합부의 블렉다운 전압을 14V 이상으로 유지하기 위해서는 2 E 16cm-3농도 분포가 최소한 0.4㎛ 이상의 거리만 확보해주면 된다.Then, the minimum depletion width to maintain the bladder voltage value of 14 V (to set above the junction bladder voltage) at 2 E 16cm -3 and 1 E 18cm -3 is 0.32㎛ and 0.12㎛, respectively. In order to maintain the bladder voltage of the junction between the drain region 6 and the sidewall doping region at 14 V or more, a distance of 2E 16 cm -3 concentration distribution needs to be at least 0.4 µm or more.

Figure kpo00012
Figure kpo00012

다음, 드레인 접합 깊이를 고려해보면, SDT 셀(1) 구조의 이동게이트 NMOSFET는 소스 대 드레인영역(5 및 6)이 샐리사이드 처리를 이용하기 때문에 샐리사이드 형성시 Si과 Ti이 반응하여 이들의 용량 비율(VOLUME RATIO)만큼 Si영역의 침식하기 때문에, 너무 적은 접합 깊이는 소스 대 드레인 접합부의 블렉다운 전압값을 약화시킬 수가 있으므로, 기존의 As에 의한 소스 대 드레인영역 접합부분은 너무 적기 때문에 As+Ph를 사용하여 Xj=0.35㎛로 등급된 접합(GRADED JUNDTION)를 형성하여Next, considering the drain junction depth, since the source-to-drain regions 5 and 6 use salicide treatment in the mobile gate NMOSFET of the SDT cell 1 structure, Si and Ti react with each other in the formation of salicide. As the erosion of the Si region by the ratio (VOLUME RATIO), too small junction depth can weaken the bladder voltage value of the source-to-drain junction, so that the source-to-drain region junction by As is so small that As + Ph is used to form a GRADED JUNDTION with Xj = 0.35 μm

Xj=0.35㎛……………………………………………(13)가 된다.Xj = 0.35 mu m. … … … … … … … … … … … … … … … … (13).

한편, 측벽 확산에 다른 문제점을 살펴보면, SUPREM3 및 SUPRA 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 BSG 막(12)이 최적 BORON의 농도, 최적 드라이브 인 조건 및 최종 트렌치 측벽 도핑된 BORON의 불순물 분포 등을 조사하는데 있어서, 이때 BORON의 최종 불순물 분포의 최적 결정은 다음 두가지의 조건을 만족해야 한다. 첫째로 유효 용량값을 증가시키기 위하여 트렌치 측벽의 인터페이스에서 최종 BORON의 종도는 2 E 19cm-3이 되어야하고, 둘째로 BSG 에치백 앤드 포인트 지점으로부터 최소의 확산이 되어야 한다는 점이다.On the other hand, the other problems in the sidewall diffusion, using the SUPREM3 and SUPRA simulation program to investigate the BSG film 12, the optimal concentration of the BORON, the optimum drive-in conditions and the impurity distribution of the final trench sidewall doped BORON, etc. The optimal determination of the final impurity distribution of BORON must satisfy the following two conditions. Firstly, to increase the effective capacitance value, the final BORON at the interface of the trench sidewall should be 2 E 19 cm -3 , and secondly, the minimum spread from the BSG etch back end point.

위의 두가지 조건은 BSG 막(12) 침착공정시 함유된 BORON의 농도 및 BSG 막(12) 드라이브 인 처리시의 온도와 시간 등에 의하여 결정되는데 시뮬레이션 결과 최적의 조건은 다음과 같다.The above two conditions are determined by the concentration of BORON contained in the BSG film 12 deposition process and the temperature and time of the BSG film 12 drive-in treatment. The optimum conditions of the simulation result are as follows.

BSG 막(12) 침착고정시, BORON 함량은 1 E 21 내지 5 E 21cm-3정도이며, 이때 너무 낮게되면 유효 용량의 감소를 초래하고, 너무 높게되면 드라이브 인 처리 후 최종 확산 거리가 너무 크게되어, 접합부 블렉다운 전압특성이 약화된다. 또한 BSG 막(12) 드라이브 인 조건은 920℃ 내지 950℃의 온도 범위내에서 약 30분 정도의 시간이면 된다.When the BSG membrane 12 is fixed, the BORON content is about 1 E 21 to 5 E 21 cm -3 , where too low results in a reduction of the effective capacity, and when too high, the final diffusion distance after the drive-in treatment becomes too large. Therefore, the junction breakdown voltage characteristic is weakened. In addition, the BSG film 12 drive-in conditions may be about 30 minutes in the temperature range of 920 degreeC-950 degreeC.

이런 조건하에 시뷸레이션된 최종 트렌치(2) 측벽 확산거리는 윗쪽으로 0.8-1.1㎛ 정도인데 이때 P-WELL을 사용하게 되면 윗쪽으로의 확산거리를 보다 줄일 수 있다.Under these conditions, the diffusion distance of the sidewalls of the final trench 2 is 0.8-1.1 μm upward, and the use of P-WELL can further reduce the diffusion distance upward.

참고로 BSG 막(12) 드라이브 인 처리시 BORON의 농도 조절을 하기 위하여 조사된 시험 웨이퍼상의 공정 최적조건 목표는 시트 저항이 100-250Ω, 접합 깊이가 0.2-0.3㎛ 정도이면 된다.For reference, the process optimum target on the test wafer irradiated to adjust the concentration of BORON during the BSG film 12 drive-in treatment may be 100-250 Ω and 0.2-0.3 μm of the junction depth.

위에서 언급한 공정의 최적 조건으로, SUPRA를 이용하여 시뮬레이션한 본 발명에 의한 단위 CELL의 최종 불순물 분포의 3차원적 그림은 제4도에 도시된 바와 같이 된다.As the optimum conditions of the above-mentioned process, the three-dimensional picture of the final impurity distribution of the unit CELL according to the present invention simulated using SUPRA is shown in FIG.

따라서, 상술한 바와같은 사항을 종합해보면 실제 공정시 BSG 막(12)의 선택적 측벽도핑을 하기 위하여 요구되는 BSG 막(12) 에치백 앤드 포인트의 값을 결정할 수 있다.Therefore, in the light of the above-described matters, it is possible to determine the value of the BSG film 12 etch back end point required for selective sidewall doping of the BSG film 12 in the actual process.

앤드 포인트의 값= Xjn+Wd+DsEnd point value = Xjn + Wd + Ds

여기서 Xjn : 드레인 접합 깊이Where Xjn: drain junction depth

Wd : 14V 이상의 블렉다운 전압을 얻기 위한 공핍의 폭Wd: width of depletion to achieve a breakdown voltage of 14V or higher

Ds : 공정조건에 따라 결정되는 측벽 확산의 상측거리Ds: Upper distance of sidewall diffusion determined by process conditions

앞으로 구한 가장 좋은 경우의 앤드 포인트 값은 0.35+0.4+(0.8 또는 1.1)이므로 약 1.5-1.8㎛ 정도이면 된다. 따라서, BSG 막 에치백 앤드 포인트의 값은 대략 1.5-1.8㎛으로 나온다.In the best case, the end point value is 0.35 + 0.4 + (0.8 or 1.1), so it is about 1.5-1.8 μm. Thus, the value of the BSG film etch back end point is approximately 1.5-1.8 μm.

물론 이렇게 설정된 값은 해석학적 계산 및 시뮬레이터 결과에 근거를 두고 설정한 것으로 본 발명의 요지를 설명하기 위해 산출된 것임은 두말할 필요가 없다.It goes without saying that the values set in this way are set based on the analytical calculations and simulator results, and are calculated to explain the gist of the present invention.

Claims (2)

D RAM 반도체 고집적소자의 트렌치 캐패시터 셀에 있어서, 실리콘 기판상에 RIE 에칭을 하여 그 내부에 전하를 저장하는 폴리실리콘을 저장시킨 트렌치를 형성시키고, 상기 트렌치 내부에 도프 산화물을 침착하여 P+영역을 형성시키며, 상기 트렌치 상부 외벽에 게이트의 드레인 영역을 형성시키는 한편 이 영역에 일정간격으로 이격된 측면에 소스영역을 형성시키고, 상기 전하 저장 전극과 게이트를 연결하기 위하여, 티타늄 샐리사이드 침착에 의해 상기 트렌치 상부 중간부분 및 상기 게이트의 드레인 영역상에 티타늄 샐리사이드층을 형성하는 한편, 상기 트랜치 상부 잔여부분상에는 절연층으로서 필드 산화물층을 형성시키며, 상기 필드 산화물층과, 상기 드레인 및 소스 영역의 이격부분상에는 상부에 티타늄 샐리사이드층이 형성되어 제1폴리사이드층인 게이트 전극을 각각 형성시키고, 상기 제1폴리사이드층을 산화물층으로 절연시킨 상태에서 형성시킨 제2폴리사이드층을 형성하고 그위에 도프 산화물층과 보호층으로 형성된 것을 특징으로 하는 SDT 셀 구조로 이루어진 트렌치 캐패시터 셀.In a trench capacitor cell of a D RAM semiconductor highly integrated device, a trench is formed on the silicon substrate by RIE etching to store a polysilicon storing charge therein, and a dope oxide is deposited inside the trench to form a P + region. Forming a drain region of a gate on the outer upper wall of the trench while forming a source region on a side spaced at regular intervals in this region, and connecting the charge storage electrode and the gate by the titanium salicide deposition. A titanium salicide layer is formed on the trench upper middle portion and the drain region of the gate, while a field oxide layer is formed on the remaining upper portion of the trench as an insulating layer, and the field oxide layer is spaced apart from the drain and source regions. Titanium salicide layer is formed on the upper portion of the first poly yarn An SDT cell structure formed by forming a gate electrode, which is a rare layer, and a second polyside layer formed with the first polyside layer insulated from the oxide layer, and formed of a dope oxide layer and a protective layer thereon. Trench capacitor cell consisting of. D RAM 반도체 고집적소자의 트렌치 캐패시터 셀 제조공정에 있어서, 반도체 기판상에 RIE 에칭에 의해 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치에 사진식각법에 P+영역을 형성한 다음 트렌치 내부에 전하 저장 전극 물질을 채우는 단계와, 상기 트렌치 상부 외벽에 게이트 드레인 영역과 이에 일정간격으로 이격된 측면에 소스영역을 형성하는 단계와, 상기 전하 저장 전극과 게이트를 연결하기 위하여 상기 트렌치 상부와 드레인 영역상에 티타늄 샐리사이드층을 형성하고, 상기 트렌치 상부 잔여 부분상에 필드 산화물 절여층을 형성하는 단계와 상기 필드 산화물층과 상기 드레인 및 소스 영역의 이격부분상에 제1폴리사이드층을 형성하고, 산화물 절연층을 형성한 다음, 제2폴리사이드층을 형성하여, 그위에 도프 산화물을 형성한 후 보호층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 SDT 셀 구조의 트렌치 캐패시터 셀 제조공정.A trench capacitor cell manufacturing process of a D RAM semiconductor integrated device, comprising: forming a trench on a semiconductor substrate by RIE etching, forming a P + region in the trench by photolithography, and then forming a charge storage electrode material in the trench Filling a gap; forming a source region on a gate drain region and a side surface spaced apart from the trench upper outer wall; and a titanium sally on the trench and drain regions to connect the charge storage electrode and the gate. Forming a side layer, forming a field oxide scavenger layer on the remaining portion of the trench, and forming a first polyside layer on the spaced portion of the field oxide layer and the drain and source region, and forming an oxide insulating layer. And then forming a second polyside layer to form a dope oxide thereon to form a protective layer. A trench capacitor cell manufacturing process of an SDT cell structure, comprising the steps of:
KR1019880009189A 1988-07-22 1988-07-22 Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method KR910006750B1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019880009189A KR910006750B1 (en) 1988-07-22 1988-07-22 Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method
JP19038189A JPH0715948B2 (en) 1988-07-22 1989-07-21 DRAM cell and method of manufacturing the same
US07/621,872 US5200354A (en) 1988-07-22 1990-12-04 Method for manufacturing dynamic random access memory cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019880009189A KR910006750B1 (en) 1988-07-22 1988-07-22 Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR900002427A KR900002427A (en) 1990-02-28
KR910006750B1 true KR910006750B1 (en) 1991-09-02

Family

ID=19276313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019880009189A KR910006750B1 (en) 1988-07-22 1988-07-22 Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR910006750B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
KR900002427A (en) 1990-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5620912A (en) Method of manufacturing a semiconductor device using a spacer
US5336912A (en) Buried plate type DRAM
KR100338462B1 (en) Device manufacturing method comprising self-amplifying dynamic MOS transistor memory cells
US5716862A (en) High performance PMOSFET using split-polysilicon CMOS process incorporating advanced stacked capacitior cells for fabricating multi-megabit DRAMS
US7494850B2 (en) Ultra-thin logic and backgated ultra-thin SRAM
US20060049467A1 (en) Body-tied-to-source MOSFETs with asymmetrical source and drain regions and methods of fabricating the same
US7326986B2 (en) Trench memory
CN101326632B (en) Semiconductor device and manufacture method thereof
US5324680A (en) Semiconductor memory device and the fabrication method thereof
US8557657B1 (en) Retrograde substrate for deep trench capacitors
US5200354A (en) Method for manufacturing dynamic random access memory cell
JPH04233272A (en) Dluble-trench semiconductor memory structure and its manufacture
US6953961B2 (en) DRAM structure and fabricating method thereof
CN208256618U (en) Semiconductor devices
CN114639728B (en) Semiconductor structure and manufacturing method thereof
US20220181328A1 (en) Method for fabricating semiconductor memory device with buried capacitor and fin-like electrodes
KR910006750B1 (en) Trench capacitor semiconductor device and manufacturing method
US9425275B2 (en) Integrated circuit chips having field effect transistors with different gate designs
US7091546B2 (en) Semiconductor memory with trench capacitor and method of fabricating the same
TWI527195B (en) Asymmetrcially stressed field effect transistor in dynamic cell
US6838866B2 (en) Process for measuring depth of source and drain
US7320912B2 (en) Trench capacitors with buried isolation layer formed by an oxidation process and methods for manufacturing the same
US8349719B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
CN113594161B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20240196597A1 (en) Memory device having ultra-lightly doped region and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20050822

Year of fee payment: 15

LAPS Lapse due to unpaid annual fee