KR100431739B1 - Method of forming capacitor in memory device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체소자의 캐패시터 제조방법에 관한 것으로, 희생막 증착시 2 단계, 즉 첫 번째는 비도핑된 희생막을 증착하고, 두 번째로는 도핑된 산화막을 증착하여, 후속 열공정에 의하여 도핑된 산화막에 있는 도펀트(dopant)의 확산(diffusion)에 의해 폴리실리콘 하부전극의 상부 부근의 비도핑된 폴리실리콘(undoped polysilicon)을 도핑된 폴리실리콘(doped polysilicon)으로 변환시켜서 MPS가 성장 되는 것을 억제함으로써 캐패시터간의 단락과 CD(Critical Dimension)가 작아짐에 따라 발생하는 캐패시터 값 자체의 저하를 방지하여 생산 수율을 올릴 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device. In the deposition of a sacrificial layer, a first step is to deposit an undoped sacrificial layer, and a second is to deposit a doped oxide layer, which is doped by a subsequent thermal process. By inhibiting the growth of MPS by converting undoped polysilicon near the top of the polysilicon lower electrode into doped polysilicon by diffusion of dopants in the oxide film Production yield can be increased by preventing the deterioration of the capacitor value itself caused by short circuit between capacitors and CD (Critical Dimension).
Description
본 발명은 반도체 집적회로의 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 캐패시터 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a method for manufacturing a capacitor of a semiconductor device.
반도체 기억 소자들 중 DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 집적도가 증가함에 따라 기억정보의 기본단위인 1비트를 기억시키는 메모리 셀의 면적은 작아지고 있다. 그런데 셀의 축소에 비례하여 캐패시터의 면적을 감소 시킬 수는 없는 바, 이는 센싱(sensing) 신호 마진(signal margin), 센싱 속도, α-입자에 의한 소프트 에러(Soft Error)에 대한 내구성 등을 위해서는 단위 셀당 일정 이상의 충전용량이 필요하기 때문이다. 따라서 제한된 셀 면적내에 메모리 캐패시터의 용량(C)을 적정값 이상 유지시키기 위한 방법은 C=εAs/d (ε:유전률, As:표면적, d:유전체 두께) 와 같이, 첫째는 유전체 두께(d)를 감소시키는 방법, 둘째는 캐패시터의 유효 표면적(As)을 증가시키는 방법, 셋째는 유전율(ε)이 높은 재료를 사용하는 방법이 고려되어 왔다.As the density of dynamic random access memory (DRAM) of semiconductor memory devices increases, the area of a memory cell that stores one bit, which is a basic unit of memory information, is decreasing. However, it is not possible to reduce the area of the capacitor in proportion to the shrinking of the cell, which is necessary for sensing signal margin, sensing speed, and durability against soft errors caused by α-particles. This is because a certain charging capacity is required per unit cell. Therefore, the method for maintaining the capacity (C) of the memory capacitor in the limited cell area more than the appropriate value is the first dielectric thickness (d), such as C = ε As / d (ε: dielectric constant, As: surface area, d: dielectric thickness) The second method is to increase the effective surface area (As) of the capacitor, and the third method is to use a material having a high dielectric constant (ε).
이중에서 세번째의 경우에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 종래 캐패시터에 이용되는 유전체막은 SiO2로부터 유전률이 거의 2배인 Si3N4를 사용한 NO(Nitride-Oxide) 또는 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막이 주류였다. 하지만 SiO2, NO(Nitride-Oxide), ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막 등은 물질 자체의 유전률이 작으므로 유전체 박막의 두께를 줄이거나 표면적을 넓힌다고 해도 높은 정전용량을 구현할 만한 여지가 없게 되어 새로운 물질을 도입할 수 밖에 없는 상황에 이르렀다. 결국 고집적 DRAM에서는 기존 유전체 박막을 대신할 물질로서 (Ba,Sr)TiO3(이하 BST라 함), (Pb,Zr)TiO3(이하 PZT라 함), Ta2O5등의 유전체 박막을 도입하였다. 이 중 Ta2O5유전체 박막은 실리콘 질화막에 대비하여 3배 이상의 유전률(약 20~25)을 가지며 BST나 PZT에 비해 에칭이 용이하다. 또한 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)법으로 증착(deposition)할 경우 스텝커버리지(step coverage)가 우수한 특징이 있다. 한편, 최근에는 Ta2O5의 불안정한 화학양론비를 개선하기 위하여 TaON의 개발이 이루어지고 있다.The third case in detail is as follows. Conventional dielectric films used in capacitors have been mainly made of a thin film of NO (Nitride-Oxide) or ONO (Oxide-Nitride-Oxide) using Si 3 N 4 , which has a dielectric constant almost doubled from SiO 2 . However, because SiO 2 , Nitride-Oxide (NO), and Oxide-Nitride-Oxide (ONO) thin films have a low dielectric constant, there is no room for high capacitance even if the thickness of the dielectric thin film is reduced or the surface area is increased. The situation led to the introduction of new materials. As a result, high-density DRAM introduces dielectric thin films such as (Ba, Sr) TiO 3 (hereinafter referred to as BST), (Pb, Zr) TiO 3 (hereinafter referred to as PZT), and Ta 2 O 5 as materials to replace existing dielectric films. It was. Among them, the Ta 2 O 5 dielectric thin film has a dielectric constant of about 20 to 25 times higher than that of silicon nitride and is easier to etch than BST or PZT. In addition, the step coverage is excellent when deposited by chemical vapor deposition (CVD). On the other hand, TaON has been recently developed to improve the unstable stoichiometric ratio of Ta 2 O 5 .
상기와 같이 고유전율을 가지는 Ta2O5또는 TaON을 유전체막으로 사용하는 캐패시터에서는 전극물질의 선택이 강유전체의 특성에 크게 영향을 미친다. 즉, Ta2O5또는 TaON을 유전체막을 이용하는 경우에는 기존의 NO(Nitride-Oxide) 캐패시터와 달리 MIS 구조에 바탕을 두고 있다. 여기서 M은 플레이트 노드로 사용되는 금속 전극을 나타내고, I는 절연체인 유전체를 나타내며, 그리고 S는 스토리지 노드로 사용되는 폴리실리콘을 나타낸다. Ta2O5캐패시터의 상부전극인 플레이트 전극은 폴리실리콘/TiN이나 폴리실리콘/WN의 적층구조로 되어 있다. 하부전극인 스토리지 전극은 그 표면이 RTN(Rapid Thermal Nitration) 처리된 폴리실리콘을 사용한다.As described above, in the capacitor using Ta 2 O 5 or TaON having a high dielectric constant as the dielectric film, the selection of the electrode material greatly affects the characteristics of the ferroelectric. That is, in the case of using Ta 2 O 5 or TaON as a dielectric film, unlike a conventional NO-nitride (NO) capacitor, it is based on a MIS structure. Where M represents a metal electrode used as a plate node, I represents a dielectric that is an insulator, and S represents polysilicon used as a storage node. The plate electrode, which is the upper electrode of the Ta 2 O 5 capacitor, has a laminated structure of polysilicon / TiN or polysilicon / WN. The storage electrode, which is a lower electrode, uses polysilicon whose surface is treated with Rapid Thermal Nitration (RTN).
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 의한 MIS 구조의 캐패시터 형성단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views of capacitor formation of a MIS structure according to the prior art.
도 1a는 종래 기술에 의한 캐패시터의 스토리지노드 홀 형성 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a storage node hole formation of a capacitor according to the prior art.
반도체기판(100) 상에 층간절연막(105)을 형성한 후, 상기 층간절연막을 관통하여 반도체기판의 활성영역(active region, 도시되어 있지 않음)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀을 폴리실리콘, 실리사이드층, 베리어층으로 채워 도전성 플러그(110)를 형성한다. 그 다음 컨캐이브 캐패시터의 스토리지노드를 형성하기 위하여 희생막을 형성하고, 상기 도전성 플러그(110)와 대응되는 상부를 선택적으로 식각하여 스토리지노드 홀(113) 및 희생막 패턴(115a)을 형성한다.After the interlayer insulating layer 105 is formed on the semiconductor substrate 100, a contact hole is formed through the interlayer insulating layer to be connected to an active region (not shown) of the semiconductor substrate. The contact hole is filled with polysilicon, a silicide layer, and a barrier layer to form a conductive plug 110. Next, a sacrificial layer is formed to form a storage node of the concave capacitor, and the upper portion corresponding to the conductive plug 110 is selectively etched to form the storage node hole 113 and the sacrificial layer pattern 115a.
도 1b는 종래 기술에 의한 MPS가 성장한 폴리실리콘 하부전극 도전층(140) 형성 단면도이다.1B is a cross-sectional view of forming a polysilicon lower electrode conductive layer 140 in which MPS is grown according to the prior art.
먼저 도핑된 폴리실리콘(doped polysilicon, 130)을 증착한다. 다음으로 비도핑된 폴리실리콘(undoped polysilicon)을 증착하고, 상기 폴리실리콘에 울퉁불퉁한 엠보싱 형상의 준안정성 폴리실리콘(Metastable Poly Silicon, 이하 MPS라 한다)을 성장시켜 MPS가 성장한 폴리실리콘(135)을 형성한다. MPS 구조는 캐패시터의 유효 표면적을 늘리기 위한 것이다.First, doped polysilicon 130 is deposited. Next, an undoped polysilicon is deposited, and a polysilicon 135 having MPS grown is grown by growing metastable polysilicon (MPS) having an uneven embossed shape on the polysilicon. Form. The MPS structure is to increase the effective surface area of the capacitor.
도 1c는 종래 기술에 의한 하부전극을 분리하여 하부전극 패턴(140a) 형성 단면도이다.1C is a cross-sectional view of a lower electrode pattern 140a formed by separating a lower electrode according to the related art.
하부전극 분리를 위하여는 상기 하부전극 도전층이 증착된 결과물 상에 상기 스토리지노드 홀의 내부를 완전히 채우기 위하여 충분한 두께를 가지는 희생층을 형성한다. 상기 희생층은 포토레지스트막 또는 산화막으로 이루어질 수 있다. 이어서 층간절연막의 상면이 노출될 때까지 하부전극 도전층의 일부 및 희생층의 일부를 에치백 또는 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP 라 한다) 방법에 의하여 제거함으로써, 하부전극 도전층을 복수의 하부전극 패턴으로 분리시킨다. 하부전극 패턴(140a)은 도핑된 폴리실리콘 패턴(130a) 및 MPS가 성장한 폴리실리콘 패턴(135a)으로 이루어져 있다.In order to separate the lower electrode, a sacrificial layer having a sufficient thickness is formed on the resultant in which the lower electrode conductive layer is deposited to completely fill the inside of the storage node hole. The sacrificial layer may be formed of a photoresist film or an oxide film. Subsequently, a portion of the lower electrode conductive layer and a portion of the sacrificial layer are removed by etch back or chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) until the upper surface of the interlayer insulating film is exposed, thereby removing a plurality of lower electrode conductive layers. The lower electrode of the pattern is separated. The lower electrode pattern 140a includes a doped polysilicon pattern 130a and a polysilicon pattern 135a in which MPS is grown.
도 1d는 종래 기술에 의한 유전체막(145) 및 상부전극(150) 형성 단면도이다.1D is a cross-sectional view of forming the dielectric film 145 and the upper electrode 150 according to the prior art.
유전체막으로는 Ta2O5또는 TaON 등을 사용하며, 상부전극은 폴리실리콘/TiN이나 폴리실리콘/WN의 적층구조로 되어 있다.Ta 2 O 5 or TaON is used as the dielectric film, and the upper electrode has a laminated structure of polysilicon / TiN or polysilicon / WN.
상술한 바와 같이 종래 MIS 구조를 가지는 Ta2O5또는 TaON의 캐패시터의 정전용량(capacitance)을 증가시키기 위해서 행해지고 있는 방법들은 캐패시터의 높이를 증가시키거나 또는 폴리실리콘의 표면적을 증가시키기 위하여 울퉁불퉁한 구조인 엠보싱 형상의 준안정성 폴리실리콘(Metastable Poly Silicon)을 성장시키는 방법들을 사용한다. 그런데, 캐패시터의 정전용량 증대를 위해서 MPS 구조를 형성시키는 방법을 사용함에 있어서, MPS 구조가 과성장 되는 경우 전극간의 분리가 안되는 부분이 발생하며, 이는 후속의 전기적 특성 평가에 있어 이중 비트 불량(Dual Bit Fail)을 유발한다. 이를 방지하고자 CMP를 이용하여 분리를 하기도 하는데 이 또한 MPS 조각이 하부전극 안으로 들어가 제거가 되지 않을 경우 싱글 비트 불량(Single Bit Fail)을 유발하는 문제점이 있다.As described above, methods that have been performed to increase the capacitance of a capacitor of a Ta 2 O 5 or TaON having a conventional MIS structure have a rugged structure to increase the height of the capacitor or increase the surface area of the polysilicon. Methods of growing metastable polysilicon of phosphorus-embossed shapes are used. However, in using the method of forming the MPS structure to increase the capacitance of the capacitor, when the MPS structure is overgrown, there is a part that cannot be separated between the electrodes, which is due to the dual bit failure in the subsequent evaluation of the electrical characteristics. Bit Fail). In order to prevent this, CMP is used for separation, which also causes a problem of causing a single bit failure when the MPS fragment is not removed from the lower electrode.
또한 캐패시터의 상부 부근의 CD(Critical Dimension)가 작은 경우에는 MPS 성장시 캐패시터의 상부 부근이 막혀 상부전극이 채워지지 못하는 경우가 발생하여 수율(yield)를 저하시키는 문제점이 있었다.In addition, when the CD (Critical Dimension) near the upper portion of the capacitor is small, there is a problem in that the upper electrode of the capacitor is blocked when the MPS grows, so that the upper electrode cannot be filled, thereby lowering the yield.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 캐패시터간 단락을 방지하고, 수율을 증가할 수 있는 캐패시터 및 캐패시터 전극 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a capacitor and a capacitor electrode which can prevent a short circuit between capacitors and increase a yield.
도 1a는 종래 기술에 의한 스토리지노드 홀 형성 단면도,Figure 1a is a cross-sectional view of the storage node hole formation according to the prior art,
도 1b는 종래 기술에 의한 MPS가 성장한 폴리실리콘 하부전극 도전층 형성 단면도,1B is a cross-sectional view of forming a polysilicon lower electrode conductive layer in which MPS is grown according to the prior art;
도 1c는 종래 기술에 의한 하부전극 패턴 형성 단면도,Figure 1c is a cross-sectional view of the lower electrode pattern formation according to the prior art,
도 1d는 종래 기술에 의한 유전체막 및 상부전극 형성 단면도,1D is a cross-sectional view of forming a dielectric film and an upper electrode according to the prior art;
도 2a에 본 발명에 따른 스토리지노드 홀 형성 단면도,2A is a cross-sectional view of the storage node hole formation according to the present invention;
도 2b는 본 발명에 따른 캐패시터의 하부전극 도전층 형성 단면도,Figure 2b is a cross-sectional view of the lower electrode conductive layer formed of the capacitor according to the present invention,
도 2c은 본 발명에 따른 MPS 성장시킨 단면도,Figure 2c is a cross-sectional view of the MPS grown according to the present invention,
도 2d는 본 발명에 따른 유전체막 및 상부전극 형성 단면도,2D is a cross-sectional view of the dielectric film and the upper electrode formed according to the present invention;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
200 : 반도체기판 225a : 희생막 패턴200: semiconductor substrate 225a: sacrificial film pattern
230 : 제1 폴리실리콘 235 : 제2 폴리실리콘230: first polysilicon 235: second polysilicon
235c : MPS가 성장한 폴리실리콘235c Polysilicon with MPS
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캐패시터 제조방법은, 반도체기판 상에 비도핑된 희생막을 형성하는 단계; 상기 비도핑된 희생막 상에 도핑된 희생막을 형성하는 단계; 상기 비도핑된 희생막 및 도핑된 희생막을 선택적 식각하여 다수의 캐패시터 홀을 형성하는 단계; 상기 캐패시터 홀과 상기 비도핑된 희생막 및 상기 도핑된 희생막을 포함하는 기판 전면에 도핑된 폴리실리콘 및 비도핑된 폴리실리콘을 적층 형성하는 단계; 열공정을 통해 상기 도핑된 희생막의 도펀트를 확산시켜, 상기 비도핑된 폴리실리콘 중에서 상기 도핑된 희생막 주변에 위치한 상기 비도핑된 폴리실리콘만을 도핑된 폴리실리콘으로 변환하는 단계; 비도핑된 상태로 남아있는 폴리실리콘에 MPS 구조를 성장시키는 단계; 및 상기 폴리실리콘들을 식각하여 전극간 분리를 수행하는 단계를 포함한다.Capacitor manufacturing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming an undoped sacrificial film on a semiconductor substrate; Forming a doped sacrificial layer on the undoped sacrificial layer; Selectively etching the undoped sacrificial layer and the doped sacrificial layer to form a plurality of capacitor holes; Stacking doped polysilicon and undoped polysilicon on the entire surface of the substrate including the capacitor hole, the undoped sacrificial layer and the doped sacrificial layer; Diffusing a dopant of the doped sacrificial layer through a thermal process to convert only the undoped polysilicon positioned around the doped sacrificial layer into doped polysilicon among the doped sacrificial layers; Growing an MPS structure on polysilicon remaining in an undoped state; And etching the polysilicon to perform inter-electrode separation.
본 발명은 희생막을 2 단계 증착, 즉 첫 번째는 비도핑된 희생막을 증착하고, 두 번째로는 도핑된 희생막을 증착한다. 이 후 후속 열공정에 의하여 도핑된 희생막에 있는 도펀트(dopant)의 확산(diffusion)에 의해 캐패시터의 상부 부근의 비도핑된 폴리실리콘(undoped polysilicon)을 도핑된 폴리실리콘(doped polysi licon)으로 변환시켜서 MPS가 성장 되는 것을 억제함으로써 캐패시터간의 단락과 CD(Critical Dimension)가 작아짐에 따라 발생하는 캐패시터 값 자체의 저하를 방지함으로써 생산 수율을 올릴 수 있다.The present invention deposits the sacrificial film in two steps, firstly depositing the undoped sacrificial film and secondly depositing the doped sacrificial film. Subsequent thermal processing converts the undoped polysilicon near the top of the capacitor into doped polysi licon by diffusion of dopants in the doped sacrificial layer by subsequent thermal processes. By suppressing the growth of the MPS, the production yield can be increased by preventing the short-circuit between the capacitors and the deterioration of the capacitor value itself generated as the CD (critical dimension) becomes smaller.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 실시예이다.2A-2D are embodiments according to the present invention.
도 2a에 본 발명에 따른 스토리지노드 홀(213) 형성 단면도이다.2A is a cross-sectional view illustrating the formation of the storage node hole 213 according to the present invention.
반도체기판(200) 상에 층간절연막(205)을 형성한 후, 상기 층간절연막을 관통하여 반도체기판의 활성영역(active region, 도시되어 있지 않음)과 연결되는 콘택홀을 형성한다. 상기 콘택홀을 폴리실리콘, 실리사이드층, 베리어층으로 채워 도전성 플러그(210)를 형성한다.After the interlayer insulating layer 205 is formed on the semiconductor substrate 200, a contact hole is formed through the interlayer insulating layer to be connected to an active region (not shown) of the semiconductor substrate. The contact hole is filled with polysilicon, a silicide layer, and a barrier layer to form a conductive plug 210.
다음으로 컨캐이브 캐패시터의 스토리지노드를 형성하기 위하여 희생막을 형성하는데, 희생막은 하부의 비도핑된 희생막과 상부의 도핑된 희생막으로구성된다.Next, a sacrificial layer is formed to form a storage node of the concave capacitor. The sacrificial layer includes a lower undoped sacrificial layer and an upper doped sacrificial layer.
희생막 형성하는 방법은 비도핑된 희생막을 형성하고, 상기 비도핑된 희생막의 상부에 이온주입에 의하여 도펀트를 주입하여 상부의 도핑된 산화막을 형성할 수 있다.In the method of forming a sacrificial layer, an undoped sacrificial layer may be formed, and a doped oxide layer may be formed by implanting a dopant into the upper portion of the undoped sacrificial layer by ion implantation.
또는, 비도핑된 제1 희생막을 증착하고, 도핑된 제2 희생막을 증착하여 형성할 수도 있다. 도핑된 제2 희생막은 PSG(Phospho-Silicate Glass), BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass), BSG(Boro-Silicate Glass) 중에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성할 수 있다.Alternatively, the non-doped first sacrificial layer may be deposited and the doped second sacrificial layer may be deposited. The doped second sacrificial layer may be formed of any one or a combination of PSG (Phospho-Silicate Glass), BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass), and BSG (Boro-Silicate Glass).
다음으로 상기 도전성 플러그와 대응되는 지역의 상기 제1 및 제2 희생막을 선택적 식각하여 스토리지노드 홀(213) 및 희생막 패턴(225a)을 형성한다. 희생막 패턴(225a)은 제1 희생막 패턴(215a) 및 제2 희생막 패턴(220a)으로 이루어져 있다.Next, the first and second sacrificial layers of a region corresponding to the conductive plug are selectively etched to form a storage node hole 213 and a sacrificial layer pattern 225a. The sacrificial layer pattern 225a includes the first sacrificial layer pattern 215a and the second sacrificial layer pattern 220a.
도 2b는 본 발명에 따른 캐패시터의 하부전극 도전층(240) 형성 단면도이다.2B is a cross-sectional view of the lower electrode conductive layer 240 formed of the capacitor according to the present invention.
먼저, 캐패시터의 하부전극 형성을 위하여, 제1 희생막 패턴(215a)과 제2 희생막 패턴(220a)이 적층된 구조 상에 도핑된 제1 폴리실리콘(doped polysilicon, 230)과 비도핑된 제2 폴리실리콘(undoped polysilicon, 235)을 차례로 적층하여 형성한다. 여기서, 도핑된 제1 폴리실리콘(230)은 전도체로서의 역할을 하고, 비도핑된 제2 폴리실리콘(235)은 향후 MPS가 성장하는 시드(seed)의 역할을 한다. 또한, 비도핑된 제2 폴리실리콘(235)은, 후속 도판트 확산공정을 통해 도핑이 되는 부분(235a)과 여전히 비도핑된 상태로 남아있는 부분(235b)으로 나눌수 있는 바, 비도핑 상태로 남아있는 부분에만 MPS가 성장되게 된다.First, in order to form a lower electrode of the capacitor, a first doped polysilicon 230 and an undoped agent are formed on a structure in which the first sacrificial layer pattern 215a and the second sacrificial layer pattern 220a are stacked. 2 polysilicon (undoped polysilicon, 235) is formed by laminating in sequence. Here, the doped first polysilicon 230 serves as a conductor, and the undoped second polysilicon 235 serves as a seed in which MPS grows in the future. In addition, the undoped second polysilicon 235 may be divided into a portion 235b that is still doped and a portion 235b which is still undoped through a subsequent dopant diffusion process. Only the remaining parts will grow MPS.
이와같이 제1 폴리실리콘(230)과 제2 폴리실리콘(235)을 적층하여 증착한 다음에, 도핑된 제2 희생막(220a)의 도펀트들을 주변으로 확산시키기 위한 열공정이 진행된다. 즉, 적절한 열공정을 가하게 되면, 제 2 희생막(220a)에 내재된 도판트들이 주변으로 확산하기 시작하며, 결과적으로 도2b에 도시된 바와같이 제2 희생막(220a)을 덮고 있는 비도핑 제2 폴리실리콘(235)중 일정부분이 도핑된 폴리실리콘으로 변환된다. 즉, 비도핑된 제2 폴리실리콘(235)은 비도핑된 상태로 남아있는 부분(235b)과 도핑된 부분(235a)로 나누어진다.As described above, the first polysilicon 230 and the second polysilicon 235 are stacked and deposited, and then a thermal process for diffusing dopants of the doped second sacrificial layer 220a is performed. That is, when an appropriate thermal process is applied, dopants inherent in the second sacrificial layer 220a start to diffuse into the surroundings, and as a result, as shown in FIG. 2B, the undoped covering the second sacrificial layer 220a is performed. A portion of the second polysilicon 235 is converted into doped polysilicon. That is, the undoped second polysilicon 235 is divided into a portion 235b and a doped portion 235a that remain undoped.
상부의 도핑된 제2 폴리실리콘(235a)는 이 후 MPS 공정에서 폴리실리콘 상부에서는 MPS을 억제한다.The top doped second polysilicon 235a then suppresses MPS on top of the polysilicon in the MPS process.
도 2c은 본 발명에 따른 MPS 성장시킨 단면도이다.Figure 2c is a cross-sectional view of the growth of MPS according to the present invention.
캐패시터의 유효면적을 증가시키기 위하여 MPS를 성장시킨다. 이 때 상술한 바와 같이 도펀트의 확산에 의하여 상부에 도핑된 제2 폴리실리콘(235a)에서는 MPS가 성장하지 않고, 하부의 비도핑된 제2 폴리실리콘에서는 MPS가 성장하여 MPS가 성장한 제2 폴리실리콘(235c)이 된다.MPS is grown to increase the effective area of the capacitor. At this time, as described above, the MPS does not grow in the second polysilicon 235a doped on the upper surface by diffusion of the dopant, and the second polysilicon in which the MPS grows in the second undoped second polysilicon is grown. (235c).
도 2d는 본 발명에 따른 유전체막(245) 및 상부전극(250) 형성 단면도이다.2D is a cross-sectional view of forming the dielectric film 245 and the upper electrode 250 according to the present invention.
상기 MPS가 성장한 제2 폴리실리콘(235c)을 형성한 후에는 전극간 분리를 하여 하부전극 패턴(240a)을 형성한다.After the second polysilicon 235c having the MPS is formed, the lower electrode pattern 240a is formed by separating the electrodes.
하부전극 분리를 위하여는 상기 하부전극 도전층이 증착된 결과물 상에 상기 스토리지노드 홀의 내부를 완전히 채우기 위하여 충분한 두께를 가지는 희생층을 형성한다. 상기 희생층은 포토레지스트막 또는 산화막으로 이루어질 수 있다. 이어서 층간절연막의 상면이 노출될 때까지 하부전극의 일부 및 희생층의 일부를 에치백 또는 CMP 방법에 의하여 제거함으로써, 하부전극막을 복수의 하부전극으로 분리시킨다.In order to separate the lower electrode, a sacrificial layer having a sufficient thickness is formed on the resultant in which the lower electrode conductive layer is deposited to completely fill the inside of the storage node hole. The sacrificial layer may be formed of a photoresist film or an oxide film. Subsequently, a portion of the lower electrode and a portion of the sacrificial layer are removed by an etch back or CMP method until the upper surface of the interlayer insulating film is exposed, thereby separating the lower electrode film into a plurality of lower electrodes.
상기 하부전극 패턴은 그림에서와 같이 도핑된 제1 폴리실리콘 패턴(230a), MPS가 성장한 제2 폴리실리콘(235c), 도핑된 제2 폴리실리콘 패턴(235b)으로 이루어 진다.The lower electrode pattern includes a doped first polysilicon pattern 230a, a second polysilicon 235c in which MPS is grown, and a doped second polysilicon pattern 235b.
다음으로 유전체막과 상부전극 도전층을 형성하고 패터닝하여 캐패시터를 완성한다Next, the dielectric film and the upper electrode conductive layer are formed and patterned to complete the capacitor.
유전체막(245)은 TaON 또는 Ta2O5를 사용한다.The dielectric film 245 uses TaON or Ta 2 O 5 .
상부전극(250)은 폴리실리콘/TiN이나 폴리실리콘/WN의 적층구조를 사용하거나 Pt, Ir, Ru, IrOx, RuOx, W, WNx, TiN 중에서 선택된 물질을 사용한다.The upper electrode 250 uses a polysilicon / TiN or a polysilicon / WN stacked structure or a material selected from Pt, Ir, Ru, IrO x , RuO x , W, WN x , and TiN.
상술한 실시예에서는 컨케이브형의 캐패시터를 예로 들었지만, 그 밖의 실린더 구조, 다중 핀 구조 등 다양한 캐패시터 구조에 사용될 수 있다.In the above-described embodiment, a capacitor of a convex type is taken as an example, but may be used in various capacitor structures such as a cylinder structure and a multi-pin structure.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.
상기와 같이 이루어진 본 발명은, 희생막을 두 단계로 증착하고, 상부의 도핑된 희생막의 도펀트가 제2 폴리실리콘 하부전극 도전층의 상부로 확산하여 제2 폴리실리콘 상부지역이 선택적으로 MPS의 발생이 억제되어 상부지역에서는 MPS 구조의 과성장을 원천적으로 방지할 수 있어 전극분리가 용이하며, MPS 구조가 탈락하여 생기는 비트 불량 발생 원인도 제거할 수 있는 유리한 효과가 있다.According to the present invention, the sacrificial layer is deposited in two steps, and the dopant of the doped sacrificial layer is diffused to the upper portion of the second polysilicon lower electrode conductive layer, thereby selectively generating MPS in the second polysilicon upper region. In the upper region, it is possible to prevent overgrowth of the MPS structure at the source, so that electrode separation is easy, and there is an advantageous effect of eliminating the cause of bit defects caused by dropping of the MPS structure.
또한 CD(Critical Dimension) 값이 작아짐에 따른 캐패시턴스 값 자체의 저하 문제를 해결하여 수율이 높아지는 효과가 있다.In addition, the yield is improved by solving the problem of lowering the capacitance value itself as the CD (Critical Dimension) value becomes smaller.
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