KR101064286B1 - Manufacturing Method of Semiconductor Device - Google Patents
Manufacturing Method of Semiconductor Device Download PDFInfo
- Publication number
- KR101064286B1 KR101064286B1 KR1020040043609A KR20040043609A KR101064286B1 KR 101064286 B1 KR101064286 B1 KR 101064286B1 KR 1020040043609 A KR1020040043609 A KR 1020040043609A KR 20040043609 A KR20040043609 A KR 20040043609A KR 101064286 B1 KR101064286 B1 KR 101064286B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- dram cell
- gate
- transistor
- oxide film
- logic
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 35
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 31
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 13
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009279 wet oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004886 process control Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 103
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 59
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 19
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 10
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/03—Making the capacitor or connections thereto
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/02—Manufacture or treatment for one transistor one-capacitor [1T-1C] memory cells
- H10B12/05—Making the transistor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/01—Manufacture or treatment
- H10B12/09—Manufacture or treatment with simultaneous manufacture of the peripheral circuit region and memory cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 시스템 온 칩(SOC) 소자 중 엠피디엘(MPDL) 소자에서, 디램 셀 트랜지스터용 게이트를 제 1 게이트/유전체막/제 2 게이트의 다층 구조로 형성하고, 로직 트랜지스터용 게이트를 제 1 게이트/제 2 게이트의 다층 구조로 형성하고, 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막을 로직 트랜지스터용 게이트 산화막 형성시 동시에 형성한다. 따라서 로직 트랜지스터는 얇은 게이트 산화막을 그대로 사용하여 낮은 문턱 전압을 유지하여 빠른 동작 속도를 얻을 수 있고, 디램 셀 트랜지스터는 얇은 게이트 산화막 상에 제 1 게이트/유전체막/제 2 게이트의 적층 구조로 인하여 높은 문턱 전압을 유지하여 오프 누설 전류를 줄일 수 있으므로, 한번의 게이트 산화 공정으로 공정 시간 단축과 공정 제어 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 디램 셀 캐패시터용 유전체막을 고유전 상수값을 갖는 물질로 형성할 수 있으므로 캐패시터 용량을 증가시킬 수 있다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, wherein in a MPDL device of a system on chip (SOC) device, a gate for a DRAM cell transistor is formed in a multilayer structure of a first gate / dielectric film / second gate. The logic transistor gate is formed in a multi-layered structure of the first gate and the second gate, and the gate oxide film for the DRAM cell transistor is simultaneously formed when the gate oxide film for the logic transistor is formed. Therefore, the logic transistor can maintain a low threshold voltage by using a thin gate oxide film as it is and obtain a high operating speed. The DRAM cell transistor has a high structure due to the stacked structure of the first gate / dielectric film / second gate on the thin gate oxide film. By maintaining the threshold voltage, the off-leakage current can be reduced, reducing the process time and improving process control with a single gate oxidation process. In addition, according to the present invention, the dielectric film for the DRAM cell capacitor may be formed of a material having a high dielectric constant, so that the capacitor capacity may be increased.
Plannar DRAM, SOC, MPDLPlannar DRAM, SOC, MPDL
Description
도 1a 내지 1e는 종래 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도; 및1A to 1E are cross-sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a conventional semiconductor device; And
도 2a 내지 2d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
2A to 2D are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11: 반도체 기판 11C: 디램 셀 캐패시터용 버텀 전극11:
12: 소자 격리막 13: 제 1 산화막12: device isolation film 13: first oxide film
13D: 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막13D: gate oxide film for DRAM cell transistor
14: 제 1 포토레지스트 패턴 15: 제 2 산화막14: first photoresist pattern 15: second oxide film
15L: 로직 트랜지스터용 게이트 산화막15L: gate oxide for logic transistor
15C: 디램 셀 캐패시터 유전체막 16: 폴리실리콘층15C: DRAM Cell Capacitor Dielectric Film 16: Polysilicon Layer
16L: 로직 트랜지스터용 게이트 16D: 디램 셀 트랜지스터용 게이트16L: gate for
16C: 디램 셀 캐패시터용 탑 전극 17: 제 2 포토레지스트 패턴16C: top electrode for DRAM cell capacitor 17: second photoresist pattern
18: 절연막 스페이서 19L: 로직 트랜지스터용 소오스/드레인
18:
19D: 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인 21: 반도체 기판19D: Source /
21C: 디램 셀 캐패시터용 버텀 전극 22: 소자 격리막21C: bottom electrode for DRAM cell capacitor 22: device isolation film
23: 산화막 23L: 로직 트랜지스터용 게이트 산화막23: oxide film 23L: gate oxide film for logic transistor
23D: 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막23D: gate oxide film for DRAM cell transistor
24: 폴리실리콘층 24L: 로직 트랜지스터용 제 1 게이트24:
24D: 디램 셀 트랜지스터용 제 1 게이트 25: 제 1 포토레지스트 패턴24D:
26: 유전체막 26D: 디램 셀 트랜지스터용 유전체막26: dielectric film 26D: dielectric film for DRAM cell transistor
26C: 디램 셀 캐패시터용 유전체막 27: 제 2 포토레지스트 패턴26C: dielectric film for DRAM cell capacitor 27: second photoresist pattern
28: 도전층 28L: 로직 트랜지스터용 제 2 게이트28:
28D: 디램 셀 트랜지스터용 제 2 게이트28D: second gate for DRAM cell transistor
28C: 디램 셀 캐패시터용 탑 전극 29: 제 3 포토레지스트 패턴28C: top electrode for DRAM cell capacitor 29: third photoresist pattern
30: 절연막 스페이서 31L: 로직 트랜지스터용 소오스/드레인30:
31D: 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인
31D: Source / drain for DRAM cell transistor
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 MPDL(Merged Planar DRAM and Logic)소자의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a merged planar DRAM and logic (MPDL) device.
일반적으로, 전자 제품의 시스템 모듈은 각 기능을 가진 여러 가지의 패키지 된 칩이 보드에 합쳐진 형태로 구성되어 있다. 현재 각 기능의 여러 가지 칩을 하나의 칩으로 통합하여 설계되는 시스템 온 칩(system on chip; SOC) 제품은 활발히 개발되고 있고, 특히 메모리와 로직을 합쳐 하나의 칩으로 제작하는 제품은 생산과 개발이 많이 되고 있다. 이와 같은 SOC 제품군의 하나인 MDL(Merged DRAM and Logic) 제품은 특별한 기능을 갖도록 설계되고 있지만, 제작 공정에서 디램(DRAM)과 로직 공정의 차이로 인해 개발에서 어려움을 겪고 있다. 이런 공정의 차이를 줄이고 로직 소자의 빠른 동작 속도를 이용하기 위해 로직 공정을 사용하는 MPDL 제품이 개발되어 사용되고 있는데, 이 제품의 경우 디램 셀의 오프 누설 전류(off leakage current)를 감소하기 위해 게이트 산화막의 두께를 두껍게 사용하여 높은 문턱 전압을 가지도록 하고, 로직은 게이트 산화막을 얇게 하여 문턱 전압을 낮춰서 포화전류를 크게 하여 소자의 동작 속도를 증가시키도록 제작되고 있다.
In general, a system module of an electronic product is composed of several packaged chips having respective functions integrated on a board. Currently, system on chip (SOC) products, which are designed by integrating several chips of each function into one chip, are being actively developed. Especially, a product that combines memory and logic into a single chip is produced and developed. This is becoming a lot. One such SOC family, MDL (Merged DRAM and Logic) products, is designed to have special features, but the development process is challenging due to differences in DRAM and logic processes. MPDL products using logic processes have been developed and used to reduce these process differences and to take advantage of the fast operation speed of logic devices. In this case, gate oxides are used to reduce the off leakage current of DRAM cells. By using a thicker thickness of the to have a high threshold voltage, logic is made to increase the operating speed of the device by increasing the saturation current by lowering the threshold voltage by thinning the gate oxide film.
도 1a 내지 1e는 종래 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views of a device for explaining a method of manufacturing a conventional semiconductor device.
도 1a를 참조하면, 로직 트랜지스터 영역과 디램 셀 영역이 정의된(define) 반도체 기판(11)에 트렌치 소자격리(STI)와 같은 일반적인 소자격리 방법을 이용하여 소자 격리막(12)을 형성한다. 디램 셀 영역은 트랜지스터 영역과 캐패시터 영역으로 구분된다. 소자 격리막(12)이 형성된 반도체 기판(11)의 표면에 디램 셀 트랜지스터의 게이트 산화막을 형성하기 위한 산화공정을 실시하여 두께가 두꺼운 제 1 산화막(13)을 형성한다. 제 1 산화막(13) 상에 디램 셀 트랜지스터 영역이 덮인(close) 제 1 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a
도 1b를 참조하면, 제 1 포토레지스트 패턴(14)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 제 1 산화막(13)의 노출된 부분을 식각하여 디램 셀 트랜지스터 영역에만 제 1 산화막(13)을 남긴다. 이후 제 1 포토레지스트 패턴(14)은 제거된다.Referring to FIG. 1B, an exposed portion of the
도 1c를 참조하면, 로직 트랜지스터의 게이트 산화막 및 디램 셀 캐패시터의 유전체막을 형성하기 위한 산화공정을 실시하여 두께가 얇은 제 2 산화막(15)을 로직 트랜지스터 영역 및 디램 셀 캐패시터 영역의 반도체 기판(11)에 형성한다. 이때 제 1 산화막(13) 상에도 수 내지 수십 Å의 두께로 제 2 산화막(15)이 형성되어 디램 셀 트랜지스터 영역에서 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막의 최종 두께가 결정된다.Referring to FIG. 1C, an oxide process for forming a gate oxide film of a logic transistor and a dielectric film of a DRAM cell capacitor is performed to transfer a thin
도 1d를 참조하면, 제 1 및 제 2 산화막(13 및 15)이 형성된 전체 구조 상에 폴리실리콘층(16)을 형성한다. 폴리실리콘층(16) 상에 로직 트랜지스터의 게이트, 디램 셀 트랜지스터의 게이트 및 디램 셀 캐패시터의 탑 전극이 형성될 부분이 덮인 제 2 포토레지스트 패턴(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, the
도 1e를 참조하면, 제 2 포토레지스트 패턴(17)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 폴리실리콘층(16) 및 산화막들(13 및 15)을 식각하고, 제 2 포토레지스트 패턴(17)을 제거하고, 절연막 스페이서(18)를 형성하고, 소오스/드레인 이온 주입 공정을 실시하여 로직 트랜지스터용 및 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인들(19L 및 19D)을 형성한다. 이러한 공정의 결과, 로직 트랜지스터 영역의 반도체 기판(11) 상에는 제 2 산화막(15)으로 된 로직 트랜지스터용 게이트 산화막(15L)과, 이 게이트 산화막(15L) 상에 폴리실리콘층(16)으로 된 로직 트랜지스터용 게이트(16L)와, 이 게이트(16L)의 양측 반도체 기판(11)에 형성된 로직 트랜지스터용 소오스/드레인(19L)으로 이루어진 로직 트랜지스터가 구성된다. 디램 셀 트랜지스터 영역의 반도체 기판(11) 상에는 제 1 산화막(13)으로 된 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막(13D)과, 이 게이트 산화막(13D) 상에 폴리실리콘층(16)으로 된 디램 셀 트랜지스터용 게이트(16D)와, 이 게이트(16D)의 양측 반도체 기판(11)에 형성된 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인(19D)으로 이루어진 디램 셀 트랜지스터가 구성된다. 디램 셀 캐패시터 영역의 반도체 기판(11) 상에는 제 2 산화막(13)으로 된 디램 셀 캐패시터용 유전체막(15C)과, 이 유전체막(15C) 상에 폴리실리콘층(16)으로 된 디램 셀 캐패시터용 탑 전극(16C)과, 이 탑 전극(16C) 아래쪽의 반도체 기판(11)으로 된 디램 셀 캐패시터용 버텀 전극(11C)으로 이루어진 디램 셀 캐패시터가 구성된다.Referring to FIG. 1E, the
이후, 층간 절연막 형성 공정, 콘택 공정, 배선 공정 등을 통해 MPDL 소자가 제조 된다.Thereafter, the MPDL device is manufactured through an interlayer insulating film forming process, a contact process, and a wiring process.
상기한 종래 방법은 두께가 서로 다른 듀얼 게이트 산화막을 형성하기 위하여 두번의 산화 공정을 진행하게 되므로 공정 시간이 길어지고 듀얼 게이트 산화막 형성을 위한 포토 공정 및 식각 공정이 추가되며, 그에 따른 소자 특성 저하를 초래하고, 또한 캐패시터 유전체막으로 게이트 산화막과 동일한 물질 예를 들어 열산화막 등을 사용하기 때문에 캐패시터 용량을 확보하는데 어려움이 있다.
In the conventional method, since the oxidation process is performed twice to form dual gate oxide films having different thicknesses, the process time is long, and a photo process and an etching process for forming the dual gate oxide film are added, thereby reducing device characteristics. In addition, since the same material as the gate oxide film, such as a thermal oxide film, is used as the capacitor dielectric film, it is difficult to secure the capacitor capacity.
따라서, 본 발명은 MPLD 소자에서 로직 트랜지스터 및 디램 셀 트랜지스터의 게이트 산화막들을 한번의 게이트 산화 공정으로 형성하므로 공정 시간 단축과 공정 제어 능력을 향상시킬 수 있고, 디램 셀 캐패시터의 유전체막을 고유전 상수값을 갖는 물질로 형성할 수 있으므로 캐패시터 용량을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention can reduce the process time and improve the process control ability by forming the gate oxide films of the logic transistor and the DRAM cell transistor in a single gate oxidation process in the MPLD device. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which can be formed of a material having an increase in the capacitor capacity.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 로직 트랜지스터 영역, 디램 셀 트랜지스터 영역 및 디램 셀 캐패시터 영역이 정의된 반도체 기판 상에 산화막 및 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 상기 디램 셀 캐패시터 영역의 상기 폴리실리콘층 및 상기 산화막을 제거한 후, 전체 구조상에 유전체막을 형성하는 단계; 상기 로직 트랜지스터 영역의 상기 유전체막을 제거한 후, 전체 구조상에 도전층을 형성하는 단계; 및 상기 도전층, 상기 유전체막, 상기 폴리실리콘층, 상기 산화막의 일부분을 식각한 후, 소오스/드레인 이온 주입 공정을 실시하여, 로직 트랜지스터, 디램 셀 트랜지스터 및 디램 셀 캐패시터를 각각 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a semiconductor device, including forming an oxide film and a polysilicon layer on a semiconductor substrate on which a logic transistor region, a DRAM cell transistor region, and a DRAM cell capacitor region are defined; Removing the polysilicon layer and the oxide film in the DRAM cell capacitor region, and then forming a dielectric film on an entire structure; Removing the dielectric film in the logic transistor region, and then forming a conductive layer over the entire structure; And etching a portion of the conductive layer, the dielectric layer, the polysilicon layer, and the oxide layer, and then performing a source / drain ion implantation process to form a logic transistor, a DRAM cell transistor, and a DRAM cell capacitor, respectively. do.
상기에서, 상기 산화막은 건식 또는 습식 산화공정으로 20 내지 50 Å의 두께로 형성한다. In the above, the oxide film is formed to a thickness of 20 to 50 kPa by a dry or wet oxidation process.
상기 폴리실리콘층은 300 내지 1500 Å의 두께로 1E18/cm3 내지 1E22/cm3의 인(P)이 도핑되거나 언도프트(undoped) 형태로 증착하여 형성한다.The polysilicon layer is formed by doping phosphorus (P) of 1E18 / cm 3 to 1E22 / cm 3 to a thickness of 300 to 1500 Å is deposited as undoped or soft type (undoped).
상기 유전체막은 Si3N4, Al2O5, HfO2, ZrO2 , TiO2 및 BST 중 적어도 어느 하나를 사용하여 50 내지 300 Å의 두께로 형성한다.The dielectric film is formed to a thickness of 50 to 300 kW using at least one of Si 3 N 4 , Al 2 O 5 , HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 and BST.
상기 도전층은 Poly-Si, Al, W, Ta, Mo, Ti, Ir, Pt, Ru, Ag, Os 및 Re으로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나의 도전물 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 합금을 사용하여 500 내지 2000 Å의 두께로 형성한다.The conductive layer uses one conductive material selected from the group consisting of Poly-Si, Al, W, Ta, Mo, Ti, Ir, Pt, Ru, Ag, Os and Re, or a mixture thereof or an alloy thereof. To form a thickness of 500 to 2000 mm 3.
상기 로직 트랜지스터는, 상기 반도체 기판 상에 상기 산화막으로 된 로직 트랜지스터용 게이트 산화막; 상기 로직 트랜지스터용 게이트 산화막 상에 상기 폴리실리콘층으로 된 로직 트랜지스터용 제 1 게이트; 상기 로직 트랜지스터용 제 1 게이트 상에 상기 도전층으로 된 로직 트랜지스터용 제 2 게이트; 및 상기 소오스/드레인 이온 주입 공정으로 상기 반도체 기판에 형성된 로직 트랜지스터용 소오스/드레인으로 이루어진다.The logic transistor may include: a gate oxide film for a logic transistor formed of the oxide film on the semiconductor substrate; A first gate for a logic transistor comprising the polysilicon layer on the gate oxide film for the logic transistor; A second gate for a logic transistor as the conductive layer on the first gate for the logic transistor; And a source / drain for a logic transistor formed in the semiconductor substrate by the source / drain ion implantation process.
상기 디램 셀 트랜지스터는, 상기 반도체 기판 상에 상기 산화막으로 된 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막; 상기 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막 상에 상기 폴리실리콘층으로 된 디램 셀 트랜지스터용 제 1 게이트; 상기 디램 셀 트랜지스터용 제 1 게이트 상에 상기 유전체막으로 된 디램 셀 트랜지스터용 유전체막; 상기 디램 셀 트랜지스터용 유전체막 상에 상기 도전층으로 된 디램 셀 트랜지스터용 제 2 게이트; 및 상기 소오스/드레인 이온 주입 공정으로 상기 반도체 기판 에 형성된 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인으로 이루어진다.The DRAM cell transistor may include a gate oxide film for a DRAM cell transistor including the oxide film on the semiconductor substrate; A first gate for a DRAM cell transistor comprising the polysilicon layer on the gate oxide film for the DRAM cell transistor; A dielectric film for a DRAM cell transistor formed of the dielectric film on the first gate for the DRAM cell transistor; A second gate for a DRAM cell transistor comprising the conductive layer on the DRAM cell transistor dielectric film; And a source / drain for a DRAM cell transistor formed on the semiconductor substrate by the source / drain ion implantation process.
상기 디램 셀 캐패시터는, 상기 반도체 기판 상에 상기 유전체막으로 된 디램 셀 캐패시터용 유전체막; 상기 디램 셀 캐패시터용 유전체막 상에 상기 도전층으로 된 디램 셀 캐패시터용 탑 전극; 및 상기 디램 셀 캐패시터용 탑 전극 아래쪽의 상기 반도체 기판으로 된 디램 셀 캐패시터용 버텀 전극으로 이루어진다.
The DRAM cell capacitor may include a dielectric film for a DRAM cell capacitor including the dielectric film on the semiconductor substrate; A top electrode for a DRAM cell capacitor as the conductive layer on the DRAM cell capacitor dielectric film; And a bottom electrode for the DRAM cell capacitor formed of the semiconductor substrate under the top electrode for the DRAM cell capacitor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의하여 이해되어야 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Only the present embodiment is provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, the scope of the present invention should be understood by the claims of the present application.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views of devices for describing a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2a를 참조하면, MPDL 소자를 제조하기 위하여 로직 트랜지스터 영역과 디램 셀 영역이 정의된 반도체 기판(21)에 트렌치 소자격리(STI)와 같은 일반적인 소자격리 방법을 이용하여 소자 격리막(22)을 형성한다. 디램 셀 영역은 트랜지스터 영역과 캐패시터 영역으로 구분된다. 로직 트랜지스터의 낮은 문턱 전압을 가지도록 하기 위하여 소자 격리막(22)이 형성된 반도체 기판(21)의 표면에 산화공정으로 얇은 두께의 산화막(33)을 형성한다. 산화막(33) 상에 폴리실리콘층(24)을 형성한다. 디램 셀 캐패시터 영역이 개방된(open) 제 1 포토레지스트 패턴(25)을 폴리실리콘층(24) 상에 형성한다.Referring to FIG. 2A, a
상기에서, 산화막(33)은 건식 또는 습식 산화공정으로 20 내지 50 Å의 얇은 두께로 형성하며, 이러한 얇은 두께의 산화막(33)은 기존의 공정에서는 로직 트랜지스터의 게이트 산화막으로만 사용되었으나, 본 발명에서는 높은 문턱 전압이 요구되는 디램 셀 트랜지스터의 게이트 산화막으로도 사용된다. 높은 문턱 전압을 가지도록 하기 위해서는 두꺼운 산화막이 필요하지만, 본 발명의 디램 셀 트랜지스터의 게이트 산화막은 로직 트랜지스터의 게이트 산화막으로 사용되는 얇은 두께의 산화막(33)으로도 적용 가능한데, 그 이유는 후술될 것이다. 폴리실리콘층(24)은 후속 공정을 통해 형성될 로직 트랜지스터 및 디램 셀 트랜지스터 각각의 게이트의 하부층으로 사용되며, 300 내지 1500 Å의 두께로 1E18/cm3 내지 1E22/cm3의 인(P)이 도핑되거나 언도프트(undoped) 형태로 증착하여 형성한다. 디램 셀 트랜지스터의 게이트의 하부층으로서의 폴리실리콘층(24)은 산화막(33)과 함께 디램 셀 트랜지스터의 높은 문턱 전압을 가지도록 하는 역할을 한다.In the above, the oxide film 33 is formed in a thin thickness of 20 to 50 kPa by a dry or wet oxidation process, and the thin film oxide 33 is used only as a gate oxide film of a logic transistor in the conventional process. Is also used as a gate oxide film of a DRAM cell transistor that requires a high threshold voltage. In order to have a high threshold voltage, a thick oxide film is required, but the gate oxide film of the DRAM cell transistor of the present invention is also applicable to the thin oxide film 33 used as the gate oxide film of the logic transistor, which will be described later. .
도 2b를 참조하면, 제 1 포토레지스트 패턴(25)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 디램 셀 캐패시터 영역의 폴리실리콘층(24) 및 산화막(23)을 제거하여 반도체 기판(21)의 일부분을 노출시킨다. 제 1 포토레지스트 패턴(25)을 제거하고, 노출된 반도체 기판(21) 및 패터닝된 폴리실리콘층(24)을 포함한 전체 구조상에 유전 체막(26)을 형성한다. 로직 트랜지스터 영역이 개방된 제 2 포토레지스트 패턴(27)을 유전체막(26) 상에 형성한다.Referring to FIG. 2B, a portion of the
상기에서, 유전체막(26)은 후속 공정을 통해 형성될 캐패시터의 정전 용량을 증가시키기 위하여 고유전 상수값(high-k)을 갖는 유전체 예를 들어, Si3N4, Al2
O5, HfO2, ZrO2, TiO2, BST 중 적어도 어느 하나를 사용하여 50 내지 300 Å의 두께로 형성한다. 이러한 유전체막(26)은 디램 셀 캐패시터용으로 사용되면서, 디램 셀 트랜지스터의 높은 문턱 전압을 가지도록 하는 역할을 한다.In the above, the
도 2c를 참조하면, 제 2 포토레지스트 패턴(27)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 로직 트랜지스터 영역의 유전체막(26)을 제거하여 폴리실리콘층(24)의 일부분을 노출시킨다. 노출된 폴리실리콘층(24) 및 패터닝된 유전체막(26)을 포함한 전체 구조 상에 도전층(28)을 형성한다. 로직 트랜지스터의 게이트가 형성될 부분, 디램 셀 트랜지스터의 게이트가 형성될 부분 및 디램 셀 캐패시터의 탑 전극이 형성될 부분 각각이 덮인(close) 제 3 포토레지스트 패턴(29)을 도전층(28) 상에 형성한다.Referring to FIG. 2C, a portion of the
상기에서, 도전층(28)은 Poly-Si, Al, W, Ta, Mo, Ti, Ir, Pt, Ru, Ag, Os 및 Re으로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나의 도전물 또는 이들의 혼합물 또는 이들의 합금으로 형성한다. 이러한 도전층(28)은 후속 공정을 통해 형성될 로직 트랜지스터 및 디램 셀 트랜지스터 각각의 게이트의 상부층으로 사용되며, 500 내지 2000 Å의 두께로 증착한다. In the above, the conductive layer 28 is one conductive material selected from the group consisting of Poly-Si, Al, W, Ta, Mo, Ti, Ir, Pt, Ru, Ag, Os and Re or a mixture thereof or It forms with these alloys. The conductive layer 28 is used as the upper layer of the gate of each of the logic transistor and DRAM cell transistor to be formed through a subsequent process, and is deposited to a thickness of 500 to 2000 kHz.
도 2d를 참조하면, 제 3 포토레지스트 패턴(29)을 식각 마스크로 한 식각 공정으로 도전층(28), 유전체막(26), 폴리실리콘층(24) 및 산화막(23)을 순차적으로 식각하고, 제 3 포토레지스트 패턴(29)을 제거한다. 식각 공정에 의해 형성된 패턴들 각각의 측벽에 절연막 스페이서(30)를 형성하고, 소오스/드레인 이온 주입 공정을 실시하여 로직 트랜지스터용 및 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인들(31L 및 31D)을 형성한다.Referring to FIG. 2D, the conductive layer 28, the
상기한 공정의 결과, 로직 트랜지스터 영역의 반도체 기판(21) 상에는 산화막(23)으로 된 로직 트랜지스터용 게이트 산화막(23L)과, 게이트 산화막(23L) 상에 폴리실리콘층(24)으로 된 로직 트랜지스터용 제 1 게이트(24L)와, 제 1 게이트(24L) 상에 도전층(28)으로 된 로직 트랜지스터용 제 2 게이트(28L)와, 게이트 산화막(23L), 제 1 게이트(24L) 및 제 2 게이트(28L)가 적층된 구조의 양측 반도체 기판(21)에 형성된 로직 트랜지스터용 소오스/드레인(31L)으로 이루어진 로직 트랜지스터가 구성된다. 디램 셀 트랜지스터 영역의 반도체 기판(21) 상에는 산화막(23)으로 된 디램 셀 트랜지스터용 게이트 산화막(23D)과, 게이트 산화막(23D) 상에 폴리실리콘층(24)으로 된 디램 셀 트랜지스터용 제 1 게이트(24D)와, 제 1 게이트(24D) 상에 유전체막(26)으로 된 디램 셀 트랜지스터용 유전체막(26D)과, 유전체막(26D) 상에 도전층(28)으로 된 디램 셀 트랜지스터용 제 2 게이트(28D)와, 게이트 산화막(23D), 제 1 게이트(24D), 유전체막(26D) 및 제 2 게이트(28D)가 적층된 구조의 양측 반도체 기판(21)에 형성된 디램 셀 트랜지스터용 소오스/드레인(31D)으로 이루어진 디램 셀 트랜지스터가 구성된다. 디램 셀 캐패시 터 영역의 반도체 기판(21) 상에는 유전체막(26)으로 된 디램 셀 캐패시터용 유전체막(26C)과, 유전체막(26C) 상에 도전층(28)으로 된 디램 셀 캐패시터용 탑 전극(28C)과, 탑 전극(28C) 아래쪽의 반도체 기판(21)으로 된 디램 셀 캐패시터용 버텀 전극(21C)으로 이루어진 디램 셀 캐패시터가 구성된다.As a result of the above process, the gate oxide film 23L for the logic transistor made of the
이후, 층간 절연막 형성 공정, 콘택 공정, 배선 공정 등을 통해 MPDL 소자가 제조 된다.Thereafter, the MPDL device is manufactured through an interlayer insulating film forming process, a contact process, and a wiring process.
상기한 본 발명에서, 로직 트랜지스터는 기존과 동일하게 20 내지 50 Å의 얇은 두께의 게이트 산화막(23L)으로 인해 낮은 문턱 전압을 갖게되며, 디램 셀 트랜지스터는 기존과 달리 두꺼운 게이트 산화막 대신에 로직 트랜지스터의 게이트 산화막(23L)과 동일한 두께의 게이트 산화막(23D)을 적용하되, 게이트 산화막(23D)과 유전체막(26D) 사이에 전기적으로 플로팅 상태인 제 1 게이트(24D)가 형성되어 있어 제 2 게이트(28D)에 전압이 인가되었을 경우 높은 문턱 전압을 얻게된다. 또한, 디램 셀 캐패시터는 게이트 산화막과 동일한 물질로 유전체막을 형성하지 않고 고유전 상수값(high-k)을 갖는 유전체로 유전체막(26C)을 형성할 수 있어 캐패시터의 정전 용량 확보에 유리하다.
In the present invention described above, the logic transistor has a low threshold voltage due to the thin gate oxide film 23L having a thickness of 20 to 50 kV, and the DRAM cell transistor has a logic gate instead of the thick gate oxide film. A gate oxide film 23D having the same thickness as that of the gate oxide film 23L is applied, but the
상술한 바와 같이, 본 발명은 시스템 온 칩(SOC) 소자 중 엠피디엘(MPDL) 소자에서, 로직 트랜지스터는 얇은 게이트 산화막을 그대로 사용하여 낮은 문턱 전압을 유지하여 빠른 동작 속도를 얻을 수 있고, 디램 셀 트랜지스터는 얇은 게이트 산화막 상에 게이트 산화막/제 1 게이트/유전체막/제 2 게이트의 적층 구조로 인하여 높은 문턱 전압을 유지하여 오프 누설 전류를 줄일 수 있으며, 한번의 게이트 산화 공정으로 공정 시간 단축과 공정 제어 능력을 향상시킬 수 있으며, 디램 셀 캐패시터용 유전체막을 고유전 상수값을 갖는 유전체로 형성할 수 있어 캐패시터 용량을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 게이트 구조에 전도성이 우수한 금속물질을 도입할 수 있어 게이트의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, in an MPDL device of a system on chip (SOC) device, a logic transistor can obtain a fast operation speed by maintaining a low threshold voltage using a thin gate oxide film as it is, and a DRAM cell. The transistor can reduce off-leakage current by maintaining a high threshold voltage due to a stacked structure of a gate oxide film, a first gate, a dielectric film, and a second gate on a thin gate oxide film. The control capability can be improved, and the dielectric film for the DRAM cell capacitor can be formed of a dielectric having a high dielectric constant value, thereby increasing the capacitor capacity. In addition, a metal material having excellent conductivity may be introduced into the gate structure, thereby improving electrical characteristics of the gate.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040043609A KR101064286B1 (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020040043609A KR101064286B1 (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20050118478A KR20050118478A (en) | 2005-12-19 |
KR101064286B1 true KR101064286B1 (en) | 2011-09-14 |
Family
ID=37291505
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020040043609A Expired - Fee Related KR101064286B1 (en) | 2004-06-14 | 2004-06-14 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101064286B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6276668A (en) | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toshiba Corp | semiconductor storage device |
KR20010064320A (en) * | 1999-12-29 | 2001-07-09 | 박종섭 | Method for manufacturing analog capacitor of MML device |
KR20020030505A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-25 | 박종섭 | Method for Fabricating of Semiconductor Device |
KR100360410B1 (en) | 2000-11-14 | 2002-11-13 | 삼성전자 주식회사 | Method for MDL semiconductor device including DRAM device having self-aligned contact structure and logic device having dual gate structure |
-
2004
- 2004-06-14 KR KR1020040043609A patent/KR101064286B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6276668A (en) | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toshiba Corp | semiconductor storage device |
KR20010064320A (en) * | 1999-12-29 | 2001-07-09 | 박종섭 | Method for manufacturing analog capacitor of MML device |
KR20020030505A (en) * | 2000-10-18 | 2002-04-25 | 박종섭 | Method for Fabricating of Semiconductor Device |
KR100360410B1 (en) | 2000-11-14 | 2002-11-13 | 삼성전자 주식회사 | Method for MDL semiconductor device including DRAM device having self-aligned contact structure and logic device having dual gate structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20050118478A (en) | 2005-12-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8610248B2 (en) | Capacitor structure and method of manufacture | |
JP4003031B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR20020032396A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP3980985B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
TW436958B (en) | Semiconductor integrated circuit device and process for manufacturing the same | |
KR100360410B1 (en) | Method for MDL semiconductor device including DRAM device having self-aligned contact structure and logic device having dual gate structure | |
JPH11284148A (en) | Semiconductor device and manufacture of the same | |
JP2001168285A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JPS63281457A (en) | Semiconductor memory | |
KR101064286B1 (en) | Manufacturing Method of Semiconductor Device | |
US7645653B2 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device having a polymetal gate electrode structure | |
KR20020042309A (en) | Method for manufacturing semiconductor semiconductor memory device | |
JP2000353796A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR20000007209A (en) | Fabricating method of semiconductor device having stepped insulating layer | |
JPH03259566A (en) | Manufacture of memory device | |
KR100541154B1 (en) | Capacitor Manufacturing Method of Semiconductor Device | |
KR100541155B1 (en) | Capacitor Manufacturing Method of Semiconductor Device | |
KR100473307B1 (en) | Semiconductor memory device and method of fabricating the same | |
JPH09298281A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR100770450B1 (en) | Manufacturing Method of Semiconductor Memory Device | |
TWI258841B (en) | Mixed-mode process | |
KR100940112B1 (en) | Analog capacitor manufacturing method of semiconductor device | |
US20050009269A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
CN117637822A (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
KR100390840B1 (en) | Method for fabricating capacitor in semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20040614 |
|
N231 | Notification of change of applicant | ||
PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20041006 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20090605 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20040614 Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20110210 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20110726 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20110905 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20110906 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140820 Year of fee payment: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140820 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150818 Year of fee payment: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20150818 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160817 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20160817 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170818 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20170818 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180820 Year of fee payment: 8 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20180820 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190819 Year of fee payment: 9 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20190819 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20210803 Start annual number: 11 End annual number: 11 |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20230616 |