KR20140081547A - Method of fabricating emiconductor device having storage node contact - Google Patents
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Abstract
본 발명의 스토리지노드 컨택을 갖는 반도체소자의 제조방법은, 활성영역을 갖는 기판 위에 활성영역의 일부 표면을 노출시키는 스토리지노드 컨택홀을 형성하는 단계와, 가장자리에서 중심부로 갈수록 낮은 농도로 불순물도핑이 이루어지는 농도 구배를 갖는 도전층을 스토리지노드 컨택홀의 하부에 형성하는 단계와, 도전층에 대한 나이트로전 임플란트를 수행하는 단계와, 그리고 나이트로전이 임플란트된 도전층 위에 금속실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of fabricating a semiconductor device having a storage node contact of the present invention includes forming a storage node contact hole exposing a portion of a surface of an active region on a substrate having an active region and implanting impurity doping at a lower concentration towards the center of the edge Forming a conductive layer having a concentration gradient in the lower portion of the storage node contact hole, performing a nitroelectric pre-implant for the conductive layer, and forming a metal silicide layer on the conductive layer subjected to the Nitride transition .
Description
본 기술은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 스토리지노드 컨택을 갖는 반도체소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device having a storage node contact.
반도체 메모리소자, 예컨대 디램(DRAM; Dynamic Random Access Memory) 소자는 다수의 트랜지스터들과 커패시터들을 포함한다. 커패시터들은 트랜지스터와 연결되어 정보를 저장하는데 사용된다. 트랜지스터들은 반도체기판의 표면 부위에 정의된 다수의 액티브영역들에 형성된다. 커패시터들은 컨택패드(contact pad) 또는 컨택플러그(contact plug) 등을 포함하는 스토리지노드 컨택을 통해 트랜지스터와 각각 연결된다.BACKGROUND ART Semiconductor memory devices, such as Dynamic Random Access Memory (DRAM) devices, include a plurality of transistors and capacitors. The capacitors are connected to the transistors and used to store information. The transistors are formed in a plurality of active regions defined in the surface region of the semiconductor substrate. The capacitors are each connected to the transistor through a storage node contact including a contact pad or a contact plug.
최근 반도체소자의 집적도가 높아짐에 따라 단위셀이 차지하는 면적도 급격하게 감소하고 있다. 셀 면적의 감소를 극복하기 위하여 초미세 공정의 개발 뿐만 아니라 단위 셀에 대한 구조적인 변화가 다양하게 시도되고 있는 추세이다. 이와 같은 추세에 따라 커패시터와 트랜지스터를 연결시키는 스토리지노드 컨택에 대한 구조나 특성의 변경을 통해 전체 반도체 메모리소자의 특성을 향상시키고자 하는 시도도 다양하게 이루어지고 있다.In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, the area occupied by unit cells has also been drastically reduced. In order to overcome the decrease of the cell area, there have been various attempts to change not only the microfabrication process but also the structural change of the unit cell. According to this trend, various attempts have been made to improve the characteristics of the entire semiconductor memory device by changing the structure or characteristics of the storage node contact connecting the capacitor and the transistor.
스토리지노드 컨택에 의해 나타나는 중요한 특성들 중 하나는 컨택 저항이다. 스토리지노드 컨택은 트랜지스터와 커패시터 사이의 신호전달통로로 작용한다. 따라서 큰 컨택 저항은 소자의 동작속도를 느리게 하는 원인으로 작용한다. 스토리지노드 컨택의 컨택 저항을 감소시키기 위해, 폴리실리콘층과 금속층의 적층 구조로 형성하며, 특히 폴리실리콘층과 금속층 사이에 금속실리사이드층을 배치시켜 오믹 컨택(ohmic contact)이 형성되도록 하고 있다. 그런데 이와 같은 금속실리사이드층을 형성하는 과정에서 폴리실리콘층 내에 빈 공간인 보이드(void)가 형성될 수 있다. 보이드는 컨택 저항을 크게 증가시킬 수 있으며, 특히 금속실리사이드층을 형성한 후의 후속 공정에서 보이드가 이동되고, 이와 같은 보이드 이동에 의해 스토리지노드 컨택의 컨택 저항이 보다 더 증가될 수도 있다.One of the important characteristics exhibited by storage node contacts is contact resistance. The storage node contact acts as a signal transmission path between the transistor and the capacitor. Therefore, a large contact resistance acts as a cause of slowing the operation speed of the device. In order to reduce the contact resistance of the storage node contact, a polysilicon layer and a metal layer are stacked. In particular, a metal silicide layer is disposed between the polysilicon layer and the metal layer to form an ohmic contact. However, a void, which is an empty space, may be formed in the polysilicon layer in the process of forming the metal silicide layer. The void can greatly increase the contact resistance, and in particular, the voids are moved in a subsequent process after forming the metal silicide layer, and the contact resistance of the storage node contact may be further increased by such a void movement.
본 기술이 해결하고자 하는 과제는, 스토리지노드 컨택 내의 보이드 이동을 억제함으로써 컨택 저항을 향상시킬 수 있는 스토리지노드 컨택을 갖는 반도체소자 의 제조방법을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device having a storage node contact capable of improving contact resistance by suppressing void movement in a storage node contact.
본 기술의 일 예에 따른 스토리지노드 컨택을 갖는 반도체소자의 제조방법은, 활성영역을 갖는 기판 위에 활성영역의 일부 표면을 노출시키는 스토리지노드 컨택홀을 형성하는 단계와, 가장자리에서 중심부로 갈수록 낮은 농도로 불순물도핑이 이루어지는 농도 구배를 갖는 도전층을 스토리지노드 컨택홀의 하부에 형성하는 단계와, 도전층에 대한 나이트로전 임플란트를 수행하는 단계와, 그리고 나이트로전이 임플란트된 도전층 위에 금속실리사이드층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of fabricating a semiconductor device having a storage node contact according to an example of the present invention includes forming a storage node contact hole exposing a portion of a surface of an active region on a substrate having an active region, Forming a conductive layer having a concentration gradient in which impurity doping is performed on the conductive layer, underneath the storage node contact hole, performing a nitroelectric pre-implant for the conductive layer, and forming a metal silicide layer on the conductive layer .
일 예에서, 스토리지노드 컨택홀은, 활성영역에 접하는 하부에서의 폭이 상부에서의 폭보다 넓은 벌브 구조로 형성할 수 있다.In one example, the storage node contact hole can be formed in a bulb structure in which the width in the lower portion in contact with the active region is larger than the width in the upper portion.
일 예에서, 스토리지노드 컨택홀은, 비트라인스택 및 비트라인스택을 덮는 절연성스페이서층에 의해 한정되도록 할 수 있다.In one example, the storage node contact holes may be defined by an insulating spacer layer covering the bit line stack and the bit line stack.
일 예에서, 도전층은 폴리실리콘층으로 형성할 수 있다.In one example, the conductive layer may be formed of a polysilicon layer.
일 예에서, 도전층을 형성하는 단계는, 제1 불순불 도핑농도를 갖는 제1 폴리실리콘층을 형성하는 단계와, 제1 폴리실리콘층 위에 제1 불순물 도핑농도보다 낮은 제2 불순물 도핑농도를 갖는 제2 폴리실리콘층을 형성하는 단계와, 제2 폴리실리콘층 위에 제2 불순물 도핑농도 이하의 제3 불순물 도핑농도를 갖는 제3 폴리실리콘층을 형성하는 단계와, 제3 폴리실리콘층 위에 제3 불순물 도핑농도 이하의 제4 불순물 도핑농도를 갖는 제4 폴리실리콘층을 형성하는 단계와, 그리고 제4 폴리실리콘층 위에 불순물 도핑이 이루어지지 않은 제5 폴리실리콘층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In one example, the step of forming a conductive layer comprises: forming a first polysilicon layer having a first impurity-undoped concentration; forming a second polysilicon layer having a second impurity doping concentration lower than the first impurity doping concentration Forming a third polysilicon layer having a third impurity doping concentration below a second impurity doping concentration on the second polysilicon layer; and forming a second polysilicon layer on the third polysilicon layer, Forming a fourth polysilicon layer having a fourth impurity doping concentration less than the third impurity doping concentration and forming a fifth polysilicon layer not doped with impurities on the fourth polysilicon layer have.
이 경우, 제1 불순물 도핑농도는 8.0ㅧ1020~9.0ㅧ1020atom/㎤이고, 제2 불순물 도핑농도는 6.0ㅧ1020~7.0ㅧ1020atom/㎤이고, 제3 불순물 도핑농도는 5.0ㅧ1020~6.0ㅧ1020atom/㎤이며, 그리고 제4 불순물 도핑농도는 4.0ㅧ1020~5.0ㅧ1020atom/㎤일 수 있다.In this case, the first impurity doping concentration is 8.0 × 10 20 to 9.0 × 10 20 atom / cm 3, the second impurity doping concentration is 6.0 × 10 20 to 7.0 × 10 20 atom / cm 3, the third impurity doping concentration is 5.0 10 20 to 6.0 10 20 atom / cm 3, and the fourth dopant concentration may be 4.0 10 20 to 5.0 10 20 atom / cm 3.
또한, 제1 폴리실리콘층, 제2 폴리실리콘층, 및 제3 폴리실리콘층은 각각 40-60Å의 두께로 형성하고, 제4 폴리실리콘층은 100-600Å의 두께로 형성하며, 그리고 제5 폴리실리콘층은 50-100Å의 두께로 형성할 수 있다.The first polysilicon layer, the second polysilicon layer, and the third polysilicon layer are each formed to a thickness of 40-60 angstroms, the fourth polysilicon layer is formed to a thickness of 100-600 angstroms, and the fifth poly The silicon layer may be formed to a thickness of 50-100 ANGSTROM.
일 예에서, 도전층에 대한 나이트로전 임플란트를 수행하는 단계는, 도전층의 상부에 대해 수행하는 제1 나이트로전 임플란트 단계와, 그리고 도전층의 하부에 대해 수행하는 제2 나이트로전 임플란트 단계를 포함할 수 있다.In one example, performing the pre-implantation of the Nitrogen over the conductive layer may include a first Nitrogen pre-implant step performed on the top of the conductive layer, and a second Nitrogen pre- Step < / RTI >
일 예에서, 제1 나이트로전 임플란트 단계는, 400Å 내지 500Å의 깊이로 Rp가 설정되는 조건으로 수행할 수 있다.In one example, the first Nitrogen pre-implant step can be performed under conditions that Rp is set to a depth of 400 ANGSTROM to 500 ANGSTROM.
일 예에서, 제2 나이트로전 임플란트 단계는, 100Å 내지 200Å의 깊이로 Rp가 설정되는 조건으로 수행할 수 있다.In one example, the second Nitrogen pre-implant step can be performed under conditions where Rp is set to a depth of 100 ANGSTROM to 200 ANGSTROM.
일 예에서, 금속실리사이드층은 코발트 실리사이드층으로 형성할 수 있다.In one example, the metal silicide layer can be formed of a cobalt silicide layer.
일 예에서, 금속실리사이드층 위에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one example, the method may further comprise forming a metal layer over the metal silicide layer.
이 경우, 금속층은 텅스텐층으로 형성할 수 있다.In this case, the metal layer may be formed of a tungsten layer.
본 발명에 따르면, 보이드의 수직방향으로의 이동과 수평방향으로의 이동을 억제할 수 있으며, 이로 인해 보이드에 의한 스토리지노드 컨택의 오픈 불량 및 특성 저하와 같은 문제의 발생을 억제할 수 있다는 이점이 제공된다.According to the present invention, it is possible to suppress the movement of the void in the vertical direction and the movement in the horizontal direction, thereby advantageously restraining the occurrence of problems such as the open fault of the storage node contact due to the void and the degradation of the characteristics / RTI >
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 반도체소자의 제조방법에 의해 형성되는 스토리지노드 컨택을 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 2 내지 도 11은 본 발명의 일 예에 따른 스토리지노드 컨택을 갖는 반도체소자의 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.1 is a layout diagram showing a storage node contact formed by a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2 to 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device having a storage node contact according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 예에 따른 반도체소자(100)의 제조방법에 의해 형성되는 스토리지노드 컨택을 나타내 보인 레이아웃도이다. 도 1을 참조하면, 소자분리영역(120)에 의해 복수개의 활성영역들(111', 112', 113')들이 한정되도록 한다. 각각의 활성영역(111', 112', 113')은, 도면에서 사선 방향인 제1 방향을 따라 길게 배치된다. 다음에 도면에서 가로 방향인 제2 방향을 따라 길게 배치되도록 워드라인(200)을 형성한다. 각각의 활성영역(110)은 두 개의 워드라인(200)들과 중첩된다. 다음에 활성영역들(111', 112', 113')의 비트라인 컨택영역을 노출시키는 비트라인 컨택홀(400)을 형성한다. 이어서 비트라인 컨택홀(400)에 중첩되면서, 도면에서 세로 방향인 제3 방향을 따라 길게 배치되는 비트라인(300)을 형성한다. 다음에 도면에는 나타내지 않았지만, 비트라인(300) 위에 절연성 스페이서층을 형성하여 스토리지노드 컨택홀(500)을 형성하고, 스토리지노드 컨택홀(500)을 도전층으로 채워 커패시터의 스토리지노드와 연결될 스토리지노드 컨택을 형성한다.1 is a layout diagram showing a storage node contact formed by the manufacturing method of the
본 예에서는 스토리지노드 컨택을 형성하기 위해, 먼저 불순물 농도 구배를 갖는 폴리실리콘층으로 스토리지노드 컨택홀의 일부를 채운 뒤에, 나이트로전 임플란트를 수행한다. 그리고 폴리실리콘층 위에 금속 실리사이드층을 형성하고, 그 위에 금속층을 형성하여 스토리지노드 컨택을 완성한다. 이에 따르면, 폴리실리콘층을 형성하는 과정에서 보이드가 만들어지더라도, 보이드의 수직 방향 및 수평 방향으로의 이동을 억제할 수 있으며, 이에 따라 보이드에 의한 스토리지노드 컨택의 오픈 불량 및 특성 저하와 같은 문제의 발생을 억제할 수 있다.In this example, a portion of the storage node contact hole is first filled with a polysilicon layer having an impurity concentration gradient to form a storage node contact, followed by a night pre-implant. Then, a metal silicide layer is formed on the polysilicon layer, and a metal layer is formed thereon to complete the storage node contact. Accordingly, even if voids are formed in the process of forming the polysilicon layer, it is possible to suppress the movement of the voids in the vertical direction and the horizontal direction, thereby preventing problems such as open defect of the storage node contact caused by voids, Can be suppressed.
도 2 내지 도 11은 도 1의 선 I-I'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도들로서, 이하에서는 본 예에 따른 스토리지노드 컨택을 갖는 반도체소자의 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.FIGS. 2 to 11 are cross-sectional views taken along line I-I 'of FIG. 1. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor device having a storage node contact according to this embodiment will be described in detail.
먼저 도 2에 나타낸 바와 같이, 실리콘과 같은 반도체 재질로 이루어진 기판(130)의 소자분리절연층(146)을 형성하여 활성영역들(111, 112, 113)이 한정되도록 한다. 소자분리절연층(146)을 형성하기 위해, 먼저 기판(130)의 소자분리영역에 일정 깊이의 트랜치(142)를 형성한다. 트랜치(142) 내에 얇은 두께의 라이너층(144)을 형성하고, 이어서 절연층으로 트랜치(142)를 채워 소자분리절연층(146)을 형성한다. 소자분리절연층(146)에 의해 한정되는 활성영역들(111, 112, 113)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 도 1의 사선 방향인 제1 방향을 따라 길게 배치되는 평면 구조를 갖는다. 도 2를 도 1과 비교해 보면, 도 2에서 소자분리절연층(146)에 의해 구분되는 3개의 활성영역들(111, 112, 113) 중 가운데 배치되는 활성영역(111)은, 도 1에서 선 I-I'를 따라 비트라인 컨택홀(400)이 형성되는 활성영역(111')이다. 따라서 도 2에 도시되어 있는 활성영역(111)은 도 1의 활성영역(111')의 가운데 부분이다. 3개의 활성영역들(111, 112, 113) 중 왼쪽에 배치되는 활성영역(112)과 오른쪽에 배치되는 활성영역(113)은, 각각 도 1에서 선 I-I'를 따라 스토리지노드 컨택홀(500)이 형성되는 활성영역으로서, 활성영역(112)은 도 1의 활성영역(112')의 위 끝 부분이며, 활성영역(113)은 도 1의 활성영역(113')의 아래 끝 부분이다.First, as shown in FIG. 2, an
소자분리절연층(146)을 형성한 후에는, 전면에 워드라인(도 1의 200) 형성을 위한 하드마스크층패턴(210)을 형성한다. 비록 도 2의 단면 구조에서는 나타나지 않았지만, 하드마스크층패턴(210)은 워드라인(도 1의 200)이 형성될 부분의 활성영역(111, 112, 113) 및 소자분리절연층(146)의 일부 표면을 노출시키는 개구부를 갖는다. 다음에 개구부에 의해 노출된 부분을 일정 깊이 식각하여 트랜치를 형성하고, 이 트랜치 내부를 도전층으로 채워 매몰 구조의 워드라인(도 1의 200)을 형성한다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 하나의 활성영역에 두 개의 매몰 구조의 워드라인(도 1의 200)이 중첩된다. 따라서 활성영역(111')을 예로 들면, 두 개의 워드라인(도 1의 200) 사이의 비트라인 컨택(400)이 형성될 영역과, 양 가장자리에서의 스토리지노드 컨택(500)이 형성될 영역이 서로 구분되게 된다.After the element
도 3을 참조하면, 전면에 비트라인 컨택(400)이 형성될 활성영역(111)을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크층패턴(220)을 형성한다. 일 예에서 마스크층패턴(220)은 포토레지스트층으로 형성할 수 있다. 일 예에서, 비트라인 컨택(400)이 형성될 활성영역(111)을 노출시키는 개구부는 원형이거나, 또는 일 방향으로 더 연장된 타원형일 수 있다(도 1 참조). 다음에 이 마스크층패턴(220)을 식각마스크로 한 식각으로 비트라인 컨택홀(400)을 형성한다. 비트라인 컨택홀(400)은, 측면으로 소자분리 절연층(146)을 노출시키고, 바닥에서는 활성영역(111)의 표면을 노출시킨다. 비록 도면에 별도로 표시하지는 않았지만, 비트라인 컨택홀(400)의 바닥에서 노출되는 활성영역(111)은 불순물이 도핑된 불순물 확산영역일 수 있다.Referring to FIG. 3, a
도 4를 참조하면, 비트라인 컨택홀(400)이 채워지도록 도전층, 예컨대 폴리실리콘층을 증착한다. 다음에 증착된 폴리실리콘층에 대한 에치백 등의 공정을 실시하여 비트라인 컨택홀(400) 내에 매립된 비트라인 컨택플러그를 형성한다. 다음에 비트라인 컨택플러그가 형성된 결과물 전면에 비트라인 도전층 및 비트라인 하드마스크층을 순차적으로 적층한다. 일 예에서, 비트라인 도전층은 200Å 내지 400Å 두께의 텅스텐(W)층으로 형성하며, 비트라인 하드마스크층은 1500Å 내지 2000Å 두께의 나이트라이드(N)층으로 형성한다. 경우에 따라서 텅스텐(W)층과 비트라인 컨택플러그 사이에 티타늄나이트라이드(TiN)층과 같은 장벽금속층을 더 배치시킬 수도 있다.Referring to FIG. 4, a conductive layer, such as a polysilicon layer, is deposited to fill the bit line contact holes 400. The etch back process is then performed on the deposited polysilicon layer to form the bit line contact plugs embedded in the bit line contact holes 400. Next, a bit line conductive layer and a bit line hard mask layer are sequentially stacked on the front surface of the resultant formed with the bit line contact plug. In one example, the bit line conductive layer is formed of a tungsten (W) layer having a thickness of 200 Å to 400 Å, and the bit line hard mask layer is formed of a nitride (N) layer having a thickness of 1500 Å to 2000 Å. In some cases, a barrier metal layer such as a titanium nitride (TiN) layer may be further disposed between the tungsten (W) layer and the bit line contact plug.
다음에 비트라인 하드마스크층의 일부표면을 노출시키는 마스크층패턴(미도시)을 형성하고, 이 마스크층패턴을 식각마스크로 비트라인 하드마스크층의 노출부분을 제거하여 비트라인 하드마스크층패턴(330)을 형성한다. 일 예에서 마스크층패턴은 포토레지스트층으로 형성할 수 있다. 비트라인 하드마스크층패턴(330)을 형성한 후에는 마스크층패턴을 제거한다. 그리고 비트라인 하드마스크층패턴(330)을 식각마스크로 한 식각으로 비트라인 도전층 및 비트라인 컨택플러그를 순차적으로 식각하여 비트라인 도전층패턴(320) 및 비트라인 컨택플러그패턴(310)을 형성한다. 비트라인 컨택플러그패턴(310), 비트라인 도전층패턴(320), 및 비트라인 하드마스크층패턴(330)은 비트라인(300)을 구성한다. 비트라인(300)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 세로 방향인 제3 방향을 따라 길게 배치되며, 하나의 활성영역에 한 개의 비트라인(300)이 중첩된다. 따라서 활성영역(111')을 예로 들면, 한 개의 비트라인(300)과 중첩되는 부분 중 워드라인(도 1의 200)과 중첩되지 않는 영역이 비트라인 컨택(400)이 형성될 영역이 된다.Next, a mask layer pattern (not shown) is formed to expose a part of the surface of the bit line hard mask layer, and the exposed portion of the bit line hard mask layer is removed using the mask layer pattern as an etching mask to form bit line hard
도 5를 참조하면, 비트라인(300)이 형성된 결과물 전면에 제1 비트라인 스페이서층(340) 및 제2 비트라인 스페이서층(350)을 형성한다. 일 예에서, 디램(DRAM) 소자와 같이, 셀 영역 외에 주변회로 영역을 함께 갖는 경우, 제1 비트라인 스페이서층(340)을 형성하고, 셀 영역만을 오픈시킨 후에 제2 비트라인 스페이서층(350)을 형성한다. 이에 따라, 제1 비트라인 스페이서층(340)은 셀 영역 및 주변회로 영역에 모두 형성되는 반면, 제2 비트라인 스페이서층(350)은 셀 영역에만 형성된다. 제1 비트라인 스페이서층(340)은 40Å 내지 65Å 두께의 나이트라이드(N)층으로 형성할 수 있다. 제2 비트라인 스페이서층(350)은 60Å 내지 90Å 두께의 나이트라이드(N)층으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, a first bit
도 6을 참조하면, 제2 비트라인 스페이서층(350) 및 제1 비트라인 스페이서층(340)에 대한 이방성 식각, 예컨대 에치백(etch back) 공정을 수행하여, 스토리지노드 컨택이 형성될 활성영역(112, 113) 위의 제1 비트라인 스페이서층(340) 및 제2 비트라인 스페이서층(350)이 제거되도록 한다. 이 과정에서, 비트라인(300) 상부 표면 위의 제1 비트라인 스페이서층(340) 및 제2 비트라인 스페이서층(350)은 모두 제거되어 비트라인 하드마스크층패턴(330)의 상부 표면이 노출되지만, 경우에 따라서 제1 비트라인 스페이서층(340) 및 제2 비트라인 스페이서층(350)의 일부는 남아 있을 수도 있다. 다음에 전면에 층간절연층(미도시)을 형성하고, 소정의 마스크층패턴, 예컨대 포토레지스트층패턴을 이용하여 제2 비트라인 스페이서층(350)들 사이에 배치되는 층간절연층을 제거한다. 이에 따라 제2 비트라인 스페이서층(350)들 사이에서 활성영역(112, 113)을 노출시키는 제1 스토리지노드 컨택홀(510)이 형성된다. 계속해서 노출된 활성영역(112, 113)에 대한 등방성 식각을 수행하여 활성영역(112, 113)의 노출면적이 증대된 제2 스토리지노드 컨택홀(520)을 형성한다. 이에 따라 스토리지노드 컨택홀(500)은, 서로 인접하는 비트라인(300)들 사이의 제1 스토리지노드 컨택홀(510)과, 활성영역(112, 113)에 접하며 폭이 제1 스토리지노드 컨택홀(510)의 폭보다 상대적으로 넓은 제2 스토리지노드 컨택홀(520)로 이루어지는 벌브 구조로 형성된다. 비록 도면에 별도로 표시하지는 않았지만, 제2 스토리지노드 컨택홀(520)의 바닥에서 노출되는 활성영역(112, 113)은 불순물이 도핑된 불순물 확산영역일 수 있다. 일 예에서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 스토리지노드 컨택홀(500)은 원형이거나, 또는 일 방향으로 더 연장된 타원형일 수 있다.Referring to FIG. 6, an anisotropic etch process, such as an etch back process, is performed on the second bit
도 7을 참조하면, 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 및 제2 스토리지노드 컨택홀(520)을 도전층, 예컨대 폴리실리콘층(600)으로 매립시킨다. 이때 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 및 제2 스토리지노드 컨택홀(520)의 좁은 폭으로 인해, 폴리실리콘층(600) 내에는 보이드(710, 720)가 형성될 수 있다. 보이드(710, 720)은 여러 가지 형태로 발생될 수 있지만, 본 예에서는, 도면에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 폭이 넓고 깊이가 깊은 제2 스토리지노드 컨택홀(520) 내에는 상대적으로 큰 크기의 제1 보이드(710)가 만들어지고, 상대적으로 폭이 좁고 깊이가 얕은 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 내에는 상대적으로 작은 크기의 제2 보이드(720)가 만들어지는 경우를 예로 들기로 한다.Referring to FIG. 7, the first storage
폴리실리콘층(600)은, 서로 다른 불순물 농도로 도핑이 이루어진 제1 폴리실리콘층(610), 제2 폴리실리콘층(620), 제3 폴리실리콘층(630), 및 제4 폴리실리콘층(640)과, 불순물 도핑이 이루어지 않은 언도프트의 제5 폴리실리콘층을 포함한다. 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 및 제2 스토리지노드 컨택홀(520) 내에 제1 불순물 도핑 농도를 갖는 제1 폴리실리콘층(610)을 증착한다. 일 예에서 제1 불순물 도핑 농도는 8.0ㅧ1020~9.0ㅧ1020atom/㎤이고, 제1 폴리실리콘층(610)의 두께는 대략 40-60Å이다. 다음에 제1 폴리실리콘층(610) 위에 제1 불순물 도핑농도보다 낮은 제2 불순물 도핑농도를 갖는 제2 폴리실리콘층(620)을 증착한다. 일 예에서, 제2 불순물 도핑농도는 6.0ㅧ1020~7.0ㅧ1020atom/㎤이고, 제2 폴리실리콘층(620)의 두께는 대략 40-60Å이다. 다음에 제2 폴리실리콘층(620) 위에 제2 불순물 도핑농도 이하인 제3 불순물 도핑농도를 갖는 제3 폴리실리콘층(630)을 증착한다. 일 예에서, 제3 불순물 도핑농도는 5.0ㅧ1020~6.0ㅧ1020atom/㎤이고, 제3 폴리실리콘층(630)의 두께는 대략 40-60Å이다. 본 예에서는 제1 폴리실리콘층(610), 제2 폴리실리콘층(620), 및 제3 폴리실리콘층(630)에 의해, 제1 스토리지노드 컨택홀(510)의 일부와 제2 스토리지노드 컨택홀(520)이 매립되며, 이 과정에서, 도면에 나타낸 바와 같이, 제2 스토리지노드 컨택홀(520) 내에는 제1 보이드(710)가 발생될 수 있다. The
다음에 제3 폴리실리콘층(630) 위에 제3 불순물 도핑농도 이하인 제4 불순물 도핑농도를 갖는 제4 폴리실리콘층(640)을 증착한다. 일 예에서, 제4 불순물 도핑농도는 4.0ㅧ1020~5.0ㅧ1020atom/㎤이고, 제2 폴리실리콘층(640)의 두께는 대략 100-600Å이다. 다음에 제4 폴리실리콘층(650) 위에 불순물이 도핑되지 않은 제5 폴리실리콘층(650)을 증착한다. 이 과정에서, 도면에 나타낸 바와 같이, 제1 스토리지노드 컨택홀(520) 내에는 제2 보이드(720)가 발생될 수 있다. 제4 폴리실리콘층(640) 및 제5 폴리실리콘층(650)을 증착함에 따라 제1 스토리지노드 컨택홀(510)도 모두 매립된다. 일 예에서 제5 폴리실리콘층(650)의 두께는 대략 50-100Å이다. 일 예에서, 제1, 제2, 제3, 및 제4 폴리실리콘층(610, 620, 630, 640)에 도핑되는 불순물은 포스포러스(P)이지만, 경우에 따라서 아세닉(As) 같은 다른 불순물이 도핑될 수도 있다.A
도 8을 참조하면, 폴리실리콘층(600)에 대한 이방성 식각공정, 예컨대 에치백 공정을 수행하여 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 표면으로부터 일정 깊이까지 폴리실리콘층(600)을 제거한다. 일 예에서, 제거되는 폴리실리콘층(600)의 두께(D)는, 비트라인 하드마스크층패턴(330)의 상부 표면으로부터 대략 500Å 내지 700Å이 되도록 한다. 이 식각공정에 의해, 비트라인 하드마스크층패턴(330)의 상부 표면 위에 있는 폴리실리콘층(600)은 모두 제거되어, 비트라인 하드마스크층패턴(330)의 상부 표면이 노출된다.Referring to FIG. 8, an anisotropic etching process, such as an etch back process, is performed on the
도 9를 참조하면, 도면에서 화살표(800)로 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘층(600)에 대한 나이트로전 임플란트(N implant)를 수행한다. 나이트로전 임플란트는 두 단계로 나누어 수행한다. 먼저 제1 스토리지노드 컨택홀(510)과 제2 스토리지노드 컨택홀(520)의 경계에 제1 나이트로전 임플란트 영역(810)이 형성되도록 제1 나이트로전 임플란트 단계를 수행한다. 다음에 폴리실리콘층(600) 표면에 제2 나이트로전 임플란트 영역(820)이 형성되도록 제2 나이트로전 임플란트 단계를 수행한다. 일 예에서, 제1 나이트로전 임플란트 단계는, 임플란트 에너지를 대략 15KeV 내지 20KeV로 설정하고, 도즈(dose)는 대략 3.0ㅧ1015atom/㎠ 내지 5.0ㅧ1015atom/㎠로 설정한 상태에서 수행한다. 그리고 제1 스토리지노드 컨택홀(510)과 제2 스토리지노드 컨택홀(520)의 경계에 제1 나이트로전 임플란트 영역(810)이 형성되도록 Rp(Projected Range)를 대략 400Å 내지 500Å의 깊이로 설정한다. 일 예에서, 제2 나이트로전 임플란트 단계는, 임플란트 에너지를 대략 3KeV 내지 5KeV로 설정하고, 도즈(dose)는 대략 5.0ㅧ1015atom/㎠로 설정한 상태에서 수행한다. 그리고 폴리실리콘층(600)의 표면에 제2 나이트로전 임플란트 영역(820)이 형성되도록 Rp(Projected Range)를 대략 100Å 내지 200Å의 깊이로 설정한다.Referring to FIG. 9, a N-implant is performed on
비록 제1 스토리지노드 컨택홀(510)과 제2 스토리지노드 컨택홀(520)의 경계에 제1 나이트로전 임플란트 영역(810)을 형성시키는 제1 나이트로전 임플란트 단계를 먼저 수행하고, 폴리실리콘층(600)의 표면에 제2 나이트로전 임플란트 영역(820)을 형성시키는 제2 나이트로전 임플란트 단계를 나중에 수행하는 것을 예로 들었지만, 경우에 따라서 제2 나이트로전 임플란트 단계를 먼저 수행하고, 제1 나이트로전 임플란트 단계를 나중에 수행할 수도 있다. 제1 나이트로전 임플란트 영역(810)은, 후속 단계에서 제2 스토리지노드 컨택홀(520) 내의 제1 보이드(710)가 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 내의 폴리실리콘층(600)으로 이동되는 것을 억제시킨다. 제2 나이트로전 임플란트 영역(820)은, 후속의 금속 실리사이드층 형성 과정에서 보이드 생성을 억제하고 금속 실리사이드층의 열적 안정성을 증대시킨다.Although the first NL pre-implant step of forming the first
도 10을 참조하면, 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 내의 폴리실리콘층(600) 위에 금속 실리사이드층을 형성시킨다. 본 예에서 금속 실리사이드층은 코발트 실리사이드층(910)으로 형성한다. 코발트 실리사이드층(910)을 형성하기 위해, 먼저 전면에 코발트(Co)층을 형성한다. 경우에 따라서 코발트(Co)층 위에 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)층을 더 형성할 수도 있다. 다음에 실리사이드 반응을 유발시키기 위해 열처리를 수행한다. 본 예에서 열처리는 급속열처리(RTP; Rapid Thermal Processing) 방법을 사용하여 수행하며, 두 단계로 나누어서 수행한다. 구체적으로 제1 급속열처리(RTP)를 대략 500℃ 내지 550℃에서 수행한다. 이 제1 급속열처리(RTP)에 의해, 폴리실리콘층(600)과 코발트(Co)층이 실리사이드 반응을 하여 코발트 실리사이드층(910)이 형성된다. 다음에 미반응된 코발트(Co)층과, 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)층을 제거하고, 제2 급속열처리(RTP)를 대략 750℃ 내지 800℃에서 수행한다.Referring to FIG. 10, a metal silicide layer is formed on the
이와 같은 금속 실리사이드층 형성 과정에서, 폴리실리콘층(600)이 측면으로 갈수록 불순물 도핑 농도가 높아지는 농도 구배를 가짐으로써, 제2 보이드(720)가 수평 방향으로 이동되는 것이 억제된다. 그리고 제1 나이트로전 임플란트 영역(도 9의 810)의 존재로 인해 제2 스토리지노드 컨택홀(520) 내의 제1 보이드(710)가 제1 스토리지노드 컨택홀(510) 내의 폴리실리콘층(600)으로 이동되는 것이 억제된다. 또한 제1 급속열처리(RTP) 및 제2 급속열처리(RTP)에 의해, 폴리실리콘층(600) 내에 도핑되어 있던 불순물들과, 제1 및 제2 나이트로전 임플란트 영역(810, 820) 내의 나이트로전은 폴리실리콘층(600) 내에서 확산(diffusion)되며, 그 결과 폴리실리콘층(600)은 전체적으로 균일한 불순물 도핑 농도를 갖게 된다.In the process of forming the metal silicide layer, the
도 11을 참조하면, 장벽금속층으로서 티타늄/티타늄나이트라이드(Ti/TiN)층(920)을 대략 30Å 내지 50Å의 두께로 형성하고, 금속층, 예컨대 텅스텐(W)층(930)은 대략 300Å 내지 500Å 증착하여 제1 스토리지노드 컨택홀(510)의 남은 빈 공간이 모두 채워지도록 한다. 그리고 평탄화를 수행하여 인접한 텅스텐(W)층(930)이 서로 분리되도록 한다. 이에 따라 폴리실리콘층(600), 코발트 실리사이드층(910), 및 텅스텐(W)층(930)으로 이루어지는 스토리지노드 컨택이 만들어진다.11, a titanium / titanium nitride (Ti / TiN)
111, 112, 113...활성영역
200...워드라인
300...비트라인
400...비트라인 컨택홀
500...스토리지노드 컨택홀
600...불순물 농도구배를 갖는 폴리실리콘층
710, 720...보이드
810, 820...제1 및 제2 나이트로전 임플란트 영역
910...금속 실리사이드층
920...장벽금속층
930...금속층111, 112, 113 ... active area
200 ... word line
300 ... bit line
400 ... bit line contact hole
500 ... storage node contact hole
600 ... a polysilicon layer having an impurity concentration gradient
710, 720 ... Boyd
810, 820 ... First and second nitro furnace front implant regions
910 ... metal silicide layer
920 ... barrier metal layer
930 ... metal layer
Claims (13)
가장자리에서 중심부로 갈수록 낮은 농도로 불순물도핑이 이루어지는 농도 구배를 갖는 도전층을 상기 스토리지노드 컨택홀의 하부에 형성하는 단계;
상기 도전층에 대한 나이트로전 임플란트를 수행하는 단계; 및
상기 나이트로전이 임플란트된 도전층 위에 금속실리사이드층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법.Forming a storage node contact hole exposing a surface of the active region over a substrate having an active region;
Forming a conductive layer in a lower portion of the storage node contact hole, the conductive layer having a concentration gradient in which impurity doping is performed at a lower concentration from an edge to a center;
Performing a nitroelectric pre-implant for the conductive layer; And
And forming a metal silicide layer on the conductive layer doped with the nitride.
상기 스토리지노드 컨택홀은, 상기 활성영역에 접하는 하부에서의 폭이 상부에서의 폭보다 넓은 벌브 구조로 형성하는 반도체소자의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the storage node contact hole is formed in a bulb structure having a width at a lower portion in contact with the active region that is larger than a width at an upper portion.
상기 스토리지노드 컨택홀은, 비트라인 및 비트라인을 덮는 비트라인 스페이서층에 의해 한정되도록 하는 반도체소자의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the storage node contact hole is defined by a bit line spacer layer covering the bit line and the bit line.
상기 도전층은 폴리실리콘층으로 형성하는 반도체소자의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive layer is formed of a polysilicon layer.
제1 불순불 도핑농도를 갖는 제1 폴리실리콘층을 형성하는 단계;
상기 제1 폴리실리콘층 위에 상기 제1 불순물 도핑농도보다 낮은 제2 불순물 도핑농도를 갖는 제2 폴리실리콘층을 형성하는 단계;
상기 제2 폴리실리콘층 위에 제2 불순물 도핑농도 이하의 제3 불순물 도핑농도를 갖는 제3 폴리실리콘층을 형성하는 단계;
상기 제3 폴리실리콘층 위에 상기 제3 불순물 도핑농도 이하의 제4 불순물 도핑농도를 갖는 제4 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 및
상기 제4 폴리실리콘층 위에 불순물 도핑이 이루어지지 않은 제5 폴리실리콘층을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein forming the conductive layer comprises:
Forming a first polysilicon layer having a first impurity-undoped concentration;
Forming a second polysilicon layer on the first polysilicon layer having a second impurity doping concentration lower than the first impurity doping concentration;
Forming a third polysilicon layer having a third impurity doping concentration below the second impurity doping concentration on the second polysilicon layer;
Forming a fourth polysilicon layer having a fourth impurity doping concentration below the third impurity doping concentration on the third polysilicon layer; And
And forming a fifth polysilicon layer on the fourth polysilicon layer that is not doped with impurities.
상기 제1 불순물 도핑농도는 8.0ㅧ1020~9.0ㅧ1020atom/㎤이고, 상기 제2 불순물 도핑농도는 6.0ㅧ1020~7.0ㅧ1020atom/㎤이고, 상기 제3 불순물 도핑농도는 5.0ㅧ1020~6.0ㅧ1020atom/㎤이며, 그리고 상기 제4 불순물 도핑농도는 4.0ㅧ1020~5.0ㅧ1020atom/㎤인 반도체소자의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the first impurity doping concentration is 8.0 to 10 20 to 9.0 10 20 atom / cm 3, the second impurity doping concentration is 6.0 to 10 20 to 7.0 10 20 atom / cm 3, the third impurity doping concentration is 5.0 10 20 to 6.0 10 20 atoms / cm 3, and the fourth impurity doping concentration is 4.0 10 20 to 5.0 10 20 atoms / cm 3.
상기 제1 폴리실리콘층, 제2 폴리실리콘층, 및 제3 폴리실리콘층은 각각 40-60Å의 두께로 형성하고, 상기 제4 폴리실리콘층은 100-600Å의 두께로 형성하며, 그리고 상기 제5 폴리실리콘층은 50-100Å의 두께로 형성하는 반도체소자의 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the first polysilicon layer, the second polysilicon layer, and the third polysilicon layer are each formed to a thickness of 40-60 angstroms, the fourth polysilicon layer is formed to a thickness of 100-600 angstroms, Wherein the polysilicon layer is formed to a thickness of 50-100 ANGSTROM.
상기 도전층의 상부에 대해 수행하는 제1 나이트로전 임플란트 단계; 및
상기 도전층의 하부에 대해 수행하는 제2 나이트로전 임플란트 단계를 포함하는 반도체소자의 제조방법.2. The method of claim 1, wherein performing the pre-
A first nitro furnace implant step performed on top of the conductive layer; And
And performing a second nitroelectric pre-implant step on the lower portion of the conductive layer.
상기 제1 나이트로전 임플란트 단계는, 400Å 내지 500Å의 깊이로 Rp가 설정되는 조건으로 수행하는 반도체소자의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the first Nitrogen pre-implant step is performed under the condition that Rp is set to a depth of 400 ANGSTROM to 500 ANGSTROM.
상기 제2 나이트로전 임플란트 단계는, 100Å 내지 200Å의 깊이로 Rp가 설정되는 조건으로 수행하는 반도체소자의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the second NL pre-implant step is performed under the condition that Rp is set to a depth of 100 ANGSTROM to 200 ANGSTROM.
상기 금속실리사이드층은 코발트 실리사이드층으로 형성하는 반도체소자의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal silicide layer is formed of a cobalt silicide layer.
상기 금속실리사이드층 위에 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체소자의 제조방법.The method according to claim 1,
And forming a metal layer on the metal silicide layer.
상기 금속층은 텅스텐층으로 형성하는 반도체소자의 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the metal layer is formed of a tungsten layer.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120151424A KR20140081547A (en) | 2012-12-21 | 2012-12-21 | Method of fabricating emiconductor device having storage node contact |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10559571B2 (en) | 2017-04-13 | 2020-02-11 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of fabricating semiconductor memory devices |
KR20220037170A (en) * | 2020-09-17 | 2022-03-24 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device |
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2012
- 2012-12-21 KR KR1020120151424A patent/KR20140081547A/en not_active Withdrawn
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20121221 |
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