KR100273678B1 - Memory device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치(Semiconductor Memory Device) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 매립된 비트라인(buried bitline)을 갖는 메모리 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a memory device having a buried bitline and a method of manufacturing the same.
반도체 기술의 발달과 더불어 메모리 장치의 집적도가 커지면서 워드라인과 비트라인간의 단락 문제와, DRAM에서의 셀 지역과 주변회로 지역간의 단차가 문제시되고 있다.With the development of semiconductor technology, as the degree of integration of memory devices increases, short circuits between word lines and bit lines, and gaps between cell regions and peripheral circuit regions in DRAMs become a problem.
통상적으로, DRAM은 워드라인 옆으로 비트라인 콘택과 캐패시터의 스토리지 노드 콘택이 형성되어, 비트라인 또는 스토리지 노드의 콘택 형성시 마스크의 오정렬에 의해 워드라인과의 단락이 발생된다. 이는 반도체 장치가 더욱 고집적화되어 가면서 그 정도가 심화되고 있다.Typically, a DRAM has a bit line contact and a storage node contact of a capacitor formed next to a word line, and a short circuit with a word line occurs due to misalignment of a mask when forming a contact of a bit line or a storage node. This is getting worse as semiconductor devices become more integrated.
또한, 기판의 셀 지역에는 기판 상부로 비트라인 및 캐패시터가 형성되는 반면에, 주변회로에는 비트라인 또는 캐패시터가 형성되지 않으므로, 단차가 심화되어 마스크 공정 마진의 부족으로 인해 원하는 패턴을 양호하게 형성할 수 없다는 문제점이 있는데, 이 역시 반도체 메모리 장치가 더욱 고집적화되어 가면서 그 정도가 심화되고 있다.In addition, bit lines and capacitors are formed in the cell region of the substrate, whereas bit lines or capacitors are not formed in the peripheral circuit, so that a step is deepened and thus a desired pattern can be formed well due to a lack of mask process margin. There is a problem that cannot be, which is also deepening as the semiconductor memory device becomes more integrated.
본 발명은 디자인 룰이 미세해진 고집적화에 대응하여, 단차를 줄이는 동시에 워드라인과 비트라인 간의 단락을 방지하기 위한 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same, which reduce the step and prevent the short circuit between the word line and the bit line in response to high integration with a finer design rule.
본 발명의 다른 목적은 매립된 비트라인 또는/및 스트리지노드와 트랜지스터의 접합을 에피택셜실리콘층에 의해 접속하여 공정 단순화를 가져다 주는데 적합한 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a semiconductor memory device suitable for connecting a buried bit line or / and a strip node and a junction of a transistor with an epitaxial silicon layer to simplify the process, and a method of manufacturing the same.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DRAM 셀의 단면도.1 is a cross-sectional view of a DRAM cell in accordance with one embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 DRAM 셀의 단면도.2 is a cross-sectional view of a DRAM cell according to another embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 DRAM 셀 제조 공정도.3A-3H illustrate a DRAM cell manufacturing process in accordance with one embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
101 : 실리콘 기판 102 : 매립된 비트라인101: silicon substrate 102: buried bit line
103, 108 : 절연막 104 : 에피택셜 실리콘층103 and 108
105a, 105b : 트랜지스터의 접합 106 : 트랜지스터의 게이트(워드라인)105a, 105b: Junction of transistor 106: Gate (word line) of transistor
107 : 매립된 제1스토리지 노드 109 : 제2 스토리지 노드107: buried first storage node 109: second storage node
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 반도체 메모리 장치는, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 표면으로부터 내부로 매립된 비트라인; 상기 비트라인 표면과 상기 반도체 기판 표면상에 형성되어 활성영역을 제공하는 에피택셜층; 상기 에피택셜층의 소정부위 상에 형성되는 워드라인; 상기 워드라인으로 덮히지 않은 지역의 상기 에피택셜층으로 불순물이 주입되어 형성되며, 상기 매립된 비트라인과 일측이 접속되는 트랜지스터의 소오스/드레인 접합; 및 상기 소오스/드레인 접합의 타측에 접속되면서 그 상부로 형성된 제1 스토리지 노드를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a semiconductor memory device of the present invention, a semiconductor substrate; A bit line embedded therein from the surface of the semiconductor substrate; An epitaxial layer formed on the bit line surface and the semiconductor substrate surface to provide an active region; A word line formed on a predetermined portion of the epitaxial layer; Source / drain junctions of transistors formed by implanting impurities into the epitaxial layer in regions not covered by the word lines and having one side connected to the buried bit lines; And a first storage node connected to the other side of the source / drain junction and formed thereon.
또한, 본 발명의 반도체 장치는 소오스/드레인 접합의 타측에 접속되면서, 그 하부의 상기 반도체기판 내부로 매립된 제2 스토리지 노드를 더 포함하여 이루어진다.In addition, the semiconductor device of the present invention further includes a second storage node connected to the other side of the source / drain junction and embedded in the semiconductor substrate below.
또한, 본 발명의 일 특징적인 반도체 메모리 장치 제조 방법은, 비트라인 형성 부위의 반도체기판을 선택적으로 소정 깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 형성된 상기 반도체 기판 표면을 따라 절연막을 형성하는 단계; 상기 트렌치 내에 비트라인 전도층을 채우는 단계; 상기 비트라인 전도층 및 상기 반도체 기판 표면에 에피택셜층을 형성하는 단계; 및 상기 에피택셜층을 활성영역으로하여 그의 일측 접합이 상기 비트라인 전도층과 접속되는 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In another aspect, a method of manufacturing a semiconductor memory device may include forming a trench by selectively etching a semiconductor substrate at a bit line forming portion to a predetermined depth; Forming an insulating film along a surface of the semiconductor substrate on which the trench is formed; Filling a bitline conductive layer in the trench; Forming an epitaxial layer on the bit line conductive layer and the semiconductor substrate surface; And forming a transistor having the epitaxial layer as an active region and having a junction thereof connected to the bit line conductive layer.
본 발명의 일 특징적 반도체 메모리 장치 제조 방법에서, 상기 트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 비트라인 전도층과 오버랩되지 않는 부위의 상기 에피택셜층 상에 게이트절연막, 게이트 전도층을 적층하고 패터닝하는 단계; 및 상기 에피택셜층으로 불순물을 이온주입하여 소오스/드레인 접합을 형성하고, 이에 의해 상기 비트라인 전도층과 상기 소오스/드레인 접합 일측이 접속되도록 하는 단계를 포함하여 이루어진다.In the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the forming of the transistor may include: stacking and patterning a gate insulating layer and a gate conductive layer on the epitaxial layer in a portion that does not overlap with the bit line conductive layer; And ion implanting impurities into the epitaxial layer to form a source / drain junction, whereby the bit line conductive layer and one side of the source / drain junction are connected.
또한, 본 발명의 다른 특징적인 반도체 메모리 장치 제조 방법은, 비트라인 형성 부위 및 스토리지 노드 부위의 반도체기판을 선택적으로 소정 깊이 식각하여 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치가 형성된 상기 반도체 기판 표면을 따라 절연막을 형성하는 단계; 상기 트렌치 내에 제1전도막을 채우는 것에 의해 비트라인 및 제1스토리지 노드를 형성하는 단계; 상기 비트라인, 상기 스토리지 노드, 및 상기 반도체 기판 표면에 에피택셜층을 형성하는 단계; 상기 에피택셜층을 활성영역으로하여 그 일측 접합이 상기 비트라인과 접속되고, 그 타측 접합은 상기 제1스토리지 노드와 접속되는 트랜지스터를 형성하는 단계; 및 상기 트랜지스터의 타측 접합이 오픈된 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 오픈부위를 제2전도막을 채워 제2스토리지 노드를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In another aspect, a method of fabricating a semiconductor memory device may include forming a trench by selectively etching a semiconductor substrate at a bit line forming portion and a storage node portion by a predetermined depth; Forming an insulating film along a surface of the semiconductor substrate on which the trench is formed; Forming a bit line and a first storage node by filling a first conductive film in the trench; Forming an epitaxial layer on the bit line, the storage node, and the semiconductor substrate surface; Forming a transistor having the epitaxial layer as an active region, one junction of which is connected to the bit line, and the other junction of which is connected to the first storage node; And forming an interlayer dielectric layer having the other side junction of the transistor open. And filling the open portion with a second conductive layer to form a second storage node.
본 발명의 다른 특징적 반도체 메모리 장치 제조 방법에서, 트랜지스터를 형성하는 단계는, 상기 비트라인과 오버랩되지 않는 부위의 상기 에피택셜층 상에 게이트절연막, 게이트 전도층을 적층하고 패터닝하는 단계; 및 상기 에피택셜층으로 불순물을 이온주입하여 상기 비트라인과 상기 제1스토리지 노드에 각각 접속되는 소오스/드레인 접합을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.In another method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, the step of forming a transistor includes: stacking and patterning a gate insulating layer and a gate conductive layer on the epitaxial layer in a portion not overlapping the bit line; And implanting impurities into the epitaxial layer to form source / drain junctions respectively connected to the bit line and the first storage node.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 DRAM 셀의 단면도로서, 도면에 도시된 바와 같이, 비트라인(102)은 소자분리막(FOX)의 에지에 근접한 부위에서 실리콘 기판(101) 내부에서 매립되며, 매립된 비트라인(102)과 실리콘 기판(101)과의 계면은 전기적 분리를 위한 절연막(103)에 의해 절연되어 있다. 매립된 비트라인(102) 표면과 실리콘 기판(101) 상에는 에피택셜 성장된 실리콘층(104)이 형성되며, 에피택셜 실리콘층(104)에는 불순물이 주입된 트랜지스터의 접합(105a, 105b)이 형성된다. 이 접합중 일측 접합(105a)은 실리콘 기판(101)에 매립된 비트라인(102)과 접속되며, 도면에 도시되지 않았지만, 캐패시터의 스토리지 노드는 타측 접합(105b)에 접속되면서 실리콘층(104) 상부에 형성되게 된다. 트랜지스터의 게이트(워드라인, 106)는 매립된 비트라인(102) 및 스토리지 노드와 오버랩되지 않은 부위의 상기 실리콘층(104) 상에 형성된다.1 is a cross-sectional view of a DRAM cell according to an exemplary embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 DRAM 셀의 단면도로서, 병렬 스토리지 노드를 갖는 구조가 나타나 있다.2 is a cross-sectional view of a DRAM cell according to another embodiment of the present invention, in which a structure having parallel storage nodes is shown.
도 2를 참조하면, 비트라인(102)은 실리콘 기판(101) 내부에서 매립되며, 매립된 비트라인(102)은 실리콘 기판(101)과의 계면은 전기적 분리를 위한 절연막(103)에 의해 절연되어 있다. 매립된 비트라인(102) 표면과 실리콘 기판(101) 상에는 에피택셜 성장된 실리콘층(104)이 형성되며, 에피택셜 실리콘층(104)에는 불순물이 주입된 트랜지스터의 접합(105a, 105b)이 형성된다. 이 접합중 일측 접합(105a)은 실리콘 기판(101)에 매립된 비트라인(102)과 접속되며, 제1 스토리지 노드(107)는 타측 접합(105b)에 접속되면서 실리콘 기판(101)에 매립되고, 제2스토리지 노드(109)는 역시 타측 접합(105b)에 접속되면서 실리콘층(104) 상부에 형성되게 된다. 실리콘기판(101)에 매립된 제1스토리지 노드(107)와 실리콘 기판(101)과의 계면에는 전기적 분리를 위한 절연막(108)이 형성된다. 트랜지스터의 게이트(워드라인, 106)는 매립된 비트라인(102) 및 스토리지 노드와 오버랩되지 않은 부위의 상기 실리콘층(104) 상에 형성된다.Referring to FIG. 2, the
이상에서 살펴본 바와같이 본 발명은 비트라인 및/또는 캐패시터의 스토리지 노드를 실리콘 기판의 표면 밑으로 형성하고, 트랜지스터의 접합과 이들간의 접속은 에피택셜 실리콘층에 의해 이루어지도록 하는 것으로, 워드라인(트랜지스터의 게이트 배선)과 비트라인 간의 단락을 미연에 방지하고, 셀 지역에서 비트라인 및/또는 캐패시터의 스토리지 노드가 실리콘 기판에 매립되므로, 주변회로 지역과의 단차를 완화시킬 수 있다.As described above, the present invention is to form the storage node of the bit line and / or capacitor under the surface of the silicon substrate, the junction of the transistor and the connection between them is made by the epitaxial silicon layer, the word line (transistor Short-circuit between the gate wiring) and the bit line is prevented, and the storage node of the bit line and / or capacitor is embedded in the silicon substrate in the cell region, thereby alleviating the step with the peripheral circuit region.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 일실시예에 따른 DRAM 셀 제조 공정도이다.3A to 3H are diagrams illustrating a process of fabricating a DRAM cell according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3a와 같이, 실리콘 기판(1) 상에 비트라인 형성 부위가 오픈된 마스크 패턴(2)을 형성하고, 도 3b와 같이, 노출된 실리콘 기판(1)을 일정깊이 식각하여 비트라인 형성을 위한 트렌치(3)를 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a
이어서, 도 3c 와 같이, 마스크 패턴(2)을 제거한 다음, 트렌치가 형성된 실리콘 기판(1) 표면을 따라 절연을 위한 열산화막(4)을 성장시키고, 상기 트렌치(3)를 충분히 채우도록 전면에 비트라인을 위한 폴리실리콘막(5)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3C, after removing the
계속해서, 도 3d와 같이, 상기 실리콘 기판의 표면이 노출될때까지 화학적 기계적 연마를 실시한다. 이에 의해 트렌치 내부 표면에는 열산화막(4)이 형성되고, 트렌치 내부는 폴리실리콘막(5)에 의해 채워지도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 3D, chemical mechanical polishing is performed until the surface of the silicon substrate is exposed. As a result, a
계속해서, 도 3e와 같이, 소자분리를 위한 필드산화막(6)을 형성하고, 도 3f와 같이, 전극간 전류의 흐름을 위하여 에피택셜 실리콘층(7)을 형성한다. 앞에서도 상세히 설명하였지만, 에피택셜 실리콘층(7)은 트랜지스터의 소오스/드레인 접합층과 비트라인간의 연결을 위한 것이다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, the
계속해서, 도 3g와 같이, 상기 에피택셜 실리콘층(7)에 통상의 공정으로 트랜지스터를 형성한다. 즉, 에피택셜 실리콘층(7)에 게이트 산화막(8), 게이트 배선용 폴리실리콘막(9) 및 하드 마스크를 위한 산화막(10)을 차례로 형성하고, 이 적층된 박막들(8, 9, 10)을 워드라인 마스크 및 식각 공정에 의해 패터닝한 후, 패터닝된 박막들의 측벽에 스페이서 절연막(11)을 형성한 다음, 이온주입에 의해 소오스/드레인 접합(12)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 3G, a transistor is formed in the epitaxial silicon layer 7 in a normal process. That is, the gate oxide film 8, the gate
도 3h는 도 3g의 전면에 층간절연막(13)을 형성한 다음, 캐패시터의 스토리지 노드 콘택홀(14)을 형성한 상태를 나타낸다.FIG. 3H illustrates a state in which the interlayer insulating layer 13 is formed on the entire surface of FIG. 3G, and then the storage
본 실시예에서, 도 3b의 비트라인 트렌치 형성시 스토리지 노드 부위도 트렌치를 형성하여 제1 스토리지 노드를 만든 다음, 다시 트랜지스터 형성 후, 스토리지 노드를 만들면, 앞서 설명한 도 2와 같은 병렬 스토리지 노드를 갖는 메모리 셀을 형성할 수 있다.In the present embodiment, when the bit line trench is formed in FIG. 3B, the storage node is also formed in the trench to form the first storage node, and then the transistor is formed, and then the storage node is formed. Memory cells can be formed.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 발명은 비트라인 및/또는 캐패시터의 스토리지 노드를 실리콘 기판의 표면 밑으로 형성하고, 트랜지스터와 이들간의 접속은 에피택셜 실리콘층에 의해 이루어지도록 하는 것으로, 워드라인(트랜지스터의 게이트 배선)과 비트라인 간의 단락을 미연에 방지하고, 셀 지역과 주변회로 지역 간의 단차를 완화시켜 고집적 소자의 공정 마진을 크게 향상시키는 효과가 있다.According to the present invention, a storage node of a bit line and / or a capacitor is formed under a surface of a silicon substrate, and a transistor and a connection therebetween are formed by an epitaxial silicon layer, and a word line (gate wiring of a transistor) and a bit line It is effective in preventing short circuits and shortening the gap between the cell region and the peripheral circuit region, thereby greatly improving the process margin of the highly integrated device.
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KR19990005921A (en) | 1999-01-25 |
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