KR100604854B1 - Memory device having storage node of box-type under structure and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 의한 메모리 소자는 스토리지 노드 콘택의 형성에 있어서, 스토리지 노드와 스토리지 노드 플러그 사이에 스토리지 노드 버퍼 패드를 구비하고 있다. 스토리지 노드는 스토리지 노드 버퍼 패드, 스토리지 노드 플러그 및 소오스 셀 패드를 통해 소오스로 연결된다. 스토리지 노드는 실린더형 상부 구조와 박스형 하부 구조가 연결된 구조로 구비된다. 박스형 하부 구조의 스토리지 노드는 스토리지 노드 버퍼 패드를 형성하기 위한 하드 마스크 패턴 및 식각 정지막을 이용하여 별도의 추가 포토레지스트 패턴 형성 공정 없이 형성된다.A memory device having a storage node of a box-type infrastructure and a method of manufacturing the same are disclosed. The memory device according to the present invention includes a storage node buffer pad between a storage node and a storage node plug in forming a storage node contact. The storage node is connected to the source through storage node buffer pads, storage node plugs, and source cell pads. The storage node has a structure in which a cylindrical upper structure and a boxed lower structure are connected. The storage node of the box-type infrastructure is formed without an additional photoresist pattern forming process by using a hard mask pattern and an etch stop layer to form a storage node buffer pad.
Description
도 1a는 종래의 실린더형 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자를 나타내는 평면도이다.1A is a plan view illustrating a memory device having a conventional cylindrical storage node.
도 1b는 도 1a의 I-I'에 따른 단면도이다.FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1A.
도 2a는 본 발명에 따른 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자를 나타내는 평면도이다.FIG. 2A is a plan view illustrating a memory device having a storage node of a box-type infrastructure according to the present invention. FIG.
도 2b는 도 2a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 B-B'에 따른 단면도이다.2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 2A.
도 3a 내지 도 9a는 본 발명에 따른 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자의 제조 방법을 보여주는 도 2a의 A-A'에 따른 단면도들이다.3A through 9A are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 2A illustrating a method of manufacturing a memory device having a storage node of a box-type substructure according to the present invention.
도 3b 내지 도 9b는 본 발명에 따른 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자의 제조 방법을 보여주는 도 2a의 B-B'에 따른 단면도들이다.3B through 9B are cross-sectional views taken along line BB ′ of FIG. 2A illustrating a method of fabricating a memory device having a storage node having a box-shaped substructure according to the present invention.
본 발명은 반도체 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 스토리지 노드(storage node)를 갖는 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a memory device having a storage node and a method of manufacturing the same.
메모리 소자의 집적도가 높아짐에 따라, 소자의 구조 사이의 공간은 일반적으로 줄어들고, 공정 마진 또한 감소하고 있다. 그러나, 고용량 메모리 소자, 특히 고용량 디램(dynamic random access memory; DRAM)을 제조하기 위해서는 소자의 공간 부족에도 불구하고, 커패시터의 저장 전극으로 사용되는 스토리지 노드의 커패시턴스를 높게 하여야 한다.As the integration of memory devices increases, the spacing between the structures of the devices generally decreases, and process margins also decrease. However, in order to manufacture a high capacity memory device, particularly a high capacity dynamic random access memory (DRAM), a capacitance of a storage node used as a storage electrode of a capacitor must be increased despite a lack of space in the device.
스토리지 노드의 커패시턴스를 높이기 위해서는 유전체막의 유전율을 높이는 방법 외에 스토리지 노드의 단면적을 늘리는 것이 좋은 방법이다. 스토리지 노드의 단면적을 늘리기 위해 트렌치 커패시터, 스택 커패시터 및 그들을 조합하는 방법이 개발되어 왔다. 스택 커패시터는 종래의 공정 기술을 활용하여 제조될 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다. 더욱이, 비트 라인 위에 커패시터를 형성하는 구조(capacitor over bit line; COB)를 갖는 스택 커패시터가 사용되고 있다.To increase the capacitance of the storage node, it is a good idea to increase the cross-sectional area of the storage node in addition to increasing the dielectric constant of the dielectric film. Trench capacitors, stack capacitors, and combinations thereof have been developed to increase the cross-sectional area of storage nodes. Stack capacitors are widely used because they can be manufactured utilizing conventional process techniques. Moreover, stack capacitors having a capacitor over bit line (COB) are used.
또한, COB 구조의 스택 커패시터에서도 각종 콘택 크기가 급격히 감소함에 따라 콘택 저항을 낮추기 위해 금속-유전체-금속(metal-insulator-metal; MIM) 커패시터, 금속 스토리지 노드 플러그(storage node plug) 또는 베리드 콘택(buried contact; BC), 및 스토리지 노드 버퍼 패드(storage node buffer pad) 또는 버퍼 베리드 콘택(buffer buried contact; BBC) 등 여러 가지 새로운 공정이 개발되고 있다.In addition, in COB stack capacitors, metal-dielectric-metal (MIM) capacitors, metal storage node plugs, or buried contacts are used to reduce contact resistance as the contact sizes decrease rapidly. Several new processes are being developed, such as buried contacts (BC), and storage node buffer pads or buffer buried contacts (BBCs).
도 1a는 종래의 실린더형 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자를 나타내는 평 면도이고, 도 1b는 도 1a의 I-I'에 따른 단면도이다.FIG. 1A is a plane view illustrating a memory device having a conventional cylindrical storage node, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 반도체 기판(100)에 소자분리영역(103)에 의해 한정되는 활성영역(105), 상기 활성 영역(105)을 가로지르는 워드 라인들(115), 상기 워드 라인들(115) 사이의 상기 활성영역(105)에 구비되는 공통 드레인(121)과 상기 워드 라인들(115) 바깥쪽의 상기 활성영역(105)에 각각 구비되는 소오스들(119), 상기 활성영역(105)과 평행하고, 상기 워드 라인들(115) 상을 가로지르는 비트 라인(137), 및 상기 소오스(119)들과 연결되는 스토리지 노드(160)들을 구비한다.1A and 1B, an
상기 워드 라인(115)은 워드 라인 절연막(107), 워드 라인 전극막(109) 및 워드 라인 캡핑막(111)을 포함하고, 상기 워드 라인(115)의 측벽에는 워드 라인 스페이서(117)가 구비되어 있다.The
상기 스토리지 노드(160)는 소오스 셀 패드(125), 스토리지 노드 플러그(140) 및 스토리지 노드 버퍼 패드(145)를 통해 상기 소오스(119)와 연결되어 있다. 상기 스토리지 노드 버퍼 패드(145)는 상기 스토리지 노드(160)와 스토리지 노드 플러그(140)의 오정렬 등에 의한 콘택 면적의 감소로 인한 콘택 저항의 증가를 막기 위한 구조이다.The
상기 비트 라인(137)은 드레인 셀 패드(130) 및 비트 라인 플러그(127)를 통해 상기 공통 드레인(121)과 연결된다. 상기 드레인 셀 패드(130) 및 소오스 셀 패드(125)들은 상기 워드 라인 스페이서(117)가 측벽에 형성된 워드 라인(115) 및 패드 격리막 패턴(123)에 의해 자기 정렬 구조로 구비된다.The
상기 스토리지 노드 플러그(140)는 층간 절연막(135)을 관통하여 구비되고, 상기 스토리지 노드(160)는 커패시터 몰드 산화막(150) 내에 실린더형으로 구비된다. 경우에 따라서는 상기 커패시터 몰드 산화막(150)이 제거되고, 유전체막이 상기 스토리지 노드(160)의 양 측면을 둘러싸고 있을 수도 있다.The
콘택 저항을 더욱 낮추기 위해서 상기 스토리지 노드 플러그(140), 스토리지 노드 버퍼 패드(145) 및 스토리지 노드(160)를 폴리실리콘이 아닌 금속으로 형성할 수도 있다.In order to further lower the contact resistance, the storage node plug 140, the storage
상기에서 보는 바와 같이 금속 스토리지 노드 버퍼 패드를 사용한 종래 기술에 의하면, 기존의 스토리지 노드 플러그 위에 스토리지 노드가 바로 연결되는 경우에 발생할 수 있는 둘 간의 오정렬 등에 의한 콘택 면적의 감소로 인한 콘택 저항의 증가 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 여기에 스토리지 노드 플러그를 금속으로 형성하는 종래 기술에 의하면 더욱 스토리지 노드 콘택 저항을 줄일 수 있다.As described above, according to the related art using a metal storage node buffer pad, an increase in contact resistance due to a decrease in contact area due to misalignment between the two, which may occur when a storage node is directly connected to an existing storage node plug, or the like. Can solve the problem. In addition, according to the prior art in which the storage node plug is formed of metal, the storage node contact resistance can be further reduced.
하지만, 상기 금속 스토리지 노드 버퍼 패드를 사용한 종래 기술에 의한 경우라도 스토리지 노드의 커패시턴스를 높이기 위해서는 스토리지 노드의 단면적을 늘려야 한다. 근래 널리 이용되고 있는 COB 구조의 메모리 커패시터에서는 스토리지 노드의 단면적을 늘리기 위해, 반구형 입계(hemi-spherical grain; HSG) 구조의 노드를 사용하기도 하지만 기본적으로는 스토리지 노드의 높이가 높아지고 있다.However, even in the related art using the metal storage node buffer pad, the cross-sectional area of the storage node must be increased to increase the capacitance of the storage node. In recent years, COB-structured memory capacitors use hemi-spherical grain (HSG) nodes to increase the cross-sectional area of storage nodes, but the height of storage nodes is increasing.
따라서, 상기의 종래 기술에 의하는 경우, 고집적 메모리 소자에서 스토리지 노드간의 간격이 좁아지고, 그 높이가 높아져 상기 스토리지 노드 패턴의 쓰러짐에 의한 불량 발생이 중요한 문제로 제기되고 있다.Therefore, according to the above-described prior art, the gap between storage nodes in the highly integrated memory device is narrowed, and the height thereof is increased, so that the occurrence of failure due to the collapse of the storage node pattern is an important problem.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스토리지 노드 콘택 저항을 낮추기 위해 스토리지 노드 버퍼 패드를 사용하는 구조에서 소자의 고용량화, 고집적화가 가능한 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a memory device having a storage node capable of high capacity and high integration of the device in a structure using a storage node buffer pad to lower the storage node contact resistance.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 스토리지 노드의 커패시턴스를 높일 수 있으며, 또한 그 고집적화로 인한 쓰러짐을 효과적으로 방지할 수 있는 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of manufacturing a memory device having a storage node that can increase the capacitance of the storage node and can effectively prevent collapse due to its high integration.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자는, 반도체 기판의 소자분리영역에 의해 한정되는 활성영역; 상기 활성영역 상을 가로지르는 한 쌍의 평행한 워드 라인들; 상기 워드 라인들 사이의 상기 활성영역에 구비되는 공통 드레인과 상기 워드 라인들 양 바깥쪽의 상기 활성영역에 각각 구비되는 한 쌍의 소오스들; 상기 활성영역과 평행하고, 상기 워드 라인들 상을 가로지르며, 상기 공통 드레인과 연결되는 비트 라인; 및 상기 소오스와 연결되며, 상기 소오스 상에 박스형의 하부 구조와 실린더형 상부 구조가 연결된 구조의 한 쌍의 스토리지 노드들을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a memory device having a storage node having a box-type substructure, the active area being defined by an isolation region of a semiconductor substrate; A pair of parallel word lines across the active region; A pair of sources respectively provided in the common drain provided in the active region between the word lines and in the active regions outside the word lines; A bit line parallel to the active region, across the word lines, and connected to the common drain; And a pair of storage nodes connected to the source and having a structure in which a box-shaped substructure and a cylindrical superstructure are connected on the source.
상기 소오스와 상기 스토리지 노드의 쌍은 각각 상기 소오스 상에 구비되는 소오스 셀 패드, 상기 소오스 셀 패드 상에 구비되는 스토리지 노드 플러그 및 상기 스토리지 노드 플러그 상에 구비되어 상기 스토리지 노드와 연결되는 스토리지 노드 버퍼 패드를 통해 연결되는 것이 바람직하다.The pair of source and the storage node may be respectively a source cell pad provided on the source, a storage node plug provided on the source cell pad, and a storage node buffer pad provided on the storage node plug and connected to the storage node. It is preferred to be connected via.
나아가 상기 스토리지 노드 버퍼 패드는 상기 스토리지 노드 플러그 보다 하부 단면적이 큰 것이 바람직하다. 더 나아가, 상기 스토리지 노드의 박스형 하부 구조의 단면적은 상기 실린더형 상부 구조의 단면적보다 큰 것이 더욱 바람직하다.Furthermore, it is preferable that the storage node buffer pad has a lower cross-sectional area than the storage node plug. Furthermore, the cross-sectional area of the box-shaped substructure of the storage node is more preferably larger than that of the cylindrical superstructure.
또한, 상기 스토리지 노드는 박스형 하부 구조의 둘레를 식각 정지막이 둘러싸는 구조인 것이 바람직하고, 상기 스토리지 노드의 박스형 하부 구조의 둘레 중의 일면과 상기 식각 정지막 사이에 하드 마스크막이 개재되는 것이 더욱 바람직하다. 나아가, 상기 식각 정지막은 질화막이고, 상기 하드 마스크막은 산화막일 수 있다.In addition, the storage node preferably has a structure in which an etch stop film surrounds a circumference of the box-shaped substructure, and more preferably, a hard mask layer is interposed between one surface of the circumference of the box-shaped substructure of the storage node and the etch stop layer. . Further, the etch stop layer may be a nitride layer, and the hard mask layer may be an oxide layer.
또한, 상기 스토리지 노드의 박스형 하부 구조와 실린더형 상부 구조의 연결 부위의 단면적은 상기 실린더형 상부 구조 및 박스형 하부 구조보다 작은 것이 바람직하다.In addition, the cross-sectional area of the connection portion of the box-shaped substructure and the cylindrical superstructure of the storage node is preferably smaller than the cylindrical superstructure and the box-shaped substructure.
또한, 상기 스토리지 노드 플러그는 W 또는 TiN이고, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드 및 스토리지 노드는 W, WN, TiN 또는 Ru 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the storage node plug is W or TiN, the storage node buffer pad and the storage node is preferably one of W, WN, TiN or Ru.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자의 제조 방법은, 반도체 기판에 활성영역을 한정하는 소자분리영역을 형성하는 단계; 상기 활성영역 상을 가로지르는 한 쌍의 평행한 워드 라인들을 형성하는 단계; 상기 워드 라인들 사이의 활성영역에는 공통 드레인, 그리고 상기 워드 라인들 양 바깥쪽의 활성영역에는 각각 소오스들을 형성하는 단계; 상기 소오스들 상에는 소오스 셀 패드들, 그리고 상기 공통 드레인 상에 는 드레인 셀 패드를 형성하는 단계; 상기 드레인 셀 패드 상에 비트 라인 플러그를 형성하고, 상기 비트 라인 플러그가 형성된 결과물 상에 상기 비트 라인 플러그를 덮는 상기 활성영역과 평행한 비트 라인을 형성하는 단계; 상기 소오스 셀 패드들 상에 상기 비트 라인과 절연되는 스토리지 노드 플러그들을 형성하는 단계; 상기 스토리지 노드 플러그들이 형성된 결과물 상에 상기 스토리지 노드 플러그들을 덮는 스토리지 노드 버퍼 패드들을 형성하는 단계; 및 상기 스토리지 노드 버퍼 패드들 상에 박스형 하부 구조와 실린더형 상부 구조가 연결된 스토리지 노드들을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a memory device having a storage node having a box-type lower structure, the method including: forming an isolation region defining an active region on a semiconductor substrate; Forming a pair of parallel word lines across the active region; Forming a common drain in the active regions between the word lines and sources in the active regions on both outer sides of the word lines; Forming source cell pads on the sources and drain cell pads on the common drain; Forming a bit line plug on the drain cell pad, and forming a bit line parallel to the active region covering the bit line plug on a resultant product on which the bit line plug is formed; Forming storage node plugs insulated from the bit line on the source cell pads; Forming storage node buffer pads covering the storage node plugs on a product on which the storage node plugs are formed; And forming storage nodes connected to the box-type substructure and the cylindrical superstructure on the storage node buffer pads.
상기 소오스 셀 패드들 및 드레인 셀 패드를 형성하는 단계는 상기 워드 라인을 가로지르고 상기 활성영역과 평행한 패드 격리막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 패드 격리막 패턴이 형성된 결과물 전면에 셀 패드막을 증착하고, 상기 셀 패드막을 상기 워드 라인 상부가 노출될 때까지 평탄화하는 단계를 포함하여 상기 워드 라인 및 상기 패드 격리막 패턴에 의한 자기정렬방식으로 형성하는 것이 바람직하다.The forming of the source cell pads and the drain cell pad may include forming a pad isolation pattern that crosses the word line and is parallel to the active region, and deposits a cell pad layer on the entire surface of the product on which the pad isolation pattern is formed. It is preferable to form a cell pad layer in a self-aligned manner by the word line and the pad isolation pattern, including planarizing the cell pad layer until the word line is exposed.
또한, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드들을 형성하는 단계는, 상기 스토리지 노드 플러그들이 형성된 결과물 상에 스토리지 노드 버퍼 패드막을 형성하는 단계, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드막 상에 상기 스토리지 노드 플러그들을 덮는 한 쌍의 하드 마스크막 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 하드 마스크막들을 식각 보호막으로 하여 상기 스토리지 노드 버퍼 패드막을 식각하는 단계를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.The forming of the storage node buffer pads may include forming a storage node buffer pad layer on a resultant of the storage node plugs, and a pair of hard masks covering the storage node plugs on the storage node buffer pad layer. And forming a film pattern, and etching the storage node buffer pad layer by using the hard mask layers as an etch protective layer.
나아가 상기 스토리지 노드들을 형성하는 단계는 상기 하드 마스크막 패턴들이 형성된 결과물 상에 식각 정지막을 형성하는 단계, 상기 식각 정지막 상에 커패시터 몰드 산화막을 형성하는 단계, 상기 커패시터 몰드 산화막, 식각 정지막 및 하드 마스크막을 관통하여 상기 스토리지 노드 버퍼 패드의 일부를 노출시키는 실린더형 스토리지 노드 홀들을 형성하는 단계, 상기 하드 마스크막 내의 스토리지 노드 홀을 확장하여 상기 스토리지 노드 홀의 하부를 박스형 트렌치로 형성하는 단계, 및 상기 박스형 트렌치 하부 구조의 스토리지 노드 홀이 형성된 결과물 상에 스토리지 노드막을 형성하는 단계를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.Further, the forming of the storage nodes may include forming an etch stop layer on a resultant product on which the hard mask layer patterns are formed, forming a capacitor mold oxide layer on the etch stop layer, the capacitor mold oxide layer, an etch stop layer, and a hard layer. Forming cylindrical storage node holes penetrating through a mask layer to expose a portion of the storage node buffer pad, extending storage node holes in the hard mask layer to form a lower portion of the storage node hole as a box trench; and More preferably, the method includes forming a storage node layer on the resultant formed storage node hole of the box-type trench infrastructure.
더 나아가, 상기 식각 정지막은 질화막임이 더욱 바람직하다. 또한, 상기 스토리지 노드 홀을 형성하는 단계는 상기 커패시터 몰드 산화막 상에 스토리지 노드 홀 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 스토리지 노드 홀 포토레지스트 패턴을 식각 보호막으로 하여 상기 커패시터 몰드 산화막, 식각 정지막, 하드 마스크막을 식각하는 단계를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.Further, the etch stop film is more preferably a nitride film. The forming of the storage node hole may include forming a storage node hole photoresist pattern on the capacitor mold oxide layer and using the storage node hole photoresist pattern as an etch protective layer. More preferably, etching the mask film.
나아가, 상기 하드 마스크막을 식각하는 단계는 상기 식각 정지막 식각시 동시에 수행되는 것이 더욱 바람직하다.The etching of the hard mask layer may be performed at the same time as the etching stop layer is etched.
또한, 상기 하드 마스크막은 산화막임이 바람직하고, 나아가 상기 스토리지 노드 홀의 하부를 박스형 트렌치로 형성하는 단계는 묽은 HF 용액 또는 BOE(buffered oxide etchant) 용액을 이용하여 습식각으로 수행하는 것이 바람직하다. 나아가, 상기 습식각은 상기 스토리지 노드 홀의 상기 식각 정지막과의 접촉부가 상기 식각 정지막의 상부를 벗어나지 않도록 시간을 조절하여 수행되는 것이 더 욱 바람직하다.In addition, the hard mask layer is preferably an oxide layer, and further, forming the lower portion of the storage node hole into a box trench may be performed by wet etching using a dilute HF solution or a buffered oxide etchant (BOE) solution. Further, the wet etching is more preferably performed by adjusting the time so that the contact portion of the storage node hole with the etch stop layer does not leave the upper portion of the etch stop layer.
또한, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드 및 스토리지 노드는 W, WN, TiN, 또는 Ru 중 하나인 것이 바람직하다.In addition, the storage node buffer pad and the storage node is preferably one of W, WN, TiN, or Ru.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 여러 막과 영역들의 두께는 명료성을 위해서 강조되었다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. In the accompanying drawings, the thicknesses of the various films and regions are highlighted for clarity.
도 2a는 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자를 나타내는 평면도이다.FIG. 2A is a plan view illustrating a memory device having a storage node of a box-type substructure for solving the technical problem of the present invention.
도 2b는 도 2a의 A-A'에 따른 단면도이고, 도 2c는 도 2a의 B-B'에 따른 단면도이다. 도 2a의 A-A'에 따른 단면은 비트 라인 방향에 따른 단면이고, 도 2a의 B-B'에 따른 단면은 워드 라인 방향에 따른 단면이다.2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 2A. 2A is a cross section along the bit line direction, and a cross section along BB 'in FIG. 2A is a cross section along the word line direction.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자는, 반도체 기판(300)의 소자분리영역(303)에 의해 한정되는 활성영역(305), 상기 활성영역(305) 상을 가로지르는 평행한 워드 라인(315)들, 상기 워드 라인(315)들 사이의 상기 활성영역(305)에 구비되는 공통 드레인(323)과 상기 워드 라인들(315) 바깥쪽의 상기 활성영역(305)에 구비되는 소오스들(320), 상기 활성영역(305)과 평행하고 상기 워드 라인(315)들 상을 가로 지르며, 상기 공통 드레인(323)과 연결되는 비트 라인(335), 및 상기 소오스(320)와 연결되며 박스형 하부 구조(363)와 실린더형 상부 구조(364)가 연결된 스토리지 노드(365)를 구비한다.2A to 2C, a memory device having a storage node having a box-type understructure according to an embodiment of the present invention is an
상기 워드 라인(315)은 워드 라인 절연막(307), 워드 라인 전극막(309) 및 워드 라인 캡핑막(311)을 구비하고, 측벽에 워드 라인 스페이서(317)가 구비되어 있다.The
상기 소오스(320)들과 공통 드레인(323)은 불순물 이온 주입과 열처리에 의해 형성될 수 있다. 상기 소오스(320)와 상기 스토리지 노드(365)는 상기 소오스(320) 상에 구비되는 소오스 셀 패드(327), 상기 소오스 셀 패드(327) 상에 구비되는 스토리지 노드 플러그(340) 및 상기 스토리지 노드 플러그(340)와 상기 스토리지 노드(365) 사이에 구비되는 스토리지 노드 버퍼 패드(345)를 통해 연결된다.The
또한, 상기 비트 라인(335)은 상기 공통 드레인(323) 상의 드레인 셀 패드(330) 및 상기 드레인 셀 패드(330) 상의 비트 라인 플러그(334)를 통해 상기 공통 드레인(323)과 연결된다.In addition, the
상기 드레인 셀 패드(330) 및 스토리지 노드 패드(327)들은 패드 격리막 패턴(325)과 워드 라인(315)에 의해 자기정렬 구조로 구비된다. 또한, 상기 비트 라인(335) 및 스토리지 노드 플러그(340)들은 제 1 층간 절연막(333) 및 제 2 층간 절연막(337) 내에 또는 관통하여 구비된다.The
상기 스토리지 노드(365)의 박스형 하부 구조(363)는 식각 정지막(355) 및 하드 마스크막(350)에 의해 측면이 둘러 싸여 있고, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드(345) 상에 존재할 수 있다. 경우에 따라서는 상기 하드 마스크막(350)이 전혀 존재하지 않고, 상기 식각 정지막(355) 및 스토리지 노드 버퍼 패드(345)만으로 둘러싸일 수도 있다. 또한, 상기 스토리지 노드(365)의 실린더형 상부 구조(364)는 커패시터 몰드 산화막(357) 내에 형성되고, 상기 식각 정지막(355)의 개구부에서 상기 박스형 하부 구조(363)와 연결될 수 있다. 커패시턴스를 높이기 위해 경우에 따라서는, 상기 커패시터 몰드 산화막(357)이 선택적으로 제거되고 상기 스토리지 노드(365)의 둘레를 유전체막이 둘러싸고 있을 수도 있다.The box-shaped
상기의 구조에서 상기 스토리지 노드(365)에 저장된 전하는 상기 워드 라인(315)이 온(ON) 상태인 경우 상기 스토리지 노드 버퍼 패드(345), 스토리지 노드 플러그(340), 소오스 셀 패드(327), 및 소오스(320)를 거쳐 공통드레인(323), 드레인 셀 패드(330), 비트 라인 플러그(334) 및 비트 라인(335)으로 흐를 수 있게 되어, 메모리 소자의 기억 및 지우기 등의 동작이 가능해진다.In the above structure, when the
도 3a 내지 도 9a는 본 발명의 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자의 제조 방법을 보여주는 도 2a의 A-A'에 따른 단면도들이고, 도 3b 내지 도 9b는 도 2a의 B-B'에 따른 단면도들이다.3A to 9A are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 2A, which illustrates a method of manufacturing a memory device having a storage node having a box-shaped substructure to solve another technical problem of the present invention, and FIGS. 3B to 9B are FIGS. Sectional drawing along BB 'of 2a.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반도체 기판(300)에 소자분리영역(303)을 형성하여 활성영역(305)을 한정한다. 상기 소자분리영역(303)은 소자분리 트렌치 내에 절연막을 매립하는 형태의 STI(shallow trench isolation) 구조가 이용될 수 있다.3A and 3B, an
이어서, 상기 활성영역(305)을 가로지르는 평행한 워드 라인(315)들을 형성 한다. 상기 워드 라인(315)은 워드 라인 절연막(307), 워드 라인 전극막(309) 및 워드 라인 캡핑막(311)을 차례로 형성한 후 포토리소그래피와 식각 기술을 이용한 패터닝 기법에 의해 형성될 수 있다. 상기 워드 라인 전극막(309)은 도핑된 폴리실리콘 또는 도핑된 폴리실리콘과 금속 실리사이드의 복합막일 수 있고, 상기 워드 라인 캡핑막(311)은 질화막과 같은 절연막으로 형성될 수 있다.Subsequently,
이어서, 상기 워드 라인(315)의 측벽에 통상의 절연막 증착 및 식각 기술을 이용하여 워드 라인 스페이서(317)를 형성한다. 그리고, 이온 주입 및 열처리를 통해 공통 드레인(323) 및 소오스(320)들을 형성한다.Subsequently,
이어서, 절연막 예를 들어 산화막을 이용하여 패드 격리막 패턴(325)을 형성한다. 그리고, 상기 패드 격리막 패턴(325)이 형성된 결과물 상에 셀 패드막(327, 330)을 증착하고 상기 워드 라인(315)이 노출될 때까지 상기 셀 패드막(327, 330)을 평탄화한다. 상기 패드 격리막 패턴(325) 및 워드 라인 스페이서(317)가 형성된 워드 라인(315)에 의하여 소오스 셀 패드(327)들 및 드레인 셀 패드(330)가 자기정렬 구조로 형성된다.Subsequently, the
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 드레인 셀 패드(330) 및 소오스 셀 패드(327)들이 형성된 결과물 상에 제 1 층간 절연막(333)을 증착하고, 상기 제 1 층간 절연막(333) 상에 상기 드레인 셀 패드(330)와 연결되는 비트 라인 플러그(도 2a의 334)를 형성한다. 그리고, 상기 비트 라인 플러그(도 2a의 334)를 덮고, 상기 활성영역(305)과 평행한 비트 라인(335)을 형성한다. 상기 비트 라인(335)은 도핑된 폴리실리콘 또는 금속, 예를 들어 W 또는 TiN으로 형성될 수 있다.4A and 4B, a first
이어서 제 2 층간 절연막(337)을 증착하고, 상기 제 2 층간 절연막(337) 및 제 1 층간 절연막(333)을 관통하며 상기 소오스 셀 패드(327)와 연결되는 스토리지 노드 플러그(340)를 형성한다. 상기 스토리지 노드 플러그(340)는 도핑된 폴리실리콘 또는 금속으로 형성될 수 있으나, 콘택 저항을 낮추기 위해 W 또는 TiN으로 형성되는 것이 바람직하다.Subsequently, a second
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상기 스토리지 노드 플러그(340)가 형성된 결과물 상에 스토리지 노드 버퍼 패드막(345)을 증착하고, 이어서 상기 스토리지 노드 플러그(340)를 덮는 하드 마스크막 패턴(350)을 형성한다. 상기 하드 마스크막 패턴(350)은 하드 마스크막을 증착한 후, 포토리소그래피 및 식각 기술을 이용하여 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 5A and 5B, a hard
상기 스토리지 노드 버퍼 패드막(345)은 W, WN, TiN 또는 Ru 중의 어느 하나일 수 있으며, 상기 하드 마스크막(350)은 습식 세정 시 제거될 수 있는 산화물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 하드 마스크막(350)은 스토리지 노드의 하부 구조를 형성하기 위해 100 Å 내지 10000 Å 사이일 수 있다.The storage node
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 하드 마스크막 패턴(350)을 식각 보호막으로 하여 상기 스토리지 노드 버퍼 패드막을 식각하여 스토리지 노드 버퍼 패드(345)를 형성한다. 상기 스토리지 노드 버퍼 패드(345)의 하부 단면 크기는 상기 스토리지 노드 플러그(340)와의 오정렬을 방지하기 위해 상기 스토리지 노드 플러그(340)보다 큰 것이 바람직하다.6A and 6B, a storage
이어서, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드(345)가 형성된 결과물 상에 식각 정 지막(355)을 형성한다. 상기 식각 정지막(355)은 상기 하드 마스크막(350)이 산화막인 경우 식각에 대해 선택비를 갖도록 질화막이 이용될 수 있다.Subsequently, an
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 식각 정지막(355)이 형성된 결과물 상에 커패시터 몰드 산화막(357)을 형성한다. 상기 커패시터 몰드 산화막(357)은 절연막으로서 산화막이 이용될 수 있다.Referring to FIGS. 7A and 7B, a capacitor
이어서, 상기 커패시터 몰드 산화막(357), 식각 정지막(355) 및 하드 마스크막(350)을 관통하고, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드막(345)과 연결되는 스토리지 노드 홀(360)을 형성한다. 상기 스토리지 노드 홀(360)은 상기 커패시터 몰드 산화막(357) 상에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 보호막으로 하여 상기 커패시터 몰드 산화막(357), 식각 정지막(355) 및 하드 마스크막(350)을 식각하여 형성한다. 이 경우, 1차로 상기 커패시터 몰드 산화막(357)까지 홀을 형성하고, 2차로 상기 식각 정지막(355)을 관통하는 홀을 형성하고, 3차로 상기 하드 마스크막(350)을 관통하는 홀을 형성하여 상기 스토리지 노드 홀(360)을 완성할 수 있다. 또는, 먼저 상기 커패시터 몰드 산화막(357)까지 홀을 형성하고, 이어서 상기 식각 정지막(355) 및 상기 하드 마스크막(350)을 동시에 식각하여 상기 스토리지 노드 홀(360)을 형성할 수도 있다.Subsequently, a
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 스토리지 노드 홀(360)이 형성된 후, 습식각을 진행하여 상기 스토리지 노드 홀(360)을 확장한다. 상기 습식각은 상기 식각 정지막(355)은 식각하지 않고, 상기 하드 마스크막(350)을 제거할 수 있도록 선택되며, 상기 하드 마스크막(350)이 산화막인 경우 묽은 HF 또는 BOE 용액을 이용하 는 것이 바람직하다. 상기 식각에 의해 상기 스토리지 노드 홀(360)의 상부 홀은 더욱 커지고, 하부는 상기 식각 정지막(355)에 의해 둘러싸인 박스형 트렌치 구조가 된다. 다만, 하부 식각 속도가 상부보다 더 빨라 상부 홀보다는 하부 박스가 더 커지게 된다. 또한, 상기 식각 정도에 따라, 상기 식각 정지막(355)의 일 측면에는 상기 하드 마스크막(350)이 남아서, 박스형 트렌치의 일 측면을 이룰 수도 있다.8A and 8B, after the
상기 식각 진행 후, 상기 하드 마스크막(350)은 상기 스토리지 노드 홀(360)의 바닥이 되는 스토리지 노드 버퍼 패드(345) 상에는 남아 있지 않고, 측면 방향으로는 상기 스토리지 노드 홀(360)이 상기 식각 정지막(355)의 상부를 벗어나지 않도록 조절되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서, 상기 박스형 하부 트렌치의 측면에 상기 하드 마스크막(350)이 하나도 남지 않거나 또는 2000 Å내로 남도록 하는 것이 바람직하다.After the etching process, the
또한, 상기 습식각의 진행은 후속 스토리지 노드 전세정과 함께 행해질 수도 있다.The wet etching may also be done with subsequent storage node precleans.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 스토리지 노드 홀(360)이 형성된 결과물 상에 스토리지 노드(365)를 형성한다. 앞에서도 언급했듯이, 상기 스토리지 노드(365) 형성 전에 전 세정을 행할 수도 있다. 상기 전 세정은 질화막, 금속/산화막에 대해 선택비를 지니는 용액에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 스토리지 노드(365)의 하부는 박스형 구조(363)를 갖게 되고, 상부는 실린더형 구조(364)를 갖게된다. 상기 스토리지 노드(365)는 폴리실리콘 또는 금속일 수 있으며, 바람직하게는 W, WN, TiN 또는 Ru 중 하나일 수 있다. 상기 스토리지 노드(365)는 모서리 도포 특성이 우수한 화학기상증착법(chemical vapor deposition; CVD) 또는 원자층증착법(atomic layer deposition; ALD)을 이용하여 스토리지 노드막을 형성한 후 평탄화함으로써 형성될 수 있다. 또한, 상기 스토리지 노드(365) 형성 후 상기 커패시터 몰드 산화막(357)을 제거하고 수도 있다.9A and 9B, a
이후 도면에는 도시되어 있지 않으나 당업자에게 자명한 통상의 방법에 따라 커패시터 유전체막, 전극을 형성하여 커패시터의 형성을 완료하고, 절연층 및 배선층을 형성하여 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자를 제조할 수 있다. 또한, 커패시턴스를 더욱 높이기 위해 상기 스토리지 노드(365) 형성 후 상기 커패시터 몰드 산화막(357)을 제거하고 유전체막을 형성하고 전극을 형성할 수도 있다.Thereafter, although not shown, a capacitor dielectric layer and an electrode are formed in accordance with a conventional method known to those skilled in the art to complete the formation of a capacitor, and an insulating layer and a wiring layer are formed to manufacture a memory device having a storage node having a box-type substructure. can do. In addition, after the
본 발명의 특정 실시예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다. The foregoing descriptions of specific embodiments of the present invention have been presented for purposes of illustration and description. The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
본 발명에 의한 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 갖는 메모리 소자는 소자의 집적화로 인한 스토리지 노드 콘택과 스토리지 노드간의 오정렬 등에 의한 콘택 저항 증가를 막기 위해 스토리지 노드 버퍼 패드를 채용하면서, 상기 스토리지 노드 버퍼 패드와 접촉 면적이 넓은 박스형 하부 구조의 스토리지 노드를 형성함으로써 콘택 저항을 낮출 수 있다. 또한, 기존의 실린더형의 상부 구조에 하부를 박 스형으로 형성함으로써 스토리지 노드의 커패시턴스를 높일 수 있어 메모리 소자의 고용량화를 가능하게 한다. 더구나, 메모리 소자의 고용량화로 인한 스토리지 노드의 폭 감소 및 높이 증가로 인한 스토리지 노드의 패턴 쓰러짐 현상을 개선할 수 있는 장점이 있다.The memory device having a storage node having a box-type substructure according to the present invention employs a storage node buffer pad to prevent an increase in contact resistance due to storage node contact and misalignment between storage nodes due to integration of the device, and the storage node buffer pad. Contact resistance can be lowered by forming a storage node with a box-type substructure having a large contact area. In addition, by forming a lower portion in the box-shaped upper structure of the existing cylindrical structure, the capacitance of the storage node can be increased, enabling high capacity of the memory device. In addition, there is an advantage of improving the pattern collapse of the storage node due to the decrease in the width and height of the storage node due to the high capacity of the memory device.
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