KR19980048584A - Semiconductor memory device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 메모리 디바이스 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 메모리 디바이스는, 제 1 전도형의 반도체 기판; 반도체 기판 상부에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 양측에 형성되는 제 2 전도형의 소오스, 드레인 영역; 게이트 전극을 포함하는 기판 상부에 형성되는 제 1 층간 절연막; 상기 드레인 영역과 콘택되도록 제 1 층간 절연막 상에 형성되는 비트 라인을 포함하며, 상기 드레인 영역과 기판간의 접합 경계면에 공핍 길이를 증가시키기 위하여 형성되는 제 2 전도형의 저농도 불순물 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed are a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same. A memory device of the present invention includes a semiconductor substrate of a first conductivity type; A gate electrode formed on the semiconductor substrate; Source and drain regions of a second conductivity type formed on both sides of the gate electrode; A first interlayer insulating film formed over the substrate including the gate electrode; And a bit line formed on the first interlayer insulating layer to be in contact with the drain region, and including a low concentration impurity region of a second conductivity type formed to increase the depletion length at the junction interface between the drain region and the substrate. It is done.
Description
본 발명은 반도체 메모리 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디램(dynamic random access memory) 및 그 제조방법에 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 dynamic random access memory (DRAM) and a method of manufacturing the same.
최근, 컴퓨터와 같은 정보 기기의 괄목할 만큼의 보급은, 반도체 메모리 디바이스의 수요를 증대시키고 있다. 특히, 큰 저장 용량을 갖으며, 빠른 스피드로 동작하는 반도체 메모리 디바이스가 크게 요구되며, 이러한 요구는 반도체 메모리 소자의 집적 밀도, 응답 및 신뢰성을 개선시키기 위한 기술의 발전을 뒤따르게 한다.In recent years, the widespread use of information devices such as computers has increased the demand for semiconductor memory devices. In particular, there is a great need for semiconductor memory devices having large storage capacities and operating at high speeds, which demands follow the development of techniques for improving the integration density, response and reliability of semiconductor memory devices.
반도체 메모리 소자 중에서, 디램은 임의의 정보를 입력하거나 또는 이미 저장되어 있는 정보를 출력할 수 있는 메모리로서 알려져 있으며, 일반적인 디램은 저장 영역으로서의 다량의 정보가 저장된 메모리 셀 어레이 부분과 외부의 시그널을 입력하거나 출력하기 위한 주변 회로 부분을 포함한다.Among semiconductor memory devices, a DRAM is known as a memory capable of inputting arbitrary information or outputting already stored information, and a general DRAM inputs an external signal and a portion of a memory cell array in which a large amount of information as a storage area is stored. Or a peripheral circuit portion for outputting.
종래의 디램 셀은 도 1에 도시된 바와 같이, 게이트가 워드 라인(WL)과 연결되고, 선택적으로 온/오프되는 모스 트랜지스터(T)와, 모스 트랜지스터(T)의 온/오프 동작에 따라 비트 라인(BL)을 통하여 선택적으로 입력되는 전하를 충전 또는 방전하는 전하 저장용 캐패시터(Cs)를 포함한다. 여기서, 미설명 부호 Cb는 비트라인에 접촉되는 드레인 영역의 기생 캐패시터를 나타낸 것이다.In the conventional DRAM cell, as shown in FIG. 1, a MOS transistor T having a gate connected to a word line WL and selectively turned on / off, and a bit according to an on / off operation of the MOS transistor T It includes a charge storage capacitor (Cs) for charging or discharging the charge selectively input through the line (BL). Here, reference numeral Cb denotes a parasitic capacitor of the drain region in contact with the bit line.
종래와 같은 고집적 대용량의 메모리 디바이스에서는 다음과 같은 이유로 인하여 비트 라인의 캐패시터가 증가하게 된다.In the conventional highly integrated high-capacity memory device, the capacitor of the bit line increases due to the following reasons.
즉, 비트 라인 캐패시터는 하나의 비트 라인에 연결되는 메모리 셀의 수에 비례하고, 메모리 셀의 트랜지스터의 소오스, 드레인 영역과 비트 라인간의 접합 캐패시턴스에 비례하며, 비트 라인과, 그 비트라인과 교차되는 워드 라인 또는 전원 라인 사이의 커플링 캐패시턴스와 비례하므로, 현재의 메모리 디바이스에서는 비트라인의 캐패시터가 증가된다.That is, the bit line capacitor is proportional to the number of memory cells connected to one bit line, proportional to the source capacitance of the transistor of the memory cell, and the junction capacitance between the bit region and the bit line, and intersects the bit line and the bit line. Since the capacitance of the word line or power line is proportional to the coupling capacitance, in the current memory device, the capacitor of the bit line is increased.
이에 따라, 비트 라인 캐패시턴스와 반비례하는 센싱 전압[Vsen = (Cb×Vblp + Cs×Vcc)/(Cb+Cs) 여기서, Cb는 비트 라인의 캐패시턴스이고, Vblp는 비트 라인 프리 차아지 전압이며, Cs는 스토라지 노드 캐패시턴스이고, Vcc는 전원전압을 나타낸다.]은, 비트 라인 캐패시터 증가할수록 전압값이 점차로 감소하여, 센싱마진이 감소된다. 이로 인하여, 디램 소자의 오동작이 발생되는 문제점이 발생된다.Accordingly, the sensing voltage inversely proportional to the bit line capacitance [Vsen = (Cb x Vblp + Cs x Vcc) / (Cb + Cs) where Cb is the capacitance of the bit line, Vblp is the bit line precharge voltage, and Cs Is the storage node capacitance, and Vcc represents the power supply voltage.] The voltage value gradually decreases as the bit line capacitor increases, and the sensing margin decreases. As a result, a problem occurs that a malfunction of the DRAM device occurs.
따라서, 본 발명의 목적은, 비트라인의 캐패시턴스를 감소시키어, 반도체 디램 소자의 센싱 마진을 확보할 수 있는 반도체 메모리 디바이스를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of reducing the capacitance of a bit line and ensuring a sensing margin of a semiconductor DRAM element.
도 1은 일반적인 디램 셀을 개략적으로 나타낸 회로도.1 is a circuit diagram schematically showing a general DRAM cell.
도 2는 본 발명에 따른 디램 셀의 단면도.2 is a cross-sectional view of a DRAM cell according to the present invention.
도 3A 내지 3C는 본 발명에 따른 디램 셀의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a DRAM cell according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
11 : 반도체 기판13 : 게이트 전극11: semiconductor substrate 13: gate electrode
17A,17B : 소오스,드레인 영역18 : 제 1 층간 절연막17A, 17B: source, drain region 18: first interlayer insulating film
19 : 저농도 불순물 영역20 : 비트 라인19: low concentration impurity region 20: bit line
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 제 1 전도형의 반도체 기판; 반도체 기판 상부에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극 양측에 형성되는 제 2 전도형의 소오스, 드레인 영역; 게이트 전극을 포함하는 기판 상부에 형성되는 제 1 층간 절연막; 상기 드레인 영역과 콘택되도록 제 1 층간 절연막 상에 형성되는 비트 라인을 포함하며, 상기 드레인 영역과 기판간의 접합 경계면에 공핍 길이를 증가시키기 위하여 형성되는 제 2 전도형의 저농도 불순물 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is a semiconductor substrate of the first conductivity type; A gate electrode formed on the semiconductor substrate; Source and drain regions of a second conductivity type formed on both sides of the gate electrode; A first interlayer insulating film formed over the substrate including the gate electrode; And a bit line formed on the first interlayer insulating layer to be in contact with the drain region, and including a low concentration impurity region of a second conductivity type formed to increase the depletion length at the junction interface between the drain region and the substrate. It is done.
또한, 본 발명은 제 1 전도형의 반도체 기판 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 기판의 상기 게이트 전극의 양측에 제 2 전도형의 소오스, 드레인 영역을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상부에 제 1 층간 절연막을 형성하는 단계; 드레인 영역이 노출되도록 제 1 층간 절연막을 식각하여, 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 노출된 드레인 영역과 기판의 접합 경계면에 제 1 전도형의 저농도 불순물을 이온 주입하는 단계; 및 제 1 콘택홀을 통하여 상기 드레인 영역과 콘택되도록 제 1 층간 절연막 상에 비트 라인을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention comprises the steps of forming a gate electrode on the semiconductor substrate of the first conductivity type; Forming source and drain regions of a second conductivity type on both sides of the gate electrode of the substrate; Forming a first interlayer insulating layer on the semiconductor substrate; Etching the first interlayer insulating layer to expose the drain region, thereby forming a first contact hole; Ion implanting a low concentration impurity of a first conductivity type into a junction interface between the exposed drain region and the substrate; And forming a bit line on the first interlayer insulating layer to contact the drain region through the first contact hole.
본 발명에 의하면, 드레인 영역과 기판간의 접합 경계면에서 공핍 길이를 증대시키도록 저농도 불순물을 이온 주입하여, 드레인의 결합 캐패시턴스가 감소되고, 디램의 비트라인에서의 기생 캐패시턴스를 감소시키게 된다. 따라서, 디램 소자의 센싱 마진이 증대되고, 오동작이 방지된다.According to the present invention, by implanting a low concentration of impurities to increase the depletion length at the junction interface between the drain region and the substrate, the coupling capacitance of the drain is reduced, and the parasitic capacitance in the bit line of the DRAM is reduced. Therefore, the sensing margin of the DRAM device is increased, and malfunctioning is prevented.
[실시예]EXAMPLE
이하 첨부한 도면에 의거하여, 본 발명의 양호한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도면 도 2는 본 발명의 반도체 디램 소자의 단면을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 반도체 디램 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면이다.2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor DRAM device of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a semiconductor DRAM device according to the present invention.
본 실시예는 비트 라인 캐패시터를 감소시키기 위하여, 드레인 영역의 접합 기생 캐패시터를 감소시키기 위한 구조를 갖는 디램 셀 및 그 제조방법을 제안한다.This embodiment proposes a DRAM cell having a structure for reducing a junction parasitic capacitor in a drain region and a method of manufacturing the same in order to reduce the bit line capacitor.
우선, 도 2를 참조하여, 제 2 전도형 예를 들어, N형의 제 1 저농도 불술물 영역(14A,14B)과 N형의 고농도 불순물 영역(16A,16B)으로 구성되는 소오스/드레인 영역(17A,17B)은 제 1 전도형, 예를 들어, P형의 반도체 기판(11)에 일정 거리 간격을 두고 형성되어 있다.First, referring to FIG. 2, a source / drain region (i.e., composed of a first conductivity type region 14A, 14B of a second conductivity type, for example, N and a highly concentrated impurity region 16A, 16B, of type N) 17A and 17B are formed in the semiconductor substrate 11 of the first conductivity type, for example, at a predetermined distance from each other.
게이트 산화막(12) 및 게이트 전극(13)은 반도체 기판(11) 상부의 소정 부분에 형성되어 있다. 이때, 게이트 전극(13)은 소오스/드레인 영역(17A,17B) 사이의 반도체 기판(11) 상부에 형성되어 있으며, 사이드 월 스페이서(15)는 게이트 전극(13) 양측 제 1 저농도 영역(14A,14B) 상부에 형성되어 있다.The gate oxide film 12 and the gate electrode 13 are formed in a predetermined portion above the semiconductor substrate 11. In this case, the gate electrode 13 is formed on the semiconductor substrate 11 between the source / drain regions 17A and 17B, and the side wall spacers 15 are formed of the first low concentration region 14A on both sides of the gate electrode 13. 14B) is formed on top.
결과물 상부에는 제 1 층간 절연막(18)이 형성되어 있고, 드레인 영역(17A,17B)이 노출되도록 제 1 층간 절연막(18)은 소정 부분 식각되어 진다.The first interlayer insulating film 18 is formed on the resultant portion, and the first interlayer insulating film 18 is partially etched to expose the drain regions 17A and 17B.
비트 라인(20)은 제 1 층간 절연막(18)상에 형성되어, 드레인 영역(17B)과 콘택되어 진다. 이때, 드레인 영역(17B)과 기판(11)간의 계면에는 제 2 전도형 예를 들어, N형의 불순물 타입을 갖는 제 2 저농도 불순물 영역(19)이 형성되어 있고, 제 2 저농도 불순물 영역(19)은 제 1 저농도 불순물 영역(14B)에 비하여, 더 낮은 농도를 갖는다.The bit line 20 is formed on the first interlayer insulating film 18 and is in contact with the drain region 17B. At this time, a second low concentration impurity region 19 having a second conductivity type, for example, an N type impurity type, is formed at the interface between the drain region 17B and the substrate 11, and the second low concentration impurity region 19 is formed. ) Has a lower concentration than the first low concentration impurity region 14B.
제 2 층간 절연막(21)은 비트 라인(20)이 형성된 구조물 전면에 형성되어 있고, 스토리지 노드 전극(22)은 제 2 층간 절연막(21)상에 형성되어, 소오스 영역(17A)과 콘택되어 진다.The second interlayer insulating film 21 is formed on the entire surface of the structure in which the bit line 20 is formed, and the storage node electrode 22 is formed on the second interlayer insulating film 21 to be in contact with the source region 17A. .
본 실시예에서는 드레인 영역(17B)과 기판(11)의 접합 경계면에 형성된 제 2 전도형 제 2 저농도 불순물 영역(19)은 기판과 드레인 영역(17B)의 디플리션 길이(Xd)를 증대시키게 되어, 비트 라인의 결합 캐패시턴스를 감소시킨다.In the present embodiment, the second conductivity type second low concentration impurity region 19 formed at the junction interface between the drain region 17B and the substrate 11 increases the deflection length Xd of the substrate and the drain region 17B. Thereby reducing the coupling capacitance of the bit line.
즉, 보다 구체적으로 설명하자면, 드레인 영역(17B)과 기판(11) 사이에는 접합 캐패시턴스(Cb)가 형성되는데, 이 접합 캐패시턴스는 C=eA/Xd(여기서 e: 유전율, A: 면적, Xd: 디플리션 길이)로 표현된다. 상기 식으로 부터 드레인 영역(17B)과 기판(11)간의 접합 경계면에서의 디플리션 길이가 증대될수록 접합 캐패시턴스는 감소된다.That is, in more detail, a junction capacitance Cb is formed between the drain region 17B and the substrate 11, and the junction capacitance is C = eA / Xd (where e: dielectric constant, A: area, and Xd: Deflation length). From the above equation, the junction capacitance decreases as the length of deflation at the junction interface between the drain region 17B and the substrate 11 increases.
이하 도 3A 내지 3C를 참조하여, 본 실시예에 따른 반도체 메모리 디바이스의 제조방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3C.
먼저, 도 3A를 참조하여, 50 내지 150Å의 두께를 갖는 게이트 산화막(12)은 제 1 전도형 예를 들어 P형의 반도체(11) 상부에 열산화 방식에 의하여 형성된다. 폴리실리콘막은 게이트 산화막(1) 상부에 CVD(chemical vapor deposition) 방식에 의하여 소정 두께로 형성된다. 폴리실리콘막과 게이트 산화막(2)은 패터닝되어, 게이트 전극(13)이 형성된다.First, referring to FIG. 3A, a gate oxide film 12 having a thickness of 50 to 150 kV is formed by a thermal oxidation method on the first conductivity type, for example, P-type semiconductor 11. The polysilicon film is formed to a predetermined thickness on the gate oxide film 1 by chemical vapor deposition (CVD). The polysilicon film and the gate oxide film 2 are patterned to form a gate electrode 13.
그 후에, 접합 영역을 형성하기 위하여, 제 2 전도형 에를 들어, N형의 불순물이 게이트 전극(13) 양측의 반도체 기판(11)에 이온 주입되어, 소오스/드레인 영역(17A, 17B)이 형성된다. 이어서, 1000 내지 2000Å의 두께를 갖는 산화막은 결과물 상부 고르게 증착된 다음, 이방성 식각되어, 사이드 월 스페이서(15)가 형성된다.Thereafter, in order to form a junction region, a second conductivity type, for example, an N-type impurity is ion-implanted into the semiconductor substrate 11 on both sides of the gate electrode 13 to form source / drain regions 17A and 17B. do. Subsequently, an oxide film having a thickness of 1000 to 2000 GPa is deposited evenly on the resultant and then anisotropically etched to form the side wall spacers 15.
도 3B를 참조하여, 제 1 층간 절연막(18)은 반도체 기판 상부에 소정 두께로 형성된다. 여기서, 제 1 층간 절연막(18)은 평탄화 특성을 갖는 막으로, 예를 들어, BPSG등의 평탄화막을 포함하는 다층 절연막으로 형성된다. 제 1 층간 절연막(18)은 비트 라인과 콘택되어질 드레인 영역(17B)이 노출되도록 소정 부분 식각되어, 콘택홀(H)이 형성된다.Referring to FIG. 3B, the first interlayer insulating film 18 is formed on the semiconductor substrate with a predetermined thickness. Here, the first interlayer insulating film 18 is a film having planarization characteristics, and is formed of a multilayer insulating film including a planarization film such as BPSG. The first interlayer insulating layer 18 is partially etched to expose the drain region 17B to be contacted with the bit line, thereby forming a contact hole H.
이어서, 제 2 전도형의 제 2 저농도 불순물(19) 예를 들어, 31P 이온은 기판과 드레인 영역(17B)의 접합 경계면 배치되도록 소정의 에너지를 가지고 이온 주입되어, 드레인 영역(17B)과 기판의 접합 경계면에 제 2 저농도 불순물 영역(19)이 형성된다. 이 제 2 저농도 불순물 영역(19)은, 접합 영역을 형성하기 위한 제 1 저농도 불순물에 비하여 낮은 농도를 지니며, 상기에서 설명하였듯이, 드레인 영역(17B)과 기판(11)의 접합 경계면에서의 공핍 길이를 증대시키는 역할을 하여, 디램 디바이스에서의 비트 라인 접합 캐패시턴스를 감소시키는 역할을 한다.Subsequently, the second low concentration impurity 19 of the second conductivity type, for example, 31 P ions is implanted with predetermined energy so as to be disposed at the junction interface between the substrate and the drain region 17B, so that the drain region 17B and the substrate The second low concentration impurity region 19 is formed at the junction interface. The second low concentration impurity region 19 has a lower concentration than the first low concentration impurity for forming the junction region, and as described above, depletion at the junction interface between the drain region 17B and the substrate 11. It serves to increase the length, thereby reducing the bit line junction capacitance in the DRAM device.
도 3C에 도시된 바와 같이, 비트 라인(20)으로 드레인 영역(17B)과 콘택홀(H)을 통하여, 콘택되도록 도핑된 폴리실리콘과 같은 도전층이 제 1 층간 절연막(8)상에 형성된다. 그후, 제 2 층간 절연막(21)은 반도체 기판(11) 상부에 소정 두께로 형성된다. 여기서, 제 2 층간 절연막(21)도 또한 평탄화 특성을 갖는 막 예를 들어, BPSG막 단일막 내지는 BPSG막을 포함하는 다층 절연막으로 형성할 수 있다. 그리고나서, 제 2 층간 절연막(21)과 제 1 층간 절연막(18)은 소오스 영역(17A)이 노출되도록 식각된 다음, 스토리지 노드(22)은 소오스 영역(17A)과 콘택되도록 형성된다.As shown in FIG. 3C, a conductive layer such as polysilicon doped to contact is formed on the first interlayer insulating film 8 through the drain region 17B and the contact hole H by the bit line 20. . Thereafter, the second interlayer insulating film 21 is formed on the semiconductor substrate 11 to have a predetermined thickness. Here, the second interlayer insulating film 21 may also be formed of a multilayer insulating film including a film having a planarization characteristic, for example, a BPSG film single film or a BPSG film. Then, the second interlayer insulating film 21 and the first interlayer insulating film 18 are etched to expose the source region 17A, and then the storage node 22 is formed to contact the source region 17A.
상술한 바와 같이, 본 발명은 드레인 영역과 기판간의 접합 경계면에서 공핍길이를 증대시키도록 저농도 불순물을 이온 주입하여, 드레인의 접합 캐패시턴스가 감소되고, 디램의 비트라인에서의 기생 캐패시턴스를 감소시키게 된다. 따라서, 디램 소자의 센싱 마진이 증대되고, 오동작이 방지된다.As described above, the present invention ion implants low concentration impurities to increase the depletion length at the junction interface between the drain region and the substrate, thereby reducing the junction capacitance of the drain and reducing the parasitic capacitance in the bit line of the DRAM. Therefore, the sensing margin of the DRAM device is increased, and malfunctioning is prevented.
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