KR19990005451A - Highly integrated memory device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 분야1. Areas in which the claimed invention is concerned

반도체 기억소자 및 그 제조방법.Semiconductor memory element and method of manufacturing the same.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. Technical Challenges to be Solved by the Invention

캐패시터 하부전극으로 백금을 사용하고, 배리어층으로 TiN/Ti을 사용할 경우 낮은 온도에서도 배리어층의 산화반응이 활발하게 일어나 캐패시터 하부전극과 캐패시터 하부의 MOSFET의 전기적 연결이 파괴되는 문제를 해결하기 위함.In the case of using platinum as the lower electrode of the capacitor and TiN / Ti as the barrier layer, in order to solve the problem that the oxidation reaction of the barrier layer occurs actively even at a low temperature, the electrical connection between the lower electrode of the capacitor and the MOSFET below the capacitor is destroyed.

3. 발명의 해결방법의 요지3. The point of the solution of the invention

스토리지노드 패턴 측면에 도전체 측벽을 형성함으로써 캐패시터 하부전극과 MOSFET의 전기적 접속을 안정화시킴.Stabilizing the electrical connection between the capacitor lower electrode and the MOSFET by forming a conductor sidewall on the side of the storage node pattern.

4. 발명의 중요한 용도4. Important Uses of the Invention

반도체 메모리 소자의 제조에 이용됨.Used in the manufacture of semiconductor memory devices.

Description

고집적 기억소자 및 그 제조방법Highly integrated memory device and its manufacturing method

본 발명은 고집적 기억소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 BST[Ba(Sr,Ti)O3] 유전물질을 사용하는 초 고집적 DRAM이나 강유전체 기억소자(ferroelectric RAM) 제조시 캐패시터 하부전극과 MOSFET의 소스(source)의 전기적 연결의 신뢰성을 확보하는데 적당한 소자 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention is a highly integrated memory device and relates to a method of manufacturing the same, in particular BST [Ba (Sr, Ti) O 3] of the second to use a dielectric material highly integrated DRAM or ferroelectric memory device (ferroelectric RAM) manufacturing a capacitor lower electrode and the MOSFET To a device structure suitable for securing the reliability of the electrical connection of a source and a method of manufacturing the same.

초 고집적 DRAM에서 유전체로서 BST를 비롯한 고 유전체를 사용할 경우 하부전극으로써 Pt의 사용이 고려되고 있으며 강유전체 비휘발 기억소자의 경우에도 Pt는 가장 가능성이 큰 전극재료의 하나이다.In a highly integrated DRAM, when a high dielectric material such as BST is used as a dielectric material, use of Pt is considered as a lower electrode, and Pt is one of the most probable electrode materials in a ferroelectric nonvolatile memory device.

도 1은 Pt를 캐패시터의 하부전극으로 사용하는 일반적인 고집적 기억소자의 단면도이다. 도면에 도시된 바와같이, 고집적 기억소자의 캐패시터 스토리지노드는 폴리실리콘 플러그(6)와 확산방지막(7) 및 Pt하부전극(8)으로 이루어져 있다. 그런데 하부전극으로 주로 사용되는 Pt은 산소의 확산을 막는 장벽의 역할을 하지 못하기 때문에 고유전체 또는 강유전체(9)를 증착하는 공정에서 산소가 Pt하부전극(8)을 통해 확산되어 확산방지막(7)을 산화시키게 된다.1 is a cross-sectional view of a typical highly integrated memory device using Pt as the lower electrode of a capacitor. As shown in the figure, a capacitor storage node of a highly integrated storage element is composed of a polysilicon plug 6, a diffusion prevention film 7, and a Pt lower electrode 8. Since Pt, which is mainly used as a lower electrode, does not act as a barrier for preventing the diffusion of oxygen, oxygen is diffused through the Pt lower electrode 8 in the process of depositing the high dielectric material or the ferroelectric substance 9, Is oxidized.

한편, 확산방지막(7)으로는 TiN/Ti가 주로 사용되는데, Ti, TiN를 비롯한 여러 종류의 배리어물질과 플러그용 물질인 폴리실리콘(6)은 산화반응이 매우 활발하므로 500℃정도의 상대적으로 낮은 온도에서도 산화가 일어나 Pt하부전극(8)과 캐패시터 하부에 형성된 소오스 접합(S/D)의 전기적 연결을 파괴할 수 있다. 이와 같은 문제는 고유전체 또는 강유전체 증착온도가 높을수록 더욱 심해진다.Meanwhile, TiN / Ti is mainly used for the diffusion preventive film 7, and polysilicon 6, which is a material for plugs and various kinds of barrier materials including Ti and TiN, is very active in oxidation reaction. Therefore, Oxidation may occur even at low temperatures to destroy the electrical connection of the Pt lower electrode 8 and the source junction (S / D) formed under the capacitor. This problem becomes worse as the dielectric constant or the ferroelectric deposition temperature is higher.

특히, 강유전체 기억소자용 재료로서 가장 큰 가능성을 가지고 있는 재료의 하나인 SBT(SrBi2Ta2O9)의 경우, 증착 및 결정화를 위해 필요한 온도가 800℃정도이므로 이 재료를 사용하여 COB(capacitor on bitline)구조의 고집적 강유전체 기억소자를 실현하기 위해서는 Pt전극과 MOSFET 사이의 전기적 접속의 안정화를 기하는 것이 가장 중요한 문제이다.In particular, in the case of SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9 ), which is one of the most promising materials for ferroelectric memory devices, the temperature required for deposition and crystallization is about 800 ° C., in order to realize a highly integrated ferroelectric memory device of on-bit line structure, it is most important to stabilize the electrical connection between the Pt electrode and the MOSFET.

본 발명은 고집적 기억소자에 있어서 캐패시터 전극과 MOSFET 사이의 전기적 접속의 신뢰성을 높일 수 있는 소자 구조 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a device structure and a manufacturing method thereof that can increase the reliability of electrical connection between a capacitor electrode and a MOSFET in a highly integrated memory device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강유전체 기억소자는 반도체기판상의 절연층을 관통하여 하부구조를 이루고 있는 MOSFET의 접합층에 콘택된 도전체 층과, 상기 도전체층 상에 형성된 확산방지층, 및 상기 확산방지층 상에 형성된 캐패시터 하부전극층이 동일크기로 패터닝되고, 상기 패터닝된 적층막들의 측벽에 형성되어 상기 하부전극과 상기 도전체층를 전기적으로 접속하는 도전체 스페이서를 포함한다.In order to achieve the above object, the ferroelectric memory device of the present invention includes a conductor layer which is connected to a junction layer of a MOSFET which penetrates an insulating layer on a semiconductor substrate and has a lower structure, a diffusion preventing layer formed on the conductor layer, And a conductor spacer formed on the sidewall of the patterned laminated films and electrically connecting the lower electrode and the conductor layer.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강유전체 기억소자 제조방법은 반도체기판상에 반도체기판 소정부분을 노출시키는 콘택 홀을 포함하는 절연층을 형성하는 단계; 상기 콘택홀내에 제1도전체를 매립하여 플러그를 형성하는 단계, 상기 플러그를 포함한 절연층 상부에 제2도전체층과 제1확산방지막, 캐패시터 하부전극층, 유전체 박막 및 제2확산방지막을 차례로 적층하는 단계; 상기 적층막들을 소정패턴으로 패터닝하고, 그 패턴 측벽에 제3도전체 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 전면에 제3확산방지막을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a ferroelectric memory device, including: forming an insulating layer on a semiconductor substrate, the insulating layer including a contact hole exposing a predetermined portion of the semiconductor substrate; Forming a plug by filling a first conductor in the contact hole; stacking a second conductor layer, a first diffusion preventive film, a capacitor lower electrode layer, a dielectric thin film, and a second diffusion preventive film on the insulating layer including the plug in order step; Patterning the stacked films in a predetermined pattern, and forming a third conductor spacer on the sidewalls of the patterned layer; And forming a third diffusion barrier layer on the front surface.

도 1은 종래의 COB구조의 고집적 기억소자 단면도,1 is a cross-sectional view of a highly integrated memory device of a conventional COB structure,

도 2는 본 발명에 의한 기억소자 구조를 나타내는 단면도,2 is a cross-sectional view showing a memory element structure according to the present invention,

도 3A 내지 도 3C는 본 발명의 일실시예에 의한 기억소자 제조 방법을 도시한 공정순서도,FIGS. 3A to 3C are flow charts showing a method of manufacturing a storage element according to an embodiment of the present invention;

도 4A 내지 도 4C는 본 발명의 다른 실시예에 의한 기억소자 제조 방법을 도시한 공정순서도.4A to 4C are flowcharts showing a method of manufacturing a memory element according to another embodiment of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

1: 반도체기판 2: 필드산화막1: semiconductor substrate 2: field oxide film

3: 게이트 5: 절연층3: Gate 5: Insulating layer

210: 도전체 220: 제1확산방지층210: Conductor 220: First diffusion preventing layer

230: 캐패시터 하부전극층 250: 유전체 박막230: capacitor lower electrode layer 250: dielectric thin film

240: 도전체 스페이서 260: 캐패시터 상부전극층240: conductor spacer 260: capacitor upper electrode layer

270: 제2확산방지층270: second diffusion preventing layer

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

고집적 기억소자에서 배리어층 또는 폴리실리콘층의 산화로 인하여 캐패시터 전극과 MOSFET 사이의 전기적 접속이 끊어지는 문제는 주로 높은 온도에서 산소분위기에 노출되는 단계, 즉 유전체 박막의 증착 및 결정화공정에서 발생한다. 본 발명에서는 고유전체 또는 강유전체 박막의 증착 및 결정화 공정이 끝난 다음에 캐패시터 전극을 MOSFET에 전기적으로 연결해줌으로써 상기 문제를 근본적으로 해결한다.The problem of breaking the electrical connection between the capacitor electrode and the MOSFET due to the oxidation of the barrier layer or polysilicon layer in the highly integrated memory device occurs mainly in the step of exposure to the oxygen atmosphere at high temperature, i.e., the deposition and crystallization process of the dielectric thin film. The present invention fundamentally solves the above problem by electrically connecting the capacitor electrode to the MOSFET after the deposition of the high dielectric constant or ferroelectric thin film and the crystallization process.

도 2에 본 발명에 의한 기억소자를 단면도로 도시하였다.Fig. 2 is a cross-sectional view of a memory element according to the present invention.

본 발명의 고집적 기억소자는 반도체기판(201)상에 게이트(203)와 소오스 및 드레인(S/D)으로 이루어진 MOSFET가 형성되고, 그 상부에 절연층(205)을 개재하여 캐패시터가 형성되는바, 캐패시터는 절연층(205)을 관통하여 MOSFET의 소오스 및 드레인(S/D)에 접속된 도전체(210)와 그 상부에 순차적으로 형성된 제1확산방지막(220), 하부전극층(230)과, 상기 도전체(210)와 하부전극층(230)을 전기적으로 접속하는 제2도전체 스페이서(240)와, 상기 하부전극층(230) 상에 차례로 형성된 유전체 박막(250)과 상부전극층(260)으로 형성된다. 그리고, 상기 제2도전체 스페이서(240)와 상기 상부전극층(260) 상에는 제2확산방지층(270)이 덮고 있다.The highly integrated memory device of the present invention has a MOSFET formed with a gate 203 and a source and a drain (S / D) on a semiconductor substrate 201, and a capacitor is formed on the semiconductor substrate 201 with an insulating layer 205 interposed therebetween The capacitor includes a conductor 210 which penetrates the insulating layer 205 and is connected to a source and a drain of the MOSFET S / D, a first diffusion prevention film 220 sequentially formed on the conductor 210, a lower electrode layer 230, A second conductor spacer 240 electrically connecting the conductor 210 and the lower electrode layer 230 and a dielectric thin film 250 and an upper electrode layer 260 sequentially formed on the lower electrode layer 230 . A second diffusion barrier layer 270 is formed on the second conductor spacers 240 and the upper electrode layer 260.

도 2에서 미설명부호 202는 필드산화막, 204는 비트라인을 나타낸다.In FIG. 2, reference numeral 202 denotes a field oxide film, and 204 denotes a bit line.

도 3A 내지 도 3C에 본 발명의 일실시예에 따른 고집적 기억소자 제조 방법을 공정순서에 따라 도시하였다.3A to 3C show a method of fabricating a highly integrated memory device according to an embodiment of the present invention in the order of steps.

먼저, 도 3A를 참조하면, 반도체 기판(301)상에 필드산화막(302)을 형성하여 활성영역과 필드영역을 분리한 후, 활성영역상의 반도체기판(301)상에 게이트(303)와 소오스 및 드레인(S/D)으로 이루어진 MOSFET를 형성한 후, 기판 전면에 절연층(305)을 형성하여 평탄화 시킨다. 이어서 절연층(305)을 선택적으로 식각하여 MOSFET의 소오스 또는 드레인(S/D)을 노출시키는 콘택홀을 형성한 후, 이 콘택홀내에 예컨데 폴리실리콘과 같은 제1도전체를 매립하여 제1도전체 플러그(306)를 형성한다. 이어서 절연층(305) 및 제1도전체 플러그(306) 상부에 예컨데 폴리실리콘과 같은 제2도전체층(310)과 예컨데 TiO2와 같은 제1확산방지막(311) 및 캐패시터 Pt하부전극층(312)을 차례로 형성하고, 그 위에 예컨데 BST, PZT, Y1 등과 같은 고유전체 또는 강유전체 박막(313)을 증착하고 결정화시킨 후, 그 상부에 예컨데 TiO2와 제2확산방지막(314)을 형성한다. 그리고, 스토리지노드 마스크를 사용한 선택 식각으로 상기 적층막들을 식각한다.3A, a field oxide film 302 is formed on a semiconductor substrate 301 to separate an active region and a field region. Then, a gate 303, a source and a drain are formed on a semiconductor substrate 301 on an active region. Drain (S / D) is formed, and then an insulating layer 305 is formed on the entire surface of the substrate to planarize. Subsequently, the insulating layer 305 is selectively etched to form a contact hole exposing the source or drain (S / D) of the MOSFET. Then, a first conductor such as polysilicon is buried in the contact hole, Thereby forming a sieve plug 306. A second conductive layer 310 such as polysilicon and a first diffusion barrier layer 311 such as TiO 2 and a capacitor Pt lower electrode layer 312 are formed on the insulating layer 305 and the first conductive plug 306, And a high dielectric or ferroelectric thin film 313 such as BST, PZT, Y1 or the like is deposited thereon and crystallized, and then TiO 2 and a second diffusion prevention film 314 are formed thereon. Then, the stacked films are etched by selective etching using a storage node mask.

여기서, 제1확산방지막(311)은 산소 확산 장벽 역할을 수행할 수 있는 재료를 선택하거나 또는 제2도전층의 표면이 산화되면 이 산화막이 산소장벽 역할을 하도록 제2도전체층 재료를 선택한다. 공정 도중에 생길 수 있는 제2도전체의 표면 산화층 또는 제1확산장벽층은 전도체일 필요가 없고, 유전체 박막의 증착 및 열처리 공정에서 산소의 확산으로 인하여 제2도전체층(310)의 최 하부나 제1도전체 플러그(306)의 전도성이 상실되지 않도록 한다.Here, the first diffusion barrier layer 311 selects a material capable of acting as an oxygen diffusion barrier or, when the surface of the second conductive layer is oxidized, selects the second conductor layer material so that the oxide layer acts as an oxygen barrier. The surface oxide layer or the first diffusion barrier layer of the second conductor that may occur during the process does not need to be a conductor, and the diffusion of oxygen in the process of vapor deposition of the dielectric thin film and the heat treatment process, 1 conductor plug 306 is not lost.

이어서, 도 3B는 전면에 제3도전체층을 형성하고, 마스크 없이 식각하여 상기 패턴 측면에 제3도전체 스페이서(315)를 형성한다. 이때 에칭 정도는 오버에칭을 행하되 제3도전체 스페이서의 최 상부가 Pt하부전극(312)의 최상부와 근접하도록 조절한다. 여기서, 제1확산방지막(311)이 절연체로 이루어져 있거나 제2도전체층(310)의 상부(표면)가 유전체 박막의 증착 및 결정화공정으로 인한 산소의 확산으로 산화되어 부도체로 변화되었다 하더라도 Pt하부전극(312)과 MOSFET 소오스는 제3도전체 스페이서(315)와 제2도전체층의 하부, 그리고 제1도전체 플러그(306)를 통하여 전기적으로 안정되게 연결됨을 알 수 있다.Next, in FIG. 3B, a third conductor layer is formed on the entire surface, and the third conductor spacer 315 is formed on the pattern side by etching without a mask. At this time, the degree of etching is over-etched so that the uppermost portion of the third conductor spacer is adjusted to be close to the top of the Pt lower electrode 312. Even if the first diffusion barrier layer 311 is made of an insulator or the upper surface of the second conductor layer 310 is oxidized by the diffusion of oxygen due to the deposition and crystallization process of the dielectric thin film to become a nonconductor, (312) and the MOSFET source are electrically and stably connected through the third conductor spacer (315), the lower portion of the second conductor layer, and the first conductor plug (306).

이어서, 도 3C를 참조하면, 전도체들이 더 이상 산화되어 전기적 연결이 끊어지는 것을 막을 수 있도록 산소의 확산장벽 역할을 하는 제3확산방지막(316)을 형성하고, 다시 마스크 없이 전면식각한다. 여기서, 제3도전체와 제2도전체의 하부, 제1도전체 등은 두터운 제3확산방지층(316)으로 보호되므로 후속공정에서 온도가 올라가더라도 산화되지 않고 캐패시터의 전극과 MOSFET를 전기적으로 안정되게 연결해주는 역할을 수행하게 된다.Next, referring to FIG. 3C, a third diffusion barrier layer 316 is formed to serve as a diffusion barrier for oxygen so that the conductors are no longer oxidized and electrical connection is cut off. Since the lower portion of the third conductor and the second conductor and the first conductor are protected by the thick third diffusion barrier layer 316, the electrode of the capacitor and the MOSFET are electrically stable And it will play a role of connecting to it.

이후에 캐패시터의 상부전극 형성 공정 및 후속 공정을 진행한다.Thereafter, the upper electrode forming process and the subsequent process of the capacitor are performed.

도 4A 내지 도 4C는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 공정 단면도로서, Pt상부전극(317) 까지 형성한 상태에서, 제3도전체 스페이서(315) 및 제3확산방지층(316)을 형성하는 방법을 보여주고 있다. 이 다른 실시예서는 Pt상부전극(317)을 먼저 형성하는 방법 이외에 제3확산방지층(316)의 패터닝이 전면 식각이 아닌 마스크에 의해 선택적 식각이 이루어졌음을 알 수 있고, 그 밖의 다른 구체적인 설명은 도 2A 및 도 2C의 일실시예 설명에 의해 충분히 이해할 수 있으므로 생략하기로 한다.4A to 4C are process cross-sectional views showing another embodiment of the present invention, in which a method of forming the third conductor spacer 315 and the third diffusion preventing layer 316 in a state of forming the Pt upper electrode 317 Respectively. In this alternative embodiment, it can be seen that the patterning of the third diffusion barrier layer 316 is selectively etched by a mask other than the front etch, other than the method of forming the Pt upper electrode 317 first, and other specific explanations 2A and 2C, and will not be described here.

도 1에 도시한 종래의 기억소자에서는 확산방지막이 하부전극과 폴리실리콘 플러그의 접합성을 유지시켜야 하고, 고온에서 폴리실리콘 플러그로의 산소의 확산을 막아야 하고, 또한 자신이 산화되어 전기적 접촉이 불량해지지 않아야 하므로 그 물질의 선택폭이 매우 작았으며, 그나마 만족스런 특성을 얻는 것도 불가능하였다. 그러나 상술한 바와 같이 본 발명에서는 제1확산방지막이 부도체이어도 상관이 없으므로 그 재료의 선택의 폭이 매우 넓다. 이것은 제1확산방지막 위에 증착되는 하부전극, 예를 들어 Pt전극의 물성을 최적화할 수 있다는 것을 의미한다. 실제로 기존의 방법에서와 같이 Ti 베리어층위에 Pt를 증착하면 같은 조건에서 SiO2위에 증착한 Pt에 비해 결정성이 크게 떨어진다. 유전 박막 특히 고유전/강유전 박막의 물성은 하부전극물질과 그 막질에 의해 크게 좌우되므로 결국 확산방지막 물질의 선택폭이 넓어지면 캐패시터 자체의 특성이 획기적으로 향상될 수 있다.In the conventional memory element shown in Fig. 1, the diffusion preventing film must maintain the bonding property between the lower electrode and the polysilicon plug, prevent diffusion of oxygen to the polysilicon plug at a high temperature, and oxidize itself to make the electrical contact poor The selection range of the material was very small, and it was impossible to obtain satisfactory characteristics. However, as described above, since the first diffusion prevention film may be non-conductive in the present invention, the choice of the material is very wide. This means that the physical properties of the lower electrode, for example, the Pt electrode, deposited on the first diffusion prevention film can be optimized. In fact, when Pt is deposited on the Ti barrier layer as in the conventional method, the crystallinity is significantly lower than that of Pt deposited on SiO 2 under the same conditions. The physical properties of the dielectric thin film, particularly the high dielectric / ferroelectric thin film, are largely influenced by the lower electrode material and the film quality thereof. Therefore, if the selection range of the diffusion preventing material is widened, the characteristics of the capacitor itself can be remarkably improved.

한편, 상기 제3도전체의 두께는 정밀하게 조절할 수 있고, 제3도전체의 식각공정은 마스크 없이 진행되므로 두 스토리지노드 사이의 간격은 최저 수준까지 좁아질 수 있다. 따라서 본 발명의 적용으로 인하여 기억소자의 집적도가 감소하는 일은 없다. 또한, 제1확산방지막과 제2확산방지막은 경우에 따라서 생략이 가능하며, 도전체이거나 절연체일 수 있고, 제1도전체, 제2도전체, 제3도전체 등은 같은 도핑된 폴리실리콘과 같은 동일 재료일 수 있다. 그리고, 각 층들 사이, 예를 들어 제1도전체와 제2도전체 사이, 제1확산방지층과 하부전극 사이 또는 제3도전체의 증착 전단계 등에 접착력 향상 등을 목적으로 한 중간층을 삽입할 수 있다.On the other hand, the thickness of the third conductor can be precisely controlled, and the etching process of the third conductor proceeds without a mask, so that the gap between the two storage nodes can be narrowed to a minimum level. Therefore, the integration degree of the memory element does not decrease due to the application of the present invention. The first diffusion barrier layer and the second diffusion barrier layer may be omitted depending on the case. The first diffusion barrier layer may be a conductor or an insulator. The first conductor, the second conductor, the third conductor, The same material. An intermediate layer may be inserted between the respective layers, for example, for the purpose of improving adhesion, etc. between the first conductor and the second conductor, between the first diffusion preventing layer and the lower electrode, or before the deposition of the third conductor .

본 발명의 일실시예 및 다른 실시예에서 도전체들은 폴리실리콘, Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc, Co등을 포함한 금속 또는 이들을 포함한 합금, 전도성 산화물, 전도성 질화막, 실리사이드 등으로 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention and other embodiments, the conductors are formed of a material selected from the group consisting of polysilicon, Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, An alloy including these, a conductive oxide, a conductive nitride film, a silicide, or the like.

상기 제1확산방지막은 산소의 확산을 막아주는 Si, Ti, Ta, Sr, Bi, Zr을 포함한 다양한 원소를 포함하는 산화물 또는 질화물로 형성하는 것이 가능하며, CVD나 PVD방법, 또는 스핀-온-글래스(spin on glass)를 이용하는 것이 바람직하다.The first diffusion barrier layer may be formed of an oxide or a nitride containing various elements including Si, Ti, Ta, Sr, Bi, and Zr to prevent diffusion of oxygen. The CVD or PVD method or the spin- It is preferable to use a spin on glass.

상기 캐패시터의 전극은 Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir, Re등을 포함한 금속 또는 합금들, 또는 Ru, Ir, Re, La, Sc, Co등의 원소를 포함한 전도성 산화물, 전도성 질화물, 전도성 실리사이드 등으로 형성할 수 있다.The electrode of the capacitor may be formed of a metal or an alloy including Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir, Re or the like or a conductive oxide including elements such as Ru, Ir, Re, La, Sc, Co, , Conductive silicide, or the like.

상기 유전체 박막은 Ba(Sr, Ti)O3을 비롯하여 유전상수가 50 이상인 물질들, 또는 도핑되거나 되지 않은 Pb(Zr,Ti)O3을 포함하는 페로브스카이트(perovskite)구조를 갖는 강유전 재료로 형성하거나 SrBi2Ta2O9, BaBi2Nb2O9, PbBi2Ta2O9, BaBi2Ta2O9, SrBi2TaNbO9, SrBi2Nb2O9, SrBi4Ti4O15, PbBi2Nb2O9또는 이들의 두 개이상의 고체 용제(solid solution)로 형성할 수 있다.The dielectric film is a ferroelectric material having a perovskite (perovskite) structure including Ba (Sr, Ti) of material not less than a dielectric constant of 50, including the O 3, or with or without Pb (Zr, Ti) not doped O 3 Or SrBi 2 Ta 2 O 9 , BaBi 2 Nb 2 O 9 , PbBi 2 Ta 2 O 9 , BaBi 2 Ta 2 O 9 , SrBi 2 TaNbO 9 , SrBi 2 Nb 2 O 9 , SrBi 4 Ti 4 O 15 , PbBi 2 Nb 2 O 9, or a solid solution of two or more thereof.

또한, 상기 강유전체 박막은 A1w1 +a1A2w2 +a2....... Ajwj +ajS1x1 +s1S2x2 +s2......Skxk +skB1y1 +b1B2y2 +b2...... Blyl +blQz -2의 구조식을 갖는 레이어드 초격자 물질(layered superlattice material)로도 형성할 수 있다. 여기서, Aj는 perovskite구조의 A사이트(site) 원소이고 Sk는 초격자 발생기(superlattice generator) 원소이며, Bl은 perovskite구조의 B사이트 원소이고, Q는 음이온이다. 또한, 윗첨자는 원자가를 나타내고, 아래 첨자는 단위셀내의 평균원자 개수를 나타낸다.Further, the ferroelectric thin film is composed of Alw1 + a1A2w2 + a2....... Ajwj + ajS1x1 + s1S2x2 + s2...... Skxk + skB1y1 + b1B2y2 + b2...... Blyl + blQz -2Layered superlattice material having a structure of a superlattice structure. Where Aj is the A site element of the perovskite structure, Sk is the superlattice generator element, Bl is the B site element of the perovskite structure, and Q is the anion. The superscripts represent valences and the subscripts represent the average number of atoms in a unit cell.

상기 제3확산방지막은 산소의 확산을 막아주는 Si, Ti, Ta, Sr, Bi, Zr을 포함한 다양한 원소를 포함하는 산화물 또는 질화물로 형성하는 것이 가능하며, CVD나 PVD방법, 또는 스핀-온-글래스(spin on glass)를 이용하는 것이 바람직하다.The third diffusion barrier layer may be formed of an oxide or a nitride containing various elements including Si, Ti, Ta, Sr, Bi, and Zr to prevent diffusion of oxygen. The third diffusion barrier layer may be formed by CVD or PVD, It is preferable to use a spin on glass.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

본 발명에 의하면, 고집적 기억소자에 있어서 캐패시터 전극과 MOSFET 사이의 전기적 접속의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 캐패시터 자체의 특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the reliability of the electrical connection between the capacitor electrode and the MOSFET in the highly integrated memory element can be improved, and the characteristics of the capacitor itself can be improved.

Claims (18)

반도체기판상의 절연층을 관통하여 하부구조를 이루고 있는 모스펫의 접합층에 콘택된 도전체층 패턴; 상기 도전체층 상에 형성된 확산방지층 패턴; 상기 확산방지층 상에 형성된 캐패시터 하부전극층 패턴; 및 상기 도전체층 패턴, 상기 확산방지층 패턴, 및 상기 캐패시터 하부전극층 패턴의 각 측벽에 연장되어 형성되므로써 상기 도전체층 패턴과 상기 하부전극층 패턴을 전기적으로 접속하는 도전체 스페이서를 포함하여 이루어지는 기억소자.A conductor layer pattern contacted with a junction layer of a MOSFET, which penetrates the insulating layer on the semiconductor substrate and has a lower structure; A diffusion prevention layer pattern formed on the conductor layer; A capacitor lower electrode layer pattern formed on the diffusion preventing layer; And a conductor spacer which is formed to extend on each side wall of the conductor layer pattern, the diffusion preventing layer pattern, and the capacitor lower electrode layer pattern, thereby electrically connecting the conductor layer pattern and the lower electrode layer pattern. 제1항에 있어서, 상기 하부전극층상에 차례로 적층된 유전체 박막과 캐패시터 상부전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기억소자.The storage element according to claim 1, further comprising a dielectric thin film sequentially stacked on the lower electrode layer and a capacitor upper electrode. 제1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도전체 스페이서 상에 형성된 제2확산방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기억소자.3. A storage element according to claim 1 or 2, further comprising a second diffusion barrier layer formed on the conductor spacer. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전체층은 상기 모스펫의 접합층에 콘택된 제1도전체 플러그와, 상기 제1도전체 플러그를 포함하는 상기 절연층 상에 적층되어 상기 하부전극층과 거의 동일한 크기로 패터닝된 제2도전층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기억소자.3. The device according to claim 1 or 2, wherein the conductor layer comprises a first conductor plug contacted with the junction layer of the MOSFET, and a second conductor plug laminated on the insulating layer comprising the first conductor plug, And a second conductive layer patterned to have the same size. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2확산방지막은 Si, Ti, Ta, Sr, Bi, Zr중 어느 한 계열의 산화막 또는 질화막임을 특징으로 하는 기억소자.3. The storage element according to claim 1 or 2, wherein the first and second diffusion prevention films are oxide films or nitride films of any one of Si, Ti, Ta, Sr, Bi and Zr. 제4항에 있어서, 상기 제1도전체 플러그와 제2도전체층은 동일한 물질임을 특징으로 하는 기억소자.5. The memory element of claim 4, wherein the first conductor plug and the second conductor layer are the same material. 제4항에 있어서, 상기 제1도전체 플러그와 제2도전체층은 서로 다른 물질이며, 상기 제1 및 제2도전체간의 접촉성을 증가시키기 위해 상기 제1 및 제2도전체 사이에 제3도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기억소자.5. The device of claim 4, wherein the first conductor plug and the second conductor layer are different materials, and the third and fourth conductors are disposed between the first and second conductors to increase contact between the first and second conductors. Further comprising a conductive layer. 반도체기판상에 반도체기판 소정부분을 노출시키는 콘택홀을 포함하는 절연층을 형성하는 단계; 상기 콘택홀내에 제1도전체를 매립하여 플러그를 형성하는 단계; 상기 플러그를 포함한 절연층 상부에 제2도전체층과 제1확산방지막, 캐패시터 하부전극층, 유전체 박막 및 제2확산방지막을 차례로 적층하는 단계; 상기 적층막들을 소정패턴으로 패터닝하고, 그 패턴 측벽에 제3도전체 스페이서를 형성하는 단계; 및 상기 전면에 제3확산방지막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 기억소자 제조방법.Forming an insulating layer on the semiconductor substrate, the insulating layer including a contact hole exposing a predetermined portion of the semiconductor substrate; Burying a first conductor in the contact hole to form a plug; Depositing a second conductive layer, a first diffusion barrier layer, a capacitor lower electrode layer, a dielectric thin film, and a second diffusion barrier layer in this order over the insulating layer including the plug; Patterning the stacked films in a predetermined pattern, and forming a third conductor spacer on the sidewalls of the patterned layer; And forming a third diffusion barrier layer on the front surface. 제8항에 있어서, 상기 유전체 박막과 상기 제2확산방지막간에 캐패시터 상부전극층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.9. The method according to claim 8, further comprising forming a capacitor upper electrode layer between the dielectric thin film and the second diffusion barrier layer. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제2확산방지막은 Si, Ti, Ta, Sr, Bi, Zr중 어느 한 계열의 산화막 또는 질화막임을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.The method of claim 8 or 9, wherein the first, second, and second diffusion barrier layers are oxide or nitride layers of any one of Si, Ti, Ta, Sr, Bi, and Zr. 제10항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3확산방지막은 CVD 또는 PVD, 또는 스핀-온-글래스 방법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.11. The method of claim 10, wherein the first, second, and third diffusion barrier layers are formed by CVD, PVD, or a spin-on-glass method. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1도전체 플러그와 제2도전체층은 동일한 물질임을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the first conductor plug and the second conductor layer are the same material. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1도전체 플러그와 제2도전체층은 서로 다른 물질이며, 상기 제1 및 제2도전체간의 접촉성을 증가시키기 위해 상기 제1 및 제2도전체 사이에 제4도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the first conductor plug and the second conductor layer are different materials, and the first and second conductors And a fourth conductive layer between the first conductive layer and the second conductive layer. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제3도전체 스페이서는 기판 전면에 상기 제3도전체층을 형성한 후, 이를 마스크 없이 전면식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the third conductor spacer is formed by forming the third conductor layer on the entire surface of the substrate and then front-etching the substrate without a mask. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3도전체는 각각 폴리실리콘, Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, Ir, Re, La, Sr, Sc, Co등을 포함한 금속 또는 이들을 포함한 합금, 전도성 산화물, 전도성 질화막, 실리사이드중의 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.11. The method of claim 8 or 9, wherein the first, second, and third conductors are selected from the group consisting of polysilicon, Al, Ti, Cu, W, Ta, Pt, Au, Pd, Rh, Ru, La, Sr, Sc, Co or the like, an alloy containing them, a conductive oxide, a conductive nitride film, or a silicide. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 캐패시터 하부전극층은 Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, Ir, Re등을 포함한 금속 또는 합금들, 또는 Ru, Ir, Re, La, Sc, Co등의 원소를 포함한 전도성 산화물, 전도성 질화물, 전도성 실리사이드중의 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.The capacitor lower electrode layer according to claim 8 or 9, wherein the capacitor lower electrode layer comprises a metal or an alloy including Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ru, A conductive nitride, and a conductive silicide including an element such as a silicon oxide or a silicon nitride. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 유전체 박막은 고유전체 또는 강유전체 박막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.10. The method according to claim 8 or 9, wherein the dielectric thin film is formed of a high dielectric constant or ferroelectric thin film. 제8항에 있어서, 상기 제3확산방지막을 형성하는 단계후에 상기 제3확산방지막과 제2확산방지막을 선택적으로 식각하여 상기 유전체 박막 표면을 노출시킨 후, 그 상부에 캐패시터 상부전극층을 형성하는 단계가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기억소자 제조방법.9. The method of claim 8, further comprising: after selectively etching the third diffusion barrier layer and the second diffusion barrier layer to expose the surface of the dielectric thin film, and then forming a capacitor upper electrode layer thereon Further comprising the step of:
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