KR20020002339A - Merged capacitor and capacitor contact process for concave shaped stack capacitor drams - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 DRAM 셀 (cell)에서 오목한 형상의 스택 캐패시터 (stacked capacitor)에 관한 것으로, 보다 특별하게는 DRAM 셀에서 비트선과 동일 평면상에 있고 전기 접촉부와 직접 병합되는 스택 캐패시터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates generally to stacked capacitors of concave shape in DRAM cells, and more particularly to stack capacitors coplanar with bit lines and directly merged with electrical contacts in DRAM cells.
최첨단 반도체 산업에서의 진보는 반도체 디바이스의 메모리 밀도와 성능을 증가시킬 것을 요구한다. 이러한 목적은 때로 동적 랜덤 억세스 메모리 (dynamic random access memory, DRAM) 디바이스가 더 작은 크기를 갖고 더 작은 동작 전압으로 작동하도록 조절함으로서 이루어진다. 반도체 기판에 내장된 소형화 디바이스는 매우 가깝게 공간을 두고 배치되어 그 패킹 (packing) 밀도가 상당히 증가된다.Advances in the state-of-the-art semiconductor industry require increasing the memory density and performance of semiconductor devices. This goal is sometimes achieved by adjusting a dynamic random access memory (DRAM) device to have a smaller size and operate at a smaller operating voltage. Miniaturization devices embedded in semiconductor substrates are spaced very close together and their packing density is significantly increased.
일반적으로 하나의 MOSFET (metal-oxide-semiconductor field effecttransistor) 및 하나의 캐패시터로 구성된 각 DRAM 저장 셀은 데이터를 저장하기 위해 전자 산업에서 널리 사용된다. 하나의 DRAM 셀은 전기 충전으로 캐패시터에 한 비트의 데이터를 저장한다. 반도체 기판과 접촉되는 금속화는 접촉 금속화라 칭하여진다. MOS 디바이스에서, 폴리실리콘막은 MOS 디바이스의 상호연결 및 게이트로 사용되는 금속화의 형태이다. 접촉 금속화를 더 소형화하지 못하는 것은 DRAM의 소형화에서 주요 장애가 된다.In general, each DRAM storage cell consisting of one metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) and one capacitor is widely used in the electronics industry to store data. One DRAM cell stores one bit of data in a capacitor with electrical charging. Metallization in contact with the semiconductor substrate is referred to as contact metallization. In MOS devices, the polysilicon film is a form of metallization that is used as the interconnect and gate of the MOS device. The inability to further miniaturize contact metallization is a major obstacle to DRAM miniaturization.
DRAM 밀도가 증가됨에 따라 (1 MEGA 의 범위를 넘어서), 스택 캐패시터 (stacked capacitor), 트렌치 캐패시터 (trenched capacitor), 또는 그 조합과 같은 박막 캐패시터가 최소 공간 요구조건을 만족시키기 위해 전개되었다. 이러한 설계 중 다수는 정교하여, 일관되게 또한 효율적으로 제작하기가 어렵다.As DRAM density increases (over 1 MEGA range), thin film capacitors, such as stacked capacitors, trenched capacitors, or a combination thereof, have been deployed to meet minimum space requirements. Many of these designs are sophisticated and difficult to produce consistently and efficiently.
제작 비용을 최소화하고 디바이스 산출량을 최대화하여 주는 상호 접속부 및 캐패시터를 제작하는 방법을 개발하는 노력이 경주되고 있다. 특히, 포토레지스트 마스킹 (photoresist masking) 동작의 수를 최소화하며, 제작 산출량을 최대화하기 위해 최대의 처리 오버레이 (overlay) 허용 오차를 제공하는 방법을 개발하는 노력이 기울여지고 있다. 전형적으로, DRAM 제작시에 비트선 및 노드 접촉부에 도체 접속을 형성하기 위해 2개의 마스크/에칭 단계가 실행된다. 더욱이, 두꺼운 절연층을 통한 접촉 홀 (contact hole)은 접촉 에칭 처리를 어렵게 하는 높은 종횡비 (3 이상)를 생성하므로, 결과적인 에칭 결함으로 인해 디바이스 산출량이 감소된다.Efforts are being made to develop ways to fabricate interconnects and capacitors that minimize manufacturing costs and maximize device yield. In particular, efforts are being made to minimize the number of photoresist masking operations and to provide a method for providing maximum processing overlay tolerance to maximize production yield. Typically, two mask / etch steps are performed to form conductor connections to bit lines and node contacts in DRAM fabrication. Moreover, contact holes through the thick insulating layer create high aspect ratios (3 or more) that make contact etch processing difficult, resulting in reduced device yields due to the resulting etch defects.
그러므로, 주요 사진석판술(photolithography) 단계의 수를 줄이고 비트선및 캐패시터 전도성 접촉부의 종횡비를 감소시키는 DRAM 셀 및 제작 방법이 필요하다.Therefore, there is a need for DRAM cells and fabrication methods that reduce the number of major photolithography steps and reduce the aspect ratio of bit lines and capacitor conductive contacts.
이러한 필요성 및 다른 필요성을 만족시키기 위해 그 목적을 고려하여, 본 발명은 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판을 구비한 반도체 메모리 디바이스를 제공한다. 트랜지스터는 소스 (source), 드레인 (drain), 및 게이트 (gate)를 구비한다. 그 디바이스는 또한 트랜지스터의 어레이 (array) 위에 상단 표면을 갖는 제1 절연층을 구비한다. 적어도 하나의 전기 접촉부는 소스 및 드레인 중 하나로부터 제1 절연층의 상단 표면으로 확장된다. 비트선층은 제1 절연층 위에 대략 평행하고 그 사이에 면적을 정의하도록 공간을 둔 제1 및 제2 비트선과, 제1 및 제2 비트선 사이의 면적에 적어도 하나의 스택 캐패시터 (stacked capacitor)를 구비한다. 스택 캐패시터는 비트선층을 통해 전기 접촉부로 확장된다.In order to satisfy these and other needs, the present invention provides a semiconductor memory device having a semiconductor substrate including at least one transistor. The transistor has a source, a drain, and a gate. The device also has a first insulating layer having a top surface over the array of transistors. At least one electrical contact extends from one of the source and the drain to the top surface of the first insulating layer. The bit line layer includes at least one stacked capacitor in the area between the first and second bit lines, the first and second bit lines being substantially parallel over the first insulating layer and spaced therebetween to define an area therebetween. Equipped. The stack capacitor extends to the electrical contact through the bit line layer.
본 발명에 따라, 반도체 기판상에 반도체 메모리 디바이스를 제작하는 방법이 또한 제공되고, 이는:According to the invention, there is also provided a method of fabricating a semiconductor memory device on a semiconductor substrate, which:
a) 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 반도체 기판을 제공하는 단계 - 상기 트랜지스터는 소스, 드레인, 및 게이트를 포함함 -;a) providing a semiconductor substrate comprising at least one transistor, the transistor comprising a source, a drain, and a gate;
b) 상기 트랜지스터 위에 상단 표면을 갖는 제1 절연층을 피착하는 단계;b) depositing a first insulating layer having a top surface over said transistor;
c) 상기 소스 및 상기 드레인 중 하나로부터 상기 제1 절연층을 통해 제1 절연층의 상단 표면으로 확장하는 적어도 하나의 전기 접촉부를 형성하는 단계;c) forming at least one electrical contact extending from one of the source and the drain to the top surface of the first insulating layer through the first insulating layer;
d) 상기 제1 절연층 위에 대략 평행하고 그 사이에 면적을 정의하도록 공간을 둔 제1 및 제2 비트선을 구비한 비트선층을 형성하는 단계; 및d) forming a bit line layer having first and second bit lines substantially parallel over said first insulating layer and spaced to define an area therebetween; And
e) 상기 제1 및 제2 비트선 사이의 상기 면적에 적어도 하나의 스택 캐패시터를 형성하는 단계 - 상기 스택 캐패시터는 비트선층을 통해 상기 전기 접촉부로 확장됨 -e) forming at least one stack capacitor in said area between said first and second bit lines, said stack capacitor extending through said bit line layer to said electrical contact;
를 포함한다.It includes.
도 1은 DRAM 셀 (cell)과 동일한 전기적 등가회로도.1 is an electrical equivalent circuit diagram of a DRAM cell.
도 2는 트랜지스터가 형성된 활성 면적의 상대적인 위치, 캐패시터의 위치, 및 메모리 디바이스를 구비하는 비트선 및 워드선을 설명하는 본 발명에 따른 디바이스의 상면도.Fig. 2 is a top view of the device according to the present invention illustrating the relative positions of active areas where transistors are formed, the positions of capacitors, and bit lines and word lines having memory devices.
도 3은 트랜지스터가 형성된 활성 면적의 상대적인 위치, 캐패시터의 위치, 및 메모리 디바이스를 구비하는 비트선 및 워드선을 설명하는 본 발명의 또 다른 실시예를 따른 디바이스의 상면도.3 is a top view of a device according to another embodiment of the present invention illustrating the relative positions of active areas where transistors are formed, the positions of capacitors, and bit lines and word lines having memory devices.
도 4는 완전한 디바이스를 제작하는 처리 과정 동안 저장 디바이스를 형성하는 트랜지스터를 구비한 기판을 도시하는 본 발명에 따른 메모리 저장 디바이스의 구조적인 입면도.4 is a structural elevation view of a memory storage device in accordance with the present invention showing a substrate with transistors forming the storage device during a process of fabricating a complete device.
도 5는 구조가 완성된 이후에 도 4의 구조를 도시하는 도면.FIG. 5 shows the structure of FIG. 4 after the structure is complete; FIG.
도 6은 본 발명에 따른 DRAM 구조의 또 다른 실시예를 도시하는 도면.6 illustrates another embodiment of a DRAM structure according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
BL, 36: 비트선BL, 36: bit line
WL, 16: 워드선WL, 16: word line
SW: 스위칭 트랜지스터SW: switching transistor
22: 제1 절연층22: first insulating layer
10: 기판10: Substrate
28: 전기 접촉부28: electrical contacts
42: 저장 캐패시터42: storage capacitor
43: 활성 면적43: active area
이제는 비트선과 동일 평면에 형성되고 전기 접촉부와 병합되는 스택 캐패시터 (stacked capacitor)를 갖는 고밀도 DRAM 셀 구조를 생성하는데 사용되는 제작 처리가 상세히 주어진다. 본 발명에서 설명되는 DRAM 디바이스는 N 채널 전달 게이트 트랜지스터로 구성된다. 원하는 경우, 본 발명은 P 채널 전달 게이트 트랜지스터로 구성된 DRAM 셀을 생성하는데 사용될 수 있다. 이는 P형 반도체 기판에 N 웰 (well) 영역을 생성하고, 반도체 기판에서 폴리사이드 (polycide) 게이트 구조 사이에 P형 소스 및 드레인 영역을 생성함으로서 이루어질 수 있다.The fabrication process is now given in detail that is used to create a high density DRAM cell structure having a stacked capacitor formed coplanar with the bit lines and merged with the electrical contacts. The DRAM device described in the present invention is composed of N channel transfer gate transistors. If desired, the present invention can be used to create a DRAM cell consisting of a P channel transfer gate transistor. This can be done by creating an N well region in the P-type semiconductor substrate and creating a P-type source and drain region between the polycide gate structures in the semiconductor substrate.
도 1은 DRAM 셀의 기본 소자를 나타내는 전기 회로이다. 이는 스위칭 트랜지스터로, 전형적으로 드레인(drain, D), 소스 (source, S), 및 게이트 (gate, G)를 갖는 MOS FET이다. 저장 캐패시터(C), 워드선 (word line, WL), 및 비트선 (bit line, BL)이 트랜지스터와 연관된다. 비트선 및 워드선의 어레이 (array)를 통해 기판 외부에서 억세스가능하게 상호연결된 기판상의 패턴을 따라 다수의 이러한 구조가 배열된다.1 is an electrical circuit showing a basic element of a DRAM cell. This is a switching transistor, typically a MOS FET having a drain (D), a source (S), and a gate (G, G). The storage capacitor C, the word line WL, and the bit line BL are associated with the transistor. A number of such structures are arranged along a pattern on a substrate that is accessiblely interconnected outside the substrate through an array of bit lines and word lines.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 DRAM 셀의 어레이를 구비하는 기판(10)의 상면도로, 이는 본 발명을 설명하는데 사용된다. 다수의 평행한 비트선(36) BL1, BL2, BL3은 서로 규칙적인 간격으로 공간을 두고 배열되어 도시된다. 비트선(36) 어레이에 수직으로 확장된 워드선(16) WL1 내지 WL4의 제2 어레이는 비트선층 아래에 도시된다. 워드선층은 서로 교차하는 워드선과 비트선 사이에 전기적 접촉이 없도록 비트선층으로부터 공간을 두고 절연된다. 비트선과 워드선 사이의 공간에는 다수의 저장 캐패시터(42)가 도시된다.2 is a top view of a substrate 10 having an array of DRAM cells constructed in accordance with the present invention, which is used to illustrate the present invention. A plurality of parallel bit lines 36 BL1, BL2, BL3 are shown arranged in space at regular intervals from each other. A second array of word lines 16 WL1 through WL4 extending perpendicular to the array of bit lines 36 is shown below the bit line layer. The word line layer is insulated with a space from the bit line layer so that there is no electrical contact between the word line and the bit line crossing each other. A number of storage capacitors 42 are shown in the space between the bit line and the word line.
가장 간단한 형태로, 각 DRAM 셀에 대한 스위칭 트랜지스터는 기판(10)상에서 검은 점선으로 대략 경계가 지워진 활성 영역(45)에 형성된다. 활성 영역내에는 트랜지스터의 드레인, 게이트, 및 소스가 있다. 커넥터 (connector)(32)는 비트선(36)에서 트랜지스터의 소스로 확장된다. 캐패시터(42)는 이후 설명될 바와 같이 트랜지스터의 드레인에 연결된다.In its simplest form, a switching transistor for each DRAM cell is formed in the active region 45 which is approximately bordered by a black dotted line on the substrate 10. Within the active region are the drain, gate, and source of the transistor. The connector 32 extends from the bit line 36 to the source of the transistor. Capacitor 42 is connected to the drain of the transistor as will be described later.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로, 고밀도 DRAM 셀 구조에서 보다 공통적인 바와 같이, 2개의 캐패시터가 똑같은 비트선에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 굵은 선으로 도시된 활성 영역은 제2 캐패시터로 확장된다. 공통된 소스 구조를 갖는 제2 트랜지스터는 이후 보다 상세히 도시될 바와 같이, 이 제2 캐패시터를 비트선에 연결시키는데 사용된다.3 is another embodiment of the present invention, as is more common in a high density DRAM cell structure, two capacitors may be connected to the same bit line. In this case, the active region shown in bold lines extends to the second capacitor. A second transistor having a common source structure is used to connect this second capacitor to the bit line, as will be shown in more detail below.
다음에는 도 4를 참고로, 저장 캐패시터의 형성 이전에 본 발명에 따라 구성된 기판상의 단일 DRAM 셀에 대한 구조적인 입면도가 도시된다. 전형적으로 반도체 기판인 기판(10)상에는 공지된 기술에 따라 소스 영역(20), 드레인 영역(12),및 게이트 기판(15)을 갖는 스위칭 트랜지스터가 형성된다. 게이트 구조는 워드선(16)에 연결된 게이트 전극(14)을 포함한다. 질화실리콘인 측면벽 스페이스 (spacer)(17)는 또한 전형적으로 게이트 구조 일부로 포함된다. 열적 산화층(11) 및 도핑된 폴리실리케이트층 (polysilicate layer)(13)은 또한 기판의 일부로 포함될 수 있다.Next, referring to FIG. 4, a structural elevation view of a single DRAM cell on a substrate constructed in accordance with the present invention prior to formation of a storage capacitor is shown. A switching transistor having a source region 20, a drain region 12, and a gate substrate 15 is formed on a substrate 10, which is typically a semiconductor substrate, according to known techniques. The gate structure includes a gate electrode 14 connected to the word line 16. Sidewall spacers 17, which are silicon nitride, are also typically included as part of the gate structure. Thermal oxide layer 11 and doped polysilicate layer 13 may also be included as part of the substrate.
트랜지스터는 3,000Å 내지 10,000Å의 두께로 그 위에 피착된 제1 절연층(22)으로 커버되어, 게이트 구조 사이의 영역을 채워준다. 제1 절연층(22)은 BPSG (boron phospho-silicate glass)와 같은 절연 물질을 구비할 수 있다. 제1 절연층(22)은 화학기계적 폴리싱 (chemical mechanical polishing, CMP)에 의해 평평해져 제1 상단 표면(27)을 형성한다.The transistor is covered with a first insulating layer 22 deposited thereon at a thickness of 3,000 Å to 10,000 Å, filling the region between the gate structures. The first insulating layer 22 may include an insulating material such as boron phospho-silicate glass (BPSG). The first insulating layer 22 is flattened by chemical mechanical polishing (CMP) to form the first top surface 27.
계속하여 도 4를 참고로, 전기 접촉부(28)는 다음에 시작석판술 이방성 RIE 과정을 통해 형성된다. 전기적인 접촉 비어 (via)를 형성하기 위해 BPSG층(22) 및 산화층(11)을 선택적으로 제거하는데는 C2F8-CF4-CHF3와 같은 RIE 에천트 (etchant)가 사용된다. 비어는 대략 0.1 μm 대 0.1 μm의 면적이고, 약 0.2 μm 만큼 떨어져 공간을 둔다. 이어서, N형 도핑 폴리실리콘이 피착되어, 전기 접촉부(28)를 형성하도록 접촉 비어를 채운다. 도핑된 폴리실리콘은 CMP에 의해 제1 상단 표면(27)까지 평평해진다. 이들 전기 접촉부(28)는 결국 저장 캐패시터 전극에 직접 연결된다. 이러한 구조에서는 저장 캐패시터가 스택 캐패시터 (stacked capacitor) 구조이고, 접촉부는 바닥 전극에 연결된다. 다른 방법으로,접촉부(28)는 비트선 접촉부(32)에 연결될 수 있다. 그래서, 본 발명의 DRAM 셀은 전기 접촉부(28)의 형성시 단일 사진석판술 RIE 에칭 단계에서 캐패시터로부터 기판으로 전기적 연결을 제공한다.Continuing with reference to FIG. 4, the electrical contact 28 is then formed through a starting lithographic anisotropic RIE process. RIE etchant such as C 2 F 8 -CF 4 -CHF 3 is used to selectively remove the BPSG layer 22 and the oxide layer 11 to form electrical contact vias. The vias are approximately 0.1 μm to 0.1 μm in area and are spaced about 0.2 μm apart. N-type doped polysilicon is then deposited to fill the contact vias to form electrical contacts 28. The doped polysilicon is flattened to the first top surface 27 by CMP. These electrical contacts 28 are in turn connected directly to the storage capacitor electrodes. In this structure the storage capacitor is a stacked capacitor structure and the contacts are connected to the bottom electrode. Alternatively, the contact 28 can be connected to the bit line contact 32. Thus, the DRAM cell of the present invention provides an electrical connection from the capacitor to the substrate in a single photolithographic RIE etch step upon formation of the electrical contact 28.
일단 전기적 접촉이 형성되면, 제1 상단 표면(27)은 200Å 내지 3000Å의 두께인 제2 절연층(30)으로 씌워진다. 제2 절연층은 제2 상단 표면(31)을 제공한다. 제2 절연층은 TEOS (tetraethoxysilane) 및 BPSG와 같은 절연 물질을 구비할 수 있다. 이어서, 이온 주입이 실행되어 소스(20) 및 드레인(12)을 영역을 많이 도핑시킨다.Once electrical contact is made, the first top surface 27 is covered with a second insulating layer 30 that is between 200 and 3000 microns thick. The second insulating layer provides a second top surface 31. The second insulating layer may include an insulating material such as tetraethoxysilane (TEOS) and BPSG. Subsequently, ion implantation is performed to dope the source 20 and drain 12 heavily in the region.
비트선 접촉부(32)는 제2 절연층(30)에 형성된다. 비트선 접촉 비어는 사진석판술 이방성 반응 이온 에칭을 통해 형성된다. 비어 에칭은 제2 상단 표면(31)으로부터 제2 절연층(30)을 통해 제1 상단 표면(27)으로 확장된다. 비어는 기판에서 소스 영역(20)으로 확장되는 전기 접촉부(28) 중 하나에 연결된다. 비트선 접촉 비어는 대략 0.1 μm 대 0.1 μm의 면적이고, 활성 워드선(16) 사이에서 전기 접촉부에 연결된다.The bit line contact part 32 is formed in the second insulating layer 30. Bit line contact vias are formed through photolithography anisotropic reactive ion etching. The via etch extends from the second top surface 31 through the second insulating layer 30 to the first top surface 27. The via is connected to one of the electrical contacts 28 that extends from the substrate to the source region 20. The bit line contact vias are approximately 0.1 μm to 0.1 μm in area and are connected to electrical contacts between the active word lines 16.
이어지는 사진석판술 이방성 에칭 단계에서, 지지 비어(34)는 어레이 영역 외부에 형성된다. 지지 비어(34)는 결과적으로 비트선을 DRAM 셀의 감지 증폭 영역에 연결시킨다. 제2 상단 표면(31)으로부터 제2 절연층(30)을 통해 확장되는 지지 비어(34)는 제1 절연층(22)을 통해 아래로 계속된다. 비트선 접촉부(32)와 지지 비어(34)가 모두 제2 상단 표면(31)으로부터 에칭되는 동안, 지지 비어(34)는 비트선 접촉 비어(32) 보다 상당히 더 깊게 에칭되어야 하므로 분리된 에칭 단계로에칭된다.In the subsequent photolithographic anisotropic etching step, support vias 34 are formed outside the array region. The support via 34 consequently connects the bit line to the sense amplification region of the DRAM cell. A support via 34 extending from the second top surface 31 through the second insulating layer 30 continues down through the first insulating layer 22. While both the bit line contact 32 and the support via 34 are etched from the second top surface 31, the support via 34 has to be etched significantly deeper than the bit line contact via 32 so that the etching step is separate. Is etched.
계속하여 도 4를 참고로, 에칭된 비트선 접촉 비어(32)와 지지 비어(34)에는 전도성 물질이 피착된다. 전도성 물질은 비어를 채워서 전도성층(36)을 형성한다. 전도성층(36)은 1,000Å 내지 3,000Å의 두께가 될 수 있고, CVD, LPCVD, 또는 공지된 다른 피착 처리를 통해 피착될 수 있다. 전도성 물질은 텅스텐(W), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 납(Pb), 이리듐(Ir), 금(Au), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금이나 혼합이 될 수 있다. 전도성 물질은 바람직하게 텅스텐이다.Continuing with reference to FIG. 4, conductive material is deposited on the etched bit line contact vias 32 and support vias 34. The conductive material fills the via to form conductive layer 36. Conductive layer 36 may be from 1000 Å to 3,000 두께 thick and may be deposited through CVD, LPCVD, or other known deposition processes. Conductive materials include tungsten (W), platinum (Pt), palladium (Pd), lead (Pb), iridium (Ir), gold (Au), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), molybdenum (Mo), silver ( Ag), copper (Cu), aluminum (Al), or alloys or mixtures thereof. The conductive material is preferably tungsten.
계속하여 도 4를 참고로, 질화물층(38)은 CVD, LPCVD, 또는 공지된 임의의 피착 처리를 통해 100Å 내지 1,000Å의 두께로 전도성층(36) 위에 피착된다. 질화물층(38) 및 전도성층은 사진석판술 이방성 RIE를 통해 에칭되어 비트선을 형성한다. 에칭된 비트선은 대략 평행하고 0.1 μm의 폭이다. 비트선의 배열은 각 비트선 사이에 공간을 정의한다. 각 비트선 사이의 공간은 대략 0.1 μm이다. 질화물 측면벽 스페이서 (spacer)(도 2에 도시된 41)는 종래의 방법을 통해 비트선의 측면에 형성된다.Continuing with reference to FIG. 4, nitride layer 38 is deposited over conductive layer 36 to a thickness of 100 kV to 1,000 kV through CVD, LPCVD, or any known deposition process. The nitride layer 38 and the conductive layer are etched through the photolithographic anisotropic RIE to form bit lines. The etched bit lines are approximately parallel and 0.1 μm wide. An array of bit lines defines the space between each bit line. The space between each bit line is approximately 0.1 μm. A nitride sidewall spacer (41 shown in FIG. 2) is formed on the side of the bit line by a conventional method.
비트선(36) 및 비트선 측면벽이 형성된 이후에, 비트선 사이와 그 위에는 등각층으로 제3 절연층(40)이 피착된다. 제3 절연층은 BPSG, TEOS, SOG (spin on glass), 또는 유기체 폴리머 (organic polymer)가 될 수 있다. 제3 절연층(40)은 화학기계적 폴리싱(CMP)을 사용하여 평탄화되고, 캐패시터 공동 (cavity)은 종래의 사진석판술 이방성 RIE 처리를 통해 비트선 사이의 절연물질에 형성된다.After the bit lines 36 and the bit line side walls are formed, a third insulating layer 40 is deposited between the bit lines and over the conformal layers. The third insulating layer may be BPSG, TEOS, spin on glass (SOG), or organic polymer. The third insulating layer 40 is planarized using chemical mechanical polishing (CMP), and a capacitor cavity is formed in the insulating material between the bit lines through conventional photolithographic anisotropic RIE treatment.
도 5는 본 발명에 따라 적절한 자리에 저장 캐패시터를 갖는 DRAM 구조를 구조적인 입면도로 도시한다. 캐패시터 공동은 그 오프닝 (opening)이 비트선(36)의 상단 표면과 같은 평면상에 있도록 형성될 수 있다. 다른 방법으로, 캐패시터 공동은 도 5에 도시된 바와 같이, 그 오프닝이 비트선층(40) 위에 피착된 층과 같은 평면상에 있도록 형성될 수 있다. 캐패시터 오프닝은 비트선 사이의 영역에 위치한다. 비트선 사이의 공간은 캐패시터 공동을 형성하는데 이용가능한 절연 물질의 면적을 결정한다. 캐패시터 공동(42)은 디바이스의 상단 표면으로부터 비트선층 및 제2 절연층(30)을 통해 제1 상단 표면(27)에 있는 전기 접촉부(28)까지 확장되도록 형성된다. 캐패시터 공동(42)은 실질적으로 전기 접촉부(28)와 정렬된다. 캐패시터 공동의 차원은 비트선 사이의 공간에 의해 부분적으로 결정된다. 캐패시터 공동은 절연 물질이 에칭되어 비트선과 질화물 측면벽을 본래대로 남겨두도록 형성된다. 캐패시터 공동 차원은 0.02 μm2내지 0.05 μm2의 면적이고 0.1 μm 내지 1.0 μm의 깊이가 될 수 있다. 바람직하게, 캐패시터 공동 차원은 대략 0.3 μm2의 면적과 0.2 μm의 깊이가 된다.Figure 5 shows a structural elevation view of a DRAM structure with storage capacitors in place in accordance with the present invention. The capacitor cavity may be formed such that its opening is on the same plane as the top surface of the bit line 36. Alternatively, the capacitor cavity may be formed such that its opening is on the same plane as the layer deposited over the bit line layer 40, as shown in FIG. The capacitor opening is located in the region between the bit lines. The space between the bit lines determines the area of insulating material available to form the capacitor cavity. The capacitor cavity 42 is formed to extend from the top surface of the device through the bit line layer and the second insulating layer 30 to the electrical contact 28 at the first top surface 27. Capacitor cavity 42 is substantially aligned with electrical contact 28. The dimension of the capacitor cavity is determined in part by the space between the bit lines. The capacitor cavity is formed such that the insulating material is etched away leaving the bit lines and nitride sidewalls intact. The capacitor cavity dimension may be an area of 0.02 μm 2 to 0.05 μm 2 and a depth of 0.1 μm to 1.0 μm. Preferably, the capacitor cavity dimension is approximately 0.3 μm 2 in area and 0.2 μm deep.
확산 장벽층 (diffusion barrier layer)(44)은 제3 절연층(40) 위에 캐패시터 공동으로 피착된다. 장벽층은 바람직하게 200Å의 두께이고, TiN, TaN, TaSiN, WN, AlN, TiAlN, GaN, AlGaN, RuO2, IrO2, 및 Re2O3와 같은 도체를 구비한다. 전도성 전극 물질(46)의 층은 확산 장벽층 위에 등각으로(conformally) 피착된다. 전도성 전극 물질은 Pt, Pd, Ir, Au, Rh, Ru, Mo, 그들의 합금 및 조합을 포함하여귀금속을 구비한다. 전도성 물질은 또한 Ag, Cu, Al, 그들의 합금 및 조합과 같은 금속을 구비할 수 있다. 전도성층은 완전히 확산 장벽층으로 구성될 수 있다. 전도성 전극 물질의 층은 약 100Å 내지 500Å의 두께가 될 수 있고, 바람직하게 300Å이다. 전도성 전극 물질(46)은 포토레지스트 (photo-resist)로 코팅되고, 사진석판술을 통해 패턴화된다. 전도성 전극 물질(46) 및 확산 장벽층(44)은 캐패시터 공동 외부에 있는 제2 절연층(40)까지 다시 에칭된다. 포토레지스트는 캐패시터 공동 영역으로부터 제거되고, 나머지 전도성 전극 물질(46) 및 장벽층 물질은 제3 절연층(40)의 표면과 일치하도록 다시 에칭된다. 스택 캐패시터의 바닥 전극(46) 및 장벽층(44)은 전도성 전극 물질 및 확산 장벽 물질을 다시 에칭한 것으로 인하여 스택 캐패시터의 "U"자형 내부에서 우묵하게 파인다.A diffusion barrier layer 44 is deposited over the third insulating layer 40 with a capacitor cavity. The barrier layer is preferably 200 μs thick and has conductors such as TiN, TaN, TaSiN, WN, AlN, TiAlN, GaN, AlGaN, RuO 2 , IrO 2 , and Re 2 O 3 . A layer of conductive electrode material 46 is conformally deposited over the diffusion barrier layer. Conductive electrode materials include precious metals including Pt, Pd, Ir, Au, Rh, Ru, Mo, alloys and combinations thereof. The conductive material may also include metals such as Ag, Cu, Al, alloys thereof, and combinations thereof. The conductive layer can be composed entirely of diffusion barrier layers. The layer of conductive electrode material may be between about 100 kV and 500 kV thick, preferably 300 kPa. Conductive electrode material 46 is coated with photo-resist and patterned through photolithography. Conductive electrode material 46 and diffusion barrier layer 44 are etched back to second insulating layer 40 outside of the capacitor cavity. The photoresist is removed from the capacitor cavity region and the remaining conductive electrode material 46 and barrier layer material are etched back to match the surface of the third insulating layer 40. The bottom electrode 46 and barrier layer 44 of the stack capacitor are dug in the “U” shape of the stack capacitor due to the etching back of the conductive electrode material and the diffusion barrier material.
캐패시터 유전체층(48)은 제3 절연층(40)과 캐패시터 공동에 등각으로 피착되어 바닥 전극(46)을 덮는다. 캐패시터 유전체층의 동일한 산화물 두께는 20Å 내지 200Å의 두께이고, 바람직하게 (Ba,Sr(TiO3)), BaTiO3, SrTiO3, PbZrTiO3, PbZrO3, PbLaTiO3, SrBiTaO3와 같이 높은 유전 상수를 갖는 물질을 구비한다.The capacitor dielectric layer 48 is deposited conformally on the third insulating layer 40 and the capacitor cavity to cover the bottom electrode 46. And the same oxide thickness of the capacitor dielectric layer has a thickness of 20Å to 200Å, preferably having a high dielectric constant such as (Ba, Sr (TiO 3) ), BaTiO 3, SrTiO 3, PbZrTiO 3, PbZrO 3, PbLaTiO 3, SrBiTaO 3 Material.
다음에는 또 다른 전도성 전극 물질의 층(50)이 캐패시터 유전체층(48) 위에 피착되어 캐패시터 공동에서 나머지 공간을 채운다. 상단 전극(50)은 스택 캐패시터 구조를 정의하도록 평탄화된다.Next, another layer of conductive electrode material 50 is deposited over the capacitor dielectric layer 48 to fill the remaining space in the capacitor cavity. Top electrode 50 is planarized to define a stack capacitor structure.
DRAM 셀은 셀의 감지 증폭 영역에 연결을 형성할 때 필요한 부가적인 종래의 제작 단계로 완성된다. 이들 단계는 도면에 도시되지 않는다.DRAM cells are completed with additional conventional fabrication steps required to form a connection in the sense amplification region of the cell. These steps are not shown in the figure.
앞서 기술된 바와 같이, 때로는 2개의 트랜지스터를 통해 한 비트선에 둘중 하나로 연결되는 2개의 저장 캐패시터를 제공하는 것이 바람직하다. 도 6은 이러한 특성을 제공하는 DRAM 셀 구조를 구조적인 입면도로 도시한다.As described above, it is sometimes desirable to provide two storage capacitors that are connected one of the two to one bit line through two transistors. 6 illustrates a structural elevation of a DRAM cell structure that provides these characteristics.
도 6에 도시된 바와 같이, 각각이 소스(20) 및 드레인(12)을 갖는 스위칭 트랜지스터가 다수 있다. 그러나, 이 구조에서는 2개의 인접한 트랜지스터 SW1, SW2가 공통된 소스(20')를 공유하고, 전기 접촉부(28)를 통해 비트선(36)에 연결되는 것은 바로 이 공통된 소스(20')이다. 이 배열은 SW1 또는 SW2의 활성화를 통해 두 저장 캐패시터 C1, C2 중 어느 하나로의 억세스를 허용한다.As shown in FIG. 6, there are a number of switching transistors each having a source 20 and a drain 12. However, in this structure, it is this common source 20 'that two adjacent transistors SW1, SW2 share a common source 20', and are connected to the bit line 36 via the electrical contact 28. This arrangement allows access to either storage capacitor C1 or C2 through activation of SW1 or SW2.
도 3에 도시된 디바이스 상면도는 비트선(36), 워드선(16), 캐패시터(42), 및 비트선 접촉부(32)의 조직을 설명하는데 사용될 수 있다. 비트선 접촉부(32)는 비트선을 소스 영역에 연결시키도록 동작한다. 각 소스 영역(20)은 적어도 하나의 활성화 워드선과 연관된다. 비트선 접촉부는 비트선으로부터의 신호가 각 저장 캐패시터를 활성화하여 판독하도록 허용한다. 기판에서 절연 영역 위에 형성되지 않은 디바이스 부분은 디바이스의 활성 면적 (active area)이라 칭하여진다. 대표적인 활성 면적(43)은 2개의 캐패시터(C1, C2), 2개의 활성 워드선(WL2, WL3), 비트선(BL2), 및 비트선 접촉부(32)를 구비한다. 활성 면적(43)에서, C1에 저장된 전하는 WL2를 통해 BL2에 개폐되고, 비트선 접촉부(32)에 의해 연결된다. 똑같은 비트선 접촉부는 BL2를 WL3 게이트에 연결시켜 C2에 저장된 전하를 판독한다.The device top view shown in FIG. 3 can be used to illustrate the organization of the bit line 36, the word line 16, the capacitor 42, and the bit line contacts 32. The bit line contact 32 operates to connect the bit line to the source region. Each source region 20 is associated with at least one active word line. The bit line contacts allow the signal from the bit line to activate and read each storage capacitor. The portion of the device that is not formed over the insulating region in the substrate is referred to as the active area of the device. Exemplary active area 43 includes two capacitors C1 and C2, two active word lines WL2 and WL3, bit line BL2, and bit line contact 32. As shown in FIG. In the active area 43, the charge stored in C1 is opened and closed to BL2 through WL2, and is connected by the bit line contact 32. The same bit line contact connects BL2 to the WL3 gate to read the charge stored in C2.
비트선과 동일 평면에 형성되고 전기 접촉부와 병합되는 스택 캐패시터(stacked capacitor)를 갖는 고밀도 DRAM 셀 구조를 생성하는데 사용되는 제작 처리가 상세히 개시되었다. 그러므로, 주요한 사진석판술 (photolithography) 단계의 수를 줄이고 비트선 및 캐패시터 전도성 접촉의 종횡비를 감소시키는 것이 가능하다.Fabrication processes used to create high density DRAM cell structures having stacked capacitors coplanar with the bit lines and incorporated with electrical contacts have been described in detail. Therefore, it is possible to reduce the number of major photolithography steps and to reduce the aspect ratio of the bit line and capacitor conductive contacts.
비록 본 발명은 특정한 실시예를 참고로 상기에 도시되고 설명되었지만, 그럼에도 불구하고 도시된 상세한 내용에 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 본 발명의 의도에서 벗어나지 않고 청구항과 동일한 범위내에서 상세한 내용에 다양한 수정이 이루어질 수 있다.Although the present invention has been shown and described above with reference to specific embodiments, it is nevertheless not intended to be limited to the details shown. In addition, various modifications may be made in the details within the same scope as the claims without departing from the spirit of the invention.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |