KR20030069272A - Semiconductor device and Method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한것으로, 특히, 캐패시터를 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a capacitor and a method for manufacturing the same.
반도체 장치가 고집적화 됨에 따라, 셀의 크기가 감소하여 충분한 정전용량을 갖는 캐패시터를 형성하기가 어려워 지고 있다. 특히 한개의 모스 트랜지스터와 한개의 캐패시터로 구성되는 디램셀의 경우는 캐패시터의 정전용량이 중요한 문제로 대두 되고 있다.As semiconductor devices become highly integrated, the size of the cells is reduced, making it difficult to form capacitors with sufficient capacitance. In particular, in the case of a DRAM cell composed of one MOS transistor and one capacitor, the capacitance of the capacitor is an important problem.
캐패시터의 정전용량을 증가시키기 위한 방법으로 현재 널리 사용되고 있는 것은 캐패시터의 면적을 넓히는 방법이다. 하지만 반도체 장치의 고집적화로 평면적인 면적이 감소함에 따라, 캐패시터의 면적을 넓히기 위해 큰 높이의 하부전극을 갖는 캐패시터를 제조하는 방법이 현재 사용되고 있다.A widely used method for increasing the capacitance of a capacitor is a method of increasing the area of the capacitor. However, as the planar area decreases due to high integration of semiconductor devices, a method of manufacturing a capacitor having a large height lower electrode is currently used to increase the area of the capacitor.
도 1은 실린더형 캐패시터의 하부전극을 갖는 종래의 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor device having a lower electrode of a cylindrical capacitor.
반도체 기판(1) 상에 층간절연막(2)이 적층된다. 상기 반도체 기판(1)의 소정영역은 상기 층간절연막(2)을 관통하는 매립 콘텍플러그(3)와 접촉한다. 상기 층간절연막(2) 상에 식각저지막(4)이 위치한다. 상기 매립 콘텍플러그(3) 상부면과 접촉하는 하부전극(5)이 위치한다. 상기 하부전극(5)은 정전용량을 증가시키기 위해 높이를 크게하여 면적을 증가시킨다. 이때, 큰 높이로 인해 상기 하부전극들(5)이 기울어져 이웃하는 하부전극(5)들과 브리지(6)를 발생시킬 수 있다.An interlayer insulating film 2 is laminated on the semiconductor substrate 1. The predetermined region of the semiconductor substrate 1 is in contact with the buried contact plug 3 passing through the interlayer insulating film 2. An etch stop film 4 is positioned on the interlayer insulating film 2. The lower electrode 5 is in contact with the upper surface of the buried contact plug 3. The lower electrode 5 increases the area by increasing the height in order to increase the capacitance. At this time, the lower electrodes 5 may be inclined due to the high height to generate the adjacent lower electrodes 5 and the bridge 6.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 큰 높이의 실린더형 하부 전극을 갖는 캐패시터 형성시, 상기 캐패시터의 면적 감소 없이 상기 하부 전극들 간의 브리지 발생을 억제할 수 있는 반도체 장치 및 그 제조방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which can suppress the occurrence of bridges between the lower electrodes when the capacitor is formed with a large cylindrical lower electrode, without reducing the area of the capacitor.
도 1은 실린더형 캐패시터의 하부전극을 갖는 종래의 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a conventional semiconductor device having a lower electrode of a cylindrical capacitor.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 평면도이다.2 is a plan view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 I-I'를 따라 취해진 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view for describing a semiconductor device taken along the line II ′ in FIG. 2.
도 4내지 도 11는 도 2의 I-I'를 따라 취해진 반도체 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 through 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device taken along the line II ′ in FIG. 2.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 반도체 장치 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 의한 반도체 장치는 반도체 기판 상에 형성된 복수개의 실린더형 하부전극들과 적어도 두개의 상기 하부전극들의 측벽 사이에 개재된 지지패턴을 포함한다. 상기 지지패턴은 반도체 기판으로 부터 이격되어 있다. 상기 지지패턴은 얇으며, 일반적 층간절연막으로 사용되는 산화막에 대하여 식각선택비를 갖는 절연막으로 이루어진다.Provided are a semiconductor device and a method of manufacturing the same for achieving the above technical problem. The semiconductor device according to the present invention includes a plurality of cylindrical lower electrodes formed on a semiconductor substrate and a support pattern interposed between at least two sidewalls of the lower electrodes. The support pattern is spaced apart from the semiconductor substrate. The support pattern is thin and is made of an insulating film having an etch selectivity with respect to an oxide film used as a general interlayer insulating film.
본 발명에 따른 반도체 장치의 제조방법은 반도체 기판 상에 제1 층간절연막 및 지지막을 차례로 형성하고, 상기 지지막을 패터닝하여 상기 제1 층간절연막의 소정영역을 노출시키는 예비 지지패턴을 형성한다. 상기 예비 지지패턴을 갖는 반도체 기판 전면에 제2 층간절연막을 형성하고, 상기 제2 층간절연막, 상기 예비 지지패턴 및 상기 제1 층간절연막을 연속적으로 패터닝하여 상기 반도체기판의 소정영역을 노출시키는 예비 하부전극홀들 및 적어도 2개의 상기 예비 하부전극홀들 사이에 개재된 지지패턴을 형성한다. 상기 예비 하부전극홀들의 측벽을 이루는 상기 제2 층간절연막 및 상기 제1 층간절연막을 습식 식각하여 하부전극홀들을 형성한다. 이때 하부전극홀들의 측벽에는 상기 지지패턴이 돌출된 돌출부가 형성된다. 상기 하부 전극홀들 내부에 실린더형 하부 전극들을 형성한다. 상기 하부 전극의 측벽은 상기 지지패턴의 돌출부를 감싸게 된다. 상기 제2 층간절연막 및 상기 제1 층간 절연막을 습식 식각하여 모두 제거한다. 그 결과, 상기 하부전극들의 외측벽을 노출시킨다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a first interlayer insulating film and a support film are sequentially formed on a semiconductor substrate, and the support film is patterned to form a preliminary support pattern for exposing a predetermined region of the first interlayer insulating film. A preliminary lower portion which forms a second interlayer insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate having the preliminary supporting pattern, and continuously patterns the second interlayer insulating film, the preliminary supporting pattern and the first interlayer insulating film to expose a predetermined region of the semiconductor substrate; A support pattern interposed between electrode holes and the at least two preliminary lower electrode holes is formed. Lower electrode holes are formed by wet etching the second interlayer insulating layer and the first interlayer insulating layer forming sidewalls of the preliminary lower electrode holes. In this case, protrusions protruding from the support pattern are formed on sidewalls of the lower electrode holes. Cylindrical lower electrodes are formed in the lower electrode holes. The sidewall of the lower electrode surrounds the protrusion of the support pattern. The second interlayer insulating film and the first interlayer insulating film are wet etched and removed. As a result, the outer walls of the lower electrodes are exposed.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 또한 층이 다른 층 또는 기판 상에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.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 described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents can be thorough and complete, and the spirit of the present invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. If it is also mentioned that the layer is on another layer or substrate it may be formed directly on the other layer or substrate or a third layer may be interposed therebetween.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치를 설명하기 위한 각각 평면도 및 단면도이다. 도 3은 도 2의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.2 and 3 are a plan view and a cross-sectional view, respectively, for explaining a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 2.
도 2를 참조하면, 반도체 기판(101) 상에 복수개의 실린더형 하부전극(121a)들이 위치한다. 상기 하부전극(121a)들의 측벽 사이에 지지패턴(109b)이 개재된다. 상기 지지패턴(109b)은 4개의 하부전극(121a)들의 측벽과 접촉하며, 상기 하부전극(121a)들은 한개의 지지패턴(109a)과 접촉한다. 이에 더하여, 상기 지지패턴(109b)은 적어도 두개의 하부전극(121a)들과 접촉 할 수 있다. 그 결과, 상기 지지 패턴(109b)들에 의해 상기 하부 전극(121a)들이 기울어지는 것을 방지 할 수 있다.Referring to FIG. 2, a plurality of cylindrical lower electrodes 121a are positioned on the semiconductor substrate 101. A support pattern 109b is interposed between the sidewalls of the lower electrodes 121a. The support pattern 109b is in contact with the sidewalls of the four lower electrodes 121a, and the bottom electrode 121a is in contact with one support pattern 109a. In addition, the support pattern 109b may be in contact with at least two lower electrodes 121a. As a result, the lower electrodes 121a may be prevented from being inclined by the support patterns 109b.
상기 지지패턴(109b)은 일반적 층간절연막으로 사용되는 산화막에 대하여 식각선택비를 갖는 절연막, 예컨대 실리콘 질화막으로 이루어지는것이 바람직하다.The support pattern 109b is preferably made of an insulating film having an etch selectivity with respect to an oxide film used as a general interlayer insulating film, such as a silicon nitride film.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(101) 상에 하부 층간절연막이 위치한다. 상기 반도체 기판(101)의 소정영역은 상기 하부 층간절연막(104)을 관통하는 매립 콘텍플러그(106)과 접촉한다. 상기 하부 층간절연막(104) 상에 식각저지막(107)이 위치한다. 상기 매립 콘텍플러그(106)들의 상부면은 하부전극(121a)들의 하부면과 접촉한다. 상기 하부 전극(121a)들 사이에 지지패턴(109b)이 개재된다. 상기 지지패턴(109b)은 상기 식각저지막(107)으로 부터 이격되어 있다.Referring to FIG. 3, a lower interlayer insulating film is positioned on the semiconductor substrate 101. The predetermined region of the semiconductor substrate 101 contacts the buried contact plug 106 penetrating the lower interlayer insulating film 104. An etch stop layer 107 is disposed on the lower interlayer insulating layer 104. The upper surface of the buried contact plugs 106 is in contact with the lower surface of the lower electrodes 121a. A support pattern 109b is interposed between the lower electrodes 121a. The support pattern 109b is spaced apart from the etch stop layer 107.
도 4 내지 도 11는 도 2의 I-I'를 따라 취해진 반도체 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4 through 11 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device taken along the line II ′ in FIG. 2.
도 4를 참조하면, 반도체 기판(101)에 활성영역을 한정하는 소리분리막(102)을 형성한다. 상기 활성영역의 표면에 불순물 이온을 주입하여 불순물 확산층(103)을 형성한다. 상기 불순물 확산층(103)을 갖는 반도체 기판 전면 상에 하부 층간절연막(104)을 형성하고, 상기 하부 층간절연막(104)을 관통하여 상기 불순물 확산층(103)의 소정영역과 접촉하는 매립 콘텍 플러그(106)들을 형성한다. 상기 매립 콘텍 플러그(106)들은 도핑된 폴리실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 불순물 확산층(103)과 상기 매립 콘텍플러그(106)의 하부면 사이에는 또 다른 하부 도전막 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들면, 자기정렬 콘텍 패드로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, a sound separation layer 102 defining an active region is formed on the semiconductor substrate 101. The impurity diffusion layer 103 is formed by implanting impurity ions into the surface of the active region. A buried contact plug 106 is formed on an entire surface of the semiconductor substrate having the impurity diffusion layer 103 and penetrates the lower interlayer insulating film 104 to contact a predetermined region of the impurity diffusion layer 103. ). The buried contact plugs 106 are preferably formed of doped polysilicon. Another lower conductive layer pattern may be formed between the impurity diffusion layer 103 and the lower surface of the buried contact plug 106. For example, it is preferable to form a self-aligning contact pad.
상기 매립 콘텍플러그(106)들의 상부면을 포함한 반도체 기판 전면에 식각저지막(107)을 형성한다. 상기 식각저지막(107)은 일반적 층간절연막으로 사용되는 산화막에 대하여 식각선택비를 갖는 절연막, 예컨대, 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 식각저지막(107) 상에 제1 층간절연막(108) 및 지지막(109)을 차례로 적층한다. 상기 제1 층간절연막은 CVD 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 지지막(109)은 전기적으로 절연되고, 상기 제1 층간절연막(108)에 대하여 식각 선택비를 갖는 절연막, 예컨대 실리콘 질화막으로 형성하는게 바람직하며, 두께는 50Å~300Å으로 형성할 수 있다.An etch stop layer 107 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the top surfaces of the buried contact plugs 106. The etch stop film 107 is preferably formed of an insulating film having an etching selectivity, for example, a silicon nitride film, with respect to an oxide film used as a general interlayer insulating film. The first interlayer insulating layer 108 and the supporting layer 109 are sequentially stacked on the etch stop layer 107. The first interlayer insulating film is preferably formed of a CVD silicon oxide film. The support layer 109 may be electrically insulated, and may be formed of an insulating layer having an etching selectivity with respect to the first interlayer insulating layer 108, for example, a silicon nitride layer.
도 5를 참조하면, 상기 지지막(109)을 패터닝하여 상기 제1 층간절연막(108)의 소정영역을 노출시키는 예비 지지패턴(109a)을 형성한다. 상기 예비 지지패턴(109a)을 포함한 반도체 기판 전면에 제2 층간절연막(110)을 형성한다. 상기 제2 층간절연막(110)은 상기 제1 층간절연막(108)와 같은 식각선택비를 갖는 절연막, 예컨대, CVD 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, the support layer 109 is patterned to form a preliminary support pattern 109a exposing a predetermined region of the first interlayer insulating layer 108. A second interlayer insulating film 110 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the preliminary support pattern 109a. The second interlayer insulating film 110 may be formed of an insulating film having the same etching selectivity as the first interlayer insulating film 108, for example, a CVD silicon oxide film.
도 6을 참조하면, 상기 제2 층간절연막(110), 상기 예비 지지패턴(109a), 상기 제1 층간절연막(108) 및 상기 식각저지막(107)을 연속적으로 패터닝하여 상기 매립 콘텍 플러그(106)들의 상부면을 노출시키는 예비 하부전극홀(120)들 및 지지패턴(109b)을 형성한다. 이때 상기 예비 하부전극홀(120)들의 측벽에 상기 지지패턴(109b)이 노출된다.Referring to FIG. 6, the buried contact plug 106 may be patterned by continuously patterning the second interlayer insulating layer 110, the preliminary support pattern 109a, the first interlayer insulating layer 108, and the etch stop layer 107. The preliminary lower electrode holes 120 and the support pattern 109b exposing the upper surfaces of the layers) are formed. In this case, the support pattern 109b is exposed on sidewalls of the preliminary lower electrode holes 120.
도 7을 참조하면, 상기 예비 하부전극홀(120)들의 측벽을 이루는 상기 제2 층간절연막(110) 및 상기 제1 층간절연막(108)을 습식식각하여 하부전극홀(120a)들을 형성한다. 이때, 상기 지지패턴(109b)은 상기 제1 층간절연막(110) 및 제2 층간절연막(108)에 대하여 습식식각률이 느림으로 상기 하부전극홀(120a) 측벽에 돌출된 돌출부(k)를 형성한다. 이때 상기 돌출부(k)의 길이는 50Å~200Å로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7, the lower electrode holes 120a may be formed by wet etching the second interlayer insulating layer 110 and the first interlayer insulating layer 108 forming sidewalls of the preliminary lower electrode holes 120. In this case, the support pattern 109b forms a protrusion k protruding from the sidewall of the lower electrode hole 120a at a slow wet etch rate with respect to the first interlayer insulating film 110 and the second interlayer insulating film 108. . At this time, the length of the protrusion (k) may be formed to 50 ~ 200Å.
도 8을 참조하면, 상기 하부전극홀(120a) 내부를 포함한 반도체 기판 전면에 하부전극막(121)을 형성한다. 이때, 상기 하부전극막(121)은 상기 하부전극홀(120a) 측벽에 돌출된 상기 지지패턴(109b)의 돌출부(k)을 감싸게 형성된다. 상기 하부전극막(121)은 도핑된 폴리실리콘으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 하부전극막(121) 상에 상기 하부전극홀(120a) 내부를 채우는 완충절연막(125)을 형성한다. 상기 완충절연막(125)은 상기 제2 층간절연막(110) 및 상기 제1 층간절연막(108)과 같은 식각선택비를 갖는 절연막, 예컨대 CVD 실리콘 산화막으로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 8, the lower electrode layer 121 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate including the lower electrode hole 120a. In this case, the lower electrode layer 121 is formed to surround the protrusion k of the support pattern 109b protruding from the sidewall of the lower electrode hole 120a. The lower electrode layer 121 is preferably formed of doped polysilicon. A buffer insulating layer 125 is formed on the lower electrode layer 121 to fill the inside of the lower electrode hole 120a. The buffer insulating film 125 may be formed of an insulating film having the same etching selectivity as the second interlayer insulating film 110 and the first interlayer insulating film 108, for example, a CVD silicon oxide film.
도 9를 참조하면, 상기 완충절연막(125) 및 상기 하부전극막(121)을 상기 상부 층간절연막(110)이 노출될때까지 평탄화 하여 하부전극(121a)들을 형성한다.Referring to FIG. 9, the buffer insulating layer 125 and the lower electrode layer 121 are planarized until the upper interlayer insulating layer 110 is exposed to form lower electrodes 121a.
도 10을 참조하면, 상기 하부전극홀(120a) 내부에 남아있던 완충절연막(125), 상기 제2 층간절연막(110) 및 상기 제1 층간절연막(108)을 습식식각을 통해 모두 제거한다. 이때, 상기 지지패턴(109b) 아래에 있는 상기 제1 층간절연막(108)도 모두 제거된다. 상기 지지패턴(109b) 및 상기 식각저지막(107)은 상기 완충절연막, 상기 제1 및 제2 층간절연막 대하여 식각선택비를 가짐으로 제거되지 않는다. 이에 따라, 상기 하부전극(121a)들의 측벽 사이에 개재되고, 상기 식각저지막(107)으로 부터 일정한 높이로 이격된 상기 지지패턴(109b)이 형성된다. 상기 식각저지막(107)은 상기 하부 층간절연막(104)이 식각되는 것을 방지한다. 상기 지지패턴(109b)이 형성됨으로써, 큰 높이를 가지는 상기 하부전극(121a)들이 기울어져 발생하던 브리지(bridge)를 방지 할 수 있다.Referring to FIG. 10, all of the buffer insulating film 125, the second interlayer insulating film 110, and the first interlayer insulating film 108 remaining in the lower electrode hole 120a are removed by wet etching. In this case, all of the first interlayer insulating film 108 under the support pattern 109b is also removed. The support pattern 109b and the etch stop layer 107 are not removed by having an etch selectivity with respect to the buffer insulating layer and the first and second interlayer insulating layers. Accordingly, the support pattern 109b is formed between the sidewalls of the lower electrodes 121a and spaced apart from the etch stop layer 107 by a predetermined height. The etch stop layer 107 prevents the lower interlayer dielectric layer 104 from being etched. Since the support pattern 109b is formed, a bridge, which is caused by tilting the lower electrodes 121a having a large height, may be prevented.
도 11을 참조하면, 상기 하부전극(121a) 표면에 유전막(130)을 형성하고, 유전막 상에 상부전극(135)을 형성한다. 이때, 상기 지지패턴(109b) 아래의 상기 하부전극(121a)의 외부 측벽에도 상기 유전막(130) 및 상기 상부전극(135)이 형성되어 상기 하부전극, 상기 유전막 및 상기 상부전극으로 이루어지는 캐패시터의 면적에는 영향을 주지 않는다.Referring to FIG. 11, a dielectric layer 130 is formed on a surface of the lower electrode 121a, and an upper electrode 135 is formed on the dielectric layer. In this case, the dielectric layer 130 and the upper electrode 135 are also formed on the outer sidewalls of the lower electrode 121a under the support pattern 109b to form an area of a capacitor including the lower electrode, the dielectric layer and the upper electrode. Does not affect.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 큰 높이를 갖는 실린더형 하부 전극들의 측벽 사이에 개재된 얇은 지지패턴을 형성함으로써, 상기 하부전극들의 표면적에 영향을 미치지 않으면서 브리지를 방지 할 수 있다.As described above, according to the present invention, by forming a thin support pattern interposed between the sidewalls of the cylindrical lower electrodes having a large height, it is possible to prevent the bridge without affecting the surface area of the lower electrodes.
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