KR20040053844A - DRAM cell including MOS capacitor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 DRAM 셀 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 적은 용량의 메모리를 필요로 하는 CD-R/W나 게임기기 등의 전자기기에 적합한 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DRAM cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a DRAM cell having a MOS capacitor suitable for an electronic device such as a CD-R / W or a game device that requires a small memory, and a method for manufacturing the same. .
일반적으로 반도체 메모리장치는 데이터를 저장해두고 필요할 때에 꺼내어 읽어볼 수 있는 장치를 일컫는 것으로, 주로, DRAM(Dynamic Random Access Memory)을 중심으로 하는 반도체 메모리로부터, 마그네틱 디스크, 광 디스크 등 다양한 종류가 있다. 이중에서도 반도체 메모리는 소형이며 높은 신뢰도을 가지고, 또한, 저렴한 가격으로 제조가 가능하다는 장점이외에도 상대적으로 고속 동작이 가능한 장점을 가지고 있어서, 컴퓨터 내부에 위치하는 메인 메모리나 마이크로 프로세서내의 매몰 메모리, 캐쉬 메모리 형태로 널리 사용되고 있다.Generally, a semiconductor memory device refers to a device that can store data and read out data when needed. The semiconductor memory device mainly includes various types of semiconductor disks, such as magnetic disks and optical disks, mainly from DRAM (Dynamic Random Access Memory). Among them, semiconductor memory is compact, has high reliability, and can be manufactured at low cost, and has the advantage of relatively high speed operation. Therefore, the main memory located inside the computer, the buried memory in the microprocessor, and the cache memory type It is widely used.
한편, DRAM의 단위셀 구조는 로우(row) 어드레스에 의해 구동되는 워드 라인(word line)과, 칼럼(column) 어드레스에 의해 구동되는 비트 라인(bit line)과, 비트 라인에 드레인이 연결되며 워드 라인에 게이트가 연결되는 셀 트랜지스터와, 셀 트랜지스터의 소오스에 연결된 캐패시터로 구성된다.Meanwhile, a DRAM unit cell structure includes a word line driven by a row address, a bit line driven by a column address, and a drain connected to the bit line. And a cell transistor having a gate connected to the line, and a capacitor connected to the source of the cell transistor.
이러한 DRAM 셀의 읽기/쓰기는 다음과 같이 동작된다. 임의의 워드 라인이 활성화되면, 해당 워드 라인에 연결된 셀 트랜지스터가 턴온(turn on)되고 비트 라인의 전압이 셀 트랜지스터의 드레인을 통해 인가되면서 캐패시터의 스토리지노드전극(storage node electrode)에 전하가 저장된다. 이때, 비트 라인에 인가되는 전압은 0V 또는 Vdd(구동 전압)이 공급된다. 그리고 캐패시터의 플레이트노드 전극(plate node electrode)에는 고정된 전원 전압이 공급되는데, 대개 구동전압(Vdd)의 절반 정도이다.The read / write of such DRAM cells is operated as follows. When any word line is activated, the cell transistor connected to the word line is turned on and the voltage of the bit line is applied through the drain of the cell transistor to store charge in the storage node electrode of the capacitor. . At this time, the voltage applied to the bit line is supplied with 0V or Vdd (driving voltage). A fixed power supply voltage is supplied to the plate node electrode of the capacitor, which is usually about half of the driving voltage Vdd.
한편, DRAM 셀에서 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터를 사용할 경우 일반적인 스택(stack)형 캐패시터에 비해 로직 공정(logic process)을 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다.On the other hand, when using a metal-oxide-silicon (MOS) capacitor in a DRAM cell, there is an advantage that a logic process can be used as it is compared to a general stack type capacitor.
도 1은 종래 기술에 의한 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀 구조를 나타낸 수직 단면도이다. 도 1을 참조하면, DRAM 셀의 수직 단면 구조는 반도체 기판(10)과, 웰(well)(12)과, 소자분리막(14)과, 기판 전면에 증착된 게이트 절연막(16)과, 게이트 절연막(16) 상부에 각각 형성된 셀 트랜지스터(2)의 게이트 전극(18) 및 MOS 캐패시터(4)의 플레이트노드 전극(20)과, 기판 내에 형성된 셀 트랜지스터(2)의 소오스/드레인(24)과, 층간 절연막(26)의 콘택 전극(28)을 통해 드레인(24)과 연결된 비트 라인(30)으로 구성되어 있다.1 is a vertical cross-sectional view showing a DRAM cell structure having a MOS capacitor according to the prior art. Referring to FIG. 1, a vertical cross-sectional structure of a DRAM cell includes a semiconductor substrate 10, a well 12, a device isolation film 14, a gate insulating film 16 deposited over the substrate, and a gate insulating film. (16) the gate electrode 18 of the cell transistor 2 and the plate node electrode 20 of the MOS capacitor 4 formed on top of each other, the source / drain 24 of the cell transistor 2 formed in the substrate, The bit line 30 is connected to the drain 24 through the contact electrode 28 of the interlayer insulating layer 26.
도면에서, MOS 캐패시터(4)의 스토리지노드 전극은 플레이트노드 전극(20) 하부에 위치한 웰(12) 영역이며, 이들 전극 사이의 절연체막은 게이트절연막(16)이 된다. 그리고 셀 트랜지스터(2)의 게이트 전극(18)은 워드 라인으로 사용된다.In the figure, the storage node electrode of the MOS capacitor 4 is the well 12 region located below the plate node electrode 20, and the insulator film between these electrodes becomes the gate insulating film 16. The gate electrode 18 of the cell transistor 2 is used as a word line.
이러한 구성을 갖는 DRAM 셀은 신호 전하는 셀 트랜지스터(2)의 소오스에 연결되는 MOS 캐패시터(4)의 스토리지노드인 웰(12)에 저장된다. 그러나, MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀은 스택형 캐패시터에 비해 로직 공정을 그대로 사용할 수 있다는 장점에도 불구하고 스토리지노드로 사용되는 웰(12)에 데이터가 저장되기 때문에 리퀴지(leakage) 전류가 많이 흘러 리프레시 시간(refresh time)이 짧아지는 문제점이 있었다.The DRAM cell having such a configuration is stored in the well 12 which is a storage node of the MOS capacitor 4 connected to the source of the cell transistor 2. However, despite the advantage that DRAM cells with MOS capacitors can use the logic process as it is compared to stacked capacitors, because the data is stored in the well 12 used as a storage node, a large amount of leakage current flows to refresh the DRAM cells. There was a problem that the time (refresh time) is shortened.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 MOS 캐패시터를 사용하는 DRAM 셀에서 플레이트노드 전극을 기판의 활성 영역으로 하며 스토리지노드 전극을 T자형 도전 패턴으로 사용함으로써 MOS 캐패시터 용량을 증가시키고 스토리지노드 전극을 활성 영역으로 사용할 경우 나타나는 리퀴지 전류 손실을 방지할 수 있는 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to increase the MOS capacitor capacity by using the plate node electrode as the active region of the substrate and the storage node electrode as the T-shaped conductive pattern in the DRAM cell using the MOS capacitor in order to solve the problems of the prior art. The present invention provides a DRAM cell having a MOS capacitor that can prevent the loss of the liquid current when the storage node electrode is used as an active region.
본 발명의 다른 목적은 MOS 캐패시터의 플레이트노드 전극을 기판의 활성 영역으로 하며 기판내에 트렌치에 T자형 스토리지노드 전극을 형성함으로써 MOS 캐패시터 용량을 증가시키면서 스토리지노드 전극을 활성 영역으로 사용할 경우 나타나는 리퀴지 전류 손실을 방지할 수 있는 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to form a liquefied current when the storage node electrode is used as an active region while increasing the capacity of the MOS capacitor by forming a T-shaped storage node electrode in a trench in the substrate as the active region of the substrate. Disclosed is a method for fabricating a DRAM cell having a MOS capacitor capable of preventing loss.
도 1은 종래 기술에 의한 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀 구조를 나타낸 수직 단면도이고,1 is a vertical sectional view showing a DRAM cell structure having a MOS capacitor according to the prior art,
도 2는 본 발명에 따른 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀의 레이아웃도이며,2 is a layout diagram of a DRAM cell having a MOS capacitor according to the present invention;
도 3은 도 2에서 A-A'선으로 자른 수직 단면도이고,3 is a vertical cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2;
도 4는 도 2에서 B-B'선으로 자른 수직 단면도이며,4 is a vertical cross-sectional view taken along the line B-B 'in FIG.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 일 실시예에 따라 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀 제조 공정을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.5A-5I are process flow diagrams sequentially illustrating a DRAM cell fabrication process with MOS capacitors in accordance with one embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 반도체기판 103a : 패드 산화막100 semiconductor substrate 103a pad oxide film
103b : 하드 마스크 105 : 포토레지스트 패턴103b: hard mask 105: photoresist pattern
106 : 트렌치 108 : 충진막106: trench 108: filling film
112 : 게이트 전극 114 : 스토리지 노드 전극112: gate electrode 114: storage node electrode
130 : 비트라인130: bit line
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 셀 트랜지스터 및 캐패시터를 갖는 DRAM 셀에 있어서, 로우(row) 어드레스에 의해 구동되는 워드 라인과, 칼럼(column) 어드레스에 의해 구동되는 비트 라인과, 비트 라인에 소오스가 연결되며 워드 라인에 게이트 전극이 연결되는 셀 트랜지스터와, 셀 트랜지스터의 드레인에 스토리지노드 전극이 연결되며 반도체 기판의 활성 영역에 형성된 플레이트노드 전극과, 스토리지노드 전극과 플레이트노드 전극 사이의 절연체박막을 갖는 MOS 캐패시터를 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a DRAM cell having a cell transistor and a capacitor, comprising: a word line driven by a row address, a bit line driven by a column address, and a source in the bit line; Is connected to a gate electrode connected to a word line, a storage node electrode is connected to a drain of the cell transistor, and a plate node electrode formed in an active region of the semiconductor substrate, and an insulator thin film between the storage node electrode and the plate node electrode. A MOS capacitor is provided.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 셀 트랜지스터 및 캐패시터를 갖는 DRAM 셀에 있어서, 반도체 기판의 활성 영역과, 활성 영역의 일부인 플레이트노드 전극, 활성 영역의 트렌치를 통해 T자 구조를 갖는 스토리지노드 전극, 플레이트노드 전극 및 스토리지노드 전극 사이의 절연체박막으로 이루어진 MOS 캐패시터와, 활성 영역의 상부면에 형성된 게이트 절연막 및 게이트 전극, 활성 영역 내에 형성된 소오스/드레인을 포함하는 셀 트랜지스터와, MOS 캐패시터 및 셀 트랜지스터가 형성된 구조물에 증착된 층간 절연막과, 층간 절연막의 콘택홀을 통해 셀 트랜지스터의 소오스/드레인 또는 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극이 연결된 콘택 전극과, 콘택 전극을 통해 드레인과 스토리지노드 전극이 연결되는 배선과, 콘택 전극을 통해 소오스가 연결된 비트 라인을 구비한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a DRAM cell having a cell transistor and a capacitor, the active region of the semiconductor substrate, a plate node electrode which is a part of the active region, a storage node electrode having a T-shaped structure through the trench of the active region, A cell transistor comprising a MOS capacitor comprising an insulator thin film between a plate node electrode and a storage node electrode, a gate insulating film and a gate electrode formed on an upper surface of an active region, a source / drain formed in the active region, and a MOS capacitor and a cell transistor. An interlayer insulating film deposited on the formed structure, a contact electrode connected to a source / drain of a cell transistor or a storage node electrode of a MOS capacitor through a contact hole of the interlayer insulating film, a wiring to which a drain and a storage node electrode are connected through a contact electrode; Source connected via contact electrode Provided with a bit line.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 셀 트랜지스터 및 캐패시터를 갖는 DRAM 셀의 제조 방법에 있어서, 반도체 기판의 활성 영역 일부에 트렌치를 형성하는 단계와, 활성 영역에 불순물을 주입하는 단계와, 트렌치가 형성된 기판 전면에 절연체박막을 형성함과 동시에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 결과물에서 트렌치가 매립되도록 도전막을 증착하고 이를 패터닝하여 T자 구조를 갖는 스토리지노드 전극을 형성함과 동시에 셀 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하는 단계와,결과물에 불순물을 주입하여 셀 트랜지스터의 소오스/드레인을 형성하는 단계와, 결과물 전면에 층간 절연막을 형성하고 층간 절연막에 콘택홀을 형성한 후에 콘택홀에 도전막을 매립하여 셀 트랜지스터의 소오스/드레인 또는 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극이 연결된 콘택 전극을 형성하는 단계와, 층간 절연막 상부에 도전막을 증착하고 이를 패터닝하여 콘택 전극을 통해 드레인과 스토리지노드 전극이 연결되는 배선과 소오스가 연결된 비트 라인을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a DRAM cell having a cell transistor and a capacitor, the method comprising the steps of forming a trench in a portion of the active region of the semiconductor substrate, implanting impurities into the active region, Forming an insulator thin film on the entire surface of the formed substrate, and simultaneously forming a gate insulating film; depositing and patterning a conductive film to fill the trench in the resultant, forming a storage node electrode having a T-shape, and simultaneously forming a gate electrode of the cell transistor. Forming a source / drain of the cell transistor by injecting impurities into the resultant, forming an interlayer insulating film on the entire surface of the resultant, forming a contact hole in the interlayer insulating film, and then filling the conductive film in the contact hole. Storage node electrodes of the source / drain or MOS capacitors A contact electrode; and a conductive film is deposited on the interlayer insulation film to form an upper and by patterning them and forming a wiring line and a bit line connected to the source and the drain and the storage node electrode is connected through the contact electrode.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀의 레이아웃도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 DRAM 셀 레이아웃은 로우 어드레스에 의해 구동되는 워드 라인(게이트 전극)(112)과, 칼럼 어드레스에 의해 구동되는 비트 라인(130)과, 비트 라인(113)에 소오스(118)가 연결되며 워드 라인에 게이트 전극(112)이 연결되는 셀 트랜지스터를 구비한다. 그리고 셀 트랜지스터의 드레인(118)에 스토리지노드 전극(114)이 연결된다. 게다가 본 발명의 DRAM 셀에 있어서, 반도체 기판의 활성 영역인 웰(102)이 전원 전압이 공급되는 플레이트노드 전극으로 사용되어 MOS 캐패시터를 구성하게 된다. 본 발명에서는 웰(102)인 플레이트노드 전극에 콘택 전극(132)을 통해 전원 전압이 공급되는 전원 라인(134)이 연결된다.2 is a layout diagram of a DRAM cell having a MOS capacitor according to the present invention. Referring to FIG. 2, the DRAM cell layout of the present invention is a source line of a word line (gate electrode) 112 driven by a row address, a bit line 130 driven by a column address, and a bit line 113. A cell transistor 118 is connected and a gate electrode 112 is connected to a word line. The storage node electrode 114 is connected to the drain 118 of the cell transistor. In addition, in the DRAM cell of the present invention, the well 102, which is an active region of the semiconductor substrate, is used as a plate node electrode to which a power supply voltage is supplied, thereby forming a MOS capacitor. In the present invention, a power supply line 134 to which a power supply voltage is supplied through a contact electrode 132 is connected to a plate node electrode which is a well 102.
상기 레이아웃도에서 미설명된 도면 부호 122, 124, 126은 콘택 전극을 나타낸 것이다. 그리고, 도면 부호 11은 MOS 캐패시터의 트렌치 형성시 트렌치 하부에충진되는 막을 제거할 때 사용되는 마스크 영역을 나타낸 것이다.Reference numerals 122, 124, and 126, which are not described in the layout diagram, indicate contact electrodes. In addition, reference numeral 11 denotes a mask region used to remove a film filled in the lower portion of the trench when forming the trench of the MOS capacitor.
본 발명의 DRAM 셀은 MOS 캐패시터는 전원 전압이 공급되는 플레이트노드 전극을 웰로 사용하며 신호 전하가 저장되는 스토리지노드 전극(114)을 활성 영역 상부의 도전막으로 사용함으로써 스토리지노드 전극을 활성 영역으로 할 때보다 읽기/쓰기 동작시 기판으로 흐르는 리퀴지 전류 손실이 없어지며 데이터 액세스(data access) 시간이 짧아진다.In the DRAM cell of the present invention, a MOS capacitor uses a plate node electrode supplied with a power supply voltage as a well and a storage node electrode 114 storing signal charges as a conductive layer on the active region, thereby making the storage node electrode an active region. There is no loss of liquid current to the substrate during read / write operations and shorter data access time.
도 3은 도 2에서 A-A'선으로 자른 수직 단면도이고, 도 4는 도 2에서 B-B'선으로 자른 수직 단면도이다. 이들 도면을 참조하면, 본 발명의 DRAM 셀 수직 단면은 다음과 같다.3 is a vertical cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2, and FIG. 4 is a vertical cross-sectional view taken along the line B-B ′ of FIG. 2. Referring to these figures, the DRAM cell vertical cross section of the present invention is as follows.
반도체 기판의 활성 영역인 웰(102)과, 활성 영역(102)의 트렌치(106)를 통해 T자 구조를 갖는 스토리지노드 전극(114)과, 플레이트노드 전극 및 스토리지노드 전극(114) 사이의 절연체박막(110, 111)으로 이루어진 MOS 캐패시터(4)가 형성되어 있다. 그리고 활성 영역의 상부면에 게이트 절연막(110) 및 게이트 전극(112)이 형성되어 있으며 활성 영역내에 소오스/드레인(118)이 형성된 셀 트랜지스터(2)가 구비되어 있다. 또한 MOS 캐패시터(4) 및 셀 트랜지스터(2)가 형성된 구조물에 층간 절연막(120)이 증착되어 있으며 층간 절연막(120)의 콘택홀을 통해 셀 트랜지스터(2)의 소오스/드레인(118) 또는 MOS 캐패시터(4)의 스토리지노드 전극(114)이 연결된 콘택 전극(122, 124, 126)과, 콘택 전극(122, 124)을 통해 드레인과 스토리지노드 전극(114)이 연결되는 배선(128)이 형성되며 다른 콘택 전극(126)을 통해 소오스가 연결된 비트 라인(130)이 형성된다.An insulator between the well node 102, which is an active region of the semiconductor substrate, and the storage node electrode 114 having a T-shape through the trench 106 of the active region 102, and the plate node electrode and the storage node electrode 114. The MOS capacitor 4 which consists of the thin films 110 and 111 is formed. A cell transistor 2 having a gate insulating layer 110 and a gate electrode 112 formed on an upper surface of the active region and a source / drain 118 formed in the active region is provided. In addition, an interlayer insulating layer 120 is deposited on the structure where the MOS capacitor 4 and the cell transistor 2 are formed, and the source / drain 118 or the MOS capacitor of the cell transistor 2 is formed through the contact hole of the interlayer insulating layer 120. Contact electrodes 122, 124, and 126 to which the storage node electrode 114 of (4) is connected, and a wiring 128 to which the drain and the storage node electrode 114 are connected to each other through the contact electrodes 122 and 124. The bit line 130 is connected to the source through another contact electrode 126.
본 발명의 DRAM 셀에 있어서, MOS 캐패시터(4)에는 트렌치(106) 아래부분을 절연물질로 채우는 충진막(108)이 더 형성되어 있는데, 이때 트렌치에만 충진막(108)을 남기기 위해서 도 2의 마스크(11)를 이용한다. 또한 MOS 캐패시터(4)의 스토리지노드 전극(114)과 셀 트랜지스터(2)의 게이트 전극(112) 측벽에 각각 절연물질로 이루어진 사이드웰 스페이서(116)가 형성되어 구조물 측면을 절연시킨다.In the DRAM cell of the present invention, the MOS capacitor 4 is further formed with a filling film 108 filling the lower portion of the trench 106 with an insulating material, in which the filling film 108 to leave only the trench in FIG. The mask 11 is used. In addition, sidewall spacers 116 made of an insulating material are formed on sidewalls of the storage node electrode 114 of the MOS capacitor 4 and the gate electrode 112 of the cell transistor 2 to insulate the side of the structure.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 MOS 캐패시터(4)의 스토리지노드 전극(114)은 하부막이 매립되는 트렌치가 적어도 하나 이상 이어지는 굴곡진 트렌치들로 구성되어 있어 평면상에 형성되는 스택형 MOS 캐패시터에 비해 고용량 커패시턴스를 확보할 수 있다.As shown in FIG. 3, the storage node electrode 114 of the MOS capacitor 4 of the present invention is composed of curved trenches formed by curved trenches formed by at least one or more trenches in which a lower layer is embedded. Higher capacitance can be obtained than capacitors.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 DRAM 셀은 쓰기(write) 동작시 비트 라인(130)에 데이터 신호가 공급되면 워드 라인인 게이트 전극(112)에 하이 레벨의 전압이 공급되어 셀 트랜지스터(2)가 온(ON)된다. 셀 트랜지스터(2)의 드레인(118)을 통해 신호 전하가 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극(114)에 저장된다.In the DRAM cell of the present invention having the structure as described above, when a data signal is supplied to the bit line 130 during a write operation, a high level voltage is supplied to the gate electrode 112 which is a word line, thereby providing the cell transistor 2. Is turned ON. Signal charge is stored at the storage node electrode 114 of the MOS capacitor through the drain 118 of the cell transistor 2.
이와 반대로 읽기(read) 동작시 워드 라인인 게이트 전극(112)에 하이 레벨이 전압이 공급되어 셀 트랜지스터(2)가 온(ON)되면, 스토리지노드 전극(114)에 저장된 신호 전하는 드레인에서 소오스를 통해 비트 라인(130)으로 전달된다.On the contrary, when a high level voltage is supplied to the gate electrode 112 which is a word line during a read operation, and the cell transistor 2 is turned on, the signal charge stored in the storage node electrode 114 is discharged from the drain. Is transmitted to the bit line 130.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 일 실시예에 따라 MOS 캐패시터를 갖는 DRAM 셀 제조 공정을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다. 본 실시예는 MOS 캐패시터의 제조 공정을 중심으로 해서 DRAM 셀 제조 공정을 설명하고자 한다.5A-5I are process flow diagrams sequentially illustrating a DRAM cell fabrication process with MOS capacitors in accordance with one embodiment of the present invention. This embodiment will describe a DRAM cell manufacturing process centering on the manufacturing process of the MOS capacitor.
우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100)으로서 실리콘 기판에 패드 산화막(103a) 및 하드 마스크막(103b)을 순차 적층하고 그 위에 MOS 캐패시터 트렌치 영역을 정의하는 포토레지스트 패턴(105)을 형성한다.First, as shown in FIG. 5A, a photoresist pattern 105 for sequentially depositing a pad oxide film 103a and a hard mask film 103b on a silicon substrate as a semiconductor substrate 100 and defining a MOS capacitor trench region thereon. To form.
그리고, 상기 포토레지스트 패턴(105)을 이용한 건식 식각 공정으로 하드 마스크막(103b) 및 패드 산화막(103a)을 패터닝하면서 기판(100)을 소정 깊이로 식각하여 도 5b와 같은 트렌치(106)를 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(105)과 하드 마스크막(103a) 및 패드 산화막(103a)을 제거한다. 이때, 본 발명에 따른 MOS 캐패시터의 트렌치(106)는 적어도 하나이상 이어지는 굴곡진 트렌치들로 형성되어 캐패시터 용량을 증가시킬 수 있다.The substrate 100 is etched to a predetermined depth by patterning the hard mask layer 103b and the pad oxide layer 103a by a dry etching process using the photoresist pattern 105 to form the trench 106 as shown in FIG. 5B. do. The photoresist pattern 105, the hard mask film 103a, and the pad oxide film 103a are removed. At this time, the trench 106 of the MOS capacitor according to the present invention may be formed of at least one curved trenches to increase the capacitor capacity.
이어서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 충진막(gap-fill layer)(108)으로서 HLD(High temperature Low pressure Dielectric)막을 증착하고 이를 평탄화하여, 트렌치(106)를 절연물질로 매립한다. 이러한 MOS 캐패시터의 트렌치 및 충진막(108) 제조 공정시 DRAM 셀의 소자분리막, 예를 들어 셀로우 트렌치(shallow trench) 소자분리막 제조 공정도 함께 진행할 수도 있다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, a high temperature low pressure dielectric (HLD) film is deposited on the resultant as a gap-fill layer 108 and planarized to fill the trench 106 with an insulating material. . In the process of manufacturing the trench and the filling film 108 of the MOS capacitor, the device isolation film of the DRAM cell, for example, the shallow trench device isolation film may also be processed.
계속해서, 상기 반도체 기판(100)내에 불순물 주입 공정, 예를 들어 p- 웰 공정을 진행하여 기판 내에 셀의 활성 영역이면서 MOS 캐패시터의 플레이트노드 전극으로 사용되는 웰(102)을 형성한다. 그리고, 상기 웰 내에 n- 채널 공정, 문턱 전압 조절 등을 진행하여 기판 내에 추가 불순물 이온을 주입한다.Subsequently, an impurity implantation process, for example, a p-well process, is performed in the semiconductor substrate 100 to form a well 102 in the substrate, which is an active region of a cell and used as a plate node electrode of a MOS capacitor. Further, n-channel process, threshold voltage control, and the like are performed in the well to implant additional impurity ions into the substrate.
한편, 상기 MOS 캐패시터 영역의 트렌치에 매립된 충진막(108)은 트렌치 상부면 또는 일정 부분까지 매립되어지나, MOS 캐패시터 용량을 증가시키기 위해서트렌치 일정 부분까지 매립되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 다음과 같이 공정을 진행한다.On the other hand, the filling film 108 buried in the trench of the MOS capacitor region is buried to the trench upper surface or a predetermined portion, it is preferable to fill the trench to a predetermined portion to increase the MOS capacitor capacity. To do this, proceed as follows.
도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 반도체기판 전면에 절연체박막(110a)을 얇게 증착하고, 그 위에 MOS 캐패시터 트렌치 영역을 오픈하는 포토레지스트 패턴(113)을 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(113)에 의해 드러난 충진막(108) 상부의 절연체박막(110a)을 식각해서 제거한 후에 포토레지스트 패턴(113)을 제거한다. 이때 도면에 미도시되어 있지만, 상기 포토레지스트 패턴(113)은 트렌치 영역 뿐만 아니라 MOS 캐패시터 영역과 셀 트랜지스터의 게이트 절연막 영역을 정의한다. 이로 인해 포토레지스트 패턴(113)을 이용한 식각 공정시 MOS 캐패시터의 절연체박막 및 게이트 절연막이 함께 패터닝될 수 있다. 이에 따라, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 MOS 캐패시터의 절연체박막(110) 및 셀 트랜지스터의 게이트 절연막(미도시됨)이 패터닝된다.As shown in FIG. 5D, a thin insulator thin film 110a is deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, and a photoresist pattern 113 is formed thereon to open the MOS capacitor trench region. The photoresist pattern 113 is removed after the insulator thin film 110a on the filling film 108 exposed by the photoresist pattern 113 is removed by etching. Although not shown in the drawing, the photoresist pattern 113 defines not only the trench region but also the MOS capacitor region and the gate insulating layer region of the cell transistor. As a result, the insulator thin film and the gate insulating film of the MOS capacitor may be patterned together during the etching process using the photoresist pattern 113. Accordingly, as shown in FIG. 5E, the insulator thin film 110 of the MOS capacitor and the gate insulating film (not shown) of the cell transistor are patterned.
이어서, 상기 노출된 충진막(108)을 선택적으로 식각해서 트렌치 일부를 채우도록 한 후에 트렌치 측벽에 절연물질로 이루어진 사이드웰 스페이서(111)를 형성한다. 이때 사이드웰 스페이서는 MOS 캐패시터의 절연체박막으로 사용된다.Subsequently, the exposed filling layer 108 is selectively etched to fill a portion of the trench, and then sidewall spacers 111 made of an insulating material are formed on the sidewalls of the trench. In this case, the side well spacer is used as an insulator thin film of the MOS capacitor.
계속해서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 도전막(114a)으로서 폴리실리콘을 증착하되, 트렌치를 완전히 채우면서 상기 MOS 캐패시터의 절연체박막(110) 및 게이트 절연막 상부에 일부 두께가 남도록 증착한다. 그리고 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 도전막(114a) 상부에 MOS 캐패시터의 스토리지지노드 전극 및 셀 트랜지스터의 게이트 전극 영역을 정의하는 포토레지스트패턴(115)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5F, polysilicon is deposited as the conductive film 114a on the resultant, but a portion of the thickness is left over the insulator thin film 110 and the gate insulating film of the MOS capacitor while completely filling the trench. do. As shown in FIG. 5G, a photoresist pattern 115 is formed on the conductive layer 114a to define the storage node electrode of the MOS capacitor and the gate electrode region of the cell transistor.
이어서, 상기 포토레지스트 패턴(115)에 의해 드러난 도전막(114a)을 건식 식각하여 도 5h와 같이 T자 구조를 갖는 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극(114)을 형성함과 동시에 셀 트랜지스터의 게이트 전극(112)을 형성한다. 그리고 포토레지스트 패턴(115)을 제거한다.Subsequently, the conductive film 114a exposed by the photoresist pattern 115 is dry-etched to form the storage node electrode 114 of the MOS capacitor having a T-shape as shown in FIG. 5H and at the same time the gate electrode of the cell transistor ( 112). The photoresist pattern 115 is removed.
그 다음, 도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 결과물에 절연막을 증착하고 이를 건식 식각하여 상기 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극(114) 및 셀 트랜지스터의 게이트 전극(112) 측벽에 사이드웰 스페이서(116)를 형성한다. 그리고, 상기 사이드웰 스페이서를 마스크로 불순물을 주입하여 셀 트랜지스터의 소오스/드레인(118)을 형성한 다음, 결과물 전면에 층간 절연막(120)을 형성하고 이를 평탄화한다. 이어서, 상기 층간 절연막(120)에 콘택홀을 형성한 후에 콘택홀에 도전막을 매립하여 셀 트랜지스터의 소오스/드레인(118) 또는 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극(114)이 연결되는 콘택 전극(122, 124)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5I, an insulating film is deposited on the resultant and dry-etched to form sidewall spacers 116 on sidewalls of the storage node electrode 114 of the MOS capacitor and the gate electrode 112 of the cell transistor. Form. The source / drain 118 of the cell transistor is formed by implanting impurities into the side well spacer using a mask, and then the interlayer insulating layer 120 is formed on the entire surface of the resultant cell and planarized. Subsequently, after forming contact holes in the interlayer insulating layer 120, contact electrodes 122 and 124 to which the source / drain 118 of the cell transistor or the storage node electrode 114 of the MOS capacitor are connected by filling a conductive film in the contact hole are formed. ).
계속해서, 상기 층간 절연막(120) 상부에 도전막을 증착하고 이를 패터닝하여 콘택 전극(122, 124)을 통해 드레인(118)과 스토리지노드 전극(114)이 연결되는 배선(128)을 형성함과 동시에 다른 콘택 전극(미도시됨)을 통해 셀 트랜지스터의 소오스(118)가 연결되는 비트 라인(미도시됨)을 형성한다.Subsequently, a conductive film is deposited on the interlayer insulating film 120 and patterned to form a wiring 128 to which the drain 118 and the storage node electrode 114 are connected through the contact electrodes 122 and 124. A bit line (not shown) to which the source 118 of the cell transistor is connected is formed through another contact electrode (not shown).
한편, 도 5i에 도시되지 않았지만, 상기 배선(128) 및 비트 라인 제조 공정시 층간 절연막(120)의 또 다른 콘택 전극을 통해 플레이트노드 전극인 웰(102)에 전원 전압이 공급되는 전원 라인을 형성한다.Although not shown in FIG. 5I, a power line for supplying a power voltage to the well 102, which is a plate node electrode, is formed through another contact electrode of the interlayer insulating layer 120 during the wiring 128 and the bit line manufacturing process. do.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 MOS 캐패시터를 사용하는 DRAM 셀에서 전원이 공급되는 플레이트노드 전극을 기생 저항 및 용량이 큰 기판의 활성 영역, 즉 웰로 사용하므로 신호의 속도를 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention uses a plate node electrode supplied with power in a DRAM cell using a MOS capacitor as an active region, that is, a well, of a substrate having a large parasitic resistance and a capacitance, thereby improving signal speed.
그리고, 본 발명은 MOS 캐패시터의 스토리지노드 전극을 활성 영역 상부의 도전막으로 사용함으로써 종래 DRAM 셀에서 스토리지노드 전극을 활성 영역으로 사용할 경우 나타나는 리퀴지 전류 손실을 방지할 수 있으며 셀의 읽기/쓰기 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.In addition, by using the storage node electrode of the MOS capacitor as the conductive layer on the active region, the present invention can prevent the loss of the liquefaction current that occurs when the storage node electrode is used as the active region in a conventional DRAM cell and the read / write time of the cell. This can shorten the effect.
또, 본 발명은 MOS 캐패시터 영역에 트렌치를 형성하여 T자 구조의 스토리지노드 전극을 제조함으로써 MOS 캐패시터 용량을 증가시킬 수 있다.In addition, the present invention can increase the MOS capacitor capacity by forming a trench in the MOS capacitor region to produce a T-shaped storage node electrode.
또한, 본 발명은 로직 프로세스를 그대로 사용할 수 있어서 공정시간 단축의 이점이 있다.In addition, the present invention can use the logic process as it is there is an advantage of shortening the process time.
한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.
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