KR20070073441A - Method for manufacturing storagenode contact in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a는 종래기술에 따른 비트라인 프로파일을 도시한 사진, Figure 1a is a photograph showing a bit line profile according to the prior art,
도 1b는 종래기술에 따른 비트라인 손상을 나타낸 사진,Figure 1b is a photograph showing a bit line damage according to the prior art,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 스토리지노드콘택의 형성 방법을 도시한 도면,2A to 2E illustrate a method of forming a storage node contact according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비트라인패턴의 프로파일을 도시한 사진.3 is a photograph showing a profile of a bit line pattern according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31 : 제1층간절연막 32 : 랜딩플러그콘택31: first interlayer insulating film 32: landing plug contact
33 : 제2층간절연막 34 : Ti/TiN33: second interlayer insulating film 34: Ti / TiN
35 : 비트라인텅스텐막 36 : 비트라인하드마스크질화막35 bit
37 : 비트라인스페이서 38 : 제3층간절연막37: bit liner 38: third interlayer insulating film
39 : 스토리지노드콘택마스크 40 : 1차 홀39: storage node contact mask 40: primary hole
41 : 버퍼산화막 42 : 2차 홀41: buffer oxide film 42: secondary hole
43 : 스토리지노드콘택43: Storage Node Contact
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 스토리지노드콘택플러그 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly to a method for forming a storage node contact plug of a semiconductor device.
반도체소자가 고집적화되면서 80nm 기술 이하급의 스토리지노드콘택플러그의 경우 ArF 포토레지스트를 이용한 홀타입(Hole type)으로 콘택을 형성하고 있다.As semiconductor devices are highly integrated, in the case of storage node contact plugs of 80 nm technology or less, contacts are formed in a hole type using ArF photoresist.
그러나, 홀타입으로 스토리지노드콘택을 형성시 홀타입의 스토리지노드콘택홀에 스토리지노드콘택플러그를 매립하므로 스토리지노드콘택플러그의 탑부분의 오픈 면적이 작아서 후속 스토리지노드와의 오버레이마진이 부족하게 되어 중간에 패드폴리실리콘을 형성해주어야 하는 문제점이 있다.However, when the storage node contact is formed as a hole type, since the storage node contact plug is embedded in the hole type storage node contact hole, the open area of the top portion of the storage node contact plug is small, so that the overlay margin with the subsequent storage node is insufficient. There is a problem in that to form a pad polysilicon.
또한, 홀타입의 스토리지노드콘택홀을 형성하기 위한 식각 진행시 ArF 포토레지스트를 적용하는데 이 경우 고가의 장비적용으로 인한 유지비용 증가로 양산성이 저하되는 문제점이 있다.In addition, the ArF photoresist is applied during the etching process to form the hole-type storage node contact hole. In this case, there is a problem in that mass productivity is lowered due to an increase in maintenance cost due to expensive equipment.
또한, 스토리지노드콘택 식각시 소자 쉬링크(shrink)에 따른 비트라인 사이즈 감소 및 CMP 공정시 SAC 마진을 확보하기 위해 비트라인하드마스크질화막 두께를 증가시키고 있다. 그러나, 이처럼 비트라인하드마스크질화막 두께를 증가시키면 종횡비 증가로 인해 비트라인프로파일이 얇아지거나 구부러지는 문제가 발생하게 되어(도 1a 참조) 스토리지노드콘택 식각시 폴리머 배리어가 비트라이하드마스크질화막 위에 형성되지 않아 자기정렬콘택식각이 이루어지지 않게 되어 비트라인하드 마스크질화막 손실이 과도하게 발생하게 되는 문제가 있다(도 1b 참조).In addition, the bit line hard mask nitride layer thickness is increased to reduce the bit line size due to device shrink during the storage node contact etching and to secure the SAC margin during the CMP process. However, increasing the bit line hard mask nitride film thickness causes a problem that the bit line profile becomes thin or bent due to an increase in the aspect ratio (see FIG. 1A) .A polymer barrier is not formed on the bit dry hard mask nitride film during etching of the storage node contact. As a result, self-aligned contact etching is not performed, resulting in excessive bit line hard mask nitride film loss (see FIG. 1B).
도 1a는 종래기술에 따른 비트라인 프로파일을 도시한 사진이고, 도 1b는 종래기술에 따른 비트라인 손상을 나타낸 사진으로서, 종래기술은 비트라인프로파일이 취약해지고, 비트라인하드마스크질화막의 식각손실이 증가함을 알 수 있다.Figure 1a is a picture showing a bit line profile according to the prior art, Figure 1b is a picture showing a bit line damage according to the prior art, the prior art is a weak bit line profile, the etching loss of the bit line hard mask nitride film It can be seen that the increase.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 비트라인패턴의 취약한 프로파일로 인해 초래되는 자기정렬콘택 페일을 방지할 수 있는 반도체소자의 스토리지노드콘택 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a method of forming a storage node contact of a semiconductor device capable of preventing self-aligned contact failure caused by a weak profile of a bit line pattern. have.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스토리지노드콘택의 형성 방법은 제1절연막 내에 랜딩플러그콘택이 형성된 구조물 상부에 제2절연막을 형성하는 단계, 상기 제2절연막의 소정 표면 상에 비트라인도전층과 비트라인하드마스크의 순서로 적층된 비트라인패턴을 형성하는 단계, 상기 비트라인패턴 사이를 채울때까지 전면에 제3절연막을 형성하는 단계, 상기 비트라인패턴의 상부가 드러날때까지 상기 제3절연막을 평탄화시키는 단계, 상기 제2절연막을 1차로 부분식각하여 1차 홀을 형성하는 단계, 상기 1차 홀의 측면을 확장시키는 단계, 상기 측면이 확장된 1차 홀에 의해 드러난 비트라인패턴의 상부를 덮는 버퍼산화막을 형성하는 단계, 상기 랜딩플러그콘택의 표면이 노출될때까지 상기 2차 식각을 진행하여 2차 홀을 형성하는 단계, 및 상기 1,2차 홀로 이루어진 스토리지노드콘택홀에 매립되는 스토리지노드콘택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 버퍼산화막은, 상기 비트라인패턴의 상부 및 모서리에서의 두께가 나머지 측벽 부분에서의 두께보다 더 두껍게 되는 스텝커버리지가 취약한 물질로 형성하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a storage node contact, the method including forming a second insulating layer on an upper portion of a structure in which a landing plug contact is formed in a first insulating layer, and forming a bit line conductive layer on a predetermined surface of the second insulating layer. Forming a stacked bit line pattern in the order of a bit line hard mask, forming a third insulating layer on the entire surface until the bit line patterns are filled, and forming the third insulating layer until the upper portion of the bit line pattern is exposed. Planarization, partially etching the second insulating layer to form a primary hole, extending side surfaces of the primary hole, and forming an upper portion of the bit line pattern exposed by the primary hole in which the side surface is extended. Forming a covering buffer oxide layer, performing secondary etching until the surface of the landing plug contact is exposed, and forming secondary holes; and 1,2 And forming a storage node contact embedded in the storage node contact hole made of a hole, wherein the buffer oxide layer has a thickness at an upper side and an edge of the bit line pattern thicker than a thickness at the remaining sidewall portion. Characterized in that the step coverage is formed of a weak material.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 스토리지노드콘택의 형성 방법을 도시한 도면이다.2A to 2E illustrate a method of forming a storage node contact according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1층간절연막(31) 내에 랜딩플러그콘택(32)이 형성된 구조물 상부에 제2층간절연막(33)을 형성한 후, 제2층간절연막(33) 상에 Ti/TiN(34), 비트라인텅스텐막(35) 및 비트라인하드마스크질화막(36)의 순서로 적층된 복수의 비트라인패턴을 형성한다. 여기서, Ti와 TiN의 순서로 적층되는 Ti/TiN(34)은 100Å∼1000Å 두께로 형성하고, 비트라인텅스텐막(35)은 300Å∼1000Å 두께로 형성하며, 비트라인하드마스크질화막(Bitline Hardmask nitride, 36)은 1500Å∼3500Å 두께로 형성한다.As shown in FIG. 2A, after the second interlayer
상기 비트라인패턴 형성을 위한 식각공정은 비트라인하드마스크질화막 식각공정, 비트라인텅스텐막/Ti/TiN 식각공정으로 나누는데, 먼저 비트라인하드마스크질화막(36)의 식각공정은 CF4/CHF3/O2/Ar의 혼합가스를 사용하고, 20mT∼70mT 압력 범위에서 300W∼1000W의 파워를 적용하여 진행한다. 그리고, 비트라인텅스텐막(35)과 Ti/TiN(34)의 식각은 SF6/BCl3/N2/Cl2의 혼합가스를 사용하고, 20mT∼70mT 압력범위에서 300W∼1000W의 파워를 적용하여 진행한다.The etching process for forming the bit line pattern is divided into a bit line hard mask nitride film etching process and a bit line tungsten film / Ti / TiN etching process. First, the etching process of the bit line hard
이어서, 비트라인패턴을 포함한 전면에 비트라인스페이서질화막을 50Å∼150Å 두께로 증착한 후 비트라인스페이서 식각을 진행하여 비트라인패턴의 양측벽에 접하는 비트라인스페이서(37)를 형성한다.Subsequently, a bit line facer nitride film is deposited on the entire surface including the bit line pattern to have a thickness of 50 μs to 150 μm, followed by bit liner etching to form
이어서, 비트라인패턴 사이를 채울때까지 전면에 제3층간절연막(38)을 증착한다. 이때, 제3층간절연막(38)은 고밀도플라즈마(High Density Plasma) 방식을 이용하여 증착한 산화막으로 형성하고, 그 두께는 4000Å∼10000Å 두께로 한다. 따라서, 제3층간절연막(38)은 비트라인패턴 사이를 채우면서도 비트라인패턴 상부에서 일정 두께를 갖고 형성된다. Subsequently, a third
이어서, 제3층간절연막(38)에 대한 화학적기계적연마(이를 'ILD CMP'라고 함)를 진행하여 제3층간절연막(38)을 평탄화시킨다. 이때, 제3층간절연막(38)의 화학적기계적연마는 비트라인하드마스크질화막(36)에서 연마가 정지되도록 하여 진행한다.Subsequently, chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as 'ILD CMP') on the third interlayer
도 2b에 도시된 바와 같이, 화학적기계적연마가 완료된 구조물의 전면에 KrF 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 스토리지노드콘택마스크(39)를 형성한다. As shown in FIG. 2B, a KrF photoresist is applied to the entire surface of the chemical mechanical polishing-completed structure and patterned by exposure and development to form a storage
이때, 스토리지노드콘택마스크(39)는 스토리지노드콘택홀이 형성될 부분을 오픈시키는 라인타입의 마스크이며, 더불어 스토리지노드콘택마스크(39)는 비트라인패턴과 교차하는 방향으로 형성된 라인타입의 마스크이다.In this case, the storage
이어서, 스토리지노드콘택마스크(39)를 이용하여 스토리지노드콘택 식각을 진행하는데, 이때 스토리지노드콘택식각은 1차적으로 부분식각(Partial etch)을 먼저 진행한다. 예컨대, 비트라인패턴 사이의 랜딩플러그콘택(32) 상부를 개방시키기 위해 제3층간절연막(38)을 식각할 때, 랜딩플러그콘택(32)이 완전히 노출될때까지 식각하지 않고 비트라인텅스텐막(35) 상부의 비트라인하드마스크질화막(36)의 측벽 일부 깊이까지만 식각을 진행한다.Subsequently, the storage node contact etching is performed by using the storage
위와 같이 부분식각으로 진행하는 1차 스토리지노드콘택식각 공정은 건식식각과 습식식각을 혼용하여 진행한다.As described above, the primary storage node contact etching process performed by partial etching is performed by using dry etching and wet etching.
먼저, 1차 스토리지노드콘택 식각시 건식식각은 15∼50mT의 압력에서 1000W∼2000W의 파워, CF4, C4F8, C5F8, C4F6, CHF3, CH2F2, Ar, O2, CO 및 N2로 이루어진 그룹중에서 선택되는 가스를 적어도 두가지 이상 혼합한 혼합가스를 사용하여 1000Å∼2000Å 타겟으로 진행한다.First, in the primary storage node contact etching, dry etching is performed at a power of 1000 W to 2000 W at a pressure of 15 to 50 mT, CF 4 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , C 4 F 6 , CHF 3 , CH 2 F 2 , The gas selected from the group consisting of Ar, O 2 , CO, and N 2 is used to proceed to a 1000 kPa to 2000 kPa target using a mixed gas of at least two kinds of gases.
이어서, 습식식각은 스토리지노드콘택마스크를 스트립한 후에 불산(HF) 용액 또는 BOE 용액을 이용하여 진행하는데, 이와 같이 불산을 함유한 용액을 이용한 습식식각은 측면식각이 주로 발생하므로 건식식각을 통해 형성된 스토리지노드콘택홀의 1차 홀(40)의 측면이 확장된다. 따라서, 습식식각을 통해 측면이 확장된 1차 홀(40)이 형성된다.Subsequently, the wet etching is performed by using a hydrofluoric acid (HF) solution or a BOE solution after stripping the storage node contact mask. The wet etching using the hydrofluoric acid-containing solution is mainly performed by side etching since the side etching occurs. The side surface of the
상술한 바와 같이 부분식각으로 진행하는 1차 스토리지노드콘택식각 공정시 건식식각과 습식식각을 혼용하여 진행하므로써, 특히 습식식각을 마지막에 진행하므로 1차 스토리지노드콘택식각을 통해 형성되는 1차 홀(40)의 측면을 확장시킨다.As described above, in the primary storage node contact etching process, which is performed by partial etching, the primary hole formed through the primary storage node contact etching is performed by mixing dry etching and wet etching at the last, and thus wet etching is performed last. 40) Extend the sides.
여기서, 1차 홀(40)은 스토리지노드콘택홀의 입구영역이 되며, 이에 따라 스토리지노드콘택홀에 매립되는 스토리지노드콘택플러그의 탑부분의 오픈면적을 크게 하여 후속 스토리지노드 형성시 정렬마진을 확보할 수 있다.Here, the
도 2c에 도시된 바와 같이, 측면이 확장된 1차 홀(40)을 포함한 전면에 버퍼산화막(41)을 형성한다. 여기서, 버퍼산화막(41)은 비트라인패턴의 상부에도 적정 두께로 증착되도록 하는데, 바람직하게 버퍼산화막(41)은 PECVD 방식으로 증착하며, 그 두께는 500Å∼1000Å 두께로 형성하여 후속 식각에 의한 비트라인하드마스크질화막(36)의 손실을 최소화한다.As shown in FIG. 2C, a
상기 버퍼산화막(41)은 PECVD 방식으로 증착함에 따라 스텝커버리지(Step coverage)가 취약한 산화막이 되는데, 즉 비트라인패턴의 상부 및 모서리에 많은 두께가 증착이 되고 나머지 측벽에서는 상대적으로 얇은 두께가 증착된다. 측면 증착은 20% 미만이다.As the
이처럼, 스텝커버리지가 취약한 버퍼산화막(41)으로 비트라인패턴의 취약한 프로파일을 보강함에 따라 후속 자기정렬콘택(SAC) 공정시 식각특성을 확보할 수 있다.As such, the etching profile may be secured during the subsequent self-aligned contact (SAC) process by reinforcing the weak profile of the bit line pattern with the
도 2d에 도시된 바와 같이, 스리지노드콘택마스크(도시 생략)를 다시 이용한 스토리지노드콘택식각, 2차 스토리지노드콘택식각을 진행한다. 이때, 1차 스토리지 노드콘택식각은 건식식각 및 습식식각을 혼용한 부분 식각으로 진행하였으나, 2차 스토리지노드콘택식각은 건식식각을 이용하여 랜딩플러그콘택(32) 상부를 완전히 노출시킬 때까지 1차 홀(40) 아래의 층간절연막들(38, 33)을 식각하여 스토리지노드콘택홀의 2차 홀(42)을 개방시킨다. 여기서, 2차 홀(42) 형성은 건식식각으로 진행하고, 건식식각은 15∼50mT의 압력에서 1000W∼2000W의 파워, C4F8, C5F8, C4F6, CH2F2, Ar, O2, CO 및 N2로 이루어진 그룹중에서 선택되는 적어도 두가지 이상의 가스를 혼합한 혼합가스를 사용하여 진행한다.As shown in FIG. 2D, the storage node contact etching and the secondary storage node contact etching are performed again using a sledge node contact mask (not shown). In this case, the primary storage node contact etching was performed by partial etching using dry etching and wet etching, but the secondary storage node contact etching was performed by using dry etching until the upper portion of the
상술한 1차 홀(40)과 2차 홀(42)은 스토리지노드콘택홀을 이루며, 스토리지노드콘택홀은 1차 스토리지노드콘택식각에 의해 입구가 측면이 확장된 1차 홀(40)의 형태로 형성되고, 입구 아래의 나머지 영역은 1차 홀(40)보다 선폭이 작은 2차 홀(42)의 형태이다.The above-described
도 2e에 도시된 바와 같이, 스토리지노드콘택마스크를 스트립한 후 세정을 진행하고, 전면에 스토리지노드콘택스페이서용 절연막(질화막)을 증착한 후 스페이서식각(에치백 이용)을 진행하여 스토리지노드콘택홀의 양측벽에 접하는 스토리지노드콘택스페이서(도시 생략)를 형성한다. As shown in FIG. 2E, the storage node contact mask is stripped and cleaned, an insulating layer (nitride layer) for the storage node contact spacer is deposited on the front surface, and the spacer is etched (using an etch back) to form the storage node contact hole. A storage node contact spacer (not shown) is formed in contact with both side walls.
이어서, 스토리지노드콘택홀을 채울때까지 플러그 폴리실리콘막을 증착한 후, 비트라인하드마스크질화막(36)의 상부 표면이 드러날때까지 CMP(이를 'SNC CMP'라고 함)를 진행하여 스토리지노드콘택플러그(43)의 분리를 완료한다.Subsequently, the plug polysilicon layer is deposited until the storage node contact hole is filled, and then the CMP (hereinafter referred to as 'SNC CMP') is performed until the upper surface of the bit line hard
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비트라인패턴의 프로파일을 도시한 사진으 로서, 비트라인하드마스크질화막의 손실이 적음을 알 수 있다.3 is a photograph showing a profile of a bit line pattern according to an exemplary embodiment of the present invention, and it can be seen that the loss of the bit line hard mask nitride film is small.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은 비트라인패턴의 상부에 버퍼산화막을 추가로 증착하여 비트라인패턴의 취약한 프로파일을 보강하므로써 비트라인하드마스크질화막의 식각손실을 최소화하여 자기정렬콘택 공정의 페일을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the buffer oxide layer is further deposited on the bit line pattern to reinforce the weak profile of the bit line pattern, thereby minimizing the etch loss of the bit line hard mask nitride layer, thereby preventing the self-aligned contact process from failing. There is.
그리고, 본 발명은 라인타입의 스토리지노드콘택마스크를 이용하여 입구가 넓은 스토리지노드콘택홀을 형성하고, 여기에 스토리지노드콘택플러그를 형성하므로써 후속 스토리지노드와의 오픈 면적을 증가시켜 패드폴리실리콘 형성없이 스토리지노드와의 오버레이마진을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention forms a storage node contact hole with a wide entrance using a line type storage node contact mask, and increases the open area with a subsequent storage node by forming a storage node contact plug therein without forming pad polysilicon. This can increase the overlay margin with the storage node.
또한, 본 발명은 라인타입의 스토리지노드콘택마스크를 형성하므로써 별도의 스토리지노드콘택하드마스크 적용없이 KrF 포토레지스트로만 스토리지노드콘택마스크를 라인형태로 형성하여 원가를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of reducing the cost by forming a storage node contact mask of the line type to form a storage node contact mask only with KrF photoresist without applying a separate storage node contact hard mask by forming a line type storage node contact mask.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |