KR20070076043A - Semiconductor memory device and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자의 레이아웃도이다.1 is a layout diagram of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 I-I'따라 절단한 단면을 도시한 것이다.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 1.
도 3 내지 도 7은 도 2에 도시된 반도체 메모리 소자를 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.3 to 7 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the semiconductor memory device shown in FIG. 2.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100: 반도체 기판 110: 제1 층간 절연막100
115: 스토리지 노드 콘택 120: 제2 층간 절연막115: storage node contact 120: second interlayer insulating film
125: 마스크 패턴 130H: 개구부 125:
140: 커패시터 141: 하부전극140: capacitor 141: lower electrode
143: 유전막 145: 상부전극143: dielectric film 145: upper electrode
본 발명은 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용량이 개선된 커패시터를 포함하는 반도체 메모리 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor memory device including a capacitor with improved capacity and a method of manufacturing the same.
최근 반도체 메모리 소자들은 소형화, 집적화, 박형화 경향과 함께, 기능적으로 고용량이면서도 고속 동작이 요구되고 있다. 이에 따라, 반도체 메모리 소자의 커패시터의 용량, 즉 커패시턴스(capacitance)를 증가시키고자 하는 시도들이 이루어지고 있다.Recently, with the trend toward miniaturization, integration, and thickness, semiconductor memory devices have been required to have high capacity and high speed functionally. Accordingly, attempts have been made to increase the capacitance of the capacitor of the semiconductor memory device, that is, the capacitance.
이를 위하여, 커패시터의 유효면적을 늘리기 위한 다양한 시도들로서 스택형 또는 트렌치형 커패시터가 적용되고 있다. 또한 커패시터의 높이를 극대화하여 커패시터의 유효면적을 증가시키고자 하는 노력이 계속되고 있다. To this end, stacked or trench type capacitors have been applied as various attempts to increase the effective area of capacitors. In addition, efforts have been made to increase the effective area of the capacitor by maximizing the height of the capacitor.
그러나, 커패시터의 높이를 높게하기 위해서는 커패시터 스토리지 노드 전극, 즉 하부 전극을 형성하기 위한 층간 절연막의 두께를 증가시켜야 하는데, 이런 두께의 증가로 인해 하부 전극 형성을 위한 식각 공정이 어려워지고 있다. 이와 같이, 하부 전극 형성을 위한 식각 공정이 적절하게 이루어지지 못함으로 인하여 커패시터의 하부 전극 간의 브릿지 불량이 발생하거나 하부 전극과 스토리지 노드 콘택의 접촉이 제대로 이루어지지 않는 등 문제점이 발생할 수 있어, 이로 인하여 반도체 메모리 소자의 특성이 열화될 우려가 있다. However, in order to increase the height of the capacitor, it is necessary to increase the thickness of the capacitor storage node electrode, that is, the interlayer insulating layer for forming the lower electrode, and the increase of the thickness makes the etching process for forming the lower electrode difficult. As such, the etching process for forming the lower electrode may not be performed properly, which may cause problems such as a bridge failure between the lower electrodes of the capacitor or poor contact between the lower electrode and the storage node contact. There is a fear that the characteristics of the semiconductor memory device may deteriorate.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 커패시터의 용량이 개선된 반도체 메모리 소자를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device having an improved capacitor capacity.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 반도체 메모리 소자를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the semiconductor memory device described above.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 반도체 기판 상에 형성되며 내부에 스토리지 노드 콘택이 형성된 제1 층간 절연막, 상기 제1 층간 절연막 상에 형성되며, 요철형태로 돌출된 측벽을 구비하는 개구부가 형성된 제2 층간 절연막 및 상기 개구부의 저면 및 측벽에 컨포멀하게 형성되어 상기 개구부의 측벽과 실질적으로 동일한 프로파일로 형성되며 상기 스토리지 노드 콘택과 접촉하는 하부전극, 상기 하부 전극의 프로파일에 따라 상기 하부 전극 상에 컨포멀하게 형성된 유전막 및 상기 유전막 상에 형성된 상부전극을 포함하는 커패시터가 구비된다.A semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem is formed on the first interlayer insulating film, the first interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate and the storage node contact therein, and in the form of irregularities A second interlayer insulating film having an opening having a protruding sidewall, and a lower electrode conformally formed on the bottom and sidewalls of the opening and having a substantially same profile as the sidewall of the opening and contacting the storage node contact; A capacitor including a dielectric film conformally formed on the lower electrode and an upper electrode formed on the dielectric film according to the profile of the electrode is provided.
또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 반도체 기판 상에 제1 층간 절연막을 형성하고, 상기 제1 층간 절연막 내에 스토리지 노드 콘택을 형성하고, 상기 제1 층간 절연막 상에 제2 층간 절연막을 형성하고, 상기 제2 층간 절연막 내에 측벽이 요철형태로 돌출되며 상기 스토리지 노드 콘택 상면을 노출시키는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 저면 및 측벽에 컨포멀하게 형성되어 상기 개구부의 측벽과 실질적으로 동일한 프로파일을 가지며, 상기 스토리지 노드 콘택과 접촉하는 하부전극을 형성하고, 상기 하부전극 상에 상기 하부전극의 프로파일에 따라 유전막을 컨포멀하게 형성하 고, 상기 유전막 상에 상부전극을 형성하는 것을 포함한다.In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate, forming a storage node contact in the first interlayer insulating film, and A second interlayer insulating film is formed on the first interlayer insulating film, and sidewalls are formed in the second interlayer insulating film so that the sidewalls protrude from the concave-convex shape and expose the upper surface of the storage node contact, and conformally to the bottom and sidewalls of the openings. And a lower electrode having a profile substantially the same as a sidewall of the opening, contacting the storage node contact, conformally forming a dielectric film on the lower electrode according to the profile of the lower electrode, and forming the dielectric film. Forming an upper electrode on the substrate.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional and / or plan views, which are ideal exemplary views of the present invention. Accordingly, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include variations in forms generated by the manufacturing process. For example, the etched regions shown at right angles may be rounded or have a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shape of the regions illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of region of the device and not to limit the scope of the invention.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자에 대하여 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모 리 소자, 구체적으로 반도체 메모리 소자의 커패시터의 레이아웃도이고, 도 2는 도 1의 I-I'에 따른 반도체 메모리 소자의 단면을 도시한 것이다Hereinafter, a semiconductor memory device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a layout view of a semiconductor memory device, specifically, a capacitor of a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor memory device according to II ′ of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자는 반도체 기판(100) 상에 형성된 제1 층간 절연막(110)을 포함한다. 반도체 기판(100)은 도면으로 도시하지는 않았으나, 반도체 기판(100) 상에는 게이트 전극, 소스 및 드레인 영역을 포함하는 트랜지스터들이 형성되어 있다. 1 and 2, a semiconductor memory device according to an embodiment includes a first
이 때, 제1 층간 절연막(110) 내에는 스토리지 노드 콘택(115)이 위치한다. 이러한 스토리지 노드 콘택(115)은 반도체 기판(100) 내에 형성된 소스 영역(미도시)과 상부에 형성된 커패시터(140)를 전기적으로 연결한다. 이 때, 스토리지 노드 콘택(115)은 소스 영역과 직접적으로 연결될 수 있으나, 이와는 달리 소스 영역 상에 형성된 소정의 랜딩패드(미도시)와 연결될 수도 있음은 물론이다. 여기서, 스토리지 노드 콘택(115)은 예를 들어 텅스텐과 같은 금속물질로 형성될 수 있으며, 금속물질의 확산을 억제하기 위한 확산 방지막을 더 구비할 수 있다.In this case, the
커패시터(140)는 제1 층간 절연막(110) 상에 위치하는 제2 층간 절연막(120) 내에 형성된 개구부(130H) 상에 형성되며, 스토리지 노드 콘택(115)의 상면과 접촉하는 하부전극(141), 유전막(143) 및 상부전극(145)을 포함하며, 실린더형으로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자에 포함된 커패시터(140)는 그 측벽이 요철형태로 돌출되어 있다. 즉, 커패시터(140)는 요철형태인 개구부(130H)의 측벽 프로파일을 반영하여 형성된다. 구체적으로 하부전극(141)은 이러한 요철형태의 측벽에 컨포멀하게 형성되며 스토리지 노드 콘택(115)의 상면과 접촉한다. 이러한 하부전극(141)은 개구부(130H)의 요철형태를 반영하는 프로파일을 가지고 있으므로, 그 상부에 형성되는 유전막(143) 및 상부전극(145)도 요철 형태의 프로파일로 될 수 있다. 따라서, 요철 정도에 따라서 커패시터(140)의 유효면적이 증가하게 되므로, 이에 의해 커패시터(140)의 용량이 증가될 수 있다. 이 때, 그 요철의 정도는 도면에 도시된 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적범위 안에서 도면에 도시된 것 보다 더 증가하거나 더 감소시킬 수도 있음은 물론이다.The
여기서, 하부전극(141) 및 상부전극(145)으로는 예를 들어 폴리실리콘, TiN, TaN, WN, Ru, Pt, Ir, Os, Ph, Co, Ni 등의 단일막 또는 복합막으로 각각 사용할 수 있다. 또한, 유전막(143)으로는 예를 들어 탄탈륨산화막, BST, PZT, AHO(알루미늄 옥사이드 및 하프늄 옥사이드) 복합막, HAH 복합막 등을 사용할 수 있다.The
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 메모리 소자를 제조하는 방법을 예시적으로 설명하고자 한다. 이하 제조 방법 설명시 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 형성될 수 있는 공정에 대해서는 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 개략적으로 설명한다. 또한, 이하 제조 방법 설명시 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 형성될 수 있는 공정에 대해서는 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 개략적으로 설명한다. 또, 앞의 구조에서 설명한 각 구성요소들의 크기, 형상, 재질 등에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위하여 생략하거나 간략하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 7. In the following description of the manufacturing method, a process that can be formed according to process steps well known to those skilled in the art will be briefly described in order to avoid obscuring the present invention. In addition, the process that can be formed according to the process steps that are well known to those skilled in the art in the following description of the manufacturing method will be outlined in order to avoid being ambiguously interpreted. In addition, the size, shape, material, etc. of each component described in the above structure will be omitted or briefly described in order to avoid duplication of description.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100) 상에 스토리지 노드 콘택홀(115H)이 형성된 제1 층간 절연막(110)을 형성한다. 도면으로 도시하지는 않았으나, 반도체 기판(100) 상에는 다수의 트랜지스터들이 형성되어 있는 것이다.First, as shown in FIG. 3, the first
스토리지 콘택홀(115H)은 트랜지스터의 소스 영역을 노출시키도록 형성될 수 있으나, 게이트 전극 사이에 소스 영역과 접촉하는 패드 전극이 형성되어 있는 경우에는 패드 전극의 상면을 노출시키도록 형성될 수 있다.The
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 스토리지 노드 콘택홀(115H)을 도전성 물질로 매립하여 스토리지 노드 콘택(115)을 완성한다.Next, as shown in FIG. 4, the storage
이 때, 스토리지 노드 콘택(115)을 형성하는 도전성 물질로서는 예를 들어 텅스텐과 같은 금속 또는 불순물이 도우프된 폴리실리콘을 사용할 수 있다. 여기서 금속을 사용하는 경우에는 도전성 물질 매립 전에 확산 방지막을 더 형성할 수 있다.In this case, a conductive material forming the
다음으로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 제2 층간 절연막(120)을 형성한다. 그런 다음, 제2 층간 절연막(120) 상에 마스크 패턴(125)을 형성한 다음 제2 층간 절연막(120) 내에 스토리지 노드 콘택(115)의 상면을 노출시키는 개구부(130H)를 형성한다. Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a second
이러한 개구부(130H)는 실리더형 커패시터가 형성될 영역으로서, 도 5b는 개구부(130H)를 II-II'에 해당하는 영역을 그 상부에서 바라본 형태를 도시한 것이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 개구부(130H)는 측벽 프로파일이 요철형태로 돌출되도록 형성된다. 이를 위하여, 제2 층간 절연막(120) 식각시 개구부(130H)의 요철 형태에 대응하는 마스크 패턴(125)을 형성하고, 이를 식각 마스크로 하여 제2 층간 절연막(120)을 패터닝한다.The
그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 형성된 개구부(130H)의 저면 및 측벽에 하부전극(141)을 형성한다. 이 때, 하부전극(141)은 개구부(130H)의 저면 및 측벽에 컨포멀하게 형성될 수 있으므로, 개구부(130H)의 프로파일을 그대로 반영하여 측벽이 요철형태로 형성될 수 있다. 이로써, 하부전극(141)의 표면적이 측벽의 요철 정도에 따라서 증가될 수 있다.6, the
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 하부전극(141)을 덮는 유전막(143)을 형성한다. 이 때 유전막(143)은 하부전극(141)과 제2 층간 절연막(120) 상에 컨포멀하게 형성될 수 있으므로, 개구부(130H) 내에 형성된 유전막(143)은 하부전극(141)의 요철형태로 돌출된 프로파일이 그대로 반영될 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 7, a
그런 다음, 유전막(143) 상에 상부전극(145)을 형성한다. 이 때 상부전극(145)은 유전막(143) 상에 컨포멀하게 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 개구부(130H)를 매립하도록 형성할 수도 있다.Then, the
이 때 적어도 유전막(143)과 접촉하는 상부전극(145)의 일면은 유전막(143)의 프로파일에 대응하는 요철형태로 형성됨은 물론이다.In this case, at least one surface of the
이로써, 하부전극(141), 유전막(143) 및 상부전극(145)을 포함하는 커패시터(140)가 완성될 수 있다. 이러한 커패시터(140)는 전술한 바와 같이 요철형태로 돌출된 측벽 프로파일을 갖도록 형성되므로, 커패시터의 유효면적이 증가할 수 있다. 따라서, 커패시터의 용량이 보다 향상되어 반도체 메모리 소자의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 공정을 추가하지 않으면서도 단지 커패시터의 레이아웃을 적절하게 조절하므로써 커패시터 용량을 극대화할 수 있으므로, 공정상 잇점이 있다.As a result, the
이후, 반도체 메모리 소자의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공정 단계들에 따라 반도체 메모리 소자의 전기적 신호의 입출력이 가능하도록 하는 배선들을 형성하는 단계, 기판상에 패시베이션층을 형성하는 단계 및 상기 기판을 패키지하는 단계를 더 수행하여 반도체 소자를 완성한다. 이와 같은 후속단계들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 개략적으로 설명한다.Thereafter, forming wirings to enable input and output of electrical signals of the semiconductor memory device according to process steps well known to those skilled in the art of forming a semiconductor memory device, and forming a passivation layer on the substrate. And packaging the substrate to complete the semiconductor device. These subsequent steps are outlined in order to avoid obscuring the present invention.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 메모리 소자의 제조 방법에 따르면 공정이 단순하면서도 반도체 메모리 소자의 커패시턴스를 향상시킬 수 있다. As described above, according to the method of manufacturing the semiconductor memory device according to the present invention, the capacitance of the semiconductor memory device can be improved while the process is simple.
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