KR20080010887A - Method for forming semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 캐패시터의 저장 전극을 형성하는 방법을 도시한 단면도들.1A-1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a storage electrode of a capacitor according to the prior art.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.
본 발명은 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 실린더형 캐패시터 형성 공정 시 딥 아웃 공정 후 저장 전극이 쓰러지는 문제를 해결하기 위하여, 안정적인 높이로 형성할 수 있는 제 1 저장 전극을 먼저 형성하고, 1차적으로 캐패시터 형성 공정을 완료한 후에, 제 1 차 캐패시터의 상부전극인 제 1 도전층 상부에 제 2 차 캐패시터 형성 공정을 진행함으로써, 안정적으로 캐패시터 형성 공정을 진행할 수 있도록 하는 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, in order to solve the problem that the storage electrode falls after the dip-out process during the cylindrical capacitor formation process, first forming a first storage electrode that can be formed to a stable height, and first After the capacitor forming step is completed, the second capacitor forming step is performed on the first conductive layer, which is the upper electrode of the first capacitor, to provide a method of forming a semiconductor device stably. will be.
반도체 소자가 고집적화 되면서 반도체 소자의 크기는 점점 감소한다. 그러나, 캐패시터의 용량은 오히려 더 증가시켜야 하므로 반도체 소자의 캐패시터 형성 공정에는 어려움이 많이 따른다. 특히, 캐패시터의 용량을 증가시키기 위하여 단일 면만 사용하는 원뿔 형(Concave Type)의 저장 전극을 모든 면을 사용할 수 있는 실린더형(Cylinder Type) 저장 전극으로 변경시키고 있는데, 이때 실린더형 캐패시터가 쓰러지는 문제가 발생한다. As semiconductor devices are highly integrated, the size of semiconductor devices decreases gradually. However, since the capacitance of the capacitor must be further increased, the process of forming a capacitor of the semiconductor device is very difficult. In particular, in order to increase the capacity of the capacitor, the concave type storage electrode that uses only a single side is changed to a cylinder type storage electrode that can use all sides. In this case, there is a problem that the cylindrical capacitor collapses. Occurs.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 캐패시터의 저장 전극을 형성하는 방법을 도시한 단면도들이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of forming a storage electrode of a capacitor according to the prior art.
도 1a를 참조하면, 반도체 기판(10) 상부에 소정의 하부 구조를 형성하고, 비트라인(20)을 형성한 다음, 비트라인(20) 상부에 저장전극 콘택 플러그(40)를 포함하는 층간절연막(30)을 형성한다. 다음에는, 층간절연막(30) 상부에 식각 정지막(50) 및 저장 전극 형성용 희생산화막층(60)을 순차적으로 형성한다. 그 다음에는, 희생산화막층(60) 상부에 저장 전극 영역을 노출시키는 하드마스크 패턴(70)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an interlayer insulating layer including a predetermined lower structure on the
도 1b를 참조하면, 하드마스크 패턴(70)을 이용하여 희생산화막층(60) 및 식각 정지막(50)을 식각하여 저장 전극 영역(75)을 형성하는 희생산화막층 패턴(65)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the
도 1c를 참조하면, 저장 전극 영역(75)을 포함하는 반도체 기판(10) 전면에 저장 전극 형성용 물질층(80)을 형성한다.Referring to FIG. 1C, the storage layer forming
도 1d를 참조하면, 희생산화막층 패턴(65) 상부에 형성된 저장 전극 형성용 물질(80)을 제거하여 저장 전극(85)을 절연시킨다.Referring to FIG. 1D, the storage
도 1e를 참조하면, 희생산화막층 패턴(65)을 습식식각 방법으로 모두 제거한다. 이때, 희생산화막층 패턴(60)의 제거하는 공정에서 저장 전극(85)이 쓰러지는 문제가 발생하여 후속의 캐패시터 형성 공정이 정상적으로 수행되지 못하는 문제가 있다.Referring to FIG. 1E, all of the sacrificial
이상에서 설명한 바와 같이, 실린더형 저장 전극의 경우 그 높이에 비하여 저장 전극의 두께가 너무 얇기 때문에 쉽게 쓰러지는 문제가 발생한다. 따라서 반도체 소자의 공정 마진이 제한되고, 캐패시터의 용량을 안정적으로 증가시킬 수 없어 반도체 소자의 특성을 저하시키는 원인이 된다.As described above, in the case of the cylindrical storage electrode, the thickness of the storage electrode is too thin compared to its height, thereby causing a problem of collapse easily. Therefore, the process margin of the semiconductor device is limited, and the capacitance of the capacitor cannot be increased stably, which causes the deterioration of the characteristics of the semiconductor device.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 안정적인 높이로 형성할 수 있는 제 1 저장 전극을 먼저 형성하고, 1차적으로 캐패시터 형성 공정을 완료한 후에, 제 1 차 캐패시터의 상부전극인 제 1 도전층 상부에 제 2 차 캐패시터 형성 공정을 진행함으로써, 안정적으로 캐패시터 형성 공정을 진행할 수 있으며 캐패시터의 용량을 용이하게 증가시키고 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems of the prior art, the first storage electrode which can be formed to a stable height is first formed, and after the capacitor forming process is first completed, the first conductive layer which is the upper electrode of the first capacitor. The purpose of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor device capable of stably performing a capacitor forming process, and easily increasing the capacity of a capacitor and improving the electrical characteristics of the semiconductor device by performing a second capacitor forming step thereon. It is done.
이상의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은,The method for forming a semiconductor device according to the present invention for achieving the above object,
소정의 하부 구조를 구비한 반도체 기판 상에 저장 전극 콘택 플러그를 포함하는 층간절연막을 형성하는 단계와,Forming an interlayer insulating film including a storage electrode contact plug on a semiconductor substrate having a predetermined substructure;
상기 저장 전극 콘택 플러그와 접속되는 실린더형의 제 1 저장 전극을 형성하는 단계와,Forming a cylindrical first storage electrode connected to the storage electrode contact plug;
상기 제 1 저장 전극의 표면에 제 1 유전막을 형성하는 단계와,Forming a first dielectric layer on a surface of the first storage electrode;
상기 반도체 기판 전면에 상부 전극용 제 1 도전층을 형성하는 단계와,Forming a first conductive layer for an upper electrode on an entire surface of the semiconductor substrate;
CMP 공정을 수행하여 상기 제 1 저장 전극 및 제 1 유전막이 노출되도록 상기 제 1 도전층을 식각하는 단계와,Performing a CMP process to etch the first conductive layer to expose the first storage electrode and the first dielectric layer;
상기 노출된 제 1 저장 전극과 접속되는 실린더형의 제 2 저장 전극을 형성하는 단계와,Forming a cylindrical second storage electrode connected to the exposed first storage electrode;
상기 실린더형의 내측 바닥 부분에 형성된 제 2 저장 전극을 제거하여 상기 제 1 저장 전극 및 상기 제 2 저장 전극이 하나의 실린더형이 되도록 형성하는 단계와,Removing the second storage electrode formed on the inner bottom portion of the cylindrical shape so that the first storage electrode and the second storage electrode are formed in one cylinder shape;
상기 제 2 저장 전극의 표면에 제 2 유전막을 형성하는 단계 및Forming a second dielectric layer on the surface of the second storage electrode; and
상기 반도체 기판 전면에 상부 전극용 제 2 도전층을 형성하여 캐패시터를 완성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming a second conductive layer for the upper electrode on the entire surface of the semiconductor substrate to complete the capacitor.
여기서, 상기 제 1 도전층을 CMP 하는 공정, 제 2 저장 전극, 제 2 유전막 및 제 2 도전층 형성 공정을 확장 캐패시터 형성 사이클이라 할 때, 상기 제 1 도전층 형성 공정을 수행한 후 상기 확장 캐패시터 형성 사이클을 적어도 1회 이상 수행하여 캐패시터의 높이를 증가시킬 수 있다.Here, when the process of forming the CMP of the first conductive layer, the process of forming the second storage electrode, the second dielectric layer and the second conductive layer is called an expansion capacitor formation cycle, the expansion capacitor is performed after the first conductive layer forming process is performed. The formation cycle may be performed at least once or more to increase the height of the capacitor.
아울러, 상기 제 1 저장 전극 형성 공정은 상기 저장 전극 콘택 플러그를 포함하는 층간절연막 상부에 식각 정지막 및 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층 상부에 저장 전극 영역을 노출시키는 하드마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 하드마스크 패턴을 마스크로 상기 절연층 및 식각 정지막을 식각하여 상기 저장 전극 콘택 플러그를 노출시키는 절연층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 노출된 영역을 포 함하는 반도체 기판 전면에 제 1 저장 전극용 물질층을 형성하는 단계와, CMP 공정을 수행하여 상기 절연층 패턴 상부에 형성된 제 1 저장 전극용 물질층을 제거하는 단계 및 딥 아웃(Dip out) 공정을 수행하여 상기 절연층 패턴을 제거하여 제 1 저장 전극을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 저장 전극 형성 공정은 상기 제 1 도전층 상부에 절연층을 형성하는 단계와, 상기 절연층 상부에 저장 전극 영역을 노출시키는 하드마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 하드마스크 패턴을 마스크로 상기 절연층을 식각하여 상기 제 1 저장 전극 및 제 1 유전막을 노출시키는 절연층 패턴을 형성하는 단계와, 상기 노출된 영역을 포함하는 반도체 기판 전면에 제 2 저장 전극용 물질층을 형성하는 단계와, CMP 공정을 수행하여 상기 절연층 패턴 상부에 형성된 제 2 저장 전극용 물질층을 제거하는 단계 및 딥 아웃(Dip out) 공정을 수행하여 상기 절연층 패턴을 제거하여 제 2 저장 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first storage electrode forming process may include forming an etch stop layer and an insulating layer on the interlayer insulating layer including the storage electrode contact plug, and forming a hard mask pattern on the insulating layer to expose the storage electrode region. Forming an insulating layer pattern exposing the storage electrode contact plug by etching the insulating layer and the etch stop layer by using the hard mask pattern as a mask, and forming an insulating layer pattern on the entire surface of the semiconductor substrate including the exposed region. 1, forming a storage electrode material layer, performing a CMP process to remove the first storage electrode material layer formed on the insulation layer pattern, and performing a dip out process to form the insulation layer pattern. And removing the first storage electrode to form a first storage electrode, wherein the second storage electrode forming process is insulated on the first conductive layer. Forming a layer, forming a hard mask pattern exposing a storage electrode region on the insulating layer, and etching the insulating layer using the hard mask pattern as a mask to form the first storage electrode and the first dielectric layer. Forming an exposed insulating layer pattern, forming a second storage electrode material layer on the entire surface of the semiconductor substrate including the exposed region, and performing a CMP process to form a second storage layer formed on the insulating layer pattern. The method may further include removing the insulating layer pattern to form a second storage electrode by removing the electrode material layer and performing a dip out process.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법을 도시한 단면도들이다.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(100)에 활성영역(미도시) 및 STI(Shallow Trench Isolation) 공정을 이용하여 형성한 소자분리막(미도시)을 형성하고, 활성영역 및 소자분리막 상부에 게이트를 형성한다. Referring to FIG. 2A, an isolation region (not shown) formed by using an active region (not shown) and a shallow trench isolation (STI) process is formed in a
다음에는, 게이트 사이의 활성영역을 노출시키고 플러그 물질을 매립하여 형 성하는 랜딩 플러그 형성 공정을 수행한다. Next, a landing plug forming process is performed in which an active region between gates is exposed and a plug material is embedded.
그 다음에는, 활성영역의 중심부인 게이트 사이의 영역에 형성된 랜딩 플러그와 연결되는 비트라인 콘택 플러그를 형성하고, 비트라인 콘택 플러그와 접속되는 비트라인(120)을 형성한다. 이때, 비트라인(120)은 활성영역과 중첩되지 않는 위치에 형성하는 것이 바람직하며, 게이트와 수직으로 교차되도록 배열하는 것이 바람직하다. Next, a bit line contact plug connected to the landing plug formed in the region between the gates, which is the center of the active region, is formed, and a
그 다음에는, 비트라인(120)을 포함하는 반도체 기판 전면에 층간절연막(130)을 형성하고, 층간절연막(130)의 소정 영역을 식각하여 활성영역의 양 에지부에 형성된 랜딩 플러그를 노출시키는 저장 전극 콘택홀을 형성한다. Next, the
그 다음에는, 저장 전극 콘택홀에 플러그 물질을 매립하여 저장 전극 콘택 플러그(140)를 형성한다. 이때, 저장 전극 콘택 플러그(140)의 상부는 후속 공정에서 형성되는 저장 전극과의 정렬 마진을 확보하기 위하여 상부 면적을 더 넓게 형성하는 것이 바람직하다.Thereafter, a plug material is embedded in the storage electrode contact hole to form the storage
그 다음에는, 저장 전극 콘택 플러그(140)를 포함하는 층간절연막 상부에 식각 정지막(150) 및 제 1 절연층(미도시)을 형성한다. 이때, 제 1 절연층은 희생산화막으로 형성하되, 후속의 저장 전극 높이를 고려하여 쓰러짐 현상이 일어나지 않을 정도의 높이로 형성하는 것이 바람직하다. Next, an
그 다음에는, 제 1 절연층 상부에 저장 전극 영역을 노출시키는 하드마스크 패턴(미도시)을 형성한다. Next, a hard mask pattern (not shown) is formed on the first insulating layer to expose the storage electrode region.
그 다음에는, 하드마스크 패턴을 마스크로 제 1 절연층 및 식각 정지막(150) 을 식각하여 저장 전극 콘택 플러그(140)를 노출시키는 실린더형의 저장 전극 영역을 형성한다. Next, the first insulating layer and the
그 다음에는, 저장 전극 영역이 형성된 제 1 절연층을 포함하는 반도체 기판(100) 전면에 제 1 저장 전극용 물질층을 형성한다. Next, a material layer for the first storage electrode is formed on the entire surface of the
그 다음에는, CMP 공정을 수행하여 제 1 절연층 상부에 형성된 제 1 저장 전극용 물질층을 제거한다. Next, a CMP process is performed to remove the first storage electrode material layer formed on the first insulating layer.
그 다음에는, 딥 아웃(Dip out) 공정을 수행하여 제 1 절연층을 제거하여 저장 전극 콘택 플러그(140)와 접속되는 실린더형의 제 1 저장 전극(160)을 형성한다. Next, a dip out process is performed to remove the first insulating layer to form a cylindrical
그 다음에는, 제 1 저장 전극(160)의 표면에 제 1 유전막(170)을 형성하고, 반도체 기판(100) 전면에 상부 전극용 제 1 도전층(180)을 형성한다.Next, the
도 2b를 참조하면, CMP 공정을 수행하여 제 1 저장 전극(160) 및 제 1 유전막(170)이 노출되도록 제 1 도전층(180)을 식각한다.Referring to FIG. 2B, the first
도 2c를 참조하면, 제 1 도전층(180) 상부에 제 2 절연층(190)을 형성한다. 이때, 제 2 절연층(190)은 희생산화막으로 형성하는 것이 바람직하다. 다음에는, 제 2 절연층(190) 상부에 저장 전극 영역을 노출시키는 하드마스크 패턴(195)을 형성한다.Referring to FIG. 2C, a second insulating
도 2d를 참조하면, 하드마스크 패턴(195)을 마스크로 제 2 절연층(190)을 식각하여 제 1 저장 전극(160) 및 제 1 유전막(170)을 노출시키는 제 2 절연층 패턴(1905a)을 형성한다. 다음에는, 반도체 기판(100) 전면에 제 2 저장 전극용 물질 층(200)을 형성한다.2D, the second insulating layer pattern 1905a exposing the
그 다음에는, CMP 공정을 수행하여 제 2 절연층 패턴(195) 상부에 형성된 제 2 저장 전극용 물질층(200)을 제거한다.Next, a CMP process is performed to remove the second storage
도 2e를 참조하면, 딥 아웃(Dip out) 공정을 수행하여 제 2 절연층 패턴(195)을 제거하여 실린더형의 제 2 저장 전극(210)을 형성한다.Referring to FIG. 2E, the second insulating
다음에는, 실린더형의 내측 바닥 부분에 형성된 제 2 저장 전극(210)을 제거하여 제 1 저장 전극(160) 및 제 2 저장 전극(210)이 하나의 실린더형이 되도록 형성한다.Next, the
도 2f를 참조하면, 제 2 저장 전극(210)을 포함하는 반도체 기판(100) 전체 표면에 제 2 유전막(220)을 형성하다.Referring to FIG. 2F, the
도 2g를 참조하면, 제 1 도전층(180)의 표면에 형성된 제 2 유전막(220)을 제거한다.Referring to FIG. 2G, the
도 2h를 참조하면, 반도체 기판(100) 전면에 상부 전극용 제 2 도전층(230)을 형성하여 캐패시터를 완성 한다.Referring to FIG. 2H, the second
또한, 상기 도 2b 내지 도 2h의 공정을 확장 캐패시터 형성을 위한 하나의 사이클이라고 할 때, 상기 확장 캐패시터 형성 사이클을 적어도 1회 이상 수행하여 캐패시터의 높이를 계속해서 증가시킬 수 있다.In addition, when the process of FIGS. 2B to 2H is one cycle for forming an expansion capacitor, the expansion capacitor formation cycle may be performed at least one or more times to continuously increase the height of the capacitor.
상술한 바와 같이, 실린더형 캐패시터 형성 공정 시 딥 아웃 공정 후 저장 전극이 쓰러지는 문제를 해결하기 위하여, 안정적인 높이로 형성할 수 있는 제 1 저장 전극을 먼저 형성하고, 1차적으로 캐패시터 형성 공정을 완료한 후에, 제 1 차 캐패시터의 상부전극인 제 1 도전층 상부에 제 2 차 캐패시터 형성 공정을 진행함으로써, 안정적으로 캐패시터 형성 공정을 진행할 수 있다. 또한, 실린더형 캐패시터의 높이를 원하는 높이만큼 용이하게 형성할 수 있으므로, 캐패시터의 용량을 용이하게 증가시키고 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, in order to solve the problem of the storage electrode falling after the dip-out process during the cylindrical capacitor formation process, the first storage electrode that can be formed to a stable height is first formed, and the capacitor formation process is first completed. Subsequently, the second capacitor formation step is performed on the first conductive layer, which is the upper electrode of the first capacitor, so that the capacitor formation step can be stably performed. In addition, since the height of the cylindrical capacitor can be easily formed by a desired height, the capacity of the capacitor can be easily increased and the electrical characteristics of the semiconductor device can be improved.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자의 형성 방법은, 안정적인 높이의 제 1 차 캐패시터를 먼저 형성한 후, 제 1 차 캐패시터의 상부전극 상부에 제 2 차 캐패시터 형성 공정을 진행함으로써, 캐패시터의 쓰러짐 문제를 방지하고 안정적으로 캐패시터 형성 공정을 진행할 수 있다. 또한, 실린더형 캐패시터의 높이를 무한정 형성할 수 있으므로, 캐패시터의 용량을 증가시키는 공정 마진을 확보하고 반도체 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, in the method of forming a semiconductor device according to the present invention, a first capacitor having a stable height is first formed, and then a second capacitor forming process is performed on the upper electrode of the first capacitor, thereby forming a capacitor. The fall problem can be prevented and the capacitor formation process can be stably performed. In addition, since the height of the cylindrical capacitor can be formed indefinitely, it provides an effect of securing a process margin for increasing the capacity of the capacitor and improving the electrical characteristics of the semiconductor device.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, a preferred embodiment of the present invention is for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
Claims (4)
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Family Applications (1)
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KR1020060071552A KR20080010887A (en) | 2006-07-28 | 2006-07-28 | Method for forming semiconductor device |
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2006
- 2006-07-28 KR KR1020060071552A patent/KR20080010887A/en not_active Application Discontinuation
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