KR20100040551A - Semiconductor device and method for forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자 및 그 형성방법에 관한 것으로, 하나의 활성영역 상에 하나의 게이트 및 하나의 캐패시터를 형성시키는 구조를 제공하는 발명에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method for forming the same, and more particularly, to a structure for forming one gate and one capacitor on one active region.
현재 반도체 소자의 메모리 소자의 수요가 급증함에 따라 고용량의 캐패시터(Capacitor)를 얻기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있다. As the demand for memory devices of semiconductor devices increases rapidly, various techniques have been proposed to obtain high capacity capacitors.
캐패시터는 하부전극(Storage Node)인 저장 전극과 상부전극인 플레이트 전극 사이에 유전체막(Dielectric)이 개재된 구조를 가진다. The capacitor has a structure in which a dielectric film is interposed between the storage electrode as the lower electrode and the plate electrode as the upper electrode.
캐패시터의 정전용량은 전극 표면적과 유전체막의 유전율에 비례하며, 전극들 간의 간격, 즉 유전체막의 두께에 반비례한다. 따라서, 정전용량이 높은 캐패시터를 제조하기 위하여 유전율이 큰 유전체막을 사용하는 방법, 유전체막의 두께를 줄이는 방법, 하부 전극의 표면적을 확대시키는 방법, 또는 전극들 간의 거리를 축소시키는 방법 등이 개발되었다. The capacitance of the capacitor is proportional to the electrode surface area and the dielectric constant of the dielectric film, and inversely proportional to the spacing between the electrodes, that is, the thickness of the dielectric film. Therefore, a method of using a dielectric film having a high dielectric constant, a method of reducing the thickness of the dielectric film, a method of increasing the surface area of the lower electrode, or a method of reducing the distance between the electrodes has been developed to manufacture a capacitor having high capacitance.
하지만, 반도체 소자의 집적도 증가로 인하여 소자의 크기가 점차 감소되어 충분한 정전용량을 확보할 수 있는 캐패시터를 제조하는 것이 점점 어려워졌다. However, due to the increase in the degree of integration of semiconductor devices, it is increasingly difficult to manufacture capacitors capable of securing sufficient capacitance due to the size of devices being gradually reduced.
이에, 하부 전극의 구조를 개선하는 연구가 꾸준히 이루어지고 있으며, 그 해결책으로, 3차원 구조를 가지는 콘케이브형(Concave Type) 또는 실린더형(Cylinder Type) 캐패시터가 개발되었다. Accordingly, researches to improve the structure of the lower electrode have been steadily made. As a solution, a concave type or a cylinder type capacitor having a three-dimensional structure has been developed.
최근에는 내부 면적만 전극 면적으로 사용하는 콘케이브형 캐패시터보다는 내부 면적은 물론 외부 면적까지도 전극 면적으로 사용하는 새로운 형태의 실린더형 캐패시터를 더욱 선호하는 추세이다. Recently, a new type of cylindrical capacitor that uses an internal area as well as an external area as an electrode area is more preferred than a concave capacitor using only an internal area as an electrode area.
또한, 고집적화에 따른 집적도의 해결하기 위하여 지그재그 형태의 평면구조로 캐패시터를 레이아웃하여 캐패시터를 형성하기도 하였다.In addition, in order to solve the degree of integration due to high integration, the capacitors were laid out in a zigzag planar structure to form capacitors.
그러나, 두 개의 캐패시터가 하나의 활성영역을 공유하여 이웃 게이트 효과 ( neighbor gate effect ) 가 유발됨으로써 Ioff 페일이 발생된다. However, since two capacitors share one active region, a neighbor gate effect is induced, an Ioff fail is generated.
그리고, 캐패시터의 저장전극이 오정렬되어 저장전극 간의 브릿지가 유발되는 문제점이 있다. In addition, the storage electrodes of the capacitor are misaligned, causing a bridge between the storage electrodes.
본 발명은 하나의 활성영역에 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 형성한 반도체소자 및 그 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which one transistor and one capacitor are formed in one active region, and a method of forming the same.
본 발명에 따른 반도체소자는, The semiconductor device according to the present invention,
단위 활성영역과,Unit active area,
상기 단위 활성영역에 중첩되는 하나의 워드라인과,One word line overlapping the unit active area;
상기 단위 활성영역의 일측에 접속되는 비트라인과,A bit line connected to one side of the unit active area;
상기 단위 활성영역의 타측에 접속되는 저장전극을 포함하는 것과,A storage electrode connected to the other side of the unit active region;
상기 워드라인은 단위 활성영역의 중앙부에 중첩된 것과,The word line overlapped with a central portion of a unit active area;
상기 비트라인은 상기 단위 활성영역의 일측들을 연결하는 평면구조로 형성된 것과,The bit line has a planar structure connecting one side of the unit active region,
상기 비트라인과 워드라인의 장축방향은 β 각도의 평면구조로 형성된 것과, ( 단, 0 < β < 90°)The major axis directions of the bit line and the word line are formed in a planar structure with an angle of β, provided that 0 <β <90 °
상기 저장전극은 상기 단위 활성영역의 장축 및 단축 방향과 변의 방향을 같이하는 스퀘어 ( Square ) 혹은 직사각형 ( Rectangle ) 형태로 형성한 것과,The storage electrode is formed in the shape of a square or a rectangle having the same direction as the long axis and short axis direction of the unit active region,
상기 저장전극은 상기 비트라인과 미중첩되는 스퀘어 ( Square ) 로 형성하는 것과,Forming the storage electrode in a square overlapping with the bit line;
상기 저장전극은 상기 비트라인과 미중첩되며, 상기 비트라인의 장축방향으 로 길게 형성된 직사각형 ( Rectangle ) 형태로 형성한 것을 특징으로 한다. The storage electrode is not overlapped with the bit line and is formed in the shape of a rectangle formed in the long axis direction of the bit line.
또한, 본 발명에 따른 반도체소자의 형성방법은, In addition, the method of forming a semiconductor device according to the present invention,
반도체기판상에 활성영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는 공정과,Forming an isolation layer defining an active region on the semiconductor substrate;
상기 활성영역에 중첩되는 워드라인을 형성하는 공정과,Forming a word line overlapping the active region;
상기 활성영역의 일측을 연결한 형태로 비트라인을 형성하는 공정과,Forming a bit line by connecting one side of the active region;
상기 활성영역의 타측에 접속되는 저장전극을 형성하는 공정을 포함하는 것과,Forming a storage electrode connected to the other side of the active region;
상기 저장전극은 상기 비트라인 방향으로 장축을 갖는 직사각형 ( rectangle ) 형태의 평면구조로 형성한 것을 특징으로 한다. The storage electrode may be formed in a planar structure having a rectangular shape having a long axis in the bit line direction.
본 발명에 따른 반도체소자 및 그 형성방법은, A semiconductor device and a method of forming the same according to the present invention,
하나의 활성영역 상에 하나의 게이트 및 하나의 캐패시터를 형성시키는 구조를 제공하여 반도체소자의 동작 특성을 향상시키고, 공정 단순화 및 저장전극 간의 브릿지 방지 등을 가능하게 하는 기술이다. The present invention provides a structure for forming one gate and one capacitor on one active region to improve operating characteristics of a semiconductor device, simplify a process, and prevent bridges between storage electrodes.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions, and substitutions are possible, and that various modifications, additions and substitutions are possible, within the spirit and scope of the appended claims. As shown in Fig.
본 발명의 원리는 활성영역 크기를 줄이고 지그재그 형태로 배열하여 하나의 활성영역 상에 하나의 게이트 및 캐패시터를 형성시키는 구조를 제공하는 것이다. The principle of the present invention is to provide a structure in which the size of the active region is reduced and arranged in a zigzag form to form one gate and a capacitor on one active region.
이는 저장전극과 저장전극 콘택을 오정렬없이 직접 연결이 가능하게 하여 종래기술에서 저장전극 간의 브릿지 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 두 개의 저장전극 콘택을 사용하던 구조에서 하나의 저장전극 콘택만을 사용하기 때문에 공정 단순화가 가능하고, 하나의 활성영역 중앙에 하나의 트랜지스터만 존재하도록 레이아웃 되기 때문에 종래 두 개의 트랜지스터를 공유하던 기술에서 발생하는 이웃 게이트 효과로 인한 전기적 특성 열화 등의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 비트라인을 워드라인에 대해서 예각을 이루도록 하여 저장전극 콘택과 랜딩플러그 콘택 간의 접촉 면적을 크게 하여 콘택 저항을 낮출 수 있어서 셀 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.This makes it possible to directly connect the storage electrode and the storage electrode contact without misalignment, thereby solving a problem such as a bridge between the storage electrodes in the prior art. In addition, since only one storage electrode contact is used in a structure in which two storage electrode contacts are used, the process can be simplified, and since the layout is such that only one transistor exists in the center of one active region, the prior art shared two transistors. It is possible to solve problems such as deterioration of electrical characteristics due to neighboring gate effects. In addition, the bit line may be at an acute angle with respect to the word line to increase the contact area between the storage electrode contact and the landing plug contact, thereby lowering the contact resistance, thereby improving characteristics of the cell transistor.
여기서, 본 발명에 따른 반도체소자의 레이아웃은 다음과 같다. Here, the layout of the semiconductor device according to the present invention is as follows.
1. 셀 어레이 내에 워드라인 방향과 수직한 방향으로 장축이 형성되도록 활성영역을 레이아웃하고, 하나의 활성영역 상에 하나의 워드라인을 레이아웃한다. 1. The active region is laid out so that a long axis is formed in the cell array in a direction perpendicular to the word line direction, and one word line is laid out on one active region.
2. 비트라인 콘택과 저장전극 콘택의 활성영역 상에 랜딩플러그 콘택(LPC)을 레이아웃하고, 비트라인 콘택을 LPC 상에 레이아웃한다. 2. The landing plug contact (LPC) is laid out on the active area of the bit line contact and the storage electrode contact, and the bit line contact is laid out on the LPC.
3. 비트라인 콘택을 공유하도록 하여 비트라인이 워드라인과 예각을 이루도록 레이아웃하되, 인접하고 있는 비트라인 간의 간격을 크게 하여 후속 공정으로 형성되는 저장전극 콘택 크기를 크게 할 수 있도록 하여 하단부의 랜딩플러그 콘택과의 콘택 저항과 상단부의 저장전극과의 콘택 저항을 감소시킬 수 있다.3. Lay out the bit line contact so that the bit line is acute with the word line, but increase the spacing between adjacent bit lines to increase the size of the storage electrode contact formed in the subsequent process. It is possible to reduce the contact resistance between the contact and the storage resistance at the upper end.
4. LPC 상에 저장전극 콘택을 레이아웃하고, 저장전극 콘택 상에 저장전극을 레이아웃한다. 4. Layout the storage electrode contacts on the LPC and layout the storage electrodes on the storage electrode contacts.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체소자 및 그 형성방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a semiconductor device and a method of forming the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체소자의 형성방법을 도시한 평면도이다. 1 to 7 are plan views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 셀 어레이 내에 활성영역(13)을 정의하는 소자분리막(11)을 형성한다. 소자분리막(11)은 반도체기판상에 패드절연막을 형성하고 소자분리마스크를 이용한 사진식각공정으로 패드절연막 및 반도체기판을 식각하여 트렌치를 형성한 다음, 트렌치를 매립하고 패드절연막을 제거하는 공정으로 형성한 것이다. Referring to FIG. 1, an
이때, 활성영역(13)은 장축방향이 워드라인과 수직하도록 형성하고, 활성영역 중앙에 워드라인을 형성하여 동일 폭의 워드라인을 기준으로 지그재그 형태로 활성영역(13)을 형성한 것이다. In this case, the
여기서, 활성영역(13)의 장축은 60 ~ 300 ㎚ 크기로 형성하고, 워드라인 방향인 활성영역(13)의 단축은 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성한 것이다.Here, the long axis of the
또한, 활성영역(13)의 단축 방향 간의 간격은 활성영역(13)의 단축 크기인 20 ~ 100 ㎚ 정도로 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the spacing between the short axis directions of the
그리고, 활성영역(13)의 장축 방향 간의 간격은 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성하여 워드라인 방향의 활성영역(13) 간격과 동일하게 하는 것이 바람직하다.In addition, the interval between the major axis directions of the
도 2 를 참조하면, 활성영역(13)의 장축 방향과 수직한 방향으로 워드라인(15)을 형성한다. 워드라인(15)은 반도체기판상에 게이트 산화막, 워드라인용 도 전층 및 하드마스크층의 적층구조를 형성하고 워드라인 마스크를 이용한 사진식각공정으로 패터닝하여 형성한 것이다. 후속 공정으로 워드라인(15)의 측벽에 절연막을 증착하고 이를 이방성 식각하여 스페이서를 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 2, the
이때 워드라인(15)은 활성영역(13)의 중앙에 형성하며, 워드라인(15)의 선폭은 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성하고, 워드라인(15) 간의 간격도 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성하여 워드라인 선폭과 워드라인 간의 간격을 동일하게 하는 것이 바람직하다.At this time, the
도 3 을 참조하면, 활성영역(13) 상에 형성되는 랜딩플러그 콘택 ( Landing Plug Contact, 이하. LPC 라 함 )의 형성한다. LPC 는 도 2 의 공정후 전체표면상부에 층간절연막을 형성하고 활성영역을 노출시킬 수 있는 노광마스크, 즉 활성영역 마스크를 이용한 자기정렬적인 콘택 공정으로 활성영역을 노출시키는 랜딩플러그 콘택홀을 형성한 다음, 이를 매립하는 도전층을 전체표면상부에 형성하고 이를 평탄화식각하여 형성한 것이다. 여기서, 평탄화 식각 공정은 워드라인(15)의 하드마스크층을 노출시키도록 실시하여 비트라인용 LPC(17)와 저장전극용 LPC(19)로 분리 형성한 것이다. Referring to FIG. 3, a landing plug contact (hereinafter referred to as LPC) formed on the
이때, LPC 는 비트라인용 LPC(17)와 저장전극용 LPC(19)로 형성되며 이들은 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성하는 것이 바람직하다. At this time, the LPC is formed of a
여기에 도시하지 않았으나, 비트라인용 LPC(17)의 가로 세로 크기를 서로 다른 크기, 즉 직사각형 ( Rectangle ) 형태로 형성하여 후속의 비트라인 콘택에 대한 마진을 높이는 것도 바람직하다.Although not shown here, it is also preferable to increase the margin for subsequent bit line contacts by forming the horizontal and vertical sizes of the
물론, 저장전극용 LPC(19) 역시 직사각형 ( Rectangle ) 형태로 형성하는 것 또한 가능하다.Of course, it is also possible to form the
참고로, LPC(17,19)간의 간격은 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성하는 것이 바람직하다.For reference, the spacing between the
도 4를 참조하면, 비트라인용 LPC(17) 상에 비트라인 콘택(21)을 형성한다. 보다 상세하게 설명하면, 도 3 의 공정 후 전체표면상부에 층간절연막을 형성하고 비트라인 콘택마스크를 이용한 사진식각공정으로 층간절연막을 식각하여 비트라인용 LPC(17)을 노출시키는 비트라인 콘택홀을 형성한 다음, 이를 매립하는 비트라인 콘택 물질을 전체표면상부에 형성하고 층간절연막을 노출시키도록 평탄화 식각 하거나 에치백 하여 비트라인 콘택(21)을 형성한 것이다. Referring to FIG. 4, a
이때, 비트라인 콘택(21)은 가로 세로 각각 20 ~ 100 ㎚ 정도로 형성하며, 가로 및 세로의 크기가 각각 같거나 서로 다르게 형성할 수 있다.In this case, the
여기서, 비트라인 콘택(21)은 저장전극용 LPC(19)와 한 칸 걸러 한 칸의 LPC 영역에 형성되므로, 대각선 형태로 배열된다. Here, since the
도 5를 참조하면, 비트라인 콘택(21)에 접속되는 비트라인(23)을 형성한다. 보다 상세하게 설명하면, 비트라인 콘택(21)에 접속되는 비트라인 물질을 전체표면상부에 형성하고 비트라인 마스크를 이용한 사진식각공정으로 패터닝하여 비트라인(23)을 형성한다. Referring to FIG. 5, a
이때, 비트라인(23)은 워드라인(15)에 대해서 일정 각(β)을 이루도록 형성하여 저장전극용 LPC(19) 상부를 지나가지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.In this case, the
그리고, 비트라인(23)은 워드라인(15)에 대해서 예각을 이루도록 형성하는 것이 바람직하며, 비트라인(23)은 20 ~ 100 ㎚ 크기의 선폭으로 형성하고, 비트라인(23) 간의 간격은 20 ~ 150 ㎚ 크기로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the
여기서, 후속 공정으로 형성되는 저장전극 콘택과 저장전극용 LPC(19) 간의 콘택 면적을 증가시키기 위하여 비트라인(23)의 폭을 작게 하고, 비트라인(23) 간의 간격을 더 크게 형성하는 것도 가능하다.Here, in order to increase the contact area between the storage electrode contact formed in the subsequent process and the
도 6을 참조하면, 저장전극용 LPC(19) 상에 저장전극 콘택(25)을 형성한다. 보다 상세하게 설명하면, 비트라인(23)을 포함하는 전체표면상부에 층간절연막을 형성하고 저장전극 콘택마스크를 이용한 사진식각공정으로 저장전극용 LPC(19)를 노출시키는 저장전극 콘택홀을 형성한 다음, 이를 매립하는 저장전극 콘택 물질을 전체표면상부에 형성하고 이를 평탄화 식각 하거나 에치백 하여 저장전극 콘택(25)을 형성한다. Referring to FIG. 6, the
이때, 저장전극 콘택(25)은 20 ~ 100 ㎚ 정도로 가로 및 세로 크기로 형성한다.At this time, the
그리고, 비트라인(23)이 워드라인(15)과 예각을 이루게 되어 비트라인(23) 간의 간격이 커지게 되므로 저장전극 콘택(25)의 크기를 크게 할 수 있어 저장전극용 LPC(19)와의 콘택 저항을 작게 하여 셀 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the
도 7을 참조하면, 저장전극 콘택(25) 상에 저장전극(27)을 형성한다. 보다 상세하게 설명하면, 저장전극(27)은 저장전극 콘택(25)에 접속되는 스택, 실린더, 콘케이브 또는 핀형과 같이 표면적을 증가시킬 수 있는 구조로 형성한 것이다. 실린더를 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 먼저, 저장전극 콘택(25)이 형성된 구조 물 상에 식각장벽층, 저장전극용 희생절연막 및 하드마스크층의 적층구조를 형성하고 저장전극 마스크를 이용한 사진식각공정으로 적층구조를 식각하여 저장전극 콘택(25)을 노출시키는 저장전극 영역을 형성한 다음, 저장전극 콘택(25) 접속되는 저장전극용 도전층을 전체표면상부에 형성하고 저장전극 영역을 매립하는 평탄화된 절연막, 예를들면 산화막이나 감광막을 전체표면상부에 형성하고 이를 저장전극용 희생절연막을 노출시키도록 평탄화 식각한 다음, 저장전극 영역에 매립된 절연막을 제거하여 콘케이브형 저장전극을 형성하고 딥 아웃 ( dip out ) 공정으로 저장전극용 희생절연막을 제거하여 실린더형 저장전극을 형성한다. Referring to FIG. 7, the
이때, 저장전극(27)은 평면구조상에서 가로 또는 세로 방향으로 각각 50 ~ 200 nm 크기나 50 ~ 150 ㎚ 크기로 형성하는 것이 바람직하다.At this time, the
또한, 저장전극(27) 간의 간격은 10 ~ 150 ㎚ 정도로 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the spacing between the
그리고, 저장전극(27)은 스퀘어 ( Square ) 혹은 직사각형 ( Rectangle ) 형태로 형성하며, 하단부의 저장전극 콘택 상에 온-어식스 ( on-axis ) 형태로 형성하여 종래기술에서 저장전극 콘택 간의 브릿지 문제를 감소시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다. In addition, the
따라서, 하나의 단위셀 ( Unit Cell ) 은 하나의 활성영역 상에 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 형성하여 공정 마진을 증가시키고 80 ㎚ 이하로 고집적화된 DRAM 기술에 이용할 수 있다.Therefore, one unit cell may form one transistor and one capacitor in one active region to increase process margin and may be used in a highly integrated DRAM technology of 80 nm or less.
도 8 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체소자의 형성방법을 도시한 평면 도이다. 8 is a plan view illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 6 의 공정 후에, 저장전극 콘택(25)에 접속되는 저장전극(28)을 형성한다. 저장전극(28)은 도 7 의 저장전극(27)과 동일한 방법으로 형성할 수 있다. After the process of FIG. 6, the
이때, 저장전극(28)은 비트라인(23)과 평행한 스퀘어 ( Square ) 혹은 직사각형 ( Rectangle ) 형태로 형성하여, 비트라인(23) 간의 간격만큼 저장전극(28)의 면적을 증가시킬 수 있다.In this case, the
여기서, 저장전극(28)은 비트라인(23) 방향으로 20 ~ 150 ㎚ 정도의 크기이고, 비트라인(23) 방향으로 인접한 저장전극(28) 간의 간격은 20 ~ 100 ㎚ 정도이고, 비트라인(23)에 수직한 방향으로 인접한 저장전극(28) 간의 간격도 20 ~ 100 ㎚ 크기로 형성하는 것이 바람직하다.Here, the
도 1 내지 도 7 은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체소자의 형성방법을 도시한 평면도.1 to 7 are plan views illustrating a method of forming a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 8 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체소자의 형성방법을 도시한 평면도.8 is a plan view showing a method of forming a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
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Legal Events
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |