KR20100114625A - Semiconductor memory apparatus with pseudo folded bit line structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 메모리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 의사 폴디드 비트라인(Pseudo Folded Bit Line; PFBL) 구조의 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor memory device, and more particularly, to a semiconductor device having a pseudo folded bit line (PFBL) structure and a method of manufacturing the same.
반도체 메모리 장치의 비트라인 구조는 크게 폴디드 비트라인(folded bit-line) 구조와 오픈 비트라인(open bit-line) 구조로 분류할 수 있다. 폴디드 비트라인 구조는 집적도는 다소 낮지만 동일한 셀 매트 내에서 비트라인 신호와 비트라인-바 신호를 사용하기 때문에 동작상의 안정성이 우수하다.The bit line structure of a semiconductor memory device may be classified into a folded bit line structure and an open bit line structure. The folded bitline structure is somewhat less integrated, but has excellent operational stability because it uses bitline signals and bitline-bar signals within the same cell mat.
오픈 비트라인 구조는 하나의 메모리 셀에 연결된 비트라인과 비트라인-바가 각기 다른 센스앰프에 연결되며, 집적도는 높은 반면 다른 셀 블럭으로부터 비트라인-바를 연장하여 사용하기 때문에 커플링 노이즈에 의한 오동작 가능성이 존재한다. 아울러, 오픈 비트라인 구조의 경우 인접 셀 매트가 비트라인 센스앰프를 공유하기 때문에 센스앰프의 개수가 증가하는 단점이 있다.The open bitline structure has a bit line connected to one memory cell and a bit line-bar connected to different sense amplifiers, and because of the high integration density, the bit line-bar is extended from another cell block. This exists. In addition, the open bit line structure has a disadvantage in that the number of sense amplifiers increases because adjacent cell mats share the bit line sense amplifiers.
이러한 단점을 해소하기 위해, 최근에는 의사 폴디드 비트라인(Pseudo Folded Bit-Line; PFBL) 구조가 제안되었다.In order to solve this disadvantage, a pseudo folded bit-line (PFBL) structure has recently been proposed.
의사 폴디드 비트라인 구조는 오픈 비트라인 구조의 장점과 폴디드 비트라인 구조의 장점을 결합하여, 셀 매트의 구성은 오픈 비트라인과 같이 하면서, 두 개의 셀 매트가 하나의 비트라인 센스앰프 블럭을 공유하도록 한다. 그리고, 각 셀 매트의 비트라인과 센스앰프는 스위치에 의해 온/오프가 제어된다.The pseudo folded bit line structure combines the advantages of the open bit line structure with the advantages of the folded bit line structure, so that the cell mat configuration is the same as the open bit line, while the two cell mats combine one bit line sense amplifier block. Share it. The bit line and sense amplifier of each cell mat are controlled on and off by a switch.
도 1은 일반적인 의사 폴디드 비트라인 구조를 갖는 반도체 메모리 장치의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor memory device having a general pseudo folded bit line structure.
도 1에 도시한 반도체 메모리 장치의 공정 과정을 간략하게 설명하면, 소자 분리막(103)이 형성된 반도체 기판(101)에 셀 영역(A1, A2)과 주변 영역(B)을 정의한다. 그리고, 셀 영역(A1, A2) 및 주변 영역(B)의 반도체 기판(101) 상에 트랜지스터(105, 107) 및 접합 영역(S, D)을 형성한다. 여기에서, 제 1 셀 영역(A1)과 제 2 셀 영역(A2)은 각각의 셀 매트로 동작한다. 아울러, 주변 영역(B)에 형성된 트랜지스터(107)는 로컬 비트라인이 접속되는 글로벌 비트라인과 센스앰프를 전기적으로 접속 또는 분리하기 위한 스위치로 동작한다.The process of the semiconductor memory device illustrated in FIG. 1 will be briefly described. Cell regions A1 and A2 and a peripheral region B are defined in the
다음, 전체 구조 상에 제 1 층간 절연막(109)을 형성하고, 지정된 영역을 패터닝하여 비트라인 콘택(111, 111A)을 형성하는 한편, 제 1 층간 절연막(109)의 지정된 영역을 패터닝하여 접합 영역(셀 영역(A1)의 D, 셀 영역(A2)의 S)스토리지 노드 콘택(117)을 형성한다. 이후, 비트라인 콘택(111, 111A)을 통해 접합 영역(셀 영역(A1)의 S, 주변 영역(B)의 S, D, 셀 영역(A2)의 D)과 접속되도록 로컬 비트라 인(113)을 형성한다.Next, the first
이어서, 전체 구조 상에 제 2 층간 절연막(115)을 형성하고, 스토리지 노드 콘택(117)이 노출되도록 제 2 층간 절연막(115)을 패터닝하여 스토리지 노드(119)를 형성한 다음, 셀 영역(A1, A2) 상에 상부 전극(121)을 형성한다.Subsequently, the second
이후, 전체 구조 상에 제 3 층간 절연막(123)을 형성하고, 주변 영역(B)의 접합 영역(S)과 접속되도록 형성된 로컬 비트라인(113)과 접속되도록 메탈 콘택(125)을 형성한 다음, 메탈 콘택(125) 상에 글로벌 비트라인(127)을 형성한다.Thereafter, the third
이러한 구조에서, 각 셀 매트는 글로벌 비트라인(127) 및 주변 영역(B)에 형성된 스위치를 통해 센스앰프와 접속 또는 분리된다.In this structure, each cell mat is connected to or separated from the sense amplifier through a switch formed in the
그런데, 현재의 의사 폴디드 비트라인 구조 반도체 메모리 장치는 상부전극(121)을 형성한 후, 글로벌 비트라인(127)이 형성되기 때문에 인접 셀 매트 간에 상부전극(121)이 분리된 형태로 제조된다.However, in the current pseudo folded bit line structure semiconductor memory device, since the
따라서, 인접 셀 매트 간에 상부 전극(121)의 전위차가 발생하고, 이로 인해 노이즈가 발생하여 메모리 장치의 오동작을 유발할 수 있다.Therefore, a potential difference between the
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인접 셀 매트 간의 상부전극 전위를 동일한 레벨로 유지할 수 있는 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메모리 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 기술적 과제가 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure and a method of manufacturing the same, which can maintain the upper electrode potential between adjacent cell mats at the same level. have.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메모리 장치는 인접하는 두 셀 매트에 형성된 메모리 셀의 로컬 비트라인 및 로컬 비트라인-바가 하나의 센스앰프를 공유하는 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메모리 장치로서, 상기 센스앰프를 공유하는 상기 메모리 셀은 단절 없이 하나의 배선으로 형성된 상부전극을 포함한다.In the semiconductor memory device having a pseudo-folded bit line structure according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, the local bit line and the local bit line-bar of a memory cell formed on two adjacent cell mats have one sense amplifier. A semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure that shares a semiconductor memory device, wherein the memory cell sharing the sense amplifier includes an upper electrode formed of one wire without disconnection.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메모리 장치는 워드라인과 로컬 비트라인 간에 접속되는 단위 메모리 셀을 포함하는 복수의 셀 매트; 인접하는 두 셀 매트에 형성된 각 메모리 셀의 로컬 비트라인 및 로컬 비트라인-바가 공통 접속되는 센스앰프를 포함하는 센스앰프 블럭; 인접하는 두 셀 매트 사이에 형성된 스위치; 상기 로컬 비트라인과 상기 센스앰프를 상기 스위치에 의해 전기적으로 접속 또는 분리하는 적어도 하나의 글로벌 비트라인;을 포함하며, 상기 센스앰프를 공유하는 메모리 셀의 상부전극은 단절 없이 하나의 배선에 의해 연결된다.Meanwhile, a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure according to another embodiment of the present invention may include a plurality of cell mats including unit memory cells connected between a word line and a local bit line; A sense amplifier block including a sense amplifier to which a local bit line and a local bit line-bar of each memory cell formed in two adjacent cell mats are commonly connected; A switch formed between two adjacent cell mats; At least one global bit line electrically connecting or disconnecting the local bit line and the sense amplifier by the switch, wherein the upper electrodes of the memory cells sharing the sense amplifier are connected by one wire without disconnection. do.
한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메 모리 장치 제조 방법은 인접하는 두 셀 영역 사이에 주변 영역이 정의된 반도체 기판이 제공되는 단계; 상기 반도체 기판 상에 트랜지스터를 포함하는 하부 구조를 형성하는 단계; 상기 하부 구조 상에, 인접하는 두 셀 영역 간에 단절 없이 하나의 배선층으로 이루어진 상부전극을 형성하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method of manufacturing a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure according to an embodiment of the present invention may include providing a semiconductor substrate having a peripheral region defined between two adjacent cell regions; Forming a substructure including a transistor on the semiconductor substrate; And forming an upper electrode formed of one wiring layer on the lower structure without disconnection between two adjacent cell regions.
본 발명에 의하면, 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메모리 장치에서, 인접 셀 매트 간의 상부전극이 상호 연결되도록 함으로써, 비트라인 노이즈가 발생하는 것을 억제할 수 있다.According to the present invention, in a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure, the upper electrodes between adjacent cell mats are connected to each other, whereby generation of bit line noise can be suppressed.
이에 따라, 반도체 메모리 장치의 안정적인 동작과 신뢰성을 확보할 수 있다.Accordingly, stable operation and reliability of the semiconductor memory device can be secured.
본 발명에서는 상부전극이 형성된 다음 글로벌 비트라인을 형성함으로 인해, 인접 셀 매트 간의 상부전극이 분리되어 전위차가 발생한다는 점에 착안하여, 글로벌 비트라인을 먼저 형성한 후, 상부전극을 형성하는 방안을 제시한다.In the present invention, since the upper electrode is formed and then the global bit line is formed, the upper electrode between adjacent cell mats is separated, so that a potential difference occurs. Therefore, the global bit line is first formed, and then the upper electrode is formed. present.
이 경우, 글로벌 비트라인을 상부전극 이전에 형성하기 위한 배선층이 필요하게 되며, 이를 위하여 매립형 게이트 전극(Buried gate) 형태를 도입한다. 이하에서는 게이트 전극을 매립형으로 형성하고, 인접 셀 매트 간의 상부전극이 상호 연결되어 있는 반도체 메모리 장치의 제조 방법에 대하여 설명할 것이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트 전극의 형태는 메모리 장치의 형태나 용도 등에 따라 바람직한 형태로 채택될 수 있음은 물론이다.In this case, a wiring layer for forming the global bit line before the upper electrode is required. For this, a buried gate electrode is introduced. Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor memory device in which a gate electrode is buried and upper electrodes between adjacent cell mats are interconnected will be described. However, the present invention is not limited thereto, and the shape of the gate electrode may be adopted in a preferred form according to the form or use of the memory device.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 적용되는 의사 폴디드 비트라인 구조를 갖는 반도체 메모리 장치의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure according to the present invention.
도시한 것과 같이, 본 발명에 적용되는 의사 폴디드 비트라인 구조의 반도체 메모리 장치는 워드라인(WL) 및 로컬 비트라인(LBL) 간에 형성된 복수의 메모리 셀(12)을 포함하는 복수의 셀 매트(10-1, 10-2)를 포함한다. 그리고, 각 셀 매트(10-1, 10-2)에 형성된 각 메모리 셀(12)의 로컬 비트라인(LBL)은 글로벌 비트라인(GBL)에 접속된다.As illustrated, a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure according to the present invention includes a plurality of cell mats including a plurality of
도시하지 않았지만, 선택된 메모리 셀(12)로의 접근을 위해 로컬 비트라인(LBL)과 글로벌 비트라인(GBL) 간에 스위치가 형성될 수 있음은 물론이다.Although not shown, a switch may be formed between the local bit line LBL and the global bit line GBL to access the
한편, 인접하는 두 셀 매트(10-1, 10-2)에 형성된 로컬 비트라인(LBL)이 하나의 센스앰프(SA)를 공유하기 위하여, 글로벌 비트라인(GBL)은 스위치(30)에 의해 센스앰프(SA)와 접속 또는 분리되는 구조를 갖는다.Meanwhile, in order for the local bit lines LBL formed on two adjacent cell mats 10-1 and 10-2 to share one sense amplifier SA, the global bit line GBL is formed by the
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3 내지 도 5에는 인접하는 두 셀 매트 및 각 셀 매트에 형성된 하나의 메모리 셀과, 메모리 셀과 센스앰프의 접속 여부를 결정하는 스위치를 도시하였다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention. 3 to 5 illustrate two adjacent cell mats and one memory cell formed on each cell mat, and a switch for determining whether a memory cell and a sense amplifier are connected to each other.
먼저, 도 3에 도시한 것과 같이, 반도체 기판(201) 상의 지정된 영역에 셀 영역과 주변 영역을 구분하기 위한 소자 분리막(203)을 형성한다. 도 3에는 소자 분리막(203)에 의해 제 1 셀 매트로서의 제 1 셀 영역(CM1), 제 2 셀 매트로서의 제 2 셀 영역(CM2) 및 주변 영역(P)이 구분되어진 상태를 도시하였다.First, as shown in FIG. 3, an
이후, 셀 영역(CM1, CM2) 및 주변 영역(P)의 반도체 기판(201) 내에 매립형 트랜지스터(205, 207)를 형성한다. 여기에서는 트랜지스터(205, 207)를 매립형으로 구성한 것에 대하여 도시하였으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.Subsequently, buried
다음, 전체 구조 상에 제 1 층간 절연막(209)을 형성하고, 지정된 영역을 패터닝하여 제 1 비트라인 콘택(211, 211A)을 형성한다. 그리고, 제 1 비트라인 콘택(211, 211A)과 접속되도록 로컬 비트라인(213)이 형성된다.Next, a first
다음, 도 4를 참조하면, 로컬 비트라인(213)이 형성된 전체 구조 상에 제 2 층간 절연막(215)을 형성하고, 주변 영역(P)에 형성된 트랜지스터(207), 즉 스위치의 접합 영역과 접속되도록 제 2 비트라인 콘택(217)을 형성한다.Next, referring to FIG. 4, the second interlayer
아울러, 제 2 층간 절연막(219) 상의 지정된 부분에 제 2 비트라인 콘택(217)과 전기적으로 접속되는 글로벌 비트라인(219)을 형성한다.In addition, a
이어서, 도 5에 도시한 것과 같이, 제 2 및 제 1 층간 절연막(215, 209)의 지정된 영역을 패터닝하여 스토리지 노드 콘택(221)을 형성하고, 전체 구조 상에 제 3 층간 절연막(223)을 형성한다. 그리고, 스토리지 노드 콘택(221) 표면이 노출되도록 제 3 층간 절연막(223) 의 지정된 부분을 제거한 후, 스토리지 노드(225) 를 형성한다. 다음, 제 3 층간 절연막(223) 상에 스토리지 노드(225)와 접속되도록 상부전극(227)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 5, the designated region of the second and first
도면상에서는 스토리지 노드(225)가 글로벌 비트라인(219)을 관통하는 것으 로 보이나, 이는 설명의 편의를 위해 중첩되도록 표현한 것에 불과하다. 즉, 실제로는 스토리지 노드(225)가 글로벌 비트라인(219)의 뒤편에 배치되며, 스토리지 노드(225)와 글로벌 비트라인(219)은 전기적으로 콘택되지 않음을 밝혀 둔다.Although the
도 5에 도시한 것과 같이, 본 발명에서는 상부전극(227)이 인접 셀 매트 간에 연결된 형태를 갖는다. 따라서, 인접 셀 매트 간에 연결 형성된 상부전극(227)이 동일한 전위를 유지할 수 있다.As shown in FIG. 5, in the present invention, the
아울러, 메모리 셀 및 스위치로 동작하는 트랜지스터를 매립형으로 구성함으로써, 상부전극(227)을 형성하기 전 글로벌 비트라인(219)을 형성하면서도 배선층이 추가되는 것을 방지할 수 있다.In addition, since the transistors acting as the memory cells and the switches are buried, it is possible to prevent the addition of the wiring layer while forming the
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.As such, those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative in all respects and not as restrictive. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
최근의 반도체 메모리 장치는 집적도 측면과 동작의 안정성을 함께 고려하여 의사 폴디드 비트라인 형태로 구성된다. 이러한 형태의 반도체 메모리 장치에서, 인접 셀 매트 간의 상부전극이 동일한 전위를 갖게 함으로써, 노이즈 발생을 감소 시킬 수 있고, 안정적인 동작을 담보할 수 있다.Recent semiconductor memory devices are configured in the form of pseudo-folded bit lines in consideration of the degree of integration and stability of operation. In this type of semiconductor memory device, the upper electrodes between adjacent cell mats have the same potential, so that noise can be reduced and stable operation can be ensured.
도 1은 일반적인 의사 폴디드 비트라인 구조를 갖는 반도체 메모리 장치의 개략적인 단면도,1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor memory device having a general pseudo folded bit line structure;
도 2는 본 발명에 적용되는 의사 폴디드 비트라인 구조를 갖는 반도체 메모리 장치의 구성도,2 is a configuration diagram of a semiconductor memory device having a pseudo folded bit line structure according to the present invention;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 메모리 장치 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
201 : 반도체 기판 205, 207 : 트랜지스터201:
213 : 로컬 비트라인 219 : 글로벌 비트라인213: local bit line 219: global bit line
225 : 스토리지 노드 227 : 상부전극225: storage node 227: top electrode
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |