KR20120067678A - Method for fabricating storage node of capacitor and semiconductor including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 특히, 반도체 기판에 접속되는 커패시터(capacitor)의 스토리지노드(SN: Storage Node) 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a storage node (SN) of a capacitor connected to a semiconductor substrate and a semiconductor device including the same.
반도체 소자의 메모리(memory) 용량의 증가가 요구됨에 따라, 반도체 소자를 구성하는 회로 패턴들의 미세화가 요구되고 있다. 반도체 소자의 회로 패턴은 50 ㎚급에서 점차 40㎚급 및 30㎚급으로 미세화되고 있으며, 이에 따라, 반도체 소자를 구성하는 패턴들을 요구되는 프로파일(profile)을 가지게 형성하는 데 어려움이 발생되고 있다. 트랜지스터(transisotr)와 커패시터(capacitor)가 하나의 메모리 셀(cell)을 구성하는 디램(DRAM) 반도체 소자에서, 회로 패턴의 미세화에 따라, 메모리 셀들이 배치되는 셀 영역(cell region)과, 셀 영역의 소자들을 구동하기 위한 주변회로 소자와 배선들이 배치되는 주변 영역(peri region)에 단차가 보다 극심해지고 있다. 이러한 셀 영역과 주변 영역 간의 단차 유발에 의해, 셀 영역에서만 스토리지노드를 실린더(cylinder) 형상으로 형성하기가 어려워지고 있다. As an increase in the memory capacity of a semiconductor device is required, miniaturization of circuit patterns constituting the semiconductor device is required. The circuit pattern of the semiconductor device is gradually miniaturized from the 50 nm class to the 40 nm class and the 30 nm class, and thus, it is difficult to form the patterns constituting the semiconductor device with a required profile. In a DRAM semiconductor device in which a transistor and a capacitor constitute one memory cell, a cell region in which memory cells are disposed and a cell region are disposed according to the miniaturization of a circuit pattern. Steps are becoming more severe in the peri region in which peripheral circuit elements and wirings for driving the elements of the circuit are arranged. Due to the step difference between the cell region and the peripheral region, it is difficult to form the storage node in the shape of a cylinder only in the cell region.
이러한 주변 영역과 셀 영역 간의 단차 유발은, 셀 영역의 트랜지스터의 게이트(gate)를, 게이트가 반도체 기판의 활성영역(active region) 내에 매몰되게 구성하는 매몰 게이트(buried gate) 형상으로 구성할 때 보다 극심해질 수 있다. 셀 영역의 셀 트랜지스터들은 매몰 게이트를 구비하게 구성되지만, 주변 영역의 주변 트랜지스터는 평면 트랜지스터(planar Tr)로 구성될 수 있다. 셀 영역에서 셀 트랜지스터에 접속되게 형성되는 커패시터의 스토리지노드는, 주변 영역에서 평면 트랜지스터들 상측에 배치되게 형성되는 배선들의 위치보다 높은 위치에 바닥부(bottom)이 위치하게 형성될 수 있다. 이러한 경우 스토리지노드의 실린더 형상의 외측벽면을 노출시키기 위한 습식 과정에서, 주변 영역 상의 배선들이나 다른 패턴들에 습식에 의한 침해(attack) 발생을 억제하기 위해서, 이러한 습식 과정은 셀 영역에만 제한적으로 수행되는 것이 요구될 수 있다. This step difference between the peripheral region and the cell region is more than when the gate of the transistor of the cell region is formed into a buried gate shape in which the gate is buried in the active region of the semiconductor substrate. Can be terrible. The cell transistors of the cell region are configured to have a buried gate, but the peripheral transistors of the peripheral region may be configured as planar transistors. The storage node of the capacitor formed to be connected to the cell transistor in the cell region may be formed such that a bottom is positioned at a position higher than a position of the wirings formed to be disposed above the planar transistors in the peripheral region. In this case, in the wet process for exposing the cylindrical outer wall surface of the storage node, in order to suppress the occurrence of wet attack on the wiring or other patterns on the peripheral area, this wet process is limited to the cell area only. May be required.
셀 영역에만 선택적으로 스토리지노드 형성 과정을 수행하기 위해서, 스토리지노드들 주위에 셀 영역을 둘러싸는 가드(gaurd)를 도입하는 방법을 고려할 수 있다. 이러한 가드는 스토리지노드 형성 시, 스토리지노드들의 배열 외곽을 둘러싸는 담장 또는 해자 형태로 형성될 수 있다. 이러한 가드가 스토리지노드와 함께 형성되므로, 가드 하부에 위치하는 스토리지노드 연결콘택(contact)과 단락이 유발될 수 있다. 스토리지노드와 기판에 형성된 트랜지스터의 소스(source)와 연결을 위해 스토리지노드 연결콘택이 자기정렬콘택(SAC: Self Aligned Contact)으로 형성될 수 있다. SAC과 비트라인(bitline)이 단락되는 불량이 유발될 경우, SAC에 연결되게 형성되는 가드와 비트라인이 단락(short)되어, 비트라인의 커패시턴스(capacitance)가 증가되고 이에 따라 메모리 셀의 동작 센싱 마진(sensing margin)이 감소되는 동작 불량이 유발될 수 있다. 이러한 비트라인의 전기적 특성을 저하를 억제하기 위해서, 가드와 비트라인의 단락을 개선할 수 있는 방법이 요구된다. In order to selectively perform the storage node forming process only in the cell region, a method of introducing a guard that surrounds the cell region around the storage nodes may be considered. When the storage node is formed, the guard may be formed in the form of a fence or a moat surrounding the outer edge of the array of storage nodes. Since the guard is formed together with the storage node, a short circuit and a storage node connection contact under the guard may be caused. The storage node connection contact may be formed as a self aligned contact (SAC) to connect the storage node and the source of the transistor formed on the substrate. If a short circuit occurs between the SAC and the bitline, the guard and the bitline formed to be connected to the SAC are shorted, thereby increasing the capacitance of the bitline and thus sensing the operation of the memory cell. A malfunction may be caused in which a margin is reduced. In order to suppress the degradation of the electrical characteristics of the bit line, a method for improving the short circuit between the guard and the bit line is required.
본 발명은 스토리지노드들을 에워싸는 가드를 도입할 때 가드와 하부의 비트라인 간의 단락을 억제할 수 있는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법 및 이를 포함하는 반도체 소자를 제시하고자 한다. The present invention proposes a method for forming a storage node of a capacitor capable of suppressing a short circuit between a guard and a lower bit line when introducing a guard that surrounds the storage nodes, and a semiconductor device including the same.
본 발명의 일 관점은, 셀 영역, 주변 영역 및 사이의 경계 영역을 포함하는 반도체 기판 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층을 관통하여 상기 셀 영역의 반도체 기판 부분에 연결되는 스토리지노드(storage node) 연결콘택들을 형성하는 단계; 상기 스토리지노드 연결콘택들 및 상기 절연층 상에 몰드(mold)층을 형성하는 단계; 상기 몰드층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드 연결콘택들을 노출하는 제1오프닝부 및 상기 경계 영역 상의 상기 절연층 부분을 노출하는 제2오프닝부를 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2오프닝부 상에 도전층을 증착하고 노드분리하여 상기 스토리지노드 연결콘택에 연결되는 스토리지노드들 및 절연층 부분 상에 위치하는 가드(guard)를 형성하는 단계; 및 상기 가드에 의해 상기 주변 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 보호하며 상기 셀 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 외측벽을 노출시키는 단계를 포함하는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법을 제시한다. One aspect of the invention, forming an insulating layer on a semiconductor substrate including a cell region, a peripheral region and a boundary region therebetween; Forming storage node connection contacts penetrating through the insulating layer and connected to a semiconductor substrate portion of the cell region; Forming a mold layer on the storage node connection contacts and the insulating layer; Selectively etching the mold layer to form a first opening portion exposing the storage node connection contacts and a second opening portion exposing the portion of the insulating layer on the boundary region; Depositing conductive layers on the first and second openings and separating nodes to form guards on the storage nodes connected to the storage node connection contacts and the insulating layer portions; And protecting the mold layer portion overlapping on the peripheral region by the guard and selectively removing the mold layer portion overlapping on the cell region to expose the outer wall of the storage node. We present a method of node formation.
본 발명의 다른 일 관점은, 셀 영역, 주변 영역 및 사이의 경계 영역을 포함하는 반도체 기판의 상기 셀 영역 내에 트랜지스터의 매몰게이트(buried gate)을 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 제1절연층 및 상기 제1절연층에 의해 절연되며 상기 매몰게이트들에 교차되는 비트라인(bit line)들을 형성하는 단계; 상기 제1절연층에 상기 매몰게이트 상에 중첩되는 부분을 노출하는 제1오프닝부(opening)들 및 상기 경계 영역에 중첩되는 부분을 노출하는 제2오프닝부를 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2오프닝부들을 채우고 상기 주변 영역 상의 상기 제1절연층 부분을 덮는 제2절연층을 형성하는 단계; 상기 셀 영역 상의 상기 제1절연층 부분을 노출시키게 상기 제2절연층을 리세스(recess)하는 단계; 상기 노출된 제1절연층 부분을 선택적으로 제거하여 관통홈들을 형성하는 단계; 상기 관통홈들을 채우는 제1도전층을 형성하고 노드분리하여 스토리지노드 연결콘택들을 형성하는 단계; 상기 스토리지노드 연결콘택들 및 상기 제2절연층 상에 몰드(mold)층을 형성하는 단계; 상기 몰드층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드 연결콘택들을 노출하는 제3오프닝부들 및 상기 경계 영역 상의 상기 제2절연층 부분을 노출하는 제4오프닝부를 형성하는 단계; 상기 제3 및 제4오프닝부 상에 제2도전층을 증착하고 노드분리하여 상기 스토리지노드 연결콘택에 연결되는 스토리지노드들 및 제2절연층 부분 상에 위치하는 가드(guard)를 형성하는 단계; 및 상기 가드에 의해 상기 주변 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 보호하며 상기 셀 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 외측벽을 노출시키는 단계를 포함하는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법을 제시한다. Another aspect of the invention provides a method for forming a buried gate of a transistor in a cell region of a semiconductor substrate including a cell region, a peripheral region, and a boundary region therebetween; Forming bit lines on the semiconductor substrate, the bit lines being insulated by the first insulating layer and the first insulating layer and crossing the buried gates; Forming first openings exposing a portion overlapping the buried gate and a second opening portion exposing a portion overlapping the boundary region in the first insulating layer; Forming a second insulating layer filling the first and second openings and covering a portion of the first insulating layer on the peripheral region; Recessing the second insulating layer to expose a portion of the first insulating layer on the cell region; Selectively removing the exposed portion of the first insulating layer to form through grooves; Forming a first conductive layer filling the through grooves and separating the nodes to form storage node connection contacts; Forming a mold layer on the storage node connection contacts and the second insulating layer; Selectively etching the mold layer to form third openings exposing the storage node connection contacts and a fourth opening portion exposing a portion of the second insulating layer on the boundary region; Depositing a second conductive layer on the third and fourth openings and separating the second conductive layer to form a guard positioned on the storage nodes connected to the storage node connection contact and a portion of the second insulating layer; And protecting the mold layer portion overlapping on the peripheral region by the guard and selectively removing the mold layer portion overlapping on the cell region to expose the outer wall of the storage node. We present a method of node formation.
상기 제1절연층과 상기 제2절연층은 상호 간에 식각 선택비를 가지게 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 형성될 수 있다. The first insulating layer and the second insulating layer may be formed to include silicon oxide or silicon nitride to have an etch selectivity.
상기 제1 및 제2오프닝부(opening)를 형성하는 단계는 상기 매몰게이트의 형상에 반대되는 리버스 패턴(reverse pattern)으로 상기 제1오프닝부를 설정하고, 상기 경계 영역에 중첩되는 영역으로 상기 제2오프닝부를 설정하는 제1식각 마스크를 상기 제1절연층 상에 형성하는 단계; 및 상기 제1식각 마스크에 의해 노출되는 상기 제1절연층 부분을 식각하여 상기 상기 비트라인에 자기정렬되는 상기 제1 및 제2오프닝부를 형성하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. The forming of the first and second openings may include setting the first openings in a reverse pattern opposite to the shape of the investment gate, and forming the first openings in the overlapping region. Forming a first etching mask on the first insulating layer to set an opening; And etching the portion of the first insulating layer exposed by the first etching mask to form the first and second openings that are self-aligned to the bit line.
상기 제2오프닝부(opening)는 상기 제1오프닝부에 비해 2배 내지 3배의 선폭을 가지게 형성될 수 있다. The second opening may be formed to have a line width of 2 to 3 times that of the first opening.
상기 제2절연층을 리세스(recess)하는 단계는 상기 셀 영역에 중첩되는 상기 제2절연층 부분을 노출하는 제2식각 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 제2식각 마스크에 노출된 상기 제2절연층 부분을 선택적으로 식각하여 상기 제1절연층 부분을 노출시키는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. Recessing the second insulating layer may include forming a second etching mask that exposes a portion of the second insulating layer overlapping the cell region; And selectively etching the portion of the second insulating layer exposed by the second etching mask to expose the portion of the first insulating layer.
본 발명의 다른 일 관점은, 셀 영역, 주변 영역 및 사이의 경계 영역을 포함하는 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성된 절연층; 상기 절연층을 관통하여 상기 셀 영역의 반도체 기판 부분에 연결되는 스토리지노드(storage node) 연결콘택들; 상기 스토리지노드 연결콘택들에 연결되는 커패시터의 스토리지노드들; 상기 스토리지노드들의 배열 외측에 상기 경계 영역 상의 상기 절연층 부분 상에 위치하며 상기 스토리지노드와 동일한 물질층으로 형성된 가드(guard); 및 상기 가드와 측면이 접촉하고 상기 주변 영역 상의 상기 절연층 부분 상에 층간 절연층으로 잔존하는 몰드층을 포함하는 반도체 소자를 제시한다. Another aspect of the invention is a semiconductor substrate including a cell region, a peripheral region and a boundary region therebetween; An insulating layer formed on the semiconductor substrate; Storage node connection contacts penetrating the insulating layer and connected to a semiconductor substrate portion of the cell region; Storage nodes of a capacitor connected to the storage node connection contacts; A guard formed on the insulating layer portion on the boundary region outside the array of storage nodes and formed of the same material layer as the storage node; And a mold layer in which a side of the guard contacts and remains as an interlayer insulating layer on the portion of the insulating layer on the peripheral region.
본 발명에 따르면, 커패시터의 스토리지노드들의 외측에 가드를 형성할 때, 가드가 하측의 반도체 기판과 절연되게 함으로써, 가드와 하측에 배치된 비트라인 또는 비트라인 연결콘택과의 단락을 유효하게 방지할 수 있다. 가드와 비트라인간의 단락을 방지할 수 있어, 단락에 의한 비트라인의 커패시턴스 증가를 억제할 수 있고, 단락에 따른 비트라인의 신호 센싱 마진의 감소를 방지할 수 있다. 스토리지노드와 기판을 연결하는 스토리지노드 연결콘택을 형성할 때, 다마신(damascene) 과정을 이용하여 연결콘택을 위한 오프닝(opening)부를 형성하면서 가드에 중첩되는 부분에 연결콘택이 배제되게 할 수 있어, 가드에는 연결콘택이 연결되지 않게 할 수 있다. According to the present invention, when the guard is formed on the outside of the storage nodes of the capacitor, the guard is insulated from the lower semiconductor substrate, thereby effectively preventing a short circuit between the guard and the bit line or bit line connection contact disposed below. Can be. Since a short circuit between the guard and the bit line can be prevented, an increase in the capacitance of the bit line due to the short circuit can be suppressed, and a decrease in the signal sensing margin of the bit line due to the short circuit can be prevented. When forming the storage node connection contact connecting the storage node and the substrate, the connection contact can be excluded from the overlapping part of the guard while forming an opening for the connection contact using a damascene process. The guard can be prevented from connecting to the guard.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터를 포함하는 반도체 소자를 보여주는 모식도이다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 스토리지노드 형성 방법을 보여주는 도면들이다. 1 is a schematic view showing a semiconductor device including a capacitor according to an embodiment of the present invention.
2 to 10 are views illustrating a method of forming a storage node of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에서는 메모리 셀을 이루는 트랜지스터의 상측에 커패시터가 배치되는 디램 반도체 소자에서, 커패시터의 스토리지노드를 실린더 형상으로 형성할 때 스토리지노드들이 배열되는 셀 영역을 둘러싸는 링(ring) 형태로 가드를 스토리지노드와 함께 형성한다. 가드는 셀 영역에 스토리지노드를 형성하는 과정 중 습식 식각 과정을 수행할 때, 습식 식각이 셀 영역 외측의 주변 영역에 영향을 미쳐 원하지 않은 침해가 발생되는 것을 막아주게 형성된다. 이때, 가드의 하측에는 연결콘택이 도입되지 않고 배제되어 가드가 플로팅(floating)되게 함으로써, 가드와 하측에 배치된 비트라인 또는 비트라인 연결콘택과의 단락(short)이 유발되는 것을 유효하게 억제할 수 있다. 이에 따라, 비트라인과 가드와의 단락에 의해 비트라인의 커패시턴스가 증가하여, 비트라인의 신호 센싱 동작 시 센싱 마진이 저하되어 메모리 셀의 동작이 불량해지는 것을 유효하게 방지할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, in a DRAM semiconductor device in which a capacitor is disposed on a transistor of a memory cell, when the storage node of the capacitor is formed in a cylindrical shape, it is formed in a ring shape surrounding a cell region in which the storage nodes are arranged. Form the guard with the storage node. When the wet etching process is performed during the formation of the storage node in the cell region, the guard is formed to prevent unwanted intrusion from occurring due to the wet etching affecting the peripheral region outside the cell region. At this time, the connection contact is not introduced to the lower side of the guard so that the guard is floating, thereby effectively suppressing the occurrence of a short between the guard and the bit line or the bit line connection contact disposed below. Can be. As a result, the capacitance of the bit line increases due to the short circuit between the bit line and the guard, so that the sensing margin is reduced during the signal sensing operation of the bit line, thereby effectively preventing the operation of the memory cell.
가드와 비트라인의 단락을 방지하기 위해서, 비트라인들 및 비트라인 연결콘택들 사이를 관통하여 수직하게 형성되는 스토리지노드 연결콘택들을 형성할 때, 가드의 하측에는 연결콘택들이 배치되지 않게 유도한다. 스토리지 연결콘택을 위한 관통 오프닝부(opening)를 형성할 때, 희생층에 다마신홈을 형성하고 및 다마신홈을을 채우는 절연층을 형성한 후 희생층을 제거함으로써, 오프닝부들이 가드의 하측에는 배치되지 않고 절연층이 가드 하측에 위치하게 유도할 수 있다. In order to prevent a short circuit between the guard and the bit line, when forming the storage node connection contacts formed vertically through the bit lines and the bit line connection contacts, the connection contacts are induced not to be disposed under the guard. When forming the through opening for the storage connection contact, by forming a damascene groove in the sacrificial layer and forming an insulating layer filling the damascene groove, and then removing the sacrificial layer, the openings are formed on the lower side of the guard. The insulation layer can be guided to the lower side of the guard, without being disposed in the side wall.
도 1에 제시된 본 발명의 실시예에 따른 커패시터를 포함하는 반도체 소자의 모식도를 참조하면, 반도체 기판(10)은 셀 트랜지스터들 및 커패시터(21, 23, 25)들을 매트릭스(matrix) 배열되는 셀 영역과, 센스 앰프(sense amplifier)와 같은 신호 센싱이나 신호 쓰기 등을 위한 주변 회로들이 배치된 주변 영역으로 구분할 수 있다. 셀 영역의 반도체 기판(10)에는 셀 트랜지스터들이 집적되고, 이러한 셀 트랜지스터들에 연결되게 기판(10)에 연결되는 커패시터의 스토리지노드(21)들이 실린더 형상으로 형성된다. 스토리지노드(21) 상에 유전층(23) 및 플레이트노드(plate node: 25)가 형성되어 셀 커패시터가 형성된다. 셀 커패시터는 하측에 배치되는 비트라인(bit line: 30) 및 이들과 기판(10)을 연결하는 비트라인 연결콘택들 사이를 수직 관통하게 형성되는 스토리지노드 연결콘택(40)에 의해 기판(10)과 연결된다. Referring to a schematic diagram of a semiconductor device including a capacitor according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the
이때, 셀 영역과 주변 영역의 사이 경계 영역에 가드(22)를 배치함으로써, 셀 영역에서의 커패시터의 스토리지노드(21)들이 형성되는 과정에서 주변 영역 상에 적층된 절연층(50) 부분 또는 비트라인(30)에 연결되게 배치되는 배선(35)이, 습식 식각 등에 의해 침해되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 가드(22)는 기판(10)과 연결되지 않고 플로팅되게 한다. 즉, 가드(22)의 하측에는 연결콘택(40)들이 형성되지 않게 함으로써, 가드(22)와 비트라인(30)이 단락되는 불량이 유발되는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 비트라인(30)은 배선(35) 및 이에 연결되는 금속 콘택(60)에 의해 상층의 다른 배선에 연결될 수 있고, 플레이트노드(25) 또한 금속 콘택(60)에 의해 다른 배선에 연결될 수 있다. At this time, by arranging the guard 22 in the boundary region between the cell region and the peripheral region, a portion or bit of the insulating
가드(22)의 하측에 연결콘택(40)이 배치되지 않게 하기 위해서, 연결콘택(40)을 형성하는 과정에 희생층 및 희생층에 다마신홈을 형성하고, 이를 채우는 절연층을 형성하는 과정을 도입한다. In order to prevent the
도 2를 참조하면, 실리콘(Si) 반도체 기판(100)에 활성영역(101)을 설정하게 얕은트렌치소자분리 구조의 소자분리층(103)을 형성하고, 셀 영역의 활성영역(101)에 매몰게이트홈(104)을 형성한 후 매몰게이트홈(104)을 채우는 매몰게이트(110)를 형성한다. 매몰게이트(110)는 매몰게이트홈(104) 표면에 형성된 게이트유전층을 수반하고, 매몰게이트(110) 상측에는 절연을 위한 게이트 캡층(capping layer: 111)가 실리콘질화물층을 포함하여 구비되어 매몰게이트(110)를 절연시킨다. 매몰게이트(110)의 양측에 노출된 활성영역(101)의 표면 부분에 불순물 주입에 의한 소스 및 드레인과 같은 정션(junction)이 형성되어 셀 트랜지스터가 구성된다. 셀 영역의 외측에 설정된 주변 영역에는 도시되지는 않았지만 센스 앰프와 같은 메모리 셀 구동 및 데이터 독출을 위한 주변 회로를 위한 주변 트랜지스터가 평면 트랜지스터 형태로 반도체 기판(100) 표면 상에 형성될 수 있다. 셀 영역과 주변 영역 사이의 경계 영역, 즉, 셀 영역의 외곽을 둘러싸는 경계 영역에는 이후의 커패시터의 스토리지노드 형성 시 가드가 배치된다. Referring to FIG. 2, a
매몰게이트(110)를 포함하는 셀 트랜지스터들 형성한 후, 제1절연층(120)을 실리콘 산화물층과 같은 절연물질을 증착하여 형성한다. 이후에, 제1절연층(120)에 의해 절연되는 비트라인(300)을 텅스텐(W) 등과 같은 금속 도전층을 포함하여 형성한다. 이때, 비트라인(300)의 하측에는 티타늄질화물(TiN)과 같은 장벽금속층(301)이 도입될 수 있으며, 또한, 비트라인(300)과 하부의 기판(100)에 집적된 셀 트랜지스터와의 연결을 위한 비트라인 연결콘택(302)이 제1절연층(120)을 관통하게 형성될 수 있다. 비트라인(300) 상측에는 후속 스토리지노드 연결콘택 과정에서 자기정렬식각이 수행될 때 비트라인(300)이 침식되는 것을 방지하기 위해서 비트라인 캡층(303) 실리콘질화물층과 같은 절연 물질로 형성될 수 있고, 측벽에는 절연 스페이서(305)가 실리콘질화물층을 포함하여 형성될 수 있다. After forming the cell transistors including the buried
이러한 비트라인(300) 상측에 디램 소자의 메모리 셀을 구성하기 위해 셀 트랜지스터의 소스에 연결되는 커패시터가 집적된다. 커패시터의 스토리지노드와 기판(100)을 전기적으로 연결하기 위해 스토리지노드 연결콘택을 형성한다. 본 발명의 실시예에서는 스토리지노드 연결콘택을 형성하는 과정에 다마신(damascene) 과정을 적용하여, 패턴의 미세화에 의해 연결콘택이 기판(100) 상에 연결되지 못하는 불량의 발생을 억제한다. A capacitor connected to the source of the cell transistor is integrated to configure the memory cell of the DRAM device above the
이를 위해 다마신 제1식각 마스크(etch mask: 130)를 제1절연층(120) 상에 형성한다. 제1절연층(120)의 셀 영역에 중첩되는 부분은 다마신 과정에서 희생층 부분으로 이용된다. 다마신 과정에 의해 스토리지노드 연결콘택이 가드가 형성될 경계 영역에는 배치되지 않고 배제되도록 한다. 이를 위해서, 다마신 제1식각 마스크(130)는 스토리지노드 연결콘택들이 배치될 부분(401)에 반대되는 리버스 영역(reverse region), 즉, 매몰게이트(111)에 중첩되는 제1절연층(120) 부분을 노출하는 제1오프닝부(131)를 가지게 형성된다. 또한, 가드가 배치될 셀 영역과 주변 영역 사이의 경계 영역에 중첩되는 제1절연층(120) 부분을 노출하는 제2오프닝부(132)를 가지게 형성된다. To this end, a damascene
도 3의 비트라인(300)과 비트라인 연결콘택(302), 제1식각 마스크(130)의 형상을 보여주는 평면도를 참조하면, 제1식각 마스크(130)는 SAC 과정을 이용하여 스토리지노드 연결콘택을 형성하기 위해서, 스토리지노드 연결콘택들이 배치될 부분(401)에 반대되는 리버스 영역(reverse region), 매몰게이트(111)에 중첩되는 제1절연층(120) 부분을 노출하는 제1오프닝부(131)를 가지게 형성된다. 매몰게이트(111)는 비트라인(300)과 수직하게 교차하게 배치되므로, 제1오프닝부(131)는 매몰게이트(111)의 레이아웃(layout)에 중첩되게 설정되어 비트라인(300)에 교차되게 연장되는 라인(line) 형상으로 설정된다. 이러한 제1식각 마스크(130)는 노광 및 현상 과정으로 형성되는 포토레지스트 패턴을 포함하여 형성될 수 있다. Referring to the plan view illustrating the shape of the
가드가 배치될 경계 영역에 중첩되게 제2오프닝부(132)가 길게 라인(line) 형상으로 설정되며, 이러한 제2오프닝부(132)는 사각형 매트릭스로 배치되는 셀 영역을 둘러싸는 사각형 링(ring) 형상으로 설정된다. 매몰게이트(111)는 실질적으로 라인 및 스페이스(line & space) 형상으로 반복 배치되므로, 제2오프닝부(132)는 라인 및 스페이스 형상의 매몰게이트(111)의 선폭의 3배, 피치(pitch)의 1.5배 정도의 선폭을 가지게 설정될 수 있다. 제2오프닝부(132)는 매몰게이트(111)의 선폭이나 또는 제1오프닝부(131)의 선폭에 비해 적어도 2배 보다 큰 선폭을 가지게 설정된다. The
이러한 제1식각 마스크(130)는 셀 영역에 스토리지노드 연결콘택들을 형성하기 위해 도입되므로, 셀 영역의 비트라인(300)과 연결콘택(351)을 이용하여 연결되는 배선(350)이 배치되는 주변 영역을 덮게 설정된다. 이와 같이 워드라인(word line)인 매몰게이트(111)에 중첩되는 부분을 노출하는 제1오프닝부(131) 및 가드가 배치될 경계 영역을 노출하는 제2오프닝부(132)를 가지는 제1식각 마스크(130)를 제1절연층(120) 상에 형성한 후, 제1식각 마스크(130)에 의해 노출된 제1절연층(120) 부분을 선택적으로 식각하는 다마신 식각 과정을 수행한다. Since the
도 4를 참조하면, 제1식각 마스크(130)에 의해 노출된 제1절연층(120) 부분을 선택적으로 식각하여, 매몰게이트(111)에 중첩되는 부분을 노출하는 제1다마신홈(121)들 및 가드가 위치할 경계부분을 노출하는 제2다마신홈(122)를 형성한다. 경계부분 상에 형성되는 매몰게이트(111) 부분은 더미 셀을 이루는 더미 패턴으로 제2다마신홈(122)은 이러한 더미 셀 부분을 노출하게 형성될 수 있다. 이때, 비트라인(300)의 상측 및 측부에 위치하는 비트라인 캡층(303) 및 스페이서(305)는 제1절연층(120)과 식각 선택비를 가져 다마신 식각에 의해 식각되지 않고 잔존하게 된다. 이에 따라, 비트라인(300)에 자기정렬하는 SAC 과정으로 식각은 수행되게 되어, 제1다마신홈(121) 및 제2다마신홈(122)은 비트라인(300)의 측부로 제1절연층(120)을 관통하게 형성된다. Referring to FIG. 4, the first
도 5를 참조하면, 제1 및 제2다마신홈(121, 122)를 채우는 제2절연층(140)을 형성한다. 제2절연층(140)은 제1절연층(120)과 식각 선택비를 가지는 절연 물질, 예컨대, 실리콘 질화물을 증착하여 형성될 수 있다. 제2절연층(140)을 증착한 후, 셀 영역 및 경계 영역을 노출하고, 주변 영역을 가리는 제2식각 마스크(150)를 노광 및 현상 과정으로 형성되는 포토레지스트 패턴을 포함하여 형성할 수 있다. 제2식각 마스크(150)에 노출된 제2절연층(140) 부분을 리세스(recess)하여 셀 영역 및 경계 영역에 중첩되는 부분이 단차를 가지게 하고, 제1절연층(120) 부분을 노출하는 리세스된 제2절연층 패턴(141)을 형성한다. Referring to FIG. 5, a second insulating
도 6을 참조하면, 제2절연층 패턴(141)에 의해 노출된 제1절연층(120) 부분을 선택적으로 제거한다. 이러한 제거 과정은 제1절연층(120)을 이루는 실리콘 산화물과 제2절연층 패턴(141)을 이루는 실리콘 질화물의 식각 선택비를 이용하는 습식 식각으로 수행되어, 식각 선택비에 의해 실리콘 산화물 부분인 제1절연층(120) 부분이 선택적으로 식각되도록 할 수 있다. 제1절연층(120)의 선택적 제거에 의해서 제2절연층 패턴(141)을 관통하는 형태로 스토리지노드 연결콘택이 형성될 관통홈(145)이 형성된다. 이러한 관통홈(145)은 도 3에 제시된 제1식각 마스크(130)의 제1오프닝부(121)의 형상에 반대되는 리버스 패턴 형상으로 형성된다. 이에 따라, 관통홈(145)은 비트라인(300)에 교차되게 연장되는 매몰게이트(111)의 연장 방향으로 길게 연장되고, 매몰게이트(111)들 사이 부분을 노출하는 형상으로 비트라인(300)과 교차되게 형성된다. 이때, 가드가 형성될 위치인 경계 부분의 제2오프닝부(122)를 채우는 제2절연층 패턴(141)의 제1부분(142)과, 관통홈(145)들의 형상을 제공하는 제2절연층 패턴(141) 제2부분(143)이 구비되므로, 관통홈(145)을 채우게 형성될 스토리지 연결콘택은 가드가 형성될 위치에 배치되지 않게 된다. Referring to FIG. 6, the portion of the first insulating
도 7을 참조하면, 관통홈(145)에 의해 노출된 반도체 기판(100) 부분에 연결되게, 관통홈(145)를 채우는 도전층, 예컨대, 불순물이 도핑된 도전성 폴리실리콘층을 증착하고, 화학기계적연마(CMP) 등을 이용하여 평탄화하여 노드분리(node separation)하여 스토리지노드 연결콘택(400)을 형성한다. 노드분리를 위한 평탄화는 비트라인(300)의 캡층(303)을 노출하게 수행되어, 관통홈(145)를 채우는 도전층이 비트라인(300)에 의해 분리되게 한다. 이때, 주변 영역의 제1절연층(120) 부분 또한 평탄화에 의해 노출될 수 있다. 스토리지노드 연결콘택(400)은 비트라인(300)의 측부에서 자기정렬되며 제2절연층 패턴(141)을 관통하여 기판(100)에 연결되게 형성된다. 이때, 가드가 위치할 부분에는 연결콘택을 위한 도전층이 잔존하기 못하게 제2절연층 패턴(141)의 제1부분(142)이 잔존한다. Referring to FIG. 7, a conductive layer filling the through
도 8을 참조하면, 주변 영역에 위치하는 비트라인(300) 상측의 비트라인 캡층 부분을 선택적으로 제거하여 비트라인(300)을 노출시키고, 캡층이 제거된 부분을 채우는 도전층을 증착하여 연결콘택(351)을 형성하고, 연결콘택(351)에 연결되는 배선(350)을 형성한다. 이에 따라, 셀 영역의 비트라인(300)과 주변영역의 배선(350)이 연결콘택(351)에 의해 연결된다. 배선(350)을 절연하는 제3절연층(350)을 실리콘 질화물층과 같은 절연 물질을 증착하여 형성하고, 실린더형 스토리지노드를 갖는 셀 커패시터를 형성하는 과정을 수행한다. 제3절연층(350)은 스토리지노드 형성 과정에서 식각 정지층(etch stopper)로 이용될 수 있다. Referring to FIG. 8, the bit line cap layer portion over the
피에스(PSG)층 및 테오스(TEOS)층과 같은 서로 다른 실리콘 산화물층들을 증착하여 제1몰드(mold)층(151) 및 제2몰드층(153)을 포함하는 몰드층(150)을 형성한다. 피에스(PSG)층은 TEOS층에 비해 상대적으로 높은 식각율을 나타낼 수 있어, 제1몰드층(151)으로 형성된다. 스토리지노드의 쓰러짐을 방지하기 위한 부유고정층(155)을 실리콘 질화물층과 같이 식각 선택비를 가지는 절연물질을 증착하여 형성하고, 부유고정층(155) 상에 제3식각 마스크(156)를 하드 마스크(hard mask)로 형성한다. 제3식각 마스크(156)에 의해 노출된 부분을 선택적으로 식각하여 하부의 스토리지노드 연결콘택(400)을 노출하는 제3오프닝부(157)들을 형성한다. 제3오프닝부(157)들은 스토리지노드들이 형성될 위치에 형성된다. 이와 함께, 스토리지노드들이 배치되는 외곽을 둘러싸는 링(ring) 형태의 관통홈으로 제4오프닝부(159)가 가드가 배치될 경계 영역 상에 형성된다. 제4오프닝부(159)는 제2절연층 패턴(141)의 제1부분(142) 상에 위치하게 되며, 제4오프닝부(159)에는 스토리지노드 연결콘택(400)들이 노출되지 않고, 제2절연층 패턴(141)의 제1부분(142)을 이루는 실리콘 절연층이 노출되게 된다. Different silicon oxide layers, such as PSG and TEOS layers, are deposited to form a
도 9를 참조하면, 제3오프닝부(157) 및 제4오프닝부(159) 상에 도전층, 예컨대, 티타늄질화물(TiN)과 같은 도전층을 증착하고, CMP와 같은 평탄화 방법으로 노드 분리하여 실린더 형상의 스토리지노드(210)들 및 이들이 배열된 영역을 둘러싸는 링 형상의 가드(220)를 형성한다. 이때, 스토리지노드(210)들은 실린더 형상을 이루게 도전층이 증착될 수 있지만, 경우에 따라, 제3오프닝부(157) 및 제4오프닝부(159)를 채우는 기둥(pillar) 형상으로 형성될 수도 있다. Referring to FIG. 9, a conductive layer such as titanium nitride (TiN) is deposited on the
도 10을 참조하면, 셀 영역 상을 노출하는 제4식각 마스크(170)를 포토레지스트 패턴을 포함하여 형성하고, 제4식각 마스크(170)에 노출된 부분의 몰드층(150)을 선택적으로 습식 식각하여 스토리지노드(210)의 외측벽(211)을 노출시킨다. 이를 위해 부유고정층(155) 및 제3식각 마스크(156)의 일부를 식각하여 하부의 몰드층(150) 일부를 노출하는 과정을 더 수행할 수도 있다. 이러한 습식 식각 과정에서 가드(220)는 습식 식각에 사용되는 습식 에천트(wet etchant)가 주변 영역 상의 몰드층(150) 및 배선(350) 등으로 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이에 따라, 주변 영역 상에는 몰드층(150)이 잔존하여 층간 절연층으로 이용될 수 있다. 이후에, 스토리지노드(210) 상에 유전층 및 플레이트노드를 형성하여 커패시터를 형성함으로써, 커패시터와 트랜지스터로 이루어지는 디램 소자의 메모리 셀을 구성할 수 있다. Referring to FIG. 10, a
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 커패시터의 스토리지노드 형성 방법은, 가드(220)를 스토리지노드(210)와 함께 형성할 때, 가드(220)의 하부에 스토리지노드 연결콘택(400)들이 배치되지 않고, 제2절연층 패턴(141)의 제1부분(142)이 잔존한다. 이에 따라, 가드(220)는 제2절연층 패턴(141)의 제1부분(142) 상에 플로팅된 상태로 위치하게 되어, 하부에 위치하는 비트라인(300)이나 비트라인 연결콘택(302)와 단락되는 것이 유효하게 방지될 수 있다. 가드(220) 하부에 스토리지노드 연결콘택(400)이 위치하지 않으므로, 스토리지 연결콘택(400)이 비트라인(300)이나 비트라인 연결콘택(302)에 자기정렬 방식으로 형성되지 않게 되므로, 비트라인(300)과 가드(220) 사이의 단락이 유효하게 방지될 수 있다. 이에 따라, 가드(220)와의 단락에 의해 비트라인(300)의 커패시턴스가 증가되어 데이터 센싱 감도 및 마진의 저하가 발생되는 것을 유효하게 방지할 수 있어, 디램 소자의 메모리 셀 동작 신뢰도를 개선할 수 있다. In the method of forming a storage node of a capacitor according to the embodiment of the present invention as described above, when the
100...기판 111...매몰게이트,
210...스토리지노드 220...가드
300...비트라인.100 ...
210 ...
300 ... bit line.
Claims (7)
상기 절연층을 관통하여 상기 셀 영역의 반도체 기판 부분에 연결되는 스토리지노드(storage node) 연결콘택들을 형성하는 단계;
상기 스토리지노드 연결콘택들 및 상기 절연층 상에 몰드(mold)층을 형성하는 단계;
상기 몰드층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드 연결콘택들을 노출하는 제1오프닝부 및 상기 경계 영역 상의 상기 절연층 부분을 노출하는 제2오프닝부를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2오프닝부 상에 도전층을 증착하고 노드분리하여 상기 스토리지노드 연결콘택에 연결되는 스토리지노드들 및 절연층 부분 상에 위치하는 가드(guard)를 형성하는 단계; 및
상기 가드에 의해 상기 주변 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 보호하며 상기 셀 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 외측벽을 노출시키는 단계를 포함하는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법.
Forming an insulating layer on the semiconductor substrate including the cell region, the peripheral region and the boundary region therebetween;
Forming storage node connection contacts penetrating through the insulating layer and connected to a semiconductor substrate portion of the cell region;
Forming a mold layer on the storage node connection contacts and the insulating layer;
Selectively etching the mold layer to form a first opening portion exposing the storage node connection contacts and a second opening portion exposing the portion of the insulating layer on the boundary region;
Depositing conductive layers on the first and second openings and separating nodes to form guards on the storage nodes connected to the storage node connection contacts and the insulating layer portions; And
Protecting the mold layer portion overlapping on the peripheral region by the guard and selectively removing the mold layer portion overlapping on the cell region to expose an outer wall of the storage node. Forming method.
상기 반도체 기판 상에 제1절연층 및 상기 제1절연층에 의해 절연되며 상기 매몰게이트들에 교차되는 비트라인(bit line)들을 형성하는 단계;
상기 제1절연층에 상기 매몰게이트 상에 중첩되는 부분을 노출하는 제1오프닝부(opening)들 및 상기 경계 영역에 중첩되는 부분을 노출하는 제2오프닝부를 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2오프닝부들을 채우고 상기 주변 영역 상의 상기 제1절연층 부분을 덮는 제2절연층을 형성하는 단계;
상기 셀 영역 상의 상기 제1절연층 부분을 노출시키게 상기 제2절연층을 리세스(recess)하는 단계;
상기 노출된 제1절연층 부분을 선택적으로 제거하여 관통홈들을 형성하는 단계;
상기 관통홈들을 채우는 제1도전층을 형성하고 노드분리하여 스토리지노드 연결콘택들을 형성하는 단계;
상기 스토리지노드 연결콘택들 및 상기 제2절연층 상에 몰드(mold)층을 형성하는 단계;
상기 몰드층을 선택적으로 식각하여 상기 스토리지노드 연결콘택들을 노출하는 제3오프닝부들 및 상기 경계 영역 상의 상기 제2절연층 부분을 노출하는 제4오프닝부를 형성하는 단계;
상기 제3 및 제4오프닝부 상에 제2도전층을 증착하고 노드분리하여 상기 스토리지노드 연결콘택에 연결되는 스토리지노드들 및 제2절연층 부분 상에 위치하는 가드(guard)를 형성하는 단계; 및
상기 가드에 의해 상기 주변 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 보호하며 상기 셀 영역 상에 중첩되는 상기 몰드층 부분을 선택적으로 제거하여 상기 스토리지노드의 외측벽을 노출시키는 단계를 포함하는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법.
Forming a buried gate of a transistor in said cell region of a semiconductor substrate comprising a cell region, a peripheral region and a boundary region therebetween;
Forming bit lines on the semiconductor substrate, the bit lines being insulated by the first insulating layer and the first insulating layer and crossing the buried gates;
Forming first openings exposing a portion overlapping the buried gate and a second opening portion exposing a portion overlapping the boundary region in the first insulating layer;
Forming a second insulating layer filling the first and second openings and covering a portion of the first insulating layer on the peripheral region;
Recessing the second insulating layer to expose a portion of the first insulating layer on the cell region;
Selectively removing the exposed portion of the first insulating layer to form through grooves;
Forming a first conductive layer filling the through grooves and separating the nodes to form storage node connection contacts;
Forming a mold layer on the storage node connection contacts and the second insulating layer;
Selectively etching the mold layer to form third openings exposing the storage node connection contacts and a fourth opening portion exposing a portion of the second insulating layer on the boundary region;
Depositing a second conductive layer on the third and fourth openings and separating the second conductive layer to form a guard positioned on the storage nodes connected to the storage node connection contact and a portion of the second insulating layer; And
Protecting the mold layer portion overlapping on the peripheral region by the guard and selectively removing the mold layer portion overlapping on the cell region to expose an outer wall of the storage node. Forming method.
상기 제1절연층과 상기 제2절연층은 상호 간에 식각 선택비를 가지게 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하여 형성되는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법.
The method of claim 2,
And the first insulating layer and the second insulating layer are formed of silicon oxide or silicon nitride to have an etch selectivity therebetween.
상기 제1 및 제2오프닝부(opening)를 형성하는 단계는
상기 매몰게이트의 형상에 반대되는 리버스 패턴(reverse pattern)으로 상기 제1오프닝부를 설정하고, 상기 경계 영역에 중첩되는 영역으로 상기 제2오프닝부를 설정하는 제1식각 마스크를 상기 제1절연층 상에 형성하는 단계; 및
상기 제1식각 마스크에 의해 노출되는 상기 제1절연층 부분을 식각하여 상기 상기 비트라인에 자기정렬되는 상기 제1 및 제2오프닝부를 형성하는 단계를 포함하는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법.
The method of claim 2,
Forming the first and second openings (opening)
A first etching mask configured to set the first opening part in a reverse pattern opposite to the shape of the investment gate and set the second opening part in an area overlapping the boundary area on the first insulating layer. Forming; And
And etching the portion of the first insulating layer exposed by the first etching mask to form the first and second openings self-aligned to the bit line.
상기 제2오프닝부(opening)는 상기 제1오프닝부에 비해 2배 내지 3배의 선폭을 가지게 형성되는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법.
The method of claim 2,
The second opening portion (opening) is a storage node forming method of the capacitor is formed to have a line width of 2 to 3 times than the first opening portion.
상기 제2절연층을 리세스(recess)하는 단계는
상기 셀 영역에 중첩되는 상기 제2절연층 부분을 노출하는 제2식각 마스크를 형성하는 단계; 및
상기 제2식각 마스크에 노출된 상기 제2절연층 부분을 선택적으로 식각하여 상기 제1절연층 부분을 노출시키는 단계를 포함하는 커패시터의 스토리지노드 형성 방법.
The method of claim 2,
Recessing the second insulating layer
Forming a second etching mask exposing a portion of the second insulating layer overlapping the cell region; And
Selectively etching the portion of the second insulating layer exposed to the second etching mask to expose the portion of the first insulating layer.
상기 반도체 기판 상에 형성된 절연층;
상기 절연층을 관통하여 상기 셀 영역의 반도체 기판 부분에 연결되는 스토리지노드(storage node) 연결콘택들;
상기 스토리지노드 연결콘택들에 연결되는 커패시터의 스토리지노드들;
상기 스토리지노드들의 배열 외측에 상기 경계 영역 상의 상기 절연층 부분 상에 위치하며 상기 스토리지노드와 동일한 물질층으로 형성된 가드(guard); 및
상기 가드와 측면이 접촉하고 상기 주변 영역 상의 상기 절연층 부분 상에 층간 절연층으로 잔존하는 몰드층을 포함하는 반도체 소자.
A semiconductor substrate including a cell region, a peripheral region, and a boundary region therebetween;
An insulating layer formed on the semiconductor substrate;
Storage node connection contacts penetrating the insulating layer and connected to a semiconductor substrate portion of the cell region;
Storage nodes of a capacitor connected to the storage node connection contacts;
A guard formed on the insulating layer portion on the boundary region outside the array of storage nodes and formed of the same material layer as the storage node; And
And a mold layer in side contact with the guard and remaining as an interlayer insulating layer on the portion of the insulating layer on the peripheral region.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100129214A KR20120067678A (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Method for fabricating storage node of capacitor and semiconductor including the same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170030966A (en) * | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US10056339B2 (en) | 2016-08-05 | 2018-08-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor devices |
-
2010
- 2010-12-16 KR KR1020100129214A patent/KR20120067678A/en not_active Application Discontinuation
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